JP2014214626A - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1実施形態による燃料噴射弁1を図1、2に示す。なお、図1には、ニードル40が弁座34から離間する方向である開弁方向、およびニードル40が弁座34に当接する方向である閉弁方向を図示する。
本実施形態では、スプリング24の付勢力は、スプリング26の付勢力よりも大きく設定されている。これにより、コイル38に電力が供給されていない状態では、ニードル40のシール部42は、弁座34に着座した状態、すなわち閉弁状態となる。
図2(b)には、噴孔311、312、313、314、315、316のうち噴孔311の断面図を示す。ここで、噴孔311の内側開口321の中心C321と外側開口331の中心C331とを結ぶ直線を仮想直線L1とする。また、外側開口331の開口端330上の点を接点とする平面のうち仮想直線L1となす角度が最小となる平面を仮想平面F1とすると、仮想直線L1と仮想平面F1とがなす角度を逃げ角θ1とする。なお、仮想直線L1の方向は、噴孔311から噴射される燃料の噴射方向に等しくなる。図2(b)では、噴孔311について説明しているが、他の噴孔312、313、314、315、316についても同様の定義で逃げ角が決定される。第1実施形態による燃焼噴射弁1では、噴孔311、312、313、314、315、316それぞれの逃げ角θが最大となるように、内側開口321、322、323、324、325、326及び外側開口331、332、333、334、335、336が形成されている。
燃料噴射弁1は、図4(a)に示すように、6個の噴孔31からそれぞれ異なる方向IJ1、IJ2、IJ3、IJ4、IJ5、IJ6に燃料を噴射する。そこで、燃料の噴射方向を燃料噴射弁1から所定の距離にあり、かつ、ハウジング20の中心軸φ0に直交する投影仮想平面F2上に表す。具体的には、燃料噴射弁1が燃料を噴射する方向を示した模式図である図4に示すように、投影仮想平面F2と燃料噴射弁1の燃料の噴射方向との交点を投影仮想平面F2上にプロットする。投影仮想平面F2上にプロットされた6個の点J1、J2、J3、J4、J5、J6の位置をハウジング20の中心軸φ0と投影仮想平面F2との交点P1を原点とする極座標表示で表す。図4(b)では、投影仮想平面F2上において、交点P1から図4(b)の紙面の上方に延びる直線を基準軸Xとし、当該基準軸から反時計回りの角度である偏角α及び交点P1からの距離である動径Rにより6個の点J1、J2、J3、J4、J5、J6の極座標を決定する。例えば、点J1の極座標は、(R1、α1)となる。同様に、点J2、J3、J4、J5、J6の極座標は、それぞれ(R2、α2)、(R3、α3)、(R4、α4)、(R5、α5)、(R6、α6)となる。なお、図4(b)には、投影仮想平面F2上の方向を理解しやすいように、投影仮想平面F2上における基準軸Xに対して垂直に交わる第2の基準軸Yを記してある。
γ11=|α1−β11|、γ21=|α2−β11|、γ31=|α3−β11|、γ41=|α4−β11|、γ51=|α5−β11|、γ61=|α6−β11|
・・・(1)
なお、角度差γ11は、一の噴孔311が燃料の6つの噴射方向のうちの1つの噴射方向を表す偏角α1に燃料を噴射した場合、燃料の噴射方向の偏角と内側開口の偏角との差の絶対値である。また、角度差γ21は、一の噴孔311が燃料の6つの噴射方向のうち1つの噴射方向を表す偏角α2に燃料を噴射した場合、燃料の噴射方向の偏角と内側開口の偏角との差の絶対値である。他の角度差γ31、γ41、γ51、γ61についても同様である。
γ12=|α1−β21|、γ22=|α2−β21|、γ32=|α3−β21|、γ42=|α4−β21|、γ52=|α5−β21|、γ62=|α6−β21|
・・・(2)
γ13=|α1−β31|、γ23=|α2−β31|、γ33=|α3−β31|、γ43=|α4−β3|、γ53=|α5−β31|、γ63=|α6−β31|
・・・(3)
γ14=|α1−β41|、γ24=|α2−β41|、γ34=|α3−β41|、γ44=|α4−β41|、γ54=|α5−β41|、γ64=|α6−β41|
