JP4025768B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

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，弁座及びその中心部を貫く出口孔を一端部に有する弁座部材と，この弁座部材に収容されて前記弁座に対し開閉動作する弁体と，弁座部材の一端面に接合され，出口孔から半径方向外方に離れて配置される複数の燃料噴孔を有するインジェクタプレートとを備えてなり，弁座及び出口孔間に，弁座を通過した燃料を集合させて出口孔に誘導する漏斗状の燃料集合凹部を設ける一方，弁座部材及びインジェクタプレートの対向面間に，出口孔を通過した燃料を半径方向外方に拡散させて複数の燃料噴孔に誘導する偏平な燃料拡散室を設けたものゝ改良に関する。

かゝる燃料噴射弁は，下記特許文献１に開示されるように既に知られている。
特開２０００−９７１２９号公報

かゝる燃料噴射弁では，弁体の開弁時，弁座を通過した燃料は，燃料集合凹部により出口孔に誘導され，出口孔から燃料拡散室へ流れを反転させ，半径方向外方へ拡散してインジェクタプレートの複数の燃料噴孔から噴射され，噴霧フォームを形成する。

ところで，従来の燃料噴射弁では，出口孔の内周面が円筒状になっていて，燃料集合凹部の底面と出口孔の内周面との間，並びに出口孔の内周面と燃料拡散室の天井面との間には，直角若しくはそれに近い角度の角が形成されるため，燃料の流れが出口孔で反転するとき，反転する内側に多数の渦が発生し，このような渦は，燃料の圧力損失を大きくして噴射量を減少させたり，燃料噴孔からの噴射燃料の微粒化を妨げたり，噴霧フォームの方向や形状を不安定にさせる等の原因となる。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，出口孔での燃料の反転時における渦の発生を防いで燃料の圧力損失を少なくし，噴射燃料の減少抑制，噴射燃料の微粒化促進及び噴霧フォームの安定化を可能にした前記燃料噴射弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，弁座及びその中心部を貫く出口孔を一端部に有する弁座部材と，この弁座部材に収容され，前記弁座に対し着座部を離座・着座させることにより開閉動作すると共に，前記着座部から前記出口孔の中心に向かって円錐状に突出する弁先端部が形成された弁体と，前記弁座部材の一端面に接合され，前記出口孔から半径方向外方に離れて配置される複数の燃料噴孔を有するインジェクタプレートとを備えてなり，前記弁座及び出口孔間に，前記弁座を通過した燃料を集合させて前記出口孔に誘導する漏斗状の燃料集合凹部を設ける一方，前記弁座部材及びインジェクタプレートの対向面間に，前記出口孔を通過した燃料を半径方向外方に拡散させて前記複数の燃料噴孔に誘導する偏平な燃料拡散室を設け，前記燃料集合凹部の底面と前記燃料拡散室の天井面とのなす角を鋭角とした燃料噴射弁において，前記出口孔の内周面を，前記燃料集合凹部の底面及び前記燃料拡散室の天井面に接するように設定された仮想トーラスの内周側曲面に接する，円錐角度を異にする複数の円錐面を連ねたもの，又は円錐角度を異にする複数の円錐面とそれらの中間部に位置する円筒面とを連ねたものとして，前記燃料集合凹部の底面及び前記燃料拡散室の天井面に連続するように形成し，前記弁体の弁先端部を，その頂部が，該弁体の開弁時でも前記出口孔の少なくとも円錐面内に残るように延在させると共に，前記弁先端部の頂部の円錐角は，１４５°以下で前記燃料集合凹部の漏斗角より大きく形成して，前記出口孔内から前記燃料拡散室へ向けて燃料の流れを反転させるようにしたことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，前記仮想トーラスを，その円形母線の中心が前記燃料集合凹部の底面と前記燃料拡散室の天井面とのなす角の二等分線上に位置するように設定したことを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第１の特徴に加えて，前記燃料拡散室の高さを，前記仮想トーラスの円形母線の半径の１／２以下に設定したことを第３の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，弁体には，弁座に着座する着座部と，この着座部から出口孔の中心に向かって円錐状に突出して，該弁体の開弁時でも頂部を出口孔内に残す弁先端部とを形成し，その弁先端部の円錐角は，１４５°以下で燃料集合凹部の漏斗角より大きく設定したので，弁部の円錐状の弁先端部により，燃料集合凹部及び出口孔の中心部のデッドボリュームを削減すると共に，弁体の開弁時，燃料に対する整流効果を発揮して燃料集合凹部から出口孔への燃料の集合誘導を促進することができ，燃料集合凹部での燃料の圧力損失の低減を図ることができる。

