JP3827084B2 - 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に関し、特に気筒内に燃料を直接噴射する筒内燃料噴射用の燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料噴射弁は、弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔と、燃料を燃料噴射孔より噴出させる弁体とを備え、弁体の開閉を制御することによって燃料の噴射量を制御する燃料噴射弁において、流路側に凸型となり連続した縦断面形状をもつ弁座、および直線の燃料流路側の縦断面形状の弁体先端部を備えたものであり、弁体先端部に噴射口よりも直径の小さな突起を設けたものである。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
また、別の従来の燃料噴射弁に於いては、弁座の上流側に設けられ、供給された燃料に旋回力を与える燃料旋回部材と、弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔と、燃料を燃料噴射孔より噴出させる弁体とを備え、弁体の先端に、燃料噴射孔の形より直径が小さい突起を形成したものである。（例えば特許文献２参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１１３１６３号公報、図５、６
【特許文献２】
特許第３０７９７９４号公報、図７〜９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の燃料噴射弁に於いては、弁座と弁体との接触部から噴射口に至るまでの環状燃料流路の流路断面積が、弁体本体と突起部との間の立ち上がり変曲点から下流側で急激に増大するため、燃料の流速が低下して変曲点部分によどみが生じ、カーボンデポジットの付着の原因となるという問題があった。
【０００６】
従って、この発明の課題はカーボンデポジットの少ない燃料噴射弁を得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、この発明の燃料噴射弁は、燃料の流れの方向に沿って次第に直径が小さくなる先細り流路を形成する弁座面および先細り流路と同軸に整列して下流側で連通したほぼ円筒形の噴出口を有する弁座と、弁座面に接触部で離接して噴出口への燃料の供給を制御する弁体であって、接触部を形成する球面部および球面部から変曲部で立ち上がったほぼ円錐形の突起を有する弁体と、弁体を作動させる作動装置とを備えた燃料噴射弁であり、弁体の突起は、弁座面と弁体との間に形成される環状流路の断面積が、少なくとも接触部と噴射口との間では、燃料の流れ方向に沿ってほぼ一定となるようにした突起であり、もって燃料の流速の変化を抑制した燃料噴射弁である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１乃至図４には本発明の燃料噴射弁の第１の実施形態を示し、図１は燃料噴射弁の断面図、図２および図３は弁体先端部と弁座との関係を示す拡大断面図、図４は弁体先端部と弁座との間の燃料流路とデポジットの付着状態とを示す断面図である。
【０００９】
図１に示す如く、燃料噴射弁１はソレノイド装置２を備えており、ソレノイド装置２は磁気回路のヨーク部分でもあるハウジング３と、磁気回路の固定鉄心部分であるコア４と、コイル５と、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア６と、アマチュア６を附勢するばね１３と、アマチュア６を摺動可能に保持するホルダ１４とを備えている。このようなソレノイド装置２には弁装置７が連結されていて弁装置７の開閉動作をさせるので、ソレノイド装置２は作動装置である。弁装置７はアマチュア６に連結された弁体８と、ハウジング３にホルダ１４を介して連結された弁本体９と、弁本体９内に設けられて燃料流れに旋回運動を与えるスワラ１０と、弁体８が離接して噴射口１５を開閉し、燃料の流れを制御する弁座１１と、弁体８の移動を制限するストッパ１２とを備えている。このような燃料噴射弁自体の動作は周知のものと同様であるのでここでは説明しない。
【００１０】
図２乃至図４にはこの発明の燃料噴射弁１の弁体８と弁座１１との関係を拡大して示してある。これらの図に於いて、図２および図３は燃料噴射弁１が閉位置の状態を示し、図４は燃料噴射弁１が開位置の状態を示している。燃料は弁本体９と弁体８との間に形成される管状の流路を通り、スワラ１０の外周と弁本体９との間の軸方向流路を通り、スワラ１０と弁座１１との間の流路を径方向内向きに流れ、弁体８の先端部の接触部１６と弁座１１の弁座面１７との間の環状の隙間を通って噴射口１５に到達する。このとき燃料は、スワラ１０によって径方向内向きおよび周方向の方向成分を持つ旋回運動を与えられているので、噴射口１５内を旋回しながら軸方向に進んで噴射口１５の出口から噴霧状態で外部へ噴射される。
【００１１】
