JP2008169722A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】噴孔から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進する燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】噴孔プレート２０の入口側端面２４とノズルニードル３０の先端面３２との間に、扁平な円板状の燃料室２０２が形成されている。弁ボディ１２の内周面１４を燃料下流側に延ばした仮想面２１０が噴孔プレート２０の入口側端面２４と交差する円形の包路線２１２の内周側に噴孔２２が形成されている。４個の噴孔２２の内周側縁部には、噴孔プレート２０の入口側端面２４からノズルニードル３０に向けて突出する環状の壁２６が形成されている。ノズルニードル３０が弁座１５から離座し、燃料通路２００から燃料室２０２に流入した燃料のうち、外周側から噴孔２２の入口の上を内周側に通過した燃料は、壁２６に衝突し、強制的に噴孔２２に向けて流れ方向を変えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、噴孔プレートに形成された噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。

従来、弁部材と弁座とが形成する弁部の燃料下流側に複数の噴孔を形成した薄板の噴孔プレートを設置し、各噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。
このような燃料噴射弁では、図９において、弁部材３００がリフトすると、噴孔プレート３１０の入口側端面３１２に向けて矢印に示す燃料流れ３２０が流入し、噴孔３１４から噴射される。

しかしながら、入口側端面３１２に沿って噴孔３１４に向けて流れる燃料流れ３２０の一部は、噴孔３１４の入口の上を通過して噴孔プレート３１０の入口側中央部で互いに衝突し、噴孔プレート３１０の入口側中央部で滞留する恐れがある。噴孔３１４から噴射される燃料噴霧は噴孔３１４に流入する燃料流れのエネルギーが大きく、燃料流れの乱れが大きいほど微粒化される。したがって、噴孔プレート３１０の入口側中央部で燃料流れが滞留し噴孔３１４に流入する燃料流れのエネルギーが低下すると、噴孔３１４から噴射される燃料噴霧の微粒化が妨げられるという問題がある。

特開２００１−４６９１９号公報 特開２００４−６０５１９号公報 特開２００４−１６９５７２号公報

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、噴孔から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進する燃料噴射弁を提供することを目的とする。

請求項１から６に記載の発明では、噴孔プレートに形成されている噴孔の入口側の内周側縁部に壁を設けているので、噴孔の外周側から噴孔に向けて流れる燃料流れは、噴孔の入口側の内周側縁部に設けられた壁に衝突し、噴孔内に向けて強制的に流れを変えられる。これにより、噴孔の外周側から噴孔に向けて流れる燃料流れが、噴孔の入口の上を通過して噴孔プレートの中央部で衝突して滞留することを防止できる。その結果、噴孔に流入する燃料流れのエネルギーが増加し、燃料流れの乱れが増加するので、噴孔から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

請求項２に記載の発明では、弁座を有する弁ボディの内周面を燃料下流側に延ばした仮想面が前記噴孔プレートと交差する包路線の内周側に噴孔は形成されているので、弁部材が弁座から離座し、弁ボディの内周面に沿って噴孔プレートに向かう燃料流れは、噴孔の外周側から噴孔に向けて流れる。この構成では、噴孔の外周側から噴孔に向かう燃料流れが噴孔の入口の上を通過しやすい。この構成において噴孔の内周側縁部に壁を設けることにより、噴孔の外周側から噴孔に向けて流れる燃料流れは、噴孔の入口側の内周側縁部に設けられた壁に衝突し、噴孔内に向けて強制的に流れを変えられる。その結果、噴孔に流入する燃料流れのエネルギーが増加し、燃料流れの乱れが増加するので、噴孔から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

