JP2005127186A - 燃料噴射弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】 燃料噴霧を微粒化する燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】 弁部材が着座並びに離座する弁座を有している弁ボディと、弁座に対し燃料流れの下流側に設けられ、噴孔が形成されている板状の噴孔プレート30とを備える燃料噴射弁において、噴孔40は、噴孔プレート30の中心軸線から離れる方向へ傾斜しており、当該噴孔40の入口側開口縁のうち少なくとも外周側に、噴孔40の内周側内壁面64aへ向かって燃料流れをガイドするガイド部54bが形成されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、内燃機関(以下、エンジンという)へ向かって燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
特許文献1等に開示の燃料噴射弁では、燃料流れの下流側へ向かうほど噴孔プレートの中心軸線から離れる方向へ傾斜する噴孔を噴孔プレートに形成している。かかる燃料噴射弁では、図16に例示するように噴孔プレート1の板厚方向の断面において噴孔2の内周側内壁面3と外周側内壁面4とが燃料流れの下流側へ向かうほど噴孔プレート1の中心軸線から離れる方向へ傾斜しており、噴孔2を流れる燃料を液膜化して燃料噴霧の微粒化を図ることができる。燃料噴霧の微粒化は、エンジンの動力性能及び燃費を高める上で、また排気ガス中の有毒成分を低減する上で重要となる。
特開2001−317431号公報
しかし噴孔2において、入口側開口縁の内周側内壁面3近傍に到達した燃料は図16の破線矢印の如く孔内壁面に沿って流れることで液膜化し易いが、入口側開口縁の外周側内壁面4近傍に到達した燃料は図16の実線矢印のように孔内壁面に沿うことなく液柱状となって流れ易い。この液柱状部分の噴霧は液膜化部分の噴霧に比べ微粒化され難いため、燃料噴霧の微粒化の妨げとなっている。
本発明の目的は、燃料噴霧を微粒化する燃料噴射弁を提供することにある。
請求項1に記載の発明によると、噴孔の入口側開口縁のうち少なくとも外周側に、噴孔の内周側内壁面へ向かって燃料流れをガイドするガイド部が形成されている。そのため、噴孔において入口側開口縁の外周側内壁面近傍に到達した燃料は、ガイド部のガイド作用を受けて噴孔の内周側内壁面へと導かれる。噴孔は噴孔プレートの中心軸線から離れる方向へ傾斜しているので、ガイド部のガイド作用により噴孔の内周側内壁面に達した燃料は噴孔の内壁面に沿って流れることで液膜化され、噴射によって微粒化される。
請求項2に記載の発明によると、ガイド部は、噴孔の入口側開口縁の周方向全体に亘って形成されている。このガイド部によれば、噴孔において入口側開口縁の周方向の任意箇所に到達した燃料を噴孔の内周側内壁面へと確実に導くことができる。したがって、燃料の液膜化を促進して、燃料噴霧の微粒化効果を高めることができる。
請求項3に記載の発明によると、上流側プレート及び下流側プレートからなる噴孔プレートにおいて、上流側プレートにガイド部が形成されている。これにより、ガイド部の機能を確保しつつ、下流側プレートにより形成される噴孔下流部において例えば燃料噴霧の微粒化を促進する形状を採用することができる。
請求項4に記載の発明によると、噴孔の外周側のうち少なくとも入口側開口縁の外周側に、噴孔の内周側内壁面へ向かって膨らむ膨らみ部が形成されている。そのため、噴孔において入口側開口縁の外周側内壁面近傍に到達した燃料は、膨らみ部の膨らみ先端側へ即ち噴孔の内周側内壁面へ向かって導かれる。噴孔は噴孔プレートの中心軸線から離れる方向へ傾斜しているので、膨らみ部の作用によって噴孔の内周側内壁面に達した燃料は噴孔の内壁面に沿って流れることで液膜化され、噴射によって微粒化される。
