JP5174644B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は燃料噴射弁に関し、特に燃料の微粒子化を促進できて自動車のエンジンなどの内燃機関用に特に適した燃料噴射弁に関するものである。

内燃機関用の燃料噴射弁においては、噴射燃料粒子径が小さいほど燃料の蒸発が促進されるとともに、エンジン内壁への燃料付着量が減少し、未燃焼の燃料排出量が低減され、燃費が向上し、有害排出ガス量が低減する。

噴射燃料の微粒子化手段としては噴孔下流に設置された燃料衝突部材に燃料を衝突させ、噴霧を拡散させて微粒子化を図るもの、また、衝突後に薄い液膜を形成することにより微粒子化を図るものが提案されている。

例えば、参考文献１に記載の従来技術では、噴孔部下流に断面形状を先端が曲面のくさび形とした燃料衝突部材を備えた燃料噴射弁が提案されている。この従来技術では、噴射燃料を燃料衝突部材に衝突させることで微粒子化された燃料を任意の２つの方向に噴射している。

参考文献２に記載の従来技術では、噴孔部下流に設置された燃料衝突部材の衝突面をＷ型に形成することによって、液膜が厚くなりやすい中央部の燃料を液膜が薄くなりやすい領域に誘導させ、形成される液膜厚さを均一にして微粒化を促進し、さらに噴霧の拡がりを抑制している。

また、参考文献３に記載の従来技術では、噴孔部の下流に噴孔径よりも小さい幅の燃料衝突部材を設け燃料の一部分のみに衝突させることで噴射燃料を適切に液膜化し、噴射燃料の微粒子化を促進させている。

特開平２−２４５４７０号公報 特許３８３８０８９号公報 特開２００８−３１９１４号公報（第１頁）

特許文献１の燃料噴射装置においては、断面がくさび形の燃料衝突部材に噴射燃料を衝突させることより燃料噴霧を任意の２方向に噴射させている。通常、概平面上の衝突部剤に燃料を衝突させた後に形成される液膜は中央付近が厚くなることが知られている。燃料衝突後に形成される液膜厚さに不均一が生じている場合、噴射後に空気との剪断等によりその不均一さはさらに発達し、最終的に形成される粒径は大きくなる。よって、噴霧燃料の微粒子化のためには薄く均一な液膜を形成する必要がある。この従来技術においては燃料衝突部材の軸方向に液膜厚さの不均一を解消する手段を有しておらず、液膜厚さの不均一によって粒子径の微粒子化が阻害されるという課題があった。

また、特許文献２の燃料噴射装置においては、衝突面がＷ型に形成されており、液膜両端部が流れ込む領域が、構造上燃料が溜まりやすい凹形状となっている。液膜両端部は元々液膜厚さが厚く、速度が遅いため微粒子化には不利であることが知られているが、当該従来技術では、凹部の影響で液膜両端部の液膜厚さがさらに厚くなり、結果、噴霧両端部の微粒子化が阻害されるという課題があった。

また、特許文献３の燃料噴射弁においては、噴射燃料の一部のみを燃料衝突部材に衝突させている。燃料の噴射開始直後や雰囲気圧変化時などは、噴射された燃料の挙動が変化するが、その際には燃料衝突部材に衝突する燃料が大きく変化するため、それにより微粒子化を促進するための十分な拡がりをもった燃料液膜を生成することができないという課題があった。

本発明の目的は、噴射燃料の微粒子化を促進する燃料液膜を生成できる燃料噴射弁を得ることである。

本発明に係わる燃料噴射弁は、噴孔に対向して配置されて、噴射された燃料に衝突して燃料液膜を生成する燃料衝突面を備えた燃料噴射弁であって、燃料衝突面が噴孔の軸線に対して傾斜していて、噴射された燃料に衝突する側に凸の曲面であることを特徴とする燃料噴射弁である。

この発明の燃料噴射弁によれば、燃料衝突面が噴孔の軸線に対して傾斜していて、噴射された燃料に衝突する側に凸の曲面であるため、液膜厚さが均一で広がりが安定した燃料液膜を生成できる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による燃料噴射弁の燃料拡散室の動作軸に垂直な断面図である。燃料噴射弁１は、樹脂製ハウジング２の内部に電磁コイル３、固定鉄心４および磁気通路を構成する金属板５が配置され一体成形されている。電磁コイル３は、樹脂製のボビン３ａとその外周に巻線されているコイル３ｂおよび外部との接続のために設けられたターミナル６により構成され、樹脂製ハウジング２に一体成形されている。

