JP2004124885A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ニードルバルブ３と噴射孔５との間のデッドボリューム（通路空間部９）を低減して燃料が残りにくいようにし、噴射孔５近傍におけるカーボンデポジットの生成を抑制可能であるとともに、ニードルバルブ３の開弁時の燃料通路７の円滑な燃料流を維持可能な燃料噴射弁を提供すること。
【解決手段】ニードルバルブ３の先端部に付加部材１１を取り付けてとくに閉弁時の通路空間部９（デッドボリューム）を低減すること、開弁時にも付加部材１１による容積変化（増加）を極力少なくして燃料流に影響をなくすことに着目したもので、噴射孔５の上流側のシート部６にシートするとともに、噴射孔５を開閉可能なニードルバルブ３を有し、シート部６と噴射孔５との間の通路空間部９に通路空間部９を埋めることができる付加部材１１をニードルバルブ３の先端部に設けたことを特徴とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射弁にかかるもので、とくに燃焼室内にガソリンその他の燃料を直接噴射する方式の筒内燃料直接噴射用、あるいはディーゼルエンジン用の燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、燃料噴射弁における噴射孔のまわりに燃え残った燃料が炭化することによって生成されたカーボンデポジットが堆積し、噴射孔の形状さらには噴霧の形状が変化して、噴射特性ないし燃焼特性に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００３】
図８は、従来の燃料噴射弁１の要部拡大断面図であって、燃料噴射弁１は、ノズルボディ２と、ニードルバルブ３と、バルブスプリング４と、を有する。
ノズルボディ２には、燃料の噴射孔５およびその上流側にシート部６を形成し、ニードルバルブ３がシート部６にシートすることにより噴射孔５を閉鎖し、バルブスプリング４の付勢力に抗してニードルバルブ３がシート部６からリフトすることにより、ノズルボディ２とニードルバルブ３との間の燃料通路７を通って噴射孔５から燃焼室８に燃料を噴射する。
【０００４】
しかしながら、シート部６を加工し研磨する作業上、ノズルボディ２におけるシート部６から噴射孔５に至る作業可能な凹状の空間（通路空間部９）、すなわち、シート部６から下流側におけるノズルボディ２の内壁凹曲面部２Ａとニードルバルブ３の先端凸曲面部３Ａとの間の通路空間部９が形成されることは不可避であり、この通路空間部９に噴射孔５を介して燃料が侵入してくる結果、内壁凹曲面部２Ａおよび噴射孔５の内壁面にカーボンデポジットＣが生成されやすくなっている。
【０００５】
このようなカーボンデポジットＣの対策として、特許文献１のような技術がある。ただし、この特許文献１では、熱伝導性を考慮したオリフィスプレートを噴射孔部分に取り付けることが必要である点、およびシート部の下流における通路空間部９によるデッドボリュームを減少させることが困難で、設計によっては大きくなってしまう点などの諸問題がある。
【０００６】
ニードルバルブ３の先端部と噴射孔５との間のデッドボリューム（通路空間部９）が大きいと、当該デッドボリューム部分に未燃焼の燃料が残りやすく、カーボンデポジットＣの生成の一因となるという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−３２９０７０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、噴射孔近傍におけるカーボンデポジットの生成を抑制可能な燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【０００９】
また本発明は、ニードルバルブと噴射孔との間のデッドボリューム（通路空間部）を低減して、この空間部分に燃料が残りにくいようにした燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【００１０】
また本発明は、ニードルバルブの開弁時の燃料通路の円滑な燃料流を維持可能な燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【００１１】
