JP2008014156A - Fuel injection valve - Google Patents

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Masahiko Wakana
雅彦 若菜
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection valve suitable for optimizing a spray shape both at low temperatures and at high temperatures. <P>SOLUTION: In the fuel injection valve 1, a nozzle plate 5 having a plurality of fuel injection holes 16 and regulating the fuel spray state is provided on the downstream side of an opening-closing valve 3 comprising a valve seat 6 and a valve element 7 on a fuel passage. The nozzle plate 5 comprises bimetal in which a central part is bent in the fuel blowout direction with respect to a peripheral part in accordance with temperature rise. The fuel spray angle is narrowed at low temperatures, and is expanded at the time of temperature rise. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に関し、特に、吸気ポートへの燃料噴射に好適な燃料噴射弁に関するものである。   The present invention relates to a fuel injection valve for an internal combustion engine, and more particularly to a fuel injection valve suitable for fuel injection into an intake port.

従来から吸気ポート内に燃料を噴射する方式のエンジンでは、排気ガスに含まれる未燃炭化水素(HC)を低減するため、吸気ポート内壁面に燃料が付着するのを防止する燃料噴射弁が提案されている(特許文献1参照)。   In conventional engines that inject fuel into the intake port, a fuel injection valve that prevents fuel from adhering to the inner wall of the intake port has been proposed to reduce unburned hydrocarbons (HC) contained in the exhaust gas. (See Patent Document 1).

これは、燃料噴射弁を、噴霧角度が広く貫通力の低い主噴霧と、噴霧角度が狭く貫通力の高いリード噴霧を噴射可能な燃料噴射弁で構成している。
特開2003−120476号公報
This is composed of a fuel injection valve capable of injecting a main spray having a wide spray angle and a low penetrating force and a lead spray having a narrow spray angle and a high penetrating force.
JP 2003-120476 A

しかしながら、上記従来例では、ノズルプレートに設ける噴射孔を、噴霧角度が広く貫通力の低い主噴霧のための噴射孔と噴霧角度が狭く貫通力の高いリード噴霧のための噴射孔とで形成するようにしているため、低温時および高温時のいずれにおいても噴霧形状が一定であり、主噴霧の一部は常に吸気ポート内壁面に付着することとなり、冷機時・始動時に吸気ポート内壁面に付着した燃料が吸気ポート内で気化されることなく液膜の状態のまま燃焼室に入り未燃炭化水素(HC)として排出されるという解決課題があった。   However, in the above-described conventional example, the injection holes provided in the nozzle plate are formed by the injection holes for main spray having a wide spray angle and low penetrating force and the injection holes for lead spray having a narrow spray angle and high penetrating force. As a result, the spray shape is constant both at low and high temperatures, and part of the main spray always adheres to the inner wall of the intake port. There has been a problem that the spent fuel enters the combustion chamber in a liquid film state without being vaporized in the intake port and is discharged as unburned hydrocarbon (HC).

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、低温時および高温時のいずれにおいても最適な噴霧形状とするに好適な燃料噴射弁を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel injection valve suitable for achieving an optimum spray shape at both low and high temperatures.

本発明は、燃料通路のバルブシートと弁体とからなる開閉弁の下流に、複数の燃料噴射孔を備えて燃料の噴霧状態を規制するノズルプレートを備えた燃料噴射弁であり、前記ノズルプレートを温度上昇に応じて周辺部に対して中央部が燃料噴出方向に湾曲するバイメタルにより構成し、低温時に燃料の噴霧角度を挟角とし、温度上昇時に燃料の噴霧角度を拡大させるようにした。   The present invention is a fuel injection valve provided with a nozzle plate provided with a plurality of fuel injection holes to regulate the spray state of fuel downstream of an on-off valve comprising a valve seat and a valve body of a fuel passage, Is formed of a bimetal whose central portion is curved in the direction of fuel ejection with respect to the peripheral portion as the temperature rises, and the fuel spray angle is set as a narrow angle when the temperature is low, and the fuel spray angle is increased when the temperature rises.

したがって、本発明では、ノズルプレートを温度上昇に応じて周辺部に対して中央部が燃料噴出方向に湾曲するバイメタルにより構成し、低温時に燃料の噴霧角度を挟角とし、温度上昇時に燃料の噴霧角度を拡大させるようにしたため、冷機時・始動時ではエンジン温度で決まるノズルプレート形状にて吸気ポートの壁面に付着し難い挟角となる最適な噴霧を形成させて、排気ガスに含まれる未燃焼炭化水素を低減させる一方、暖機後はエンジン内の熱を受けて湾曲されて噴霧角度を広げ且つその噴霧粒径を小さくして、吸気ポート壁面での気化潜熱効果により充填効率を向上させ、出力を向上させることができる。   Therefore, according to the present invention, the nozzle plate is formed of a bimetal whose central portion is curved in the fuel ejection direction with respect to the peripheral portion as the temperature rises. Because the angle is increased, the nozzle plate shape determined by the engine temperature during cold start and startup forms an optimal spray that forms a narrow angle that does not easily adhere to the wall surface of the intake port. While reducing hydrocarbons, after warming up, it is curved by receiving heat in the engine to widen the spray angle and reduce the spray particle size, improving the charging efficiency by the effect of latent heat of vaporization on the wall surface of the intake port, The output can be improved.

以下、本発明の燃料噴射弁を各実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the fuel injection valve of this invention is demonstrated based on each embodiment.

