JP3572044B2 - Fuel injection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、詳しくは燃料に旋回エネルギーを与えてそれを自動車用エンジンなどの内燃機関の燃焼室内に供給するための燃料噴射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6は、特開平10−103194号公報などに開示された従来の燃料噴射装置における弁座およびその近傍部の断面図であって、3は弁装置、4はスワラー、5は弁座である。弁装置3は、弁本体31、弁体32、スワラー4、および弁座5から構成されている。スワラー4は、弁体32が挿通される中孔を有する厚肉の円筒体であって、上記厚肉の壁内を軸方向に貫通する複数の、例えば6個の燃料通路41、およびこれらの燃料通路41に連接されたスワラー溝43を有する。弁座5は、スワラー4と対向する面に弁体32の先端部が離着座するシート部51とそれに続き、燃料を外部に噴射するための燃料通路52から構成されている。外部から供給された燃料は、スワラー4の燃料通路41からスワラー4と弁座5との対向面間に至り、ついでスワラー溝43および燃料溜室44を経由して弁座5に設けられた燃料通路52に至り、その出口53から噴射してエンジンの気筒に供給される。
【0003】
特開平10−103194号公報における燃料通路52は、図6に示す通り、弁体32の軸と同軸的に延在しているが、近時、スワラー4により燃料に付与された旋回エネルギーを燃料の微粒化に効果的に利用する目的で、図7、図8のように上記燃料通路52を軸に対して傾斜させる提案がなされている。このうち、図7は特開平10−184496号公報に開示されたものである。図7、図8での前記図6における部位に対応する各部位には、図6の場合と同じ符号を付し、また図8には弁座5の燃料通路52から噴射された燃料の噴射形状の断面図を付記する。しかしかかる傾斜した燃料通路52では、以下に述べる問題がある。
【0004】
即ち筒内噴射型の燃料噴射装置では、燃料は、一般的にエンジン筒内に円錐状あるいはラッパ状を呈して直接噴射される。かかる直接噴射の場合、本発明者らの研究によれば、燃焼の安定性や燃焼効率の観点から燃料の噴霧形状が極めて重要な因子となり、具体的には燃料は上記円錐の斜面の長さ、即ち燃料の噴射距離が円錐底面の円周方向にわたって可及的に一様であること、図8の例では噴射距離T1とT2は上記円錐の中心軸に対して互いに対称であることが好ましい。
【0005】
ところで図7においては、燃料通路52の図上での向かって左側通路521と右側通路522とでは燃料の流れ方向の変化角度が相違する。即ち燃料溜室44においては、燃料は旋回しつつも全体的には軸方向に進行し、燃料通路52の入口において軸に対して傾斜する方向に向きを変えるが、その際、燃料通路52の左側通路521では、その流れ方向の変化角度が右側通路522でのそれより大きく、このために燃料の流速低下度が右側通路522より大きくなる。図8の場合も同じである。この結果、傾斜燃料通路52からの噴射形状は、図8に示すように、上記した左右側通路間での燃料の流速差に基因して左側通路521から噴射された燃料の噴射距離T1は、右側通路522から噴射された燃料の噴射距離T2より小さくなる。なお図8における梨地部は燃料を示し、燃料通路52より外部に噴射された燃料は、霧状を呈する。
【0006】
以上の通り図7、8などの従来技術では、噴射距離T1とT2は非対称となり、このために燃料噴射装置毎の噴霧形状のばらつきによりエンジンの気筒間の燃焼のばらつきが大きくなって、エンジンの動作に悪影響を及ぼす重大な問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における如上の問題に鑑みて、燃料を弁座に設けられた燃料通路の出口から軸に対して傾斜した方向に、且つ上記出口の円周方向にわたって可及的一様に外に向かって噴射可能な燃料噴射装置を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る燃料噴射装置は、燃料を外部に噴射するための燃料通路を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記燃料通路に供給するスワラー、および上記スワラーの中孔内を軸方向に摺動して上記弁座のシート部を離着座する弁体を備えた燃料噴射装置であって、上記燃料通路は、上記燃料通路の入口側に設けられて上記中心軸を中心とする直状通路部と上記直状通路部に連接する湾曲通路部とから構成されたことを特徴とするものである。
