JP2011220179A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の微粒化が効果的に可能な燃料噴射弁を提供すること。
【解決手段】先端部に噴孔４を有するノズルボディ２と、ノズルボディ２内に摺動自在に配置され、閉弁時にノズルボディ２の内壁に着座するシート部１２を有するニードル本体８と、シート部１２よりノズルボディ２の内側であって、ニードル本体８の先端側に、ニードル本体８の軸方向に摺動自在に配置された先端部材１０と、ニードル本体８に設けられた第１係合部１４と、先端部材１０に設けられ、第１係合部１４と係合することができる第２係合部１６と、を具備し、第１係合部１４と第２係合部１６とは、ニードル本体８が所定量リフトした場合に係合し、第１係合部１４と第２係合部１６とが離間している状態では、先端部材１０とノズルボディ２の内壁との間に、噴孔４の入口が露出する中空部２０が形成されるように、先端部材１０はノズルボディ２の先端部における内壁に当接する燃料噴射弁。
【選択図】図２

Description

本発明は燃料噴射弁に関する。

排気ガスエミッションの低減や、ノッキング対策等のため、燃料の微粒化が要求されている。特に現在、及び将来に向けた排気ガス規制等を考慮すると、燃料の更なる微粒化が求められる。

特許文献１には、ノズルボディの内壁と、ニードルとに傾斜を設け、燃料の運動エネルギーを大きく損なうことなく、縦方向の流れ（縦流れ）を横方向の流れ（横流れ）に変換する技術が開示されている。

特開平９−３２６９５号公報

しかしながら、従来の燃料噴射弁では、ニードルのリフトによって、燃料により形成される燃料液膜の膜厚が厚くなり、燃料の微粒化が妨げられることがあった。本発明は上記課題に鑑み、燃料の微粒化が効果的に可能な燃料噴射弁を提供することを目的とする。

本発明は、先端部に噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、閉弁時において前記ノズルボディの内壁に着座するシート部を有するニードル本体と、前記シート部の先端側に、前記ニードル本体の軸方向に摺動自在に配置された先端部材と、前記ニードル本体に設けられた第１係合部と、前記先端部材に設けられ、前記第１係合部と係合することができる第２係合部と、を具備し、前記第１係合部と前記第２係合部とは、前記ニードル本体が所定量リフトした場合に係合し、前記第１係合部と前記第２係合部とが離間している状態では、前記先端部材と前記ノズルボディの内壁との間に、前記噴孔の入口が露出する中空部が形成されるように、前記先端部材は前記ノズルボディの先端部における内壁に当接する燃料噴射弁である。本発明によれば、開弁時においても、先端部材とノズルボディの内壁との距離が大きくならないため、燃料が効果的に微粒化される。

上記構成において、前記先端部材の先端部に設けられ、前記ノズルボディの先端部における内壁に当接する突起部、又は前記ノズルボディの先端部における内壁に設けられ、前記先端部材の先端部に当接する突起部、の少なくとも一方を備える構成とすることができる。この構成によれば、先端部材をノズルボディの内壁に安定して当接させることで、燃料の微粒化を良好に行うことができる。

上記構成において、前記燃料噴射弁の開弁時に、前記ニードル本体と前記先端部材とは、傘状部を形成する構成とすることができる。この構成によれば、燃料の圧力損失を抑制することで、燃料の微粒化が促進される。

上記構成において、前記先端部材の前記ノズルボディの内壁と対向する面の外周部には、面取り部が形成されている構成とすることができる。この構成によれば、燃料の圧力損失を抑制することで、燃料の微粒化が促進される。

上記構成において、前記先端部材を前記ニードル本体の先端側に付勢する付勢手段を備え、前記付勢手段は、前記先端部材を押圧する弾性体である構成とすることができる。この構成によれば、先端部材がノズルボディの内壁に当接した状態を、安定して維持することができる。

上記構成において、前記先端部材を前記ニードル本体の先端側に付勢する付勢手段を備え、前記付勢手段は、燃料の圧力により前記先端部材を押圧する構成とすることができる。この構成によれば、先端部材がノズルボディの内壁に当接した状態を、安定して維持することができる。また、燃料噴射弁の低コスト化が可能となる。さらに、燃料噴射弁の不具合も抑制される。

本発明によれば、燃料の微粒化が効果的に可能な燃料噴射弁を提供することができる。

図１は実施例１に係る燃料噴射弁を例示する断面図である。 図２（ａ）は閉弁時における燃料噴射弁の先端部を例示する断面図であり、図２（ｂ）は開弁時における燃料噴射弁の先端部を例示する断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、先端部材の先端を例示する平面図である。 図４（ａ）は実施例２に係る燃料噴射弁の先端部を例示する断面図であり、図４（ｂ）は実施例３に係る燃料噴射弁の先端部を例示する断面図である。 図５（ａ）は実施例４に係る燃料噴射弁の先端部を例示する断面図であり、図５（ｂ）は実施例５に係る燃料噴射弁の先端部を例示する断面図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

