JP3613363B2

JP3613363B2 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP3613363B2
Application number: JP14594596A
Authority: JP
Inventors: 谷　　泰臣
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: JPH08296532A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料噴射弁に関するもので、例えば自動車用の内燃機関へ燃料を噴射して供給する電磁式燃料噴射弁の噴射ノズル部に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関に用いられる燃料噴射弁は、弁本体の軸方向に形成される案内孔に弁部材を往復摺動可能に収納し、弁本体の先端部に開口する噴孔を弁部材の上下動により開閉する。このため、弁部材は、適正な燃料噴射量を確保するように開弁時のリフト量が精密に制御されている。
【０００３】
このような燃料噴射弁では、燃料消費量の低減、排気エミッションの向上、内燃機関の安定した運転性等の観点から、噴孔から噴射される「燃料の微粒化」が重要な要素の一つである。噴射燃料の微粒化を促進する方法としては、噴射燃料への空気の衝突、噴孔付近の加熱などによる補助的な微粒化手段があるが、この微粒化手段はいずれも高価なものとなるという問題がある。
【０００４】
一方、燃料噴射弁の先端部に小孔を形成したオリフィスプレートを設け微粒化を促進する方法も種々考えられているが、例えば特開平３−２６４７６号公報にみられる構成では燃料流れに十分な乱れが付与されないまま直接オリフィスから外部へ噴出してしまい十分な微粒化が図られないという問題点があった。
本発明の目的は、噴射前の燃料流の乱れが微粒化に大きく影響する現象に着目し、噴射される燃料を微粒化する燃料噴射弁を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、微粒化手段直前の燃料流に乱れを付与するようにした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】
本発明の請求項１記載の燃料噴射弁は、内部に流路を形成する円錐斜面を有するバルブボディと、前記円錐斜面の一部に当接可能な当接部を有し、前記円錐斜面の一部と当接および離間可能なニードルと、前記バルブボディの前記円錐斜面の出口側に取付けられ、燃料を通す孔を有する流れ方向制御用プレートとを備え、
前記孔は、前記流れ方向制御用プレートの板厚方向に貫通するオリフィスであって、前記当接部の下流側の燃料の主流方向が前記流れ方向制御用プレートの入口面に交叉する位置よりも径方向中心側にあることを特徴とする構成を採用する。
【０００７】
また、燃料噴射弁は、前記構成において、前記ニードルは、先端部に形成される曲面と、この曲面のニードル中心軸の周りに凹状に形成される円環状溝とを有することを特徴とする。
本発明の請求項２記載の燃料噴射弁は、前記構成において、前記ニードルは、先端部に環状に形成される曲面と、この曲面の中央部に前記流れ方向制御用プレート側に突き出すように形成される平坦面とを有することを特徴とする。
【０００８】
【０００９】
【作用および発明の効果】
本発明の請求項１記載の燃料噴射弁によると、バルブボディの円錐斜面の一部に当接可能なニードルが前記円錐斜面から離間すると、ニードル先端面、バルブボディの円錐斜面および流れ方向制御用プレートの入口面とで区画形成される空間内に燃料が流入し、この流れの主流は流れ方向制御用プレートの孔から直接抜けず、流れ方向制御用プレートに衝突するため、前記空間内において燃料の流れが不安定になった後、流れ方向制御用プレートの孔から燃料が噴出する。従って、流れ方向制御用プレートから噴出される燃料は所定の方向に微粒化が促進された燃料噴霧になる。
【００１０】
