JP4505824B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、噴孔プレートに設けた噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

燃料を噴射する噴孔が形成された噴孔部分の燃料が、高温またはエンジン停止による放置により固化してデポジットが堆積すると、燃料の噴射方向または噴霧形状等が変化するという問題が発生する。そこで、噴孔部分にデポジットが堆積することを防止するために、噴孔部分の燃料を排除する種々の試みがなされている。

例えば、特許文献１では噴孔部分の外周側に凹部を設け、特許文献２では噴孔部分を噴射側に突出させ噴孔部分の外周側を後退させて空間を形成している。そして、この空間に噴孔部分の燃料を案内し、噴孔部分にデポジットが堆積することを防止しようとしている。
また、特許文献３では、噴孔が形成されている凹み部分の体積を小さくすることにより、凹み部分に溜まる燃料量を低減し、噴孔部分に堆積するデポジット量を最少減に抑えようとしている。

また特許文献４では、噴孔部分の周囲をヒートプレートで覆い、噴孔部分の周囲が燃焼室の火炎に直接晒されることを防止するとともに、ヒートプレートと噴孔側との間に全周に設けた空隙を熱絶縁体として作用させることにより、噴孔部分の温度が上昇して燃料がデポジットになることを防止しようとしている。
また、特許文献５では、噴孔周囲の燃料を逃がし溝に沿って外周側に導くことにより、噴孔にデポジットが堆積することを防止しようとしている。

特開２００２−２０６４６９号公報 特開平０９−２３６０６２号公報 特開２００４−２７８５７号公報 特開２００３−２６２１７０号公報 特開２００２−４８０３４号公報

しかしながら、特許文献１、２においては、噴孔部分の燃料を案内する空間は単に噴孔部分の外周側の面上に形成されているので、その案内力は小さい。したがって、噴孔部分から充分に燃料を排除することはできない。
また、特許文献３では、噴孔が形成されている凹み部分に溜まる燃料量が低減するだけであるから、噴孔部分から燃料が排除されるわけではない。

また、特許文献４においては、ヒートプレートと噴孔側との間に空隙が全周にわたって形成されているので、噴孔部分から空隙に案内された燃料は噴孔側およびヒートプレートの上下の面としか接触せず、空隙側に燃料を案内する力が小さい。したがって、噴孔部分から充分に燃料を排除することはできない。
このように特許文献１から４では、噴孔部分に燃料が残留し、残留燃料が徐々にデポジットとなり堆積していく恐れがある。

また、特許文献５では、噴孔部分の燃料を重力によって逃がし溝に沿って外周側に案内するので、燃料噴射弁の傾き、および逃がし溝の回転方向位置を最適にする必要がある。したがって、燃料噴射弁の組み付け作業が繁雑になるという問題がある。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、噴孔部分に溜まる燃料を極力排除し、噴孔部分に発生するデポジットを低減する組み付け容易な燃料噴射弁を提供することを目的とする。

請求項１から４記載の発明によると、カップ状の噴孔プレートの噴射側端面とカップ状のスリーブとの当接箇所において、スリーブに設けた開口から径方向外側に延びる溝が設けられている。この溝は、スリーブの開口からスリーブの内周側面まで延び、噴孔プレートの外周側面とスリーブの内周側面との間に形成された隙間に連通する。この構成によれば、噴孔部分から溝に案内された燃料は溝の全周の内周面と接触するので、燃料の接触する面積が増加する。その結果、噴孔部分から噴孔プレートの噴射側端面とスリーブとの当接箇所に形成された溝内に燃料を吸引する表面張力が増加する。したがって、燃料噴射弁の傾きおよび回転方向の位置に関わらず、噴孔部分に溜まる燃料を極力排除し、噴孔部分に堆積するデポジットを低減できる。

請求項２記載の発明によると、薄い板状の噴孔プレートよりもスリーブに溝を設けることにより、溝を設けた箇所の強度が高くなるとともに、溝の製造が容易である。
請求項３記載の発明によると、当接箇所の周方向に複数設けられた溝の幅が溝と溝との間の幅よりも大きいので、各溝が燃料と接触する面積が大きくなり、燃料の吸引力が増加する。また、溝の容積が大きくなるので、溝内に吸引できる燃料量が多くなる。
請求項４記載の発明によると、当接箇所の周方向に等間隔に溝が設けられているので、噴孔プレートおよびスリーブの回転方向の組付け位置に関わらず、噴孔部分の燃料を均等に排除できる。

