JP2005113815A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁において，弁座孔の長さと燃料拡散室の高さの大小関係，並びに弁座孔及び燃料噴孔の相対位置関係を合理的に設定して，噴射燃料の効果的な微粒化を図る。【解決手段】円錐状の弁座８及び，この弁座８の下流端に連なる弁座孔７を弁座部材３に設け，また弁座部材３と，インジェクタプレート１０との間に，弁座孔７から半径方向に広がる偏平な燃料拡散室４３を形成し，この燃料拡散室４３に開口する複数の燃料噴孔１１をインジェクタプレート１０に穿設した燃料噴射弁Ｉにおいて，燃料噴孔１１を，弁座孔７から半径方向外方に離隔して配置すると共に，燃料拡散室４３の高さをｔ１，弁座孔７の長さをｔ２としたとき，ｔ２／ｔ１≧２とした。
【選択図】 図２

Description

本発明は，主として内燃機関の燃料供給系に使用される燃料噴射弁に関し，特に，弁座部材に，弁組立体の弁部と協働する円錐状の弁座と，この弁座の下流端に連なる弁座孔とを設け，また前記弁座部材と，それに接合されるインジェクタプレートとの間に，前記弁座孔の下流端を中心部に開口させて半径方向に広がる偏平な燃料拡散室を形成し，この燃料拡散室に開口する複数の燃料噴孔を前記インジェクタプレートに穿設した燃料噴射弁の改良に関する。

かゝる内燃機関用燃料噴射弁は，下記特許文献１に開示されているように，既に知られている。
特開２０００−９７１２９号公報

かゝる燃料噴射弁は，弁座を通過した高圧の燃料を，弁座孔を通過した燃料を拡散室で拡散させてから燃料噴孔から噴射するようにして，燃料の噴霧方向及び噴霧角度を，各燃料噴孔の方向及び形状に応じた適正なものとすることを狙っている。

しかしながら，従来のものでは，燃料噴孔からの噴射燃料の微粒化が充分ではなく，しかも燃料流量が所定通り得られず，それは弁座孔の長さと燃料拡散室の高さの大小関係，弁座孔及び燃料噴孔の相対位置関係が合理的でなかったことによることが判明した。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，弁座孔の長さと燃料拡散室の高さの大小関係，弁座孔及び燃料噴孔の相対位置関係を合理的に設定して，燃料噴孔からの噴射燃料を効果的に微粒化させ得ると共に，燃料流量が所定通り得られるようにした燃料噴射弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，弁座部材に，弁組立体の弁部と協働する円錐状の弁座と，この弁座の下流端に連なる弁座孔とを設け，また前記弁座部材と，それに接合されるインジェクタプレートとの間に，前記弁座孔の下流端を中心部に開口させて半径方向に広がる偏平な燃料拡散室を形成し，この燃料拡散室に開口する複数の燃料噴孔を前記インジェクタプレートに穿設した燃料噴射弁であって，前記燃料噴孔を，前記弁座孔から半径方向外方に離隔して配置すると共に，前記燃料拡散室の高さをｔ１，前記弁座孔の長さをｔ２としたとき，ｔ２／ｔ１≧２としたことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記燃料拡散室の高さを，前記燃料噴孔が臨む部分で２０〜１１０μｍとしたことを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第１又は第２の特徴に加えて，前記弁座孔及び燃料拡散室間の角部に面取りを施したことを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１〜第３の特徴の何れかに加えて，前記燃料拡散室を，その高さが半径方向外方に向かって減少するように形成したことを第４の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，開弁時，先ず，弁座を通過した燃料は弁座孔を下る。この弁座孔では，その長さが拡散室に比して充分に長いので，燃料を効果的に整流させて燃料拡散室に移すことができ，燃料の滞留を防ぐことができる。

