JPH02125957A - 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】

し産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関用の電磁式燃料噴射ブｒに係り、特
に弁座の」−流で旋回燃料を得ろボーシフ１゛装置に関
して広範囲にしかもリニアな流ｌ制御かｌ’ｌ）能な旋
回燃料を得るのに最適な燃料旋回室形状を有する電磁式
燃料噴射弁に関するものである。 〔従来の技術〕 従来の装置は、例えば特開昭５５−］０’Ｌ５６１１じ
一公報記載のように、噴射弁のスプレー軸に関して接線
方向の渦巻成分を燃料にりえるための渦巻室が、噴射弁
が閉しているときにその容積が最小どな−って、そこに
残る燃料が最小となるように段ａ１さｂていること、渦
巻室へ燃料を供給するためのｉｊｌ’　ｈＥ用オリフイ
°スは、渦巻室に関して最大直径の間隔をおいで配置す
る方法、および水・１１線に対しである角度で傾斜して
配置する方θ；てＩｊえられて９むり、接線方向渦巻成
分は出

【＝１オリフィスの直径に関して前記計量用オリ
フィスの寸法を調整することにより制御されるようにな
−）でい九〇 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術の渦巻室は、ボールとハウジングの境界で
始まりボールとシート面の境界で終わり、その容積が最
小となるように設計されている。しかし、このような渦
巻室では毎分７００　ｑＩ？から９００　ｃ＋＋！の燃
料流が必要とされるシングルポイン１〜用噴射弁では、
その適用が懸念されることが筆者らの実験的検討により
明らかになった。すなわち、低流量域で曲がり′″が発
生し、１ミリ秒レンジまで動特性的にリニアな噴射弁が
実現できなくなった。 ここに、曲がり発生の要因は、渦巻室の形状によって！
ｊ、えられるもので噴射弁が閉しているときに、該渦巻
室に存在する燃料が開弁と同時に押し出されるため噴射
初期における弱い旋回流れと噴射後期における強い旋回
流れとが噴射時期に混在し、その割合によって流量係数
が変化しく旋回力か変化）、直線性を損なわれるという
ものである。 そこで、筆者らは、このような燃料流のための最適な渦
巻室形状について、その寸法や渦巻室に対する旋回燃料
の導入位置や旋回力等を与える部材について詳細な実験
的検討を行い、渦巻室形状の最適化を図った。 本発明は、上記従来技術における課題を解決するために
なされたもので、弁座の上流で旋回燃料を得るボール弁
装置に関し、広範囲にしかもリニアな流量制御が可能で
、かつ、質のよい混合気を安定して供給することが可能
な微粒化燃料を供給しうる電磁式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。 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明の電磁式燃料噴射弁
に係る第１の発明の構成は、電磁コイル組立体と、電磁
コイルを取り囲む磁性体のヨークと、前記電磁コイルの
中心に位置し一端がヨークと接触したコアと、前記電磁
コイルが励磁されると所定量リフトする可動子と、この
可動子に対接して常時は閉じており可動子のリフト時に
開口する弁座、燃料噴射孔、および燃料旋回素子を有す
るノズル体とを備えた電磁式燃料噴射弁において、前記
可動子は、磁性体のプランジャとロッ１くとボール状弁
体とが一体形成され、前記燃料旋回素子は、燃料に旋回
流を生せしめるように弁本体の軸心より偏心する旋回）
ｔζを形成し、前記ボール状弁体と前記燃料旋回素子に
内接して、閉弁時に、１１Ｍ記燃料旋回素子の内壁面と
前記ボール状弁体とで燃料旋回室となる空間領域を形成
し、その燃料旋回室の容積が、前記ボール状弁体と前記
弁座との接触位置かｌ゛）、ｌ）’ｌ　ｌｌＬ！弁座ト
方に位置する前記燃料旋回素子を支持する前記ノズル体
の支持面までの距離によって定まる最小値よりも、さら
に当該距離が小さくなる方向で、前記燃料旋回室容積が
その最小値よりも大きい値をもつようにしたものである
。 また、第２の発明の構成は、同様前提のものにおいて、
旋回溝の、軸中心に対する最外壁面寸法を、前記燃料旋
回素子の内壁面と前記ボール状弁体とで形成する燃料が
［同室内の燃料流れが安定し死水域を少なくするように
選定したものである。 より詳しくは、旋回溝の軸中心に対する最外壁面１法を
、燃料旋回室の最大直径の６０〜９０％の範囲になるよ
うに選定したものである。 さらに、第３の発明の構成は、同様前提のものにおいて
、ボール状弁体とノズル体の弁座との接触位置と、前記
弁座上方に位置する燃料旋回、＋：　ｒを支持する前記
ノズル体の支持面との距離Ｑと、前記ボール状弁体と前
記弁座との接触位置のｔ７．　／、Ｘｒｓとの比べ表わ
される燃料旋回室の形状を、燃料が燃料旋回室のｆ方か
ら導かれ、閉弁時に前記燃料旋回室に存在した燃料を開
弁と同時に誘引して下流の燃料噴射孔に旋回導入しうる
ように形成したものである。 より詳しくは、Ｑ／ｒｓ　＝Ｏ，Ｉ　−０，３５となる
ように形成したものであり、また、Ｑ＝０．１〜０．５
ｍｎとなるように形成したものである。 さらに、燃料旋回室の容積が、その最小値が存在すると
きの距離Ｑよりも当該Ｑが小さい領域で、前記容積の最
小値の少なくとも１．２　倍となるように距＠Ｑを選定
したものである。 〔作用〕 噴射弁が閉じているときに、ボール状弁体（ポル）とノ
