JP2011127486A

JP2011127486A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2011127486A
Application number: JP2009285627A
Authority: JP
Inventors: Noritsugu Kato; 典嗣加藤; Atsuya Okamoto; 敦哉岡本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2011-06-30

Abstract

【課題】噴霧長、噴射方向及び微粒化状態のバラツキ抑制。
【解決手段】燃料下流側へ向かって縮径するテーパ面状の弁座面１５１で燃料通路１７を形成する弁座部１５０と、燃料上流側の燃料通路１７へ向かって開口する凹部１５３でサック室１５４を形成し、サック室１５４と連通する噴孔１５５が凹部１５３に開口し、弁座面１５１に沿った仮想テーパ面１５９の中心軸線１８側にて噴孔１５５の内周面１５５ａが当該テーパ面１５９と交差するサック部１５２とが設けられる。凹部１５３は、弁座面１５１に着座した弁部材４０との間にサック室１５４を確保する底面１５６と、底面１５６へ向かって縮径するテーパ面状に形成され、噴孔１５５が開口する噴孔開口面１５７と、仮想テーパ面１５９よりも燃料下流側へ向かって凹む凹形曲面状に形成され、弁座面１５１と噴孔開口面１５７の間を接続する接続面１５８とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、噴孔から内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

従来、燃料下流側へ向かって縮径するテーパ面状の弁座面により燃料通路を形成する弁座部と、当該弁座面に対して離着座することにより噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材と、を備えた燃料噴射弁が知られている。

こうした燃料噴射弁の一種として特許文献１に開示のものでは、図６に拡大して示すように、サック部１が弁座部２の燃料下流側に設けられている。具体的にサック部１は、弁座部２の弁座面３が燃料上流側にて形成する燃料通路４へ向かって、サック室５を形成する凹部６が開口し、当該凹部６に開口する噴孔７がサック室５と連通する構成を有している。そして、かかる構成下においてサック部１は、弁座面３に沿った仮想テーパ面８の中心軸線８ａ側にて、噴孔７の内周面７ａが当該テーパ面８と交差する形態となっている。これによれば、弁部材９が離座した弁座面３に沿って燃料通路４を下流側へと案内される燃料は、図６に矢印で示すように、サック室５へ流入した後に噴孔７の内周面７ａと衝突することで、微粒化された状態にて当該噴孔７から噴射され得る。このような噴射燃料の微粒化は、内燃機関からの未燃炭化水素の排出量を低減可能にすることから、広く望まれている。

特開２００８−２４８８４４号公報

さて、特許文献１に開示の燃料噴射弁では、図６に示すサック部１において、サック室５を形成する凹部６の平坦面状の底面６ａに、噴孔７が開口している。ここで凹部６の底面６ａについては、弁座面３に着座した弁部材９との間に燃料中の混入異物（コンタミネーション）を噛み込まないよう、当該着座状態の弁部材９から離間させることで、サック室５を大きく確保する必要がある。このように着座状態の弁部材９から底面６ａが離間した凹部６では、当該底面６ａと弁座面３との間を接続する接続面６ｂが上述の仮想テーパ面８よりも燃料下流側へ大きく凹んだ形状となる。そのため、弁座面３に沿って燃料通路４からサック室５へ流入した燃料流れは、図６に矢印で示すように、大きく凹んだ接続面６ｂから剥離することで、当該接続面６ｂとの間に渦状の乱流を発生させてしまう。その結果、サック室５への流入後に噴孔７の内周面７ａと衝突する燃料の量が乱流の発生具合に応じて変動するので、当該噴孔７から噴射される燃料噴霧の噴霧長、噴射方向及び微粒化状態にバラツキを招来するおそれがあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、噴孔からの噴射燃料について燃料噴霧の噴霧長、噴射方向及び微粒化状態のバラツキを抑制する燃料噴射弁を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、燃料下流側へ向かって縮径するテーパ面状の弁座面により燃料通路を形成する弁座部と、燃料上流側の燃料通路へ向かって開口する凹部によりサック室を形成し、サック室と連通する噴孔が凹部に開口し、弁座面に沿った仮想テーパ面の中心軸線側において噴孔の内周面が当該仮想テーパ面と交差するサック部と、弁座面に対して離着座することにより、噴孔から内燃機関への燃料噴射を断続する弁部材と、を備える燃料噴射弁であって、サック室を形成する凹部は、弁座面に着座した弁部材との間にサック室を確保する底面と、燃料下流側の底面へ向かって縮径するテーパ面状に形成され、噴孔が開口する噴孔開口面と、仮想テーパ面よりも燃料下流側へ向かって凹む凹形曲面状に形成され、弁座面と噴孔開口面との間を接続する接続面と、を有することを特徴とする。

