JP3579787B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に使用される電磁式の燃料噴射弁に関し、特に燃料噴射の動作特性を改善することができる燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に使用される電磁式の燃料噴射弁は、一般に、ボディの上部に燃料接続管を固定し、ボディ内に電磁ソレノイドを配設すると共に、電磁ソレノイドにより上下摺動する可動コアを設け、可動コアの下端にニードル弁を固定し、ニードル弁を囲うようにノズル本体をボディの下部に設けて構成される。更に、燃料接続管内にインサート管が挿入され、このインサート管と可動コアの間にコイルばねが配設され、このコイルばねが可動コアを先端側に、つまりニードル弁を閉鎖方向に付勢する。また、ボディの先端側に、ニードル弁の先端側を囲むように、ノズル本体が取付けられ、ニードル弁の元部に設けたフランジ状のストッパ部が開弁時にノズル本体の上部に設けたストッパプレートに当接し、閉弁時にはニードル弁の先端の弁体がノズル本体のバルブシートに当接するように構成される。
【０００３】
ところで、ニードル弁の開閉時の移動は、弁体とバルブシートの上部の摺動部と、ニードル弁の上端に固定された可動コアの外周面と燃料接続管先端に固定されたスリーブの内周面との間に設けた摺動ガイド部でガイドされる。これらの上下の摺動ガイド部のクリアランスが大きい場合、ニードル弁の作動時の傾きが増大し、それによって弁体或はストッパ部の面状接触ができなくなるため、スクイズによって、ニードル弁の開弁時にはバウンスが生じ、また閉弁時には閉弁遅れが生じ、燃料噴射の動作特性が悪化する問題があった。
【０００４】
そこで、本願出願人は、特開平１０−２７４１２８号公報において、図６に示すように、ニードル弁２５の先端部の摺動ガイド部２４のクリアランスＣ１ を、その元部の摺動ガイド部２６のクリアランスＣ２ より小さくする関係、つまり Ｃ１ ＜Ｃ２ となるように設定することにより、ニードル弁２５に僅かな傾き角θ１ を付与し、これによって、ニードル弁２５の元部のフランジ状ストッパ部２７とストッパプレート２８の開弁時の当接面が略線接触状態となるようにして、ニードル弁２５のバウンスを少なくし、開弁パルス信号のパルス幅を短くしたとき、燃料の最小噴射量を小さくして、噴射の動作特性におけるダイナミックレンジを大きくし得る燃料噴射弁を提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構造の燃料噴射弁は、ニードル弁２５の元部のフランジ状ストッパ部２７とストッパプレート２８の開弁時の当接面が略線接触状態となるようにして、ニードル弁２５の開弁時にスクイズを大きく発生させ、開弁バウンスを少なくできるものの、閉弁時、つまりニードル弁２５の弁体の先端部がバルブシート２９に当接してストッパ部２７とストッパプレート２８が離れる時、互いに吸着し合うように作用する所謂逆スクイズが大きく発生し、これによって、大きな閉弁遅れが発生する。つまり開弁パルス信号のパルス幅に比べ、実際の開弁時間が長くなり、開弁パルス信号のパルス幅に応じた正確な燃料噴射量を実現しにくいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ニードル弁の開弁時のバウンス時間を少なくすると共に、閉弁時のニードル弁のストッパ部間に作用する逆スクイズを適度に小さくして、開弁パルス信号の終了後の閉弁遅れ時間を減少させることができる燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、ボディ内にニードル弁が軸方向に移動可能で且つボディの軸心に対し傾斜角度θ１ だけ傾斜可能に配設され、開弁時に該ニードル弁側のストッパ部が当接する固定部材が該ボディ側に設けられ、該ストッパ部と該固定部材との間に、該ニードル弁の軸と直交する垂直面に対する傾斜角度θ２ が付与されてなる燃料噴射弁において、前記ニードル弁の軸方向の傾斜角度θ１ が該ストッパ部と該固定部材との間の傾斜角度θ２ より小さく設定され、該ニードル弁側のストッパ部の外径Ｄ１ とボディ内室の内径Ｄ０ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ が０．６〜１．１となるように、該ストッパ部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記ストッパ部は、ニードル弁の元部に設けたフランジ状ストッパ部より構成し、前記固定部材は、ボディ側に設けたストッパプレートから構成することができる。
【０００９】
【作用】
このような構成の燃料噴射弁は、開弁時にニードル弁のストッパ部がボディ側の固定部材に当接し、開弁状態となるが、この時、ストッパ部の当接面と固定部材との当接は、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係がθ１ ＜θ２ で、ニードル弁側のストッパ部の外径Ｄ１ とボディ内室の内径Ｄ０ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ が０．６〜１．１となるように構成されているから、ストッパ部の当接状態が線接触状態となり、適度な大きさのスクイズ力が生じて、開弁時のニードル弁のバウンス時間が減少し、噴射開始時の燃料噴射特性の直線性を良好にすることができる。
【００１０】