また本発明は、ニードルバルブと噴射孔との間に付加部材を取り付けてデッドボリュームを低減させても、燃料流をスムーズにすることができる燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【００１２】
また本発明は、デッドボリュームの低減部に金属による付加部材を使用することにより、噴射孔の熱を他の部分に伝達良好として、カーボンデポジットの生成を抑制可能な燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ニードルバルブの先端部に付加部材を取り付けてとくに閉弁時の通路空間部（デッドボリューム）を低減すること、開弁時にもこの付加部材による容積変化（増加）を極力少なくして燃料流に影響をなくすことに着目したもので、燃料の噴射孔を形成したノズルボディと、この噴射孔の上流側のシート部にシートするとともに、この噴射孔を開閉可能なニードルバルブと、を有する燃料噴射弁であって、上記シート部と上記噴射孔との間の通路空間部にこの通路空間部を埋めることができる付加部材を上記ニードルバルブの先端部に設けたことを特徴とする燃料噴射弁である。
【００１４】
上記付加部材は、上記ニードルバルブの上記シート部へのシート時に上記噴射孔を閉鎖可能である。
【００１５】
上記付加部材は、上記ニードルバルブの上記シート部からのリフト時に上記通路空間部から上記噴射孔への燃料通路を確保可能である。
【００１６】
上記ニードルバルブを、ニードル本体と、このニードル本体の外周側に位置して上記シート部にシート可能なブッシュと、に分割し、このニードル本体によりこのブッシュを可動するとともに、上記ニードル本体の先端部が上記通路空間部を埋めることができるようにする。
【００１７】
上記付加部材は、上記ニードルバルブの先端部に形成したバネ取付け穴に取り付ける板バネ部材であることができる。
【００１８】
上記付加部材は、上記ニードルバルブの先端部に形成した摺動穴に取り付ける摺動部材と、この摺動部材を上記噴射孔の方向に付勢するシートスプリングと、を有することができる。
【００１９】
本発明による燃料噴射弁においては、ニードルバルブの先端部に各種構造による付加部材を取り付けて、とくに閉弁時の通路空間部を低減するようにしたので、通路空間部のデッドボリュームとしての容積を減少させ、この部分に燃料が残存することを防止することができるため、ニードルバルブの先端部から噴射孔の部分におけるカーボンデポジットの生成を抑え、燃料噴射特性および燃焼特性を良好に維持可能である。
なお、この付加部材は、ニードルバルブの開弁時にもその容積変化を極力少なくするようにしているので、ニードルバルブのリフトにともなう燃料通路の通路断面積変化も小さくて燃料の流れに影響を及ぼすことなく、燃料流を円滑に実現することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の基本的アイデアによる燃料噴射弁１０を図１にもとづき説明する。ただし、図８と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、燃料噴射弁１０の要部拡大断面図であって、燃料噴射弁１０においては、ニードルバルブ３と噴射孔５との間、とくにシート部６と噴射孔５との間における通路空間部９部分に付加部材１１を設けている。
【００２１】
付加部材１１は、ニードルバルブ３の先端部にこれを取り付け、ニードルバルブ３のシートおよびリフト動作と一体に作動するとともに、もとのニードルバルブ３の先端部と同様の形状をしているもので、ニードルバルブ３のシート時には通路空間部９を埋めてそのデッドボリュームを減少させるとともに噴射孔５を閉鎖し、ニードルバルブ３のリフト時には、ニードルバルブ３とノズルボディ２との間の燃料通路７を確実に確保可能で、燃料の流れに影響を与えないものである。
【００２２】
こうした構成の燃料噴射弁１０において、ニードルバルブ３のシート部６へのシート時に、付加部材１１によって通路空間部９が減少しており、この部分に燃料噴射孔５から燃料が侵入してカーボンデポジットＣが生成されることを抑制することができる。
