JP2006242046A

JP2006242046A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2006242046A
Application number: JP2005056588A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Soma; 正浩相馬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2006-09-14
Also published as: US20060196978A1; US7150417B2

Abstract

【課題】燃料噴射弁において、噴射口近傍に溜まった燃料による悪影響を低減する。
【解決手段】燃料噴射弁において、先端部に、中央部を噴射先方向に膨出させたドーム状の膨出部８ｂを有するノズルプレート８を設けるとともに、ノズルプレート８を取り囲む周壁３ｂを形成することにより、膨出部８ｂの周縁部から周壁３ｂの内壁面３ｃまでの間に燃料の表面張力による燃料溜まりＧが形成されるようにして、噴射孔８ｃを、膨出部８ｂの燃料溜まりＧから露出する位置に設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関用の燃料噴射弁に関する。

従来より種々の燃料噴射弁が提案されている。特許文献１は、その一例としての燃料噴射弁を開示する。

特許文献１の燃料噴射弁は、弁座が形成された弁座部材と、弁座に離着座する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段と、磁気吸引力を発生させて弁座を離座させる電磁コイルと、を備えており、電磁コイルを通電して弁体を弁座から離座させたときに燃料が噴射される一方、電磁コイルの通電を解除すると、付勢手段によって弁体が弁座に着座して、燃料噴射が停止するようになっている。
特開平１０−１２２０８５号公報

しかしながら、この種の燃料噴射弁では、先端部の噴射口近傍に残存した燃料がデポジットとなって固着し、噴射量や噴霧形状等が経時変化する場合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射弁において、噴射口近傍に溜まった燃料による悪影響を低減することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、燃料噴射弁において、先端部に、中央部を噴射先方向に膨出させたドーム状の膨出部を有するノズルプレートを設けるとともに、上記ノズルプレートを取り囲む周壁を形成することにより、上記膨出部の周縁部から周壁の内壁面までの間に燃料の表面張力による燃料溜まりが形成されるようにして、噴射孔を、上記膨出部の上記燃料溜まりから露出する位置に設けたことを趣旨とする。

また、請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、上記膨出部の直径をＤ１（ｍｍ）、膨出部の膨出高さをｈ（ｍｍ）としたとき、１．５≦Ｄ１≦２．５、かつｈ≧０．１とした構成としている。

また、請求項３の発明は、上記請求項２の発明において、上記周壁の内壁面の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、（Ｄ２−Ｄ１）／２≧１．２５とした構成としている。

請求項１の発明によれば、噴射孔から離れた膨出部の周囲に燃料溜まりが形成されるため、デポジットが生じたとしても、それによる悪影響を抑制することができる。

請求項２の発明によれば、膨出部を適切な大きさに形成して燃料溜まりの形成範囲から噴射孔をより確実に除外することができるため、デポジットによる悪影響をより確実に抑制することができる。

請求項３の発明によれば、膨出部の周縁と周壁の内壁面との間隔を拡げて燃料溜まりを周壁側に寄せることができるため、デポジットによる悪影響をより確実に抑制することができる。

以下、本発明を具現化した実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、内燃機関に用いられる燃料噴射弁を例示する。図１は、本実施形態にかかる燃料噴射弁の断面図（軸方向に沿った断面の図）、図２は、燃料噴射弁の弁体付近を拡大した断面図、図３は、燃料溜まりが形成された燃料噴射弁の先端部を拡大した断面図、図４は、先端部に設けられたノズルプレートの膨出部の周縁部を拡大した断面図である。

本実施形態にかかる燃料噴射弁１は、燃料配管に設けられたボス部（いずれも図示せず）に接続され、燃料配管内を流れる燃料を内燃機関内（吸気ポートやシリンダ内等）に噴射するものである。