・・・(4)
γ15=|α1−β51|、γ25=|α2−β51|、γ35=|α3−β51|、γ45=|α4−β51|、γ55=|α5−β51|、γ65=|α6−β51|
・・・(5)
γ16=|α1−β61|、γ26=|α2−β61|、γ36=|α3−β61|、γ46=|α4−β61|、γ56=|α5−β61|、γ61=|α6−β61|
・・・(6)
S104において算出される噴孔311、312、313、314、315、316の角度差γ(式(1)〜(6))は、それぞれの噴孔311、312、313、314、315、316において1つの噴孔が6つの噴射方向全てに燃料を噴射する場合を想定し算出された角度差γである。したがって、6つの噴孔31の余弦値cosγの総和Σcosγが最大となる角度差γの組み合わせ[γs1、γt2、γu3、γv4、γw5、γx6]を考える場合、例えば、偏角α1の噴射方向に燃料を噴射する噴孔として一の噴孔311が選択される場合、他の噴孔312、313、314、315、316は偏角α1の噴射方向に燃料を噴射する噴孔として選択されることはない。すなわち、2つの噴孔から6つの噴射方向の1つの噴射方向に燃料を噴射することはない。
S106では、このようにして、1つの燃料の噴射方向に対して1つの噴孔が当てはまるよう6つの噴孔31の余弦値cosγの総和Σcosγが最大となる組み合わせ[γs1、γt2、γu3、γv4、γw5、γx6]を求める。ここで、余弦値cosγの総和Σcosγの最大値を最大値maxΣcosγと表す。
1回目のS108において、1回目のS106で求められた角度差γの組み合わせのうち、S101において求められた燃料の噴射方向の動径R1、R2、R3、R4、R5、R6と噴孔311、312、313、314、315、316それぞれの余弦値cosγとの積Ricosγij(i、jはいずれも1〜6の整数)の総和ΣRcosγが最大となる角度差γの組み合わせを選択する。1回目のS108で1つの角度差γの組み合わせを選択した後、S109に進む。
1回目のS112において、1回目のS103において仮に配置された一の噴孔の内側開口の偏角に所定の角度を加える。第1実施形態では、「所定の値」を1°に設定し、噴孔311の内側開口321の偏角β11に1°を加えた値(β11+1)を新たな偏角β12とする。具体的には、S102において偏角β11は0°としているため、1回目のS112では、新たな偏角β12として1°が算出される。1回目のS112において、新たな偏角を偏角β12とすると、2回目のS103に戻る。その後、2回目のS103からS107またはS108まで前述した処理に沿って進む。
また、偏角β12における最大値maxΣcosγが0または1回目のS110において更新された値より小さい場合、比較値Mを更新することなく、2回目のS111に進む。
最後にS113において、最大の比較値Mが求められた角度差γの組み合わせ[γs1、γt2、γu3、γv4、γw5、γx6]に基づいて噴孔31の内側開口32及び外側開口33の位置が決定される。
次に、本発明の第2実施形態による燃料噴射弁を図7〜9に基づいて説明する。第2実施形態は、噴射部の形状及び噴孔を形成する位置を求める方法が第1実施形態と異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
具体的には、一の噴孔311に形成される可能性がある逃げ角θは、定数A、B、Cを用いて式(1)のように6個の計算式から表される。
θ11=A×R1+B×cosγ11+C、θ21=A×R2+B×cosγ21+C、θ31=A×R3+B×cosγ31+C、θ41=A×R4+B×cosγ41+C、θ51=A×R5+B×cosγ51+C、θ61=A×R1+B×cosγ61+C・・・(7)
なお、逃げ角θ11は、一の噴孔311が燃料の6つの噴射方向のうちの1つの噴射方向を表す偏角α1に燃料を噴射した場合の噴孔311の仮想直線L1と仮想平面F1とがなす角度である。他の逃げ角θ21、θ31、θ41、θ51、θ61についても同様である。また、定数A、B、Cは、噴射部301の外壁303の形状、例えば、曲率半径や噴射部301の直径などにより決定される
