JP5277056B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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本発明は、燃料噴射弁に関し、特に、強度設計が容易で噴霧の微粒化を達成することのできる燃料噴射弁に関する。
例えば特許文献１，２には、燃料噴射ノズルの噴出口に段付きのディフューザを設けた構造が開示されている。また、段付ディフューザを設けることにより、部分負荷運転という条件下で良好な混合気が形成できること、および噴出孔基部の摩擦に関与する長さが短くなり、燃料または燃料混合気の取り入れ及び微粒子化のために多くのエネルギーが利用可能になることが示されている。
特開２０００−７３９１７号公報 特開平８−６１１８８号公報
特許文献１には、噴口に段付きのディフューザ（噴口）を設けた燃料噴射弁が開示されており、この構成によれば噴口長さを短縮できることから、圧力損失を低減でき、噴霧の微粒化を促進することができることが示されている。また、特許文献２には、噴口に段付きのディフューザを設けることにより、噴口ごとの貫徹力をほぼ同じにすることができることが示されている。
しかしながら、噴口部の弁座中心軸に対する傾き角度が小さい場合においては、噴口の長さを短くすると、ディフューザの径の大きさによっては、弁座面とディフューザ間の肉厚が減少し、強度的に設計が困難となる場合が生じる。
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、弁座面とディフューザ間の肉厚を確保して十分な強度を得るとともに噴霧の微粒化を達成することのできる燃料噴射弁を提供するものである。
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
弁座と、該弁座に接触または離間して、供給された燃料の噴射または噴射停止を行う弁体を備え、前記弁座は、弁体が接触する側の面の下流側に連通する第１段目噴口、該第１段目噴口に連通する第２段目噴口、第２段目噴口に連通する第３段目噴口を具備した噴口列を弁軸の周囲に複数備え、前記弁体を弁座に接触または離間して、供給された燃料の前記複数の噴口列からの噴射または噴射停止を行う燃料噴射弁であって、前記第２段目噴口の第１段目噴口出口に接する面の径は前記第１段目噴口出口の径よりも大であり、前記第３段目噴口の第２段目噴口出口に接する面の径は前記第２段目噴口出口の径よりも大であり、前記第２段目噴口の径は、入り口側から出口側に向かって徐々に拡大して形成し、弁座の弁座面と噴口間における肉厚を確保することを特徴とする燃料噴射弁。
本発明は、以上の構成を備えるため、弁座面とディフューザ間の肉厚を確保して十分な強度を得るとともに噴霧の微粒化を達成することができる。
燃料噴射弁を説明する図である。 第１の実施形態を説明する図である。 第２の実施形態を説明する図である。 第３の実施形態を説明する図である。 第４の実施形態を説明する図である。 第５の実施形態を説明する図である。 第６の実施形態を説明する図である。
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかる燃料噴射弁を説明する図であり、図２は燃料噴射弁の弁座部、特に弁座面および上下動する弁体の詳細を示す図（図１のＡ部詳細を示す図）である。
図１および図２に示す燃料噴射弁は通常時閉型の電磁弁（電磁式燃料噴射弁）であり、コイル６に通電することによって発生する吸引力により、アンカ４をコア７側に引き上げることにより、アンカ４に接続されている弁体２を引き上げる。このとき弁座面１５と弁体先端部２０との接触面１９に隙間が発生し、この隙間を介して燃料が流入する。この燃料は弁座１の先端に設けられた噴口部１６を通して噴射される。なお、図において、５はハウジング、８は弁体２を下方に押圧するスプリング、９はスプリング押さえである。
コイル６への通電が終わると、吸引力は無くなる。このとき、燃料圧力、重力、およびスプリング８の力により弁体２は下方に移動し、弁座部１９と接触して上流からの燃料の流入を遮断する。これにより燃料噴射は終了する。
