JP3707601B2

JP3707601B2 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP3707601B2
Application number: JP2000181308A
Authority: JP
Inventors: 雅之青田; 毅宗実; 守住田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: JP2001355545A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料噴射弁、特に筒内噴射用の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】
従来の燃料噴射弁の弁装置の構造を図７に示す。図７において、旋回体１３は、中心に弁体であるニードル弁１２を囲んで軸方向に摺動可能に支持する中心孔１５を持つほぼ中空円筒形の部材であって、弁装置内に組み立てられた時、弁座１１に接する第１端面１６と、弁座１１と反対側の第２端面１７と、これらの端面間にあって中空のハウジングの一部である弁本体９の大内径部９ｂに接する部分を有する周面１９とを備えている。旋回体１３の第２端面１７は、その周辺部で弁本体９の肩部に当接して支持されており、また径方向に延びた通路溝２１が形成されていて、第２端面１７の内周部から外周部に燃料が流れることができるように構成されている。
【０００３】
旋回体１３の周面１９には、互いに等間隔に周方向に離間して軸方向に延びた多数の平坦面が形成されており、その結果、周面１９には弁体９の大内径部９ｂに当接して弁体９に対する位置を規定する複数の外周面部分と、これら外周面部分間に設けられた平坦面であって、大内径部９ｂと共に燃料の軸方向流路２２を形成する流路部分とが形成されている。
【０００４】
旋回体１３の弁座１１に面する軸方向端面即ち第１端面１６には、第１端面１６の中心孔１５に隣接する内周辺に形成された所定幅の内周環状溝２４と、一端で周面１９の流路部分に接続されて、そこからほぼ径方向内側に延びて、他端で内周環状溝２４に接線方向に接続された旋回溝２５（Ｍ１〜Ｍ６）とが設けられている。
【０００５】
次に、上記従来の燃料噴射弁の動作について説明する。ニードル弁１２が図示しないソレノイド装置により吸引されると、燃料は弁装置の上流側から径方向通路溝２１を通って軸方向通路溝２２に流れ、更に旋回溝２５（Ｍ１〜Ｍ６）に流入して内径方向に向って流れ込む。そして、燃料は旋回体１３の旋回溝２４に対して接線方向に流入し、旋回流となってニードル弁１２と弁座１１の間から噴射口内１０に入り、その先端出口から噴霧される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の燃料噴射弁において、旋回体１３の中心孔１５はニードル弁１２の摺動部材としての役目を果しているため、旋回体１３としてＳＵＳ４４０Ｃ等の耐摩耗性の優れた材料を使用していた。しかし上記のような材料は加工が困難であり、特に旋回体１３のような複雑な形状を製作するには難しく、かつ高コストとなっていた。
【０００７】
ところで、旋回体１３を樹脂で製作した場合、複雑な形状を製作するのは可能となるが、ニードル弁１２との摺動性を確保することができなく、また旋回体１３の内外径の同軸度を確保することができない等という問題があり、旋回体１３を樹脂で製作することはできなかった。なお、旋回体１３の内外径の同軸度が悪い場合は、ニードル弁１２の弁座１１への着座を旋回体１３が妨害し、ニードル弁１２が着座できなくなる恐れがあった。
【０００８】
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、燃料噴射弁の旋回体を容易かつ低コストで製作でき、かつ、旋回体とニードル弁の摺動性及び旋回体の内外径の同軸度を確保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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、中空状の弁本体、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座、上記弁本体の小内径部を摺動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、上記弁本体の大内径部に配置され、その中心孔に上記弁体を配設し、上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回体を有する弁装置を備えた燃料噴射弁であって、上記旋回体は樹脂により構成され、その外径部が上記弁本体の大内径部との間に軸方向の流路を形成すると共に、上記旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内周に設けられた環状溝と、一端が上記軸方向の流路に接続され他端が上記環状溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