JP4985661B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
弁ボディは、噴孔の中心軸として噴孔が貫通する向きを示す軸を含む仮想平面において、燃料下流側に向けて縮径する内周面のうち、弁座部を形成する内周面部分から内周面部分の縮径方向に延長する仮想延長線が、噴孔の入口部に位置するとともに、噴孔の噴孔内周面に交差し、
弁部材の先端部は、シート部の下端から環状内側に延びる傾斜面を有し、傾斜面は、噴孔の中心軸が先端部に交差する位置より内側に延びていることを特徴とする。
また、上記速度勾配を有効に高める方法として、上記構成に加えて、請求項1に記載の発明の如き、噴孔が凹部に複数形成されるとともに、当該複数の噴孔の入口部が一重環状に配置され、弁座部に着座するシート部のシート径をDsとし、かつ、噴孔の入口部間のピッチをDpとすると、1.5≦Ds/Dp≦3(Ds/Dp=1.5を除く)を満たすようにする構成としてもよいし、また請求項2に記載の発明の如き、複数の噴孔の入口部が弁ボディの中心軸を中心とした同一の仮想円上に配置され、弁座部に着座するシート部のシート径をDsとし、かつ、仮想円の径をDpとすると、1.5≦Ds/Dp≦3(Ds/Dp=1.5を除く)を満たすようにする構成としてもよい。
図1〜図3、及び図6は、本実施形態による燃料噴射弁10を示している。図2及び図3は燃料噴射弁10による特徴部分を示しており、また図6は本実施形態による燃料噴射弁10を搭載した燃料噴射装置の全体構成を模式的に示すものである。
図1に示すように、燃料噴射弁10のハウジング11は筒状に形成されている。ハウジング11は、第一磁性部12、非磁性部13及び第二磁性部14を有している。非磁性部13は、第一磁性部12と第二磁性部14との磁気的な短絡を防止する。第一磁性部12、非磁性部13及び第二磁性部14は、例えばレーザ溶接などにより一体に接続されている。
を形成する弁ボディを構成している。その収客室には、「弁部材」としてのニードル30が収容される。ニードル30は、ハウジング11、ノズルホルダ20及びノズルボディ21の内周側に軸方向へ往復移動可能に収容されている。
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、以下の知見に基づいて、気筒内64の壁面65、67に燃料噴射弁10からの燃料噴霧の燃料が付着するのを防止する低貫徹力と、高微粒化を両立するという課題を達成する特徴的構成を見出したのである。
図5(a)及び図5(b)は、燃料噴射弁10から噴射する燃料噴霧において時系列的に成長する噴霧長(ペネトレーションともいう)L、及び当該噴霧の先端部における噴射速度Vの変化を時系列的に示している。なお、図5(a)中の噴霧長L1は噴射終了時(図中の時間T1)における噴霧長であり、気筒内64の壁面65、67から間隔(図6参照)を置いて設定されるものである。図5(a)及び図5(b)において、実線で示される時系列的特性(以下、本発明での噴射燃料特性という)が本発明の実施形態を例示するものであり、破線で示される時系列的特性(以下、従来技術での噴射燃料特性という)が従来技術を適用した比較例を例示したものである。
燃料通路26は、弁ボディ11、20、21の内周面と、ニードル30の外周面との間に形成され、燃料が流通する通路をいうが、以下の図2及び図3を参照した説明では、単に燃料通路26と記載する場合は、ノズルボディ21の内周面21bとニードル30の外周面30aとの間に形成された通路を意味する。
噴孔入口直上隙間Aの大きさによっては、噴孔25の入口部25bへ流体力学的な最短距離となる方向に、主流の流れ方向が変化する懸念がある。主流の流れ方向が変化することで、噴孔25の噴孔内周面25cへの主流の押し当て度合いが変化してしまう懸念がある。すると、噴孔25の中心軸J2方向に垂直な断面において箇所の違いにより燃料流速に速度差が生じるものの、噴孔25の出口部25aでの速度勾配が有効に高められないという懸念があるのである。
さて、上記主流を含む燃料流れが燃料室70に流入すると、主流以外の流れは、燃料室70を形成する先端部34及び凹部27の外周面30a、内周面21bの部分に沿って拡散され、主流から分離されるおそれがある。
また、発明者は、上記条件(1)及び(2)による速度勾配を有効に高める方法以外に、
シート部33のシート径Dsと仮想円(ピッチ円)径Dpの比(Ds/Dp)に着目した特徴的構成による方法によっても、有効に高められた速度勾配を形成できることを見出したのである。
