JP4017508B2

JP4017508B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP4017508B2
Application number: JP2002347437A
Authority: JP
Inventors: 敦哉岡本; 剛史溝渕; 毅彦加藤
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2007-12-05
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: JP2004176690A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）に燃料を噴射する燃料噴射装置（以下、インジェクタという）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃焼室に直接にあるいは燃焼室に繋がる吸気管に燃料を噴射するインジェクタにおいて噴射燃料の微粒化を促進することは、エンジンの動力性能や燃費を高める上で、また排気ガス中の有毒成分を低減する上で重要である。
例えば特許文献１に開示のインジェクタでは、燃料を噴射するための複数の噴孔について、弁部材が着座する弁座を設けた弁ボディではなく、その弁ボディとは別体の噴孔プレートに形成している。この場合、噴孔の形状や配設位置等を容易に変更することができるため、噴孔から噴射される燃料の噴霧形状について高い自由度をもって設定できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−７０３４７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示のインジェクタでは、弁ボディが形成する燃料通路から流出した燃料を噴孔プレートの噴孔に直接導入するようにし、噴孔に入る直前に燃料に乱流を発生させることで噴射燃料の微粒化を図っている。しかしこの方法の場合、噴孔内を通過する燃料が噴孔を形成する壁面の整流作用を受けてしまうため、噴射燃料の微粒化が阻害されるという問題がある。
本発明の目的は、噴射燃料の微粒化を促進するインジェクタを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のインジェクタによると、覆部で覆われる噴孔の上流側端部に弁ボディの燃料通路からの流出燃料を導いて噴孔内に旋回流を発生させる旋回流発生通路が、噴孔プレートに形成される。これにより、燃料通路から流出した燃料は旋回流発生通路を一旦経由して噴孔に導かれ、旋回流となって噴孔内を通過し噴射される。このとき燃料は噴孔を形成する壁面に沿って液膜状に広がり、さらにその液膜状の燃料は旋回しながら噴射されることによって確実に分散する。したがって、噴射燃料の微粒化が促進される。
また、本発明の請求項１に記載のインジェクタによると、旋回流発生通路の少なくとも噴孔側部分は、噴孔の上流側端部と同心となる仮想円の接線方向又はその仮想円の接線に対し反噴孔側に傾斜する軸線方向に延伸する。これにより、噴孔内における旋回流を簡素な構成で確実に得ることができる。
【０００６】
本発明の請求項２に記載のインジェクタによると、旋回流発生通路は、噴孔毎に複数ずつ設けられるので、各噴孔内に強い旋回流を発生させることができる。このように旋回流が強くなることで、噴孔の形成壁面にできる燃料の液膜が薄くなり噴射燃料が分散し易くなる。
【０００７】
本発明の請求項４に記載のインジェクタによると、噴孔は円筒孔であるので、噴孔の形成壁面に燃料が衝突して旋回流が阻害されることを防止できる。
【０００８】
本発明の請求項５に記載のインジェクタによると、隣り合う噴孔にそれぞれ対応する旋回流発生通路が隣り合う噴孔内に発生させる旋回流の旋回方向は、互いに逆方向である。これにより、隣り合う噴孔から噴射された燃料同士はその衝突箇所において互いの流れを強め合うように干渉するため、燃料の分散作用ひいては噴射燃料の微粒化効果が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第一実施例）
本発明の第一実施例による燃料噴射装置を図２に示す。第一実施例のインジェクタ１０は、ガソリンエンジンの燃焼室を囲むシリンダヘッドに取り付けられ、燃料搬送管から供給される燃料をエンジンの燃焼室に直噴する。
【００１０】
