JP4221328B2 - 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供給する燃料噴射弁に係わり、特に、旋回手段により燃料流に旋回エネルギーを与えて噴射孔から噴射する形式の燃料噴射弁に関するものである。

従来の燃料噴射弁は、例えば、燃料噴射側に位置する弁装置の構成として、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、弁本体内を移動し弁座に離接して噴射孔を開閉するニードル弁と、ニードル弁の周囲に配置されニードル弁を摺動可能に支持すると共に噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回体とを備えている。そして、旋回体の外周部と弁本体の内周面との間には燃料の軸方向流路が形成されている。また、旋回体の弁座に当接する面は、内周側に環状溝を有し、更に、一端が上記の軸方向流路に接続され他端が環状溝に対して接線方向に延びて環状溝に接続される旋回溝を備えている。このような構成により、ニードル弁が上方へ吸引されて噴射孔が開くと、上流側から供給される燃料は、まず軸方向流路へ流入し、続いて旋回溝から環状溝を通って弁座の噴射孔から噴射されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−４７２０８号公報（第２頁、図４）

従来の燃料噴射弁の課題を、図８の弁装置先端部分の拡大断面図によって説明する。図の（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂから見た断面図、（ｃ）は正常に組み立てられていない場合の側面断面図である。先ず燃料の流れに沿って構造を更に詳しく説明すると、ニードル弁２６の開動作により、燃料はニードル弁２６と弁本体２７との間に形成される流路から弁本体２７と旋回体２８外周との間に形成した軸方向流路２９へと流れ込み、底部で方向を変えて旋回体２８の底面に形成した旋回溝３０に入り、ここから内周側に形成した環状溝３１の接線方向へと進む過程で旋回エネルギーが与えられて旋回流となり、環状溝３１から弁座３２の噴射孔３３へ流入しその出口から噴霧される。

ここで、旋回体２８の内径部はニードル弁２６の摺動をガイドするガイド部となっている。このガイド部のクリアランスが大きくなると、噴霧形状に偏りが生じるため、クリアランスは極力小さいことが望ましい。摺動部のクリアランスを小さくするためには、旋回体２８を弁本体２７に高い同軸精度で組付ける必要があるため、旋回体２８や弁座３２は弁本体２７に対し圧入で組付けるのが一般的である。なぜなら、旋回体２８や弁座３２を弁本体２７に対し隙間ばめとすると、隙間分の軸ずれが生じることとなり同軸精度が得られにくくなって、ニードル弁２６が旋回体２８の摺動面と干渉して摺動不能となる場合が生じるからである。

しかしながら、旋回体２８と弁座３２を弁本体２７に圧入した場合、旋回体２８の下面と弁座３２の上面を完全に密着させるためには旋回体２８の外周に対する下面の直角精度や弁座３２の外周に対する上面の直角精度を極めて高精度に加工する必要がある。加工精度が悪く図（ｃ）に示すように、旋回体２８の下面と弁座３２の上面に片開きの隙間が発生した場合、燃料は旋回体２８の旋回溝３０を流れずに隙間部分を流れ、所定の旋回エネルギーが得られなくなり、このため所定の噴霧特性や流量特性が得られないという問題が発生する。
従って、従来の形状では旋回体の外周に対する下面の直角精度や弁座の外周に対する上面の直角精度を極めて高精度に加工する必要があり、高コストとなっていた。また、高精度で加工しても、完全な直角度を得るのが難しく、両者の間にはごくわずかな隙間が発生し、これが噴霧性能や流量性能のばらつきの一原因となるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、弁本体と旋回体との接触面の形状を工夫することにより、旋回体の下面と弁座の上面を完全に密着させて、噴霧性能や流量性能の安定化を図る燃料噴射弁を得ることを目的とする。

この発明に係わる燃料噴射弁は、中空筒状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、弁本体内を移動し弁座に離接して噴射孔を開閉するニードル弁と、弁座の内側の面に当接して設けられニードル弁が摺動する貫通孔を有し噴射孔に流れ込む燃料に旋回運動を与える旋回体とを備えた燃料噴射弁において、旋回体のニードル弁との摺動面に対向する外周面に環状突起部を設け、環状突起部の軸方向断面の外周を、旋回体の中心軸上に中心を持つ円の一部によって構成し、環状突起部を弁本体へ圧入して旋回体を装着したものである。
また、旋回体のニードル弁との摺動面に対向する外周面に環状突起部を設け、環状突起部の軸方向断面の外周を略円弧形とし、環状突起部を弁本体へ圧入して旋回体を装着したものである。