弁座孔から，弁座孔の長さより遥かに薄い偏平な燃料拡散室に移った燃料は高速で半径方向外方に広がり，燃料拡散室の内周壁に勢いよく衝突して，燃料拡散室の圧力を各部均等に上昇させることができ，したがって，その各部均等な高圧をもって燃料は燃料噴孔から噴射されることになるから，燃料噴孔からの噴射燃料の微粒化を促進することができると共に，噴霧フォームの方向及び形状を常に安定させることができる。しかも弁座孔での整流により燃料の滞留がないことから，燃料流量の減少を防ぎ，所定の燃料噴射量を確保することができる。

また本発明の第２の特徴によれば，弁座孔から燃料拡散室に移った燃料が高速で且つ膜状に半径方向に広がり，この膜状燃料が燃料噴孔から高速で噴射されるとき，燃料流が各燃料噴孔の内周壁から剥離を生じることで，噴射燃料の微粒化を一層効果的に促進することができる。しかも，燃料拡散室によるデッドボリュームを極小にすることができ，温度変化に対する燃料の流量特性を安定させることができる。また燃料拡散室では毛細管現象により，残存燃料の流出を回避して，燃料噴射後の各燃料噴孔からの燃料だれを防ぎ，内燃機関の排気エミッションの低減に貢献することができる。

さらにまた本発明の第３の特徴によれば，弁座孔から燃料拡散室への燃料の移行がスムーズに行われ，燃料拡散室での燃料流量の減少と圧力低下を防ぐことができる。

さらにまた本発明の第４の特徴によれば，燃料拡散室は，燃料が半径方向に広がるにつれて，その高さを減少させる流れに略対応した合理的な形状となり，その結果，燃料により燃料拡散室の圧力を一層各部均等に高めることができ，各燃料噴孔からの噴射燃料の微粒化の一層の促進と，噴霧フォームの一層の安定化を図ることができる。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の第１実施例に係る内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図，図２は図１の要部拡大図，図３は図２の３矢視図，図４は本発明の第２実施例を示す，図２に対応した断面図，図４は本発明の第３実施例を示す，図２に対応した断面図である。

先ず，図１〜図３に示す本発明の第１実施例より説明する。

図１において，内燃機関用電磁式燃料噴射弁Ｉのケーシング１は，円筒状の弁ハウジング２（磁性体）と，この弁ハウジング２の前端部に液密に結合される有底円筒状の弁座部材３と，弁ハウジング２の後端に環状のスペーサ４を挟んで液密に結合される円筒状の固定コア５とから構成される。

スペーサ４は，非磁性金属，例えばステンレス鋼製であり，その両端面に弁ハウジング２及び固定コア５が突き当てられて液密に全周溶接される。

弁座部材３及び弁ハウジング２の対向端部には，第１嵌合筒部３ａ及び第２嵌合筒部２ａがそれぞれ形成される。そして第１嵌合筒部３ａが第２嵌合筒部２ａ内にストッパプレート６と共に圧入され，ストッパプレート６は，弁ハウジング２と弁座部材３間で挟持される。その後，第１嵌合筒部３ａの外周面と第２嵌合筒部２ａの端面とに挟まれる隅部の全周にわたりレーザ溶接を施すことにより，弁ハウジング２及び弁座部材３が相互に液密に結合される。

弁座部材３には，円錐状の弁座８と，この弁座８の下流端に連なる弁座孔７と，この弁座８の大径部に連なる円筒状のガイド孔９とが形成され，そのガイド孔９は，前記第２嵌合筒部２ａと同軸状に形成される。

弁座部材３の前端面には，上記弁座孔７と連通する複数の燃料噴孔１１を有する鋼板製のインジェクタプレート１０（図２参照）が液密に全周溶接される。

弁ハウジング２及びスペーサ４内には，固定コア５の前端面に対向する可動コア１２が収容され，スペーサ４の内周面には，可動コア１２を軸方向摺動自在に支承する環状のガイド面１３が突設される。

可動コア１２は，その一端面から前記弁座８側に延びる小径の杆部１５を一体に備えており，この杆部１５の先端に，前記弁座８に着座し得る球状の弁部１６が溶接により固着される。而して，可動コア１２，杆部１５及び弁部１６によって弁組立体１４が構成される。