また、閉弁時には、ニードル弁の弁体がバルブシートに着座して閉弁されるが、このとき、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係をθ１ ＜θ２ とし、ストッパ部の外径Ｄ１ を比較的大きくしてボディ内室１５の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ を０．６〜１．１としているから、開弁パルス信号の終了後の閉弁遅れ時間が少なくなり、これにより、噴射時間の高速化が可能となり、燃料噴射の高応答性を確保することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は内燃機関に使用される電磁式の燃料噴射弁の断面図を示している。この燃料噴射弁は、基本的には、ボディ１内にソレノイド３を配設すると共に、ソレノイド３の内側に形成されたボティ内室１５内に可動コア４を摺動可能に挿入し、可動コア４の下端にニードル弁５を取付け、ニードル弁５を囲うようにノズル本体１０をボディ１の先端部に嵌着し、ボディ１の元部内には燃料接続管２を嵌入・固定して構成される。
【００１２】
燃料接続管２の末端部にコネクタ部２ａが形成され、コネクタ部内にフィルタ６が挿入される。コネクタ部は図示しないデリバリパイプに接続される。ボディ１の外周部に電気コネクタ１４が燃料接続管２の外周を包囲するように設けられ、電気コネクタ１４のターミナルはソレノイド３に接続される。
【００１３】
燃料接続管２の先端部は固定コア部２２として形成され、固定コア部２２はソレノイド３の内側に位置する。固定コア部２２の先端外周にスリーブ７が少し突出して固着され、スリーブ７の内側に可動コア４の元部が摺動可能に保持される。燃料接続管２内にはインサート管８が挿入され、このインサート管８と可動コア４の間にコイルばね９が配設され、コイルばね９は可動コア４を先端側につまりニードル弁５を閉鎖方向に付勢する。
【００１４】
ボディ１の先端側には、ニードル弁５の先端側を囲むように、ノズル本体１０が取付けられ、ノズル本体１０の元部でボディ内室１５との境界部にストッパプレート１１が介挿される。ニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の背面側に位置する当接面５１ａは、開弁時、このストッパプレート１１に当接する。ニードル弁５の先端に円錐形の弁体５２が形成され、ノズル本体１０の先端には燃料流路孔１２が形成され、その孔の周囲に弁体５２が閉弁時に当接するバルブシート１３が形成される。
【００１５】
図２の拡大断面図に示すように、ボティ内室１５の内径Ｄ０ に比べ、可動コア４の外径を多少小さく形成して、その周囲にクリアランスを作り、これにより、ニードル弁５がボディ１の軸心に対し、傾斜角度θ１ だけ傾斜可能に配設される。この傾斜角度θ１ は例えば０．３°〜１．４°程度に設定することができるが、後述する傾斜角度θ２ （フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度、つまりニードル弁５の軸と直交する垂直面に対する傾斜角度）より小さく設定することにより、閉弁時の逆スクイズを小さくすると共に、開弁時のバウンス時間の低減を図っている。
【００１６】
ニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａは、円錐面状の斜面で形成され、これにより、その当接面５１ａとストッパプレート１１の当接面との間に、ニードル弁５の軸と直交する垂直面に対し、傾斜角度θ２ を付与している。この傾斜角度θ２ は例えば０．５°〜１．４°程度に設定することができるが、上記のニードル弁の傾斜角度θ１ より大きく、θ１ ＜θ２ の関係にあるとき、閉弁時の逆スクイズの低減や開弁時のバウンスの低減に関し良好な結果が得られる。
【００１７】
なお、この当接面の傾斜角度θ２ は、ストッパプレート１１の当接面を円錐面状の斜面で形成することにより、設定することもできる。また、開弁時のスクイズ力は、フランジ状ストッパ部５１とストッパプレート１１間ではなく、可動コア４と固定コア部２２の間で当接させ作用させるようにすることもできる。この場合、傾斜角度θ２ は、可動コア４又は固定コア部２２の当接面を円錐面状の斜面で形成することにより、設定すればよい。
【００１８】
一方、ニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ は、ボディ内室１５の内径Ｄ０ との関係において、閉弁時の逆スクイズの低減や開弁時のバウンスの低減について重要なファクターとなる。例えば、ボディ内室１５の内径Ｄ０ が１０ｍｍの場合、フランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ は、例えば３ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設定することができるが、これを特定の範囲に、つまりフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ を比較的大きく（ボディ内室１５の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ ではそれを０．６〜１．１に）設定することにより、閉弁時の逆スクイズの低減や開弁時のバウンスの低減に関し良好な結果を得ることできる。
【００１９】
このような構成の燃料噴射弁は、内燃機関の吸気系に取付けられ、電気コネクタ１４が図示しない制御駆動回路に接続され、燃料接続管２のコネクタ部２ａが図示しないデリバリパイプに接続される。燃料がデリバリパイプから燃料接続管２に供給される状態で、ソレノイド３が励磁されると、可動コア４がコイルばね９を圧縮する元部側に吸引されて移動し、同時にニードル弁５が同方向に移動し、弁体５２がバルブシート１３から離れ、開弁状態となる。
【００２０】
