JP4542072B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

この発明は、例えば自動車のエンジンなどに使用される内燃機関の燃料噴射弁に関するものである。

従来の燃料噴射弁では、円柱状の複数の障壁体が燃料キャビティ内に配設されている。そして、燃料が障壁体に衝突することにより起こる渦流の旋回力により、燃料が拡散され微粒化される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−６８７２５号公報

上記のような従来の燃料噴射弁では、燃料が障壁体に衝突することで渦流が生じ、その渦流は噴孔内部において燃料を激しく旋回させるため、噴孔から噴射される燃料は遠心力により効果的に拡散され微粒化される。しかし同時に、燃料は、遠心力により噴孔の周方向へ向けて広く飛散するため、燃料噴霧が大きく拡がり、吸気管やエンジン内壁への燃料付着量が増加し、エンジン始動時などの低温状態では、未燃焼の燃料排出量を十分に低減できない。また、厳しくなる排出ガス規制に対応するためには、より一層の燃料の微粒化が要求される。

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、燃料噴霧の拡がりを抑制しつつ、更なる燃料の微粒化を図ることができる燃料噴射弁を得ることを目的とする。

この発明に係る燃料噴射弁は、燃料通路と、燃料通路の下流端の周囲に設けられた対向面とを有するバルブシート、燃料通路の上流側でバルブシートに離着され燃料通路を開閉するバルブ部材、及び対向面に対向して配置され、かつ対向面に対向する複数の噴孔を有し、対向面との間に燃料キャビティを形成するキャビティ形成部材を備え、燃料キャビティ内の燃料通路と噴孔との間には、燃料通路から噴孔への燃料の直進を阻止するとともに、燃料通路の径方向外側へ向けて燃料キャビティの断面積を減少させて燃料の流速を増大させる複数の流速増大部が、燃料通路の周方向に互いに間隔をおいて設けられている。

この発明の燃料噴射弁は、燃料通路から噴孔への燃料の直進を阻止するとともに、燃料通路の径方向外側へ向けて燃料キャビティの断面積を減少させて燃料の流速を増大させる複数の流速増大部が、燃料キャビティ内の燃料通路と噴孔との間に設けられているので、燃料の流速の差を生じさせることにより燃料に大きな乱れを生じさせ、更なる燃料の微粒化を図ることができるとともに、旋回力の発生を抑え、燃料噴霧の拡がりを抑制することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
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断面図である。図において、磁気パイプ１の上端部には、非磁性パイプ２を介して円筒状の固定鉄心３が固定されている。磁気パイプ１、非磁性パイプ２及び固定鉄心３は、同軸に配置されている。

磁気パイプ１内の下端部には、バルブシート４とキャビティ形成部材としてのプレート５とが固定されている。プレート５には、燃料を噴射する複数の噴孔５ａが設けられている。また、磁気パイプ１内には、バルブ部材としてのボール６と、ボール６に溶接固定されたニードルパイプ７と、ニードルパイプ７の上端部（反ボール６側端部）に溶接固定された可動鉄心８とが挿入されている。

ボール６、ニードルパイプ７及び可動鉄心８は、磁気パイプ１内で摺動可能になっている。これにより、ボール６は、バルブシート４に離着される。また、可動鉄心８の上端面は、固定鉄心３の下端面に接離される。

固定鉄心３内には、ボール６をバルブシート４に押し付ける方向へニードルパイプ７を押圧する圧縮ばね９が挿入されている。また、固定鉄心３内には、圧縮ばね９の荷重を調整するアジャスタ１０が固定されている。さらに、燃料の導入部となる固定鉄心３の上端部には、フィルタ１１が挿入されている。

固定鉄心３の下端部（可動鉄心８側端部）の外周には、電磁コイル１２が固定されている。電磁コイル１２は、樹脂製のボビン１３と、その外周に巻線されているコイル本体１４とを有している。磁気パイプ１と固定鉄心３との間には、磁気通路を構成する２枚の金属板１５が溶接固定されている。

磁気パイプ１、固定鉄心３、電磁コイル１２及び金属板１５は、樹脂製ハウジング１６に一体成形されている。樹脂製ハウジング１６には、コネクタ部１６ａが設けられている。コネクタ部１６ａ内には、コイル本体１４に電気的に接続されたターミナル１７が引き出されている。