以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図２に示す。本実施形態の燃料噴射弁１０は、吸気通路を流れる吸気に燃料を噴射するポート噴射式のガソリンエンジン用の燃料噴射弁である。筒状部材１２は磁性部材および非磁性部材からなる円筒状に形成されている。筒状部材１２には、燃料フィルタ１９、弁ボディ２０、弁部材４０、可動コア４２、固定コア４４、アジャスティングパイプ４６、および付勢部材としてのスプリング４８等が収容されている。

筒状部材１２は、図２において下方の弁ボディ２０側から第１磁性部材１４、磁気抵抗部材としての非磁性部材１６、第２磁性部材１８をこの順で有している。筒状部材１２は、コイル５４の内周側に設置され可動コア４２および固定コア４４の外周を覆っている。第１磁性部材１４は、可動コア４２の外周に設置され可動コア４２の外周を覆っている。第１磁性部材１４と非磁性部材１６、ならびに非磁性部材１６と第２磁性部材１８とはレーザ溶接等により結合している。非磁性部材１６は第１磁性部材１４と第２磁性部材１８との間で磁束が短絡することを防ぐ。筒状部材１２の燃料入口側に燃料フィルタ１９が収容されている。

弁ボディ２０は第１磁性部材１４の噴孔側先端の内部に溶接により固定されている。弁ボディ２０は弁部材４０が着座可能な弁座２１を内周壁に有している。カップ状の噴孔プレート２２は弁ボディ２０の噴射側の底部外壁に溶接により固定されている。噴孔プレート２２は薄板状に形成されており、中央部に複数の噴孔２３（図１参照）が形成されている。

図１に示すように、スリーブ３０は樹脂でカップ状に形成されており、噴孔プレート２２の噴射側端面２４と当接し、噴孔プレート２２を覆っている。スリーブ３０には、噴孔２３が形成されている噴孔部分の外周を囲むように開口が３２が形成されている。燃料噴射弁１０は、噴孔２３から開口３２を通り吸気管内に燃料を噴射する。

スリーブ３０が噴孔プレート２２の噴射側端面２４と当接する当接箇所には、噴孔プレート２２の噴射側端面２４と当接する当接面３６と溝３８とが、開口３２の開口端３３から径方向外側のスリーブ３０の内周側面３４まで延びて周方向に交互に放射状に形成されている。溝３８の周方向の幅は当接面３６の周方向の幅よりも広い。溝３８は周方向に等間隔に形成されており、噴孔プレート２２の噴射側端面２４との間に空間２００を形成している。

図２に示すように、弁部材４０は有底円筒状の中空であり、弁部材４０の底側に当接部４１が形成されている。当接部４１は弁ボディ２０に形成されている弁座２１に着座可能である。当接部４１が弁座２１に着座すると、噴孔２３が閉塞され燃料噴射が遮断される。当接部４１の上流側に弁部材４０の側壁を貫通する燃料孔４０ａが複数形成されている。弁部材４０内に流入した燃料は、燃料孔４０ａを内から外に通過し、当接部４１と弁座２１とが形成する弁部に向かう。

可動コア４２は弁部材４０の弁ボディ２０と反対側に溶接等により固定されている。スプリング４８は、弁部材４０が弁座２１に着座する方向に可動コア４２および弁部材４０を付勢している。
固定コア４４は円筒状に形成されており、筒状部材１２内に収容されている。固定コア４４は可動コア４２に対し弁ボディ２０と反対側に設置され可動コア４２と向き合っている。アジャスティングパイプ４６は固定コア４４内に圧入され、スプリング４８の一端を係止している。アジャスティングパイプ４６の圧入量を調整することによりスプリング４８の付勢力を調整する。

磁性部材５０、５２は互いに磁気的に接続してコイル５４の外周側に設置されている。磁性部材５０は第１磁性部材１４と磁気的に接続し、磁性部材５２は第２磁性部材１８と磁気的に接続している。固定コア４４、可動コア４２、第１磁性部材１４、磁性部材５０、５２および第２磁性部材１８は磁気回路を構成している。

