JP2008128146A

JP2008128146A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2008128146A
Application number: JP2006316058A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Kobayashi; 信章小林; Takahiro Saito; 貴博齋藤; Hiroshi Yamada; 博山田; Junichi Furuya; 純一古屋; Hiroshi Okada; 弘岡田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】比較的簡素な構成で、未燃の炭化水素の排出量が少なく、かつ燃焼効率の高い噴霧形成を可能とする燃料噴射弁を得る。
【解決手段】ノズルプレート１ａは、吸気弁の弁傘部の背面の略中央部に向けて噴霧濃度の濃いターゲット噴霧Ｍｔを噴射するターゲット噴霧用噴孔１ｂｔと、ターゲット噴霧Ｍｔの周辺部に向けて噴霧濃度の薄い拡散噴霧Ｍｓを噴射する拡散噴霧用噴孔１ｂｓと、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、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２方向燃料噴射弁を開示する。

特許文献１の燃料噴射弁は、１気筒につき２つ設けられた吸気弁に対して噴射された燃料噴射流にアシストエアを供給するエア供給部と、前記の燃料噴射流を加熱するポートヒータとを備え、冷機時に、エア供給部からアシストエアを供給して燃料噴射流をポートヒータに当てて加熱することにより燃料の微粒化を図り気化を促進して、吸気ポート内で混合気を形成し、吸気弁より混合気を燃焼室内に導入して燃焼させるとともに、暖機後に、アシストエアの供給およびポートヒータの加熱を停止した状態で、燃料噴射流が吸気弁に向かうようにし吸気ポート内で混合気を形成して吸気弁の熱で気化を促進し、吸気弁より混合気を燃焼室内に導入して燃焼させるものである。
実開平５−３８３５８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されている従来技術では、燃料が略均一な粒径の噴霧状態で吸気弁の弁傘部およびその周辺部に噴射されるので、当該周辺部への燃料の供給が過剰気味となり、前記の弁傘部の周囲に位置する吸気ポート壁面に燃料が付着して気化せず吸気弁より燃焼室へ流入し、燃焼室内での燃料（混合気）の燃焼が不十分となり未燃の炭化水素の排出量が増大してデポジットが増えるとともに、耐久性および出力性能が低下する虞があった。

そこで、本発明は、比較的簡素な構成で、未燃の炭化水素の排出量が少なく、かつ燃焼効率の高い噴霧を形成することが可能な燃料噴射弁を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、吸気ポート内に燃料の噴射を行う燃料噴射弁において、吸気弁の弁傘部の背面の略中央部に向けて噴霧濃度の濃いターゲット噴霧を噴射するターゲット噴霧用噴孔と、前記ターゲット噴霧の周辺部に向けて噴霧濃度の薄い拡散噴霧を噴射する拡散噴霧用噴孔と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、複数の前記ターゲット噴霧用噴孔からの噴霧を前記弁傘部の背面上に重ねて前記ターゲット噴霧を形成することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、複数の前記拡散噴霧用噴孔からの噴霧を衝突させることにより前記拡散噴霧を形成することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ターゲット噴霧用噴孔から吸気弁傘部の背面の略中央部に向けて噴霧濃度の濃いターゲット噴霧を噴射することにより、適切な領域、すなわち弁傘部の背面に燃料噴霧を集中的に供給できるため、燃焼効率を向上させることができる。

また、他の拡散噴霧用噴孔からターゲット噴霧の周辺部に向けて噴霧濃度の薄い拡散噴霧を噴射することにより、当該周辺部への燃料の供給が過剰気味とならないようにして吸気ポート壁面への燃料の付着を抑制できるので、燃焼室内での燃料の燃焼状態を良好にするとともに未燃の炭化水素の排出量を低減させることができる。これにより、比較的簡素な構成で、未燃の炭化水素の排出量が少なく、かつ燃焼効率の高い噴霧を形成することが可能である。

したがって、従来のように燃料を略均一な粒径の噴霧状態で吸気弁の弁傘部およびその周辺部に噴射するものに比べて、デポジットを抑制できるとともに、耐久性および出力性能の向上を図ることができる。

請求項２の発明によれば、複数のターゲット噴霧用噴孔からの噴霧を吸気弁の弁傘部の背面に重ねて噴霧濃度の濃いターゲット噴霧を形成するという比較的簡素な構成によって、適切な領域すなわち弁傘部の背面上に燃料噴霧を集中的に供給することができる。

