JP2007182807A

JP2007182807A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2007182807A
Application number: JP2006001551A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Okamoto; 良雄岡本; Yoshito Yasukawa; 義人安川; Motoyuki Abe; 元幸安部; Masahiro Soma; 正浩相馬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2007-07-19

Abstract

【課題】燃料噴射弁の燃料の微粒化性能を安定して向上させる。
【解決手段】本発明の燃料噴射弁は、燃料流路に設けられ弁体が接離する弁座１０が形成されたノズル体４と、ノズル体の弁座の下流側に形成された燃料流出孔１１と、この燃料流出孔の下流側に形成された円盤状の燃料室２と、燃料室の開口を塞いでノズル体の先端に固着された燃料噴射孔１４ａ、ｂを有する噴射孔プレート１３とを備え、燃料噴射孔は、燃料室の軸心から径方向に離れた位置に穿設され、燃料噴射方向を燃料室の軸心周辺に向けて穿設されてなる構成とし、燃料流出口から放射状に流れる燃料流と、燃料室の壁面に衝突して戻る燃料流とを衝突させて、燃料噴射孔に導入することにより、燃料噴射孔に鋭角的に流入する燃料流を加速して、燃料噴射孔の内壁面に薄膜化された燃料流を形成して燃料を噴出して微粒化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料噴射弁に係り、具体的には、噴射燃料の微粒化性能を向上させる燃料噴射弁に関する。

一般に、燃料を微粒化して噴射することにより、燃料の燃焼効率を向上させることが要求される。この要求を満たすため、例えば、特許文献1には、弁座の下流側のノズルボディに先端に開口する円筒状の空間を設け、その円筒空間の開口を塞ぐプレート部材を設け、このプレート部材の周縁部に板厚方向に貫通させて複数の開口を形成するとともに、このプレート部材の下流側面に対向させて複数個の燃料の噴射孔を有するオリフィスプレートを取り付けてなる燃料噴射弁が提案されている。これによれば、プレート部材の周縁の複数の開口から、オリフィスプレートの凹部とプレート部材との間に形成される略円板状の狭い燃料室の中心に向かう燃料の流れが形成され、複数の流体流れの衝突による乱れにより微粒化が促進される。

特開平１１−２００９９８号

ところで、一般に、複数の噴射孔から噴出される燃料の微粒化は、噴射孔内における燃料流速を高く維持することが必要となる。そのため、特許文献１においては、プレート部材とオリフィスプレートとの間に形成した燃料室で燃料が互いに衝突し、所定方向に強められた流れを誘起させるために、オリフィスプレートに凹部を設けて流体室を形成している。

しかしながら、特許文献1に記載の燃料噴射弁によれば、オリフィスプレートの凹みを調整して薄い円板状の燃料室を安定して作ることが困難であることから、複数の燃料噴射孔の位置における燃料室の薄さ所望の範囲で均一にすることは困難である。したがって、それぞれの燃料噴射孔の出口において、最大効率の速度エネルギーを得ることができない場合があり、必ずしも所望の微粒化性能が得られるとは限らないという問題がある。

本発明は、燃料の微粒化性能を安定して向上させることができる燃料噴射弁を実現することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明の燃料噴射弁は、燃料流路に設けられ弁体が接離する弁座が形成されたノズル体と、該ノズル体の前記弁座の下流側に同心状に形成された燃料流出孔と、前記ノズル体の前記燃料流出孔の下流側に同心状に形成され前記ノズル体の先端面に開口された円盤状の燃料室と、前記燃料室の開口を塞いで前記ノズル体の先端に固着された燃料噴射孔を有する噴射孔プレートとを備え、前記燃料噴射孔は、前記燃料室の軸心から径方向に離れた位置に穿設され、燃料噴射方向を前記燃料室の軸心周辺に向けて穿設されてなることを特徴とする。

