JP3730951B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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関するものであって、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は、弁座が弁本体の先端に配設され、旋回体が弁本体内の弁座の上流側に配設され、さらに弁体が弁本体の軸心方向に移動可能に配設されて弁座に穿設された噴射孔を開閉するように構成されている。そして、内周環状溝が旋回体の弁座側端面に形成され、軸方向溝が旋回体の外周面に周方向に等角ピッチで複数形成され、旋回溝が旋回体の弁座側端面に各軸方向溝と内周環状溝とを連通するように複数形成されている。
そして、弁体が吸引されて噴射孔が開弁されると、燃料が軸方向溝を通って旋回溝に流れ込み、さらに旋回溝から内周環状溝に流れ込む。そして、内周環状溝に流れ込んだ燃料は旋回流となって弁座のシート面から噴射孔内に流れ、噴射孔の先端出口から噴霧される。この時、旋回溝から旋回流路内に流れ込んだ燃料が旋回流路内を旋回方向に進み、旋回方向の下流側の旋回溝から旋回流路内に流れ込んだ燃料にぶつかりあって合流する。そこで、旋回溝の弁軸から遠い側の側面を内周環状溝の外周に接線方向につながるように形成し、燃料の合流位置での燃料のぶつかり合いを抑制するようにしていた。（例えば、特許文献１）
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−４７２０８号公報（段落００２６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来の燃料噴射弁の弁装置では、旋回溝の弁軸から遠い側の側面を内周環状溝の外周に接線方向につながるように形成しているので、燃料の合流位置での燃料のぶつかり合いが抑制されるが、その抑制効果は不十分なものであった。そこで、この燃料の流れのぶつかり合いにより燃料流れ速度の低下（ロス）が生じて、噴霧の微粒化が悪化し、エンジン燃焼性が低下してしまうという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記の課題を解消するためになされたもので、弁座のシート面の上流に該シート面より開き角度の大きいテーパ面を設け、旋回溝から旋回流路内に流れ込んだ燃料がテーパ面に沿って流れ、旋回方向の下流側の旋回溝から旋回流路内に流れ込んだ燃料との合流位置まで到達するようにし、燃料流れ速度のロスの要因となる合流位置での燃料のぶつかり合いを低減させ、噴霧の微粒化およびエンジン燃焼性を向上する燃料噴射弁を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃料噴射弁は、弁本体の内周面に接して該弁本体に対する位置を規定する複数の外周面部、該外周面部間に設けられて軸方向の流路を形成する複数の流路部、弁座に面する軸方向端面の内周に構成される環状の旋回流路、および、一端が複数の流路部のそれぞれに接続され、他端が旋回流路に対して接線方向に延びて該旋回流路に接続される複数の旋回溝を有する旋回体と、噴射孔の上流側に第１の開き角度で形成されて、弁体が接離されるシート面、および、該シート面の上流側に第２の開き角度で形成されたテーパ面を有する弁座とを備えている。そして、上記テーパ面の開口直径が上記旋回流路の外径より大きく、かつ、上記第２の開き角度が上記第１に開き角度より大きく構成されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る筒内噴射用燃料噴射弁の全体構造を示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る筒内噴射用燃料噴射弁における弁装置の弁座周りを示す拡大断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る筒内噴射用燃料噴射弁における弁装置の弁座を示す拡大断面図である。
【０００８】
図１において、筒内噴射用燃料噴射弁１は、ハウジング本体２と、ハウジング本体２の一端にかしめ等により固着された弁装置３とにより構成されている。そして、燃料フィルタ５７がハウジング本体２の他端に装着さている。
