JP3735499B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料に旋回エネルギ−を与えてそれを自動車用エンジンなどの内燃機関の燃焼室内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】
燃料噴射装置として、従来からニードル弁やボール弁などの弁体を有する筒状の弁本体の出口に燃料噴射口を有する弁座を設け、外部から供給される燃料を旋回体により旋回させて上記燃料噴射口に供給する型のものが知られている。
図１３は、特開平１０−１０３１９４号公報に開示されたかかる従来の燃料噴射装置の断面図であって、１は燃料噴射装置、２は燃料噴射装置１の外部ハウジング、３は燃料噴射弁、４は燃料供給管、５はエンジンのシリンダーヘッド、６は電磁コイル６１その他を有し、後記するニードル弁７を作動せしめる弁作動装置である。燃料噴射装置１の先端は、エンジンのシリンダーヘッド５の燃料噴射装置挿入孔５１に挿入設置されている。燃料噴射弁３は、ハウジング３１、ニードル弁７、旋回体８、および燃料噴射口９１を有する弁座９の各部品がアセンブルされた構造を有し、旋回体８は燃料供給管４から供給される燃料に旋回エネルギ−を与えてそれを弁座９の燃料噴射口９１に供給する機能をなす。
【０００３】
図１４は旋回体８およびその近傍部分の拡大断面図であり、図１５は図１４のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図１６は図１４図のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１５では旋回体８の、弁座９に当接する弁座側面８１の上面図が示されれている。図１４〜図１６において８３は旋回体８の中心孔であって、ニードル弁７の先端部は当該中心孔８３に挿通されてその最先端は燃料噴射口９１に達している。而してニードル弁７が燃料噴射弁３内を前後動することにより燃料噴射口９１が開閉される。
【０００４】
旋回体８の外周壁は、図１５と図１６とから分かる通り六角形を呈し、このために円筒状を呈するハウジング３１の内壁と当該旋回体８の外周壁との間には６個の片面凸レンズ形の隙間８４が生じる。これら隙間８４は、燃料通路として機能する。旋回体８の弁座側面８１上には、上記６個の隙間８４の各開口端のそれぞれから旋回体８の中心孔８３の周上の方向に向かう６個のスワール溝８５が設けられており、旋回体８と弁座９との間には各スワール溝８５と弁座９の表面壁にて形成される６個のスワール通路８７（図１４参照）が存在する。また中心孔８３の開口端には、当該中心孔８３と同心円状に輪状路８８が設けられており、当該輪状路８８と弁座９の表面壁とにて形成される輪状通路８９（図１４参照）が存在する。６個のスワール通路８７は、図１５に示す通り、輪状通路８９の接線方向に延在して当該輪状通路８９に連通している。
【０００５】
図１３に示す燃料供給管４から供給される燃料は、旋回体８の燃料受入側面８２に到ると６個の隙間８４に分かれて旋回体８の弁座側面８１に到り、ついでスワール通路８７を経て輪状通路８９に到るに及んで旋回エネルギ−が付与され、最後に弁座９の燃料噴射口９１から噴射される。
【０００６】
図１４〜図１６に示す従来の旋回体８においては、燃料通路として機能する隙間８４を設けるために旋回体８の外周壁を略正多角形に加工する必要がある。ところでニードル弁７は、旋回体８の中心孔８３内を良好に摺動し得るように旋回体８の内径（中心孔８３の径）とニードル弁７の外径とのクリアランスを数μｍ程度とし、このために当該両部品８、７は焼き入れ処理により耐摩耗性向上が必要である。よって旋回体８の加工時には、焼き入れによる寸法変化を考慮して熱処理後の内径及び外径を仕上げる必要があって外周壁を略正多角形に加工する工程は最後となる。しかし熱処理によって高硬度となった部品を略多角形に加工するためには、多大な加工工数と高価な専用研削機が必要となる。
【０００７】
さらに、燃料通路として機能する隙間８４を設けるために旋回体８を多角形とすると、旋回体８とハウジング３１との接触面積が小さくなり、内燃機関のシリンダ内などで発生する熱が旋回体８から放熱され難くなり、その結果、ハウジング３１の先端が高温となる。ハウジング３１の先端が高温になると、それより低温の弁座９の燃料噴射口９１の内面や出口端面にカ−ボンが沈着し易くなって燃料噴射量が低下したり燃料噴霧の形状が変化し、延いてはエンジンの出力が不安定となる。
【０００８】