一方、図11に示すように、Ds/Dp=3の場合には、内壁面22の先端から噴孔25の入口部25bまでの径方向距離が比較的離れているため、噴孔入口部25bへ向かう主流方向Y30は上記主流方向Y10に対し流れ方向がほとんど変化しないまま、入口部25b側の噴孔内周面25cに主流方向Y30が押し当てられることになる。したがって、Ds/Dp=3の場合、つまりDs/Dpを大きい値に設定する場合においては、出口部25aに至るまでの間に、図11(a)及び(b)の如く出口部25aでの速度勾配を十分大きく、即ち有効に高められた速度勾配が形成できるのである。
さて、上記噴孔入口部25bに向かう主流が入口部25b側の内周面に押し当てれば、出口部25aに向かって速度勾配が高められるはずである。しかしながら、主流が噴孔内周面25cに押し当てられた後、主流以外の流れも噴孔内周面25cによって整流されることになる。そのため、噴孔25の「噴孔長」の大きさによっては、有効に高められた速度勾配の大きさが著しく低下してしまうおそれがあると発明者は考えている。
(燃料噴射弁10の別の特徴的構成)
ここで、上述した円錐状を呈する内壁面22は、請求範囲に記載の弁座部を形成する内周面部分に相当する。従って、内壁面22の縮径方向は、上記で説明した「弁座部23の縮径方向」に対応する。
第2実施形態を図15に示す。第2実施形態は第1実施形態の変形例である。図15は、燃料噴射弁の一部を示し、噴孔及び噴孔の燃料上流の燃料室の周りを示している。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
11 ハウジング(弁ボディ)
20 ノズルホルダ(弁ボディ)
21 ノズルボディ(弁ボディ)
21a 板状部分
21b 内周面
22 内壁面(縮径する内周面の一部)
23 弁座部
25 噴孔
25a 出口部
25b 入口部
25c 噴孔内周面
26 燃料通路
26a 第1燃料通路
26b 第2燃料通路
27 凹部
30 ニードル(弁部材)
33 シート部
33a シート面
34 先端部
35 傾斜面(第1端面、円錐台の一部)
36 対向端面(第2端面、円錐台の一部)
70 燃料室
A 噴孔入口直上隙間(噴孔の入口部から先端部までの軸方向距離)
B 噴孔内側部位直上隙間(噴孔入口部より内周側の内側部位から先端部までの軸方向距離)
Dp 仮想円の直径
K 仮想円
d 噴孔の直径
Ds シート部のシート径
t ノズルボディの板状部分の厚さ寸法(噴孔が形成される領域部分の厚さ)
αh 噴孔の傾き(目標噴射角)
αs 実際に噴射された燃料の噴霧角(噴射角)
αs/αh 噴射角収縮率
J1 ノズルボディの中心軸
J2 噴孔の中心軸
J3 噴霧(噴射燃料)の噴射主流方向
θ シート面と傾斜面のなす角度
ms 仮想延長線
mc 交点
Claims (12)
- 燃料通路を形成するとともに燃料下流側に向けて縮径する内周面を有する弁ボディであって、前記内周面に形成された弁座部と、前記弁座部の燃料下流側に設けられた凹部と、前記凹部に形成された噴孔とを有する弁ボディと、
前記弁ボディの内部に軸方向に移動可能に配置され、前記内周面と共に前記燃料通路を形成する外周面を有する弁部材であって、前記外周面に形成され、前記弁座部に着座及び離座するシート部と、前記シート部の燃料下流側かつ、前記凹部に対向して配置される先端部とを有する弁部材と、
を備え、
前記弁座部から前記シート部が離座することにより、前記凹部と前記先端部とで形成される燃料室へ流出する燃料を、前記噴孔からエンジンの燃焼室へ直接噴射する燃料噴射弁において、
前記弁ボディは、前記噴孔の中心軸として前記噴孔が貫通する向きを示す軸を含む仮想平面において、前記燃料下流側に向けて縮径する内周面のうち、前記弁座部を形成する内周面部分から前記内周面部分の縮径方向に延長する仮想延長線が、前記噴孔の入口部に位置するとともに、前記噴孔の噴孔内周面に交差し、
前記弁部材の前記先端部は、前記シート部の下端から環状内側に延びる傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記噴孔の前記中心軸が前記先端部に交差する位置より内側に延びており、
前記噴孔は、前記凹部に複数形成されるとともに、当該複数の噴孔の前記入口部が一重環状に配置され、
前記弁座部に着座する前記シート部のシート径をDsとし、
かつ、前記噴孔の前記入口部間のピッチをDpとすると、
1.5≦Ds/Dp≦3(Ds/Dp=1.5を除く)を満たすことを特徴とする燃料噴射弁。 - 燃料通路を形成するとともに燃料下流側に向けて縮径する内周面を有する弁ボディであって、前記内周面に形成された弁座部と、前記弁座部の燃料下流側に設けられた凹部と、前記凹部に形成された噴孔とを有する弁ボディと、
