JP2017002876A - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
Description
ノズルボディは、噴孔及び噴孔の内側開口の周囲に形成される弁座を有し、有底筒状に形成されている。
ニードルは、ノズルボディ内に往復移動可能に設けられ、弁座に当接すると噴孔を閉じ弁座から離間すると噴孔を開く。
駆動部は、ニードルを往復移動可能である。
本発明の燃料噴射弁は、内側開口の断面積が外側開口の断面積に比べ小さくなるよう噴孔が形成され、内側開口の中心と外側開口の中心とを通る噴孔軸を含む平面であってかつノズルボディの中心軸に平行または中心軸を含む平面である第一平面における内側開口の断面の長さを長さRi1、第一平面における外側開口の断面の長さを長さRo1、噴孔軸を含む平面であってかつ第一平面に対して垂直な平面である第二平面における内側開口の断面の長さを長さRi2、及び、第二平面における外側開口の断面の長さを長さRo2とするとき、噴孔は、式(1)の関係を満たすよう形成されることを特徴とする。
(Ro1/Ri1)<(Ro2/Ri2) ・・・式(1)
本発明の第一実施形態による燃料噴射弁を図1〜5に基づいて説明する。図1には、第一実施形態による燃料噴射弁1の断面図を示す。なお、図1には、ニードル40が弁座305から離間する方向である開弁方向、及び、ニードル40が弁座305に当接する方向である閉弁方向を図示する。
軸部41は、円筒棒状の部位である。軸部41とシール部42との間には摺接部45が設けられている。摺接部45は、略円筒状の部位であって、外壁451の一部が面取りされている。摺接部45は、外壁451の面取りされていない部分が噴射ノズル30の内壁と摺接可能である。これにより、ニードル40は、弁座305側の先端部での往復移動が案内される。軸部41は、摺接部45が設けられる側とは反対側に端部に軸部41の内壁と外壁とを接続する孔46を有する。
シール部42は、軸部41の弁座305側の端部に弁座305に当接可能に設けられている。ニードル40は、シール部42が弁座305に当接すると噴孔31、32、33、34、35、36が閉じられる。また、シール部42が弁座305から離間すると噴孔31、32、33、34、35、36が開く。
大径部43は、軸部41のシール部42とは反対側に設けられている。大径部43は、その外径が軸部41の外径より大きい。大径部43の弁座305側の端面は、可動コア47に当接している。
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305に着座した状態、すなわち閉弁状態となる。
(Ro11/Ri11)<(Ro21/Ri21) ・・・式(2)
ここで、長さRi11は、噴孔36の第一平面における内側開口361の断面の長さである。具体的には、長さRi11は、噴孔36の第一平面において中心C361を通り噴孔軸HC36に対して垂直な仮想線Li11が噴孔36の第一平面における噴孔通路360の内壁の断面形状線L363、L364または当該内壁の断面形状線L363、L364の延長線Le36と交わる二点間の距離である。
また、長さRo11は、噴孔36の第一平面における外側開口362の断面の長さであって、具体的には、長さRo11は、噴孔36の第一平面において中心C362を通り噴孔軸HC36に対して垂直な仮想線Lo11が噴孔36の第一平面における噴孔通路360の内壁の断面形状線L363、L364または当該内壁の断面形状線L363、L364の延長線Le36と交わる二点間の距離である。
また、長さRi21は、噴孔36の第二平面における内側開口361の断面の長さである。具体的には、長さRi21は、噴孔36の第二平面において中心C361を通り噴孔軸HC36に対して垂直な仮想線Li21が噴孔36の第一平面における噴孔通路360の内壁の断面形状線L365、L366または当該内壁の断面形状線L365、L366の延長線Le36と交わる二点間の距離である。
また、長さRo21は、噴孔36の第二平面における外側開口362の断面の長さである。具体的には、長さRo21は、噴孔36の第二平面において中心C362を通り噴孔軸HC36に対して垂直な仮想線Lo21が噴孔36の第一平面における噴孔通路360の内壁の断面形状線L365、L366または当該内壁の断面形状線L365、L366の延長線Le36と交わる二点間の距離である。
図5には燃料噴射弁1の噴孔36の第一平面における噴射ノズル30の断面図を示す。