コイル５４を巻回しているスプール５６は筒状部材１２の外周に取付けられている。樹脂ハウジング６０は筒状部材１２およびコイル５４の外周を覆っている。ターミナル６２はコイル５４と電気的に接続しており、コイル５４に駆動電流を供給する。
図２において燃料フィルタ１９を通り筒状部材１２内に流入した燃料は、固定コア４４内の燃料通路、可動コア４２内の燃料通路、弁部材４０内の燃料通路、燃料孔４０ａ、当接部４１が弁座２１から離座したときに当接部４１と弁座２１との間に形成される開口を通り、噴孔２３から噴射される。

以上のように構成した燃料噴射弁１０において、コイル５４への通電がオフされると、スプリング４８の付勢力によって弁部材４０が図２の下方、つまり閉弁方向に移動して弁部材４０の当接部４１が弁座２１に着座し、噴孔２３が閉塞され燃料噴射が遮断される。
コイル５４への通電をオンすると、固定コア４４、可動コア４２、第１磁性部材１４、磁性部材５０、５２および第２磁性部材１８からなる磁気回路を磁束が流れ、固定コア４４と可動コア４２との間に磁気吸引力が発生する。すると、可動コア４２とともに弁部材４０はスプリング４８の付勢力に抗して固定コア４４側に移動し、当接部４１が弁座２１から離座する。これにより、燃料が噴孔２３から噴射される。弁部材４０の最大リフト量は、可動コア４２が固定コア４４に係止されることにより規定される。

ここで、燃料噴射中において、噴孔２３およびその近傍は噴射される燃料流れによって負圧状態になるので、噴孔プレート２２の噴孔２３およびその近傍の噴射側端面２４に付着した燃料は燃料噴霧に引き寄せられて吸気管内に噴射される。
次に、エンジン停止により燃料噴射弁１０からの燃料噴射が停止すると、噴孔２３およびその近傍の噴射側端面２４に付着している燃料は、溝３８内の全周の内周面と接触する表面張力により空間２００に吸引され、噴孔２３およびその近傍から排除される。したがって、エンジン停止中に噴孔２３およびその近傍に燃料が溜まらないので、噴孔２３およびその近傍に生成されるデポジットを極力低減できる。

このとき、溝３８の周方向の幅が溝３８と溝３８との間の当接面３６の周方向の幅よりも大きいので、溝３８の全内周面の表面積が大きくなる。したがって、表面張力により空間２００に燃料を吸引する吸引力が大きくなっている。また、空間２００の容積が大きくなるので、空間２００に吸引できる燃料量が多くなる。また、溝３８が周方向に等間隔に形成されているので、噴孔部分の燃料を周方向に均等に空間２００に吸引できる。また、表面張力により噴孔部分の燃料を空間２００に吸引するので、燃料噴射弁１０の傾き、およびスリーブ３０の回転方向位置に関わらず空間２００に燃料を吸引できる。したがって、燃料噴射弁１０の組み付けが容易である。
エンジンが再始動するときには、蒸発せずに空間２００に溜められた燃料は噴孔２３付近の負圧に吸引されて燃料噴霧とともに噴射される。

（第２、第３、第４実施形態）
本発明の第２実施形態を図３に、第３実施形態を図４に、第４実施形態を図５に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図３に示す第２実施形態のスリーブ７０では、当接面７２および溝７４が周方向に等間隔に３個設けられている。当接面７２の周方向の幅は溝７４の周方向の幅よりも大きくなっている。このように、少なくとも３個の当接面７２および溝７４を周方向に設けることにより、スリーブ７０と噴孔プレート２２との当接箇所のがたつきを防止できる。
図４に示す第３実施形態のスリーブ８０は、第１実施形態よりも多いそれぞれ２０個の当接面８２および溝８４が周方向に設けられている。