請求項5に記載の発明によると、膨らみ部は噴孔の軸方向全体に亘って延びているので、噴孔の形成が容易となる。
請求項6,7に記載の発明によると、上流側プレート及び下流側プレートからなる噴孔プレートにおいて、上流側プレートに膨らみ部が形成されている。これにより、膨らみ部の機能を確保しつつ、下流側プレートにより形成される噴孔下流部において例えば燃料噴霧の微粒化を促進する形状を採用することができる。
請求項8に記載の発明によると、噴孔プレートにおいて共通の板厚方向に重なり合う上流側プレート及び下流側プレートの各板厚をT1、T2とすると、T1<T2である。この板厚設定により、下流側プレートにより形成される噴孔下流部の機能を十分に発揮させることができる。
請求項9に記載の発明によると、弁ボディは、燃料流れの下流側へ向かうほど縮径する内周面に弁座を有しており、噴孔の入口側開口縁は、弁ボディの内周面を燃料流れの下流側へ延ばしてなる仮想面と噴孔プレートとの交線の内周側に形成されている。これにより、弁座と弁部材との間を通過して弁ボディの内周面に沿って下流側へと向かう燃料をガイド部又は膨らみ部へと導いて、ガイド部又は膨らみ部の作用を十分に発揮させることができる。
請求項10に記載の発明によると、噴孔の流路面積は燃料流れの下流側へ向かうほど拡がっているので、燃料噴霧の微粒化効果が増大する。
以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
(第一実施形態)
本発明の第一実施形態による燃料噴射弁を図2に示す。燃料噴射弁10は、ガソリンエンジンの吸気管に設置されており、噴射ノズル12から燃焼室の2個の吸気入口へ向かって燃料を噴射する。
図3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、並びに噴孔プレート30を備えている。
燃料通路18を内部に形成する弁ボディ14は、燃料流れの下流側へ向かうほど縮径するテーパ面状に形成された内周面15を有する。燃料通路18には、ノズルニードル20が往復移動自在に挿入されている。内周面15には、ノズルニードル20が着座並びに離座する弁座16が形成されている。ノズルニードル20が弁座16に着座するときには、燃料通路18が閉塞されて、噴孔プレート30に形成された噴孔40からの燃料噴射が遮断される。また一方、ノズルニードル20が弁座16から離座するときには、燃料通路18が開放されて、噴孔40からの燃料噴射が許容される。
噴孔プレート30は全体として薄い円板状を呈し、弁座16に対して燃料流れの下流側に配設されている。噴孔プレート30の上流側端面31と弁ボディ14の下流側端面19とが当接する形態で、噴孔プレート30は弁ボディ14にレーザ溶着されている。噴孔プレート30の上流側端面31と弁ボディ14の内周面15とノズルニードル20の先端面21とによって、扁平な円板状の燃料室17が形成される。図3及び図4に示すように噴孔プレート30には、その中心軸線Oから離れる方向に傾斜する噴孔40が合計12個形成されている。尚、噴孔40の数は12個に限るものではなく、適宜設定され得る。
次に、第一実施形態の噴孔プレート30についてさらに詳しく説明する。
図5に示すように噴孔プレート30は、上流側端面31を形成する上流側プレート50と、上流側プレート50に対し燃料流れの下流側に配設された下流側プレート60とから構成されている。上流側プレート50と下流側プレート60とは、共通の板厚方向に重なり合う形態で互いに接合されている。上流側プレート50の板厚をT1とし、下流側プレート60の板厚をT2とすると、T1<T2である。噴孔40は、上流側プレート50と下流側プレート60とを共に貫く形態で形成されている。
