JP3567913B2 - 筒内噴射用燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の燃焼室内に直接噴射するためにシリンダーヘッドに取り付けられる筒内噴射用燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高圧の燃料を効率良く噴射する燃料噴射弁、特に、内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用燃料噴射弁として、例えば、特開平１０−４７２１０号公報に開示されているような、燃料流に旋回エネルギーを与えて噴射孔から噴射する形式のものが提案されている。
【０００３】
図５は、特開平１０−４７２１０号公報に記載された従来の筒内噴射用燃料噴射弁の先端部を拡大した断面図である。図において、ニードルバルブ１２の先端部が弁座１１から離れて間隙が形成されると、高圧の燃料（矢印）が弁本体９とニードルバルブ１２間の通路から、旋回体１３の通路溝２１を通って軸方向流路２２に流れ込む。そして、旋回体１３の旋回溝２５に流入して径方向に流れ、さらに内周環状溝２４に流れて旋回流を形成しながら弁座１１の斜面部１１ａを介して噴射孔１０の内壁面を液膜状に流れ、その先端出口から噴霧される。
【０００４】
ここで、ニードルバルブ１２の軸線と噴射孔１０の軸線とは同軸に配置されており、斜面部１１ａは、ニードルバルブ１２の軸線に対して左右対称に形成されているため、噴射口１０内部の燃料の液膜厚さは均一となり、噴射された燃料の噴霧形状は、噴射孔１０の軸を中心にして左右対称な中空円錐状となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の筒内噴射用燃料噴射弁の燃料の噴霧形状は、噴射孔１０の軸を中心にして左右対称な中空円錐状であるため以下のような問題点があった。図６は、従来の筒内噴射用燃料噴射弁から内燃機関のピストン上に燃料が噴射される模様を示した模式図である。図に示すように、燃料噴射弁がピストン上面に対して所定の角度を持って、斜め上方に配置されている場合、燃料の噴霧形状が噴射弁の噴射孔１０の軸を中心にして左右対称であると、噴射弁から遠いピストン上面は噴霧の密度が薄く、気化しやすい一方、噴射弁から近いピストン上面は噴霧の密度が厚く気化しにくくなる。すなわち、ピストン上面への燃料の付着量にばらつきが生じ、均一な混合気が得られにくいという問題点があった。
【０００６】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、ピストン上面へ燃料を均一に噴射できる筒内噴射用燃料噴射弁を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る筒内噴射用燃料噴射弁は、中空状の弁本体、この弁本体の一端に設けられ、燃料を噴射する噴射孔とは反対側に向けて内径が増大する円錐状の第一の斜面を有する弁座、噴射孔と同一軸上に配置され弁本体内を移動し弁座の第一の斜面に離接して噴射孔を開閉する弁体、この弁体の周囲に配置され弁体を摺動可能に支持すると共に噴射孔から噴射される燃料に対して旋回流を与える旋回体を備え、弁座は第一の斜面の下流側に隣接してこの斜面とは傾斜が異なり噴射孔及び第一の斜面とは非同軸に配置され噴射孔とは反対側に向けて内径が増大する円錐状の第二の斜面を有し、噴射孔と第二の斜面とは噴射孔の断面全周に亘って接続されており、噴射孔から噴射される燃料の噴霧形状が噴射孔の軸線に対して非対称になるように構成したものである。
【０００８】
また、第二の斜面が放電加工で形成されているものである。
【０００９】
また、弁本体と弁座とは別部材で構成されているものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態による筒内噴射用燃料噴射弁の全体構成を示す側面断面図である。筒内噴射用燃料噴射弁１は、ハウジング本体２と、このハウジング本体２の一端にかしめ等されホルダ３５によりカバーされた弁装置３とにより構成されている。ハウジング本体２の他端には燃料供給管４が接続され、この燃料供給管４から燃料フィルタ５７を介して筒内噴射用燃料噴射弁１内に高圧の燃料が供給される。また、筒内噴射用燃料噴射弁１の先端部は内燃機関のシリンダヘッド５の噴射弁挿入孔６に挿入され、コルゲートワッシャ６０等によりシールされて取り付けられている。
【００１１】
弁装置３は、小径円筒部７及び大径円筒部８を有する段付中空円筒形の弁本体９と、弁本体９内で中心孔先端に固着されて噴射孔１０を有する弁座１１と、後述するソレノイド装置５０により弁座１１に離接して噴射孔１０を開閉する弁体であるニードルバルブ１２と、ニードルバルブ１２を軸方向に案内すると共に、径方向内向きに弁座１１の噴射孔１０に流れ込もうとする燃料に旋回運動を与える旋回体１３とを備えている。弁装置３の弁本体９はハウジング本体２と共働して筒内噴射用燃料噴射弁１のハウジングを構成している。
【００１２】