また、通路空間部９は、ノズルボディ２とニードルバルブ３との間のニードルバルブ３の軸方向にごく薄い偏平な形状の空間であり、付加部材１付きのニードルバルブ３は、もとのニードルバルブ３とほとんど形状が変わることないため、ニードルバルブ３のシート部６からのリフト時に、付加部材１１は燃料通路７の断面積を大きく変更するものではなく、円滑な燃料流を保持可能である。
【００２３】
つぎに、本発明の第１の実施の形態による燃料噴射弁２０を図２および図３にもとづき説明する。
図２は、燃料噴射弁２０の要部拡大断面図であって、燃料噴射弁２０は、燃料噴射弁１（図８）および燃料噴射弁１０（図１）と同様に、前記ノズルボディ２およびバルブスプリング４（第１のスプリング）を有するとともに、ニードルバルブ３に対応するニードルバルブ２１を有する。このニードルバルブ２１は、ニードル本体２２と、ブッシュ２３と、ブッシュスプリング２４（第２のスプリング）と、リフトリング２５と、を有する。
図２は、このニードルバルブ２１のシート時（閉弁時）を示し、図３は、同、ニードルバルブ２１のリフト時（開弁時）を示す要部拡大断面図である。
【００２４】
ニードル本体２２は、フランジ２６を一体に有し、このフランジ２６においてバルブスプリング４によるシート方向への付勢力を受ける。このフランジ２６とブッシュ２３との間にブッシュスプリング２４を設け、ニードル本体２２がシート方向への付勢力を受けたときにブッシュ２３がシート部６（第１のシール部）にシートするようになっている。
ニードル本体２２は、ブッシュ２３との間に第２のシール部２７を形成している。すなわち、ニードル本体２２に凸状段部２２Ａを形成し、ブッシュ２３に凹状段部２３Ａを形成して、凸状段部２２Ａおよび凹状段部２３Ａが互いに当接することにより第２のシール部２７の部分でシール可能とする。
【００２５】
ニードル本体２２の通路空間部９に臨む先端部には、環状溝２８を形成して、ここに上記リフトリング２５をはめ込んで固定し、リフトリング２５は、ブッシュ２３の先端部内壁部に形成したリング用溝２９に係合可能となっている。すなわち、ニードル本体２２のリフト時にリフトリング２５がリング用溝２９に係合し、ブッシュ２３がニードル本体２２とともにリフト可能となっている。
【００２６】
とくに図２および図３の点線で示すように、従来のニードルバルブ３の先端部の外形線（先端凸曲面部３Ａ）は、ニードル本体２２の先端部の外形線（先端凸曲面部２２Ｂ）よりわずかに上流側に位置しており、この間におけるニードル本体２２の断面眉月状の部分が実質的な付加部材３０となっている。
付加部材３０は、通路空間部９の中心からニードル本体２２の周縁部までを占めていて、通路空間部９の大部分を閉鎖可能である。
【００２７】
こうした構成の燃料噴射弁２０において、図２に示すようなニードルバルブ２１の閉弁時（シート時）には、バルブスプリング４がフランジ２６を介してニードル本体２２を噴射孔５方向に付勢し、さらにフランジ２６を介してブッシュスプリング２４がブッシュ２３をシート部６にシートさせるとともに、ニードル本体２２の凸状段部２２Ａがブッシュ２３の凹状段部２３Ａに当接して第２のシール部２７を閉鎖している。また、ニードル本体２２のリフトリング２５がリング用溝２９からシート方向に離れて、付加部材３０の先端凸曲面部２２Ｂ部分をノズルボディ２の内壁凹曲面部２Ａに当接させて噴射孔５を閉鎖している。
したがって、通路空間部９におけるデッドボリュームは、非常に少なくなっているとともに、噴射孔５から通路空間部９部分に侵入する燃料は事実上ゼロであり、通路空間部９内にカーボンデポジットＣが生成されるおそれはない。また、燃焼室８からの高温の燃焼ガスも通路空間部９には侵入しにくいので、さらにカーボンデポジットＣの生成の可能性は低い。
【００２８】
図３に示すようなニードルバルブ２１の開弁時（リフト時）には、ニードル本体２２の凸状段部２２Ａがブッシュ２３の凹状段部２３Ａから離れて第２のシール部２７を開放するとともに、リフトリング２５がリング用溝２９に係合してニードル本体２２がブッシュ２３をシート部６からリフトさせる。
したがって、ニードルバルブ２１とノズルボディ２の内壁凹曲面部２Ａとの間に燃料通路７が形成されるとともに、付加部材３０自体が非常に容積が小さいので、燃料通路７における燃料流の妨げになることはない。
