JP7132089B2 - 流体噴射弁 - Google Patents

Description

本開示は、噴孔から流体を噴射する技術に関する。

噴孔から流体を噴射する流体噴射弁において、噴孔の出口側の周囲にデポジットが形成されることを抑制する技術が知られている。
例えば、下記の特許文献１には、複数の噴孔が形成された噴孔プレートの噴孔の出口側端面において、隣り合う噴孔の間に溝を形成し、隣り合う噴孔の一方から噴射されて噴孔の周囲に付着する流体を、溝により隣り合う他方の噴孔に導く技術が記載されている。

特許文献１に記載された技術では、溝により隣り合う他方の噴孔に導かれた流体が他方の噴孔から噴射される流体により持ち去られることにより、噴孔の出口側にデポジットが形成されることを抑制しようとしている。

特開２０１７－２７３１号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、一方の噴孔から噴射され、溝により他方の噴孔に流体が導かれても、噴孔の出口側の周囲に流体が付着してデポジットが形成されることがあるという課題が見出された。

本開示の１つの局面は、噴孔の出口側の周囲にデポジットが形成されることを極力抑制する技術を提供する。

本開示の１つの態様による流体噴射弁（１０、８０）は、弁ボディ（１４）と噴孔（３２）と弁部材（２０、９０）と突部（３６、４０、５２、６２、７２、９４）とを備える。
弁ボディは、弁座（１６）および弁座よりも流体流れの下流側に流体が流出する開口部（１８）を有する。噴孔は、開口部よりも流体流れの下流側に位置する。弁部材は、弁座に着座することにより噴孔からの流体噴射を遮断し、弁座から離座することにより噴孔から流体を噴射させる。突部は、噴孔側または弁部材側に設けられ、弁部材が弁座から離座したときに噴孔に向かう一部の流体の流れを阻害する。

このような構成によれば、弁部材が弁座から離座したときに、噴孔に向かう一部の流体の流れを突部が阻害するので、突部により流れを阻害される一部の流体が噴孔に向かう流れ方向が変化する。一方、突部により流れを阻害されない流体が噴孔に向かう流れ方向は変化しない。

このように、噴孔に向かう流れ方向が変化する流体と、噴孔に向かう流れ方向が変化しない流体とが噴孔の入口側で衝突して噴孔に流入することにより、噴孔を流れる流体に旋回流が発生する。この旋回流が噴孔から噴射されると、噴孔の出口側の周囲に付着する流体を旋回流が引き込むので、噴孔の出口側の周囲に付着する流体を極力低減することができる。これにより、噴孔の出口側の周囲にデポジットが形成されることを極力抑制できる。

第１実施形態の流体噴射弁の先端部の断面図。 流体噴射弁の使用例を示す模式図。 噴孔プレートのノズルニードル側の端面を示す図。 噴孔の入口側から出口側に向かう流体流れを示す模式図。 突部の変形例を示す模式図。 第２実施形態の噴孔プレートを燃料入口側から見た図。 第３実施形態の噴孔プレートを燃料入口側から見た図。 第４実施形態の噴孔プレートを燃料入口側から見た図。 第５実施形態の流体噴射弁の先端部の断面図。 ノズルニードルの噴孔側の端面を示す図。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す流体噴射弁１０は、例えば、図２に示すように、ディーゼルエンジンの排気通路２００において、ＤＯＣ２１０の上流側に設置され、図示しない高圧ポンプにより加圧された燃料をＤＯＣ２１０の上流側の排気通路２００に噴射して添加する燃料添加弁として使用される。ＤＯＣはDiesel Oxygen Catalystの略である。

ＤＯＣ２１０はＤＰＦ２１２の上流側に設置されている。ＤＰＦはDiesel Particulate Filterの略である。ＤＯＣ２１０は、流体噴射弁１０から排気通路２００に噴射された燃料を酸化反応させる。この反応熱により排気通路２００の排気温度が上昇することにより、ＤＰＦ２１２が捕集しているパティキュレートが燃焼され除去される。

図１は流体噴射弁１０の先端部を示している。流体噴射弁１０の図１に示す先端部と反対側には、例えば電磁力によりノズルニードル２０をリフトさせる電磁駆動部が設置されている、流体噴射弁１０は、筒状部材１２と、弁ボディ１４と、ノズルニードル２０と、噴孔プレート３０とを備える。

筒状部材１２は円筒状に形成されている。筒状部材１２と弁ボディ１４の外周面とは溶接されている。弁ボディ１４の内周面には、ノズルニードル２０が着座する弁座１６が形成されている。弁ボディ１４は、弁座１６よりも流体流れの下流側に、流体が流出する開口部１８を有している。