固定鉄心４の内部には圧縮バネ７の荷重を調整するアジャスタ８が固定されている。磁気通路を構成する金属板５は、一端が固定鉄心４に溶接で固定され、他端が磁気通路を構成する磁気パイプ９に溶接されている。固定鉄心４と磁気パイプ９との間には、磁気パイプ９の内部に配置された可動鉄心１０が上下に可動なように非磁性パイプ１１が配置され、この非磁性パイプ１１は、固定鉄心４と磁気パイプ９とに固定されている。

可動鉄心１０の一端には、ニードルパイプ１２が溶接固定されている。ニードルパイプ１２の可動鉄心１０側の一端は圧縮ばね７に当接しており、他端は弁部材としてボール１３が溶接固定されている。

図２は図１の円Ａで囲んだ部分の拡大図、図３は、本実施の形態における、図２に示す燃料噴射弁１の先端部分をさらに拡大して噴射された燃料液膜と共に示す概略斜視図である。図２において、ボール１３は、磁気パイプ９の内部に配置されたバルブシート１４にガイドされ、バルブシート１４のシート部１４ａに着座および離座できるように配置されている。ボール１３の外周部は、五角形に加工され、この外周部とバルブシートのガイド部１４ｂおよびシート部１４ａとの隙間でバルブシート開口部１４ｃを形成している。噴孔１８と燃料拡散室１９とが形成された噴孔プレート１７がバルブシート１４に取り付けられている。噴孔１８の軸線Ｂは、燃料噴射弁１の軸線Ｃに対して角度θ１だけ傾斜している。

図２および図３に示す例においては、燃料噴射弁１は、噴孔プレート１７に設けられた噴孔１８に対向して配置されて、図３に示すようなほぼ円筒形に噴射された噴射燃料２０に衝突して、噴射燃料２０の方向を変えるとともに拡散させて、燃料液膜２１を生成する燃料衝突面２２を備えている。燃料衝突面２２は、噴孔プレート１７に取り付けられて噴孔１８よりも大きい直径を持つ円筒形の燃料衝突部材２３上に設けられた円筒面である。

円筒形の燃料衝突部材２３の軸線Ｄは、燃料噴射弁１の軸線Ｃに対して噴孔１８の軸線Ｂよりも大きな角度θ２で傾斜していて、噴孔１８の軸線Ｂと角度θ３をもって交差している。図示の例では、軸線Ｂ、ＣおよびＤが同一の平面内にあり、従って噴射燃料２０はこの平面と燃料衝突部材２３の円筒面とが交差する位置にある稜線Ｅ上で角度θ３をもって燃料衝突部材２３の燃料衝突面２２に衝突する。円筒形の燃料衝突部材２３の先端である燃料の流れの方向で下流側の端面は、軸線Ｄに垂直な平面２５であり、円筒面である燃料衝突面２２との間に水切り作用を持つ縁部２４が形成されている。

燃料衝突面２２は、図示の例では円筒面であるが、そのほかの可展面あるいは線織面（例えば柱面、錘面、接線曲面など）などの凸の曲面でもよく、噴孔１８から円柱状に噴射された噴射燃料２０が角度（例えばθ３）をもって衝突し、偏向されて燃料衝突面２２に沿って流れ、縁部２４で燃料衝突面２２から離れて薄い燃料液膜２１が形成されることが重要である。このように、燃料衝突面２２の曲面は噴孔１８の軸線Ｂに対して傾斜（例えばθ３）していて、噴射燃料２０に衝突する側に凸の曲面であると言える。

噴孔１８からの噴射燃料２０が燃料衝突面２２に衝突する角度、すなわち噴孔１８の軸線Ｂと燃料衝突面２２の稜線Ｅとの間の角度θ３は、衝突後の燃料がそこでは燃料衝突面２２から離れずに流れの方向を変えられて燃料衝突面２２に沿って流れ、水切り作用を持つ縁部２４で燃料衝突面２２から離れるような角度である。そのような角度は、燃料衝突面２２の湾曲の大きさなどの形状および燃料の噴射速度などの様々な条件によっても変えることが望ましい。

次に、本実施の形態における、燃料噴射弁１の動作について説明する。図２において、外部よりターミナル６を介して電磁コイル３に通電すると、固定鉄心４、金属板５、磁気パイプ９および可動鉄心１０で構成される磁気通路に磁束が発生し、可動鉄心１０が固定鉄心４に磁気吸引力により引きつけられ、可動鉄心１０と接合され一体となっているニードルパイプ１２およびこのニードルパイプ１２に溶接固定されているボール１３が動作し、バルブシート１４のシート部１４ａとボール１３の間にバルブシート開口部１４ｃが開口する。燃料は、デリバティブパイプを（図示せず）介して図１の上部より燃料噴射弁１の本体に流れ込みフィルタ１６を通過し、固定鉄心４内に配置されているアジャスタ８および圧縮ばね７、可動鉄心１０、ニードルパイプ１２の内部を通り、更にバルブシートのガイド部１４ｂとボール１３の外周との隙間を通ってバルブシート開口部１４ｃから燃料拡散室１９へ供給され、噴孔プレート１７に形成された噴孔１８より外部に噴射燃料２０として噴射される。

