JP5312148B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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Description

本発明は,主として内燃機関の燃料供給系に使用される燃料噴射弁に関し,特に,弁体と,この弁体が開閉可能に着座する環状で円錐状の弁座を有する弁座部材と,弁座の下流側に位置するように弁座部材の前端部に連設され,弁座部材の軸線周りに配置される円形断面の複数の燃料噴孔を有するノズルとを備え,そのノズルの,前記複数の燃料噴孔の入口が開口する内端面をノズルの前方に向かって小径となる凹状の円錐面とした燃料噴射弁の改良に関する。
かゝる燃料噴射弁は,下記特許文献1に開示されるように既に知られている。
特開2006−207419公報
従来のかゝる燃料噴射弁では,弁体の開弁時,弁座を通過した燃料の主流を燃料噴孔の内面に直接衝突させて,噴射燃料の霧化を促進するようにしている。しかしながら,そうしたものでは,燃料の主流を燃料噴孔の内面に直接衝突させることで,その燃料の噴射エネルギの損失が大きく,また燃料が燃料噴孔を通過する際,燃料噴孔の,ノズル外周側の内側面で燃料流の剥離が発生することにより,噴射燃料により形成される燃料噴霧フォームの輪郭が不鮮明になり,これらの点にペネトレーション性を改善する余地がある。
本発明は,かゝる事情に鑑みてなされたもので,燃料の噴射エネルギの損失が少なくすると共に,噴射燃料により形成される燃料噴霧フォームの輪郭を鮮明にして,ペネトレーション性を良好に,しかもエンジンの吸気弁に近い燃料噴霧フォームの先端部での霧化を良好にし,もってエンジンの燃焼効率の向上,延いては出力及び燃費性能の向上に寄与し得る燃料噴射弁を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために,本発明は,弁体と,この弁体が開閉可能に着座する環状で円錐状の弁座を有する弁座部材と,弁座の下流側に位置するように弁座部材の前端部に連設され,弁座部材の軸線周りに配置される円形断面の複数の燃料噴孔を有するノズルとを備え,そのノズルの,前記複数の燃料噴孔の入口が開口する内端面をノズルの前方に向かって小径となる凹状の円錐面とした燃料噴射弁において,各燃料噴孔の中心線とノズルの内端面とのなす角度を,前記中心線よりノズル外周側では鈍角に,また前記中心線よりノズル中心側では鋭角に設定したことを第1の特徴とする。
また,本発明は,第1の特徴に加えて,複数の燃料噴孔を,前記軸線を中心に持つ同一仮想円上に配置すると共に,これら燃料噴孔を,前記軸線を含む一平面を境にしてその両側に配置される第1及び第2燃料噴孔群に分け,且つ各燃料噴孔群での燃料噴孔間の間隔を,両燃料噴孔群間の間隔より狭く設定したしたことを第2の特徴とする。
さらに,本発明は,第1又は第2に加えて,各燃料噴孔群が少なくとも3個の燃料噴孔〜で構成される第1燃料噴孔群及び第2燃料噴孔群を,前記ノズルの軸線を含む一平面を境にしてその両側に配置し,各燃料噴孔群の両最外側に位置する燃料噴孔を,それらの中心線の延長線の,前記ノズル中心側一側方の交点で交差するように配置したことを第3の特徴とする。
さらにまた,本発明は,第1〜第3の特徴の何れかに加えて,前記弁座部材及び前記ノズルを,同一素材をもって一体に構成したこと第4のを特徴とする。
本発明の第1の特徴によれば,燃料噴孔から噴射される燃料により,凸面をノズルの外周側に向けた断面円弧状燃料膜の燃料噴霧フォームを形成することができる。この燃料噴霧フォームは,輪郭が明確であって無駄な飛散が生じることがなく,しかも,燃料噴孔では,その内面への燃料流の直接的な衝突がなく,噴射エネルギの損失が少ないので,燃料噴霧フォームのペネトレーション性を向上させることができる。
