JP2013002432A - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円錐状の弁着座面を有する弁座、球面が弁着座面から離接することにより燃料通路を開閉してエンジン吸気管への燃料の供給を制御する弁体、及びエンジン吸気管に燃料を噴射する複数の噴孔を有し上記弁体の下流面と対向して配置された噴孔プレートを備えた燃料噴射弁であって、閉弁時に球面と当接する弁着座面上の点(シート部D)と球面との間から弁着座面に沿って流下した燃料が、シート部Dに最短側の噴孔入口S2に直接流入しつつ、シート部Dに最遠側の噴孔入口S3には上記燃料が直接流入しないように噴孔を配置することによって噴孔に入る燃料に流速差をつけ噴孔内で燃料の液膜を形成させる。
【選択図】図2
Description
例えば、特許第3183156号公報(特許文献1)では、ニードル端面と噴孔プレート入口面とで偏平な燃料通路を構成し、噴孔の周囲から噴孔に向かう流れ同士を噴孔入口直上で衝突させて強い乱れを発生させて噴射燃料を微粒化する方法が記載されている。
ル端面と噴孔プレート入口面とを平行として両者の間隔を小さくする構成としている。このような構成にすると噴孔入口には周囲からほぼ均一に燃料が流入するので、噴孔内面の片側に燃料流れを偏らせて液膜を形成することが困難だった。
この発明は、上記課題を解決することにあり、噴孔内面の片側に燃料流れを偏らせて液膜を形成することにより、噴孔から噴射される燃料を微粒化することにある。
噴孔内で燃料が液膜化されないと、噴孔径相当の直径断面をもつ液柱が噴射され、空気中での燃料の分裂が進展しないため大粒の噴霧が形成される。噴孔内で液膜を形成して噴孔から噴射される燃料を薄い膜状とすることにより、空気中での燃料の分裂が促進され、噴霧を微粒化される。
第2の発明の燃料噴射弁は、弁体の下流側表面に噴孔と対向する円錐面Aを形成した。
第3の発明の燃料噴射弁は、弁体の球面に沿う燃料が前記円錐面に移行するポイントA1
において、弁体表面の角度変化δを20°以上40°以下の範囲にした。
第4の発明の燃料噴射弁は、噴孔より燃料噴射弁中心軸Y側の噴孔プレート上面に、中心軸Yに向かって下方向に傾斜するドーム面Bを形成した。
第5の発明の燃料噴射弁は、ドーム面Bの起点の開き角βを、上記弁体の円錐面Aの開き角αより小さくした。
第6の発明の燃料噴射弁は、α−β≧20°の関係に設定した。
第7の発明の燃料噴射弁は、弁体の球面が弁着座面から離れ始めた開弁初期に、噴孔入口S2から弁体までの高さhを噴孔径dより小さくした。
第8の発明の燃料噴射弁は、球面と弁着座面間の燃料通路の出口位置S1から噴孔入口S2までの距離L3と上記噴孔の孔径dを、L3<2dの関係に設定した。
第9の発明の燃料噴射弁は、噴孔プレートの上面に平面状のへこみ部を形成し、噴孔プレートの下面を平坦にした。
第2の発明によると、弁体の球面に沿う燃料が球面と円錐面Aとの接続部A1ではく離を生じ、円錐面A下に渦を伴う死水域を形成するため、噴孔上部の燃料通路高さを実効的に低くする。この閉塞効果により、燃料通路の出口位置S1からそのまま噴孔入口S3に向
かう燃料が減少し、噴孔入口S3からの流入流速を低下させる。
第3の発明によると、ポイントA1における弁体表面の角度変化δを20°以上として燃料はく離を強めるとともに、δを40°以下として過大なはく離の発生による噴孔入口S2へ流入する燃料の閉塞を防止した。これにより噴孔入口S3からの流入流速を低めつつ、噴孔入口S2からの流入流速の低下を防止した。
第4の発明によると、ドーム面Bから噴孔入口S3に流入する燃料は、ドーム面Bに沿ったやや上方向の流れとなるため、噴孔流入前後の流れ方向変化による流体ロスが大きく、噴孔への流入流速をさらに低下させる。
第5の発明によると、ドーム面Bの起点の開き角βを、円錐面Aの開き角αより小さくして、ドーム面B上から噴孔入口S3に流入する燃料の進行方向に流路高さが減少するようにしたため、流体ロスが大きく、噴孔への流入流速が低下する。