本発明によれば、燃料流出孔から燃料室に導入された燃料は、円盤状の燃料室の周壁に向かう放射状の流れになる。ここで、燃料噴射孔は、燃料室の軸心周辺に向けて穿設されていることから、燃料室内の放射状の流れが反転して燃料噴射孔に導入される。この燃料流の反転により、慣性によって燃料流が燃料噴射孔内壁の外周側に偏り、液膜状の流れが形成される。つまり、燃料室内では、外周方向に放射状に流れて燃料噴射孔に流入する流れと、燃料室の周壁に衝突して軸心方向に曲げられて燃料噴射孔に向かう流れとが形成される。燃料室の壁面に衝突して方向を曲げられる流れは、燃料噴射孔の入口付近（特に、燃料室の壁面側）で燃料流入口からくる放射状の流れと衝突し、燃料噴射孔内の流れを加速する。十分な速度エネルギーが付与された燃料流は、燃料噴射孔に鋭角的に流入するので、燃料噴射孔の内壁面の曲率によって燃料が効果的に広げられて薄膜化が促進され、燃料を簡単な構成で微粒化することができる。特に、本発明によれば、加工が容易で、微調整加工などが不要であるから、コストパホーマンスに優れた安価な燃料噴射弁を実現できる。

また、噴射孔プレートに燃料噴射孔を複数設けることができる。この場合、燃料噴射孔は、噴射孔プレートの燃料室側に開口する各燃料噴射孔の中心を結ぶ仮想円に対し、反燃料室側に開口する各燃料噴射孔の中心を結ぶ仮想円が小径とする。或いは、燃料噴射方向が燃料室の軸心から離れた位置を通って軸心の反対側に向う角度で穿設する。

また、複数の燃料噴射孔は、燃料室の軸心に対して軸対称に配置され、各燃料噴射孔の燃料噴射方向が交叉しないように穿設することが好ましい。これによれば、複数個の燃料噴射孔へ向かう燃料流は、径方向に等分された後、燃料噴射孔に鋭角的に流入するので、噴射孔の内壁面への衝突が効果的に、かつ、ばらつきなく行われる。しかも、各燃料噴射孔から噴出された燃料流が互いに衝突する干渉を防いで、一層効率よく微粒化することができる。

上記のいずれの場合においても、噴射孔プレートの燃料室側に開口する燃料噴射孔の孔位置は、燃料室の内周壁に近接して穿設することが好ましい。

また、複数の前記燃料噴射孔を、2つのグループに分け、各グループに属する燃料噴射孔ごとに、燃料噴射方向が交叉しないように穿設することができる。

本発明によれば、燃料噴射弁の燃料の微粒化性能を安定して向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
（実施形態１）
本発明の実施形態に係る燃料噴射弁について、図１〜図４を参照して以下詳細に説明する。図１は、本実施形態の燃料噴射弁の全体構成の断面図である。図２は、本実施形態の燃料噴射弁のノズル体の先端部を拡大した断面図である。図３は、本実施形態の燃料噴射弁のノズル体の下端部に位置する噴射孔プレートを説明するための図である。図４は、燃料噴射孔近傍の燃料流れを説明するための拡大断面図である。

図１に示すように、燃料噴射弁１は、電磁コイル９を取り囲む磁性体のヨーク６と、電磁コイル９のコイル軸の中心に位置され、一端がヨーク６と接触して設けられたコア７と、電磁コイル９の磁力により所定量リフトされる弁体３と、弁体３が接離される弁座面１０と、弁体３がリフトされたときに弁座面１０との間に形成される隙間を通って流れる燃料が導入される燃料室２と、燃料室２の下流に設けられた噴射孔プレート１３とを備えて構成される。噴射孔プレート１３には、少なくとも１つの燃料噴射孔１４が設けられている。また、コア７の中心に燃料通路５が形成され、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料通路５には、弁体３を弁座面１０に押圧する弾性部材としてのスプリング８が設けられている。これにより、電磁コイル９に通電されていない状態では、弁体３と弁座面１０とが密着する。この状態では、燃料通路が閉じられているため、燃料は、燃料噴射弁１の内部に留まり、複数個設けられている燃料噴射孔１４からの燃料噴射は行われない。一方、電磁コイル９への通電があると、電磁力によって弁体３の上端が対面するコア７の下端面に接触するまで移動する。この開弁状態では、弁体３と弁座面１０の間に隙間ができるため、燃料通路が開かれて複数個の燃料噴射孔１４から燃料が噴射される。

