JP5637932B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関で使用される燃料噴射弁に関する。また、その噴霧形態が筒内に直接噴射する場合にあって、特に、有益な遮音結果となるように設計されている燃料噴射弁に関する。

皿状に形成された減衰エレメントにより音響伝搬を減少させる手法が、特表２００８−５１６１３３号公報に開示されている。この減衰エレメントでは、剛性的な２つのリングを有し、両リングの間には弾性的な中間リングを配置することで良好な音響減衰作用を得ている。

また、弁部材が着座したときに発生する振動を噴射弁内部で効果的に抑制し、外部に放射される衝突音を低減する手法が、特開２００７−２４７４２２号公報に開示されている。この燃料噴射弁では弁部材が着座したときに発生する振動をハウジング内壁よりも内周側に突き出た防振部材により外部に放射される衝突音を低減する効果を得ている。

特表２００８−５１６１３３号公報 特開２００７−２４７４２２号公報

近年、低燃費および高出力を狙ったエンジンとして、筒内直接噴射式ガソリンエンジン（以下、筒内噴射エンジンと称する）が実用化されている。筒内噴射エンジンにおいても、エンジンの静音化の要求が高まって来ており、これに対応した燃料噴射弁の構造およびレイアウトなどが必要とされる。

特許文献１の手法においては、減衰エレメントの厚みが薄く燃料噴射弁とシリンダヘッドとの間の距離が小さいため、燃料噴射弁からシリンダヘッドへ伝搬する燃料噴射弁の作動音を十分に低減することが難しかった。また、特許文献２では、弁部材が着座したときに発生する振動を噴射弁内部で効果的に抑制し、外部に放射される衝突音を低減する手法がとられているが、弁体が開弁するときに外部に放射される衝突音が燃料噴射弁の固定保持面より上側（エンジンの筒内から離れる側）にあり、衝突音の発生箇所がシリンダヘッドから露出しているために弁体の衝突音がシリンダヘッドの外部へ放射される状態となっていた。

本発明の目的は、燃料噴射弁の遮音性能を向上することにある。

燃料噴射弁による遮音性能を向上するために、本発明では開弁時における弁体の衝突部が燃料噴射弁とシリンダヘッドとの間で燃焼ガスのシールを行う燃焼ガスシール部または燃焼ガスシール部よりエンジンの筒内（燃焼室）側に位置するよう構成されている。すなわち、開弁時における弁体の衝突部が燃焼ガスシール部と燃料噴射孔が設けられた燃料噴射弁のノズル先端部との間に設けられている。これにより、開弁時における弁体の衝突音の発生源がシリンダヘッドの表面から奥深い位置に存在することになり、シリンダヘッドの外部に衝突音が伝わりにくくなる。また、衝突部を上記のように構成することにより、結果として衝突部を小さい半径で構成することになり、衝突部の面積を小さくすることができる。これにより、衝突音が伝播していく衝突音の伝播経路の断面積を小さくすることができ、伝播する音圧または振動を抑えることが可能である。

本発明によれば、燃料噴射弁による遮音性能を向上することができる。

本発明に係る燃料噴射弁の第一実施例の構造を示す外観図である。 本発明に係る燃料噴射弁の第一実施例の取付け図である。 第一実施例の燃料噴射弁を筒内噴射式内燃機関に搭載した例を示す模式図である。

以下、本発明に係る実施例を説明する。

図１は、本発明の一実施例に係る燃料噴射弁を示す縦断面図である。

ノズルホルダ部材５の内部には、プランジャロッド４ａを有する弁体４と、プランジャロッド４ａの外周面でプランジャロッド４ａをガイドする第１のプランジャロッドガイド１４および第２のプランジャロッドガイド１２と、開弁時に弁体４と衝突することにより弁体４の開弁方向の移動を規制するストッパ１５と、弁体４の先端部に形成された弁シート部４ｂが着座する弁座面７ａと燃料が噴射される燃料噴射孔７ｂとが形成されたノズル部材７が設けられており、このノズル部材７外周部は溶接等の方法によりノズルホルダ部材５へ固定されている。

ノズルホルダ部材５の先端部にはノズル部材７を収容固定する凹部（内径が拡大された筒状部）が形成されており、ストッパ１５はノズル部材７に対して燃料の流れ方向において上流側に位置し、かつ燃焼ガスシール（チップシール）１６部位よりも下流側に位置するように、ノズル部材７を収容固定する凹部の内側に収容されている。

ノズルホルダ部材５，内側固定鉄心のコア２，筒状部材のハウジング３は溶接などの方法で結合されており、ノズルホルダ部材５の内部には、上記各部品のほかに、ゼロスプリング１１，可動鉄心のアンカー１３が設けられている。筒状部材のハウジング３の内部にはコイル６が装着されており、内側固定鉄心のコア２の内部にはスプリング８とアジャスタピン９とフィルタ１０とが装着されている。