噴孔40において上流側プレート50が形成する噴孔上流部52は、燃料流れの下流側へ向かうほど流路面積を絞る円形のテーパ孔状である。したがって、噴孔上流部52の内壁面54は、円形輪郭を有し燃料流れの下流側へ向かうほど縮径するテーパ面を構成している。図3及び図4に示すようにいずれの噴孔40についても、弁ボディ14の内周面15を燃料流れの下流側へ延ばしてなる仮想面Qと上流側プレート50の上流側端面31との交線Nよりも内周側に、入口側開口縁をなす噴孔上流部52が形成されている。
図5に示すように、噴孔40において下流側プレート60が形成する噴孔下流部62は、燃料流れの下流側へ向かうほど流路面積を拡げる円形のテーパ孔状である。したがって、噴孔下流部62の内壁面64は、円形輪郭を有し燃料流れの下流側へ向かうほど拡径するテーパ面を構成している。図5に示す下流側プレート60の板厚方向の断面において噴孔下流部62の内周側内壁面64aと外周側内壁面64bとは、燃料流れの下流側へ向かうほど下流側プレート60の中心軸線Oから離れる方向へ傾斜している。したがって、中心軸線Oに平行な下流側プレート60の板厚方向軸線O’及び噴孔下流部62の孔軸線を含む仮想面R(本実施形態では図5の断面に一致する)と内周側内壁面64aとの交線La、並びに仮想面Rと外周側内壁面64bとの交線Lbが、下流側へ向かうほど中心軸線Oから離れる傾斜線となっている。ここで交線Laと板厚方向軸線O’とがなす角をθaとし、交線Lbと板厚方向軸線O’とがなす角をθbとすると、θa<θbである。
図6は、噴孔40の形状を模式的に示している。図5及び図6に示すように、噴孔下流部62の上流側端縁は噴孔上流部52の下流側端縁より大径とされ、仮想面Rと噴孔上流部52の内周側内壁面54aとの交線Maが交線Laの延長線に重なっている。それにより、噴孔上流部52の内壁面54と噴孔下流部62の内壁面64とは、交線Ma,La近傍を除く箇所において、噴孔40内に露出する上流側プレート50の露出面56を介し段差状に接続されている。
第一実施形態では、上述した如く噴孔上流部52が上記交線Nの内周側に形成されている。そのため、弁座16とノズルニードル20との間を通過した燃料は、燃料室17内を弁ボディ14の内周面15及び上流側プレート50の上流側端面31に順次沿って流れることで、噴孔上流部52の外周側内壁面54b近傍へと到達し易くなる。外周側内壁面54b近傍に到達した燃料は、図1に実線矢印で示すように、下流側ほど縮径する外周側内壁面54bに沿って流れることで噴孔下流部62の内周側内壁面64aへと導かれる。
また、弁座16とノズルニードル20との間を通過した燃料は、燃料室17に流入して上流側プレート50の中心軸線O側から噴孔上流部52の内周側内壁面54a近傍へと到達する場合もある。内周側内壁面54a近傍に到達した燃料は、図1に破線矢印で示すように、下流側ほど縮径する内周側内壁面54aに沿って流れることで、内周側内壁面54aに繋がる噴孔下流部62の内周側内壁面64aへと導かれる。
上述した外周側内壁面54b及び内周側内壁面54aのガイド作用によって内周側内壁面64aへと導かれた燃料は、図1に白抜矢印で示すように、下流側ほど拡径する噴孔下流部62の内壁面64に沿って流れることで液膜化され、噴射によって微細に分裂する。したがって、第一実施形態によれば、噴孔40から噴射される燃料噴霧の微粒化効果を高めることができる。以上、第一実施形態では、噴孔40の入口側開口縁をなす噴孔上流部52の内壁面54の周方向全体で、噴孔40の内周側内壁面の一部である噴孔下流部62の内周側内壁面64aへ向かって燃料流れをガイドするガイド部を形成している。
(第二実施形態)
本発明の第二実施形態による燃料噴射弁の要部を図7に示す。第一実施形態と実質的に同一構成部分については、第一実施形態と同一符号を付すことで説明を省略する。
第二実施形態の上流側プレート50が形成する噴孔上流部52の形状は、図8に模式的に示すように、三日月形のテーパ孔状とされている。
