JP2680872B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

燃料噴射弁

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JP2680872B2
JP2680872B2 JP1002379A JP237989A JP2680872B2 JP 2680872 B2 JP2680872 B2 JP 2680872B2 JP 1002379 A JP1002379 A JP 1002379A JP 237989 A JP237989 A JP 237989A JP 2680872 B2 JP2680872 B2 JP 2680872B2
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仁志 田坂
幸生 富板
達也 喜田
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M69/00Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/04Injectors peculiar thereto
    • F02M69/047Injectors peculiar thereto injectors with air chambers, e.g. communicating with atmosphere for aerating the nozzles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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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
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において、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、シート部材の先端の弁子の先端
とにより空気弁が形成され、空気弁の後方には弁子とシ
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
の初期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には空気流入口が設けられ、空気弁
を通過する空気量が燃料弁を通過する燃料量の2倍以上
となるように弁径、弁のシート角、弾性部材の弾力、燃
料圧力、空気圧力を設定し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燃料弁の前方に噴出し、
空気流入口からの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制
御弁の開弁初期においては空気弁に設けた初期クリアラ
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率を高めることにな
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3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
鉛直方向に支持孔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を介
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113
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レ
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
して燃焼室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から空気室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の下部でキャップ203の下部に嵌着
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16
4aが弁座163a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。シート部材162には燃料通
路152に連通する燃料流入孔310が設けられ、この燃料流
入孔310は弁子164に設けた環状の溝部311に連通してい
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、環状溝部311内の燃料を弁座163aを経て前方に
噴射する。、燃料圧力が開弁圧力より小さくなった時、
ばね167の弾力により閉弁し、燃料噴射を遮断する。
又フランジ301の上部はキャップ203に嵌着され、空気
室204の空気がシート部材162に設けた空気流入口305を
通って同じくシート部材162に設けた噴出孔306に流入す
る。
制御弁161の閉弁時では弁子164の先端に設けた空気弁
308の外周縁308aとシート部材162の先端部309とで絞り3
07が形成され、この絞り307により空気の最低の吐出量
が確保される。絞り307の望ましい初期クリアランスは5
0〜150μmである。
前述のように絞り307により閉弁時においても空気の
最低噴出量が確保されているので、弁子164が閉弁位置
から開弁方向に移動を開始し、弁座163aから燃料が噴射
されてもこの燃料は上記の最低の空気量により直ちに微
粒化される。そして弁子164の移動により絞り307のクリ
アランスが100〜〜400μmになるまで常に弁座163aを通
過する燃料量の2倍以上の空気量が確保されるように設
定されているので燃料噴射初期から有効な微粒化が得ら
れる。
第2図は前述の空気量が常に燃料量の2倍以上となる
ように設定した説明図である。前述のように制御弁161
の閉弁時では第2図(イ)に示すように弁子164の当接
部164aは弁座163aに当接し燃料弁の開口面積は零である
が、空気弁308は絞り307の初期クリアランスに対応する
開口面積Cを持っている。弁子164が移動し始めると第
2図(ロ)に示すように燃料弁に開口面積が発生し、空
気弁308の開口面積は大きくなる。そして第2図(ハ)
に示すように弁子164の移動の初期には移動に伴う空気
弁308の開口面積の増加の割合いは燃料弁の開口面積の
増加の割合いの2倍以上となるように設定されている。
更に弁子164の移動量が一定値を越すと空気弁308の開口
面積A及び燃料弁の開口面積Bは一定に保持されるが開
口面積の比は2以上となるように設定されている。
なお、上記の実施例でパイプ210は加圧空気源に連通
しているがパイプ210を大気に連通させてもよい。
又上記実施例では燃料噴射弁100をレシプロエンジン
に取り付けたがロータリエンジンのサイドハウジングに
取り付けてもよい。この際サイドハウジングにはロータ
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。又燃料噴射弁をエンジンの吸気マニホルドに取り
付けてもよい。
第4図は制御弁の第2実施例を示す。第4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の前壁410aと空気弁408とにより絞り40
7が形成されている。そして燃料弁の閉弁状態において
絞り407は50〜150μmの初期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。
上記の制御弁461において、燃料弁の弁座453aの直径
をD、空気弁408の弁座の直径をd、燃料弁の弁座角を
Θ、空気弁の弁座角をθとした時、弁座角の値により燃
料及び空気の噴射量が変化する。そこで弁子464の移動
量をh、空気弁の調量面積をAa、燃料弁の調量面積を
Af、空気弁408の閉弁時の初期クリアランスをcとする
と、 Aa=πd(h+c)sinθ/2 Af=πDhsinΘ/2 となり、さらに空気圧力をPa、燃料上流圧力をPf、ばね
400のセット荷重をFs、空気弁の流量係数をCa、空気の
比重量をγ、燃料弁の流量係数をCf、燃料の比重量を
γとすると、燃料噴射量Qf及び空気噴射量Qa 従って Qa/Qf≧2となるようにθ、Θ、D、d、Fs、Pa、Pf
設定することができる。
[効果] この発明は上記の構成を有するので次のような優れた
効果を有する。
(イ)第2制御弁は燃料とともに燃料の2倍量以上の補
助空気を供給するの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初期
クリアランスを設け、かつ燃料噴射初期では空気弁の開
口面積の増加の割合いを燃料弁の開口面積の増加の割合
いの2倍以上として補助空気の供給量を燃料供給量より
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、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図は一実施例の正断面図を示す。第2図(イ)は一
実施例の燃料弁及び空気弁の閉弁時の開口面積の詳細図
を示し、第2図(ロ)は開弁時の開口面積の詳細図を示
す。第2図(ハ)は弁子の移動量に対する空気弁及び燃
料弁の開口特性を示す。第3図は一実施例のエンジンへ
の取り付けの正断面図を示す。第4図は他の実施例の正
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……(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(男性部材) 308、408……空気弁 363a……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 富板 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 重村 拓郎 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) 特開 昭52−17116(JP,A) 特開 昭62−126269(JP,A) 実開 昭58−90367(JP,U) 実開 昭58−2363(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、空気弁の後方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初期クリアランスが設
    定され、燃料弁と空気弁との間においてシート部材には
    空気流入口が設けられ、空気弁を通過する空気量が燃料
    弁を通過する燃料量の2倍以上となるように弁径、弁の
    シート角、弾性部材の弾力、燃料圧力、空気圧力を設定
    したことを特徴とする燃料噴射弁。
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