開弁時にニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａがストッパプレート１１に当接し、開弁状態となるが、この時、フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａとストッパプレート１１との当接は、上記傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係をθ１ ＜θ２ とし、傾斜角度θ２ を０．５°〜１．４°程度の範囲に設定し、且つフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ を比較的大きく（ボディ内室１５の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ ではそれを０．６〜１．１に）設定することにより、当接が線接触状態でなされるため、ある程度の大きさのスクイズ力が生じて、開弁時のニードル弁５のバウンス時間が減少し、噴射開始時の燃料噴射特性の直線性を良好にすることができる。
【００２１】
更に、閉弁時には、開弁パルス信号の消失に伴い、ソレノイド３の励磁が消え、ニードル弁５がコイルばね９のばね力により閉弁方向に移動し、弁体５２がバルブシート１３に着座して閉弁されるが、このとき、閉弁時の逆スクイズ力もある程度大きくなると、閉弁遅れ時間が増大し易いが、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係をθ１ ＜θ２ とし、傾斜角度θ２ を０．５°〜１．４°程度に設定し、且つフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ を比較的大きく（ボディ内室１５の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ ではそれを０．６〜１．１に）設定することにより、開弁パルス信号の終了後の閉弁遅れ時間を少なくし、噴射時間の微少化・高速化が可能となり、高応答性の燃料噴射が可能となる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の効果を確認するために行なった実施例と比較例について、図３〜図５のグラフを参照して説明する。なお、コンピュータシュミレーションによる数値解析によりそれらを実施した。
【００２３】
第一実施例では、ボディ内室１５の内径Ｄ０ が１０ｍｍの燃料噴射弁について、そのニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ を３ｍｍ〜１１ｍｍの範囲で変化させ、開弁時にニードル弁に生じるバウンス時間Ｔｂと、開弁パルス信号の終了後に続く閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃを各々について測定した。なお、この場合のニードル弁５の傾斜角度θ１ は０．４°、フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ は０．７°とした。
【００２４】
図３（ａ）は開弁時のバウンス時間Ｔｂのグラフを、図３（ｂ）は閉弁遅れ時間Ｔｃのグラフを示している。この図３（ａ）（ｂ）のグラフから、フランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ は、６ｍｍ〜１１ｍｍの時（ボディ内室１５の内径Ｄ０ に対する割合Ｄ１ ／Ｄ０ では０．６〜１．１）に設定した場合、バウンス時間Ｔｂが約０．２ｍｓ以下と短縮され、閉弁遅れ時間Ｔｃが約０．４５ｍｓ以下と短くなり、閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃ、開弁時のバウンス時間Ｔｂが、共に効果的に低減されていることがわかる。
【００２５】
一方、Ｄ１ ／Ｄ０ の値を０．６より小さくした場合、バウンス時間Ｔｂが約０．２ｍｓを越えて開弁時の燃料噴射特性の直線性を悪化させ、Ｄ１ ／Ｄ０ の値を１．１より大きくした場合、閉弁遅れ時間Ｔｃが約０．４５ｍｓを越えて増大し、燃料噴射の高応答性が阻害される不具合が生じる。
【００２６】
第二実施例では、ニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ を、５ｍｍ、７ｍｍ、９ｍｍ、及び１１ｍｍとし、且つフランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ を、０．２°、０．７°、０．９°、１．４°とした燃料噴射弁について、ニードル弁５の傾斜角度θ１ （ボディ１の軸心に対する傾斜可能角度）を０°〜１．４°に変化させ、それらについて、開弁時のニードル弁のバウンス時間Ｔｂと、開弁パルス信号の終了後に続く閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃを測定した。
【００２７】
図４（ａ）は開弁時のバウンス時間Ｔｂのグラフを、図４（ｂ）は閉弁遅れ時間Ｔｃのグラフを示している。この図４（ａ）（ｂ）のグラフから、ニードル弁５の傾斜角度θ１ が、フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ より小さく、θ１ ＜θ２ の関係にあり、望ましくは、θ１ ≦ｋθ２ （ｋ＝０．３〜０．９）の関係にあるとき、開弁時のバウンス時間Ｔｂが約０．１ｍｓ以下と短縮され、且つ閉弁遅れ時間Ｔｃが約０．４ｍｓ以下と短くなり、閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃ、開弁時のバウンス時間Ｔｂが、共に効果的に低減されていることがわかる。