ノズルニードル２０は、内部に流体が流れる内部空間２２を有している。内部空間２２には、図１の上部から燃料等の流体が供給されている。ノズルニードル２０と弁ボディ１４との間に形成されるノズルニードル２０の外部空間２４と内部空間２２とは、ノズルニードル２０の周壁を貫通する連通孔２６により連通している。

ノズルニードル２０の図１に示す先端部と反対側は、図示しないアーマチャと接続されている。流体噴射弁１０の電磁駆動部が発生する電磁力によりアーマチャが図１の上部に引き上がられることにより、ノズルニードル２０は弁座１６から離座する。

噴孔プレート３０は、円筒のカップ状に形成されており、弁ボディ１４の開口部１８を覆っている。噴孔プレート３０と弁ボディ１４とは溶接されている。
図３に示すように、噴孔プレート３０には、噴孔プレート３０を流体噴射弁１０の軸方向に貫通して４個の噴孔３２が同心円上に形成されている。ノズルニードル２０が弁座１６から離座することにより、ノズルニードル２０の内部空間２２から連通孔２６を通ってノズルニードル２０の外部空間２４に供給されている流体は、弁座１６とノズルニードル２０との間を通り、噴孔３２から噴射される。

噴孔プレート３０のノズルニードル２０側の端面３４には、噴孔３２のそれぞれを噴孔３２に対し噴孔プレート３０の径方向外側から半分覆うように、４個の真っ直ぐな板状の壁３６が形成されている。壁３６は、各噴孔３２と噴孔プレート３０の中心とを結ぶ半径方向と直交する方向に延びている。

ノズルニードル２０が弁座１６から離座することにより噴孔３２に向かう流体は、図３および図４に示すように、壁３６に遮られずに直接噴孔３２の中心に向かう流体流れ３００と、壁３６に遮られ、壁３６に沿って流れてから、噴孔３２の周方向に向かう流れ成分を有する流体流れ３１０とに分かれる。

流体流れ３００と流体流れ３１０とが噴孔３２の入口側で衝突することにより、図４に示すように、流体は旋回流３２０となって噴孔３２に流入し、噴孔３２の出口側から噴射される。このとき、旋回流３２０は、噴孔３２の出口側の周囲に付着する流体を引き込みながら噴射される。

［１－２．効果］
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１ａ）、旋回流３２０が噴孔３２の出口側の周囲に付着する流体を引き込みながら噴射されるので、噴孔３２の出口側の周囲に付着する流体を極力低減することができる。これにより、噴孔３２の出口側の周囲に流体のデポジットが形成されることを極力抑制できる。

上記第１実施形態では、ノズルニードル２０が弁部材に対応し、噴孔プレート３０に形成された壁３６が突部に対応する。
［２．第２実施形態］
［２－１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第２実施形態では、図５に示すように、第１実施形態の真っ直ぐな板状の壁３６に代えて、円弧状の壁４０が、壁４０の凸面を噴孔プレート３０の径方向外側に向けてノズルニードル２０側の端面３４に形成されている。

上記構成を採用することにより、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、流体流れ３００と流体流れ３１０とが噴孔３２の入口側で衝突することにより、流体は旋回流３２０となって噴孔３２に流入し、噴孔３２の出口側から噴射される。このとき、旋回流３２０は、噴孔３２の出口側の周囲に付着する流体を引き込みながら噴射される。

［２－２．効果］
以上説明した第２実施形態によれば、第１実施形態の（１ａ）と同様の効果を得ることができる。

上記第２実施形態では、壁４０が突部に対応する。
［３．第３実施形態］
［３－１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第３実施形態では、図６に示すように、四角形状の突部５２が、噴孔プレート５０のノズルニードル２０側の端面３４において噴孔プレート５０の中央部に形成されている。４個の噴孔３２は、四角形状の突部５２の各辺の頂点側に形成されている。

上記構成を採用することにより、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、流体流れ３００と流体流れ３１０とが噴孔３２の入口側で衝突することにより、流体は旋回流３２０となって噴孔３２に流入し、噴孔３２の出口側から噴射される。このとき、旋回流３２０は、噴孔３２の出口側の周囲に付着する流体を引き込みながら噴射される。

［３－２．効果］
以上説明した第３実施形態によれば、第１実施形態の（１ａ）と同様の効果を得ることができる。

［４．第４実施形態］
［４－１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第４実施形態では、図７に示すように、三角形状の突部６２が、噴孔プレート６０のノズルニードル２０側の端面３４において噴孔プレート６０の中央部に形成されている。３個の噴孔３２は、三角形状の突部６２の各辺の頂点側に形成されている。

上記構成を採用することにより、第４実施形態では、第１実施形態と同様に、流体流れ３００と流体流れ３１０とが噴孔３２の入口側で衝突することにより、流体は旋回流３２０となって噴孔３２に流入し、噴孔３２の出口側から噴射される。このとき、旋回流３２０は、噴孔３２の出口側の周囲に付着する流体を引き込みながら噴射される。