アジャスタピン９とスプリング８とは内側固定鉄心のコア２の内部に設けられており、アジャスタピン９はコア２の内部に固定されている。スプリング８はアジャスタピン９の下端部を固定端として圧縮状態で設けられている。本実施例では、２つのスプリングが設けられており、第１にスプリングは弁体４を閉弁方向に付勢するスプリング８であり、第２のスプリングはアンカー１３を開弁方向に付勢するゼロスプリング１１である。第１のスプリングであるスプリング８のスプリング力は、弁体４のプランジャロッド４ａ，可動鉄心のアンカー１３，ゼロスプリング１１，第１のプランジャロッドガイド１４に伝達され、これに伴って、弁体４の弁シート部４ｂはノズル部材７の弁座面７ａに押し付けられる。この状態では、燃料通路が閉じられているため、燃料は、燃料噴射弁１００内部に留まり、複数個設けられている燃料噴射孔７ｂからの燃料噴射は行われない。

ハウジング３，可動鉄心のアンカー１３，内側固定鉄心のコア２によって、コイル６の周りを一巡する磁気回路が構成される。

噴射パルスがオンの状態になると、コイル６に電流が流れ、可動鉄心１３は内側固定鉄心のコア２に電磁力によって吸引され、弁体４のプランジャロッド４ａはその先端寄りの外周面に設けた溝４ｄの段差面４ｅが一部切り欠きを有する円筒部材であるストッパ１５の下端面１５ａに接触する位置まで移動する。このときアンカー１３の上端面１３ｃと内側固定鉄心のコア２の下端面２ａとの間に隙間が形成されることになる。この開弁状態では弁シート部４ｂと弁座面７ａとの間に隙間ができるため、燃料通路が開かれて複数個の燃料噴射孔７ｂから燃料が噴射される。

噴射パルスがオフの状態になると、コイル６に電流が流れなくなり、電磁力が消滅するため、スプリング８のスプリング力によって弁体４は閉弁状態に戻り、燃料の噴射が終わる。

燃料噴射弁１００の動作は、上記のように、噴射パルスに従って、弁体４のプランジャ４ａの位置を開弁状態と閉弁状態に切り替え、燃料供給量を制御することである。さらに、複数個の燃料噴射孔７ｂより噴射することにより、燃料粒径の小さい、すなわち微粒化の良好な燃料噴霧を形成することにある。

開弁時におけるプランジャロッド４ａとストッパ１５との接触位置（衝突音の発生位置）、すなわち本実施例では、ストッパ１５の下端面１５ａとプランジャロッド４ａの外周面に設けた溝４ｄの段差面４ｅとの接触位置は、燃焼ガスシール１６部または燃焼ガスシール１６部よりエンジンの筒内（燃焼室）側に位置するよう構成されている。すなわち、開弁時における弁体４の衝突部が燃焼ガスシール１６部と燃料噴射孔７ｂが設けられた燃料噴射弁１００のノズル先端部との間に設けられている。尚、燃焼ガスシール１６は燃料噴射弁１００とシリンダヘッドとの間で燃焼ガスのシールを行う部材であり、通常、ハウジング３よりも先端側（燃料噴射孔７ｂ側）のノズルホルダ部材５の途中であって、直径が細く絞られた小径部に設けられている。

ストッパ１５は、上記のように、ノズル部材７を収容固定する凹部（内径が拡大された筒状部）に収容されており、ノズル部材７に対して燃料の流れ方向において上流側に位置し、かつ燃焼ガスシール１６部位よりも下流側に位置している。これにより、ストッパ１５の弁体４との衝突面１５ａは燃焼ガスシール１６の最も下流端側に位置する部位よりも更に下流側に位置することになる。

ストッパ１５が設けられていることにより、開弁時に弁体４及びアンカー１３が最大ストローク位置に移動した状態でも、アンカー１３の上端面１３ｃとコア２の下端面２ａとの間には間隙が存在しており、アンカー１３の上端面１３ｃとコア２の下端面２ａとが衝突して衝突音を発生することはない。

また、ノズルホルダ部材５はアンカー１３を収容する大径部とこの大径部に対して先端側（燃料噴射孔７ｂが設けられた側）に形成された小径部とを有しており、燃焼ガスシール１６部位はノズルホルダ部材５の小径部に設けられている。

これにより、開弁時における弁体の衝突音の発生源がシリンダヘッドの表面から奥深い位置に存在することになり、シリンダヘッドの外部に衝突音が伝わりにくくなる。また、衝突部を上記のように構成することにより、結果として衝突部を小さい半径で構成することになり、衝突部の面積を小さくすることができる。これにより、衝突音が伝播していく衝突音の伝播経路の断面積を小さくすることができ、伝播する音圧または振動を抑えることが可能である。