このような請求項１に記載の発明によると、サック部は、弁座部の弁座面が燃料上流側にて形成する燃料通路へ向かってサック室の形成凹部が開口し、当該凹部に開口する噴孔がサック室と連通する構成を有している。そして、かかる構成下においてサック部は、燃料下流側へ向かって縮径するテーパ面状の弁座面に沿った仮想テーパ面の中心軸線側にて、噴孔の内周面が当該仮想テーパ面と交差する形態となっている。これによれば、弁部材が離座した弁座面に沿って燃料通路を下流側へと案内される燃料は、サック室へ流入した後に噴孔の内周面と衝突することで、微粒化された状態にて当該噴孔から噴射され得るのである。

しかも請求項１に記載の発明によると、サック室の形成凹部において、弁座面に沿った仮想テーパ面よりも燃料下流側へ向かって凹む凹形曲面状の接続面は、燃料下流側の底面へ向かって縮径して噴孔が開口するテーパ面状の噴孔開口面と、弁座面との間を接続する。これによれば、弁座面に着座した弁部材と凹部底面との間のサック室を、燃料中の混入異物（コンタミネーション）の噛み込みを抑制可能に大きく確保しても、当該底面に対して噴孔開口面を燃料上流側へと傾けて、仮想テーパ面に対する接続面の燃料下流側への凹み量を小さくできる。故に、弁部材が離座した弁座面に沿って燃料通路からサック室へと流入した燃料流れは、小さく凹んだ接続面から剥離し難くなるので、当該接続面との間において渦状の乱流を発生し難い。したがって、サック室への流入後に噴孔の内周面と衝突する燃料の量が安定するので、当該噴孔から噴射される燃料について燃料噴霧の噴霧長、噴射方向及び微粒化状態のバラツキを抑制可能である。

請求項２に記載の発明によると、接続面は、燃料下流側へ向かって縮径し且つその縮径率が燃料下流側ほど大きい凹形曲面状に、形成される。このように、燃料下流側へ向かって縮径する縮径率が当該下流側ほど大きい凹形曲面状の接続面は、仮想テーパ面に可及的に近付けたとしても、当該仮想テーパ面が沿う弁座面と、当該仮想テーパ面と交差するように噴孔が開口する噴孔開口面との間を接続可能である。故に、仮想テーパ面に対する接続面の凹み量を小さくしながらも、安定した量の燃料を噴孔の内周面と確実に衝突させることができるので、燃料噴霧の噴霧長、噴射方向及び微粒化状態のバラツキ抑制効果を確固たる効果として発揮し得るのである。

尚、「縮径率」とは、燃料下流側へ向かうに従って縮小する径につき、当該下流側へ向かう方向の単位距離に対する径変化量を意味している。

請求項３に記載の発明によると、噴孔開口面のテーパ角度は、弁座面のテーパ角度よりも大きい。このように、テーパ角度について弁座面よりも大きい噴孔開口面は、当該弁座面に沿った仮想テーパ面と交差する噴孔の開口形態を実現し易い。故に、弁座面に沿って下流側へと案内された燃料の安定量を噴孔の内周面に衝突させて、燃料噴霧の噴霧長、噴射方向及び微粒化状態のバラツキ抑制効果を発揮することができるのである。