θ12=A×R1+B×cosγ12+C、θ22=A×R2+B×cosγ22+C、θ32=A×R3+B×cosγ32+C、θ42=A×R4+B×cosγ42+C、θ52=A×R5+B×cosγ52+C、θ62=A×R6+B×cosγ62+C・・・(8)
θ13=A×R1+B×cosγ13+C、θ23=A×R2+B×cosγ23+C、θ33=A×R3+B×cosγ33+C、θ43=A×R4+B×cosγ43+C、θ53=A×R5+B×cosγ53+C、θ63=A×R6+B×cosγ63+C・・・(9)
θ14=A×R1+B×cosγ14+C、θ24=A×R2+B×cosγ24+C、θ34=A×R3+B×cosγ34+C、θ44=A×R4+B×cosγ44+C、θ54=A×R5+B×cosγ54+C、θ64=A×R6+B×cosγ64+C・・・(10)
θ15=A×R1+B×cosγ15+C、θ25=A×R2+B×cosγ25+C、θ35=A×R3+B×cosγ35+C、θ45=A×R4+B×cosγ45+C、θ55=A×R5+B×cosγ55+C、θ65=A×R6+B×cosγ65+C・・・(11)
θ16=A×R1+B×cosγ16+C、θ26=A×R2+B×cosγ26+C、θ36=A×R3+B×cosγ36+C、θ46=A×R4+B×cosγ46+C、θ56=A×R5+B×cosγ56+C、θ66=A×R6+B×cosγ66+C・・・(12)
図9に逃げ角θと噴射ノズルの外壁に付着する燃料の量との関係を示す。発明者らは、逃げ角θが72°以上の大きさになると、噴射ノズルの外壁に付着する燃料の量が比較的少なくなることを実験的に見いだしている。そこで、1回目のS205で算出した噴孔311、312、313、314、315、316それぞれの逃げ角θが72°以上となるように噴孔311、312、313、314、315、316の逃げ角θを組み合わせる。
そこで、1回目のS206では、組み合わせ[θs1、θt2、θu3、θv4、θw5、θx6]が1通りに決まるか否かを判定する。組み合わせが1通りに決まる場合、S208に進む。1回目のS206において、組み合わせが2つ以上となる場合、または、逃げ角θが72°以上となる噴孔31の組み合わせがない場合、1回目のS207に進み、6つの噴孔31の逃げ角θの総和Σθが最も大きくなる組み合わせ[θs1、θt2、θu3、θv4、θw5、θx6]を選択する。
逃げ角θが全て72°以上となる組み合わせ[θs1、θt2、θu3、θv4、θw5、θx6]である場合、S210に進む。S210において、しきい値Kが0であるか否かを判定する。しきい値Kは、図8に示すフローチャートにおいて、特定のフローに進むか否かを判定するためのしきい値であって、本処理を開始するとき、しきい値Kは0に設定されている。1回目のS210の場合、S212に進み、S212において、しきい値Kを1とする。
また、逃げ角θが72°より小さい組み合わせ[θs1、θt2、θu3、θv4、θw5、θx6]である場合、S209に進む。S209において、しきい値Kが0であるか否かを判定する。前述したように、1回目のS210の場合、しきい値Kは0に設定されているため、S211に進む。1回目のS211において、6つの噴孔31の逃げ角θの総和Σθの最大値maxΣθが比較値M以上か否かを判定する。本処理を開始するとき、比較値Mは0に設定されている。1回目のS211において、最大値maxΣθが0以上である場合、S213に進む。また、最大値maxΣθが0より小さい場合、S214に進む。
1回目のS215において、1回目のS203において仮に配置された一の噴孔の内側開口の偏角に所定の角度を加える。第2実施形態では、「所定の値」を1°に設定し、噴孔311の内側開口321の偏角β11に1°を加えた値(β11+1)を新たな偏角β12とする。その後、2回目のS203に戻る。その後、2回目のS203からS208まで前述した処理に沿って進む。
2回目のS213において、比較値Mの値を2回目のS206またはS207で選択した組み合わせの逃げ角θの総和Σθの最大値maxΣθに変更する。
