JP6733999B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の内燃機関などへの燃料供給に使用される燃料噴射弁に係り、特に噴霧特性における微粒化の促進を図った燃料噴射弁に関するものである。

近年、自動車の内燃機関などの排出ガス規制が強化される中、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の微粒化が求められており、旋回流れを利用して微粒化を図る方式に関して様々な検討がなされている。
特許文献１では、弁ケーシング内に、弁座面と協働する弁閉鎖部材が配置されている形式のものにおいて、弁座面の下流に中央開口が設けられており、中央開口から半径方向へ少なくとも２つの接線方向通路が延びており、各接線方向通路がそれぞれ各スワール室に接線方向で開口しており、燃料のための定量開口がそれぞれ、上記スワール室の中央から外側へ通じている燃料噴射が開示されている。

特開平１−２７１６５６号公報

上記従来例のような旋回流れを利用した燃料噴射弁では、燃料に含まれた不純物が燃料通路に滞積した場合、燃料流れに淀みが生じる事でスワール室に流入する燃料の速度が低下する。これにより燃料が旋回する際の角速度が低下する。旋回室内での角速度は、燃料噴射後の噴霧広がり角や噴霧の微粒化といった性能に影響を与える。結果的に、燃料に含まれた不純物が燃料通路に堆積することにより、噴霧広がり角の変化や、噴霧微粒化の悪化が生じる恐れがある。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、旋回室内に不純物を堆積させる凹部を設けることで、不純物が堆積した場合でも噴霧特性が良好な状態で維持される燃料噴射弁を提供することを目的とする。

本発明に係わる燃料噴射弁は、弁座を開閉するための弁体を有し、前記弁体を動作させることにより、燃料が前記弁座の下流側開口部に装着された噴孔プレートに複数設けられた噴孔から噴射される燃料噴射弁において、前記噴孔プレートは、前記燃料に旋回力を付与し前記噴孔から前記燃料を外部へ噴射する旋回室と、前記旋回室に燃料を導入する燃料通路とを備え、前記燃料通路は、その側壁部と底部が交差する箇所において、前記燃料通路を拡張する方向に前記燃料通路の側壁部を窪ませた凹部を有する。

本発明に係わる燃料噴射弁は、弁座開口部から旋回室へ流れ込んだ燃料は、旋回流れを生じながら噴孔へ流れ込む。噴孔内部においても旋回流れが保たれることで、噴孔内壁に沿った薄い液膜が形成され、薄い液膜を噴孔から中空円錐状に噴射することで燃料の微粒化が促進される。
さらに、燃料通路の側壁部と底部が交差する箇所において、燃料通路を拡張する方向に前記燃料通路の側壁部を窪ませた凹部を有することにより、この凹部内では燃料通路の中央部と比較すると流速が遅くなることから、燃料内の不純物はこの凹部内に堆積し易くなる。凹部内は流速が遅いため、凹部内に不純物が堆積したとしても燃料通路内の平均流速はほぼ変化しないことから、旋回室に流れ込み旋回をする燃料の角速度への影響は小さい。この旋回室内での角速度は、燃料噴射後の噴霧特性に影響を与える。
よって燃料通路内に凹部を設ける事によって、燃料内の不純物の堆積による噴霧広がり角の変化や、噴霧微粒化の悪化を抑制する事ができる。

本発明の実施の形態1の燃料噴射弁を示す断面図である。 実施の形態１における燃料噴射弁先端部を示すもので、（ａ）は燃料噴射弁先端部の断面図、（ｂ）はＡ−Ａ線を矢印方向に見た平面図である。 図２（ｂ）を拡大した平面図と、Ｂ−Ｂ線を矢印方向に見た断面図である。 実施の形態１における燃料通路を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における燃料通路を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における燃料噴射弁先端部を示すもので、（ａ）は燃料噴射弁先端部の断面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線を矢印方向に見た平面図である。 実施の形態３における燃料通路を示す断面図である。 本発明の実施の形態４における燃料通路を示す断面図である。 本発明の実施の形態５における燃料噴射弁先端部を示すもので、（ａ）は燃料噴射弁先端部の断面図、（ｂ）（ｃ）はそれぞれＥ−Ｅ線、Ｆ−Ｆ線を矢印方向に見た断面図である。

