JP3689262B2

JP3689262B2 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP3689262B2
Application number: JP14453199A
Authority: JP
Inventors: 守住田; 範久福冨
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-05-25
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: JP2000337228A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料噴射弁、特に筒内噴射用燃料噴射弁に適するものであって、燃料流に旋回手段により旋回エネルギーを与えて燃料噴射孔から噴射する形式の燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は例えば特開平９−３０３２３５号公報に示された従来の筒内噴射用の燃料旋回式の燃料噴射弁を示す断面図であり、アクチュエータとしてソレノイドを用いたものを例示している。尚、図７はノズルボディ部分を示す拡大断面側面図である。
図に示すように、燃料噴射弁（噴射弁本体）２１は、アクチュエータの磁気回路要素として固定鉄心（コア）２２，ケース（ヨーク）２３，ブランジャ２４を備える。
【０００３】
コア２２は中空筒体で、その内部に燃料通路３５が形成され、通路３５の燃料流入側端部（コア一端）にフィルタ３６が設けてある。コア２２の他端には、プランジャ２４のリ夕一ンスプリング２８が嵌装され、このスプリンク２８によってプランジャ２４が弁閉方向（シート面２７方向）に付勢されている。コア２２内部には、スプリング２８のばね力を調整するための中空のアジャストスクリュー３７が内挿されている。
【０００４】
コア２２はターミナル３２を埋設したモールド樹脂成形体４０とケース２３内部にかけて内挿してあり、コア２２とケース２３の間には、磁気回路を励磁するための電磁コイル３０がボビン２９及び外装モールド３１で覆われて内挿されている。外装モールド３１はコイル３０を保護し、およびリーク電流を防止する。コイル３０には、ターミナル３２を介して駆動用の電気信号が印加される。
【０００５】
プランジャ２４は、その一部が中空となって燃料通路３８を確保し、また、その一端にボール弁２５が結合してあり、燃料通路３８側がケース２３内の燃料通路４１内に位置し、ボール弁２５側が噴射弁本体先端（ケース下端）に装着したノズルボディ２６内に位置するようにセットされる。また、ケース２３内にはプランジャ２４の吸引方向の動作を規制するストッパ４２が設けてある。
【０００６】
ノズルボディ２６内には、シート面２７と、シート面２７周辺のノズルボディ内底に固定配置された燃料旋回子（以下、スワラーと称する）３３が設けてある。コイルの無励磁時には、スプリング２８の力を受けてボール弁２５がシート面２７に接触して閉弁状態となる。ノズルボディ２６の底部には、シート面２７と連続して、燃料噴孔（オリフィス）３９が設けてある。３４は燃料がコイル組立体側に流入するのを防止するシールリングである。プランジャ２４のストローク動作はシールリング３４内周によりガイドされる。
【０００７】
コイル３０に電気信号が印加されると、コア２２，ケース２３，プランジャ２４で磁気回路が形成され、プランジャ２４がシールリング３４にガイドされ、コア２２側に吸引される。また、ボール弁２５もプランジャ２４と共にスワラー３３内周にガイドされて移動し、ノズルボディ２６のシート面２７から離れ、開弁する。プランジャ２４の移動はストッパ４２によって規制され、ボール弁２５とシート面２７の間には、所望の開口面積の環状隙間ができる。
【０００８】
燃料は、図示しない燃料ポンプ、燃圧レギュレータ及びアキュームレータ等の配管機器を経由して、コア２２の燃料通路３５に供給される。該燃料は、コア２２に具備されたフィルタ３６及びアジャストスクリュー（スプリング力調整部材）３７，プランジャ２４の燃料通路３８を通り、ケース内部４１，ノズルボディ２６内部を経てスワラー３３に至る。スワラー３３を通過する燃料は、スワラー３３により所望の旋回力が付加され、シート面２７、オリフィス３９を通って、内燃機関の気筒に直接噴射される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃料噴射弁は以上のように構成されているので、ボール弁体の摺動接触部と旋回体の旋回溝底部との位置関係は、前者の方が流れの上流部に位置していた。
筒内噴射用燃料噴射弁として用いる場合には、吸気管噴射の場合に比べて４〜５倍の速さで弁体を動作させる必要があり、電磁気的な改善の他にも、流体的な改善（噴射時の圧力分布）も必要となってくる。しかしながら、高燃圧（例えば５ＭＰａ以上）で使用するために、流体的な改善は難しく、その結果、弁体の動作速度を所望の値まで改善できず、流量特性のリニアリティ域の拡大（流量ダイナミックレンジの拡大）につながらないという問題点があった。
