JP2014173446A - 燃料噴射弁 - Google Patents

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秀和 大村
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Abstract

【課題】燃料噴孔の形成容易性を高め、燃料噴霧の微粒化を図る。
【解決手段】燃料入口170側から燃料出口171側へ向かうほど外周側へ傾斜する燃料噴孔17を周方向に並べて形成する弁ハウジング10と、弁ハウジング10内に収容され、往復移動により燃料噴孔17を開閉して燃料噴射を断続する弁部材40を設ける。複数の燃料噴孔17は、共通仮想円134上に共通ピッチPで配列され、弁ハウジング10の中心軸132とは同一縦断面上にて傾斜する孔軸172まわりに共通形状を有する。各燃料噴孔17は、複数組の噴孔群173のいずれかに区分され、各組の噴孔群173は、中心軸132に対する孔軸172の傾斜角度を異ならせて所定順序に配列される二つの燃料噴孔17から構成され、各組の噴孔群173における燃料噴孔17の配列順序は、弁ハウジング10の周方向一方側へ向かって共通順序に設定される。
【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関において燃料を放射状に噴射する燃料噴射弁に、関する。
従来、燃料入口側から燃料出口側へ向かうほど外周側へ傾斜する燃料噴孔を、弁ハウジングの周方向に並べて形成し、弁ハウジング内に収容した弁部材の往復移動により、燃料噴孔を開閉して燃料噴孔からの燃料噴射を断続させる燃料噴射弁が、知られている。
例えば特許文献1の燃料噴射弁において、共通仮想円上に共通ピッチで配列される複数の燃料噴孔は、弁ハウジングの中心軸とは同一縦断面上にて傾斜する孔軸まわりに、共通形状を有している。このような構成によれば、複数の燃料噴孔の形成容易性を高めつつも、それら各燃料噴孔から噴射される燃料噴霧の微粒化を図ることが、可能となる。
特開平8−277763号公報
さて、特許文献1の燃料噴射弁では、中心軸に対する孔軸の傾斜角度が各燃料噴孔で共通となっている。しかし、この場合において燃料噴孔径が拡大乃至は燃料噴孔数が増加等すると、弁ハウジングの周方向で隣り合う燃料噴孔同士のピッチは狭くなり、それら各燃料噴孔から噴射される燃料噴霧同士の間隔も狭くなる。その結果、隣り合う燃料噴孔からの燃料噴霧同士が衝突干渉することで、噴霧粒径が粗大化してしまう。こうした噴霧粒径の粗大化は、燃料気化に要する時間を増大させて混合気を形成し難くするので、内燃機関の性能低下を招くおそれがあって、望ましくない。
本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数の燃料噴孔の形成容易性を高めた燃料噴射弁において、それら各燃料噴孔から噴射される燃料噴霧の微粒化を図ることにある。
本発明は、内燃機関において燃料を放射状に噴射する燃料噴射弁であって、燃料入口(170)側から燃料出口(171)側へ向かうほど外周側へ傾斜する燃料噴孔(17,17a,17b,2017,2017a,2017b,2017c)を、周方向に並べて形成する弁ハウジング(10)と、弁ハウジング内に収容され、往復移動することにより、燃料噴孔を開閉して燃料噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材(40)とを備え、複数の燃料噴孔は、共通仮想円(134)上に共通ピッチ(P)で配列され、弁ハウジングの中心軸(132)とは同一の縦断面上にて傾斜する孔軸(172)まわりに、共通形状を有し、各燃料噴孔は、複数組の噴孔群(173,2173)のうちいずれかに区分され、各組の噴孔群は、中心軸に対する孔軸の傾斜角度をそれぞれ異ならせて所定順序に配列される少なくとも二つの燃料噴孔から、構成され、各組の噴孔群における燃料噴孔の配列順序は、弁ハウジングの周方向一方側へ向かって共通順序に設定されることを特徴とする。
