JPH02238164A - 電磁式燃料噴射弁 - 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，電磁式燃料噴射弁に係り、特に、燃料に旋回
力を与えて内燃機関に噴射供給するに際し、噴霧液滴の
局所的な粒径分布と平均粒径を平均化し均一な分散量分
布を得るのに好適な電磁式燃料噴射弁に関するものであ
る。

［従来の技術］ 燃料を噴射孔の上流で旋回させて噴射させる構造の電磁
式燃料噴射弁は、かなり均一でしかも微細な液滴が得ら
れることで知られている。例えば、この種の噴射弁とし
て特開昭５６−７５９５５号公報記載のものが知られて
いる。

その従来の噴射弁は，ボールを収納する案内孔とこの案
内孔にほぼその接線方向から燃料を導入するスワール通
路とを持つスワールプレートをハウジング内に設けたと
いうもので、簡単な構造で微細化に優れるというもので
ある。

［発明が解決しようとする課題コ 上記従来技術の噴射弁では、噴射孔からの噴霧が中空の
円錐状に広がって粗大粒を発生し，弁軸心付近での分散
量が極端に減ってしまう点について配慮されていなかっ
た。

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、噴霧液滴の局所的な粒径分布および平均粒
径を平均化し均一な分散量分布を得るとともに、安定し
た流量制御が可能な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コ 上記目的を達成するために、本発明に係る電磁式燃料噴
射弁の構成は、その第１の特徴として、電磁コイル組立
体と、電磁コイルが励磁されると所定量リフトするボー
ル弁と、このボール弁に対接して常時は閉じておりボー
ル弁のリフト時に開口する弁座と、弁座の上流側に配設
され、供給された燃料に旋回力を与える燃料旋回素子と
、弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔とを備えた電磁
式燃料噴射弁において、前記燃料旋回素子に、軸方向溝
と、この軸方向溝に連通し弁軸心に対して偏心して形設
された径方向溝とを有するとともに、前記燃料旋回素子
の内壁面と前記ボール弁との間に形成される環状すき間
を備え、前記径方向溝からの旋回燃料の流れと、前記環
状すき間からの未旋回燃料の流れとが合流して燃料噴射
孔に供給されるように弁座が形成されているものである
。

また、その第２の特徴として、電磁コイル組立体と、電
磁コイルが励磁されると所定量リフトするボール弁と、
このボール弁に対接して常時は閉じておりボール弁のリ
フト時に開口する弁座と、弁座の上流側に配設され、供
給された燃料に旋回力を与える燃料旋回素子と、弁座の
下流側に設けられた燃料噴射孔とを備えた電磁式燃料噴
射弁において、前記ボール弁の径方向から偏心導入され
る旋回燃料の中心部に向って、前記ボール弁の弁軸方向
から当該ボール弁の周りを経て未旋回燃料を供給するよ
うに、前記燃料旋回素子および弁座を形成したものであ
る。

さらに、その第３の特徴として、具体的には、電磁コイ
ル組立体と、電磁コイルが励磁されると所定量リフトす
るボール弁と、このボール弁に対接して常時は閉じてお
りボール弁のリフト時に開口する弁座と、弁座の上流側
に配設され、供給された燃料に旋回力を与える燃料旋回
素子と、弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔とを備え
た電磁式燃料噴射弁において、前記燃料旋回素子の内壁
面と前記ボール弁との間に形成されている環状すき間の
、未旋回燃料の通路断面積が、前記燃料旋回素子に弁軸
心に対して偏心して形成された径方向溝の、旋回燃料の
通路断面積より小さく形成されたものである。

また、その第４の特徴として数値で示せば、同一前提に
おいて、前記ボール弁の径方向から偏心導入される旋回
燃料を導く前記燃料旋回素子に形設された径方向溝の通
路断面積Ａｍと、弁軸方向から前記ボール弁の周りを経
て未旋回燃料を導く前記燃料旋回素子の内壁面と前記ボ
ール弁との環状すき間の通路断面積Ａｇとの関係を、１
．　　５＜Ａｍ／Ａｇ＜６．０ としたものである。