本発明の一実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。図１の要部を拡大して示す断面図である。図２のIII−III線断面図である。図２とは別の作動状態を示す断面図である。図２の燃料噴射弁における開弁作動時の燃料流れを説明するための模式図である。従来技術について説明するための模式図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態による燃料噴射弁１０を示している。燃料噴射弁１０は、内燃機関としてのガソリンエンジンに設置され、当該ガソリンエンジンの燃焼室（図示しない）へ燃料を噴射する。尚、かかる適用形態以外にも、例えば燃料噴射弁１０は、ガソリンエンジンの燃焼室に連通する吸気通路へ燃料を噴射するものであってもよいし、内燃機関としてのディーゼルエンジンの燃焼室へ燃料を噴射するものであってもよい。

（基本部分）
以下、燃料噴射弁１０の基本部分について、詳細に説明する。燃料噴射弁１０は、弁ボディ１１、固定コア２０、可動コア３０、弁部材４０、弾性部材５０、並びに駆動部６０を備えている。

弁ボディ１１は、コアハウジング１２、入口部材１３、ノズルホルダ１４及びノズルボディ１５等から構成されている。コアハウジング１２は円筒状に形成されており、軸方向の一端部側から他端部側へ向かって順に第一磁性部１２ａ、非磁性部１２ｂ及び第二磁性部１２ｃを有している。磁性からなる各磁性部１２ａ，１２ｃと、非磁性材からなる非磁性部１２ｂとは、レーザ溶接等によって結合されている。かかる結合構造によって非磁性部１２ｂは、第一磁性部１２ａと第二磁性部１２ｃの間において磁束が短絡するのを防止している。

第二磁性部１２ｃにおいて非磁性部１２ｂとは反対側の軸方向端部には、円筒状の入口部材１３が固定されている。入口部材１３は、燃料ポンプ（図示しない）から燃料が供給される燃料入口１３ａを形成している。燃料入口１３ａへの供給燃料を濾過して下流側のコアハウジング１２内へ導くために本実施形態では、入口部材１３の内周側に燃料フィルタ１６が固定されている。

第一磁性部１２ａにおいて非磁性部１２ｂとは反対側の軸方向端部には、磁性材によって円筒状に形成されたノズルホルダ１４を介して、ノズルボディ１５が固定されている。ノズルボディ１５は有底円筒状に形成されており、コアハウジング１２及びノズルホルダ１４と共同して燃料通路１７を内周側に形成している。図２に示すようにノズルボディ１５は、弁座部１５０及びサック部１５２を有している。

弁座部１５０は、軸方向のうち燃料下流側へ向かうに従って一定の縮径率で縮径するテーパ面状の内周面によって、弁座面１５１を形成している。サック部１５２は、弁座面１５１によって燃料通路１７を形成する弁座部１５０の燃料下流側に、隣接している。サック部１５２は、燃料上流側の燃料通路１７へ向かって開口する凹部１５３を、カップ状に形成している。この凹部１５３においてサック室１５４を形成する内面には、当該サック室１５４と連通する噴孔１５５が開口している。図２，３に示すように本実施形態の噴孔１５５は、ノズルボディ１５の中心軸線１８周りに等間隔をあけて複数設けられ、それぞれ円筒孔状に形成されている。各噴孔１５５は、中心軸線１８周りの同一仮想円１９上に燃料入口側が位置し、且つ燃料出口側（燃料下流側）へ向かうに従って凹部１５３の外周側に傾斜している。

図１に示すように固定コア２０は、磁性材によって円筒状に形成されており、コアハウジング１２のうち非磁性部１２ｂ及び第二磁性部１２ｃの内周面に同軸上に固定されている。固定コア２０には、その径方向中央部を軸方向に貫通する貫通孔２０ａが設けられている。燃料入口１３ａから燃料フィルタ１６を経て貫通孔２０ａへ流入する燃料は、その下流側となる可動コア３０側へ向かって当該貫通孔２０ａから流出することとなる。

