JP3923936B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用エンジンなどの内燃機関の燃焼室内に燃料を供給するための燃料噴射弁に関し、特に、旋回手段により燃料流に旋回エネルギーを与えて噴射孔から噴射する燃料噴射弁に関するものである。

従来の燃料噴射弁は、例えば、燃料噴射口を有する弁座、この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を有し且つ燃料に旋回エネルギ−を与えて燃料噴射口に供給する旋回体、燃料噴射口を開閉するための弁体、弁座と旋回体と弁体とを収容するハウジング、弁体を作動させる弁作動装置とを備えた燃料噴射装置において、旋回体と弁座とが当接する箇所に複数のスワール通路を設けると共に、複数の燃料通路の弁座側面の開口端とこの開口端に最寄りのスワール通路の燃料流始端との間に燃料溜室を設けて構成されている。
弁作動装置により弁体が吸引されると、燃料供給管から供給された燃料は、旋回体内の燃料通路へ流れ、燃料溜り部および外周環状溝を経由しスワール通路に流入して径方向に流れ、旋回エネルギーが付与されて弁座の燃料噴射口から噴射される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１４０７３０号公報（第２頁、図１および図２）

以上のように、従来の燃料噴射弁においては、噴射する燃料に旋回エネルギ−を与えるための旋回体は、燃料通路として、軸方向に貫通する燃料通路と、旋回体の弁座に当接する側に設けた燃料溜室と、燃料溜室の一部である外周環状溝と、それと同じ深さのスワール通路（以下、旋回溝と称す）とで構成されている。
旋回体の外周環状溝は燃料の流れを整流する役目を持つため、燃料がスムーズに流れるためには、外周環状溝の流路面積は大きいほうが望ましい。また、この外周環状溝と旋回溝との溝深さは同じ深さであることが望ましい。なぜなら、旋回溝の深さは、燃料の旋回エネルギーをコントロールする重要寸法であり、所定の溝深さに精度よく管理する必要があるので、旋回溝の深さの測定において、幅の細い溝底面に測定子をあてて測定するのは計測に工数がかかることから、外周環状溝と同じ溝深さにしておけば外周環状溝で溝深さを容易に計測することができるからである。
外周環状溝と旋回溝の溝深さを同じにしたまま外周環状溝の流路面積を大きくしようとすれば、外周環状溝の幅を広げる必要があり、必然的に旋回溝の長さを短くしなければならず、その結果、旋回のための助走距離が短くなるので燃料に十分な旋回エネルギーを与えられなくなるという問題があった。

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、旋回溝の長さを短くすることなく必要な整流室を確保して、燃料旋回力の均一化を図り、旋回ロスを低減できる燃料噴射弁を得ることを目的とする。

この発明に係わる燃料噴射弁は、中空筒状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、弁本体内を軸方向に移動し弁座に離接して噴射孔を開閉するニードル弁と、弁座に当接して設けられニードル弁が貫通する中心孔を有し噴射孔に流れ込む燃料に旋回運動を与える旋回体とを備えた燃料噴射弁において、旋回体は、燃料が流通する複数の軸方向通路と、弁座に当接する端面の外周にあって軸方向通路と連通する外周環状溝と、この外周環状溝と同じ深さで外周環状溝から中心孔のほぼ接線方向へ延びて中心孔に繋がる複数の旋回溝とを有し、弁座は、旋回体に当接する端面で外周環状溝と対向する位置に外周環状溝とほぼ同径の弁座環状溝を有し、外周環状溝と弁座環状溝とで、断面が矩形で円環状の整流室を構成したものである。

この発明の燃料噴射弁によれば、旋回体の外周環状溝と、弁座の弁座環状溝とで燃料の整流室を構成したので、各旋回溝へ流入する燃料を均一化できるため、旋回力が均一化して旋回ロスを低減できる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁の正面断面図である。図において、燃料噴射弁１は、その先端部に弁装置２を備えており、この弁装置２は、小径円筒部３ａおよび大径円筒部３ｂを持つ段付中空円筒形の弁本体３と、この弁本体３の小径円筒部３ａの先端に固着されて噴射孔４を有する弁座５と、弁本体３内を軸方向に移動し一端が弁座５に離接して噴射孔４を開閉するニードル弁６と、弁座５に当接して設けられニードル弁６が貫通し軸方向に摺動する中心孔７ａを有し噴射孔４から噴射する燃料に旋回運動を与える旋回体７とを備えている。

