JP2008208817A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】環状に配置された複数の噴孔から、燃料噴射弁の長手方向の軸線に対して傾斜させて燃料を噴射する燃料噴射弁において、噴孔が環状に配置された部位の内側領域でデポジットの成長を抑制する。
【解決手段】燃料噴射弁１は、燃料噴射弁１の長手方向の軸線Ａに対して噴霧Ｂの中心軸Ｃを傾斜させて燃料を噴射する燃料噴射弁１であって、燃料を噴射する５個ないし１５個のいずれかの個数の噴孔３１−３８が、一重の環状に配置された噴孔形成部２３を備え、隣接する噴孔３１−３８の出口３１ａ−３８ａの間隔Ｐ１を互いに略等しく配置させる。これにより、噴孔が環状に配置された部位の内側領域でデポジットの成長を抑制できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料噴射弁の長手方向の軸線に対して傾斜させて複数の噴孔から燃料を噴射させる燃料噴射弁に関するものである。

複数の噴孔から、燃料噴射弁の長手方向の軸線に対して傾斜させて燃料を噴射させる燃料噴射弁が開示されている（特許文献１を参照）。

具体的に、燃料を噴射する複数の噴孔が環状に噴孔形成部に形成され、燃料噴射弁の長手方向の軸線に対して傾斜させて燃料を噴射する。これにより、直線状に同じ個数の噴孔を同一面積内で配置する場合と比較して噴孔同士の間隔を大きくできるため、噴孔が形成されている噴孔形成部の強度を高めることができる。このため、噴孔形成部の厚みを薄くすることが可能になり、噴孔加工が容易なプレス加工等が可能になる。

また、複数の噴孔が形成されているため、各噴孔の噴射方向を変えることによって、種々の噴霧形状を形成する自由度が高くなる。

これにより、燃料噴射弁の軸線に対して傾斜させつつ噴霧が拡がるように燃料を噴射させることが可能になり、点火プラグを避け内燃機関に対して斜めに燃料噴射弁を組み付けた場合でも、燃焼室に適切に燃料を噴射できる。
特開２００４−７６７２３号公報

特許文献１には記載されていないが、噴孔が燃焼室内の高温に曝される環境にあるため、燃料噴射後に噴孔の周囲に吹き残った残留燃料が、デポジット（炭素系の化合物）として噴孔の周囲に生じる。デポジットは、残留燃料が燃焼以外の化学反応を起こしたり、この残留燃料中の不純物が析出したりして生じる。このデポジットが成長して、噴孔内部にまで侵入すると、燃料噴射量が低下もしくは変動する場合がある。

ここで、環状に配置された複数の噴孔は、噴霧が拡がるように形成されているため、噴孔が環状に配置された部位（環状部位）の外側へ傾斜させて各噴孔から燃料噴射される。これにより、噴孔からの燃料噴射によって外側へ向かって残留燃料を吹き飛ばすため、環状部位の外側領域からデポジットが成長して噴孔内部にまで侵入する可能性と比較して、環状部位の内側領域からデポジットが成長して噴孔内部にまで侵入する可能性が高いと考えられる。

また、環状に配置された複数の噴孔から燃料が噴射されるため、噴射時に内側領域が負圧になり、外側領域から内側領域に噴霧の一部や残留燃料が引き込まれることが予測され、内側領域においてデポジットの成長が促進される懸念がある。したがって、デポジットが噴孔内部にまで侵入することを抑えるために、内側領域でデポジットの成長を抑制する必要がある。

また、環状に配置された複数の噴孔から、燃料噴射弁の長手方向の軸線に対して傾斜させて燃料を噴射する燃料噴射弁では、各噴孔の入口と出口を結ぶ噴孔線が、軸線に対して傾斜するように形成される。さらには、燃焼室に適切に燃料を噴射するために、軸線に対する噴孔線の傾斜角と傾斜方向とが各噴孔において異なるように形成される。このため、複数の噴孔において入口の配置と出口の配置が互いに相似な配置関係から外れ、複数の噴孔が複雑な配置関係になっている。