弁部１６は，前記ガイド孔９に軸方向摺動自在に支承されるもので，その外周面には，ガイド孔９内での燃料の流通を可能にする複数の平面部１７が等間隔置きに並べて形成される。

前記ストッパプレート６には，杆部１５が貫通する切欠き１８が設けられており，このストッパプレート６の，弁座８側端面に対向するストッパフランジ１９が杆部１５の中間部に形成されている。これらストッパプレート６及びストッパフランジ１９間には，弁部１６の閉弁時，即ち弁座８への着座時，弁部１６の開弁ストロークに対応する間隙が設けられる。

一方，固定コア５及び可動コア１２間には，弁部１６の開弁時，即ち弁部１６の弁座８からの離座時でも，両コア５，１２の当接を避けるに足る間隙が設けられる。

固定コア５は，可動コア１２の通孔２１を介して弁ハウジング２内と連通する中空部２１を有しており，その中空部２１に，可動コア１２を弁部１６の閉じ方向，即ち弁座８への着座方向に付勢するコイル状の弁ばね２２と，この弁ばね２２の後端を支承するパイプ状のリテーナ２３とが収容され，リテーナ２３は，固定コア５に，その外周からのカシメにより固定される。可動コア１２の後端面には，弁ばね２２の前端部を受容する位置決め凹部２４が形成されており，また弁ばね２２のセット荷重は，リテーナ２３の固定コア５への固定位置によって調整される。

固定コア５の後端には，パイプ状のリテーナ２３を介して固定コア５の中空部２１に連通する燃料入口２５を持つ入口筒２６が一体に連設され，その燃料入口２５に燃料フィルタ２７が装着される。

スペーサ４及び固定コア５の外周にはコイル組立体２８が嵌装される。このコイル組立体２８は，スペーサ４及び固定コア５に外周面に嵌合するボビン２９と，これに巻装されるコイル３０とからなっており，このコイル組立体２８を囲繞するコイルハウジング３１の一端部が弁ハウジング２の外周面に溶接により結合される。

コイルハウジング３１，コイル組立体２８及び固定コア５は合成樹脂製の被覆体３２内に埋封され，この被覆体３２の中間部には，前記コイル３０に連なる接続端子３３を収容する備えたカプラ３４が一体に連設される。

この被覆体３２の前端面と，弁座部材３の前端部に嵌着される合成樹脂製のキャップ３５との間に弁座部材３の外周面に密接するＯリング３７が装着され，このＯリング３７は，この電磁式燃料噴射弁Ｉを図示しない吸気マニホールドの燃料噴射弁取り付け孔に装着したとき，その取り付け孔の内周面に密接するようになっている。

さて，弁座部材３の弁座孔７周りの構造について，図２及び図３を参照しながら詳しく説明する。

弁座部材３には，弁座８の下流端と弁座孔７の上流端と間に，それらを相互に接続する環状の凹部４０が形成され，この凹部４０は，弁組立体１４の弁部１６の前端面により燃料集合室４１に画成される。この燃料集合室４１の底面は円錐状をなしており，この燃料集合室４１の内周面及び底面間を接続する環状の角部にはテーパ又は円弧の面取り４２が施される。

また弁座部材３及びインジェクタプレート１０間には，弁座孔７の下流端を中心部に開口させて半径方向外方に広がる偏平な燃料拡散室４３が形成される。この燃料拡散室４３は，図示例では，弁座部材３の前端面に形成される環状の凹部４４と，インジェクタプレート１０の内側面とで画成される。その際，弁座孔７の内周面と燃料拡散室４３の天井面との間を接続する環状の角部にはテーパ又は円弧の面取り４５が施される。

図３に示すように，インジェクタプレート１０に穿設された複数の燃料噴孔１１は，弁座孔７の軸線を中心とする円周上に配列され，しかも上記燃料噴孔１１から半径方向外方に離隔して，即ち燃料噴孔１１とは軸方向で重なることがないように配置される。こうして各燃料噴孔１１は，燃料拡散室４３を介して弁座孔７に連通される。