また、燃料噴射弁によると、バルブボディの円錐斜面からニードルが離間すると、ニードル先端面、バルブボディの円錐斜面および流れ方向制御用プレートの入口面とで区画形成される空間内に燃料が流入し、この燃料の主流は、ニードルの円環状溝に引き寄せられ、空間内にて渦流が形成される。従って、この空間内の燃料は流れ方向制御用プレートの孔から直接抜けず、流れ方向制御用プレートから噴出される燃料の微粒化が促進される。
【００１１】
本発明の請求項２記載の燃料噴射弁によると、ニードルの先端部に環状に形成される曲面と、この曲面の中央部に形成される平坦面と、バルブボディ内壁面と、流れ方向制御用プレートの入口面とで区画形成される空間内で燃料の流れが不安定になり、流れ方向制御用プレートから方向制御されて噴出される燃料噴霧の微粒化が促進される。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明をガソリン機関の燃料供給装置の燃料噴射弁に適用した一実施例を図１〜図６に示す。
【００１３】
まず、燃料噴射弁を図３に基づいて説明する。図３に示すように、燃料噴射弁１０の樹脂製のハウジングモールド１１の内部に、固定鉄心２１とスプール９１と電磁コイル３２とコイルモールド３１と磁路としての金属プレート９３、９４とが一体成形されている。
固定鉄心２１は強磁性材料からなり、コイルモールド３１の上方から突出するようにハウジングモールド１１内に設けられている。固定鉄心２１の内壁にはアジャスティングパイプ２９が固定されている。
【００１４】
樹脂製のスプール９１の外周に電磁コイル３２が巻かれ、その後にスプール９１と電磁コイル３２との外周にコイルモールド３１が樹脂成形され、コイルモールド３１により電磁コイル３２が包囲されている。コイルモールド３１は、電磁コイル３２を保護する円筒状の筒状部３１ａと、電磁コイル３２から電気的に導出されるリード線を保護するとともに、後述するターミナル３４を保持するために筒状部３１ａから上方に突き出す突出部３１ｂとからなる。そして、コイルモールド３１により一体化された状態で固定鉄心２１の外周にスプール９１と電磁コイル３２とが装着される。
【００１５】
２枚の金属プレート９３と９４は上方の一端が固定鉄心２１の外周に接し、下方の他端が磁性パイプ２３の外周に接するように設けられ、電磁コイル３２への通電時の磁束を通す磁路を形成する部材であり、両側から筒状部３１ａを挟持するように筒状部３１ａの外周に被覆されている。この２枚の金属プレート９３と９４により電磁コイル３２が保護されている。
【００１６】
ハウジングモールド１１の上方にはハウジングモールド１１の外壁から突出するようにコネクタ部１１ａが設けられている。そして、電磁コイル３２に電気的に接続されるターミナル３４がコネクタ部１１ａおよびコイルモールド３１に埋設される。また、ターミナル３４は図示しない電子制御装置にワイヤーハーネスを介して接続されている。
【００１７】
圧縮コイルスプリング２８の一端は、可動鉄心２２に溶接固定されるニードル２５の上端面に当接し、圧縮コイルスプリング２８の他端は、アジャスティングパイプ２９の底部に当接している。圧縮コイルスプリング２８は、可動鉄心２２とニードル２５とを図３の下方へ付勢し、ニードル２５のシート部をバルブボディ２６の弁座２６３に着座させる。図示しない電子制御装置によってターミナル３４からリード線を介して電磁コイル３２に励磁電流が流れると、ニードル２５および可動鉄心２２が圧縮コイルスプリング２８の付勢力に抗して固定鉄心２１の方向へ吸引される。
【００１８】
非磁性パイプ２４は、固定鉄心２１の下部に接続されている。そして、固定鉄心２１の下部に、固定鉄心２１の下端から一部突出するように一方の端部２４ａが接続されている。さらに、非磁性パイプ２４の他方の端部２４ｂの下端には、磁性材料からなり段付きパイプ状に形成された磁性パイプ２３の小径部２３ｂが接続されている。なお、非磁性パイプ２４の他方の端部２４ｂは可動鉄心２２の案内部をなしている。
【００１９】
次に、非磁性パイプ２４および磁性パイプ２３の内部空間には、磁性材料からなり筒状に形成される可動鉄心２２が設けられている。この可動鉄心２２の外径は非磁性パイプ２４の他方の端部２４ｂの内径より僅かに小さく設定され、可動鉄心２２は非磁性パイプ２４に摺動可能に支持されている。また、可動鉄心２２の上端面は、固定鉄心２１の下端面と所定の隙間を介して対向するように設けられている。
【００２０】