可動コア３０は、磁性材によって段付円筒状に形成されており、コアハウジング１２の内周側に同軸上に配置されて燃料上流側の固定コア２０と軸方向に対向している。可動コア３０は、コアハウジング１２のうち非磁性部１２ｂの内周壁によって案内されることで、軸方向両側への正確な往復移動が可能となっている。可動コア３０には、その径方向中央部を軸方向に貫通する第一貫通孔３０ａと、軸方向中間部を径方向に貫通して第一貫通孔３０ａに連通する第二貫通孔３０ｂとが、設けられている。固定コア２０の貫通孔２０ａから流出した燃料は、その下流側において可動コア３０の第一貫通孔３０ａへ流入し、第二貫通孔３０ｂからコアハウジング１２内の燃料通路１７へと流出することになる。

弁部材４０は、非磁性材によって横断面が円形のニードル状に形成されており、弁ボディ１１のうち要素１２，１４，１５が内周側に形成する燃料通路１７内に同軸上に配置されている。弁部材４０において燃料上流側の軸方向端部は、可動コア３０の第一貫通孔３０ａの内周面に同軸上に固定されている。また図１，２に示すように、弁部材４０において燃料下流側の軸方向端部は、軸方向のうち燃料下流側へ向かうに従って縮径する当接部４１を形成しており、弁座面１５１に対して当該当接部４１を当接可能に対向させている。弁部材４０が当接部４１を弁座面１５１から離座させる開弁作動時には、燃料が燃料通路１７からサック室１５４へ流入して各噴孔１５５から燃焼室へ噴射される。また一方、弁部材４０が当接部４１を弁座面１５１に着座させる閉弁作動時には、各噴孔１５５から燃焼室への燃料噴射が遮断されるのである。

図１に示すように、弾性部材５０は金属製の圧縮コイルスプリングからなり、固定コア２０に設けられた貫通孔２０ａの内周側に同軸上に収容されている。弾性部材５０の一端部は、貫通孔２０ａの内周面に固定されたアジャスティングパイプ２２の軸方向端部に係止されている。弾性部材５０の他端部は、可動コア３０のうち第一貫通孔３０ａの内面に係止されている。かかる係止構造によって弾性部材５０は、それを挟む要素２２，３０間にて圧縮されることによって弾性変形する。したがって、弾性部材５０が弾性変形によって発生する復原力は、弁部材４０と共に可動コア３０を燃料下流側へ付勢する付勢力となる。尚、弾性部材５０のセット荷重は、貫通孔２０ａへのアジャスティングパイプ２２の圧入量に応じて調整されている。

駆動部６０は、コイル６１、樹脂ボビン６２、磁性ヨーク６３、コネクタ６４等から構成されている。コイル６１は、樹脂ボビン６２に金属線材を巻回してなり、その外周側に磁性ヨーク６３が配置されている。コイル６１は、コアハウジング１２のうち固定コア２０の外周側となる非磁性部１２ｂ及び第二磁性部１２ｃの外周面に、樹脂ボビン６２を介して同軸上に固定されている。コイル６１は、コネクタ６４に設けられたターミナル６４ａを介して外部の制御回路（図示しない）と電気接続されており、当該制御回路によって通電制御されるようになっている。

ここで、コイル６１が通電によって励磁するときには、磁性ヨーク６３、ノズルホルダ１４、第一磁性部１２ａ、可動コア３０、固定コア２０及び第二磁性部１２ｃが共同して形成する磁気回路に、磁束が流れる。その結果、可動コア３０と固定コア２０との間に、可動コア３０を燃料上流側の固定コア２０へ向かって吸引する磁気吸引力が発生する。また一方、通電の停止によってコイル６１が消磁するときには、上述の磁気回路に磁束が流れなくなるため、可動コア３０と固定コア２０との間において磁気吸引力が消失するのである。