実施の形態１．
図1〜４は、本発明の実施の形態1の燃料噴射弁を示す図である。図１において、１は燃料噴射弁を示しており、ソレノイド装置４、磁気回路のヨーク部分であるハウジング５、磁気回路の固定鉄心部分であるコア６、コイル７、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア８、弁装置９を有しており、弁装置９は弁体１０と弁本体１１と弁座１２で構成されている。
弁本体１１はコア６の外径部に圧入後、溶接されている。アマチュア８は弁体１０に圧入後、溶接されている。弁座１２には噴孔プレート１３が溶接部１３ａにより結合されている。噴孔プレート１３には板厚方向に貫通する複数の噴孔１４が設けられている。
噴孔プレート１３は、燃料に旋回力を付与し噴孔１４から燃料を外部へ噴射する旋回室１８と、旋回室１８に燃料を導入する燃料通路１７とを備えている。
また、図２から４に示すように、燃料通路１７は、その側壁部と底部が交差する箇所において、燃料通路１７を拡張する方向に燃料通路１７の側壁部を窪ませた断面矩形形状の凹部１９を有する。
なお、燃料通路１７は、十字状に交差するように形成され、旋回室１８は、燃料通路１７の下流側の４箇所に配置され、旋回室１８の中央部に対応する位置に噴孔１４が設けられている。

このように構成された燃料噴射弁1において、エンジンの制御装置より燃料噴射弁１の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁１のコイル７に電流が通電され、アマチュア８、コア６、ハウジング５、弁本体１１で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア８はコア６側へ吸引動作し、アマチュア８と一体構造である弁体１０が弁座シート部１２ａから離れて隙間が形成される。
燃料は弁体１０の先端部に溶接されたボール１５の面取り部１５ａから弁座シート部１２ａと弁体１０の隙間を通って、複数の噴孔１４からエンジン吸気通路に噴射される。
次にエンジンの制御装置より燃料噴射弁１の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル７の電流の通電が停止し、磁気回路中の磁束が減少して、弁体１０を閉弁方向に押している圧縮ばね１６により弁体１０と弁座シート部１２ａ間の隙間は閉じ状態となり、燃料噴射が終了する。
弁体１０はアマチュア側面８ａで弁本体１１とのガイド部と摺動し、開弁状態ではアマチュア上面８ｂがコア６の下面と当接する。

実施の形態１では、図２から４に示すように、噴孔プレート１３の上流側を窪ませることにより、燃料に旋回力を付与する複数（図では４個）の旋回室１８が形成されている。旋回室１８に対応して、旋回室１８に燃料を導入する燃料通路１７が設けられている。燃料通路１７は、弁座開口部１２ｂと連通している。
これにより、弁座開口部１２ｂから旋回室１８へ流れ込んだ燃料は、旋回流れを生じながら噴孔１４へ流れ込む。噴孔１４の内部においても旋回流れが保たれることで、噴孔内壁に沿った薄い液膜が形成され、薄い液膜を噴孔１４から中空円錐状に噴射することで燃料の微粒化が促進される。
また、燃料通路１７内を流れる燃料は、一般的に壁面に近いほど流速が遅くなることから、燃料通路１７の角隅部に不純物が堆積しやすくなる。燃料に含まれた不純物が燃料通路１７に滞積した場合、燃料流れに淀みが生じる事で旋回室１８に流入する燃料の速度が低下する。
これにより燃料が旋回する際の角速度が低下する。旋回室１８内での角速度は、燃料噴射後の噴霧広がり角や噴霧の微粒化といった性能に影響を与えることから、燃料に含まれた不純物が燃料通路に堆積することにより、噴霧広がり角の変化や、噴霧微粒化の悪化が生じる恐れがある。

