JP2006037882A

JP2006037882A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2006037882A
Application number: JP2004220609A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ashida; 健芦田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】デポジットがニードル弁の先端部分に付着した場合に、デポジットを取り除くことが可能な構造を備える燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】先端部１０１には、ドーム状内壁１２１が設けられ、このドーム状内壁１２１には、ドーム状内壁１２１面から内方に向けて突出する突出壁１２１ａが設けられている。また、ニードル弁２０の小径軸部２０２の外周面には、燃料流れによりニードル弁２０を軸周り方向に回転させるための回転羽根２０６が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料噴射弁の構造に関する。

従来、直接噴射式の燃料噴射弁においては、弁ボディに設けられる内部空間とニードル弁との間の間隙を通って燃料が噴射されるが、ニードル弁の先端部分にカーボン等のデポジットが付着する結果、ニードル弁の先端部分における上述した隙間が、このデポジットにより閉塞されて、燃料の燃焼室への吐出流量に悪影響を与えるおそれがあった。

そこで、このような問題を解決する手段として、下記特許文献１には、ニードル弁の先端を平面形状として、燃料流の空洞部分に晒される表面積を最小限にすることで、デポジットのニードル弁の先端部分への付着を抑制する技術が開示されている。しかしながら上記構成では、デポジットのニードル弁の先端部分への付着は抑制されるものの、一旦デポジットがニードル弁の先端部分へ付着した場合には、デポジットを取り除くことができず、燃料の燃焼室への吐出流量への悪影響を回避することができなかった。

なお、下記特許文献２には、燃料の噴射量の複雑な変化態様を容易に実現するために、ニードル弁の上下方向移動位置に対応して、ニードル弁が回動動作する技術が開示されているが、デポジットのニードル弁の先端部分への付着に関する課題は、何ら開示されていない。また、下記特許文献３には、ニードル弁の着座部の偏磨耗を防止するために、ニードル開弁時の燃料流れによりニードル弁を回転させる技術が開示されているが、デポジットのニードル弁の先端部分への付着に関する課題は、何ら開示されていない。
特開平１０−０４７２１０号公報特開平１０−２５２６０５号公報特開平１１−２９４３００号公報

この発明が解決しようとする課題は、燃料噴射弁において、デポジットがニードル弁の先端部分に付着した場合に、デポジットを取り除くことができず、燃料の燃焼室への吐出流量に悪影響を与える点にある。したがって、この発明の目的は、デポジットがニードル弁の先端部分に付着した場合に、デポジットを取り除くことが可能な構造を備える燃料噴射弁を提供することにある。

この発明に基づいた、燃料噴射弁においては、ニードル弁と、上記ニードル弁を収容するための内部空間を規定する内壁を有する弁ボディとを備える燃料噴射弁であって、上記ニードル弁は、上記ニードル弁の開弁時に、上記ニードル弁を回転させるための回転手段を有し、上記弁ボディの先端部には、外部に燃料を噴出するため、上記内壁の内径よりも小径に設けられ、ドーム状空間を規定するためのドーム状内壁と、このドーム状内空間の頂部領域に設けられる噴出孔とが設けられ、上記ドーム状空間には、上記ニードル弁の回転動作に応じて、上記ニードル弁の先端部表面に付着したデポジットを掻き落とすための掻き落とし手段が設けられている。

上記構成からなる燃料噴射弁によれば、ニードル弁の先端部表面にデポジットが付着した場合であっても、掻き落とし手段により、ニードル弁の回転動作に応じて、ニードル弁の先端部表面に付着したデポジットが掻き落とされることとなる。その結果、ニードル弁の先端部分における、弁ボディの内部空間とニードル弁との隙間が、デポジットにより閉塞されることがなくなり、燃料の燃焼室への吐出流量を、設計値どおりに安定させることが可能となる。

以下、この発明に基づいた燃料噴射弁の実施の形態について、図を参照しながら説明する。

（燃料噴射弁１の全体構成）
まず、図１を参照して、本実施の形態における燃料噴射弁１の全体構成について説明する。なお、図１は、本実施の形態における燃料噴射弁１の内部構成を示す縦断面図である。この燃料噴射弁１は、柱状のニードル弁２０と、このニードル弁２０を収容するための柱状の内部空間を有する弁ボディ１０とを有している。弁ボディ１０は、先端部１０１と、ノズルボディ部１０２と、ノズルベース部１０３と、スペーサ部１０４とを有している。弁ボディ１０の内部には、先端部１０１からスペーサ部１０４に至る柱状内壁１１０が設けられ、この柱状内壁１１０により、ニードル弁２０を収容するための内部空間Ａが規定されている。

