JP2007154716A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルプレートの強度の向上を図ると共に、広範囲に燃料を噴射できる燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】ノズルプレート９は、弁体６の中心に向けて凸状に形成された凸部９ｄと、この凸部９ｄに形成された段差部９ｇと、この段差部９ｇを構成すると共に噴射孔９ｅが形成された孔形成部９ｈと、を有し、孔形成部９ｈ及び噴射孔９ｅは、孔形成部９ｈにおける弁体６に対向する対向面側からこの対向面の裏面側へ孔形成部９ｈの板厚方向に沿って向うに従い、凸部９ｄの板厚方向に沿う中心線９ｋから遠くなるように、中心線９ｋに対して傾斜している。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料噴射弁に関する。

従来、弁座と、駆動部に駆動されて弁座に離着座する弁体と、弁体の開弁時に弁体と弁座との間を通過した燃料を噴射する噴射孔が形成され弁体に対向するノズルプレートと、を備える燃料噴射弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−７０３４７号公報

このような燃料噴射弁は、広範囲に燃料を噴射できることが望まれる。かかる課題を解決するために、特許文献１では、噴射孔を弁体の中心軸に対して傾斜させたり、ノズルプレートを弁体側とは逆側に凹ませて噴射孔を傾斜させる技術が開示されている。これにより、燃料を広範囲に噴射できるとされている。

また、ノズルプレートは、その弁体側の面に燃圧を受けることから、高い強度が要求される。しかしながら、特許文献１に記載されたノズルプレートは、平板状や、弁体に対して全体的に凹状であるため、強度が低いという問題がある。

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、ノズルプレートの強度の向上を図ると共に、広範囲に燃料を噴射できる燃料噴射弁を提供することである。

請求項１に記載の発明は、弁座と、駆動部に駆動されて前記弁座に離着座する弁体と、前記弁体の開弁時に前記弁体と前記弁座との間を通過した燃料を噴射する噴射孔が形成され、前記弁体に対向するノズルプレートと、を備える燃料噴射弁であって、前記ノズルプレートは、前記弁体の中心に向けて凸状に形成された凸部と、この凸部に形成された段差部と、この段差部を構成すると共に前記噴射孔が形成された孔形成部と、を有し、前記孔形成部及び前記噴射孔は、前記孔形成部における前記弁体に対向する対向面側からこの対向面の裏面側へ前記孔形成部の板厚方向に沿って向うに従い、前記凸部の板厚方向に沿う中心線から遠くなるように、前記中心線に対して傾斜していることを特徴とする。

したがって、ノズルプレートにおいては、弁体に向けて凸状に形成された凸部によって、弁体側の面が受ける燃圧に対する強度の向上が図られると共に、孔形成部及び噴射孔が、孔形成部の板厚方向に沿って孔形成部の対向面側から裏面側へ向うに従い凸部の板厚方向に沿う中心線から遠くなるように中心線に対して傾斜していることことにより、凸部の中心線から離れる向きに噴射孔から燃料が噴射されるので、燃料を広範囲に噴射することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記噴射孔の入口の中心を通って前記孔形成部の板厚方向に沿う仮想直線よりも前記噴射孔の中心線の方が、前記対向面側から前記裏面側へ向うに従い前記凸部の前記中心線から遠くなるように、前記噴射孔が前記孔形成部に対して傾斜していることを特徴とする。

したがって、凸部の中心線からより離れる向きに噴射孔から燃料が噴射されるので、燃料をより広範囲に噴射することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料噴射弁において、前記凸部は、略ドーム状に形成されていることを特徴とする。

したがって、凸部を比較的に容易に実現することができる。

（第１実施形態）本発明の第１実施形態を図１ないし図６に基づいて説明する。図１は、本実施形態にかかる燃料噴射弁を示す断面図、図２は、燃料噴射弁の弁体付近を拡大して示す断面図、図３は、燃料噴射弁の先端部を拡大して示す断面図であって、（ａ）は、着座状態（閉弁状態）を示す図、（ｂ）は、離座（開弁状態）を示す図、図４は、燃料噴射弁のノズルプレートを示す平面図、図５は、図４のＡ−Ａ線に沿った断面図、図６は、離座（開弁状態）の燃料噴射弁の一部を拡大して示す断面図である。