かかる本発明によると、弁ハウジングの周方向に並ぶことで共通仮想円上に共通ピッチで配列される複数の燃料噴孔は、弁ハウジングの中心軸とは同一縦断面上にて傾斜する孔軸まわりに共通形状を有するので、形成容易となる。
さらに、各燃料噴孔が複数組の噴孔群のうちいずれかに区分される本発明によると、それら各組の噴孔群では、所定順序に配列される少なくとも二つの燃料噴孔につき、中心軸に対する孔軸の傾斜角度がそれぞれ異なることになる。ここで、特に各組の噴孔群では、燃料噴孔の配列順序が弁ハウジングの周方向一方側へ向かって共通順序に設定されることで、いずれの燃料噴孔も、周方向にて隣接する同組又は他組の燃料噴孔に対して傾斜角度が異ならされる。即ち、周方向にて隣接する燃料噴孔同士は、必ず異なる傾斜角度となるので、それら燃料噴孔から噴射される燃料噴霧同士は、噴射方向を確実にずらされて衝突干渉し難くなる。これによれば、各燃料噴孔からの燃料噴霧同士を分離して噴霧粒径の粗大化を抑制できるので、上述の如く燃料噴孔の形成容易性を高めた構成においても、燃料噴霧の微粒化を図ることが可能である。
また、本発明は、各組の噴孔群(173)は、それぞれ二つずつの燃料噴射孔(17)として、第一噴孔(17a)と、弁ハウジングの周方向一方側へ向かって第一噴孔の隣となる共通順序に配列され且つ第一噴孔とは異なる傾斜角度の第二噴孔(17b)とから、構成されることを、さらなる特徴とする。
かかる特徴によると、各組の噴孔群では、弁ハウジングの周方向一方側へ向かって第一噴孔の隣となる共通順序に第二噴孔が配列されることで、いずれの第二噴孔についても、周方向にて隣接する同組又は他組の第一噴孔とは傾斜角度が異ならされる。その結果、相異なる傾斜角度をもって周方向に並ぶ第一噴孔と第二噴孔とでは、燃料噴霧の噴射方向が確実にずれるので、それら噴孔から噴射される燃料噴霧同士の衝突干渉が抑制され得る。これによれば、二種類の傾斜角度の採用により燃料噴孔の形成容易性を最大限に高めつつも、燃料噴霧の微粒化を図ることが可能となる。
第一実施形態の燃料噴射弁を示す縦断面図である。 第一実施形態の燃料噴孔を示す拡大平面図である。 図2の燃料噴孔を示す拡大縦断面図であって、図2のIII−III線断面図である。 図2の燃料噴孔を示す拡大縦断面図であって、図2のIV−IV線断面図である。 図2に対して比較想定される仮想噴孔を示す拡大平面図である。 図3,4に対して比較想定される仮想噴孔を示す拡大縦断面図であって、図5のVI−VI線断面図である。 第一実施形態の燃料噴孔による作用効果を説明するための模式図である。 第二実施形態の燃料噴射弁の燃料噴孔を示す拡大平面図である。 図8の燃料噴孔を示す拡大縦断面図であって、図8のIX−IX線断面図である。 図8の燃料噴孔を示す拡大縦断面図であって、図8のX−X線断面図である。 図8の燃料噴孔を示す拡大縦断面図であって、図8のXI−XI線断面図である。 第二実施形態の燃料噴孔による作用効果を説明するための模式図である。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態による燃料噴射弁1を示している。燃料噴射弁1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吸気ポートへ燃料を噴射する。尚、かかる適用形態以外にも、例えば燃料噴射弁1は、ガソリン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。
(基本構成)
まず、燃料噴射弁1の基本構成について、詳細に説明する。燃料噴射弁1は、弁ハウジング10、固定コア20、可動コア30、弁部材40、弾性部材50及び駆動部60を備えている。