請求項３の発明によれば、複数の拡散噴霧用噴孔からの噴霧を衝突させるという比較的簡素な構成によって、噴霧濃度の薄い拡散噴霧を形成して噴霧の微粒化を促進するととともに、ターゲット噴霧の周辺部への燃料の供給が過剰気味とならないよう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。

（第１実施形態）図１は、吸気マニホルドの一部を省略した状態で前方から見た図、図２は、吸気マニホルドの一部を省略した状態で右側から見た図、図３は、ノズルプレートの平面図、図４は、ノズルプレートの半分を省略して噴霧が前後方向に広がる状態を示す斜視図、図５は、噴霧が左右方向に広がる状態を示す側面図である。

本実施形態にかかる燃料噴射弁１は、吸気マニホルド２の上流側の取付開口部２ａに挿通された状態で取り付けられており、取付姿勢において、前面視（図１）では中心軸Ｃが二つの吸気マニホルド２の中間位置を指向し、かつ、側面視（図２）では斜め下方の吸気弁４の弁傘部４ｃの中央を指向するようになっている。

この燃料噴射弁１は、いわゆる２方向燃料噴射弁として構成されており、電磁コイル（図示せず）の通電・非通電の切替えにより弁体（図示せず）を開閉駆動して、吸気ポート３の上流側から中心軸Ｃの左右両側に配置される一対の吸気ポート３Ｌ，３Ｒに向けて同時に燃料噴射を行うようになっている。

吸気マニホルド２の下方には、吸気弁４Ｌ、４Ｒの弁開時に吸気ポート３と連通する１つの燃焼室（図示せず）が設けられている。すなわち、１つの気筒につき二つの吸気弁４Ｌ、４Ｒが設けられているため、吸気マニホルド２はこれらに対応して二股状に形成され、途中から２つの吸気マニホルド２Ｌ、２Ｒに分岐している。これに伴って、吸気マニホルド２内に形成される吸気ポート３も途中から２つの吸気ポート３Ｌ、３Ｒに分岐している。

吸気弁４Ｌ、４Ｒのそれぞれは、棒状のバルブステム４ａの先端に、傘状に拡径する弁傘部４ｃが形成され、他端の基端部４ｂが、図示を省略したカムシャフトの回転に応じて回転するリフタ等により押されて開閉駆動される。例えば、一方の吸気弁４Ｌの閉時には、弁傘部４ｃの周縁４ｄが、吸気マニホルド２Ｌの先端に形成されたバルプシート２ｂに当接しており、一方、吸気弁４Ｌの開時には、弁傘部４ｃとバルプシート２ｂとが離間する。また、他方の吸気弁４Ｒも同様である。

ここで、図１〜図３を参照して、本実施形態にかかる燃料噴射弁１のノズルプレート１ａについて説明する。

図１および図２に示すように、ノズルプレート１ａは、燃料噴射弁１の先端に設けられている。また、図３に示すように、ノズルプレート１ａは、前後方向に延びる中心線Ｃ１を軸として左右対称に配置されるとともに、左右方向に延びる中心線Ｃ２を軸として前後対称に配置される複数の噴孔１ｂを有しており、吸気弁４Ｌの開閉タイミングに合わせて上記のノズルプレート１ａに形成した複数の噴孔１ｂから燃料（噴霧）が噴射されるようになっている。このノズルプレート１ａは略円板状に形成されており、ノズルプレート１ａの中央部には、燃料の噴射方向へ略ドーム状（球面状）に低く膨出する膨出部１ｃが設けられている。

このノズルプレート１ａには、図３に示すように、合計１２個のターゲット噴霧用噴孔１ｂｔ（１ｂ）と、合計４個の拡散噴霧用噴孔１ｂｓ（１ｂ）とが配設されており、本実施形態では、これらターゲット噴霧用噴孔１ｂｔからの噴霧によって、各吸気弁４Ｌ，４Ｒの弁傘部４ｃの背面の略中央部に向けた噴霧濃度の濃いターゲット噴霧Ｍｔが形成されるとともに、拡散噴霧用噴孔１ｂｓからの噴霧によって、ターゲット噴霧Ｍｔの周辺部に向けが噴霧濃度の薄い（ターゲット噴霧Ｍｔより濃度の薄い）拡散噴霧Ｍｓが形成されるようになっている。なお、本実施形態では、合計１２個のターゲット噴霧用噴孔１ｂｔのうち８個と合計４個の拡散噴霧用噴孔１ｂｓとは、膨出部１ｃに設けられる一方、残りの４個のターゲット噴霧用噴孔１ｂｔは、膨出部１ｃより外周側に設けられているが、かかる構成には限定されない。

