JP2004169571A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に噴孔の加工ができ、複数の噴孔間で寸法のばらつきを少なく加工することができ、工数とコストを削減することができ、生産性の向上を図ることができ、さらに、噴孔出口にて薄い燃料液膜を形成することができ、噴射燃料を良好に微粒化させることができる燃料噴射弁を得る。
【解決手段】内部に燃料通路を有するとともに端部にバルブシート６が形成されたバルブ本体５と、バルブシート６に着座することで燃料通路を閉塞し、バルブシート６から離座することで燃料通路を解放するバルブ１１と、バルブ本体５の先端部に設けられ、バルブ１１の開弁時に燃料通路から流出する燃料を噴射する噴孔が形成された噴孔プレート８，９とを備え、噴孔は、円柱状孔２８と、円柱状孔２８の下流側に円柱状孔２８の出口２８ａに対向して設けられ、円柱状孔２８の中心軸に対して所定の角度傾斜する傾斜面９ａとを有する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、噴孔プレートを備える流体噴射弁に関するものであり、例えば内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バルブとバルブシートとが形成するバルブ本体の燃料下流側に複数の噴孔を形成した薄板の噴孔プレートを配設し、各噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁が知られている。このような構成の燃料噴射弁において、従来、噴射燃料の微粒化を促進させるために、複数の噴孔を燃料噴射方向に向けて燃料噴射弁中心軸からしだいに離れるように傾斜させて設け、かつ噴孔の形状を末広がりにした燃料噴射弁が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１７４３１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の燃料噴射弁において、噴孔の穴径は非常に小さい。そして、この噴孔の加工においては、非常に小さな穴径でしかも末広がりの形状であるため非常に難しいものであった。また、噴孔の寸法精度は燃料の定常流量に直接影響するため、寸法の精度管理が非常に難しいものであった。そのため、高価な工作機械と多くの工数を必要としコストが向上し、また、生産効率が上がらないので問題であった。さらに、各噴孔間の寸法ばらつきが多くなりやすいという課題もあった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、容易に噴孔の加工をすることができ、複数の噴孔間で寸法のばらつきを少なく加工することができ、工数とコストを削減することができ、生産性の向上を図ることができ、さらに、噴孔出口にて薄い燃料液膜を形成することができ、噴射燃料を良好に微粒化させることができる燃料噴射弁を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃料噴射弁においては、内部に燃料通路を有するとともに端部にバルブシートが形成されたバルブ本体と、バルブシートに着座することで燃料通路を閉塞し、バルブシートから離座することで燃料通路を解放するバルブと、バルブ本体の先端部に設けられ、バルブの開弁時に燃料通路から流出する燃料を噴射する噴孔が形成された噴孔プレートとを備え、噴孔は、円柱状孔と、円柱状孔の下流側に円柱状孔の出口に対向して設けられ、円柱状孔の中心軸に対して所定の角度傾斜する傾斜面とを有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の燃料噴射弁１の全体構成を示す縦断面図である。図２は図１のバルブ装置３の先端部の要部拡大図である。図１及び図２において、燃料噴射弁１は、ハウジング２と、このハウジング２の内側端部に設けられたバルブ装置３と、ハウジング２の内側中間部に設けられたソレノイド装置４とを有している。
【０００８】
バルブ装置３は、段付き円筒形でバルブシート６に形成されたバルブシート口６ａ及びキャビティ７を有するバルブ本体５と、キャビティ７に溶接接合され複数の平行円柱状孔２８（円柱状孔）を有する平板噴孔プレート８と、平板噴孔プレート８に重ねて溶接接合され、平行円柱状孔２８の出口２８ａに対向する傾斜面９ａを傾斜面プレート９と、バルブ本体５の中心軸Ｉ上を進退動しバルブシート口６ａを開閉するニードルバルブ１１と、このニードルバルブ１１の移動の上限を定めたストッパプレート１０と、ニードルバルブ１１の上端部で溶接接合された可動鉄心１２とを備えている。
