JP3944023B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は,主として内燃機関の燃料供給系に使用される燃料噴射弁に関し,特に,弁体と,この弁体と協働する弁座を有すると共に,この弁座の下流端に連なる弁座孔を前端面に開口する弁座部材と,複数の燃料噴孔を有して前記弁座部材の前端面に結合されるインジェクタプレートとを備え,前記弁座部材及びインジェクタプレート間に,前記弁座孔の外端縁より半径方向外方に広がって,前記弁座孔から受け入れた燃料を拡散して前記複数の燃料噴孔に分配する偏平な燃料拡散室を設けた燃料噴射弁の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
かゝる燃料噴射弁は,例えば特開2000−97129公報に開示されているように,既に知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
かゝる燃料噴射弁は,弁体の開弁時,弁座を通過した高圧の燃料を弁座孔から燃料拡散室に高速で流入させて拡散させ,それによりインジェクタプレートの各燃料噴孔から噴射する燃料の微粒化を促進して,安定した燃料噴霧フォームを形成し得る利点を有する。
【0004】
本発明は,上記燃料拡散室の燃料拡散機能を更に高めて,各燃料噴孔から噴射する燃料の微粒化を一層促進し,より安定した燃料噴霧フォームを形成し得るようにした前記燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために,本発明は,弁体と,この弁体と協働する弁座を有すると共に,この弁座の下流端に連なる弁座孔を前端面に開口する弁座部材と,複数の燃料噴孔を有して前記弁座部材の前端面に結合されるインジェクタプレートとを備えた燃料噴射弁において,前記弁座孔及び各燃料噴孔間に,各燃料噴孔の直径と同等の幅を有し,前記複数の燃料噴孔と同数に形成される柱状の障壁体を前記複数の燃料噴孔と同心円上に配設し,前記柱状の障壁体の,前記弁座孔から前記燃料噴孔への燃料の流れ方向に沿う断面形状を円形に形成したことを第1の特徴とする。
【0006】
この第1の特徴によれば,弁体の開弁時,弁座孔から複数の燃料噴孔にそれぞれ向かう燃料はその途中で柱状の障壁体の側面に衝突することにより渦流を発生し,各燃料噴孔から噴射される燃料は,その渦流の影響によって激しく旋回することにより,遠心力による拡散が効果的に行われ,良く微粒化し,エンジンの始動性及び出力性能の向上と燃費の節減を図ることができる。また,障壁体を複数の燃料噴孔と同心円上に配設したことにより,障壁体により発生した燃料の渦流を各燃料噴孔に効果的に誘導して,各燃料噴孔から噴射される燃料の拡散,微粒化を良好にすることができる。さらに,障壁体の,弁座孔から燃料噴孔への燃料の流れ方向に沿う断面形状を円形にしたことにより,障壁体を,インジェクタプレートへの圧入又は切削,プレス加工により形成するとき,障壁体の方向を考慮する必要がないから,その形成を容易に行うことができる。
【0007】
また本発明は,第1の特徴に加えて,前記障壁体の中心から前記各燃料噴孔の中心までの距離をL,また前記燃料噴孔の直径をDとしたとき,式 L≧2D を満足させることを第2の特徴とする。
【0008】
この第2の特徴によれば,障壁体により発生した燃料の渦流を燃料噴孔に効率良く誘導して,燃料噴孔からの噴射燃料の拡散,微粒化をより効果的に行うことができる。
【0009】
さらに本発明は,弁体と,この弁体と協働する弁座を有すると共に,この弁座の下流端に連なる弁座孔を前端面に開口する弁座部材と,複数の燃料噴孔を有して前記弁座部材の前端面に結合されるインジェクタプレートとを備えた燃料噴射弁において,前記弁座孔及び各燃料噴孔間に,各燃料噴孔の直径よりも大きい幅を有し,前記複数の燃料噴孔の半数に形成される柱状の障壁体を前記複数の燃料噴孔と同心円上に配設し,前記柱状の障壁体の,前記弁座孔から前記燃料噴孔への燃料の流れ方向に沿う断面形状を多角形に形成したことを第3の特徴とする。