そこで実施の形態１の燃料噴射弁１では、図２から４に示すように、燃料通路１７の側壁部と底部が交差する箇所において、燃料通路１７を拡張する方向に燃料通路１７の側壁部を窪ませた断面矩形形状の凹部１９を有している。
この凹部１９内では燃料通路１７の中央部と比較すると流速が遅くなることから、燃料内の不純物はこの凹部１９内に堆積し易くなる。凹部１９内は流速が遅いため、凹部１９内に不純物が堆積したとしても燃料通路１７内の平均流速はほぼ変化しないことから、旋回室１８に流れ込み旋回をする燃料の角速度への影響は小さい。
このように燃料通路１７内に凹部１９を設ける事によって、燃料内の不純物の堆積による噴霧広がり角の変化や、噴霧微粒化の悪化を抑制する事ができる。

以上のように、本発明は、弁座１２を開閉するための弁体１０を有し、弁体１０を動作させることにより、燃料が弁座１２の下流側開口部に装着された噴孔プレート１３に複数設けられた噴孔１４から噴射される燃料噴射弁において、噴孔プレート１３は、燃料に旋回力を付与し噴孔１４から燃料を外部へ噴射する旋回室１８と、旋回室１８に燃料を導入する燃料通路１７とを備え、燃料通路１７は、その側壁部と底部が交差する箇所において、燃料通路１７を拡張する方向に燃料通路１７の側壁部を窪ませた凹部１９を有するもので、この凹部１９内では旋回室１８内と比較すると流速が遅くなることから、燃料内の不純物はこの凹部１９内に堆積し易くなり、凹部１９内は流速が遅いため、凹部１９内に不純物が堆積したとしても旋回室１８内の平均流速はほぼ変化しないことから、旋回をする燃料の角速度への影響は小さくなり、燃料内の不純物の堆積による噴霧広がり角の変化や、噴霧微粒化の悪化を抑制する事ができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における燃料通路１７の断面図である。燃料流れは壁面に近いほど流速が小さくなることから、凹部１９での流速低減効果を得るためには、凹部１９内の壁面間距離をある程度短くする必要がある。
燃料通路１７の側壁部の長さに対して凹部１９が占める割合が半分を超えてしまうと、凹部１９内の壁面間距離が大きくなり、凹部１９における流速の低減効果が弱まってしまう。

そこで実施の形態２では、燃料通路１７を燃料通路１７の側壁部と底部に垂直な断面で見たときに、燃料通路１７の天井部から底部までの距離をｈ、燃料通路１７の側壁部から凹部１９を除いた長さをｄとしたとき、ｄ／ｈ＞０．５の関係としている。
これにより、凹部１９内において流速が低減する効果が強化されることから、実施の形態１で述べたような燃料内の不純物の堆積による噴霧広がり角の変化や、噴霧微粒化の悪化を抑制する効果を得ることができる。
なお、参考までに一例を示すと、ｈ＝０．１２mmの場合、ｄ＝０．０８mmとし、ｄ／ｈ＝０．６７に設定することができる。この場合、凹部１９の高さ（ｈ−ｄ）は、０．０４mmとなるが、燃料内の不純物のうちサイズの大きいものは上流側に設けられたフィルターによって排除されるため、凹部１９の高さはフィルターのメッシュサイズ程度の値に設定すれば良い。

実施の形態３.
図６、図７に本発明の実施の形態３の燃料噴射弁を示す。噴孔プレート１３は、燃料通路１７および旋回室１８の側壁部を構成する上流側プレート２０と、燃料通路１７および旋回室１８の底部を構成し噴孔１４が開口する下流側プレート２１によって構成されている。
上流側プレート２０に燃料通路１７、旋回室１８、凹部１９を加工したのちに、上流側プレート２０と下流側プレート２１は溶接、ロウ付け、拡散接合等の方法で接合される。
このように噴孔プレート１３を分割した構成にすることで、凹部１９の加工が容易になり、生産性が向上する。