図7及び図8に示すように、噴孔上流部52の内壁面100のうち内周側内壁面100aと外周側内壁面100bの一部は、円弧形輪郭を有し、燃料流れの下流側へ向かうほど縮径している。外周側内壁面100bの残部は、内周側内壁面100aへ向かって円弧形輪郭をもって膨らむ膨らみ部110を形成している。膨らみ部110は、噴孔上流部52の軸方向全体に亘って延びており、軸方向においては燃料流れの上流側へ向かうほど且つ周方向においてはその両端側へ向かうほど拡径している。以上の構成により噴孔上流部52は、膨らみ部110に対応する箇所が凹む三日月形とされ、燃料流れの下流側へ向かうほど流路面積を絞っている。
内壁面100において、膨らみ部110は上流側プレート50の露出面56を介して噴孔下流部62の内壁面64と段差状に接続される一方、膨らみ部110を形成していない部分(以下、非形成部分という)は噴孔下流部62の内壁面64と直接に接続されている。それにより、仮想面Rと噴孔上流部52の内周側内壁面100aとの交線Maが、仮想面Rと噴孔下流部62の内周側内壁面64aとの交線Laの延長線に重なっている。
このような第二実施形態では、第一実施形態と同様、弁座16とノズルニードル20との間を通過した燃料が内周面15及び上流側端面31に順次沿って流れて、噴孔40の入口側開口縁をなす噴孔上流部52の外周側内壁面100b近傍へと到達し易い。外周側内壁面100bのうち膨らみ部110近傍に到達した燃料は、図9に実線矢印で示すように、下流側ほど縮径する膨らみ部110に沿って流れる。そのため当該燃料は、膨らみ部110の膨らみ先端側へ、即ち噴孔下流部62の内周側内壁面64aを一部に含む噴孔40の内周側内壁面へ向かって導かれる。
また、外周側内壁面100bのうち膨らみ部110の非形成部分近傍に到達した燃料は、下流側ほど縮径する当該非形成部分に沿って流れることで、噴孔下流部62の内周側内壁面64aへと導かれる。
さらに、噴孔上流部52の内周側内壁面100a近傍に到達した燃料は、図9に破線で示すように、下流側ほど縮径する当該内周側内壁面100aに沿って流れることで、噴孔下流部62の内周側内壁面64aへと導かれる。
上述した外周側内壁面100b及び内周側内壁面100aのガイド作用によって内周側内壁面64aへと導かれた燃料は、図9に白抜矢印で示すように噴孔下流部62の内壁面64に沿って流れることで液膜化され、噴射によって微細に分裂する。したがって、第二実施形態によれば、噴孔40から噴射される燃料噴霧の微粒化効果を高めることができる。以上、第二実施形態では、噴孔上流部52の内壁面100の周方向全体で、噴孔40の内周側内壁面の一部たる噴孔下流部62の内周側内壁面64aへ向かって燃料流れをガイドするガイド部を形成している。
(第三実施形態)
本発明の第三実施形態による燃料噴射弁の要部を図10及び図11に示す。第一実施形態と実質的に同一構成部分については、第一実施形態と同一符号を付すことで説明を省略する。
第三実施形態の噴孔プレート30は1枚のプレートで構成されており、上流側端面31と仮想面Qとの交線Nより内周側に全噴孔40の入口側開口縁を形成している。第三実施形態の噴孔40の形状は、図12に模式的に示すように、三日月形のテーパ孔状とされている。
図10及び図11に示すように、噴孔40の内壁面200のうち内周側内壁面200aと外周側内壁面200bの一部は、円弧形輪郭を有し、燃料流れの下流側へ向かうほど拡径している。外周側内壁面200bの残部は、内周側内壁面200aへ向かって円弧形輪郭をもって膨らむ膨らみ部210を形成している。膨らみ部210は、外周側内壁面200bの軸方向全体に亘って延びており、軸方向においては燃料流れの下流側へ向かうほど且つ周方向においてはその両端側へ向かうほど拡径している。以上の構成により噴孔40は、膨らみ部210に対応する箇所が凹む三日月形とされ、燃料流れの下流側へ向かうほど流路面積を拡げている。
