JP3932967B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁ボディの円錐面に着座する弁部材の当接部が摩耗しても燃料噴射量の変化率を低下する燃料噴射装置（以下、「燃料噴射装置」をインジェクタという）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
噴孔に向かう燃料流れ方向に縮径する円錐面を弁ボディの内周壁に有し、弁部材の当接部が円錐面に着座することにより噴孔からの燃料噴射を遮断し、円錐面から離座することにより噴孔から燃料を噴射するインジェクタが知られている。弁ボディの円錐面に着座する当接部の形状として、例えばテーパ面同士が形成する角部（以下、「テーパ面同士が形成する角部」を単に角部という）であるものと、特開平８−２１８９７３号公報に開示されているように球状であるものが知られている。
【０００３】
図４の（Ａ）および（Ｂ）に、円錐面２０２に凸曲面２１４で着座するインジェクタを示す。特開平８−２１８９７３号公報に開示される弁部材の先端は球状であり先端全体が球面であるが、弁部材２１０の先端全体は球面ではない。しかし、凸曲面２１４は弁部材２１０の先端全体が球面であるときの一部を構成している。球状に形成されている弁部材先端部の球面の半径中心は弁部材の中心軸上にあるので、凸曲面２１４の半径中心Ｏも弁部材２１０の中心軸２２０上にある。凸曲面２１４は球面の一部を構成しているので、凸曲面２１４の半径ｒは、シート径ｄｓおよび円錐面２０２のシート角θにより決定される。
【０００４】
弁部材が円錐面から離座したときに円錐面と当接部との間に形成される開口流路の絞り位置は、当接部と円錐面との距離が最小であるシート位置で決まるのではなく、周方向に環状に形成される開口流路の流路面積が最小のところで決定される。図４に示すように、弁部材２１０の当接部２１２に形成された凸曲面２１４で弁ボディ２００の内周壁に形成された円錐面２０２に当接するインジェクタにおいて、当接部２１２が円錐面２０２から離座したときに円錐面２０２と当接部２１２との間に形成される開口流路の絞り位置は、シート径が同じである場合、角部の角度にもよるが角部で円錐面に当接するインジェクタに比べ、燃料上流側つまり弁部材２１０の中心軸２２０から離れていることが一般的である。したがって、リフト量が同じであれば弁部材の当接部が球面である方が角部よりも絞り位置における流路面積が大きくなる。
【０００５】
また、絞り位置から上流側および下流側に向かうにしたがい流路面積の増加率は当接部が球面である方が角部よりも大きくなるので、リフト量が同じであれば、円錐面と当接部との間に形成される開口流路の流路抵抗は、当接部が球面である方が角部よりも小さい。
リフト量およびシート径が同じであれば、当接部の形状が球面の方が角部であるものよりも開口流路の圧損が小さく、噴孔から噴射する燃料噴射圧が増加する。したがって、燃料を微粒化して噴射できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すインジェクタにおいて、当接部２１２が円錐面２０２との着座および離座を繰り返すと、図４の（Ｂ）の二点鎖線に示すように当接部２１２は摩耗する。すると、摩耗量δに対し円錐面２０２と当接部２１２との間に形成する開口流路の絞り位置が燃料下流側、つまり中心軸２２０側に移動するとともに、弁部材２１０の最大リフト量が大きくなる。当接部２１２の摩耗量δが増加すると、摩耗前に比べ当接部２１２と円錐面２０２との間を流れる燃料流量、つまり噴孔２０４から噴射される燃料噴射量が変化する。
本発明の目的は、弁ボディの円錐面に弁部材の当接部が凸曲面で着座する構成において、当接部が摩耗しても燃料噴射量の変化率が小さいインジェクタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のインジェクタによると、弁ボディの円錐面に着座する弁部材の当接部の当接面は凸曲面である。角部が円錐面に着座するインジェ久タに比べ燃料噴射圧が上昇するので、噴孔から噴射される燃料を微粒化できる。
【０００８】
また、円錐面との当接位置における凸曲面の半径中心は当接位置からみて弁部材の中心軸よりも向こう側に位置している。つまり、円錐面に凸曲面が着座しているときのシート径、ならびに円錐面が形成するシート角が同じである場合、弁部材の中心軸上に半径中心が位置している球面に比べ凸曲面の半径は大きい。凸曲面の半径はシート径およびシート角に関わらず設定される。
【０００９】