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。

この燃料噴射弁１は、図１に示すように、本体部として、ケーシング２や、筒体３、コア筒５、ヨーク１３、樹脂カバー１６等を含んでいる。

このうち、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、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、筒体３が燃料配管に接続されるようになっている。

この筒体３（大径部３ａ）の入口側の外周面には、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。

また、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、筒体３の大径部３ａ内に圧入される筒状の芯金２１ａと、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に取り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。

そして、筒体３の内側には、コア筒５が嵌挿され、このコア筒５の下流側に弁体６が配設され、さらに、この弁体６の下流側にノズルプレート９が配設される。

コア筒５は、弁体６の外筒部８、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６の開弁位置を規定するものである。コア筒５は、筒体３の小径部３ｂ内に圧入して取り付けられている。

ノズルプレート９は、筒体３の下流側端部に配設される。このノズルプレート９は、図２ないし図７に示すように、筒体３の下流側端部を塞いで弁体６の弁部７に対向する円盤状のプレート部９ａと、このプレート部９ａの周縁部から筒体３の先端部へ向けて立設された円筒部９ｂとを有する。また、ノズルプレート９の内側には、プレート部９ａと円筒部９ｂとに亘ってリブ９ｃが形成されている。そして、ノズルプレート９は、円筒部９ｂが筒体３の内面に当接した状態で、筒体３に圧入される。

プレート部９ａの中央部には、弁体６の中心に向けて凸状の凸部９ｄが形成されている。この凸部９ｄは、略ドーム状に形成されている。そして、凸部９ｄには、その表裏面を貫通する複数の噴射孔９ｅが形成されている。詳しくは、凸部９ｄには、噴射孔９ｅ毎に弁体６ヘ向けて凸状の段差部９ｇが形成されており、この段差部９ｇを構成する孔形成部９ｈに噴射孔９ｅが形成されている。

そして、図６に示すように、孔形成部９ｈ及び噴射孔９ｅは、孔形成部９ｈにおける弁体６に対向する対向面９ｉ側からこの対向面９ｉの裏面９ｊ側へ孔形成部９ｈの板厚方向に沿って向うに従い、凸部９ｄの板厚方向に沿う中心線９ｋから遠くなるように、凸部９ｄの中心線９ｋに対して傾斜している。また、噴射孔９ｅの入口９ｍの中心を通って孔形成部９ｈの板厚方向に沿う仮想直線９ｎよりも噴射孔９ｅの中心線９ｐの方が、孔形成部９ｈの対向面９ｉ側から裏面９ｊ側へ向うに従い凸部９ｄの中心線９ｋから遠くなるように、噴射孔９ｅが孔形成部９ｈに対して傾斜している。このような噴射孔９ｅ、孔形成部９ｈは、例えばプレス加工によってノズルプレート９に形成される。

また、図３に示すように、ノズルプレート９には、凸部９ｄにおける弁体６側の面の周縁部に位置させて、弁体６の弁部７が離着座する環状の弁座９ｆが一体に形成されている。この弁座９ｆは、全ての噴射孔９ｅを囲繞している。

そして、図２に示すように、コア筒５とノズルプレート９との間に、筒体３の小径部３ｂ内で軸方向に変位可能な弁体６が収容される。本実施形態では、弁体６は、磁性金属材料によって形成され、軸方向に延びる筒状に形成された外筒部８と、樹脂材料によって形成され、外筒部８の内側に固着されて弁座９ｆに離着座する弁部７と、を備えたものとして構成される。なお、本実施形態では、外筒部８の内壁に形成した凹凸部８ａと、弁部７の上部の外壁に形成した凹凸部７ｄとを相互に食いこませて一体化させているが、かかる構成は例えばインサート成形によって得ることができる。