したがって、環状に配置された複数の噴孔が複雑な配置関係にある燃料噴射弁において、デポジットが噴孔内部にまで侵入するのを抑えるために、噴孔が環状に配置された部位の内側領域でデポジットの成長を抑制することは容易でない。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、環状に配置された複数の噴孔から、燃料噴射弁の長手方向の軸線に対して傾斜させて燃料を噴射する燃料噴射弁において、噴孔が環状に配置された部位の内側領域でデポジットの成長を抑制することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の燃料噴射弁は、燃料噴射弁の長手方向の軸線に対して噴霧の中心軸を傾斜させて燃料を噴射する燃料噴射弁であって、燃料を噴射する５個ないし１５個のいずれかの個数の噴孔が、一重の環状に配置された噴孔形成部を備え、隣接する噴孔の出口の間隔を互いに略等しく配置させることを特徴とする。

この構成では、燃料噴射弁の長手方向の軸線に対して噴霧の中心軸を傾斜させて燃料を噴射するため、噴孔の配置関係が複雑になっている。しかし、この構成では、５個ないし１５個のいずれかの個数の噴孔を一重の環状に配置し、隣接する噴孔の出口の間隔を互いに略等しく配置させている。このため、デポジットが生じる噴孔の出口側において、噴孔が環状に配置された部位（環状部位）の内側領域の全外周を、間隔が互いに略等しい出口からの噴霧によって取り囲むことができる。

したがって、内側領域の全外周を、燃料噴射時に噴孔から噴射されている噴霧によって環状部位の外側領域から遮断できる。これにより、噴霧の一部や残留燃料が外側領域から内側領域に引き込まれることを抑制でき、内側領域でデポジットの成長を抑制できる。

請求項２に記載の燃料噴射弁は、隣接する噴孔の入口を互いに重ねないことを特徴とする。これにより、隣接する噴孔からの噴霧同士の干渉を抑えて、燃料を良好に噴射できる。

請求項３に記載の燃料噴射弁は、隣り合う噴孔間における出口の間隔が、噴孔の内径値に対して１．８倍から２．２倍の間に設定されることを特徴とする。この構成では、出口の間隔を噴孔の内径値に対して２．２倍以下とすることによって、噴霧の一部や残留燃料が外側領域から内側領域に引き込まれることを抑制し、出口の間隔を噴孔の内径値に対してと１．８倍以上とすることによって噴孔形成部の強度を確保する。

請求項４に記載の燃料噴射弁は、噴孔形成部が、内面に弁座を有する弁ボディと一体的に形成されていることを特徴とする。これにより、構成を簡素化できる。

本発明の一実施形態による燃料噴射弁を、燃料、特にガソリンをエンジンの燃焼室に直接噴射するための燃料噴射弁を例にして図面に基づいて説明する。

燃料噴射弁１は、図１に示すように、シリンダヘッド１１に取り付けられ、シリンダブロック１０の内周面と、シリンダヘッド１１の内周面と、ピストン１２の上端面とで形成される燃焼室１４に、燃料噴射弁１の長手方向の軸線Ａに対して噴霧Ｂの中心軸Ｃを傾斜させて燃料を噴射する。これにより、点火プラグ１３、あるいは燃焼室１４を形成するピストン１２およびシリンダブロック１０の内壁面に噴霧Ｂが付着し液状となることを抑制している。

燃料噴射弁１は、図２に示すように、筒部材４、弁ハウジング２、およびコイル７等を備える。筒部材４は弁ハウジング２の反噴孔側内周壁に挿入され、溶接により弁ハウジング２に固定される。筒部材４は、噴射側から第１磁性筒部４１、非磁性筒部４２および第２磁性筒部４３を備え、非磁性筒部４２は、第１磁性筒部４１と第２磁性筒部４３との磁気的短絡を防止する。

可動コア６は磁性材料で円筒状に形成され、ノズルニードル５の反噴孔側の端部５１と溶接により固定され、ノズルニードル５と共に往復移動する。可動コア６の筒壁を貫通する流出孔６１は、可動コア６の筒内外を連通する燃料通路を形成する。固定コア６２は磁性材料で円筒状に形成され、筒部材４内に挿入されて、筒部材４と溶接により固定される。固定コア６２は、可動コア６に対し反噴孔側に設置され可動コア６と対向する。

