JPH01159459A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃料噴射弁に係り、特に、噴霧特性および可
動弁をオンオフする時間により噴射量を制御するときの
オンオフ時間に対する噴射量の線形性に優れた、自動車
等の内燃機関用に好適な燃料噴射弁に関するものである
。

［従来の技術］ 自動車等の内燃機関に用いられる燃料噴射弁は、噴射燃
料をできるかぎり微粒化することと、噴射量を広範囲で
精密に制御することが要求される。

従来のこの種の装置として関連するものには、例えば特
開昭５５−１０４５６４号公報に記載されているように
、燃料に噴射を、オン、オフする電磁駆動のボール弁と
その下流に噴射孔とを備え。

ボール弁がリフトしたとき流れる燃料に旋回力を与え、
この旋回エネルギにより噴射孔から噴射する燃料を微粒
化するようになっていた。

そして、燃料の噴射量はボール弁を駆動する電磁駆動源
へのパルス状の信号の時間幅を変える二とにより、一定
量ボール弁がリフトし燃料が噴射している時間を制御す
ることで行うものであった。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来技術の燃料噴射弁では、燃料噴射期間の噴射燃
料の状態と微粒化、特に噴射燃料の平均液滴粒径が小さ
いことと、燃料噴射信号に対する噴射量の線形性や正確
さが求められていたが、その過渡的な特性については十
分な配慮がなされていなかった。

すなわち、従来の燃料噴射弁では、噴射している時間の
平均液滴粒径の微粒化の向上に主眼がおかれ、可動弁が
リフトし、最大リフトに達するまでの過渡時における噴
射燃料の微粒化についての配慮が十分ではなかった。ま
た同様に噴射量特性においても、可動弁の最大リフト近
傍における挙動の影響についての考慮が十分でなかった
。このため、微小噴射信号時の噴射量が不安定であった
。

これらのことは可動弁における駆動源の種類を問わず発
生する問題である。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたもので、駆動源の種類、構成を限定することなく、
燃料噴射弁の弁可動の過渡時における噴霧の微粒化を向
上するとともに、噴射量特性の線形性範囲を拡大して噴
射量の特性を安定化し、エンジンの過渡性能、アイドリ
ング性能、燃料消費率等を向上させうる燃料燃料噴射弁
を提供することを、その目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る燃料噴射弁の
構成は、駆動源となる構成体と、駆動源により作動し所
定量リフトする可動弁体と、この可動弁体に対接して常
時は閉じており弁体のリフト時に開口する可変絞りであ
る燃料導出口と固定絞りである燃料噴射孔とを具備した
バルブガイドと、前記可動弁のリフト量を制限するスト
ッパ部材と、前記燃料導出口に連通ずる燃料流路とを備
えた燃料噴射弁において、前記可動弁体の最大リフト時
の前記燃料導出口の開口面積をＡい前記燃料噴射孔の流
路面積をＡ２としたとき、Ａ□とＡ２の比σ（＝Ａ工／
Ａ２）をσ＞１となるように設定したものである。

なお付記すると、上記目的は、常時ばね力で閉じられ、
駆動源によりある一定量リフトする可動弁と、その下流
側に固定絞りの噴射孔とを備えた燃料噴射弁において、
可動弁の最大リフト時の開口面積をＡい可動弁下流側の
固定絞り噴射孔の流路面積をＡ２としたとき、Ａ□とＡ
２の絞り面積比σ（＝Ａ工／Ａ２）をσ＞１に構成する
ことにより、達成される。

［作用］ 上記の技術的手段による働きを第３図および第４図を参
照して説明する。

第３図は、可動弁リフトと各特性値との関係を示す線図
で、（ａ）は絞り面積比σの線図、（ｂ）は噴射流量Ｑ
の線図、（Ｃ）は噴射燃料の平均液滴粒径ｄ、の線図、
（ｄ）は噴射孔出口の旋回速度Ｖ、の線図、第４図は、
ボール弁まわりの燃料のフローパターンを示す模式図で
、（ａ）はσく１のとき、（ｂ）はσ＞１のときを示す
。