前記弁ボディの内部に軸方向に移動可能に配置され、前記内周面と共に前記燃料通路を形成する外周面を有する弁部材であって、前記外周面に形成され、前記弁座部に着座及び離座するシート部と、前記シート部の燃料下流側かつ、前記凹部に対向して配置される先端部とを有する弁部材と、
を備え、
前記弁座部から前記シート部が離座することにより、前記凹部と前記先端部とで形成される燃料室へ流出する燃料を、前記噴孔からエンジンの燃焼室へ直接噴射する燃料噴射弁において、
前記弁ボディは、前記噴孔の中心軸として前記噴孔が貫通する向きを示す軸を含む仮想平面において、前記燃料下流側に向けて縮径する内周面のうち、前記弁座部を形成する内周面部分から前記内周面部分の縮径方向に延長する仮想延長線が、前記噴孔の入口部に位置するとともに、前記噴孔の噴孔内周面に交差し、
前記弁部材の前記先端部は、前記シート部の下端から環状内側に延びる傾斜面を有し、前記傾斜面は、前記噴孔の前記中心軸が前記先端部に交差する位置より内側に延びており、
前記噴孔は、前記凹部に複数形成されるとともに、当該複数の噴孔の前記入口部が前記弁ボディの中心軸を中心とした同一の仮想円上に配置され、
前記弁座部に着座する前記シート部のシート径をDsとし、
かつ、前記仮想円の径をDpとすると、
1.5≦Ds/Dp≦3(Ds/Dp=1.5を除く)を満たすことを特徴とする燃料噴射弁。 - 前記先端部の前記傾斜面は、前記噴孔の前記入口部の位置より内側に延びていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料噴射弁。
- 前記先端部の前記傾斜面は、円錐台で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記シート部は、前記弁座部の前記内周面部分に対向して配置されるシート面を有し、
前記傾斜面は、前記内周面部分から遠ざかる方向に向かって、前記シート部に傾斜して配置され、
前記シート面に対し前記傾斜面がなす角度をθとすると、
18°≦θ≦27°を満たすことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。 - 前記弁座部に着座する前記シート部のシート径をDs、
前記シート部が前記弁座部から離座したときの前記噴孔の前記入口部から、前記入口部に対向する前記先端部までの軸方向距離をA、
及び前記シート部が前記弁座部から離座したときの前記凹部のうち、前記噴孔の前記入口部より内周側に位置する内側部位から、前記内側部位に対向する前記先端部までの軸方向距離をBとすると、
前記燃料室は、
0.048≦A/Ds≦0.18
かつ、B/Ds≦0.18を満たすことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。 - 前記燃料室は、B<Aを満たすことを特徴とする請求項6に記載の燃料噴射弁。
- 前記凹部の前記内側部位には、前記先端部に向けて軸方向に延びる段差部が形成され、
かつ、前記燃料室は、B<Aを満たすことを特徴とする請求項6または請求項7に記載の燃料噴射弁。 - 前記凹部のうち前記噴孔が形成されている領域部分の厚さ寸法をt、及び前記噴孔の径をdとすると、
1.25≦t/d≦3を満たすことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。 - 前記噴孔の前記中心軸は、前記噴孔の出口部が前記入口部よりも前記弁ボディの中心軸から離れる側に位置するように傾斜していることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記噴孔の前記入口部は、
前記噴孔内周面と、前記内周面のうち、前記凹部に形成される凹内周面部分とが交差する角部が形成され、
前記角部のうち、前記弁座部に近い側の角部部分は、前記凹内周面部分と前記噴孔内周面とが滑らかに連続する曲面を有していることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。 - 前記凹部は、前記噴孔が形成される領域部分のうち、前記噴孔の前記入口部側の端面が平面、かつ前記噴孔の出口部側の端面が球面であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
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