JP2011064124A

JP2011064124A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2011064124A
Application number: JP2009215132A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Shinohara; 秀一篠原; Masanori Mifuji; 政徳三冨士; Shuichi Shimizu; 修一清水
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】燃料噴射弁先端に付着する黒色付着物の発生を抑制するため燃料噴射弁先端の温度を低減することである。
【解決手段】内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１００であって、シリンダヘッド２６に形成された燃料噴射弁取付け孔に挿入されるノズル３を有し、ノズル３からシリンダヘッド２６に伝熱する熱伝導部材５を備えた燃料噴射弁１００において、熱伝導部材５は、ノズル３に形成された取付け溝３１ａに取付けられ、溝３１ａ内に構成された複数の面と接触し、複数の面との接触により伝導した熱をシリンダヘッド２６に伝導する。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関で使用される燃料噴射弁の放熱構造に関する。燃料噴射弁先端に付着する黒色付着物の発生を抑制するために、筒内の燃焼などによって生じる熱をシリンダヘッドへ逃がすために用いられる放熱リングに関する。

従来、特許文献１に記載された燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁では、直径の大きな大径筒状部と、直径の小さな小径筒状部と、大径筒状部と小径筒状部との間を繋ぐ円錐断面部とを有し、内部に可動子が設けられた金属材製筒状容器を備えている。小径筒状部の先端部にはノズルホルダ部が形成されており、ノズルホルダ部の先端部に形成された筒状部には、弁座面と燃料噴射孔とが形成されたノズル部材が挿入され、ノズル部材がノズルホルダ部によって保持される構造になっている。

ノズルホルダ部の肉厚は金属材製筒状容器の他の部分の肉厚よりも厚く形成されており、その外周面に樹脂材製のチップシール或いは金属の周りにゴムが焼き付けられたガスケットで代表されるシール部材が嵌め込まれる溝（以下、このような溝をチップシール取付け溝という）が形成されている。チップシール取付け溝の中央には環状の小突起が設けられており、これによりシール部材のスラスト方向の動きが規制され、エンジンのシリンダヘッドやシリンダブロックの取付け孔に対して脱着する際の抜け止め機能を果たしている。

また、特許文献２には、特許文献１の燃料噴射弁のノズルホルダ部に相当する位置に、弁軸心に沿う方向に離隔して形成された２つのチップシール取付け溝と、各チップシール取付け溝に嵌め込まれたシール部材とを有する燃料噴射弁が記載されている。

さらに、特許文献３には、ノズル部（特許文献３のノズルホルダ部に相当する位置）に、熱伝導部材である銅リングを設け、ノズル部からシリンダヘッドに熱を逃がし、燃料噴射孔におけるデポジットの生成を抑制する技術が記載されている。熱伝導部材である銅リングは、一端側の径が他端側の径よりも大きいほぼ円筒状の部材であり、大径部分の外周面が燃料噴射弁の取付け孔の内壁面に接触し、小径部分の内周面がノズル部の外周面に接触している。

特開２００５−００９４２１号公報特開２００４−２３９１２４号公報特開２００４−２７０５２９号公報

近年、低燃費および高出力を狙ったエンジンとして、筒内直接噴射式ガソリンエンジン（以下、筒内噴射エンジンと称する）が実用化されている。筒内噴射エンジンでは、燃焼方式，燃焼室形状，燃焼室の寸法などによって、それぞれに適した形状に形成された燃料の噴霧が必要とされる。

しかし、筒内の燃焼によって生じた黒色付着物などが燃料噴射ノズル先端の燃料噴射孔に付着すると、流量や噴霧形状が変化してしまい燃費や排気ガスを悪化させる原因になる。黒色付着物は主として燃料噴射ノズル先端に付着した燃料の残りが高温状態で析出したものであり、その付着を抑制するためには、筒内の燃焼によって生じた熱を積極的にシリンダヘッドへ逃がし、燃料噴射ノズル先端の温度を低減する必要がある。また、燃料噴射ノズル先端の温度を効率的に低減するためには、ノズル外周部とシリンダヘッド内周部の接触状態を改善する必要がある。

特許文献３に記載された従来技術においては、熱伝導部材である銅リングの小径部内周面を、環状の小突起などが形成されていない、ノズル部における単純な外周面に接触させている。熱伝導部材を設ける場合に、例えば、特許文献２に記載された２つのチップシール取付け溝のうちの１つを利用して取付けることが考えられる。その方が、燃料噴射弁の標準化において有利である。