弁ハウジング10は、パイプ部材11、バルブボデー12及びノズル部材13等から構成されている。円筒状のパイプ部材11は、第一磁性部110、非磁性部111及び第二磁性部112を、軸方向の開弁側から閉弁側へ向かってこの順に有している。金属磁性体からなる各磁性部110,112と、金属非磁性体からなる非磁性部111とは、例えばレーザ溶接等により同軸上に結合されている。かかる結合構造により非磁性部111は、第一磁性部110と第二磁性部112との間にて磁束の短絡を遮断している。
第一磁性部110は、燃料ポンプ(図示しない)からの燃料供給を受ける供給入口14を、形成している。第二磁性部112は、円筒状の金属からなるバルブボデー12に同軸上に外嵌固定されている。バルブボデー12は、上流側から導かれる燃料を下流側へと流通させるように、燃料通路15をパイプ部材11と共同して形成している。それと共にバルブボデー12は、燃料通路15に露出する弁座16を、有している。有底円筒状の金属からなるノズル部材13は、第二磁性部112とは反対側にてバルブボデー12に同軸上に外嵌固定されている。ノズル部材13は、複数の燃料噴孔17を底部に有している。各燃料噴孔17は、弁座16よりも下流側において燃料通路15と連通していると共に、外部(本実施形態では、吸気ポート)へ向かって放射状に開口している。
円筒状の金属磁性体からなる固定コア20は、第一磁性部110及び非磁性部111に同軸上に内嵌固定されている。固定コア20には、円筒状の金属からなるアジャスティングパイプ22が同軸上に圧入固定されている。固定コア20は、上流側の供給入口14から流入した燃料を下流側へ流出させるように、固定通路24をアジャスティングパイプ22と共同して形成している。
円筒状の金属磁性体からなる可動コア30は、非磁性部111及び第二磁性部112内に同軸上に収容され、固定コア20よりも閉弁側にて軸方向に往復移動可能となっている。有底円筒状の金属非磁性体からなる弁部材40は、第二磁性部112内及びバルブボデー12内に跨って同軸上に収容され、可動コア30に対して閉弁側にて内嵌固定されることで軸方向に往復移動可能となっている。弁部材40は、上流側の固定通路24から流出する燃料を下流側の燃料通路15へと導くように、可動通路42を可動コア30と共同して形成している。
弁部材40は、弁座16よりも上流側にて往復移動するシート部44を、閉弁側の底部に有している。弁部材40は、開弁側への移動によりシート部44を弁座16から離座させることで、各燃料噴孔17を燃料通路15に対して開放する。その結果、燃料通路15の燃料が各燃料噴孔17から外部(本実施形態では、吸気ポート)へ放射状に噴射される。また一方で弁部材40は、閉弁側への移動によりシート部44を弁座16に着座させることで、各燃料噴孔17を燃料通路15に対して閉塞する。その結果、各燃料噴孔17からの噴射が停止する。このように弁部材40は、往復移動により各燃料噴孔17を開閉することで、それら各燃料噴孔17からの燃料噴射を断続可能となっている。
弾性部材50は、金属からなる圧縮コイルスプリングであり、固定コア20及び可動コア30の各通路24,42内に同軸上に収容されている。弾性部材50は、固定コア20内のアジャスティングパイプ22と、可動コア30との間に挟持されている。かかる挟持構造により弾性部材50は、要素22,30間での圧縮に応じて弾性復原力を発生することで、可動コア30を弁部材40と共に閉弁側へと付勢する。
駆動部60は、ソレノイドコイル61、スプール62、ターミナル63及びコネクタ64等から構成されている。ソレノイドコイル61は、円筒状の樹脂からなるスプール62に金属線材を巻回すことで、形成されている。ソレノイドコイル61は、スプール62を介して磁性部110,112及び非磁性部111同軸上に外嵌固定されている。金属からなるターミナル63は、樹脂からなるコネクタ64に埋設され、外部の制御回路(図示しない)と内部のソレノイドコイル61との間を電気接続する。かかる電気接続によりソレノイドコイル61への通電は、制御回路によって制御可能となっている。