【０００９】
ハウジング２は、燃料噴射弁１をシリンダヘッド（図示せず）に取り付けるためのフランジ１３ａを有するヨーク１３と、ヨーク１３の一端に連結されたハウジング部１４とを備えている。ヨーク１３の先端部にはかしめ部１３ｂが形成されており、このかしめ部１３ｂでバルブ本体５とヨーク１３とが結合されている。
【００１０】
ソレノイド装置４は、導線が巻回されたコイル１５と、このコイル１５が装着されたボビン１６と、このボビン１６の内周部に取り付けられた円筒形状の固定鉄心１７と、この固定鉄心１７の内部に固定されたスリーブ１８と、このスリーブ１８の端部とニードルバルブ１１の端部との間に縮設されニードルバルブ１１をバルブシート６に付勢する圧縮ばね２０と、コイル１５の導線が接続された端子２１とを備えている。
なお、スリーブ１８内の通路１８ａ、バルブ本体５とニードルバルブ１１との間に形成された隙間により燃料通路が形成されている。
【００１１】
図３は平板噴孔プレート８の正面図である。平板噴孔プレート８に形成された円柱状孔としての平行円柱状孔２８は、噴孔入口２８ａから噴孔出口２８ｂまで同一径とされた円柱状の孔であり、バルブ本体５の中心軸Ｉを中心に同一円周上に等間隔に設けられ、バルブ本体５の中心軸Ｉに対して平行に穿孔されている。
【００１２】
図４は傾斜面プレート９の斜視図である。傾斜面プレート９は、円錐形の中間部から頂点までが削除された形状、つまり、対向する斜辺の長さが等しい台形が中心線を軸として回転した円錐台形状をなしている。傾斜面プレート９は、中心軸をバルブ本体５の中心軸Ｉと一致させて設けられている。図２に示されるように、傾斜面９ａは平行円柱状孔２８の噴孔出口２８ｂの若干中心軸側から形成され所定の角度傾斜している。すなわち、傾斜面９ａは、バルブ本体５の中心軸Ｉからしだいに離れるように傾斜して形成されている。
【００１３】
動作を説明する。開弁信号に呼応してニードルバルブ１１が図２の上方に移動すると、ニードルバルブ１１とバルブシート６との間に隙間が生じる。これにより昇圧されていた燃料液体は、ニードルバルブ１１とバルブシート６の間の隙間、バルブシート口６ａ、及びキャビティ７を通過し、複数個設けられた平行円柱状孔２８を通り出口２８ｂから一旦噴出する。噴出した液体燃料は、傾斜面プレート９の傾斜面９ａに沿ってながれ、傾斜面プレート９の傾斜面エッジ９ｂから噴出される。
【００１４】
図５は本実施の形態の燃料の流れ方を示す縦断面図である。図６は傾斜面９ａ上の各部分での流れ方を示す横断面図である。図６の（ａ）は図５の傾斜面９ａの上流部の燃料液体Ｆの様子を示すＡ−Ａ線に沿う横断面図である。（ｂ）は傾斜面９ａの中流部の燃料液体Ｆの様子を示すＢ−Ｂ線に沿う横断面図である。（ｃ）は傾斜面９ａの下流部の燃料液体Ｆの様子を示すＣ−Ｃ線に沿う横断面図である。
【００１５】
図５及び図６に示すように、平行円柱状孔２８を通過した燃料液体Ｆが
出口２８ａから噴出した後、傾斜面プレート９の傾斜面９ａに衝突し、傾斜面プレート９の傾斜面９ａ上に広がりながら傾斜面９ａ上を滑るようにして傾斜面エッジ９ｂ方向へと流れ、最終的に傾斜面プレート９の傾斜面エッジ９ｂから壁面に沿った薄い液膜状となって噴出され、微粒化される。
【００１６】
ここで傾斜面プレート９の傾斜面エッジ９ｂにて薄い液膜を良好に形成して均一に微粒化させるためには、図７に示すように、傾斜面プレート９の小径ｄ１、大径ｄ２、平行円柱状孔２８の出口２８ｂのピッチ円径ｄ３、平行円柱状孔２８の穴径ｄの関係が、
【００１７】
ｄ１＜ｄ３−ｄ＜ｄ２ （式１）
である必要がある。そして、さらに好ましくは、
【００１８】
ｄ１＜ｄ３−ｄ かつ ｄ３＋ｄ＜ｄ２ （式２）
【００１９】
であることが望ましい。すなわち、出口２８ｂのピッチ円径ｄ３から平行円柱状孔２８の穴径ｄを引いた値が、傾斜面プレート９の小径ｄ１より大きく、かつ傾斜面プレート９の大径ｄ２より小さい、すなわち、平行円柱状孔２８の出口２８ｂが、すべて傾斜面９ａに対向しなければならない。
【００２０】
このような構成の燃料噴射弁においては、噴孔は、平行円柱状孔２８と、この平行円柱状孔２８の下流側に出口２８ｂに対向して設けられ、平行円柱状孔２８の中心軸に対して所定の角度傾斜する傾斜面９ａとを有するので、燃料液体Ｆが出口２８ａから噴出した後、傾斜面プレート９の傾斜面９ａに衝突し、傾斜面プレート９の傾斜面９ａ上に広がりながら傾斜面９ａ上を滑るようにして傾斜面エッジ９ｂ方向へと流れ、最終的に傾斜面プレート９の傾斜面エッジ９ｂから壁面に沿った薄い液膜状となって噴出され、均一に微粒化される。