燃料噴射弁１は、本体部として、ケーシング２や、磁性筒体３、コア筒５、ヨーク１３、樹脂カバー１６等を含んで構成されている。

このうち、磁性筒体３は、例えば、磁性を有するステンレス材料等の素材に深絞り加工等のプレス加工を施すことにより、段差を有する薄肉の金属管として形成される。本実施形態では、磁性筒体３の軸方向の一端側には大径部３ａが、また他端側にはより小径の小径部３ｂが、それぞれ形成されており、大径部３ａの端部が燃料配管のボス部内に挿入された状態で、磁性筒体３が燃料配管に接続されるようになっている。

磁性筒体３（大径部３ａ）の入口側の外周面には、磁性筒体３と燃料配管のボス部との間の液密を確保するＯリング１８が外装される。

磁性筒体３の入口側（上流側）の開口部には、フィルタ２１が装着される。フィルタ２１は、磁性筒体３の大径部３ａ内に圧入される筒状の芯金２１ａと、磁性筒体３よりも軟質な樹脂材料、例えばナイロン、フッ素樹脂等を用いて芯金２１ａと一体に形成（射出成形）されたフレーム２１ｂと、当該フレーム２１ｂに取付けられて燃料を透過させるメッシュ２１ｃとによって大略構成されている。

磁性筒体３の内側には、コア筒５が嵌挿される。コア筒５は、弁体９のアンカ部１０、ヨーク１３と共に電磁コイル１５による閉磁路を形成するとともに、弁体９の開弁位置を規定するものである。本実施形態では、コア筒５は、磁性筒体３の小径部３ｂ内に圧入して取付けられ、その先端面は弁体９を構成するアンカ部１０の端面に小さな隙間δをもって対面する構成となっている。

磁性筒体３の下流側端部には、筒状の弁座部材７が配設される。この弁座部材７には、燃料通路４内の燃料を噴射する噴射口７ｂと、弁部１１を着座させるとともに開弁時には当該弁部１１を取り囲んで環状の燃料流路を形成する弁座７ａとが形成される。本実施形態では、小径部３ｂ内に圧入した磁性筒体３の外周側を当該小径部３ｂに全周に亘って溶接することで、弁座部材７が当該磁性筒体３の端部に固定されている。また、弁座部材７の先端面の噴射口７ｂを覆う位置には、ノズルプレート８が例えば溶接によって固定されており、このノズルプレート８に設けられた噴射孔８ｃから所定の位置あるいは方向に燃料を噴出できるようにしてある。ノズルプレート８を含む先端部の形状については、後に詳しく述べる。

コア筒５と弁座部材７との間には、磁性筒体３の小径部３ｂ内で軸方向に変位可能な弁体９が収容される。本実施形態では、弁体９は、磁性金属材料により軸方向に延びる段付筒状に形成されたアンカ部１０と、アンカ部１０の先端部に固着されて弁座部材７の弁座７ａに離着座する球状の弁部１１とを備えている。

この弁体９に閉弁方向の付勢力を与える付勢手段として、コイルスプリング１２が設けられる。このコイルスプリング１２の上端は、コア筒５内に嵌挿された筒状のアジャスタ１９の下端に当接する一方、コイルスプリング１２の下端部は、弁体９のアンカ部１０の上部に形成された凹部１０ａに挿入されており、軸方向に伸びる方向に弾性力を発生させる。すなわち、このコイルスプリング１２は圧縮バネとして用いられ、弁体９に対し、コア筒５から離間する方向、すなわち閉弁方向に付勢力を作用させる。

一方、磁性筒体３の外周側には、段付筒状に形成されたヨーク１３が設けられている。本実施形態では、ヨーク１３は、磁性筒体３の小径部３ｂの外周側に圧入して固着されている。また、ヨーク１３と磁性筒体３の小径部３ｂとの間は、連結コア１４が設けられている。本実施形態では、連結コア１４は、小径部３ｂの外周側を取囲む略Ｃ字状の磁性体として形成されている。