弁部７は、図２及び図３に示すように、上流側で径方向外側に膨出する上流側膨出部７ａと、下流側で径方向外側に膨出する下流側膨出部７ｃと、より細い径でそれら膨出部７ａ，７ｃの間をつなぐ中間部７ｂとを備える。この中間部７ｂの周囲は、燃料収容室１０となる。

上流側膨出部７ａは、端部側に開口する有底円筒状に形成され、その凹部７ｅの内部には、コイルスプリング１２が収容される。また、上流側膨出部７ａの底壁には、凹部７ｅの内部と燃料収容室１０とを連通する貫通孔７ｆが形成される。さらに、この底壁の中央部には、中間部７ｂから下流側膨出部７ｃまで貫通する有底円孔７ｇが形成され、軽量化ならびに成形性の向上が図られている。

下流側膨出部７ｃの外周には、燃料収容室１０の燃料を噴射孔９ｅ側に供給するための溝状の燃料通路７ｈが所定のピッチで複数形成される。この燃料通路７ｈは、軸方向に沿って真っ直ぐ流下するように形成してもよいし、螺旋状に形成して旋回流が形成されるようにしてもよい。

また、下流側膨出部７ｃの底面には、ノズルプレート９の凸部９ｄに沿った略球面状の凹部７ｊが筒体３の軸芯を中心として形成されており、この凹部７ｊには、凸部９ｄの段差部９ｇに沿った段差部７ｎが形成されている。そして、この凹部７ｊの周縁部には、円環状の当接部７ｋが突設されている。当接部７ｋは、ノズルプレート９の弁座９ｆに沿った形状に形成されており、弁座９ｆに当接する。この当接部７ｋが、弁座９ｆに当接した状態が着座（閉弁）状態であり、当接部７ｋが、弁座９ｆから離間した状態が離座（開弁）状態である。この構造では、凸部９ｄに凹部７ｊが当接することにより、弁部７の軸芯がノズルプレート９の凸部９ｄの軸芯に一致するように凹部７ｊが凸部９ｄに案内されて、弁座９ｆに対する弁体６の調芯がなされる。なお、下流側膨出部７ｃにも適宜有底孔７ｍを形成し、軽量化ならびに成形性の向上を図るのが好適である。

このような形状の弁体６における離着座方向の両端部である外筒部８及び下流側膨出部７ｃは、筒体３（小径部３ｂ）に、摺動自在に支持されており、これにより、弁体６が筒体３によって離着座方向に移動自在に支持される。

そして、この弁体６は、図１及び図２に示す駆動部２４により駆動されて弁座９ｆに対して離着座する。駆動部２４は、付勢手段としてのコイルスプリング１２、電磁コイル１５などから構成されている。

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６の凹部７ｅ内に挿入されており、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６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。

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を、筒体３の小径部３ｂの外周側に圧入して固着している。また、ヨーク１３と筒体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を、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している。また、ヨーク１３の先端側には、Ｏリング２３の溝を形成する樹脂キャップ１１が取り付けられる。

そして、これら筒体３とヨーク１３との間に、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を、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とを有するものとし、コイルボビン１５ａを筒体３の小径部３ｂに外装させている。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内に形成される導線２２を介して通電される。

樹脂カバー１６は、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、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６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、弁体６がノズルプレート９の弁座９ｆに着座し、弁体６の当接部７ｋと弁座９ｆとが当接する状態が維持される（閉弁状態；図３（ａ））。

一方、電磁コイル１５が通電されると、コア筒５、外筒部８、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、外筒部８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６がコア筒５に引き寄せられ、弁体６が弁座９ｆから離座し、弁体６の当接部７ｋと弁座９ｆとが離間する（開弁状態；図３（ｂ））。

この開弁状態において、燃料は、筒体３およびコア筒５内の燃料通路４を流下した後、アジャスタ１９およびコア筒５の筒内、弁体６上部の凹部７ｅ内、および貫通孔７ｆを経由して燃料収容室１０に流入する。さらに、燃料は、燃料収容室１０から、下流側膨出部７ｃの外周に形成された燃料通路７ｈ、および弁体６の当接部７ｋとノズルプレート９の弁座９ｆとの隙間を経由して、噴射孔９ｅから噴射される。

