JP5341003B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射弁として用いられる燃料噴射弁に関する。

この種の技術としては、下記の特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報には、弁下流側に、弁座面に接続する中央開口区分から接線方向通路を介してスワール室に連通するものが開示されている。

特許第２６５９７８９号公報

上記従来技術では、弁下流側である中央開口部やスワール室に、閉弁時に燃料が残留するため、燃料噴霧精度の悪化につながるおそれがあった。
本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、閉弁時の弁下流側の残留燃料の量を少なくすることができる燃料噴射弁を提供することである。

上記目的を達成するため本発明では、弁座部材の開口部に接続するとともに、各スワール室に接続する燃料分配室と、閉弁時に燃料分配室の少なくとも一部を埋める填塞部を設け、填塞部を弁体の下流側に凸状に形成し、閉弁時に燃料分配室の少なくとも一部を埋めるように形成した。

本発明により、閉弁時の弁下流側の残留燃料の量を少なくすることができる。

実施例１の燃料噴射弁の軸方向断面図である。 実施例１の燃料噴射弁のノズルプレート付近の拡大断面図である。 実施例１のノズルプレートを上流側から見た図である。 実施例１の弁座部材、ノズルプレート、弁部材を組み合わせた状態の斜視図である。 実施例１の図４から弁座部材を除いた状態の斜視図である。 図５のA部分拡大図である。 図６のB-B断面図である。 実施例１のノズルプレートの斜視図である。 実施例１の弁部材の斜視図である。 実施例１の開弁時の弁座部材、ノズルプレート、弁部材を組み合わせた状態の断面図である。 実施例１の開弁時の弁座部材、ノズルプレート、弁部材を組み合わせた状態の断面斜視図である。 実施例１の填塞部部分の拡大斜視図である。 実施例１の填塞部部分の拡大斜視図である。 実施例１の弁座部材、ノズルプレート、弁部材を組み合わせた状態の断面図である。 実施例２の燃料噴射弁の軸方向断面図である。 実施例２の燃料噴射弁のノズルプレート付近の拡大断面図である。 実施例２のノズルプレートを上流側から見た図である。

〔実施例１〕
実施例１の燃料噴射弁1について説明する。
［燃料噴射弁の構成］
図１は燃料噴射弁1の軸方向断面図である。この燃料噴射弁1は、自動車用エンジン等に用いられるものである。燃料噴射弁1は、ポンプ47により供給された燃料が、燃料フィルタ18を通って磁性筒体2内部の燃料通路17に供給され、弁体4が開弁したときには弁体4と弁座部材7の弁座6との間を通って、ノズルプレート8の燃料噴射孔44（図２参照）からエンジンの燃焼室側に噴霧状の燃料が噴射される。以下では、燃料噴射弁1の燃料フィルタ18側を上流側と称し、ノズルプレート8側を下流側と称す。
燃料噴射弁1は、磁性筒体2と、磁性筒体2内に収容されるコア筒体3と、軸方向に摺動可能な弁体4と、弁体4と一体に形成された弁軸5と、閉弁時に弁体4により閉鎖される弁座6を有する弁座部材7と、開弁時に燃料が噴射される噴射孔を有するノズルプレート8と、通電時に弁体4を開弁方向に摺動させる電磁コイル9と、磁束線を誘導するヨーク10とを有している。
磁性筒体2は、例えば電磁ステンレス鋼等の磁性金属材料により形成された金属パイプ等からなり、深絞り等のプレス加工、研削加工等の手段を用いることにより、図１に示すように段付き筒状をなして一体に形成されている。磁性筒体2は、上流側に形成された大径部11と、大径部11よりも小径であって下流側に形成された小径部12とを有している。
小径部12には、一部を薄肉化した薄肉部13が形成されている。小径部12は、薄肉部13より上流側であってコア筒体3を収容するコア筒体収容部14と、薄肉部13より下流側であって弁部材15（弁体4、弁軸5、弁座部材7）を収容する弁部材収容部16とに分けられている。薄肉部13は、後述するコア筒体3と弁軸5が磁性筒体2に収容された状態で、コア筒体3と弁軸5との間の隙間部分を取り囲むように形成されている。薄肉部13は、コア筒体収容部14と弁部材収容部16との間の磁気抵抗を増大させ、コア筒体収容部14と弁部材収容部16間を磁気的に遮断している。
大径部11は弁部材15に燃料を送る燃料通路17を構成しており、大径部11の上流側には燃料を濾過する燃料フィルタ18が設けられている。燃料通路17にはポンプ47が接続されている。このポンプ47は、ポンプ制御装置54により制御されている。
コア筒体3は、中空部19を有する円筒形に形成されており、磁性筒体2のコア筒体収容部14に圧入されている。中空部19には、圧入等の手段により固定されたばね受20が収容されている。
弁体4の外形は略球体状に形成されており、周上に燃料噴射弁1の軸方向に対して並行に削られた燃料通路面21を有している。また弁体4の下流側には凸状に形成された填塞部45（図２参照）が形成されている。この填塞部45については、後で詳述する。弁軸5は大径部22と、外形が大径部22より小径に形成された小径部23とを有している。
小径部23の先端には弁体4が溶接により一体に固定されている。なお図中の黒半円や黒三角は溶接箇所を示している。大径部22の端部にはばね挿入孔24が穿設されている。このばね挿入孔24の底部は、ばね挿入孔24よりも小径に形成されたばね座り部25が形成されるとともに、段部のばね受け部26が形成されている。小径部23の端部には燃料通路孔27が形成されている。この燃料通路孔27はばね挿入孔24と連通している。また小径部23の外周と燃料通路孔27とを貫通する燃料流出孔28が形成されている。