常時はばね力等で閉じられ、駆動源によりある一定量リ
フトする可動弁と、その下流側に固定絞りの噴射孔を備
えた燃料噴射弁について、可動弁上流側の燃料供給圧力
をほぼ一定として可動弁をリフトしたとき、可動弁リフ
トをＸ、その最大リフトをｘ、ａｘ、最大リフト時の可
動弁部開口面積すなわち燃料導出口の開口面積をＡい可
動弁下流側の固定絞りである噴射孔の流路面積をＡ２、
Ａ工とＡ２との絞り面積比をσ（＝ＡＸ／Ａ４）で表わ
したとき、可動弁リフトＸに対する絞り面積比σ、噴射
流量Ｑ、噴射燃料の平均液滴粒径ｄ１の関係を実験で求
めると、第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようにな
った。

第３図では１代表的な例として可動弁リフトＸと絞り面
積比σとの関係が、Ｏ＜　ｘ　＜　ｘ、、ｘでσ＞１と
なる絞り構成とした場合をケース１として実線で示し、
Ｏ＜ｘ＜ｘ、、ｘでσく１．かつ、ｘＩＩａｘで最大流
量Ｑ、。をケース１と同条件の絞り構成とした場合をケ
ース２として破線で示した。

より具体的に、例えば可動弁を第４図に示すボール弁と
して説明すれば、ボール弁１の上流側燃料圧力はケース
１，２とも同一とし、ボール弁の最大リフトＸ、。もケ
ース１，２とも同一条件としたとき、Ａ２＞Ａ１の場合
がケース２となるものである。すなわち、ケース２では
Ａ□のみが絞られた状態となる場合であり、さらに、こ
の絞り構成で。

ケース１のＱｍａＸ値とケース２のＱ□８値とが同一に
なるようにボール弁のシート径を選定した場合をケース
２としている。

第３図（ｂ）に示すように、ケース１では、σ＝１の弁
リフトｘ８で噴射流量Ｑ　句Ｑ、、ｘに達し、σ＞１で
は流量飽和の特性となる。一方、ケース２では、Ｘ　”
　Ｘ＠ａｘでも流量は増加傾向にある。

また、第３図（Ｑ）に示す噴射燃料の平均液滴粒径ｄ、
は、可動弁リフト開始時は、ケース１，２とも大きいが
、それがＸの増加に従って小さくなり、ケース１ではｘ
　）　ｘ　１で安定した大きさになるのに対し、ケース
２では変化を続けることがわかった。これは、絞り部の
エネルギ損失の大小によるものである。

例えば、第４図は、可動弁の弁体としてボール弁１を用
い、ボール弁１のシート２およびボール弁１の下流側に
固定絞りである噴射孔３を備えた燃料噴射弁のフローパ
ターンを計算して模式的に示したものである。

第４図（ａ）は、第３図に示したケース２、すなわちσ
く１に対応し、第４図（ｂ）は、第３図に示したケース
１、すなわちσ＞１に対応するものである。

第４図（ａ）では、ボール弁１の下流部に渦Ｆが生じ、
流れにはく離が生じているので、ここにエネルギ損失が
生じている。これに対し、第４図（ｂ）では、流れがス
ムースで安定していることがわかった。したがって、σ
く１の領域では、ボール弁１の下流でのエネルギ損失が
大きく燃料が流れ難くなることがわがった。

また同様にして、ボール弁１を通過する燃料に同じ旋回
速度を与えた場合の弁リフト又と噴射孔出口の旋回速度
Ｖ、との関係を第３図（ｄ）に示した。

第３図（ｄ）においても、ケース１のσ＞１では、旋回
速度がｘ＞Ｘｌで飽和する特性になるのに対し、ケース
２のσ〈１では、ｘ　：　Ｘｌ１ａＸでも増加傾向にあ
る特性となることがわかった。

したがって、σ＞１とすれば、噴射流量、平均液滴粒径
とも、可動弁リフトに対して、最大可動弁リフトに達す
るまでの間に安定領域が得られる。

このように噴射流量が安定領域に達するのがｘくＸ、。

にすれば、弁リフト過渡時のｘ＠ａｘ近傍における不安
定挙動があっても、噴射流量には影響を及ぼすことはな
い。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図、第２図および第５図
、第６図を参照して説明する。

まず、第１図は１本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の
縦断面図、第２図は、第１図のＢ−Ｂ矢視断面図である
。