ニードル２５の上部には接合部４３が形成されている。そして、接合部４３と可動鉄心２２とがレーザ溶接され、ニードル２５と可動鉄心２２とが一体に連結される。接合部４３の外周には燃料通路としての二面取りが設けられている。
固定鉄心２１の上方には、燃料タンクから燃料ポンプ等によって圧送され、燃料噴射弁１０内に流入する燃料中のゴミ等の異物を除去するフィルタ３３が設けられている。
【００２１】
固定鉄心２１内にフィルタ３３を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ２９からニードル２５の接合部４３に形成された二面取り部との隙間、さらには、バルブボディ２６の円筒面２６１とニードル２５の摺動部４１に形成された四面取り部との隙間を通過し、ニードル２５の先端のシート部（当接部）２５１と弁座２６３とよりなる弁部に到り、この弁部から噴孔を形成する円筒面２６４に到る。
【００２２】
次に、燃料噴射弁１０の吐出部５０の構成について図４に基づいて説明する。磁性パイプ２３の大径部２３ａの内部には、中空円盤状のスペーサ２７を介してバルブボディ２６が挿入されレーザ溶接されている。スペーサ２７の厚さは、図３に示す固定鉄心２１と可動鉄心２２との間のエアギャップを所定値に保持するように調節される。バルブボディ２６の内壁には、ニードル２５の摺動部４１が摺動する円筒面２６１と、ニードル２５の円錐状のシート部２５１が着座する弁座２６３とが形成されている。さらに、バルブボディ２６の底部中央には円筒面２６４が形成されている。
【００２３】
ニードル２５には、磁性パイプ２３の大径部２３ａの内壁に収容されるスペーサ２７の下端面から所定の隙間を介して対向するようにフランジ３６が形成されている。このフランジ３６は、ニードル２５の全長のうちニードル２５の先端に形成されるシート部２５１側に形成され、フランジ３６の下方にはバルブボディ２６に形成される円筒面２６ａに摺動可能となる摺動部４１が形成されている。
【００２４】
そして、バルブボディ２６の円筒面２６４の出口に流れ制御機構５１が設けられている。
この流れ制御機構５１は、図１、２、５に示すように、ニードル２５、バルブボディ２６およびオリフィスプレート５２の形状、位置およびこれらの組合せ等より構成されている。
【００２５】
以下、これらの特徴をそれぞれ順次説明する。
（１）ニードル２５
ニードル２５は、図１に示すように、その先端部に中実円筒面６１、円錐斜面６２、円錐斜面６３、および球面６４が形成されている。これらの各面６１、６２、６３、６４は順次境界線が円状になるように形成されており、中実円筒面６１と円錐斜面６２との境界の円環状線が当接部（シート部）２５１となる。図１は、閉弁状態を示しており、この閉弁状態で当接部２５１と弁座２６３とが接点となり、この接点の集合体が円環状線となっている。
【００２６】
▲１▼ 球面６４は、図２に示すように、球面または球面に近似する曲面で形成されており、先端中央部に円環状溝６５が形成されている。
▲２▼ 円環状溝６５は、特許請求の範囲記載の乱れ制御手段の一部に相当する部分で、底面が滑らかな曲面となるように凹状に形成されており、ニードル先端側から見ると円環状の溝に形成されている。ニードル２５のリフト時にシート部２５１からニードル先端側に流入する燃料流は、球面６４に沿って中央部側に流れ円環状溝６５に流れ込むと、この円環状溝６５内に流路が拡大することで、ニードル軸方向の循環渦（縦渦）を生じる。この燃料流がオリフィスプレート５２の後述するオリフィス５４、５５、５６、５７に流入するとき、オリフィス５４、５５、５６、５７への燃料流入によりニードル軸直角方向の渦（横渦）となる。この縦渦と横渦が同時に存在する燃料流が形成されるため、オリフィスプレート５２の入口側で燃料流は著しく不安定となり、不安定な燃料流がオリフィス５４、５５、５６、５７を流出するとき燃料の微粒化が促進される。
【００２７】
▲３▼ 凸部６６は、ニードル２５の先端中央部に形成され、円環状溝６５の中央部に位置している。この凸部６６の先端面はほぼ平坦面状である。この凸部６６の周囲に位置する円環状溝６５の内部にて渦流が著しくなる。
（２）バルブボディ２６