図6には比較例の燃料噴射弁の断面図を示す。図6に示す断面図は、比較例の燃料噴射弁が有する噴射ノズル90の中心軸CA90と平行な平面であって噴孔96の噴孔軸HC96(図6(a)参照)を含む噴孔96の第一平面における噴射ノズル90の断面を示している。
図5、図6には、燃料の流れ方向を実線矢印F1で示し、噴孔を流れる燃料及び噴孔から噴射される燃料の表面を点線F0で示す。
ニードル40が弁座305から離間しノズルボディ20内の燃料が噴孔31、32、33、34、35、36から噴射されるとき、噴孔通路310、320、330、340、350、360の中心軸CA30側の内壁(噴孔通路360の場合、内壁363)に沿って流れる燃料は、噴孔通路310、320、330、340、350、360の中心軸CA30とは反対側の内壁にも沿って流れるよう噴孔通路310、320、330、340、350、360で広がる。噴孔通路310、320、330、340、350、360における燃料の広がりによって燃料が流れない噴孔通路310、320、330、340、350、360の内壁(噴孔通路360の場合、内壁364)の面積が比較的小さくなる。これにより、燃料の流れによって不完全燃焼生成物の付着が抑制され、不完全燃焼生成物が噴孔通路310、320、330、340、350、360の内壁に堆積しにくくなるため、噴孔31、32、33、34、35、36の断面形状の経時変化を小さくすることができる。したがって、燃料噴射弁1では、噴孔31、32、33、34、35、36から噴射される燃料の噴射量や噴射方向、噴射される燃料の微粒化の度合いなど燃料の噴射特性の経時変化を小さくすることができる。
次に、本発明の第二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。第二実施形態は、複数の噴孔間の噴孔の形状の関係が第一実施形態と異なる。なお、第一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。
噴孔51は、図7に示すように、噴孔軸HC51と中心軸CA50とがなす角度である噴射角θ51が噴孔軸HC56と中心軸CA50とがなす角度である噴射角θ56より小さくなるよう形成されている。
(Ro121/Ri121)<(Ro221/Ri221) ・・・式(3)
また、噴孔56は、噴孔56の第一平面における内側開口561の断面の長さを長さRi126、噴孔56の第一平面における外側開口562の断面の長さを長さRo126、噴孔56の第二平面における内側開口561の断面の長さを長さRi226、及び、噴孔56の第二平面における外側開口562の断面の長さを長さRo226とすると、式(4)で表される関係式を満たすよう形成される。
(Ro126/Ri126)<(Ro226/Ri226) ・・・式(4)
ここでは、噴孔51、56は、それぞれが式(3)、(4)の関係を満たすよう形成されるとしたが、燃料噴射弁2が有する他の噴孔についても同様の関係を満たすよう形成される。
そこで、第二実施形態による燃料噴射弁2では、図9(a)に示すように、噴射角が大きいほど当該噴孔の噴孔拡大比{(Ro1/Ri1)/(Ro2/Ri2)}を小さくするよう噴孔を形成する。これにより、噴射角が大きい噴孔ほど、外側開口の噴孔軸に垂直な断面形状は、内側開口の噴孔軸に垂直な断面形状に比べ噴射ノズル50の周方向に長くなるよう形成されている。これにより、不完全燃焼生成物が比較的堆積しやすい噴射角が大きい噴孔においても燃料が噴孔通路の内壁に沿って広がり、不完全燃焼生成物が堆積しにくくなる。したがって、第二実施形態は、第一実施形態の効果を奏するとともに、複数の噴孔間における燃料の噴霧状態のばらつきを小さくすることができる。
次に、本発明の第三実施形態による燃料噴射弁を図10〜14に基づいて説明する。第三実施形態は、噴孔の形状が第一実施形態と異なる。なお、第一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。
噴孔66は、噴射ノズル60の内壁603上の開口である内側開口661、噴射ノズル60の外壁604上の開口である外側開口662、及び、内側開口661と外側開口662とを連通する噴孔通路660などから構成されている。噴孔66は、内側開口661の中心C661と外側開口662の中心C662とを通る噴孔軸HC66を有する。噴孔66は、噴孔軸HC66に垂直な断面形状が曲線から形成されている。噴孔66は、図10、11に示すように、内側開口661の断面積が外側開口662の断面積に比べ小さくなるよう形成されている。
(Ro13/Ri13)<(Ro23/Ri23) ・・・式(5)
