JP2771254B2 - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料を２方向に噴射可能な電磁式燃料噴射
弁に関する。

〔従来の技術〕

１気筒に吸気弁を２個有し、吸気通路が吸気弁近傍に
おいて隔壁により互いに隔てられている分岐吸気通路部
分を有するエンジンに用いる電磁制御式燃料噴射弁が実
開昭61−152765号公報に記載されている。かかる噴射弁
は、燃料のメータリングを行う単一の噴孔下流に噴孔か
ら噴射される燃料を分けるための燃料分岐部とその燃料
分岐部によって分けられた燃料を流す弁軸心に対して傾
けられた２つの燃料通路を有するものである。そして、
燃料分岐部の上流側先端である燃料通路の合流部を、燃
料通路壁の交点より上流部に形成し、この交点の形状を
必ず尖ったエッジにして燃料噴射角、左右燃料通路への
燃料分配を所定値にしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、燃料通路の合流部から分岐燃料通
路への燃料の分配及び分配量の均一化、分配量の高精度
化が可能であると供に、合流部での流れの安定化により
メータリング精度の向上が可能である。しかし、分岐燃
料通路は分岐した燃料通路がそれぞれ独立しているた
め、例え各分岐燃料通路への分配量が不均等であって
も、一度分岐燃料通路に分配された後は、この分配量が
改善されることはない。このため、分岐燃料通路入口と
この分岐燃料通路の上流に配置される噴孔との位置関係
は極めて正確である必要がある。

また、噴孔からの噴霧のうち、分岐壁により制限を受
けた噴霧が、制限を受けない噴霧と合体し粒径が大きく
なり易いという問題もあった。言い換えると、壁や液流
間の相互の衝突（摩擦）による損失が大きくなるため
に、粗大な粒径の噴霧が生成されやすい。

本発明の目的は、噴孔から噴射される微粒化燃料を効
率良く分配して噴射供給を行い得る電磁式燃料噴射弁を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の電磁式燃料噴射
弁は、弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔と、この燃
料噴射孔から噴射される燃料の流れを分割する分割手段
とを備えた電磁式燃料噴射弁であって、前記分割手段
は、弁軸心に対して直交する断面が、弁軸心に対して対
称の位置に設けられ、前記燃料噴射孔の径よりも大きい
複数の円と、それらの円の間は該円に外接する円弧とに
よって形成される燃料通路を有するようにしたものであ
る。

また上記目的を達成するために、本発明の電磁式燃料
噴射弁は、弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔と、こ
の燃料噴射孔から噴射される燃料の流れを分割する分割
手段とを備えた電磁式燃料噴射弁であって、前記分割手
段は、弁軸心に対して直交する断面が弁軸心に対して対
称の位置に設けられ、前記燃料噴射孔の径よりも大きい
複数の円と、それらの円の間は該円に外接し、前記燃料
噴射孔の径よりも小さい距離を有する２点を中心とした
円弧とによって形成される燃料通路を有するようにした
ものである。

〔作用〕

上記手段によれば、本発明に係る分割手段の燃料通路
は、燃料噴射孔の径よりも大きい円によって形成される
複数の拡大室とこれらの拡大室を連通する狭隘部とを有
することになる。このとき、燃料噴射孔から噴射された
燃料の流れは、拡大室による誘導作用と狭隘部の拘束作
用とによって、拡大室に向かって複数に分散される。こ
のとき、弁軸心に対して対称の位置に設けられる複数の
拡大室の間は連通されているため、複数の拡大室の圧力
バランスに応じて分散が行われる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第10図により
説明する。

第１図は本発明に係る電磁式燃料噴射弁１の縦断面図
である。噴射弁１は、コントロールユニツト（図示せ
ず）により演算されたデユーテイのON−OFF信号により
シート部の開閉を行うことにより燃料の噴射供給を行う
ものである。電気信号はコイル２にパルスとして与えら
れる。コイル２に電流が流されると、コア３、ヨーク
４、プランジヤ５で磁気回路が構成され、プランジヤ５
がコア３側に吸引される。プランジヤ５が移動すると、
これと一体になつているボール弁６が移動してバルブガ
イド７のシート面９から離れ燃料噴射孔８（以下、「オ
リフイス」という。）を開放する。かかるボール弁６
は、磁性材料製のプランジヤ５の一端に接合されたロツ
ド10と、ロツド10の他端に溶接接合されたボール11とプ
ランジヤ５の上部開口部に固定された非磁性材からなる
ガイドリング12とから構成され、移動に際しては、ガイ
ドリング12とバルブガイド７の中空部の内壁に挿入固定
される円筒状の燃料旋回素子13の内周面でそれぞれガイ
ドされる。また、移動の際のストローク量は、ロツド10
の首部の受け面10aとストツパ14間の空隙の寸法で決定
されるようになつている。