アジャスティングパイプ６４は、固定コア６２に圧入され、内部に燃料通路を形成する。スプリング６３は、一端部でアジャスティングパイプ６４に係止され、他端部で可動コア６に係止される。アジャスティングパイプ６４の圧入量を調整することによって可動コア６に加わるスプリング６３の荷重を変更し、スプリング６３の付勢力により可動コア６およびノズルニードル５は、下方（後述する弁座２２（図３））に向けて付勢される。

ターミナル７２は、コネクタ７３にインサート成形され、スプール７１に巻回されているコイル７と電気的に接続される。コイル７に通電することによって、可動コア６と固定コア６２との間に磁気吸引力が働き、スプリング６３の付勢力に抗し可動コア６は固定コア６２側に吸引される。

フィルタ８は、固定コア６２の燃料上流側に設置され、燃料噴射弁１に供給される燃料中の異物を除去する。フィルタ８を通して固定コア６２内に流入した燃料は、アジャスティングパイプ６４内の燃料通路、可動コア６内の燃料通路、流出孔６１、弁ハウジング２の内周壁とノズルニードル５の外周壁との間を順次通過する。弁ボディ２０は、弁ハウジング２の燃料噴射側端部内壁に溶接によって固定され、弁ハウジング２の内周壁とノズルニードル５の外周壁との間を通過した燃料は、弁ボディ２０の先端側から１０ＭＰａ（メガパスカル）から２０ＭＰａで噴射される。

弁ボディ２０は、図３に示すように有底筒状に形成され、燃料流れ方向（図３において下側の方向）に向けて縮径する内面である円錐面２１を有し、ノズルニードル５が着座可能な弁座２２が円錐面２１に形成される。また、弁ボディ２０において弁座２２に対し燃料流れの下流側に、燃料を噴射する８個の噴孔３１−３８が形成された噴孔形成部２３が、弁ボディ２０の底部として板厚Ｔが０．３ｍｍ（ミリメートル）から０．５ｍｍで形成される。即ち、噴孔形成部２３は、円錐面２１に弁座２２を有する弁ボディ２０と一体的に形成される。

コイル７に通電しないとスプリング６３の付勢力によってノズルニードル５が、弁座２２に向けて付勢され、これによって、ノズルニードル５が弁座２２に着座して噴孔３１−３８からの燃料噴射が遮断される。一方、コイル７に通電すると可動コア６と固定コア６２との間に磁気吸引力が働き、スプリング６３の付勢力に抗し可動コア６が固定コア６２側に吸引される。これによって、ノズルニードル５が弁座２２から離座して噴孔３１−３８からの燃料噴射が許容され、燃料が噴射される。

燃焼室１４に適切に燃料を噴射するために、即ち、図３で示す噴霧Ｂの形状を得るために、図３と図５に示すように、噴孔形成部２３において８個の噴孔３１−３８を複雑な配置関係で配置する。具体的に、図３と図５に示すように、各噴孔３１−３８の入口３１ｂ−３８ｂと出口３１ａ−３８ａを結ぶ各噴孔線を、軸線Ａに対して傾斜するように形成し、軸線Ａに対する噴孔線の傾斜角と傾斜方向とが各噴孔３１−３８において異なるように形成する。したがって、図５に示すように、８個の噴孔３１−３８において入口３１ｂ−３８ｂの配置と出口３１ａ−３８ａの配置が互いに相似な配置関係から外れ、８個の噴孔３１−３８が複雑な配置関係になっている。