そして、上記構成により、本実施形態では、燃料通路７ｈでの燃料の流れＦａと、当接部７ｋと弁座９ｆとの隙間周辺での燃料の流れＦｂとの間で、流れの方向が略直角あるいは鋭角的に大きく変化し、また、当接部７ｋと弁座９ｆとの隙間周辺での燃料の流れＦｂと、噴射孔９ｅ内での燃料の流れＦｃとの間でも、鋭角的に大きく変化することになる。かかる流通方向の変化により、燃料の壁面からの剥離や乱流が生じ、この結果、噴射孔９ｅから噴出される燃料の流れにも乱れが生じて空気との攪拌が進み、燃料噴霧の微粒化が促進される。

ここで、段差部９ｇによる燃料噴霧の微粒化について説明する。本実施形態では、噴射孔９ｅが段差部９ｇに形成されていることにより、段差部９ｇの形状によって燃料に減圧膨脹効果（キャビテーション）を発生させることができ、燃料噴霧の微粒化がさらに促進される。また、噴射孔９ｅへ向う燃料は、段差部９ｇによる急激な流通方向の変化により、壁面から剥離したり乱流となったりし、この結果、噴射孔９ｅから噴出される燃料の流れに乱れが生じて空気との攪拌が進み、燃料噴霧の微粒化がさらに促進される。また、噴射孔９ｅから噴射された燃料の一部を、孔形成部９ｈ以外の段差部９ｇの裏面に当てるようにすることにより、噴射した燃料の液柱の分裂が促進され、この結果、燃料と空気との攪拌が進み、燃料噴霧の微粒化がさらに促進される。

以上の本実施形態によれば、ノズルプレート９においては、弁体６に向けて凸状に形成された凸部９ｄによって、弁体６側の面が受ける燃圧に対する強度や、弁体６から受ける押圧力に対する強度の向上が図られる。

また、本実施形態によれば、ノズルプレート９がリブ９ｃを備えることにより、ノズルプレート９の強度がさらに向上される
また、孔形成部９ｈ及び噴射孔９ｅが、孔形成部９ｈにおける弁体６に対向する対向面９ｉ側からこの対向面９ｉの裏面９ｊ側へ孔形成部９ｈの板厚方向に沿って向うに従い、凸部９ｄの板厚方向に沿う中心線９ｋから遠くなるように、中心線９ｋに対して傾斜していることにより、凸部９ｄの中心線９ｋから離れる向きに噴射孔９ｅから燃料が噴射されるので、燃料を広範囲に噴射することができる。

また、本実施形態によれば、噴射孔９ｅの入口９ｍの中心を通って孔形成部９ｈの板厚方向に沿う仮想直線９ｎよりも噴射孔９ｅの中心線９ｐの方が、孔形成部９ｈの対向面９ｉ側から裏面９ｊ側へ向うに従い凸部９ｄの中心線９ｋから遠くなるように、噴射孔９ｅが孔形成部９ｈに対して傾斜していることにより、凸部９ｄの中心線９ｋからより離れる向きに噴射孔９ｅから燃料が噴射されるので、燃料をより広範囲に噴射することができる。

また、本実施形態によれば、凸部９ｄが略ドーム状に形成されていることにより、凸部９ｄを比較的に容易に実現することができ、また、段差部９ｇが弁体６に対して凸状に形成されていることにより段差部９ｇを容易に実現することができる。

また、本実施形態によれば、ノズルプレート９に弁座９ｆが一体に形成されていることにより、弁座９ｆとノズルプレート９とが別部材の場合に比べて、燃料噴射弁１の組立の手間を少なくすることができる。また、これにより、燃料噴射弁１の部品費、加工費を低減することができ、燃料噴射弁１を低コスト化することができる。

（第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態を図７ないし図１０に基づいて説明する。図７は、本実施形態にかかる離座（開弁状態）の燃料噴射弁の先端部を拡大して示す断面図、図８は、燃料噴射弁のノズルプレートを示す平面図、図９は、図８のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図１０は、離座（開弁状態）の燃料噴射弁の一部を拡大して示す断面図である。なお、上述した実施形態と同じ部分は、同一符号で示し説明も省略する。