ハウジング本体２は、筒内噴射用燃料噴射弁１をシリンダヘッド５に取り付けるためのフランジ３０ａを有する第１ハウジング３０と、ソレノイド装置５０を装着した第２ハウジング４０を備えている。ソレノイド装置５０は、コイル５１を巻回したボビン部５２と、このボビン部５２の内周部に設置されたコア５３とを備え、コイル５１の巻線は端子５６につながっている。コア５３はその内部が燃料通路となるように中空円筒形状になっており、その中空部には、スプリング５５がスリーブ５４及びニードルバルブ１２間に懸架されている。
【００１３】
ニードルバルブ１２の他端部には、上記コア５３の先端側に対向するように可動アマチュア３１が取り付けられており、また、ニードルバルブ１２の中間部には、バルブ１２を弁本体９の内周面に沿って摺動案内させるガイド１２ａと、第１ハウジング３０に設置されたスペーサ３２と当接するニードルフランジ１２ｂが設けられている。
【００１４】
図２は、上記筒内噴射用燃料噴射弁の先端部を拡大した図であり、図２（ａ）は側断面図、図２（ｂ）は上記図２（ａ）のＡ−Ａ線における弁座の上面図であり、ニードルバルブ１２を抜いたときの図である。また、図３は、旋回体１３を弁座１１側から見た正面図である。
【００１５】
弁座１１は、ニードルバルブ１２が離接する第一の斜面１１ａを有している。この第一の斜面１１ａは、斜面の距離が短い箇所と（紙面右側）、斜面の距離が長い箇所（紙面左側）とで構成され、燃料噴射弁の軸線に対して非対称になるように斜面が形成されている。さらに、斜面の距離が短い第一の斜面１１ａの下流側に隣接して、該斜面とは傾斜が異なる第二の斜面１１ｂが形成されている。ニードルバルブ１２の軸線と、噴射孔１０の軸線とは同軸上にあるが、第二の斜面１１ｂの軸線は、ニードルバルブ１２の軸線や噴射孔１０の軸線とは非同軸の関係となっている。
【００１６】
弁装置３の旋回体１３は、中心に弁体であるニードルバルブ１２を囲んで軸方向に摺動可能に支持する中心孔１５を持つほぼ中空円筒形の部材であって、弁装置３内に組み立てられた時、弁座１１に接する第１端面１６と、弁座１１と反対側の第２端面１７と、これらの端面間にあって中空のハウジングの一部である弁本体９の内周面１８に接する部分を有する周面１９とを備えている。
【００１７】
旋回体１３の第２端面１７は、その周辺部で弁本体９の内周面１８の肩部２０に当接して支持されており、また径方向に延びた通路溝２１が形成されていて、第２端面１７の内周部から外周部に燃料が流れることができるように構成されている。
【００１８】
旋回体１３の周面１９には、互いに等間隔に周方向に離間して軸方向に延びた多数の平坦面が形成されており、その結果、周面１９には弁体９の内周面１８に当接して弁体９に対する位置を規定する複数の外周面部分１９ａと、これら外周面部分間に設けられた平坦面であって、内周面１８と共に燃料の軸方向流路２２を形成する流路部分１９ｂとが形成されている。
【００１９】
旋回体１３の弁座１１に面する軸方向端面即ち第１端面１６には、第１端面１６の中心孔１５に隣接する内周辺に形成された所定幅の内周環状溝２４と、一端で周面１９の流路部分１９ｂに接続されて、そこからほぼ径方向内側に延びて、他端で内周環状溝２４に接線方向に接続された旋回溝２５とが設けられている。
【００２０】
次に、上記筒内噴射用燃料噴射弁の動作について説明する。まず図１において、外部より端子５６を介してソレノイド装置５０のコイル５１に通電すると、可動アマチュア３１、コア５３、ハウジング本体２で構成される磁気通路に磁束が発生し、可動アマチュア３１はスプリング５５の弾性力に抗してコア５３側へ吸引される。そして、可動アマチュア３１と一体のニードルバルブ１２は、そのニードルフランジ１２ｂがスペーサ３２に当接するまで所定ストローク図示右側へ移動する。なお、ニードルバルブ１２はガイド１２ａにより弁本体９の内周面に案内保持される。
【００２１】
次に、図２及び図３において、ニードルバルブ１２の先端部が弁座１１から離れて間隙が形成されると、燃料供給管４から導入される高圧の燃料は、弁本体９とニードルバルブ１２間の通路から、まず旋回体１３の第２端面１７の通路溝２１を通って周面の軸方向流路２２に流れ込む。そして、旋回体１３の第１端面１６の旋回溝２５に流入して径方向内側に流れ、第１端面１６の内周環状溝２４内へその接線方向に流れ込み、旋回流を形成して弁座１１の噴射孔１０内に入ってその先端出口から噴霧される。
【００２２】
このとき図４に示すように、第一の斜面１１ａと第二の斜面１１ｂ（紙面右側）とを介して流れる燃料の方が、第一の斜面１１ａ（紙面左側）のみを介して流れる燃料より多くなる。つまり、燃料が流れる斜面の場所により燃料流量にばらつきが生じ、噴射孔１０内の燃料の液膜厚さが不均一となって、噴霧形状が噴射孔１０の軸線に対して非対称となる。
【００２３】