こゝで，燃料拡散室４３の高さをｔ１，弁座孔７の長さをｔ２としたとき，次式が成立するように，弁座孔７，インジェクタプレート１０及び燃料拡散室４３は形成される。

ｔ２／ｔ１≧２・・・・・・・（１）
また，特に燃料拡散室４３の高さｔ１は，燃料噴孔１１が臨む部分で２０〜１１０μｍに設定される。

次に，この第１実施例の作用について説明する。

図２に示すように，コイル３０を消磁した状態では，弁ばね２２の付勢力で可動コア１２及び弁部１６が前方に押圧され，弁部１６を弁座８に着座させている。したがって，燃料フィルタ２７及び入口筒２６を通して弁ハウジング２内に供給された高圧燃料は，弁ハウジング２内に待機させられる。

コイル３０を通電により励磁すると，それにより生ずる磁束が固定コア５，コイルハウジング３１，弁ハウジング２及び可動コア１２を順次走り，その磁力により弁組立体１４の可動コア１２が弁部１６と共に固定コア５に吸引され，弁座８が開放される。このとき，弁組立体１４のストッパフランジ１９が弁ハウジング２に固着したストッパプレート６に当接することにより，弁組立体１４の開弁限界が規定される。

弁座８が開放されると，弁ハウジング２内の高圧燃料が，弁部１６の平面部１７から円錐状の弁座８をを通過し，燃料集合室４１を経て弁座孔７を下る。

その際，この弁座孔７の長さｔ２は，前記（１）式により，燃料拡散室４３の高さｔ１に比して充分に大きく設定されているから，弁座孔７では，燃料を効果的に整流させて燃料拡散室４３に移して，弁座孔７での燃料の滞留を防ぐことができる。しかも弁座孔７及び燃料拡散室４３間の角部には，テーパ又は円弧の面取り４５が施されるので，弁座孔７から燃料拡散室４３への燃料の移行をスムーズにすることができ，流量損失を少なくすることができる。

弁座孔７から燃料拡散室４３に移った燃料は半径方向外方に広がる。このとき，インジェクタプレート１０の各燃料噴孔１１は，前述のように，弁座孔７から半径方向外方に離隔して配置されているから，弁座孔７を通過した燃料は，燃料噴孔１１へ直ちには流れず，半径方向に広がって燃料拡散室４３を満たした後に，各燃料噴孔１１から噴射されることになる。

特に，燃料拡散室４３の高さｔ１は，前記（１）式により，弁座孔７の長さｔ２に比して充分に小さく設定されているから，弁座孔７から燃料拡散室４３に流入した燃料は，高速で半径方向外方に広がり，燃料拡散室４３の内周壁に勢いよく衝突して，燃料拡散室４３の圧力を各部均等に上昇させるので，その各部均等な高圧をもって燃料は各燃料噴孔１１から噴射される結果，各燃料噴孔１１からの噴射燃料の微粒化を促進することができると共に，噴霧フォームＦの方向及び形状を常に安定させることができる。しかも弁座孔７での燃料の滞留がないこと，並びに弁座孔７から燃料拡散室４３への燃料の移行がスムーズであることにより，燃料流量の減少を防ぎ，所定の燃料噴射量を確保することができる。

また燃料拡散室４３の高さｔ１が，前述のように燃料噴孔１１が臨む部分で２０〜１１０μｍに設定される場合には，弁座孔７から燃料拡散室４３に移った燃料は，高速で且つ膜状に半径方向に広がり，この膜状燃料が各燃料噴孔１１から高速で噴射されると，その燃料流が各燃料噴孔１１の内周壁に対して剥離するため，噴射燃料の微粒化を一層効果的に促進することができる。しかも，燃料拡散室４３によるデッドボリュームを極小にすることができ，温度変化に対する燃料の流量特性を安定させることができる。また燃料拡散室４３では毛細管現象により，残存燃料の流出を回避して，燃料噴射後の各燃料噴孔１１からの燃料だれを防ぎ，内燃機関の排気エミッションの低減に貢献することができる。