最初に、実施例１に係る燃料噴射弁の構成について説明する。図１は実施例１に係る燃料噴射弁を例示する断面図である。

図１に示すように、実施例１に係る燃料噴射弁は、ノズルボディ２、ニードル６、及びバネ２４を備える。ノズルボディ２は、バルブボディ２ａ及び噴孔プレート２ｂとからなる。バルブボディ２ａはノズルボディ２の側面を形成し、噴孔プレート２ｂは先端部を形成する。噴孔プレート２ｂ、つまりノズルボディ２の先端には、噴孔４が設けられている。なお、ノズルボディ２は、バルブボディ２ａと噴孔プレート２ｂとが分離しておらず、一体である構成としてもよい。

ニードル６は、ニードル本体８と、ニードル本体８と分離した先端部材１０とを備える。ニードル本体８は、ノズルボディ２内に摺動自在に配置されている。先端部材１０は、ニードル本体８の軸方向に摺動自在に配置されている。ニードル本体８と先端部材１０とは、独立して摺動可能である。ニードル本体８とバルブボディ２ａとは、燃料通路２２を形成する。また、ニードル本体８は、ノズルボディ２の内側方向に突出する第１係合部１４を備える。

先端部材１０は、ニードル本体８の軸方向に摺動自在に配置されている。先端部材１０は、シート部１２よりノズルボディ２の内側であって、ニードル本体８の先端側に設けられている。ニードル本体８と先端部材１０との間には、先端部材１０を先端側に付勢するバネ２４が設けられている。先端部材１０は、第２係合部１６及び突起１８を備える。第２係合部１６は、ノズルボディ２の外側方向に突出し、ニードル本体８の軸方向と平行な方向であって、第１係合部１４よりもノズルボディ２の基端側に位置する。第１係合部１４と第２係合部１６とは、ニードル本体８が所定量リフトした場合に係合する。なお、第１係合部１４と第２係合部１６とが係合した後、さらにニードル本体８がリフトすると、先端部材１０もリフトする。つまり、先端部材１０のリフト量は、ニードル本体８のリフト量よりも小さい。突起１８は、先端部材１０の先端に形成され、噴孔プレート２ｂの内壁、つまりノズルボディ２の先端における内壁に当接する。噴孔プレート２ｂと先端部材１０との間には、噴孔４の入口が露出するような中空部２０が形成される。中空部２０における、噴孔プレート２ｂの内壁と先端部材１０との距離はＬ１である。

次に拡大図を参照して、閉弁時及び開弁時における燃料噴射弁について説明する。図２（ａ）は閉弁時における燃料噴射弁の先端部を例示する断面図であり、図２（ｂ）は開弁時における燃料噴射弁の先端部を例示する断面図である。

図２（ａ）に示すように、燃料噴射弁の閉弁時においては、ニードル本体８のシート部１２がバルブボディ２ａの内壁に着座する。シート部１２が着座することで、中空部２０と燃料通路２２とは隔離され、燃料が噴孔４に到達しない。また、第１係合部１４と第２係合部１６とは、距離Ｌ２だけ離間している。ニードル本体８と噴孔プレート２ｂの内壁との距離Ｌ３は、距離Ｌ１と略等しい。シート部１２に対向するバルブボディ２ａの内壁には、ノズルボディ２の先端方向に向かうような傾斜部３が形成されている。またシート部１２は、傾斜部３に沿った方向に傾斜している。

図２（ｂ）に示すように、燃料噴射弁の開弁時においては、シート部１２が噴孔プレート２ｂの内壁から離座する。言い換えれば、距離Ｌ２が小さくなり、ニードル本体８と噴孔プレート２ｂの内壁との距離Ｌ３が大きくなる。シート部１２が離座すると、図中に矢印で示すように、中空部２０と燃料通路２２とは接続され、燃料が中空部２０を介して、噴孔４に導かれる。すなわち、燃料は燃料通路２２において縦方向に流れ、傾斜部３ではノズルボディ２の先端に向かう斜め方向に流れる。その後、中空部２０において燃料は横方向に流れる。

先端部材１０は、第１係合部１４と第２係合部１６とが離間している状態では、噴孔プレート２ｂの内壁に当接している。つまり、燃料噴射弁の開弁時においても、第１係合部１４と第２係合部１６とが係合するまで、距離Ｌ１は一定に保たれる。言い換えれば、開弁時においても、距離Ｌ１が大きくならない。このため、実施例１によれば、距離Ｌ１が小さく保たれた状態で、燃料が中空部２０に導かれる。従って、中空部２０において燃料の横流れが強化され、燃料の剥離が促進される。剥離された燃料により、薄膜化した燃料液膜が空気を包むように形成される。この結果、燃料は効果的に微粒化されて噴孔４から噴射される。