以上の如く構成される燃料噴射弁1の開弁作動では、制御回路によって通電されるソレノイドコイル61が励磁することで、第一磁性部110、固定コア20、可動コア30、及び第二磁性部112に磁束が案内される。その結果、互いに対向するコア20,30間には、可動コア30を開弁側の固定コア20へ向かって吸引するように、磁気吸引力が発生する。すると、弁部材40と共に可動コア30は、弾性部材50の付勢に抗して開弁側へと駆動されるため、固定コア20に衝突して係止される。このとき弁部材40は、シート部44を弁座16から離座させるので、各燃料噴孔17から燃料が噴射される。
一方、こうした開弁作動後の閉弁作動では、制御回路によって通電停止されるソレノイドコイル61が消磁するので、コア20,30間の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により閉弁側へと駆動されるため、弁部材40の底部をバルブボデー12に衝突させて係止させる。その結果として弁部材40は、シート部44を弁座16に着座させるので、各燃料噴孔17から燃料噴射が停止する。
(燃料噴孔の形成形態)
次に、燃料噴孔17の形成形態について、詳細に説明する。
図2〜4に示す弁ハウジング10のうち、ノズル部材13の底部がなす円板状のノズルプレート130において各燃料噴孔17は、当該プレート130の中心軸132まわりとなる周方向(以下、単に「周方向」ともいう)に並んでいる。各燃料噴孔17は、ノズルプレート130と同心の共通仮想円134上に等間隔に形成されることで、周方向に共通ピッチPで配列されている。
各燃料噴孔17は、燃料入口170側から燃料出口171側へ向かうほど拡径するテーパ孔形状を、孔軸172まわりの共通形状として有している。かかる共通形状の各燃料噴孔17はいずれも、燃料入口170側から燃料出口171側へ向かうほどノズルプレート130の外周側へ傾斜している。ここで各燃料噴孔17の孔軸172は、中心軸132とは同一の縦断面(図3,4の縦断面)上にて傾斜している。即ち各燃料噴孔17の孔軸172は、中心軸132に対してそれぞれ所定の傾斜角度(以下、単に「傾斜角度」ともいう)をもって交差している。
図2に二点鎖線で囲んで示すように各燃料噴孔17は、複数組(同図では五組)の噴孔群173のうちいずれかに、区分されている。かかる区分により、互いに隣り合う二つずつの燃料噴孔17として、図3,4の如く傾斜角度をそれぞれ異ならせて所定順序に配列された第一噴孔17aと第二噴孔17bとから、各組の噴孔群173が構成されている。
図2に示すように第一実施形態では、いずれの組の噴孔群173においても、周方向の一方側(図2では時計まわり側)へ向かって第一噴孔17aの隣に第二噴孔17bが配列される共通順序となるように、それら噴孔17a,17bの配列順序が設定されている。
また、第一実施形態では、先述した特許文献1に準じて図5,6の如く傾斜角度が共通角度θ’となる仮想噴孔17’を比較想定することで、第一及び第二噴孔17a,17bの各傾斜角度θa,θbが図2〜4の如く設定されている。具体的には、いずれの組の噴孔群173においても、第一噴孔17aの傾斜角度は、共通角度θ’よりも大きな角度θaに、また第二噴孔17aの傾斜角度は、共通角度θ’よりも小さな角度θbに設定されている。即ち、第一噴孔17aの傾斜角度θaと第二噴孔17bの傾斜角度θbとは、θa>θbの関係を満たす。それと共に、共通角度θ’に対して第一及び第二噴孔17a,17bの各傾斜角度θa,θbは、近似式θ’≒(θa+θb)/2を満たすように、設定されている。こうした設定により、各燃料噴孔17(17a,17b)から図7の如く噴射される燃料噴霧18(同図ではハッチングを付して模式的に示す)については、それらを重ね合わせた全体としての噴霧形状を例えば従来製品に近づけながら、以下に詳述の作用効果を発揮することが可能となる。
(作用効果)