このように構成されることから、本実施形態の燃料噴射弁１は、電磁コイル９への通電（噴射パルス）に伴って、弁体３の位置を開弁状態と閉弁状態に切り替えて燃料供給量を制御するようになっている。燃料噴射量を制御するにあたっては、特に、閉弁状態において燃料漏れがない弁体設計が必至となる。そのため、本実施形態の燃料噴射弁では、弁体３にボールを用いている。このボールは、例えば、ＪＩＳ規格品の玉軸受用鋼球を用いる。このボールは、真円度が高く鏡面仕上げが施されており、シート性が好適であること、また大量生産により低コストであること、等がその採用の理由である。また、弁体として構成する場合、ボールの直径は例えば３〜４ｍｍ程度のものを使用する。これは、可動弁として機能するので軽量化を図るためである。また、ボールが密着する弁座面１０の開き角度は、例えば８０゜〜１００゜の範囲、好ましくは９０゜程度とする。この弁座角は、その部位（シート位置）付近を研磨し、且つ真円度を高くするために最適な角度、つまり研削機械をベストコンディションで使用できる角度であり、弁体３のボールとのシート性を極めて高く維持できる。なお、弁座面１０を有するノズル体４は、焼入れによって硬度が高められ、また、脱磁処理により無用な磁気が除去されている。このように、弁体部を構成することにより、燃料漏れのない噴射量制御が可能となる。また、コストパホーマンスに優れた弁体構造を使用できる。

次に、図２を参照して、本実施形態の特徴構成について説明する。図２は、図１のノズル体４の先端部近傍を拡大した断面図であり、本実施形態の主要部分である円盤状の燃料室２と噴射孔プレート１３の構成を示している。なお、図２は、弁体３が上方にリフトした状態の、いわゆる開弁状態を示している。ノズル体４の先端部（図において、下端部）には、弁座面１０のシート径よりも縮径された同心状の燃料流出孔１１と、この燃料流出孔１１の下流側に同心状に形成され、ノズル体４の先端面に開口された円盤状の燃料室２と、燃料室２の開口を塞いでノズル体４の先端に固着された噴射孔プレート１３とが設けられている。噴射孔プレート１３は、ノズル体４を包囲して設けられたノズル体外筒２２の内面に、その外周縁を溶接１８等によって固定されている。

一方、噴射孔プレート１３は、平坦な円板状部材を用いて形成され、板厚方向に穿設された複数の燃料噴射孔１４（１４ａ、１４ｂ）を有して形成されている。燃料噴射孔１４ａ、１４ｂは、それぞれ燃料室２の軸心から径方向に離れた位置に穿設され、燃料噴射孔１４ａは、図示矢印１６で示した燃料噴射方向を燃料室２の軸心周辺に向けて穿設されている。同様に、燃料噴射孔１４ｂは、軸対称に燃料室２の軸心周辺に向けて穿設されている。言い換えれば、燃料噴射孔１４ａ、１４ｂは、燃料室２の軸心（Z軸）に直交する水平軸に対して鋭角θをもって穿設されている。