その上,燃料噴霧フォームを構成する断面円弧状の燃料膜は,エンジンの吸気弁に近づくにつれて拡径し,膜厚を極薄くするので,空気との高速接触により良好な霧化状態を呈することになり,したがって,吸気弁に近い燃料噴霧フォームの先端部での霧化を良好にすることができる。このような燃料噴霧フォームによれば,吸気ポート内壁への燃料の付着を防ぐと共に,エンジンの燃焼効率の向上を図り,出力及び燃費性能の向上に寄与し得る。
また,各燃料噴孔は,結果的には,その中心線を弁座部材の軸線と略平行にすることになり,ピアシングやレーザによる各燃料噴孔の加工を,弁座部材の周壁など,周囲のものに影響されることなく,容易に行うことができる。
本発明の第2の特徴によれば,第1及び第2燃料噴孔群では,それぞれ複数の燃料噴孔から噴射,形成される複数の断面円弧状の燃料膜の燃料噴霧フォームが先端側で合流して,2本の独立した第1及び第2燃料噴霧フォーム束を形成することができ,これら燃料噴霧フォーム束の輪郭も明確であって,無駄な飛散がなく,高いペネトレーション性を確保することができる。
本発明の第3の特徴によれば,各燃料噴孔群では,両外側位置の燃料噴孔から噴射,形成される燃料噴霧フォームが,中間位置の燃料噴孔から噴射,形成される燃料噴霧フォーム側に傾き,それとの合流が促進され,輪郭が明確な燃料燃料噴霧フォーム束を形成することができ,これにより第1及び第2燃料噴霧フォーム束のペネトレーション性をより効果的に高めることができる。
本発明の第4の特徴によれば,弁座部材及びノズルの同一素材による一体化により,弁座部材への溶接等の接合工程を省くことができ,製作工程及び構造の簡素化を図ることができるのみならず,接合工程による弁座の歪みを回避し,弁座の精度,延いては弁密性の向上を図ることができる。また弁座に対する適正位置への燃料噴孔の加工を容易に行うことができると共に,その寸法管理も容易にすることができる。
本発明に係る燃料噴射弁を装着したエンジンの横断平面図。 上記燃料噴射弁の縦断側面図。 図2の3部拡大図。 図3の4−4線断面図。 図4の5矢視図 弁体の開弁時,燃料噴霧フォームの形成状況を示す,図3の要部拡大図
本発明の実施の形態を,添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。
図1において,エンジンEのシリンダヘッドEhには,1本のシリンダEcに対応して,隔壁Ehaを挟んで二股状に分岐した第1及び第2吸気ポートP1,P2が形成されており,第1及び第2吸気ポートP1,P2のシリンダEcへの開口部が一対の吸気弁Ei,Eiにより開閉される。シリンダヘッドEhの一側には,第1及び第2吸気ポートP1,P2に連通する共通の吸気路を備える吸気マニフォルドEmが接合される。本発明の燃料噴射弁Iは,この吸気マニフォルドEmに装着され,その開弁時には,噴射燃料により形成される2本の独立した燃料噴霧フォーム束F1,F2が上記第1及び第2吸気ポートP1,P2に向けて供給されるようになっている。こゝで,燃料噴射弁Iの前端面上において,第1及び第2吸気ポートP1,P2の配列方向をX,その配列方向Xと直交する方向をYとする。
次に,上記燃料噴射弁Iについて図2〜図6を参照しながら説明する。
先ず図2及び図3において,燃料噴射弁Iの弁ハウジング2は,前端に弁座8を有する円筒状の弁座部材3と,この弁座部材3の後端部に同軸状に液密に結合される磁性円筒体4と,この磁性円筒体4の後端に同軸状に液密に結合される非磁性円筒体6と,この非磁性円筒体6の後端に同軸状に液密に結合される固定コア5と,この固定コア5の後端に同軸状に連設される燃料入口筒26とで構成される。