【０００９】
弁装置３は、小径円筒部５および大径円筒部６を有する段付中空円筒形の弁本体４と、弁本体４内の中心孔先端に固着されて燃料噴射孔８を有する弁座７と、後述するソレノイド装置５０により弁座７に接離して燃料噴射孔８を開閉する弁体としてのニードルバルブ９と、ニードルバルブ９を軸方向に案内するとともに、径方向内向きに弁座７の燃料噴射孔８に流れ込もうとする燃料に旋回運動を与える旋回体１０とを備えている。弁装置３の弁本体４は、ハウジング本体２と協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。
【００１０】
ハウジング本体２は、筒内噴射用燃料噴射弁１を内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）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とを備えている。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がスリーブ５４とニードルバルブ９との間に縮設されている。
【００１１】
ニードルバルブ９の他端部には、コア５３の先端側に対向するように可動アマチュア３１が取り付けられており、ニードルバルブ９の中間部には、ニードルバルブ９を弁本体４の内周面に沿って摺動案内させるガイド９ａと、第１ハウジング３０に設置され、スペーサ３２と当接するニードルフランジ９ｂとが設けられている。
【００１２】
図２乃至図４において、弁装置３の旋回体１０は、中心にニードルバルブ９を囲んで軸方向に摺動可能に支持する中心孔１３を持つほぼ中空円筒形に作製されている。弁装置３内に組み立てられた時、弁座７に接する第１端面１４と、弁座７と反対側の第２端面１５と、第１および第２端面１４、１５間にあって弁本体４の内周面１７に接する周面１６とを備えている。
【００１３】
旋回体１０は、その第２端面１５の周辺部を弁本体４の内周面１７の肩部１８に当接して支持されている。そして、径方向に延びた通路溝２１が旋回体１０の第２端面１５に形成されており、燃料が第２端面１５の内周部から外周部に流れるようになっている。
旋回体１０の周面１６は、軸方向に延びた６つの平坦面が互いに等間隔で周方向に離間して形成され、さらに平坦面間の各角部が円弧状に切り取られて、略正六角形に作製されている。これにより、周面１６には弁体９の内周面１７に当接して弁体９に対する位置を規定する６つの外周面部１６ａと、これらの外周面部１６ａ間に設けられた平坦面の流路部１６ｂとが形成されている。この流路部１６ｂと内周面１７とが燃料の軸方向流路２０を構成している。
【００１４】
旋回体１０の弁座７に面する軸方向端面、即ち第１端面１４には、第１端面１４の中心孔１３の開口縁部に形成された所定幅の内周環状溝２２と、一端で周面１６の流路部１６ｂ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２２に接続された旋回溝２３とが設けられている。
そして、旋回溝２３は、中心孔１３の中心に対して所定量Ｌだけオフセットされており、その中心孔１３から遠い側の側面が内周環状溝２２の外周（図３中一点鎖線で示す）に接線方向につながっている。また、旋回溝２３は周方向に等角ピッチで６つ形成されている。このとき、内周環状溝２２とニードルバルブ９の外周面との間に構成される環状空間が燃料の旋回流路２９となる。
【００１５】
孔方向を軸方向とする燃料噴射孔８が弁座７の中心に穿設され、ニードルバルブ９が接離するシート面２４が弁座７の燃料噴射孔８の旋回体１０側に形成され、さらにテーパ面２５が弁座７のシート面２４の旋回体１０側に形成されている。そして、シート面２４およびテーパ面２５は、燃料噴射孔８の軸心を中心軸線とする切頭円錐形の外周面に形成され、テーパ面２５の頂角（第２の開き角度）θ２がシート面２４の頂角（第１の開き角度）θ１より大きく形成されている。また、シート面２４の延長線は第１端面１４で中心孔１３の内周面に一致している。さらに、テーパ面２５の開口は、第１端面１４の内周環状溝２２の径方向外側に位置している。即ち、テーパ面２５の開口直径をＡ、旋回流路２９の外径（旋回幅）をＢとしたとき、Ａ＞Ｂとなっている。
【００１６】