接続される旋回溝とを有し、上記旋回体の内径部に耐摩耗性を有するスリーブを固定し、このスリーブの内径部で上記弁体を摺動支持すると共に、このスリーブの上記弁本体小内径部側の外径部が上記弁本体の大内径部に固定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、中空状の弁本体、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座、上記弁本体の小内径部を摺動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、上記弁本体の大内径部に配置され、その中心孔に上記弁体を配設し、上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回体を有する弁装置を備えた燃料噴射弁であって、上記旋回体は樹脂により構成され、その外径部が上記弁本体の大内径部との間に軸方向の流路を形成すると共に、上記旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内周に設けられた環状溝と、一端が上記軸方向の流路に接続され他端が上記環状溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接続される旋回溝とを有し、上記旋回体の内径部に耐摩耗性を有するスリーブを固定し、このスリーブの内径部で上記弁体を摺動支持すると共に、このスリーブの上記弁本体の小内径部側の延設部が上記弁本体の小内径部に固定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、上記スリーブの弁座側端面が、上記内周環状溝の上面を形成することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、上記スリーブの弁座側端面から上記弁座の上端面までの距離Ａを、上記旋回体の旋回溝の溝深さＢに対してＡ＜Ｂとなるように設定することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項３の発明において、上記スリーブの弁座側端面から上記弁座の上端面までの距離Ａと、上記旋回体の旋回溝の溝深さＢとの関係が、旋回溝の溝深さの最小値Ｂｍｉｎに対して、Ａ＜Ｂｍｉｎ＜Ａ＋０．０３ｍｍとなるように設定することを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５の発明において、上記スリーブの弁座側端面の外周部にテーパーを設けることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明による燃料噴射弁の全体構成を示す側面断面図である。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３５によりカバーされた弁装置３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４が接続され、この燃料供給管４から燃料フィルタ５７を介して燃料噴射弁１内に高圧の燃料が供給される。また、燃料噴射弁１の先端部は内燃機関のシリンダヘッド５の噴射弁挿入孔６に挿入され、ウエーブワッシャ６１等によりシールされて取り付けられている。
【００１６】
弁装置３は、小径円筒部７及び大径円筒部８を有する段付中空円筒形の弁本体９と、弁本体９内で中心孔先端に固着されて燃料噴射孔１０を有する弁座１１と、後述するソレノイド装置５０により弁座１１に離接して燃料噴射孔１０を開閉する弁体であるニードル弁１２と、燃料に旋回運動を与える旋回体１３を備えている。弁装置３の弁本体９はハウジング本体２と共働して燃料噴射弁１のハウジングを構成している。
【００１７】
ハウジング本体２は、燃料噴射弁１をシリンダヘッド５に取り付けるためのフランジ３０ａを有する第１ハウジング３０と、ソレノイド装置５０を装着した第２ハウジング４０を備えている。ソレノイド装置５０は、コイル５１を巻回したボビン部５２と、このボビン部５２の内周部に設置されたコア５３とを備え、コイル５１の巻線は端子５６につながっている。コア５３はその内部が燃料通路となるように中空円筒形状になっており、その中空部には、スプリング５５が筒体５４及びニードル弁１２間に懸架されている。
【００１８】
ニードル弁１２の他端部には、上記コア５３の先端側に対向するように可動アマチュア３１が取り付けられ、また、ニードル弁１２の中間部には、ニードル弁１２を弁本体９の小内径部に沿って摺動案内させるガイド１２ａと、第１ハウジング３０に設置されたスペーサ３２と当接するニードルフランジ１２ｂが設けられている。
【００１９】
図２はこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。図において、燃料噴射弁の旋回体１３は、中心に弁体であるニードル弁１２が配設される内径部１３ａと、弁本体９の大内径部９ｂとの間に軸方向流路２２を形成する外径部１３ｂとを有するほぼ中空円筒形の樹脂性部材である。そして、旋回体１３の弁座１１に面する軸方向端面には、内径部１３ａに隣接する内周辺に形成された所定幅の内周環状溝２４と、一端で外径部の軸方向流路２２に接続されて、そこからほぼ径方向内側に延びて、他端で内周環状溝２４に接線方向に接続された複数個の旋回溝２５が設けられている。