第6の発明によると、α−β≧20°として第5の発明に対して十分に噴霧粒径が小さくなる設定とした。
第7の発明によると、開弁初期においてシート部Dと球面との間から弁着座面に沿って流下した燃料が噴孔上部の狭い流路で減速して噴孔への流入を強制されるため、比較的噴孔軸に沿った流れとなり、噴射方向の変動が抑えられる。
第8の発明によると、球面と弁着座面間の燃料通路の出口から噴孔入口までの間は流路が広がるため乱れなどによる流体ロスが大きく発生するが、L3を噴孔径dの2倍以下と短くしたので流体ロスが少ない。このため、噴孔入口S2からの流入流速を高める。
第9の発明によると、第4の発明に対して噴孔プレートの下面を平坦にすることによりエンジンの燃焼室からくる高温の残留ガスとの接触面積を減らし、噴孔プレート14の温度上昇が抑えられる。これにより噴孔部の汚損による微粒化の悪化が防止される。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
この発明の実施形態1に係わる燃料噴射弁を図1〜図8に基づき説明する。
図1は、燃料噴射弁1の全体断面を示す。
この燃料噴射弁1は、エンジンの吸気管に取り付けられ、上部から加圧された液体燃料が供給されている。ラバーリング17は、エンジンの燃料供給部品との燃料シール用に用いられる。燃料噴射弁1の下部先端は、内燃機関の吸気通路内に臨んでおり、下方に向けて燃料を噴射する。電磁力を発生するソレノイド装置2は、磁気回路のヨーク部分をなすハウジング3及びチューブ4、可動鉄心であるアマチュア7、固定鉄心であるコア5と、電流を通電し磁界を発生させるコイル6で構成される。
アマチュア7の上部のコア5の内部には、調整チューブ11によりバネ12を所定の荷重で固定している。燃料噴射弁1の下部には、弁座13と、弁座13の下面に溶接された噴孔プレート14と、弁座13の内部で噴孔プレート14の上部に球状の弁体15が配置されている。噴孔プレート14には複数の噴孔14aが開口する。
弁体15は、パイプ16を介してアマチュア7と一体化されている。アマチュア7は、チューブ4の内部に摺動可能に収容されている。コア5の先端部は、チューブ4の内周部に挿入され溶接されている。アマチュア7の上面は、コア5の下面と0.1mm程度の微小な距離を隔てて位置決めされている。
図2は、弁体15が全開状態である燃料噴射弁先端部の拡大図で、燃料噴射弁の中心軸Yと各噴孔14aの中心点を通る断面を表している。図3は、図2の矢印I方向に見た噴孔プレート14の平面図、図4は、図2の噴孔14a付近の拡大図である。
噴孔14aは、エンジンの2つの吸気弁を指向して、図3の左右に向かう噴孔群に分かれている(2スプレー)。また噴孔プレート14の中央は、ドーム形状14bに形成されており、ドーム形状の基点の開き角βを130°としている。
弁着座面13aと当接する球面15aは、工業規格で精度規定されたボール(真球)の面
を使用し、その下部にグラインダー加工による円錐面Aが開き角α=160°で形成されている。
弁座13には、グラインダー加工により円錐状の弁着座面13a及び端面13bが形成されており、端面13bを基準とした弁着座面13aの位置L及び弁着座面13aの角度ωは90°に高精度に製造される。
弁体15の球面15aと弁座13の弁着座面13aとの当接位置の半径L2xは、球半径r及び弁着座面13aの角度ωよりr×cos(ω/2)と決まり、上記Lと合わせて
、閉弁時に球面15aと当接する弁着座面13a上の点(シート部D)の位置L2X、L2yは、高精度に規定される。
噴孔プレート14と弁座13は、同一の外径に寸法設定されており、それぞれがチューブ4の内周部に隙間なく挿入されて固定されるので、弁座13と噴孔プレート14の同軸度は高精度に製造される。
弁体15、弁座13、噴孔プレート14の各パーツ及び弁座13と噴孔プレート14の組み付け、シート部Dの位置は、それぞれ高精度に製造されるため、噴孔入口と弁着座面13aの相対位置、及び噴孔入口と弁体15の円錐面Aとの相対位置、噴孔入口とドーム傾斜面Bとの相対位置は高精度に製造される。
