JP4021403B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

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。

従来の燃料噴射弁においては、弁座下流に径方向に広がる流体室を有し、この流体室に連通し、噴孔プレートを貫通する複数の噴孔を備えており、この流体室は複数の噴孔を配置している領域の外周側に噴孔径以上に広がっている。
そして噴孔は流体噴射方向に向けノズルの中心軸から離れる方向に所定角度傾斜している（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−４６９１９号公報（図１）

従来の燃料噴射弁は以上のように構成されているので、複数の噴孔の上流側から下流側への流れの方向は、流体室内を放射方向に広がる燃料の流れの方向と同一方向となるため、複数の噴霧で形成される噴霧角を大きくするには有効であるが、噴孔入口部における燃料流れの剥離効果が弱められ、噴霧の微粒化促進効果は小さくなるという問題点があった。
更に複数の噴霧で形成される噴霧角を拡大させる一方、噴霧の微粒化を促進させることは困難であるという問題点もあった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、噴孔入口部での燃料流れの剥離を強化することにより微粒化を促進するとともに、噴霧角の拡大を図ることのできる燃料噴射弁を提供することを目的とする。

この発明の請求項１に係る燃料噴射弁は、中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射口を有する弁座と、弁座に離接して噴射口を開閉する弁体と、弁座の下流側に圧入されたプレートと、弁座とプレートとの間に形成されたキャビティと、プレートに貫通して設けられた噴孔を備えたものであって、キャビティの径を噴射口の径よりも大きく形成するとともに、弁体の中心軸を中心とした一つの円上であって、噴射口の径よりも大きな直径を有する円上に噴孔入口部を配置し、噴孔入口部を通りかつ弁体の中心に直交する平面において、噴孔入口部を起点とし平面に投影される噴射方向と、噴孔入口部と弁体の中心とを結ぶ線のうち噴孔入口部を起点として径方向外側に延びる線とのなす角をαとしたとき、９０°＜α＜１８０°の条件を満足するように噴孔を構成したものである。

この発明の請求項１に係る燃料噴射弁によれば、中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射口を有する弁座と、弁座に離接して噴射口を開閉する弁体と、弁座の下流側に圧入されたプレートと、弁座とプレートとの間に形成されたキャビティと、プレートに貫通して設けられた噴孔を備えたものであって、キャビティの径を噴射口の径よりも大きく形成するとともに、弁体の中心軸を中心とした一つの円上であって、上記噴射口の径よりも大きな直径を有する円上に噴孔入口部を配置し、噴孔入口部を通りかつ弁体の中心に直交する平面において、噴孔入口部を起点とし平面に投影される噴射方向と、噴孔入口部と弁体の中心とを結ぶ線のうち噴孔入口部を起点として径方向外側に延びる線とのなす角をαとしたとき、９０°＜α＜１８０°の条件を満足するように噴孔を構成したので、噴孔入口部における燃料流れの剥離が促進され、噴霧の微粒化を促すことができる。

実施の形態１．
以下、この発明の一実施形態を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁を示す断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図、図３は噴射弁先端部を示す断面図である。
図において、燃料噴射弁１は、ソレノイド装置２、磁気回路のヨーク部分となるハウジング３，磁気回路の固定鉄心部分であるコア４、コイル５、磁気回路の可動鉄心部分となるアマチュア６、弁装置７から構成されている。

弁装置７は弁体８と中空状の弁本体９とガイド１０と弁座１１及びストッパ１２で構成されている。
そして弁本体９はハウジング３の内径部に挿入後、かしめることにより両者は結合されている。
アマチュア６と弁体８は溶接部６ａにおいて溶接されることにより両者は結合されている。
ガイド１０は弁本体９の内径部に圧入され、更に弁座１１は弁本体９の内径部に圧入された後、溶接部１１ａにおいて溶接されることにより弁本体９に結合される。