最後にS216において、最大の比較値Mを算出した組み合わせ[θs1、θt2、θu3、θv4、θw5、θx6]に基づいて噴孔31の内側開口32及び外側開口33の位置が決定される。
次に、本発明の第3実施形態による燃料噴射弁を図10に基づいて説明する。第3実施形態は、噴孔を形成する位置を求める方法が第1実施形態と異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
6つの噴孔31と燃料の噴射方向との組み合わせは、720通り考えられる。これらの組み合わせのうち、ある組み合わせ[γs1、γt2、γu3、γv4、γw5、γx6]において、角度差γの余弦値cosγが最小となる角度差γが必ず存在する。この各組み合わせにおける最小の余弦値を最小余弦値min(cosγ)とすると、720通りの組み合わせそれぞれに最小余弦値min(cosγ)が存在する。そこで、S306において、720通りの最小余弦値min(cosγ)のうち最大の最小余弦値max{min(cosγ)}をもつ角度差γの組み合わせ[γs1、γt2、γu3、γv4、γw5、γx6]を求める。これにより、1回目のS306において、一の噴孔311が特定の偏角を有するときの噴射ノズル30の外壁303に最も燃料が付着しにくい6つの噴孔31の配置を求めることができる。
1回目のS312において、1回目のS303において仮に配置された一の噴孔の内側開口の偏角に所定の角度を加える。第3実施形態では、「所定の値」を1°に設定し、噴孔311の内側開口321の偏角β11に1°を加えた値(β11+1)を新たな偏角β12とする。その後、2回目のS303に戻る。その後、2回目のS303からS310まで前述した処理に沿って進む。
最後にS313において、最大の比較値Mが求められた角度差γの組み合わせ[γs1、γt2、γu3、γv4、γw5、γx6]に基づいて噴孔31の内側開口32及び外側開口33の位置が決定される。
次に、本発明の第4実施形態による燃料噴射弁を図11に基づいて説明する。第4実施形態は、第3実施形態と異なり、噴射ノズルの噴射部の外壁に凹部が形成されている点が異なる。なお、第3実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
凹部362は、仮想面V1より噴射ノズル30内部側に凹むように形成されている。凹部362を形成する内壁のうち外側開口332の開口端を接点とする仮想平面を投影仮想平面F21とし、凹部362を形成しない場合の外側開口337の開口端を接点とする仮想平面を投影仮想平面F20とする。このとき、噴孔312の内側開口322の中心C322と外側開口332の中心C332とを結ぶ直線を仮想直線L7と投影仮想平面F21とがなす逃げ角θ21は、仮想直線L7と投影仮想平面F20とがなす逃げ角θ20より大きくなる。すなわち、外側開口の縁部に凹部を形成することにより逃げ角θを大きくすることができる。これにより、第4実施形態による燃料噴射弁4は、第1実施形態と同じ効果を奏する。
次に、本発明の第5実施形態による燃料噴射弁を図12に基づいて説明する。第5実施形態は、第4実施形態と異なり、凹部の形状が異なる。なお、第3実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
凹部372は、仮想面V1より噴射ノズル30内部側に凹むように形成されている。凹部372は、外側開口332の開口端を含む底面382と、底面382より噴孔312の内側開口322の中心C322と外側開口332の中心C332とを結ぶ直線である仮想直線L8の方向に立ち上がるよう形成される側面392と、から形成されている。
(ア)上述の実施形態では、噴孔の数は6個とした。しかしながら、噴孔の数はこれに限定されない。1つ以上あればよい。
20 ・・・ハウジング、
31、311、312、313、314、315、316・・・噴孔、
32、321、322、323、324、325、326・・・内側開口、
33、331、332、333、334、335、336・・・外側開口、
330 ・・・開口端、
35 ・・・固定コア、
38 ・・・コイル、
40 ・・・ニードル、
47 ・・・可動コア、
C321、C331 ・・・中心、
F1 ・・・仮想平面(第1仮想平面)、
