JP3706338B2

JP3706338B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3706338B2
Application number: JP2002002702A
Authority: JP
Inventors: 守住田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2022-01-09
Also published as: JP2003201937A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、液体燃料を微粒化して自動車用エンジンなどの内燃機関の燃焼室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】
上記のような燃料噴射装置として、複数の噴口を有する噴口プレ−ト部材から液体燃料（以下、燃料）を霧状に噴射する構造のものが知られている。図９は、特開２００１−４６９１９号公報に開示された上記燃料噴射装置における噴口プレ−ト部材およびその近傍部の断面図であり、図１０は図９の噴口出口側から見た平面図である。
【０００３】
図９〜図１０において、４は４個の噴口５を有する噴口プレ−ト部材、３は弁座３１を有すると共に噴口５に通じる燃料通路３２を有するバルブシ−ト、６は噴口プレ−ト部材４とバルブシ−ト３との間に設けられて燃料通路３２と噴口５とを連通する円盤状の燃料キャビティ、２は弁座３１に離着座して燃料通路３２を開閉する弁部材である。外部から供給された燃料は、弁部材２が弁座３１から離座して燃料通路３２が開状態となっているとき、燃料通路３２から燃料キャビティ６に至り、次いで各噴口５から内燃機関の燃焼室（図示せず）に噴射される。またその間につぎの機構により微粒化して霧状で噴射される。
【０００４】
即ち、燃料キャビティ６内へ流れ込んだ燃料は、円盤状を呈する上記燃料キャビティ６の中央またはその近傍から径方向に、換言すると燃料キャビティ６の外周に向かって流れる。その際に、一部の燃料は上記外周に至ることなくその途上で噴口プレ−ト部材４に設けられた噴口５から燃焼室に流出する。また一部の燃料は、噴口５の間を通り抜けて上記外周に至り、次いで反転して外周から中央に向かって流れ、その途上で噴口５から燃焼室に流出する。したがって噴口５では、中央方面から来た流れＡと外周から来た流れＢとが衝突して乱流が生じ、この結果、噴口５から流出する燃料は、かかる乱流により微粒子化する。
【０００５】
しかしながら従来の円盤状燃料キャビティ６においては、上記の中央方面から来た流れＡは、外周から来た流れＢより流速が大きく、このために両流間の衝突が十分に起こらず、燃料の微粒子化が未だ十分でない問題がある。
【０００６】
さらに、次の問題もある。図１１は、図９における噴口プレ−ト部材４に設けられた噴口５の拡大断面図であって、５１は噴口５の中心軸である。噴口５は、一般的にその中心軸５１が軸に対して角度θで傾斜するように設けられる。図１１において、流れＡは噴口５の入り口で流れ方向が角度（９０−θ）だけの変化であるのに対して、流れＢは角度（９０＋θ）の大きな変化を余儀なくされる。流れ方向の変化量が大きい程、燃料の流速変化量も大きくなるので、流れＢはかかる事態からも流れＡと比較して噴口５での流速が低い問題もある。
【０００７】
前記図９〜図１１に示す燃料噴射装置では、燃料キャビティ６の中央またはその近傍から燃料キャビティ６の外周に向かう燃料の流れが支配的である場合であるが、バルブシ−ト３の弁座３１近傍の構造を変更することにより上記とは逆に、燃料キャビティ６の外周から中央に向かう燃料の流れが支配的となるように設計された燃料噴射装置では、流れＢの流速が流れＡのそれより大きくなるので、やはり両流間の衝突が十分に起こらない問題が生じる。
【０００８】
