JP6463286B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
ノズルボディは、燃料を噴射可能な噴孔、及び、噴孔の内側開口の周囲に形成される弁座を有する。
ニードルは、弁座に当接可能に設けられている。ニードルは、弁座に当接すると噴孔を介したノズルボディ内と外部との燃料の流れを規制し、弁座から離間すると噴孔を介したノズルボディ内と外部との燃料の流れを許容する。
駆動部は、ニードルを往復移動可能である。
本発明の燃料噴射弁では、噴孔は、断面積が内側開口から外側開口に向かうにしたがって連続的に大きくなるよう形成されている。また、ノズルボディの中心軸に沿って往復移動するニードルが弁座と当接するよう移動する方向を中心軸の閉弁方向とすると、内側開口と外側開口とを連通する噴孔通路は、噴孔の噴孔軸の閉弁方向側に形成される第一内壁、及び、噴孔軸の閉弁方向側とは反対側に形成され第一内壁に比べ噴孔軸の近くに位置する第二内壁とから形成される。また、本発明の燃料噴射弁では、第一内壁は、噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面上の断面形状が噴孔軸上の点を中心とする仮想円の円弧状に形成されている。
本発明の第一実施形態による燃料噴射弁を図1〜8に基づいて説明する。図1には、第一実施形態による燃料噴射弁1の断面図を示す。なお、図1には、ノズルボディ20が有する噴射ノズル30の中心軸CA30に沿ってニードル40が弁座306に当接するよう移動する方向である閉弁方向、及び、ニードル40が弁座306から離間するよう移動する方向である開弁方向を図示する。
噴孔31は、内壁面303上の開口である内側開口311、外壁面305上の開口である外側開口312、及び、内側開口311と外側開口312とを連通する噴孔通路310などを有する。噴孔31は、噴孔軸HC31に垂直な断面形状が曲線から形成されている。
噴孔32は、内壁面303上の開口である内側開口321、外壁面305上の開口である外側開口322、及び、内側開口321と外側開口322とを連通する噴孔通路320などを有する。噴孔32は、噴孔軸HC32に垂直な断面形状が曲線から形成されている。
噴孔33は、内壁面303上の開口である内側開口331、外壁面305上の開口である外側開口332、及び、内側開口331と外側開口332とを連通する噴孔通路330などを有する。噴孔33は、噴孔軸HC33に垂直な断面形状が曲線から形成されている。
噴孔34は、内壁面303上の開口である内側開口341、外壁面305上の開口である外側開口342、及び、内側開口341と外側開口342とを連通する噴孔通路340などを有する。噴孔34は、噴孔軸HC34に垂直な断面形状が曲線から形成されている。
噴孔35は、内壁面303上の開口である内側開口351、外壁面305上の開口である外側開口352、及び、内側開口351と外側開口352とを連通する噴孔通路350などを有する。噴孔35は、噴孔軸HC35に垂直な断面形状が曲線から形成されている。
噴孔36は、内壁面303上の開口である内側開口361、外壁面305上の開口である外側開口362、及び、内側開口361と外側開口362とを連通する噴孔通路360などを有する。噴孔36は、噴孔軸HC36に垂直な断面形状が曲線から形成されている。
内壁面303にはニードル40が当接可能な環状の弁座306が形成される。噴孔の詳細な形状は、後述する。
本実施形態では、スプリング24の付勢力は、スプリング26の付勢力に比べ大きく設定されている。これにより、コイル38に電力が供給されていない状態では、シール部42は弁座306に当接した状態、すなわち閉弁状態となる。
内側開口331は、断面形状が真円とは異なる形状をなしている。具体的には、噴孔軸HC33上の点HC331を中心とする仮想円VC331を基準として比較すると、内側開口331を形成する縁部のうち一方の側の縁部333は、他方の側の縁部334に比べ点HC331の近くに位置している。
また、外側開口332は、断面形状が真円とは異なる形状をなしている。具体的には、噴孔軸HC33上の点HC332を中心とする仮想円VC332を基準として比較すると、外側開口332を形成する縁部のうち一方の側の縁部338が他方の側の縁部339に比べ点HC332の近くに位置している。
本実施形態では、噴孔通路330は、第一内壁335及び第二内壁336から形成されている。第一内壁335は、図4に示す断面形状が図4に示す噴孔軸HC33の閉弁方向側に位置している。また、第二内壁336は、図4に示す断面形状が図4に示す噴孔軸HC33の「閉弁方向側とは反対側」としての開弁方向側に位置している。なお、図4には、噴孔軸HC33の開弁方向側において噴孔軸HC33から第一内壁335までの距離と同じ距離にある仮想線VL336を示している。仮想線VL336は、図3における仮想円VC331と仮想円VC332とを噴孔軸HC33に沿う方向で繋げた線でもある。
