JPH02185662A - 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］ この発明は主に内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射す
る燃料噴射弁に関するものである。

［従来技術］ 従来、内燃機関の燃焼室内（おいて点火栓近傍の混合気
を他の部分より瀾クシ、いわゆる混合気の成層化を図り
、これにより燃焼を良くして燃費、エンジンの過渡特性
及び排気エミッションを向上させることが知られており
、このような混合気の成層化を得ることを目的とし、直
接内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁が提
案されている。（実開昭５８−２３６３号公報）［発明
が解決しようとする課題］ 然しながら上記の燃料噴射弁は内燃機関の燃焼室内での
微粒化が悪く効率のよい燃焼が得られないという欠点が
あった。この発明は内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射し
た時燃料が充分に微粒化され、燃焼効率を高める機能を
有する燃料噴射弁の提供を課題とする。

［課題を解決するための技術的手段］ 上記の課題を解決するためこの発明は燃料調量部と燃料
噴射部とからなり、燃料調量部は所定圧の燃料を調量し
て間欠的に噴射する第１の制御弁を有し、燃料噴射部は
第１の制御弁から噴射された燃料を吸入して間欠的に噴
射する第２の制御弁を有する燃料噴射弁において、前記
第２の制御弁は筒状のシート部材と、このシート部材内
で前後方向に摺動可能の弁子と、弁子を後方に付勢する
弾性部材とからなり、シート部材の先端と弁子の先端と
により空気弁が形成され、空気弁の後方には弁子とシー
ト部材とにより燃料弁が形成され、燃料弁の閉弁状態に
おいてシート部材の先端と弁子の先端との間に所定量の
初期クリアランスが設定され、燃料弁と空気弁との間に
おいてシート部材には空気流入口が設けられ、空気弁を
通過する空気量が燃料弁を通過する燃料量の２倍以上と
なるように弁径、弁のシート角、弾性部材の弾力、燃料
圧力、空気圧力を設定した構成を有している。

［作用］ 第１の制御弁から第２の制御弁内に入った燃料は第２の
制御弁の燃料弁の開弁により燃料弁の前方に噴出し、空
気流入口からの空気と混合されて微粒化し、更に空気弁
から噴射されるので微粒化は促進される。特に第２制御
弁の開弁初期においては空気弁に設けた初期クリアラン
スにより微粒化作用が大きい。この状態で内燃機関の燃
焼室内に供給されるので燃焼効率を高めることになる。

［実施例］ 以下実施例を示す図面によりこの発明を説明する。まず
第１実施例の燃料噴射弁を第３図により説明すると、燃
料噴射弁１００は内燃機関（以後エンジンとも言う）の
シリンダヘッド１４及びシリンダブロック１１に穿設さ
れた鉛直方向の支持孔１７に嵌合支持されている。シリ
ンダブロック１１に形成されたシリンダボア１２にはピ
ストン１３が摺動自在に挿入され、シリンダブロック１
１上に載置されたシリンダヘッド１４と、シリンダボア
１２と、ピストン１３の頂面１５とにより燃焼室１６が
形成される。点火栓２１はシリンダヘッド１４に穿設さ
れた孔２２に嵌合され、その電極２３は燃焼室１６内に
突出する。燃料噴射弁１００に形成された噴口１０１は
シリンダブロック１１に形成された孔１８を介して燃焼
室１６内に連通ずる。

燃料噴射弁１００にはタンク３１内の燃料が供給される
。ポンプ３２はモータ３３により駆動されて回転し、タ
ンク３１内の燃料をフィルタ３４及び供給ライン３６を
介して燃料噴射弁１１００ｋ圧送する。燃料噴射弁１０
０に供給された燃料の圧力は調圧弁３５により一定値に
調圧され、余剰燃料は還流ライン３７を介してタンク３
１に戻される。

燃料噴射弁１００は燃料調量部１１０と燃料噴射部１５
０とからなり、これらは相ｎに連結される。燃料調量部
１１０は通常の燃料噴射弁と同様な構造を有する。即ち
、ノズルボデー１１１の下端部には絞り孔１１２が穿設
され、ノズルボデー１１１の内部には絞り孔１１２を開
閉するニードル弁１１３が昇降自在に収容される。ノズ
ルボデー１１１の上方には環状板１］４が設けられ、ノ
ズルボデー１１１は環状板１１４とともにケーシング１
１５の下端開口部１１６内に嵌着される。