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施の形態による燃料噴射弁４０の閉弁時の要部拡大断面図、図５は、同、開弁時の要部拡大断面図であって、燃料噴射弁４０においては、ニードルバルブ３の先端部中央に形成した円形のバネ取付け穴４１に付加部材として断面半円弧状の板バネ部材４２（シェル）をはめ込んでいる。
【００３０】
バネ取付け穴４１は、ニードルバルブ３の先端部中央において、板バネ部材４２をはめ込んで落ちないような、内部に窪んだ形状にこれを形成する。
板バネ部材４２は、弾性および耐熱性があって、かつ熱伝導性の良好な金属板、たとえばステンレスその他のバネ鋼によりこれを構成し、ノズルボディ２の内壁凹曲面部２Ａに弾性的に当接可能としている。
すなわち板バネ部材４２は、図４のようにニードルバルブ３のシート部６へのシート時には、弾性変形して、その先端凸曲面部４２Ａが内壁凹曲面部２Ａに当接して通路空間部９を埋めるとともに噴射孔５を閉鎖し、図５のようにニードルバルブ３のシート部６からのリフト時には、原形に復するとともに燃料通路７の確保を保障する。
【００３１】
こうした構成の燃料噴射弁４０においても、ニードルバルブ３の閉弁時に通路空間部９を低減してカーボンデポジットＣの生成を抑制可能である。
ニードルバルブ３の開弁時には、板バネ部材４２の先端凸曲面部４２Ａがニードルバルブ３のもとの先端凸曲面部３Ａ（図中点線）からわずかに噴射孔５方向に突出するだけであるので、ニードルバルブ３のリフト時にも燃料通路７を確保することができる。
さらに板バネ部材４２は、熱伝導性が良好であって、噴射孔５から侵入する燃焼室８の熱を他の部分に放散させることにより、カーボンデポジットＣの生成を抑制可能である。
【００３２】
図６は、本発明の第３の実施の形態による燃料噴射弁５０の閉弁時の要部拡大断面図、図７は、同、開弁時の要部拡大断面図であって、燃料噴射弁５０においては、ニードルバルブ３の先端部に摺動穴５１を形成し、この摺動穴５１内に摺動部材５２（付加部材）と、この摺動部材５２を噴射孔５方向に付勢するシートスプリング５３と、を取り付ける。
【００３３】
ニードルバルブ３には、その摺動穴５１に連続して内壁環状溝５４を形成し、摺動部材５２の係合穴５５にはめ込んだ係合リング５６を摺動可能に係合している。
【００３４】
摺動部材５２は、その先端凸曲面部５２Ａがノズルボディ２の内壁凹曲面部２Ａに当接して通路空間９を埋めるとともに噴射孔５を閉鎖可能であって、内部のスプリング室５７にシートスプリング５３を収容し、シートスプリング５３が噴射孔５方向（内壁凹曲面部２Ａ方向）に摺動部材５２を付勢している。
なお、係合リング５６は、内壁環状溝５４内においてニードルバルブ３の軸線方向に移動可能であって、摺動穴５１内における摺動部材５２のシート方向およびリフト方向の摺動を可能としている。
【００３５】
こうした構成の燃料噴射弁５０において、図６に示すように、ニードルバルブ３の閉弁時には、シートスプリング５３の付勢力により摺動部材５２の先端凸曲面部５２Ａがノズルボディ２の内壁凹曲面部２Ａに当接して、噴射孔５を閉鎖するとともに、通路空間部９におけるデッドボリュームを低減する。
図７に示すように、ニードルバルブ３の開弁時には、シートスプリング５３の付勢力により摺動部材５２がわずかにニードルバルブ３の先端部に突出し、係合リング５６は内壁環状溝５４の下流側端部に係合する。
摺動部材５２の先端凸曲面部５２Ａの突出量はわずかであって、ニードルバルブ３とノズルボディ２との間の燃料通路７の通路面積は確保されており、燃料流の円滑な流れに支障はない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ニードルバルブの先端部に付加部材を取り付けて、ノズルボディとニードルバルブとの間の通路空間部の容積を低減するようにしたので、この部分におけるデッドボリュームを低減し、カーボンデポジットの生成を抑制して、燃料噴射弁の信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的アイデアによる燃料噴射弁１０の要部拡大断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による燃料噴射弁２０のニードルバルブ２１のシート時（閉弁時）を示す要部拡大断面図である。