【００１０】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、燃料に旋回を与えるタイプにおいては、噴射角の制御は、旋回溝の幅、深さ、オフセット量等により行なうことができるので、これに加えて更に、旋回深さを動作速度改善の目的にも利用す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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る燃料噴射弁は、弁体のニードル部と旋回体内径が隙間を有し、かつこの隙間と旋回溝とが連通しており、弁体が全閉状態のときには、弁体と旋回体内径との摺動部の最上流端位置は、旋回溝底部よりも下流にあり、弁体が全開状態のときには、弁体と旋回体内径との摺動部の最上流端位置は、旋回溝底部よりも上流にあるようにしたものである。
【００１２】
この発明の請求項２に係る燃料噴射弁は、弁装置の旋回体外面部と弁本体内面部とで軸方向の流路を形成し、旋回体の弁座に面する軸方向端面において一端が軸方向流路に接続し、他端が弁体の摺動内径にオフセットして接続される複数の旋回溝を設けたものである。
【００１３】
この発明の請求項３に係る燃料噴射弁は、弁体をニードル部とボール弁体で構成すると共に、ニードル部の外径と旋回体内径との隙間をボール弁体と旋回体内径との摺動隙間より大きく構成したものである。
【００１４】
この発明の請求項４に係る燃料噴射弁は、弁体をＲ部、弁体ストレート部及びこの弁体ストレート部の終端に設けられた段部とから構成したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施形態による筒内噴射用燃料噴射弁１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３によりカバーされた弁装置４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５が接続され、この燃料供給管５から燃料フィルタ６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７の噴射弁挿入孔８に挿入され、ウエーブワッシャ９等によりシールされて取り付けられている。
【００１６】
弁装置４は、小径円筒部１０及び大径円筒部１１を有する段付中空円筒形の弁本体１２と、弁本体１２内で中心孔先端に固着されて燃料噴射孔１３を有する弁座１４と、後述するソレノイド装置１５により弁座１４に離接して燃料噴射孔１３を開閉する弁体であるニードルバルブ１６と、ニードルバルブ１６を軸方向に案内すると共に、径方向内向きに弁座１４の燃料噴射孔１３に流れ込もうとする燃料に旋回運動を与える旋回体１７とを備えている。弁装置４の弁本体１２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。
【００１７】
図２，図３は弁装置４の弁座１４付近を示す拡大側面断面図であり、図２はボール弁体全閉時、図３はボール弁体全開時をそれぞれ示している。図において、１６ａはニードルバルブ１６のニードル部、１６ｂはボール弁体、１８は旋回溝、ａは旋回溝１８の深さである。
又、弁装置４の旋回体１７外面部と弁本体１２内面部とで軸方向の流路を形成し、旋回体１７の弁座１４に面する軸方向端面において、一端が軸方向流路に接続し、他端がボール弁体１６ｂの摺動内径に複数の旋回溝１８がオフセットして接続されるよう構成されている。
更にボール弁体１６ｂを支持するニードル部１６ａの外径と旋回体１７内径とのすき間は、ボール弁体１６ｂと旋回体１７内径との摺動すき間よりも大きく構成されている。
【００１８】
ボール弁体全閉時には、シート部上流が圧力Ｐ₁（噴射雰囲気圧Ｐ₀＜Ｐ₁）で一定であるのは従来と同じである。従来の場合は、弁体１６がリフトしていっても、燃料のほぼ全量は旋回体１７外周部と旋回溝１８を流れて、ボール弁体１６ｂと弁座１４のシート部すき間を通過する。従ってこの流路においては、圧力分布が存在することになるが（Ｐ₄＞Ｐ₅＞Ｐ₂）、ボール弁体１６ｂのニードル部１６ａと旋回体１７内径とのすき間の圧力Ｐ₃は、Ｐ₃≒Ｐ₄となっている。（ボール弁体１６ｂを摺動部として使っているため、ニードル部１６ａはすき間が必要であり、ニードル部１６ａとボール弁体１６ｂは溶接等により一体化されている。）
【００１９】
つまりＰ₃＞Ｐ₅，Ｐ₃＞Ｐ₂となっているために、ボール弁体１６ｂには閉方向の力が作用していることになる。このため開動作の期間中、この圧力差による閉弁力に打ち勝って、どれだけボール弁体１６ｂを速く動作させるかという課題が発生する。特に開弁の初動時に、この閉弁力が大きく影響して開弁遅れを増大させてしまっていた。
【００２０】
本実施形態においては、ボール弁体１６ｂ全閉時には、図に示すように、ボール弁体１６ｂが旋回体１７内径と接する位置Ｋ₁は、旋回溝１８の溝底部１８ａよりもｌ₁だけ下流に位置させた。これにより、ニードル部１６ａと旋回体１７内径との隙間は旋回溝１８部と連通することになり、開弁初動時には、この流路を通る燃料流れが存在することになり、Ｐ₃とＰ₄にも圧力差が発生する（Ｐ₃＜Ｐ₄）。
即ち少なくとも開弁動作の初期において、弁体摺動部の直上流と燃料の旋回流発生部との間を、弁体摺動すき間面積よりも大きな面積で連通させているのである。
【００２１】
つまりＰ₄＞Ｐ₃＞Ｐ_5,Ｐ₄＞Ｐ₃＞Ｐ₂となるために、ボール弁体１６ｂに作用する閉弁力を従来に比べて軽減することができる。
従って、開弁の初動作をスムーズに行なうことができ、開弁遅れを大幅に改善することができる。
ここで旋回溝１８を通過しない流れが開弁動作初期に存在することになるが、ボール弁体１６ｂの開閉弁動作による全噴射量に占める割合は非常に小さく、燃料の旋回流にはほとんど影響は現われない。