一方供給ライン３６に連結される人口部材１２１はケー
シング１１５の上端開口部１１７内に嵌着される。この
入口部材１２１の軸心部に固定された管部材１２２には
燃料通路１２３が形成され、又入口部材１２１の供給ラ
イン３６との連結部にはフィルタ１２４が設けられる。

燃料通路１２３と絞り孔１１２はケーシング１１５及び
ノズルボデー１１１の内部に形成された通路により連結
され、フィルタ１２４及び燃料通路１２３を通過して燃
料調量部１１０内に流入する燃料はニードル弁１１３が
開弁した時絞り孔１１２から吐出されて燃料噴射部１５
０へ供給される。

ニードル弁１１３の頭部には磁性材料よりなる環状部材
１２５が＠着され、環状部材１２５と管部材１２２との
間にはばね１２６が設けられる。

ばね１２６は環状部材１２５を介してニードル弁１１３
を常に下方に付勢し、これによりニードル弁１１３は非
作動時ノズルボデー１１１の゛下品に形成されたシート
部１２７に着座し、絞り孔１１２を閉塞する。ニードル
弁１１３はソレノイドコイル１３１に通電することによ
り開弁する。即も環状部材１２５は磁性材料から形成さ
れているのでソレノイドコイル１３１への通電により上
方にに吸引され、これによりニードル弁１１３はシート
部１２７から離座して絞り孔１１２を解放する。

ソレノイドコイル１３１への通電を遮断すると、ニード
ル弁１１３はばね１２６の弾力により下降し、絞り孔１
１２を閉塞する。ソレノイドコイル１３１への通電制御
は電子制御部（ＥＣＵ＞１３２により行なわれ、ＥＣＵ
１３２はエンジンの運転状態に応じて電圧パルス信号を
ソレノイドコイル１３１に供給する。従って例えばエン
ジンの高負荷運転の場合は燃料の噴射ωを多くするため
低負荷状態の場合に比較し、長いパルス幅の信号がソレ
ノイドコイル１３１に供給され、ニードル弁１１３の開
弁時間が長くなる。

燃料噴射部１５０のホルダ１５１は燃料調量部１１０の
ノズルボデー１１１に油密に嵌着する。

ホルダ１５１には燃料調量部１１０の絞り孔１１２に連
通ずる燃料通路１５２が形成される。燃料通路１５２は
ホルダ１５１の軸心部に沿って直線状に延び、燃料通路
１５２の下端部には燃料通路１５２に対して垂直方向に
延び、ホルダ１５１の側面に開口する噴口１０１が形成
される。噴口１０１内にはこれを開閉するため外開式の
自動弁である制御弁１６１が配設される。

空気供給機構の筒状ボデー２０１はホルダ１５１に外嵌
され、これによりボデー２０１とホルダ１５１との間に
断面環状の通路２０２が形成される。筒状ボデー２０１
及びホルダ１５１の下端部にはキャップ２０３が嵌合さ
れ、キャップ２０３の側壁とホルダ１５１との間には空
気室２０４が形成される。キャップ２０３は噴口１０１
に対抗する部位に開口２０５を有し、この開口２０５は
シリンダブロック１１に形成された孔１８を介して燃焼
室１６に連通する。空気室２０４は孔２０６を介して通
路２０２に連通ずる。筒状ボデー２０１の上部にはパイ
プ２１０が連結される。パイプ２１０はボデー２０１か
ら斜め上方に延び加圧空気［２１１に連結される。

従って加圧空気源２１１から圧送されてきた空気はパイ
プ２１．０を通って通路２０２に流入し、孔２０６から
空気室２０４へ流入する。空気室２０４の空気は開口２
０５、孔１８を介して燃焼室１６内に噴射される。