柱状内壁１１０としては、先端部１０１には、弁座１１１が設けられ、ノズルボディ部１０２には、燃料内壁１１２が設けられ、ノズルベース部１０３には、燃料溜まり壁１１３および摺動内壁１１４が設けられ、スペーサ部１０４には、ガイド内壁１１５が設けられている。さらに、先端部１０１においては、ドーム状空間を規定するため、燃料内壁１１２の内径よりも小径のドーム状内壁１２１が設けられ、このドーム状内壁１２１の頂部領域には、燃料噴出孔としてのスリット１２２が設けられている。なお、ドーム状内壁１２１の詳細構造については後述する。

ニードル弁２０は、弁座１１１に当接可能なニードル先端部２０１、燃料内壁１１２に対向位置する小径軸部２０２、この小径軸部２０２よりも大径に設けられ、摺動内壁１１４に対して摺動可能にガイドされる第１摺動軸部２０３、および、ガイド内壁１１５内に収容される突起軸部２０４とを有している。また、小径軸部２０２のニードル先端部２０１側には、第１摺動軸部２０３と略同径の第２摺動軸部２０５が設けられている。ニードル弁２０は、内部空間Ａ内に軸方向に摺動可能（開弁・閉弁可能）および軸周り方向に回動可能に設けられ、スペーサ部１０４には、ニードル弁２０を弁座１１１側に付勢するため、突起軸部２０４に当接するスプリング座３０１およびスプリング３０２が設けられている。

また、ノズルベース部１０３およびスペーサ部１０４には、燃料溜まり壁１１３に通じる燃料配管１１６が設けられ、図示しないコモンレールで蓄圧された一定圧の高圧燃料が、燃料配管を介して燃料インレットからこの燃料配管１１６に供給される。ニードル弁２０の開弁時には、高圧燃料は、燃料内壁１１２と小径軸部２０２との間の隙間を通過し、さらに、弁座１１１とニードル先端部２０１との隙間を通過して、スリット１２２から燃焼室内に噴出されることになる。なお、小径軸部２０２の燃料内壁１１２に対向する外面には、このニードル弁２０の開弁時に、燃料流れによりニードル弁２０を回転させるための回転手段として、回転羽根２０６が設けられている。この回転羽根２０６については、後述する。

（ドーム状内壁１２１の詳細構造）
次に、図２〜図４を参照して、ドーム状内壁１２１の詳細構造について説明する。なお、図２は、ドーム状内壁１２１の詳細構造を示すための、図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視にしたがった図であり、図３および図４は、本ドーム状内壁１２１における作用効果を説明するための模式図である。本実施の形態におけるドーム状内壁１２１は、燃料内壁１１２の内径よりも小径に設けられ、ドーム状内壁１２１を略６分割するように、ドーム状内壁１２１面から内方に向けて突出する突出壁１２１ａが設けられている。対向する突出壁１２１ａ同士の間の距離は、スリット１２２の長さよりも長くなるように設けられている。

図３は、ニードル先端部２０１の表面にカーボン等のデポジットＤ（斜線部分）が付着した場合を示している。本実施の形態においては、ドーム状内壁１２１面に突出壁１２１ａを設け、また、開弁時には、燃料流れによりニードル先端部２０１を含むニードル弁２０が軸周りに回転していることから、突出壁１２１ａによりニードル先端部２０１に付着したデポジットＤが掻き落とされることになる。これにより、図３および図４に示すように、突出壁１２１ａからドーム状内壁１２１に向かう領域には、デポジットＤが付着することがないため、弁座１１１とニードル先端部２０１との間に、燃料を通過させる隙間（Ｒ）が確実に確保されることとなる（燃料流れは矢印Ｃ）。その結果、弁座１１１とニードル先端部２０１との隙間が、デポジットＤにより閉塞されることがなく、燃料の燃焼室への吐出流量を、設計値どおりに安定させることができる。

なお、上述した構成においては、突出壁１２１ａを６箇所設けた場合について説明しているが、これは、図３に示すように、常に６箇所の燃料流れ（矢印Ｃ）を確保して、燃料の燃焼室への吐出流量を、設計値どおりに安定させるためである。したがって、デポジットＤの掻き落としのみを考えた場合には、突出壁１２１ａは一箇所以上あれば良いこととなる。また、突出壁１２１ａの数量も、６箇所に限定されず、燃料の燃焼室への吐出流量に応じて、適宜選択されるものである。

また、掻き落とし手段の一例として、ドーム状内壁１２１面から内方に向けて突出する突出壁１２１ａを採用した場合について図示したが、他の形態として、図５および図６に示すような、構成の採用も可能である。なお、図５は、ドーム状内壁１２１の部分拡大断面図であり、図６は、図５中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。両図に示すように、ドーム状内壁１２１面の一方から他方にかけて橋渡される線状部材としてワイヤ５００を設けることで、ニードル先端部２０１に付着したデポジットＤを、ニードル先端部２０１を含むニードル弁２０の軸周り回転に応じて掻き落とすことができる。