弁座部材3は,円筒状のガイド孔9と,このガイド孔9の前端に連なる環状の弁座8とを有しており,この弁座部材3には,弁座8の内周側,即ち下流側に位置するノズル10が一体に形成される。具体的には,同一素材に切削加工を施すことにより,弁座部材3及びノズル10は一体に構成される。また弁座部材3の前端面には,ノズル10が臨む凹部13が形成される。この凹部13の周壁は,ノズル10を他物との接触から保護する。ノズル10には,その内外を連通する円形断面の複数の燃料噴孔11,11…が穿設される。これら燃料噴孔11,11…については後に詳述する。
非磁性円筒体6の内周面には,その後端側から中空円筒状の固定コア5が液密に圧入され,これによって非磁性円筒体6及び固定コア5は互いに同軸状に結合される。その際,非磁性円筒体6の前端部には,固定コア5と嵌合しない部分が残され,その部分から弁座部材3に至る弁ハウジング2内に弁コア結合体Vが収容される。
この弁コア結合体Vは,前記弁座8に対して開閉動作する弁部16及びそれを支持する弁杆部17からなる弁体18と,弁杆部17に連結され,磁性円筒体4から非磁性円筒体6に跨がって,それらに挿入されて固定コア5に同軸上で対置される可動コア12とからなっている。弁杆部17は,前記ガイド孔9より小径に形成されており,その外周には,半径方向突出して,前記ガイド孔9の内周面に摺動可能に支承されるジャーナル部17aが一体に形成されている。また可動コア12に外周には,磁性円筒体4の内周面に摺動可能に支承されるジャーナル部17bが形成されている。
弁コア結合体Vには,可動コア12の後端面から弁部16の手前で終わる縦孔19と,この縦孔19を,可動コア12外周面に連通する複数の第1横孔20aと,同縦孔19をジャーナル部17aと弁部16との間の弁杆部17外周面に連通する複数の第2横孔20bとが設けられる。その際,縦孔19の途中には,固定コア5側を向いた環状のばね座24が形成される。
固定コア5はフェライト系の高硬度磁性材製とされる。一方,可動コア12には,固定コア5の吸引面と対向する吸引面に,前記弁ばね22を囲繞するカラー状の高硬度のストッパ要素14が埋設される。このストッパ要素14は,その外端を可動コア12の吸引面から僅かに突出させていて,通常,弁体18の開弁ストロークに相当する間隙を存して固定コア5の吸引面と対置される。
固定コア5は,可動コア12の縦孔19と連通する縦孔21を有し,この縦孔21に内部が連通する燃料入口筒26が固定コア5の後端に一体に連設される。燃料入口筒26は,固定コア5の後端に連なる縮径部26aと,それに続く拡径部26bとからなっており,その縮径部26aから縦孔21に嵌合,固定されるパイプ状のリテーナ23と前記ばね座24との間に可動コア12を弁体18の閉弁側に付勢する弁ばね22が縮設される。その際,リテーナ23の縦孔21への嵌合深さにより弁ばね22のセット荷重が調整される。拡径部26b内には燃料フィルタ27が装着される。
弁ハウジング2の外周には,固定コア5及び可動コア12に対応してコイル組立体28が嵌装される。このコイル組立体28は,磁性円筒体4の後端部から固定コア5にかけてそれらの外周面に嵌合するボビン29と,これに巻装されるコイル30とからなっており,このコイル組立体28を囲繞する円筒状のコイルハウジング31の前端が磁性円筒体4の外周面に溶接され,その後端には,固定コア5の後端部外周からフランジ状に突出するヨーク5aの外周面に溶接される。
前記磁性円筒体4の一部,コイルハウジング31,コイル組立体28,固定コア5及び燃料入口筒26の前半部は,射出成形による合成樹脂製の円筒状モールド部32により埋封される。その際,モールド部32は,コイルハウジング31内にも充填され,コイル30をも埋封する。またモールド部32の中間部には,一側方に突出するカプラ34が一体に形成され,このカプラ34は,前記コイル30に連なる通電用端子33を保持する。