本実施形態では、第一仮想平面VP1と第一内壁335との交線を第一交線CL33とすると、第一内壁335は、図5に示すように、第二仮想平面VP2上の断面形状が噴孔軸HC33上の点からみて第一交線CL33上の点から二つの周方向のそれぞれに90度の中心角をなすよう形成されている(図5に示す角度A11、A12)。すなわち、第一内壁335は、第二仮想平面VP2上の断面形状が第一仮想平面VP1を対称面とする面対称となるよう形成されている。なお、図5には、便宜的に、第一内壁335と第二内壁336との接続点P33と噴孔軸HC33上の点とを結ぶ仮想線VL3を示している。
図7(a)には、噴孔33の噴孔軸HC33に垂直な断面図である横断面を示す。また、図7(b)には、比較例としての燃料噴射弁9が有する噴孔93の噴孔軸HC93に垂直な断面図である横断面を示す。比較例の燃料噴射弁9では、噴孔93の横断面形状は、噴孔軸HC93上の点を中心とする真円状に形成されている。
本実施形態では、上述したように、半径R1に対する半径R2の比が0.2以下となるよう噴孔31、32、33、34、35、36が形成されている。これにより、噴孔通路310、320、330、340、350、360に形成される燃料の液膜は、第二内壁336に沿って比較的広がりにくくなっている。これにより、燃料噴射弁1は、燃料の噴霧特性の安定性をさらに向上することができる。
次に、本発明の第二実施形態による燃料噴射弁を図9〜11に基づいて説明する。第二実施形態は、噴孔の形状の関係が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図11に示すように、角度A24が大きくなると、燃料の広がり度Dspは小さくなることが明らかとなった。このことから、燃料の広がり度Dspを噴孔の形状変化の影響が比較的小さくなる目安である0.2とするためには、角度A24を0.2以下とすることが望ましい。
また、燃料噴射弁2では、噴孔53は、第一接線L531と第二接線L532とがなす角度A24が40度以上となるよう噴孔内壁が形成されている。これにより、燃料の広がり度Dspが0.2以下となり、第二内壁536に燃料が広がりにくくなっている。したがって、燃料噴射弁2は、燃料の噴霧特性の安定性をさらに向上することができる。
次に、本発明の第三実施形態による燃料噴射弁を図12、13に基づいて説明する。第三実施形態は、噴孔の形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図13に示すように、長さRLに対する長さRSの比が大きくなると、燃料の広がり度Dspは大きくなることが明らかとなった。このことから、燃料の広がり度Dspを噴孔の形状変化の影響が比較的小さくなる目安である0.2とするためには、長さRLに対する長さRSの比を0.5以下とすることが望ましい。
また、燃料噴射弁3では、噴孔63は、第二内壁636の第二仮想平面上の断面形状である楕円形状の長軸と短軸との長さの比が0.5以下となるよう形成されている。これにより、燃料の広がり度Dspが0.2以下となり、第二内壁636に燃料が広がりにくくなっている。したがって、燃料噴射弁3は、燃料の噴霧特性の安定性をさらに向上することができる。
次に、本発明の第四実施形態による燃料噴射弁を図14に基づいて説明する。第四実施形態は、噴孔の形状が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では、第一仮想平面VP1と第一内壁735との交線を第一交線CL73とすると、第一内壁735は、図14に示す断面形状が噴孔軸HC73上の点からみて第一交線CL73上の点から二つの周方向のそれぞれに90度の中心角をなすよう形成されている(図14に示す角度A41、A42)。すなわち、第一内壁735は、図14に示す断面形状が第一仮想平面VP1を対称面とする面対称となるよう形成されている。
また、燃料噴射弁4では、噴孔73は、第二内壁736の第二仮想平面上の断面形状である楕円形状の長軸と短軸との長さの比が0.5以下となるよう形成されている。これにより、燃料噴射弁4は、燃料の噴霧特性の経時変化をさらに小さくすることができる。
次に、本発明の第五実施形態による燃料噴射弁を図15、16に基づいて説明する。第五実施形態は、第一内壁が突出部を有する点が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では、第一内壁785は、噴孔軸HC78に向かって突出する突出部788を有している。図15に示す断面形状において、噴孔通路780を形成する突出部788の内壁面789と第一仮想平面VP1との交線を第一交線CL78とすると、第一交線CL78上の点は、突出部788の内壁面789のうち噴孔軸HC78の最も近くに位置している。突出部788の内壁面789は、第一交線CL78の位置から仮想楕円VC785の円弧形状まで滑らかに接続されている。これにより、噴孔78の横断面形状は、略M字状に形成されている。
第二内壁336の第一内壁785と接続する端部は、第一内壁785と滑らかに接続するよう形成されている。これにより、噴孔通路780を形成する内壁は曲面から形成されることとなる。
