JP2006233923A

JP2006233923A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2006233923A
Application number: JP2005052554A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hokao; 隆幸外尾; Koichi Sugiyama; 幸一杉山; Tatsusuke Yamamoto; 辰介山本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-07
Also published as: CN1828040A

Abstract

【課題】簡単な構成で燃料噴射量を高精度に制御する燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】静的噴射量が１５０ｃｍ³／ｍｉｎ以下の燃料噴射弁において、弁部材３０が弁座２３に着座した状態で、弁部材３０の噴孔側先端面３２と、弁ボディ２０の内壁面２２と、噴孔プレーと２４の入口側端面２６とにより区画された燃料室２００の容積は０．３５ｍｍ³以下に設定されている。噴孔プレート２４の入口側端面２６と弁部材３０の噴孔側先端面３２との距離をＬ、弁部材３０が弁座２３に着座するシート径をＤとすると、Ｌ≧０．１ｍｍ、Ｄ≦２．７ｍｍの範囲に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）等の燃料噴射弁に関する。

従来、弁ボディに設けた弁座に弁部材が着座、ならびに弁座から弁部材が離座することにより噴孔からの燃料噴射を断続する燃料噴射弁が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。そして、近年、エンジンの排ガス規制が強化されていることから、これまで主に４輪自動車のエンジン等に用いられてきた電磁駆動式燃料噴射弁を、種々のエンジン（例えば２輪自動車のエンジン）にも適用する動向となっている。

特開２００２−２５７００４号公報特開２００４−１２４８８５号公報

ところで、従来の燃料噴射弁においては、弁座に弁部材が着座した状態で弁部材の噴孔側先端面と噴孔の入口との間にはデッドボリュームとして燃料室が形成されている。このような燃料噴射弁において、エンジンが高温になると、燃料室の燃料が沸騰し、弁部材が弁座に着座している閉弁中であっても噴孔から燃料が噴出する恐れがある。燃料の温度が沸点に達していなくても、燃料噴射弁の噴孔側が面している雰囲気圧力が負圧であると、燃料室の燃料が減圧沸騰し噴孔から噴出する恐れがある。特に、例えば２輪自動車等に使用される空冷エンジンにおいては、エンジン冷却能力が低く、エンジン温度が高温になりやすいため、このような問題が顕著となる。

また、燃料噴射弁の噴孔側が面している雰囲気圧力の負圧の程度によっては、雰囲気温度に関わらず燃料が燃料室から吸い出され、噴孔から噴出することがある。
このように雰囲気温度の上昇や雰囲気圧力の低下により所定の噴射タイミング以外に燃料が噴出すると、所望の空燃比に対して燃料リッチの状態になってしまう。
また、静的噴射量が１５０ｃｍ^3/ｍｉｎ以下の非常に要求噴射量が少ない燃料噴射弁においては、所定の噴射タイミング以外に噴出する噴射量の割合が所定の噴射量に対して高くなり、エンジン回転数が不安定になってしまうという問題が発生する。

前述した特許文献２では、燃料噴出量を防止する目的ではないが、弁部材が弁座に着座した閉弁時において、弁部材の先端部に設けた付加部材により弁部材の噴孔側先端面と噴孔との間を埋め、燃料室が形成されない構成を採用している。しかし、弁部材に付加部材を設ける構造が複雑になるという問題がある。
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、簡単な構成で燃料噴射量を高精度に制御する燃料噴射弁を提供することを目的とする。

請求項１から３記載の発明によると、静的噴射量が１５０ｃｍ³／ｍｉｎ以下の燃料噴射弁において、弁部材が弁座に着座した状態で、弁部材の噴孔側先端面と噴孔の入口との間に形成される燃料室の容積を０．３５ｍｍ³以下の範囲に設定している。ここで静的噴射量とは、燃料噴射弁を継続して開弁した場合の単位時間当たりの噴射量を表している。

このように、デッドボリュームとしての燃料室の容積を極力小さくすることにより、例えば弁部材が弁座に着座した閉弁中において、雰囲気温度の上昇または雰囲気圧力の低下等により燃料室の燃料が噴孔から噴出する噴出量を低下できる。その結果、所定の噴射タイミングで噴射される噴射量に対して所定の噴射タイミング以外に噴出する噴出量の割合が低下する。したがって、静的噴射量が１５０ｃｍ³／ｍｉｎ以下の燃料噴射弁において、簡単な構成で燃料噴射量を高精度に制御できる。