また、旋回体のニードル弁との摺動面に対向する外周面に接するように、弁本体の内径部に環状突起部を設け、環状突起部の軸方向断面の外周を略円弧形とし、環状突起部に旋回体を圧入して装着したものである。

更にまた、旋回体と弁座とを収納するために弁本体の一端側に形成した内径部を、旋回体と弁座との圧入部となる先端側内径部とこの先端側内径部より径の大きい上流側内径部との２段形状とし、先端側内径部に対する弁座の圧入代を先端側内径部に対する旋回体の圧入代よりも大きくし、旋回体と弁座とを先端側内径部に圧入して装着したものである。

この発明の燃料噴射弁によれば、旋回体のニードル弁との摺動面に対向する外周面に環状突起部を設け、環状突起部の軸方向断面の外周を、旋回体の中心軸上に中心を持つ円の一部によって構成し、環状突起部を弁本体へ圧入して旋回体を装着するようにしたので、旋回体は弁本体に圧入された状態で弁本体に対し傾きを持つことが可能となり、旋回体下面と弁座上面とを完全に密着することができるため完全な旋回溝を形成することができる。従って、噴霧性能および流量性能の安定化を図ることができる。
また、旋回体のニードル弁との摺動面に対向する外周面に環状突起部を設け、環状突起部の軸方向断面の外周を略円弧形とし、環状突起部を弁本体へ圧入して旋回体を装着するようにしたので、上記と同様の効果を得ることができる。

また、旋回体のニードル弁との摺動面に対向する外周面に接するように、弁本体の内径部に環状突起部を設け、環状突起部の軸方向断面の外周を略円弧形とし、環状突起部に旋回体を圧入して装着するようにしたので、上記と同様な効果に加え、旋回体の加工が容易となる。

更にまた、弁本体の一端側に２段形状に内径部を形成し、このうちの先端側内径部に旋回体と弁座を圧入するようにし、弁座の圧入代を旋回体の圧入代より大きくしたので、上記と同様な効果に加え、弁本体の内径部に環状突起部を設けた場合よりも弁本体の加工が簡単となる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁の正面断面図である。図に従って先ず燃料噴射弁の全体構成について説明する。図において、燃料噴射弁１は、その先端部に弁装置２を備えており、この弁装置２は、小径円筒部３ａおよび大径円筒部３ｂを有する段付中空円筒形の弁本体３と、弁本体３の小径円筒部３ａの先端に固着されて噴射孔４を有する弁座５と、弁本体３内の中心軸上を軸方向に移動し一端が弁座５に離接して噴射孔４を開閉するニードル弁６と、弁座５の内側の面に当接して設けられニードル弁６が摺動する貫通孔７ａを有し噴射孔４に流れ込む燃料に旋回運動を与える旋回体７とを備えている。

ニードル弁６の他端にはアマチュア８が溶接等により固着されており、ニードル弁６と一体で移動する。ニードル弁６およびアマチュア８の軸線上にアマチュア８と対向し所定の間隔を保って中空円筒状のコア９が配置され、このコア９の中空部９ａにはスリーブ１０が位置調整されて固定されている。そして、スリーブ１０に一端を係止したスプリング１１によって、ニードル弁６を噴射孔４へ押圧する方向に付勢している。また、コア９の周囲にはボビン１２に巻回されたコイル１３とコネクタ１４とを備えたソレノイド装置１５が配置されている。

そして、アマチュア８の外周と所定の間隙を保ってヨーク１６が設けられており、軸方向の一端側は、ボビン１２とコイル１３とを包み込んでコア９に接続され、コア９と一体で磁気回路を構成する。ヨーク１６の他端側は、ストッパープレート１７を介して弁本体３の大径円筒部３ｂが挿入されており、先端に設けた結合部１６ａを大径円筒部３ｂと小径円筒部３ａとの肩部３ｃ上に折り曲げて、かしめ等により弁本体３を固定している。このように、ヨーク１６は弁本体３，アマチュア８，ボビン１２およびコイル１３等を収納するハウジングも兼ねている。ヨーク１６と同軸上に、コア９とコネクタ１４部とを収納するハウジング１８が設けられており、このハウジング１８の先端部（図では上端側）は図示しない燃料供給管に接続され、燃料フィルタ１９を介してコア９の中空部９ａに燃料が導入されるようになっている。