また出口孔の内周面は，これが燃料集合凹部の底面及び燃料拡散室の天井面に連続するように，仮想トーラスの内周側曲面に沿って形成したので，出口孔内での燃料の流れの反転は，該内周面により極めてスムーズに誘導され，その流れの内側での渦の発生を防ぐことができて，出口孔での燃料の圧力損失の低減を図ることができる。

このように燃料集合凹部及び出口孔での燃料の圧力損失を効果的に低減させ得るので，インジェクタプレートの各燃料噴孔からの燃料噴射量の減少を伴うことなく，噴射燃料の微粒化の促進と，噴霧フォームの安定化を図ることができ，エンジンの低燃費性と出力性能の向上に寄与し得る。

さらに，出口孔の内周面を，仮想トーラスの内周側曲面に接する円錐角度を異にした複数の円錐面を連ねたもの，又は円錐角度を異にした複数の円錐面とそれらの中間部に位置する円筒面とを連ねたものとして形成するようにしたので，仮想トーラスの内周側曲面に沿った内周面を切削等により比較的容易に加工することができる。

また本発明の第２の特徴によれば，仮想トーラスを，その円形母線の中心が漏斗状の燃料集合凹部の底面と燃料拡散室の天井面とのなす角の二等分線上に位置するように設定したことで，燃料集合凹部の底面及び燃料拡散室の天井面と出口孔の内周面との繋ぎを滑らかにすることができ，出口孔内での燃料の流れの反転をよりスムーズにして，その流れの内側での渦の発生を確実に防ぐことができる。

さらに本発明の第３の特徴によれば，燃料拡散室の高さを，仮想トーラスの円形母線の半径の１／２以下に設定することで，燃料拡散室での燃料の拡散速度を高めて，各燃料噴孔の開口縁での燃料の剥離を促進し，噴射燃料の微粒化を効果的に図ることができ，しかも燃料噴射後は，毛細管現象により燃料拡散室に残留燃料を確実に保持することができて，燃料噴孔からの燃料垂れを防ぎ，エミッションの低減に寄与し得る。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明の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部を開弁状態で示す拡大図である。

先ず，図１及び図２において，内燃機関用電磁式燃料噴射弁Ｉの弁ハウジング２は，前端に弁座８を有する円筒状の弁座部材３と，この弁座部材３の後端部に同軸に結合される磁性円筒体４と，この磁性円筒体４の後端に同軸に結合される非磁性円筒体６とで構成される。

弁座部材３は，その外周面から環状肩部３ｂを存して磁性円筒体４側に突出する連結筒部３ａを後端部に有しており，この連結筒部３ａを磁性円筒体４の前端部内周面に圧入して，磁性円筒体４の前端面を環状肩部３ｂに当接させることにより，弁座部材３及び磁性円筒体４は互いに同軸且つ液密に結合される。磁性円筒体４及び非磁性円筒体６は，対向端面を突き合わせて全周に亙りレーザビーム溶接することにより互いに同軸且つ液密に結合される。

弁座部材３は，円筒状のガイド孔９と，このガイド孔９の前端に連なる円錐状の弁座８と，この弁座８の中心部を貫通する出口孔７とを備えている。弁座部材３の前端面には，上記出口孔７と連通する複数の燃料噴孔１１を有する鋼板製のインジェクタプレート１０が液密に全周溶接される。

非磁性円筒体６の内周面には，その後端側から中空円筒状の固定コア５が液密に圧入固定される。その際，非磁性円筒体６の前端部には，固定コア５と嵌合しない部分が残され，その部分から弁座部材３に至る弁ハウジング２内に弁組立体Ｖが収容される。

弁組立体Ｖは，前記弁座８に対して開閉動作する弁部１６及びそれを支持する弁杆部１７からなる弁体１８と，弁杆部１７に連結され，磁性円筒体４から非磁性円筒体６に跨がって，それらに挿入されて固定コア５に同軸で対置される可動コア１２とからなっている。弁杆部１７は，前記ガイド孔９より小径に形成されており，その外周には，半径方向外方に突出して，前記ガイド孔９の内周面に摺動可能に支承される前後一対のジャーナル部１７ａ，１７ａが一体に形成される。その際，両ジャーナル部１７ａ，１７ａは，両者の軸方向間隔を極力あけて配置される。