弁座部材7は、略円錐状の弁座6が形成されている。弁座6の上流側は弁体4の最大径とほぼ同径に形成され、弁座6より上流側に形成された弁体保持孔30と接続されている。弁座6の下流側は弁体4が十分に座るように長さを持って形成されており、その下流側端部は軸方向に開口する開口部48と接続されている。この開口部48の下流側は、後述する燃料噴射孔44に接続されている。
弁体保持孔30は、弁座6の上流側の径と同じく弁体4の最大径とほぼ同径に形成されている。弁体保持孔30の上流側は開口部31に接続されている。開口部31は略円錐状に形成されており、下流側は弁体保持孔30と同径であって、上流側に向かうにつれて大径に形成されている。
弁軸5および弁体4は、弁軸5のばね受け部26とばね受け20との間にコイルばね29が設けられるとともに、磁性筒体2に軸方向摺動可能に収装されている。弁座部材7は、弁座6に弁体4が座るように磁性筒体2に挿入され、磁性筒体2に溶接により固定されている。
弁座部材7の下流側にはノズルプレート8が設けられ、このノズルプレート8は弁座部材7と溶接により固定されている。ノズルプレート8の上流側には、燃料にスワール（旋回流）を与える複数のスワール室41と、各横通路43に接続して各スワール室41に燃料を分配する燃料分配室42が形成されている。またノズルプレート8の下流側にはスワール室41においてスワールが与えられた燃料が噴射される燃料噴射孔44が形成されている。ノズルプレート8の構成については、後で詳述する。
磁性筒体2のコア筒体3の外周には電磁コイル9が挿嵌されている。すなわち、電磁コイル9はコア筒体3の外周に配置されることとなる。電磁コイル9は、樹脂材料により形成されたボビン32と、このボビン32に巻回されたコイル33とから構成されている。コイル33は、コネクタピン34を介して電磁コイル制御装置55に接続されている。電磁コイル制御装置55は、クランク角を検出するクランク角センサからの情報に基づいて計算した燃焼室側に燃料を噴射するタイミングに応じて、電磁コイル9のコイル33に通電して燃料噴射弁1を開弁させる。