図２に示すようにハウジング１１は円筒状に形成され、同軸上に並ぶ第一磁性部１２、非磁性部１３及び第二磁性部１４を備えている。非磁性部１３は、第一磁性部１２と第二磁性部１４との磁気的短絡を防止している。固定コア１５は磁性材料で円筒状に形成され、ハウジング１１の内周側に同軸上に固定されている。可動コア１８は磁性材料で円筒状に形成され、ハウジング１１の内周側に同軸上に収容されている。可動コア１８は、固定コア１５よりも燃料下流側において軸方向に往復移動可能である。可動コア１８の筒壁部を貫通する流出孔１９は、可動コア１８の筒内外を連通する燃料通路を形成している。
【００１１】
ハウジング１１の外周側にはスプール４０が装着され、そのスプール４０にコイル４１が巻回されている。スプール４０及びコイル４１の外周側を樹脂モールドしたコネクタ４２が覆っている。ターミナル４３はコネクタ４２に埋設され、コイル４１と電気的に接続されている。ターミナル４３を通じてコイル４１が通電されると、固定コア１５と可動コア１８との間に磁気吸引力が働く。
【００１２】
図２及び図３に示すようにノズルホルダ２０は円筒状に形成され、ハウジング１１の一端部に固定されている。弁ボディ２１は円筒状に形成され、ノズルホルダ２０の反ハウジング側端部の内周側に溶接固定されている。弁ボディ２１はそれの内壁面２１ａにより燃料通路２２を形成している。弁ボディ２１の内壁面２１ａにおいて燃料通路２２の下流側端部を形成する部分は、下流側ほど縮径する円錐状を呈している。この内壁面２１ａの円錐状部分に弁座２４が設けられている。
【００１３】
図３に示すように噴孔プレート５０は有底円筒状の一金属部材で形成され、周壁部５１及び底壁部５２を有している。
周壁部５１の内周側には弁ボディ２１の弁座配設側端部が嵌合され、その弁座配設側端部の端面２１ｂが底壁部５２の内壁面５２ａに当接している。また、周壁部５１と弁ボディ２１との嵌合により噴孔プレート５０は、弁ボディ２１に対して径方向に位置決めされている。周壁部５１は、それの外周側に嵌合されたノズルホルダ２０と共に弁ボディ２１に溶接固定されている。
【００１４】
図３及び図４に示すように底壁部５２の中央部には、複数の噴孔５４が等間隔に形成されている。噴孔５４は、円盤状の底壁部５２の厚さ方向にストレートに延伸する円筒孔である。底壁部５２において、各噴孔５４の下流側端部は底壁部５２の反弁ボディ側の外壁面５２ｂに開口し、各噴孔５４の上流側端部は個別の覆部５６により覆われている。さらに底壁部５２には、噴孔５４及び覆部５６の各組毎に複数ずつ（本実施例では四つずつ）対応するようにして旋回流発生通路５８が設けられている。
【００１５】
図５に示すように旋回流発生通路５８は、対応する覆部５６を円筒孔状に貫通し、底壁部５２の弁ボディ側の内壁面５２ａに開口している。それにより旋回流発生通路５８は、対応する噴孔５４の上流側端部と、燃料通路２２の弁座２４よりも下流側部分とを連通している。旋回流発生通路５８は、対応する噴孔５４との連通箇所を起点として、噴孔５４の上流側端部と同心となる仮想円Ｘの接線Ｔに対し反噴孔側へ鋭角に傾斜する軸線Ｓ方向に延伸している。一噴孔５４に対応する複数の旋回流発生通路５８は、仮想円Ｘの中心線Ｏのまわりにおいて回転対称となる位置に配設され、図１（ａ）に矢印で示すように流入燃料を噴孔５４に導いて互いに同一方向の旋回流を噴孔５４内に発生させる。本実施例では、各噴孔５４内に形成される旋回流の旋回方向が図４に矢印で示す如く全て同一方向（同図の時計方向）となるよう、各噴孔５４に対応する旋回流発生通路５８の延伸方向を設定している。
【００１６】
図２に示すように、弁部材としてのノズルニードル３５はハウジング１１、ノズルホルダ２０及び弁ボディ２１の内周側に同軸上に収容されている。ノズルニードル３５の一端部は可動コア１８に接合され、可動コア１８と一体に往復移動可能である。ノズルニードル３５の反可動コア側端部に設けられた当接部３６は弁ボディ２１の弁座２４に着座可能である。
【００１７】
アジャスティングパイプ３７は固定コア１５の内周側に圧入され、内部に燃料通路を形成している。スプリング３８は、その一端部をアジャスティングパイプ３７に係止され、他端部を可動コア１８に係止されている。スプリング３８は、可動コア１８及びノズルニードル３５を弁座２４に接近する方向に付勢している。アジャスティングパイプ３７の圧入量を調整することにより、可動コア１８及びノズルニードル３５に加わるスプリング３８の荷重を変更できる。
【００１８】
フィルタ３９は固定コア１５の燃料上流側に設置され、インジェクタ１０に供給される燃料中の異物を除去する。フィルタ３９を通して固定コア１５内に流入した燃料は、アジャスティングパイプ３７内の燃料通路、可動コア１８内の燃料通路、流出孔１９が形成する燃料通路、ノズルホルダ２０内の燃料通路、弁ボディ２１内の燃料通路２２を順次通過する。