しかし、特許文献１の燃料噴射弁のように、チップシール取付け溝の中央に環状の小突起が設けられていると、特許文献３の熱伝導部材のようにノズル部における単純な外周面に接触させようとすると、燃料噴射弁側と接触する熱伝導部材の接触面積が小さくなってしまう。特許文献３の熱伝導部材において、燃料噴射弁と接触する内周面の弁軸心方向における長さと、シリンダヘッドと接触する外周面の弁軸心方向における長さとが等しければ、シリンダヘッドと接触する熱伝導部材の接触面積よりも燃料噴射弁と接触する熱伝導部材の接触面積の方が小さくなる。従って、熱の伝達効率を考慮する場合、燃料噴射弁と接触する熱伝導部材の接触面積を如何に大きくするかが重要になる。

本発明の目的は、燃料噴射弁からシリンダ側へ熱を伝達する熱伝導部材において、燃料噴射弁側との接触面積を大きくして、燃料噴射弁からシリンダ側への熱伝達効率を高めた燃料噴射弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁であって、シリンダヘッドに形成された燃料噴射弁取付け孔に挿入されるノズルを有し、前記ノズルからシリンダヘッドに伝熱する熱伝導部材を備えた燃料噴射弁において、前記熱伝導部材は、前記ノズルに形成された取付け溝に取付けられ、前記溝内に構成された複数の面と接触し、前記複数の面との接触により伝導した熱をシリンダヘッドに伝導することを特徴とする。これにより、熱伝導部材におけるノズル側の接触面積とシリンダヘッド側の接触面積との差を小さくし、燃料噴射弁からの放熱効果を高めることができる。

このとき、前記取付け溝に環状の突起部を有し、前記熱伝導部材のノズルと接触する面は前記溝の底面と前記突起部の上面と接触するようにするとよい。これにより、熱伝導部材におけるノズル側の接触面積とシリンダヘッド側の接触面積との差を小さくし、燃料噴射弁からの放熱効果を高めることができる。

また、前記ノズルは環状のシール部材を取付けるシール部材取付け溝を弁軸心に沿う方向に離隔して２つ有し、前記熱伝導部材は、２つの前記シール部材取付け溝のうちの１つを取付け溝として利用するとよい。これにより、燃料噴射弁の標準化が可能になる。

また、前記熱伝導部材は、円筒状をしており、挿入側端部の角部に反対側端部の角部に形成された面取り部よりも大きな傾斜面が形成されているとよい。これにより、シリンダヘッドへの挿入が容易になる。

また、前記熱伝導部材は、Ｃ形状をしているとよい。これにより、燃料噴射弁のノズルへの装着が容易になる。

本発明の燃料噴射弁により、筒内の燃焼などによって生じた熱をノズル外周部からシリンダヘッドへ効率よく逃がすことが可能となるため、ノズル先端温度を低減でき、ノズル先端に付着する黒色付着物の発生を抑えられ必要な噴射流量及び噴霧形状が維持される。

本発明に係る燃料噴射弁の第一実施例の構造を示す断面図である。本発明に係る燃料噴射弁の第一実施例のノズル外周部を拡大した断面図である。本発明に係る燃料噴射弁の第二実施例の構造を示す断面図である。本発明に係る燃料噴射弁の第二実施例のノズル外周部を拡大した断面図である。

以下、本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明に係る燃料噴射弁１００の第一の実施例を示す縦断面図である。

筒状のノズル３の内側には、プランジャロッド６が設けられ、ノズル３の下端部（先端部）には、その内周面でプランジャロッド６を案内するスワラ２と、燃料噴射孔２９と弁座３０が形成されたオリフィスプレート１が設けられており、このオリフィスプレート１の外周部は溶接等の方法によりノズル３に固定されている。オリフィスプレート１とノズル３とは別部品である必要はなく、一体成形されていてもよい。

プランジャロッド６は、ロッドガイド７の中央部に設けられた貫通孔とスワラ２の内周面とによって摺動案内される。アンカー１２（可動コアともいう）とジョイントパイプ１０とプランジャロッド６とは溶接等の方法で結合されている。アンカー１２の内部に設けられるダンパプレート１１は、ジョイントパイプ１０の上端面によってその外周部が上下方向について支持されるように構成されている。マスパイプ１７は、内側の固定コア１８の中心部分に形成された孔の内部において軸方向に摺動可能となるように支持されている。マスパイプ１７の先端部は、ダンパプレート１１の上面（プランジャロッド６が設けられた側とは反対側の面）に接触するように位置している。このダンパプレート１１は、その外周部が支持され内周部が軸方向にたわむことにより、板ばねとして機能する。