【００２８】
一方、ニードル弁５の傾斜角度θ１ とフランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ との関係を、θ１ ≧θ２ とした場合、図４（ｂ）のグラスから、閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃが約０．４ｍｓより大きく増大し、燃料噴射の高応答性が阻害される不具合が生じる。
【００２９】
図５は、シュミレーション実験を行なった際の開弁パルス信号とニードル弁の開閉動作のタイミングチャートを示し、その（ａ）と（ｂ）は比較例を、（ｃ）は本発明の実施例を示している。
【００３０】
比較例（ａ）は、ニードル弁のフランジ状ストッパ部の外径Ｄ１ を４．６ｍｍ、ニードル弁５の傾斜角度θ１ を０．１°、フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ を０．４°、とした場合の、開弁パルス信号の波形と、ニードル弁の開閉動作を示す。この図５の比較例（ａ）によれば、開弁時のバウンス時間Ｔｂが大きく、燃料噴射特性の直線性を悪化させていることがわかる。これは、フランジ状ストッパ部の外径Ｄ１ が比較的小さく、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係については、θ１ ＜θ２ の関係にあるものの、共にそれらの角度が小さいことが要因となっている。
【００３１】
比較例（ｂ）は、ニードル弁のフランジ状ストッパ部の外径Ｄ１ を４．６ｍｍ、ニードル弁５の傾斜角度θ１ とフランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ とを、０．１°〜０．４の範囲において同じ値にした場合の、開弁パルス信号の波形とニードル弁の開閉動作を示す。
【００３２】
この図５の比較例（ｂ）によれば、開弁時のバウンス時間Ｔｂは小さくなっているものの、閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃが大きく増大し、燃料噴射の高応答性が阻害されることがわかる。これは、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ がθ１ ＝θ２ の関係にあり、また、フランジ状ストッパ部の外径Ｄ１ が比較的小さいことが要因となっている。
【００３３】
実施例（ｃ）は、ニードル弁のフランジ状ストッパ部の外径Ｄ１ を９ｍｍ、ニードル弁５の傾斜角度θ１ を０．５５°、フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ を１．１°とした場合の、開弁パルス信号の波形と、ニードル弁の開閉動作を示す。この図５の実施例（ｃ）によれば、開弁時のバウンス時間Ｔｂが小さく、燃料噴射特性の直線性を改善させており、また、閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃも減少し、これにより、燃料噴射の高速化が可能となり高応答性の燃料噴射を実現することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃料噴射弁によれば、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係をθ１ ＜θ２ とし、ストッパ部の外径Ｄ１ を比較的大きくしてボディ内室の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ を０．６〜１．１に設定したから、開弁時のバウンス時間が小さくなり、燃料噴射特性の直線性を良くすることができ、また、閉弁時の閉弁遅れ時間を減少させ、燃料噴射の高速化、及び高応答性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の燃料噴射弁の断面図である。
【図２】同燃料噴射弁の先端部の拡大断面図である。
【図３】（ａ）はボディ内室の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ と開弁時のバウンス時間の関係を示すグラフ、（ｂ）はボディ内室の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ と閉弁時の閉弁遅れ時間の関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）は傾斜角度θ１ に対する開弁時のバウンス時間の関係を示すグラフ、（ｂ）は傾斜角度θ１ に対する閉弁時の閉弁遅れ時間の関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）と（ｃ）は比較例の開弁パルス信号とニードル弁の開閉動作のタイミングチャート、（ｃ）は本発明の実施例の開弁パルス信号とニードル弁の開閉動作のタイミングチャートである。
【図６】従来の燃料噴射弁の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１−ボディ
３−ソレノイド
４−可動コア
５−ニードル弁
５１−フランジ状ストッパ部
５２−弁体
１０−ノズル本体
１１−ストッパプレート
１３−バルブシート
１５−ボディ内室
２２−固定コア部