［４－２．効果］
以上説明した第４実施形態によれば、第１実施形態の（１ａ）と同様の効果を得ることができる。

［５．第５実施形態］
［５－１．第１実施形態との相違点］
第５実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第５実施形態では、図８に示すように、第１実施形態の真っ直ぐな板状の壁３６に代えて、複数の四角形状の突部７２が、噴孔プレート７０のノズルニードル２０側の端面３４において直線上に配置されている。

上記構成を採用することにより、第５実施形態では、第１実施形態と同様に、流体流れ３００と流体流れ３１０とが噴孔３２の入口側で衝突することにより、流体は旋回流３２０となって噴孔３２に流入し、噴孔３２の出口側から噴射される。このとき、旋回流３２０は、噴孔３２の出口側の周囲に付着する流体を引き込みながら噴射される。

［５－２．効果］
以上説明した第５実施形態によれば、第１実施形態の（１ａ）と同様の効果を得ることができる。

［６．第６実施形態］
［６－１．第１実施形態との相違点］
第６実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第６実施形態では、図９および図１０に示すように、噴孔プレート１００ではなく、ノズルニードル９０の噴孔側の端面９２に、噴孔３２のそれぞれを噴孔３２に対し噴孔プレート３０の径方向外側から半分覆うように、４個の真っ直ぐな板状の壁９４が形成されている。壁９４は、各噴孔３２に対応する位置とノズルニードル９０の噴孔側の端面９２の中心とを結ぶ半径方向と直交する方向に延びている。

上記構成を採用することにより、第６実施形態では、第１実施形態と同様に、流体流れ３００と流体流れ３１０とが噴孔３２の入口側で衝突することにより、流体は旋回流３２０となって噴孔３２に流入し、噴孔３２の出口側から噴射される。このとき、旋回流３２０は、噴孔３２の出口側の周囲に付着する流体を引き込みながら噴射される。

［６－２．効果］
以上説明した第６実施形態によれば、第１実施形態の（１ａ）と同様の効果を得ることができる。

第６実施形態では、ノズルニードル９０に形成された壁９４が突部に対応する。
［７．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（７ａ）上記実施形態では、流体噴射弁は、ディーゼルエンジンの排気通路２００において、ＤＯＣ２１０の上流側の排気通路２００に燃料を噴射して添加する燃料添加弁として使用される。これ以外にも、流体噴射弁の噴孔の出口周囲にデポジットが付着する可能性があるのであれば、流体噴射弁にどのような流体を噴射してもよいし、どこに設置されてもよい。

（７ｂ）噴孔の数は上記実施形態で説明した３個または４個に限るものではなく、流体噴射弁の適用分野に適した数であれば何個でもよい。
（７ｃ）噴孔３２は、流体噴射弁１０の軸に対して、噴射方向に向かって外周側に傾斜して形成されてもよい。

（７ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。

（７ｅ）上述した流体噴射弁の他、当該流体噴射弁を構成要素とする流体噴射システムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１０、８０：流体噴射弁、１４：弁ボディ、１６：弁座、１８：開口部、２０、９０：ノズルニードル（弁部材）、３０、５０、６０、７０、９０：噴孔プレート、３２：噴孔、３４：端面、３６、４０、９４：壁（突部）、５２、６２、７２：突部、９２：端面

Claims (4)

1. 弁座（１６）および前記弁座よりも流体流れの下流側に流体が流出する開口部（１８）を有する弁ボディ（１４）と、
   前記開口部よりも流体流れの下流側に位置する噴孔（３２）と、
   前記弁座に着座することにより前記噴孔から流体が噴射することを遮断し、前記弁座から離座することにより前記噴孔から流体を噴射させる弁部材（２０、９０）と、
   前記噴孔側または前記弁部材側に設けられ、前記弁部材が前記弁座から離座したときに前記噴孔に向かう一部の流体の流れを阻害してから前記噴孔に向かわせ、その他の流体の流れを阻害せずに前記噴孔に直接向かわせ、これら二つの前記流体の流れを前記噴孔の入口側で衝突させる突部（３６、４０、５２、６２、７２、９４）と、
   を備える流体噴射弁（１０、８０）。
2. 請求項１に記載の流体噴射弁であって、
   前記突部は連続した壁（３６、４０、９４）である、
   流体噴射弁。
3. 請求項１または２に記載の流体噴射弁であって、
   前記開口部を覆い、前記噴孔が形成された噴孔プレート（３０、５０、６０、７０、１００）を備え、
   前記突部（３６、４０、５２、６２、７２）は前記噴孔プレートの前記弁部材側の端面（３４）に形成されている、
   流体噴射弁。
4. 請求項１または２に記載の流体噴射弁であって、
   前記突部（９４）は前記弁部材の前記噴孔側の端面（９２）に形成されている、
   流体噴射弁。

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