図２は図１の燃料噴射弁の先端部分の拡大断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。なお、燃料噴射弁の先端部分の断面は左右対称であるため、図２は中心線から左側の部分のみを示している。バルブシート４には、燃料通路４ａが設けられている。燃料通路４ａの上流端の周縁部には、シート部４ｂが設けられている。また、バルブシート４内には、ボール６の往復動を案内するガイド部４ｃが設けられている。ボール６は、ガイド部４ｃに案内されてシート部４ｂに着座・離座される。これにより、燃料通路４ａの上流端開口が開閉される。ボール６の外周部は、五角形に加工されている。

バルブシート４の燃料通路４ａの下流端の周囲には、プレート５に対向する対向面４ｄが設けられている。対向面４ｄとプレート５との間には、燃料キャビティ１８が形成されている。噴孔５ａは、対向面４ｄに対向している。また、噴孔５ａは、燃料通路４ａの中心を中心とする１つの円周上に周方向に互いに等間隔をおいて配置されている。

燃料キャビティ１８内の燃料通路４ａと噴孔５ａとの間には、衝突した燃料を両側へ回り込ませて燃料通路４ａから噴孔５ａへの燃料の直進を阻止する複数の流速増大部１９が設けられている。流速増大部１９には、燃料通路４ａの径方向外側へ向けて燃料キャビティ１８の断面積を連続的に減少させる傾斜面１９ａが設けられている。傾斜面１９ａにより燃料キャビティ１８の断面積が減少されることによって、流速増大部１９に衝突した燃料の流速は増大される。

流速増大部１９は、燃料通路４ａの中心を中心とする１つの円周上に周方向に互いに等間隔をおいて配置されている。また、流速増大部１９は、燃料通路４ａの中心を中心とする円弧状である。さらに、流速増大部１９は、燃料通路４ａの中心と噴孔５ａの中心とを結ぶ直線を中心として左右対称である。さらにまた、流速増大部１９は、バルブシート４及びプレート５のいずれか一方に一体に形成されている。

次に、燃料噴射弁の動作について説明する。外部からターミナル１７を介して電磁コイル１２に通電すると、固定鉄心３、金属板１５、磁気パイプ１及び可動鉄心８で構成される磁気通路に磁束が発生し、磁気吸引力により可動鉄心８が固定鉄心３に引き付けられる。これにより、ボール６がシート部４ｂから離座し、燃料通路４ａが開放される。

燃料は、デリバティブパイプ（図示せず）を介して図１の上部から燃料噴射弁に導入され、フィルタ１１、アジャスタ１０、圧縮ばね９、ニードルパイプ７、ガイド部４ｃとボール６の外周との間の隙間、及び燃料通路４ａを通り、燃料キャビティ１８に供給される。

燃料キャビティ１８に供給された燃料は、燃料キャビティ１８の中心部から燃料キャビティ１８の径方向外側へ向けて流れ、複数の噴孔５ａへと分配される。このとき、図４に示すように、燃料の一部は、互いに隣接する流速増大部１９の間に形成された主流路２０を流れるが、それ以外の燃料は、流速増大部１９に衝突し、流速増大部１９に沿って流れる。

流速増大部１９に沿って流れる燃料の流速は、流路断面積が燃料キャビティ１８の径方向外側へ向かうほど減少することにより増大される。そして、増速された燃料は、流速増大部１９両側から主流路２０へと流れ込む。このとき、流速増大部１９から主流路２０に流れ込む燃料の流速と、流速増大部１９を経ずに主流路２０に直接流れ込む燃料の流速とには大きな差があるため、燃料の粘性によるせん断力の効果を大きく得ることができ、燃料には大きな乱れが生じる。

また、流速増大部１９により増速された燃料は、主流路２０に勢い良く流れ込むため、図４に示すように、隣接する流速増大部１９から同様に流れ込む燃料と激しく衝突し、衝突乱れを利用した更なる乱れの増幅が可能となる。加えて、この乱れた燃料は、噴孔５ａ上において別の主流路２０から流れて来る同様に乱れた燃料と再度衝突するため、さらに大きな乱れを得ることが可能である。

このように大きく乱れた燃料は、噴孔５ａより噴射された際に、乱れにより液滴分裂が大きく促進されるため、効果的に微粒化される。また、噴孔５ａに流れ込む燃料に旋回力は殆ど発生しないため、噴孔５ａから噴射される燃料が周方向へ大きく飛散することは無く、燃料噴霧の拡がりを抑制することができる。

図５は燃料噴射弁から噴射された燃料液滴の粒径及び燃料噴霧の拡がりを、公知の障壁体を用いた場合と実施の形態１の流速増大部１９を用いた場合とで比較した結果を示す説明図である。図５では、傾斜面１９ａ（スロープ）の無い公知の障壁体を用いた場合を基準として正規化している。この結果、実施の形態１の流速増大部１９を用いた場合、燃料液滴の粒径は０．８に縮小され、燃料噴霧の拡がりは０．８５に抑制された。

