JP3933739B2

JP3933739B2 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP3933739B2
Application number: JP01636697A
Authority: JP
Inventors: 毅宗実; 健介今田; 慶太細山; 範久福冨; 雅之青田; 裕久大田; 守住田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: DE19740026B4; KR100291973B1; JPH10213053A; US5979801A; KR19980070049A; DE19740026A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダヘッドに取付けられて燃焼室に燃料を直接噴射する形式の燃料噴射弁においては、燃焼室への燃料の噴霧を適切に行われなければならない。このための一方法として、噴射される燃料流に旋回体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装置があった。
【０００３】
従来のこの種の燃料噴射弁として、特開昭６４−３６９７２号公報に示された装置を例に説明する。図９（ａ）は燃料噴射弁の噴射孔付近を示す側面断面図、図９（ｂ）はスワーラ（旋回体）の平面図である。図において、可動弁１０１は電磁駆動手段により上下方向に駆動され、バルブガイド１０５の円錐座面１０５ｂと離接することにより弁の開閉を行い、燃料噴射孔１０５ａから燃料が噴射される。一方、バルブガイド１０５の円錐座面１０５ｂには、この座面１０５ｂと同じ角度の円錐面を有するスワーラ（旋回体）１０２が配置されており、このスワーラ１０２の外周部には２本以上の渦巻き状の燃料溝１０２ｂが形成されている。スワーラ１０２の中心軸に沿った透孔１０２ａには可動弁１０１が摺動自在に設置され、スワーラ１０２の円錐面の底面とヨーク１０７と一体的に固定されたストッパ１０４との間には、弾性部材１０３が介装されて、スワーラ１０２を円錐座面１０５ｂに向けて付勢している。
【０００４】
図９の装置において、ヨーク１０７の燃料通路から導入された燃料は、ストッパ１０４、弾性部材１０３の通路１０３ｂを通り、スワーラ１０２の燃料溝１０２ｂを介してバルブガイド１０５の燃料噴射孔１０５ａからエンジンのシリンダ内に噴射される。すなわち、燃料流は、渦巻き状のスワーラ溝１０２ｂを介して旋回エネルギーが与えられ、バルブガイド１０５のオリフィス孔１０５ａで絞られ燃料の微粒化が行われて噴射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃料噴射弁において、燃料流に旋回エネルギーを与える旋回体（スワーラ）は一般に切削等により加工製作されてきたが、このような切削加工の場合、大量生産を行っても製造コストが高くつくという問題があった。また、従来は、燃料流に旋回を与える場合の旋回力が不足し易く、このため旋回のばらつきが発生して燃料噴霧の最適制御を可能にすることが難しかった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題を解消するためになされたもので、燃料に旋回力を与える旋回体の製作について低コストで大量生産を可能にすること、また、同時に従来の切削加工によるバリの発生を防止し、複雑な形状にも対応できるようにすること、さらには、燃料流に旋回を与える場合の旋回力を強化して旋回のばらつきを抑え、燃料噴霧の最適制御を可能にすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、弁座に離接して噴射孔を開閉する弁体と、弁体を囲んで弁体を摺動可能に支持すると共に噴射孔に流入する流体に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁の製造方法において、旋回体が、弁座に当接する第１端面を備え、この第１端面には弁軸の径方向内側に向かって延びる旋回溝を有し、旋回溝の断面形状が半円若しくは半円より小さい円の一部となるように、金属粉末射出成形により製作したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体と、上記弁体を囲んで上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔に流入する流体に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁の製造方法において、上記旋回体が、上記弁座に当接する第１端面を備え