ヨーク10は中空の貫通孔を有し、上流側開口部に形成された大径部35と、大径部35より小径に形成された中径部36と、中径部36より小径に形成され下流側開口部に形成された小径部37から構成されている。小径部37は、弁部材収容部16の外周に嵌合されている。中径部36の内周には電磁コイル9が収装されている。大径部35の内周には連結コア38が配置されている。
連結コア38は磁性金属材料等により略Ｃ字状に形成されている。ヨーク10は、小径部37および連結コア38を介した大径部35において磁性筒体2と接続しており、すなわち電磁コイル9の両端部で磁性筒体2と磁気的に接続されていることとなる。ヨーク10の下流側先端には、燃料噴射弁1の先端保護とOリングを保持するためのアダプタ52が取り付けられている。
コネクタピン34を介して電磁コイル9に給電されると磁界が発生し、この磁界の磁力によって、弁体4および弁軸5をコイルばね29の付勢力に抗して開弁させる。
燃料噴射弁1の図１に示すように、磁性筒体2の大径部11の上流側を除いた部分、小径部12の電磁コイル9設置位置まで、電磁コイル9とヨーク10の中径部36との間、連結コア38の外周と大径部35との間、大径部35の外周、中径部36の外周、およびコネクタピン34の外周は樹脂カバー53により被服されている。コネクタピン34の先端部分は樹脂カバー53が開口して形成されており、コントロールユニットのコネクタがハーネスを介して差し込まれるようになっている。
磁性筒体2の上流側外周にはOリング39が、ヨーク10の小径部37の外周にはOリング40が設けられている。

［ノズルプレートの構成］
図２は燃料噴射弁1のノズルプレート8付近の拡大断面図である。図３はノズルプレート8を上流側から見た図である。
ノズルプレート8の上流側にはスワール室41と燃料分配室42が形成されている。またノズルプレート8の下流側には燃料噴射孔44が形成されている。
燃料分配室42は弁座部材7の開口部48と同芯上に円形凹状に形成されている。また燃料分配室42の径は開口部48の径に等しくか小さく形成されている。スワール室41は、円形凹状に形成されている。このスワール室41は、実施例１では燃料分配室42の外周側に周方向に等間隔に６つ形成されている。スワール室41は横通路43を有しており、この横通路43を介して燃料分配室42に接続されている。スワール室41の内径側には、スワール室41とノズルプレート8の下流側とを連通する燃料噴射孔44が形成されている。横通路43の軸方向はスワール室41の内壁面の接線方向に向いており、横通路43から供給される燃料がスワール室41の内壁に沿って流れるように形成されている。

［填塞部の構成］
図４は、弁座部材7、ノズルプレート8、弁部材15を組み合わせた状態の斜視図である。図５は、図４から弁座部材7を除いた状態の斜視図である。図６は、図５のA部分拡大図である。図７は、図６のB-B断面図（図７（ａ））および比較例の図（図７（ｂ））である。図８は、ノズルプレート8の斜視図である。図９は、弁部材15の斜視図である。図１０は、開弁時の弁座部材7、ノズルプレート8、弁部材15を組み合わせた状態の断面図である。図１１は、開弁時の弁座部材7、ノズルプレート8、弁部材15を組み合わせた状態の断面斜視図である。図１２は、填塞部45部分の拡大斜視図である。図１３は、填塞部45部分の拡大斜視図である。図１４は、弁座部材7、ノズルプレート8、弁部材15を組み合わせた状態の断面図である。
図４〜図１４は、弁座部材7、ノズルプレート8、弁部材15を模式的に示している。例えば、弁軸5の燃料通路孔27、燃料流出孔28の記載、弁体4の燃料通路面21の記載は省略している。
また図１４（ｂ）〜図１４（ｄ）は、図１４（ａ）において示した線（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）の位置で切断した断面を示している。
填塞部45は、弁体4の下流側に円筒凸状に形成されている。填塞部45の外径はノズルプレート8の燃料分配室42とほぼ同径に形成されており、填塞部45が燃料分配室42に嵌合できるようになっている。填塞部45の外周には凹状に切りかかれた連通溝46が形成されている。連通溝46は、ノズルプレート8の横通路43に対応する位置に形成されている。すなわち、填塞部45が燃料分配室42に嵌合されているときに、連通溝46と横通路43とが連通することとなる。
また連通溝46は、填塞部45の軸方向に対して斜め方向にスワール室41の内壁に向かって形成されている。すなわち、図６および図７に示すように、連通溝46は横通路43の填塞部45に臨んで開口する横通路入り口面43aに指向、連通するように形成されている。また、填塞部45の軸方向に対する連通溝46の角度θ（図６）は、0°〜60°に設定されている。つまり、連通溝46から横通路入り口面43aから導入され、横通路43の内壁を経てスワール室41に供給される燃料がスワール室41の内壁に沿って流れるように形成されている（図６矢印C）。
また連通溝46は、下流側に向かって溝の深さが浅くなるように形成されている。これにより、図７（ａ）に示すように、燃料は連通溝46から横通路43側に押し出されるように流れる。ここで連通溝の深さが一定の場合の実施例と比較すると、図７（ｂ）に示すように燃料は連通溝から横通路43に向けてほぼ直角に流れることとなり、燃料の流速が低減されることとなる。