そして、磁性筒体３とヨーク１３との間には、電磁コイル１５が設けられる。本実施形態では、電磁コイル１５は、樹脂材料により形成された筒状のコイルボビン１５ａと、該コイルボビン１５ａに巻装されたコイル１５ｂとを備えており、コイルボビン１５ａが磁性筒体３の小径部３ｂに外装されている。なお、電磁コイル１５は、コネクタ１７のピン２０および樹脂カバー１６内に形成される導電経路を介して通電される。

樹脂カバー１６は、磁性筒体３の外周側に設けられる。この樹脂カバー１６は、例えば、磁性筒体３の外周側に、ヨーク１３や、連結コア１４、電磁コイル１５等を組付けた状態で、射出成形することによって形成することができる。なお、樹脂カバー１６とコネクタ１７は一体成形されている。

以上の構成を備える燃料噴射弁１において、弁体９にはコイルスプリング１２から閉弁方向の付勢力が作用しており、電磁コイル１５が通電されない状態では、弁部１１が弁座７ａに着座した状態が維持される（閉弁状態）。このとき、アンカ部１０とコア筒５との間には、軸方向の隙間δが形成される。

一方、電磁コイル１５が通電されると、コア筒５、アンカ部１０、およびヨーク１３等によって閉磁路が形成され、これにより、アンカ部１０にはコア筒５に近接する方向の磁力が作用する。ここで、この磁力（吸着力）は、コイルスプリング１２の付勢力より大きくなるように設定してあるため、電磁コイル１５が通電されると、弁体９がコア筒５に引き寄せられ、弁部１１が弁座７ａから離座する（開弁状態）。

この開弁状態において、燃料は、磁性筒体３およびコア筒５内の燃料通路４を流下した後、弁体９のアンカ部１０の凹部１０ａ内に流入し、さらにその奥のアンカ部１０の側壁に形成された開口窓部９ａを経由して弁体９の背圧室６に流入する。さらに、燃料は、背圧室６から、開弁時に弁部１１と弁座部材７の凹部との間に形成される隙間、ならびに弁部１１と弁座７ａとの間に形成される隙間を経由して、噴射口７ｂに至り、ノズルプレート８の噴射孔８ｃから噴射される。

ここで、本実施形態では、先端部の形状を工夫して噴射孔８ｃに燃料が溜まらないようにし、デポジットによる噴射量や噴霧形状の経時変化を抑制している。

まず、基本的には、図３に示すように、ほぼ平坦なノズルプレート８の中央部に、噴射先方向に膨出させたドーム状の膨出部８ｂを形成し、この膨出部８ｂに噴射孔８ｃを形成するとともに、先端部（ノズルプレート８）の周縁に、ノズルプレート８より先端側に突出した周壁（磁性筒体３の小径部）３ｂを形成して、膨出部８ｂの周縁部から周壁３ｂの内壁面３ｃまでの間の領域に、燃料の表面張力（分子間力）によって燃料溜まりＧが形成されるようにし、この燃料溜まりＧに覆われることなく当該燃料溜まりＧから露出する位置に、噴射孔８ｃを形成している。なお、この膨出部８ｂは、例えば平坦な円板上のノズルプレート８の裏側から適宜な大きさのパンチボールを押圧して凹ませることで形成することができる。

かかる構成の場合、図３に示すように、噴射された燃料の一部等は、周壁３ｂの内壁面３ｃとノズルプレート８の平坦部８ａの周縁との境界の隅部に溜まって、燃料溜まりＧが形成される。この燃料溜まりＧのノズルプレート８の端面からの高さは、膨出部８ｂの周縁部から離れて周壁３ｂに向かうに連れて高くなる。すなわち、かかる構成は、噴射孔８ｃが形成された膨出部８ｂ側の燃料をできるだけ少なくして、残存燃料が噴射孔８ｃにかからないようにするものである。

そして、発明者の研究により、かかる構成では、膨出部８ｂの直径Ｄ１、内壁面３ｃの直径Ｄ２、膨出部８ｂの膨出高さｈ、および周壁３ｂのノズルプレート８の平坦部８ａの端面からの高さＨについて、噴射孔８ｃに燃料溜まりＧがかからないようにするための適切なスペックの範囲があることがわかった。