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１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図２に示す。本実施形態における燃料噴射弁１０は、例えば排気量１５０ｃｃ以下の小型２輪自動車用空冷式エンジンに適用されており、ガソリンエンジンの燃焼室に接続する吸気管に設置され、吸気管が形成する吸気通路を流れる吸気に燃料を噴射する。なお、燃料噴射弁１０は、ガソリンエンジンの燃焼室に直接燃料を噴射する直噴式のガソリンエンジンに適用してもよく、またディーゼルエンジンに適用してもよい。燃料噴射弁１０の静的噴射量は、燃料圧力３００ｋＰａ、ｎ−ヘプタン使用時において１５０ｃｍ³／ｍｉｎ以下になるように設定されている。また、以下の説明において、可動コア４０、固定コア４２およびコイル５４は特許請求の範囲に記載した電磁駆動部を構成している。

筒状部材１２は磁性部材および非磁性部材からなる円筒状に形成されている。筒状部材１２の内周側には燃料通路が形成されており、この燃料通路に、弁ボディ２０、弁部材３０、可動コア４０、固定コア４２、アジャスティングパイプ４４、スプリング４６、燃料フィルタ４８等が収容されている。筒状部材１２の図２において上方から燃料噴射弁１０内に流入した燃料は、固定コア４２内の燃料通路、可動コア４０内の燃料通路、可動コア４０に形成した燃料孔４１、弁部材３０が弁座２３から離座したときに弁部材３０と弁座２３との間に形成される開口を通り、噴孔プレート２４に形成した噴孔２５から噴射される。

筒状部材１２は、弁ボディ２０側から第１磁性部材１４、磁気抵抗部材としての非磁性部材１５、第２磁性部材１６をこの順で有している。第１磁性部材１４と非磁性部材１５、ならびに非磁性部材１５と第２磁性部材１６とはレーザ溶接により結合されている。筒状部材１２は、コイル５４の内周側に設置され可動コア４０および固定コア４２の外周を覆っている。筒状部材１２の第１磁性部材１４および第２磁性部材１６は、可動コア４０および固定コア４２と磁気回路を形成している。非磁性部材１５は第１磁性部材１４と第２磁性部材１６との間で磁束が短絡することを防ぐ。燃料フィルタ４８は筒状部材１２の燃料入口側に収容されている。Ｏリング４９は、燃料噴射弁１０の燃料入口側を挿入する図示しないデリバリパイプと燃料噴射弁１０との間をシールする。

弁ボディ２０は第１磁性部材１４の噴孔側先端の内部に溶接により固定されている。弁ボディ２０は弁部材３０が着座可能な弁座２３を内壁面２２に有している。カップ状の噴孔プレート２４は弁ボディ２０の外周壁に溶接により固定されている。噴孔プレート２４は薄板状に形成されており、中央部に複数の噴孔２５が形成されている。

弁部材３０は、弁ボディ２０に形成されている弁座２３に着座可能である。弁部材３０が弁座２３に着座すると、噴孔２５が閉塞され燃料噴射が遮断される。図１に示すように、弁部材３０の噴孔側先端面３２はほぼ平坦な面である。弁部材３０が弁座２３に着座した状態で、噴孔側先端面３２と、弁ボディ２０の内壁面２２と、噴孔プレーと２４の入口側端面２６とにより燃料室２００は区画されている。燃料室２００は平坦な板状に形成されており、その容積は０．３５ｍｍ³以下に設定されている。燃料室２００の容積には噴孔２５を含まない。

また、噴孔プレート２４の入口側端面２６と弁部材３０の噴孔側先端面３２との距離をＬ、弁部材３０が弁座２３に着座するシート径をＤとすると、Ｌ≧０．１ｍｍ、Ｄ≦２．７ｍｍの範囲に設定されている。
図２に示すように、可動コア４０は弁部材３０の弁ボディ２０と反対側に溶接等により固定されている。可動コア４０の側壁を貫通して可動コア４０の内外を連通する燃料孔４１が形成されている。スプリング４６は、弁部材３０が弁座２３に着座する方向に可動コア４０および弁部材３０を付勢している。

固定コア４２は円筒状に形成されており、筒状部材１２内に収容されている。固定コア４２は可動コア４０に対し弁ボディ２０と反対側に設置され可動コア４０と向き合っている。
アジャスティングパイプ４４は固定コア４２内に圧入され、スプリング４６の一端を係止している。アジャスティングパイプ４４の圧入量を調整することによりスプリング４６の付勢力を調整する。