第１図に示す燃料噴射弁は、駆動源となる構成体として
磁気回路構成と、磁気回路を励磁するコイル組立体１５
とを有し、その励磁により所定量リフト（上昇）する可
動弁体（以下単に可動弁という）と、可動弁に対向し可
動絞り構成するためのシート２および固定絞りである燃
料噴射孔３を具備するバルブガイド９と、可動弁のリフ
ト量を制限するストッパ２９と、燃料流路とを主要構成
要素としている。

磁気回路構成は、有底筒状のヨーク４、このヨーク４の
開口端を閉じてヨーク４の中心に延びる柱状栓体のコア
５、およびそのコア５に空隙を隔てて対向するプランジ
ャ６とからなる。

コア５の柱状部の中心には穴が開けてあり、その中に、
プランジャ６と非磁性材料で形成されたガイドリング７
と可動弁を構成するロッド８と弁体に係るボール弁１と
で固定されてなる可動部を、バルブガイド９に形成され
た燃料導出口のシート２に押圧する弾性部材としてのば
ね１０を挿入保持するように構成されている。ばね１ｏ
の上端はセット荷重を調整するためにコア５の中心に挿
通されたアジャスタ１１の下端に当接している。コア５
とアジャスタ１１との間のすき間から外部に燃料が流出
するのを防ぐために両者間にＯリング１２が設けられて
いる。

磁気回路を励磁するコイル１３は、ボビン１４に巻かれ
ており、これらからなるコイル組立体１５の端子１６は
コア５のつば部に設けた孔１７に挿入され、端子１６と
コア５との間には○リング１８が介装されている。穴１
７の入口には内部保護のためのカラー２０がかぶせられ
、その外側にモールド樹脂１９が成形装備される。

燃料や燃料蒸気の通路としてコア５とボビン１４との間
のすき間２１、上部通路２２、下部通路２３が形設され
ている。

ヨーク４の外周には、環状溝２４が形成されており、こ
の燃料噴射弁と筐体としてのソケット（図示せず）との
隙間から燃料が流出するのを防ぐＱリング２５がそこに
保持されている。

ヨーク４のまわりには、燃料が流入する流入通路２６お
よび当該燃料噴射弁内にたまった気泡を含む余分な燃料
を流出させる流出通路２７が設けられている。また、ヨ
ーク４の底部には可動部を受容するプランジャ受容部２
８が開けられており、さらにプランジャ受容部２８の径
より大径でそこにストッパ２９およびバルブガイド９を
受容するバルブガイド受容部３０がヨーク先端まで形成
されている。

また、ヨーク４の外周には、燃料流入通路２６から燃料
中や配管中の塵埃や異物がバルブシート側へ侵入するの
を防ぐ環状フィルタ３１が装備されている。

電磁コイル１３へ、図示しない制御ユニットから信号を
伝える端子３２は、電磁コイル１３の前記端子１６に接
続されている。これら端子はモールド樹脂によってモー
ルドされモールドコネクタ３３を形成する。

可動弁を構成する可動部の上端にあるガイドリング７は
、コア５の先端に開けられた中空部の内壁３４によって
、またボール弁１はバルブガイド９のガイド部３５によ
ってそれぞれガイドされている。

バルブガイド９には、ボール弁１をガイドする筒状のガ
イド部３５に引き続いて、ボール弁１をシールするシー
ト２が形成されており、シート２の中央には燃料噴射孔
３が穿設されている。０リング３６はソケット（図示せ
ず）とバルブガイド９の外周面との間で燃料をシールす
るものである。

また、０リングは、このほか、ボビン１４とヨーク４と
の間、ボビン１４とコア５との間にも、それぞれ０リン
グ３７．３８が介装され、燃料の流出を防いでいる。

３９は、ボール弁１部の燃料導出口へ供給される燃料の
通路で、この燃料通路３９は、第２図に示すように、燃
料の流れに旋回が生じるように、シート２の円周の切線
方向に複数個形成されている。

可動弁体を構成するボール弁１がシート２から離れて上
昇し燃料導出口を形成する最大リフトは、ロッド８のつ
ば端面４０とストッパ２９の下面４１との隙間で定まり
、ボール弁１が最大にリフトしてもプランジャ６とコア
５とが接触しないように構成されている。