次に第１図により前記の制御弁１６１を説明する。制御
弁１６１は７ランジ３０１の下部でキャップ２０３の下
部に嵌着され、環状のシート部材１６２とこのシート部
材１６２の中央に穿設された孔１６３に設けた環状の弁
座１６３ａを開閉する弁子１６４とを有する。弁子１６
４は前進するとその当接部１６４ａが弁座１６３ａから
離れて開弁し、燃料の通過を許す。又後退すると当接部
１６４ａが弁座１６３ａに着座して閉弁し、燃料をを遮
断する。弁座１６３ａと当接部１６４ａとにより燃料弁
が形成される。弁子１６４の背面にはピン１６５が固定
され、ビン１６５の先端にはリテーナ１６６が設けられ
ている。リテーナ１６６とシート部材１６２との間にば
ね１６７が設けられ、これにより弁子１６４はその当接
部１６４ａが弁座１６３ａに着座する方向に付勢されて
いる。シート部材１６２には燃料通路１５２に連通ずる
燃料流入孔３１０が設けられ、この燃料流入孔３１０は
弁子１６４に設けた環状の溝部３１１に連通している。

制御弁１６１は燃料通路１５２の燃料圧力がばね１６７
の弾力即ち開弁圧力以上になった時、ばね１６７の弾力
に抗して開弁じ、環状溝部３１１内の燃料を弁座１６３
ａを経て前方に噴射する。、燃料圧力が開弁圧力より小
さくなった時、ばね１６７の弾力により閉弁し、燃料噴
射を遮断する。

又フランジ３０１の上部はキャップ２０３に嵌着され、
空気室２０４の空気がシート部材１６２に設けた空気流
入口３０５を通って同じくシート部材１６２に設【プた
噴出孔３０６に流入する。

制御弁１６１の閉弁時では弁子１６４の先端（設けた空
気弁３０８の外周縁３０８ａとシート部材１６２の先端
部３０９とで絞り３０７が形成され、この校り３０７に
より空気の最低の吐出量が確保される。絞り３０７の望
ましい初期クリ−アランスは５０〜１５０μｍである。

前述のように較り３０７により閉弁時においても空気の
最低噴出量が確保されているので、弁子１６４が閉弁位
置から開弁方向に移動を開始し、弁座１６３ａから燃料
が噴射されてもこの燃料は上記の最低の空気量により直
ちに微粒化される。

そして弁子１６４の移動により絞り３０７のクリアラン
スが１００〜〜４００μｍになるまで常に弁座１６３ａ
を通過する燃料量の２倍以上の空気量が確保されるよう
に設定されているので燃料噴射初期から有効な微粒化が
得られる。

第２図は前述の空気量が常に燃料量の２倍以上となるよ
うに設定した説明図である。前述のように制御弁１６１
の閉弁時では第２図（イ）に示すように弁子１６４の当
接部１６４ａは弁座１６３ａに当接し燃料弁の開口面積
は零であるが、空気弁３０８は絞り３０７の初期クリア
ランスに対応する開口面積Ｃを持っている。弁子１６４
が移動し始めると第２図（ロ）に示すように燃料弁に開
口面積が発生し、空気弁３０８の開口面積は大きくなる
。そして第２図（ハ）に示すように弁子１６４の移動の
初期には移動に伴う空気弁３０８の開口面積の増加の割
合いは燃料弁の開口面積の増加の割合いの２倍以上とな
る。ように設定されている。更に弁子１６４の移動量が
一定値を越すと空気弁３０８の開口面積Ａ及び燃料弁の
開口面積Ｂは一定に保持されるが開口面積の比は２以上
となるように設定されている。

なお、上記の実施例でパイプ２１０は加圧空気源に連通
しているがパイプ２１０を大気に連通させてもよい。

又上記実施例では燃料噴射弁１００をレシプロエンジン
に取り付【プたがロータリエンジンのサイドハウジング
に取り付【プてもよい。この際サイドハウジングにはロ
ータにより開閉される孔を形成し、この孔から燃料噴射
を行なう。又燃料噴射弁をエンジンの吸気マニホルドに
取り付けてもよい。

第４図は制御弁の第２実施例を示す。第４図の制御弁４
６１ではシート部材４６２の孔４６３に設けた弁座４６
３ａに離、着座する弁子４６４の当接部４６４ａが半径
方向に外方向にフランジ状に突出している。弁座４６３
ａと当接部４６４ａとにより燃料弁が形成される。又前
端の空気弁４０８も制御弁１６１の空気弁３０８と同様
に半径方向に外方向に突出している。７ランジ４０１の
前側にはリング状の空気室４１０が形成され、空気室４
１０の前壁４１０ａと空気弁４０８とにより絞り４０７
が形成されている。そして燃料弁の閉弁状態においで絞
り４０７は５０〜１５０μｍの初期クリアランスを有し
ている。又空気室４１０の外周壁４１０ｂには空気流入
口４０５が設けられている。