また距離Ｌ１が一定の大きさに保たれるため、中空部２０の容積が大きくならない。言い換えれば、燃料噴射弁の下流側のデッドボリュームが大きくならない。これにより、燃料噴射弁が燃料を噴射する内燃機関に負圧が生じた場合でも、燃料噴射弁から燃料が吸出されることが抑制される。

実施例１では、シート部１２が傾斜しており、かつバルブボディ２ａの内壁に傾斜部３が形成されているとしたが、発明の構成はこれに限定されない。すなわち、シート部１２は傾斜していなくてもよい。また、バルブボディ２ａの内壁に傾斜部３が形成されていなくてもよい。ただし、燃料の流れが、燃料通路２２における縦流れから、中空部２０における横流れへと急激に変換されると、燃料の圧力損失が増大する。圧力損失が増大すると、燃料の剥離が効果的に行われず、微粒化が良好になされない可能性がある。燃料の圧力損失を抑制するためには、バルブボディ２ａの内壁に傾斜部３が形成され、シート部１２は傾斜部３に沿った方向に傾斜していることが好ましい。

バネ２４が先端部材１０を付勢するため、第１係合部１４と第２係合部１６とが離間している状態では、先端部材１０は噴孔プレート２ｂの内壁に当接した状態を、安定して維持することができる。先端部材１０を付勢する付勢手段としては、バネ以外に例えばゴムやプラスチック等、他の弾性体を用いてもよい。ゴムやプラスチック等を用いることで、弾性力が先端部材１０に均等に加わり、噴孔プレート２ｂと先端部材１０との密着性を向上させることができる。また、振動によって、先端部材１０とバネ２４とが擦れ、先端部材１０が磨耗することが抑制される。

突起１８が設けられていない場合でも、噴孔プレート２ｂと先端部材１０との間に、噴孔４の入口が露出するような中空部２０が形成されていれば、燃料は噴射される。ただし、先端部材１０が噴孔プレート２ｂの内壁に不安定な状態で着座すると、先端部材１０が揺らぐことで、距離Ｌ１が変動する恐れがある。距離Ｌ１が変動すると、燃料の微粒化が良好に行われないことがある。つまり、先端部材１０を噴孔プレート２ｂの内壁に安定して当接させ、距離Ｌ１の変動を抑制し、燃料の微粒化を良好に行うためには、突起１８が設けられていることが好ましい。

突起１８は、噴孔プレート２ｂつまりノズルボディ２の先端における内壁に設けられていてもよい。また、先端部材１０、及び噴孔プレート２ｂ内壁の両方に設けられていてもよい。すなわち燃料噴射弁は、先端部材１０の先端に設けられ、ノズルボディ２の先端における内壁に当接する突起部、又はノズルボディ２の先端における内壁に設けられ、先端部材１０の先端に当接する突起部、の少なくとも一方を備える。

また突起１８は複数でもよい。このことについて図面を参照して説明する。図３（ａ）及び図３（ｂ）は、先端部材の先端を例示する平面図である。なお、先端部材１０の噴孔４に対応する領域は点線で図示した。

図３（ａ）に示すように、実施例１では、先端部材１０の中央部に、円筒形の突起１８が１つ設けられている。先端部材１０の噴孔４に対応する領域は突起１８を囲む。

図３（ｂ）に示すように、放射状の突起１８が複数個設けられていてもよい。先端部材１０の噴孔４に対応する領域の間に、突起１８が設けられる。燃料は放射状の突起１８に沿って流れる。つまり突起１８は、燃料を整流するガイドとしても機能する。

実施例２は、付勢手段として燃料の圧力を用いる例である。図４（ａ）は実施例２に係る燃料噴射弁の先端部を例示する断面図である。

図４（ａ）に格子状の斜線で示すように、燃料をニードル本体８と先端部材１０との間に導き、燃料溜り室１１を形成する。つまり、先端部材１０を付勢する付勢手段として、燃料溜り室１１に創出される燃料の圧力を用いる。つまり、先端部材１０より基端側に設けられた燃料溜り室１１内の燃料が、先端部材１０を先端側に付勢する。これにより、弾性体を用いなくてもよく、燃料噴射弁の低コスト化が可能となる。また、弾性体とニードル本体８及び先端部材１０との接合部分が破損することや、ニードル本体８や先端部材１０が磨耗する等の不具合も抑制される。