つぎに、この筒内噴射用燃料噴射弁１の動作について説明する。
この筒内噴射用燃料噴射弁１は、図示されていないが、その先端部を燃機関のシリンダヘッドの噴射弁挿入孔に挿入され、ウェーブワッシャ等によりシールされて取り付けられる。そして、燃料供給管がハウジング本体２の他端に装着され、高圧の燃料が燃料供給管から燃料フィルタ５７を通って筒内噴射用燃料噴射弁１内に供給される。
そして、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およびハウジング本体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の付勢力に抗してコア５３側に吸引される。そして、可動アマチュア３１と一体のニードルバルブ９は、そのニードルフランジ９ｂがスペーサ３２に当接するまで図１中上側に移動する。これにより、ニードルバルブ９の先端部が弁座７のシート面２４から離れ、燃料噴射孔８が開けられる。
また、コイル５１への通電が解除されると、可動アマチュア３１をコア５３側に磁気吸引する力がなくなり、可動アマチュア３１は、スプリング５５の付勢力により図１中下側に移動する。そして、可動アマチュア３１と一体のニードルバルブ９は、その先端部が弁座７のシート面２４に当接する。これにより、燃料噴射孔８が閉じられる。
なお、ニードルバルブ９はガイド９ａにより弁本体４の内周面に案内保持される。
【００１７】
ニードルバルブ９の先端部が弁座７のシート面２４から離れると、燃料供給管から導入される高圧の燃料は、弁本体４とニードルバルブ９との間の通路から、旋回体１０の第２端面１５の通路溝２１を通って周面の軸方向流路２０に流れ込む。ついで、燃料は、旋回体１０の第１端面１４の旋回溝２３に流入して径方向内側に流れて、内周環状溝２２内へその接線方向から流れ込み、旋回流となってシート面２４から燃料噴射孔８内に入ってその先端出口から噴霧される。
このとき、旋回溝２３から旋回流路２９（内周環状溝２２）内に流れ込んだ燃料は、旋回流路２９内をテーパ面２５に沿って旋回方向の下流側に流れて、旋回方向の下流側の旋回溝２３から旋回流路２９内に流れ込む燃料の下層側に流れ込む。そこで、旋回溝２３から旋回流路２９内に流れ込んだ燃料と、下流側の旋回溝２３から旋回流路２９内に流れ込んだ燃料との合流部分での燃料の流れのぶつかり合いが抑制される。
【００１８】
このように、この実施の形態１では、テーパ面２５の開口直径をＡ、旋回流路２９の外径（旋回幅）をＢとしたとき、Ａ＞Ｂとなっているので、旋回溝２３から旋回流路２９内に流れ込んだ燃料と、旋回方向の下流側の旋回溝２３から旋回流路２９内に流れ込んだ燃料との合流部分での燃料の流れのぶつかり合いが抑制される。その結果、旋回流路２９内での燃料の流れのぶつかり合いによる燃料の流れのロスが低減され、燃料の流れ速度が向上され、噴霧の微細化につながり、エンジンの燃焼性を向上させることができる。
また、内周環状溝２２を旋回体１０の第１端面１４の内周に形成して旋回流路２９を構成しているので、旋回溝２３のオフセット量Ｌを調整でき、燃料噴霧角度の設計自由度が大きくなる。
【００１９】
ここで、旋回流路２９内での燃料の流れのロスを低減させる弁構造として、例えば図５に示されるように、弁座７Ａの燃料噴射孔８の上流側に単一のシート面２４ａを形成し、該シート面２４ａの開き角度を大きくして、シート面２４ａの開口直径Ｃを旋回流路２９の外径Ｂより大きくすることが考えられる。この構造においては、中心噴霧量は、旋回流路２９の体積Ｖ１と、旋回流路２９の下流側におけるニードルバルブ９とシート面２４ａとで形成される体積Ｖ２との和により決定される。
しかし、この比較例の弁構造においては、単一のシート面２４ａの開き角度を大きくしてシート面２４ａの開口直径Ｃを旋回流路２９の外径Ｂより大きくしているので、体積Ｖ２の下限値が旋回流路２９の外径Ｂにより決定され、体積Ｖ２、つまり中心噴霧量の設計自由度が制約される。さらに、単一のシート面２４ａの開き角度を変えているので、シート面２４ａの開き角度に対する体積Ｖ２の変化量が大きく、中心噴霧量の微調整がしにくくなる。