【００２２】
更に図３に示すように、ボール弁体１６ｂ全開時には、ボール弁体１６ｂが旋回体１７内径と接する位置Ｋ₂は、旋回溝１８の溝底部１８ａよりｌ₂だけ上流に位置するので、燃料の旋回流には何ら影響はなく、閉弁動作の初期には、Ｐ₃，Ｐ₂，Ｐ₅は従来例と同様の値になつており、圧力差を利用して閉弁動作をアシストする効果は損なわれない。
【００２３】
実施の形態２．
図４，図５はこの発明の実施の形態２による筒内噴射用燃料噴射弁における弁座１４付近を示す拡大側面断面図であり、図４は弁体全閉時、図５は弁体全開時をそれぞれ示している。
図に示すように、本実施形態においては実施の形態１に比べて、ボール弁体でないタイプの適用例であり、弁体１６はＲ部と弁体ストレート部（摺動部）ｈとからなっており、更に弁体ストレート部ｈの終端には段部ｂが設けられている。以上のように構成することにより、実施の形態１と同様の効果を発揮することができる。
【００２４】
このようにして、弁体１６外周と旋回体１７内径との摺動部の最上流端位置と、旋回体１７の内径に面する旋回溝１８の最上流端（溝底１８ａ）との関係を変えることにより、同様の効果を得ることができる。なお、この場合、環状溝はない。
【００２５】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る燃料噴射弁によれば、弁体のニードル部と旋回体内径が隙間を有し、かつこの隙間と旋回溝とが連通しており、弁体が全閉状態のときには、弁体と旋回体内径との摺動部の最上流端位置は、旋回溝底部よりも下流にあり、弁体が全開状態のときには、弁体と旋回体内径との摺動部の最上流端位置は、旋回溝底部よりも上流にあるので、開弁の初動作をスムーズに行なうことができると共に、閉弁動作を圧力差によりアシストする効果も失われない。
【００２６】
この発明の請求項２に係る燃料噴射弁によれば、弁装置の旋回体外面部と弁本体内面部とで軸方向の流路を形成し、旋回体の弁座に面する軸方向端面において一端が軸方向流路に接続し、他端が弁体の摺動内径にオフセットして接続される複数の旋回溝を設けたので、燃料の流れが旋回溝から高速で滑らかに流入し、複数の噴射流が衝突したりすることがなくなる。
【００２７】
この発明の請求項３に係る燃料噴射弁によれば、弁体をニードル部とボール弁体で構成すると共に、ニードル部の外径と旋回体内径との隙間をボール弁体と旋回体内径との摺動隙間より大きく構成したので、弁体の動作速度を所望の値まで上げることができる。
【００２８】
この発明の請求項４に係る燃料噴射弁によれば、弁体をＲ部、弁体ストレート部及びこの弁体ストレート部の終端に設けられた段部とから構成したので、弁体の動作速度を所望の値まで上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による筒内噴射用燃料噴射弁を示す側面断面図である。
【図２】図１の弁座付近を示す拡大側面断面図である。
【図３】図１の弁座付近を示す拡大側面断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２による燃料噴射弁における弁座付近を示す拡大側面断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による燃料噴射弁における弁座付近を示す拡大側面断面図である。
【図６】従来の燃料噴射弁を示す断面図である。
【図７】図６のノズルボディ部分を示す拡大側面断面図である。
【符号の説明】
１２弁本体、１３噴射口、１４弁座、１６弁体、１６ａニードル部、
１６ｂボール弁体、１７旋回体、１８旋回溝、１８ａ旋回溝底部。

Claims

中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射口を有する弁座と、上記弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射口を開閉する弁体と、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ともに上記噴射口から流出する燃料に旋回を与える旋回体とを有する燃料噴射弁において、上記弁体のニードル部と上記旋回体内径が隙間を有し、かつこの隙間と旋回溝とが連通しており、上記弁体が全閉状態のときには、上記弁体と上記旋回体内径との摺動部の最上流端位置は、旋回溝底部よりも下流にあり、上記弁体が全開状態のときには、上記弁体と上記旋回体内径との摺動部の最上流端位置は、上記旋回溝底部よりも上流にあることを特徴とする燃料噴射弁。
弁装置の旋回体外面部と弁本体内面部とで軸方向の流路を形成し、上記旋回体の弁座に面する軸方向端面において一端が上記軸方向流路に接続し、他端が弁体の摺動内径にオフセットして接続される複数の旋回溝を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
弁体をニードル部とボール弁体で構成すると共に、上記ニードル部の外径と旋回体内径との隙間を上記ボール弁体と上記旋回体内径との摺動隙間より大きく構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料噴射弁。
弁体をＲ部、弁体ストレート部及びこの弁体ストレート部の終端に設けられた段部とから構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料噴射弁。