図３において、燃料衝突部材２３は円筒形状であり、噴孔１８の軸線Ｂを横切る方向に端部が突出する位置に配置される。噴孔１８からの噴射燃料２０は燃料衝突部材２３の端部付近で燃料衝突面２２に衝突後、円筒の曲面に沿って流れた後、円筒端部である縁部２４から飛散する。燃料衝突面２２が凸型に湾曲しているため、噴射燃料２０の燃料も中央部に集中して残ることなく、燃料衝突面２２の曲面に沿って横方向にほぼ一様な厚さの液膜となって分散し、燃料衝突面２２から離れた燃料膜は、図３に示すように流れの方向に向かって径が次第に大きくなる半管状あるいは半割した漏斗状の厚さが均一な薄い燃料液膜２１となり、良好な微粒化特性を得ることができる。

また、燃料衝突面２２の幅は噴孔よりも大きく、噴射される燃料の挙動が変化して噴射燃料２０の衝突位置が移動しても、衝突する燃料の割合が大きく変化することはないため、雰囲気圧などの条件によらず微粒化を促進するための十分な拡がりをもった燃料液膜２１を生成することができる。
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係わる燃料噴射弁の燃料衝突部材２３を燃料液膜２１と共に示す概略斜視図である。この燃料衝突部材２３は、先端部が衝突部側を残して斜めに切断された円筒形状である。すなわち、燃料衝突部材２３の先端部が、噴孔１８が設けられた噴孔プレート１７（図２および３参照）の主面にほぼ平行な平面に沿って切断されて形成され、軸線Ｄに対して角度９０°−θ２だけ傾斜した楕円形の端面２６を持っている。その他の構成は先に説明した燃料噴射弁と同様である。

この構成によれば、図１〜３に示す実施の形態１の燃料噴射弁の燃料衝突部材２３に比べて、燃料衝突面２２で偏向されて広げられた液膜が燃料衝突面２２から離れる縁部２４の位置が、液膜の幅方向端部において、より上流側に在る。そのため縁部２４に到達した時の燃料の速度ベクトルはより広い角度を持ち、燃料が広い角度を持って飛散されることとなる。これにより、燃料液膜２１の拡がりが大きく厚さが薄くなり、より良好な微粒化特性が得られる。
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係わる燃料噴射弁の燃料衝突部材２３を燃料液膜２１と共に示す概略斜視図である。この燃料衝突部材２３は、外周面に燃料衝突面２２を持つように湾曲した板状部材である。また、湾曲した板状部材の両側縁部２７の互いの開き角度θ４が、０°以上で１８０°より小さい。図示の例では円形断面の管を軸心に沿ってほぼ２つ割にした樋状の部材である。その他の構成は先に説明した燃料噴射弁と同様である。

この構成においては、燃料衝突部材２３が板状部材であるので、板状部材を曲げるなどして燃料衝突面２２の形状を容易に変更あるいは調整でき、上述の開き角度θ４も容易に設定できる。このため、例えば噴射燃料２０の燃料衝突面２２との衝突位置を燃料衝突部材２３の先端から根本部分に向かって移動させるなどすることにより、燃料衝突面２２上で広げられた燃料の液膜は、燃料衝突部材２３の先端の端面との間に形成された縁部２４から離れるだけでなく、樋状の燃料衝突部材２３の両側縁部２７からも離れるようにして、燃料液膜２１の広がりを大きくすることができる。湾曲した板状部材の両側縁部２７の互いの開き角度θ４を０°以上１８０°未満とすれば、形成される燃料液膜２１も０°以上の開き角を有することになり、下流で燃料液膜２１同士が衝突、結合して微粒子化を阻害することもない。開き角度が１８０°以上になると燃料衝突面２２は凸の曲面ではなくなり、燃料衝突面２２の衝突、偏向、展開作用が損なわれて、厚さの薄い燃料液膜２１の生成ができなくなる。
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４に係わる燃料噴射弁の燃料衝突部材３３を燃料液膜２１と共に示す概略斜視図であり、図７は図６の軸線Ｂおよび燃料衝突面２２の稜線Ｅを含む平面に沿った断面図である。この燃料噴射弁においては、燃料衝突面２２が、噴孔１８が設けられた噴孔プレート１７上に配置された板部材である燃料衝突部材３３に設けられていて、噴孔１８を囲む穴部あるいは開口３４の縁部上に設けられた円筒面である。

