JP7124350B2 - 燃料噴射システム - Google Patents
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Description
内燃機関における燃焼に用いる燃料が噴射される噴孔(11a、11a3、11a4)が形成された噴孔ボデー(11)と、
噴孔ボデーの着座面(11s)に離着座する弁体(20)と、
噴孔ボデーと弁体との間に形成され、噴孔の流入口(11in)に連通しており、弁体の離着座により開閉される燃料通路(11b)と、
弁体を着座面に押し付ける弾性力を発揮する弾性部材(SP1)と、を備え、
着座面のうち弁体の中心軸線を含む断面に現れる2本の直線がなす角度であるシート角度(θ)は、90度以下である燃料噴射弁と、
弁体の着座面への離着座状態を制御することで噴孔からの燃料噴射状態を制御する制御装置(90)と、を備え、
制御装置は、燃料噴射弁へ供給する燃料の圧力を、所定範囲内の任意の目標圧力に制御する圧力制御部(94)を有し、
目標圧力が所定範囲の最小値に設定されている場合の燃料圧力により、弁体が着座面に押し付けられる力を最小燃圧閉弁力とし、
弾性力が最小燃圧閉弁力より小さい。
図1に示す燃料噴射弁1は、車両に搭載された点火着火式内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられており、内燃機関の燃焼室2へ直接燃料を噴射する直噴式である。車載燃料タンクに貯留されている液体のガソリン燃料は、図示しない燃料ポンプにより加圧されて燃料噴射弁1へ供給され、供給された高圧燃料は、燃料噴射弁1に形成された噴孔11aから燃焼室2へ噴射される。
次に、燃料噴射弁1の作動について、図4および図5を用いて説明する。
以下、図6~図12を用いて、燃料通路11bの詳細について説明する。燃料通路11bは、後述するテーパ面111、ボデー底面112および連結面113と、弁体先端面22との間の空間を少なくとも含む。図6に示すように、燃料通路11bを流れる燃料は、矢印Y2に示すようにシート面20sに向けて流れた後、シート面20sと着座面11sとの隙間(シート隙間)を通過する。シート隙間に到達するまでの燃料は、軸線C1に近づく向きに流れる。シート隙間を通過した燃料は、矢印Y3に示すように、軸線C1から遠ざかる向きに方向転換して流れ、噴孔11aの流入口11inへ流入する。流入口11inから流入した燃料は、噴孔11a内で整流化され、矢印Y4に示すように、噴孔11aの流出口11outから燃焼室2へ噴射される。また、軸線C1から遠ざかる向きに方向転換して流入口11inへ流入(矢印Y3参照)することに加え、図9中の矢印Y5に示すようにサック室Q22から流入口11inへ流入する燃料も存在する。
さて、閉弁作動するニードル20が着座面11sに衝突してバウンスするにあたり、そのニードル20を、着座面11sに衝突する質点と仮定した場合には、シート角度θについて以下の点が言える。すなわち、シート角度θが90度より大きければ、衝突後運動量を持つ質点の移動方向は、水平方向に対して上側(弁体が開弁する側)へ向かう方向となる。シート角度θが90度より小さければ、衝突後運動量を持つ質点の移動方向は、水平方向に対して下側(弁体が閉弁する側)へ向かう方向となる。この点に着目し、本実施形態では、シート角度θを90度以下にしている。そのため、着座面11sに衝突したニードル20が開弁側にバウンスすることを抑制でき、ニードル20のバウンス低減を図ることができる。
上記第1実施形態では、ボデー底面112の全体が湾曲した形状である。これに対し本実施形態では、図16に示すように、ボデー底面112の少なくとも一部は、軸線C1に対して垂直に拡がる平坦な形状である。厳密には、ボデー底面112のうち仮想内接円R4より内周側の領域が少なくとも平坦形状である。さらに本実施形態では、ボデー底面112のうち流入中心仮想円R2より内周側の領域についても平坦形状である。