L1 ・・・仮想直線、
θ ・・・逃げ角。
図2(b)には、噴孔311、312、313、314、315、316のうち噴孔311の断面図を示す。ここで、噴孔311の内側開口321の中心C321と外側開口331の中心C331とを結ぶ直線を仮想直線L1とする。また、外側開口331の開口端330上の点を接点とする平面のうち仮想直線L1となす角度が最小となる平面を仮想平面F1とすると、仮想直線L1と仮想平面F1とがなす角度を逃げ角θ1とする。なお、仮想直線L1の方向は、噴孔311から噴射される燃料の噴射方向に等しくなる。図2(b)では、噴孔311について説明しているが、他の噴孔312、313、314、315、316についても同様の定義で逃げ角が決定される。第1実施形態による燃料噴射弁1では、噴孔311、312、313、314、315、316それぞれの逃げ角θが最大となるように、内側開口321、322、323、324、325、326及び外側開口331、332、333、334、335、336が形成されている。
1回目のS112において、1回目のS103において仮に配置された一の噴孔の内側開口の偏角に所定の角度を加える。第1実施形態では、「所定の値」を1°に設定し、噴孔311の内側開口321の偏角β11に1°を加えた値(β11+1)を新たな偏角β12とする。具体的には、S102において偏角β11は0°としているため、1回目のS112では、新たな偏角β12として1°が算出される。1回目のS112において、新たな偏角を偏角β12とすると、2回目のS103に戻る。その後、2回目のS103からS107またはS108まで前述した処理に沿って進む。
最後にS113において、最大の比較値Mが求められた角度差γの組み合わせ[γs1、γt2、γu3、γv4、γw5、γx6]に基づいて噴孔31の内側開口32及び外側開口33の位置が決定される。
最後にS216において、最大の比較値Mを算出した組み合わせ[θs1、θt2、θu3、θv4、θw5、θx6]に基づいて噴孔31の内側開口32及び外側開口33の位置が決定される。
Claims (13)
- 軸方向の一端に形成され燃料が噴射される噴孔(31)、前記噴孔の周囲に形成される弁座(34)、および前記噴孔への燃料が流通する燃料通路(18)を形成する筒状のハウジング(20)と、
前記ハウジング内に軸方向に往復移動可能に設けられ、前記弁座に離間または当接するとき前記噴孔を開閉するニードル(40)と、
通電されるとき磁界を発生するコイル(38)と、
前記ハウジング内で前記コイルが発生する磁界内に固定される固定コア(35)と、
前記固定コアの前記弁座側に設けられ、前記ニードルとともに前記ハウジングの軸方向に往復移動可能に収容され、前記コイルに通電されるとき前記固定コアの方向に吸引される可動コア(47)と、
を備え、
前記ハウジングの内壁に形成される前記噴孔の内側開口(321、322、323、324、325、326)及び前記ハウジングの外壁(303)に形成される前記噴孔の外側開口(331、332、333、334、335、336)は、前記内側開口の中心(C321)と前記外側開口の中心(C331)とを結ぶ仮想直線(L1)と前記外側開口の開口端(330)を接点とする平面のうち前記仮想直線となす角度が最小となる仮想平面(F1)とがなす角度である逃げ角(θ)が最大となるよう形成されることを特徴とする燃料噴射弁。 - 前記内側開口及び前記外側開口は、前記逃げ角が所定の角度以上となるよう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。
- 前記所定の角度は、72度であることを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射弁。
- 前記噴孔は、複数形成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 複数の前記噴孔が形成される前記ハウジングの噴射部(301)は、外壁(303)が前記ハウジングの中心軸(φ0)を対称軸として線対称となるよう形成され、