ここで、図６に基いて、「各噴孔線（図６中の矢印Ｆに対応する）を軸線Ａに対して傾斜する」を詳述する。軸線（中心軸）Ａを通過する面ＡＡに対して１方向に傾斜する傾斜角θａ−θｄで、即ち、各噴口３１−３８における面ＡＡと平行な仮想面ＡＡａ−ＡＡｄに対する傾斜角θａ−θｄで、θａ＜θｂ＜θｃ＜θｄとなるように、各噴孔線を図６の紙面内において傾斜させる。また、複数の噴口３１−３８の出口３１ａ−３８ａをつなぐ環状円の大きさを、複数の噴口３１−３８の入口３１ｂ−３８ｂをつなぐ環状円の大きさよりも大きく設定することにより、軸線Ａから径方向に向けて傾斜する方向へ、即ち、軸線Ａに対して傾斜する方向へ各噴孔線を傾斜させる。

したがって、「各噴孔線を軸線Ａに対して傾斜する」とは、各噴孔線を図６の紙面内において傾斜させる傾斜角θａ−θｄと、軸線Ａに対して傾斜する方向へ各噴孔線を傾斜させる傾斜角とが組み合わされた方向へ、各噴孔線を傾斜することをいう。

噴孔３１−３８の形状は、真円または楕円のいずれでも可能であり、８個の噴孔３１−３８は、一重の環状に配置され、プレス加工、レーザ加工または放電加工により形成される。噴孔３１−３８は、その内径値Ｄが０．１ｍｍから０．３ｍｍで形成され、隣接する噴孔３１−３８の出口３１ａ−３８ａの間隔Ｐ１を互いに略等しくさせ、且つ、隣接する噴孔３１−３８の入口３１ｂ−３８ｂを互いに重ねないようにさせる。

具体的に、噴孔３１−３８の内径値Ｄに対して１．８倍から２．２倍の範囲内で、間隔Ｐ１を互いに略等しくさせる。また、入口３１ｂ、３８ｂを干渉する直前まで近接させ、出口３１ａ、３８ａの間隔Ｐ１を小さくして、隣接する噴孔３１−３８の出口３１ａ−３８ａの間隔Ｐ１を互いに略等しくさせ、且つ、隣接する噴孔３１−３８の入口３１ｂ−３８ｂを互いに重ねないようにさせる。尚、図５においては、出口３１ａ、３８ａの間隔Ｐ１と、出口３４ａ、３５ａの間隔Ｐ１のみ示し、他の出口３１ａ、３２ａの間隔Ｐ１等は、図面を見易くするため省略している。

次に、本実施形態において図５に示す噴孔３１−３８配置によるデポジット成長の抑制効果を、図７に示す比較例と比較して、図３および図５から図８に基いて説明する。

図５に示す噴孔３１−３８配置の噴孔形成部２３では、図３で示す噴霧Ｂの形状を得るために、図６に示すように、一重の環状に配置された８個の噴孔３１−３８から矢印Ｆ方向へ燃料を噴射させる。即ち、噴孔３１−３８が環状に配置された部位（環状部位）の外側へ傾斜させて各噴孔３１−３８から燃料を噴射させる。この環状部位の外側領域ではデポジット領域ＤＰ１が生じ、環状部位の内側領域ではデポジット領域ＤＰ２が生じる。図６からわかるように、デポジット領域ＤＰ１とデポジット領域ＤＰ２は、この環状部位によって分離されている。

一方、図７に示す比較例では、隣接する噴孔３１０−３８０の入口３１０ｂ−３８０ｂの間隔Ｐ２を互いに略等しくさせる。尚、図７においては、入口３１０ｂ、３８０ｂの間隔Ｐ２と、入口３４０ｂ、３５０ｂの間隔Ｐ２のみ示し、他の入口３１０ｂ、３２０ｂの間隔Ｐ２等は、図面を見易くするため省略している。

上述したように、図３で示す噴霧Ｂの形状を得るために、８個の噴孔３１０−３８０が複雑な配置関係になっている。このため、間隔Ｐ２を互いに略等しくさせることによって、隣接する噴孔３１０−３８０の出口３１０ａ−３８０ａの間隔が略等しい状態でなくなる。具体的に、図７に示すように、出口３１０ａ、３８０ａの間隔Ｐ１１が、出口３４ａ、３４ａの間隔Ｐ１２に比較して大きくなっている。

