JP3707143B2 - 流体噴射ノズル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体噴射ノズルに関するもので、特に、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（以下、「エンジン」と称する）に用いられる燃料噴射弁は、バルブボディの軸方向に形成される案内孔に弁部材を往復移動可能に収納し、燃料噴射弁の先端部に開口する噴孔を弁部材の上下動により開閉している。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】
また、米国特許第５３８３６０７号に開示される燃料噴射弁のように、弁部材の燃料下流側にオリフィスプレートを取付け、オリフィスプレートに形成した噴孔から燃料を噴射するものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、燃費の低減や排気ガス中に排出される有害物質を低減するために、燃料噴射弁から噴射する燃料噴霧の微粒化が要求されている。燃料噴霧を微粒化するためには噴孔に至る燃料流れに乱れ（擾乱）を発生させることが有力である。しかしながら、米国特許第５３８３６０７号に開示されるような燃料噴射弁では、オリフィスプレートに至る燃料流れに擾乱を発生させる構成をもたないので、燃料噴霧の微粒化が不十分である。
【０００５】
本発明の目的は、流体噴霧の微粒化を促進する流体噴射ノズルを提供することにある。
本発明の他の目的は、燃料噴霧の微粒化を促進する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１〜５のいずれか一項記載の流体噴射ノズルによると、弁部材が弁座から離座し、この開口部からオリフィスに至る流体流れが障害物と衝突することにより、流体流れに乱れ（擾乱）が発生する。この擾乱を生じた流体同士を略円盤状の流体室でオリフィスプレート面に平行に衝突させ、その後、オリフィスから噴射することにより、流体噴霧の微粒化が促進される。
【０００７】
本発明の請求項６記載の流体噴射ノズルによると、オリフィスプレートおよびその近傍に障害物を設けることにより、流体室に流入する流体がその流れ方向で障害物に衝突する。したがって、流体が大きなエネルギーで障害物に衝突するので流体流れに擾乱が発生しやすい。
【０００８】
本発明の請求項７記載の燃料噴射弁によると、オリフィスから噴射される燃料噴霧の微粒化を促進することができるので、燃料噴霧が広範囲に空気と良好に混合する。したがって、燃料消費量および排気ガス中に排出する有害物質を低減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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用燃料供給装置の燃料噴射弁に適用した第１実施例を図１、図２および図３に示す。
【００１０】
まず、燃料噴射装置としての燃料噴射弁を図２に基づいて説明する。図２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、強磁性材料からなる固定コア２１が収容されている。
磁性材料からなる可動コア２２は筒状に形成されており、非磁性パイプ２３および磁性パイプ２４の内部空間に配設されている。可動コア２２の外径は非磁性パイプ２３の内径より僅かに小さく設定され、可動コア２２は非磁性パイプ２３に摺動可能に支持されている。可動コア２２は、固定コア２１と軸方向に対向し、固定コア２１の下端面と所定の隙間を形成するように配設されている。
【００１１】
非磁性パイプ２３は、固定コア２１の可動コア側端部外周に嵌合し、レーザ溶接等により固定されている。非磁性パイプ２３の反固定コア側端部には、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２４が接続されている。なお、非磁性パイプ２３の反固定コア側は可動コア２２の案内部をなしている。
弁部材としてのニードル弁２５の燃料噴射側の先端面２５ａは図１に示すようにほぼ平坦に形成されており、ニードル弁２５の他方の端部には図２に示すように接合部２５ｂが形成されている。そして、接合部２５ｂと可動コア２２とがレーザ溶接され、ニードル弁２５と可動コア２２とが一体に連結される。接合部２５ｂ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。
【００１２】