ニードル弁６の他端、すなわち噴射孔４側と反対側にはアマチュア８が溶接等により固着されており、ニードル弁６と一体で移動する。ニードル弁６およびアマチュア８の軸線上にアマチュア８と対向して所定の間隔を保ち中空円筒状のコア９が配置され、このコア９の中空部９ａにはスリーブ１０が位置調整されて固定されている。そして、スリーブ１０に一端を係止したスプリング１１によって、ニードル弁６を噴射孔４へ押圧する方向に付勢している。また、コア９の周囲にはにボビン１２に巻回されたコイル１３とコネクタ１４とを備えたソレノイド装置１５が配置されている。

そして、アマチュア８の外周と所定の間隙をあけてヨーク１６が設けられており、この一端側は、ボビン１２とコイル１３とを包み込んでコア９に接続され、コア９と一体で磁気回路を構成する。ヨーク１６の他端側は、ストッパープレート１７を介して弁本体３の大径円筒部３ｂが挿入され、ヨーク１６の先端に設けた結合部１６ａを大径円筒部３ｂと小径円筒部３ａとの肩部３ｃ上に折り曲げて、かしめ等により固定されている。このように、ヨーク１６は弁本体３，アマチュア８，ボビン１２およびコイル１３を収納するハウジングも兼ねている。ヨーク１６と同軸上に、コア９とコネクタ１４部とを収納するハウジング１８が設けられており、こハウジング１８の先端部（図では上端側）は図示しない燃料供給管に接続され、燃料フィルタ１９を介してコア９の中空部９ａに燃料が導入されるようになっている。

次に、弁装置２の先端部の詳細について説明する。図２は図１のＡ部一点鎖線内の詳細を示す拡大断面図である。また、図３は図２のIII−IIIから見た断面図であり、図４は図２のIV−IVから見た断面図である。図のように、段付き内径部をもつ弁本体３の先端には噴射孔４をもつ弁座５が取り付けられており、この弁座５と弁本体３の段付き部との間に一端を弁座５に当接させて、ニードル弁６の先端が貫通し摺動する中空孔７ａをもつ旋回体７が固定されている。この旋回体７には、燃料が流通する複数の軸方向通路７ｂが設けられており、また、弁座５に当接する端面の外周には、図３に示すように、軸方向通路７ｂと連通する外周環状溝７ｃと、この外周環状溝７ｃと同じ深さで外周環状溝７ｃから中心孔７ａのほぼ接線方向へ延びて中心孔７ａに繋がる複数の旋回溝７ｄが設けられている。ここで、外周環状溝７ｃと旋回溝７ｄとの溝深さを同じにしているのは、製作過程において、精度を要する旋回溝７ｄの深さを測定するときに、外周環状溝７ｃ部分を測ることにより容易に行えるためである。旋回溝寸法は、燃料の旋回エネルギーをコントロールするための重要寸法である。

一方、弁座５には、旋回体７に当接する端面に、図４に示すように、旋回体７の外周環状溝７ｃと対向する位置に外周環状溝７ｃとほぼ同径の弁座環状溝５ａが形成されている。そして、外周環状溝７ｃと弁座環状溝５ａとが一体となって、断面が矩形で円環状の整流室を構成する。

ここで、弁本体３と弁座５とは別部材で構成しているので、弁座５に加工する弁座環状溝５ａは容易に加工できる。また、弁座環状溝５ａは旋回体７側の溝に比べてそれほどシビアな寸法管理が必要でないので、簡単な加工を追加するだけで必要な断面積を持つ整流室を容易に形成できる。

次に動作について説明する。図１において、燃料噴射弁１のコイル１３に動作信号が送られて通電されると、アマチュア８と、コア９と、ヨーク１６とで構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア８はコア９側へ吸引動作し、アマチュア８と一体構造であるニードル弁６が弁座５から離れてその部分に間隙が形成される。これにより、図示しない燃料供給管から供給される燃料は、コア９の中空部９ａを通りアマチュア８に形成した燃料通路を経由して弁座５の噴射孔４から図示しない内燃機関のシリンダー内に噴射される。コイル１３への給電が遮断されると、スプリング１１の付勢力によってニードル弁６が弁座５側に移動し噴射孔４を閉孔する。

上記において、噴射孔４から噴射される直前の燃料の動きを、図２〜図４を参照して、旋回体７の作用を中心に説明する。旋回体７は、燃料が噴射孔４から噴射されるとき、噴射に旋回運動を与えるものである。ニードル弁６の先端部が弁座５から離れて間隙が形成されると、燃料供給管から導入される高圧の燃料は、弁本体３とニードル弁６間の通路から、まず旋回体７の軸方向に形成された複数の軸方向通路７ｂに流れ込む。そして、旋回体７の弁座６と当接する面に設けた外周環状溝７ｃと弁座５に設けた弁座環状溝５ａとで構成する整流室へ流入し、整流室で整流されて、ここから複数の旋回溝７ｄへ分かれて流入し、中心孔７ａの接線方向に進み、旋回流となって弁座５の噴射孔４に入ってその先端出口から噴霧される。

