JP2016003628A

JP2016003628A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2016003628A
Application number: JP2014125464A
Authority: JP
Inventors: 典嗣加藤; Noritsugu Kato
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2016-01-12
Anticipated expiration: 2034-06-18
Also published as: JP6201908B2

Abstract

【課題】噴孔から噴射される燃料の微粒化を図りつつ、閉弁間際に軸心付近にある燃料を噴孔へ流れ易くする燃料噴射弁を提供する。【解決手段】噴孔３４の燃料流入口６３の縁は、弁座３５側に位置する弁座側縁部６６と、軸心ＡＸ１側に位置する軸心側縁部６７とから構成されている。軸心側縁部６７は、弁座側縁部６６よりも丸みを帯びている。つまり、軸心側縁部６７を形成している壁面の最小曲率半径は、弁座側縁部６６を形成している壁面の最小曲率半径よりも大きい。一方、弁座側縁部６６は、軸心側縁部６７よりも尖ったシャープエッジである。軸心側縁部６７のうち軸心ＡＸ１に最も近い箇所を最接近部６８とすると、噴孔３４は、軸心ＡＸ１および最接近部６８を通る断面において燃料流入口６３から燃料流出口６５に向かって流路断面積が大きくなるようテーパ状に形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

従来から、燃料噴射弁により噴射される燃料を微粒化して燃料と空気との混合を促進する技術がある。特許文献１に開示された燃料噴射弁のノズルボディは、弁座と弁体の軸心との間に噴孔を有し、当該噴孔の燃料流入口から燃料流出口に向けて砥粒流動体を流すことによって噴孔の燃料流入口の縁の全周が丸められている。これにより、燃料が持つ運動エネルギをロスなく噴孔の燃料流出口まで導いて流速を高めることによって、燃料の微粒化を図っている。また、噴孔の燃料流入口の縁が丸いと、閉弁間際に軸心付近にある燃料が噴孔へ流れ易くなる。

特開２００８−６８３６０号公報

ところで、燃圧が比較的低い場合などには、噴孔の燃料流入口の縁を尖らせることによって、当該縁で燃料の流れを剥離させてキャビテーションの発生を促す方が、燃料の微粒化に有効である。この場合、噴孔の燃料流入口の縁は、特許文献１のように研磨を行わず、例えば切削加工や放電加工などで噴孔を形成したままの状態とすればよい。

しかしながら、噴孔の燃料流入口の縁の全周を尖らせたままにすると、前述のように閉弁間際に軸心付近にある燃料を噴孔へ流れ易くする効果が失われる欠点がある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、噴孔から噴射される燃料の微粒化を図りつつ、閉弁間際に軸心付近にある燃料を噴孔へ流れ易くする燃料噴射弁を提供することである。

本発明による燃料噴射弁は、燃料通路を有しているハウジングと、ハウジング内で軸方向へ移動可能な弁体と、燃料通路の端部を塞ぐように設けられているノズルボディと、弁体を軸方向へ駆動可能な駆動部とを備えている。ノズルボディは、弁体が当接可能な弁座を形成し、弁座と弁体の軸心との間に噴孔を有している。

ここで、噴孔の燃料流入口の縁のうち弁座側に位置する部分を弁座側縁部とし、軸心側に位置する部分を軸心側縁部とする。また、軸心側縁部のうち軸心に最も近い箇所を最接近部とする。その場合、噴孔は、軸心および最接近部を通る断面において燃料流入口から燃料流出口に向かって流路断面積が大きくなるようテーパ状に形成されている。また、軸心側縁部は弁座側縁部よりも丸みを帯びている。

このように弁座側縁部を尖らせつつ軸心側縁部を丸めることによって、尖った弁座側縁部で燃料の流れを剥離させてキャビテーションの発生を促すことによって燃料の微粒化を図りつつ、丸みを帯びた軸心側縁部によって閉弁間際に軸心付近の燃料を噴孔へ流れ易くすることができる。
さらに、燃料流入口に対して燃料流出口が拡大するよう噴孔を拡大流路とすることによって、噴孔内での液膜化を促進させ、燃料のさらなる微粒化を図ることができる。

本発明の第１実施形態によるノズルボディが適用された燃料噴射弁を説明する断面図である。図１の燃料噴射弁の先端部の拡大断面図である。図２のＩＩＩ部分の拡大図である。図３のノズルボディの底部を矢印ＩＶ方向から見た図である。図３のＶ部分の拡大図である。図３のノズルボディとニードルとの間に形成される流路における燃料の流れを概念的に示す図である。本発明の第２実施形態によるノズルボディの底部を示す図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図１に示す。燃料噴射弁１０は、例えば、図示しない内燃機関の各気筒に設けられ、燃焼室に直接的に燃料を噴射するものである。