ズル体の弁座（シート面）と該ボールに接する燃料旋回
素子の内壁面とで形成される燃料旋回室に存在する燃料
は、噴射弁が開くと同時に、前記燃料旋回素子の旋回溝
から旋回流入する燃料流によって強制的に流れを促進さ
れ、下流の燃料噴射孔に至るが５速やかに定常の旋回流
れに置換される。 かかる定常の旋回流れは、前記ボールと前記シート面と
の接触位置と、該シート面上方に配設される前記燃料旋
回素子を支持する前記ノズル体の支持面との距離を０．
５ｍｍ以下となるように構成することによって実現され
る。すなわち、前記燃料旋回室の下方から旋回燃料を供
給し、燃料旋回室に存在する燃料を誘引し旋回流れを助
長させるものであり、開弁初期に加圧燃料に押し出され
る弱い旋回流れ（この場合、流量係数は大きくなり燃料
は流れやすくなる）と、開弁後期の定常に至った強い旋
回流れ（この場合、流量係数は小さくなり燃料は流れに
くくなる）との量的比率を最適化し、安定した流れ係数
を得て、特に低流量域の曲がりを抑制するものである。 〔実施例〕 以下１本発明の一実施例を第１図ないし第１７図ならび
に表１を参照して説明する。 まず、第１図ないし第３図を参照して電磁式燃料噴射弁
（以下噴射弁という）の構成、動作について説明する。 第１図は、本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁の
縦断面図、第２図は、第１図の噴射弁の燃料旋回素子、
バルブガイド組立構造を示す拡大断面図、第３図は、第
２図のＡ矢視平面図である。 第１図に示す噴射弁１は、電磁コイル組立体１６と、電
磁コイル１５を取り囲む磁性体のヨーク３と、電磁コイ
ル１５の中心に位置し一端がヨーク３と接触したコア２
と、前記電磁コイル１５が励磁されると所定量リフトす
る可動子に係るボール弁４Ａと、このボール弁４Ａに対
接して常時は閉じておりボール弁４Ａのリフト時に開口
する弁座に係るシート面９１ｍ料噴射孔に係るオリフィ
ス８、および燃料に旋回力を与える燃料旋回素子３７を
有してノズル体を構成するバルブガイ）・７とを備えて
いる。ぞして、前記可＃Ｊ子に係るポル弁４Δは、少な
くとも、磁性体のプランジャ４とロツ１−５とボール状
弁体に係るホール６とが体形成されている。。 本実施例の噴射弁１は、シングルポイン１〜燃料噴射装
置用のもので、以ド、詳細に説明を進める。 この噴射ブｔ１は、コンＩ・ロールユニット（図示せず
）により演算されたデユーティのＯＮ−叶Ｆ′信号でシ
ー１へ部の開閉を行うことにより燃料の噴射を行うもの
である。磁気回路は、有底筒状のヨーク：３、ヨーク３
の開Ｌ１端を閉じる栓体部２ａとヨーク３の中心に延び
る柱状部２ｂとから成るコア２、およびコア２に空隙を
隔てて対面するプランジャ４とで構成されろ１．コア２
の柱状部２ｂの中心には、ボール弁４Ａをバルブガイド
７に形成さＪしたオリフィス８のシー１〜面９に押圧す
る弾性部材としてのスプリング１０を挿入保持するため
の穴が開けである。スプリング１０の−Ｌ端はセラ１〜
荷重を調整するためにコア２の中心に挿通されたスプリ
ングアジャスタ１１の下端に当接している。コア２とス
プリングアジャスタ１」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。また、コア２とヨーク３の間には、コア２
とヨ一り：３のすき間から外部に燃料が流出するのを防
ぐため０リング１３が介装されている。 磁気回路を励磁する電磁コイル１５はボビン１４に巻か
れ、その外側をプラスチック材でモルトされている。こ
れらから成る電磁コイル組）′ｌ。 体１６の端子１８は、コア２のつば部に設けた孔１７に
挿入され、端子１８とコア２との間にけＯリング１９が
介装されている。噴射弁１の外側のモールド樹脂（以下
、ヨークモールドと称す）１９ａが成形時に噴射弁１内
部に入らないようにするためのカラー２０が孔１７の入
口にかぶせられる。 燃料や燃料蒸気の通路として、コア２とのすき間２１、
上部通路２２、下部通路２３が設けである。ヨーク３の
外周には、環状溝２５が形成されていて噴射弁１と筐体
としての図示しないソケツトとのすき間から燃料が流出
するのを防ぐＯリング２４がそこに保持されている。ヨ
ーク３のまわりには、燃料が流入する流入通路２６およ
び噴射弁１の中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が開けられている。 また、ヨーク３の有底部にはボール弁４Ａを受容するプ
ランジャ受容部２８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１〜ツバ２９およ
びバルブガイド７を受容するバルブガイド受容部３０が
ヨーク３の先端まで貫設されている。さらに、ヨーク３
外周には、流入通路２６から燃料中、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３
１が設けられている。コイル１５ヘコントロールユニツ
トからの信号を伝える端子３２は端子１８に接合されて
いる。これら端子３２はモールド樹脂によって電磁弁組
体の上端にモールドされモールドコネクタ３３を形成す
る。 ボール弁４Ａは、磁性材製のプランジャ４と、一端がプ
ランジャ４と接合されたロッド５とロッド５の他端に接
合されたボール６と、プランジャ４の」一端間ＩＪ部に
固定された非磁性材からなるガイドリング３４とから構