開口３４は平面形がほぼＣ字型あるいは丸括弧型であって、燃料衝突部材３３に設けられ、断面形が長さ方向（燃料衝突部材３３の厚さ方向）に同じ傾斜した穴であり、稜線Ｅおよび縁部３５を持つ凸の円筒面である燃料衝突面２２を持っている。開口３４はまた、燃料衝突面２２に対向し、外周縁部３６を持つ凹の円筒面を持っている。燃料衝突面２２の稜線Ｅと噴孔１８の軸線Ｂとは角度θ３で交差している。従って噴孔１８からの噴射燃料２０は、燃料衝突面２２と稜線Ｅ上で衝突し、偏向され、縁部３５で燃料衝突面２２から離れる。その他の構成は先に説明したものと同様である。

この構成によれば、燃料衝突面２２を持つ燃料衝突部材３３は、噴孔プレート１７上に設けられた開口３４を持つ１枚の板部材であるので、製作も組み付けも容易で、生産性を大幅に向上することができる。なお、開口３４の形は燃料衝突面２２が設けられている限り任意であり、例えば開口３４の平面形を変えたり、断面形を長さ方向に変えたりすることもできる。
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５に係る燃料噴射弁の燃料衝突部材３７の概略断面図であり、図９は図８の燃料衝突部材３７の概略斜視図である。この燃料衝突部材３７は、開口３８を持つ一枚の板部材であり、燃料衝突面２２が、開口３８の内周面上に、噴孔１８に対応して設けられている。図示の例では噴孔プレート１７の噴孔１８が４個であり、１つの開口３８の内周面に４つの燃料衝突面２２が形成されていて、各噴孔１８の軸線Ｂと燃料衝突面２２の稜線Ｅとが交差するように配置されている。その他の構成は先に説明したものと同様である。

このような燃料衝突部材３７は、１個の開口３８を持つ１枚の板部材であるので、製作も組み付けも容易で、生産性を大幅に向上することができる。

以上に図示して説明した燃料噴射弁は単なる例であって様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。例えば、燃料衝突面２２は、燃料衝突部材２３、３３あるいは３７に設けられた円筒面であるが、そのほかの可展面あるいは線織面（例えば柱面、錘面、接線曲面など）などの凸の曲面でもよい。また、複数の噴孔１８の間に外周面に燃料衝突面２２を持つ板部材を燃料衝突部材として配置することもできる。

この発明の実施の形態１に係る燃料噴射弁を示す断面図である。 図１の円Ａで囲んだ部分の拡大断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる燃料噴射弁の燃料衝突部材を燃料液膜と共に示す概略斜視図である。 この発明の実施の形態２に係わる燃料噴射弁の燃料衝突部材を燃料液膜と共に示す概略斜視図である。 この発明の実施の形態３に係わる燃料噴射弁の燃料衝突部材を燃料液膜と共に示す概略斜視図である。 この発明の実施の形態４に係わる燃料噴射弁の燃料衝突部材を燃料液膜と共に示す概略斜視図である。 図６の軸線Ｂおよび稜線Ｅを含む平面に沿った断面図である。 この発明の実施の形態５に係る燃料噴射弁の燃料衝突部材の概略断面図である。 図８の燃料衝突部材の概略斜視図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁、１７ 噴孔プレート、１８ 噴孔、２０ 噴射燃料、２１ 燃料液膜、２２ 燃料衝突面、２３、３３、３７ 燃料衝突部材、２４ 縁部、２６ 端面、２７ 両側縁部、３４、３８ 開口、Ｂ 軸線、θ４ 開き角度。

Claims (2)

1. 噴孔に対向して配置されて、噴射された噴射燃料に衝突して燃料液膜を生成する燃料衝突面を備えた燃料噴射弁であって、
   上記燃料衝突面が上記噴孔の軸線に対して傾斜していて、上記噴射燃料に衝突する側に凸の曲面であり、
   上記燃料衝突面が、上記噴射燃料の下流側に水切り縁部を備え、
   上記燃料衝突面が湾曲した板状部材の外周面であり、
   上記燃料衝突面を形成する上記板状部材が、複数の上記噴孔のそれぞれに対応して設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 上記湾曲した板状部材の両側縁部の互いの開き角度が、０°よりも大きく１８０°未満であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。

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