また、旋回溝２３のオフセット量Ｌが大きくなるほど、燃料の旋回速度が速くなり、燃料噴霧角度が大きくなる。しかし、比較例の弁構造では、旋回溝２３のオフセット量Ｌを大きくすると、シート面２４ａの開口直径Ｃが大きくなってしまう、つまり体積Ｖ２の下限値が大きくなってしまう。その結果、燃料噴霧角度および中心噴霧量の設計自由度が小さくなってしまう。
【００２０】
この実施の形態１では、シート面２４の上流側にシート面２４の第１の開き角度θ１より大きな第２の開き角度θ２のテーパ面２５を形成しているので、比較例の弁構造に比べて、体積Ｖ２の下限値を小さくできるとともに、テーパ面２５の第２の開き角度θ２および開口直径Ａを調整することにより体積Ｖ２の変化量を微調整できる。
また、旋回溝２３のオフセット量Ｌを大きくしても、テーパ面２５の第２の開き角度θ２を大きくすることで、体積Ｖ２の増加を抑えてテーパ面２５の開口直径Ａを旋回流路の外径Ｂより大きくできる。
その結果、この実施の形態１によれば、テーパ面２５の第２の開き角度θ２および開口直径Ａを調整することにより中心噴霧量を高精度に設定でき、さらに中心噴霧量および燃料噴霧角度の設計自由度が高められる。
【００２１】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る筒内噴射用燃料噴射弁における弁装置の弁座周りを示す拡大断面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。
【００２２】
図６および図７において、旋回体１０Ａの弁座７に面する軸方向端面、即ち第１端面１４には、一端で周面１６の流路部１６ｂに接続されて、そこからほぼ径方向内側に延びて、他端で中心孔１３に接線方向に接続された旋回溝２３が設けられている。ここで、各旋回溝２３の中心孔１３から遠い側の側面に接する中心孔１３の内周面とニードルバルブ９の外周面との間に構成される環状空間が燃料の旋回流路となる。また、テーパ面２５の開口直径Ａが、中心孔１３の直径Ｂ１（旋回流路の外径）より大きくなっている。さらに、テーパ面２５の第２の開き角度がシート面２４の第１の開き角度より大きくなっている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００２３】
この実施の形態２では、弁本体４とニードルバルブ９との間の通路から、旋回体１０Ａの第２端面１５の通路溝２１を通って周面の軸方向流路２０に流れ込む。ついで、燃料は、旋回体１０の第１端面１４の旋回溝２３に流入して径方向内側に流れて、中心孔１３とニードルバルブ９との間に形成される旋回流路内に中心孔１３の接線方向から流れ込み、旋回流となってシート面２４から燃料噴射孔８内に入ってその先端出口から噴霧される。
【００２４】
このとき、テーパ面２５の開口直径Ａが、中心孔１３の直径Ｂ１（旋回流路の外径）より大きくなっているので、旋回溝２３から旋回流路内に流れ込んだ燃料は、旋回流路内をテーパ面２５に沿って旋回方向の下流側に流れて、旋回方向の下流側の旋回溝２３から旋回流路内に流れ込む燃料の下層側に流れ込む。そこで、旋回溝２３から旋回流路内に流れ込んだ燃料と、旋回方向の下流側の旋回溝２３から旋回流路内に流れ込んだ燃料との合流部分での燃料の流れのぶつかり合いが抑制される。
【００２５】
このように、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様に、旋回流路内での燃料の流れのぶつかり合いによる燃料の流れのロスが低減され、燃料の流れ速度が向上され、噴霧の微細化につながり、エンジンの燃焼性を向上させることができる。
また、この実施の形態２では、内周環状溝が省略されているので、中心噴霧量を決定する旋回流路の体積Ｖ１が最小となる。さらに、シート面２４の上流側にテーパ面２５を形成しているので、上記実施の形態１と同様に、体積Ｖ２の下限値を小さくできるとともに、体積Ｖ２の変化量を微調整できる。その結果、中心噴霧量の設計狙い値が小さい筒内噴射用燃料噴射弁を設計する際に、中心噴霧量を高精度に設定できる。
【００２６】
なお、上記各実施の形態では、旋回体１０、１０Ａの第１端面１４において、シート面２４の延長線が中心孔１３の内周面に一致しているものとして説明しているが、シート面２４の延長線は必ずしも第１端面１４で中心孔１３の内周面に一致している必要はなく、例えば中心噴霧量の狙い値にあわせて適宜設定すればよい。つまり、体積Ｖ２の狙い値より小さな体積となるようにシート面２４の第１の開き角度θ１を設定し、テーパ面２５の第２の開き角度θ２により体積Ｖ２を狙い値に微調整すればよい。