【0009】
本発明の請求項2に係る燃料噴射装置は、上記請求項1において上記燃料通路の少なくとも一部は、上記弁座に設けられた貫通孔に管体を挿通して形成され、且つ上記管体の出口側に上記燃料を上記弁体の中心軸に対して傾斜した方向に噴射させる湾曲通路部を有することを特徴とするものである。
【0010】
本発明の請求項3に係る燃料噴射装置は、上記請求項2において上記管体の上記湾曲通路部は、上記弁座の端面から外部に露出していることを特徴とするものである。
【0011】
本発明の請求項4に係る燃料噴射装置は、上記請求項1において上記直状通路部の長さLsの上記燃料通路の径Dに対する値Ls/Dは、0.5〜5程度であり、上記湾曲通路部の軸投影長さLrの上記径Dに対する値Lr/Dは、1〜10程度であり、上記湾曲通路部の湾曲中心線の半径Rの上記径Dに対する値R/Dは、5〜10程度であることを特徴とするものである。
【0012】
本発明の請求項5に係る燃料噴射装置は、上記請求項1において上記湾曲通路部は、放電加工により形成されたことを特徴とするものである。
【0013】
本発明の請求項6に係る燃料噴射装置は、上記請求項5において上記湾曲通路部は、上記湾曲通路部と同じ湾曲形状を有する電極棒を用いて形成されたことを特徴とするものである。
【0014】
本発明の請求項7に係る燃料噴射装置は、上記請求項5において上記湾曲通路部の内面は、流体研磨により平滑面とされたことを特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下の実施の形態を説明する図1〜図5において、前記図6〜8における部位に対応する部位に就いては前記図6〜8の場合と同じ符号を付し、実施の形態の説明の際には一部の部位の説明を省略する。
【0016】
実施の形態1.
図1〜図3は、本発明の燃料噴射装置における実施の形態1を説明するものであって、図1は実施の形態1の断面図、図2は図1の弁座の拡大図、図3は弁座および燃料の噴射形状の断面図である。
【0017】
図1〜図3において、1は燃料噴射装置、2は弁作動装置、3は弁装置、4はスワラー、5は弁座、6は燃料供給管、7はエンジンの筒体である。弁装置3は、弁本体31、弁体32、ストッパ33、スワラー4、および弁座5から構成されている。弁作動装置2は、磁気回路を形成して弁体32を作動する機能をなすものであって、上記磁気回路のヨーク部分であるハウジング21、磁気回路の固定鉄心部分であるコア22、コイル23、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア24から構成されている。なおアマチュア24と弁体32とは、一体構造となっている。弁本体31は、ハウジング21の内壁に挿入後、かしめで結合されている。スワラー4と弁座5は、弁本体31の内壁に圧入された後、弁座5は弁本体31に溶接される。44は、燃料溜室である。
【0018】
スワラー4は、図1では詳細構造を示し得ないが前記図6と同様に、弁体32が挿通される中孔を有する厚肉の円筒体であって、上記厚肉の壁内を軸方向に貫通する複数の、例えば6個の燃料通路、およびこれらの燃料通路に連接されたスワラー溝を有する。弁座5は、スワラー4と対向する面に弁体32の先端部が離着座するシート部51とそれに続き、燃料を外部に噴射するための燃料通路52から構成されている。
【0019】
燃料通路52は、燃料通路52の入口側に設けられて弁体32の中心軸324を中心とする直状通路部523と直状通路部523に連接する湾曲通路部524とから構成されており、湾曲通路部524の出口が燃料通路52の出口53となっている。521、522は、それぞれ燃料通路52における直状通路部523および湾曲通路部524を通じて左側通路および右側通路を示す。
【0020】