【0010】
この第3の特徴によれば、弁体の開弁時,弁座孔から複数の燃料噴孔にそれぞれ向かう燃料はその途中で柱状の障壁体の側面に衝突することにより渦流を発生し,各燃料噴孔から噴射される燃料は,その渦流の影響によって激しく旋回することにより,遠心力による拡散が効果的に行われ,良く微粒化し,エンジンの始動性及び出力性能の向上と燃費の節 減を図ることができる。また,障壁体を複数の燃料噴孔と同心円上に配設したことにより,障壁体により発生した燃料の渦流を各燃料噴孔に効果的に誘導して,各燃料噴孔から噴射される燃料の拡散,微粒化を良好にすることができる。さらに,障壁体の,弁座孔から燃料噴孔への燃料の流れ方向に沿う断面形状を多角形にしたことにより,障壁体の角数や向きを選定することによって,障壁体による渦流の発生状態を変えて,燃料噴孔からの噴射燃料の拡散,微粒化を所望の形態にすることができる。
【0011】
さらにまた本発明は,第1又は第3の特徴の何れかに加えて,前記弁座部材及びインジェクタプレート間に,前記弁座孔の外端縁より半径方向外方に広がって,前記弁座孔から受け入れた燃料を拡散して前記複数の燃料噴孔に分配する偏平な燃料拡散室を設けると共に,前記柱状の障壁体を前記弁座部材及びインジェクタプレートの一方に一体に突設し,前記燃料拡散室を流れる燃料を前記柱状の障壁体の側面に衝突させて渦流を発生させるようにしたことを第4の特徴とする。
【0012】
この第4の特徴によれば,圧入又は切削,プレス加工により,障壁体を弁座部材又はインジェクタプレートに容易に形成することができる。また,燃料拡散室の有効容積が障壁体により削減されるため,燃料の低流量域における温度・流量特性の安定性を向上させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を,添付図面に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明する。
【0014】
図1は本発明の第1実施例に係る内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図,図2は図1の2部拡大図,図3は図2の3−3線断面図,図4は作用説明図,図5は本発明の第2実施例を示す,図2との対応図,図6は本発明の第1参考例を示す,図3との対応図,図7は本発明の第2参考例を示す,図3との対応図,図8は本発明の第3参考例を示す,図3との対応図,図9は本発明の第3実施例を示す,図4との対応図である。
【0015】
先ず,図1〜図4に示す本発明の第1実施例より説明する。
【0016】
図1において,内燃機関用電磁式燃料噴射弁Iのケーシング1は,磁性体からなる円筒状の弁ハウジング2と,この弁ハウジング2の前端部に液密に結合される有底円筒状の弁座部材3と,弁ハウジング2の後端に環状スペーサ4を挟んで液密に結合される円筒状の固定コア5とから構成される。
【0017】
環状スペーサ4は,ステンレス鋼等の非磁性金属製であり,その両端面に弁ハウジング2及び固定コア5が突き当てられて液密に全周溶接される。
【0018】
弁座部材3及び弁ハウジング2の対向端部には,第1嵌合筒部3a及び第2嵌合筒部2aがそれぞれ形成される。そして第1嵌合筒部3aが第2嵌合筒部2a内にストッパプレート6と共に圧入され,ストッパプレート6は,弁ハウジング2と弁座部材3間で挟持される。その後,第1嵌合筒部3aの外周面と第2嵌合筒部2aの端面とに挟まれる隅部の全周にわたりレーザ溶接又はビーム溶接を施すことにより,弁ハウジング2及び弁座部材3が相互に液密に結合される。
【0019】
弁座部材3には,その前端面に下流端を開口する円錐状の弁座7と,この弁座7の上流端,即ち大径部に連なる円筒状のガイド孔9とが設けられており,そのガイド孔9は,前記第2嵌合筒部2aと同軸状に形成される。