圧縮コイルスプリング２６の一端は、可動コア２２に設けられたスプリング座２２ａに当接し、圧縮コイルスプリング２６の他端は、アジャスティングパイプ２７の底部に当接している。圧縮コイルスプリング２６は、可動コア２２とニードル弁２５とを図２の下方、つまり当接部２５ｃがバルブボディ３０の弁座３１ａに着座する方向に付勢している。
【００１３】
アジャスティングパイプ２７は固定コア２１の内周に圧入されている。組付け時にアジャスティングパイプ２７の圧入位置を調整することにより圧縮コイルスプリング２６の付勢力を調整可能である。
バルブボディ３０は、スペーサ２８を介して磁性パイプ２４に挿入され、磁性パイプ２４とレーザ溶接等により固定されている。スペーサ２８の厚みは固定コア２１と可動コア２２とのエアギャップを所定値にするように調節される。バルブボディ３０の内径は先端付近からオリフィスプレート３２に向かうにしたがい縮径しており、流体通路としての燃料通路を形成する内壁面３１は円錐状に形成されている。ニードル弁２５の当接部２５ｃは内壁面３１に形成された弁座３１ａに着座可能である。
【００１４】
ステンレス製のオリフィスプレート３２はカップ状に形成されており、バルブボディ３０の先端に溶接、例えば全周溶接により接合される。図１に示すように、ニードル弁２５の先端面２５ａ、バルブボディ３０の内壁面３１、およびオリフィスプレート３２のニードル弁２５との対向面３３により、略円板状の流体室としての燃料室３５が形成されている。図１および図３に示すように、対向面３３には障害物としての微細凹凸３３ａが形成されている。微細凹凸３３ａはショットブラストにより梨地状に形成されている。
【００１５】
オリフィス３４は、オリフィスプレート３２を板厚方向に貫通して四つ形成されており、図１の下方、つまり燃料噴射方向に向かい軸から離れる方向に所定角度をなしている。ニードル弁２５が弁座３１ａから離座すると燃料室３５からオリフィス３４を通って燃料が噴射される。
図２に示すスリーブ４０は樹脂製であり、バルブボディ３０およびオリフィスプレート３２の外周に圧入され、オリフィスプレート３２を保護している。オリフィス３４から噴射される燃料はスリーブ４０の開口部４０ａからエンジンに噴射される。
【００１６】
電磁コイル５０は樹脂製のスプール５１の外周に巻回されており、スプール５１は固定コア２１、非磁性パイプ２３、磁性パイプ２４の外周に配設されている。電磁コイル５０およびスプール５１の外周にハウジングモールド１１が樹脂成形され、ハウジングモールド１１により電磁コイル５０が包囲されている。図示しない電子制御装置によってターミナル５２からリード線を介して電磁コイル５０に励磁電流が流れると、ニードル弁２５および可動コア２２が圧縮コイルスプリング２６の付勢力に抗して固定コア２１の方向へ吸引され、当接部２５ｃが弁座３１ａから離座する。
【００１７】
ターミナル５２はハウジングモールド１１に埋設されており、電磁コイル５０に電気的に接続されている。ターミナル５２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。
２枚の金属プレート６１および６２は上方の一端が固定コア２１の外周に接し、下方の他端が磁性パイプ２４の外周に接するように設けられ、電磁コイル５０への通電時の磁束を通す磁路を形成する部材である。この２枚の金属プレート６１、６２により電磁コイル５０が保護されている。
【００１８】
フィルタ６３は固定コア２１の上方に配設されており、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。固定コア２１内にフィルタ６３を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ２７からニードル弁２５の接合部２５ｂ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３０とニードル弁２５との摺動部に形成された四面取り部との隙間を通過し、ニードル弁２５の当接部２５ｃと弁座３１ａとよりなる弁部に到る。当接部２５ｃが弁座３１ａから離座すると、当接部２５ｃと弁座３１ａとが形成する開口部から燃料が燃料室３５に流入する。
【００１９】
次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。
(1) 電磁コイル５０への通電オフ時、可動コア２２およびニードル弁２５は圧縮コイルスプリング２６の付勢力により図２の下方に付勢され、ニードル弁２５の当接部２５ｃが弁座３１ａに着座する。これにより、オリフィス３４からの燃料噴射が遮断される。
【００２０】