(第1実施形態)
図1〜図9は、本発明を適用した電磁式燃料噴射弁の第1実施形態を示し、図1は第1実施例の電磁式燃料噴射弁の要部の断面図および噴射孔の正面図、図2は第1実施形態の燃料噴射弁に使用するノズルプレートの断面図、図3〜図8は夫々動作状態および動作特性を示し、図9は第2実施例の燃料噴射弁の要部の断面図および噴射孔の正面図である。
(First embodiment)
1 to 9 show a first embodiment of an electromagnetic fuel injection valve to which the present invention is applied, and FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of the electromagnetic fuel injection valve of the first embodiment and a front view of an injection hole. 2 is a cross-sectional view of a nozzle plate used in the fuel injection valve of the first embodiment, FIGS. 3 to 8 show operating states and operating characteristics, respectively, and FIG. 9 is a main portion of the fuel injection valve of the second embodiment. It is sectional drawing of this and the front view of an injection hole.

図1において、第1実施例の電磁式燃料噴射弁1は、主にエンジンの吸気ポート内に燃料を噴射する燃料供給方式のエンジンに利用されるものであり、ハウジング本体2と、ハウジング本体2内に設けられる弁装置3と、弁装置3を駆動するソレノイド装置4と、弁装置3の下流に設けられて噴射する燃料の噴霧角度や噴霧形状を設定するノズルプレート5とを備えている。この燃料噴射弁1は、燃料を噴射する先端部が内燃機関のシリンダヘッド若しくはそれに連なる吸気マニホールドに設けられる吸気ポートに開口させて設けた噴射弁挿入孔Aに挿入した状態でシリンダヘッド若しくは吸気マニホールドに固定される。そして、図示しない燃料供給管から内部に高圧の燃料が供給される。   In FIG. 1, an electromagnetic fuel injection valve 1 according to the first embodiment is mainly used for a fuel supply type engine that injects fuel into an intake port of an engine, and includes a housing main body 2 and a housing main body 2. The valve device 3 provided in the inside, the solenoid device 4 which drives the valve device 3, and the nozzle plate 5 which is provided downstream of the valve device 3 and sets the spray angle and spray shape of the fuel to be injected. The fuel injection valve 1 is a cylinder head or an intake manifold in a state where a tip portion for injecting fuel is inserted into an injection valve insertion hole A provided in an intake port provided in a cylinder head of an internal combustion engine or an intake manifold connected thereto. Fixed to. Then, high-pressure fuel is supplied to the inside from a fuel supply pipe (not shown).

前記弁装置3は、筒状の内側ハウジング2A内に固定されたバルブシート6と、このバルブシート6に着座する弁体7と、弁体7を後述するソレノイド装置4のアマチュア10に連結する弁棒7Aとを備える。前記バルブシート6は、外周面が密に内側ハウジング2Aに嵌合された状態で内側ハウジング2A内に固定され、内周側には、先端側から小径孔部6Aと、この小径孔6Aに連ねて徐々に内径が拡大されて弁体7が着座するテーパ状のシート部6Bと、シート部6Bの後端に連ねて弁体7を外周から保持する大径孔部6Cと、を備える。前記大径孔6Cの後端は徐々に拡径された部分を備えている。前記弁体7は、概略球形体をなし、前記バルブシート6の大径孔6Cにその外周部が案内されて内側ハウジング2Aの軸方向に移動可能であり、前記バルブシート6のシート部6Bに着座可能に構成されている。   The valve device 3 includes a valve seat 6 fixed in a cylindrical inner housing 2A, a valve body 7 seated on the valve seat 6, and a valve for connecting the valve body 7 to an armature 10 of a solenoid device 4 to be described later. And a rod 7A. The valve seat 6 is fixed in the inner housing 2A in a state where the outer peripheral surface is closely fitted to the inner housing 2A. A small-diameter hole portion 6A is connected to the inner peripheral side from the distal end side to the small-diameter hole 6A. And a tapered seat portion 6B on which the valve body 7 is seated with the inner diameter gradually enlarged, and a large-diameter hole portion 6C that is connected to the rear end of the seat portion 6B and holds the valve body 7 from the outer periphery. The rear end of the large-diameter hole 6C is provided with a portion whose diameter is gradually increased. The valve body 7 has a substantially spherical shape, and its outer peripheral portion is guided by the large-diameter hole 6C of the valve seat 6 so as to be movable in the axial direction of the inner housing 2A. It is configured to be seated.

前記ソレノイド装置4は、前記弁装置3の弁体7と弁棒7Aを介して連結され、前記内側ハウジング2A内を摺動移動可能に挿入されたアマチュア10と、前記内側ハウジング2A内に固定された中空のコア11と、内側ハウジング2A外周に嵌合されたコイル12と、このコイル12を収容して、内側ハウジング2Aのコア11およびアマチュア10を収容する外周領域に密着固定された外周ハウジング2Bとを備える。前記外周ハウジング2Bは、前記コイル12を取囲み、アマチュア10およびコア11外周に内側ハウジング2Aを介して接触することにより、これらにより磁気回路を構成する。前記外側ハウジング2Bには、シリンダヘッド等の噴射弁挿入孔Aに挿入された際に燃料噴射弁1を位置決めするフランジ2Cを備え、このフランジ2Cの背面とコイル収容部分との間に設けた環状溝2Dに嵌合させたシールリング2Dを噴射弁挿入孔Aの内周に接触させてシール状態で固定される。   The solenoid device 4 is connected to the valve body 7 of the valve device 3 via a valve rod 7A, and is fixed in the inner housing 2A and an armature 10 that is slidably inserted in the inner housing 2A. A hollow core 11, a coil 12 fitted to the outer periphery of the inner housing 2 </ b> A, and an outer peripheral housing 2 </ b> B that accommodates the coil 12 and is closely fixed to an outer peripheral region that accommodates the core 11 and the armature 10 of the inner housing 2 </ b> A. With. The outer peripheral housing 2B surrounds the coil 12, and contacts the outer periphery of the armature 10 and the core 11 via the inner housing 2A, thereby forming a magnetic circuit. The outer housing 2B is provided with a flange 2C for positioning the fuel injection valve 1 when inserted into the injection valve insertion hole A of a cylinder head or the like, and an annular provided between the back surface of the flange 2C and the coil housing portion. The seal ring 2D fitted in the groove 2D is brought into contact with the inner periphery of the injection valve insertion hole A and fixed in a sealed state.