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に使用される電磁式の燃料噴射弁に関し、特に燃料噴射の動作特性を改善することができる燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に使用される電磁式の燃料噴射弁は、一般に、ボディの上部に燃料接続管を固定し、ボディ内に電磁ソレノイドを配設すると共に、電磁ソレノイドにより上下摺動する可動コアを設け、可動コアの下端にニードル弁を固定し、ニードル弁を囲うようにノズル本体をボディの下部に設けて構成される。更に、燃料接続管内にインサート管が挿入され、このインサート管と可動コアの間にコイルばねが配設され、このコイルばねが可動コアを先端側に、つまりニードル弁を閉鎖方向に付勢する。また、ボディの先端側に、ニードル弁の先端側を囲むように、ノズル本体が取付けられ、ニードル弁の元部に設けたフランジ状のストッパ部が開弁時にノズル本体の上部に設けたストッパプレートに当接し、閉弁時にはニードル弁の先端の弁体がノズル本体のバルブシートに当接するように構成される。
【０００３】
ところで、ニードル弁の開閉時の移動は、弁体とバルブシートの上部の摺動部と、ニードル弁の上端に固定された可動コアの外周面と燃料接続管先端に固定されたスリーブの内周面との間に設けた摺動ガイド部でガイドされる。これらの上下の摺動ガイド部のクリアランスが大きい場合、ニードル弁の作動時の傾きが増大し、それによって弁体或はストッパ部の面状接触ができなくなるため、スクイズによって、ニードル弁の開弁時にはバウンスが生じ、また閉弁時には閉弁遅れが生じ、燃料噴射の動作特性が悪化する問題があった。
【０００４】
そこで、本願出願人は、特開平１０−２７４１２８号公報において、図６に示すように、ニードル弁２５の先端部の摺動ガイド部２４のクリアランスＣ１ を、その元部の摺動ガイド部２６のクリアランスＣ２ より小さくする関係、つまり Ｃ１ ＜Ｃ２ となるように設定することにより、ニードル弁２５に僅かな傾き角θ１ を付与し、これによって、ニードル弁２５の元部のフランジ状ストッパ部２７とストッパプレート２８の開弁時の当接面が略線接触状態となるようにして、ニードル弁２５のバウンスを少なくし、開弁パルス信号のパルス幅を短くしたとき、燃料の最小噴射量を小さくして、噴射の動作特性におけるダイナミックレンジを大きくし得る燃料噴射弁を提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構造の燃料噴射弁は、ニードル弁２５の元部のフランジ状ストッパ部２７とストッパプレート２８の開弁時の当接面が略線接触状態となるようにして、ニードル弁２５の開弁時にスクイズを大きく発生させ、開弁バウンスを少なくできるものの、閉弁時、つまりニードル弁２５の弁体の先端部がバルブシート２９に当接してストッパ部２７とストッパプレート２８が離れる時、互いに吸着し合うように作用する所謂逆スクイズが大きく発生し、これによって、大きな閉弁遅れが発生する。つまり開弁パルス信号のパルス幅に比べ、実際の開弁時間が長くなり、開弁パルス信号のパルス幅に応じた正確な燃料噴射量を実現しにくいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ニードル弁の開弁時のバウンス時間を少なくすると共に、閉弁時のニードル弁のストッパ部間に作用する逆スクイズを適度に小さくして、開弁パルス信号の終了後の閉弁遅れ時間を減少させることができる燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、ボディ内にニードル弁が軸方向に移動可能で且つボディの軸心に対し傾斜角度θ１ だけ傾斜可能に配設され、開弁時に該ニードル弁側のストッパ部が当接する固定部材が該ボディ側に設けられ、該ストッパ部と該固定部材との間に、該ニードル弁の軸と直交する垂直面に対する傾斜角度θ２ が付与されてなる燃料噴射弁において、前記ニードル弁の軸方向の傾斜角度θ１ が該ストッパ部と該固定部材との間の傾斜角度θ２ より小さく設定され、該ニードル弁側のストッパ部の外径Ｄ１ とボディ内室の内径Ｄ０ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ が０．６〜１．１となるように、該ストッパ部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記ストッパ部は、ニードル弁の元部に設けたフランジ状ストッパ部より構成し、前記固定部材は、ボディ側に設けたストッパプレートから構成することができる。
【０００９】
【作用】
このような構成の燃料噴射弁は、開弁時にニードル弁のストッパ部がボディ側の固定部材に当接し、開弁状態となるが、この時、ストッパ部の当接面と固定部材との当接は、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係がθ１ ＜θ２ で、ニードル弁側のストッパ部の外径Ｄ１ とボディ内室の内径Ｄ０ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ が０．６〜１．１となるように構成されているから、ストッパ部の当接状態が線接触状態となり、適度な大きさのスクイズ力が生じて、開弁時のニードル弁のバウンス時間が減少し、噴射開始時の燃料噴射特性の直線性を良好にすることができる。
【００１０】
また、閉弁時には、ニードル弁の弁体がバルブシートに着座して閉弁されるが、このとき、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係をθ１ ＜θ２ とし、ストッパ部の外径Ｄ１ を比較的大きくしてボディ内室１５の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ を０．６〜１．１としているから、開弁パルス信号の終了後の閉弁遅れ時間が少なくなり、これにより、噴射時間の高速化が可能となり、燃料噴射の高応答性を確保することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は内燃機関に使用される電磁式の燃料噴射弁の断面図を示している。この燃料噴射弁は、基本的には、ボディ１内にソレノイド３を配設すると共に、ソレノイド３の内側に形成されたボティ内室１５内に可動コア４を摺動可能に挿入し、可動コア４の下端にニードル弁５を取付け、ニードル弁５を囲うようにノズル本体１０をボディ１の先端部に嵌着し、ボディ１の元部内には燃料接続管２を嵌入・固定して構成される。