また噴孔入口S2は、球面15aと弁着座面13a間の燃料通路Wの出口位置S1からの距離L3が噴孔径dの1.7倍となるように各部の寸法が設定されている。
図示しない内燃機関の制御装置より燃料噴射弁1の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁1のコイル6に電流が通電され、アマチュア7に電磁力が発生しアマチュア7はコア5側へ吸引され、電磁力がバネ12の押し付け力を上回ると弁体15のボール面15aは、弁着座面13aから離れて移動を開始し、燃料噴射が開始される。
弁体15の移動に伴ってボール面15aと弁着座面13aとのすきま面積が拡大して除々に流量が増加し、アマチュア7がコア5に当接して全開になると最大流量状態となる。
全開後所定の時間が経過すると、制御装置より駆動回路に停止信号が送られ、コイル6への通電が停止してアマチュア7の電磁力が消滅し、弁体15は、バネ12の押し付け力により弁座13側に押し戻され、燃料噴射が終了する。
燃料通路W内を進む燃料は、除々に速度を高め流路断面積が極小となるシート部D上で
弁着座面13aと平行な方向に極大の流速となる。球面15aと弁着座面13aとの燃料通路Wは、シート部Dから下流に向かって流路断面積が少しずつ大きくなるため、燃料の流速は若干低下する。
燃料通路Wの出口位置S1(弁体15のシート面に沿う燃料が円錐面Aに移行する位置)から下流のチャンバー内では、流路が急激に開放されて燃料は分散する。
さらに実施の形態1では、S1と点S2の間の弁着座面13aに平行な距離L3を噴孔径dの1.7倍としており2倍以下の短距離に設定されているため、この間の流体ロスが極めて小さい。このため、点S2から流入する燃料の流速が比較的高く、噴射燃料の微粒化が促進される。
一方、シート部Dに最遠側の噴孔入口S3には、上記燃料が直接流入できないため、流路が長く流体ロスが大きく、低速の燃料が噴孔14aに流入する。
これらにより点S3から流入する燃料の流速は、点S2から流入する燃料の流速に対して著しく減少する。
開弁初期には、球面15aと弁着座面13aとの隙間の断面積が噴孔の総断面積より小さく、シート部D上で最大流速となった燃料がシート部Dに最短の噴孔入口S2に直接至り噴孔を経て外部に噴射される。シート部Dの下流は、外部の圧力に近い低圧となっており、シート部Dと噴孔入口との間の通路の形状により噴射燃料の方向が大きく影響される。
この実施の形態1では、開弁初期にS2と円錐面Aとの距離hが噴孔径dより小さく、シート部Dから流出した燃料が噴孔入口上部を通って中心軸Y側へ通り抜けるのを抑制している。すなわちシート部Dから流出した燃料の一部R1は、噴孔上部の狭い流路で減速され噴孔への流入を強制されるようにして噴孔14aに流入するため、噴孔から噴射される燃料は比較的噴孔軸Zに沿った流れとなる。
距離hが噴孔径dより大きいとシート部Dより流出した燃料は、噴孔14a上を中心軸Y側へ通り抜ける燃料R2が多く噴孔14aの内面に強制される燃料が少ない。このため、シート部Dから弁着座面13aに沿って直接噴孔14aに達した燃料が多く噴孔14aに流入し、噴射方向が中心軸Y寄りになる。
このように図7に示した実施の形態1では、全開状態での噴霧の微粒化を促進した噴孔位置にしつつ、開弁初期の噴射方向の変動が抑えられて燃料噴射弁に要求される適正な噴射方向への噴射が達成される。
図9は、この発明の実施形態2の燃料噴射弁の先端部の拡大断面図である。
噴孔プレート14の中央部に平面状へこみ部Fが形成されており、へこみ部Fの基点の開き角βを130°としている。
燃料噴射弁の先端部は、エンジンの燃焼室からくる高温の残留ガスに曝されるが、噴孔プレート14を鍛圧してへこみ部Fを形成することにより噴孔下面を平坦としているので、残留ガスとの接触面積を減らし、噴孔プレート14の温度上昇が抑えられる。これにより前記ドーム形状と同様な流体効果を持ちつつ、噴孔部の汚損による微粒化の悪化が防止される。
