JP2004308648A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁の燃料微粒化性能を向上する。
【解決手段】弁体を構成するボール３２が着座面７ａに着座する弁座部材７の中心部に形成される噴口７ｃより下側に下方に向かって径が拡大するテーパ面状の噴口出口７ｃを形成し、噴口７ｃから弁座部材７の下面に結合されたノズルプレート８の噴口７ｃより外径側に形成されたノズル孔８ａまでを、横断面の径が漸増する燃料通路により繋げる構成とし、該燃料通路の通路断面積が一定または下流側ほど減少するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関等の燃料噴射弁に関し、特に、噴霧燃料の微粒化、気化を促進する技術に関する。

内燃機関の燃料噴射弁では、燃費や排気浄化性能の向上のため、燃料の微粒化（霧化）の促進が要求されている。
かかる燃料噴射弁として、電磁駆動される弁体を閉弁時に着座させる弁座部材に噴口を設け、該噴口の直下に複数個のノズル孔を形成したノズルプレートを装着したものものがある（特許文献１参照）。

このものでは、ノズル孔を小さくして流速を速めることが微粒化に有効であるが、ノズル孔を小さくして所望の燃料噴射量を確保するためにはノズル孔数を増やす必要がある。しかし、ノズル孔数を増やすと隣接するノズル孔同士が接近することにより、隣接するノズル孔からの噴霧が重なりあって粒子同士が接触して合体し再度粒径が増大してしまうことがあり、微粒化に限界を生じていた。

上記噴霧の重なりを防止するため、弁座面の直下に形成される噴口の出口側を大径に拡径してノズルプレートと平行な流体室を形成し、該流体室に臨ませて噴口より外径側に複数のノズル孔を形成したものがある（特許文献２参照）。
このものでは、複数のノズル孔が大径の円上に設けることができるので、ノズル孔の間隔を広げて噴霧の重なりを防止することができる。
特表２００２−５３４６３８号公報 特開２００１−４６９１９号公報

しかしながら、上記のように単純に噴口の出口側を大径に拡径して流体室を形成する構成では、噴口から出た燃料は、流体室に至ると燃料の流れ方向が径方向に変換されるので、燃料通路の有効断面積が径の増大に伴って比例的に増大し、流速が大きく減少変化する。このように、小径に絞られた噴口で折角流速を速めてもノズル孔に至る間に流速が大きく減少してしまうと、微粒化効果は大きく損なわれてしまうこととなる。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃料が流速の減少を抑制しつつ十分な間隔をあけて設けた複数のノズル孔に至るように構成し、もって微粒化を十分に促進できるようにした内燃機関の燃料噴射弁を提供することを目的とする。

このため本発明は、弁体を閉弁時に着座させる弁座部材に形成された噴口から、該噴口より外径側にノズルプレートに形成された複数のノズル孔までを、該噴口の軸と直角な横断面の径が徐々に増大する燃料通路を設けて繋げた構成として、該燃料通路の有効断面積の増大を抑制し、もって流速の減少を抑制して燃料の微粒化を十分促進することができる。

前記燃料通路は、前記弁座部材に前記噴口の出口に連ねて径が徐々に増大する円錐状の面を形成することにより構成することができ、切削加工の追加で容易に形成できる。
また、前記燃料通路を、前記ノズルプレートの前記噴口に対向する中心部から外径側のノズル孔まで径が徐々に増大するように屈曲または湾曲して形成することにより構成してもよく、薄板状のノズルプレートにプレス加工等を施すことで容易に形成できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、第１の実施形態に係る内燃機関（ガソリンエンジン）の燃料噴射弁に用いた例を示す。
磁性体で形成されたケーシングパイプ１の外側に、電磁コイル２が固定され、ケーシングパイプ１の内側には、筒状のアンカー３１とボール３２とを溶接して一体化した弁体３が軸方向に摺動自由に嵌挿される。前記アンカー３１の下部周壁には、燃料通し孔３１ａが開口されている。ボール３２は、周側に複数の平面３２ａが切削されると共に、下端（図示状態の位置関係で説明する。以下同様）も平面３２ｂに切削されている。前記弁体３（アンカー３１）の上方に所定のクリアランスを持たせて、筒状のスプリングハウジング４がケーシングパイプ１の内壁に固定されている。該スプリングハウジング４内には筒状のスプリングストッパ５が嵌挿して固定され、該スプリングストッパ５の下端と前記アンカー３１の段付部との間にリターンスプリング６が圧縮状態で嵌挿されている。