また、流速増大部１９は燃料通路４ａの中心と噴孔５ａの中心とを結ぶ直線を中心として左右対称であるため、各噴孔５ａ上において燃料の衝突乱れを効果的に生じさせることができ、更なる燃料の微粒化が可能となる。
さらに、流速増大部１９はバルブシート４及びプレート５のいずれか一方に一体に形成されているので、流速増大部１９をプレス加工や切削などにより容易に形成することが可能となる。

実施の形態２．
次に、図６はこの発明の実施の形態２による燃料噴射弁の燃料キャビティの断面図であり、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面に相当する。実施の形態１では、噴孔５ａと同数の流速増大部１９を配置したが、実施の形態２では、複数（ここでは２つ）の隣り合う噴孔５ａの上流に１つの流速増大部１９が配置されている。即ち、実施の形態１では、噴孔５ａと流速増大部１９とが１：１で対応しているが、実施の形態２では、２：１で対応している。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成によれば、燃料キャビティ１８に配置する流速増大部１９の数を減らして燃料を微粒化することが可能となる。

実施の形態３．
次に、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分の拡大断面図である。実施の形態１では、燃料噴射弁の先端部分（噴孔５ａ側端部）を下としたとき、燃料キャビティ１８の底面が径方向外側へ向けて徐々に高くなる傾斜面１９ａを流速増大部１９に形成したが、実施の形態２では、燃料キャビティ１８の上面が径方向外側へ向けて徐々に低くなる傾斜面１９ａが流速増大部１９に形成されている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成によっても、燃料の流路断面積が燃料キャビティ１８の径方向外側へ向かうほど減少するため、流速増大部１９に沿って流れる燃料の流速が増大され、実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、流速増大部１９は、バルブシート４及びプレート５は別部材で構成し、バルブシート４及びプレート５のいずれか一方に固着してもよい。
また、上記の例では、燃料キャビティ１８の断面積を連続的に減少させる傾斜面１９ａを流速増大部１９に設けたが、燃料キャビティ１８の断面積を段階的に減少させる階段状の段部を流速増大部１９に設けてもよい。
さらに、噴孔５ａ及び流速増大部１９の形状、位置及び個数は上記の例に限定されるものではない。

図１はこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁の断面図である。 図１の燃料噴射弁の先端部分の拡大断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図３の燃料キャビティ内での燃料の流れを示す説明図である。 燃料噴射弁から噴射された燃料液滴の粒径及び燃料噴霧の拡がりを、公知の障壁体を用いた場合と実施の形態１の流速増大部を用いた場合とで比較した結果を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の燃料キャビティの断面図である。 この発明の実施の形態３による燃料噴射弁の先端部分の拡大断面図である。

符号の説明

４ バルブシート、４ａ 燃料通路、４ｄ 対向面、５ プレート（キャビティ形成部材）、５ａ 噴孔、６ ボール（バルブ部材）、１８ 燃料キャビティ、１９ 流速増大部、１９ａ 傾斜面。

Claims (3)

1. 燃料通路と、上記燃料通路の下流端の周囲に設けられた対向面とを有するバルブシート、
   上記燃料通路の上流側で上記バルブシートに離着され上記燃料通路を開閉するバルブ部材、及び
   上記対向面に対向して配置され、かつ上記燃料通路の径方向外側で上記対向面に対向する複数の噴孔を有し、上記対向面との間に燃料キャビティを形成するキャビティ形成部材
   を備え、
   上記燃料キャビティ内の上記燃料通路と上記噴孔との間には、上記燃料通路から上記噴孔への燃料の直進を阻止するとともに、上記燃料キャビティ内を上記燃料通路から径方向外側へ向かう燃料の流れに垂直な上記燃料キャビティの断面積を上記燃料通路の径方向外側へ向けて減少させて燃料の流速を増大させる複数の流速増大部が、上記燃料通路の周方向に互いに間隔をおいて設けられており、
   上記流速増大部には、上記燃料通路の径方向外側へ向けて上記燃料キャビティの断面積を連続的に減少させる傾斜面が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 上記流速増大部は、上記燃料通路の中心と上記噴孔の中心とを結ぶ直線を中心として左右対称であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 上記流速増大部は、上記バルブシート及び上記キャビティ形成部材のいずれか一方に一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射弁。

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