スワラー4を経由した燃料は、図7において説明した通り、燃料溜室44において旋回しつつも全体的には中心軸324の方向に進行する。本発明における直状通路部523は、燃料溜室44における燃料流の中心軸324の方向の流れを維持し、この流れを湾曲通路部524に誘導する機能をなす。一方、湾曲通路部524は、前記図7、8の傾斜燃料通路52にみられた急激な流れ方向の変化を生ぜしめることなく、その湾曲形状に基づいて漸次流れ方向を変化せしめるので、左右側通路521、522間に実質的に流速差を生ぜしめることなく燃料を中心軸324に対して、図3に示す通り傾斜した方向に噴射させる機能をなす。
【0021】
以下、実施の形態1の動作について説明する。エンジンのマイコンから燃料噴射装置1の弁作動装置2に動作信号が送られると、コイル23に電流が流れて上記磁気回路に磁束が発生し、アマチュア24はコア22側へ吸引されて、アマチュア24と一体構造である弁体32が弁座5から離れて両者間に間隙が生じる。このとき高圧の燃料は、スワラー4内の燃料通路、スワラー溝、および燃料溜室44を経て燃料通路52の出口53からエンジンの筒7内に噴射される。また上記スワラー溝を通過する間に旋回力が付与される。
【0022】
上記したように湾曲通路部524は、左右側通路521、522間に実質的に流速差を生ぜしめることなく燃料を中心軸324に対して傾斜した方向に噴射させるので、図3に示す通り、左側通路521から噴射された燃料の噴射距離T1と右側通路522から噴射された燃料の噴射距離T2とは実質的に等しく、しかして多数ある燃料噴射装置間の噴霧形状のばらつきが従来技術の場合と比較して格段に少なく、エンジンの気筒間の燃焼のばらつきも少なくなる。
【0023】
次に上記マイコンから弁作動装置2に動作の停止信号が送られると、コイル23への通電が停止し、弁体32を常に閉弁方向に押している圧縮ばね11により弁体32と弁座5との間の隙間は閉状態となり、燃料噴射が停止する。弁体32は、弁本体31の内壁上を摺動する弁体部分321、スワラー4の内壁上を摺動する弁体部分322、および弁体部分323とから構成されており、開弁状態では弁体部分323がストッパ33の下面と当接する。弁体部分322は、弁座5の面に対する弁体32の径方向の非同軸度(振れ)を規制する手段であるので、スワラー4の内壁と弁体部分322とのクリアランスはなるべく小さく設定されるのが好ましく、実施の形態1では弁体32の耐久磨耗を許容限度以内とするため、10μm以下(片側間隙5μm以下)とされている。
【0024】
ところで図2において、直状通路部523の長さLsが過少であると、直状通路部523の前記した機能が乏しくなり、逆にLsが過大であると、燃料が直状通路部523を通過する間にスワラー4により付与された燃料の旋回エネルギーの減衰が大きくなる。一方、湾曲通路部524の軸投影長さLrや湾曲通路部524の湾曲中心線の半径Rが過少であると、燃料を傾斜方向に噴射する機能が乏しくなり、逆にそれらの値が過大であると、湾曲通路部524での左右側通路521、522間の流速差が顕著となる。よって本発明において、上記長さLsの燃料通路52の径Dに対する値Ls/Dは、0.5〜5程度、好ましくは0.8〜3程であり、上記長さLrの上記径Dに対する値Lr/Dは、1〜10程度、好ましくは2〜5程度であり、上記半径Rの上記径Dに対する値R/Dは、5〜10程度、好ましくは7〜9程度である。
【0025】
実施の形態2.
図4は、本発明の燃料噴射装置における実施の形態2を説明するものであって、弁座5の製造過程における拡大図である。図4において、6は直状の電極棒であり、7は円弧状の電極棒である。
【0026】
以下、弁座5として前記実施の形態1で用いられたものを製造対象例として、且つ前記図2を参照して説明する。弁座5の燃料通路52は、直状通路部523と湾曲通路部524とから構成されており、直状通路部523は電極棒6により、湾曲通路部524は電極棒7により、それぞれ放電加工で形成される。その際に電極棒7としては、湾曲通路部524の前記値R/Dと同じ湾曲形状を有するものが用いられる。なお直状通路部523の形成は、電極棒6を用いた放電加工に代えて、エンドミルなどを用いた機械加工であってもよい。上記の加工により形成された燃料通路52の内面、就中、湾曲通路部524の内面は、流体研磨により平滑面とされる。放電加工の面粗さは、通常6〜12μm程度であるが、流体研磨によりそれを3μm程度とすることが可能であって、そうすることにより、湾曲通路部524周囲へのカーボン付着量が大幅に減る効果がある。
【0027】
実施の形態3.