前記ケーシングパイプ１の下端部内側には、弁体３のボール３２を着座し、中心部に噴口を開口した弁座部材７が溶接結合され、該弁座部材７の下端には、複数のノズル孔を開口したノズルプレート８が溶接結合されている。
前記ケーシングパイプ１の下端部外側には、キャップ部材９が固定され、前記電磁コイル２の外側を覆うコイルカバー１０の下端部がケーシングパイプ１に溶接結合されている。

前記キャップ部材９の上端フランジ部と前記コイルカバー１０の段付部との間には、シール部材１１が嵌挿されている。
前記ケーシングパイプ１の上端部には、燃料フィルタ１２が嵌挿して固定されている。
前記コイルカバー１０の上端部から前記ケーシングパイプ１の上端部に至る部分と前記電磁コイル２のリード２ａの端部を除く部分が、樹脂ケーシング１３でモールドされ、該樹脂ケーシング１３の上端面と前記ケーシングパイプ１の上端フランジ面との間にシール部材１４が嵌挿されている。

前記樹脂ケーシング１３は、前記電磁コイル２のリード２ａの端部周囲を囲んでコネクタ部１３ａを形成している。
そして、前記電磁コイル２の非通電時は、前記リターンスプリング６の弾性圧縮力によって弁体３が前記弁座部材７の着座面に着座して閉弁している。
次に、本発明にかかる燃料噴射部について図２を参照して詳細に説明する。

前記弁座部材７のテーパ状に形成された着座面７ａの下側に、前記弁体３のボール３２の下端平面よりやや大径の噴口入口７ｂが形成され、該噴口入口７ｂの下側に小径の噴口７ｃが形成される。
そして、前記弁座部材７の前記噴口７ｃより下側の噴口出口７ｄを下方に向かって径が拡大するテーパ面に形成する。これにより、該噴口出口７ｄとノズルプレート８上面との間に、該噴口７ｃの軸と直角な横断面の径が徐々に増大する円錐台状の燃料通路が設けられ、該燃料通路によって前記噴口７ｃから前記ノズルプレート８に前記噴口７ｃより外径側に設けたノズル孔８ａまでが繋がれる。

かかる構成を備えた燃料噴射弁の動作を説明する。
図示しない燃料ポンプによって圧送された燃料は、燃料配管を介して前記燃料フィルタ１２から前記ケーシングパイプ１内に導入され、筒状のスプリングストッパ５及びアンカー３１の内側に至り、燃料通し孔３１ａから外側の空間に流出し、ボール３２周側の平面３２ａと着座面７ａとの隙間からボール３２と着座面７ａとが接触して閉塞された部分までを満たしている。

前記電磁コイル２が通電されると、電磁力によって磁性体で形成された弁体３がリターンスプリング６の付勢力に抗して上方に引き上げられ、アンカー３１の上端面がスプリングハウジング４の下端面に突き当たる位置までストロークする。
これにより、弁体３のボール３２が着座面から離脱して開弁し、燃料は前記大径の噴口入口７ｂに流入し小径の噴口７ｃを通って噴口出口７ｄから流出し、複数のノズル孔８ａを通って放射状に噴射され、円錐状の噴霧となる。

ここで、前記噴口入口７ｂからノズル孔８ａまでの円錐台状の燃料通路の通路断面積（燃料流通方向と直角方向の断面積）について考察する。
まず、大径の噴口入口７ｂの通路断面積に比較して小径の噴口７ｃの通路断面積は明らかに減少する。
次いで前記噴口７ｃを流出して前記円錐台状の燃料通路に至ると、燃料の流れ方向は噴口７ｃでの軸方向下向きから径方向外方に変換される。

したがって、前記噴口出口７ｄからノズル孔８ａまでの燃料通路における通路断面積は、図３に示すように、噴口７ｃの中心軸を中心軸とする円筒面と交差する円筒断面の面積として表される。
ここで、前記燃料通路の入口の通路断面積Ｓiは、噴口７ｃの径をｒi、ノズルプレート８上面からの高さをｈiとすると、
Ｓi＝２π・ｒi・ｈi
と表され、前記燃料通路のノズル孔８ａ上に位置する出口の通路断面積Ｓoは、この位置の径をｒo、ノズルプレート８上面からの高さをｈoとすると、
Ｓo＝２π・ｒo・ｈo
と表される。