図５に示す第４実施形態のスリーブ９０では、当接面９２が形成されている部分が溝９４よりも開口３２側に突出している。この構成によれば、噴孔プレート２２の噴射側端面２４とスリーブ９０との間で燃料に接触する表面積が増加するので、噴孔２３およびその近傍から空間２００に燃料を吸引する表面張力が増加し、燃料を吸引しやすくなる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図７に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図７に示す第５実施形態のスリーブ１１０では、溝１１２は開口３２から径方向外側に延び、スリーブ１１０を径方向に貫通して貫通孔２０２を形成している。その結果、燃料噴射中において、噴射される燃料流れによって噴孔２３およびその近傍が負圧状態になると、貫通孔２０２から空間２００を通り開口３２側に空気が抜けるので、スリーブ１１０の外周面のＲ部分２０４の貫通孔２０２近傍に付着した燃料が開口３２側の負圧に吸引され、燃料噴霧とともに噴射される。その結果、燃料噴射中にスリーブ１１０の外周面のＲ部分２０４の貫通孔２０２近傍に付着した燃料がスリーブ１１０から液滴となって落下することを防止できる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図８に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
上記第１実施形態〜第５実施形態ではスリーブ側に溝を形成したが、第６実施形態では、噴孔プレート１２０に溝１２４が形成されている。具体的には、噴孔プレート１２０は、噴射側に突出する突部１２２を周方向に等間隔に設けており、周方向に隣接する突部１２２の間に溝１２４が形成されている。スリーブ１３０の底部内壁面は平面であり、この底部内壁面と突部１２２の噴射側端面とが当接している。

（他の実施形態）
噴孔プレートの噴射側端面とスリーブとの当接箇所に設けられる溝の数、深さ、周方向の幅等、あるいはスリーブの開口の周縁部に形成する櫛歯の数、高さ、周方向の幅等は、上記実施形態で説明したものに限らず、噴孔部分に溜まる燃料量および燃料の表面張力に応じて適切に設定すればよい。
上記複数の実施形態では、スリーブを樹脂で形成したが、樹脂以外の材質でスリーブを形成してもよい。

また上記複数の実施形態では、吸気通路を流れる吸気に燃料を噴射するポート噴射式のガソリンエンジンに適用した燃料噴射弁について説明したが、本発明の燃料噴射弁を直噴式のガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンに適用してもよい。
このように、本発明は、上記複数の実施形態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実施形態に適用可能である。

（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線断面位置における本発明の第１実施形態の噴孔プレートおよびスリーブを示す断面図であり、（Ｂ）はスリーブの底部内側を示す図である。 第１実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。 （Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線断面位置における本発明の第２実施形態の噴孔プレートおよびスリーブを示す断面図であり、（Ｂ）はスリーブの底部内側を示す図である。 （Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線断面位置における本発明の第３実施形態の噴孔プレートおよびスリーブを示す断面図であり、（Ｂ）はスリーブの底部内側を示す図である。 （Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線断面位置における本発明の第４実施形態の噴孔プレートおよびスリーブを示す断面図であり、（Ｂ）はスリーブの底部内側を示す図である。 （Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線断面位置における本発明の第５実施形態の噴孔プレートおよびスリーブを示す断面図であり、（Ｂ）はスリーブの底部内側を示す図である。 （Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線断面位置における本発明の第６実施形態の噴孔プレートおよびスリーブを示す断面図であり、（Ｂ）は噴孔プレートの底部外側を示す図である。

符号の説明

１０ 燃料噴射弁、２０ 弁ボディ、２１ 弁座、２２ 噴孔プレート、２３ 噴孔、２４ 噴射側端面、３０、７０、８０、９０、１００、１１０、１３０、１４０ スリーブ、３２ 開口、３８、７４、８４、９４、１０６、１１２ 溝、４０ 弁部材、１２０ 噴孔プレート、１２４ 溝、１４２ 周縁部、１４４ 櫛歯、１４５ クリアランス、２００ 空間

Claims (4)

1. 弁座を有する弁ボディと、
   カップ状に形成され、前記弁ボディの噴射側に設置され、燃料を噴射する噴孔を有する噴孔プレートと、
   前記弁座に着座および前記弁座から離座することにより前記噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材と、
   カップ状に形成され、前記噴孔プレートの前記弁ボディと反対側の噴射側端面に当接して前記噴孔プレートを覆い、開口を有するスリーブと、
   を備え、前記噴孔から前記開口を介して外部に燃料を噴射する燃料噴射弁において、
   前記噴孔プレートの前記噴射側端面と前記スリーブとの当接箇所において、前記開口から径方向外側に延びる溝が設けられ、
   前記溝は、前記開口から前記スリーブの内周側面まで延び、前記噴孔プレートの外周側面と前記スリーブの前記内周側面との間に形成された隙間に連通することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記スリーブに前記溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記溝は前記当接箇所の周方向に複数設けられ、前記溝の幅は前記溝と前記溝との間の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。
4. 前記溝は前記当接箇所の周方向に等間隔に設けられていることを特徴とする請求項３記載の燃料噴射弁。

Images