請求項４に記載の発明では、弁座を有する弁ボディの内周面を燃料下流側に延ばした仮想面が前記噴孔プレートと交差する包路線の外周側に噴孔は形成されているので、弁部材が弁座から離座し、弁ボディの内周面に沿って噴孔プレートに向かう燃料流れは、噴孔の内周側から噴孔に向けて流れる。この構成では、噴孔の内周側から噴孔に向かう燃料流れが噴孔の入口の上を通過しやすい。この構成において噴孔の外周側縁部に壁を設けることにより、噴孔の内周側から噴孔に向けて流れる燃料流れは、噴孔の入口側の外周側縁部に設けられた壁に衝突し、噴孔内に向けて強制的に流れを変えられる。その結果、噴孔に流入する燃料流れのエネルギーが増加し、燃料流れの乱れが増加するので、噴孔から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

請求項５に記載の発明では、弁部材は噴孔の内周側において噴孔プレートに向けて突出する突部を有するので、噴孔の外周側から噴孔に向けて流れ、噴孔の入口の上を通過する燃料流れは、弁部材の突部に衝突し、噴孔内に向けて強制的に流れを変えられる。これにより、噴孔の外周側から噴孔に向けて流れ、噴孔の入口の上を通過した燃料流れが噴孔プレートの中央部で互いに衝突し噴孔プレートの入口側中央部で滞留することを防止できる。その結果、噴孔に流入する燃料流れのエネルギーが増加し、燃料流れの乱れが増加するので、噴孔から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

請求項６に記載の発明では、弁部材の噴孔プレートに面する先端面と噴孔プレートの入口側端面との間に扁平な燃料室が形成されているので、弁部材が弁座から離座し、燃料室に流入した燃料流れは、弁部材の噴孔プレートに面する先端面と噴孔プレートの入口側端面とに案内され、噴孔プレートに沿って流れる。これにより、噴孔入口の直上での燃料流れ同士の衝突を誘起することができるので、噴孔に流入する燃料流れの乱れが増加する。その結果、噴孔から噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。

以下、本発明の複数の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図２に示す。本実施形態の燃料噴射弁１０は、本発明をガソリンエンジン用の直噴用燃料噴射弁に適用した例である。これ以外にも、吸気弁上流の吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射弁に本発明を適用してもよい。
弁ボディ１２は弁ハウジング１６の底部側の端部内壁に溶接により固定されている。弁ボディ１２の内周面１４は、燃料下流側に向けて縮径する円錐状に形成されている。内周面１４には、ノズルニードル３０が着座する弁座１５が形成されている。弁ボディ１２の内周側には燃料通路としての燃料通路２００が形成されている。

図１に示すように、噴孔プレート２０はＳＵＳ等の金属薄板をプレス加工によりカップ状に成形したものであり、弁ボディ１２の底部外側に溶接等により固定されている。噴孔プレート２０を板厚方向に貫通して、複数の噴孔２２が弁ボディ１２の燃料通路２００に開口して形成されている。噴孔２２は、例えば、放電加工またはパンチ等により形成されている。本実施形態では、４個の噴孔２２が噴孔プレート２０に形成されている例を示すが、噴孔２２の数はこれに限るものではない。

そして、噴孔プレート２０の入口側端面２４とノズルニードル３０の先端面３２との間に、扁平な円板状の燃料室２０２が形成されている。弁ボディ１２の内周面１４を燃料下流側に延ばした仮想面２１０が噴孔プレート２０の入口側端面２４と交差する円形の包路線２１２の内周側に噴孔２２が形成されている。４個の噴孔２２の内周側縁部には、噴孔プレート２０の入口側端面２４からノズルニードル３０に向けて突出する環状の壁２６が形成されている。入口側端面２４から突出している壁２６の高さをｈ、噴孔２２の噴孔径をｄとすると、ｈ≦ｄ／２に設定されている。噴孔径が噴孔によって異なっている場合は、最大噴孔径をｄとする。

弁部材としてのノズルニードル３０は、弁ボディ１２および弁ハウジング１６内に往復移動自在に収容されている。ノズルニードル３０が弁座１５に着座すると噴孔２２からの燃料噴射が遮断され、ノズルニードル３０が弁座１５から離座すると噴孔２２から燃料が噴射される。弁座１５とノズルニードル３０とは噴孔２２を開閉する弁部を構成している。ノズルニードル３０の噴孔プレート２０側の先端面３２は略平面である。