バルブボディ２６は、図４に示す円筒面２６１、円錐斜面２６２および円筒孔を形成する円筒面２６４からなり、これらの各面２６１、２６２、２６４の境界線は円状となっている。円錐斜面２６２に形成される弁座２６３はニードル２５のシート部２５１が当接可能な位置にある。円筒面２６４は、オリフィスプレ−ト５２の入口側においてニードル２５の円環状溝６５に形成される不安定な燃料流の乱れを保持する程度にニードル軸方向に短い距離に形成されている。
【００２８】
（３）オリフィスプレート５２
流れ方向制御用プレートとしての流れ制御機構５１の一部を構成するオリフィスプレート５２は、例えばステンレス製で、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、バルブボディ２６の先端に溶接例えば全周溶接により接合される。このオリフィスプレート５２には、４個のオリフィス５４、５５、５６、５７が板厚方向に貫通して形成されている。
【００２９】
▲１▼ オリフィス（孔）の傾斜角
図４に示すように、オリフィス５４、５５、５６、５７（以下、「孔５４、５５、５６、５７」という。）は、この場合４個設けられているが、それぞれの孔５４、５５、５６、５７は、円筒形の直状に形成されており、その円筒中心軸線は、図１に示すように、板厚方向線よりも傾斜角αだけ傾斜している。
【００３０】
この例では二方向噴霧の例である。例えば図６に示すように、孔５４と孔５５とからは一方の吸気弁１０２の傘部に向けて燃料流Ｆ_１が噴射され、孔５７と孔５６とからは他方の吸気弁１０１の傘部に向けて燃料流Ｆ_２が噴射される。この孔５４、５５、５６、５７の傾斜角αは、１０≦α≦４０（°）の範囲が望ましく、エンジンの仕様に合わせて適宜αの値を設定する。
【００３１】
▲２▼ オリフィス（孔）の位置
孔５４、５５、５６、５７は、開弁時、ニードル２５とバルブボディ２６との間の隙間を流れる主流が直接的に孔５４、５５、５６、５７を通り抜けることがない位置に設けられている。孔５４、５５、５６、５７の入口側で燃料流の主流は、環状溝６５に引き寄せられ、燃料流の乱れが増大する。孔５４、５５、５６、５７の入口から孔５４、５５、５６、５７の出口を通る燃料は、この孔５４、５５、５６、５７の傾斜する傾斜角αに沿って精度良く形成されて噴射される。
【００３２】
上記第１実施例は、図６に示すような二方向噴射方式のものについて本発明を適用した例である。この二方向噴射方式の例を図６について簡単に説明する。図６に示すように、エンジン１６０の燃焼室１６１に開口する吸気ポート１６２、１６３に吸気弁１０１、１０２が開閉可能に取付けられている。吸気ポート１６２と吸気ポート１６３との間には両ポートを区画する壁体１６４が形成されている。流れ制御機構５１を備えた燃料噴射弁１０は、燃料を吸気弁１０１、１０２の傘部に向けて噴射する方向になるように取付けられている。
【００３３】
この第１実施例によると、ニードル２５とバルブボディ２６とが離間している場合、弁座２６３の近傍から図１において円錐斜面２６２に沿って円筒面２６４の方向に流れる燃料が円錐斜面６２、６３と球面６４と円錐斜面２６２との間の隙間を通るとき、燃料の流れを円環状溝６５の底面側に引き寄せることによって主流の向きが変えられ、円環状溝６５の内部に渦流が発生する。これによってオリフィス５４、５５、５６、５７の入口側で燃料流が不安定となるため、オリフィス５４、５５、５６、５７から噴出される燃料の微粒化が促進されるという効果がある。同時に、オリフィス５４、５５、５６、５７から噴出される燃料の噴霧の方向制御がオリフィス５４、５５、５６、５７によって精密に制御される。
【００３４】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図７に示す。
図７に示す第２実施例は、ニードルの先端部に平坦面を形成した例である。
図７に示すように、ニードル２５の先端部にバルブボディ２６の内壁面形状に沿って円環状の曲面７４が形成される。曲面７４は、図７に示すように、基本形が円錐面状でその縦断面が変曲点をもつように形成され、最先端部が平坦面７５に形成される。平坦面７５は、オリフィスプレート５２の入口面とほぼ平行に形成されおり所定の高さｈに設定されている。
【００３５】