図3に明示するように,前記環状の弁座8は,燃料噴射弁Iの前方に向かって小径となる円錐面を基本形として,弁部16との着座部を凸状に湾曲させており,これに対向する弁部16の環状封止面16aは凸状球面の一部で形成され,この弁部16の先端面16bは,封止面16aの接線を母線とする円錐面に形成される。
一方,ノズル10は,その内端面10a及び外端面もノズル10の前方に向かって小径となる円錐面で構成され,したがって全体的に燃料噴射弁Iの前方に向かう凸状をなしている。また弁座8及びノズル10の内端面10aとの間には,ノズル10の内端面10aと弁部16との間に円錐状のスペース25を確保する環状段部15が設けられる。上記スペース25は,弁部16及びノズル10の相互接触を回避して,弁部16の弁座8への着座を確実にし,弁密性の確保に寄与する。
さて,ノズル10に穿設される複数の燃料噴孔11a,11b,11cについて,図3〜図6により説明する。
図4に示すように,円形断面の複数の燃料噴孔11a,11b,11cは,弁座部材3の軸線Aを中心とする,弁座8より小径の同一仮想円C上に配列される。これら燃料噴孔11a,11b,11cは,上記軸線Aを通って前記Y方向(第1及び第2吸気ポートP1,P2の配列方向)に伸びる平面Nを境にして,第1燃料噴孔群G1と第2燃料噴孔群G2とに対称的に分けられる。その際,各燃料噴孔群G1,G2での隣接する燃料噴孔11a,11b,11cの各間の間隔D2は,両燃料噴孔群G1,G2間の間隔Dより狭く設定される。
図示例では,各燃料噴孔群G1,G2を構成する燃料噴孔は11a〜11cの3個である。図3及び図6に示すように,各燃料噴孔11a,11b,11cは,それらの中心線La,Lb,Lcが弁座部材3の軸線Aと略平行となるように配置される。これにより,各燃料噴孔11a,11b,11cの中心線La,Lb,Lcと,ノズル10の円錐凹状の内端面10aとのなす角度は,前記中心線La,Lb,Lcよりノズル10外周側では鈍角αに,また前記中心線La,Lb,Lcよりノズル10中心側では鋭角βに設定される。
さらに,図4及び図5に示すように,各燃料噴孔群G1,G2において,両外側位置の2個の燃料噴孔11a,11cは,それらの両中心線La,Lcが,ノズル10の前方,且つ各燃料噴孔群G1,G2の中央位置もしくはその近傍位置の燃料噴孔11bの中心線Lbの延長線の,ノズル10中心側一側方の交点Qで交差するように配置される。
次に,この実施例の作用について説明する。
コイル30を消磁した状態では,弁ばね22の付勢力で弁コア結合体Vは前方に押圧され,弁体18を弁座8に着座させている。この状態では,図示しない燃料ポンプから燃料入口筒26に圧送された燃料は,パイプ状のリテーナ23内部,弁コア結合体Vの縦孔19及び第1及び第2横孔20a,20bを通して弁座部材3内に待機させられ,弁コア結合体Vのジャーナル部17a,17b周りの潤滑に供される。
コイル30を通電により励磁すると,それにより生ずる磁束が固定コア5,コイルハウジング31,磁性円筒体4及び可動コア12を順次走り,その磁力により弁コア結合体Vの可動コア12が弁ばね22のセット荷重に抗して固定コア5に吸引され,弁体18の弁部16が,図6に示すように弁座部材3の弁座8から離座するので,弁座部材3内の高圧燃料は弁座8を経てノズル10に流れ込む。このとき,ノズル10の円錐凹状の内端面10aでの燃料の流れは,弁座8から燃料噴孔11a,11b,11cに直接流れ込む内向きの流れS1と,隣接する各燃料噴孔11a,11b,11c間を通過して上記内端面10aの中心部で合流した後,半径方向外向きに進んで燃料噴孔11a,11b,11cに流れ込む外向きの流れS2とが主流となる。