図７に示す噴孔３１０−３８０配置の噴孔形成部２３０でも、図３で示す噴霧Ｂの形状を得るために、図８に示すように、一重の環状に配置された８個の噴孔３１０−３８０から矢印Ｆ方向へ燃料を噴射させる。即ち、噴孔３１０−３８０が環状に配置された部位（環状部位）の外側へ傾斜させて各噴孔３１０−３８０から燃料を噴射させる。この環状部位の外側領域ではデポジット領域ＤＰ１０が生じ、環状部位の内側領域ではデポジット領域ＤＰ２０が生じる。

図８からわかるように、外側領域では、燃料を噴射させる矢印Ｆ方向へデポジットが形成されてない領域が延びている。これは、噴孔３１０−３８０からの燃料噴射によって矢印Ｆ方向へ向かって残留燃料を吹き飛ばすためと考えられる。したがって、デポジット領域ＤＰ１０からデポジットが成長して噴孔３１０−３８０内部にまで侵入する可能性と比較して、デポジット領域ＤＰ２０からデポジットが成長して噴孔３１０−３８０内部にまで侵入する可能性が高いと考えられる。したがって、デポジットが成長して噴孔３１０−３８０内部にまで侵入することを抑えるためには、デポジット領域ＤＰ２０の成長を抑制する必要がある。

また、図６と図８との比較からわかるように、内側領域では、デポジット領域ＤＰ２０は、デポジット領域ＤＰ２より大きくなっている。また、デポジット領域ＤＰ１とデポジット領域ＤＰ２が環状部位によって分離されているのに対して、デポジット領域ＤＰ１０とデポジット領域ＤＰ２０は、大きい間隔Ｐ１１の出口３１０ａ、３８０ａ間の領域を通してつながっている。

これは、各噴孔３１０−３８０から燃料が噴射されるため、燃料噴射時に内側領域が負圧になり、隣接する噴孔３１０−３８０の出口３１０ａ−３８０ａの間隔が大きい領域（図７と図８において出口３１０ａ、３８０ａ間の領域）を通して噴霧Ｂの一部や外側領域に付着している残留燃料が外側領域から内側領域に引き込まれたためと考えられる。これによって、デポジット領域ＤＰ１０とデポジット領域ＤＰ２０が出口３１０ａ、３８０ａ間の領域を通してつながると共に、内側領域でデポジットの成長が促進され、デポジット領域ＤＰ２０がデポジット領域ＤＰ２より大きく成長したものと考えられる。

これらの結果、図７に示す比較例では、大きい間隔Ｐ１１の出口３１０ａ、３８０ａ間の領域を通してデポジット領域ＤＰ２０の成長が促進され、デポジット領域ＤＰ２０からデポジットが成長して噴孔３１０−３８０内部にまで侵入することが懸念される。

これに対して、本実施形態による図５に示す噴孔３１−３８配置では、噴霧Ｂの一部等が内側領域に引き込まれることを抑制するために、隣接する噴孔３１−３８の間隔Ｐ１を大きくしないようにしている。即ち、８個の噴孔３１−３８を一重の環状に配置し、隣接する噴孔３１−３８の出口３１ａ−３８ａの間隔Ｐ１を互いに略等しくさせている。このため、デポジットが生じる噴孔３１−３８の出口３１ａ−３８ａ側において、内側領域の全外周を、間隔Ｐ１が互いに略等しい出口３１ａ−３８ａからの噴霧によって取り囲むことができる。

したがって、内側領域の全外周を、燃料噴射時に噴孔３１−３８から噴射されている噴霧によって環状部位の外側領域から遮断できる。これにより、噴霧の一部や残留燃料が外側領域から内側領域に引き込まれることを抑制でき、内側領域でデポジットの成長を抑制できる。つまり、デポジット領域ＤＰ２をデポジット領域ＤＰ２０より小さくできる。

具体的に、噴孔３１−３８の内径値Ｄに対して１．８倍から２．２倍の範囲内で、間隔Ｐ１を互いに略等しくさせ、内径値Ｄに対して２．２倍以下に間隔Ｐ１を抑えて、噴霧Ｂの一部等が内側領域に引き込まれることを抑制している。また、内径値Ｄに対して１．８倍以上に間隔Ｐ１を設定して、噴孔形成部２３の強度を確保している。