［全体構成］
先ず、燃料噴射弁１０の全体構成について図１、図２を参照して説明する。
燃料噴射弁１０は、ハウジング２１、ノズルボディ３１、ニードル４１、可動コア４８、コイル５１、固定コア５２、およびスプリング５３等を備えている。

ハウジング２１は、第１筒部材２２、第２筒部材２３および第３筒部材２４から構成されている。第１筒部材２２、第２筒部材２３および第３筒部材２４は、その順で軸方向へ連なるように配置され、互いに接合されている。第１筒部材２２および第３筒部材２４は磁性材から作られている。一方、第２筒部材２３は非磁性材から作られている。

ノズルボディ３１は、有底筒状であり、ハウジング２１の第１筒部材２２のうち第２筒部材２３とは反対側の端部に固定されている筒部３２と、筒部３２の一方の端部を塞いでいる底部３３とを形成している。底部３１は複数の噴孔３４を有している。

ニードル４１は、ハウジング２１およびノズルボディ３１の内側に設けられ、軸方向へ往復移動可能である。ニードル４１とハウジング２１との間、および、ニードル４１とノズルボディ３１の筒部３２との間には、筒状空間４２が形成されている。ニードル４１のノズルボディ３１側の端部は、ノズルボディ３１の底部３３の内壁にある環状の弁座３５に接近および離間可能なシール部４３を形成している。シール部４３は、弁座３５から離間すると、筒状空間４２と噴孔３４とを接続するシール部通路４４を弁座３５との間に形成する。以下、シール部４３が弁座３５から離間する方向を開弁方向といい、シール部４３が弁座３５に接近する方向を閉弁方向という。ニードル４１の他方の端部は、鍔部４５を形成している。また、ニードル４１の他方の端部は、端面から軸方向へ延びる有底穴４６と、有底穴４６から径方向外側に貫通する通孔４７とを有している。ニードル４１は、特許請求の範囲に記載の「弁体」に相当する。

可動コア４８は、第１筒部材２２および第２筒部材２３の内側であって、ニードル４１の鍔部４５に対しノズルボディ３１側に設けられている筒状部材であり、磁性材から作られている。可動コア４８の内側にはニードル４１が挿入されている。可動コア４８は、ハウジング２１およびニードル４１に対し軸方向へ相対移動可能であり、ノズルボディ３１とは反対側に移動したときニードル４１の鍔部４５に当接可能である。

コイル５１は、第２筒部材２３および第３筒部材２４の外側を囲むように設けられており、通電されると磁力を生じる。
固定コア５２は、第３筒部材２４の内側であって、可動コア４８に対しノズルボディ３１とは反対側に設けられている筒状部材であり、第３筒部材２４に固定されている。固定コア５２は磁性材から作られている。

スプリング５３は、圧縮コイルスプリングであり、ニードル４１の鍔部４５と、固定コア５２の内側に圧入固定されたアジャスティングパイプ５４との間に設けられ、ニードル４１を閉弁方向へ付勢している。

第３筒部材２４のうち第２筒部材２３とは反対側の端部には、燃料導入パイプ５５が接続されている。外部から燃料導入パイプ５５に供給された燃料は、固定コア５２の内部空間５６と、ニードル４１の有底穴４６および通孔４７とを経由して筒状空間４２まで流れる。筒状空間４２は、特許請求の範囲に記載の「燃料通路」を構成している。

第３筒部材２４および燃料導入パイプ５５の外側には、樹脂製のモールド部材５７が設けられている。モールド部材５７が形成しているコネクタ５８には、コイル５１を通電するための端子５９がインサートされている。

以上のように構成された燃料噴射弁１０では、コイル５１が通電されると、固定コア５２、可動コア４８、第１筒部材２２および第３筒部材２４に磁気回路が形成され、可動コア４８が固定コア５２に磁気吸引される。これにより、ニードル４１は、鍔部４５に当接する可動コア４８によって開弁方向へ移動させられる。このとき、ニードル４１のシール部４３は、弁座３５から離間した状態（開弁状態）となる。開弁状態においては、筒状空間４２の燃料は、シール部通路４４を経由して噴孔３４に流入したのち、燃料流出口６５から外部へ噴射される。

また、コイル５１への通電が停止されると、ニードル４１は、スプリング５３によって閉弁方向へ移動させられる。このとき、ニードル４１のシール部４３は、弁座３５に当接した状態（閉弁状態）となる。開弁状態においては、筒状空間４２が噴孔３４に対して閉鎖され、燃料の噴射が停止される。
第１筒部材２２、第３筒部材２４、可動コア４８、コイル５１、固定コア５２、およびスプリング５３は、ニードル４１を軸方向へ駆動可能な駆動部６０を構成している。