図２に示す可動コア４０は、ノズルニードル３０の噴孔２２と反対側の端部３４と溶接により固定されており、ノズルニードル３０とともに軸方向に往復移動する。可動コア４０は磁性材料で円筒状に形成されている。可動コア４０の筒壁を貫通し、可動コア４０の内部と外部とを連通する連通孔４２が形成されている。スプリング４８の一端は可動コア４０と当接し、スプリング４８の他端はアジャスティングパイプ４６と当接している。スプリング４８は、ノズルニードル３０の往復移動方向の一方である弁座１５に向かう方向にノズルニードル３０に荷重を加える。

固定コア４４は、磁性材料で円筒状に形成されている。固定コア４４は、可動コア４０に対し噴孔２２と反対側に設置され可動コア４０と向き合っている。固定コア４４は、ノズルニードル３０が弁座１５に着座した状態で可動コア４０と固定コア４４との間に所定の大きさのギャップを形成する位置までパイプ部材５０の内周側に圧入されており、パイプ部材５０と溶接により固定されている。

アジャスティングパイプ４６は固定コア４４に圧入されている。固定コア４４にアジャスティングパイプ４６を圧入する圧入量を調整することにより、可動コア４０およびノズルニードル３０に加わるスプリング４８の荷重が調整される。
パイプ部材５０は、弁ハウジング１６の弁ボディ１２と反対側の内周壁に挿入され、弁ハウジング１６と溶接により固定されている。パイプ部材５０は、噴孔プレート２０側から第１磁性部５２、磁気抵抗部としての非磁性部５４、および第２磁性部５６により構成されている。第１磁性部５２は、弁ハウジング１６と磁気的に接続している。非磁性部５４は、可動コア４０と固定コア４４とのギャップの外周を覆い、第１磁性部５２と第２磁性部５６との磁気的短絡を防止している。パイプ部材５０は、例えば薄板の磁性材をプレス等により円筒状に加工し、非磁性部５４に相当する箇所を熱処理することにより形成されている。

入口部材６０は、パイプ部材５０の内周側に圧入され、パイプ部材５０と溶接により固定されている。入口部材６０の燃料入口６２から流入した燃料は、入口部材６０内のフィルタ６４により異物を除去される。
スプール７０はパイプ部材５０の外周を囲んでおり、コイル７２はスプール７０の外周に巻回されている。ターミナル８２は樹脂ハウジング８０にインサート成形されており、コイル７２と電気的に接続している。コイル７２に供給する駆動電流のパルス幅を調整することより、燃料噴射量が制御される。磁性部材８４はコイル７２の外周を覆い、弁ハウジング１６と第２磁性部５６とを磁気的に接続している。

次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。
コイル７２への通電をオンすると、可動コア４０はスプリング４８の荷重に抗して固定コア４４側に吸引され、固定コア４４と当接する。ノズルニードル３０が可動コア４０とともにリフトし、ノズルニードル３０が弁座１５から離座すると、燃料通路２００の燃料は、弁座１５とノズルニードル３０との間に形成される環状の開口部から弁ボディ１２の内周面１４に沿って燃料室２０２に流入する。

燃料室２０２に流入した燃料は、噴孔プレート２０の入口側端面２４およびノズルニードル３０の先端面３２に沿い、４個の噴孔２２の外周側から噴孔２２に向けて流れる。図１の（Ｂ）、（Ｃ）の矢印が示すように、外周側から噴孔２２に向かう燃料流れには、そのまま噴孔２２に流入する流れ、ならびに噴孔２２の入口の上を通過する流れが存在する。本実施形態では、４個の噴孔２２の内周側縁部に入口側端面２４からノズルニードル３０に向けて突出する環状の壁２６が形成されているので、外周側から噴孔２２の入口の上を内周側に通過した燃料は、壁２６に衝突し、強制的に噴孔２２に向けて流れ方向を変えられる。これにより、図９に示す従来例のように壁２６が存在しない構成に比べ、噴孔２２の内周側に燃料流れが滞留することなく噴孔２２に流入するので、噴孔２２に流入する燃料流れのエネルギーが増加し、燃料流れの乱れが増加する。その結果、噴孔２２から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