尚，燃料拡散室４３の高さｔ１が２０μｍ未満となると，燃料拡散室４３の流路抵抗が急増して，所定の燃料流量を得ることが困難となる。

次に，図４に示す本発明の第２実施例について説明する。

この第２実施例では，燃料拡散室４３の天井面に，弁座孔７と同心の環状段部４３ａが１段又は複数段形成され，これにより燃料拡散室４３の高さｔ１は，燃料拡散室４３の中心部から半径方向外方に行くにつれて減少するようになっている。上記段部４３ａは，これが燃料の広がりの障害とならないように，テーパ又は円弧状に形成される。また燃料集合室４１の底面と弁座孔７の内周面との間を接続する環状の角部にはテーパ又は円弧の面取り４２′が施される。

その他の構成は，前実施例と同様であるので，図４中，前実施例と対応する部分には，それと同一の参照符号を付して，その説明を省略する。

この第２実施例によれば，燃料拡散室４３は，燃料が半径方向に広がるにつれて，その高さを減少させる流れに略対応した合理的な形状となる。その結果，弁座孔７から燃料拡散室４３に移行した燃料により燃料拡散室４３の圧力を一層各部均等に高め，各燃料噴孔１１からの噴射燃料の微粒化の一層の促進と，噴霧フォームの一層の安定化を図ることができる。

最後に，図５に示す本発明の第３実施例について説明する。

この第３実施例では，弁座部材３とインジェクタプレート１０との間に，燃料拡散室４３に対応する開口部５０ａを持った中間プレート５０が接合される。その他の構成は，前実施例と同様であるので，図４中，前実施例と対応する部分には，それと同一の参照符号を付して，その説明を省略する。

この第３実施例によれば，燃料拡散室４３を中間プレート５０へのプレス打ち抜き加工により簡単に形成することができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，図２の第１実施例において，インジェクタプレート１０側に，燃料拡散室４３の形成のための凹部４４を設けることもできる。また図４の第２実施例において，環状段部４３ａに変えて，燃料拡散室４３の天井面を連続した円錐面に形成することもできる。

本発明の第１実施例に係る内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図。 図２は図１の要部拡大図。 図２の３矢視図。 本発明の第２実施例を示す，図２に対応した断面図。 本発明の第３実施例を示す，図２に対応した断面図。

符号の説明

Ｉ・・・・・電磁式燃料噴射弁
３・・・・・弁座部材
４・・・・・スペーサ
７・・・・・弁座孔
８・・・・・弁座
１０・・・・インジェクタプレート
１１・・・・燃料噴孔
１４・・・・弁組立体
１６・・・・弁部
４１・・・・燃料集合室
４３・・・・燃料拡散室
４３ａ・・・段部

Claims (4)

1. 弁座部材（３）に，弁組立体（１４）の弁部（１６）と協働する円錐状の弁座（８）と，この弁座（８）の下流端に連なる弁座孔（７）とを設け，また前記弁座部材（３）と，それに接合されるインジェクタプレート（１０）との間に，前記弁座孔（７）の下流端を中心部に開口させて半径方向に広がる偏平な燃料拡散室（４３）を形成し，この燃料拡散室（４３）に開口する複数の燃料噴孔（１１）を前記インジェクタプレート（１０）に穿設した燃料噴射弁（Ｉ）において，
   前記燃料噴孔（１１）を，前記弁座孔（７）から半径方向外方に離隔して配置すると共に，前記燃料拡散室（４３）の高さをｔ１，前記弁座孔（７）の長さをｔ２としたとき，ｔ２／ｔ１≧２としたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１記載の燃料噴射弁において，
   前記燃料拡散室（４３）の高さを，前記燃料噴孔（１１）が臨む部分で２０〜１１０μｍとしたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１又は２記載の燃料噴射弁において，
   前記弁座孔（７）及び燃料拡散室（４３）間の角部に面取り（４５）を施したことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の燃料噴射弁において，
   前記燃料拡散室（４３）を，その高さが半径方向外方に向かって減少するように形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
   

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