成されている。ガイ１〜リング３４は、コア２の先端に
開けられた中空部の内壁面３５で、また、ボール６はバ
ルブガイド７の中空部の内壁面３６に挿入される円筒状
の燃料旋回素子３７の内壁面３８で、それぞれガイ１〜
されている。バルブガイド７には、ボール６をガイドす
る円筒状の燃料旋回素子３７に引きつづいて、ボール６
をシー１−するシー１−面９が形成されており、シート
面９の中央にはオリフィス８（燃料噴射孔）が穿設され
ている。バルブガイ１−７には、さらにオリフィス８の
出口側の一部の平坦部を除いてシー１〜面９側に所望の
傾き角をもって傾斜するテーパ面が形成されている。 図示しないソケツ１へとバルブガイド７の外周面との間
には燃料をシールするＯリング３９が介装されている。 実施例ではバルブガイド７の外周の環状溝として０リン
グ受容部４０が形成されている。 ＝１５− 次に、噴射弁の紹☆方法および流量の調整方法について
説明する１、まず、電磁石部の組体の組ｑ方θミについ
て説明する、。 電磁コイル組９１体１（（の端子１８部に０リング１９
をつけたのち、コア２のつば部の孔１７に端ｒ−１８を
挿入し、次に端子１８の上からカラー２０を挿入する。 その後、コア２の栓体部外周下部に０リングｌ　３を取
り付はヨーク３内に嵌入する。この状態で、ヨーク３３
内周上端縁のコア当接面部／１．１を軸方向に抑圧し、
コア２の栓体部の外周に設けた溝４２にヨーク３の材料
を塑性流動によって半径方向にｄεし込み、その緊迫力
で固定する９、いわゆるメタルフローによる接合を行う
。ポル弁４Ａは、そのボール（３を燃料旋回素子３３７
の内壁面７３８でガイＩ・すると共にコア２の先端内壁
面３５で非磁性材のガイドリング３４をガイドして、結
局２個所でガイトシて軸方向に進退することになるため
、ヨーク３のバルブガイド７の受容部の内径とコア２の
内（；ｙ面３５との同軸度が１通に１すられろ必要があ
る。そこで、バルブガイド７の受容部３０の内径および
コア２の内壁面３５を精度よく支持した状態でメタルフ
ローを行う。 その後、端子１８に端子３２をカシメ、はんた付けまた
は溶接等により固定し、その後樹脂によりモールディン
グを行う。 次に、バルブガイド組立体の組１“ｌてについで説明す
る。バルブガイド組立体は、ボール弁４Δと燃料旋回素
子３７とバルブガイ１へ７とから成る。 ボール弁４Ａは、ボール６と焼入れ硬化したステンレス
材製のロッド５とを抵抗溶接あるいはレーザ溶接等によ
り溶接接合する。次いでロッド５の他端とプランジャ４
とロット５の外周に設けた溝４３にメタルフローによっ
てプランジャ４の内壁を流動圧着することにより固定す
る。また、カイトリング３４とプランジャ４の結合は、
プランジャ４のボール弁側の面４４を雇で受けて、プラ
ンジャ４の先端内周縁のガイドリング当接部４５を軸方
向に押圧し、ガイドリング７に半径方向の緊迫力を与え
ることによ−）でメタルフローによる結合を行うことが
できる。 燃料旋回素子３７は、焼結合金を用いて円筒状に型成形
され、バルブガイド７の内壁部３６に圧７１固定されろ
。すなわち、燃料旋回素子３７の外周面４Ｇ（４ケ所）
をバルブガイド７の溝４７にメタルフローによって流動
圧着する（第２，３図参照）。 なお、本実施例では、上記の如くメタルフローにて圧、
ｎ固定する方θ、について述べてｔ）るが、該燃料旋回
素子：３７は弾性部材によって、第２図に示すへ方向よ
り固定してもその機能は同様に満足できる。 この燃料旋回素ｆ・３７には、第２，３図に示すように
、軸り内溝４８と径方向溝４９とが旋回溝として形成さ
れている。本実施例では、軸方向溝４８は■、形状のカ
ット面を形成した。軸方向溝４８、径方向溝４９は、軸
方向から導入される燃料通路であるが、軸方１ｉ’ｉ月
待４８を通過した燃料は径方向溝４９にて軸中心に対し
て偏心して導入される。第３図において、記号りが径方
向溝４９の軸心に対する１ｌ１６心り七を表オ）してい
る。これにより、燃料に旋回力が付与されてバルブガイ
Ｉ−７に設けたオリフィス８から噴出する際の燃料の微
粒化が促進される。 ここに、燃料旋回素子３７は、流路の圧損と付与される
燃料の旋回力について次のような配慮がなされて設計製
作される。軸方向溝４８は、径方向溝４９に対して燃料
が流体力学的に流れやすいＬ形形状にしてあり圧力損失
をできるだけ防ぐように設計されている。また、旋回力
については。 燃料の旋回力が静的あるいは動的流量にできるだけ影響
を及ぼさないように設計されろ。 旋回強度を示すパラメータとしてＩＪえられろスワール
数Ｓは次式で与えられる。 ｎ　−ｄｓ２ ここに、Ｌ　：溝の偏心量（第３図参照）ｄ、：流れ学
的等価直径で溝幅Ｗと溝 深さ＋（を用いて表わされる、 ＋Ｃ＋ Ｗ　＋　Ｈ １ｌ：溝の数 である。このスワール数Ｓの大きさが静的あるいは動的
流星にｒｊ、える影響を次式によって説明すると共に、
筆考らの実験結果と合わせて記載する。 まず、流量Ｑは（３）式で与えられる。 ここに、Ｑ：流ｆｉｔ（二〇二流量係数−二オリフイス
径　γ　：比重量 ｌ）：燃料圧力　Ｉ゛：周波数　′Ｆ、：パルス幅であ
る。（３）式における流量係数Ｃ８は、（］）式によっ
て求められるスワール数Ｓの逆数で示される特性値Ｋを
もって表わされる。これを図に表わすと第４図のように
なる。 第４図は、旋回力の逆数で示される特性値にと燃料旋回
室の流量係数Ｃとの関係を説明するための線図である。 第４図から明らかなように、本実施例では流量係数Ｃの