上記第1実施形態では、複数の噴孔11aの全てが同一の形状である。これに対し本実施形態では、図17に示すように、大きさの異なる複数種類の噴孔11aを備えている。具体的には、噴孔11aには、流入口11inの面積が小さい複数の小噴孔11a3、および流入口11inの面積が小噴孔11a3の流入口11inの面積より大きい複数の大噴孔11a4が含まれている。複数の小噴孔11a3および複数の大噴孔11a4は噴孔ボデー11の軸線C1周りに環状に並べられ、かつ、複数の大噴孔11a4は隣同士に並べられている。
上記第1実施形態では、複数の噴孔11aの全てが、同一の流入中心仮想円R2上に配置されている。これに対し本実施形態では、図20に示すように、大きさの異なる仮想円上に各々の噴孔11aが配置されている。具体的には、第1流入中心仮想円R2a上に8個の噴孔11aが配置され、第2流入中心仮想円R2c上に2個の噴孔11aが配置されている。そして、第1流入中心仮想円R2aは、第2流入中心仮想円R2cより小さい。換言すると、噴孔11aには、軸線C1を中心とした仮想円のうち直径が所定未満である第1流入中心仮想円R2a上に配置された内側噴孔11a5、および直径が所定以上である第2流入中心仮想円R2c上に配置された外側噴孔11a6が含まれている。複数の内側噴孔11a5および複数の外側噴孔11a6は噴孔ボデー11の軸線C1周りに環状に並べられ、かつ、複数の外側噴孔11a6は隣同士に並べられている。
上記第1実施形態に係る噴孔11aは、通路断面積が流入口11inから流出口11outにかけて均一であるストレート形状である。通路断面積とは、噴孔11aの軸線C2に対して垂直な方向の面積のことである。軸線C2は、流入口11inの中心と流出口11outの中心とを結ぶ線である。これに対し本実施形態では、図21に示すように、軸線C2を含む断面において噴孔11aの形状は、流入口11inから流出口11outにかけて徐々に直径が小さくなるテーパ形状であり、流入口11inの開口面積は流出口11outの開口面積より大きい。
本実施形態では、図22に示すように、軸線C2を含む断面において噴孔11aの形状は、通路断面積の大きい部分である噴孔上流部11a1と、通路断面積の小さい部分である噴孔下流部11a2とを有する段付形状である。通路断面積とは、噴孔11aの軸線C2に対して垂直な方向の面積のことであり、軸線C2とは、流入口11inの中心と流出口11outの中心とを結ぶ線のことである。噴孔上流部11a1および噴孔下流部11a2は、軸線C2方向に一定の直径で延びるストレート形状であり、噴孔上流部11a1の直径は噴孔下流部11a2の直径より大きい。よって、流入口11inの開口面積は流出口11outの開口面積より大きい。
上記第1実施形態に係る燃料噴射弁1は、1つのコア対向面31cを有する可動コア30を備える(図3参照)。この構成に起因して、可動コア30に入る磁束(入磁束)と、可動コア30から出る磁束(出磁束)とは異なる向きになる(図3中の点線矢印参照)。すなわち、入磁束および出磁束の一方は、軸線C1方向に出入りして可動コア30に開弁力を作用させる磁束であるのに対し、入磁束および出磁束の他方は、可動コア30の径方向に出入りして開弁力として寄与しない磁束となる。
上記第1実施形態に係る燃料噴射弁1は、コイル17、固定コア13および可動コア30を有するアクチュエータを1つ備え、そのアクチュエータがニードル20に閉弁力を作用させている。これに対し、図24に示す本実施形態の燃料噴射弁1Bは、ニードル20に閉弁力を作用させるアクチュエータを2つ備えている。すなわち、第1実施形態と同様のコイル17、固定コア13および可動コア30を備えることに加え、第2のコイル170、固定コア130および可動コア30Bを備える。