、この第１端面には弁軸の径方向内側に向かって延びる旋回溝を有し、上記旋回溝の断面形状が半円若しくは半円より小さい円の一部となっており、かつ、上記旋回溝の溝入口の溝幅が溝出口の溝幅より広く、溝入口の流路断面積が溝出口流路断面積より大きくなるように、金属粉末射出成形により製作したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体と、上記弁体を囲んで上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔に流入する流体に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁の製造方法において、上記旋回体が、上記弁座に当接する第１端面を備え、この第１端面には弁軸の径方向内側に向かって延びる旋回溝を有し、上記旋回溝の断面形状が半円若しくは半円より小さい円の一部となっており、かつ、上記旋回溝の溝底面が軸方向に傾斜し、溝入口の流路断面積が溝出口流路断面積より大きくなるように、金属粉末射出成形により製作したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による筒内噴射用燃料噴射弁１の全体構成を示す側面断面図である。図において、筒内噴射用燃料噴射弁１は、ハウジング本体２と、このハウジング本体２の一端にかしめ等され先端がホルダ３５により被覆された弁装置３とにより構成されている。ハウジング本体２の他端には燃料供給管４が接続され、この燃料供給管４から燃料フィルタ５７を介して筒内噴射用燃料噴射弁１内に高圧の燃料が供給される。また、筒内噴射用燃料噴射弁１の先端部は内燃機関のシリンダヘッド５の噴射弁挿入孔６に挿入され、ウエーブワッシャ６０等によりシールされて取り付けられている。
【００１１】
弁装置３は、小径円筒部７及び大径円筒部８を有する段付中空円筒形の弁本体９と、弁本体９内で中心孔先端に固着されて燃料噴射孔１０を有する弁座１１と、ソレノイド装置５０（後述）により弁座１１に離接して燃料噴射孔１０を開閉する弁体であるニードル弁１２と、ニードル弁１２を軸方向に案内すると共に、径方向内向きに弁座１１の燃料噴射孔１０に流れ込もうとする燃料に旋回運動を与える旋回体１３とから構成される。
【００１２】
ハウジング本体２は、筒内噴射用燃料噴射弁１をシリンダヘッド５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５２と、このボビン５２の内周部に設置されたコア５３とを有し、コイル５１の巻線は端子５６に接続されている。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とニードル弁１２の他端部間に懸架されている。
【００１３】
ニードル弁１２の他端部には、上記コア５３の先端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、また、ニードル弁１２の中間部には、ニードル弁１２を弁本体９の内周面に沿って摺動案内させるガイド１２ａと、第１ハウジング３０に設置されたスペーサ３２と当接するニードルフランジ１２ｂが設けられている。
【００１４】
図２は旋回体１３及び弁座１１の詳細を示す側面断面図、図３は旋回体１３を弁座１１側から見た正面図である。図において、旋回体１３は、中心に弁体であるニードル弁１２を囲んで軸方向に摺動可能に支持する中心孔１５を有するほぼ中空円筒形状であり、その先端（弁座）側では傾斜面（第１端面）１６を有する略中空円錐形状と成っている。この旋回体１３は、弁装置３内に組み立てられた時、弁軸から所定角度傾斜している弁座１１の傾斜面１１ｂとほぼ同傾斜角を有し上記傾斜面１１ｂに接する第１端面１６と、弁座１１と反対側の第２端面１７と、これらの端面間にあって中空のハウジングの一部である弁本体９の内周面１８に接する部分を有する周面１９とを有している。
【００１５】
旋回体１３の第２端面１７は、その周辺部で弁本体９の内周面１８の肩部２０に当接して支持されており、また径方向に延びた通路溝２１が形成されていて、第２端面１７の内周部から外周部に燃料が流れることができるように構成されている。
【００１６】
旋回体１３の周面１９には、互いに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が形成されており、その結果、周面１９には弁本体９の内周面１８に当接して弁本体９に対する位置を規定する複数の外周面部分１９ａと、これら外周面部分間に設けられた平坦面であって、内周面１８と共に燃料の軸方向流路２２を形成する流路部分１９ｂとが形成されている。これらの軸方向流路２２は弁本体９の内周面１８と平坦な流路部分１９ｂとの間の間隙であり、その断面形状が略片面凸レンズ状となる。