図5は、本発明の燃料噴射装置における実施の形態3を説明するものであって、弁座の拡大断面図である。図5において、8は燃料通路52の一部を形成する管体であって、弁座5に予め設けられた貫通孔525に挿通固定されている。上記貫通孔525は直状であり、その内径が燃料通路52の直状通路部523の内径よりも管体8の管壁厚み分だけ大きくなるように穿孔形成されている。一方、管体8は、直状部とそれに続く湾曲部とからなるJ字状のものであって、上記直状部のみが貫通孔525に挿通固定され、上記湾曲部は弁座5の端面から外部に露出ている。
【0028】
しかして実施の形態3における燃料通路52の直状通路部523は、弁座5にじかに穿孔形成された直状部分と管体8の直状部内とからなり、湾曲通路部524は管体8の上記湾曲部内に存在する。一般的に、固体の内部に直状通路を穿孔形成することは、湾曲通路の形成と比較して格段に容易であるので、実施の形態3において用いられる弁座5は低コストで生産できる利点がある。なお管体8を用いた燃料通路52のLs/D、Lr/D、およびR/Dの各範囲については、実施の形態1において説明したことが実施の形態3においても該当する。
【0029】
【発明の効果】
本発明の請求項1に係る燃料噴射装置は、以上説明した通り、燃料を外部に噴射するための燃料通路を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記燃料通路に供給するスワラー、および上記スワラーの中孔内を軸方向に摺動して上記弁座のシート部を離着座する弁体を備えた燃料噴射装置であって、上記燃料通路は、上記燃料通路の入口側に設けられて上記中心軸を中心とする直状通路部と上記直状通路部に連接する湾曲通路部とから構成されたことを特徴とするものであるので、スワラーにて旋回方向の速度成分を与えられた燃料が上記燃料通路を通過する際に、旋回方向の速度成分はそのままに直進方向の速度成分のみ曲げられるので、燃料を噴霧形状の対称性を維持したまま上記弁体の中心軸に対して傾斜した方向に噴射させることができる効果がある。また湾曲通路部の湾曲形状を調整することにより、噴霧の方向と噴霧距離を調節できて所望の噴霧形状を実現できる。
【0030】
また上記請求項1において、上記燃料通路の少なくとも一部は、上記弁座に設けられた貫通孔に管体を挿通して形成され、且つ上記管体の出口側に上記燃料を上記弁体の中心軸に対して傾斜した方向に噴射させる湾曲通路部を有することを特徴とするものであり、さらに上記請求項2において上記管体の上記湾曲通路部は、上記弁座の端面から外部に露出していることを特徴とするものであると、上記請求項1の発明の効果に加えて、一般的に固体の内部に直状通路を穿孔形成することは湾曲通路の形成と比較して格段に容易であるので、上記弁座は低コストで生産できる利点がある。
【0031】
また上記請求項1〜請求項3のいずれか一項において上記燃料通路は、上記燃料通路の入口側に設けられて上記中心軸を中心とする直状通路部と上記直状通路部に連接する上記湾曲通路部とから構成されたことを特徴とするものであり、さらに上記直状通路部の長さLsの上記燃料通路の径Dに対する値Ls/Dは、0.5〜5程度であり、上記湾曲通路部の軸投影長さLrの上記径Dに対する値Lr/Dは、1〜10程度であり、上記湾曲通路部の湾曲中心線の半径Rの上記径Dに対する値R/Dは、5〜10程度であると、上記直状通路部は、燃料溜室における燃料流の中心軸の方向の流れを維持し、この流れを湾曲通路部に誘導する効果がある。一方、湾曲通路部は、従来の傾斜燃料通路にみられた急激な流れ方向の変化を生ぜしめることなく、その湾曲形状に基づいて漸次流れ方向を変化せしめるので、湾曲通路部の左右側通路間に実質的に流速差を生ぜしめることなく燃料を中心軸に対して傾斜した方向に噴射させる効果がある。
【0032】
また上記請求項1において上記湾曲通路部は、放電加工により形成され、さらに上記湾曲通路部の内面は、流体研磨により平滑面とされたことを特徴とするものであると、湾曲通路部周囲へのカーボン付着量が大幅に減る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料噴射装置における実施の形態1の断面図。
【図2】図1の弁座の拡大図。
【図3】実施の形態1の弁座および燃料の噴射形状の断面図。
【図4】本発明の燃料噴射装置における実施の形態2を説明するものであって、弁座の製造過程における拡大図。
【図5】本発明の燃料噴射装置における実施の形態3を説明するものであって、弁座の拡大断面図。
【図6】従来の燃料噴射装置における弁座およびその近傍部の断面図。
【図7】従来の燃料噴射装置における弁座の拡大断面図。
【図8】従来の燃料噴射装置における他の弁座の拡大断面図。
【符号の説明】
1 燃料噴射装置、3 弁装置、32 弁体、4 スワラー、
44 燃料溜室、5 弁座、52 燃料通路、523 直状通路部、
524 湾曲通路部、6 直状の電極棒、7 円弧状の電極棒、8 管体。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device, and more particularly to a fuel injection device for giving swirling energy to fuel and supplying it to a combustion chamber of an internal combustion engine such as an automobile engine.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a cross-sectional view of a valve seat and its vicinity in a conventional fuel injection device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-103194, etc., 3 is a valve device, 4 is a swirler, and 5 is a valve seat. . The valve device 3 includes a
[0003]
As shown in FIG. 6, the
[0004]
That is, in the in-cylinder injection type fuel injection device, the fuel is generally directly injected into the engine cylinder in a conical or trumpet shape. In the case of such direct injection, according to the study of the present inventors, the spray shape of the fuel is a very important factor from the viewpoint of combustion stability and combustion efficiency, and specifically, the fuel is the length of the slope of the cone. That is, the fuel injection distance is as uniform as possible over the circumferential direction of the bottom surface of the cone, and in the example of FIG. 8, the injection distances T1 and T2 are preferably symmetric with respect to the central axis of the cone. .