ボール弁１のリフトをＸ、その最大リフトをｘ　、ａｘ
、ボール弁部のシート２の径をｄ、シート２の半頂角を
０．噴射孔の直径をＤとするとき（第４図（ｂ）参照）
、ボール弁１の最大リフト時の燃料導出口部の開口面積
Ａ□は次式で与えられる。

Ａ１＝πｄ　Ｘ、１ａｘｓ　ｉ　ｎθ−−−−−−−−
−−−（１）噴射孔の面積Ａ２は Ａ２＝−Ｄ”　　　　−−−−−一−−−−−−−−−
−−−−−−−−（２）で表わされ、Ａ１とＡ２との比
（絞り面積比）をσ＝Ａ工／　Ａ　２−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−　（３）で表わすとき、Ｏ
＜　ｘ　＜　Ｘ１ｌａｘでσ＞１となるよう、それぞれ
の寸法を設定する。

このとき、複数の燃料通路３９の総断面積をＡ、とすれ
ば、ボール弁１の直前での圧力損失をできるだけ防ぐた
め、Ａ、＞３Ａ□であることが望ましい。さらに複数の
燃料通路３９の上流側にある下部通路２３、プランジャ
６外周の燃料通路４２、ストッパ２９を一部切欠いて形
成した燃料通路４３の線断面積はＡ１以上にすることは
言うまでもない。

以上のとおり構成された本実施例の燃料噴射弁の動作を
説明する。

燃料噴射弁は、電磁コイル１３に与えられる電気的なオ
ン、オフ信号により、可動部（可動弁）を操作して、バ
ルブシートの開閉を行い、それによって燃料の噴射を行
うものである。

電気信号は電磁コイル１３にパルスとして与えられ、噴
射量の大小により、そのパルス幅が制御ユニットにより
制御される。弁部は、常時はばね１０の圧縮力によりボ
ール弁１がシート２に押しつけられ閉じている。そして
、電磁コイル１３に電流が流されると、コア５、ヨーク
４、プランジャ６で磁気回路が構成され、プランジャ６
がコア５側にばね１０のばね力に抗して吸引される。プ
ランジャ６がリフトすると、これと一体となっているボ
ール弁１もリフトして、バルブガイド９のシート２から
ボール弁１が離れ、ここに燃料通路３９を通って旋回力
の与えられた燃料が流入し、噴射孔２から噴流となって
流出する。詳述すれば、燃料は、図示しないが燃料ポン
プや燃圧レギュレータにより加圧調整され、ツユエルギ
ヤラリからソケットを経て環状フィルタ３１を介して流
入通路２６から内部に流入し、コイル組立体１５の下部
通路２３、プランジャ６の外周の燃料通路４２、ストッ
パ２９を一部切欠いて形成した燃料通路４３、ボール弁
１の外側部のバルブガイド９に形成した複数の燃料通路
３９を通って、シート２の開口部、すなわち可変絞りで
ある燃料導出口へ供給され、開弁時に噴射孔３から、例
えば内燃機関の吸気管内（図示せず）に噴射される。

電磁コイル１３が消勢されると可動部（可動弁）はばね
１０に押されて、ボール弁１をシート２に閉じる方向に
押し下げ、ボール弁１がシート２を閉塞する。

第５図は、可動弁リフトおよび燃料流量の過渡特性等を
示す線図、第６図は、噴射量特性を示す線図である。

前述の一連の動作で、電磁コイル１３にパルス状の信号
を入力したときのボール弁１の挙動は、第５図（ａ）の
第１象限に示すようになる。第５図（ａ）の第１象限は
、横軸に時間ｔ、縦軸にボール弁１のリフトＸを示すも
ので、各パルス幅で１〜でｉ　におけるボール弁１の挙
動を重ねて示したものである。

ボール弁１は、パルス幅の極微小な領域τ、〜τ、では
、当該ボール弁１がストッパ２９に、届くところまでリ
フトしていない応答を示し、τ鴫。

τｔは、ボール弁１がストッパ２９に衝突（詳しくはボ
ール弁１と一体をなすロッド８のつば端面４１がストッ
パ２９の下面４１と衝突）した応答を示す。

このようにボール弁の挙動はパルス幅により異なり、い
ずれもそのリフトの立ち上りにある時間を必要とする傾
斜を持つ特性で、かつ、ストッパ２９に衝突したときと
、逆にボール弁１がシート２に衝突したときにはバウン
ドが生じる。