まず、膨出部８ｂについて仕様の異なる複数の燃料噴射弁１を内燃機関に装着して一定条件下で運転させて検証したところ、１．５ｍｍ≦Ｄ１≦２．５ｍｍであり、かつｈ≧０．１ｍｍのサンプルには、いずれも噴射孔８ｃにおけるデポジットの発生が無く、この範囲外のサンプルでは、噴射孔８ｃにおいてデポジットが生じる場合が見られた。これは、直径Ｄ１が小さすぎると燃料溜まりＧが膨出部８ｂの中心側まで進出して、燃料溜まりＧが噴射孔８ｃにかかる場合が生じ、逆に、直径Ｄ１が大きすぎると膨出部８ｂの周縁と周壁３ｂの内壁面３ｃとの距離が短くなって燃料溜まりＧの底面域が狭くなり、その分、燃料溜まりＧの高さが高くなって、燃料溜まりＧが噴射孔８ｃにかかる場合が生じるからであると考えられる。また、膨出高さｈについては、低すぎると燃料溜まりＧが噴射孔８ｃにかかる場合が生じるからであると考えられる。

また、平坦部８ａについて仕様の異なる複数の燃料噴射弁１を内燃機関に装着して一定条件下で運転させて検証したところ、（Ｄ２−Ｄ１）／２≧１．２５ｍｍのサンプルには、いずれも噴射孔８ｃにおけるデポジットの発生が無く、この範囲外のサンプルでは、噴射孔８ｃにおいてデポジットが生じる場合が見られた。これは、（Ｄ２−Ｄ１）／２、すなわち膨出部８ｂの周縁と周壁３ｂの内壁面３ｃとの間の距離が短くなると燃料溜まりＧが存在する底面域が狭くなり、その分、燃料溜まりＧの高さが高くなって、燃料溜まりＧが噴射孔８ｃにかかる場合が生じるからであると考えられる。なお、この距離を拡げることによる効果は、換言すれば、膨出部８ｂの周縁と周壁３ｂの内壁面３ｃとの間の距離を拡げることで、燃料溜まりＧを周壁３ｂ側に寄せることによるものとも考えられる。

さらに、周壁３ｂについて仕様の異なる複数の燃料噴射弁１を内燃機関に装着して一定条件下で運転させて検証したところ、Ｈ≦２．０ｍｍのサンプルには、いずれも噴射孔８ｃにおけるデポジットの発生が無く、この範囲外のサンプルでは、噴射孔８ｃにおいてデポジットが生じる場合が見られた。これは、周壁３ｂの高さＨが高いと、周壁３ｂによって燃料がトラップされやすくなり、燃料溜まりＧの容積が増えて、燃料溜まりＧが噴射孔８ｃにかかる場合が生じるからであると考えられる。

なお、上述した条件、すなわち、１．５ｍｍ≦Ｄ１≦２．５ｍｍ、ｈ≧０．１ｍｍ、（Ｄ２−Ｄ１）／２≧１．２５ｍｍ、かつＨ≦２．０ｍｍを全て満たすのが最も好適であることは言うまでもない。

また、上記構成によれば、図４に示すように、少量の燃料溜まりＧが形成されたような場合にも、膨出部８ｂと平坦部８ａとの境界に形成される凹部に燃料溜まりＧができ、噴射孔８ｃに燃料溜まりＧがかかるのが抑制されるため、噴射孔８ｃにおけるデポジットの発生が抑制される。