前記アマチュア10は、内蔵するスプリング13により弁装置3に向かって付勢され、弁棒7Aを介して弁体7をバルブシート6に着座させるようにしている。また、コイル12に駆動電流が供給された際には、前記磁気回路が形成されて、アマチュア10はスプリング13に抗してコア11側に駆動されてコア11に接触されることにより、弁装置3の弁体7をバルブシート6から離間させて弁装置3を開放するよう機能する。   The armature 10 is biased toward the valve device 3 by a built-in spring 13 so that the valve body 7 is seated on the valve seat 6 via a valve rod 7A. Further, when a drive current is supplied to the coil 12, the magnetic circuit is formed, and the armature 10 is driven to the core 11 side against the spring 13 to come into contact with the core 11, whereby the valve device 3 is separated from the valve seat 6 and the valve device 3 is opened.

前記ノズルプレート5は、前記弁装置3のバルブシート6の先端側端面にレーザ溶接B等により固定され、図2に示すように、2枚の金属プレート15A、15Bを貼り合せて接合することにより構成され、その中央領域に複数の燃料噴射孔16を備える。前記2枚の金属プレート15A、15Bの内のバルブシート6側に配置される金属プレート15Aは、例えば、Fe−Ni合金等の熱膨張率が比較的低い低膨張の金属により構成し、先端側に配置される金属プレート15Bは、例えば、Ni−Cr−Fe合金等の熱膨張率が比較的高い高膨張の金属により構成した、所謂「バイメタル」により構成している。この「バイメタル」により構成したノズルプレート5は、例えば、湾曲係数が、11.5×10-6[/℃]に設定している。また、このノズルプレート5の板厚は、2枚の金属プレート15A、15Bを貼り合せた状態で、例えば、0.1[mm]程度に形成するが、弁装置3がソレノイド装置4により開放されて、高圧の燃料圧が加わった際に変形する場合には、この変形を生じない程度に、その板厚を増加させる考慮も必要である。 The nozzle plate 5 is fixed to the end face of the valve seat 6 of the valve device 3 by laser welding B or the like, and as shown in FIG. 2, two metal plates 15A and 15B are bonded and bonded together. A plurality of fuel injection holes 16 are provided in the central region. The metal plate 15A disposed on the valve seat 6 side of the two metal plates 15A and 15B is made of a low expansion metal having a relatively low thermal expansion coefficient, such as an Fe—Ni alloy, for example, on the tip side. The metal plate 15 </ b> B disposed on the metal plate is made of a so-called “bimetal” made of a high expansion metal having a relatively high coefficient of thermal expansion, such as a Ni—Cr—Fe alloy. The nozzle plate 5 made of this “bimetal” has, for example, a curvature coefficient set to 11.5 × 10 −6 [/ ° C.]. Further, the thickness of the nozzle plate 5 is, for example, about 0.1 [mm] in a state where the two metal plates 15A and 15B are bonded together, but the valve device 3 is opened by the solenoid device 4. In the case of deformation when a high fuel pressure is applied, it is necessary to consider increasing the plate thickness to the extent that this deformation does not occur.

従って、前記ノズルプレート5は、燃料噴射弁1の先端が比較的低温である冷機時や始動時においては、図2に示す平面状であるが、エンジンが暖機された段階においては、中央が先端側に膨張して突出するよう熱変形される。   Accordingly, the nozzle plate 5 has a planar shape shown in FIG. 2 at the time of cold start or start at which the tip of the fuel injection valve 1 is relatively low temperature, but at the stage when the engine is warmed up, the center is It is thermally deformed so as to expand and protrude toward the tip side.

以上の構成の電磁式燃料噴射弁の動作について以下に説明する。   The operation of the electromagnetic fuel injection valve having the above configuration will be described below.

電磁式燃料噴射弁1は、ソレノイド装置4のコイル12に通電されない状態においては、図1に示すように、スプリング13による付勢力によりアマチュア10が弁装置3側に押圧され、弁棒7Aを介して弁体7をバルブシート6に着座させた閉弁状態となっており、弁体7の背面まで導入された燃料は閉弁状態の弁装置3によりその噴出が遮断された状態にあり、ノズルプレート5には燃料が供給されていない。   In the state where the coil 12 of the solenoid device 4 is not energized, the electromagnetic fuel injection valve 1 is pressed against the valve device 3 side by the urging force of the spring 13 as shown in FIG. The valve body 7 is seated on the valve seat 6, and the fuel introduced to the back surface of the valve body 7 is in a state of being blocked from being ejected by the valve device 3 in the valve closing state. No fuel is supplied to the plate 5.

