JP3020899B2 - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を多方向に噴
射可能な電磁式燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【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。

【０００３】

【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共に、
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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】

【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、前記弁座との間で燃料通路の開閉
を行う弁体と、該弁体を電磁力によって駆動する駆動手
段とを備えた電磁式燃料噴射弁において、前記燃料噴射
孔の下流側に、弁軸心に直交する断面において、前記燃
料噴射孔の直径よりも大きな幅の狭隘部と、該狭隘部に
よって連通される複数の拡大室とを有するように形成さ
れた単一の孔を設けるとともに、該単一の孔を前記狭隘
部が前記燃料噴射孔とともに弁軸心上に位置するように
設けたものである。

【０００７】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、
複数の拡大室に向かって分散する。このとき、複数の拡
大室の間は狭隘部によって連通されており、複数の拡大
室の圧力バランスに応じて分配が行われる。このため、
燃料の分配にあたって燃料噴射孔と燃料を分配する単一
の孔との位置ずれの影響を受け難い。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１な
いし図１０により説明する。

【０００９】図１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、コントロールユニット
（図示せず）により演算されたデューティのＯＮ−ＯＦ
Ｆ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，プランジャ５で構成される磁気回路が作
動し、プランジャ５がコア３側に吸引される。プランジ
ャ５が移動すると、これと一体になっているボール弁６
が移動してバルブガイド７のシート面９から離れ燃流噴
射孔８（以下、「オリフィス」ともいう。）を開放す
る。ボール弁６は、磁性材料製のプランジャ５の一端に
接合されたロッド１０と、ロッド１０の他端に溶接接合
されたボール１１とプランジャ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とを備えてお
り、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の内周面と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、ロッド１０の首部の受け面１０
ａとストッパ１４間の空隙の寸法で決定される。

【００１０】一方、バルブガイド７にはシート面９と反
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。

【００１１】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。オリ
フィス８に旋回燃料を供給する燃料旋回素子１３を示
す。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は円
筒の側面部の一部を取り除いたＤカット面である。溝１
３ａ、１３ｂは軸方向から導入される燃料通路である。
溝１３ａを通過した燃料は溝１３ｂにて軸中心に対して
Ｌだけ偏心導入され、いわゆる、燃料に旋回力が付与さ
れバルブガイド７のオリフィス８に供給される。旋回力
は偏心量Ｌによって調整される。

【００１２】図３は図１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
にオリフィス８より多少大きい径の燃料通路孔１７ａ
と、通路孔１７ａに対して平行でかつ等間隔に配列され
る２つの大径の燃料通路孔１７ｂとを有し、かつ各々の
通路孔１７ｂが軸心に配された通路孔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が形成されている。

【００１３】図４はアダプタ１６に形成される燃料通路
の形状寸法を決定する説明図である。軸心の通路孔１７
ａの相当径ｄ及び相当半径ｒ、この通路孔１７ａに対し
て平行でかつ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を用いると、連通壁１８の曲率半径Ｒは次
式により求められる。

【００１４】Ｒ ＝ （０.２５ｗ²＋(１−ｋ²)ｒ²）／
（２(ｋ−１）ｒ） 図５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に形成された溝１９に、アダプタ１６材
料の塑性流動によっ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。

【００１５】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。

【００１６】燃料は、図示しない燃料ポンプや燃圧レギ
ュレータにより加圧調整され、図１においてフィルタ２
０を介して流入通路２１から電磁弁組体の内部に流入
し、コイル２の下部通路２２、プランジャ５の外周、ス
トッパ１４とロッド１０のすき間、燃料旋回素子１３の
溝１３ａ、１３ｂを通ってシート部へ旋回供給され、開
弁時にオリフィス８から吸気管内に噴射される。