実施の形態４.
図８は本発明の実施の形態４における燃料通路１７の断面図である。実施の形態１〜３では凹部１９は断面矩形形状としていたが、本実施の形態では、凹部１９は燃料通路１７の側壁方向に連続的に拡大する断面Ｒ形状としている。
従って断面矩形形状とした場合よりも凹部１９内の壁面間距離が小さくなり、凹部１９内の燃料流れの速度低減効果が強化されるため、実施の形態１で述べたような燃料内の不純物の堆積による噴霧広がり角の変化や、噴霧微粒化の悪化を抑制する効果を得ることができる。

実施の形態５.
一般的な旋回方式の燃料噴射弁の噴射流量予測にはポテンシャル理論に基づく式が適用可能であり、噴射流量ｑと燃料通路の断面積Ｓｉ、噴孔径ｒｅ、旋回室径ｒｉ、噴孔内部に形成される空洞部と噴孔径の比ｋの関係はｑ∝ｋ，Ｓｉ，ｒｅ／ｒｉとなる。
ここで、燃料内の不純物が凹部１９に滞積した場合には燃料通路１７の断面積Ｓｉが変化するため、噴射流量ｑが変化してしまう問題があった。

そこで実施の形態５では図９に示すように、燃料通路１７の一部に、凹部１９を有さない領域を設け、さらには、燃料通路１７の凹部１９を有さない領域は、燃料通路１７の凹部１９を有する領域に対して、下流側に設けられている。
燃料内の不純物が堆積しやすい凹部１９を有する領域を上流側に配置することで、下流側の凹部１９を有さない領域においては燃料通路１７内に燃料内の不純物が堆積しにくく、燃料通路１７の断面積Ｓｉを一定に保つことが出来る。
これにより、燃料内の不純物が凹部１９内に滞積した場合においても、噴射流量が変化することを防ぐことが出来る。

なお、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 燃料噴射弁、４ ソレノイド装置、５ ハウジング、６ コア、７ コイル、８ アマチュア、８ａ アマチュア側面、８ｂ アマチュア上面、９ 弁装置、１０ 弁体、１１ 弁本体、１２ 弁座、１２ａ 弁座シート部、１２ｂ 弁座開口部、１３ 噴孔プレート、１４ 噴孔、１５ ボール、１５ａ 面取り部、１６ 圧縮ばね、１７ 燃料通路、１８ 旋回室、１９ 凹部、２０ 上流側プレート、２１ 下流側プレート

Claims (8)

1. 弁座を開閉するための弁体を有し、前記弁体を動作させることにより、燃料が前記弁座の下流側開口部に装着された噴孔プレートに複数設けられた噴孔から噴射される燃料噴射弁において、
   前記噴孔プレートは、前記燃料に旋回力を付与し前記噴孔から前記燃料を外部へ噴射する旋回室と、前記旋回室に燃料を導入する燃料通路とを備え、
   前記燃料通路は、その側壁部と底部が交差する箇所において、前記燃料通路を拡張する方向に前記燃料通路の側壁部を窪ませた凹部を有することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記燃料通路は、その側壁部と底部に垂直な断面で見たときに、前記燃料通路の天井部から底部までの距離をｈ、前記燃料通路の側壁部から凹部を除いた長さをｄとしたとき、ｄ／ｈ＞０．５の関係にあることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記噴孔プレートは、前記燃料通路および前記旋回室の側壁部を構成する上流側プレートと、前記燃料通路および前記旋回室の底部を構成し前記噴孔が開口する下流側プレートによって構成されることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。
4. 前記凹部は、断面矩形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
5. 前記凹部は、前記燃料通路の側壁方向に連続的に拡大する断面Ｒ形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
6. 前記燃料通路の一部に、前記凹部を有さない領域を設けることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
7. 前記燃料通路の前記凹部を有さない領域は、前記燃料通路の前記凹部を有する領域に対して、前記燃料通路の下流側に設けられていることを特徴とする請求項６記載の燃料噴射弁。
8. 前記燃料通路は、十字状に交差するように形成され、前記旋回室は、前記燃料通路の下流側の４箇所に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

Images