【0020】
弁ハウジング2及び環状スペーサ4内には,固定コア5の前端面に対向する可動コア12が収容され,この可動コア12に,前記ガイド孔9に軸方向摺動自在に収容される弁体16が一体的に結合される。この弁体16は,弁座7に着座し得る球状の弁部16aと,ガイド孔9に摺動自在に支承される前後一対のジャーナル部16b,16bと,前記ストッパプレート6に当接して弁体16の開弁限界を規定するフランジ16cとを一体に備えており,各ジャーナル部16bには,燃料の流通を可能にする複数の面取り部17が設けられる。
【0021】
固定コア5は,弁ハウジング2内と連通する中空部21を有しており,その中空部21に,可動コア12を弁体16の閉じ方向,即ち弁座7への着座方向に付勢するコイル状の弁ばね22と,この弁ばね22の後端を支承するパイプ状のリテーナ23とが収容される。
【0022】
固定コア5の後端には,パイプ状のリテーナ23を介して固定コア5の中空部21に連通する燃料入口25aを持つ入口筒25が一体に連設され,その燃料入口25aに燃料フィルタ27が装着される。
【0023】
環状スペーサ4及び固定コア5の外周にはコイル組立体28が嵌装される。このコイル組立体28は,環状スペーサ4及び固定コア5の外周面に嵌合するボビン29と,これに巻装されるコイル30とからなっており,このコイル組立体28を囲繞するコイルハウジング31の一端部が弁ハウジング2の外周面に溶接により結合される。
【0024】
コイルハウジング31,コイル組立体28及び固定コア5は合成樹脂製の被覆体32内に埋封され,この被覆体32の中間部には,前記コイル30に連なる接続端子33を備えたカプラ34が一体に連設される。
【0025】
図2及び図3に示すように,弁座部材3の前端壁には,弁座7の下流側に同軸に連なる弁座孔8が形成される。
【0026】
弁座部材3の前端面には鋼板製のインジェクタプレート36がレーザビームによる全周溶接により接合される。このインジェクタプレート36には,弁座孔8の軸線を中心とするピッチ円P上で複数の燃料噴孔38が穿設されており,前記弁座孔8を燃料噴孔38に連通する燃料拡散室13が弁座部材3及びインジェクタプレート36間に設けられる。図示例では,その燃料拡散室13は,弁座孔8の外端縁から半径方向外方に広がる偏平の凹部14と,インジェクタプレート36の上面とで画成される。
【0027】
上記燃料拡散室13には,燃料噴孔38と同数の障壁体39が,この側面に弁座孔8から各燃料噴孔38に向かう燃料を衝突させるべく,弁座孔8及び燃料噴孔38の中心間に同心円上に配設される。各障壁体39は,燃料噴孔38の軸線と平行に延びる円柱状をなしてインジェクタプレート36に圧入又は切削,プレス加工により一体に形成される。換言すれば,障壁体39は弁座孔8から各燃料噴孔38に向かう燃料の流れに沿う断面が円形に形成される。
【0028】
また障壁体39の,弁座孔8の周方向に沿う横幅をH,該障壁体39の中心から前記各燃料噴孔38の中心までの距離をL,また前記燃料噴孔38の直径をDとしたとき,
H≧D・・・・・・(1)
L≧2D・・・・・(2)
上記(1)及び(2)式を満足させるように,障壁体39は形成され,また配置される。
【0029】
再び,図1において,弁ハウジング2から弁座部材3にかけて,それらの外周に環状のシールホルダ48が嵌合され,このシールホルダ48と,弁座部材3の前端部に嵌着される合成樹脂製のキャップ45との間に環状溝46が画成され,この環状溝46に,弁座部材3の外周面に密接するOリング47が装着される。このOリング47は,この電磁式燃料噴射弁Iを図示しない吸気マニホールドの燃料噴射弁取り付け孔に装着したとき,その取り付け孔の内周面に密接するようになっている。
【0030】
また入口筒25の外周にはOリング35が装着され,このOリング35は,入口筒25の外周に嵌装される燃料分配管(図示せず)の内周面に密接するようになっている。