一方、バルブガイド７にはシート面９とは反対方向に
延びる筒状部15が形成されていて、ここに本発明に係る
燃料の分割手段であるアダプタ16が挿入固定されてい
る。

第２図は、第１図のＡ−Ａ断面図であり、オリフイス
８は旋回回燃料を供給する燃料旋回素子13が示される。
燃料旋回素子13には、軸方向溝13aと径方向溝13bが設け
てある。本実施例では軸方向溝13aはＤカット面を形成
した。かかる溝13a,13bは軸方向より導入される燃料通
路であるが、溝13aを通過した燃料は溝13bにて軸中心よ
り偏心導入される。いわゆる、燃料に旋回力が付与さ
れ、バルブガイド７のオリフイス８に供給される。旋回
力は偏心量Ｌによつて調整される。

第３図は第１図のＢ方向視図であり、燃料の分割手段
であるアダプタ16を示している。アダプタ16は軸心のオ
リフイス８より多少大きい径の燃料通路孔17aと、通路
孔17aに対して平行・等間隔に配列される２つの大径な
るの燃料通路孔17bとを有し、かつ各々の通路孔17bが軸
心の通路孔17aと外接する所望の曲率半径を有する連通
壁18にて連通される燃料通路17を有するものである。

第４図はアダプタ16の燃料通路を形成する為の形状寸
法を決定する説明図である。軸心の通路17a相当径ｄ及
び相当半径ｒ、通路孔17aに対して平行・等間隔に配列
される通路孔17bの相当径Ｄ、各々の相当径の比Ｋ（＝D
/d）、通路孔17bの中心間距離ｗを用いて連通壁18の曲
率半径Ｒは次式により求められる。

第５図は、アダプタ16の取付状態を説明する要部拡大
図である。アダプタ16は、バルブガイド７の筒状部15に
圧着固定される。すなわち、アダプタ16の外周面をバル
ブガイド７の溝19にアダプタ16の材料を塑性流動によつ
て半径方向に流し込みその緊迫力で固定する。いわゆ
る、メタルフローを行う。

以上の通り構成された噴射弁１の燃料の噴射供給につ
いて説明する。

燃料は、図示しない燃料ポンプや燃圧レギユレータに
より加圧調整され、フイルタ20を介して流入通路21より
電磁弁組体の内部に流入し、コイル２の下部通路22,プ
ランジヤ５の外周，ストツパ14とロツド10のすき間、燃
料旋回素子13の溝13a,13bを通つてシート部へ旋回供給
され、開弁時にオリフイス８から吸気管内に噴射され
る。

ここに、本発明に係るアダプタ16内の燃料流れを再度
第５図を用いるとともに、アダプタ16の燃料通路17の拡
大部分図である第６図によつて詳述する。オリフイス８
から噴出する旋回燃料は、オリフイス８より多少大きい
径の燃料通路孔17aの壁面に衝突し、その後燃料通路孔1
7bに向けて連通壁18が流れを誘導し軸下方に旋回流を発
生させる。第５図の矢印で示した様な流れを形成する。
また、アダプタ16内の径方向流れは第６図で示される様
に、燃料通路17内では大径なる燃料通路孔17b内に分割
された旋回流れが形成される。

上記によつて、アダプタ16を通過した燃料は出口部で
広げられ、第７図で示す様な噴霧を形成する。噴霧は、
ほぼ２方向に分けられており微細な液滴群として観測さ
れた。第８図は、第７図を横から見た噴霧形状を示して
いる。すなわち、単一のオリフイス８からの円錐状噴霧
は、アダプタ16によって効率良く分割された偏平な噴霧
となり微細な液滴群となる。燃料の微粒化は、アダプタ
16内での壁面流れの損失を十分補なう旋回流れと、効率
良く分割される旋回流れによつて液滴同志の合体が抑制
されることによつて促進される。なお、低温時（−30
℃）や減圧時（−550mmHg）の雰囲気条件下でも、燃料
の旋回力が保持されて粗大粒の発生はない。

第９図及び第10図は、筆者らの実験結果の一例を示し
たものである。

第９図は、大径なる燃料通路孔17bの相当径Ｄと軸心
の燃料通路孔17aの相当径ｄとの比D/dによつて生ずる噴
霧粒径を表わしたもので、D/dが２になる寸法形状のア
ダプタ16では100μｍ程度の粒を得ることができる。