このように構成された燃料噴射弁１０の開弁作動では、コイル６１への通電が開始されることで、磁気吸引力が可動コア３０に作用する。すると、弁部材４０と共に可動コア３０は、弾性部材５０の復原力に抗して固定コア２０側へと移動することで、当該固定コア２０と当接して停止する。その結果、弁座面１５１から当接部４１が離座した状態となるので、各噴孔１５５から燃料が噴射されることとなる。

こうした開弁作動後における燃料噴射弁１０の閉弁作動では、コイル６１への通電が停止されることで、可動コア３０に作用する磁気吸引力が消失する。すると、弁部材４０と共に可動コア３０は、弾性部材５０の復原力による付勢側へと移動することで、当該弁部材４０を弁座部１５０と当接させて停止する。その結果、弁座面１５１に当接部４１が着座した状態となるので、各噴孔１５５からの燃料噴射が停止することとなる。

（特徴部分）
以下、燃料噴射弁１０の特徴部分である図２のサック部１５２につき、詳細に説明する。サック部１５２は、サック室１５４を形成する凹部１５３の内面として、底面１５６、噴孔開口面１５７及び接続面１５８を有している。

凹部１５３の底面１５６は、ノズルボディ１５の中心軸線１８に対して略垂直な平坦面状であって、当該中心軸線１８周りの円形に形成されている。図４に示すように底面１５６は、弁座面１５１に当接部４１を着座させた弁部材４０のうち平坦な先端面４２に対して、距離をあけて略平行に対向する。かかる対向構造によって本実施形態では、当接部４１が弁座面１５１に着座したときの弁部材４０の先端面４２と底面１５６との間にて、燃料中の混入異物（コンタミネーション）の噛み込みを抑制可能な大きさに、サック室１５４が確保されるようになっている。

図２に示すように、凹部１５３において各噴孔１５５が開口する噴孔開口面１５７は、底面１５６の外周側に隣接している。噴孔開口面１５７は、軸方向のうち燃料下流側の底面１５６へ向かうに従って一定の縮径率で縮径するテーパ面状の内周面である。ノズルボディ１５において、凹部１５３及び弁座部１５０に共通の中心軸線１８を挟んだ噴孔開口面１５７のテーパ角度θは、当該中心軸線１８を挟んだ弁座面１５１のテーパ角度φよりも、大きく設定されている。

このような噴孔開口面１５７に燃料入口が開口している各噴孔１５５は、弁座面１５１に沿って凹部１５３側へと延長させた仮想テーパ面１５９上に、位置している。ここで仮想テーパ面１５９は、中心軸線１８を挟んで弁座面１５１と同一のテーパ角度φを形成するように、想定される。したがって、上述の如く弁座面１５１のテーパ角度φよりも噴孔開口面１５７のテーパ角度θが大きい本実施形態では、仮想テーパ面１５９にも共通の中心軸線１８側において各噴孔１５５の内周面１５５ａが当該テーパ面１５９と確実に交差しているのである（図２の黒丸部分を参照）。

凹部１５３において接続面１５８は、噴孔開口面１５７の外周側且つ弁座面１５１の内周側にそれぞれ隣接することで、それら噴孔開口面１５７と弁座面１５１との間を接続している。接続面１５８は、軸方向のうち燃料下流側へ向かうに従って縮径し且つ縮径率が当該下流側ほど大きくなる凹形曲面状に形成されることで、上述の仮想テーパ面１５９よりも当該下流側へ向かって凹んでいる。

以上説明したサック部１５２を備える燃料噴射弁１０の開弁作動において燃料は、図５に矢印で示すように、弁部材４０が離座した弁座面１５１に沿って、燃料通路１７から下流側のサック室１５４へと案内される。ここで、テーパ面状の弁座面１５１に沿って想定される仮想テーパ面１５９がその中心軸線１８側にて交差している各噴孔１５５の内周面１５５ａには、当該弁座面１５１に沿った燃料流れが衝突し易い。このように各噴孔１５５の内周面１５５ａに衝突した燃料は、それら噴孔１５５内にて流れの速度勾配を形成することで、外部の燃焼室へ噴射されるときに微粒化されることとなる。