弁組立体Ｖには，可動コア１２の後端面から弁部１６の手前で終わる縦孔１９と，この縦孔１９を，可動コア１２外周面に連通する複数の第１横孔２０ａと，同縦孔１９を両ジャーナル部１７ａ，１７ａ間の弁杆部１７外周面に連通する複数の第２横孔２０ｂと，同縦孔１９を弁部１６外周面に連通する複数の第３横孔２０ｃとが設けられる。その際，縦孔１９の途中には，固定コア５側を向いた環状のばね座２４が形成される。

固定コア５は，可動コア１２の縦孔１９と連通する縦孔２１を有し，この縦孔２１に内部が連通する燃料入口筒２６が固定コア５の後端に一体に連設される。燃料入口筒２６は，固定コア５の後端に連なる縮径部２６ａと，それに続く拡径部２６ｂとからなっており，その縮径部２６ａから縦孔２１に嵌挿されてかしめ固定されるパイプ状のリテーナ２３と前記ばね座２４との間に可動コア１２を弁体１８の閉弁側に付勢する弁ばね２２が縮設される。その際，リテーナ２３の縦孔２１への嵌合深さにより弁ばね２２のセット荷重が調整され，その調整後は縮径部２６ａの外周壁を部分的に内方へかしめることでリテーナ２３は縮径部２６ａに固定される。拡径部２６ｂには燃料フィルタ２７が装着される。

固定コア５はフェライト系の高硬度磁性材製とされる。一方，可動コア１２には，固定コア５の吸引面と対向する吸引面に，前記弁ばね２２を囲繞するカラー状のストッパ要素１４が埋設される。このストッパ要素１４は，その外端を可動コア１２の吸引面から僅かに突出させていて，通常，弁体１８の開弁ストロークに相当する間隙を存して固定コア５の吸引面と対置される。

弁ハウジング２の外周には，固定コア５及び可動コア１２に対応してコイル組立体２８が嵌装される。このコイル組立体２８は，磁性円筒体４の後端部から非磁性円筒体６全体にかけてそれら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の前端が磁性円筒体４の外周面に溶接され，その後端には，固定コア５の後端部外周からフランジ状に突出するヨーク５ｂの外周面に溶接される。コイルハウジング３１は円筒状をなし，且つ一側に軸方向に延びるスリット３１ａが形成されている。

上記コイルハウジング３１，コイル組立体２８，固定コア５及び燃料入口筒２６の前半部は，射出成形による合成樹脂製の被覆体３２に埋封される。その際，コイルハウジング３１内への被覆体３２の充填はスリット３１ａを通して行われる。また被覆体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。

さて，図２及び図３を参照しながら前記弁座８及び弁部１６周りの構造を詳細に説明する。

弁座部材３の弁座８は円錐状に形成され，この弁座８と出口孔７との間には，弁座８を通過した燃料を集合させて出口孔７に誘導する漏斗状の燃料集合凹部３５が形成される。

一方，弁体１８の弁部１６には，上記弁座８に対し離座・着座する球帯状の着座部１６ａと，この着座部１６ａから出口孔７の中心に向かって円錐状に突出して，弁体１８の開弁時でも頂部１６ｂ１が出口孔７内に残るように延在させた弁先端部１６ｂとが形成される。その際，上記弁先端部１６ｂの頂部１６ｂ１の円錐角αは，前記燃料集合凹部３５の漏斗角βより大きく，且つ１４５°以下に設定される。球帯状の着座部１６ａは，弁体１８の軸線上に中心Ｏを持っている。

また弁座部材３とインジェクタプレート１０との対向面間には，出口孔７から半径方向外方に広がっていて出口孔７を通過した燃料を半径方向外方に拡散させる偏平な燃料拡散室３６が形成される。この燃料拡散室３６は，図示例では弁座部材３の前端面に凹部として形成される。インジェクタプレート１０には，出口孔７から半径方向外方へ離れた位置で燃料拡散室３６に開口する複数の燃料噴孔１１，１１…が穿設される。したがって，出口孔７及び各燃料噴孔１１間は燃料拡散室３６を介して連通される。

燃料集合凹部３５の底面と燃料拡散室３６の天井面とのなす角θは鋭角とされる。

さらに出口孔７の内周面７Ａは，燃料集合凹部３５の底面及び燃料拡散室３６の天井面に接するように設定された仮想トーラスＴの内周側曲面に沿って形成される。具体的には，仮想トーラスＴは，その円形母線Ｔａの中心Ｔｏが漏斗状の燃料集合凹部３５の底面と燃料拡散室３６の天井面とのなす角θの二等分線Ｌ上に位置するように設定され，出口孔７の内周面７Ａは，この仮想トーラスＴの内周側曲面に接する，円錐角度を異にした複数の円錐面７ａ，７ｂを連ねたもの，又は円錐角度を異にした複数の円錐面７ａ，７ｂとそれらの中間部に位置する円筒面７ｃとを連ねたものとして，燃料集合凹部３５の底面及び燃料拡散室３６の天井面に連続するように形成される。