磁性部材５０、５２は互いに磁気的に接続してコイル５４の外周側に設置されている。磁性部材５０は第１磁性部材１４と磁気的に接続し、磁性部材５２は第２磁性部材１６と磁気的に接続している。固定コア４２、可動コア４０、第１磁性部材１４、磁性部材５０、５２および第２磁性部材１６は磁気回路を構成している。コイル５４を巻回しているスプール５６は筒状部材１２の外周に取付けられている。
絶縁材で形成された樹脂ハウジング６０は筒状部材１２およびコイル５４の外周を覆っている。樹脂ハウジング６０にインサート成形されたターミナル６２はコイル５４と電気的に接続しており、コイル５４に駆動電流を供給する。

このように構成された燃料噴射弁１０において、コイル５４への通電がオフされると、スプリング４６の付勢力によって弁部材３０が図２の下方、つまり閉弁方向に移動して弁部材３０が弁座２３に着座し、噴孔２５が閉塞され燃料噴射が遮断される。コイル５４への通電をオンすると、可動コア４０はスプリング４６の付勢力に抗して固定コア４２側に磁力により吸引される。そして、弁部材３０は、可動コア４０とともに固定コア４２側に移動し弁座２３から離座する。これにより、燃料が噴孔２５から噴射される。そして、燃料噴射弁１０の噴射量は、コイル５４に供給する駆動電流のパルス幅により制御される。

ここで、エンジンの温度上昇等により、噴孔２５の雰囲気温度が燃料の沸点以上になると、燃料室２００の燃料が沸騰し、弁部材３０が弁座２３に着座した閉弁時においても、燃料室２００の燃料が噴孔２５から噴出する。また、燃料噴射弁１０の噴孔プレート２４側が面している雰囲気圧力が負圧になると、燃料温度が沸点より低い場合にも燃料室２００の燃料が減圧沸騰し、閉弁時においても燃料室２００の燃料が噴孔２５から噴出する。また、雰囲気圧力の負圧の程度によっては、燃料室２００の燃料が圧力差によって噴孔２５から吸い出され噴出することがある。

図３に、燃料室２００の容積と、燃料室２００からの燃料の噴出量との関係を測定した結果を示す。測定条件は、燃料温度が６０℃、雰囲気圧力が−３５０ｍｍＨｇである。圧力値は、大気圧を０ｍｍＨｇとした相対値である。
図３から分かるように、燃料室２００の容積が０．３５ｍｍ³を越えると、燃料室２００からの燃料の噴出量が急激に増加する。これは、燃料室２００の容積が０．３５ｍｍ³を越えると、燃料温度の上昇による燃料の沸騰、あるいは雰囲気圧力の低下に伴う燃料の吸い出しによる噴出力が燃料室２００の燃料の表面張力よりも大きくなり、燃料室２００からの燃料噴出量が増加すると考えられる。そして、燃料室２００の容積が増加するにしたがい、噴孔２５から噴出する噴出量は増加する。

次に、図４に、静的噴射量が７０ｃｍ³／ｍｉｎ、１４５ｃｍ³／ｍｉｎの燃料噴射弁に対して２ｍｓのパルス幅の駆動電流を供給したときの動的噴射量変化率を示す。図４において、グラフ３００は静的噴射量が７０ｃｍ³／ｍｉｎの燃料噴射弁、グラフ３０２は静的噴射量が１４５ｃｍ³／ｍｉｎの燃料噴射弁の動的噴射量変化率を示している。ここで動的噴射量変化率とは、所定の動的噴射量に対し、測定した動的噴射量の増分の割合のことである。図４から分かるように、静的噴射量の値に関わらず、燃料室２００の容積が０．３５ｍｍ³を越えると動的噴射量変化率は急激に増加する。また、燃料室２００の容積が０．３５ｍｍ³を越えた場合に燃料室２００の容積が同じであれば、静的噴射量が少ない燃料噴射弁の方が動的噴射量変化率が大きくなることが分かる。
そこで、第１実施形態では、燃料室２００の容積を０．３５ｍｍ³以下にすることにより、所定の噴射タイミング以外に燃料室２００から噴出する燃料量を極力低減している。

（第２、第３、第４実施形態）
本発明の第２実施形態を図５に、第３実施形態を図６に、第４実施形態を図７に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。第２、第３、第４実施形態において、静的噴射量は１５０ｃｍ³／ｍｉｎ以下に設定され、燃料室２００の容積は０．３５ｍｍ³以下に設定されている。また、噴孔プレート２４の入口側端面２６と弁部材の噴孔側先端面との距離をＬ、弁部材が弁座に着座するシート径をＤとすると、Ｌ≧０．１ｍｍ、Ｄ≦２．７ｍｍの範囲に設定されている。