(2) 電磁コイル５０への通電をオンすると、圧縮コイルスプリング２６の付勢力に抗して可動コア２２が固定コア２１に吸引されるので、ニードル弁２５の当接部２５ｃが弁座３１ａから離座する。これにより、当接部２５ｃと弁座３１ａとの開口部から燃料室３５に燃料が流入する。燃料室３５に流入した燃料は、内壁面３１、先端面２５ａ、対向面３３に案内されて燃料室３５の中心部に向かう。中心部に向かう燃料は中央部で互いに衝突して径方向外側に向かう流れを生じ、この径方向外側に向かう燃料流れと中心部に向かう燃料流れとがオリフィス３４上で衝突する。
【００２１】
燃料室３５に流入した燃料はオリフィスプレート３２の対向面３３に形成された微細凹凸３３ａに衝突して燃料流れに擾乱を発生する。この擾乱を内包した燃料がオリフィス３４から噴射されると、擾乱のエネルギーにより噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。
第１実施例では、オリフィス３４から噴射される噴霧の微粒化が促進されることにより、燃料噴霧が広範囲に渡って空気と混合しやすく燃料の燃焼効率が増大するので、排気ガス中に排出される有害物質および燃料消費量を低減することができる。
【００２２】
第１実施例では、微細凹凸３３ａをショットブラストにより形成したが、切削刃またはレーザ加工により格子状に形成することも可能である。また、オリフィスプレートの対向面の表面を粗く仕上げて擾乱を発生させる障害物としてもよい。
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図４に示す。第２実施例では、弁部材としてのニードル弁７０の先端面７１に第１実施例のオリフィスプレート３２に形成したものと同様な障害物としての微細凹凸７１ａが形成されている。オリフィスプレート７２のニードル弁７０との対向面７３は滑らかな平坦面である。
【００２３】
燃料室３５に流入した燃料は先端面７１に形成された微細凹凸７１ａに衝突して燃料流れに擾乱を発生する。この擾乱を内包した燃料がオリフィス３４から噴射されると、擾乱のエネルギーにより噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図５に示す。ノズルボディ７４のオリフィスプレート側開口の内壁面７４ａは、同径に形成されており、この内壁面７４ａに沿って焼結金属で形成された障害物としての環状部材７５が固定されている。
【００２４】
当接部２５ｃが弁座７４ｂから離座し、当接部２５ｃと弁座７４ｂとの開口部から燃料室３５に流入する燃料は、環状部材７５に衝突して燃料流れに擾乱を発生する。また、焼結金属で形成された環状部材７５は多孔質であるので、環状部材７５に衝突した燃料に発生する擾乱がさらに増大する。この擾乱を内包した燃料がオリフィス３４から噴射されると、擾乱のエネルギーにより噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。
【００２５】
第３実施例では、環状部材７５を焼結金属で形成したが、セラミックで形成した環状部材により、焼結金属と同様に燃料流れに発生する擾乱を増大することができる。焼結金属やセラミックのような多孔質材を用いず、金属の細線により環状部材を形成することもできる。また、耐油性のある金属で表面を滑らかに仕上げたものを環状部材として用いても、環状部材に燃料が衝突することにより燃料流れに擾乱が発生し、燃料噴霧の微粒化を促進することができる。
【００２６】
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図６に示す。ノズルボディ７６のオリフィスプレート側の開口近傍に、環状の突起部７７がノズルボディ７６と一体に形成されている。当接部２５ｃが弁座７６ａから離座し、当接部２５ｃと弁座７６ａとの開口部から燃料室３５に流入する燃料は、障害物としての突起部７７に衝突して燃料流れに擾乱を発生する。この擾乱を内包した燃料がオリフィス３４から噴射されると、擾乱のエネルギーにより噴射される燃料の微粒化が促進される。
【００２７】
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図７に示す。
ノズルボディ８０の弁座８１ａ付近の内壁面８１は、オリフィスプレート側に向かうにしたがい縮径する円錐状に形成されている。弁座８１ａからオリフィスプレート側に向かう内壁面８１は、開口近傍でほぼ同一内径に形成された環状面８２を有している。環状面８２とオリフィスプレート７２の対向面７３との交線は、弁座８１ａの燃料上流側から弁座８１ａを通ってオリフィスプレート側に延ばした仮想円錐面９０と対向面７３との仮想交線９１よりも外周側に位置している。
【００２８】