弁装置２の先端部、特に旋回体７を通り弁座５の噴射孔４から燃料が噴射される部分の燃料の流路は、発明が解決しようとする課題の項で説明した図８と同様であり、燃料は弁本体３とニードル弁６の隙間から旋回体７外周と弁本体３との間に形成した軸方向流路に流れ込み、旋回体７下面に形成した旋回溝を流れ、径方向中心部へ向かう過程で旋回エネルギーが与えられて噴射孔４から噴射される。
なお、本実施の形態の旋回体は、旋回体下面に旋回溝を有するものであれば、旋回体に形成する軸方向流路の形状や旋回溝の形状は図８に示す形状に限定されない。例えば、軸方向流路は旋回体に軸方向へ貫通する複数の貫通孔を設けて構成するような公知の形状を適用してもよい。

次に、弁装置２の先端部の詳細構造について説明する。図２は図１のＡ部一点鎖線内の詳細を示す拡大断面図である。図２（ａ）は旋回体の軸心が弁本体の軸心と一致して組付けられた場合を示し、図２（ｂ）は旋回体の軸心が弁本体の軸心に対し傾きを持って組付けられた場合である。本実施の形態による旋回体７は、図２（ａ）に示すように、旋回体７の中心に貫通孔７ａを設け、この貫通孔７ａの一部にニードル弁６との摺動面を形成している。そして、摺動面に対向する旋回体の外周面に環状突起部７ｂを設けている。この環状突起部７ｂの軸方向断面の外周は、図中に一点鎖線で示すように、旋回体７の中心軸上に中心を持つ円の一部によって構成されている。３次元的には、この円の中心点を中心とする球体の一部で構成されていることになる。環状突起部７ｂの外径寸法は、弁本体３の先端部に設けられた内径部３ｄに圧入できるように、内径部３ｄに対し圧入代を持つ寸法とする。

次に、旋回体７と弁座５の組立について説明する。旋回体７と弁座５を弁本体３先端の内径部３ｄに圧入により組付ける。このとき内径部３ｄと旋回体７の外径側とは環状突起部７ｂで接触しながら圧入される。上述のように、環状突起部７ｂは旋回体７の軸心に中心を有する球体の一部で構成されているので、旋回体７の中心軸は弁本体３の中心軸に対し自由に傾きを持つことが可能となっている。そこで、もし旋回体７の中心軸（加工上では外周面）に対する下面の直角精度や、弁座５の中心軸（加工上では外周面）に対する上面の直角精度が高精度に加工されてない場合でも、弁座５の圧入力で旋回体７との接触面を押圧すると、旋回体７は図２（ｂ）のように弁体５との接触面が密着するように傾斜する。これにより旋回体の下面と弁座の上面とは完全に密着することができる。

なお、旋回体７の軸が傾くと、必然的に、ニードル弁６と旋回体７の摺動面との隙間も偏心するが、上述のように環状突起部７ｂの軸方向の位置は摺動面と対向する外周に位置させているので、旋回体７の摺動部を中心として傾くことになり、摺動面とニードル弁６との干渉を防ぐことができる。図２（ｂ）では傾きを誇張して表現しているが、実際はごく僅かな傾きなので、上記の構成をとることにより摺動部分にはほとんど影響を及ぼさない。

以上のように、実施の形態１の発明によれば、旋回体のニードル弁との摺動面に対向する外周面に環状突起部を設け、この環状突起部の軸方向断面の外周は、旋回体の中心軸上に中心を持つ円の一部によって構成し、環状突起部を弁本体へ圧入して旋回体を装着するようにしたので、旋回体の外周に対する下面の直角精度や弁座の外周に対する上面の直角精度を高精度に加工しなくても、旋回体下面と弁座上面と密着させることができる。従って、旋回体下面に設けた旋回溝から隙間に燃料が漏れることがなく、噴霧性能や流量性能の安定化を図ることができ、また加工コストも低減できる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による燃料噴射弁の弁装置の先端部分の断面図である。燃料噴射弁全体の構成は実施の形態１の図１と同様なので説明は省略する。図のように、旋回体２０は、中心に設けた貫通孔２０ａの一部にニードル弁６との摺動面を形成している。そして、摺動面に対向する旋回体２０の外周面に環状突起部２０ｂを設けている。この環状突起部２０ｂの軸方向断面の外周は略円弧形とし、その外径寸法は弁本体３の先端部に形成した内径部３ｄに圧入できる寸法、すなわち内径部３ｄに対し圧入代を持つ寸法としている。