［作用］
次に実施例１の燃料噴射弁1の作用について説明する。
（閉弁時の弁下流側の残留燃料の低減）
従来、燃料噴射弁の閉弁時には、燃料分配室、横通路、スワール室、燃料噴射孔に燃料が残留していた。残留燃料は、燃料噴射の精度悪化や、不完全燃焼による炭化水素の増大、低パルス制御時の開閉弁の応答性の悪化、燃料噴射初期の噴霧粒子の粗大化を引き起こす原因となっている。
次の燃料噴射のタイミングまでにエンジンの燃焼室が負圧となったときには、残留燃料が減圧沸騰してしまい燃料分配室、横通路、スワール室、燃料噴射孔の残留燃料が吸気ポートへ排出されてしまう。一方、次の燃料噴射のタイミングまでにエンジンの燃焼室が負圧とならなかったときには、燃料分配室、横通路、スワール室、燃料噴射孔に燃料が残ることとなる。そのため、燃料噴射のタイミングによって噴射量が変わってしまい燃料噴射量の精度が悪化するおそれがある。
また残留燃料が蒸発することによって、未燃焼ガスが発生し、これが不完全燃焼を引き起こして、排気中に含まれる炭化水素の増大に繋がるおそれがある。これはエンジンの暖気運転時に顕著である。
また燃料噴射弁を低パルス制御するときには残留燃料が開閉弁時の抵抗となり、開弁時には燃料噴射量増加の立ち上がりが遅く、閉弁時には燃料噴射量停止が遅くなるおそれがある。
また燃料噴射初期には、圧力が作用していない残留燃料が噴射されることとなり、燃料噴射孔から噴射される燃料は十分にスワールが付与されておらず、噴霧粒子が粗大化するおそれがあった。
上記のような理由から、燃料噴射弁の閉弁時の残留燃料を低減することが望ましい。
そこで実施例１の燃料噴射弁1では、弁体4の下流側（図２C矢印）に凸状に形成され、閉弁時に燃料分配室42を埋める填塞部45を設けるようにした。
この構成により、閉弁時に填塞部45が燃料分配室42へ入り込み燃料分配室42の燃料が溜まる体積を減らすことができるため、燃料分配室42に残る燃料の量を低減することが可能となる。そのため、燃料噴射量の精度を向上することができる。また排気中の炭化水素量の低減を図ることができる。また、燃料噴射弁1を低パルス制御するときの開閉弁の応答性を向上することができる。また燃料噴射初期の噴霧粒子の粗大化を防ぐことができる。
（ノズルプレートの拡径化の防止）
効率的に燃料にスワールを付与するためには、横通路をある程度長く形成する必要がある。そのため、スワール室全体の周方向大きさが大きくなってしまい、ノズルプレートの径が大きくなり、延いては燃料噴射弁の径が拡大化する問題があった。
そこで実施例1の燃料噴射弁1では、填塞部45の外周面に凹形成され、開弁時に各スワール室41と弁座部材7の開口部48とを連通する連通溝46を設けるようにした。
この構成により、図７（ｂ）に示す比較例と比べて横通路43を短く形成することが可能となる。そのため、スワール室41全体の周方向大きさを小さくすることができ、ノズルプレート8の径が拡大するのを防ぐことができる。
（燃料噴霧粒子の微細化促進）
スワールが効率的に付与された燃料が燃料噴射孔から噴射されると、燃料噴射孔の内壁に沿って薄い膜状になり、燃料噴霧粒子の微細化が促進される。
そこで実施例１の燃料噴射弁1では、填塞部45の連通溝46を、スワール室41の内周壁に向かって、填塞部45の軸方向に対して角度をなして形成するようにした（図６）。
この構成により、燃料をスワール室41の内壁に沿って流すことが可能となり、燃料に与えるスワールが向上する。そのため、燃料噴霧粒子の微細化を促進することができる。
また実施例１の燃料噴射弁1では、填塞部45の連通溝46を、上流側から下流側に向かって深さが浅くなるように形成した（図７（ａ）矢印B）。
この構成により、燃料の流速を落とすことなくスワール室41に供給することが可能となり、燃料に与えるスワールが向上する。そのため、燃料噴霧粒子の微細化を促進することができる。

