JP2644856B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

燃料噴射弁

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JP2644856B2 JP63271754A JP27175488A JP2644856B2 JP 2644856 B2 JP2644856 B2 JP 2644856B2 JP 63271754 A JP63271754 A JP 63271754A JP 27175488 A JP27175488 A JP 27175488A JP 2644856 B2 JP2644856 B2 JP 2644856B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は主に内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射
する燃料噴射弁に関するものである。
[従来技術] 従来、内燃機関の燃焼室内において点火栓近傍の混合
気を他の部分より濃くし、いわゆる混合気の成層化を図
り、これにより燃焼を良くして燃費、エンジンの過渡特
性及び排気エミッションを向上させることが知られてお
り、このような混合気の成層化を得ることを目的とし、
直接内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁が
提案されている。(実開昭58−2363号公報) [発明が解決しようとする課題] 然しながら上記の燃料噴射弁は内燃機関の燃焼室内で
の微粒化が悪く効率のよい燃焼が得られないという欠点
があった。この発明は内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射
した時燃料が充分に微粒化され、燃焼効率を高める機能
を有する燃料噴射弁の提供を課題とする。
[課題を解決するための技術的手段] 上記の課題を解決するためこの発明は燃料調量部と燃
焼噴射部とからなり、燃料調量部は所定圧の燃料を調量
して間欠的に噴射する第1の制御弁を有し、燃料噴射部
は第1の制御弁から噴射された燃料を吸入して間欠的に
噴射する第2の制御弁を有する燃料噴射弁において、前
記第2の制御弁は筒状シート部材と、このシート部材内
で前後方向に摺動可能の弁子と、弁子を後方に付勢する
弾性部材とからなり、シート部材の先端と弁子の先端と
により空気弁が形成され、分子の中間部には弁子とシー
ト部材とにより燃料弁が形成され、燃料弁の開弁状態に
おいてシート部材の先端と弁子の先端との間に所定量の
クリアランスが設定され、燃料弁と空気弁との間におい
てシート部材と弁子とにより空間が形成され、シート部
材には前記空間に連通する空気流入口が設けられ、前記
空間と前記燃料弁との間には前記弁子に通路断面積を増
加させる段差を設けた構成を有している。
[作用] 第1の制御弁から第2の制御弁内に入った燃料は第2
の制御弁の燃料弁の開弁により、段差を通過する際には
速度が増加が抑制されて、燃料弁と空気弁間の空間に噴
出する。この噴出燃料は空気流入口から前記空間に流入
した空気と混合されて微粒化し、更に空気弁から噴射さ
れるので微粒化は促進される。特に第2の制御弁の開弁
初期においては空気弁に設けたクリアランスにより微粒
化作用が大きい。この状態で内燃機関の燃焼室内に供給
されるので燃焼効果を高めることになる。
[実施例] 以下実施例を示す図面によりこの発明を説明する。ま
ず第1実施例の燃料噴射弁を第2図により説明すると、
燃料噴射弁100は内燃機関(以後エンジンとも言う)の
シリンダヘッド14及びシリンダブロック11に穿設された
鉛直方向の支持孔17に嵌合支持されている。シリンダブ
ロック11に形成されたシリンダボア12にはピストン13が
摺動自在に挿入され、シリンダブロック11上に載置され
たシリンダヘッド14と、シリンダボア12と、ピストン13
の頂面15とにより燃焼室16が形成される。点火栓21はシ
リンダヘッド14に穿設された孔22に嵌合され、その電極
23は燃焼室16内に突出する。燃料噴射弁100に形成され
た噴口101はシリンダブロック11に形成された孔18介し
て燃焼室16内に連通する。
燃料噴射弁100にはタンク31内の燃料が供給される。
ポンプ32はモータ33により駆動されて回転し、タンク31
内の燃料をフィルタ34及び供給ライン36を介して燃料噴
射弁100に圧送する。燃料噴射弁100に供給された燃料の
圧力は調圧弁35により一定値に調圧され、余剰燃料は還
流ライン37を介してタンク31に戻される。
燃料噴射弁100は燃料調量部110と燃料噴射部150とか
らなり、これらは相互に連結される。燃料調量部110は
通常の燃料噴射弁と同様な構造を有する。即ち、ノズル
ボデー111の下端部には絞り孔112が穿設され、ノズルボ
デー111の内部には絞り孔112を開閉するニードル弁113
が昇降自在に収容される。ノズルボデー111の上方には
環状板114が設けられ、ノズルボデー111は環状板114と
ともにケーシング115の下端開口部116内に嵌着される。
一方供給ライン36に連結される入口部材121はケーシン
グ115の上端開口部117内に嵌着される。この入口部材12
1の軸心部に固定された管部材122には燃料通路123が形