而して,燃料噴孔11a,11b,11cの中心線La,Lb,Lcと,ノズル10の円錐凹状の内端面10aとのなす角度は,前記中心線La,Lb,Lcよりノズル10外周側では鈍角αにしてあるから,上記内向きの流れS1の方向と,燃料噴孔11a,11b,11cの,ノズル10外周側の一方の内側面とのなす角度も鈍角となり,上記内向きの流れS1は,前記一方の内側面に案内されながら整流となって燃料噴孔11a,11b,11c外に流出し,エネルギ損失が極めて少ない。
一方,燃料噴孔11a,11b,11cの中心線La,Lb,Lcと,ノズル10の円錐凹状の内端面10aとのなす角度は,前記中心線La,Lb,Lcよりノズル10aの中心側では鋭角βにしてあるから,上記外向きの流れS2の方向と,燃料噴孔11a,11b,11cのノズル10中心側の他方の内側面とのなす角度も鋭角となり,上記外向きの流れS2は,燃料噴孔11a,11b,11cに流入しても,上記他方の内側面から剥離しながら前記内向きの流れS1に合流する。
こうして,燃料噴孔11a,11b,11cから噴射される燃料は,図4及び図6に示すように,凸面をノズル10の外周側に向けた断面円弧状の燃料膜の燃料噴霧フォームfa,fb,fcを形成する。したがって,燃料噴霧フォームfa,fb,fcは,断面円弧状の燃料膜で構成されるので,その輪郭が明確であって無駄な飛散が生じることがなく,しかも燃料の噴射エネルギ損失が全体的に少ないので,燃料噴霧フォームfa,fb,fcのペネトレーション性を向上させることができる。
しかも,燃料噴霧フォームfa,fb,fcを構成する断面円弧状の燃料膜は,エンジンEの吸気弁Eiに近づくにつれて拡径し,膜厚を極薄くするので,遂には空気との高速接触により良好な霧化状態を呈することになり,したがって,吸気弁Eiに近い燃料噴霧フォームfa,fb,fcの先端部での霧化を良好にすることができる。
而して,第1及び第2燃料噴孔群G1,G2では,それぞれ3個の燃料噴孔11a,11b,11cから上記のように噴射,形成される3本の断面円弧状燃料膜の燃料噴霧フォームfa,fb,fcが先端側で合流して,2本の独立した第1及び第2燃料噴霧フォーム束F1,F2を形成し,これら第1及び第2燃料噴霧フォーム束F1,F2は第1及び第2吸入ポートP1,P2にそれぞれ供給される。
而して,これら燃料噴霧フォーム束F1,F2の輪郭も明確であって,無駄な飛散がなく,高いペネトレーション性を確保することができる。
特に,各燃料噴孔群G1,G2では,両外側位置の2個の燃料噴孔11a,11cは,それらの両中心線La,Lcが,ノズル10の前方,且つ各各燃料噴孔群G1,G2の中央位置もしくはその近傍位置の燃料噴孔11bの中心線Lbの延長線の,ノズル10中心側一側方の交点Qで交差するように配置されるので,両外側位置の2個の燃料噴孔11,11cから噴射,形成される燃料噴霧フォームfa,fcは,中間位置の燃料噴孔11bから噴射,形成される燃料噴霧フォームfc側に傾き,それとの合流が促進され,輪郭が明確な燃料燃料噴霧フォーム束F1,F2を形成することができ,これにより燃料噴霧フォーム束F1,F2のペネトレーション性をより効果的に高めることができる。このようにペネトレーション性を高めた燃料噴霧フォーム束F1,F2は,第1及び第2吸気ポートP1,P2の内壁に付着し難い上,エンジンの燃焼効率の向上を図り,出力及び燃費性能の向上に貢献することができる。
また,各燃料噴孔群G1,G2において,各燃料噴孔11a,11b,11cは,それらの中心線La,Lb,Lcを弁座部材3の軸線Aと略平行にしているので,ピアシングやレーザによる各燃料噴孔11a,11b,11cの加工を,弁座部材3の周壁など,周囲のものに影響されることなく,容易に行うことができる。