さらに前記図９〜図１１に示す燃料噴射装置は、噴口プレ−ト部材４から燃料が一つの円錐状あるいは喇叭状に噴射されるように各噴口が設けられたもの、所謂１スプレータイプのものであるが、噴口プレ−ト部材から燃料が二以上の円錐状を形成するように噴射される多スプレータイプのものもある。かかるタイプの各噴口の傾斜の方向は複雑であって、互いに隣接する二つの噴口は、互いに反対方向に傾斜することさえあって、それらの各噴口毎にその周囲からの燃料の流入速度が可及的均一となることが要求される。
【０００９】
【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を解決することを課題とし、複数の噴口のうちのなくとも一部の噴口における周囲からの燃料の流入速度が可及的均一となる燃料噴射装置を提供することを課題とするものである。
【００１０】
【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、複数の噴口を有する噴口プレ−ト部材、上記噴口に通じる燃料通路と弁座を有するバルブシ−ト、上記噴口プレ−ト部材と上記バルブシ−トとの間に設けられて上記燃料通路と噴口とを連通する燃料キャビティ、上記弁座に離着座して上記燃料通路を開閉する弁部材を備えた燃料噴射装置であって、上記複数の噴口のうちの少なくとも一部の噴口においては、上記噴口の周囲から上記噴口に流入する燃料の流入位置上の流速差が減少するように、燃料流速が大きい燃料流路面を高面粗度領域とし、燃料流速の小さい燃料流路面を低面粗度領域とし、且つ上記高面粗度領域の面粗度は、上記低面粗度領域の面粗度より０．５〜４μｍ程度大きくしたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項２に係る燃料噴射装置は、請求項１において上記複数の噴口は、１以上のピッチ円を描くように設けられたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項３に係る燃料噴射装置は、請求項２において上記ピッチ円は、上記燃料キャビティの中心と略同心円であることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項４に係る燃料噴射装置は、請求項２において上記ピッチ円は、中心を互いに異にする複数個を含むことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項５に係る燃料噴射装置は、請求項１において、上記高面粗度領域における面の高低差は、上記燃料キャビティの高さの少なくとも１／３０以上であり、上記低面粗度領域における面の高低差は、上記燃料キャビティの高さの１／５０〜１／１００程度であることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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の断面図であり、図２は図１におけるＣ部の拡大図であり、図３は図２の矢印Zの方向からた見た平面図である。
【００１６】
図1〜図３において、燃料噴射装置１は、樹脂製ハウジング１１の内部に電磁コイル１２、固定鉄心１３および磁気通路を構成する金属プレ−ト１４が配置され一体成形されている。電磁コイル１２は樹脂製のボビン１２１とその外周に巻線されているコイル１２２および外部との接続のために設けられたタ−ミナル１２３により構成されて樹脂製ハウジング１１と一体成形されている。
【００１７】
固定鉄心１３の内部には圧縮ばね１５の荷重を調整するアジャスタ１６が固定されている。二枚の磁気通路を構成する金属プレ−ト１４は、その一端が固定鉄心１３に溶接により固定され、その他端が磁気通路を構成する電磁パイプ１７に溶接されている。磁気パイプ１７の内部に配置された可動鉄心１７１が軸方向に可動なように、非磁性パイプ１７２が固定鉄心１３と磁気パイプ１７とに固定、配置されている。