具体的には、図３に示すように、噴射孔プレート１３を下面側から見た場合、噴射孔プレート１３の燃料流入側となる上面に開口された燃料噴射孔１４ａ、１４ｂの開口中心（噴射孔中心）を通る仮想円Ｑに対して、下面に開口された燃料噴射孔１４ａ、１４ｂの開口中心（噴射孔中心）を通る仮想円Ｐが内側になるように形成されている。また、図４に示すように、燃料噴射孔１４の燃料室２内の開口は、燃料室２の内周壁１２aに近接させて設けられている。なお、２以上の複数の燃料噴射孔１４の場合も、燃料室２の軸心に対して軸対称位置に穿設する。

このように構成される実施形態の燃料噴射の形態について、以下に説明する。基本的には、燃料は燃料流出孔１１から円盤状の燃料室２を経て、複数個の燃料噴射孔１４から、所望の方向に向って噴射される。具体的には、弁体３と弁座面１０の隙間を通った燃料は、縮径された燃料流出孔１１から燃料室２に流入し、噴射孔プレート１３に衝突した後、円盤状の燃料室２内を周壁方向に向かって放射状に流れる。その際、例えば、図４に示すように、放射状に流れて燃料噴射孔１４ａに流入する矢印１５aで示す流れと、燃料室２の周壁１２aに衝突して軸心方向に曲げられて燃料噴射孔１４ａに向かう矢印１５bで示す流れに分流される。また、燃料噴射孔１４ａ内に形成される矢印１５cで示す流れは、噴射孔内に流入する際に渦流１５dを誘起する。この渦流１５dは、周辺に比して圧力が下がることから、流れを乱す作用を有する。

一方、周壁１２aに衝突して方向を曲げられる流れ１５bは、放射状の流れ１５aと燃料噴射孔１４ａの入口開口に近い側で衝突し、噴射孔内の矢印１５cで示す流れを加速する。この矢印１５cで示す流れは、燃料噴射孔１４ａの内壁面に鋭角的に衝突するが、その後、噴射孔の内壁面の曲率に沿って広げられ、図５に示すように、薄膜状の燃料流１９となる。そして、流れの衝突によって加速され、十分な速度エネルギーをもって燃料噴射孔１４ａの出口から噴射される。この液膜状の噴流は、通常の縮流型に比べて周囲空気２０とのエネルギー交換が活発となるので、分裂が促進されて微粒化の良い噴霧となる。なお、燃料噴射孔１４ｂについても同様である。

ここで、燃料噴射孔１４ａからの噴霧は、図２に示すように、噴射弁軸Ｚに対して右側の所望の下方位置１７ａに向くように設定され、他方の燃料噴射孔１４ｂからの噴霧は、噴射弁軸Ｚに対して反対側の所望の下方位置１７ｂに向くように設定されている。すなわち、複数個の燃料噴射孔１４からの燃料噴射方向を２つのグループに分け、区分けしたグループ毎に図２のように２方向噴霧を形成するように形成されている。なお、下方位置１７ａ、１７ｂは、例えば、噴射孔プレート１３から７０ｍｍ〜１００ｍｍ程度離れた位置である。例えば、本実施形態の燃料噴射弁１を、内燃機関の各気筒の吸気弁に連結された吸気管に取り付けた場合、下方位置１７ａ、１７ｂを２つの気筒の吸気弁の位置、又は、１つの気筒の２つの吸気弁の位置に設定する。

なお、図３に示すように、噴孔プレート１３を燃料噴射の出口方向より見た場合、それぞれの燃料噴射孔１４ａ、１４ｂの燃料噴射方向１６ａ，１６ｂは、燃料室２の軸心から離れた位置を通って軸心の反対側に向う角度で穿設することが好ましい。言い換えれば、複数の燃料噴射孔１４は、各燃料噴射孔の燃料噴射方向が交叉しないように穿設することが好ましい。これにより、各燃料噴射孔１４から噴出された燃料流が互いに衝突する干渉を防いで、一層効率よく微粒化することができる。なお、図３は２つの燃料噴射孔１４の例を示しているが、２個以上の孔数であっても、孔の配置や向きによって、互いの噴霧が接触しないようにすることが好ましい。