外部からソレノイド装置4のコイル12に通電すると、アマチュア10、コア11、外側ハウジング2Bで構成された磁気通路に磁束が発生し、アマチュア10はスプリング13の付勢力に抗してコア11側に吸引される。そして、アマチュア10と一体の弁体7をバルブシート6のシート部6Bより離間させ、アマチュア10端面がコア11に当接する位置まで上昇させる。   When the coil 12 of the solenoid device 4 is energized from the outside, a magnetic flux is generated in a magnetic path constituted by the armature 10, the core 11, and the outer housing 2B. Is done. Then, the valve body 7 integrated with the armature 10 is separated from the seat portion 6B of the valve seat 6 and raised to a position where the end face of the armature 10 abuts against the core 11.

弁体7の上動に伴い、その背面に導入されている燃料がバルブシート6のシート部6Bと弁体7との隙間を経由してバルブシート6の小径孔6A側に供給され、ノズルプレート5背面に達し、ノズルプレート5の燃料噴射孔16を介して噴霧状態となって噴出される。   As the valve body 7 moves up, the fuel introduced into the back surface thereof is supplied to the small diameter hole 6A side of the valve seat 6 via the gap between the seat portion 6B of the valve seat 6 and the valve body 7, and the nozzle plate 5 reaches the back surface and is sprayed through the fuel injection holes 16 of the nozzle plate 5 in a sprayed state.

ノズルプレート5の燃料噴射孔16より噴出された燃料の噴霧方向は、冷機時および始動時においては、図3に示すように、ノズルプレート5が平面状をなしているため、低温時における噴霧角度(組立時における噴霧角度でもある)により燃料が噴霧される。図4の破線で示す領域は、燃料噴射弁1により噴射された燃料噴霧の拡がり状態を示しており、噴霧された燃料微粒子の全てが吸気バルブIVの弁体に向かって進むよう、ノズルプレート5の燃料噴射孔16の噴射角度を設定している。   The spray direction of the fuel ejected from the fuel injection holes 16 of the nozzle plate 5 is flat when the engine is cold and started, as shown in FIG. The fuel is sprayed by (which is also the spray angle at the time of assembly). A region indicated by a broken line in FIG. 4 indicates a spread state of the fuel spray injected by the fuel injection valve 1, and the nozzle plate 5 is configured such that all of the sprayed fuel fine particles proceed toward the valve body of the intake valve IV. The injection angle of the fuel injection hole 16 is set.

即ち、従来一般に設定されるように、燃料の噴霧角度を低温時から高温時までの全運転範囲において望ましい設定角度(広角設定)とした場合の吸気ポートへの燃料付着率に対して、本実施形態における燃料噴射弁1による設定角度(挟角設定)とした場合における吸気ポート部Pへの燃料付着率を低減することができる。その結果として、排気ガス中に含まれる未燃焼炭化水素量も低減させることができる。この場合における燃料付着率とは、電磁燃料噴射弁1から噴射された燃料量に対する吸気ポート壁面に付着した燃料量の比率である。   In other words, as is generally set in the past, this implementation is performed for the fuel adhesion rate to the intake port when the fuel spray angle is set to a desirable setting angle (wide angle setting) in the entire operation range from the low temperature to the high temperature. It is possible to reduce the fuel adhesion rate to the intake port portion P when the angle is set by the fuel injection valve 1 in the embodiment (setting the included angle). As a result, the amount of unburned hydrocarbons contained in the exhaust gas can also be reduced. The fuel adhesion rate in this case is the ratio of the amount of fuel adhering to the intake port wall surface to the amount of fuel injected from the electromagnetic fuel injection valve 1.

図5は、本発明者による実験によって、低温となる始動時における噴霧角度と排気ガスに含まれる未燃焼炭化水素(HC)量の関係を測定した結果を示す特性図である。本発明者の実験によれば、燃料噴射角度を広角設定から挟角設定に変更することにより、ポート壁面への燃料付着率を6[%]低減させることによって、排気ガスに含まれる未燃焼炭化水素(HC)量を約10[%]低減させることができた。   FIG. 5 is a characteristic diagram showing the results of measuring the relationship between the spray angle at the time of starting at a low temperature and the amount of unburned hydrocarbon (HC) contained in the exhaust gas by an experiment by the present inventor. According to the inventor's experiment, by changing the fuel injection angle from the wide angle setting to the narrow angle setting, the fuel adhesion rate to the port wall surface is reduced by 6 [%], so that the unburned carbonization contained in the exhaust gas. The amount of hydrogen (HC) could be reduced by about 10 [%].

前記暖機運転若しくは運転状態の継続によりエンジンが暖機されると、シリンダヘッドの温度も上昇され、その熱を受けて燃料噴射弁1の温度も上昇される。ノズルプレート5は熱膨張の異なる金属シート15A、15Bを貼り合せた「バイメタル」で形成していることにより、熱膨張率の大きい側の金属プレート15Bが存在する側に湾曲する。即ち、ノズルプレート5では、図6に示すように、温度上昇の結果として、吸気ポートが存在する前方側に湾曲され、その結果として、ノズルプレート5に設けられている燃料噴射孔16同士の角度(燃料噴射角度)が増加され、広角化する。ノズルプレート5の燃料噴射孔16より噴射される燃料の噴霧角度は、燃料噴射孔16同士の角度が広角化されたことにより広くなる。噴霧された燃料の一部は、図4の実線に示すように、吸気ポートPの壁面に接触し、温度上昇された壁面による気化潜熱効果により気化されて吸気弁IVを経由して燃焼室に吸入され、その結果として充填効率が向上され、出力トルクも向上される。   When the engine is warmed up due to the warm-up operation or the continuation of the operation state, the temperature of the cylinder head is also raised, and the temperature of the fuel injection valve 1 is also raised by receiving the heat. The nozzle plate 5 is formed of “bimetal” in which metal sheets 15A and 15B having different thermal expansions are bonded together, so that the nozzle plate 5 is curved toward the side where the metal plate 15B having a higher thermal expansion coefficient exists. That is, as shown in FIG. 6, in the nozzle plate 5, as a result of the temperature rise, the nozzle plate 5 is curved to the front side where the intake port exists, and as a result, the angle between the fuel injection holes 16 provided in the nozzle plate 5 The (fuel injection angle) is increased and the angle is increased. The spray angle of the fuel injected from the fuel injection holes 16 of the nozzle plate 5 is widened by widening the angle between the fuel injection holes 16. A part of the sprayed fuel comes into contact with the wall surface of the intake port P as shown by the solid line in FIG. 4 and is vaporized by the latent heat effect of vaporization by the wall surface whose temperature has risen, and enters the combustion chamber via the intake valve IV. As a result, the charging efficiency is improved and the output torque is also improved.