また、長さRo13は、噴孔66の第一平面において中心C662を通り噴孔軸HC66に対して垂直な仮想線Lo13が噴孔66の第一平面における噴孔通路660の内壁の断面形状線L663、L664または当該内壁の断面形状線L663、L664の延長線Le66と交わる二点間の距離である。
また、長さRi23は、噴孔66の第二平面において中心C661を通り噴孔軸HC66に対して垂直な仮想線Li23が噴孔66の第一平面における噴孔通路660の内壁の断面形状線L665、L666または当該内壁の断面形状線L665、L666の延長線Le66と交わる二点間の距離である。
また、長さRo23は、噴孔66の第二平面において中心C662を通り噴孔軸HC66に対して垂直な仮想線Lo23が噴孔66の第一平面における噴孔通路660の内壁の断面形状線L665、L666または当該内壁の断面形状線L665、L666の延長線Le66と交わる二点間の距離である。
α13<β23 ・・・式(6)
図12には燃料噴射弁3の噴孔66の第二平面における噴射ノズル60の断面図を示す。
図13には比較例の燃料噴射弁の断面図を示す。図13に示す断面図は、比較例の燃料噴射弁が有する噴射ノズル90の中心軸CA90と平行な平面であって噴孔96の内側開口961の中心C961と外側開口962の中心C962とを通る噴孔軸HC96を含む噴孔96の第二平面における噴射ノズル90の断面図を示している。
図12及び図13には、噴孔を流れる燃料及び噴孔から噴射される燃料の表面を点線F0で示す。
図14に示す特性図では、横軸に噴孔の第二広がり角を示し、縦軸に当該噴孔から噴射される燃料の平均粒子径を示している。図14より、第二広がり角が大きくなるほど燃料の平均粒子径は小さくなることが明らかとなった。
次に、本発明の第四実施形態による燃料噴射弁を図15〜17に基づいて説明する。第四実施形態は、複数の噴孔間の噴孔の形状の関係が第三実施形態と異なる。なお、第三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。
噴孔71は、図7に示すように、噴孔軸HC71と中心軸CA70とがなす角度である噴射角θ71が噴孔軸HC76と中心軸CA70とがなす角度である噴射角θ76より小さい。
(Ro141/Ri141)<(Ro241/Ri241) ・・・式(7)
また、噴孔76は、噴孔76の第一平面における内側開口761の断面の長さを長さRi146、噴孔76の第一平面における外側開口762の断面の長さを長さRo146、噴孔76の第二平面における内側開口761の断面の長さを長さRi246、及び、噴孔76の第二平面における外側開口762の断面の長さを長さRo246とすると、式(8)で表される関係式を満たすよう形成される。
(Ro146/Ri146)<(Ro246/Ri246) ・・・式(8)
ここでは、噴孔71、76は、それぞれが式(7)、(8)の関係を満たすよう形成されるとしたが、燃料噴射弁4が有する他の噴孔についても同様の関係を満たすよう形成される。
α141<β241 ・・・式(9)
α146<β246 ・・・式(10)
α146<α141 ・・・式(11)
β246>β241 ・・・式(12)
上述の実施形態では、第一平面は、噴射ノズルの中心軸に平行な平面であるとした。しかしながら、第一平面は、噴射ノズルの中心軸を含んでもよい。
305 ・・・弁座
31、32、33、34、35、36、51、56、66、71、76・・・噴孔
311、321、331、341、351、361、511、561、661、711、761・・・内側開口
312、322、332、342、352、362、512、562、662、712、762・・・外側開口
CA30、CA50、CA60、CA70・・・中心軸
HC36、HC51、HC56、HC66、HC71、HC76・・・噴孔軸
Claims (6)
- 噴孔(31、32、33、34、35、36、51、56、66、71、76)、及び、前記噴孔の内側開口(311、321、331、341、351、361、511、561、661、711、761)の周囲に形成される弁座(305)を有するノズルボディ(20)と、
前記ノズルボディ内に往復移動可能に設けられ、前記弁座に当接すると前記噴孔を閉じ前記弁座から離間すると前記噴孔を開くニードル(40)と、
前記ニードルを往復移動可能な駆動部(38、44、47)と、
を備え、
前記噴孔は、前記内側開口の断面積が前記噴孔の外側開口(312、322、332、342、352、362、512、562、662、712、762)の断面積に比べ小さくなるよう形成され、