【００１９】
次に、インジェクタ１０の作動について説明する。
コイル４１への通電がオフされているとき、可動コア１８及びノズルニードル３５はスプリング３８の付勢力によって弁座２４側に移動するため、ノズルニードル３５の当接部３６が弁座２４に着座する。その結果、各噴孔５４からの燃料の噴射が遮断される。
【００２０】
コイル４１への通電がオンされると、可動コア１８を固定コア１５側に吸引する磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力により可動コア１８が固定コア１５側に吸引されると、ノズルニードル３５も固定コア２０側に移動するので、ノズルニードル３５の当接部３６が弁座２４から離座する。すると、当接部３６と弁座２４との隙間を抜けた燃料が燃料通路２２から流出し噴孔プレート５０の各旋回流発生通路５８に流入する。各旋回流発生通路５８に流入した燃料は、各旋回流発生通路５８を形成する壁面により案内されて対応する噴孔５４の上流側端部にまで導かれる。その結果、各旋回流発生通路５８から対応噴孔５４に導入される燃料は、図１（ｂ）に示すようにスパイラル状の旋回流となって噴孔内５４を通過し噴孔５４の下流側端部から噴射される。
【００２１】
インジェクタ１０では、燃料通路２２からの流出燃料が必ず複数の旋回流発生通路５８のいずれかを経由して噴孔５４に導かれるため、強い旋回流が噴孔５４内に発生する。この強い旋回流により燃料は図１（ｂ）に模式的に示すように、噴孔５４を形成する壁面５５に沿って薄い液膜状に広がりつつ噴孔５４内を通過し、さらにその液膜状態で噴射されることによって確実に分散される。しかもインジェクタ１０では、各噴孔５４が円筒孔で構成されているので、各噴孔５４の形成壁面５５に燃料が衝突して旋回流が阻害されることを防止できる。そのため、上述した燃料の広がり作用及び分散作用が妨げられない。したがって、インジェクタ１０によれば、噴射燃料の微粒化を促進できる。
【００２２】
尚、旋回流発生通路５８については、上述した断面円形の円筒孔状以外にも、図６の（ａ）、（ｂ）に変形例を示す如き三角形、四角形等の多角形断面で延伸する形状、あるいは図６（ｃ）に変形例を示す如き星形断面で延伸する形状に形成してもよい。いずれの形状を採用する場合でも、各噴孔５４毎の旋回流発生通路５８の配設数については一つ乃至は複数のいずれかに設定できる。
【００２３】
さらに噴孔５４については、上述した断面円形の円筒孔以外にも、図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に変形例を示す如き三角形、四角形、六角形等の多角形断面で延伸する孔であってもよい。また、図８に変形例を示すように噴孔５４は、底壁部５２の厚さ方向の軸線Ｌに対して傾斜する斜円筒状の孔であってもよい。
【００２４】
（第二実施例、第三実施例）
本発明の第二実施例及び第三実施例によるインジェクタの噴孔プレートをそれぞれ図９及び図１０に示す。第一実施例と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第二実施例のインジェクタ１００では、図９に矢印で示すように各噴孔５４内に形成される旋回流の旋回方向が隣り合う噴孔５４同士で互いに逆となるよう、各噴孔５４に対応する旋回流発生通路５８の延伸方向を設定している。第三実施例のインジェクタ１５０では、複数の噴孔５４がハニカム形状の各頂点位置に配設され、図１０に矢印で示すように各位置の噴孔５４内に形成される旋回流の旋回方向が隣り合う噴孔５４同士で互いに逆となるよう、各噴孔５４に対応する旋回流発生通路５８の延伸方向を設定している。
【００２５】
このようなインジェクタ１００，１５０によれば、図１１に矢印で示すように、隣り合う噴孔５４，５４から旋回流となって噴射された燃料同士がその衝突箇所αにおいて互いの流れを強め合うように干渉するため、燃料の分散作用ひいては噴射燃料の微粒化効果が向上する。尚、噴孔５４及び旋回流発生通路５８の形状、各噴孔５４毎の旋回流発生通路５８の配設数については、第一実施例の場合と同様に適宜設定できる。
【００２６】
（第四実施例）
本発明の第四実施例によるインジェクタの噴孔プレートを図１２及び図１３に示す。第一実施例と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第四実施例によるインジェクタ２００の噴孔プレート５０は、底壁部５２において互いに接合された二部材で形成されている。その二部材のうち一方の第一部材２２０は、底壁部５２において外壁面５２ｂを形成する部分を構成し、他方の第二部材２３０は、底壁部５２において内壁面５２ａを形成する部分と周壁部５１とを構成する。