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。
Claims (11)
- 内燃機関における燃焼に用いる燃料が噴射される噴孔(11a、11a3、11a4)が形成された噴孔ボデー(11)と、
前記噴孔ボデーの着座面(11s)に離着座する弁体(20)と、
前記噴孔ボデーと前記弁体との間に形成され、前記噴孔の流入口(11in)に連通しており、前記弁体の離着座により開閉される燃料通路(11b)と、
前記弁体を前記着座面に押し付ける弾性力を発揮する弾性部材(SP1)と、を備え、
前記着座面のうち前記弁体の中心軸線を含む断面に現れる2本の直線がなす角度であるシート角度(θ)は、90度以下である燃料噴射弁と、
前記弁体の前記着座面への離着座状態を制御することで前記噴孔からの燃料噴射状態を制御する制御装置(90)と、を備え、
前記制御装置は、前記燃料噴射弁へ供給する燃料の圧力を、所定範囲内の任意の目標圧力に制御する圧力制御部(94)を有し、
前記目標圧力が前記所定範囲の最小値に設定されている場合の燃料圧力により、前記弁体が前記着座面に押し付けられる力を最小燃圧閉弁力とし、
前記弾性力が前記最小燃圧閉弁力より小さい燃料噴射システム。 - 前記弁体の外面は、前記着座面に離着座する部分であるシート面(20s)を有し、
前記シート面は、前記着座面の側に膨らむ向きに湾曲する形状である請求項1に記載の燃料噴射システム。 - 前記燃料通路へ流入する燃料に含まれている異物を捕捉するフィルタ(19)を備え、
前記弁体が可動範囲のうち前記着座面から最も離れた位置にある状態で、前記着座面と前記弁体の外面との最短距離は、前記フィルタのメッシュ間隔(Lm)より大きい請求項1または2に記載の燃料噴射システム。 - 前記噴孔は複数形成されており、
複数の前記噴孔の各々の最小の通路断面積の合計を総噴孔面積とし、前記弁体が可動範囲のうち前記着座面から最も離れた位置にある状態で、前記燃料通路のうち前記着座面に位置する環状の通路の断面積をシート部環状面積とし、
前記シート角度は、前記シート部環状面積が前記総噴孔面積より大きくなるように設定されている請求項1~3のいずれか1つに記載の燃料噴射システム。 - 磁気力により吸引されて移動する可動コア(30、30A、30B)を備え、
前記弁体は、前記可動コアとともに移動することで前記着座面から離座する請求項1~4のいずれか1つに記載の燃料噴射システム。 - 前記磁気力により移動する可動コアは、前記弁体が前記着座面に着座した状態のまま所定量移動し、その後、前記弁体とともに移動して前記弁体を前記着座面から離座する請求項5に記載の燃料噴射システム。
- 前記可動コアは、前記中心軸線の方向に異なる位置に設けられた、前記磁気力により吸引される第1吸引面(31c1)および第2吸引面(31c2)を有する請求項5または6に記載の燃料噴射システム。
- 前記磁気力を生じさせるコイル(17、170)を備え、
前記可動コアおよび前記コイルを複数備える請求項5~7のいずれか1つに記載の燃料噴射システム。 - 前記制御装置は、前記内燃機関の1燃焼サイクル中に前記噴孔から燃料を複数回噴射させるように前記燃料噴射弁を制御する多段噴射制御部(91)を有する請求項1~8のいずれか1つに記載の燃料噴射システム。
- 前記制御装置は、前記弁体が前記着座面から離座した後、最大開弁位置に達する前に閉弁作動を開始するように前記燃料噴射弁を制御するパーシャルリフト噴射制御部(92)を有する請求項1~9のいずれか1つに記載の燃料噴射システム。
- 前記制御装置は、前記内燃機関の圧縮行程期間の一部を含む期間に前記噴孔から燃料を噴射させるように前記燃料噴射弁を制御する圧縮行程噴射制御部(93)を有する請求項1~10のいずれか1つに記載の燃料噴射システム。
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