［効果］
実施例１の燃料噴射弁1の効果について以下に列記する。
（１）摺動可能に設けられた弁体4と、閉弁時に弁体4が座る弁座6が形成されるとともに、下流側に開口部48を有する弁座部材7と、弁座部材7の下流側に結合されたノズルプレート8と、ノズルプレート8に円形凹状に形成され、燃料にスワールを付与する複数のスワール室41と、弁座部材7の開口部48に接続するとともに、各スワール室41に接続する燃料分配室42と、燃料分配室42の少なくとも一部を埋める填塞部45と、を設けた。
よって、閉弁時の燃料分配室42に残る燃料の量を低減することが可能となる。そのため、燃料噴射量の精度を向上することができる。また排気中の炭化水素量の低減を図ることができる。また、燃料噴射弁1を低パルス制御するとき（アイドル時または暖気運転時）の開閉弁の応答性を向上することができる。また燃料噴射初期の噴霧粒子の粗大化を防ぐことができる。
（２）填塞部４５を、弁体4の下流側に凸状に形成し、閉弁時に燃料分配室42の少なくとも一部を埋めるようにした。
よって、閉弁時の燃料分配室42に残る燃料の量を低減することが可能となる。そのため、燃料噴射量の精度を向上することができる。また排気中の炭化水素量の低減を図ることができる。また、燃料噴射弁1を低パルス制御するときの開閉弁の応答性を向上することができる。また燃料噴射初期の噴霧粒子の粗大化を防ぐことができる。
（３）填塞部45の外周面に凹形成され、開弁時に各スワール室41と弁座部材7の開口部48とを連通する連通溝46を設けた。
よって、横通路43を短く形成することが可能となる。そのため、スワール室41全体の周方向大きさを小さくすることができ、ノズルプレート8の径の拡大を防止できる。
（４）連通溝46は、スワール室41の内周壁に向かって、填塞部45の軸方向に対して角度をなして形成するようにした。
よって、燃料をスワール室41の内壁（図６矢印C）に沿って流すことが可能となり、燃料にスワールを効率的に付与することができる。そのため、燃料噴霧粒子の微細化を促進することができる。
（５）連通溝46は、上流側から下流側に向かって深さが浅く形成するようにした。
よって、燃料の流速を落とすことなくスワール室41に供給することが可能となり、燃料にスワールを効率的に付与することができる。そのため、燃料噴霧粒子の微細化を促進することができる。