図11に示す噴孔プレート30の板厚方向の断面において噴孔40の内周側内壁面200aと外周側内壁面200bとは、燃料流れの下流側へ向かうほど下流側プレート60の中心軸線Oから離れる方向へ傾斜している。したがって、中心軸線Oに平行な噴孔プレート30の板厚方向軸線O’及び噴孔40の孔軸線を含む仮想面R(本実施形態では図11の断面に一致する)と内周側内壁面200aとの交線La、並びに仮想面Rと外周側内壁面200bとの交線Lbが、下流側へ向かうほど中心軸線Oから離れる傾斜線となっている。ここで板厚方向軸線O’と交線Laとがなす角をθaとし、板厚方向軸線O’と交線Lbとがなす角をθbとすると、θa<θbである。
このような第三実施形態では、第一実施形態と同様の原理により、弁座16とノズルニードル20との間を通過した燃料が内周面15及び上流側端面31に順次沿って流れて、噴孔40の入口側開口縁のうち外周側内壁面200b近傍へと到達し易い。上流側端面31に沿いつつ外周側内壁面200bの膨らみ部210近傍に到達した燃料は、図13に実線矢印で示すように膨らみ部210の膨らみ先端側へ、即ち噴孔40の内周側内壁面200aへ向かって導かれる。このガイド作用により内周側内壁面200aに達した燃料は、下流側ほど拡径する噴孔40の内壁面200に沿って流れることで液膜化され、噴射によって微細に分裂する。したがって、第三実施形態によれば、噴孔40から噴射される燃料噴霧の微粒化効果を高めることができる。
尚、上述した第一〜第三実施形態では、弁ボディ14の内周面15を燃料流れの下流側へ延ばしてなる仮想面Qと噴孔プレート30の上流側端面31との交線Nより内周側に、全噴孔40の入口側開口縁を形成している。これに対し第一実施形態の変形例を図14に示すように、交線Nの内周側と外周側とにそれぞれ適数個ずつ噴孔40の入口側開口縁を形成するようにしてもよい。あるいは図15に第一実施形態の別の変形例を示すように、交線Nの内周側と交線N上とにそれぞれ適数個ずつ噴孔40の入口側開口縁を形成するようにしてもよい。
また、上述した第一及び第二実施形態では、噴孔プレート30を二枚のプレート50,60で構成し、内壁面54又は内壁面100がガイド部として機能する噴孔上流部52を上流側プレート50により形成すると共に、下流側ほど流路面積が拡大する噴孔下流部62を下流側プレート60により形成している。これに対し、第一及び第二実施形態において噴孔プレート30を一枚のプレートで構成し、その一枚のプレートにより噴孔上流部52及び噴孔下流部62の双方を形成するようにしてもよい。
またさらに、上述した第一〜第三実施形態では、弁座16を有する弁ボディ14と、噴孔40が形成される噴孔プレート30とを別体に形成しているが、弁ボディ14と噴孔プレート30とを一体に形成するようにしてもよい。
第一実施形態の燃料噴射弁における燃料流れを説明するための模式図である。 第一実施形態の燃料噴射弁を示す正面図である。 第一実施形態の燃料噴射弁の要部を示す断面図である。 第一実施形態の燃料噴射弁の要部を示す底面図である。 図3の拡大図である。 第一実施形態の噴孔形状を説明するための模式図である。 第二実施形態の燃料噴射弁の要部を示す拡大断面図である。 第二実施形態の噴孔形状を説明するための模式図である。 第二実施形態の燃料噴射弁における燃料流れを説明するための模式図である。 第三実施形態の燃料噴射弁の要部を示す断面図である。 図10の拡大図である。 第三実施形態の噴孔形状を説明するための模式図である。 第三実施形態の燃料噴射弁における燃料流れを説明するための模式図である。 第一実施形態の変形例の要部を示す断面図である。 第一実施形態の別の変形例の要部を示す断面図である。 従来の燃料噴射弁の要部を示す断面図(A)並びに従来の燃料噴射弁における燃料流れを説明するための模式図(B)である。
符号の説明
10 燃料噴射弁、14 弁ボディ、15 内周面、16 弁座、20 ノズルニードル(弁部材)、30 噴孔プレート、31 上流側端面、40 噴孔、50 上流側プレート、52 噴孔上流部、54 内壁面(ガイド部)、54a 内周側内壁面、54b 外周側内壁面、60 下流側プレート、62 噴孔下流部、64 内壁面、64a 内周側内壁面、64b 外周側内壁面、100 内壁面(ガイド部)、100a 内周側内壁面、100b 外周側内壁面、110 膨らみ部、200 内壁面、200a 内周側内壁面、200b 外周側内壁面、210 膨らみ部