円錐面に当接する凸曲面の半径が大きくなると、弁部材が円錐面との着座および離座を繰り返すことにより当接部が摩耗しても、弁部材のリフト量の変化量は小さくなる。また、円錐面から当接部が離座したときに当接部と円錐面との間に形成される開口流路の絞り位置が当接部が摩耗することにより移動する場合、凸曲面の半径が大きくなると絞り位置の移動量が小さくなる。したがって、当接部の摩耗量が同じであれば、凸曲面の半径が大きい方が、開口流路を流れる燃料流量、つまり燃料噴射量の変化率を低下することができる。ここで燃料流量または燃料噴射量の変化率とは、摩耗前の燃料流量または燃料噴射量に対し摩耗により変化した燃料流量または燃料噴射量の増減量の割合を表している。
また、凸曲面の半径を大きくすることにより、凸曲面と円錐面との間に形成される隙間が小さくなるので、凸曲面と円錐面との間に異物が噛み込みにくくなる。したがって、異物の噛み込みにより弁部材と弁ボディとの間から燃料が漏れることを防止できる。
【００１０】
また、本発明の請求項１記載のインジェクタによると、弁部材は凸曲面の燃料上流側端から弁部材の中心軸方向に沿って反噴孔側に延びる円柱面を有し、円柱面の外径をＤ、凸曲面の半径をｒとすると、当接部が摩耗しても当接部と円錐面との間に形成される開口流路を流れる燃料流量の変化率が３％以下になるように、凸曲面の半径ｒは０．５３Ｄ≦ｒに設定されている。凸曲面の半径を大きくすることにより、当接部が摩耗しても燃料噴射量の変化率を低下できる。
【００１１】
当接部の凸曲面の半径を大きくすれば、摩耗によるリフト量および開口流路における絞り位置の変化量は小さくなり、燃料噴射量の変化率を低下することができる。しかし、当接部の凸曲面の半径を大きくし燃料噴射量の変化率を低下しすぎると、開口流路の流路抵抗が大きくなり、圧損が大きくなる。すると、燃料噴射圧が低下し噴射燃料の微粒化が損なわれる。本発明の請求項２記載のインジェクタによると、当接部が摩耗しても開口流路を流れる燃料流量の変化率が１％以上３％以下になるように凸曲面の半径を設定しているので、燃料噴射量の変化率を低下するとともに、燃料噴射圧の低下を防止している。したがって、噴射燃料を微粒化できる。
【００１３】
本発明の請求項３記載のインジェクタによると、弁部材は凸曲面の燃料上流側端から弁部材の中心軸方向に沿って反噴孔側に延びる円柱面を有し、円柱面の外径をＤ、凸曲面の半径をｒとすると、０．５３Ｄ≦ｒ≦Ｄである。凸曲面の半径の最大値を設定することにより、燃料噴射圧が低下することを防止する。したがって、噴射燃料を微粒化できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図に基づいて説明する。
本発明の一実施例によるインジェクタを図２に示す。
弁ボディ１２は弁ハウジング１６の燃料噴射側端部内壁に溶接により固定されている。弁ボディ１２は燃料流れ方向の噴孔１４側に向けて縮径する円錐面１３を内周壁に有している。
図１に示すように、弁部材２０は円錐面１３に着座する当接部２１を噴孔１４側端部に有している。当接部２１が円錐面１３に着座すると噴孔１４からの燃料噴射が遮断され、当接部２１が円錐面１３から離座すると噴孔１４から燃料が噴射される。
【００１５】
円錐面１３に着座する当接部２１の当接面は球面の一部を構成する凸曲面２２である。したがって、凸曲面２２全体の曲率は等しい。凸曲面２２の半径ｒの中心Ｏは、円錐面１３に当接する凸曲面２２の当接位置からみて弁部材２０の中心軸１００の向こう側に位置している。弁部材の噴孔側先端を球状にしている場合に比べ、凸曲面２２の半径は大きくなっている。凸曲面２２の燃料上流側端から、弁部材２０の中心軸１００に沿って反噴孔側に円柱面２３が延びている。
【００１６】
図２に示すように、筒部材３０は弁ハウジング１６の反噴孔側内周壁に挿入され、溶接により弁ハウジング１６に固定されている。筒部材３０は、噴孔１４側から第１磁性筒部３２、非磁性筒部３４および第２磁性筒部３６により構成されている。非磁性筒部３４は第１磁性筒部３２と第２磁性筒部３６との磁気的短絡を防止する。
【００１７】
可動コア４０は磁性材料で円筒状に形成されており、弁部材２０の反噴孔側の端部２４と溶接により固定されている。可動コア４０は弁部材２０とともに往復移動する。可動コア４０の筒壁を貫通する流出孔４２は、可動コア４０の筒内外を連通する燃料通路を形成している。
【００１８】
固定コア４４は磁性材料で円筒状に形成されている。固定コア４４は筒部材３０内に挿入されており、筒部材３０と溶接により固定されている。固定コア４４は可動コア４０に対し反噴孔側に設置され可動コア４０と向き合っている。
【００１９】
アジャスティングパイプ４６は固定コア４４に圧入され、内部に燃料通路を形成している。スプリング４８は一端部でアジャスティングパイプ４６に係止され、他端部で可動コア４０に係止されている。アジャスティングパイプ４６の圧入量を調整することにより、可動コア４０に加わるスプリング４８の荷重を変更できる。スプリング４８の付勢力により可動コア４０および弁部材２０は円錐面１３に向けて付勢されている。
【００２０】