図１７は、特開昭５６−７５９５５号公報に開示された燃料噴射装置の一部の断面図であって上記の図１５に対応し、而して旋回体８の弁座側面８１の上面図が示されている。同図内の前記図１５に対応する部品や部位は図１５の場合と同じ符号にて示す。但し図１５では、旋回体８の外周部に燃料通路として機能する隙間８４が設けられているのに対して、図１７では旋回体８内に、換言する旋回体８の弁座側面８１と燃料受入側面（図の裏面）との間において旋回体８内を貫通する４個の燃料通路８００が設けられており、各燃料通路８００は弁座側面８１上に形成された４個のスワール溝８５の中程において各スワール溝８５内に開口し、また各スワール溝８５は旋回体８の中心孔８３の開口端に設けられた輪状路８８に連通している。
【０００９】
図１７において、燃料通路８００とスワール溝８５とが図示する通りに１対１で直結していると、燃料通路８００の形状や寸法、特に内径のバラツキによりスワール溝間における燃料の流量に大きな差異が生じて燃料旋回の均一性が損なわれて均一な噴霧をなし難い問題がある。燃料旋回の均一性を向上させるには燃料通路８００の寸法公差を厳しく管理すればよいが、それは実際上、多大のコストを要する。加えて図１７の構成では燃料通路８００をスワール溝８５の途中で連結するのでスワール溝８５の有効長が短くなり、このために燃料の方向性が悪くなって十分な旋回エネルギーを付与し得ない問題もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術が抱える諸問題に鑑み、本発明はスワール溝間における燃料の流量差を可及的に少なくして、しかも燃料に十分な旋回エネルギーを付与し得る燃料噴射装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による燃料噴射装置は、（１）燃料噴射口を有する弁座、燃料に旋回エネルギ−を与えて上記燃料噴射口に供給する旋回体、上記旋回体と上記弁座とが当接する箇所に設けられた複数のスワール通路、上記燃料噴射口を開閉するための弁体、上記弁座と上記旋回体と上記弁体とを収容するハウジング、上記弁体を作動する弁作動装置、を備えた燃料噴射装置において、上記旋回体の外側壁と上記ハウジングの内壁とはその間を燃料が通過できないように互いに密接しており、上記旋回体内を上記弁座に当接する弁座側面と燃料受入側面との間において貫通する複数の燃料通路、上記複数の燃料通路の弁座側面の開口端と上記開口端に最寄りの上記スワール通路の燃料流始端との間で且つ上記旋回体の弁座側面上に形成されたＶ字形の突起の谷間に設けられて上記複数の燃料通路間の流動抵抗のバラツキを吸収可能な容積を有すると共に上記燃料噴射口に連通する燃料溜室、を備えたことを特徴とするものである。
（２）上記（１）において、スワール通路は、旋回体の弁座側面上に設けられたスワール溝と弁座の表面壁とによって形成されており、燃料溜室は、旋回体の弁座側面上に設けられた燃料溜部と弁座の表面壁とハウジングの側壁とによって形成されているものである。
（３）上記（１）または（２）において、燃料通路とスワール通路とは同数設けられているものである。
（４）上記（１）または（２）において、燃料通路１個当たり複数のスワール溝を設けたものである。
（５）上記（２）において、燃料溜部の底面をスワール溝の底面より低くて燃料溜室の容積を大きくしたものである。
（６）上記（１）において、旋回体は、メタルインジェクションモールディングにより製造されたものである。
【００１２】
【発明の実施の態様】
実施の態様１．
図１〜図５は、いずれも本発明の実施の態様１を説明するための説明図である。なお本発明は、従来技術とは主として旋回体の構造が異なり、その他の部分は従来技術と同じであってもよいので、以下においては前記した図１３を利用して説明する。
図１は図１３に示すような燃料噴射弁３における旋回体８およびその近傍部分の拡大断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図４は図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図、図５は図２のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。図１〜図３は、前記した図１４〜図１６にそれぞれ対応するものであって、図１４〜図１６における部分と同じ部分は同一の符号を付している。図２および図３では、旋回体８のそれぞれ弁座側面８１および燃料受入側面８２の各上面図が示されている。
【００１３】