そして、入口から出口にいたるまでテーパ状の天井壁としたことにより、燃料通路出口の径ｒoは入口の径ｒiより大きいが、出口の高ｈoは入口の高さｈiより低く、入口から出口に至るまで径ｒの増大に応じて高さｈが低くなるので、この間の通路断面積の増加を抑制できる。
特に、出口通路断面積Ｓo＝入口通路断面積Ｓi、したがって、ｈi／ｈo＝ｒo／ｒiとなるようにテーパ角を設定すれば、燃料入口から出口までの通路断面積が一定となり、入口面積Ｓi＞出口面積Ｓo、したがって、ｈi／ｈo＞ｒo／ｒiとなるようにテーパ角を大きく設定すれば、燃料入口から出口まで通路断面積を一定割合で減少させることができる。

さらに、複数のノズル孔８ａの断面積を合わせた総断面積Ｓnを、前記燃料通路の出口通路断面積Ｓo以下に設定すれば、図４に示すように、噴孔入口７ａからノズル孔８ａに至るまでの通路断面積を単調減少させることができる。
このように、噴口７ｃの出口からノズル孔８ａまでを横断面の径が徐々に増大する円錐台状の燃料通路で繋ぐことにより、該燃料通路の上流から下流に向かって通路断面積の増加を抑制し、さらには減少させることで、燃料流速の減少が抑制され、さらには燃料流速を増加させることができ、かつ、複数のノズル孔８ａは噴口７ｃより外径側に十分な間隔をあけて設けられるため各ノズル孔８ａからの噴霧の重なりを抑制することができるので、燃料の微粒化を可能なかぎり促進することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態を示す。
本実施形態では、弁座部材２１には、噴口として大径の噴口入口２１ａと小径の噴口２１ｂのみを形成し、ノズルプレート２２側に、前記噴口２１ｂに対向する中心部から外径側に設けたノズル孔２２ａまで径が徐々に増大するように屈曲形成してテーパ部２２ｂを設けた構成とする。

このようにしても、第１の実施形態と同様に、前記噴口２１ａの出口とノズルプレート２２上面との間に、該噴口２１ａの軸と直角な横断面の径が徐々に増大する円錐台状の燃料通路が設けられ、該燃料通路によって前記噴口２１ａから前記ノズルプレート２２に前記噴口２１ａより外径側に設けたノズル孔２２ａまでが繋がれる。
したがって、第１の実施形態と同様に燃料の微粒化を可能な限り促進することができる。

また、前記円錐状のテーパ部２２ｂの代わりに、図６に示すように、ノズルプレート３１に中心部から外径側のノズル孔３１ａまで径が徐々に増大するように湾曲形成した湾曲部３１ｂを設けた構成としてもよい。
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ）請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、前記燃料通路の入口から前記ノズル孔に至る出口までの通路断面積が一定または徐々に減少するように構成したことを特徴とする。
このようにすれば、燃料が前記燃料通路を流れる間の流速を一定または増大することができ、燃料の微粒化をより促進することができる。

（ロ）請求項１〜請求項３、（イ）のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、前記弁座部材に形成される噴口から前記燃料通路を経て前記ノズル孔までの通路断面積が単調減少するように構成したことを特徴とする。
このようにすれば、燃料が前記噴口から前記燃料通路を経て前記ノズル孔から噴射される間の流速を一定または増大することができ、燃料の微粒化をさらに促進することができる。

本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の燃料噴射弁の全体構成を示す断面図。 同上燃料噴射弁の要部拡大図。 同上燃料噴射弁の本発明にかかる燃料通路部分の通路断面積を説明するための図。 同上燃料噴射弁の通路断面積変化を従来と比較して示した図。 本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の燃料噴射弁の要部拡大断面図。 第２の実施形態に係る燃料噴射弁の変形例を示す要部拡大断面図。

符号の説明

２…電磁コイル ３…弁体 ７…弁座部材 ７ａ…着座面 ７ｃ…噴口 ７ｄ…噴口出口 ８…ノズルプレート ８ａ…ノズル孔 ２１…弁座部材 ２１ｂ…噴口 ２２…ノズルプレート ２２ａ…ノズル孔
３１…ノズルプレート ３１ａ…ノズル孔

Claims (3)

1. 弁体を閉弁時に着座させる弁座面の下流側に噴口が形成された弁座部材と、該噴口の下流側に複数個のノズル孔が形成されたノズルプレートと、を連結した燃料噴射弁において、
   前記弁座部材の噴口から該噴口より外径側に設けた前記ノズル孔までを、該噴口の軸と直角な横断面の径が徐々に増大する燃料通路を設けて繋げたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記燃料通路を、前記弁座部材に前記噴口の出口に連ねて径が徐々に増大する円錐状の面を形成することにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記燃料通路を、前記ノズルプレートの前記噴口に対向する中心部から外径側のノズル孔まで径が徐々に増大するように屈曲または湾曲して形成することにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。

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