【００１８】
可動鉄心１７１の一端には、ニ−ドルパイプ１７３が溶接固定されている。ニ−ドルパイプ１７３の可動鉄心１７１側の端は、圧縮ばね１５に当接しており、他端は前記弁部材の一例としてのボ−ル２が溶接固定されている。磁気パイプ１７の内部に配置されたバルブシ−ト３は、ボ−ル２の弁座となる傾斜面３１を有すると共に燃料通路３２を有する。ボ−ル２は、その外周部が五角形に加工されている。またその五角形によりバルブシ−ト３のガイド部３３にガイドされて軸方向に前後動して傾斜面３１に離着座可能な様に配置されている。
【００１９】
噴口プレ−ト部材４は、その中心点（燃料通路３２の中心軸）の周囲に且つ上記中心軸の周りに互いに等間隔で配設された複数（図３では８個）の噴口５を有し、バルブシ−ト３の図上での下端に液密に固定されている。各噴口５は、図２に示す通り、その中心線が上記中心軸に平行な線に対して角度θで一様に傾斜している。噴口プレ−ト部材４とバルブシ−ト３との間に設けられた燃料キャビティ６は、円盤状を呈し、燃料通路３２と複数の噴口５とを連通する機能をなす。
【００２０】
図２〜図３において、噴口プレ−ト部材４の燃料流路面４１は、噴口プレ−ト部材４の中心と同心的に設けられた円形の高面粗度領域４１１(図３の梨地部)と、高面粗度領域４１１の外周部に設けられたリング状の低面粗度領域４１２(図３の白地部)とを含む。Ｈは燃料キャビティ６の軸方向の高さ（キャビティ高さ）、Ｐ１は噴口５の各中心点を結ぶピッチ円、Ｐ２は高面粗度領域４１１の外周のピッチ円である。ピッチ円Ｐ１およびピッチ円Ｐ２は、いずれも燃料キャビティ６の中心と同心となっている。また図３における矢印は、燃料流路面４１上での燃料の流れ方向を示す。
【００２１】
次に燃料噴射装置１の動作について説明する。外部より端子１２３を介してコイル１２に通電すると、固定鉄心１３、金属プレ−ト１４、磁気パイプ１７、可動鉄心１７１で構成される磁気通路に磁束が発生し、可動鉄心１７１が固定鉄心１３に電磁吸引力により引き付けられ、可動鉄心１７１と接合され一体となっているニ−ドルパイプ１７３およびニ−ドルパイプ１７３に溶接固定されているボ−ル２が動作し、ボ−ル２がバルブシ−ト３の傾斜面３１からた離座して燃料通路３２が開状態とされる。
【００２２】
燃料通路３２が開状態であるとき、デリバリパイプ（図示せず）から燃料噴射装置１に供給された燃料は、フィルタ１８を通過し、ついで固定鉄心１３内に配置されているアジャスタ１６および圧縮ばね１５、可動鉄心１７１、ニ−ドルパイプ１７３の各内部、バルブシ−ト３のガイド部３３とボ−ル２の外周の間を順次通過して円筒形の燃料通路３２に至り、そこからさらに燃料キャビティ６を経て噴口５から外部（エンジンの燃焼室内）に噴射される。
【００２３】
燃料キャビティ６内における燃料の流れに就き、図２〜図３により詳述すると、燃料通路３２から燃料キャビティ６の中心部６１へ流れ込んだ燃料は、図１０に示す従来技術の場合と同様に、その流れの方向を変えて中心部６１から燃料キャビティ６の径方向に、即ち外周部６２に向って流れ（流れＡ）、そのうちの一部の燃料は噴口５に流入してそこから外部に噴射され、残りの燃料は噴口５間を通過して外周部６２に到達し、その後燃料キャビティ６の外周壁６３に衝突反射して再度方向を変えて噴口５に向う（流れＢ）。噴口５では、上記流れＡ、Ｂが衝突し、燃料流に乱れが生じた状態で噴口５より流出する。
【００２４】
ここで上記流れＡ、Ｂの各流速に就き、図１０に示す従来技術と実施の形態１との相違を説明する。高面粗度領域４１１を有しない従来技術の噴口プレ−ト部材４の燃料流路面４１は、面粗度が一様であるので図９〜図１１で説明した通り、流れＡの流速が流れＢのそれより大きいが、高面粗度領域４１１が設けられたことにより当該領域内での燃料の流動抵抗が増大し、その結果、流れＡの流速が低下する。一方、上記ピッチ円P２を通過した燃料流は、低面粗度領域４１２を、即ち高面粗度領域４１１よりも流動抵抗の小さい領域を流れるので流れＢの流速低下の程度が小さく、かくして流れＡ、Ｂ間の流速差が従来より低減して各噴口５での流れＡ、Ｂ間の衝突、燃料の微粒化が改善される。