上記の制御弁４６１において、燃料弁の弁座４５３ａの
直径をＤ、空気弁４０８の弁座の直径をｄ、燃お目↑の
弁座角をθ、空気弁の弁座角をＯとした時、弁座角の値
により燃料及び空気の噴射量が変化する。そこで弁子４
６４の移動量をｈ、空気弁の調量面積をＡ　　燃料弁の
調量面積をΔｆ、ａゝ 空気弁４０８の閉弁時の初期クリヤランスをＣとすると
、 Ａ８＝πｄ　（ｈ十ｃ）ｓ　ｉ　ｎθ／２Ａｆ＝７ｒＤ
ｈＳ！　ｎθ／２ となり。さらに空気圧力をＰａ、燃料上流圧力をＰｆ、
ばね４００のセット荷重をＦ５、空気弁の流は係数をＣ
空気の比重量をγ８、燃料弁のａゝ 流量係数をＣｆ、燃料の比重量をγｆとすると、燃料量
（）ｉ量Ｑｆ及び空気噴射量Ｑａは従って Ｑａ／Ｑ丁≧２となるようにθ、ｅ、Ｄ、ｄ、Ｆ５、Ｐ
ａ、Ｐｆを設定することができる。

［効果］ この発明は上記の構成を有するので次のような優れた効
果を有する。

（イ）第２制御弁は燃料とともに燃料の２倍Ｍ以上の補
助空気を供給するので優れた燃料の微粒化が可能となり
、エンジンの燃焼効率を高める。

（ロ）特に第２制御弁の閉弁状態において空気弁に初期
クリアランスを設け、かつ燃料噴射初期では空気弁の開
口面積の増加の割合いを燃料弁の開口面積の増加の割合
いの２倍以上として補助空気の供給量を燃料供給量より
多くしたので、噴射初期の微粒化が促進され、排気エミ
ッションが改善される。

（ハ）第２制御弁の構造は筒中であり、製作も容易であ
る。又燃料噴射弁への組み付けが容易である。

（ニ）微粒化による燃料噴射Φの変動は僅かであり、エ
ンジンの出力はほとんど影響を受けない。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例の正断面図を示す。第２図（イ）は一
実施例の燃料弁及び空気弁の閉弁時の開口面積の詳細図
を示し、第２図（ロ）は開弁時の開口面積の詳細図を示
す。第２図（ハ）は弁子の移動量に対する空気弁及び燃
料弁の開口特性を示す。第３図は一実施例のエンジンへ
の取り付けの正断面図を示す。第４図は他の実施例の正
断面図を示す。 １６・・・燃焼室 １００・・・燃料噴射弁 １６１．４６１・・・（第２の制御弁）１６２．４６２
・・・シート部材 ３０５．４０５・・・空気流入口 １６７・・・ばね（男性部材） ３０８．４０８・・・空気弁 第１図 空気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料調量部と燃料噴射部とからなり、燃料調量部は所定
   圧の燃料を調量して間欠的に噴射する第１の制御弁を有
   し、燃料噴射部は第１の制御弁から噴射された燃料を吸
   入して間欠的に噴射する第２の制御弁を有する燃料噴射
   弁であつて、前記第２の制御弁は筒状のシート部材と、
   このシート部材内で前後方向に摺動可能の弁子と、弁子
   を後方に付勢する弾性部材とからなり、シート部材の先
   端と弁子の先端とにより空気弁が形成され、空気弁の後
   方には弁子とシート部材とにより燃料弁が形成され、燃
   料弁の閉弁状態においてシート部材の先端と弁子の先端
   との間に所定量の初期クリアランスが設定され、燃料弁
   と空気弁との間においてシート部材には空気流入口が設
   けられ、空気弁を通過する空気量が燃料弁を通過する燃
   料量の２倍以上となるように弁径、弁のシート角、弾性
   部材の弾力、燃料圧力、空気圧力を設定したことを特徴
   とする燃料噴射弁。