成され、又入口部材121の供給ライン36との連結部には
フィルタ124が設けられる。燃料通路123と絞り孔112に
はケーシング115及びノズルボデー111の内部に形成され
た通路により連結され、フィルタ124及び燃料通路123を
通過して燃料調量部110内に流入する燃料はニードル弁1
13が開弁した時絞り孔112から吐出されて燃料噴射部150
へ供給される。
ニードル弁113の頭部には磁性材料よりなる環状部材1
25が嵌着され、環状部材125と管部材122との間にはばね
126が設けられる。ばね126は環状部材125を介してニー
ドル弁113を常に下方に付勢し、これによりニードル弁1
13は非作動時ノズルボデー111の下部に形成されたシー
ト部127に着座し、絞り孔112を閉塞する。ニードル弁11
3はソレノイドコイル131に通電することにより開弁す
る。即ち環状部材125は磁性材料から形成されているの
でソレノイドコイル131への通電により上方にに吸引さ
れ、これによりニードル弁113はシート部127から離座し
て絞り孔112を解放する。ソレノイドコイル131への通電
を遮断すると、ニードル弁113はばね126の弾力により下
降し、絞り孔112を閉塞する。ソレノイドコイル131への
通電制御は電子制御部(ECU)132により行なわれ、ECU1
32はエンジンの運転状態に応じて電圧パルス信号をソル
ノイドコイル131に供給する。従って例えばエンジンの
高負荷運転の場合は燃料の噴射量を多くするため低負荷
状態の場合に比較し、長いパルス幅の信号がソレノイド
コイル131に供給され、ニードル弁113の開弁時間が長く
なる。
燃料噴射部150のホルダ151は燃料調量部110のノズル
ボデー111に油密に嵌着する。ホルダ151には燃料調量部
110の絞り孔112に連通する燃料通路152が形成される。
燃料通路152はホルダ151の軸心部に沿って直線状に延
び、燃料通路152の下端部には燃料通路152に対して垂直
方向に延び、ホルダ151の側面に開口する噴口101が形成
される。噴口101内にはこれを開閉するため外開式の自
動弁である制御弁161が配設される。
空気供給機構の筒状ボデー201はホルダ151に外嵌さ
れ、これによりボデー201とホルダ151との間に断面環状
の通路202が形成される。筒状ボデー201及びホルダ151
の下端部にはキャップ203が嵌合され、キャップ203の側
壁とホルダ151との間には空気室204が形成される。キャ
ップ203は噴口101に対抗する部位に開口205を有し、こ
の開口205はシリンダブロック11に形成された孔18を介
して燃料室16に連通する。空気室204は孔206を介して通
路202に連通する。筒状ボデー201の上部にはパイプ210
が連結される。パイプ210はボデー201から斜め上方に延
び加圧空気源211に連結される。
従って加圧空気源211から圧送されてきた空気はパイ
プ210を通って通路202に流入し、孔206から空気孔204へ
流入する。空気室204の空気は開口205、孔18を介して燃
焼室16内に噴射される。
次に第1図により前記の制御弁161を説明する。制御
弁161はフランジ301によりキャップ203に嵌着され、環
状のシート部材162とこのシート部材162の中央に穿設さ
れた孔163に設けた環状の弁座163aを開閉する弁子164と
を有する。弁子164は前進するとその当接部164aが弁座1
63aから離れて開弁し、燃料の通過を許す。又後退する
と当接部164aが弁座163aに着座して閉弁し、燃料を遮断
する。弁座163aと当接部164aとにより燃料弁が形成され
る。弁子164の背面にはピン165が固定され、ピン165の
先端にはリテーナ166が設けられている。リテーナ166と
シート部材162との間にばね167が設けられ、これにより
弁子164はその当接部164aが弁座163aに着座する方向に
付勢されている。
制御弁161は燃料通路152の燃料圧力がばね167の弾力
即ち開弁圧力以上になった時、ばね167の弾力に抗して
開弁し、燃料圧力が開弁圧力より小さくなった時、ばね
167の弾力により閉弁する。
フランジ301の前側ではシート部材162に空気流入口30
5が形成され、又弁子164とシート部材162との間には環
状の袋抗306が形成されている。第1図に示すように、
袋孔306と燃料弁(弁座163aと当接部164aとにより形成
される)との間には、弁子164に通路断面積が増加する
段差164bが設けられている。弁子164の前端は半径方向
に外方に突出するリング状の空気弁308として形成され
ており、シート部材162の前端部303より前方に位置して
いる。空気弁308の後側の外周縁とシート部材162の前端
部303の内周縁309との間には弁子164の移動によりクリ
アランスが増減する絞り307が形成されている。絞り307
はここを通る空気量を規制する。前記クリアランスは50
μm〜150μm程度が望ましい。
制御弁161の開弁時は絞り307のクリアランスがリフト
H分(100〜400μm)大きくなり、絞り307を通過する
空気量が増加する。即ち弁座163aから噴射された燃料が
絞り307を通過する時袋孔306から絞り307を経て流出す
る空気の流れにより微粒化される。制御弁161はこのよ
うに空気量も制御するので燃料の微粒化は少量の空気量
で有効に行なわれる。
なお、加圧空気源の代りにパイプ210を大気に連通し