［特徴構成］
次に、ノズルボディ３１の特徴構成について図３〜図６を参照して説明する。
図３に示すように、底部３３の内壁の中央部、すなわち弁座３５に対して径方向内側には、凹部６１が形成されている。凹部６１はサック室６２を有している。筒状空間４２は、開弁時、シール部通路４４を介してサック室６２に連通する。

弁座３５は、サック室６２を囲うように環状に形成され、軸方向においてサック室６２側ほど内径が小さくなるテーパ面である。
図３、図４に示すように、噴孔３４は、サック室６２に連通するよう、軸心ＡＸ１と弁座３５との間に設けられている。本実施形態では、噴孔３４は、軸心ＡＸ１まわりの周方向に並ぶように６つ設けられている。噴孔３４の燃料流入口６３は、凹部６１の底面に開口しており、弁座３５を含む仮想的な円錐面の母線Ｌ上に位置している。

図３〜図５に示すように、噴孔３４のサック室６２側の縁、すなわち噴孔３４の燃料流入口６３の縁は、弁座３５側に位置する弁座側縁部６６と、軸心ＡＸ１側に位置する軸心側縁部６７とから構成されている。軸心側縁部６７は、弁座側縁部６６よりも丸みを帯びている。つまり、軸心側縁部６７を形成している壁面の最小曲率半径は、弁座側縁部６６を形成している壁面の最小曲率半径よりも大きい。一方、弁座側縁部６６は、軸心側縁部６７よりも尖ったシャープエッジである。本実施形態では、弁座側縁部６６の周長は、軸心側縁部６７の周長と同じである。

軸心側縁部６７のうち軸心ＡＸ１に最も近い箇所を最接近部６８とすると、図３、図５は、軸心ＡＸ１および最接近部６８を通る断面である。噴孔３４は、軸心ＡＸ１および最接近部６８を通る断面において燃料流入口６３から燃料流出口６５に向かって流路断面積が大きくなるようテーパ状に形成されている。

噴孔３４の中心線ＡＸ２は、軸心ＡＸ１および最接近部６８を通る断面において、燃料流出口６５側ほど軸心ＡＸ１から離れるよう傾斜している。中心線ＡＸ２は、燃料流入口６３の中心と燃料流出口６５の中心とを結ぶ直線である。
軸心側縁部６７は、軸心ＡＸ１および最接近部６８を通る断面において、母線Ｌと交差することなく、且つ母線Ｌに対して燃料流出口６５とは反対側に位置している。つまり、母線Ｌは、噴孔３４の内壁面６９と交差している。

サック室６２は、軸心ＡＸが通る部分に位置している全開時燃料停滞空間７１と、全開時燃料停滞空間を取り囲む環状空間である全開時燃料流動空間７２とから構成されている。全開時燃料停滞空間７１では、ニードル４１の全開時に燃料の流れが停滞する。一方、全開時燃料流動空間７２は、全開時燃料停滞空間７１を経由することなくシール部通路４４と噴孔３４とを接続可能であり、全開時燃料流動空間７２には、ニードル４１の全開時に燃料が積極的に流れる。

以上のように構成されたノズルボディ３１では、図６に示すように、筒状空間４２の燃料は、開弁時、シール部通路４４から径方向内側に向かう流れを形成してサック室６２の全開時燃料流動空間７２に流入する。サック室６２の全開時燃料流動空間７２に流入した燃料は、そのまま母線Ｌに沿って流れ、噴孔３４の内壁面６９に衝突する。内壁面６９に衝突した燃料は、流れの方向を約９０度変えて燃料流出口６５に向かう。

また、噴孔３４のうち弁座３５側の領域では、弁座側縁部６６で燃料の流れが剥離することによってキャビテーションが促進され、燃料の気化が進行する。
噴孔３４を流れる燃料は、乱れが高く且つ液膜状のままで、さらに一部がキャビテーションにより気化した状態で燃料流出口６５から外部に噴射される。そのため、燃料が微粒化される。

サック室６２の全開時燃料停滞空間７１の燃料は、ニードル４１の全開時にはその場で停滞する一方で、ニードル４１が全閉する間際には噴孔３４を経由して外部へ流れ出ようとする。このとき、軸心側縁部６７が丸みを帯びていることによって、燃料が全開時燃料停滞空間７１から噴孔３４まで流れ易くなっている。

［効果］
以上説明したように、第１実施形態では、噴孔３４の軸心側縁部６７は弁座側縁部６６よりも丸みを帯びている。このように弁座側縁部６６を尖らせつつ軸心側縁部６７を丸めることによって、尖った弁座側縁部６６で燃料の流れを剥離させてキャビテーションの発生を促すことによって燃料の微粒化を図りつつ、丸みを帯びた軸心側縁部６７によって閉弁間際に軸心ＡＸ１付近の燃料を噴孔３４へ流れ易くすることができる。