〔実施例２〕
実施例１の燃料噴射弁1について説明する。実施例１と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図１５は燃料噴射弁1の軸方向断面図である。図１６は燃料噴射弁1のノズルプレート8付近の拡大断面図である。図１７はノズルプレート8を上流側から見た図である。
［弁体の構成］
弁体4の外形は略球体状に形成されており、周上に燃料噴射弁1の軸方向に対して並行に削られた燃料通路面21を有している。
［填塞部の構成］
ノズルプレート8の燃料分配室42は弁座部材7の開口部48と同芯上に円形凹状に形成されている。また燃料分配室42の径は開口部48の径に等しく形成されている。この燃料分配室42には、上流側に向かって円筒凸状の填塞部50が形成されている。填塞部50の外径は燃料分配室42とほぼ同径に形成されている。填塞部50の外周には凹状に切りかかれた連通溝51が形成されている。連通溝51は、ノズルプレート8の横通路43に対応する位置に形成されている。すなわち、連通溝46と横通路43とは連通している。
また連通溝51は、填塞部50の軸方向に対して斜め方向にスワール室41の内壁に向かって形成されている。つまり、連通溝51から横通路43を経てスワール室41に供給される燃料がスワール室41の内壁に沿って流れるように形成されている。また連通溝51は、下流側に向かって溝の深さが浅くなり、燃料を横通路43側に押し出すように形成されている。
［効果］
実施例２の燃料噴射弁1の効果について以下に述べる。
（６）填塞部50を、燃料分配室42に凸状に形成し、燃料分配室42の少なくとも一部を埋めるように形成した。
よって、燃料分配室42の残留燃料の量を低減することが可能となる。そのため、燃料噴射量の精度を向上することができる。また排気中の炭化水素量の低減を図ることができる。また、燃料噴射弁1を低パルス制御するときの開閉弁の応答性を向上することができる。また燃料噴射初期の噴霧粒子の粗大化を防ぐことができる。

〔他の実施例〕
以上、本願発明を実施例１および実施例２に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
実施例１の燃料噴射弁1では、填塞部45を閉弁時には燃料分配室42に嵌合するように形成しているが、填塞部45が燃料分配室42の少なくとも一部を埋めるように形成しても良い。
実施例２の燃料噴射弁1では、填塞部50の外径は燃料分配室42とほぼ同径に形成しているが、填塞部50は燃料分配室42の少なくとも一部を埋めるように形成しても良い。
実施例１，２の燃料噴射弁1では填塞部45,50に連通溝46,51を設けているが、開弁時に弁体4側と横通路43とが連通する隙間を設けることができれば連通溝46,51は設けなくとも良い。
実施例１，２の燃料噴射弁1では連通溝46,51を填塞部45,50の軸方向に対して斜めに形成したが、軸方向に平行に形成するようにしても良い。
実施例１、２の燃料噴射弁1では連通溝46,51を上流側から下流側に向かって深さが浅くなるように形成したが、深さを一定に形成するようにしても良い。
実施例１,2の燃料噴射弁1ではスワール室41は横通路43を有するようにしたが、填塞部45,50に連通溝46,51を十分に長く形成することができれば、横通路43を省略するようにしても良い。

1 燃料噴射弁
4 弁体
6 弁座
7 弁座部材
8 ノズルプレート
41 スワール室
42 燃料分配室
44 燃料噴射孔
45,50 填塞部
46,51 連通溝
48 開口部

Claims (4)

1. 摺動可能に設けられた弁体と、
   閉弁時に前記弁体が座る弁座が形成されるとともに、下流側に開口部を有する弁座部材と、
   前記弁座部材の下流側に結合されたノズルプレートと、
   前記ノズルプレートに円形凹状に形成され、燃料にスワールを付与する複数のスワール室と、
   前記弁座部材の前記開口部に接続するとともに、各スワール室に接続する燃料分配室と、
   前記燃料分配室の少なくとも一部を埋める填塞部と、
   を設け、
   前記填塞部は、前記弁体の下流側に凸状に形成され、閉弁時に前記燃料分配室の少なくとも一部を埋めるように形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記填塞部の外周面に凹形成され、開弁時に前記各スワール室と前記弁座部材の前記開口部とを連通する連通溝を設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記連通溝は、前記スワール室の内周壁に向かって、前記填塞部の軸方向に対して角度をなして形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項２または請求項３に記載の燃料噴射弁において、
   前記連通溝は、上流側から下流側に向かって深さが浅く形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。

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