【００２０】
旋回体１３の内径部１３ａには、弁本体９の小内径部９ａ方向からスリーブ６０が圧入固定される。このスリーブ６０は例えばＳＵＳ４４０Ｃ等の耐摩耗性を有する部材で製作されており、その内径部６０ｄで弁体であるニードル弁１２を摺動支持すると共に、外径部６０ｂが弁本体９の大内径部９ｂに圧入固定されている。また、スリーブ６０には、燃料が弁本体９の小内径部９ａから大内径部９ｂに流れ込むができるように複数の流通孔６０ｃが設けられている。
【００２１】
次に、実施の形態１の燃料噴射弁の動作について説明する。図１において、外部より端子５６を介してソレノイド装置５０のコイル５１に通電すると、可動アマチュア３１、コア５３、ハウジング本体２で構成される磁気通路に磁束が発生し、可動アマチュア３１はスプリング５５の弾性力に抗してコア５３側へ吸引される。そして、可動アマチュア３１と一体のニードル弁１２は、そのニードルフランジ１２ｂがスペーサ３２に当接するまで所定ストローク図示右側へ移動する。なお、ニードル弁１２はガイド１２ａにより弁本体９の小内径部に案内保持される。
【００２２】
次に、図２において、ニードル弁１２の先端部が弁座１１から離れて間隙が形成されると、燃料供給管４から導入される高圧の燃料は、弁本体９の小内径部９ａとニードル弁１２間の通路から、スリーブ６０に設けられた複数の流通孔６０ｃを通って、旋回体１３の外径部１３ｂと弁本体９の大内径部９ｂの間の軸方向流路２２に流れ込む。そして、旋回体１３の旋回溝２５に流入して径方向内側に流れ、第１端面１６の内周環状溝２４内へその接線方向に流れ込んで旋回流を形成し、弁座１１の噴射孔１０内に入ってその先端出口から噴霧される。
【００２３】
実施の形態１によれば、旋回体１３を樹脂で構成することができるので、旋回溝２５も簡単に製作できる。また、従来の旋回体は、弁体の大内径部に当接して弁体に対する位置を規定する複数の外周面部分と、これら外周面部分間に設けられた平坦面であって、大内径部と共に燃料の軸方向流路を形成する流路部分とが形成しており、具体的には図７に示すように外周多角形の構造のものを使用していたが、本実施の形態では、旋回体１３の外径部１３ｂを円筒状に形成することができ、形状が単純となり安価に製作が可能となる。
【００２４】
一方、旋回体１３の内径部１３ａにスリーブ６０を固定し、スリーブ６０の内径部６０ｄによりニードル弁１２を摺動支持する構造としているので、スリーブ６０を例えばＳＵＳ４４０Ｃ等により構成すれば、耐摩耗性が確保される。更に、スリーブ６０の外径部６０ｂを弁本体９の大内径部９ｂに挿入しているので、弁本体９の大内径部９ｂとスリーブ６０の同軸性も確保される。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態１ではスリーブの外径部を弁本体の大内径部に固定するようにしたが、実施の形態２ではスリーブの外径部を弁本体の小内径部に固定するようにする。
【００２６】
図３はこの発明の実施の形態２による燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。図において、スリーブ６０に、弁本体９の小内径部９ａ方向に延びる中空円筒状の延設部６０ｅを設ける。そして、この延設部６０ｅを弁本体９の小内径部９ａに圧入することにより弁本体９に固定する。
【００２７】
また、スリーブ６０の延設部６０ｅには、燃料が弁本体９の小内径部９ａから大内径部９ｂに流れ込むができるように複数の流通孔６０ｃを設け、スリーブ６０と弁本体９の大内径部９ｂとの間に形成された通路溝２１を介して、弁本体９の小内径部９ａから流入する燃料を旋回体１３の外周部に流すように構成する。なお、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００２８】
以上のように実施の形態２によれば、スリーブ６０の延設部６０ｅを弁本体９の小内径部９ａに圧入により結合したので、スリーブ６０の内径と弁本体９の小内径部９ａとの同軸度は、スリーブ６０の内径部の同軸度のみによって決まり、同軸精度がより一層向上する。
【００２９】
実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１においてスリーブの弁座側端面が旋回体の内周環状溝の上面を構成するようにし、スリーブの弁座側端面の位置を規定した。
【００３０】
図４はこの発明の実施の形態３による燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。図において、スリーブ６０の弁座側に延設部６０ｆを設け、この延設部６０ｆの端面と弁座１１の間に内周環状溝２４が形成されるようにする。また、スリーブ６０の弁座側端面から弁座１１の上端面までの距離Ａが、旋回体１３の旋回溝２５の溝深さＢに対してＡ＜Ｂとなるように設定する。その他の構成は実施の形態１（図２参照）と同様である。