実施例３は、ニードル本体８と先端部材１０とで傘状部を形成する例である。図４（ｂ）は実施例３に係る燃料噴射弁の先端部を例示する断面図である。

図４（ｂ）に示すように、燃料噴射弁の開弁時に、ニードル本体８と先端部材１０とは、傘状部１３を形成する。言い換えれば、ニードル本体８と先端部材１０とは、先端部材１０からニードル本体８に向けて、先端部材１０とノズルボディの内壁との距離Ｌ１、及びニードル本体８とノズルボディ２の内壁との距離Ｌ３が大きくなるようなテーパ部を形成する。図中に点線で示すように、傘状部１３の方向と水平方向とは角度θをなす。

実施例３によれば、燃料噴射弁の開弁時に、ニードル本体８と先端部材１０とが傘状部１３を形成するため、ニードル本体８と先端部材１０との間の段差が解消され、燃料の流れがスムーズになる。このため燃料の圧力損失が抑制され、燃料の微粒化が促進される。

なお、燃料噴射弁の開弁時に、傘状部１３が形成されていれば、燃料の微粒化は促進される。ただし、傘状部１３が長時間にわたって形成され、燃料の微粒化をより効果的に促進するためには、第１係合部１４と第２係合部１６とが係合している場合に、傘状部１３が形成されることが好ましい。

実施例４は、先端部材１０に傾斜部を設けた例である。図５（ａ）は実施例４に係る燃料噴射弁の先端部を例示する断面図である。

図５（ａ）に示すように、先端部材１０の、噴孔プレート２ｂの内壁と対向し、ニードル本体８と近接する領域には、先端部材１０からニードル本体８に向けて、先端部材１０と噴孔プレート２ｂの内壁との距離が大きくなるような面取り部１５が形成されている。

実施例４によっても、ニードル本体８と先端部材１０との間の段差が解消される。このため燃料の圧力損失が抑制され、燃料の微粒化が促進される。

実施例５は、噴孔４がノズルボディ２の内側と外側とに設けられている例である。図５（ｂ）は実施例５に係る燃料噴射弁の先端部を例示する断面図である。

図５（ｂ）に示すように、噴孔プレート２ｂの外側に噴孔４ａが、内側に噴孔４ｂが設けられている。噴孔４ａはニードル本体８の下に位置する。噴孔４ｂは先端部材１０の下に位置する。噴孔４ｂの入口は、中空部２０に露出している。ここで、ニードル本体８の軸と、噴孔の中央を通る線とがなす角を噴孔角とする。外側の噴孔である噴孔４ａの噴孔角θ１は、内側の噴孔である噴孔４ｂの噴孔角θ２より大きい。噴孔角が大きい方が、燃料の剥離が促進され、微粒化を図ることができる。

実施例５によれば、噴孔角θ１が大きくなることで、外側の噴孔４ａから噴射される燃料の微粒化が可能となる。また、距離Ｌ１が小さく保たれることにより、内側の噴孔４ｂから噴射される燃料についても微粒化が可能となる。つまり、噴孔プレート２ｂの内側と外側とに設けられた噴孔において、燃料を微粒化し、噴霧を均質化することが可能となる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

ノズルボディ ２
バルブボディ ２ａ
噴孔プレート ２ｂ
噴孔 ４
ニードル ６
ニードル本体 ８
先端部材 １０
燃料溜り室 １１
シート部 １２
傘状部 １３
第１係合部 １４
面取り部 １５
第２係合部 １６
突起 １８
中空部 ２０
燃料通路 ２２
バネ ２４

Claims (6)

1. 先端部に噴孔を有するノズルボディと、
   前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、閉弁時において前記ノズルボディの内壁に着座するシート部を有するニードル本体と、
   前記シート部の先端側に、前記ニードル本体の軸方向に摺動自在に配置された先端部材と、
   前記ニードル本体に設けられた第１係合部と、
   前記先端部材に設けられ、前記第１係合部と係合することができる第２係合部と、を具備し、
   前記第１係合部と前記第２係合部とは、前記ニードル本体が所定量リフトした場合に係合し、
   前記第１係合部と前記第２係合部とが離間している状態では、前記先端部材と前記ノズルボディの内壁との間に、前記噴孔の入口が露出する中空部が形成されるように、前記先端部材は前記ノズルボディの先端部における内壁に当接することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記先端部材の先端部に設けられ、前記ノズルボディの先端部における内壁に当接する突起部、
   又は前記ノズルボディの先端部における内壁に設けられ、前記先端部材の先端部に当接する突起部、の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記燃料噴射弁の開弁時に、前記ニードル本体と前記先端部材とは、傘状部を形成することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 前記先端部材の前記ノズルボディの内壁と対向する面の外周部には、面取り部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
5. 前記先端部材を前記ニードル本体の先端側に付勢する付勢手段を備え、
   前記付勢手段は、前記先端部材を押圧する弾性体であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
6. 前記先端部材を前記ニードル本体の先端側に付勢する付勢手段を備え、
   前記付勢手段は、燃料の圧力により前記先端部材を押圧することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。

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