このように、燃料噴射弁１の弁座１１は、燃料の流れの方向に沿って次第に直径が小さくなる先細り流路を形成する弁座面１７と、弁座面１７に対して同軸に整列して燃料流れの下流側で連通したほぼ円筒形の噴出口１５とを備えている。図示の例では弁座面１７は、全体として円錐台形で先細り流路を形成しており、図３に示す如く弁体８の接触部１６が離接する第１の円錐面１８と、第１の円錐面１８の下流側で遷移部１９を介して接続され、軸心に対する角度がより小さい第２の円錐面２０とで構成されている。このように、弁座１１の円錐面が、燃料の流れ方向で下流側に向かって軸心に対する角度が小さくなる２段の円錐面１８、２０で構成されている。第２の円錐面２０は第１の円錐面１８と噴出口１５との間に設けられているので、第１の円錐面１８と噴出口１５との間の角部に施した面取りであると言うこともできる。
【００１２】
弁体８は、弁座面１７の円錐面１８に接触部１６で離接して噴出口１５への燃料の供給を制御するものであって、その先端部に接触部１６を形成する球面部２１と、球面部２１から変曲部２２で立ち上がった円錐面２３を持つほぼ円錐形の突起２４とを備えており、作動装置であるソレノイド装置２により開閉動作される。弁体８の突起２４は、弁座面１７と弁体８との間に形成される環状流路２５の断面積が、少なくとも接触部１６と噴射口１５との間では、燃料の流れ方向に沿って急激に増大しないようにするものである。流路断面積が急激に増大しないと燃料の流速が急激に小さくならず、よどみの発生が抑制される。
【００１３】
円錐形の突起２４の底面即ち変曲部２２の直径Ｄ１は、噴射口１５の直径Ｄよりも大きくしてある。接触部１６の直径よりも小さいことは勿論である。また、弁体８の変曲部２２の位置は弁座面１７の遷移部１９の近くで上流側に設けるのが望ましい。変曲部２２の直径Ｄ１が噴射口１５の直径Ｄよりも小さいと環状流路２５の断面積が急激に大きくなりすぎて、燃料を適切に案内でない。接触部１６は燃料をシールするため球面形状としてあるが、変曲部２２より下流側には円錐形状の突起２４を設けて、全体として弁座面１７のテーパにほぼ沿った形としてある。特に、弁体８と弁座面１７との間に形成される環状の流路２５の流れ方向に垂直な面に於ける断面積が、遷移部１９と変曲点２２とを結ぶ位置での流路断面積Ａ１（図３にテーパした輪帯Ａ１として示してある）は、遷移部１９を通る軸方向の円筒面での流路断面積Ａ（図２に輪帯Ａとして示してある）と等しく、かつ噴射口１５の入口を通り突起２４の円錐面２３に垂直な面での流路断面積Ａ２とほぼ等しくされている。このようにすると、弁体８の先端の突起２４による流路断面積の減少（流量のチョーク）を抑制することができる。
【００１４】
突起２４の先端部は球面に近いドーム状であり、最先端は鈍角として気筒内部側に先端部が近づかないようにし、同時に噴射口１５の壁面近くに燃料流れのよどみが発生しないようにしてある。突起２４の先端は噴射口１５の長さの半分以下として、あまり噴射口１５内に突き出さないようにし、突起２４の先端にカーボンデポジットが付着しないようにしてある。図４の右半分には球面状の先端を持つ突起２４を弁座１１と共に用いた場合を示し、左半分には先端まで連続した円錐面２５を持ち、頂点が鋭い突起部２６を用いた場合を示す。
【００１５】
先端の鋭い突起部２６の場合、矢印で示すように、弁座面１７と弁体８の円錐面２３との間の流路を流れて来た燃料は、円筒形の噴射口１５に入った後にも突起部２６の円錐面２３に沿って流れ続けようとするので、噴射口１５の入口付近の壁面近傍に流れのよどみが発生してこの部分にカーボンデポジット２７が付着する傾向がある。先端が鈍い突起２４の場合、燃料は図４の右半分に矢印で示すように円筒形の噴射口１５に入るのと殆ど同時に突起２４から離れて噴射口１５の壁面に沿って流れて、流れのよどみが発生しないので、噴射口１５にはカーボンデポジットは付着しない。燃料流量の低下の主な原因は座面および噴射口近傍にカーボンデポジットが付着することであるが、この部分は、突起２４により燃料の流れが案内されて洗浄効果が高くなるためカーボンデポジットの付着を抑制できる。また、弁体の突起部により燃料流がガイドされるので、流体ロスが低減でき、燃料流が多くの運動エネルギを持つことにより、微粒化が促進できる。
【００１６】
実施の形態２．
図５および図６に示す本発明の第２の実施の形態に於いては、全体の構成は図１乃至図４に示す燃料噴射弁１と同様であるが、突起２８が円錐面２９を持つ円錐台形部分３０と、円筒面３１および平坦な端面３２を持つ円筒形部分３３とで構成されている。この例に於いても弁体８の突起２８は、弁座面１７と弁体８との間に形成される環状流路の断面積が燃料の流れ方向に沿って急激に増大しないようにするものである。また、円筒形部分３３の直径を噴射口１５内に形成される燃料流の空洞の直径の最大値と同等にするのが良く、円筒形部分３３の直径は噴射口１５の直径の例えば０．７倍とするのが望ましい。その他の構成は第１の実施の形態の燃料噴射弁１と同様である。
【００１７】