変化率が小さくなる領域で燃料の通過が許されるように
設計されている。すなわち、燃料旋回室に存在する燃料
は、開弁初期に押し出される弱い旋回流れ（図において
、流量係数０１に該当する）と、開弁後期の定常の旋回
流れ（図において、流量係数Ｃ６に該当する）との星的
比率の最適化を図ることによってその影響を小さくする
ようにしている。このことを第５図を参照して説明する
。 第５図は、入力信号に対するバルブ（ボール弁）の応答
動作を示す線図である。 すなわち、入力信号に基づいてボール弁が定常のリフト
量ＳＬに到達するまでの時間（遅れ時間で）を短かくす
るように配慮がなされている。これは、ボールの自己調
心性を利用し、ガイド部の長さを短かくしてボール弁４
Ａの重量を軽減してず早い応答動作を行わせたものであ
る。 したがって、燃料旋回室に流入する燃料の圧力（流速）
が瞬時のうちに高められ安定した燃料流れを得ることが
できる。このことは、流量係数の変化率を小さくしてい
ることになる。 前記（１）式におけるスワール数Ｓの大小は、溝の偏心
量■、によって選択できる。ここで、説明の都合、１：
、、本実施例における第２の発明（第２の特徴）につい
て第６図ないし第９図を参照して説明する。 第６図および第７図は、燃料旋回室に流入する燃料の流
れの様子を示す模式図で、第６図は、偏心）１ｉが小さ
い場合、第７図は、偏心量が大きい場合を示す図、第８
１図は、軸中心に対するＩＩこの最外壁寸ａ、と流量バ
ラツキとの関係を示す線図、第９図は、溝の偏心量と静
的流量の関係を示す線図である。これらは筆者らの実験
結果を示すものである。 本実施例における第２の特徴は、第１図ないし第３図に
より前述した噴射弁１において、弁本体の軸方向から導
入される燃料、すなわち、燃料旋回室−ｒ：３７の軸方
向溝４８に至る燃料を、弁本体の軸中心に対し偏心して
設けた径方向溝４９によって燃料を旋回導入する場合に
、燃料旋回素子３７の前記径方向溝４９の軸中心に対す
る最外壁寸法Ｑ、が、燃料旋回室の最大直径、すなわち
燃料旋回素子３７の内壁面３８の直径寸法の６０〜９０
％の寸法範囲になるように選定するというものである。 換言すれば、燃料旋回室へ燃料を導入する場合の径方向
導入位置についての配慮がなされている。 第６，７図において、第３図と同一符号は同一部を示し
ている。 第６図は、弁軸中心に対する径方向溝４９の最外壁寸法
Ｑ、が小さい場合で、第７図は該寸法Ｑ、が大きい場合
を示している。また、各々の図において、黒く塗りつぶ
した領域は高い流速部分を示しており、白い領域は低い
流速部分、いわゆる死水域を示している。 各々の図から明らかなように、軸中心に対する径方向溝
４９の最外壁寸法ｎ、を大きくすると、黒く塗りつぶし
た領域が増加して燃料旋回室内の流れが安定することが
わかる。いわゆる、旋回力が安定する。 なお、第６，７図では、径方向溝４９の幅を一定にして
流れの模様を説明したが、寸法Ｑ、を一定にして溝幅を
変化させても同様の流れの模様が１１　ｉ１＋１１され
ることは言うまでもない。 第８図および第９図に、上記に関する数値的な実験結果
の一例を示した。 第８図は、横軸に弁軸中心に対する溝の最外壁寸法Ｑｗ
をとり、縦軸に流量バラツキ（％）をとって両者の関係
を示している。第８図に示すとおり、寸法Ｑｗによって
バラツキの大きくなる領域（、）および（Ｃ）、安定し
た領域（ｂ）が存在する。 バラツキの大きい領域（ａ）は、第６図の状態を示すも
ので、燃料旋回室内に存在する流速の低い部分（死水域
）が多くなるためであり、また、この死水域が時間的に
不安定になるためであろう。 −・方、バラツキの大きい領域（ｃ、）は、高速流が対
面する溝からの流れに影響を及ぼすためであると占″え
よう、この場合、低い流速部分はボール６側に発生し１
時間的変化と共に流れが不安定になるためである。この
場合、特に壁面（ボール）の振動がこれを助長すると言
えよう。 安定した領域（ｂ）については、第７図の説明によって
明らかであろう。 第９図は、横軸に溝の偏心ｉｉｔＬ（ｍＩ＋）をとり、
縦軸に静的流量Ｑ　（ｃｃ／　ｗｉｎ）をとって、その
関係をオリフィス径を変えて示したものであり、燃料レ
ートが毎分あたり７００−程度の噴射弁を例に記述する
。基準偏心量Ｌｏに対する公差±ａにおいて、静的流量
の変化は＋１％弱となっている。 これは第９図におけるハツチング部の領域に相当するが
、上記したように、本実施例における燃料旋回室が旋回
流れを安定に得ることができる形状に配慮されているた
めと言えよう。 なお、第９図において、目標精度の」−限値は＋３％で
、下限値は一３％であり、また公差士、ｌは本実施例の
場合２０μｍ程度である。 引き続いて、本実施例における第１の発明（第１の特徴
）および第３の発明（第；３の特徴）について第１０図
ないし第１５図を参照して説明する。 本実施例における第１の特徴は、第１図ないし第３図に
より前述した噴射弁］において、噴射弁が閉じているど
きに、前記ボール弁４Ａのボール６とノズル体に係るバ
ルブガイド７のシート面９と前記ボール６に接して装備
される燃料旋回素子３７の内壁面３８とで形成される空
間領域、すなわち燃料旋回室の容積を最小となるよりも
大きい容積にしたというものである。 また、本実施例における第３の特徴は、第１図ないし第
３図によりｉ’ｉｉｆ述した噴射弁１において、ホール
弁４Ａのボール６とノズル体（バルブガイ１−７）のシ
ー１〜而９との接触位置と、そのシート面９−１一方に