当接部２５ｃが弁座８１ａから離座すると、当接部２５ｃと弁座８１ａとの開口部から内壁面８１に案内されて燃料室３５に燃料が流入する。燃料室３５に流入した燃料の一部はさらに環状面８２に案内され、仮想円錐面９０と対向面７３との形成する角度よりも９０°に近い角度で対向面７３に衝突する。燃料が対向面７３と衝突する角度が９０°に近いほど対向面７３と衝突する燃料のエネルギーは大きくなるので、燃料流れに発生する擾乱もより増大する。この擾乱を内包した燃料がオリフィス３４から噴射されると、擾乱のエネルギーにより噴射される燃料の微粒化が促進される。
【００２９】
第５実施例では、内壁面８１と対向面７３とがほぼ垂直に交差するように構成したが、弁座からオリフィスプレートに向かうにしたがいバルブボディの内壁面の内径を徐々に大きくする構成にしてもよい。この場合においても、燃料がオリフィスプレートの対向面と衝突する角度は９０°に近づき、対向面と衝突する燃料のエネルギーは大きくなるので、燃料流れに発生する擾乱もより増大する。
【００３０】
以上説明した本発明の複数の実施例では、それぞれ燃料流れに擾乱を発生させる構成を一種類示したが、これら各実施例を組み合わせて燃料流れに擾乱を発生させることも可能である。
また上記複数の実施例は、燃料噴射弁に本発明の流体噴射ノズルの構成を適用したものであるが、噴射する流体噴霧の微粒化を必要とするのであればどのような流体噴射ノズルに本発明を適用することも可能である。
【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実施例の燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図３】第１実施例のオリフィスプレートを示す平面図である。
【図４】本発明の第２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５】本発明の第３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６】本発明の第４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７】本発明の第５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。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射弁
２１ 固定コア
２２ 可動コア
２５ ニードル弁（弁部材）
２５ａ 先端面
２５ｃ 当接部
３０ ノズルボディ
３１ 内壁面
３１ａ 弁座
３２ オリフィスプレート
３３ 対向面
３３ａ 微細凹凸（障害物）
３４ オリフィス
３５ 燃料室（流体室）
７０ ニードル弁（弁部材）
７１ 先端面
７１ａ 微細凹凸（障害物）
７２ オリフィスプレート
７３ 対向面
７４ ノズルボディ
７４ｂ 弁座
７５ 環状部材（障害物）
７６ ノズルボディ
７６ａ 弁座
７７ 突起物（障害物）
８０ ノズルボディ
８１ 内壁面
８１ａ 弁座

Claims (7)

1. 流体通路を形成する内壁面に弁座を設けたバルブボディと、前記弁座に着座可能な当接部を有し、前記当接部が前記弁座から離座、ならびに前記弁座に着座することにより前記流体通路を開閉する弁部材と、
   前記弁部材よりも流体下流側の前記バルブボディに取付けられるオリフィスプレートであって、板厚方向に貫通するオリフィスを有するオリフィスプレートとを備え、
   前記オリフィスプレートの前記弁部材との対向面と前記弁部材の先端面と前記内壁面とで略円板状の流体室を形成する流体噴射ノズルであって、
   前記当接部と前記弁座との開口部から前記オリフィスに至る流体流れを乱す障害物を前記流体室の壁面に設けることを特徴とする流体噴射ノズル。
2. 前記障害物は、前記開口部よりも流体下流側の前記先端面または前記対向面の少なくともいずれか一方に設けた微細凹凸であることを特徴とする請求項１記載の流体噴射ノズル。
3. 前記障害物は突起物であることを特徴とする請求項１記載の流体噴射ノズル。
4. 前記突起物は細線の集合物であることを特徴とする請求項３記載の流体噴射ノズル。
5. 前記突起物は多孔材質で形成されていることを特徴とする請求項３記載の流体噴射ノズル。
6. 前記オリフィスプレートおよびその近傍に前記障害物を設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の流体噴射ノズル。
7. 請求項１〜６のいずれか一項記載の流体噴射ノズルを燃料噴射ノズルに用いることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。

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