本実施例によれば、このような弁挙動をもつ燃料噴射弁
の弁リフトに対する噴射流量Ｑおよび噴射燃料の平均液
滴径ｄ、は、第５図（ａ）の第２象限に実線で示すよう
に、ｘくｘＭ、ｘ（ｘ１点＝σ＝１のＸ）でいずれも安
定した領域に入る。

したがって、過渡時の平均液滴径ｄ６は、すばやく安定
した小径領域に達し、エンジンの特性を向上させる。な
お、同図破線は第３図のケース２と同様に場合を示した
ものである。

一方、噴射流量Ｑも可動弁リフトＸに対して飽和するの
で、第５図（ｂ）に示すように、第５図（ａ）の各パル
ス幅の弁リフトに対応する各パルス幅の噴射流量Ｑの過
渡特性には、ボール弁１とストッパ２９の衝突の影響が
なくなった。

ケース２の場合は、第５図（Ｃ）に示すように、はぼ弁
リフトパターンと噴射流量パターンとは相似となり、結
果的にパルス幅τと噴射量ｑ　＜＝、ｆＱｄ　ｔ）の関
係は第６図の破線に示すように微小パルス幅域で非線形
で、かつ、不安定（再現性が悪い）な特性であ゛ったの
に対し、本実施例の燃料噴射弁では、第６図に実線で示
すように微小パルス幅域まで線形範囲が拡大し、かつ、
安定性が向上した。

以上の結果、本実施例の燃料噴射弁では、エンジンの過
渡特性やアイドリング性能が向上し、燃料消費率が向上
した。

なお、前述の実施例では、可動弁体をボール弁とし、電
磁駆動される燃料噴射弁について説明したが５本発明は
、可動弁の形状、燃料導出口、燃料噴射孔の形状、弁駆
動手段について特に前記実施例に限定されるものではな
い。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、駆動源の種類、構
成を限定することなく、燃料噴射弁の弁駆動の過渡時に
おける噴霧の微粒化を向上するとともに、噴射量特性の
線形性範囲を拡大して噴射量の特性を安定化し、エンジ
ンの過渡性能、アイドリング性能、燃料消費率等を向上
させうる燃料噴射弁を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の縦断面
図、第２図は、第１図のＢ−Ｂ矢視断面図、第３図は、
可動弁リフトと各特性値との関係を示す線図で、（ａ）
は絞り面積比の線図、（ｂ）は噴射流量の線図、（ｃ）
は噴射燃料の平均液滴粒径の線図、（ｄ）は噴射孔出口
の旋回速度の線図、第４図は、ボール弁まわりの燃料の
フローパターンを示す模式図、第５図は、可動弁リフト
および燃料流量の過渡特性等を示す線図、第６図は、噴
射量特性を示す線図である。 １・・・ボール弁、２・・・シート、３・・・噴射孔、
４・・・ヨーク、５・・・コア、６・・・プランジャ、
８・・・ロッド。 ９・・・バルブガイド、１０・・・ばね、１５・・・コ
イル組立体、２３・・・下部通路、２６・・・流入通路
、２９・・・ストッパ、３９，４２，４３・・・燃料通
路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．駆動源となる構成体と、駆動源により作動し所定量
   リフトする可動弁体と、この可動弁体に対接して常時は
   閉じており弁体のリフト時に開口する可変絞りである燃
   料導出口と固定絞りである燃料噴射孔とを具備したバル
   ブガイドと、前記可動弁体のリフト量を制限するストッ
   パ部材と、前記燃料導出口に連通する燃料流路とを備え
   た燃料噴射弁において、前記可動弁体の最大リフト時の
   前記燃料導出口の開口面積をＡ＿１、前記燃料噴射孔の
   流路面積をＡ＿２としたとき、Ａ＿１とＡ＿２の比σ（
   ＝Ａ＿１／Ａ＿２）をσ＞１となるように設定したこと
   を特徴とする燃料噴射弁。
2. ２．特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、可変絞
   りである燃料導出口を通過する燃料に旋回力を与える複
   数の旋回流路をバルブガイドに形成したことを特徴とす
   る燃料噴射弁。