上記の過程において、例えば、複数の軸方向通路７ｂの穿孔位置に狂いがあったり、加工面の平滑性にばらつきがあって、旋回溝７ｄに流入する燃料の流量が不均一になる要因があったとしても、整流室を通過する間にそれらの要因を吸収して、旋回溝７ｄへ流入する燃料の流量が均一化される。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、旋回体の外周環状溝と弁座の弁座環状溝とで燃料の整流室を構成したため、各旋回溝へ流入する燃料を均一化でき、このため、旋回力を均一化して旋回ロスを低減でき、噴霧性能の安定化、および噴霧の微粒化が可能となる。

なお、軸方向通路と旋回溝の個数の関係は、軸方向通路に対し旋回溝を同数とすることもできるが、本実施の形態では軸方向通路１個当たり２個の旋回溝を設けている。従来のように、整流機能を持つ溝が、旋回体の外周環状溝のみで溝断面積が小さい場合は、軸方向通路の数に対し旋回溝が多いと、整流機能を十分果たせず旋回溝に流れ込む燃料にアンバランスが生じる懸念が有ったが、本実施の形態の発明では、整流室を十分確保できるためそのような心配が無く、軸方向通路１個当たり複数個の旋回溝を設けても旋回溝へ流入する燃料がアンバランスとなるのを抑制できる。燃料噴射弁の大きさにもよるが、図のように、軸方向通路３個に対し旋回溝が６個程度が好適である。

上記のように、軸方向通路１個当たり複数個の旋回溝を設けるようにすれば、整流室を構成したことによる上述の効果に加え、相対的に軸方向通路を減らせることにより加工コストの低減が図られ、軸方向通路のレイアウトの自由度が高くなり、また、旋回体の強度上も有利となる。

また、旋回体に設ける軸方向通路は、図２に示す以外にも、例えば、旋回体の外周面に外周円の一部を平面カットして、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を形成し（すなわち、径方向断面がほぼ正多角形となるように加工し）、この平坦面と弁本体の内周面とで囲まれた空間を軸方向通路とすることもできる。しかし、図２および図３に示すように、旋回体７の内部を貫通する貫通穴７ｂとすれば、軸方向通路の加工が容易となる。

上記のように、軸方向通路を旋回体の内部を貫通する貫通穴とすれば、整流室を構成したことによる上述の効果に加え、加工が容易となり、加工コストの低減を図ることができる。

自動車用エンジン等の内燃機関の燃料噴射弁で、燃料流に旋回手段によって旋回エネルギーを与える燃料噴射弁に適用して効果を得られる。

この発明の実施の形態１における燃料噴射弁を示す正面断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 図２のIII−IIIから見た断面図である。 図２のIV−IVから見た断面図である。

符号の説明

３ 弁本体 ４ 噴射孔
５ 弁座 ５ａ 弁座環状溝
６ ニードル弁 ７ 旋回体
７ａ 中心孔 ７ｂ 軸方向通路
７ｃ 外周環状溝 ７ｄ 旋回溝。

Claims (3)

1. 中空筒状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、上記弁本体内を軸方向に移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉するニードル弁と、上記弁座に当接して設けられ上記ニードル弁が貫通する中心孔を有し上記噴射孔に流れ込む燃料に旋回運動を与える旋回体とを備えた燃料噴射弁において、上記旋回体は、上記燃料が流通する複数の軸方向通路と、上記弁座に当接する端面の外周にあって上記軸方向通路と連通する外周環状溝と、この外周環状溝と同じ深さで上記外周環状溝から上記中心孔のほぼ接線方向へ延びて上記中心孔に繋がる複数の旋回溝とを有し、上記弁座は、上記旋回体に当接する端面で上記外周環状溝と対向する位置に上記外周環状溝とほぼ同径の弁座環状溝を有し、上記外周環状溝と上記弁座環状溝とで、断面が矩形で円環状の整流室を構成したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１記載の燃料噴射弁において、上記軸方向通路１個当たり複数個の上記旋回溝を設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１または請求項２記載の燃料噴射弁において、上記軸方向通路を上記旋回体の内部を貫通する貫通穴としたことを特徴とする燃料噴射弁。

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