図7は燃料噴射弁1により噴霧される燃料の噴霧角度と噴霧粒径との関係を示す特性図であり、図8は噴霧された燃料の粒径と出力トルクとの関係を示す特性図である。図7によれば、本実施形態のように、噴霧角度を増加させることにより、噴霧された燃料の粒径を小さくすることができる。本出願人の試験によれば、噴霧角度を10[deg]拡大させると噴霧粒径は20[μm]低減された結果を得ている。   FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the spray angle of the fuel sprayed by the fuel injection valve 1 and the spray particle size, and FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the sprayed fuel particle size and the output torque. is there. According to FIG. 7, the particle size of the sprayed fuel can be reduced by increasing the spray angle as in this embodiment. According to the applicant's test, when the spray angle is increased by 10 [deg], the spray particle size is reduced by 20 [μm].

また、図8に示すように、噴霧粒径を小さくする、即ち、噴霧角度を広角化することにより、吸気ポートのポート壁面による気化潜熱効果により充填効率が向上し、エンジンの出力を向上させることができる。本出願人の試験によれば、噴霧角度を10[deg]増大させ、噴霧粒径を20[μm]縮小させるとエンジン出力が4[%]向上される結果を得ている。   Further, as shown in FIG. 8, by reducing the spray particle size, that is, by widening the spray angle, the charging efficiency is improved by the effect of latent heat of vaporization by the port wall surface of the intake port, and the output of the engine is improved. Can do. According to the applicant's test, when the spray angle is increased by 10 [deg] and the spray particle size is decreased by 20 [μm], the engine output is improved by 4 [%].

図9に示す第2実施例の電磁式燃料噴射弁1Aにおいては、図1に示す第1実施例の燃料噴射弁1において、ノズルプレート5をバルブシート6の先端側平面にレーザ溶接Bにより固定することに代えて、ノズルプレート5の外周を内側ハウジング2Aの内周にロウ付けCで固定するようにしたものである。この固定方法においては、ノズルプレート5の外周縁が固定されることとなり、ノズルプレート5の温度に対する変形領域が拡大されることとなり、高温時における燃料噴射孔16同士で形成する燃料噴射角度をより広角化することができる。   In the electromagnetic fuel injection valve 1A of the second embodiment shown in FIG. 9, the nozzle plate 5 is fixed to the tip side plane of the valve seat 6 by laser welding B in the fuel injection valve 1 of the first embodiment shown in FIG. Instead, the outer periphery of the nozzle plate 5 is fixed to the inner periphery of the inner housing 2A by brazing C. In this fixing method, the outer peripheral edge of the nozzle plate 5 is fixed, the deformation region with respect to the temperature of the nozzle plate 5 is expanded, and the fuel injection angle formed between the fuel injection holes 16 at a high temperature is further increased. Wide angle can be achieved.

以上説明したように、本実施形態の燃料噴射弁1においては、燃料噴射孔16を備えるノズルプレート5の構成材料15A、15Bの熱膨張率を表面側材料15Bと裏面側材料15Aとで異ならせたバイメタルにより構成して温度に依存してその形状を異ならせるようにし、低温時において燃料噴霧角度を狭く設定した燃料噴射孔16による燃料噴射により、排気ガスに含まれる未燃焼炭化水素(HC)の含有量を低減させる一方、暖機後の高温状態においては、ノズルプレート5の熱変形を利用して燃料噴霧角度が広くなった燃料噴射孔16による燃料噴射により、噴霧角度の広角化、噴霧粒径の縮小化により、吸気ポート壁Pの気化潜熱効果により充填効率を向上させエンジン出力を向上させることができる。即ち、温度状況に応じて排気ガスに含まれる未燃焼ガスの低減と出力向上とを両立させる最適な噴霧形状を提供することができる。   As described above, in the fuel injection valve 1 of the present embodiment, the thermal expansion coefficients of the constituent materials 15A and 15B of the nozzle plate 5 including the fuel injection holes 16 are made different between the front side material 15B and the back side material 15A. The unburned hydrocarbons (HC) contained in the exhaust gas are formed by fuel injection through the fuel injection holes 16 having a narrow fuel spray angle at a low temperature. On the other hand, in the high temperature state after warming up, the spray angle is widened and sprayed by fuel injection through the fuel injection holes 16 whose fuel spray angle is widened by utilizing the thermal deformation of the nozzle plate 5. By reducing the particle size, the charging efficiency can be improved and the engine output can be improved by the latent heat of vaporization of the intake port wall P. That is, it is possible to provide an optimal spray shape that achieves both reduction of unburned gas contained in the exhaust gas and improvement of output according to the temperature condition.

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, the following effects can be achieved.