弁体８の下流側にはプレート１３が弁座１１に圧入され、弁座１１とプレート１３は溶接部１１ｂにおいて、溶接によって結合されている。
そして弁座１１下流側に設けたられた燃料噴射弁１の径方向に広がる凹部とプレート１３によりキャビティ１４が形成される。
又プレート１３にはキャビティ１４に連通するとともに、プレート１３を貫通する傾斜した複数の噴孔１５が設けられている。
そしてこの噴孔１５においては、噴孔入口部１５ａは噴孔出口部１５ｂよりも弁軸Ｂに対して離れた位置に存在している。

次に動作について説明する。
エンジンのマイコンより燃料噴射弁１の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁１のコイル５に電流が流され、アマュア６、コア４、ハウジング３で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア６はコア４側へ吸引動作され、アマチュア６と一体に構成されている弁体８が弁座シート部１１ｃから離れて弁体８と弁座１１の間に間隙が形成される。
そして高圧の燃料は弁本体９の内部から弁座シート部１１ｃと弁体８の隙間を通って弁座１１の噴射口１１ｄに流入したのち、エンジン筒内に噴射される。

次にエンジンのマイコンより燃料噴射弁１の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル５への電流の通電が停止し、磁気回路中の磁束が減少して、弁体８を閉弁方向に押している圧縮ばね１６の付勢力により弁体８は押圧され、弁体８と弁座シート部１１ｃ間の隙間は閉じられた状態となり、燃料噴射が終了する。
弁体８と弁本体９との摺動部８ａ及び弁体８とガイド１０との摺動部８ｂが弁体８と弁本体９とのガイド部となって摺動動作し、開弁状態では弁体８のフランジ上面８ｃがストッパ１２の下面と当接する。

摺動部８ｂは弁座シート部１１ｃに対する弁体８の径方向の非同軸度（振れ）を規制するために設けられているので、弁体８とガイド１０との間のクリアランスはなるべく小さく設定されるのが好ましく、本発明では弁体８の耐磨耗性を考慮して１０μｍ以下（片側隙間５μｍ以下）としている。
燃料は弁本体９よりガイド１０の外周隙間１０ａからガイド溝１０ｂへ流入する。
ガイド溝１０ｂ内を流れた燃料は、ガイド溝出口部１０ｃより流出し、弁体８と弁座１１との隙間部分、及び流路１１ｄおよびキャビティ１４を通って各噴孔１５へ分配され、最後に図示しない燃焼室内へ噴射される。

従来においては、噴口入口部から噴口出口部に向かう方向が弁軸から離れていくような方向に構成されていたが、本発明においては、図３に示すように、噴孔入口部１５ａから噴孔出口部１５ｂに向かう方向が弁軸Ｂに接近していくような方向に噴孔１５は傾斜されているので、噴孔入口部１５ａにおける燃料流れの剥離が促進され、微粒化が促進される。

図４は図３のＣ方向から見た燃料噴射弁１の底面図、図５は燃料噴射弁１の先端部を示す拡大断面図である。
本実施形態においては、図４に示すように、弁体８の中心軸Ｂを中心とした一つの円上に噴孔入口部１５ａ及び噴孔出口部１５ｂを配置して噴孔５を放射状に配置している。
更に噴孔１５の噴射方向（図４におけるＤ線）と、噴孔入口部１５ａと弁体８の中心とを結ぶ線（図４のＥ線）とのなす角αが、９０°＜α＜１８０°の条件を満足するように噴孔１５を構成するので、図５に示すように、噴孔入口部１５ａで燃料流れの剥離が強化され、微粒化が促進される。
これにより、燃焼性が向上し、消費される燃料及び排気ガスを低減することのできる優れたエンジン性能が得られる。
また各噴孔１５を同一方向、同一角度に構成することにより、各噴孔１５から噴射される噴霧の衝突を回避できる。