燃料噴射弁5では、ニードル40が弁座306から離間すると、ノズルボディ20内の燃料が噴孔78に流入する。噴孔78に流入した燃料は、第一内壁785に比較的厚めの燃料の液膜LF7を形成する。この第一内壁785上の燃料の液膜のうち突出部788の上に形成される燃料の液膜は、突出部788の内壁面789の傾斜を利用して噴孔通路780の周方向に移動しやすくなっている(図16の白抜き矢印F16)。これにより、第一内壁785上の燃料の液膜が第一内壁785上に広がりやすくなる。したがって、燃料噴射弁5は、第一実施形態の効果(1)、(2)、(4)〜(6)の効果を奏するとともに、燃料をさらに微粒化することができる。
次に、本発明の第六実施形態による燃料噴射弁を図17に基づいて説明する。第六実施形態は、噴孔の形状の関係が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では、第一仮想平面VP1と第一内壁835との交線を第一交線CL83とすると、第一内壁835は、噴孔軸HC83に垂直な第二仮想平面上の断面形状が噴孔軸HC83上の点からみて第一交線CL83上の点から二つの周方向のそれぞれに90度以上の中心角をなすよう形成されている(図17に示す角度A61、A62)。すなわち、第一内壁835は、図17に示す断面形状が第一仮想平面VP1を対称面とする面対称となるよう形成されている。なお、図17には、便宜的に、第一内壁835と第二内壁836との接続点P63と噴孔軸HC83上の点とを結ぶ仮想線VL6を示している。
次に、本発明の第七実施形態による燃料噴射弁を図18に基づいて説明する。第七実施形態は、噴孔の形状の関係が第一実施形態と異なる。なお、第一実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では、第一仮想平面VP1と第一内壁885との交線を第一交線CL88とすると、第一内壁885は、噴孔軸HC88に垂直な第二仮想平面上の断面形状が噴孔軸HC88上の点からみて第一交線CL88上の点から二つの周方向のそれぞれに90度より小さい中心角をなすよう形成されている(図18に示す角度A71、A72)。すなわち、第一内壁885は、図18に示す断面形状が第一仮想平面VP1を対称面とする面対称となるよう形成されている。なお、図18には、便宜的に、第一内壁885と第二内壁886との接続点P73と噴孔軸HC88上の点とを結ぶ仮想線VL7を示している。
上述の実施形態では、第一内壁は、第二仮想平面上の断面形状が噴孔軸上の点からみて第一交線上の点から二つの周方向のそれぞれに同じ角度の中心角をなすよう形成されているとした。しかしながら、中心角は同じでなくてもよい。
306・・・弁座
31、32、33、34、35、36、53、63、73、78、83、88・・・噴孔
310、320、330、340、350、360、530、630、780、830、880・・・噴孔通路
311、321、331、341、351、361・・・内側開口
312、322、332、342、352、362・・・外側開口
335、735、785、835、885・・・第一内壁
336、636、736、836、886・・・第二内壁
HC31、HC32、HC33、HC34、HC35、HC36、HC53、HC63、HC73、HC78、HC83、HC88・・・噴孔軸
CA30・・・中心軸
Claims (14)
- 燃料を噴射可能な噴孔(31、32、33、34、35、36、53、63、73、78、83、88)、及び、前記噴孔の内側開口の周囲に形成される弁座(306)を有するノズルボディ(20)と、
前記弁座に当接可能に設けられ、前記弁座に当接すると前記噴孔を介した前記ノズルボディ内と外部との燃料の流れを規制し、前記弁座から離間すると前記噴孔を介した前記ノズルボディ内と外部との燃料の流れを許容するニードル(40)と、
前記ニードルを往復移動可能な駆動部(38、44、47)と、
を備え、
前記噴孔は、断面積が前記内側開口(311、321、331、341、351、361)から外側開口(312、322、332、342、352、362)に向かうにしたがって連続的に大きくなるよう形成され、
前記ノズルボディの中心軸(CA30)に沿って往復移動する前記ニードルが前記弁座と当接するよう移動する方向を前記中心軸の閉弁方向とすると、前記内側開口と前記外側開口とを連通する前記噴孔の噴孔通路(310、320、330、340、350、360、530、630、780、830、880)は、前記噴孔の噴孔軸(HC31、HC32、HC33、HC34、HC35、HC36、HC53、HC63、HC73、HC78、HC83、HC88)の前記閉弁方向側に位置する第一内壁(335、735、785、835、885)、及び、前記噴孔軸の前記閉弁方向側とは反対側に位置し前記第一内壁に比べ前記噴孔軸の近くに形成される第二内壁(336、636、736、836、886)とから形成され、
前記第一内壁は、前記噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面上の断面形状が前記噴孔軸上の点を中心とする仮想円(VC335、VC835)の円弧状に形成されている燃料噴射弁。 - 前記噴孔軸を含む平面であって前記中心軸に対向する平面または前記噴孔軸を含む平面であって前記中心軸を含む平面を第一仮想平面(VP1)とすると、前記第一内壁は、前記第一仮想平面上の断面形状が前記第一仮想平面上の前記噴孔軸の前記閉弁方向側に位置し、前記第二内壁は、前記第一仮想平面上の断面形状が前記第一仮想平面上の前記噴孔軸の前記閉弁方向側とは反対側に位置する請求項1に記載の燃料噴射弁。