複数の前記噴孔の前記内側開口及び前記外側開口は、前記噴孔から噴射される燃料の噴射方向及び前記内側開口を前記中心軸に直交する投影仮想平面(F2)に投影したとき、前記中心軸と前記投影仮想平面との交点(P1)を通る前記投影仮想平面上の基準軸(X)に対する前記投影仮想平面上の前記内側開口の投影像(P321、P322、P323、P324、P325、P326)が位置する角度(β)と前記基準軸に対する前記投影仮想平面上の前記噴射方向の角度(α)との差の絶対値(γ)の余弦値の総和が最大となるように形成されることを特徴とする請求項4に記載の燃料噴射弁。 - 前記内側開口及び前記外側開口は、前記投影仮想平面上の前記噴射方向の動径(R)と前記余弦値との積の総和が最大となるよう形成されることを特徴とする請求項5に記載の燃料噴射弁。
- 複数の前記噴孔が形成される前記ハウジングの噴射部(301)は、外壁(303)が前記ハウジングの中心軸(φ0)を対称軸として線対称となるよう形成され、
複数の前記噴孔の前記内側開口及び前記外側開口は、前記噴孔から噴射される燃料の噴射方向及び前記内側開口を前記中心軸に直交する投影仮想平面(F2)に投影したとき、前記中心軸と前記投影仮想平面との交点(P1)を通る前記投影仮想平面上の基準軸(X)に対する前記投影仮想平面上の前記内側開口の投影像(P321、P322、P323、P324、P325、P326)が位置する角度(β)と前記基準軸に対する前記投影仮想平面上の前記噴射方向の角度(α)との差の絶対値(γ)の余弦値のうち最小の余弦値が最大となることを特徴とする請求項4に記載の燃料噴射弁。 - 前記内側開口及び前記外側開口は、前記余弦値の総和が最大となるよう形成されることを特徴とする請求項7に記載の燃料噴射弁。
- 複数の前記内側開口は、同一円(C1)の円周上に形成されることを特徴とする請求項4から8のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 複数の前記噴孔の前記仮想直線及び複数の前記外側開口を前記ハウジングの中心軸に直交する投影仮想平面(F2)に投影したとき、前記投影仮想平面上に投影された複数の前記噴孔のうちの一の噴孔の前記仮想直線の投影像は、前記投影仮想平面上に投影された前記一の噴孔を除く他の噴孔の前記外側開口の投影像以外の位置を通ることを特徴とする請求項4から9のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記外側開口(332、333、334、335)を形成する縁部は、前記逃げ角が所定の角度以上となるよう凹部(362、363、364、365、372、373、374、375)を有することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記凹部は、前記外側開口および前記凹部を前記仮想直線に直交する直交仮想平面上(F3)に投影したとき前記直交仮想平面上に投影された前記外側開口の開口端上の点(E332)から前記直交仮想平面上に投影された前記凹部の底面の外周端上の点のうち少なくとも1点(E382)までの距離(D1)が0.2mmより小さいとき、前記凹部を前記仮想直線に平行な平行仮想平面(F4)上に投影したとき前記平行仮想平面上に投影された前記底面の外周端上の点(F382)から前記平行仮想平面上に投影された前記凹部の開口端上の点(G382)までの距離(D2)が0.1mm以下となるよう形成されることを特徴とする請求項11に記載の燃料噴射弁。
- 前記凹部は、前記外側開口および前記凹部を前記仮想直線に直交する直交仮想平面(F3)上に投影したとき前記直交仮想平面上に投影された前記外側開口の開口端上の点(E332)から前記直交仮想平面上に投影された前記凹部の底面の外周端上の点のうち少なくとも1点(E382)までの距離(D1)が0.2mm以上であるとき、前記凹部を前記仮想直線に平行な平行仮想平面(F4)上に投影したとき前記平行仮想平面上に投影された前記底面の外周端上の点(F382)から前記平行仮想平面上に投影された前記凹部の開口端上の点(G382)までの距離(D2)が0.2mm以下となるよう形成されることを特徴とする請求項11に記載の燃料噴射弁。
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