Claims (10)

  1. 弁部材が着座並びに離座する弁座を有している弁ボディと、
    前記弁座に対し燃料流れの下流側に設けられ、噴孔が形成されている板状の噴孔プレートと、
    を備え、
    前記噴孔は、前記噴孔プレートの中心軸線から離れる方向へ傾斜しており、
    前記噴孔の入口側開口縁のうち少なくとも外周側に、前記噴孔の内周側内壁面へ向かって燃料流れをガイドするガイド部が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 前記ガイド部は、前記噴孔の入口側開口縁の周方向全体に亘って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。
  3. 前記噴孔プレートは上流側プレートと、前記上流側プレートに対し燃料流れの下流側に設けられる下流側プレートとから構成され、前記上流側プレートと前記下流側プレートとを共に貫く前記噴孔が前記噴孔プレートに形成されており、
    前記上流側プレートに前記ガイド部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料噴射弁。
  4. 弁部材が着座並びに離座する弁座を有している弁ボディと、
    前記弁座に対し燃料流れの下流側に設けられ、噴孔が形成されている板状の噴孔プレートと、
    を備え、
    前記噴孔は、前記噴孔プレートの中心軸線から離れる方向へ傾斜しており、
    前記噴孔の外周側のうち少なくとも入口側開口縁の外周側に、前記噴孔の内周側内壁面へ向かって膨らむ膨らみ部が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
  5. 前記膨らみ部は、前記噴孔の軸方向全体に亘って延びていることを特徴とする請求項4に記載の燃料噴射弁。
  6. 前記噴孔プレートは上流側プレートと、前記上流側プレートに対し燃料流れの下流側に設けられる下流側プレートとから構成され、前記上流側プレートと前記下流側プレートとを共に貫く前記噴孔が前記噴孔プレートに形成されており、
    前記上流側プレートに前記膨らみ部が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の燃料噴射弁。
  7. 前記噴孔のうち前記上流側プレートにより形成される噴孔上流部は、前記ガイド部に対応する箇所が凹む三日月形であり、
    前記噴孔のうち前記下流側プレートにより形成される噴孔下流部は、円形であることを特徴とする請求項6に記載の燃料噴射弁。
  8. 前記上流側プレートと前記下流側プレートとが共通の板厚方向に重なり合う前記噴孔プレートにおいて、前記上流側プレートの板厚をT1とし、前記下流側プレートの板厚をT2とすると、T1<T2であることを特徴とする請求項3,6,7のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
  9. 前記弁ボディは、燃料流れの下流側へ向かうほど縮径する内周面に前記弁座を有しており、
    前記噴孔の入口側開口縁は、前記弁ボディの内周面を燃料流れの下流側へ延ばしてなる仮想面と前記噴孔プレートとの交線の内周側に形成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
  10. 前記噴孔の流路面積は、燃料流れの下流側へ向かうほど拡がっていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
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