そして、かかる構成によれば、燃料噴射弁１より吸気ポート３へ燃料を噴射して混合気を形成する際に、ターゲット噴霧用噴孔１ｂｔから弁傘部４ｃの背面の略中央部に向けて噴霧濃度の濃いターゲット噴霧Ｍｔを噴射して弁傘部４ｃの背面上に重ねることにより、適切な領域、すなわち弁傘部４ｃの背面に燃料噴霧を集中的に供給でき、燃焼効率を向上させることができる。同時に、他の拡散噴霧用噴孔１ｂｓからターゲット噴霧Ｍｔの周辺部に向けて噴霧濃度の薄い拡散噴霧Ｍｓを噴射することにより、噴霧の微粒化を促進するととともに、ターゲット噴霧Ｍｔの周辺部への燃料の供給が過剰気味とならないようにして吸気ポート３Ｌ，３Ｒの壁面への燃料の付着を抑制できるので、未燃の炭化水素の排出量を低減させることができる。

以上のように、第１実施形態によれば、ノズルプレート１ａにターゲット噴霧用噴孔１ｂｔおよび拡散噴霧用噴孔１ｂｓを設けるという比較的簡素な構成で、未燃の炭化水素の排出量が少なく、かつ燃焼効率の高い噴霧を形成することが可能である。

（第２実施形態）図６は、本発明の第２実施形態にかかる燃料噴射弁に設けられるノズルプレートの正面図、図７は、ノズルプレートの半分を省略して噴霧が前後方向に広がる状態を示す斜視図、図８は、噴霧が左右方向に広がる状態を示す側面図である。

本実施形態にかかる燃料噴射弁１は、ノズルプレート以外は、上記第１実施形態にかかる燃料噴射弁１と同様の構成要素を備えている。よって、同様の構成要素には共通の符号を付すとともに、重複する説明を省略する。

本実施形態にかかるノズルプレート１ａも、前後方向に延びる中心線Ｃ１を軸として左右対称に配置されるとともに、左右方向に延びる中心線Ｃ２を軸として前後対称に配置される複数の噴孔１ｂを有しており、吸気弁４Ｌの開時に、上記のノズルプレート１ａに形成した複数の噴孔１ｂから燃料（噴霧）が噴射されるようになっている。このノズルプレート１ａは、円板状（平板状）に形成されており、第１実施形態で設けられていたような膨出部は存在しない。

このノズルプレート１ａには、図６に示すように、合計４個のターゲット噴霧用噴孔１ｂｔ（１ｂ）と、合計１２個の拡散噴霧用噴孔１ｂｓ（１ｂ）とが配設されている。このうち、拡散噴霧用噴孔１ｂｓについては、例えば、相互に近接している二つずつがペアとなって、それら一対の拡散噴霧用噴孔１ｂｓからの噴霧をノズルプレート１ａに近い位置（弁傘部４ｃまでの距離よりノズルプレート１ａの表面までの距離が近い位置）で相互に衝突させて、拡散噴霧を形成するようになっている。衝突後の拡散噴霧の指向方向は、対をなす拡散噴霧用噴孔１ｂｓの方向等によって適宜に調整することができる。一方、ターゲット噴霧用噴孔１ｂｔはそのまま弁傘部４ｃ上の所定領域に向けて噴射される。なお、図７では、中央の拡散噴霧Ｍｓは、二つのターゲット噴霧Ｍｔよりも紙面奥側に形成されている。また、二つ以上の拡散噴霧用噴孔１ｂｓからの噴霧を衝突させて拡散噴霧を形成してもよいし、拡散噴霧用噴孔１ｂｓやターゲット噴霧用噴孔１ｂｔの個数もこの例には限定されない。

かかる構成によっても、燃料噴射弁１より吸気ポート３へ燃料を噴射して混合気を形成する際に、噴孔１ｂｔから弁傘部４ｃの背面の略中央部に向けて噴霧濃度の濃いターゲット噴霧Ｍｔを噴射することにより、適切な領域、すなわち弁傘部４ｃの背面に燃料噴霧を集中的に供給でき、燃焼効率を向上させることができる。同時に、他の噴孔１ｂｓからターゲット噴霧Ｍｔの周辺部に向けて粒径の小さい拡散噴霧Ｍｓを噴射することにより、噴霧の微粒化を促進するととともに、ターゲット噴霧Ｍｔの周辺部への燃料の供給が過剰気味とならないようにして吸気ポート３Ｌ，３Ｒの壁面への燃料の付着を抑制できるので、未燃の炭化水素の排出量を低減させることができる。