さらに、噴孔３４は、軸心ＡＸ１および最接近部６８を通る断面において燃料流入口６３から燃料流出口６５に向かって流路断面積が大きくなるようテーパ状に形成されている。このように燃料流入口６３に対して燃料流出口６５が拡大するよう噴孔３４を拡大流路とすることによって、噴孔３４内での液膜化を促進させ、燃料のさらなる微粒化を図ることができる。

また、第１実施形態では、軸心ＡＸ１と最接近部６８とを通る断面において、最接近部６８は、母線Ｌと交差することなく、且つ母線Ｌに対して燃料流出口６５とは反対側に位置している。このような噴孔３４を有するノズルボディ３１によれば、開弁時、シール部通路４４から母線Ｌに沿って流れる燃料を噴孔３４の内壁面６９に衝突させることができる。そのため、噴孔３４を流れる燃料は、乱れが高く且つ液膜状のままで燃料流出口６５から外部に噴射される。そのため、燃料の微粒化を促進することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態では、図７に示すように、ノズルボディ８１の噴孔８２の弁座側縁部８３の周長は、軸心側縁部８４の周長よりも長い。つまり、弁座側縁部８３の端部は、第１実施形態における弁座側縁部６６の端部と比べて軸心ＡＸ１側に位置している。このようなノズルボディ８１によれば、弁座側縁部８３による燃料の微粒化の効果を高めることができる。

＜他の実施形態＞
本発明の他の実施形態では、各噴孔の周方向間隔は等間隔でなくてもよい。また、軸心を基準とした各噴孔の径方向位置は一致しなくてもよい。要するに、各噴孔は、サック室の底面にランダムに配置され得る。
本発明の他の実施形態では、噴孔の弁座側縁部の周長は、軸心側縁部の周長よりも短くてもよい。
前述の実施形態では、ハウジングとノズルボディとが別体に形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、ハウジングとノズルボディとを一体に形成することとしてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・燃料噴射弁
２１・・・ハウジング
３１、８１・・・ノズルボディ
３４、８２・・・噴孔
３５・・・弁座
４１・・・ニードル（弁体）
４２・・・筒状空間（燃料通路）
６０・・・駆動部
６３・・・燃料流入口
６５・・・燃料流出口
６６、８３・・・弁座側縁部
６７、８４・・・軸心側縁部
ＡＸ１・・・軸心

Claims

燃料通路（４２）を有しているハウジング（２１）と、
前記ハウジング内で軸方向へ移動可能な弁体（４１）と、
前記燃料通路の端部を塞ぐように設けられ、前記弁体が当接可能な弁座（３５）を形成し、当該弁座と前記弁体の軸心（ＡＸ１）との間に噴孔（３４、８２）を有しているノズルボディ（３１、８１）と、
前記弁体を軸方向へ駆動可能な駆動部（６０）と、
を備え、
前記噴孔の燃料流入口の縁のうち前記弁座側に位置する部分を弁座側縁部（６６、８３）とし、前記燃料流入口の縁のうち前記軸心側に位置する部分を軸心側縁部（６７、８４）とし、前記軸心側縁部のうち前記軸心に最も近い箇所を最接近部（６８）とすると、
前記噴孔は、前記軸心および前記最接近部を通る断面において当該噴孔の前記燃料流入口（６３）から燃料流出口（６５）に向かって流路断面積が大きくなるようテーパ状に形成され、
前記軸心側縁部は前記弁座側縁部よりも丸みを帯びていることを特徴とする燃料噴射弁（１０）。
前記弁座は、前記噴孔側ほど内径が小さいテーパ面であり、
前記軸心側縁部の前記最接近部は、前記軸心と前記最接近部とを通る断面において、前記弁座を含む仮想的な円錐面の母線（Ｌ）に対して前記燃料流出口とは反対側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
前記弁座側縁部（８３）の周長は、前記軸心側縁部（８４）の周長よりも長いことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
前記ノズルボディは、前記弁座に対する径方向内側で前記弁体との間にサック室を区画形成し、
前記サック室は、
前記軸心が通る部分に位置し、前記弁体の全開時に燃料の流れが停滞する全開時燃料停滞空間（７１）と、
前記全開時燃料停滞空間を取り囲む環状空間であり、前記全開時燃料停滞空間を経由することなく前記シール部通路と前記噴孔とを接続可能であり、前記弁体の全開時に燃料が積極的に流れる全開時燃料流動部（７２）と、
から構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。