【００１２】
燃料接続管２の末端部にコネクタ部２ａが形成され、コネクタ部内にフィルタ６が挿入される。コネクタ部は図示しないデリバリパイプに接続される。ボディ１の外周部に電気コネクタ１４が燃料接続管２の外周を包囲するように設けられ、電気コネクタ１４のターミナルはソレノイド３に接続される。
【００１３】
燃料接続管２の先端部は固定コア部２２として形成され、固定コア部２２はソレノイド３の内側に位置する。固定コア部２２の先端外周にスリーブ７が少し突出して固着され、スリーブ７の内側に可動コア４の元部が摺動可能に保持される。燃料接続管２内にはインサート管８が挿入され、このインサート管８と可動コア４の間にコイルばね９が配設され、コイルばね９は可動コア４を先端側につまりニードル弁５を閉鎖方向に付勢する。
【００１４】
ボディ１の先端側には、ニードル弁５の先端側を囲むように、ノズル本体１０が取付けられ、ノズル本体１０の元部でボディ内室１５との境界部にストッパプレート１１が介挿される。ニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の背面側に位置する当接面５１ａは、開弁時、このストッパプレート１１に当接する。ニードル弁５の先端に円錐形の弁体５２が形成され、ノズル本体１０の先端には燃料流路孔１２が形成され、その孔の周囲に弁体５２が閉弁時に当接するバルブシート１３が形成される。
【００１５】
図２の拡大断面図に示すように、ボティ内室１５の内径Ｄ０ に比べ、可動コア４の外径を多少小さく形成して、その周囲にクリアランスを作り、これにより、ニードル弁５がボディ１の軸心に対し、傾斜角度θ１ だけ傾斜可能に配設される。この傾斜角度θ１ は例えば０．３°〜１．４°程度に設定することができるが、後述する傾斜角度θ２ （フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度、つまりニードル弁５の軸と直交する垂直面に対する傾斜角度）より小さく設定することにより、閉弁時の逆スクイズを小さくすると共に、開弁時のバウンス時間の低減を図っている。
【００１６】
ニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａは、円錐面状の斜面で形成され、これにより、その当接面５１ａとストッパプレート１１の当接面との間に、ニードル弁５の軸と直交する垂直面に対し、傾斜角度θ２ を付与している。この傾斜角度θ２ は例えば０．５°〜１．４°程度に設定することができるが、上記のニードル弁の傾斜角度θ１ より大きく、θ１ ＜θ２ の関係にあるとき、閉弁時の逆スクイズの低減や開弁時のバウンスの低減に関し良好な結果が得られる。
【００１７】
なお、この当接面の傾斜角度θ２ は、ストッパプレート１１の当接面を円錐面状の斜面で形成することにより、設定することもできる。また、開弁時のスクイズ力は、フランジ状ストッパ部５１とストッパプレート１１間ではなく、可動コア４と固定コア部２２の間で当接させ作用させるようにすることもできる。この場合、傾斜角度θ２ は、可動コア４又は固定コア部２２の当接面を円錐面状の斜面で形成することにより、設定すればよい。
【００１８】
一方、ニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ は、ボディ内室１５の内径Ｄ０ との関係において、閉弁時の逆スクイズの低減や開弁時のバウンスの低減について重要なファクターとなる。例えば、ボディ内室１５の内径Ｄ０ が１０ｍｍの場合、フランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ は、例えば３ｍｍ〜１２ｍｍ程度に設定することができるが、これを特定の範囲に、つまりフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ を比較的大きく（ボディ内室１５の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ ではそれを０．６〜１．１に）設定することにより、閉弁時の逆スクイズの低減や開弁時のバウンスの低減に関し良好な結果を得ることできる。
【００１９】
このような構成の燃料噴射弁は、内燃機関の吸気系に取付けられ、電気コネクタ１４が図示しない制御駆動回路に接続され、燃料接続管２のコネクタ部２ａが図示しないデリバリパイプに接続される。燃料がデリバリパイプから燃料接続管２に供給される状態で、ソレノイド３が励磁されると、可動コア４がコイルばね９を圧縮する元部側に吸引されて移動し、同時にニードル弁５が同方向に移動し、弁体５２がバルブシート１３から離れ、開弁状態となる。
【００２０】