第10図は、D/dに対する噴霧角を表わしたもので、粒
径が100μｍのときの角度は、噴霧の最外角度θ_Ｏが35
゜程度で厚さ方向の角度θ_Ｄが15゜程度である。なお、
既に述べてはいるが、噴霧の角度は燃料の旋回力を調整
することや、第10図の例からも明らかなように寸法形状
の選択によって任意に変えることができる。

第11図は、燃料の分割手段であるアダプタに係わる第
２の実施例を示す。図はアダプタ20の孔21部分の拡大図
である。孔21は軸心のオリフイス８より多少大きい平行
壁22a部分を有する。この対面する壁の間隔は、本発明
の第１実施例でいう多少大きい径に、図ではφd₁で記す
が、これに相当する。

この平行壁22aは、図に示す長さｌ（ｌ≦1/2d_O）を有
している。これはアダプタ20が弁軸心と組立時に多少ず
れた場合においても、平行等間隔に配置される２つの大
径穴22b部分（φD₁）に旋回流れを安定して導き得る為
のものである。大径穴22bと平行壁22aは各々所望の曲率
半径R₁を有する連通壁23にて連通される。本実施例にお
いても、第１の実施例と同様の性能，効果を得ることが
できる。

第12図は、アダプタに係わる第３の実施例を示したも
ので、大径穴24が３つある場合である。この大径穴24は
曲率半径R₂を有する連通壁25で軸心の多少大きい径（φ
d₂）の燃料通路孔26と連通している。図の矢印は燃料の
流れを示したもので、噴霧は３方向に分割される。

第13図は、アダプタに係わる第４の実施例を示したも
ので、大径穴27が４つある場合である。この大径穴27は
左右に２個ずつ配置されている。それぞれ曲率半径R₃,R
₄を有する連通壁28,29にて軸心の多少大きい径（φd₃）
の燃料通路孔30と連通している。図の矢印は燃料の流れ
を示したもので噴霧は４方向に分割される。

第14図は、本発明に係る他の実施例を示す。第１図と
同一符号は同一部分である。

電磁式燃料噴射弁50は、バイブガイド51に装着された
燃料・計量素子52を有する。いわゆる、弁座53の下流側
で燃料を旋回噴射させるタイプの電磁式燃料噴射弁であ
る。54は複数個の細穴であるスワールオリフイス、55は
燃料旋回室であり、スワールオリフイス54は、燃料旋回
室55に開口し弁の軸心に対して傾斜して形設されてい
る。56は燃料旋回室55の開口下端に取り付けられるアダ
プタである。

第15図は第14図のＢ方向より視図で、アダプタ56部分
の説明に係る箇所のみを記したものである。アダプタ56
は、燃料旋回室55より多少大きい径の燃料通路孔57と平
行等間隔に配列される２つの大径なる燃料通路孔58と曲
率半径R₅を有する連通壁59にて連通される。図の矢印
は、燃料の流れを示している。燃料は、燃料計量・旋回
素子52のスワールオリフイス54から燃料旋回室55に噴射
され、ここで旋回力を与えられて燃料通路孔56に至たり
２方向に分割される。本実施例においても効率良く噴霧
が分割され、第１実施と同等の効果を得ることができ
る。

第16図は、本発明に係る電磁式燃料噴射弁１を搭載し
たエンジン制御システムの構成の概要図である。また、
第17図は、電磁式燃料噴射弁１の取付状態を示す図てあ
る。

DOHCエンジンは、吸排気弁の駆動用に２本のカムシヤ
フトを備え、高回転，高出力化が容易であるとともに、
特に４バルブエンジンでは、燃焼室中央付近で点火でき
ることにより優れた燃焼特性が得られる。さらに、大量
の空気を一時に吸入できるため高レスポンスであるな
ど、多くのメリツトを備えている。

第16図において、エンジン100はガソリンを燃料とす
る上記DOHCエンジンの部分的な断面図で、スロツトルバ
ルブ110を内蔵する吸気マニホールド120,吸気孔130及び
この吸気孔130を開閉する吸気弁140,点火プラグ150を臨
ませて配設する燃焼室160,吸気弁140の上流で吸気マニ
ホールド120の壁部に取り付けられ、吸気弁140の弁座14
0a方向に噴射可能となるように配置される本発明に係る
燃料噴射弁１が示される。

第17図は、燃料噴射弁１と吸気弁140との位置関係を
示したもので、噴射弁１からの燃料噴霧は吸気弁140の
隔壁140bに衝突しないように２方向に分割される。な
お、180は排気弁を示す。

エンジン100の動作は、運転状況の情報である燃料室1
60隔壁の水温，吸入空気量や空気温度，エンジン回転数
などを制御ユニツト170が処理して行う。燃料噴射弁１
の燃料噴射は、この制御ユニツト170の信号に基づく。