なお、本発明は、次のような別の実施形態として具現化することができる。以下の別の実施形態でも上記の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）図９に示すように、ノズルプレート１ａに、厚肉部１ｄおよび薄肉部１ｅを設定するとともに、厚肉部１ｄにターゲット噴霧用噴孔１ｂｔを形成し、薄肉部１ｅに拡散噴霧用噴孔１ｂｓを形成してもよい。なお、これら噴孔１ｂｔ，１ｂｓの径は略同じである。これは、厚肉部１ｄより薄肉部１ｅに形成された噴孔からの噴霧の方がより拡散されることを利用した例である。

（２）また、図１０に示すように、ノズルプレート１ａに、外側（燃料噴射弁１の外側；吸気ポート３の内部側）に向けて拡開する拡散噴霧用噴孔１ｂｓを形成してもよい。これは、ストレートな噴孔より拡開された噴孔からの噴霧の方がより拡散されることを利用した例である。

（３）また、図１１に示すように、ノズルプレート１ａに、径の異なる複数の噴孔を形成し、小径の噴孔をターゲット噴霧用噴孔１ｂｔとし、大径の噴孔を拡散噴霧用噴孔１ｂｓとしてもよい。これは、小さな噴孔より大きな噴孔からの噴霧の方がより拡散されることを利用した例である。

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、２に記載の燃料噴射弁は、ノズルプレートに厚肉部および薄肉部を形成するとともに、前記厚肉部に前記ターゲット噴霧用噴孔を形成し、前記薄肉部に前記拡散噴霧用噴孔を形成するのが好適である。

こうすれば、ノズルプレートに厚肉部および薄肉部を設定し、各部に噴孔を形成するという極めて簡素な構成によって、ターゲット噴霧と拡散噴霧とを得ることができる。

（ロ）請求項１、２に記載の燃料噴射弁は、ノズルプレートに、外側に向けて拡開する噴孔を設けて、この噴孔を前記拡散噴霧用噴孔として用いるのが好適である。

こうすれば、ノズルプレートに外側に向けて拡開する噴孔を形成するという極めて簡素な構成によって拡散噴霧を得ることができる。

（ハ）請求項１、２に記載の燃料噴射弁は、ノズルプレートに、径の異なる複数の噴孔を設けて、小径の噴孔を前記ターゲット噴霧用噴孔として用い、大径の噴孔を前記拡散噴霧用噴孔として用いるのが好適である。

こうすれば、ノズルプレートに径の異なる複数の噴孔を設けるという極めて簡素な構成によって、ターゲット噴霧と拡散噴霧とを得ることができる。

本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁が装着された吸気マニホルドの一部を省略した状態で前方から見た図。本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁が装着された吸気マニホルドの一部を省略した状態で右側から見た図。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の平面図。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の半分を省略して噴霧が前後方向に広がる状態を示す斜視図。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からの噴霧が左右方向に広がる状態を示す側面図。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の正面図。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の半分を省略して噴霧が前後方向に広がる状態を示す斜視図。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からの噴霧が左右方向に広がる状態を示す側面図。本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁のノズルプレートの変形例を示す断面図。本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁のノズルプレートの別の変形例を示す断面図。本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁のノズルプレートのさらに別の変形例を示す断面図。

符号の説明

１燃料噴射弁
１ａノズルプレート
１ｂ噴孔
１ｂｔターゲット噴霧用噴孔
１ｂｓ拡散噴霧用噴孔
１ｃ膨出部
１ｄ厚肉部
１ｅ薄肉部
２，２Ｌ，２Ｒ吸気マニホルド
３，３Ｌ、３Ｒ吸気ポート
４Ｌ，４Ｒ吸気弁
４ｃ弁傘部
Ｍｔターゲット噴霧
Ｍｓ拡散噴霧

Claims

吸気ポート内に燃料の噴射を行う燃料噴射弁において、
吸気弁の弁傘部の背面の略中央部に向けて噴霧濃度の濃いターゲット噴霧を噴射するターゲット噴霧用噴孔と、
前記ターゲット噴霧の周辺部に向けて噴霧濃度の薄い拡散噴霧を噴射する拡散噴霧用噴孔と、
を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
複数の前記ターゲット噴霧用噴孔からの噴霧を前記弁傘部の背面上に重ねて前記ターゲット噴霧を形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
複数の前記拡散噴霧用噴孔からの噴霧を衝突させることにより前記拡散噴霧を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。