開弁時にニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａがストッパプレート１１に当接し、開弁状態となるが、この時、フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａとストッパプレート１１との当接は、上記傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係をθ１ ＜θ２ とし、傾斜角度θ２ を０．５°〜１．４°程度の範囲に設定し、且つフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ を比較的大きく（ボディ内室１５の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ ではそれを０．６〜１．１に）設定することにより、当接が線接触状態でなされるため、ある程度の大きさのスクイズ力が生じて、開弁時のニードル弁５のバウンス時間が減少し、噴射開始時の燃料噴射特性の直線性を良好にすることができる。
【００２１】
更に、閉弁時には、開弁パルス信号の消失に伴い、ソレノイド３の励磁が消え、ニードル弁５がコイルばね９のばね力により閉弁方向に移動し、弁体５２がバルブシート１３に着座して閉弁されるが、このとき、閉弁時の逆スクイズ力もある程度大きくなると、閉弁遅れ時間が増大し易いが、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係をθ１ ＜θ２ とし、傾斜角度θ２ を０．５°〜１．４°程度に設定し、且つフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ を比較的大きく（ボディ内室１５の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ ではそれを０．６〜１．１に）設定することにより、開弁パルス信号の終了後の閉弁遅れ時間を少なくし、噴射時間の微少化・高速化が可能となり、高応答性の燃料噴射が可能となる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の効果を確認するために行なった実施例と比較例について、図３〜図５のグラフを参照して説明する。なお、コンピュータシュミレーションによる数値解析によりそれらを実施した。
【００２３】
第一実施例では、ボディ内室１５の内径Ｄ０ が１０ｍｍの燃料噴射弁について、そのニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ を３ｍｍ〜１１ｍｍの範囲で変化させ、開弁時にニードル弁に生じるバウンス時間Ｔｂと、開弁パルス信号の終了後に続く閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃを各々について測定した。なお、この場合のニードル弁５の傾斜角度θ１ は０．４°、フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ は０．７°とした。
【００２４】
図３（ａ）は開弁時のバウンス時間Ｔｂのグラフを、図３（ｂ）は閉弁遅れ時間Ｔｃのグラフを示している。この図３（ａ）（ｂ）のグラフから、フランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ は、６ｍｍ〜１１ｍｍの時（ボディ内室１５の内径Ｄ０ に対する割合Ｄ１ ／Ｄ０ では０．６〜１．１）に設定した場合、バウンス時間Ｔｂが約０．２ｍｓ以下と短縮され、閉弁遅れ時間Ｔｃが約０．４５ｍｓ以下と短くなり、閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃ、開弁時のバウンス時間Ｔｂが、共に効果的に低減されていることがわかる。
【００２５】
一方、Ｄ１ ／Ｄ０ の値を０．６より小さくした場合、バウンス時間Ｔｂが約０．２ｍｓを越えて開弁時の燃料噴射特性の直線性を悪化させ、Ｄ１ ／Ｄ０ の値を１．１より大きくした場合、閉弁遅れ時間Ｔｃが約０．４５ｍｓを越えて増大し、燃料噴射の高応答性が阻害される不具合が生じる。
【００２６】
第二実施例では、ニードル弁５のフランジ状ストッパ部５１の外径Ｄ１ を、５ｍｍ、７ｍｍ、９ｍｍ、及び１１ｍｍとし、且つフランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ を、０．２°、０．７°、０．９°、１．４°とした燃料噴射弁について、ニードル弁５の傾斜角度θ１ （ボディ１の軸心に対する傾斜可能角度）を０°〜１．４°に変化させ、それらについて、開弁時のニードル弁のバウンス時間Ｔｂと、開弁パルス信号の終了後に続く閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃを測定した。
【００２７】
図４（ａ）は開弁時のバウンス時間Ｔｂのグラフを、図４（ｂ）は閉弁遅れ時間Ｔｃのグラフを示している。この図４（ａ）（ｂ）のグラフから、ニードル弁５の傾斜角度θ１ が、フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ より小さく、θ１ ＜θ２ の関係にあり、望ましくは、θ１ ≦ｋθ２ （ｋ＝０．３〜０．９）の関係にあるとき、開弁時のバウンス時間Ｔｂが約０．１ｍｓ以下と短縮され、且つ閉弁遅れ時間Ｔｃが約０．４ｍｓ以下と短くなり、閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃ、開弁時のバウンス時間Ｔｂが、共に効果的に低減されていることがわかる。
【００２８】
一方、ニードル弁５の傾斜角度θ１ とフランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ との関係を、θ１ ≧θ２ とした場合、図４（ｂ）のグラスから、閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃが約０．４ｍｓより大きく増大し、燃料噴射の高応答性が阻害される不具合が生じる。
【００２９】