(ア)燃料通路のバルブシート6と弁体7とからなる開閉弁3の下流に、複数の燃料噴射孔16を備えて燃料の噴霧状態を規制するノズルプレート5を備えた燃料噴射弁1であり、前記ノズルプレート5を温度上昇に応じて周辺部に対して中央部が燃料噴出方向に湾曲するバイメタルにより構成し、低温時に燃料の噴霧角度を挟角とし、温度上昇時に燃料の噴霧角度を拡大させるようにした。したがって、冷機時・始動時ではエンジン温度で決まるノズルプレート5形状にて吸気ポートの壁面に付着し難い挟角となる最適な噴霧を形成させて、排気ガスに含まれる未燃焼炭化水素を低減させる一方、暖機後はエンジン内の熱を受けて湾曲されて噴霧角度を広げ且つその噴霧粒径を小さくして、吸気ポート壁面での気化潜熱効果により充填効率を向上させ、出力を向上させることができる。   (A) A fuel injection valve 1 provided with a nozzle plate 5 provided with a plurality of fuel injection holes 16 to regulate the fuel spray state downstream of the on-off valve 3 comprising a valve seat 6 and a valve element 7 in the fuel passage. The nozzle plate 5 is formed of a bimetal whose central portion is curved in the fuel ejection direction with respect to the peripheral portion as the temperature rises. The fuel spray angle is defined as a narrow angle when the temperature is low, and the fuel spray angle when the temperature is increased. I tried to enlarge it. Therefore, when the engine is cold and started, the nozzle plate 5 shape determined by the engine temperature forms an optimal spray that forms a narrow angle that is difficult to adhere to the wall surface of the intake port, thereby reducing unburned hydrocarbons contained in the exhaust gas. On the other hand, after warming up, it is curved by receiving heat in the engine to widen the spray angle and reduce the spray particle size, improve the charging efficiency by the vaporization latent heat effect on the intake port wall surface, and improve the output Can do.

(イ)燃料噴射弁1は、吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート内噴射式エンジンに適用されるものであることにより、上記(ア)の効果を発揮させることができ。   (A) The fuel injection valve 1 is applied to an in-intake-port injection engine that injects fuel into the intake port, and thus the effect (a) can be exhibited.

(第2実施形態)
図10〜図15は、本発明を適用した電磁式燃料噴射弁の第2実施形態を示し、図10は電磁式燃料噴射弁の要部の断面図および噴射孔の正面図、図11は第2実施形態の燃料噴射弁に使用するノズルプレートの断面図、図12はノズルプレートの温度−変位量の特性図、図13は低温時における燃料噴射状態の説明図、図14は高温時における燃料噴射状態の説明図、図15は第2実施例の電磁式燃料噴射弁の要部の断面図および噴射孔の正面図である。本実施形態においては、ノズルプレートを皿バネ状バイメタルにより構成した構成を第1実施形態に追加したものである。なお、第1実施形態と同一装置・部材には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
(Second Embodiment)
10 to 15 show a second embodiment of an electromagnetic fuel injection valve to which the present invention is applied, FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the electromagnetic fuel injection valve and a front view of an injection hole, and FIG. FIG. 12 is a temperature-displacement characteristic diagram of the nozzle plate, FIG. 13 is an explanatory diagram of a fuel injection state at a low temperature, and FIG. 14 is a fuel at a high temperature. Explanatory drawing of an injection state, FIG. 15 is sectional drawing of the principal part of the electromagnetic fuel injection valve of 2nd Example, and the front view of an injection hole. In this embodiment, the structure which comprised the nozzle plate by the disc spring-like bimetal is added to 1st Embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same apparatus and member as 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted or simplified.

図10において、第2実施形態における燃料噴射弁1Bは、バルブシート6の先端側端面に固定するノズルプレート5Aが、低温時にバルブシート6側に中央領域が突出して湾曲した皿バネ状をなし、高温時にバルブシート6側から中央領域が離れるよう湾曲する皿バネ状バイメタルを用いる構成において、第1実施形態と相違し、その他の構成は第1実施形態と同様に構成している。   In FIG. 10, the fuel injection valve 1 </ b> B according to the second embodiment has a disc plate shape in which the nozzle plate 5 </ b> A that is fixed to the end surface on the front end side of the valve seat 6 is curved with a central region protruding toward the valve seat 6 at a low temperature, The configuration using the disc spring-like bimetal that is curved so that the central region is separated from the valve seat 6 side at a high temperature is different from the first embodiment, and the other configurations are the same as the first embodiment.

図10に示す第1実施例の電磁燃料噴射弁1Bにおいては、ノズルプレート5Aの周縁近傍を円周状にバルブシート6の端面にレーザ溶接Bにより固定したものであり、図15に示す第2実施例の電磁燃料噴射弁1Cにおいては、ノズルプレート5Aの周縁を内側ハウジング2Aの内周面にロウ付けCにより固定したものである。なお、バルブシート5Aの端面は、低温時における皿バネ状形状を許容するために、端面の中央部が窪ませて形成している。   In the electromagnetic fuel injection valve 1B of the first embodiment shown in FIG. 10, the vicinity of the periphery of the nozzle plate 5A is circumferentially fixed to the end face of the valve seat 6 by laser welding B. The second embodiment shown in FIG. In the electromagnetic fuel injection valve 1C of the embodiment, the peripheral edge of the nozzle plate 5A is fixed to the inner peripheral surface of the inner housing 2A by brazing C. Note that the end surface of the valve seat 5A is formed with the central portion of the end surface recessed to allow a disc spring-like shape at low temperatures.