【００２７】
第一部材２２０には、複数の噴孔５４と、各噴孔５４に対応する複数の旋回流発生通路５８の噴孔側部分２２２とが形成されている。旋回流発生通路５８の噴孔側部分２２２は、対応する噴孔５４との連通箇所を起点として、噴孔５４の上流側端部と同心となる仮想円Ｘの接線Ｔ方向に延伸している。
【００２８】
第二部材２３０は、第一部材２２０が形成する各噴孔５４の上流側端部を第一部材２２０との接合側壁面２３０ａにおいて覆うように配設されている。第二部材２３０において複数の噴孔５４を覆う各部位が複数の覆部５６を形成している。第二部材２３０には、複数の旋回流発生通路５８の燃料通路側部分２３２が形成されている。旋回流発生通路５８の燃料通路側部分２３２は噴孔側部分２２２に概ね直角に接続され、反噴孔側に向かって延伸している。
【００２９】
インジェクタ２００においても、一噴孔５４に対応する複数の旋回流発生通路５８は仮想円Ｘの中心線Ｏのまわりにおいて回転対称となる位置に配設され、互いに同一方向の旋回流を噴孔５４内に発生させることができる。したがって、第一実施例と同様な効果が得られる。尚、各噴孔５４内に形成する旋回流の旋回方向については、全て同一方向としてもよいし、隣り合う噴孔５４同士で逆となるようにしてもよい。後者の場合、第二実施例と同様な効果が得られる。また、噴孔５４の形状並びに各噴孔５４毎の旋回流発生通路５８の配設数については、第一実施例の場合と同様に適宜設定できる。
【００３０】
（第五実施例）
本発明の第五実施例によるインジェクタの噴孔プレートを図１４及び図１５に示す。第一実施例と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第五実施例によるインジェクタ２５０の噴孔プレート５０は、底壁部５２において互いに接合された複数の部材で形成されている。かかる複数部材のうち本体部材２７０は、底壁部５２において外壁面５２ｂ及び内壁面の一部を形成する部分と周壁部５１とを構成し、蓋部材２８０は、底壁部５２において内壁面５２ａの一部を形成する部分を構成し、案内部材２９０は、本体部材２７０と蓋部材２８０とで挟まれる部分を構成する。
【００３１】
本体部材２７０には、複数の噴孔５４の上流側端部を除く部分が形成されている。
案内部材２９０は、複数の噴孔５４の上流側端部を形成するように設けられている。具体的に案内部材２９０は概ね四角柱状に形成され、仮想円Ｘに沿って延伸する第一延伸部２９２と、仮想円Ｘの接線Ｔ方向に延伸する第二延伸部２９４とを有している。仮想円Ｘの中心線Ｏまわりにおいて回転対称となる位置に配設された複数（本実施例では四つ）の案内部材２９０の第一延伸部２９２が一噴孔５４の上流側端部を仮想円Ｘと同心上に形成している。案内部材２９０の第二延伸部２９４の壁面２９４ａは、対応する噴孔５４の周方向において隣り合う案内部材２９０の第一延伸部端面２９２ａに隙間をあけて対向している。第二延伸部２９４は、その噴孔側壁面２９４ａに沿って旋回流発生通路５８を形成している。すなわち、旋回流発生通路５８は各噴孔５４毎に複数ずつ（本実施例では四つずつ）設けられ、それぞれ仮想円Ｘの接線Ｔ方向に延びている。以上の構成により一噴孔５４に対応する複数の旋回流発生通路５８は、仮想円Ｘの中心線Ｏまわりにおいて回転対称となるように延伸し、互いに同一方向の旋回流を噴孔５４内に発生させる。尚、各噴孔５４内に形成する旋回流の旋回方向については、全て同一方向としてもよいし、隣り合う噴孔５４同士で逆となるようにしてもよい。後者の場合、第二実施例と同様な効果が得られる。
【００３２】
蓋部材２８０は、各噴孔５４毎に個別に対応するようにして複数設けられている。蓋部材２８０は、対応する噴孔５４の上流側端部よりも大径に形成され、その噴孔５４の上流側端部を覆うように配設されている。本実施例では、各蓋部材２８０が覆部を構成している。
【００３３】
このようなインジェクタ２５０において燃料通路２２からの流出燃料は、複数の蓋部材２８０の間を抜けて複数の旋回流発生通路５８のいずれかに導かれ、その導かれた通路５８に繋がる噴孔５４内に強い旋回流を発生させる。したがって、第一実施例と同様な効果が得られる。
【００３４】
尚、複数の噴孔５４については上述したように個別の蓋部材２８０で覆う他、一つの蓋部材で一挙に覆うようにしてもよく、その場合、複数の噴孔５４を覆う蓋部材の各部位が複数の覆部を形成する。また、噴孔５４の形状並びに各噴孔５４毎の旋回流発生通路５８の配設数については、第一実施例の場合と同様に適宜設定できる。
