JP7167663B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
燃料が噴射される噴孔(11a)が形成された噴孔ボデー(11)と、
噴孔ボデーの着座面(11s)に離着座するシート面(20s)が形成された弁体(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、を備え、
シート面は、着座面の側に膨らむ向きに湾曲しており、
噴孔から噴射される燃料の流量が、シート面と着座面との隙間で絞られた流量に制限されている状態をシート部絞り状態とし、噴孔で絞られた流量に制限されている状態を噴孔絞り状態とした場合に、
弁体が閉弁位置からフルリフト位置まで開弁作動するにあたり、閉弁位置から所定の中間位置まではシート部絞り状態となり、中間位置からフルリフト位置までは噴孔絞り状態となり、
燃料通路のうち着座面より下流側の部分であるシート噴孔間隙間の通路断面積をシート噴孔間通路断面積(S3)とし、噴孔の通路断面積を噴孔通路断面積(S1)とした場合に、
噴孔ボデーに弁体が着座した閉弁状態では、シート噴孔間通路断面積は噴孔通路断面積より小さい燃料噴射弁とされる。
内燃機関の燃焼に用いる燃料が噴射される噴孔(11a)が形成された噴孔ボデー(11)と、
噴孔ボデーの着座面(11s)に離着座するシート面(20s)が形成された弁体(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、を備え、
シート面は、着座面の側に膨らむ向きに湾曲しており、
噴孔から噴射される燃料の流量が、シート面と着座面との隙間で絞られた流量に制限されている状態をシート部絞り状態とし、燃料通路のうち着座面より下流側の部分であるシート噴孔間隙間で絞られた流量に制限されている状態をシート噴孔間絞り状態とした場合に、
弁体が閉弁位置からフルリフト位置まで開弁作動するにあたり、閉弁位置から所定の中間位置まではシート部絞り状態となり、中間位置からフルリフト位置まではシート噴孔間絞り状態となる燃料噴射弁とされる。
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を用いて説明する。
以下、図5~図10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。燃料通路11bを流れる燃料は、図5中の矢印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8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、ニードル20がリフトダウンして着座面11sに着座した時点では、シート下流通路Q20に未だ燃料が残留しており、その残留燃料は、着座直後に噴孔11aから流出する。詳細には、着座時点における噴孔11a内の燃料流速は直ぐにはゼロにならず、慣性で閉弁直後も流れ続け、噴孔11a内を慣性で流れる燃料に、シート下流通路Q20の燃料は引き寄せられる。より詳細には、サック室Q22のうち、噴孔直上体積V4aの部分に存在する燃料は流速が速く、その燃料の流れ(主流)に、噴孔直上体積V4aの部分の周囲に存在する燃料が引き寄せられる。このように引き寄せられた燃料は、速い流速で噴孔11aから勢い良く噴出するため、このように噴出した燃料はボデー外面114に付着しにくい。
さて、シート面20sが着座面11sに押し付けられずに接触しているだけでは、ニードル20と噴孔ボデー11とは線接触した状態であり、十分なシール機能が発揮されない。これに対し、シート面20sが着座面11sに十分な力で押し付けられていると、その押付力によりニードル20は弾性変形して、シート面20sが拡大し、十分なシール機能が発揮される。この点を鑑みた本実施形態では、シート面20sは、着座面11sの側に膨らむ向きに湾曲している。そのため、弾性変形により拡大するシート面20sの面積を増大でき、シール機能を向上できる。
上記第1実施形態では、2段階で絞り部位が変化する構造を実現させるにあたり、シート部絞り状態から噴孔絞り状態へと推移させている。これに対し、本実施形態では、シート部絞り状態からシート噴孔間絞りへと推移させている。例えば、図16に示すように、フルリフト位置でのリフト量を小さくすることで、シート部絞り状態からシート噴孔間絞りへ推移した後に、噴孔絞り状態へ推移させないようにすることで、2段階絞りを実現させればよい。
上記第1実施形態では、弁体先端面22を、ボデー底面112の側に膨らむ向きに湾曲した形状にするにあたり、弁体先端面22の全体を湾曲させている。これに対し本実施形態では、図17に示すように、ニードル20のうちシート面20sより下流側に位置する先端部には、軸線C1方向に対して垂直に拡がる平坦面22aが形成されている。なお、平坦面22aを除く部分については、上記第1実施形態と同様にして湾曲させている。