位置する燃料旋回素子３７を支持する１）１ｊ記ノズル
体の支持面７．１との支持面間距離Ｑと、前記ボール６
と前記シート面９との接触位置（いわゆるシート位置）
の半径ｒ・３との比Ｑ　／　ｒ・、が０．３５以下、範
囲で示せば０．１〜０．３５となるように形状寸法を設
定したというものである。 第１０図は、ノズル体のシー１へ位置と燃料旋回素ｒど
の位贋関係を示す拡大断面図、第１１図は。 第１０図における支持面間距離とシート上流の燃料旋回
室の容積との関係を示す線図である。 第１０図における（ａ）図では、シー１−面９の延長線
と燃料旋回素子３７の内壁面３８の延長線との交点の位
置に該燃料旋回素子３７の支持面７ａが配置された場合
を示している。ここに、噴射弁が閉じているときに、バ
ルブガイド７のシト面９とボール弁４Ａのボール６との
接触位置、すなわちシート位置と前記支持面７ａとの距
離Ｑが示される。このとき、シー１−面９とボール６と
燃料旋回素子３７の内壁面３８とで形成される空間領域
である燃料旋回室５０の容積は最小となる。 第１０図の（ｂ）図では、シート位置と支持面７ａとの
距離Ｑを（ａ）図にくらべて短かくした場合で、この支
持面７ａの上部に燃料の旋回空間が形成され、燃料旋回
室５１の容積は増加する。 また、（ｃ）図はシート面９と支持面７ａとの距離Ｑを
（ａ）図にくらべて長くした場合で、燃料旋回素子３７
の下面の一部に旋回空間が形成され。 燃料旋回室５２の容積は同様に増加する。 このことは、第１１図によって、かかる距離Ｑとシート
位置−に流側の燃料旋回室容積との関係として明確に示
される。 第１１図において、横軸はシート位置と燃料旋回素子３
７の支持面７ａとの距離Ｑを示しており、縦軸はシー１
〜部上流の燃料旋回室の容積■を示している。図から明
らかなように、距離Ｑ、に対して燃料旋回室の容積■は
Ｆに凸の一′１次的曲線になり、ある距離Ｑにて極小容
積■。どなる。第１０図における（、ｌ）図の協同室形
状がかかる極小容積Ｖ　Ｉ＋に相当することは７−１う
まてもない。第１１図におけるし１中の矢印（ｂ）、（
ｃ）は、それぞれ第１０図の（ｂ）図、（（２）図に対
応し、距離Ｑの変化にともない燃料旋回室の容積は曲線
的に増加するといえよう。 本実施例における第１の特徴は、第１１図のハツチング
部に示され、燃料旋回室の容積は、極小値■。が存在す
る距離ＱよりもＱが小さい領域でに倍の値をも−）よう
に配慮される。実験の結果ではｋは少なくとも１．２で
ある３゜ 次に、筆者らの実験結果を示す第１２図ないし第１５図
を用いて本実施例の第３の特徴を説明する。 第１２図は、噴射量変化率の定義を説明する線図、第１
３図は、シー１ル位置と支持面間のｖ＋ｒ離と噴射量変
化率との関係を示す線図、第１４図は、距離Ｑとシート
半径ｒ・Ｓとの比Ｑ／ｒ・、と噴射；ｄ変化率との関係
を示す線図、第１５図は、比Ｑ／ｒ５と静的流量との関
係を示す線図である。 第１３図および第１４図に示す噴射量変化率は、第１２
図に定義されている。第１２図は、横軸にパルス幅Ｔ＋
（ｍｓ）、縦軸に燃料噴射量ｑ（ＣＣ／　１０００ｓｔ
）をとって、パルス幅の変化による燃料噴射量の変化を
示している。図から明らかなように、実用域のパルス幅
（Ｐ　−Ｑ　Ｉｆｌｌ　）を直線で結び、その直線に対
する燃料噴射量のす］１Δ（１とそれに対するｑｏとの
比Δｑ／ｑｏＸ１．ｏｏを噴射量変化率としている。 第１３図は、噴射弁が閉じているときに、バルブガイド
７のシー１−面９とボールブｆ、４Ａのボール６との接
触位置で示されるシート位置と燃料旋回素ｆ−３７の支
持面７　ａとの距離ｐと、噴射量変化率との関係を示し
た実験結果である。動的噴射量の許容値はｊｒｌ［ｐ＋
が０　、５　ｕｉｎ以下て満足できている４、すなオ〕
も、ｙ１１離Ｑが０．ｉ〜０　、５　ｎｗｎとなるよう
に形成した燃料旋回室形状によれば噴射量変化率は許容
値〔；％以上となることが実験により確かめられた。 第１４図は、距１ＩＩｔ　ａとシー１−位置の１へ径ｒ
５との比ρ／１・・、と噴射（ｉｔ変化率の関係を示し
た実験結果である。同様に、動的噴射量の許容値はＱ／
ｒ’％が０．３５以下で満足できている。すなわち、Ｑ
　／　ｒ　ｓが０．１〜０．３５となるように形成した
燃料旋回室形状に１よれば噴射量変化率は許容値６％以
下となることが実験的に確かめられた。 また、第１５図は第１４図に係るｆｌ、　／　ｒ　ｓと
静的流量の関係を示したものである。 燃料シー１−が毎分７００　ｃｎｔ程度の流量が得られ
るオリフィス径ｄｕを例に記述する。図中のハツチンタ
部は許容値を示しており、Ｑ　／　ｒ・５が０．３５以
下で満足できる。前記したように、安定した旋回流れが
得られることが示されよう。また、図から明らかなよう
に、静的流量はオリフィス径の選択により所望の値が７
．ｌ）られている。したか勺で、オリフィスを比較的精
度良く製作することによって静的流量が与えに）れるこ
とになる。このことは、燃料旋回室の構成要素であるボ
ール弁４Ａと燃料旋回素子３７が、図からも明らかであ
るが、その加工精度ならびに組立精度を緩和して提供さ
れ安価になるということである。 これらの結果は、先の第１０図および第１１図の説明か
ら明らかであるが、燃料旋回室形状の最適化によって、
開弁と同時に安定した定常旋回流れが得られ、旋回室内
の流量係数が良く安定化されていると言えよう。より詳
しく説明すれば、本実施例の噴射弁に係る第１．第３の