ノズル３の上端部は、ハウジング８の下端部の内周面に挿入されて固定されている。ノズル３の上端部には、プランジャロッド６のストロークを調整するためのストロークリング９が設けられている。固定コア１８の内部には、アジャスタピン２０が固定されており、アジャスタピン２０の下端部を固定端として、スプリング１９が圧縮状態で設けられている。スプリング力は、マスパイプ１７及びダンパプレート１１を介してプランジャロッド６に伝達され、これに伴って、プランジャロッド６はオリフィスプレート１の弁座３０に押し付けられる。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１００内部に留まり、燃料噴射孔２９から噴射されることはない。

ハウジング８，アンカー１２，固定コア１８，ヨーク１４によって、コイル１５の周りを一巡する磁気回路が構成される。

噴射パルスがオンの状態になるとターミナル２２，コイル１５に電流が流れ、アンカー１２は固定コア１８に電磁力によって吸引され、プランジャロッド６はアンカー１２の上端面が固定コア１８の下端面に接触する位置まで移動する。この開弁状態ではプランジャロッド６と弁座３０との間に隙間ができるため、燃料通路が開かれて燃料噴射孔２９から燃料が噴射される。

噴射パルスがオフの状態になると、ターミナル２２，コイル１５に電流が流れなくなり、電磁力が消滅するため、スプリング１９のスプリング力によってプランジャロッド６は閉弁状態に戻り、燃料の噴射が終わる。

燃料噴射弁１００の動作は、上記のように、噴射パルスに従って、プランジャロッド６の位置を開弁状態と閉弁状態に切り替え、燃料供給量を制御することである。

ノズル３の外周面には、環状のシール部材（以下、チップシール４という）が嵌め込まれる溝が、弁軸心に沿う方向に離隔して２つ形成されている。以下、チップシール取付け溝３１ａ，３１ｂという。本実施例においては、ノズル３の先端側に位置するチップシール取付け溝３１ｂにチップシール４が取付けられ、他方のチップシール取付け溝３１ａには、熱伝導部材である金属製リング５が取付けられている。熱伝導部材である金属製リング５は燃料噴射弁１００のノズル３からシリンダヘッド部などシリンダ側へ熱を逃がし、ノズル３の先端部の燃料噴射孔に黒色付着物などが付着するのを抑制する。

図２は本発明の主要部分であり、金属製リング５が設けられたノズル３の外周部を拡大した縦断面図を示す。シリンダを構成する部材には、燃料噴射弁１００を取付けるために、燃料噴射弁取付け孔が形成されている。本実施例においては、シリンダヘッド２６に燃料噴射弁取付け孔が形成されている。ノズル３の外周面に形成されたチップシール取付け溝３１ａには溝幅方向の中央部に環状の突起部２８が形成されている。燃料噴射弁１００をシリンダヘッド２６に取付けると、金属製リング５がシリンダヘッド２６に形成された燃料噴射弁取付け孔の内周面２６ａとノズル３の外周部との間に挟まれる。このとき、金属製リング５はチップシール取付け溝３１ａの底面２７だけでなく、突起部２８の上面とも接触している。金属製リング５を底面２７と突起部２８の上面の両方に接触させるため、突起部２８との干渉を防ぐために金属製リング５に形成した逃げ溝５ａの深さと突起部２８の高さとの寸法関係を適正化すると共に、金属製リング５をノズル３のチップシール取付け溝３１ａに圧入している。

筒内などで発生した熱はオリフィスプレート１に加わり、続いてオリフィスプレート１と一体のノズル３に加わる。そしてチップシール取付け溝３１ａの底面２７だけでなくチップシール取付け溝３１ａの突起部２８上面からも金属製リング５を通して熱がシリンダヘッド２６へと伝わり、複数の経路（面）を通じて放熱（伝熱）を行うことができる。これにより、例えば、標準化のためにチップシール取付け溝３１ａを利用して金属製リング５を取付ける構造においても、金属製リング５のノズル３と接触する接触面積を大きくすることができ、金属製リング５のシリンダ側と接触する接触面積との差を小さくできるので、伝熱効率を高めることができる。