燃料と空気の混合気は、エンジン100の吸気孔130から
燃焼室160へ導かれ圧縮行程にて圧縮されたのち点火プ
ラグ150にて着火燃焼される。

第18図ないし第20図は、かかるエンジン100に本発明
の燃料噴射弁１を適用して得られた結果である。性能比
較の対象として従来型（ピルトン弁）をあわせて示し
た。

第18図及び第19図は、始動性に関するテスト結果であ
る。いずれも、ピントル弁に比べて格段と性能が向上し
た。特に、−30℃の雰囲気状況下においては、ピントル
弁は完爆しなかつたが、本発明の噴射弁は初爆が数秒で
起こり10秒以内に完爆（パルス幅が90〜150msの間）し
た。規定値は20秒以内であるので、本発明の噴射弁で
は、始動パルス幅を70ms程度（従来設定値の約半分）と
することができ、始動用インジエクタが不要となる、燃
費を向上させるなど実用上の効果が大きい。

第20図は、加速応答性テスト結果を示している。アイ
ドルの状態からスロツトルバルブを0.15秒で全開にした
ときのエンジン回転数の立上りを比較したものである。
本発明の燃料噴射弁は、ピントル弁に比べて約150ミリ
秒短縮することができている。これは、加速直後の燃焼
が極めて迅速に行なわれていることを示すものであり、
本発明の燃料噴射弁がその極めて優れる微粒化燃料の吸
気弁隔壁や吸気マニホールド内壁への燃料付着を避けて
いることにある。

以上のように、本発明の燃料噴射弁を用いると、燃費
向上や低温始動性向上，加速性向上など実用上の効果が
極めて大であることがわかる。

なお、実施例に示したアダプタ形状はこれらのみに限
定されるものでなく本発明の意図及び請求範囲を逸脱し
ない範囲で変形することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、単一の噴孔からの噴出燃料を２方向
または２方向以上に効率良く分配して噴射供給できる電
磁式燃料噴射弁を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電磁式燃料噴射弁の縦断面図、第
２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第１図のＢ方向
視図であり本発明に係るアダプタの説明図、第４図はア
ダプタの形状寸法を決定する為の説明図、第５図はアダ
プタ部の要部拡大図、第６図はアダプタ内の燃料流れを
示す図、第７図ないし第８図は噴霧の様子を示す図、第
９図ないし第10図は数値的に示した実験結果の一例を示
す図、第11図は本発明の第２の実施例を示すアダプタの
説明図、第12図は本発明の第３の実施例を示すアダプタ
の説明図、第13図は本発明の第４の実施例を示すアダプ
タの説明図、第14図は本発明の他の実施例を示す電磁式
燃料噴射弁の縦断面図、第15図は第14図のＢ方向視図で
あり本発明に係るアダプタの説明図、第16図は本発明に
係る電磁式燃料噴射弁を用いた内然機関の一部を示す
図、第17図は本発明の燃料噴射弁と吸気弁との位置関係
を示す図、第18図，第19図，第20図は本発明と従来の電
磁式燃料噴射弁の性能を比較した図である。 １……噴射弁、８……オリフイス、13……燃料旋回素
子、16……アダプタ、17……燃料通路、17a……軸心通
路、17b……大径通路、18……連通壁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柏谷 峰雄 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所佐和工場内 (72)発明者 中村 庸藏 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所佐和工場内 (72)発明者 浜島 英治 茨城県勝田市東石川西古内3085番地５ 日立オートモテイブエンジニアリング株 式会社内 (56)参考文献 特開 平１−130054（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−272460（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−43668（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−101065（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−56371（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−152765（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−26769（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−105767（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭63−23580（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 51/06 - 51/08 F02M 61/18 310,340

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔と、
   この燃料噴射孔から噴射される燃料の流れを分割する分
   割手段とを備えた電磁式燃料噴射弁であって、前記分割
   手段は、弁軸心に対して直交する断面が、弁軸心に対し
   て対称の位置に設けられ、前記燃料噴射孔の径よりも大
   きい複数の円と、それらの円の間は該円に外接する円弧
   とによって形成される燃料通路を有することを特徴とす
   る電磁式燃料噴射弁。
2. 【請求項２】弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔と、
   この燃料噴射孔から噴射される燃料の流れを分割する分
   割手段とを備えた電磁式燃料噴射弁であって、前記分割
   手段は、弁軸心に対して直交する断面が弁軸心に対して
   対称の位置に設けられ、前記燃料噴射孔の径よりも大き
   い複数の円と、それらの円の間は該円に外接し、前記燃
   料噴射孔の径よりも小さい距離を有する２点を中心とし
   た円弧とによって形成される燃料通路を有することを特
   徴とする電磁式燃料噴射弁。