発明（特徴）を配慮した燃料旋回室の形状によって、そ
の燃料旋回室に流入する燃料は当該燃料旋回室の１・方
から導かれるようになり、噴射弁が閉じているときに、
前記燃料旋回室に存在する燃料を開弁と同時に誘引助長
して下流のオリフィス８に旋回導入する。さらに、該前
記燃料旋回室に存在する燃料の押出し量を少なくし、し
かも燃料旋回素７−３７の径方向溝４９から流入する定
常旋回燃料でもって、かかる燃料および径方向１７ζ４
９の１一部に（７，存する燃料の旋回力をともに助長さ
せるものである。したがって、開弁初期の弱い旋回流れ
がなくなり、安定した定゛１：（の強い旋回流れを得る
ことができて噴射量が安定することになる。 以上説明したように、燃料旋回素子３７を含み、この旋
回素子３７の後に形成された燃料旋回室５１が動的およ
び静的流量の変化に与える影響は比較的少なく、これら
寸法形状の製作精度を緩くした単純な構成によって安価
な燃料旋回素子３７および燃料旋回室５１を形成するバ
ルブガイド７が提供されることになる。燃料旋回素子３
７は、所望の寸法に製作されたのち、バルブガイド７の
内壁面３６の１ｆａ４７にメタルフローによって流動圧
着される。 次に、可動−ｒ・に係ろボール弁４Ａのス１−〇−りの
調整について記述する。ス１〜ロークはロッド５の首部
の受は面５ａとストッパ２９との空隙の（ｊ。 法で決定される。 このストロークは、動的流星についてはボール弁４Ａの
応答動作の迅速性に影響を及ぼすが、これについては第
５図の説明でその対応が示されよう。また、静的流量に
ついては、組１７．精度で管理され比較的余裕のある寸
法公差で決定されているのでその影響は十分小さい。 次に、バルブガイド７に設けた燃料の噴出［１であるオ
リフィス８の静的流量への影響について簡単に記述する
。単一のオリフィス８髪通過する燃料は、これまでの説
明で明らかなように安定した流量係数で導かれている。 したがって、オリフィスを比較的精度よく製造すること
によって安定した流量を容易に得ることができる。この
ことは第１５図の説明からも理解できよう。 なお、本実施例の場合、前記の加」−精度は±５μｍ程
度である。 上記のように、組みたてられたバルブガ−（１’組立体
を第１図に示すス１ヘツパ２９とともに、電磁石組体の
ヨーク３のバルブガイド受容部３ｏへ挿入し両者を組立
てる。両者の固定は、バルブガイ１−７外周に設けた溝
５３にヨーク３の先端内周壁をメタルフローにて塑性流
動により流れ込ませて固定する。その際、ス１〜ツバ２
９は、可動部が吸引されたときプランジャ４の先端とコ
ア２の先端とが直接接触しないように、所定のギャップ
（エアギャップと称す）をもつような厚みに設定する。 次に、電磁（１組体のコア２の中心に設けた穴にバルブ
ガイド７とは反対方向から、先端にスプリングＬ　Ｏを
保持し外周にＯリング１２を取り付けたアジャスタ１］
を挿入するとともに、ヨーク３の外周にフィルタ３１お
よびＯリング２４を取り付け、１シ１示しない雇へいっ
たん収納して、そこで噴射量の試験に入る。噴射量試験
は、まず可動部をフルストロークさせた状態で測定し、
そのときの噴射量が規定の噴射量になることを確認する
。 その後、一定周期、一定量ｊ７時間の噴射量を規定の噴
射量になるように、ｉｉＪ動部の応答性をスプリング１
０の荷重を変化させて決定し、しかるのち、コア２の上
部突出部５４の外周をモール１へ樹脂の孔から半径方向
に押圧し、アジャスタ］１の溝部５５にコア２の内壁を
組み込ませることにより固定する。 第１６図は、」ユ記のような手順で測定した本実施例に
係る電磁式燃料噴射弁の噴射量特性を示したものである
。 第１６図において、横軸はパルス幅゛ｒｓを示しており
、縦軸は燃料の噴射、Ｉｊｌｑを示している。なお、噴
射弁の駆動電圧は直流１４Ｖ、駆動周波数は１００　Ｈ
ｚ、燃料はガソリンで、その供給ＩＬ力は２．５５ｋｇ
ｆ／ｃＪである。図中の点線は改り前（従来）を示し実
線は改善後（本発明）を示している。 図から明らかなように、本実施例の電磁式燃料噴射弁は
パルス幅Ｔ、が１ミリ秒以下でもリニアな特性が得られ
ており、広範囲に流量制御が＋＋Ｊ能になったことが明
らかである。 次に、このような電磁式燃料噴射弁の動作を説；（５ 明する。 第１図に示す噴射弁ｌは、電磁コイル１５に与えられる
電気的な０Ｎ−（’）　ｌ”　Ｉ−”信号により、可動
子に係るボール弁４Ａ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。電気信号はコイ
ル１５にパルスとして与えられろ。 コイル１５に電流が流されるとコア２、ヨーク３、プラ
ンジャ４て磁気回路が構成され、プランジャ４かコア２
側に吸引される。プランジャ４が移動すると、これと一
体になっているボール６も移動して、バルブガイド７の
弁座のシート・而９から離れオリフィス８を開放する。 燃料は、図示しない燃料ポンプや燃圧レギャレータによ
り加圧調整され、フィルタ３１を介して流入通路から電
磁弁組体の内部に流入し、コイル組立体】６の下部通路
２３、プランジャ４の外周。 ス１〜ツバ２りとロツ１〜５の寸き間、燃料旋回素ｆ３
７の軸方向溝４８．径方向溝４９を通って、２１〜部へ
旋回供給され、開ブ？と同時にオリフィス８什通って吸
ζを管内に噴射される。 一方、電磁コイル１５への電気信号が消勢されると、ボ
ール弁４Ａはスプリング１０に押されてバルブシー１へ
側に移動し、ボール６がシーＩ・而≦）を閉塞するもの