また、旋回溝２３の個数が少なすぎると、各溝から旋回流路内に流れ込んだ燃料が旋回流に一様に混合されにくくなり、一方個数が多くなりすぎると、旋回流の乱れを発生させるとともに、圧力損失が流量特性に影響を及ぼすことになるので、旋回溝２３の個数を４〜８個にすることが望ましく、特に旋回溝２３の個数を６個にすることが最適である。
また、上記各実施の形態では、筒内噴射用燃料噴射弁について説明しているが、この発明は筒内噴射用燃料噴射弁に限定されるものではなく、例えば吸気管内噴射用燃料噴射弁に適用できる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、弁座のテーパ面の開口直径が旋回体に構成された旋回流路の外径より大きく、かつ、テーパ面の第２の開き角度がシート面の第１の開き角度より大きく構成されているので、旋回流路内での燃料の流れのぶつかり合いに起因する燃料の流れのロスが低減される。その結果、噴霧の微粒化が促進され、エンジンの燃焼性を向上できる燃料噴射弁が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る筒内噴射用燃料噴射弁の全体構造を示す断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係る筒内噴射用燃料噴射弁における弁装置の弁座周りを示す拡大断面図である。
【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係る筒内噴射用燃料噴射弁における弁装置の弁座を示す拡大断面図である。
【図５】 比較例としての筒内噴射用燃料噴射弁における弁装置の弁座周りを示す拡大断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態２に係る筒内噴射用燃料噴射弁における弁装置の弁座周りを示す拡大断面図である。
【図７】 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。
【符号の説明】
１ 筒内噴射用燃料噴射弁、３ 弁装置、４ 弁本体、７ 弁座、８ 噴射孔、９ ニードルバルブ（弁体）、１０、１０Ａ 旋回体、１４ 第１端面、１６ａ 外周面部、１６ｂ 流路部、２２ 環状内周溝、２３ 旋回溝、２４ シート面、２５ テーパ面、２９ 旋回流路。

Claims (2)

1. 中空状の弁本体と、この弁本体の一端に配設され、噴射孔が設けられた弁座と、上記弁本体内を軸方向に往復移動可能に配設され、上記弁座に接離して上記噴射孔を開閉する弁体と、上記弁体の周囲に配設され、上記弁体を摺動可能に支持するとともに、上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回体とを有する弁装置を備えた燃料噴射弁において、
   上記旋回体は、上記弁本体の内周面に接して該弁本体に対する位置を規定する複数の外周面部と、上記外周面部間に設けられて軸方向の流路を形成する複数の流路部と、上記旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内周に構成される環状の旋回流路と、一端が上記複数の流路部のそれぞれに接続され、他端が上記旋回流路に対して接線方向に延びて該旋回流路に接続される複数の旋回溝とを有し、
   上記弁座は、上記噴射孔の上流側に第１の開き角度で形成されて、上記弁体が接離されるシート面と、上記シート面の上流側に第２の開き角度で形成されたテーパ面とを有し、
   上記テーパ面の開口直径が上記旋回流路の外径より大きく、かつ、上記第２の開き角度が上記第１の開き角度より大きいことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 環状溝がその外周を上記複数の旋回溝の軸心から遠い側の側面に接するように上記旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内周に形成され、上記旋回流路を構成していることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。

Images