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18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19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。
図20に示す本実施形態では、ボデー外面114に凹部11dが形成されている。凹部11dは軸線C2方向から見て円形であり、流出口11outを内部に含むよう、凹部11dの直径は流出口11outの直径より大きい。凹部11dの円形中心は噴孔11aの軸線C2と一致する。このように凹部11dを形成することで、噴孔11aの長さを短くし、流出口11outから噴射される燃料の貫徹力を低減させている。それでいて、噴孔ボデー11のうち噴孔11a以外の部分で厚さ寸法が短くなることを回避できるので、噴孔ボデー11の著しい強度低下を回避できる。
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22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 (6)
- 燃料が噴射される噴孔(11a)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)に離着座するシート面(20s)が形成された弁体(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、
を備え、
前記シート面は、前記着座面の側に膨らむ向きに湾曲しており、
前記噴孔から噴射される燃料の流量が、前記シート面と前記着座面との隙間で絞られた流量に制限されている状態をシート部絞り状態とし、前記噴孔で絞られた流量に制限されている状態を噴孔絞り状態とした場合に、
前記弁体が閉弁位置からフルリフト位置まで開弁作動するにあたり、前記閉弁位置から所定の中間位置までは前記シート部絞り状態となり、前記中間位置から前記フルリフト位置までは前記噴孔絞り状態となり、
前記燃料通路のうち前記着座面より下流側の部分であるシート噴孔間隙間の通路断面積をシート噴孔間通路断面積(S3)とし、前記噴孔の通路断面積を噴孔通路断面積(S1)とした場合に、
前記噴孔ボデーに前記弁体が着座した閉弁状態では、前記シート噴孔間通路断面積は前記噴孔通路断面積より小さい燃料噴射弁。 - 内燃機関の燃焼に用いる燃料が噴射される噴孔(11a)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)に離着座するシート面(20s)が形成された弁体(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、
を備え、
前記シート面は、前記着座面の側に膨らむ向きに湾曲しており、
前記噴孔から噴射される燃料の流量が、前記シート面と前記着座面との隙間で絞られた流量に制限されている状態をシート部絞り状態とし、前記燃料通路のうち前記着座面より下流側の部分であるシート噴孔間隙間で絞られた流量に制限されている状態をシート噴孔間絞り状態とした場合に、
前記弁体が閉弁位置からフルリフト位置まで開弁作動するにあたり、前記閉弁位置から所定の中間位置までは前記シート部絞り状態となり、前記中間位置から前記フルリフト位置までは前記シート噴孔間絞り状態となる燃料噴射弁。 - 前記燃料通路のうち前記着座面より下流側の部分であるシート噴孔間隙間の通路断面積をシート噴孔間通路断面積(S3)とし、前記噴孔の通路断面積を噴孔通路断面積(S1)とした場合に、
前記噴孔ボデーに前記弁体が着座した閉弁状態では、前記シート噴孔間通路断面積は前記噴孔通路断面積より小さい請求項2に記載の燃料噴射弁。 - 前記噴孔ボデーは、
前記着座面を含む、前記弁体の中心軸線を含む断面において直線形状に形成されたテーパ面(111)と、
前記流入口を含む、前記テーパ面から凹む形状に形成されたボデー底面(112)と、を有する請求項1~3のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。 - 前記弁体のうち前記シート面より下流側に位置する先端部には、前記弁体の中心軸線の方向に対して垂直に拡がる平坦面(22a)が形成されている請求項1~4のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
- 前記弁体の外面のうち前記シート面よりも燃料流れ下流側の部分の全体を弁体先端面(22)とし、前記弁体の中心軸線の方向における前記弁体先端面と前記噴孔ボデーとの距離を弁体離間距離(Ha)とし、前記流入口の中心を通る、前記中心軸線を中心とした円を流入中心仮想円(R2)とし、
前記弁体離間距離は、前記流入中心仮想円の周縁から径方向において前記中心軸線に向かう方向に沿って連続的に小さくなっていく請求項1~5のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
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