【００３１】
以上のように、スリーブ６０の弁座側端面から弁座１１の上端面までの距離Ａを、旋回体１３の旋回溝２５の溝深さＢに対してＡ＜Ｂとなるように設定しているので、例えば旋回溝Ｍ１の溝の深さがＢ１の場合、旋回溝Ｍ１から内周環状溝２４への入口部の流路深さはＢ１より浅いＡとなるため、結果的に内周環状溝２４への入口部で深さＡに絞られてから内周環状溝２４に流入することになる。旋回溝Ｍ２〜Ｍ６についても同様であり、全ての旋回溝２５は内周環状溝２４の入口部で深さＡに絞られてから内周環状溝２４に流入する。スリーブ３０の弁座側端面の平面度は研削等により精度良く仕上げることが可能であり、これを高精度面に仕上げることで、各旋回溝２５から流入する燃料流を安定化させる。
【００３２】
以上のように実施の形態３によれば、スリーブ６０の弁座側端面から弁座１１の上端面までの距離Ａを、旋回体１３の旋回溝２５の溝深さＢに対してＡ＜Ｂとなるように設定したので、従来の燃料噴射弁の構造に比べて、旋回溝２５の深さ方向のバラツキが生じても、燃料の流量・噴霧形状を安定させることができる。
【００３３】
なお、上記説明では、スリーブ６０の位置として、スリーブ６０の弁座側端面から弁座１１の上端面までの距離Ａが、旋回溝２５の溝深さＢに対してＡ＜Ｂとなるようにすると記載したが、具体的には、ＡとＢとの寸法設定は以下の範囲に設定するのが望ましい。
【００３４】
距離Ａと溝深さＢの関係について、溝深さＢには生産時のバラツキがあるため、生産時バラツキを考慮した上でのＢの最小値Ｂｍｉｎに対して、Ａ＜Ｂｍｉｎとする。その結果、生産時の溝深さＢのバラツキが発生しても効果が得られる。ただし、Ａ＜＜Ｂの場合、旋回溝２５から内周環状溝２４への流入時の急な絞りによる乱れが発生し、安定した流量・噴霧が得られなくなる。この乱れの影響を抑えるためには、Ｂｍｉｎ＜Ａ＋０．０３ｍｍとすることが好ましい。
【００３５】
実施の形態４．
実施の形態４では、実施の形態２においてスリーブの弁座側端面が旋回体の内周環状溝の上面を構成するようにし、スリーブの弁座側端面の位置を規定した。
【００３６】
図５はこの発明の実施の形態４による燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。図において、スリーブ６０の弁座側に延設部６０ｆを設け、この延設部６０ｆの端面と弁座１１の間に内周環状溝２４が形成されるようにする。また、スリーブ６０の弁座側端面から弁座１１の上端面までの距離Ａが、旋回体１３の旋回溝２５の溝深さＢに対してＡ＜Ｂとなるように設定する。その他の構成は実施の形態２（図３参照）と同様である。
【００３７】
以上のように実施の形態４によれば、スリーブ６０の弁座側端面から弁座１１の上端面までの距離Ａを、旋回体１３の旋回溝２５の溝深さＢに対してＡ＜Ｂとなるように設定したので、従来の燃料噴射弁の構造に比べて、旋回溝２５の深さ方向のバラツキが生じても、燃料の流量・噴霧形状を安定させることができる。
【００３８】
実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態３又は実施の形態４において、スリーブ６０の弁座側端面の外周部にテーパーを設ける構造とする。
【００３９】
図６は実施の形態５による燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。図において、ニードル弁１２を摺動支持するスリーブ６０において、その弁座側に延びた延設部６０ｆの弁座側外周部にテーパー６０ｇを設ける。なお、スリーブ６０の固定位置は、実施の形態３及び４と同様に、スリーブ６０の弁座側端面から弁座１１の上端面までの距離Ａが、旋回体１３の旋回溝２５の溝深さＢに対してＡ＜Ｂとなるようにする。
【００４０】
実施の形態５によれば、旋回体１３の旋回溝２５の深さ方向のバラツキが生じても燃料の流量・噴霧形状を安定させることができると共に、旋回溝２５から内周環状溝２４への流入時の絞りによる乱れの影響を更に小さくすることができる。
【００４１】
その他の実施の形態．
上記実施の形態では、スリーブ６０に複数の流通孔６０ｃを設けている例を示したが、スリーブ６０の外周部に複数の溝を研削等により形成して、燃料の流路を形成するようにしても良い。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、旋回体を樹脂により構成すると共に、旋回体の内径部に耐摩耗性を有するスリーブを固定し、このスリーブの内径部で弁体を摺動支持すると共に、このスリーブの弁本体小内径部側の外径部が弁本体の大内径部に固定されるようにしたので、旋回溝等の複雑な形状も簡単に製作でき、弁体の摺動による耐摩耗性も確保される。更に、弁本体の大内径部との同軸性も確保される効果がある。
【００４３】
請求項２の発明によれば、旋回体を樹脂により構成すると共に、旋回体の内径部に耐摩耗性を有するスリーブを固定し、このスリーブの内径部で弁体を摺動支持すると共に、このスリーブの弁本体小内径部側の延設部が弁本体の小内径部に固定されるようにしたので、旋回溝等の複雑な形状も簡単に製作でき、弁体の摺動による耐摩耗性も確保される。更に、弁本体の小内径部との同軸性も確保される効果がある。
