JP2005054683A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 噴射口が弁軸に対して傾斜している場合に、噴射口が傾斜していることによる流れの乱れを抑制することのできる燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】 中空状の弁本体１０の一端に傾斜した噴射口１２ｂを有する弁座１２を設け、弁体９がこの弁座１２に離接して噴射口１２ｂを開閉する燃料噴射弁において、弁座１２における弁座部１２ｃと噴射口１２ｂとの間にテーパ面２１を設け、更に弁座１２の軸線に対して鋭角側のテーパ長さ２１ａを鈍角側のテーパ長さ２１ｂよりも大きくなるようにテーパ面２１を構成する。
【選択図】 図６

Description

この発明は、内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁の構造に関するものである。

従来、燃料噴射弁の軸線に対して斜めに噴口が貫通している燃料噴射弁が存在し、更に弁座と噴口の間に半球状の噴射室を有しており、噴射室と噴口間に面取りを施し、この面取り量を調整するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３０３９３４号公報

従来の燃料噴射弁においては、弁座のシート部より下流ではガスの雰囲気に近い圧力下に燃料が噴射されるので、弁座面から噴射室への急激な流れの変化は、流体剥離の原因となり、内部に渦が生じ、大きな流体ロスが発生するという問題点があった。
又、球状の噴射室に噴射口が設けられているため、つなぎ部に面取りを施しても、流れの変化を緩和する効果が少ないという問題点もあった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、噴射口が噴射弁の軸線から傾斜している場合でも、噴射口が傾斜していることによる流れの乱れを抑制することのできる燃料噴射弁を提供することを目的とする。

この発明の請求項１に係る燃料噴射弁は、中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ弁軸に対して傾斜した噴射口を有する弁座と、弁座に離接して噴射口を開閉する弁体と、弁体を囲んで弁体を摺動可能に支持するとともに噴射口に流入する流体に旋回を与える旋回体を備えたものであって、弁座における弁座部と噴射口との間にテーパ面を設けたものである。

この発明の請求項１に係る燃料噴射弁によれば、中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ弁軸に対して傾斜した噴射口を有する弁座と、弁座に離接して噴射口を開閉する弁体と、弁体を囲んで弁体を摺動可能に支持するとともに噴射口に流入する流体に旋回を与える旋回体を備えたものであって、弁座における弁座部と噴射口との間にテーパ面を設けたので、燃料の流れの変化がスムーズになりデポジットの付着が少なくなる。

実施の形態１．
以下、この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による筒内噴射用燃料噴射弁を示す断面図であり、図において、燃料噴射弁１はソレノイド装置２、磁気回路のヨーク部分であるハウジング３、磁気回路の固定鉄心部分であるコア４、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア５、弁装置６から構成されており、ソレノイド装置２はコイルアセンブリ７，コイル８を有している。

弁装置６は弁体９，中空状の弁本体１０，スワラー（旋回体）１１，弁座１２，ストッパ１３及びホルダ１４で構成されている。
弁本体１０はホルダ１４の内径部に圧入後、溶接により結合されている。
アマチュア５は弁体９に溶接部５ａにおいて結合されている。
スワラー１１は弁本体１０の内径部に圧入され、又、弁座１２は弁本体１０に圧入された後、溶接部１２ａにおいて弁本体１０に結合される。
又、コア４とホルダ１４の間には金属製のスリーブ１５が配置されており、このスリーブ１５はコア４およびホルダ１４に溶接などの手段で締結されている。そしてこのように締結されることにより、内部燃料が漏れないようにシールされている。

次に動作について説明する。
エンジンのマイコンより燃料噴射弁１の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁１のコイル８に電流が通電され、アマチュア５、コア４、ハウジング３、ホルダ１４で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア５はコア４側へ吸引動作され、アマチュア５と一体的に構造されている弁体９が弁座部１２ｃから離れて間隙が形成される。
そして、高圧の燃料は弁本体１０内部から弁座部１２ｃと弁体９の隙間を通って弁座１２に設けられた噴射口１２ｂに流入したのち、外部へ噴射される。