弁座１の先端には、噴口部１６が複数個設けられており、複数の噴口部１６から噴出した燃料は、それぞれ異なる位置に向けて噴霧を形成する。図において、１０は第１段目の噴口を構成する円筒状の噴口、１３は第３段目の噴口を構成する円筒状の噴口、１１は１段目の噴口と第３段目の噴口とを円錐形状に接続する第２段目の噴口である。第１段目の噴口１０の長さ１７は、燃料の圧力損失低減、あるいは微粒化特性上短い方がよいとされる。
なお、噴口の中心軸２３の弁座中心軸２４に対する傾斜角θ１が小さい場合には、第２段目噴口１１の底面１２が弁座面１５に接近し、肉厚（弁座面と噴口間の距離）Ｌ１が薄くなる。このため、噴口の設計が困難となる。例えば、肉厚Ｌ１が薄くなると加工精度のばらつきによっては弁座面と噴口が貫通する。
これを避けるためには、第３段目の噴口１３の上面１４から第２段目噴口１１の上面１２までを、その径が角度θ２の円錐となるように連続的に減少する第２段目噴口１１で接続する。これにより、第２段目噴口１１の上面１２と弁座面１５間の肉厚Ｌ１を確保することができる。なお、第１段目噴口１０の径Ｄ１は、第２段目噴口１１の上面の径Ｄ４より小さくする。
前記角度θ２は０°＜θ２＜９０°の範囲とし、最適な肉厚Ｌ１の得られる値となるように設定する。なお、前記θ２は噴口中心軸２３に対して、左右対称（θ２／２）の角度とならなくてもよい。
第３段目の噴口１３の径Ｄ３は、噴口部傾斜角θ１が小さい場合には、加工精度によっては、弁座の先端に形成される先端くぼみ１８との間の肉厚Ｌ２が薄くなるので最適となるように設定する必要がある。
なお、異なる径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を有する第１，第２，および第３の噴口は、プレス、切削、放電加工、レーザ加工などにより容易に形成することができる。
図３は、第２の実施形態を説明する図である。図において、弁座１の先端には、噴口部１６が複数個設けられており、複数の噴口部１６から噴出した燃料は、それぞれ異なる位置に向けて噴霧を形成する。
１０は第１段目噴口を構成する円筒状の噴口、２１は噴口ストレート部、１３は第３段目噴口を構成する円筒状の噴口、１１は１段目噴口と噴口ストレート部２１とを円錐状に接続する第２段目噴口である。図に示すように第１段目噴口１０の径Ｄ１より第２段目噴口１１の径Ｄ２は大きく、かつ第２段目噴口１１の径Ｄ２より第３段目噴口の径Ｄ３が大きい。このように、本実施形態では、第２段目噴口１１の下面２２の下流部には、該下面を同一の径で延長する噴口ストレート部を備える。なお、第２段目噴口１１は、その径が角度θ２となるように連続的に増大する噴口である。
前記角度θ２は０°＜θ２＜９０°の範囲とし、２段目噴口上面と弁座面１５との肉厚Ｌ３が最適値となるように設定する。なお、角度θ２は噴口中心軸２３に対して、左右対称（θ２／２）の角度とならなくてもよい。
図４は、第３の実施形態を説明する図である。図において、弁座１の先端には、噴口部１６が複数個設けられており、複数の噴口部１６から噴出した燃料は、それぞれ異なる位置に向けて噴霧を形成する。
１０は第１段目噴口を構成する円筒状の噴口、１３は第３段目噴口を構成する円筒状の噴口、１１は１段目噴口と第３段目噴口とを円錐形状に接続する第２段目噴口である。
この実施形態においては、第２段目噴口は、第１段目噴口１０の下面から３段目噴口の上面１４までを連続的に径が角度θ２にしたがって大きくなる円錐形状とする。
前記角度θ２は０°＜θ２＜９０°の範囲とし、第１段目噴口１０下面と弁座面１５との間の肉厚Ｌ４が最適値となるように設定する。なお、角度θ２は噴口中心軸２３に対して、左右対称（θ２／２）の角度とならなくてもよい。
図５は、第４の実施形態を説明する図である。図において、弁座１の先端には、噴口部１６が複数個設けられており、複数の噴口部１６から噴出した燃料は、それぞれ異なる位置に向けて噴霧を形成する。
１０は第１段目噴口を構成する円筒状の噴口、１３は第３段目の噴口を構成する円錐状の噴口、１１は１段目噴口と第３段目の噴口とを円錐形状に接続する第２段目噴口である。
この実施形態においては、第１段目噴口１０の下面から３段目噴口の上面１４までを連続的に径が角度θ２にしたがって大きくなる円錐形状とする。また、第３段目噴口１３はその出口に向かって連続的に径が角度θ３にしたがって大きくなる円錐形状とする