図５は、シュミレーション実験を行なった際の開弁パルス信号とニードル弁の開閉動作のタイミングチャートを示し、その（ａ）と（ｂ）は比較例を、（ｃ）は本発明の実施例を示している。
【００３０】
比較例（ａ）は、ニードル弁のフランジ状ストッパ部の外径Ｄ１ を４．６ｍｍ、ニードル弁５の傾斜角度θ１ を０．１°、フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ を０．４°、とした場合の、開弁パルス信号の波形と、ニードル弁の開閉動作を示す。この図５の比較例（ａ）によれば、開弁時のバウンス時間Ｔｂが大きく、燃料噴射特性の直線性を悪化させていることがわかる。これは、フランジ状ストッパ部の外径Ｄ１ が比較的小さく、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係については、θ１ ＜θ２ の関係にあるものの、共にそれらの角度が小さいことが要因となっている。
【００３１】
比較例（ｂ）は、ニードル弁のフランジ状ストッパ部の外径Ｄ１ を４．６ｍｍ、ニードル弁５の傾斜角度θ１ とフランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ とを、０．１°〜０．４の範囲において同じ値にした場合の、開弁パルス信号の波形とニードル弁の開閉動作を示す。
【００３２】
この図５の比較例（ｂ）によれば、開弁時のバウンス時間Ｔｂは小さくなっているものの、閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃが大きく増大し、燃料噴射の高応答性が阻害されることがわかる。これは、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ がθ１ ＝θ２ の関係にあり、また、フランジ状ストッパ部の外径Ｄ１ が比較的小さいことが要因となっている。
【００３３】
実施例（ｃ）は、ニードル弁のフランジ状ストッパ部の外径Ｄ１ を９ｍｍ、ニードル弁５の傾斜角度θ１ を０．５５°、フランジ状ストッパ部５１の当接面５１ａの傾斜角度θ２ を１．１°とした場合の、開弁パルス信号の波形と、ニードル弁の開閉動作を示す。この図５の実施例（ｃ）によれば、開弁時のバウンス時間Ｔｂが小さく、燃料噴射特性の直線性を改善させており、また、閉弁時の閉弁遅れ時間Ｔｃも減少し、これにより、燃料噴射の高速化が可能となり高応答性の燃料噴射を実現することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃料噴射弁によれば、傾斜角度θ１ と傾斜角度θ２ の関係をθ１ ＜θ２ とし、ストッパ部の外径Ｄ１ を比較的大きくしてボディ内室の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ を０．６〜１．１に設定したから、開弁時のバウンス時間が小さくなり、燃料噴射特性の直線性を良くすることができ、また、閉弁時の閉弁遅れ時間を減少させ、燃料噴射の高速化、及び高応答性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の燃料噴射弁の断面図である。
【図２】同燃料噴射弁の先端部の拡大断面図である。
【図３】（ａ）はボディ内室の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ と開弁時のバウンス時間の関係を示すグラフ、（ｂ）はボディ内室の内径Ｄ０ に対する外径Ｄ１ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ と閉弁時の閉弁遅れ時間の関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）は傾斜角度θ１ に対する開弁時のバウンス時間の関係を示すグラフ、（ｂ）は傾斜角度θ１ に対する閉弁時の閉弁遅れ時間の関係を示すグラフである。
【図５】（ａ）と（ｃ）は比較例の開弁パルス信号とニードル弁の開閉動作のタイミングチャート、（ｃ）は本発明の実施例の開弁パルス信号とニードル弁の開閉動作のタイミングチャートである。
【図６】従来の燃料噴射弁の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１−ボディ
３−ソレノイド
４−可動コア
５−ニードル弁
５１−フランジ状ストッパ部
５２−弁体
１０−ノズル本体
１１−ストッパプレート
１３−バルブシート
１５−ボディ内室
２２−固定コア部
Claims (3)
- ボディ内にニードル弁が軸方向に移動可能で且つボディの軸心に対し傾斜角度θ１ だけ傾斜可能に配設され、開弁時に該ニードル弁側のストッパ部が当接する固定部材が該ボディ側に設けられ、該ストッパ部と該固定部材との間に、該ニードル弁の軸と直交する垂直面に対する傾斜角度θ２ が付与されてなる燃料噴射弁において、
前記ニードル弁の軸方向の傾斜角度θ１ が該ストッパ部と該固定部材との間の傾斜角度θ２ より小さく設定され、該ニードル弁側のストッパ部の外径Ｄ１ とボディ内室の内径Ｄ０ の割合Ｄ１ ／Ｄ０ が０．６〜１．１となるように、該ストッパ部が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。 - 前記ストッパ部が前記ニードル弁の元部に設けたフランジ状ストッパ部から構成され、前記固定部材が前記ボディ側に設けたストッパプレートから構成されている請求項１記載の燃料噴射弁。
- 前記ストッパ部が前記ニードル弁の元部が固定される可動コアから構成され、前記固定部材が前記ボディ側の固定コア部から構成されている請求項１記載の燃料噴射弁。
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