図５に示す図２実施形態では、弁ボディ８０の内壁面８２は噴孔プレート２４側で拡径しており、燃料室２００は噴孔プレート２４側に拡大室２０２を有している。この拡大室２０２を含み、燃料室２００の容積は０．３５ｍｍ³以下に設定されている。第２実施形態では、弁部材７０の噴孔側先端面７２と噴孔プレート２４の入口側端面２６との距離Ｌは第１実施形態よりも長く、弁部材７０が弁座８３に着座するシート径Ｄは第１実施形態よりも短くなっている。
図６に示す第３実施形態では、弁部材９０の先端部は球状であり、噴孔側先端面９２は球面状に形成されている。
図７に示す第４実施形態では、弁部材１００のの先端部は球状であり、噴孔側先端面１０２は球状先端部を平坦に削除した平面である。

以上説明した上記複数の実施形態では、静的噴射量が１５０ｃｍ³／ｍｉｎ以下の燃料噴射弁において、燃料室２００の容積を０．３５ｍｍ³以下に設定することにより、所定の噴射タイミング以外に燃料室２００の燃料が噴孔２５から噴出する噴出量を極力低減している。これにより、静的噴射量が少ない小型の燃料噴射弁であっても、新たな部品を追加することなく簡単な構成で燃料噴射量を高精度に制御できる。

（他の実施形態）
以上説明した上記複数の実施形態では、静的噴射量を１５０ｃｍ³／ｍｉｎ以下、燃料室２００の容積を０．３５ｍｍ³以下、距離Ｌを０．１ｍｍ以上、シート径Ｄを２．７ｍｍ以下の範囲に設定した。これに対し、静的噴射量を１５０ｃｍ³／ｍｉｎ以下、燃料室２００の容積を０．３５ｍｍ³以下に設定しているのであれば、加工上可能な範囲で、距離Ｌを０．１ｍｍ未満、シート径Ｄを２．７ｍｍより大きくしてもよい。

また、上記複数の実施形態では、弁ボディ２０の底部外壁に設置した噴孔プレート２４に噴孔２５を形成したが、弁座を設けた弁ボディに噴孔を直接形成してもよい。この構成においても、弁部材の噴孔側先端面と噴孔との間に形成される燃料室の容積を０．３５ｍｍ³以下に設定することにより、静的噴射量が１５０ｃｍ³／ｍｉｎ以下の燃料噴射弁において、燃料噴射量を高精度に制御できる。
また、上記各実施形態では、本発明を、排気量１５０ｃｃ以下の小型２輪自動車用空冷式エンジンにおける吸気管噴射用の燃料噴射弁に適用した例を説明したが、これに限られるものではなく、種々の用途の燃料噴射弁に適用可能である。

本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の噴孔周囲を示す断面図である。本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。燃料室の容積と噴出量との関係を示す特性図である。燃料室の容積と動的噴射量変化率との関係を示す特性図である。本発明の第２実施形態による燃料噴射弁の噴孔周囲を示す断面図である。本発明の第３実施形態による燃料噴射弁の噴孔周囲を示す断面図である。本発明の第４実施形態による燃料噴射弁の噴孔周囲を示す断面図である。

符号の説明

１０燃料噴射弁、２０、８０弁ボディ、２２、８２内壁面、２３、８３弁座、２４噴孔プレート、２５噴孔、２６入口側端面、３０、７０、９０、１００弁部材、３２、７２、９２、１０２噴孔側先端面、４０可動コア（電磁駆動部）、４２固定コア（電磁駆動部）、５４コイル（電磁駆動部）、２００燃料室、２０２拡大室（燃料室）

Claims

弁座を有する弁ボディと、
前記弁座の下流側に設けられた噴孔と、
前記弁座に着座することにより前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、前記弁座から離座することにより前記噴孔からの燃料噴射を許容する弁部材と、
前記弁部材を往復駆動する電磁駆動部と、
を備え、静的噴射量が１５０ｃｍ³／ｍｉｎ以下の燃料噴射弁において、
前記弁部材が前記弁座に着座した状態で、前記弁部材の噴孔側先端面と前記噴孔の入口との間に形成される燃料室の容積は０．３５ｍｍ³以下であることを特徴とする燃料噴射弁。
前記噴孔側先端面と前記噴孔入口との距離は０．１ｍｍ以上であり、前記弁部材が前記弁座に着座するシート径は２．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
前記噴孔を形成した噴孔プレートを備え、前記弁部材が前記弁座に着座した状態で、前記弁ボディの前記弁座を設けた内壁面と、前記噴孔側先端面と前記噴孔プレートの入口側端面とにより前記燃料室は区画されることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。