【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、前記図２の矢印Zの方向からた見た他の平面図である。なお実施の形態２および後続の諸実施の形態においては、前記図１〜図３にて表示された部位と同じ部位に就いては同じ符号を付して説明を省略することがある。
【００２６】
図４において、噴口プレ−ト部材４の燃料流路面４１は、噴口プレ−ト部材４の中心近傍から各噴口５の手前まで延在した擬似二等辺三角形の高面粗度領域４１１と、それ以外の低面粗度領域４１２とを含む。図４における矢印は、燃料流路面４１上での燃料の流れ方向を示す。
【００２７】
しかして実施の形態２は、前記実施の形態１とは高面粗度領域４１１が部分的に設けられた点において異なり、その他の構成は同じである。高面粗度領域４１１が設けられた個所は、各噴口５への流れＡの流速が最も大きい個所であるので、高面粗度領域４１１は、この高流速を効果的に減速させる。一方、噴口５間の流路面は低面粗度領域４１２に属するので、噴口５間を通過する燃料流は、高流速を維持したままで燃料キャビティ６の外周壁６３（図２参照）に衝突反射して流れＢとなるので、流れＢは前記実施の形態１の場合より高流速であり、かくして流れＡ、Ｂ間の流速差が実施の形態１の場合より低減して各噴口５での流れＡ、Ｂ間の衝突、燃料の微粒化が一層改善される。
【００２８】
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、図２のZ方向からた見たさらに他の平面図である。実施の形態３では、各噴口５の流れＡに直面する個所のみに半リング状の高面粗度領域４１１が設けられている。これら半リング状の高面粗度領域４１１は、実施の形態２における擬似二等辺三角形の高面粗度領域４１１と同様の作用、および燃料の微粒化を改善する作用をなす。
【００２９】
実施の形態４．
図６〜図７は、本発明の燃料噴射装置における実施の形態４を説明するものであって、図６は前記図１におけるＣ部の他の拡大図であり、図７は図６のZ方向からた見た平面図である。図６〜図７において、４１１は高面粗度領域であり、４１２は低面粗度領域である。高面粗度領域４１１は、円形の第一高面粗度領域４１１ａ、当該領域４１１ａの外側に設けられたリング状の第二高面粗度領域４１１ｂ、当該領域４１１ｂの外側に設けられたリング状の第三高面粗度領域４１１ｃ、および当該領域４１１ｃのさらに外側に設けられたリング状の第四高面粗度領域４１１ｄの４領域から構成されている。上記４領域における各面粗度は、第一高面粗度領域４１１ａが最も高く、漸次低下して第四高面粗度領域４１１ｄが最も低くなっており、低面粗度領域４１２のそれは第四高面粗度領域４１１ｄのそれよりさらに低くなっている。なお、第二高面粗度領域４１１ｂと第三高面粗度領域４１１ｃの両面粗度を同じとしてもよい。
【００３０】
また図６〜図７において、Ｐ３は外側の噴口５ａの各中心点を結ぶピッチ円であり且つ第四高面粗度領域４１１ｄの外周のピッチ円であり、Ｐ４は第三高面粗度領域４１１ｃの外周のピッチ円であり、Ｐ５は内側の噴口５ｂの各中心点を結ぶピッチ円であり且つ第二高面粗度領域４１１ｂの外周のピッチ円であり、Ｐ６は第一高面粗度領域４１１ａの外周のピッチ円である。ピッチ円Ｐ３〜Ｐ６は、燃料キャビティ６の中心と同心となっている。実施の形態４においても、前記実施の形態１〜３と同様の流れが生じるので、燃料流を矢印Ａ、Ｂのみで簡略表記する。後記の図８でも同様である。
【００３１】
