JP2005106006A - 噴孔部材およびそれを用いた燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 噴孔プレート30に形成された噴孔100、102、104の噴孔軸線202は、噴射方向に向かうにしたがい中心軸線200から離れる方向に傾斜している。噴孔100、102、104のうち、噴孔102が噴孔プレート30の最も中心軸線200側、噴孔104が中心軸線200から最も離れた外周側に噴射している。噴孔100、102、104の中心軸線200側の内周側内壁面が中心軸線200と形成する噴孔傾斜角度θ11、θ12、θ10は等しく、15°以上である。噴孔入口から噴孔出口に向けて広がる噴孔100、102、104のテーパ角度θ21、θ22、θ20は、θ22>θ21>θ20である。中心軸線200側に近づけて噴射する噴孔ほどテーパ角度が大きくなっている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、流体噴霧を微粒化する噴孔部材およびそれを用いた燃料噴射弁を提供することを目的とする。
この構成によると、テーパ角度を大きくするほど噴射角度を小さくできる。したがって、テーパ角度を変更して各噴孔の噴射角度を調整することにより各噴孔からの噴霧が干渉することを防止できる。
しかも、噴孔傾斜角度を小さくしなくても噴霧の干渉を防止できるので、噴孔傾斜角度を適宜設定することによって、噴孔内壁面に沿った流体流れを良好に促進することも容易である。
請求項3記載の発明によると、噴孔の内周側内壁面が中心軸線と形成する噴孔傾斜角度θ1が各噴孔で等しいので、例えばパンチで各噴孔を形成する場合、同じ角度の案内治具に沿って各噴孔をパンチすることができる。したがって、噴孔の形成が容易である。
請求項4記載の発明によると、噴孔傾斜角度θ1をθ1≧15°としたので、各噴孔を流れる流体が噴孔内壁面に沿って流れ液膜となって噴射されるために必要な噴孔傾斜角度を確保できる。
請求項6記載の発明によると、噴孔の入口孔径をd、噴孔部材の厚みをtとすると、0.5≦t/d≦1.2である。0.5>t/dであると、噴孔から噴射される流体噴霧の方向がばらついて安定しない。t/d>1.2であると、噴孔を通過する間に流体が互いに付着して均一な液膜にならず、流体噴霧の微粒化が妨げられる。つまり、0.5≦t/d≦1.2の関係を保つことにより、所定方向に流体を噴射し、かつ流体噴霧を十分に微粒化することができる。
請求項7記載の発明によると、燃料噴射弁が燃料を噴射する噴孔部材として請求項1から6に記載された噴孔部材を用いるので、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧を微粒化できる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による噴孔部材をガソリンエンジンの燃料噴射弁に用いた例を図2および図3に示す。燃料噴射弁10は、吸気管に設置されており、燃焼室の2個の吸気入口に向けて噴射ノズル12から燃料を二方向に向けて噴射する。
図2に示すように、燃料噴射弁10の噴射ノズル12は、弁ボディ14、弁部材としてのノズルニードル20および噴孔部材としての噴孔プレート30で構成されている。流体室としての燃料室17は、ノズルニードル20の先端面21と、噴孔プレート30の噴孔入口側端面36と、弁ボディ14の内周面15とで仕切られており、扁平な略円板状に形成されている。
弁ボディ14の燃料下流側端部に、薄い円板状に形成された噴孔部材としての噴孔プレート30が配設されている。図2は噴孔の断面形状が理解しやすいように折れ曲がった切断面による断面を示している。噴孔プレート30は、弁ボディ14の燃料下流側端面と当接しており、弁ボディ14とレーザ溶接されている。図1の(A)に示すように、噴孔プレート30には、噴孔100、102、104が合計12個形成されている。噴孔の数は12個に限るものではなく、2個以上であれば何個でもよい。
図1の(A)は図2においてI方向、つまり噴孔出口側から見た噴孔プレート30を示している。したがって、図1の(A)に見える面は、噴孔プレート30の噴孔出口側端面38である。図1の(B)、(C)、(D)に示す断面は、図4と同じ断面条件により示される噴孔100、102、104の断面である。噴孔100、102、104において中心軸線200と各噴孔の内周側内壁面とが形成する噴孔傾斜角度θ11、θ12、θ10は等しく15°以上である。また、噴孔100、102、104のテーパ角度をθ21、θ22、θ20とすると、θ22>θ21>θ20である。つまり、図5に示すように中心軸線200側に噴射する噴孔ほど噴孔のテーパ角度θ2が大きくなっている。噴孔傾斜角度θ1が同じであれば、テーパ角度θ2が大きくなると二方向に噴射される燃料噴霧が形成する噴霧角度αは、図7に示すように小さくなる。つまり、噴孔から噴射される燃料は、テーパ角度θ2が大きくなると中心軸線200に対する噴射角度が小さくなり中心軸線200側に近づく。言い換えると、噴孔傾斜角度θ1を変更することなく、テーパ角度θ2を変更することにより燃料噴霧の噴霧角度αを調整できる。したがって、小さい噴霧角度αが要求される場合にも、噴孔傾斜角度θ1を小さくせずテーパ角度θ2を大きくすればよい。また、テーパ角度θ2が大きくなると、図8の(B)に示すように噴霧が微粒化される。
(a)θ2=24°、t/d=0.67に設定し、θ1の値を変化させると、図8の(A)に示すように、θ1≧15°の範囲で粒径が約85μm以下になる。θ1を大きくすることにより、第1の交線33を含む中心軸線200側の噴孔内壁面32に案内される燃料が液膜となって広がり燃料噴霧が微粒化されやすくなっている。