本実施形態では、ノズルプレート９の凸部９ｄに形成された段差部９Ａｇの形状が第１実施形態と異なる。本実施形態では、段差部９Ａｇは、弁体６に対して凹状に形成されている。そして、段差部９Ａｇには、第１実施形態と同様に凸部９ｄの中心線９ｋに対して傾斜した孔形成部９Ａｈ及び噴射孔９ｅが形成されている。

本実施形態によれば、段差部９Ａｇが弁体６に対して凹状に形成されていることにより、段差部９ｇが弁体６に向けて凸状に形成されている場合に比べて、ノズルプレート９を小型化することができる。

また、段差部９Ａｇが弁体６に対して凹状に形成されていることにより、段差部９Ａｇを容易に実現することができる。

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）上記各実施形態では、一つの段差部９ｇ，９Ａｇに複数の噴射孔９ｅが設けられていても良い。

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

（イ）請求項１ないし３に記載の燃料噴射弁では、前記段差部は、前記弁体ヘ向けて凸状に形成されていて良い。

このようにすれば、段差部を容易に実現することができる。

（ロ）請求項１ないし３に記載の燃料噴射弁では、前記段差部は、前記弁体に対して凹状に形成されていて良い。

このようにすれば、段差部を容易に実現することができる。

（ハ）請求項１ないし３及び前記（イ），（ロ）に記載の燃料噴射弁では、前記弁座は、前記ノズルプレートに一体に形成されていて良い。

このようにすれば、弁座とノズルプレートとが別部材の場合に比べて、燃料噴射弁の組立の手間を少なくすることができる。また、これにより、燃料噴射弁の部品費、加工費を低減することができ、燃料噴射弁を低コスト化することができる。

本発明の第１実施形態にかかる燃料噴射弁を示す断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる燃料噴射弁の弁体付近を拡大して示す断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる燃料噴射弁の先端部を拡大して示す断面図であって、（ａ）は、着座状態（閉弁状態）を示す図、（ｂ）は、離座（開弁状態）を示す図である。 本発明の第１実施形態にかかる燃料噴射弁のノズルプレートを示す平面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる離座（開弁状態）の燃料噴射弁の一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる離座（開弁状態）の燃料噴射弁の先端部を拡大して示す断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる燃料噴射弁のノズルプレートを示す平面図である。 図８のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる離座（開弁状態）の燃料噴射弁の一部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
６ 弁体
９ ノズルプレート
９ｄ 凸部
９ｅ 噴射孔
９ｆ 弁座
９ｇ 段差部
９ｈ 孔形成部
９ｉ 対向面
９ｊ 裏面
９ｋ 凸部の中心線
９ｍ 噴射孔の入口
９ｎ 仮想直線
９ｐ 噴射孔の中心線
９Ａｇ 段差部
９Ａｈ 孔形成部
２４ 駆動部

Claims (3)

1. 弁座と、
   駆動部に駆動されて前記弁座に離着座する弁体と、
   前記弁体の開弁時に前記弁体と前記弁座との間を通過した燃料を噴射する噴射孔が形成され、前記弁体に対向するノズルプレートと、
   を備える燃料噴射弁であって、
   前記ノズルプレートは、前記弁体の中心に向けて凸状に形成された凸部と、この凸部に形成された段差部と、この段差部を構成すると共に前記噴射孔が形成された孔形成部と、を有し、
   前記孔形成部及び前記噴射孔は、前記孔形成部における前記弁体に対向する対向面側からこの対向面の裏面側へ前記孔形成部の板厚方向に沿って向うに従い、前記凸部の板厚方向に沿う中心線から遠くなるように、前記中心線に対して傾斜していることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記噴射孔の入口の中心を通って前記孔形成部の板厚方向に沿う仮想直線よりも前記噴射孔の中心線の方が、前記対向面側から前記裏面側へ向うに従い前記凸部の前記中心線から遠くなるように、前記噴射孔が前記孔形成部に対して傾斜し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. 前記凸部は、略ドーム状に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。
   
   

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