【0031】
次に,この第1実施例の作用について説明する。
【0032】
コイル30を消磁した状態では,弁ばね22の付勢力で可動コア12及び弁体16が前方に押圧され,その弁部16aが弁座7に着座している。したがって,燃料フィルタ27及び入口筒25を通してケーシング1内に供給された高圧燃料は,ケーシング1内に待機させられる。
【0033】
コイル30に通電すると,それにより生ずる磁束が固定コア5,コイルハウジング31,弁ハウジング2及び可動コア12を順次走り,その磁力により可動コア12が弁体16と共に固定コア5に吸引され,弁座7が開放されるので,ケーシング1内の高圧燃料は,弁体16の面取り部17を経て弁座7及び弁座孔8を通過して,燃料拡散室13に入り,燃料拡散室13の中心部で図4に示すように燃料相互が衝突して周囲に拡散する。次いで燃料拡散室13の中心部から複数の燃料噴孔38にそれぞれ向かう燃料Fはその途中で障壁体39の側面に衝突することにより渦流を起こすので,各燃料噴孔38から図示しない内燃機関の吸気ポートに向けて噴射される燃料は,上記渦流の影響により激しく旋回することにより,遠心力による拡散が効果的に行われ,良く微粒化し,エンジンの始動性及び出力性能の向上と燃費の節減を図ることができる。また燃料拡散室13の有効容積が障壁体39により削減されるため,燃料の低流量域における温度・流量特性の安定性を向上させることができる。ところで,障壁体39により発生される燃料の渦流は,カルマン渦と呼ばれるもので,この渦は,燃料噴射弁Iのような動的な状態でもレイノルズ数(Re)が50以上で必ず発生する。燃料噴射弁Iでは,そのReが通常,3000前後であるから,カルマン渦は充分に発生する。
【0034】
障壁体39が前記(1)及び(2)式を満足させるように形成,配置される場合には,障壁体39により発生したカルマン渦を燃料噴孔38に効率良く誘導して,燃料噴孔38からの噴射燃料の拡散,微粒化を効果的に行うことができる。
【0035】
障壁体39が断面円形に形成される場合には,障壁体39を,インジェクタプレート36への圧入又は切削,プレス加工により形成するとき,障壁体39の方向を考慮する必要がないから,その形成を容易に行うことができる。
【0036】
次に,図5に示す本発明の第2実施例は,障壁体39を弁座部材3側に一体に形成したものであり,その他の構成は前実施例と同様であるので,図5中,前実施例と対応する部分には同一の参照符号を付して,その説明を省略する。
【0037】
図6及び図7に示す本発明の第1及び第2参考例は,障壁体39を断面正方形に形成した点では共通しているが,第1参考例では障壁体39の側面を弁座孔8の中心に向け,第2参考例では障壁体39の角を弁座孔8の中心に向けている。その他の構成は,第1及び第2参考例とも前記第1実施例と同様であるので,図3及び図4中,第1実施例と対応する部分には同一の参照符号を付して,その説明を省略する。
【0038】
上記第1及び第2参考例のように,障壁体39の断面形状を同一の多角形としても,その向きを変えることにより,各障壁体39による渦流の発生状態を変えて,燃料噴孔38からの噴射燃料の拡散,微粒化を所望の形態にすることが可能である。
【0039】
図8に示す本発明の第3参考例は,障壁体39を断面三角形に形成したものであり,その他の構成は前記第1実施例と同様であるので,図5中,第1実施例と対応する部分には同一の参照符号を付して,その説明を省略する。
【0040】
図9に示す本発明の第3実施例は,障壁体39を,各隣接する2個の燃料噴孔38に対応して,弁座孔8の周方向に延びる1個の障壁体39を配設したものであり,その他の構成は前記第1実施例と同様であるので,図9中,第1実施例と対応する部分には同一の参照符号を付して,その説明を省略する。
【0041】