また,弁座部材3及びノズル10は,これら同一素材をもって一体化したので,弁座部材3への溶接等の接合工程を省くことができ,製作工程及び構造の簡素化を図ることができるのみならず,接合工程による弁座8の歪みを回避し,弁座8の精度,延いては弁密性の向上を図ることができる。また弁座8に対する適正位置への燃料噴孔11a,11b,11cの加工を容易に行うことができると共に,その寸法管理も容易にすることができる
発明は上記実施例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設計変更が可能である。例えば,各燃料噴孔群G1,G2を構成する複数の燃料噴孔11a,11b,11cの個数は,請求項1及び2の発明では2個以上,幾つでもよく,請求項3の発明では3個以上,幾つでもよい。
I・・・・・燃料噴射弁
A・・・・・弁座部材の軸線
G1,G2・・・・第1及び第2燃料噴孔群
C・・・・・仮想円
La,Lb,Lc・・・・燃料噴孔の中心線
D1・・・・第1及び第2燃料噴孔群間の間隔
D2・・・・隣接する燃料噴孔間の間隔
α・・・・・鈍角
β・・・・・鋭角
3・・・・・弁座部材
8・・・・・弁座
10・・・・ノズル
10a・・・ノズルの内端面
11a,11b,11c・・・・燃料噴孔
18・・・・弁体

Claims (4)

  1. 弁体(18)と,この弁体(18)が開閉可能に着座する環状で円錐状の弁座(8)を有する弁座部材(3)と,弁座(8)の下流側に位置するように弁座部材(3)の前端部に連設され,弁座部材(3)の軸線(A)周りに配置される円形断面の複数の燃料噴孔(11a,11b,11c)を有するノズル(10)とを備え,そのノズル(10)の,前記複数の燃料噴孔(11a,11b,11c)の入口が開口する内端面(10a)をノズル(10)の前方に向かって小径となる凹状の円錐面とした燃料噴射弁において,
    各燃料噴孔(11a,11b,11c)の中心線(La,Lb,Lc)とノズル(10)の内端面(10a)とのなす角度を,前記中心線(La,Lb,Lc)よりノズル(10)外周側では鈍角(α)に,また前記中心線(La,Lb,Lc)よりノズル(10)中心側では鋭角(β)に設定したことを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 請求項1記載の燃料噴射弁において,
    複数の燃料噴孔(11a,11b,11c)を,前記軸線(A)を中心に持つ同一仮想円(C)上に配置すると共に,これら燃料噴孔(11a,11b,11c)を,前記軸線(A)を含む一平面(N)を境にしてその両側に配置される第1及び第2燃料噴孔群(G1,G2)に分け,且つ各燃料噴孔群(G1,G2)での燃料噴孔(11a,11b,11c)間の間隔(D2)を,両燃料噴孔群(G1,G2)間の間隔(D1)より狭く設定したことを特徴とする燃料噴射弁。
  3. 請求項1又は2記載の燃料噴射弁において,
    各燃料噴孔群(G1,G2)が少なくとも3個の燃料噴孔(11a,11b,11c)で構成される第1燃料噴孔群(G1)及び第2燃料噴孔群(G2)を,前記ノズル(10)の軸線(A)を含む一平面(N)を境にしてその両側に配置し,各燃料噴孔群(G1,G2)の両最外側に位置する燃料噴孔(11a,11c)を,それらの中心線(La,Lc)が,ノズル(10)の前方,且つ各燃料噴孔群(G1,G2)の中央もしくはその近傍に位置する燃料噴孔(11b)の中心線(Lb)の延長線の,前記ノズル(10)中心側一側方の交点(Q)で交差するように配置したことを特徴とする燃料噴射弁。
  4. 請求項1〜3の何れかに記載の燃料噴射弁において,
    前記弁座部材(3)及び前記ノズル(10)を,同一素材をもって一体に構成したことを特徴とする燃料噴射弁。
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