3 ハウジング 4 チューブ
5 コア 6 コイル
7 アマチュア 8 樹脂性のボビン
9 モールド 10 端子
11 調整チューブ 12 バネ
13 弁座
13a 円錐状の弁着座面
13b 端面 14 噴孔プレート
14a 噴孔 14b ドーム形状
15 弁体
15a 球面
15b 面取り部
16 パイプ
17 ラバーリング
18 フィルタ
A 弁体15の円錐面
A1 円錐面Aと球面との接続点
B 噴孔プレート14のドーム面
C 噴孔位置
D シート部
d 噴孔径(噴孔14aの内径)
E 噴孔プレート上面と交わる範囲
F 噴孔プレート中央部の平面状へこみ部
h 開弁初期のシート部に最短の噴孔入口S2から円錐面Aまでの高さ
L 弁着座面の位置
L1 弁体15(球)の中心と円錐面Aとの距離
L2x シート部の半径方向位置
L2y シート部の軸方向位置
L3 燃料通路Wの出口の位置S1からシート部に最短の噴孔入口S2までの距離
M 噴孔片側に生成された燃料液膜
r 球面15aの半径
R、R1、R2 燃料の流れ
S1 燃料通路Wの出口の位置
S2 シート部に最短の噴孔14aの入口の点
S3 シート部に最遠の噴孔14aの入口の点
Y 燃料噴射弁1の中心軸
Z 噴孔14aの噴孔軸
α 円錐面Aの開き角
β ドーム面Bの起点の開き角
δ 変更角。
Claims (9)
- 円錐状の弁着座面を有する弁座、球面が上記弁着座面から離接することにより燃料通路を開閉してエンジン吸気管への燃料の供給を制御する弁体、及び上記エンジン吸気管に燃料を噴射する複数の噴孔を有し上記弁体の下流面と対向して配置された噴孔プレートを備えた燃料噴射弁であって、上記球面と当接する上記弁着座面上の点(シート部D)と上記球面との間から上記弁着座面に沿って流下した燃料が、シート部Dに最短側の噴孔入口S2に直接流入しつつ、上記シート部Dに最遠側の噴孔入口S3には上記燃料が直接流入しないように噴孔を配置したことを特徴とする燃料噴射弁。
- 上記弁体の下流側表面に上記噴孔と対向する円錐面Aを形成したことを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。
- 上記弁体の球面に沿う燃料が上記円錐面に移行するポイントA1において、弁体表面の
角度変化δを20°以上40°以下の範囲にしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の燃料噴射弁。 - 上記噴孔より燃料噴射弁中心軸Y側の噴孔プレート上面に、燃料噴射弁中心軸Yに向かって下方向に傾斜するドーム面Bを形成したことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料噴射弁。
- 上記ドーム面Bの起点の開き角βを、上記弁体の傾斜面Aの開き角αより小さくしたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の燃料噴射弁。
- α−β≧20°の関係に設定したことを特徴とする請求項5記載の燃料噴射弁。
- 上記弁体の球面が上記弁着座面から離れ始めた開弁初期に、上記シート部Dに最短側の噴孔入口S2から上記弁体までの高さhを噴孔径dより小さくしたことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の燃料噴射弁。
- 上記球面と上記弁着座面間の燃料通路の出口S1から上記シート部Dに最短側の噴孔入口S2までの距離L3と上記噴孔の孔径dを、L3<2dの関係に設定したことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の燃料噴射弁。
- 上記噴孔プレートの上面に平面状のへこみ部を形成し、上記噴孔プレートの下面を平坦にしたこと特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料噴射弁。
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