(c)θ1=36°、θ2=24°に設定し、t/dの値を変化させると、図8の(C)に示すように、0.5≦t/d≦1.2の範囲で粒径が約85μm以下になる。0.5>t/dであると、噴孔から噴射される燃料噴霧の方向がばらつき安定しない。t/d>1.2であると、噴孔を通過する間に燃料が互いに付着して均一な液膜にならず、燃料噴霧の微粒化が妨げられる。つまり、0.5≦t/d≦1.2の関係を保つことにより、所定方向に燃料を噴射し、かつ燃料噴霧を十分に微粒化することができる。
各噴孔の内周側内壁面の噴孔傾斜角度に応じたガイドのガイド面に沿って、各噴孔のテーパ角度に応じたテーパ角度を有するパンチで噴孔プレート30の母材を打ち抜くことにより、噴孔が形成される。噴孔の噴射角度を調整する場合はパンチを交換し噴孔のテーパ角度を変更すればよいので、噴孔の加工が容易で製造コストが安価である。
本発明の第2実施形態による噴孔プレートを図9に示す。第1実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。
噴孔プレート30には、内周側の同一円周上に噴孔130が4個形成され、噴孔130の外周側の同一円周上に噴孔132が4個形成されている。噴孔130、132は燃料噴射方向に向け噴孔プレート30の中心軸線200から離れるように形成されている。噴孔130、132の噴孔傾斜角度θ10、θ11は等しく15°以上であり、テーパ角度θ20、θ21の関係はθ21>θ20である。つまり、図10に示すように、中心軸線200側に噴射する噴孔130の方が噴孔132よりもテーパ角度θ2が大きい。そして、合計4個の噴孔130、132から噴射される燃料噴霧140、142によりそれぞれ2個の燃料噴霧144が形成され、2方向噴射が行われる。
本発明の第3実施形態による噴孔プレートを図11に示す。
噴孔プレート30には、同一円周上に噴孔150、512が合計8個形成されている。噴孔150、152は燃料噴射方向に向け噴孔プレート30の中心軸線200から離れるように形成されている。噴孔150、152の噴孔傾斜角度θ10、θ11は等しく15°以上であり、テーパ角度θ20、θ21の関係はθ21>θ20である。つまり、図12に示すように、中心軸線200側に噴射する噴孔150の方が噴孔152よりもテーパ角度θ2が大きい。そして、合計4個の噴孔150、152から噴射される燃料噴霧160、162によりそれぞれ2個の燃料噴霧164を形成し、2方向噴射が行われる。
上記複数の実施形態では二方向噴射の燃料噴射弁について説明したが、一方向に噴射する燃料噴射弁に本発明の噴孔部材を用いてもよい。噴孔の噴孔傾斜角度θ1を変更することなくテーパ角度θ2を変更することにより、燃料噴霧の微粒化を妨げることなく複数の噴孔から噴射された噴霧により構成される1個の燃料噴霧の内周側の広がり角度を調整できる。
上記複数の実施形態では、燃料噴霧を微粒化するために、θ1、θ2、t/dの望ましい設計値を示した。しかし、噴孔の噴孔軸線が燃料噴射方向に向けて噴孔部材の中心軸線200から離れるように傾斜しており、噴孔が噴孔入口側から噴孔出口側に向けて広がっており、中心軸線側に噴射する噴孔ほどテーパ角度が大きいのであれば、前述した設計値以外の値を採用してもよい。
上記複数の実施形態では、ガソリンエンジンの燃料噴射弁に本発明の噴孔部材を用いた。これ以外にも、流体を微粒化して噴射したいのであれば、どのような用途に本発明の噴孔部材を用いてもよい。
Claims (7)
- 流体を噴射する流体噴射弁に用いられ、複数の噴孔を備えた板状の噴孔部材であって、
前記噴孔は噴孔入口側から噴孔出口側に向けて広がり、前記噴孔の噴孔軸線は流体噴射方向に向かうにしたがい前記噴孔部材の板厚方向に沿った中心軸線から離れるように傾斜しており、噴孔入口側から噴孔出口側に向けて広がる前記噴孔の広がり角度は、前記中心軸線側に噴射する噴孔ほど大きいことを特徴とする噴孔部材。 - 前記噴孔部材の軸方向断面において、前記噴孔の内周側内壁面および外周側内壁面は噴射方向に向かうにしたがい前記中心軸線から離れる方向に傾斜していることを特徴とする請求項1記載の噴孔部材。
- 前記内周側内壁面が前記中心軸線と形成する噴孔傾斜角度をθ1とすると、各噴孔のθ1は等しいことを特徴とする請求項1または2記載の噴孔部材。
- 前記内周側内壁面が前記中心軸線と形成する噴孔傾斜角度をθ1とすると、θ1≧15°であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の噴孔部材。
- 前記広がり角度をθ2とすると、θ2≧15°であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の噴孔部材。
- 前記噴孔の入口孔径をd、前記噴孔部材の厚みをtとすると、
0.5≦t/d≦1.2
であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の噴孔部材。 - 燃料通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、
前記弁座の燃料通路下流側に配置され前記燃料通路から流出する燃料を噴射する請求項1から6のいずれか一項記載の噴孔部材と、
前記弁座に着座することにより前記燃料通路を閉塞し、前記弁座から離座することにより前記燃料通路を開放する弁部材と、
を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
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