以上の本実施形態によれば、先端部に、中央部を噴射先方向に膨出させたドーム状の膨出部８ｂを有するノズルプレート８を設けるとともに、ノズルプレート８を取り囲む周壁３ｂを形成することにより、膨出部８ｂの周縁部から周壁３ｂの内壁面３ｃまでの間に燃料の表面張力による燃料溜まりＧが形成されるようにして、噴射孔８ｃを、膨出部８ｂの燃料溜まりＧから露出する位置に設けたため、噴射孔８ｃから離れた膨出部８ｂの周囲に燃料溜まりＧを形成することができ、燃料溜まりＧからデポジットが生じたとしても、それによる悪影響を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、１．５ｍｍ≦Ｄ１≦２．５ｍｍ、かつｈ≧０．１ｍｍとして、膨出部８ｂを適切な大きさに形成して燃料溜まりＧの形成範囲から噴射孔８ｃをより確実に除外することができるため、噴射孔８ｃに対するデポジットの悪影響をより確実に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、（Ｄ２−Ｄ１）／２≧１．２５ｍｍとして、膨出部８ｂの周縁と周壁３ｂの内壁面３ｃとの間隔を拡げて燃料溜まりＧを周壁３ｂ側に寄せることができるため、噴射孔８ｃに対するデポジットの悪影響をより確実に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、Ｈ≦２．０ｍｍとして、燃料溜まりＧの容積が増えるのを抑制して、噴射孔８ｃに対するデポジットの悪影響をより確実に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、膨出部８ｂの周縁部に少量の燃料溜まりＧを形成して、噴射孔８ｃに対するデポジットの悪影響をより確実に抑制することができる。

なお、本発明は、次のような別の実施形態に具現化することができる。以下の別の実施形態でも上記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

（１）上記実施形態では、周壁を磁性筒体によって形成したが、これ以外の部材によって周壁を形成してもよい。

（２）また、平坦部の表面に、膨出部の周縁と周壁の内壁面とを結ぶ溝部を形成して、この溝部に沿って膨出部の周縁から周壁側に燃料を伝わせるようにしてもよい。この場合、この溝部を複数放射状に形成してもよい。また、平坦部に凹凸を形成し、この凹凸を利用して燃料を溜めたり、周壁側に燃料を伝わせるようにしてもよい。

（３）また、ノズルプレートや周壁以外の部分を種々に変形しても構わない。

また、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。

（イ）請求項３に記載の燃料噴射弁では、周壁の高さをＨ（ｍｍ）としたとき、Ｈ≦２．０とするのが好適である。

こうすれば、噴射された燃料の周壁によるトラップ量を抑制して、燃料溜まりの容積を抑え、もって、噴射孔におけるデポジットの発生を抑制することができる。

本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁の断面図（軸方向に沿った断面の図）。本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁の弁体付近を拡大した断面図。本発明の実施形態にかかる燃料溜まりが形成された燃料噴射弁の先端部を拡大した断面図。本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁の先端部に設けられたノズルプレートの膨出部の周縁部を拡大した断面図。

符号の説明

１燃料噴射弁
３ｂ周壁（磁性筒体３の小径部）
３ｃ内壁面
７ａ弁座
８ノズルプレート
８ｂ膨出部
８ｃ噴射孔
９弁体
１２コイルスプリング（付勢手段）
１５電磁コイル

Claims

弁座が形成された弁座部材と、
前記弁座に離着座する弁体と、
前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢手段と、
磁気吸引力を発生させて前記弁座を離座させる電磁コイルと、
を備えた燃料噴射弁において、
先端部に、中央部を噴射先方向に膨出させたドーム状の膨出部を有するノズルプレートを設けるとともに、前記ノズルプレートを取り囲む周壁を形成することにより、前記膨出部の周縁部から周壁の内壁面までの間に燃料の表面張力による燃料溜まりが形成されるようにして、
噴射孔を、前記膨出部の前記燃料溜まりから露出する位置に設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
前記膨出部の直径をＤ１（ｍｍ）、膨出部の膨出高さをｈ（ｍｍ）としたとき、
１．５≦Ｄ１≦２．５、かつｈ≧０．１
としたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記周壁の内壁面の直径をＤ２（ｍｍ）としたとき、
（Ｄ２−Ｄ１）／２≧１．２５
としたことを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。