【００１７】
弁座１１の傾斜面１１ｂに接し、弁軸から所定角度噴射孔１０に向けて傾斜している第１端面１６には、第１端面１６の中心孔１５に隣接する内周辺に形成された所定幅の内周環状溝２４と、一端で周面１９の流路部分１９ｂ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２４に接線方向に接続された旋回溝２５とが設けられ、上記内周環状溝２４により燃料流の旋回力を強化し安定化させる旋回室Ｗを構成している。
【００１８】
そして、上述の旋回体１３は金属粉末射出成形された焼結材により製作されている。また、この実施の形態１では、旋回体１３の第１端面１６に形成された旋回溝２５は、図４に示すように、その断面形状が弁座側の端面開口径を直径とする半円若しくは半円より小さい円の一部となっている。
【００１９】
次に、上記燃料噴射弁の動作について説明する。まず図１において、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、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の弾性力に抗してコア５３側へ吸引される。そして、可動アマチュア３１と一体のニードル弁１２はそのニードルフランジ１２ｂがスペーサ３２に当接するまで所定ストローク図示右側へ移動する。なお、ニードル弁１２はガイド１２ａにより弁本体９の内周面に案内保持されている。
【００２０】
次に、図２及び図３において、ニードル弁１２の先端部が弁座１１から離れて間隙が形成されると、燃料供給管４から導入される高圧の燃料は、弁本体９とニードル弁１２間の通路から、まず旋回体１３の第２端面１７の通路溝２１を通って周面の軸方向流路２２に流れ込む。そして、旋回体１３の所定角度傾斜した第１端面１６の旋回溝２５に流入して径方向内側に流れ、第１端面１６の内周環状溝２４内へその接線方向に流れ込み、内周環状溝２４で構成する旋回室Ｗにおいて旋回流を形成する。その後、弁座１１の噴射孔１０内に入ってその先端出口から噴霧される。
【００２１】
以上のように実施の形態１によれば、燃料に旋回を与える旋回体１３の旋回溝断面形状を半円若しくは半円より小さい円の一部とすることにより、流路抵抗が低減し、燃料に与える旋回を強化することが可能となる。また、旋回体１３は弁体であるニードル弁１２を摺動可能に支持しているのであるが、この旋回体１３を高密度化が可能で、硬度を高くすることができる金属粉末射出成形により製作するようにしたので、切削加工時と同等の寸法精度及び耐磨耗性を確保しながら、低コストで大量生産が可能となる効果がある。
【００２２】
また、旋回体１３を金属粉末射出成形により製作することにより、切削加工では製作困難な形状を作成することができ、更に切削加工時に発生していたバリも防ぐことができる。
【００２３】
実施の形態２．
図５は実施の形態２による筒内噴射用燃料噴射弁の先端部付近の拡大断面図を示し、図６は図５の噴射孔側からみた旋回体１３を示す。本実施の形態による旋回体１３は、ニードル弁１２を軸方向に摺動可能に支持する略中空円筒形状であり、弁座１１のほぼ弁軸に対して垂直な平坦面１１０ｂに接する第１端面１６０と、弁座１１と反対側の第２端面１７と、これらの端面間にあって弁本体の内周面１８に接する周面１９とを有している。旋回体１３の第２端面１７は弁本体９の肩部２０に当接して支持され径方向に延びた通路溝２１が形成されている。また、旋回体１３の周面１９と弁本体９の内周面１８の間には、燃料の軸方向流路２２が形成されている。
【００２４】
弁座１１の上記平坦面１１０ｂに接する旋回体１３の第１端面１６０には、内周環状溝２４と、溝入口の幅Ｙ１が溝出口の幅Ｙ２より広い旋回溝２５が設けられている。また、内周環状溝２４により燃料流の旋回力を強化し安定化させる旋回室Ｗを構成している。
【００２５】
更に、旋回体１３は上記複雑な形状、特に旋回溝形状を有するため、金属粉末射出成形された焼結材により製作されるのが好ましい。また、旋回体１３の第１端面１６に形成された旋回溝２５は、その断面形状が弁座側の端面開口径を直径とする半円若しくは半円より小さい円の一部となっているのが好ましい。
【００２６】
本実施の形態２においては、燃料流は旋回体１３の第２端面１７の通路溝２１を通って周面の軸方向流路２２に流れ込む。そして、旋回体１３の第１端面１６０に形成された溝入口の幅Ｙ１が溝出口の幅Ｙ２より広い旋回溝２５に流入して径方向内側に流れ、第１端面１６０の内周環状溝２４内へその接線方向に流れ込み、内周環状溝２４で構成する旋回室Ｗにおいて旋回流を形成する。その後、弁座１１の噴射孔１０内に入ってその先端出口から噴霧される。