【００２１】
また、噴孔プレートは、複数の平行円柱状孔２８がバルブ本体５の軸Ｉを中心に同一円周上に等間隔に設けられた平板状の平板噴孔プレート８と、平板噴孔プレート８の燃料噴射方向の端面に固定され、外周に傾斜面９ａが形成された、円錐台形状の傾斜面プレート９とからなるので、容易に噴孔の加工をすることができ、また、複数の噴孔間で寸法のばらつきを少なく加工でき、さらに、工数とコストが削減され生産性の向上を図ることができる。
【００２２】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２の燃料噴射弁を示す噴孔プレートの要部拡大図である。本実施の形態においては、平板噴孔プレート８に、円柱状孔としての傾斜円柱状孔３８が形成されている。傾斜円柱状孔３８は、バルブ本体５の中心軸Ｉに対して角α傾いて形成されている。
【００２３】
ここで傾斜面プレート９の傾斜面エッジ９ｂにて薄い液膜を良好に形成して均一に微粒化させるためには、図９に示すように、傾斜円柱状孔３８のバルブ本体５の中心軸Ｉに対する傾角α、傾斜面プレート９の小径ｄ１、大径ｄ２、傾斜円柱状孔３８の出口３８ｂのピッチ円径ｄ３、傾斜円柱状孔３８の穴径ｄ、傾斜面プレート９の厚さＬ１の関係が、
【００２４】
ｄ１＜ｄ３−ｄ／ｃｏｓαと
ｄ３−２×Ｌ１ｔａｎα−ｄ／ｃｏｓα＜ｄ２ （式３）
【００２５】
である必要がある。そして、さらに好ましくは、
【００２６】
ｄ１＜ｄ３−ｄ かつ
ｄ３−２×Ｌ１ｔａｎα＋ｄ／ｃｏｓα＜ｄ２ （式４）
【００２７】
であることが望ましい。すなわち、傾斜円柱状孔３８の出口３８ｂのすべてが、傾斜面９ａに対向していることが望ましい。
【００２８】
このような構成の燃料噴射弁においては、傾斜円柱状孔３８をバルブ本体５の中心軸Ｉに対して所定の角度傾かせることにより、例えば燃料噴射弁中心軸に近い位置に燃料液体を噴射したい場合でも、微粒化性能を損なうことなく噴射することができる。すなわち、微粒化効果を損なうことなく、所望の燃料液体噴出方向を設定することができる。
【００２９】
実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３の燃料噴射弁を示す噴孔プレートの要部拡大図である。本実施の形態においては、傾斜面プレート２９の中心軸Ｑは、バルブ本体５の中心軸Ｉに対して所定の角度傾いている。
【００３０】
ここで傾斜面プレート９の傾斜面エッジ９ｂにて薄い液膜を良好に形成して均一に微粒化させるためには、図１１に示すように、傾斜円柱状孔３８のバルブ本体５の中心軸Ｉに対する傾角α、傾斜面プレート２９の小半径ｒ１、大半径ｒ２、傾斜円柱状孔３８の出口３８ａのピッチ円半径ｒ３、噴孔径ｄ、傾斜面プレート２９の傾斜面エッジ２９ｂから平板噴孔プレート８までの距離Ｌ２（最も短い距離の部分）の関係が、
【００３１】
ｒ１＜ｒ３−ｄ／２ｃｏｓα かつ
ｒ３−Ｌ２ｔａｎα−ｄ／２ｃｏｓα＜ｒ２ （式５）
【００３２】
である必要がある。そして、さらに好ましくは、
【００３３】
ｒ１＜ｒ３−ｄ／２ｃｏｓα かつ
ｒ３−Ｌ２ｔａｎα＋ｄ／２ｃｏｓα＜ｒ２ （式６）
【００３４】
であることが望ましい。すなわち、傾斜円柱状孔３８の出口３８ｂのすべてが、傾斜面９ａに対向していることが望ましい。このような構成の燃料噴射弁においては、例えば燃料噴射弁中心軸方向と異なる方向に向け噴射したい場合でも、微粒化性能を損なうことなく噴射することができる。
尚、本実施の形態において、図１０の燃料噴射弁は、図１１の燃料噴射弁の傾斜円柱状孔３８のバルブ本体５の中心軸Ｉに対する傾角αを０°として、平行円柱状孔２８としたものを表している。
【００３５】
実施の形態４．
図１２はこの発明の実施の形態４の燃料噴射弁を示す噴孔プレートの要部拡大図である。本実施の形態においては、傾斜面プレート３９の下面を斜めにカットした形状としている。すなわち、傾斜面プレート３９の平板噴孔プレート８と反対側の底面は、平板噴孔プレート８の主面に対して所定の角度傾いている。そのため、傾斜面プレート３９の外周に形成された傾斜面３９ａは、傾斜面エッジ３９ｂまでの距離が場所によって異なる。つまり、傾斜面３９ａは、周方向に長さが異なるものとされている。
【００３６】