前記ノズルプレート5Aは、2枚の熱膨張率の相違する金属プレート17A、17Bを接合したバイメタルであると共に皿バネ状に成形したものであり、図11に示すように、低温時に中央部が上側に凸となるよう湾曲しており、図12に示すように、雰囲気温度の上昇が反転温度を超えた際に、図11の鎖線で示す形状、即ち、中央部が下側に凸となるよう湾曲する状態に反転され、それ以上の温度上昇においても、反転状態が維持される。また、雰囲気温度が低下する場合においても、復帰温度に達するまでは反転状態を維持し、復帰温度を超えて低下した場合に、破線で示す反転状態から実線で示す低温時形状に反転復帰するよう形状変化される。   The nozzle plate 5A is a bimetal formed by joining two metal plates 17A and 17B having different coefficients of thermal expansion and is formed into a disc spring shape. As shown in FIG. As shown in FIG. 12, when the increase in the ambient temperature exceeds the reversal temperature, the shape indicated by the chain line in FIG. 11, that is, the center portion is convex downward as shown in FIG. Inverted to a curved state, and the inverted state is maintained even when the temperature rises further. Even when the ambient temperature decreases, the inversion state is maintained until the return temperature is reached, and when the ambient temperature decreases beyond the return temperature, the inversion state indicated by the broken line is reversed to the low temperature shape indicated by the solid line. The shape is changed.

上記のように、ノズルプレート5Aの低温時形状と高温時形状とは、大きく形態が反転して変化することにより、低温時においては、図13に示すように、燃料噴射孔16より噴射される燃料の噴霧角度をより一層挟角状態とすることができる一方、高温時においては、図14に示すように、燃料噴射孔16より噴射される噴霧角度をより一層広角状態とすることができる。   As described above, the shape at the low temperature and the shape at the high temperature of the nozzle plate 5 </ b> A are largely reversed so as to change, and at low temperatures, the nozzle plate 5 </ b> A is injected from the fuel injection holes 16 as shown in FIG. 13. While the fuel spray angle can be further reduced, the spray angle injected from the fuel injection holes 16 can be further widened at high temperatures, as shown in FIG.

従って、冷機時および始動時には、ノズルプレート5Aの燃料噴射孔16から挟角状態で燃料噴霧を噴射でき、噴霧が吸気ポートの壁面に付着することを低減でき、排気中に含まれる未燃焼炭化水素(HC)の排出量をより一層低減させることができる。   Therefore, at the time of cooling and starting, fuel spray can be injected from the fuel injection hole 16 of the nozzle plate 5A in a narrow angle state, and the spray can be reduced from adhering to the wall surface of the intake port, and unburned hydrocarbons contained in the exhaust gas The amount of (HC) discharged can be further reduced.

また、暖機後等の高温時においては、ノズルプレート5Aの燃料噴射孔16からより一層広角状態で微粒化された燃料噴霧が噴射され、噴霧された微粒化燃料の一部は、吸気ポートの壁面に接触し、温度上昇された壁面による気化潜熱効果により気化されて吸気弁を経由して燃焼室に吸入され、その結果として充填効率が向上され、出力トルクも向上される。   Further, at a high temperature such as after warm-up, fuel spray atomized in a wider angle state is injected from the fuel injection hole 16 of the nozzle plate 5A, and a part of the atomized fuel sprayed is in the intake port. The fuel is vaporized by the latent heat of vaporization effected by the wall surface that has been heated, and is sucked into the combustion chamber via the intake valve. As a result, the charging efficiency is improved and the output torque is also improved.

本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)〜(イ)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。   In the present embodiment, in addition to the effects (a) to (b) in the first embodiment, the following effects can be achieved.

(ウ)ノズルプレート5Aは、低温時に周辺部に対して中央部が開閉弁3がある上流側に窪んだ皿バネ状に成形されていることにより、低温時においては燃料の噴霧角度を一層狭くでき、噴霧燃料を吸気ポートPの壁面に確実に付着させない狭角に設定することができ、始動時・冷機時における排気ガス中に含まれる未燃焼炭化水素(HC)の排出量を低減させることができる。   (C) The nozzle plate 5A is shaped like a disc spring with a central portion recessed toward the upstream side where the on-off valve 3 is located with respect to the peripheral portion at low temperatures, thereby further narrowing the fuel spray angle at low temperatures. The sprayed fuel can be set at a narrow angle so that the sprayed fuel does not adhere to the wall surface of the intake port P, and the amount of unburned hydrocarbons (HC) contained in the exhaust gas at the time of starting and cooling is reduced. Can do.

(エ)また、ノズルプレート5Aは、暖機後における温度上昇時に周辺部より中央部が燃料噴射方向に凸状となることにより、高温時には低温時とは異なり、燃料の噴霧角度を大きくする(=広角設定)ことができ且つ粒径を小さくすることができることから、噴霧された微粒化燃料の一部は、吸気ポートPの壁面に接触し、温度上昇された壁面による気化潜熱効果により気化されて吸気弁を経由して燃焼室に吸入され、その結果として充填効率が向上され、出力トルクも向上でき、低温時の排気ガス特性と高温時における出力特性との両立を図ることができる。   (D) In addition, the nozzle plate 5A has a central portion that protrudes in the direction of fuel injection from the periphery when the temperature rises after warming up, thereby increasing the fuel spray angle at high temperatures, unlike at low temperatures ( (= Wide angle setting) and the particle size can be reduced, so that a part of the atomized fuel that is sprayed contacts the wall surface of the intake port P and is vaporized due to the latent heat of vaporization effected by the temperature-increased wall surface. As a result, it is sucked into the combustion chamber via the intake valve. As a result, the charging efficiency is improved, the output torque can be improved, and both the exhaust gas characteristics at the low temperature and the output characteristics at the high temperature can be achieved.