燃料キャビティ６の中心部６１から外周部６２に向う流れＡは、上記４領域を通過する間に漸次流速が低下する。いま内側の噴口５ｂに着目すると、それらは燃料流速が特に大きい中心部６１の近くに位置するので、高面粗度領域４１１が設けられない場合には噴口５ｂにおける流れＡ、Ｂ間の流速差が外側の噴口５ａにおけるそれより大きいが、第一高面粗度領域４１１ａが設けられることにより噴口５ｂにおける流れＡ、Ｂ間の流速差がある程度低下する。その上、噴口５ｂは、その中心部６１側が第二高面粗度領域４１１ｂに囲まれ、その外周部６２側は当該領域４１１ｂより低面粗度の第三高面粗度領域４１１ｃに囲まれているので、噴口５ｂにおける流れＡ、Ｂ間の流速差が一層低下する。一方、外側の噴口５ａは、その中心部６１側が第四高面粗度領域４１１ｄに囲まれ、その外周部６２側は当該領域４１１ｄより低面粗度の低面粗度領域４１２に囲まれているので、流れＡ、Ｂ間の流速差が低下する。
【００３２】
実施の形態５．
図８は、本発明の燃料噴射装置における実施の形態５を説明するものであって、図６のZ方向からた見た他の平面図である。実施の形態５では、各噴口５ｂの流れＡに面する個所に半リング状の高面粗度領域４１１が設けられており、この点においてのみ前記実施の形態５と異なる。半リング状の高面粗度領域４１１は、それの面粗度が前記第一高面粗度領域４１１ａのそれと同程度あるいはそれ以上とすることにより、噴口５ｂでの流れＡ、Ｂ間の流速差が低下する。さらに外側の各噴口５ａでは、その中心部６１（図６参照）側に噴口５ｂおよび高面粗度領域４１１が存在し、それらは流れＡの流速を低下する作用をなし、その外周部６２側は低面粗度領域４１２に囲まれているので、やはり流れＡ、Ｂ間の流速差が低下する。
【００３３】
実施の形態１〜５において、高面粗度領域４１１と低面粗度領域４１２とにおける面粗度の差は、燃料キャビティ６内に供給される燃料の流量や流速、燃料キャビティ６のサイズ特にキャビティ高さＨあるいはその他により依存するが、一般的には、噴口プレ−ト部材４の燃料流路面４１における平均高低差にして０．５μｍ〜２μｍ程度であり、例えば低面粗度領域４１２の面粗度が２μｍである場合、高面粗度領域４１１の面粗度は例えば２．５μｍ以上、好ましくは５μｍ程度以上とされる。あるいはまた、高面粗度領域４１１における面の高低差は、キャビティ高さＨの少なくとも１／３０以上であり、低面粗度領域４１２におけるそれはキャビティ高さＨの１／５０〜１／１００程度である。
【００３４】
本発明は、前記実施の形態１〜５に限定されるものではなく、本発明の主旨に沿った種々の変形実施形態を包含する。実施の形態１〜５では、専ら１スプレータイプについて、しかもピッチ円の中心またはその近傍から外周方向に向かう燃料流速がその反対方向の燃料流速より大きい場合について例示したが、ピッチ円の外周から中心方向に向かう燃料流速がその反対方向の燃料流速より大きい場合、あるいは２スプレータイプ以上の多スプレータイプであっても、燃料流速の強弱に応じて噴口プレ−ト部材の燃料流路面の面粗度を設計調節すればよい。
【００３５】
【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、複数の噴口を有する噴口プレ−ト部材、上記噴口に通じる燃料通路と弁座を有するバルブシ−ト、上記噴口プレ−ト部材と上記バルブシ−トとの間に設けられて上記燃料通路と噴口とを連通する燃料キャビティ、上記弁座に離着座して上記燃料通路を開閉する弁部材を備えた燃料噴射装置であって、上記複数の噴口のうちの少なくとも一部の噴口においては、上記噴口の周囲から上記噴口に流入する燃料の流入位置上の流速差が減少するように、燃料流速が大きい燃料流路面を高面粗度領域とし、燃料流速の小さい燃料流路面を低面粗度領域とし、且つ上記高面粗度領域の面粗度は、上記低面粗度領域の面粗度より０．５〜４μｍ程度大きくしたことを特徴とするものであるので、各噴口に流入する燃料の衝突が良好となって燃料の微粒化が改善され、しかして自動車用エンジンなどの内燃機関における燃料の燃焼効率が改善される効果がある。