燃料拡散室３６の高さｔは，前記仮想トーラスＴの円形母線Ｔａの半径ｒの１／２以下に設定され，且つ望ましくはｔ＝２０〜１１０μｍと設定される。

次に，この実施例の作用について説明する。

図１及び図２に示すように，コイル３０を消磁した状態では，弁ばね２２の付勢力で弁組立体Ｖは前方に押圧され，弁体１８を弁座８に着座させている。したがって，図示しない燃料ポンプから燃料入口筒２６に圧送された燃料は，パイプ状のリテーナ２３内部，弁組立体Ｖの縦孔１９及び第１〜第３横孔２０ａ〜２０ｃを通して弁座部材３内に待機させられ，弁体１８のジャーナル部１７ａ，１７ａ周りの潤滑に供される。

コイル３０を通電により励磁すると，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，磁性円筒体４及び可動コア１２を順次走り，その磁力により弁組立体Ｖの可動コア１２が弁ばね２２のセット荷重に抗して固定コア５に吸引され，図３に示すように弁体１８の弁部１６が弁座部材３の弁座８から離座するので，弁座部材３内の高圧燃料は，弁座８を通過した後，燃料集合凹部３５により出口孔７へ集合誘導され，出口孔７で流れを反転させて，燃料拡散室３６に移り，半径方向外方へ拡散してインジェクタプレート１０の複数の燃料噴孔１１，１１…から噴射し，複数の噴霧フォームＦ，Ｆ…を形成していく。

ところで，弁体１８には，弁座に対し離座・着座する球帯状の着座部と，この着座部１６ａから出口孔７の中心に向かって円錐状に突出して，該弁体１８の開弁時でも頂部１６ｂ１が出口孔７の少なくとも円錐面７ａ内に残るように延在させた弁先端部１６ｂとを形成し，その弁先端部１６ｂの頂部１６ｂ１の円錐角αは，１４５°以下で燃料集合凹部３５の漏斗角βより大きく設定したので，弁部１６の円錐状の弁先端部１６ｂにより，燃料集合凹部３５及び出口孔７の中心部のデッドボリュームを削減すると共に，弁体１８の開弁時，燃料に対する整流効果を発揮して燃料集合凹部３５から出口孔７への燃料の集合誘導を促進することができ，燃料集合凹部３５での燃料の圧力損失の低減を図ることができる。

また出口孔７の内周面７Ａは，燃料集合凹部３５の底面及び燃料拡散室３６の天井面に接するように設定された仮想トーラスＴの内周側曲面に沿って形成したので，出口孔７内での燃料の流れの反転は，該内周面７Ａにより極めてスムーズに誘導され，その流れの内側での渦の発生を防ぐことができて，出口孔７での燃料の圧力損失の低減を図ることができる。

このように燃料集合凹部３５及び出口孔７での燃料の圧力損失を効果的に低減し得るので，インジェクタプレート１０の各燃料噴孔１１からの燃料噴射量の減少を伴うことなく，噴射燃料の微粒化の促進と，噴霧フォームの安定化を図ることができ，エンジンの低燃費性と出力性能の向上に寄与し得る。

特に，仮想トーラスＴは，その円形母線Ｔａの中心Ｔｏが漏斗状の燃料集合凹部３５の底面と燃料拡散室３６の天井面とのなす角の二等分線Ｌ上に位置するように設定されるので，燃料集合凹部３５の底面及び燃料拡散室３６の天井面と出口孔７の内周面との繋ぎを滑らかにすることができ，出口孔７内での燃料の流れの反転をよりスムーズにして，その流れの内側での渦の発生を確実に防ぐことができる。

また出口孔７の内周面７Ａを，仮想トーラスＴの内周側曲面に接する，円錐角度を異にした複数の円錐面７ａ，７ｂを連ねたもの，又は円錐角度を異にした複数の円錐面７ａ，７ｂとそれらの中間部に位置する円筒面７ｃとを連ねたものとして形成するので，出口孔７の，仮想トーラスＴの内周側曲面に沿った内周面７Ａを切削等により比較的容易に加工することができる。