前記内側開口の中心(C311、C321、C331、C341、C351、C361、C511、C561、C661、C711、C761)と前記外側開口の中心(C312、C322、C332、C342、C352、C362、C512、C562、C662、C712、C762)とを通る噴孔軸(HC36、HC51、HC56、HC66、HC71、HC76)を含む平面であってかつ前記ノズルボディの中心軸(CA30、CA50、CA60、CA70)に平行または前記中心軸を含む平面である第一平面における前記内側開口の断面の長さを長さRi1(Ri11、Ri121、Ri126、Ri13、Ri141、Ri146)、前記第一平面における前記外側開口の断面の長さを長さRo1(Ro11、Ro121、Ro126、Ro13、Ro141、Ro146)、前記噴孔軸を含む平面であってかつ前記第一平面に対して垂直な平面である第二平面における前記内側開口の断面の長さを長さRi2(Ri21、Ri221、Ri226、Ri23、Ri241、Ri246)、及び、前記第二平面における前記外側開口の断面の長さを長さRo2(Ro21、Ro221、Ro226、Ro23、Ro241、Ro246)とするとき、前記噴孔は、式(1)の関係を満たすよう形成されることを特徴とする燃料噴射弁。
(Ro1/Ri1)<(Ro2/Ri2) ・・・式(1) - 前記外側開口の断面形状は、前記第一平面における前記外側開口の断面の長さを短軸の長さとし、前記第二平面における前記外側開口の断面の長さを長軸の長さとする楕円形状であることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。
- 前記噴孔は、内壁が前記内側開口から前記外側開口に向かって前記噴孔軸から徐々に離れるよう形成され、前記内側開口と前記外側開口とを連通する噴孔通路(320、330、340、350、360、510、560、660、710、760)を有し、
前記第一平面における前記噴孔通路の内壁の断面と前記噴孔軸とがなす角度を第一広がり角α(α13、α141、α146)、及び、前記第二平面における前記噴孔通路の内壁の断面と前記噴孔軸とがなす角度を第二広がり角β(β23、β241、β246)とするとき、前記噴孔は、式(2)の関係を満たすよう形成される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。
α<β ・・・式(2) - 前記ノズルボディは、前記中心軸と前記噴孔軸とがなす角度である噴射角(θ51、θ56、θ71、θ76)が異なる複数の前記噴孔を有す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。
- 複数の前記噴孔は、噴射角が大きい噴孔ほど(Ro1/Ri1)/(Ro2/Ri2)が小さくなることを特徴とする請求項4に記載の燃料噴射弁。
- 複数の前記噴孔のうち噴射角が他の噴孔(71)に比べて大きい一の噴孔(76)の噴孔軸(HC76)を含む平面であってかつ前記中心軸に平行または前記中心軸を含む平面である前記一の噴孔の第一平面における前記一の噴孔の噴孔通路(760)の内壁の断面と前記一の噴孔の噴孔軸とがなす角度を前記一の噴孔の第一広がり角α1(α146)、前記他の噴孔の噴孔軸(HC71)を含む平面であってかつ前記中心軸に平行または前記中心軸を含む平面である前記他の噴孔の第一平面における前記他の噴孔通路(710)の内壁の断面と前記他の噴孔の噴孔軸とがなす角度を前記他の噴孔の第一広がり角α2(α141)、前記一の噴孔の噴孔軸を含む平面であってかつ前記一の噴孔の第一平面に対して垂直な平面である前記一の噴孔の第二平面における前記一の噴孔の噴孔通路の内壁の断面と前記一の噴孔の噴孔軸とがなす角度を前記一の噴孔の第二広がり角β1(β246)、前記他の噴孔の噴孔軸を含む平面であってかつ前記他の噴孔の第一平面に対して垂直な平面である前記他の噴孔の第二平面における前記他の噴孔の噴孔通路の内壁の断面と前記他の噴孔の噴孔軸とがなす角度を前記他の噴孔の第二広がり角β2(β241)とするとき、前記一の噴孔及び前記他の噴孔は、式(3)、(4)の少なくとも一方の関係を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項4または5に記載の燃料噴射弁。
α1<α2 ・・・式(3)
β1>β2 ・・・式(4)
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