この第3実施例によれば,障壁体39の数を,燃料噴孔38の数の半分と削減しながら,渦を生じた燃料を各燃料噴孔38に誘導することができる。
【0042】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく,その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【0043】
【発明の効果】
以上のように本発明の第1の特徴によれば,弁体と,この弁体と協働する弁座を有すると共に,この弁座の下流端に連なる弁座孔を前端面に開口する弁座部材と,複数の燃料噴孔を有して前記弁座部材の前端面に結合されるインジェクタプレートとを備えた燃料噴射弁において,前記弁座孔及び各燃料噴孔間に,各燃料噴孔の直径と同等の幅を有し,前記複数の燃料噴孔と同数に形成される柱状の障壁体を前記複数の燃料噴孔と同心円上に配設し,前記柱状の障壁体の,前記弁座孔から前記燃料噴孔への燃料の流れ方向に沿う断面形状を円形に形成したので,弁体の開弁時,弁座孔から複数の燃料噴孔にそれぞれ向かう燃料はその途中で柱状の障壁体の側面に衝突することにより渦流を発生し,各燃料噴孔から噴射される燃料は,その渦流の影響によって激しく旋回することにより,遠心力による拡散が効果的に行われ,良く微粒化し,エンジンの始動性及び出力性能の向上と燃費の節減を図ることができる。また,障壁体を複数の燃料噴孔と同心円上に配設したことにより,障壁体により発生した燃料の渦流を各燃料噴孔に効果的に誘導して,各燃料噴孔から噴射される燃料の拡散,微粒化を良好にすることができる。さらに,障壁体の,弁座孔から燃料噴孔への燃料の流れ方向に沿う断面形状を円形にしたことにより,障壁体を,インジェクタプレートへの圧入又は切削,プレス加工により形成するとき,障壁体の方向を考慮する必要がないから,その形成を容易に行うことができる。
【0044】
また本発明の第2の特徴によれば,第1の特徴に加えて,前記障壁体の中心から前記各燃料噴孔の中心までの距離をL,また前記燃料噴孔の直径をDとしたとき,式 L≧2Dを満足させることにより,障壁体により発生した燃料の渦流を燃料噴孔に効率良く誘導して,燃料噴孔からの噴射燃料の拡散,微粒化をより効果的に行うことができる。
【0045】
さらに本発明の第3の特徴によれば,弁体と,この弁体と協働する弁座を有すると共に,この弁座の下流端に連なる弁座孔を前端面に開口する弁座部材と,複数の燃料噴孔を有して前記弁座部材の前端面に結合されるインジェクタプレートとを備えた燃料噴射弁において,前記弁座孔及び各燃料噴孔間に,各燃料噴孔の直径よりも大きい幅を有し,前記複数の燃料噴孔の半数に形成される柱状の障壁体を前記複数の燃料噴孔と同心円上に配設し ,前記柱状の障壁体の,前記弁座孔から前記燃料噴孔への燃料の流れ方向に沿う断面形状を多角形に形成したので,弁体の開弁時,弁座孔から複数の燃料噴孔にそれぞれ向かう燃料はその途中で柱状の障壁体の側面に衝突することにより渦流を発生し,各燃料噴孔から噴射される燃料は,その渦流の影響によって激しく旋回することにより,遠心力による拡散が効果的に行われ,良く微粒化し,エンジンの始動性及び出力性能の向上と燃費の節減を図ることができる。また,障壁体を複数の燃料噴孔と同心円上に配設したことにより,障壁体により発生した燃料の渦流を各燃料噴孔に効果的に誘導して,各燃料噴孔から噴射される燃料の拡散,微粒化を良好にすることができる。さらに,障壁体の,弁座孔から燃料噴孔への燃料の流れ方向に沿う断面形状を多角形にしたことにより,障壁体の角数や向きを選定することによって,障壁体による渦流の発生状態を変えて,燃料噴孔からの噴射燃料の拡散,微粒化を所望の形態にすることができる。
【0046】