組立にあたっては、旋回体２０と弁座５を弁本体３の内径部３ｄに圧入により組み付ける。このとき内径部３ｄと旋回体２０の外径側とは環状突起部２０ｂで接触しながら圧入される。この構成においても、旋回体２０の軸心は弁本体３に圧入された状態で弁本体３の軸心に対し傾きを持つことができるので、旋回体２０の外周に対する下面の直角精度や弁座５の外周に対する上面の直角精度が高精度に加工されていない場合でも、旋回体２０の下面と弁座５の上面とは完全に密着させることができる。
なお、理論上では、傾きを吸収する構成としては実施の形態１の構成の方が望ましいが、傾きの程度がごく小さい場合には、本構成においても十分傾きを吸収することが可能である。

上記では環状突起部の軸方向断面の外周が略円弧形の場合について説明したが、図４に別の形状をした旋回体の例を示す。図のように、旋回体２１の外周面に設けた環状突起部２１ｂの軸方向断面の外周の形状を、略台形としている。この環状突起部２１ｂの外周と弁本体３との接触長さは圧入に支障のない範囲で短くするほうが望ましく、そうすれば、上記円弧形の場合の断面に近い形となり、円弧形の場合と同様の効果を期待でき、かつ、円弧形の場合に比較して環状突起部の加工が容易となる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、旋回体のニードル弁との摺動面に対向する外周面に環状突起部を設け、この環状突起部の軸方向断面の外周は、略円弧形としたので、実施の形態１と同様の効果に加え、実施の形態１の場合と比較して、旋回体の加工が容易となるので、旋回体のコスト低減を図れる効果が期待できる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による燃料噴射弁の弁装置の先端部分の断面図である。燃料噴射弁全体の構成は実施の形態１の図１と同様なので説明は省略する。図５に示すように、旋回体２２のニードル弁６との摺動面に対向する外周面に接するように、弁本体２３の内径部２３ａに内側へ向かって突起する環状突起部２３ｂを設けている。環状突起部２３ｂの軸方向断面の外周は略円弧形としている。この環状突起部２３ｂの内径寸法は、旋回体２２が圧入できるよう、旋回体２２の外径に対し圧入代を持った寸法とする。なお、弁本体２３は環状突起部２３ｂを設けた以外は、実施の形態１の弁本体３と同様な形状である。

組立は、先ず旋回体２２を弁本体２３の環状突起部２３ｂに圧入し、次いで弁座５を弁本体２３の内径部２３ａに圧入する。この構成においても、旋回体２２は弁本体２３へ圧入された状態で弁本体２３に対し傾きを持つことができる。従って、旋回体２２の外周に対する下面の直角精度や弁座５の外周に対する上面の直角精度が高精度に加工されていない場合でも、旋回体２２の下面と弁座５の上面とを完全に密着させることができる。

弁本体に設けた環状突起部の形状の他の例を図６に示す。図のように、弁本体２４の内径部２４ａに設ける環状突起部２４ｂの軸方向断面の外周を、円弧形に近い（すなわち旋回体２２の外周と接する接触長さを圧入に支障のない範囲で短くした）略台形としている。弁本体２４の環状突起部２４ｂ以外の形状は上記の弁本体２３と同じである。略台形にしたことにより、円弧形の場合より環状突起部の加工が容易となる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、旋回体のニードル弁との摺動面に対向する外周面に接するように、弁本体の内径部に環状突起部を設け、環状突起部の軸方向断面の外周を略円弧形として、圧入により組み立てるようにしたので、実施の形態１の効果に加え、旋回体の加工が容易となる。

実施の形態４
図７はこの発明の実施の形態４による燃料噴射弁の弁装置の先端部分の断面図である。燃料噴射弁全体の構成は実施の形態１の図１と同様なので説明は省略する。図のように、旋回体２２と弁座５とを収納するために弁本体２５の一端側に形成した内径部を、旋回体２２及び弁座５との圧入部となる先端側内径部２５ａとこの先端側内径部２５ａより径の大きい上流側内径部２５ｂとの２段形状とし、かつ、先端側内径部２５ａに対する弁座５の圧入代を先端側内径部２５ａに対する旋回体２２の圧入代よりも大きくしている。つまり、弁座５の外径は、旋回体２２の外径より上記圧入代の差分だけ大きくしている。なお、先端側内径部２５ａの軸方向の長さは、圧入後において弁座５及び旋回体２２の下面側の一部が係合する長さとする。