本実施の形態において、傾斜面プレート３９の小半径、及び大半径ｒ２、平行円柱状孔２８の出口２８ａのピッチ円半径、及び噴孔径、傾斜面プレート３９の傾斜面エッジ３９ｂから平板噴孔プレート８までの距離等の関係は、実施の形態３と同様である必要がある。このような構成の燃料噴射弁においても実施の形態３と同様な効果を得ることができる。
【００３７】
実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５の燃料噴射弁を示す噴孔プレートの要部拡大図である。本実施の形態においては、平板噴孔プレートと傾斜面プレートが一体とされた噴孔プレート４８が設けられている。平行円柱状孔２８や傾斜面９ａの形状は実施の形態１と同様である。
【００３８】
このような構成の燃料噴射弁においては、部品点数を削減することができ、生産効率の向上を図ることができる。
【００３９】
実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態６の燃料噴射弁を示す傾斜面プレート４９の縦断面図である。図１５は傾斜面４９ａ上の各部分での流れ方を示す横断面図である。図１５（ａ）は傾斜面４９ａの上流部の燃料液体Ｆの様子を示す横断面図である。（ｂ）は傾斜面４９ａの中流部の燃料液体Ｆの様子を示す横断面図である。（ｃ）は傾斜面４９ａの下流部の燃料液体Ｆの様子を示す横断面図である。
【００４０】
本実施の形態においては、傾斜面４９ａが、平行円柱状孔２８の出口２８ａに対応して、燃料噴射方向に沿って断面円弧状の凹曲面の溝が複数形成されている。
【００４１】
このような構成の燃料噴射弁においては、燃料液体Ｆは、凹曲面に沿った薄い液膜状となって噴出される際、燃料流体Ｆが傾斜面プレート４９に接する表面積が増大されるため、液膜が更に薄くなり、更なる微粒化が生じる。
【００４２】
【発明の効果】
この発明に係る燃料噴射弁においては、内部に燃料通路を有するとともに端部にバルブシートが形成されたバルブ本体と、バルブシートに着座することで燃料通路を閉塞し、バルブシートから離座することで燃料通路を解放するバルブと、バルブ本体の先端部に設けられ、バルブの開弁時に燃料通路から流出する燃料を噴射する噴孔が形成された噴孔プレートとを備え、噴孔は、円柱状孔と、円柱状孔の下流側に円柱状孔の出口に対向して設けられ、円柱状孔の中心軸に対して所定の角度傾斜する傾斜面とを有する。噴孔が、入口から出口まで同一径の円柱状孔と、この円柱状孔の出口に対向する傾斜面で構成することにより、容易に噴孔の加工をすることができ、複数の噴孔間で寸法のばらつきを少なく加工することができ、工数とコストが削減され生産性の向上を図ることができる。さらに、噴孔出口にて薄い燃料液膜を形成することができ、噴射燃料を良好に微粒化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の燃料噴射弁の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のバルブ装置の先端部の要部拡大図である。
【図３】図１のバルブ装置の平板噴孔プレートの正面図である。
【図４】図１のバルブ装置の傾斜面プレートの斜視図である。
【図５】実施の形態１の燃料の流れ方を示す縦断面図である。
【図６】傾斜面プレートの傾斜面上の各部分での流れ方を示す横断面図である。
【図７】実施の形態１の平行円柱状孔と傾斜面の関係を説明する説明図である。
【図８】この発明の実施の形態２の燃料噴射弁を示す噴孔プレートの要部拡大図である。
【図９】実施の形態２の平行円柱状孔と傾斜面の関係を説明する説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態３の燃料噴射弁を示す噴孔プレートの要部拡大図である。
【図１１】実施の形態３の平行円柱状孔と傾斜面の関係を説明する説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態４の燃料噴射弁を示す噴孔プレートの要部拡大図である。
【図１３】この発明の実施の形態５の燃料噴射弁を示す噴孔プレートの要部拡大図である。
【図１４】この発明の実施の形態６の燃料噴射弁を示す傾斜面プレートの縦断面図である。
【図１５】傾斜面プレートの傾斜面上の各部分での流れ方を示す横断面図である