さらにまた本発明の第4の特徴によれば,第1又は第3の特徴の何れかに加えて,前記弁座部材及びインジェクタプレート間に,前記弁座孔の外端縁より半径方向外方に広がって,前記弁座孔から受け入れた燃料を拡散して前記複数の燃料噴孔に分配する偏平な燃料拡散室を設けると共に,前記柱状の障壁体を前記弁座部材及びインジェクタプレートの一方に一体に突設し,前記燃料拡散室を流れる燃料を前記柱状の障壁体の側面に衝突させて渦流を発生させるようにしたので,圧入又は切削,プレス加工により,障壁体を弁座部材又はインジェクタプレートに容易に形成することができる。また,燃料拡散室の有効容積が障壁体により削減されるため,燃料の低流量域における温度・流量特性の安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例に係る内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図
【図2】 図1の2部拡大図
【図3】 図2の3−3線断面図
【図4】 作用説明図
【図5】 本発明の第2実施例を示す,図2との対応図
【図6】 本発明の第1参考例を示す,図3との対応図
【図7】 本発明の第2参考例を示す,図3との対応図
【図8】 本発明の第3参考例を示す,図3との対応図
【図9】 本発明の第3実施例を示す,図4との対応図
【符号の説明】
I・・・・・燃料噴射弁
3・・・・・弁座部材
7・・・・・弁座
8・・・・・弁座孔
13・・・・燃料拡散室
16・・・・弁体
36・・・・インジェクタプレート
38・・・・燃料噴孔
39・・・・障壁体
Claims (4)
- 弁体(16)と,この弁体(16)と協働する弁座(7)を有すると共に,この弁座(7)の下流端に連なる弁座孔(8)を前端面に開口する弁座部材(3)と,複数の燃料噴孔(38)を有して前記弁座部材(3)の前端面に結合されるインジェクタプレート(36)とを備えた燃料噴射弁において,
前記弁座孔(8)及び各燃料噴孔(38)間に,各燃料噴孔(38)の直径と同等の幅を有し,前記複数の燃料噴孔(38)と同数に形成される柱状の障壁体(39)を前記複数の燃料噴孔(38)と同心円上に配設し,前記柱状の障壁体(39)の,前記弁座孔(8)から前記燃料噴孔(38)への燃料の流れ方向に沿う断面形状を円形に形成したことを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項1記載の燃料噴射弁において,
前記障壁体(39)の中心から前記各燃料噴孔(38)の中心までの距離をL,また前記燃料噴孔(38)の直径をDとしたとき,式 L≧2D を満足させることを特徴とする燃料噴射弁。 - 弁体(16)と,この弁体(16)と協働する弁座(7)を有すると共に,この弁座(7)の下流端に連なる弁座孔(8)を前端面に開口する弁座部材(3)と,複数の燃料噴孔(38)を有して前記弁座部材(3)の前端面に結合されるインジェクタプレート(36)とを備えた燃料噴射弁において,
前記弁座孔(8)及び各燃料噴孔(38)間に,各燃料噴孔(38)の直径よりも大きい幅を有し,前記複数の燃料噴孔(38)の半数に形成される柱状の障壁体(39)を前記複数の燃料噴孔(38)と同心円上に配設し,前記柱状の障壁体(39)の,前記弁座孔(8)から前記燃料噴孔(38)への燃料の流れ方向に沿う断面形状を多角形に形成したことを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項1又は3の何れかに記載の燃料噴射弁において,
前記弁座部材(3)及びインジェクタプレート(36)間に,前記弁座孔(8)の外端縁より半径方向外方に広がって,前記弁座孔(8)から受け入れた燃料を拡散して前記複数の燃料噴孔(38)に分配する偏平な燃料拡散室(13)を設けると共に,前記柱状の障壁体(39)を前記弁座部材(3)及びインジェクタプレート(36)の一方に一体に突設し,前記燃料拡散室(13)を流れる燃料を前記柱状の障壁体(39)の側面に衝突させて渦流を発生させるようにしたことを特徴とする燃料噴射弁。
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