また、隣接する噴孔３１−３８の入口３１ｂ−３８ｂを互いに重ねないようにさせているため、隣接する噴孔３１−３８からの噴霧同士の干渉を抑えて、燃料を良好に噴射できる。

（変形例）
上述の例では、噴孔形成部２３を、弁ボディ２０の底部として弁ボディ２０と一体的に形成したが、これに限らない。噴孔形成部２３の代わりに、噴孔３１−３８が形成された有底筒状の噴孔プレートを、弁ボディ２０と別体で設け、噴孔プレートを、弁ハウジング２と弁ボディ２０との間に挟持される構成とすることも可能である。

また、上述の例では、噴孔３１−３８を８個としたが、５個ないし１５個のいずれかの個数とすることが可能である。

また、上述の例では、噴孔形成部２３を平板状に形成したが、燃料噴射側へ若干凸状に湾曲する形状とすることも可能である。

以上、本実施形態による燃料噴射弁１は、燃料噴射弁１の長手方向の軸線Ａに対して噴霧Ｂの中心軸Ｃを傾斜させて燃料を噴射する燃料噴射弁１であって、燃料を噴射する５個ないし１５個のいずれかの個数の噴孔３１−３８が、一重の環状に配置された噴孔形成部２３を備え、隣接する噴孔３１−３８の出口３１ａ−３８ａの間隔Ｐ１を互いに略等しく配置させる。これにより、環状に配置された複数の噴孔から、燃料噴射弁の長手方向の軸線に対して傾斜させて燃料を噴射する燃料噴射弁において、噴孔が環状に配置された部位の内側領域でデポジットの成長を抑制できる。

尚、上述した例に限らないで、これらの組み合わせや、他の種々の変形例が考えられる。

図１は、本発明の一実施形態による燃料噴射弁１の取り付け位置および燃焼室１４への噴霧Ｂを示す断面図である。 図２は、図１に示す燃料噴射弁１の横断面図である。 図３は、図２中のＩＩＩ部の拡大断面図である。 図４は、図１中のＩＶ部の拡大図である。 図５は、図４中のＶ矢視拡大図である。 図６は、図５に示す噴孔３１−３８配置によるデポジット成長例を示す拡大模式図である。 図７は、図５の比較例を示す拡大図である。 図８は、図７に示す比較例によるデポジット成長例を示す拡大模式図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁、２ 弁ハウジング、２０ 弁ボディ、２１ 円錐面（内面）
２２ 弁座、２３ 噴孔形成部、３１−３８ 噴孔、３１ａ−３８ａ 出口
３１ｂ−３８ｂ入口、４ 筒部材、４１ 第１磁性筒部、４２ 非磁性筒部
４３ 第２磁性筒部、５ ノズルニードル、５１ 端部、６ 可動コア
６１ 流出孔、６２ 固定コア、６３ スプリング、６４ アジャスティングパイプ
７ コイル、７１スプール、７２ ターミナル、７３コネクタ、８ フィルタ
１０ シリンダブロック、１１ シリンダヘッド、１２ ピストン、１３ 点火プラグ
１４ 燃焼室、Ａ 軸線、Ｂ 噴霧、Ｃ 中心軸、Ｄ 内径値
ＤＰ１、ＤＰ２、ＤＰ１０、ＤＰ２０ デポジット領域、ＡＡ 面
ＡＡａ−ＡＡｄ 仮想面、θａ−θｄ 傾斜角

Claims (4)

1. 燃料噴射弁の長手方向の軸線に対して噴霧の中心軸を傾斜させて燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
   燃料を噴射する５個ないし１５個のいずれかの個数の噴孔が、一重の環状に配置された噴孔形成部を備え、
   隣接する前記噴孔の出口の間隔を互いに略等しく配置させることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 隣接する前記噴孔の入口を互いに重ねないことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 隣り合う前記噴孔間における前記出口の間隔は、前記噴孔の内径値に対して１．８倍から２．２倍の間に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記噴孔形成部が、内面に弁座を有する弁ボディと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

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