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁、５ バルブ本体、６ バルブシート、７ キャビティ、８ 平板噴孔プレート（噴孔プレート）、９、２９、３９、４９ 傾斜面プレート（噴孔プレート）、９ａ、２９ａ、３９ａ、４９ａ 傾斜面、１１ ニードルバルブ（バルブ）、１８ スリーブ、１８ａ 通路（燃料通路）、２８ 平行円柱状孔（円柱状孔）、２８ａ、３８ａ 入口、２８ｂ、３８ｂ 出口、３８ 傾斜円柱状孔（円柱状孔）、４８ 噴孔プレート、Ｉ バルブ本体の中心軸、ｄ 円柱状孔の穴径、ｄ１ 傾斜面プレートの小径、ｄ２ 傾斜面プレートの大径、ｄ３円柱状孔の出口のピッチ円径、Ｌ１ 傾斜面プレートの厚さ、Ｑ 傾斜面プレートの中心軸、ｒ１ 傾斜面プレートの小半径、ｒ２ 傾斜面プレートの大半径、ｒ３ 円柱状孔の出口のピッチ円半径、Ｌ２ 傾斜面プレートの傾斜面エッジと円柱状孔の出口との距離。

Claims (10)

1. 内部に燃料通路を有するとともに端部にバルブシートが形成されたバルブ本体と、前記バルブシートに着座することで前記燃料通路を閉塞し、前記バルブシートから離座することで前記燃料通路を解放するバルブと、前記バルブ本体の先端部に設けられ、前記バルブの開弁時に前記燃料通路から流出する燃料を噴射する噴孔が形成された噴孔プレートとを備え、
   前記噴孔は、円柱状孔と、該円柱状孔の下流側に該円柱状孔の出口に対向して設けられ、該円柱状孔の中心軸に対して所定の角度傾斜する傾斜面とを有する
   ことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記噴孔プレートは、
   複数の前記円柱状孔が前記バルブ本体の軸を中心に同一円周上に等間隔に設けられた平板状の平板噴孔プレートと、
   前記平板噴孔プレートの燃料噴射方向の端面に固定され、外周に前記傾斜面が形成された、円錐台形状の傾斜面プレートと
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記傾斜面プレートの小径ｄ１、大径ｄ２、前記円柱状孔の出口のピッチ円径ｄ３、前記円柱状孔の穴径ｄの関係が、
   ｄ１＜ｄ３−ｄ かつ ｄ３＋ｄ＜ｄ２
   であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記円柱状孔は、前記バルブ本体の中心軸に対して所定の角度傾いている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料噴射弁。
5. 前記円柱状孔の前記バルブ本体の中心軸に対する傾角α、前記傾斜面プレートの小径ｄ１、大径ｄ２、前記円柱状孔の出口のピッチ円径ｄ３、前記円柱状孔の穴径ｄ、前記傾斜面プレートの厚さＬ１の関係が、
   ｄ１＜ｄ３−ｄ かつ ｄ３−Ｌ１ｔａｎα＋ｄ／ｃｏｓα＜ｄ２
   であることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
6. 前記傾斜面プレートの中心軸は、前記バルブ本体の中心軸に対して所定の角度傾いている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の燃料噴射弁。
7. 前記傾斜面プレートの前記平板噴孔プレートと反対側の底面は、該平板噴孔プレートの主面に対して所定の角度傾き、前記傾斜面プレートの外周に形成された前記傾斜面は周方向に長さが異なる
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の燃料噴射弁。
8. 前記円柱状孔の前記バルブ本体の中心軸に対する傾角α、前記傾斜面プレートの小半径ｒ１、大半径ｒ２、前記円柱状孔の出口のピッチ円半径ｒ３、噴孔径ｄ、前記傾斜面プレートの傾斜面エッジから前記平板噴孔プレートまでの距離Ｌ２の関係が、
   ｒ１＜ｒ３−ｄ／２ｃｏｓα かつ
   ｒ３−Ｌ２ｔａｎα＋ｄ／２ｃｏｓα＜ｒ２
   であることを特徴とする請求項６または７に記載の燃料噴射弁。
9. 前記平板噴孔プレートと前記傾斜面プレートが一体である
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の燃料噴射弁。
10. 前記傾斜面に、前記円柱状孔の出口に対応して、燃料噴射方向に沿って断面円弧状の凹曲面の溝が複数形成されている
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の燃料噴射弁。

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