ここで９０°＜α＜１８０°と限定したのは、α＞１８０°に構成すると各噴孔１５から出た燃料が衝突してしまうからである。
又９０°＜αとしたのは、キャビティ１４内を噴射方向に流れる燃料が噴孔入口部１５ａへ流れ込む際に流れを剥離させるためである。
更に噴孔１５の数が少ない場合、各噴孔１５から噴射される噴霧同士が干渉しないのであれば、１００°＜α＜１６０°であっても良いし、又１２０°＜α＜１５０°であっても良い。
このようにαの範囲は本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な範囲が考えられる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による燃料噴射弁の先端部を示す断面図である。
本実施形態においては、燃料噴射弁１の弁軸Ｂに対する各噴孔１５の傾斜角をβとしたとき、０°＜β＜４５°となる範囲で噴孔１５の傾斜角を変更するものである。
尚、βが４５°以上となると噴霧角γが９０°以上となり、現場での要求に合致しなくなるのでβ＜４５°とした。
このように構成することにより、複数の噴霧で形成される噴霧角γを変更することができるようになる
そして複数の噴霧で形成される噴霧角を拡大できるとともに、噴霧の微粒化を促進することができる。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による燃料噴射弁の先端部を示す断面図、図８は図７のＦ方向から見た底面図、図９は先端部を示す断面図、図１０は図９におけるＧ−Ｇ線断面図である。
本実施形態においては、図７に示すように各噴孔１５の形状を末広がり形状、即ち噴孔１５の断面積が上流から下流にかけて大きくなるような形状にしたものである。
これにより、噴孔入口部１５ａで剥離して噴孔壁に衝突した燃料流れが、図９に示すように噴孔壁を覆うような液膜１７を形成し、さらにこの液膜１７が薄く広げられることにより、微粒化が促進されるとともに、良好な噴霧分配性が得られる。
即ち、１つの噴孔からの噴霧が１方向に集中したビーム状噴霧ではなく、噴霧が拡散して空気と程好く混合し易い噴霧特性が得られるのである。

各噴孔１５の断面積を常に等しくなるように構成すると、剥離された燃料による液膜を薄くする効果は小さいが、本実施形態におけるように、末広がり形状にすると、剥離された燃料による液膜を薄くする効果が大きくなる。
以上のように構成することにより、噴霧の集中によるＡ／Ｆ（空燃比）が局所的にリッチになることを回避できるので、燃焼性が向上する。又燃料消費および排気ガスを低減することができるので、優れたエンジン性能が得られる。

この発明の実施の形態１による燃料噴射弁を示す断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 燃料噴射弁先端部を示す断面図である。 図３のＣ方向から見た燃料噴射弁の底面図である。 燃料噴射弁の先端部を示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の先端部を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による燃料噴射弁の先端部を示す断面図である。 図７のＦ方向から見た底面図である。 燃料噴射弁の先端部を示す断面図である。 図９におけるＧ−Ｇ線断面図である。

符号の説明

８ 弁体、９ 弁本体、１１ 弁座、１１ｄ 噴射口、１３ プレート、
１４ キャビティ、１５ 噴孔、１５ａ 噴孔入口部、１５ｂ 噴孔出口部。

Claims (3)

1. 中空状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射口を有する弁座と、上記弁座に離接して上記噴射口を開閉する弁体と、上記弁座の下流側に圧入されたプレートと、上記弁座と上記プレートとの間に形成されたキャビティと、上記プレートに貫通して設けられた噴孔を備えた燃料噴射弁において、上記キャビティの径を上記噴射口の径よりも大きく形成するとともに、上記弁体の中心軸を中心とした一つの円上であって、上記噴射口の径よりも大きな直径を有する円上に上記噴孔入口部を配置し、上記噴孔入口部を通りかつ上記弁体の中心に直交する平面において、上記噴孔入口部を起点とし上記平面に投影される噴射方向と、上記噴孔入口部と上記弁体の中心とを結ぶ線のうち上記噴孔入口部を起点として径方向外側に延びる線とのなす角をαとしたとき、９０°＜α＜１８０°の条件を満足するように上記噴孔を構成したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 弁軸に対する上記噴孔の傾斜角をβとしたとき、０°＜β＜４５°の範囲に構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 上記噴孔の形状を末広がり形状に構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料噴射弁。

Images