コイル５０はスプール５２に巻回されている。ターミナル５５はコネクタ５４にインサート成形されており、コイル５０と電気的に接続している。コイル５０に通電すると、可動コア４０と固定コア４４との間に磁気吸引力が働き、スプリング４８の付勢力に抗し可動コア４０は固定コア４４側に吸引される。
【００２１】
フィルタ６０は固定コア４４の燃料上流側に設置されており、インジェクタ１０に供給される燃料中の異物を除去する。固定コア４４内にフィルタ６０を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ４６内の燃料通路、可動コア４０内の燃料通路、流出孔４２、弁ハウジング１６の内周壁と弁部材２０の外周壁との間を順次通過する。弁部材２０が円錐面１３から離座すると、当接部２１と円錐面１３との間に形成される開口流路を燃料が通過し噴孔１４に導かれる。
【００２２】
コイル５０への通電を断続し、インジェクタ１０が間欠噴射することにより、当接部２１は円錐面１３との着座および離座を繰り返す。これにより、当接部２１は摩耗する。当接部２１が摩耗すると、弁部材２０のリフト量が大きくなるとともに、開口流路の絞り位置が燃料下流側に移動するので、開口流路を流れる燃料流量、つまり燃料噴射量が変化する。しかし、当接部２１の凸曲面２２の半径ｒは、シート径ｄｓおよび円錐面１３のシート角θで決定されず、中心軸１００上に半径中心Ｏがある球面よりも大きく設定されているので、当接部２１の摩耗量に対し開口流路を流れる燃料流量の変化率、つまり燃料噴射量の変化率が低下する。
【００２３】
シート径ｄｓを１．４ｍｍ、円柱面２３の外径Ｄを１．５ｍｍとしたときの、凸曲面２２の半径ｒと開口流路を流れる燃料流量の変化率との関係を図３に示す。半径ｒが大きくなるほど燃料流量の変化率が低下していることが分かる。変化率を３％以下にするため０．５３Ｄ≦ｒであることが望ましい。
【００２４】
凸曲面２２の半径ｒを大きくすると、燃料流量の変化率は低下するが、開口流路の流路抵抗が大きくなり燃料噴射圧が低下する。燃料流量の変化率の低下を抑制しつつ燃料噴射圧の低下を抑制するため、燃料流量の変化率は１％以上３％以下であることが望ましい。
【００２５】
本実施例では、凸曲面２２の半径を大きくすることにより、凸曲面２２と円錐面１３との間に形成される隙間が小さくなるので、凸曲面２２と円錐面１３との間に異物が噛み込みにくくなる。したがって、異物の噛み込みによりので、弁部材２０と弁ボディ１２との間から燃料が漏れることを防止できる。
本実施例では、凸曲面２２は球面の一部を構成しており、凸曲面２２全体の曲率が等しいが、曲率が異なっている凸曲面でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるインジェクタの噴孔周囲を示す断面図である。
【図２】本実施例によるインジェクタを示す断面図である。
【図３】本実施例において、シート径と流量変化率との関係を示す特性図である。
【図４】従来のインジェクタの噴孔周囲を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ インジェクタ（燃料噴射装置）
１２ 弁ボディ
１３ 円錐面
１４ 噴孔
２０ 弁部材
２１ 当接部
２２ 凸曲面
４０ 可動コア
４４ 固定コア

Claims (3)

1. 噴孔に向かう燃料流れ方向に縮径する円錐面を有する弁ボディと、
   前記円錐面に着座することにより前記噴孔を閉塞し、前記円錐面から離座することにより前記噴孔を開放する当接部を有する弁部材と、
   を備える燃料噴射装置であって、
   前記円錐面に着座する前記当接部の当接面は凸曲面であり、前記円錐面との当接位置における前記凸曲面の半径中心は前記当接位置からみて前記弁部材の中心軸を越えた位置に設置されており、前記弁部材は前記凸曲面の燃料上流側端から前記弁部材の中心軸方向に沿って反噴孔側に延びる円柱面を有し、前記円柱面の外径をＤ、前記凸曲面の半径をｒとすると、前記円錐面との着座および離座を繰り返すことにより摩耗する前記当接部と前記円錐面との間を流れる燃料流量の変化率が３％以下になるように、前記凸曲面の半径ｒは０．５３Ｄ≦ｒに設定されていることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記円錐面との着座および離座を繰り返すことにより摩耗する前記当接部と前記円錐面との間を流れる燃料流量の変化率が１％以上３％以下になるように前記凸曲面の半径ｒは設定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. ０．５３Ｄ≦ｒ≦Ｄであることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射装置。

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