【００４４】
請求項３から請求項６の発明によれば、燃料噴射弁の旋回体の溝深さにバラツキが生じても、燃料の噴霧形状のバラツキや偏り、流量のバラツキが生じない、安定した噴霧性能を有する燃料噴射弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による燃料噴射弁の全体構成を示す側面断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。
【図４】この発明の実施の形態３による燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。
【図５】この発明の実施の形態４による燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。
【図６】この発明の実施の形態５による燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。
【図７】従来の燃料噴射弁の弁座付近を示す側面図及び弁座側からの平面図である。
【符号の説明】
１燃料噴射弁、３弁装置、９弁本体、１０燃料噴射孔、１１弁座、１２ニードル弁（弁体）、１３旋回体、２４内周環状溝、２５旋回溝、６０スリーブ、６０ａ，ｅ延設部、６０ｂ外径部、６０ｃ流通孔、６０ｄ内径部、６０ｇテーパー。

Claims

中空状の弁本体、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座、上記弁本体の小内径部を摺動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、上記弁本体の大内径部に配置され、その中心孔に上記弁体を配設し、上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回体を有する弁装置を備えた燃料噴射弁であって、
上記旋回体は樹脂により構成され、その外径部が上記弁本体の大内径部との間に軸方向の流路を形成すると共に、上記旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内周に設けられた環状溝と、一端が上記軸方向の流路に接続され他端が上記環状溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接続される旋回溝とを有し、
上記旋回体の内径部に耐摩耗性を有するスリーブを固定し、このスリーブの内径部で上記弁体を摺動支持すると共に、このスリーブの上記弁本体小内径部側の外径部が上記弁本体の大内径部に固定されることを特徴とする燃料噴射弁。
中空状の弁本体、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座、上記弁本体の小内径部を摺動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、上記弁本体の大内径部に配置され、その中心孔に上記弁体を配設し、上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回体を有する弁装置を備えた燃料噴射弁であって、
上記旋回体は樹脂により構成され、その外径部が上記弁本体の大内径部との間に軸方向の流路を形成すると共に、上記旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内周に設けられた環状溝と、一端が上記軸方向の流路に接続され他端が上記環状溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接続される旋回溝とを有し、
上記旋回体の内径部に耐摩耗性を有するスリーブを固定し、このスリーブの内径部で上記弁体を摺動支持すると共に、このスリーブの上記弁本体の小内径部側の延設部が上記弁本体の小内径部に固定されることを特徴とする燃料噴射弁。
上記スリーブの弁座側端面が、上記内周環状溝の上面を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射弁。
上記スリーブの弁座側端面から上記弁座の上端面までの距離Ａを、上記旋回体の旋回溝の溝深さＢに対してＡ＜Ｂとなるように設定することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
上記スリーブの弁座側端面から上記弁座の上端面までの距離Ａと、上記旋回体の旋回溝の溝深さＢとの関係が、旋回溝の溝深さの最小値Ｂｍｉｎに対して、Ａ＜Ｂｍｉｎ＜Ａ＋０．０３ｍｍとなるように設定することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料噴射弁。
上記スリーブの弁座側端面の外周部にテーパーを設けることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。