である。 以上の説明で、噴射弁の開弁から閉弁までのり」作にお
いて、加圧燃料が旋回燃料として噴射を終えるに至り、
開口時間に応じて幾度となく安定した噴射量を得ること
ができることが明らかになったが、ここに燃料の微粒化
に寄与する点について付記する。 燃料は、燃料旋回素子３７に至ると、その燃料旋回素子
３７に設けた軸方向溝４８、これに連通ずる径方向溝４
９から弁座のシート面９に向って流れるが、この際に軸
中心より偏心して構成される径方向溝４９の出口におい
て旋回流れが発生する。この旋回流れは、シー１−面９
に形成される損失の少ない環状すき間髪経て下流に進む
が、燃料旋回室に存在する燃料を誘引し、自らも−１分
な旋回エネルギを保持したままオリフィス８に至る。 オリフィス８からは、十分な噴射圧、Ｉ＆回力て燃料の
噴射が行われるため優れた微粒化燃料が得られることに
なる。 本実施例の噴射弁によれば、シングルポイント燃料噴射
装置用として、毎分７００ｄから９００ｄの高燃料レー
トで１ミリ秒レンジになるまで動特性的にリニアな流量
制御を行うことができる。 第１７図は、第１図の電磁式燃料噴射弁１を組み込んだ
シングルポイント燃料噴射装置の構成図である。 第１７図に示すように、エンジン冷却液温度。 吸入空気温度、吸入空気量、エンジンの回転速度（ＲＰ
Ｍ）などのエンジン動作信号は、各種センサにより検知
され、それぞれ人力ライン１００ａ。 １００ｂ、１００ｃ、１００ｄを経て制御ユニット１０
１へ入力される。噴射弁１は、図示しない内燃機関の吸
気マニホールドと通じたスロットルボディ１０２の単一
の空気流入通路１０３の中心に配置された燃料ジャケッ
ト１０４内に装着されている。 エンジンに供給される空気量は、回転可能に配置されて
いるスロワ）〜ルバルブ＋０５によって調整される。エ
ンジンの動作状態を検知する場合。 制御ユニツｌ−１０１は噴射に要する燃料のはを表わす
電気的ＯＮ−〇ＦＦ信号のＯＮ時間（パルス幅）を８１
算し、それら信号を噴射弁１に送る。噴射弁１はパルス
信号に応動して燃料シャケラ１〜１０４周辺の空気流へ
微粒化燃料を供給する。燃料は入ってくる空気と適切に
混合し吸気マニホールドに放出する際に、スロワ１ヘル
バルブＬ　０５と空気流入通路の内壁１０６との間に形
成される隙間を効率良く通過する。かかる燃料は、燃料
人１１１０７により燃料ジャケラｌ−１０４に流入され
、その燃料ジャケット１０４内の通路１０４　＋ｉを経
て循環し、その後圧力レギュレータ１０８が所定の圧力
を保持し出口通路１０４ｂに送られてり）く。 このような燃料噴射装置を用いて得られたエンジンテス
ト結果を表１に示している。 表１エンジンテスト結果 ここで Ｎ。 Ａ／Ｆ立上り時間：アイドルからフルスロットルにした
ときにＡ／Ｆセン サがリッチ限界（λ＝０．８） に到達するまでの時間 回転数の変動幅に対する平均回転数の比をも勺で表わし
たアイドル時の回転数の安定性−Ｘ）各吸入負圧に対す
るＡ／Ｆの安定化は、本実施例の杏子・Ｌ噴射弁を用い
ることにより、従来品に比へて格段と改善されることが
明らかである。このことは、第１６図の噴射量特性から
も明１゛）かであるか、実質的にはエンジンの吸入空気
Ｕに基づいて、噴射弁から微粒化燃料の噴射が的確に′
４了われたためて。 質の良い混合気がエンジンに供給されていると、：えよ
う。アイ１くル回転数からフルスロットルにしたときに
、Ａ／Ｆセンサがリッチ限界（λ＝　０．８）に到達す
るまでの時間が短かくな−〕でいることからもこのこと
が裏付けされよう。 以」二のように、本実施例の電磁式燃料噴射Ｈによって
、エンジン性能が大幅に改善されることか明らかであろ
う。 〔発明の効果〕 以］−述べたように、本発明によれば、ブｒ挫の１流で
旋回燃料を得るボール弁装置に関し、広範囲にしかもリ
ニアな流量制御か＋ｉＪ能で、かつ、ｒｔのよい混合気
を安定して供給することが可能な微粒化燃料を供給しう
る電磁式燃料噴射弁を提供することができる。 また、本電磁式燃料噴射弁をエンジンに適用すれば、実
用上の効果がきわめて高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁の
縦断面図、第２図は、第１図の噴射弁の燃料旋回素子、
バルブガイド組立構造を示す拡大断面図、第３図は、第
２図のＡ矢視平面図、第４図は、旋回力の逆数で示され
る特性値にと流量係数Ｃとの関係を示す線図、第５図は
、入力信号に対するバルブの応答動作を示す線図、第６
図は、燃料旋回室に流入する燃料の流れの様子を示す模
式図で、偏心量が小さい場合、第７図は、その偏心量が
大きい場合を示した図、第８図は、軸中心に対する溝の
最外壁寸法と流量バラツキとの関係を示す線図、第９図
は、溝の偏心量と静的流量の関係を示す線図、第１０図
は、ノズル体のシート位置と燃料旋回素子との位置関係
を示す拡大断面図、第１１図は、第１０図における支持
面間距離とシート上流の燃料旋回室の容積との関係に示
す線図、第１２図は、噴射量変化率の定義を説明する線
図、第１３図は、シート位置と支持面間の距離と噴射量
変化率との関係を示す線図、第１４図は、距離Ｑとシー
ト半径ｒｓとの比Ｑ／ｒｓと噴射量変化率との関係を示
す線図、第１５図は、比４１／ｒｓと静的流量との関係
を示す線図、第１６図は、第１図の電磁式燃料噴射弁の
噴射量特性線図、第１７図は、第１図の電磁式燃料噴射
弁を組み込んだシングルポイント燃料噴射装置の構成図
である。 ２・・・コア、３・・・ヨーク、４・・プランジャ、４