【００３５】
以上説明した複数の実施例では、エンジンの燃焼室に直噴するインジェクタに本発明を適用した例について説明したが、本発明は、エンジンの燃焼室に繋がる吸気管等に燃料を噴射するインジェクタにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例によるインジェクタにおいて生じる燃料流れを説明するための模式図である。
【図２】本発明の第一実施例によるインジェクタを示す断面図である。
【図３】本発明の第一実施例によるインジェクタを拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の第一実施例によるインジェクタの噴孔プレートを示す平面図であって、図３のIV−IV矢視図に相当する図である。
【図５】本発明の第一実施例によるインジェクタの噴孔プレートを拡大して示す平面図（ａ）、断面図（ｂ）及び斜視図（ｃ）である。
【図６】本発明の第一実施例によるインジェクタの噴孔プレートの変形例を示す平面図である。
【図７】本発明の第一実施例によるインジェクタの噴孔プレートの変形例を示す平面図である。
【図８】本発明の第一実施例によるインジェクタの噴孔プレートの変形例を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図９】本発明の第二実施例によるインジェクタの噴孔プレートを示す平面図であって、図４に対応する図である。
【図１０】本発明の第三実施例によるインジェクタの噴孔プレートを示す平面図であって、図４に対応する図である。
【図１１】本発明の第二実施例及び第三実施例によるインジェクタにおいて生じる燃料流れを説明するための模式図である。
【図１２】本発明の第四実施例によるインジェクタの噴孔プレートを示す平面図であって、図４に対応する図である。
【図１３】本発明の第四実施例によるインジェクタの噴孔プレートを拡大して示す平面図（ａ）、断面図（ｂ）及び斜視図（ｃ）である。
【図１４】本発明の第五実施例によるインジェクタの噴孔プレートを示す平面図であって、図４に対応する図である。
【図１５】本発明の第五実施例によるインジェクタの噴孔プレートを拡大して示す平面図（ａ）、断面図（ｂ）及び斜視図（ｃ）である。
【符号の説明】
１０，１００，１５０，２００，２５０インジェクタ
２１弁ボディ
２１ａ内壁面
２２燃料通路
２４弁座
３５ノズルニードル（弁部材）
５０噴孔プレート
５１周壁部
５２底壁部
５４噴孔
５６覆部
５８旋回流発生通路
２２０第一部材
２３０第二部材
２７０本体部材
２８０蓋部材（覆部）
２９０案内部材

Claims

燃料通路を形成する内壁面に弁座を有する弁ボディと、
前記燃料通路の前記弁座よりも下流側から流出する燃料を噴射する複数の円筒孔からなる噴孔を形成する噴孔プレートと、
前記弁座に着座することにより前記噴孔からの燃料の噴射を遮断し、前記弁座から離座することにより前記噴孔からの燃料の噴射を許容する弁部材と、
を備え、
前記噴孔プレートは、前記噴孔の上流側端部を覆う覆部を有し、
その覆部で覆われる前記噴孔の上流側端部に前記燃料通路からの流出燃料を導いて前記噴孔内に旋回流を発生させる円筒孔からなる旋回流発生通路が、前記噴孔プレートに形成され、
前記旋回流発生通路とこの旋回流発生通路に対応する前記噴孔との連通部分では、
前記噴孔を形成する円筒孔の断面の内側に、前記旋回流発生通路を形成する円筒孔の断面の全てが位置するように配置され、
前記旋回流発生通路を形成する円筒孔の少なくとも前記噴孔側の部分は、前記旋回流発生通路を形成する円筒孔と前記噴孔を形成する円筒孔との連通箇所を基点として、前記噴孔の上流側端部と同心となる仮想円の接線に対し反噴孔側に傾斜する軸線方向に延伸し、各前記旋回流発生通路で直進する燃料の流れが前記噴孔へ流入することにより、前記噴孔を形成する円筒孔の内部においてのみ旋回流を形成するように設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。
前記旋回流発生通路は、前記噴孔毎に複数ずつ設けられることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記噴孔は円筒孔であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
隣り合う前記噴孔にそれぞれ対応する前記旋回流発生通路が隣り合う前記噴孔内に発生させる旋回流の旋回方向は、互いに逆方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。