【００２７】
以上のように実施の形態２によれば、旋回体１３の旋回溝２５の溝入口の幅Ｙ１を溝出口の幅Ｙ２より広くすることにより、旋回溝２５から内周環状溝２４に流入する燃料流の旋回力が強化される。また、旋回体１３の最小流路面積を旋回溝出口部分とすることにより、旋回溝出口部分の流路断面積のみを管理することで燃料に与える旋回のばらつきを抑え、燃料噴霧の最適制御を可能にする。しかも、旋回体１３の旋回溝断面形状を半円若しくは半円より小さい円の一部とすることにより、流路抵抗が低減し、燃料に与える旋回を強化することが可能となる。更に、旋回体１３を金属粉末射出成形により製作することにより、切削加工では困難な本実施形態の溝のような複雑な形状を製作でき、切削加工時に発生していたバリも防ぐことができる。
【００２８】
上記実施の形態２においては、図５及び図６のように、旋回体１３の旋回溝２５を弁軸に対してほぼ垂直な第１端面１６０に形成した構造例について説明したが、図２及び図３のように、弁軸から所定角度傾斜している第１端面１６に旋回溝２５を形成した旋回体について、上記溝幅を適用しても同様の効果を有し、また、その他旋回溝を有する旋回体一般の構造に適用可能である。
【００２９】
実施の形態３．
図７は実施の形態３による筒内噴射用燃料噴射弁の先端部付近の拡大断面図を示し、図８は図７の噴射孔側からみた旋回体１３を示す。この実施の形態３では、弁座１１の面１１０ｂに接する旋回体１３の第１端面１６０には、溝入口の高さＺ１が溝出口の高さＺ２より大きく、溝底面２５ａが弁座１１に対して所定角度傾斜している旋回溝２５と、燃料流の旋回力を強化し安定化させる旋回室Ｗを構成する内周環状溝２４が設けられている。そして、上記旋回体１３は複雑な形状、特に旋回溝形状に対処するため、金属粉末射出成形された焼結材により製作されている。また、旋回体１３の第１端面１６に形成された旋回溝２５は、その断面形状が弁座側の端面開口径を直径とする半円若しくは半円より小さい円の一部となっているのが好ましい。
【００３０】
本実施の形態３においては、燃料流は旋回体１３の第２端面１７の通路溝２１を通って周面の軸方向流路２２に流れ込む。そして、旋回体１３の第１端面１６０に形成された溝入口の高さＺ１が溝出口の高さＺ２より広く溝底面２５ａが弁座１１に対して所定角度傾斜している旋回溝２５に流入して径方向内側に流れ、第１端面１６０の内周環状溝２４内へその接線方向に流れ込み、内周環状溝２４で構成する旋回室Ｗにおいて旋回流を形成する。その後、弁座１１の噴射孔１０内に入ってその先端出口から噴霧される。
【００３１】
以上のように実施の形態３によれば、燃料に旋回を与える旋回体１３の旋回溝底面２５ａを軸方向に傾斜させることにより、燃料に軸方向の流体力と絞り効果による弁周回りの強力な旋回力が与えられ、燃料流のさらなる旋回力の強化と安定化が図れる。また、旋回体１３の最小流路面積を旋回溝出口部分とすることにより、旋回溝出口部分の流路断面積のみを管理することにより燃料に与える旋回のばらつきを抑え、燃料噴霧の最適制御を可能にする。しかも、旋回体１３の旋回溝断面形状を半円若しくは半円より小さい円の一部とすることにより、流路抵抗が低減し、燃料に与える旋回を強化することが可能となる。更に、旋回体１３を金属粉末射出成形により作成することにより、切削加工では困難な本実施の形態の溝のような複雑な形状を製作でき、切削加工時に発生していたバリも防ぐことができる。
【００３２】
その他の実施の形態．
上述の実施の形態において、旋回体を金属粉末射出成形の焼結体により製作するのが好ましいとしたが、特に組立時の精度が必要な場合には、必要に応じて旋回体の内径、外径、両端面に対して仕上げ加工（研削）を行う。また、上記実施の形態１〜３では、旋回溝２５の断面形状を半円若しくは半円より小さい円の一部としたが、半楕円形又はその一部、その他の円形状であっても良い。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１ないし３の発明によれば、旋回体を金属粉末射出成形により製作することにより、切削加工では製作困難な形状を作成することができ、更に切削加工時に発生していたバリも防ぐことができる。
【００３４】
また、旋回体は弁体であるニードル弁を摺動可能に支持しているのであるが、この旋回体を高密度化することが可能となり、硬度を高くすることができる。その結果、切削加工時と同等の寸法精度及び耐摩耗性を確保しながら、低コストで燃料噴射弁の大量生産が可能となる。
【００３５】