図６の左半分には円錐形の弁体を用いた場合の燃料流れを矢印で示し、右半分にはこの実施の形態の突起２８を用いた場合の燃料流れを矢印で示す。円錐形の弁体の場合、燃料の流れが円錐に沿って流れて噴射口１５の壁面から離れて流れがよどみ、カーボンデポジット２７付着の原因となる。また、主な燃料流より噴口中心方向になるにつれ、流速の遅い燃料流となり、この燃料流が閉弁時の後だれの原因となる。図の右半分の突起２８を用いた場合には、燃料流れが下方向になる部分まで突起２８の先端の円筒形部分３３の円筒面３１によって案内されるので、デポジット付着の原因となる燃料流の乱れ、よどみを抑制できる。また、従来構造では燃料流の占有率が少ない噴口中心に突起２８が形成されているので、余分な燃料流路をなくすことができ、閉弁時の後だれを抑制でき、また弁体の突起部により燃料流が案内されるので、流体ロスが低減でき、燃料流が多くの運動エネルギを持つことにより、微粒化が促進できる。
【００１８】
このような燃料噴射弁によれば、突起が弁体と弁座面との間の燃料の流れを案内して、燃料の運動エネルギを減殺するよどみ、剥離、渦などの流れの乱れを抑制できる。このため、カーボンデポジットの付着を防止できる。また噴射口出口までに余分な燃料が流れなくなり、閉弁時の後だれが抑制でき、更に、流体ロスが低減できて燃料の流れの大きな運動エネルギが維持されるので、燃料噴霧の微粒化が促進できる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の燃料噴射弁の弁体に設ける突起は、弁座面と弁体との間に形成される環状流路の断面積が、少なくとも接触部と噴射口との間では、燃料の流れ方向に沿ってほぼ一定となるようにし、もって燃料の流速の変化を抑制したのであり、従って、燃料噴射弁のカーボンデポジットが少量に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の燃料噴射弁の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】 図１の燃料噴射弁の弁体先端部と弁座との関係を示す拡大断面図である。
【図３】 図２の燃料噴射弁の弁体先端部と弁座との関係の詳細を示す拡大断面図である。
【図４】 図２の燃料噴射弁の弁体先端部と弁座との間の燃料流路とカーボンデポジットの付着状態とを、突起先端が鋭い場合と丸い場合とで比較して示した断面図である。
【図５】 本発明の燃料噴射弁の第２の実施の形態の弁体先端部と弁座との関係を示す拡大断面図である。
【図６】 図２の燃料噴射弁の弁体先端部と弁座との間の燃料流路とカーボンデポジットの付着状態とを、弁体先端が鋭い場合と円筒部分を持つ場合とで比較して示した断面図である。
【符号の説明】
１燃料噴射弁、２ ソレノイド装置（作動装置）、１７ 弁座面、１５ 噴出口、１１ 弁座、１６ 接触部、８ 弁体、２１ 球面部、２２ 変曲部、２４、２８ 突起、２５ 環状流路、１８、２０、２３ 円錐面、３３ 円筒形部分。

Claims (6)

1. 燃料の流れの方向に沿って次第に直径が小さくなる先細り流路を形成する弁座面および上記先細り流路と同軸に整列して下流側で連通したほぼ円筒形の噴出口を有する弁座と、
   上記弁座面に接触部で離接して上記噴出口への燃料の供給を制御する弁体であって、上記接触部を形成する球面部および上記球面から変曲部で立ち上がったほぼ円錐形の突起を有する弁体と、
   上記弁体を作動させる作動装置とを備えた燃料噴射弁に於いて、
   上記弁体の上記突起は、上記弁座面と上記弁体との間に形成される環状流路の断面積が、少なくとも上記接触部と上記噴射口との間では、燃料の流れ方向に沿ってほぼ一定となるようにした突起であり、もって燃料の流速の変化を抑制したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 円錐形の上記突起の底面の直径が、上記噴射口の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 上記弁座面が円錐台形であって上記先細り流路が円錐面で形成されたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の燃料噴射弁。
4. 上記弁座の上記先細り流路の円錐面が、下流側に向かって軸心に対する角度が小さくなる少なくとも２段の円錐面で構成されてなることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
5. 円錐形の上記突起の先端部がほぼ球面状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
6. 円錐形の上記突起が先端部に、燃料噴射口内に形成される燃料流の空洞直径の最大値とほぼ等しい直径の円筒形部分を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

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