次にエンジンのマイコンより燃料噴射弁１の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル８への電流の通電が停止し、磁気回路中の磁束が減少して、弁体９を閉弁方向に押している圧縮ばね１６により弁体９と弁座部１２ｃ間の隙間は閉じられ、燃料噴射が終了する。
弁体９は弁体９とスワラー１１との摺動部９ａ、及び弁体９と弁本体１０との摺動部９ｂがそれぞれガイド部となって摺動動作し、開弁状態では弁体９のフランジ上面９ｃがストッパ１３の下面と当接する。

摺動部９ｂは弁座面に対する弁体９の径方向の非同軸度（振れ）を規制する手段であるので、この部分のクリアランスはなるべく小さく設定されるのが好ましく、本発明では弁体９の耐久磨耗を許容限度以内とするため、１０μｍ以下（片側隙間５μｍ以下）としている。
燃料は弁体９と弁座１２の隙間部分を通って噴射口１２ｂに到達する。更に、燃料は噴射口１２ｂを通って外部へ噴射される。

図２，図３は弁先端部を示す拡大断面図であり、従来のように半球状の噴射室１２ｆを設けた場合のモデルケースを示したものである。
図３に示すように、半球状の噴射室１２ｆからの燃料の流れ方向Ａと面とり面１２ｇのなす角θ_１と、半球状の噴射室１２ｆを廃止し、テーパ形状（図３の破線）にした場合の燃料流れ方向Ｂと面取り面１２ｇのなす角θ_２との関係はθ_１≫θ_２となり、噴射室１２ｆがある場合、噴射室１２ｆから面取り面１２ｇにかけては、燃料の流れが急変するため、面取り面１２ｇに淀みができ、カーボンデポジットが付着する原因となる。

そこで図４，５に示すように、半球状の噴射室１２ｆをなくし、面取り面１２ｈ，１２ｉを設けることが考えられるが、噴射口１２ｂと弁座部１２ｃの間の面取り面１２ｈ，１２ｉの量が異なるため、弁座部１２ｃと面取り面１２ｈ，１２ｉのつなぎ目とシート部（弁体９と弁座部１２ｃとが接触する位置）Ｃ，Ｄとの距離Ｌ_１，Ｌ_２が一定でなくなり、即ち弁座部１２ｃと面とり面１２ｈ，１２ｉとのつなぎ目を含む平面Ｅが弁座１２の上面Ｆと平行でなくなる。
故にそれぞれの位置で燃料が面取り面１２ｈ，１２ｉへ流入する方向が異なるため、面取り面内Ｅで流れがぶつかり、燃料流の乱れが生じる。そしてこの燃料流の乱れはデポジット付着の原因となる。
特にシート部Ｃ，Ｄに近い部分では、弁体９と弁座１２の間隔が狭まり、従って燃料通路も狭くなるので、デポジットの付着は流量低下の原因となる。

そこで本発明においては、図６，図７に示すように、弁軸に対して傾斜している噴射口１２ｂと弁座部１２ｃの間にテーパ面２１を設け、弁座１２の軸線（噴射弁の中心線）Ｘに対して、鋭角α側のテーパ長さ２１ａを鈍角β側のテーパ長さ２１ｂよりも大きくなるよう構成したものである。尚、テーパ長さ２１ａはテーパ長さ２１ｂの１．５倍以上になるよう構成することが望ましい。
このように従来存在していた噴射室を廃止し、燃料の流れが急激に変化する部分をなくし、弁座面はテーパ面とし、シート部Ｃ，Ｄと噴射口１２ｂの間に弁座部１２ｃの開き角θ_３よりも小さな開き角θ_４を有するテーパ面２１を設けることにより、燃料の流れをスムーズにした。

又、弁座部１２ｃの延長線上の交点Ｇ，及びテーパ面２１の延長線上の交点Ｈは共に弁座１２の軸線Ｘ上に存在するようにすることにより、弁座部１２ｃとテーパ面２１を同心円状に構成することもできる。
そして、シート部Ｃ，Ｄからテーパ面２１のつなぎ目までの距離Ｌを一定にすることにより、つなぎ目を含む平面Ｅが弁座１２の上面Ｆと平行になるように構成したものである。