以下、以上説明した第一実施形態の作用効果を説明する。
第一実施形態によると、弁ハウジング10の周方向に並ぶことで共通仮想円134上に共通ピッチPで配列される複数の燃料噴孔17は、弁ハウジング10の中心軸132とは同一縦断面上にて傾斜する孔軸172まわりに共通形状を有するので、形成容易となる。
さらに、各燃料噴孔17が複数組の噴孔群173のうちいずれかに区分される第一実施形態によると、それら各組の噴孔群173では、所定順序に配列される二つの燃料噴孔17(17a,17b)につき、中心軸132に対する孔軸172の傾斜角度がそれぞれ異なることになる。ここで、特に各組の噴孔群173では、燃料噴孔17の配列順序が弁ハウジング10の周方向一方側へ向かって共通順序に設定されることで、いずれの燃料噴孔17も、周方向にて隣接する同組又は他組の燃料噴孔17に対して傾斜角度が異ならされる。即ち、周方向にて隣接する燃料噴孔17同士は、必ず異なる傾斜角度となるので、図7に示すように、それら燃料噴孔17から噴射される燃料噴霧18同士は、噴射方向を確実にずらされて衝突干渉し難くなる。これによれば、各燃料噴孔17からの燃料噴霧18同士を分離して噴霧粒径の粗大化を抑制できるので、上述の如く燃料噴孔17の形成容易性を高めた構成において、燃料噴霧18の微粒化を図ることが可能である。
また、各組の噴孔群173では、弁ハウジング10の周方向一方側へ向かって第一噴孔17aの隣となる共通順序に第二噴孔17bが配列されることで、いずれの第二噴孔17bも、周方向にて隣接する同組又は他組の第一噴孔17aとは傾斜角度が異ならされる。その結果、相異なる傾斜角度をもって周方向に並ぶ第一噴孔17aと第二噴孔17bとでは、燃料噴霧18の噴射方向が確実にずれるので、それら噴孔17a,17bから噴射される燃料噴霧18同士の衝突干渉が抑制され得る。これによれば、二種類の傾斜角度の採用により燃料噴孔17の形成容易性を最大限に高めつつも、燃料噴霧18の微粒化を図ることが可能となる。
さらにまた、燃料入口170側から燃料出口171側へ向かうほど拡径するテーパ孔形状を共通形状とした各燃料噴孔17(17a,17b)では、燃料が孔内壁に沿って液膜状に広がることで、小粒径の燃料噴霧18が噴射され易くなる。これによれば、上述の原理により燃料噴霧18の衝突干渉も抑制されることと相俟って、燃料噴孔17の形成容易性を高めた構成下、燃料噴霧18の微粒化を促進することが可能となる。
(第二実施形態)
図8〜12に示す本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態において共通仮想円134上に共通ピッチPで配列され且つ第一実施形態と同様なテーパ孔形状を共通形状とする各燃料噴孔2017は、複数組(同図では四組)の噴孔群2173のうちいずれかに、区分されている。かかる区分により、互いに隣り合う三つずつの燃料噴孔2017として、図8〜11の如く傾斜角度をそれぞれ異ならせて所定順序に配列された第一噴孔2017aと第二噴孔2017bと第三噴孔2017cとから、各組の噴孔群2173が構成されている。
ここで第二実施形態では、いずれの組の噴孔群2173においても、周方向の一方側(図8では時計まわり側)へ向かって第一噴孔2017aの隣に第二噴孔2017b、さらに隣に第三噴孔2017cが配列されるように、共通順序が設定されている。