平坦面７５の外径Ｄ_１は、オリフィスプレート５２の入口面におけるオリフィス５４、５５、５６、５７の最大外径ｄ_１以上（Ｄ_１ ≧ｄ_１）になっている。これにより、ニードル２５がバルブボディ６の円錐斜面２６２から離間したとき、燃料流が円錐斜面２６２および円筒面２６４と曲面７４との間の隙間をとおり、この燃料流の主流がオリフィスプレート５２のオリフィス５４、５５、５６、５７に直接通り抜けないようにし、曲面７４の面形状に沿ってオリフィスプレート５２側に流れる燃料流がオリフィスプレート５２の入口面に衝突し、平坦面７５とオリフィスプレート５２の入口面との間で不安定な燃料流になり、この不安定な燃料流の状態でオリフィス５４、５５、５６、５７に燃料流が入り、その後オリフィス５４、５５、５６、５７から燃料が噴霧され、この噴霧された燃料の微粒化が促進される。
【００３６】
この第２実施例によると、ニードル２５の先端部に平坦面７５が形成されるため、シート部２５１から流れ進んだ燃料流が、直接オリフィス５４、５５、５６、５７に流入することができず、ニードル２５の先端の平坦面７５とオリフィスプレート５２の入口面との間の空間方向に曲げられた後、燃料流同士が衝突しあい、燃料流とほぼ直角方向に近いオリフィス５４、５５、５６、５７から燃料流が噴出する。従って、オリフィス５４、５５、５６、５７の入口側で燃料の流れ方向が不安定となり、オリフィス５４、５５、５６、５７の出口側で燃料の微粒化が促進されるという効果がある。
【００３７】
本発明では、流れ方向制御用プレートとしてのオリフィスプレートに形成する孔の個数は限られず、孔の傾斜方向をも特別な角度に限られない。また、オリフィスプレートを用いることで燃料の方向制御を行っているが、燃料の方向を制御をする手段は、燃料の主流が衝突後に燃料を通す孔まで燃料を案内する平面部を有していれば、プレート状のものに限られず、スリーブ状のものであってもよくまたその他の方向制御用プレートであってもよい。更には上記実施例では二方向噴射の例について説明したが、一方向噴射方式にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射弁の噴射ノズル部を示す断面図である。
【図２】第１実施例のニードル先端部を示す平面図である。
【図３】本発明の第１実施例による燃料噴射弁の縦断面図である。
【図４】第１実施例の燃料噴射弁の噴射ノズル部を示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はＢ方向矢視図である。
【図５】図４に示すＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】二方向噴射方式の燃料噴霧状態を示す説明図である。
【図７】本発明の第２実施例による燃料噴射弁の噴射ノズル部の断面図である。
【符号の説明】
１０燃料噴射弁
２５ニードル
２６バルブボディ
４１摺動部
５１流れ制御機構
５２オリフィスプレート（流れ方向制御用プレート）
５４、５５、５６、５７オリフィス（孔）
６１中実円筒面
６２円錐斜面
６３円錐斜面
６４球面（曲面）
６５円環状溝
６６凸部
７４曲面
７５平坦面
８１円環状曲面
８２平坦面
２５１シート部（当接部）
２６１円筒面
２６２円錐斜面
２６３弁座
２６４円筒面

Claims

内部に流路を形成する円錐斜面を有するバルブボディと、
前記円錐斜面の一部に当接可能な当接部を有し、前記円錐斜面の一部と当接および離間可能なニードルと、
前記バルブボディの前記円錐斜面の出口側に取付けられ、燃料を通す孔を有する流れ方向制御用プレートとを備え、
前記孔は、前記流れ方向制御用プレートの板厚方向に貫通するオリフィスであって、前記当接部の下流側の燃料の主流方向が前記流れ方向制御用プレートの入口面に交叉する位置よりも径方向中心側にあり、
前記ニードルは、先端部に形成される曲面と、この曲面のニードル中心軸の周りに凹状に形成される円環状溝とを有することを特徴とする燃料噴射弁。
前記ニードルは、先端部に環状に形成される曲面と、この曲面の中央部に前記流れ方向制御用プレート側に突き出すように形成される平坦面とを有することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。