また、噴孔プレート２０の入口側端面２４とノズルニードル３０の先端面３２との間に形成されている燃料室２０２が扁平な円板状であるから、外周側から噴孔２２に向かう燃料は、ほぼ噴孔プレート２０の入口側端面２４に沿った流れになる。これにより、噴孔２２の入口の直上での燃料流れ同士の衝突を誘起することができるので、噴孔２２に流入する燃料流れの乱れが増加する。その結果、噴孔２２から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

（第２〜第７実施形態）
本発明の第２〜第７実施形態による燃料噴射弁を図３〜図８に示す。尚、既述の実施形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第２実施形態）
図３に示す第２実施形態では、第１実施形態と同様に、噴孔プレート９０の入口側端面２４からノズルニードル３０に向けて突出する環状の壁９２が形成されている。そして、入口側端面２４から突出している壁９２の段差９３と重なって噴孔２２が形成されている。

この構成においても、ノズルニードル３０が弁座１５から離座することにより４個の噴孔２２の外周側から噴孔２２に向けて流れる燃料流れのうち、外周側から噴孔２２の入口の上を内周側に通過した燃料は、噴孔２２の内周側に位置する壁９２に衝突し、噴孔２２の内周側に滞留することなく強制的に噴孔２２に向けて流れ方向を変えられる。これにより、噴孔２２に流入する燃料流れのエネルギーが増加し、燃料流れの乱れが増加する。その結果、噴孔２２から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

（第３実施形態）
図４に示す第３実施形態においては、噴孔プレート１００の入口側端面１０２は、噴孔２２の外周側から内周側の入口側端面１０２の中央部に向かうにしたがいノズルニードル３０に近づくテーパ状に形成されている。第３実施形態の入口側端面１０２は、特許請求の範囲に記載された「壁」に相当する。

この構成では、ノズルニードル３０が弁座１５から離座することにより４個の噴孔２２の外周側から噴孔２２に向けて流れる燃料流れのうち、外周側から噴孔２２の入口の上を内周側に向かう燃料は、中央部に向かうにしたがいノズルニードル３０側に近づいている入口側端面１０２に流れを妨げられる。これにより、外周側から噴孔２２の入口の上を内周側に向かう燃料は、噴孔２２の内周側に滞留することなく強制的に噴孔２２に向けて流れ方向を変えられる。その結果、噴孔２２に流入する燃料流れのエネルギーが増加し、燃料流れの乱れが増加するの、噴孔２２から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

また、入口側端面１０２が中央部に向かうにしたがいノズルニードル３０側に近づくテーパ面であるから、噴孔２２の入口側端面がフラットである場合に比べて、外周側から噴孔２２に燃料が流入するときに、燃料流れの角度がより大きく変わる。燃料流れの流速は流れ方向が急激に変わると大きく減速するので、噴孔２２内の内周側に比べ外周側を流れる燃料の流速は大きく減速する。これにより、噴孔２２内を流れる燃料の速度勾配が大きくなるので、噴孔２２内を流れる燃料流れの乱れが増加する。その結果、噴孔２２から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

（第４実施形態）
図５に示す第４実施形態では、噴孔２２を形成する噴孔プレート１１０の内周面１１２の入口側の外側内周面１１３は、その一部を外周側に向けて拡径している。これにより、外周側から噴孔２２に向かう燃料流れは、図５の矢印に示すように、外側内周面１１３に案内されて噴孔２２内に流入するので、外周側から噴孔２２に向かい噴孔２２の入口の上を通過する燃料量が減少する。そして、外側内周面１１３に案内され噴孔２２に流入した燃料は、噴孔２２の内周側縁部に位置する内周面１１２の内周側に衝突する。その結果、噴孔２２に流入する燃料流れのエネルギーが増加し、燃料流れの乱れが増加するので、噴孔２２から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