[0005]
By the way, in FIG. 7, the angle of change in the flow direction of the fuel is different between the
[0006]
As described above, in the prior art shown in FIGS. 7 and 8, the injection distances T1 and T2 are asymmetric, and therefore, the variation in combustion between the cylinders of the engine becomes large due to the variation in the spray shape of each fuel injection device, and the engine There are serious issues that can adversely affect operation.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems in the prior art, the present invention makes it possible to distribute fuel from an outlet of a fuel passage provided in a valve seat in a direction inclined with respect to an axis and as uniformly as possible over a circumferential direction of the outlet. It is an object to provide a fuel injection device capable of injecting outward.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The fuel injection device according to
[0009]
The fuel injection system according to
[0010]
A fuel injection device according to a third aspect of the present invention is the fuel injection device according to the second aspect, wherein the curved passage portion of the pipe is exposed to the outside from an end face of the valve seat.
[0011]
The fuel injection system according to
[0012]
A fuel injection device according to a fifth aspect of the present invention is the fuel injection device according to the first aspect, wherein the curved passage portion is formed by electric discharge machining .
[0013]
A fuel injection device according to a sixth aspect of the present invention is the fuel injection device according to the fifth aspect, wherein the curved passage portion is formed using an electrode rod having the same curved shape as the curved passage portion. .
[0014]
A fuel injection device according to a seventh aspect of the present invention is the fuel injection device according to the fifth aspect, wherein the inner surface of the curved passage portion is made smooth by fluid polishing.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In FIGS. 1 to 5 for describing the following embodiments, portions corresponding to the portions in FIGS. 6 to 8 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. In this case, description of some parts will be omitted.
[0016]
1 to 3 illustrate a first embodiment of a fuel injection device according to the present invention. FIG. 1 is a sectional view of the first embodiment, FIG. 2 is an enlarged view of a valve seat in FIG. 3 is a sectional view of a valve seat and a fuel injection shape.
[0017]
1 to 3,
[0018]
Although the detailed structure of the
[0019]
The
[0020]
The fuel that has passed through the
[0021]
Hereinafter, the operation of the first embodiment will be described. When an operation signal is sent from the microcomputer of the engine to the
[0022]
As described above, the
[0023]
Next, when a stop signal of the operation is sent from the microcomputer to the
[0024]
In FIG. 2, if the length Ls of the
[0025]
FIG. 4 is a view for explaining
[0026]
Hereinafter, the
[0027]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a view for explaining Embodiment 3 of the fuel injection device of the present invention, and is an enlarged sectional view of a valve seat. In FIG. 5,
[0028]
Thus, the
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the fuel injection device according to
[0030]
In the first aspect, at least a portion of the upper Symbol fuel passage is formed by inserting a tube into a through hole provided in the valve seat and the valve body the fuel to the outlet side of the tube Wherein the curved passage portion of the tubular body in the above-mentioned
[0031]
The fuel passage according to any one of
[0032]
In the first aspect, the curved passage portion is formed by electric discharge machining, and the inner surface of the curved passage portion is smoothened by fluid polishing. This has the effect of greatly reducing the amount of carbon adhering.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a fuel injection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of the valve seat of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view of a valve seat and a fuel injection shape according to the first embodiment;
FIG. 4 is a view for explaining
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a valve seat for explaining a third embodiment in the fuel injection device of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a valve seat and its vicinity in a conventional fuel injection device.
FIG. 7 is an enlarged sectional view of a valve seat in a conventional fuel injection device.
FIG. 8 is an enlarged sectional view of another valve seat in the conventional fuel injection device.
[Explanation of symbols]
1 fuel injection device, 3 valve device, 32 valve body, 4 swirler,
44 fuel reservoir, 5 valve seat, 52 fuel passage, 523 straight passage portion,
524 Curved passage, 6 straight electrode rods, 7 arc-shaped electrode rods, 8 tubes.
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