図１〜図５において、８００は旋回体８の燃料受入側面８２と弁座側面８１との間で当該旋回体８内を貫通する燃料通路であり、８５はスワール溝、８８は旋回体８の中心孔８３の開口端に設けられた輪状路、８０１は燃料溜部である。図２、図４、および図５において旋回体８の弁座側面８１上には、合計６個のＶ字形の突起８０３が図２に示する通りの配列にて形成されており、各突起８０３のＶ字の谷間のそれぞれに燃料通路８００が開口し、またスワール溝８５は互いに隣接する２個の突起８０３の間に存在している。而して前記した通り、燃料通路８００とスワール溝８５は、共に６個ずつであって両者は１対１で相対している。燃料溜部８０１は、各燃料通路８００の開口端からスワール溝８５の燃料流始端８５１との間にかけて広がっている。
旋回体８と弁座９とがハウジング３１内でアセンブルされた状態では、旋回体８の上記突起８０３の各頂面が弁座９の表面壁と接触し、かくして各スワール溝８５と弁座９の表面壁にて６個のスワール通路８７が、輪状路８８と弁座９の表面壁にて輪状通路８９が、また各燃料溜部８０１と弁座９の表面壁とハウジング３１の内壁とにて６個の燃料溜室８０２（以上、図１参照）が形成される。
【００１４】
図１３の燃料供給管４から供給される燃料は、旋回体８の燃料受入側面８２に到ると燃料分配通路８６から６個の燃料通路８００に分かれて通過して旋回体８の弁座側面８１に到り、ついで燃料溜室８０２を経て矢印ａおよび矢印ｂの方向に流れてスワール通路８７の燃料流始端８５１からスワール通路８７内に流入し、輪状通路８９に到るに及んで旋回エネルギ−が付与され、最後に弁座９の燃料噴射口９１から噴射される。
【００１５】
実施の態様１においては６個の燃料通路８００が穿設され、それら各通路の穿孔位置に狂いがあったり、各通路８００間での内径やその内壁の平滑性などにバラツキがあって各スワール通路８７内に流入する燃料の流量が不均一となる要因があったとしても、燃料溜室８０２を前記の箇所に設けるとそれが上記した不均一の要因を吸収して、例えば燃料通路８００間の流動抵抗のバラツキを吸収して、結果的に燃料旋回の均一性を向上する作用をなす。而して燃料溜室８０２は、かかる燃料旋回の均一性を向上せしめる作用をなし得る限り、その大きさや形状は基本的に任意である。
【００１６】
さらに、前記した図１７に示す従来例では燃料通路８００はスワール溝８５と直結しているが、実施の態様１においては両者は直結せずに燃料溜室８０２を介して連通している。このために燃料通路８００を通過した燃料は、燃料溜室８０２を経てからスワール通路８７の燃料流始端８５１に達するので、スワール通路８７の全長が燃料に旋回エネルギーを付与するように機能する。
【００１７】
またさらに上記の説明から明らかな通り、燃料通路８００は、旋回体８内に設けられるので旋回体８の外周壁を燃料噴射弁のハウジングの内壁の形状に合わせて、例えば円柱形とすることが可能となり、図１３〜図１６に示す従来例のようにその外周壁を正多角形に加工する必要ない。かくすると旋回体と上記ハウジングとの接触面積が大きくなり、旋回体からの放熱が良好となってハウジングの先端が高温となることが回避され、その結果、弁座の燃料噴射口の内面や出口端面にカ−ボンが付着する問題が解消して燃料噴射延いてはエンジンの出力や運転状態の安定化に繋がる。
【００１８】
さらに旋回体８の外周壁を正多角形に加工する必要がないので、正多角形に加工することの前記した諸問題が解決して旋回体８自体の製造が頗る容易となる利点がある。即ち燃料通路８００は、旋回体８の熱処理前に穿孔形成することが可能であり、従来のような高価な専用加工機が不要となって、例えば旋回体８のブランク加工（切削加工）、その外周壁の加工（研削加工）、燃料通路８００の穿孔形成並びにその内壁の研削加工、などの工程にて製造することができる。
【００１９】
実施の態様２．
図６〜図８は、いずれも本発明の実施の態様２を説明するための説明図であって、前記実施の態様１における図１〜図３にそれぞれ対応して、図６は旋回体８およびその近傍部分の拡大断面図であり、図７は図６のＡ−Ａ線に沿った断面図、図８は図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図６〜図８においては、図１〜図３における部分と同じ部分は同一の符号を付している。
実施の態様２は、実施の態様１とは燃料通路８００の数を３個とし、且つ各燃料通路８００の内径を大きくした点においてのみ異なる。即ち、Ｖ字形の突起８０３は、実施の態様１と同じく合計６個設けられるが、それらの一つ置きの３個にのみＶ字の谷間に燃料通路８００が穿孔され、残る３個は無穿孔のままとされる。その場合、燃料通路８００が穿孔された突起８０３のＶ字の谷間に加えて、無穿孔のままとされた突起８０３のＶ字の谷間も燃料溜部８０１として機能する。よって実施の態様２は、実施の態様１について前記した効果に加えて、実施の態様１の場合よりも大きな燃料溜室８０２を確保できて燃料旋回の均一性を一層向上し得る効果がある。また燃料通路８００の数を３個に減らしたので、ブランクの加工が簡素となって旋回体８の製造コストが低くなる効果もある。