Ａ・・・ボール弁、５・・・ロッド、６・・ボール、７
・・・バルブガイド、８・・・オリフィス、９・・・シ
ート面、１５・・・電磁コイル、１６・・・電磁コイル
組立体、３４・・ガイドリング、３７・・・燃料旋回素
子、３８・・内壁面、４８・・・軸方向溝、４９・・・
径方向溝、５０，５１．５２・・・燃料旋回室。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．　電磁コイル組立体と、電磁コイルを取り囲む磁性
   体のヨークと、前記電磁コイルの中心に位置し一端がヨ
   ークと接触したコアと、前記電磁コイルが励磁されると
   所定量リフトする可動子と、この可動子に対接して常時
   は閉じており可動子のリフト時に開口する弁座、燃料噴
   射孔、および燃料旋回素子を有するノズル体とを備えた
   電磁式燃料噴射弁において、 前記可動子は、磁性体のプランジヤとロツドとボール状
   弁体とが一体形成され、 前記燃料旋回素子は、燃料に旋回流を生ぜしめるように
   弁本体の軸中心より偏心する旋回溝を形成し、 前記ボール状弁体は前記燃料旋回素子に内接して、閉弁
   時に、前記燃料旋回素子の内壁面と前記ボール状弁体と
   で燃料旋回室となる空間領域を形成し、 その燃料旋回室の容積が、前記ボール状弁体と前記弁座
   との接触位置から、前記弁座上方に位置する前記燃料旋
   回素子を支持する前記ノズル体の支持面までの距離によ
   つて定まる最小値よりも、さらに当該距離が小さくなる
   方向で、前記燃料旋回室容積がその最小値よりも大きい
   値をもつように構成したことを特徴とする電磁式燃料噴
   射弁。
2. ２．　電磁コイル組立体と、電磁コイルを取り囲む磁性
   体のヨークと、前記電磁コイルの中心に位置し一端がヨ
   ークと接触したコアと、前記電磁コイルが励磁されると
   所定量リフトする可動子と、この可動子に対接して常時
   は閉じており可動子のリフト時に開口する弁座、燃料噴
   射孔、および燃料旋回素子を有するノズル体とを備えた
   電磁式燃料噴射弁において、 前記可動子は、磁性体のプランジヤとロツドとボール状
   弁体とが一体形成され、 前記燃料旋回素子は、燃料に旋回流を生ぜしめるように
   弁本体の軸中心より偏心する旋回溝を形成し、 この旋回溝の、軸中心に対する最外壁面寸法を、前記燃
   料旋回素子の内壁面と前記ボール状弁体とで形成する燃
   料旋回室内の燃料流れが安定し死水域を少なくするよう
   に選定したことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
3. ３．　特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、旋回
   溝の軸中心に対する最外壁面寸法を、燃料旋回室の最大
   直径の６０〜９０％の範囲になるように選定したことを
   特徴とする電磁式燃料噴射弁。
4. ４．　電磁コイル組立体と、電磁コイルを取り囲む磁性
   体のヨークと、前記電磁コイルの中心に位置し一端がヨ
   ークと接触したコアと、前記電磁コイルが励磁されると
   所定量リフトする可動子と、この可動子に対接して常時
   は閉じており可動子のリフト時に開口する弁座、燃料噴
   射孔、および燃料旋回素子を有するノズル体とを備えた
   電磁式燃料噴射弁において、 前記可動子は、磁性体のプランジヤとロツドとボール状
   弁体とが一体形成され、 前記燃料旋回素子は、燃料に旋回流を生ぜしめるように
   弁本体の軸中心より偏心する旋回溝を形成し、 前記ボール状弁体は前記燃料旋回素子に内接して、閉弁
   時に、前記燃料旋回素子の内壁面と前記ボール状弁体と
   で燃料旋回室となる空間領域を形成し、 前記ボール状弁体とノズル体の弁座との接触位置と前記
   弁座上方に位置する燃料旋回素子を支持する前記ノズル
   体の支持面との距離ｌと、前記ボール状弁体と前記弁座
   との接触位置の半径ｒ＿ｓとの比で表わされる燃料旋回
   室の形状を、燃料が燃料旋回室の下方から導かれ、閉弁
   時に前記燃料旋回室に存在した燃料を開弁と同時に誘引
   して下流の燃料噴射孔に旋回導入しうるように、 形成したことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
5. ５．　特許請求の範囲第４項記載のものにおいて、ボー
   ル状弁体とノズル体の弁座との接触位置と燃料旋回素子
   を支持するノズル体の支持面との距離ｌと、前記ボール
   状弁体と前記弁座との接触位置の半径ｒ＿ｓとの比が、 ｌ／ｒ＿ｓ＝０．１〜０．３５ となるように形成したことを特徴とする電磁式燃料噴射
   弁。
6. ６．　特許請求の範囲第４項記載のものにおいて、ボー
   ル状弁体とノズル体の弁座との接触位置と燃料旋回素子
   を支持するノズル体の支持面との距離が、ｌ＝０．１〜
   ０．５ｍｍとなるように形成したことを特徴とする電磁
   式燃料噴射弁。
7. ７．　特許請求の範囲第１項、第２項、および第４項記
   載のもののいずれかにおいて、燃料旋回室の容積が、そ
   の最小値が存在するときの距離ｌよりも当該ｌが小さい
   領域で、前記容積の最小値の少なくとも１．２倍となる
   ように距離ｌを選定したことを特徴とする電磁式燃料噴
   射弁。