（回転羽根２０６の詳細構造）
次に、図７を参照して、回転羽根２０６の詳細構造について説明する。なお、図７は、図１中ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視にしたがった図である。本実施の形態における回転羽根２０６は、小径軸部２０２の外周面を４分割するように、羽根２０６ａが取り付けられている。羽根２０６ａの取り付け枚数および取り付け角度は、適宜選択されるものである。このように、燃料内壁１１２に対向する小径軸部２０２の外面に回転羽根２０６を設けておくことで、別途モータ等の駆動手段を設けることなく、小径軸部２０２と燃料内壁１１２との間隙を通過する燃料の流れにより、ニードル弁２０を回転させることが可能となる。

なお、本実施の形態においては、ニードル弁２０の開弁時に、燃料流れによりニードル弁２０を回転させるための回転手段として回転羽根２０６を小径軸部２０２の外面に設ける場合について説明したが、図８に示すような、他の形態の採用も可能である。なお、図８（ａ）は、ニードル弁２０の先端部領域の側面図を示し、図８（ｂ）は、ニードル弁２０の先端部領域の斜視図を示す。この図８に示す回転手段は、ニードル弁２０の小径軸部２０２にあらかじめ設けられている第２摺動軸部２０５の外周面に複数条の回転溝２０５ａを設けるようにしたものである。回転溝２０５ａの条数および傾斜角度は適宜選択されるものである。この構成によっても、小径軸部２０２と燃料内壁１１２との間隙を通過する燃料が、回転溝２０５ａを流れることにより、ニードル弁２０を回転させることが可能となる。なお、ニードル弁２０の開弁動作に連動して、ニードル弁２０を軸周り回転させるため。モータ等の駆動機構を設けることも可能である。

（作用・効果）
以上、本実施の形態における燃料噴射弁１によれば、ニードル先端部２０１の表面にデポジットＤが付着した場合であっても、突出壁１２１ａ等により、ニードル弁２０の回転動作に応じて、ニードル先端部２０１の表面に付着したデポジットＤが掻き落とされることとなる。その結果、ニードル先端部２０１における、弁座１１１とニードル先端部２０１との隙間が、デポジットＤにより閉塞されることがなく、燃料の燃焼室への吐出流量を、設計値どおりに安定させることができる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態における燃料噴射弁の内部構成を示す縦断面図である。図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視にしたがった図である。この発明に基づいた実施の形態におけるドーム状内壁の作用効果を説明するための第１の模式図である。この発明に基づいた実施の形態におけるドーム状内壁の作用効果を説明するための第２の模式図である。この発明に基づいた他の実施の形態におけるドーム状内壁の構造を示す図である。図５中ＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。図１中ＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視にしたがった図である。この発明に基づいた他の実施の形態における回転手段を示す図であり、（ａ）は、ニードル弁の先端部領域の側面図であり、（ｂ）は、ニードル弁２０の先端部領域の斜視図である。

符号の説明

１燃料噴射弁、１０弁ボディ、２０ニードル弁、１０１先端部、１０２ノズルボディ部、１０３ノズルベース部、１０４スペーサ部、１１０柱状内壁、１１１弁座、１１２燃料内壁、１１３燃料溜まり壁、１１４摺動内壁、１１５ガイド内壁、１１６燃料配管、１２１ドーム状内壁、１２１ａ突出壁、１２２スリット、２０１ニードル先端部、２０２小径軸部、２０３第１摺動軸部、２０４突起軸部、２０５第２摺動軸部、２０６回転羽根、２０６ａ羽根、３０１スプリング座、３０２スプリング、５００ワイヤ、Ａ内部空間、Ｄデポジット。

Claims

ニードル弁と、前記ニードル弁を収容するための内部空間を規定する内壁を有する弁ボディとを備える、燃料噴射弁であって、
前記ニードル弁は、前記ニードル弁の開弁時に、前記ニードル弁を回転させるための回転手段を有し、
前記弁ボディの先端部には、外部に燃料を噴出するため、前記内壁の内径よりも小径に設けられ、ドーム状空間を規定するためのドーム状内壁と、このドーム状内壁の頂部領域に設けられる噴出孔とが設けられ、
前記ドーム状空間には、前記ニードル弁の回転動作に応じて、前記ニードル弁の先端部表面に付着したデポジットを掻き落とすための掻き落とし手段が設けられる、燃料噴射弁。
前記掻き落とし手段は、前記ドーム状内壁面から内方に向けて突出する突出壁で構成される、請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記掻き落とし手段は、前記ドーム状内壁面の一方から他方にかけて橋渡される線状部材で構成される、請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記回転手段は、前記ニードル弁の外周面に設けられる回転羽根によって構成され、前記内部空間を通過する燃料が、前記回転羽根に当接することで、前記ニードル弁を回転させる、請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記回転手段は、前記ニードル弁の外周面に設けられる回転溝によって構成され、前記内部空間を通過する燃料が、前記回転溝に沿って流れることで、前記ニードル弁を回転させる、請求項１に記載の燃料噴射弁。