また、本実施形態によれば、燃料通路を単純形状として加工を容易にしたことや、各々の部品の許容交差内での組み合わせ嵌合を実施して追加工をなくしたことや、従来技術のような微調整加工をなくしたこと、等によって、燃料噴射弁組み立て体の不良品を発生させることなく、コストパホーマンスに優れた、安価な燃料噴射弁とすることができる。

本発明の一実施形態の燃料噴射弁の全体構成の断面図である。燃料噴射弁のノズル体の先端部を拡大した断面図である。燃料噴射弁のノズル体の下端部に位置する噴射孔プレートを説明するための図である。燃料噴射孔近傍の燃料流れを説明するための拡大断面図である。燃料噴射弁の燃料噴射孔内部の燃料流れの状態を説明する図である。

符号の説明

１燃料噴射弁
３弁体
４ノズル体
５燃料通路
１０弁座面
１１燃料流出孔
１３噴射孔プレート
１４、１４ａ、１４ｂ燃料噴射孔

Claims

燃料流路に設けられ弁体が接離する弁座が形成されたノズル体と、該ノズル体の前記弁座の下流側に同心状に形成された燃料流出孔と、前記ノズル体の前記燃料流出孔の下流側に同心状に形成され前記ノズル体の先端面に開口された円盤状の燃料室と、前記燃料室の開口を塞いで前記ノズル体の先端に固着された燃料噴射孔を有する噴射孔プレートとを備え、
前記燃料噴射孔は、前記燃料室の軸心から径方向に離れた位置に穿設され、燃料噴射方向を前記燃料室の軸心周辺に向けて穿設されてなる燃料噴射弁。
燃料流路に設けられ弁体が接離する弁座が形成されたノズル体と、該ノズル体の前記弁座の下流側に同心状に形成された燃料流出孔と、前記ノズル体の前記燃料流出孔の下流側に同心状に形成され前記ノズル体の先端面に開口された円盤状の燃料室と、前記燃料室の開口を塞いで前記ノズル体の先端に固着された複数の燃料噴射孔を有する噴射孔プレートとを備え、
複数の前記燃料噴射孔は、前記燃料室の軸心から径方向に離れた軸対称位置に穿設され、前記噴射孔プレートの燃料室側に開口する前記各燃料噴射孔の中心を結ぶ仮想円に対し、反燃料室側に開口する前記各燃料噴射孔の中心を結ぶ仮想円が小径である燃料噴射弁。
燃料流路に設けられ弁体が接離する弁座が形成されたノズル体と、該ノズル体の前記弁座の下流側に同心状に形成された燃料流出孔と、前記ノズル体の前記燃料流出孔の下流側に同心状に形成され前記ノズル体の先端面に開口された円盤状の燃料室と、前記燃料室の開口を塞いで前記ノズル体の先端に固着された複数の燃料噴射孔を有する噴射孔プレートとを備え、
前記各燃料噴射孔は、前記燃料室の軸心から径方向に離れた位置に穿設され、燃料噴射方向が前記燃料室の軸心から離れた位置を通って軸心の反対側に向う角度で穿設されてなる燃料噴射弁。
請求項3に記載の燃料噴射弁において、
複数の前記燃料噴射孔は、前記燃料室の軸心に対して軸対称に配置され、前記各燃料噴射孔の燃料噴射方向が交叉しないように穿設されてなる燃料噴射弁。
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の燃料噴射弁において、
前記噴射孔プレートの燃料室側に開口する前記燃料噴射孔の孔位置が、前記燃料室の内周壁に近接して穿設されてなることを特徴とする燃料噴射弁。
請求項3に記載の燃料噴射弁において、
複数の前記燃料噴射孔は、2つのグループに分けられ、前記各グループに属する前記燃料噴射孔ごとに、燃料噴射方向が交叉しないように穿設されてなることを特徴とする燃料噴射弁。