また、第二実施形態においても、図5,6の如く傾斜角度が共通角度θ’となる仮想噴孔17’を比較想定することで、第一〜第三噴孔2017a,2017b,2017cの各傾斜角度θa,θb,θcが図8〜11の如く設定されている。具体的に、いずれの組の噴孔群2173においても、第一噴孔2017aの傾斜角度は、第二噴孔2017bの傾斜角度θbと実質一致する共通角度θ’よりも大きな角度θaに、また第三噴孔2017cの傾斜角度は、当該共通角度θ’よりも小さな角度θcに設定されている。即ち、第一噴孔2017aの傾斜角度θaと第二噴孔2017bの傾斜角度θbと第三噴孔2017cの傾斜角度θcとは、θa>θb>θcの関係を満たす。それと共に、共通角度θ’に対して第一〜第三噴孔2017a,2017b,2017cの各傾斜角度θa,θb,θcは、近似式θ’≒(θa+θb+θc)/3を満たすように、設定されている。こうした設定により、各燃料噴孔2017(2017a,2017b,2017c)から図12の如く噴射される燃料噴霧2018(同図ではハッチングを付して模式的に示す)については、それらを重ね合わせた全体としての形状を例えば従来製品に近づけながら、第一実施形態に準ずる作用効果を発揮することが可能となる。
(他の実施形態)
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
具体的には、変形例1として各燃料噴孔17,2017の共通形状を、説明したテーパ孔状以外、例えば燃料入口170側から燃料出口171側へ向かって一定径のストレート孔形状等としてもよい。
変形例2としては、各組の噴孔群173,2173を構成する燃料噴孔17,2017の数について、同一組の噴孔群173,2173では燃料噴孔17,2017の傾斜角がそれぞれ異なる限りにおいて、説明した数以外に適宜設定可能である。
1 燃料噴射弁、10 弁ハウジング、17,2017 燃料噴孔、17a,2017a 第一噴孔、17b,2017b 第二噴孔、18,2018 燃料噴霧、130 ノズルプレート、132 中心軸、134 共通仮想円、170 燃料入口、171 燃料出口、172 孔軸、173,2173 噴孔群、2017c 第三噴孔、P 共通ピッチ、θa,θb,θc 傾斜角度

Claims (3)

  1. 内燃機関において燃料を放射状に噴射する燃料噴射弁であって、
    燃料入口(170)側から燃料出口(171)側へ向かうほど外周側へ傾斜する燃料噴孔(17,17a,17b,2017,2017a,2017b,2017c)を、周方向に並べて形成する弁ハウジング(10)と、
    前記弁ハウジング内に収容され、往復移動することにより、前記燃料噴孔を開閉して前記燃料噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材(40)とを備え、
    複数の前記燃料噴孔は、共通仮想円(134)上に共通ピッチ(P)で配列され、前記弁ハウジングの中心軸(132)とは同一の縦断面上にて傾斜する孔軸(172)まわりに、共通形状を有し、
    各前記燃料噴孔は、複数組の噴孔群(173,2173)のうちいずれかに区分され、
    各組の前記噴孔群は、前記中心軸に対する前記孔軸の傾斜角度をそれぞれ異ならせて所定順序に配列される少なくとも二つの前記燃料噴孔から、構成され、
    各組の前記噴孔群における前記燃料噴孔の配列順序は、前記弁ハウジングの周方向一方側へ向かって共通順序に設定されることを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 各組の前記噴孔群(173)は、それぞれ二つずつの前記燃料噴射孔(17)として、第一噴孔(17a)と、前記弁ハウジングの周方向一方側へ向かって前記第一噴孔の隣となる前記共通順序に配列され且つ前記第一噴孔とは異なる前記傾斜角度の第二噴孔(17b)とから、構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。
  3. 複数の前記燃料噴孔(17,17a,17b,2017,2017a,2017b,2017c)は、燃料入口側から燃料出口側へ向かうほど拡径するテーパ孔形状を、前記共通形状として有することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料噴射弁。
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