【図３】同、ニードルバルブ２１のリフト時（開弁時）を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による燃料噴射弁４０の閉弁時の要部拡大断面図である。
【図５】同、開弁時の要部拡大断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による燃料噴射弁５０の閉弁時の要部拡大断面図である。
【図７】同、開弁時の要部拡大断面図である。
【図８】従来の燃料噴射弁１の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１　燃料噴射弁（図８）
２　ノズルボディ
２Ａ　ノズルボディ２の内壁凹曲面部
３　ニードルバルブ
３Ａ　ニードルバルブ３の先端凸曲面部
４　バルブスプリング
５　噴射孔
６　シート部（第１のシール部、図２、図３）
７　燃料通路
８　燃焼室
９　通路空間部（デッドボリューム）
１０　燃料噴射弁（本発明、図１）
１１　付加部材
２０　燃料噴射弁（第１の実施の形態、図２、図３）
２１　ニードルバルブ
２２　ニードル本体
２２Ａ　ニードル本体２２の凸状段部
２２Ｂ　ニードル本体２２の先端凸曲面部
２３　ブッシュ
２３Ａ　ブッシュ２３の凹状段部
２４　ブッシュスプリング
２５　リフトリング
２６　ニードル本体２２のフランジ
２７　凸状段部２２Ａおよび凹状段部２３Ａによる第２のシール部
２８　環状溝
２９　リング用溝
３０　付加部材
４０　燃料噴射弁（第２の実施の形態、図４、図５）
４１　バネ取付け穴
４２　板バネ部材（シェル、付加部材）
４２Ａ　板バネ部材４２の先端凸曲面部
５０　燃料噴射弁（第３の実施の形態、図６、図７）
５１　摺動穴
５２　摺動部材（付加部材）
５２Ａ　摺動部材５２の先端凸曲面部
５３　シートスプリング
５４　内壁環状溝
５５　係合穴
５６　係合リング
５７　スプリング室
Ｃ　　カーボンデポジット

Claims (6)

1. 燃料の噴射孔を形成したノズルボディと、
   この噴射孔の上流側のシート部にシートするとともに、この噴射孔を開閉可能なニードルバルブと、を有する燃料噴射弁であって、
   前記シート部と前記噴射孔との間の通路空間部にこの通路空間部を埋めることができる付加部材を前記ニードルバルブの先端部に設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記付加部材は、前記ニードルバルブの前記シート部へのシート時に前記噴射孔を閉鎖可能であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記付加部材は、前記ニードルバルブの前記シート部からのリフト時に前記通路空間部から前記噴射孔への燃料通路を確保可能であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 前記ニードルバルブを、ニードル本体と、このニードル本体の外周側に位置して前記シート部にシート可能なブッシュと、に分割し、
   このニードル本体によりこのブッシュを可動するとともに、
   前記ニードル本体の先端部が前記通路空間部を埋めることができるようにすることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
5. 前記付加部材は、前記ニードルバルブの先端部に形成したバネ取付け穴に取り付ける板バネ部材であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
6. 前記付加部材は、
   前記ニードルバルブの先端部に形成した摺動穴に取り付ける摺動部材と、
   この摺動部材を前記噴射孔の方向に付勢するシートスプリングと、を有することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。

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