【００２０】
実施の態様３．
図９〜図１０は、いずれも本発明の実施の態様３を説明するための説明図であって、前記実施の態様２における図６〜図７にそれぞれ対応して、図９は旋回体８およびその近傍部分の拡大断面図であり、図１０は図９のＡ−Ａ線に沿った断面図である。なおＢ−Ｂ線に沿った断面図は、実質的に図８と略同じであるので省略されている。図９〜図１０においては、図６〜図７における部分と同じ部分は同一の符号を付している。
実施の態様３では、燃料溜部８０１が存在する箇所の底面を、燃料通路の長手方向において、スワール溝の底面より低くして、図１０に示すように燃料溜室８０２の容積を一層大きくした点においてのみ実施の態様２と異なる。燃料溜室８０２の容積を一層大きくすることにより、実施の態様２の場合よりもさらに燃料旋回の均一性を向上し得る効果がある。
【００２１】
実施の態様４．
図１１〜図１２は、いずれも本発明の実施の態様４を説明するための説明図であって、前記実施の態様２における図６〜図７にそれぞれ対応して、図１１は旋回体８およびその近傍部分の拡大断面図であり、図１２は図１１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。なおＢ−Ｂ線に沿った断面図は、実質的に図８と略同じであるので省略されている。図１１〜図１２においては、図６〜図７における部分と同じ部分は同一の符号を付している。
実施の態様４は、燃料通路８００の、その長手方向の断面形状および開口形状が図１２に示す通り卵形である点においてのみ実施の態様２と異なる。卵形断面の燃料通路８００を有する旋回体８は、例えばメタルインジェクションモ−ルディングにて製作することができる。なおメタルインジェクションモ−ルディングによれば、切削加工では難しい卵形などの種々の異形断面の燃料通路８００を容易に形成できる。
【００２２】
実施の態様１〜４についての説明から明らかな通り、本発明においては旋回体内に複数の燃料通路が、また旋回体の弁座側面に複数のスワール通路がそれぞれ設けられ、実施の形態１においては両者は共に６個ずつであって燃料通路とスワール通路とが１対１で相対しており、一方、実施の形態２〜４においては３個の燃料通路に対して６個のスワール通路溝が設けられていて燃料通路１個に２個のスワール通路が相対している。本発明において燃料通路とスワール通路の各設置数は、一般的には２〜１０個、好ましくは３〜８個であって、両者の各設置数は同数であってもよく、あるいは互いに異なっていてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は以上説明した通り、燃料噴射口を有する弁座、燃料に旋回エネルギ−を与えて上記燃料噴射口に供給する旋回体、上記旋回体と上記弁座とが当接する箇所に設けられた複数のスワール通路、上記燃料噴射口を開閉するための弁体、上記弁座と上記旋回体と上記弁体とを収容するハウジング、上記弁体を作動する弁作動装置、を備えた燃料噴射装置において、上記旋回体の外側壁と上記ハウジングの内壁とはその間を燃料が通過できないように互いに密接しており、上記旋回体内を上記弁座に当接する弁座側面と燃料受入側面との間において貫通する複数の燃料通路、上記複数の燃料通路の弁座側面の開口端と上記開口端に最寄りの上記スワール通路の燃料流始端との間で且つ上記旋回体の弁座側面上に形成されたＶ字形の突起の谷間に設けられて上記複数の燃料通路間の流動抵抗のバラツキを吸収可能な容積を有すると共に上記燃料噴射口に連通する燃料溜室、を備えたことを特徴とするものである。燃料通路は旋回体内に設けられるので、旋回体を従来例のようにその外周壁を正多角形に加工する必要なく、その外周壁をハウジングの内壁の形状に合わせて、例えば円柱形とすることが可能となる。かくすると旋回体とハウジングとの接触面積が大きくなり、旋回体からの放熱が良好となってハウジングの先端が高温となることが回避され、その結果、弁座の燃料噴射口の内面や出口端面にカ−ボンが付着する問題が解消して燃料噴射延いてはエンジンの出力や運転状態の安定化に繋がる。さらに旋回体の外周壁を正多角形に加工する必要がないので、旋回体自体の製造が頗る容易となる利点もある。
【００２４】
さらに燃料溜室を設けることにより、たとえ燃料通路の穿孔位置の狂い、燃料通路の内径やその内壁の平滑性上のバラツキ、などがあってもこの燃料溜部がかかる狂いやバラツキを吸収して燃料旋回の均一性を向上せしめる作用をなす。
【００２５】
さらに、燃料通路とスワール溝との各設置数を同数あるいは燃料通路１個当たり複数のスワール溝を設置してもよく、後者の場合には燃料通路の設置数が少ないのでブランクの加工が簡素となって旋回体の製造コストが低くなる。
【００２６】