このように、第４実施形態では、噴孔２２の入口側の外側内周面１１３の一部を入口に向かうにしたがい外周側に向けて拡径させることにより、噴孔プレート１１０の入口側端面２４に、「壁」としてノズルニードル３０側に突出する突部またはテーパ面を設けることなく、外周側から噴孔２２に流入する燃料を噴孔２２の内周面１１２の入口内周側に衝突させることができる。つまり、第４実施形態では、噴孔２２の入口側の内周側縁部に位置する内周面１１２を燃料が衝突する「壁」として利用している。

（第５実施形態）
図６に示す第５実施形態では、ノズルニードル１３０の先端中央部に、噴孔２２の内周側において噴孔プレート１２０に向けて突出する柱状の突部１３２が形成されている。そして、噴孔プレート１２０の入口側端面２４の中央部に、ノズルニードル１３０の突部１３２が嵌合する凹部１２２が形成されている。ノズルニードル１３０の突部１３２は、ノズルニードル１３０が弁座１５から離座した状態でも、噴孔プレート１２０の凹部１２２に嵌合している。

これにより、ノズルニードル１３０が弁座１５から離座することにより４個の噴孔２２の外周側から噴孔２２に向けて流れる燃料流れのうち、噴孔２２の入口の上を内周側に向かう燃料は、ノズルニードル１３０の突部１３２に衝突し、噴孔２２の内周側に滞留することなく強制的に噴孔２２に向けて流れ方向を変えられる。これにより、噴孔２２に流入する燃料流れのエネルギーが増加し、燃料流れの乱れが増加する。その結果、噴孔２２から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

（第６実施形態）
図７に示す第６実施形態では、噴孔プレート２０の入口側端面２４とノズルニードル３０の先端面３２との間に形成されている燃料室２０２は、第１実施形態よりも径方向外側に広がっている。これにより、ノズルニードル３０が弁座１５から離座することにより内周面１４に沿って噴孔プレート２０に向かう燃料流れのうち、噴孔２２の外周側から径方向外側に向かい、再び外周側から噴孔２２に向かう流れは、第１実施形態に比べ、噴孔プレート２０の入口側端面２４に沿って長い距離を案内される。これにより、外周側から噴孔２２に流入する燃料は、ほぼ噴孔プレート２０の入口側端面２４に沿った流れとなるので、噴孔２２の入口の直上での燃料流れ同士の衝突をさらに誘起することができる。その結果、噴孔２２に流入する燃料流れの乱れが増加するので、噴孔２２から噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。

（第７実施形態）
図８に示す第７実施形態では、仮想面２１０が噴孔プレート１４０の入口側端面２４と交差する包路線２１２の外周側に噴孔２２が形成されている。そして、４個の噴孔２２の外周側には、噴孔プレート２０の入口側端面２４からノズルニードル３０に向けて突出する環状の壁１４２が形成されている。壁１４２の高さをｈ、噴孔２２の噴孔径をｄとすると、ｈ≦ｄ／２に設定されている。

ノズルニードル３０が弁座１５から離座し、燃料通路２００から燃料室２０２に流入した燃料は、４個の噴孔２２の内周側から径方向外側の噴孔２２に向けて流れる。本実施形態では、４個の噴孔２２の外周側に入口側端面２４からノズルニードル３０に向けて突出する壁２６が形成されているので、内周側から噴孔２２の入口の上を外周側に通過した燃料は、壁１４２に衝突し、噴孔２２の外周側に滞留することなく強制的に噴孔２２に向けて流れ方向を変えられる。これにより、噴孔２２に流入する燃料流れのエネルギーが増加し、燃料流れの乱れが増加する。その結果、噴孔２２から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進できる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、弁部材として先端面が平面のノズルニードルを使用した。これに対し、噴孔の内周側縁部または外周側縁部に燃料の衝突する壁が設けられているのであれば、弁部材の先端は平面に限らず凸状になっていてもよい。
このように、本発明は、上記複数の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