図８に示すようにシート面と噴射口１２ｂのつなぎ部においてのテーパがない場合、よどみ部Ｐが最も大きくなる。
この場合、鋭角側の流れは縮流が発生し流速が遅くなり、縮流の発生しない鈍角側の流れと鋭角側の流れのバランスが崩れ、均一な噴霧を実現することは困難である。
これに対し、図７に示すように、鈍角側のテーパ量２１ｂより鋭角側のテーパ量２１ａを大きくして、鋭角側の燃料の流れをスムーズすることにより、鋭角側の流速を鈍角側の流速に近づけることができ、左右のバランスがとれた均一な噴霧が実現できる。

以上のように本実施形態によれば、弁座部１２ｃと噴射口１２ｂのつなぎ目の角度が最も鋭角になる部分に、最も大きいテーパ２１ａを設けることで、燃料の流れの変化がスムーズになりデポジットの付着が少なくなる。
又、弁座部１２ｃから噴射口１２ｂに至るまでの燃料流れの方向の変更角を小さくすることで、流体ロスを少なくでき、燃料流の微粒化が促進できる。

更に、弁座部１２ｃとテーパ面２１のつなぎ目が、シート部Ｃ，Ｄから一定であるため、シート部Ｃ，Ｄ下流近傍の燃料流の乱れを抑制できる。
又、鈍角側のテーパ量２１ｂより鋭角側のテーパ量２１ａを大きくして、鋭角側の燃料の流れをスムーズすることにより、鋭角側の流速を鈍角側の流速に近づけることができ、左右のバランスがとれた均一な噴霧が実現できる。

実施の形態２．
図９，図１０はこの発明の実施の形態２による筒内噴射用燃料噴射弁の弁先端部を示す拡大断面図であり、本実施形態においては、弁座１２の軸線Ｘに対する鋭角側テーパ２１ａにおいて、弁座部１２ｃとテーパ面２１ａのなす角度α_１と、テーパ面２１ａと噴射口１２ｂのなす角度α_２を等しくなるように構成するとともに、テーパ面２１ａの長さをテーパ面２１ｂの長さよりも大きくなるように構成したものである。

以上のように、弁座１２の軸線Ｘに対する鋭角側テーパ２１ａにおいて、α_１とα_２を等しくなるよう構成することにより、流路全体を通して燃料の流れ方向が急激に変化する部分をなくすことができ、デポジットの付着、並びに流体エネルギーのロスを最小にできる。

この発明の実施の形態１による燃料噴射弁を示す断面図である。 弁先端部を示す拡大断面図である。 弁先端部を示す拡大断面図である。 弁先端部を示す拡大断面図である。 弁先端部を示す拡大断面図である。 弁先端部を示す拡大断面図である。 弁先端部を示す拡大断面図である。 弁先端部を示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態２による弁先端部を示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態２による弁先端部を示す拡大断面図である。

符号の説明

９ 弁体
１０ 弁本体
１１ 旋回体
１２ 弁座
１２ｂ 噴射口
１２ｃ 弁座部
２１ テーパ面

Claims (4)

1. 中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ弁軸に対して傾斜した噴射口を有する弁座と、上記弁座に離接して上記噴射口を開閉する弁体と、上記弁体を囲んで上記弁体を摺動可能に支持するとともに上記噴射口に流入する流体に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁において、上記弁座における弁座部と上記噴射口との間にテーパ面を設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 上記弁座におけるシート部から上記テーパ面のつなぎ目までの距離を一定に構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 上記弁座の軸線に対して鋭角側のテーパ長さを鈍角側のテーパ長さよりも大きくなるように上記テーパ面を構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 上記鋭角側のテーパにおいて、上記弁座部と上記テーパ面のなす角度と、上記テーパ面と上記噴射口のなす角度とが等しくなるように構成したことを特徴とする請求項３記載の燃料噴射弁。

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