さらに、燃料溜部の底面を、燃料通路の軸方向において、スワール溝の底面より低くすると、燃料溜室の容積が大きくなって燃料通路についての前記した狂いやバラツキを吸収する作用が高くなり、燃料旋回の均一性を一層向上する効果がある。
【００２７】
またさらに旋回体をメタルインジェクションモールディングにより製造すると切削加工では難しい卵形などの種々の異形断面の燃料通路を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の態様１を説明するための説明図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】 図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図５】 図２のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図６】 本発明の実施の態様２を説明するための説明図である。
【図７】 図６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図８】 図６のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図９】 本発明の実施の態様３を説明するための説明図である。
【図１０】 図９のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１１】 本発明の実施の態様４を説明するための説明図である。
【図１２】 図１１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１３】 従来の燃料噴射装置の断面図である。
【図１４】 図１３における旋回体近傍部分の拡大断面図である。
【図１５】 図１４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１６】 図１４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図１７】 従来の燃料噴射弁の一部断面図である。
【符号の説明】
３１ ハウジング、７ ニードル弁、８ 旋回体、８１ 旋回体の弁座側面、
８２ 旋回体の燃料受入側面、８５ スワール溝、８８ 旋回体の輪状路、
８００ 燃料通路、８０１ 燃料溜部、８０３ Ｖ字形の突起、
８５１ スワール溝の燃料流始端、９ 弁座、９１ 燃料噴射口。

Claims (6)

1. 燃料噴射口を有する弁座、燃料に旋回エネルギ−を与えて上記燃料噴射口に供給する旋回体、上記旋回体と上記弁座とが当接する箇所に設けられた複数のスワール通路、上記燃料噴射口を開閉するための弁体、上記弁座と上記旋回体と上記弁体とを収容するハウジング、上記弁体を作動する弁作動装置、を備えた燃料噴射装置において、上記旋回体の外側壁と上記ハウジングの内壁とはその間を燃料が通過できないように互いに密接しており、上記旋回体内を上記弁座に当接する弁座側面と燃料受入側面との間において貫通する複数の燃料通路、上記複数の燃料通路の弁座側面の開口端と上記開口端に最寄りの上記スワール通路の燃料流始端との間で且つ上記旋回体の弁座側面上に形成されたＶ字形の突起の谷間に設けられて上記複数の燃料通路間の流動抵抗のバラツキを吸収可能な容積を有すると共に上記燃料噴射口に連通する燃料溜室、を備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
2. スワール通路は、旋回体の弁座側面上に設けられたスワール溝と弁座の表面壁とによって形成されており、燃料溜室は、旋回体の弁座側面上に設けられた燃料溜部と弁座の表面壁とハウジングの側壁とによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 燃料通路とスワール通路とは同数設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 燃料通路１個当たり複数のスワール溝を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料噴射装置。
5. 燃料溜部の底面をスワール溝の底面より低くて燃料溜室の容積を大きくしたことを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
6. 旋回体は、メタルインジェクションモールディングにより製造されたものであることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。

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