【００１７】ここに、本発明に係るアダプタ１６内の燃
料の流れを再度図５と、アダプタ１６の燃料通路１７の
拡大部分図である図６によって詳述する。オリフィス８
から噴出した旋回燃料は、オリフィス８より多少大きい
径の燃料通路孔１７ａの壁面に衝突する。その後燃料通
路孔１７ｂ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、図５の矢印で示した様な流れを形
成する。また、アダプタ１６内の径方向流れは図６で示
される様に、燃料通路１７内で大径な燃料通路孔１７ｂ
内に分割された旋回流れになる。

【００１８】上記した様に、アダプタ１６を通過した燃
料は出口部で広げられ、図７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。図８は、図７を横から見た噴霧形状
を示している。すなわち、オリフィス８からの単一の円
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って液滴同
士の合体が抑制されて促進される。なお、低温時（−３
０℃）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微細化が促進され粗大粒
の発生はない。

【００１９】図９及び図１０は、本発明者らの実験結果
の一例を示したものである。

【００２０】図９は、大径な燃料通路孔１７ｂの相当径
Ｄと軸心に配した燃料通路孔１７ａの相当径ｄとの比Ｄ
/ｄによって生ずる噴霧粒径を偏心量Ｌs（図２のＬに相
当）をパラメータにして表したもので、Ｄ/ｄが２にな
る寸法形状のアダプタ１６では１００μｍ程度の微粒を
得ることができる。

【００２１】図１０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θＯが３５°程度で厚さ方向の角度θＤが１５°
程度である。なお、既に述べたが、噴霧の角度は燃料の
旋回力を調整することや、図１０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。

【００２２】図１１は、燃料の分割手段であるアダプタ
１６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は軸心に配したオリフ
ィス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実施例で述べた多少
大きい径、この図１１ではφｄ₁で記すに相当する。

【００２３】この平行壁２２ａの長さｌはｌ≦１／２ｄ
₀である。この平行壁２２ａ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、平行でかつ等間隔
に配置される２つの大径穴２２ｂ部分（φＤ１）に旋回
流れを安定して導く為のものである。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２
３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。

【００２４】図１２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を３つ形成した場合であ
る。この大径穴２４は曲率半径Ｒ₂を有する連通壁２５
で軸心に配した多少大きい径（φｄ₂）の燃料通路孔２
６と連通している。図中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。

【００２５】図１３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を４つ形成した場合であ
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，Ｒ₄を有する連通壁２８、２９で
軸心に配した多少大きい径（φｄ₃）の燃料通路孔３０
と連通している。図中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。

【００２６】図１４は、本発明に係る他の実施例を示し
たものである。

【００２７】図１と同一符号は同一部分を示している。

【００２８】電磁式燃料噴射弁５０は、バルブガイド５
１に装着された燃料計量・旋回素子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
スワールオリフィス、５５は燃料旋回室であり、スワー
ルオリフィス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成されている。５６は燃料旋回室５
５の開口下端に取り付けられるアダプタである。

【００２９】図１５は図１４のＢ方向よりの視図で、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では、燃料旋回室５５より多少大きい
径の燃料通路孔５７と平行でかつ等間隔に配列される２
つの大径な燃料通路孔５８とが曲率半径Ｒ５を有する連
通壁５９で連通される。図中の矢印は、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
オリフィス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実施例と同等の効果を得ることができる。

【００３０】図１６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
り、図１７は、電磁式燃料噴射弁１の取付状態を示す図
である。

【００３１】ＤＯＨＣエンジンは、吸排気弁の駆動用に
２本のカムシャフトを備え、高回転、高出力化が容易で
ある。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、多くのメリットを備えている。

【００３２】図１６は、ガソリンを燃料とする上記ＤＯ
ＨＣエンジン１００の部分的な断面図で、この図１６に
はスロットルバルブ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
料室１６０、吸気弁１４０の上流で吸気マニホールド１
２０の壁部に取り付けられ、吸気弁１４０の弁座１４０
ａ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が示されている。

【００３３】図１７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から噴射される燃
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。