【００３６】
また、上記複数の噴口は、１以上のピッチ円を描くように設けられ、例えば上記ピッチ円は、上記燃料キャビティの中心と略同心円であり、あるいは上記ピッチ円は、中心を互いに異にする複数個を含むものであって、上記ピッチ円の中心またはその近傍から外周方向に向かう燃料流速がその反対方向の燃料流速より大きい場合においては、上記噴口の上記ピッチ円の中心側の燃料流路面の面粗度を上記噴口の上記外周側の燃料流路面の面粗度より大きくすることにより、前記した効果が得られる。上記ピッチ円の外周側から中心またはその近傍に向かう燃料流速がその反対方向の燃料流速より大きい場合については、上記噴口の上記外周側の燃料流路面の面粗度を上記中心側の燃料流路面の面粗度より大きくすることにより、上記と同様の効果が得られる。
【００３７】
また上記高面粗度領域における面の高低差は、上記燃料キャビティの高さの少なくとも１／３０以上であり、上記低面粗度領域における面の高低差は、上記燃料キャビティの高さの１／５０〜１／１００程度であると、上記噴口の周囲から上記噴口に流入する燃料の流入位置上の流速差が一層減少する。
【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におけるＣ部の拡大図。
【図３】図２の矢印Zの方向からた見た平面図。
【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、図２の矢印Zの方向からた見た他の平面図である。
【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、図２のZ方向からた見たさらに他の平面図。
【図６】本発明の燃料噴射装置における実施の形態４を説明する、図１におけるＣ部の他の拡大図。
【図７】図６のZ方向からた見た平面図。
【図８】本発明の燃料噴射装置における実施の形態５を説明する、図６のZ方向からた見た他の平面図。
【図９】従来の燃料噴射装置例における一部断面図。
【図１０】図９の一部の平面図。
【図１１】図９の一部の拡大断面図。
【符号の説明】
１燃料噴射装置、２ボ−ル、３バルブシ−ト、３２燃料通路、
４噴口プレ−ト部材、４１燃料流路面、４１１高面粗度領域、
４１２低面粗度領域、５噴口、６燃料キャビティ。

Claims

複数の噴口を有する噴口プレ−ト部材、上記噴口に通じる燃料通路と弁座を有するバルブシ−ト、上記噴口プレ−ト部材と上記バルブシ−トとの間に設けられて上記燃料通路と噴口とを連通する燃料キャビティ、上記弁座に離着座して上記燃料通路を開閉する弁部材を備えた燃料噴射装置であって、上記複数の噴口のうちの少なくとも一部の噴口においては、上記噴口の周囲から上記噴口に流入する燃料の流入位置上の流速差が減少するように、燃料流速が大きい燃料流路面を高面粗度領域とし、燃料流速の小さい燃料流路面を低面粗度領域とし、且つ上記高面粗度領域の面粗度は、上記低面粗度領域の面粗度より０．５〜４μｍ程度大きくしたことを特徴とする燃料噴射装置。
上記複数の噴口は、１以上のピッチ円を描くように設けられたことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
上記ピッチ円は、上記燃料キャビティの中心と略同心円であることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
上記ピッチ円は、中心を互いに異にする複数個を含むことを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
上記高面粗度領域における面の高低差は、上記燃料キャビティの高さの少なくとも１／３０以上であり、上記低面粗度領域における面の高低差は、上記燃料キャビティの高さの１／５０〜１／１００程度であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。