てもよい。
又上記実施例は燃料噴射弁100をレシプロエンジンに
設けた例であるが、ロータリエンジンのサイドハウジン
グに設け、サイドハウジングにロータにより開閉される
孔を形成し、この孔から燃料噴射を行なうようにしても
よい。更に燃料噴射弁100をエンジンの吸気マニホルド
に設けてもよい。
第3図は制御弁の別例を示す。第3図の制御弁461で
はシート部材462の孔463に設けた弁座463aに離、着座す
る弁子464の当接部464aが半径方向に外方向にフランジ
状に突出している。弁座463aと当接部464aとにより燃料
弁が形成される。又前端の空気弁408も制御弁161の空気
弁308と同様に半径方向に外方向に突出している。フラ
ンジ401の前側にはリング状の空気室410が形成され、空
気室410と燃料弁(弁座463aと当接部464aとにより形成
される)との間には、弁子464に通路断面積が増加する
段差464bが形成され、また、空気室410の前壁410aと空
気弁408とにより絞り407が形成されている。そして燃料
弁の閉弁状態においても絞り407は50〜150μmにクリア
ランスを有している。又空気室410の外周壁410bには空
気流入口405が設けられている。
この制御弁461において空気弁408の直径をd、当接部
464aの直径をDとし、又空気圧力をPa、ばね400のセッ
ト荷重をFs、燃料噴射弁100の上流圧力をPf、調量用の
流量係数をC、調量面積をAとすると 空気圧力Paによる弁子464に作用する荷重Faは Fa=π(D2−d2)Pa/4 外開き弁部の圧力Pf′は となり、空気加圧時の燃料噴射量QAとなる。gは重力加速度、γは燃料の比重量である。従
ってPa=0の時は である。即ち空気圧による燃料噴射量の変化ΔQは となる。過去の経験から燃料噴射量Qの変化を±5%以
下に規制すれば充分制御可能であるので となるようD、d、Fs、Paを設定する。
[効果] この発明は上記の構成を有するので次の優れた効果を
有する。
(イ)第2制御弁は燃料とともに空気も噴射するので少
量の空気で優れた燃料の微粒化が可能となり、エンジン
の燃焼効率を高める。
(ロ)特に第2制御弁の閉弁状態において空気弁にクリ
アランスを設けて開弁初期での補助空気の供給量を多く
したので噴射初期の微粒化が促進され、排気エミッショ
ンが改善される。
(ハ)第2制御弁の構造は簡単であり、製作も容易であ
る。又燃料噴射弁への組み付けが容易である。
(ニ)微粒化による燃料噴射量の変動は僅かであり、ま
た、燃料が段差を通過する際、通過速度を低下させるの
で、圧力を大きくでき、外部の圧力変化に対し流量変化
を小さくでき、エンジンの出力はほとんど影響を受けな
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1実施例の正断面図を示す。 第2図は第1実施例を組み込んだ燃料噴射弁を示す。 第3図は第2実施例の正断面図を示す。 16……燃焼室 100……燃料噴射弁 112……絞り孔(第1の制御弁) 113……ニードル弁(第1の制御弁) 161、461……制御弁(第2の制御弁) 162、462……シート部材 305、405……空気流入口 163a……弁座(燃料弁) 164a……当接部(燃料弁) 167……ばね(弾性部材) 308、408……空気弁 463a……弁座(燃料弁) 464a……当接部(燃料弁)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富坂 幸生 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 喜田 達也 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツ ダ株式会社内 (72)発明者 中根 久典 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−96476(JP,A) 実開 平1−166765(JP,U) 実開 昭58−2363(JP,U) 実開 昭59−7267(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料調量部と燃料噴射部とからなり、燃料
    調量部は所定圧の燃料を調量して間欠的に噴射する第1
    の制御弁を有し、燃料噴射部は第1の制御弁から噴射さ
    れた燃料を吸入して間欠的に噴射する第2の制御弁を有
    する燃料噴射弁であって、前記第2の制御弁は筒状のシ
    ート部材と、このシート部材内で前後方向に摺動可能の
    弁子と、弁子を後方に付勢する弾性部材とからなり、シ
    ート部材の先端と弁子の先端とにより空気弁が形成さ
    れ、弁子の中間部には弁子とシート部材とにより燃料弁
    が形成され、燃料弁の閉弁状態においてシート部材の先
    端と弁子の先端との間に所定量のクリアランスが設定さ
    れ、燃料弁と空気弁との間においてシート部材と弁子と
    により空間が形成され、シート部材には前記空間に連通
    する空気流入口が設けられ、前記空間と前記燃料弁との
    間には前記弁子に通路断面積を増加させる段差が設けら
    れていることを特徴とする燃料噴射弁。
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