金属製リング５は例えば材質は銅としてもよい。

本発明のリングを燃料噴射弁１００のノズル３の外周部へ装着することにより、筒内の燃焼などによって生じた熱をノズル３の外周部から金属製リング５を通してシリンダ側（シリンダヘッド２６）へ熱を逃がすことが可能となるため、ノズル先端温度を低減でき、ノズル先端に付着する黒色付着物の発生を抑えられ、必要な噴射流量・噴霧形状が維持される。なお、チップシール４と金属製リング５はチップシール取付け溝３１ａ，３１ｂのどちらに取付けても金属製リング５による放熱の効果と、チップシール４による燃焼室で発生した燃焼ガスのシール効果とが見込まれる。

金属製リング５はリング状ではなく、一部が切れた形状、すなわち弁軸心に垂直な断面がＣ形状をした部材としても良い。金属製リング５を燃料噴射ノズルに装着する際は、Ｃ形状の金属製リング５を広げ、取付け後に広げた金属製リング５の形状を修正する。また、シリンダヘッド２６への挿入の際は、金属製リング５の挿入側端部の角部に弁軸心に対して傾斜した傾斜面５ｂを形成することで、挿入作業を容易に行える構造とすることができる。通常、角部には面取りされて傾斜面が形成されるが、挿入側端部の角部に形成された傾斜面５ｂは反対側端部の角部に形成された面取りの傾斜面よりも大きな傾斜面として形成されている。

図３は本発明に係る第二の実施例を示す縦断面図である。また、図４は第二実施例のノズル３の外周部を拡大した縦断面図である。図４に示す通り、金属製リング５′を燃焼室側のチップシール取付け溝３１ｂに取付ける。また、金属製リング５′は、ノズル３の先端側の端部がチップシール取付け溝３１ｂの端部を越えてノズル３の先端側に延長された延長部５′ｃを有する形状をしている。燃焼ガスの漏れを抑制するため配管側のチップシール取付け溝３１ａにチップシール４を取付ける。熱は実施例１で説明した経路で金属製リング５′からシリンダ側（シリンダヘッド２６）へ伝熱すると同時に、延長部５′ｃと接触するノズル３の外周面部からも延長部５′ｃを通じてシリンダヘッド２６へ伝わる。本実施例によれば、延長部５′ｃにより、さらに放熱効果を高めた構成としている。

本実施例の金属製リング５′においても、第一実施例と同様に、リング状ではなく、一部が切れた形状、すなわち弁軸心に垂直な断面がＣ形状をした部材としても良い。また、金属製リング５の挿入側の角部に弁軸心に対して傾斜した傾斜面５′ｂを形成することで、挿入作業を容易に行える構造とすることができる。通常、角部には面取りされて傾斜面が形成されるが、挿入側端部の角部に形成された傾斜面５′ｂは反対側端部の角部に形成された面取りの傾斜面よりも大きな傾斜面として形成されている。

１オリフィスプレート
２スワラ
３ノズル
４チップシール
５，５′ 金属製リング
５ａ，５′ａ逃げ溝
５ｂ，５′ｂ傾斜面
５′ｃ延長部
７ロッドガイド
８ハウジング
９ストロークリング
１０ジョイントパイプ
１１ダンパプレート
１２アンカー
１３シールリング
１４ヨーク
１５コイル
１６ボビン
１７マスパイプ
１８固定コア
１９スプリング
２０アジャスタピン
２１モールド
２２ターミナル
２３フィルタ
２４バックアップリング
２５Ｏリング
２６シリンダヘッド
２７底面
２８チップシール取付け溝の突起部
２９燃料噴射孔
３０弁座
３１ａ，３１ｂチップシール取付け溝
１００燃料噴射弁

Claims

内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁であって、シリンダヘッドに形成された燃料噴射弁取付け孔に挿入されるノズルを有し、前記ノズルからシリンダヘッドに伝熱する熱伝導部材を備えた燃料噴射弁において、
前記熱伝導部材は、前記ノズルに形成された取付け溝に取付けられ、前記溝内に構成された複数の面と接触し、前記複数の面との接触により伝導した熱をシリンダヘッドに伝導することを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記取付け溝に環状の突起部を有し、前記熱伝導部材のノズルと接触する面は前記溝の底面と前記突起部の上面と接触することを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記ノズルは環状のシール部材を取付けるシール部材取付け溝を弁軸心に沿う方向に離隔して２つ有し、前記熱伝導部材は、２つの前記シール部材取付け溝のうちの１つを取付け溝として利用したことを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記熱伝導部材は、円筒状をしており、挿入側端部の角部に反対側端部の角部に形成された面取り部よりも大きな傾斜面が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記熱伝導部材は、Ｃ形状をしていることを特徴とする燃料噴射弁。