- 前記第一仮想平面と前記第一内壁との交線を第一交線(CL33、CL73、CL78、CL83)とすると、前記第一内壁は、前記噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面(VP2)上の断面形状が前記第一交線上の点から二つの周方向にそれぞれ90度以上の中心角をなすよう形成される請求項2に記載の燃料噴射弁。
- 前記第二内壁は、前記噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面上の断面形状が前記噴孔軸上の点からみて180度の中心角をなすよう形成されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記第一内壁は、前記噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面上の断面形状が前記噴孔軸上の点を中心とする仮想楕円(VC735)の円弧状に形成されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記第二内壁が有する前記第一内壁側の端部(E336)の前記噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面上の断面形状の曲率半径を曲率半径R2、及び、前記第一内壁の前記第二仮想平面上の断面形状の曲率半径を半径R1とすると、R2/R1が0.2以下となる請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記噴孔通路は、前記第一内壁、前記第二内壁、及び、前記第一内壁と前記第二内壁との間に設けられる第三内壁(537)から形成され、
前記第三内壁の前記噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面上の断面形状の曲率半径を曲率半径R3、及び、前記第一内壁の前記第二仮想平面上の断面形状の曲率半径を半径R1とすると、R3/R1が0.2以下となる請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。 - 前記第一内壁が有する前記第二内壁側の縁部(531)の前記第二仮想平面上の断面形状に接する第一接線(L531)と、前記第二内壁が有する前記第一内壁側の縁部(532)の前記第二仮想平面上の断面形状に接する第二接線(L532)とがなす角度は、40度以上である請求項6または7に記載の燃料噴射弁。
- 前記第二内壁は、前記噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面上の断面形状が仮想楕円(VC636、VC736)の円弧状となるよう形成される請求項1〜8のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記第二内壁の前記第二仮想平面上の断面形状を円弧の一部として含む楕円の長軸の長さを長さRL、及び、前記第二内壁の前記第二仮想平面上の断面形状を円弧の一部として含む楕円の短軸の長さを長さRSとすると、RS/RLが0.5以下となる請求項9に記載の燃料噴射弁。
- 前記第一内壁は、前記噴孔軸の方向に突出する突出部(788)を有する請求項1〜10のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記噴孔通路の前記噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面上の断面形状は、曲線から形成されている請求項1〜11のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
- 前記噴孔軸を含む平面であって前記中心軸に対向する平面または前記噴孔軸を含む平面であって前記中心軸を含む平面を第一仮想平面とすると、
前記第一内壁は、前記噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面上の断面形状が前記第一仮想平面を対称面とする面対称となるよう形成される請求項1〜12のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。 - 前記噴孔軸を含む平面であって前記中心軸に対向する平面または前記噴孔軸を含む平面であって前記中心軸を含む平面を第一仮想平面とすると、
前記第二内壁は、前記噴孔軸に垂直に交わる第二仮想平面上の断面形状が前記第一仮想平面を対称面とする面対称となるよう形成される請求項1〜13のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
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