前記角度θ２は０°＜θ２＜９０°の範囲とし、第１段目噴口径Ｄ１と弁座面１５との肉厚Ｌ４が最適値となるように設定する。なお、θ２は噴口中心軸２３に対して、左右対称（θ２／２）の角度とならなくてもよい。また、角度θ３は０°＜θ３＜９０°の範囲であり、左右対称左右対称（θ３／２）の角度とならなくてもよい。
図６は、第５の実施形態を説明する図である。図において、弁座１の先端には、噴口部１６が複数個設けられており、複数の噴口部１６から噴出した燃料は、それぞれ異なる位置に向けて噴霧を形成する。
図６において、１０は第１段目噴口を構成する円筒状の噴口、２１は円筒状の噴口を構成する噴口ストレート部、１３は第３段目噴口を構成する円筒状の噴口、１１ａは１段目の噴口と噴口ストレート部２１とを外に膨らむ円錐形状の噴口で接続する第２段目噴口である。
図６に示すように第１段目噴口１０の径Ｄ１より第２段目噴口１１の径Ｄ２は大きく、かつ第２段目噴口１１の径Ｄ２より第３段目噴口の径Ｄ３を大きく設定する。
このように、本実施形態では、円筒状の第１段目噴口、外に膨らむ円錐形状の第２段目噴口１１および該第２段目噴口の下面２２の下流部に、該下面を同一の径で延長する噴口ストレート部２１を備える。なお、第２段目噴口１１は、その径が下流側に向かって所定の曲率Ｒ１にしたがって拡大するように設定する。なお、曲率Ｒ１は曲率部と弁座面１５との肉厚Ｌ３が最適値となるように設定する
図７は、第６の実施形態を説明する図である。図において、弁座１の先端には、噴口部１６が複数個設けられており、複数の噴口部１６から噴出した燃料は、それぞれ異なる位置に向けて噴霧を形成する。
図７において、１０は第１段目噴口を構成する円筒状の噴口、２１は円筒状の噴口を構成する噴口ストレート部、１３は第３段目の噴口を構成する円筒状の噴口、１１ｂは１段目の噴口と噴口ストレート部２１とを内に膨らむ円錐形状の噴口で接続する第２段目噴口である。
図７に示すように第１段目噴口１０の径Ｄ１より第２段目噴口１１の径Ｄ２は大きく、かつ第２段目噴口１１の径Ｄ２より第３段目噴口の径Ｄ３を大きく設定する。
このように、本実施形態では、円筒状の第１段目噴口、外に膨らむ円錐形状の第２段目噴口１１および該第２段目噴口の下面１２の下流部に、該下面を同一の径で延長する噴口ストレート部を備える。なお、第２段目噴口１１は、その径が下流側に向かって所定の曲率Ｒ１にしたがって拡大するように設定する。なお、曲率Ｒ１は曲率部と弁座面１５との肉厚Ｌ３が最適値となるように設定する。また、第２段目噴口１１は、図７に示すようにその径が下流側に向かって所定の曲率Ｒ１およびＲ２にしたがって拡大するように設定することができる。
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、噴口部傾斜角度θ１が小さい噴口配置であっても、噴口長さを短く設定して、燃料噴射時の圧力損失を低減することができるとともに、良好な微粒化特性を有する燃料噴射弁を提供できる。また、内燃機関において最適な特性の得られる位置に燃料噴射弁の噴口を配置することが可能となる。
１ 弁座
２ 弁体
３ ノズル
４ アンカ
５ ハウジング
６ コイル
1７ コア
８ スプリング
９ スプリング押え
１０ １段目噴口
１１ ２段目噴口
１３ ３段目噴口
１５ 弁座面
１６ 噴口部
１８ 先端くぼみ
１９ 弁体弁座接触面
２０ 弁体先端部

Claims (1)

  1. 弁座と、該弁座に接触または離間して、供給された燃料の噴射または噴射停止を行う弁体を備え、
    前記弁座は、弁体が接触する側の面の下流側に連通する第１段目噴口、該第１段目噴口に連通する第２段目噴口、第２段目噴口に連通する第３段目噴口を具備した噴口列を弁軸の周囲に複数備え、
    前記弁体を弁座に接触または離間して、供給された燃料の前記複数の噴口列からの噴射または噴射停止を行う燃料噴射弁であって、
    前記第２段目噴口の第１段目噴口出口に接する面の径は前記第１段目噴口出口の径よりも大であり、
    前記第３段目噴口の第２段目噴口出口に接する面の径は前記第２段目噴口出口の径よりも大であり、
    前記第２段目噴口の径は、入り口側から出口側に向かって徐々に拡大して形成し、弁座の弁座面と噴口間における肉厚を確保することを特徴とする燃料噴射弁。
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