本実施例では、アンカー１３がプランジャロッド４ａに対して相対変位可能に構成している。この構成では、プランジャロッド４ａに拡径部４ｃを設け、プランジャロッド４ａをスプリング８で閉弁方向に付勢し、アンカー１３をゼロスプリング１１で開弁方向に付勢することにより、プランジャロッド４ａの拡径部４ｃの下端面とアンカー１３に設けた凹部１３ａの底面１３ｂとが係合するようにする。少なくとも閉弁時及び開弁時の静的な状態にあっては、拡径部４ｃの下端面とアンカー１３に設けた凹部１３ａの底面１３ｂとが係合している。

アンカー１３とプランジャロッド４ａとの構成は本実施例に限られるものではなく、アンカー１３はプランジャロッド４ａに固定されたものであってもよい。この場合は、第２のスプリングであるゼロスプリング１１は不要である。

図２は、本発明に係る燃料噴射弁１００の取付け状態を示す図である。

燃料噴射弁１００の上部は燃料配管２１の内部にＯリング２２，バックアップリング２３が装着されており、燃料配管２１側から供給される燃料をシールする方式となっている。一方、燃料噴射弁１００の下部はノズルホルダ部材５の下方にチップシール２７があり、燃焼室内で発生する燃焼ガスをシールする方式となっている。

燃料噴射弁１００は主にコネクタモールド部２４，ボディ部２５，ノズルホルダ部材５の３つの部材で構成されている。燃料噴射弁１００のボディ部２５とノズルホルダ部材５とはシリンダヘッド２８の内部に納まるようレイアウトされており、またリング２９（リング状部材又は筒状体ともいう）がボディ部２５とシリンダヘッド２８との間に配置されているため、燃料噴射弁１００のノズルホルダ部材５，ボディ部２５で発生した振動または音はシリンダヘッド２８へ伝搬する構成となっている。

燃料噴射弁による遮音性能を向上するために、本発明では開弁時にノズルホルダ部材５の内部で発生する衝突音または振動の発生位置が燃焼ガスシール部であるチップシール１６の取付け面またはこの取付け面よりエンジンの筒内（燃焼室）側に位置するよう構成している。

これにより開弁時に弁体４の衝突部で発生する衝突音または振動がシリンダヘッドの外部に伝播しにくくなる。また、衝突音または振動の伝播経路の断面積を小さくすることができ、シリンダヘッドの外部に伝播する衝突音または振動を抑えることが可能である。

次に、燃料噴射弁１００が筒内噴射式内燃機関１０１に取付けられる例を説明する。図３は燃料噴射弁１００が筒内噴射式内燃機関１０１に取付けられる例を示しており、１０２は燃焼室、１０３はピストン、１０４はピストンに形成されるキャビティ、１０５はシリンダ、１０６はシリンダヘッド、１０７は吸気ポート１０８を開閉する吸気弁装置、１０９は排気弁装置、１１０は点火装置である。また、１１１は吸気ポート１０８を分離する中央隔壁を有し上流側において連通する吸気通路である。

１ モールド
２ コア
３ ハウジング
４ 弁体
５ ノズルホルダ部材
６ コイル
７ ノズル部材
８ スプリング
９ アジャスタピン
１０ フィルタ
１１ ゼロスプリング
１２ 第２のプランジャロッドガイド
１３ アンカー
１４ 第１のプランジャロッドガイド
１５ ストッパ
１６ 燃焼ガスシール（チップシール）
１７ コネクタ
２１ 燃料配管
２２ Ｏリング
２３ バックアップリング
２４ コネクタモールド部
２５ ボディ部
２６ ノズル部
２８，１０６ シリンダヘッド
２９ リング
１０１ 筒内噴射式内燃機関
１０２ 燃焼室
１０３ ピストン
１０４ ピストンキャビティ
１０５ シリンダ
１０７ 吸気弁装置
１０８ 吸気ポート
１０９ 排気弁装置
１１０ 点火プラグ
１１１ 吸気通路

Claims (3)

1. 弁体の開弁時における移動量を規制する部位が燃焼ガスシール部位に、または該燃焼ガスシール部位よりも燃料噴射孔に近い側に設けられ、
   弁座面と燃料噴射孔とが形成されたノズル部材と、前記ノズル部材を保持するノズルホルダ部材とを備え、
   前記ノズルホルダ部材はアンカーを収容する大径部と前記大径部に対して燃料噴射孔が設けられた先端側に形成された小径部とを有し、
   前記燃焼ガスシール部位は前記ノズルホルダ部材の前記小径部に設けられた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、
   弁体の開弁時における移動量を規制する前記部位を規定するストッパ部材を有すると共に、前記ノズルホルダ部材の先端部に前記ノズル部材を収容固定する凹部を有し、
   前記ストッパ部材は前記ノズル部材に対して燃料の流れ方向において上流側に位置するように前記凹部の内側に収容され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、
   前記ストッパ部材の前記弁体との衝突面は前記燃焼ガスシール部位よりも燃料の流れ方向において下流側に位置することを特徴とする燃料噴射弁。