本発明の一実施形態の第1実施例を示す電磁式燃料噴射弁の要部の断面図(A)および噴射孔の正面図(B)。Sectional drawing (A) of the principal part of the electromagnetic fuel injection valve which shows the 1st Example of one Embodiment of this invention, and the front view (B) of an injection hole. 同じくノズルプレートの断面図。Similarly sectional drawing of a nozzle plate. 低温状態でのノズルプレート形状および燃料噴霧状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the nozzle plate shape and fuel spray state in a low-temperature state. 低温時および高温時における燃料噴射領域を説明する概略図。The schematic diagram explaining the fuel-injection area | region at the time of low temperature and high temperature. 低温時におけるポート壁面への燃料付着率の変化に対する排気ガス中の未燃焼炭化水素排出量の変化を示す特性図。The characteristic view which shows the change of the unburned hydrocarbon discharge | emission amount in exhaust gas with respect to the change of the fuel adhesion rate to the port wall surface at the time of low temperature. 高温状態でのノズルプレート形状および燃料噴霧状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the nozzle plate shape and fuel spray state in a high temperature state. 燃料噴射弁により噴霧される燃料の噴霧角度と噴霧粒径との関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the spray angle of the fuel sprayed with a fuel injection valve, and the spray particle size. 噴霧された燃料の粒径と出力トルクとの関係を示す特性図。The characteristic view which shows the relationship between the particle size of the sprayed fuel, and output torque. 一実施形態の第2実施例を示す電磁式燃料噴射弁の要部の断面図(A)および噴射孔の正面図(B)。Sectional drawing (A) of the principal part of the electromagnetic fuel injection valve which shows 2nd Example of one Embodiment, and the front view (B) of an injection hole. 本発明の第2実施形態の第1実施例を示す電磁式燃料噴射弁の要部の断面図(A)および噴射孔の正面図(B)。Sectional drawing (A) of the principal part of the electromagnetic fuel injection valve which shows 1st Example of 2nd Embodiment of this invention, and front view (B) of an injection hole. 第2実施形態の燃料噴射弁に使用するノズルプレートの断面図。Sectional drawing of the nozzle plate used for the fuel injection valve of 2nd Embodiment. ノズルプレートの温度−変位量の特性図。The characteristic figure of the temperature-displacement amount of a nozzle plate. 低温時における燃料噴射状態の説明図。Explanatory drawing of the fuel-injection state at the time of low temperature. 高温時における燃料噴射状態の説明図。Explanatory drawing of the fuel-injection state at the time of high temperature. 第2実施形態の第2実施例を示す電磁式燃料噴射弁の要部の断面図(A)および噴射孔の正面図(B)。Sectional drawing (A) of the principal part of the electromagnetic fuel injection valve which shows 2nd Example of 2nd Embodiment, and the front view (B) of an injection hole.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A、1B、1C 燃料噴射弁
2 ハウジング本体
3 弁装置
4 ソレノイド装置
5、5A ノズルプレート
6 バルブシート
7 弁体
15A、15B、17A、17B 金属プレート
16 燃料噴射孔
1, 1A, 1B, 1C Fuel injection valve 2 Housing body 3 Valve device 4 Solenoid device 5, 5A Nozzle plate 6 Valve seat 7 Valve body 15A, 15B, 17A, 17B Metal plate 16 Fuel injection hole

Claims (5)

燃料通路のバルブシートと弁体とからなる開閉弁の下流に、複数の燃料噴射孔を備えて燃料の噴霧状態を規制するノズルプレートを備えた燃料噴射弁であり、
前記ノズルプレートを温度上昇に応じて周辺部に対して中央部が燃料噴出方向に湾曲するバイメタルにより構成し、低温時に燃料の噴霧角度を挟角とし、温度上昇時に燃料の噴霧角度を拡大させることを特徴とする燃料噴射弁。
A fuel injection valve provided with a nozzle plate provided with a plurality of fuel injection holes to regulate the spray state of fuel downstream of an on-off valve comprising a valve seat and a valve body of a fuel passage,
The nozzle plate is made of a bimetal whose central portion is curved in the fuel ejection direction with respect to the peripheral portion as the temperature rises, and the fuel spray angle is a narrow angle when the temperature is low, and the fuel spray angle is enlarged when the temperature rises A fuel injection valve characterized by.
前記ノズルプレートは、低温時に周辺部に対して中央部が開閉弁のある上流側に窪んだ皿バネ状に成形されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。   2. The fuel injection valve according to claim 1, wherein the nozzle plate is formed in a disc spring shape in which a central portion is recessed toward an upstream side having an on-off valve with respect to a peripheral portion at a low temperature. 前記ノズルプレートは、温度上昇時に周辺部より中央部が燃料噴射方向に凸状となることを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射弁。   The fuel injection valve according to claim 2, wherein the nozzle plate has a central portion that protrudes in the fuel injection direction from the peripheral portion when the temperature rises. 前記燃料噴射弁は、吸気ポート内に燃料を噴射する吸気ポート内噴射式エンジンに適用されるものであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一つに記載の燃料噴射弁。   The fuel injection valve according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel injection valve is applied to an in-intake-port injection engine that injects fuel into an intake port. . 前記ノズルプレートは、外周部がロウ付けにより燃料噴射弁のハウジングに固定されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一つに記載の燃料噴射弁。   The fuel injection valve according to any one of claims 1 to 4, wherein an outer peripheral portion of the nozzle plate is fixed to a housing of the fuel injection valve by brazing.
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