しかも、本実施形態の凹部１５３において、仮想テーパ面１５９よりも燃料下流側へ向かって凹む凹形曲面状の接続面１５８は、当該下流側の底面１５６へ向かって縮径するテーパ面状の噴孔開口面１５７と、弁座面１５１との間を接続する形となっている。ここで特に、燃料下流側への縮径率が当該下流側ほど大きい接続面１５８は、仮想テーパ面１５９に可及的に近付けたとしても、当該面１５９が沿う弁座面１５１と、開口する各噴孔１５５が当該面１５９と交差する噴孔開口面１５７との間を接続可能である。これらによれば、弁部材４０と凹部底面１５６との間にサック室１５４を大きく確保しつつ、当該底面１５６に対して噴孔開口面１５７を燃料上流側へ傾けて、仮想テーパ面１５９に対する接続面１５８の燃料下流側への凹み量を可及的に小さくできる。故に、弁部材４０が離座した弁座面１５１に沿って燃料通路１７からサック室１５４へ流入した燃料流れは、図５の如く小さく凹んだ接続面１５８からは剥離し難くなるので、当該接続面１５８との間において渦状の乱流を発生し難い。したがって、サック室１５４への流入後に各噴孔１５５の内周面１５５ａと衝突する燃料の量が安定するので、それら噴孔１５５から噴射される燃料噴霧の噴霧長、噴射方向及び微粒化状態のバラツキを抑制可能となるのである。

（他の実施形態）
ここまで、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的に噴孔１５５については、サック部１５２の凹部１５３に設けられたテーパ面状の噴孔開口面１５７に開口し且つ中心軸線１８側にて内周面１５５ａが仮想テーパ面１５９と交差する限りで、例えば形成数や形状、傾斜角度等の形成形態を適宜設定してもよい。また、噴孔１５５を複数設ける場合には、サック部１５２の凹部１５３に設けられたテーパ面状の噴孔開口面１５７に開口し且つ中心軸線１８側にて内周面１５５ａが仮想テーパ面１５９と交差する限りで、例えば中心軸線１８に対する傾斜角度といった形成形態等を互いに異ならせてもよい。

１０燃料噴射弁、１１弁ボディ、１４ノズルホルダ、１５ノズルボディ、１７燃料通路、１８中心軸線、２０固定コア、３０可動コア、３０ａ第一貫通孔、３０ｂ第二貫通孔、４０弁部材、４１当接部、４２先端面、５０弾性部材、６０駆動部、６１コイル、１５０弁座部、１５１弁座面、１５２サック部、１５３凹部、１５４サック室、１５５噴孔、１５５ａ内周面、１５６底面、１５７噴孔開口面、１５８接続面、１５９仮想テーパ面、θ，φ テーパ角度

Claims

燃料下流側へ向かって縮径するテーパ面状の弁座面により燃料通路を形成する弁座部と、
燃料上流側の前記燃料通路へ向かって開口する凹部によりサック室を形成し、前記サック室と連通する噴孔が前記凹部に開口し、前記弁座面に沿った仮想テーパ面の中心軸線側において前記噴孔の内周面が当該仮想テーパ面と交差するサック部と、
前記弁座面に対して離着座することにより、前記噴孔から内燃機関への燃料噴射を断続する弁部材と、
を備える燃料噴射弁であって、
前記サック室を形成する前記凹部は、
前記弁座面に着座した前記弁部材との間に前記サック室を確保する底面と、
燃料下流側の前記底面へ向かって縮径するテーパ面状に形成され、前記噴孔が開口する噴孔開口面と、
前記仮想テーパ面よりも燃料下流側へ向かって凹む凹形曲面状に形成され、前記弁座面と前記噴孔開口面との間を接続する接続面と、
を有することを特徴とする燃料噴射弁。
前記接続面は、燃料下流側へ向かって縮径し且つその縮径率が燃料下流側ほど大きい凹形曲面状に、形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記噴孔開口面のテーパ角度は、前記弁座面のテーパ角度よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。