上記構成により、弁本体２５の先端側内径部２５ａに旋回体２２と弁座５とを圧入すると、弁本体２５は弁座５の圧入により、その内径が旋回体２２の圧入部の内径より、圧入代の差分だけ広がってラッパ状となり、図７の円内拡大図に示すように、実質的に圧入部における旋回体２２と弁本体２５との軸方向の接触長さは極めて短くなり線接触に近くなる。これにより、旋回体２２は弁本体２５に対し傾きを持つことができるので、旋回体２２の外周に対する下面の直角精度や弁座５の外周に対する上面の直角精度が高精度に加工されてない場合でも、旋回体２２と弁座５とは完全に密着することができる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、旋回体と弁座とを収納するために弁本体の一端側に形成した内径部を、先端側内径部とこの先端側内径部より径の大きい上流側内径部との２段形状とし、先端側内径部に対する弁座の圧入代を先端側内径部に対する旋回体の圧入代よりも大きくして、圧入により組み立てたので、旋回体の加工工程を増やすことなく、弁本体も比較的簡単な加工を追加するだけで、旋回体の外周に対する下面の直角精度や弁座の外周に対する上面の直角精度を高精度に加工しなくても、旋回体下面と弁座上面とが隙間なく接触して旋回体下面に設けた旋回溝から隙間に燃料が漏れることがなく、噴霧性能や流量性能の安定化を図ることができる。また、実施の形態３に比べて、弁本体の加工が容易となる。

自動車用エンジン等の内燃機関の燃料噴射弁で、燃料流に旋回手段によって旋回エネルギーを与える燃料噴射弁に適用して効果を得られる。

この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の正面断面図である。 図１のＡ部一点鎖線内の詳細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弁装置の先端部分の断面図である。 この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の弁装置の先端部分の他の例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弁装置の先端部分の断面図である。 この発明の実施の形態３による燃料噴射弁の弁装置の先端部分の他の例を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による燃料噴射弁の弁装置の先端部分の断面図である。 従来の燃料噴射弁の弁装置の先端部分の断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
３，２３，２４，２５ 弁本体
３ｄ，２３ａ，２４ａ 内径部
４ 噴射孔
５ 弁座
６ ニードル弁
７，２０，２１，２２ 旋回体
７ａ，２０ａ，２１ａ，２２ａ 貫通孔
７ｂ，２０ｂ，２１ｂ，２３ｂ，２４ｂ 環状突起部
２５ａ 先端側内径部
２５ｂ 上流側内径部。

Claims (4)

1. 中空筒状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、上記弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉するニードル弁と、上記弁座の内側の面に当接して設けられ上記ニードル弁が摺動する貫通孔を有し上記噴射孔に流れ込む燃料に旋回運動を与える旋回体とを備えた燃料噴射弁において、
   上記旋回体の上記ニードル弁との摺動面に対向する外周面に環状突起部を設け、上記環状突起部の軸方向断面の外周を、上記旋回体の中心軸上に中心を持つ円の一部によって構成し、上記環状突起部を弁本体へ圧入して上記旋回体を装着したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 中空筒状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、上記弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉するニードル弁と、上記弁座の内側の面に当接して設けられ上記ニードル弁が摺動する貫通孔を有し上記噴射孔に流れ込む燃料に旋回運動を与える旋回体とを備えた燃料噴射弁において、
   上記旋回体の上記ニードル弁との摺動面に対向する外周面に環状突起部を設け、上記環状突起部の軸方向断面の外周を略円弧形とし、上記環状突起部を弁本体へ圧入して上記旋回体を装着したことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 中空筒状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、上記弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉するニードル弁と、上記弁座の内側の面に当接して設けられ上記ニードル弁が摺動する貫通孔を有し上記噴射孔に流れ込む燃料に旋回運動を与える旋回体とを備えた燃料噴射弁において、
   上記旋回体の上記ニードル弁との摺動面に対向する外周面に接するように、上記弁本体の内径部に環状突起部を設け、上記環状突起部の軸方向断面の外周を略円弧形とし、上記環状突起部に上記旋回体を圧入して装着したことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 中空筒状の弁本体と、この弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座と、上記弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉するニードル弁と、上記弁座の内側の面に当接して設けられ上記ニードル弁が摺動する貫通孔を有し上記噴射孔に流れ込む燃料に旋回運動を与える旋回体とを備えた燃料噴射弁において、
   上記旋回体と上記弁座とを収納するために上記弁本体の上記一端側に形成した内径部を、上記旋回体と上記弁座との圧入部となる先端側内径部とこの先端側内径部より径の大きい上流側内径部との２段形状とし、上記先端側内径部に対する上記弁座の圧入代を上記先端側内径部に対する上記旋回体の圧入代よりも大きくし、上記旋回体と上記弁座とを上記先端側内径部に圧入して装着したことを特徴とする燃料噴射弁。

Images