（Ａ）は第１実施形態による燃料噴射弁の噴孔周囲を示す断面図、（Ｂ）は噴孔周囲の拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ方向矢視図。 第１実施形態の燃料噴射弁を示す断面図。 （Ａ）は第２実施形態による燃料噴射弁を示す断面図、（Ｂ）は噴孔周囲の拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ方向矢視図。 第３実施形態による燃料噴射弁を示す断面図。 第４実施形態による燃料噴射弁を示す断面図。 第５実施形態による燃料噴射弁を示す断面図。 第６実施形態による燃料噴射弁を示す断面図。 第７実施形態による燃料噴射弁を示す断面図。 （Ａ）は従来の燃料噴射弁の噴孔周囲を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図。

符号の説明

１０：燃料噴射弁、１２：弁ボディ、１４：内周面、１５：弁座、２０、９０、１００、１１０、１２０、１４０：噴孔プレート、２２：噴孔、２４：入口側端面、２６、９２、１４２：壁、３０、１３０：ノズルニードル（弁部材）、３２：先端面、４０：可動コア、４４：固定コア、７２：コイル、９３：段差、１０２：入口側端面（壁）、１１２：内周面（壁）、１３２：突部、２００：燃料通路、２０２：燃料室、２１０：仮想面、２１２：包路線

Claims (6)

1. 燃料通路を形成するとともに燃料下流側に向けて縮径する内周面を有し、前記内周面に弁座を有する弁ボディと、
   前記弁座の燃料下流側に設置され、前記燃料通路から流出する燃料を噴射する噴孔を有する噴孔プレートと、
   前記弁座に着座することにより前記燃料通路を閉塞し、前記弁座から離座することにより前記燃料通路を開放する弁部材と、
   を備え、
   前記噴孔の入口側の内周側縁部に壁を設けていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記内周面を燃料下流側に延ばした仮想面が前記噴孔プレートと交差する包路線の内周側に前記噴孔は形成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。
3. 前記壁は前記弁部材に向けて前記噴孔プレートの入口側端面から突出して段差を形成し、前記噴孔は前記段差に重なって形成されてい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。
4. 燃料通路を形成するとともに燃料下流側に向けて縮径する内周面を有し、前記内周面に弁座を有する弁ボディと、
   前記弁座の燃料下流側に設置され、前記燃料通路から流出する燃料を噴射する噴孔を有する噴孔プレートと、
   前記弁座に着座することにより前記燃料通路を閉塞し、前記弁座から離座することにより前記燃料通路を開放する弁部材と、
   を備え、
   前記内周面を燃料下流側に延ばした仮想面が前記噴孔プレートと交差する包路線の外周側に前記噴孔は形成されており、前記噴孔の入口側の外周側縁部に壁を設けていることを特徴とする燃料噴射弁。
5. 燃料通路を形成するとともに燃料下流側に向けて縮径する内周面を有し、前記内周面に弁座を有する弁ボディと、
   前記弁座の燃料下流側に設置され、前記燃料通路から流出する燃料を噴射する噴孔を有する噴孔プレートと、
   前記弁座に着座することにより前記燃料通路を閉塞し、前記弁座から離座することにより前記燃料通路を開放する弁部材と、
   を備え、
   前記弁部材は前記噴孔の内周側において前記噴孔プレートに向けて突出する突部を有することを特徴とする燃料噴射弁。
6. 前記弁部材の前記噴孔プレートに面する先端面は略平面であり、前記先端面と前記噴孔プレートの入口側端面との間に扁平な燃料室が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

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