以上のように、この実施の形態によれば、弁体であるニードルバルブ１２と噴射孔１０とを非同軸に配置し、噴射孔１０から噴射される燃料の噴霧形状が噴射孔１０の軸線に対して非対称になるように構成したので、燃料噴射弁がピストン上面に対して所定の角度を持って配置されていても、ピストン上面へ燃料を均一に噴射することができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、弁本体９と弁座１１とを別部材にて構成しているが、一体であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。ただし、弁本体９と弁座１１とが一体であると、第一の斜面１１ａの加工は、弁本体９の上流側から加工具を挿入して行わければならず加工がしにくい。この点、弁本体９と弁座１１とを別部材にて構成すれば、最も精度の高さが要求される第一の斜面１１ａの加工が容易となり、精度高く仕上げることが可能となる。
【００２５】
また、第二の斜面１１ｂは、放電加工により形成される。噴射孔１０及び第一の斜面１１ａの加工は、弁座１１を治具で固定し、回転させながらドリルなどの切削工具で行う。しかし、第二の斜面１１ｂは、噴射孔１０及び第一の斜面１１ａの軸線、すなわちニードルバルブ１２の軸線とは非同軸になるよう形成されるので、回転させての切削加工は大変困難である。従って、第二の斜面１１ｂを、放電加工により形成すれば、弁座の加工を容易に精度高く行うことができ、コストを安くできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、中空状の弁本体、この弁本体の一端に設けられ、燃料を噴射する噴射孔とは反対側に向けて内径が増大する円錐状の第一の斜面を有する弁座、噴射孔と同一軸上に配置され弁本体内を移動し弁座の第一の斜面に離接して噴射孔を開閉する弁体、この弁体の周囲に配置され弁体を摺動可能に支持すると共に噴射孔から噴射される燃料に対して旋回流を与える旋回体を備え、弁座は第一の斜面の下流側に隣接してこの斜面とは傾斜が異なり噴射孔及び第一の斜面とは非同軸に配置され噴射孔とは反対側に向けて内径が増大する円錐状の第二の斜面を有し、噴射孔と第二の斜面とは噴射孔の断面全周に亘って接続されており、噴射孔から噴射される燃料の噴霧形状が噴射孔の軸線に対して非対称になるように構成したので、燃料噴射弁がピストン上面に対して所定の角度を持って配置されていても、ピストン上面へ燃料を均一に噴射することができる効果が得られる。
【００２７】
また、請求項２記載の発明によれば、第二の斜面が放電加工で形成されているので、弁座の加工を容易に精度高く行うことができ、コストの安い筒内噴射用燃料噴射弁を得る効果がある。
【００２８】
また、請求項３記載の発明によれば、弁本体と弁座とは別部材で構成されているので、コストの安い筒内噴射用燃料噴射弁を得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態による筒内噴射用燃料噴射弁を示す側断面図である。
【図２】この発明の実施の形態による筒内噴射用燃料噴射弁の先端部を拡大した断面図及び弁座の上面図である。
【図３】この発明の実施の形態による筒内噴射用燃料噴射弁の旋回体を示す正面図である。
【図４】この発明の実施の形態による筒内噴射用燃料噴射弁の噴霧形状を示す模式図である。
【図５】従来の筒内噴射用燃料噴射弁の先端部を拡大した断面図である。
【図６】従来の筒内噴射用燃料噴射弁の噴霧形状を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 筒内噴射用燃料噴射弁、２ ハウジング本体、３ 弁装置、４ 燃料供給管、５ シリンダヘッド、６ 噴射弁挿入孔、７ 小径円筒部、８ 大径円筒部、９ 弁本体、１０ 噴射孔、１１ 弁座、１１ａ 第一の斜面、１１ｂ 第二の斜面、１２ ニードルバルブ、１３ 旋回体、３０ 第１ハウジング、４０ 第２ハウジング、５０ ソレノイド装置

Claims (3)

1. 中空状の弁本体、この弁本体の一端に設けられ、燃料を噴射する噴射孔とは反対側に向けて内径が増大する円錐状の第一の斜面を有する弁座、上記噴射孔と同一軸上に配置され上記弁本体内を移動し上記弁座の第一の斜面に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、この弁体の周囲に配置され上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔から噴射される燃料に対して旋回流を与える旋回体を備え、上記弁座は上記第一の斜面の下流側に隣接してこの斜面とは傾斜が異なり上記噴射孔及び上記第一の斜面とは非同軸に配置され上記噴射孔とは反対側に向けて内径が増大する円錐状の第二の斜面を有し、上記噴射孔と上記第二の斜面とは上記噴射孔の断面全周に亘って接続されており、上記噴射孔から噴射される燃料の噴霧形状が上記噴射孔の軸線に対して非対称になるように構成したことを特徴とする筒内噴射用燃料噴射弁。
2. 第二の斜面が放電加工で形成されていることを特徴とする請求項１記載の筒内噴射用燃料噴射弁。
3. 弁本体と弁座とは別部材で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の筒内噴射用燃料噴射弁。

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