さらに、旋回体の旋回溝断面形状を半円若しくは半円より小さい円の一部とすることにより、流路抵抗が低減し、燃料に与える旋回を強化することが可能となる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、旋回体の旋回溝の溝入口の幅Ｙ１を溝出口の幅Ｙ２より広くすることにより、燃料流の旋回力が強化される。また、旋回体の最小流路面積を旋回溝出口部分とすることにより、旋回溝出口部分の流路断面積のみを管理することで燃料に与える旋回のばらつきを抑え、燃料噴霧の最適制御を可能にする。
【００３７】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、燃料に旋回を与える旋回体の旋回溝底面を軸方向に傾斜させることにより、燃料に軸方向の流体力と絞り効果による弁周回りの強力な旋回力が与えられ、燃料流のさらなる旋回力の強化と安定化が図れる。また、旋回体の最小流路面積を旋回溝出口部分とすることにより、旋回溝出口部分の流路断面積のみを管理することにより燃料に与える旋回のばらつきを抑え、燃料噴霧の最適制御を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る筒内噴射用燃料噴射弁の全体構成を示す側面断面図である。
【図２】実施の形態１の旋回体及び弁座付近の詳細を示す側面断面図である。
【図３】実施の形態１の旋回体の弁座側から見た正面図である。
【図４】実施の形態１の旋回体の旋回溝断面形状を示す図である。
【図５】実施の形態２の燃料噴射弁の旋回体及び弁座付近の詳細を示す側面断面図である。
【図６】実施の形態２の旋回体の弁座側から見た正面図である。
【図７】実施の形態３の燃料噴射弁の旋回体及び弁座付近の詳細を示す側面断面図である。
【図８】実施の形態３の旋回体の弁座側から見た正面図である。
【図９】従来の燃料噴射弁の構造及びスワーラを示す図である。
【符号の説明】
１筒内噴射用燃料噴射弁、３弁装置、９弁本体、１０燃料噴射孔、１１弁座、１１，１１０ｂ弁座の当接面、１２ニードル弁（弁体）、１３旋回体、１６旋回体の第１端面、２４内周環状溝、２５旋回溝、２５ａ旋回溝底面、Ｗ旋回室。

Claims

中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体と、上記弁体を囲んで上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔に流入する流体に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁の製造方法において、
上記旋回体が、上記弁座に当接する第１端面を備え、この第１端面には弁軸の径方向内側に向かって延びる旋回溝を有し、上記旋回溝の断面形状が半円若しくは半円より小さい円の一部となるように、金属粉末射出成形により製作したことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体と、上記弁体を囲んで上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔に流入する流体に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁の製造方法において、
上記旋回体が、上記弁座に当接する第１端面を備え、この第１端面には弁軸の径方向内側に向かって延びる旋回溝を有し、上記旋回溝の断面形状が半円若しくは半円より小さい円の一部となっており、かつ、上記旋回溝の溝入口の溝幅が溝出口の溝幅より広く、溝入口の流路断面積が溝出口流路断面積より大きくなるように、金属粉末射出成形により製作したことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。
中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体と、上記弁体を囲んで上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔に流入する流体に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁の製造方法において、
上記旋回体が、上記弁座に当接する第１端面を備え、この第１端面には弁軸の径方向内側に向かって延びる旋回溝を有し、上記旋回溝の断面形状が半円若しくは半円より小さい円の一部となっており、かつ、上記旋回溝の溝底面が軸方向に傾斜し、溝入口の流路断面積が溝出口流路断面積より大きくなるように、金属粉末射出成形により製作したことを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。