また燃料拡散室３６の高さｔを，前記仮想トーラスＴの円形母線Ｔａの半径ｒの１／２以下に設定することで，燃料拡散室３６での燃料の拡散速度を高めて，各燃料噴孔１１の開口縁での燃料の剥離を促進し，噴射燃料の微粒化を効果的に図ることができ，しかも燃料噴射後は，毛細管現象により燃料拡散室３６に残留燃料を確実に保持することができて，各燃料噴孔１１からの燃料垂れを防ぎ，エミッションの低減に寄与し得る。特に，燃料拡散室３６の高さｔを２０〜１１０μｍ以下に設定すれば，燃料拡散室３６のデッドボリュームを削減して，上記効果を高めることができる。ｔが２０μｍ以下では，流路抵抗の増加により噴射燃料の必要量の確保が困難となる。

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。

本発明の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１の２部拡大図。 図２の３部を開弁状態で示す拡大図。

符号の説明

Ｉ・・・・・燃料噴射弁
Ｔ・・・・・仮想トーラス
Ｔａ・・・・仮想トーラスの円形母線
Ｔｏ・・・・上記円形母線の中心
ｒ・・・・・上記円形母線の半径
α・・・・・弁先端部の円錐角
β・・・・・燃料集合凹部の漏斗角
３・・・・・弁座部材
７・・・・・出口孔
７Ａ・・・・出口孔の内周面
７ａ，７ｂ・・・上記内周面の一部を構成する円錐面
７ｃ・・・・・・上記内周面の一部を構成する円筒面
８・・・・・弁座
１０・・・・インジェクタプレート
１１・・・・燃料噴孔
１６ａ・・・着座部
１６ｂ・・・弁先端部
１６ｂ１・・頂部
１８・・・・弁体
３５・・・・燃料集合凹部
３６・・・・燃料拡散室

Claims (3)

1. 弁座（８）及びその中心部を貫く出口孔（７）を一端部に有する弁座部材（３）と，
   この弁座部材（３）に収容され，前記弁座（８）に対し着座部（１６ａ）を離座・着座させることにより開閉動作すると共に，前記着座部（１６ａ）から前記出口孔（７）の中心に向かって円錐状に突出する弁先端部（１６ｂ）が形成された弁体（１８）と，
   前記弁座部材（３）の一端面に接合され，前記出口孔（７）から半径方向外方に離れて配置される複数の燃料噴孔（１１）を有するインジェクタプレート（１０）とを備えてなり，
   前記弁座（８）及び出口孔（７）間に，前記弁座（８）を通過した燃料を集合させて前記出口孔（７）に誘導する漏斗状の燃料集合凹部（３５）を設ける一方，
   前記弁座部材（３）及びインジェクタプレート（１０）の対向面間に，前記出口孔（７）を通過した燃料を半径方向外方に拡散させて前記複数の燃料噴孔（１１）に誘導する偏平な燃料拡散室（３６）を設け，
   前記燃料集合凹部（３５）の底面と前記燃料拡散室（３６）の天井面とのなす角（θ）を鋭角とした燃料噴射弁において，
   前記出口孔（７）の内周面（７Ａ）を，前記燃料集合凹部（３５）の底面及び前記燃料拡散室（３６）の天井面に接するように設定された仮想トーラス（Ｔ）の内周側曲面に接する，円錐角度を異にする複数の円錐面（７ａ，７ｂ）を連ねたもの，又は円錐角度を異にする複数の円錐面（７ａ，７ｂ）とそれらの中間部に位置する円筒面（７ｃ）とを連ねたものとして，前記燃料集合凹部（３５）の底面及び前記燃料拡散室（３６）の天井面に連続するように形成し，
   前記弁体（１８）の弁先端部（１６ｂ）を，その頂部（１６ｂ１）が，該弁体（１８）の開弁時でも前記出口孔（７）の少なくとも円錐面（７ａ）内に残るように延在させると共に，前記弁先端部（１６ｂ）の頂部（１６ｂ１）の円錐角（α）は，１４５°以下で前記燃料集合凹部（３５）の漏斗角（β）より大きく形成して，前記出口孔（７）内から前記燃料拡散室（３６）へ向けて燃料の流れを反転させるようにしたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１記載の燃料噴射弁において，
   前記仮想トーラス（Ｔ）を，その円形母線（Ｔａ）の中心（Ｔｏ）が前記燃料集合凹部（３５）の底面と前記燃料拡散室（３６）の天井面とのなす角（θ）の二等分線（Ｌ）上に位置するように設定したことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１又は２記載の燃料噴射弁において，
   前記燃料拡散室（３６）の高さ（ｔ）を，前記仮想トーラス（Ｔ）の円形母線（Ｔａ）の半径（ｒ）の１／２以下に設定したことを特徴とする燃料噴射弁。

Images