【００３４】エンジン１００は、運転状況の情報である
燃焼室１６０の隔壁の水温、吸気空気量や空気温度、エ
ンジン回転数などに基いて制御ユニット１７０により制
御される。燃料噴射弁１の燃料噴射は、この制御ユニッ
ト１７０の信号に基づく。

【００３５】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へ導かれ圧縮工程にて圧
縮された後、点火プラグ１５０により着火され燃焼され
る。

【００３６】図１８ないし図２０は、上述したエンジン
１００に本発明の一実施例の燃料噴射弁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（ピン
トル弁）を併せて示した。

【００３７】図１８及び図１９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ったが、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、本発明に係る燃料噴射弁では、始動パルス幅を７０
ｍｓ程度（従来設定値の約半分）とすることができ、始
動用インジェクタが不要となる、燃費を向上させるなど
実用上の効果が大きい。

【００３８】図２０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ットルバルブを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。本発明に係る燃料噴射弁を用いると、ピント
ル弁に比べて約１５０ミリ秒短縮していた。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、本発明に係る燃料噴射弁を用いたエンジン
においては微粒化燃料が吸気弁隔壁や吸気マニホールド
内壁へ付着するのを極めて優れて防止されている。

【００３９】以上のように、本発明に係る燃料噴射弁を
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。

【００４０】なお、本発明の燃料噴射弁は実施例に示し
たもの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。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、複数の拡大室の圧力バ
ランスに応じて燃料の分配が行われるので、噴霧の偏り
が起こり難く微粒化燃料を効率良く得ることができる。
また、燃料の分配を行う単一の孔と燃料噴射孔との位置
決め許容誤差を比較的大きくでき、製造が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁式燃料噴射弁の縦断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図１のＢ方向視図であり本発明に係るアダプタ
の説明図。

【図４】アダプタの形状寸法を決定する為の説明図。

【図５】アダプタ部の要部拡大図。

【図６】アダプタ内の燃料流れを示す図。

【図７】噴霧の様子を示す図。

【図８】噴霧の様子を示す図。

【図９】数値的に示した実験結果の一例を示す図。

【図１０】数値的に示した実験結果の一例を示す図。

【図１１】本発明の第２の実施例を示すアダプタの説明
図。

【図１２】本発明の第３の実施例を示すアダプタの説明
図。

【図１３】本発明の第４の実施例を示すアダプタの説明
図。

【図１４】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。

【図１５】図１４のＢ方向視図であり本発明に係るアダ
プタの説明図。

【図１６】本発明に係る電磁式燃料噴射弁を用いた内燃
機関の一部を示す図。

【図１７】本発明の燃料噴射弁と吸気弁との位置関係を
示す図。

【図１８】本発明と従来の電磁式燃料噴射弁の性能を比
較した図。

【図１９】本発明と従来の電磁式燃料噴射弁の性能を比
較した図。

【図２０】本発明と従来の電磁式燃料噴射弁の性能を比
較した図。

【符号の説明】

１…噴射弁、８…オリフィス、１３…燃料旋回素子、１
６…アダプタ、１７…燃料通路、１７ａ…通路孔、１７
ｂ…通路孔、１８…連通壁。

フロントページの続き (72)発明者 柏谷 峰雄 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 佐和工場内 (72)発明者 中村 庸▲蔵▼ 茨城県ひたちなか市大字高場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 茨城県ひたちなか市大字高場字鹿島谷津 2477番地３日立オートモティブエンジニ アリング株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−26769（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−22379（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 61/18 F02M 51/08

Claims (1)

(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、
   前記弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体
   を電磁力によって駆動する駆動手段とを備えた電磁式燃
   料噴射弁において、前記燃料噴射孔の下流側に、弁軸心
   に直交する断面において、前記燃料噴射孔の直径よりも
   大きな幅の狭隘部と、該狭隘部によって連通される複数
   の拡大室とを有するように形成された単一の孔を設ける
   とともに、該単一の孔を前記狭隘部が前記燃料噴射孔と
   ともに弁軸心上に位置するように設けたことを特徴とす
   る電磁式燃料噴射弁。