［作用］ 上記の技術的手段による働きは次のとおりである。

ボール弁の周りの環状すき間を流れる燃料の軸方向流れ
成分と、燃料旋回素子の径方向溝を流れる径方向流れ成
分との合成により噴射流量が安定する。

また、・６前記環状すき間を流れる未旋回燃料の量的配
分によって、噴霧の分散量、液滴の粒径分布．および平
均粒径が均一化されることが、実施例で詳細に後述する
第６図ないし第１ｏ図に示すように、実験結果によって
明らかになった。

これによって、粗大粒の発生が抑制され、内燃機関に供
給する混合気が良質なものとなり機関の運転を安定させ
ることができる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第１０図を参照
して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るボール弁形の電磁式
燃料噴射弁のノズル部の拡大断面図、第２図は、第１図
のＡ−Ａ矢視断面図、第３図は、第２図のＢ−Ｂ矢視断
面拡大図、第４図は、第１図のノズル部を有する電磁式
燃料噴射弁の縦断面図、第５図は、ボール弁周りの燃料
の流れの状態を示した模式図である。

まず、ボール弁形の電磁式燃料噴射弁のノズル部の構成
を第１図を参照して説明する。

第１図において、１は、ボール弁を構成するロンド、２
は、ボール弁を構成するボール、３は、ノズル体を構成
するバブルガイド、４は、ボール弁に対接して常時は閉
じておりボール弁のリフト時に開口する弁座に係るシー
ト面、５は、シート面４の下流側に設けられた燃料噴射
孔、６は、シート面４の上流側に配設され、供給された
燃料に旋回力を与える燃料旋回素子、７は、燃料旋回素
子６に形成された軸方向溝、８は、燃料旋回素子６に形
成された径方向溝、９は、燃料旋回素子６の内壁面６ａ
と前記ボール２との間に形成された環状すき間である。

ロッド１に結合されたボール２が、バルブガイド３のシ
ート面４から離れる際、燃料は図の上方からバルブガイ
ド３に設けた燃料噴射孔５に向って流れ込む。この際、
バルブガイド３の中空部の内壁３ａに挿入固定される円
筒状の燃料旋回素子６の軸方向溝７、径方向溝８を経る
流れ（実線矢印）と、燃料旋回素子６の内壁面６ａとボ
ール２との間に形成される環状すき間９を通る流れ（破
線矢印）・．に燃料の量的配分がなされる。

第２図は、第１図のＡ−Ａ方向断面図を示し、燃料旋回
素子６の軸方向溝７，径方向溝８が示されている。

軸方向溝７は、第２図に示すようにＤカット面を形成し
ている。また、径方向溝８は、軸方向溝７に連通し、弁
軸心に対して偏心（偏心量Ｌ）して形設されている。

これらの溝は、軸方向から導入される燃料の通路である
が、軸方向溝７を通過した燃料は径方向溝８にて軸中心
に対し偏心導入される。これにより、燃料に旋回力が付
与され、バルブガイド３に設けた計量部である燃料噴射
孔から噴出する際の微粒化を促進する働きがある。

第３図は、第２図のＢ−Ｂ方向断面図を示し、径方向溝
８の溝形状が示されている。

径方向溝８は、断面形状が溝幅Ｗ、溝深さｈの角溝であ
る。また、径方向溝８は、複数個（第２図では４個）設
けられている。

次に、第１図に示したノズル部を組み込んだ電磁式燃料
噴射弁の構成および作用を第４図を参照して説明する。

第４図に示す電磁式燃料噴射弁１０（以下単に噴射弁と
いう）は、コントロールユニット（図示せず）により演
算されたデューテイのＯＮ−ＯＦＦ信号に基づいてシー
ト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。

電磁コイル組立体を構成する電磁コイル１１に電流が流
されると、磁性材よりなるコア１２、ヨーク１３、プラ
ンジャ１４で磁気回路が形成されプランジャ１４がコア
１２側に吸引される．プランジャ１４が移動すると、こ
れと一体になっているボール弁ＩＡがリフトしてバルブ
ガイド３の弁座のシート面４から離れ燃料噴射孔５を開
放する。

ボール弁ＩＡは、磁性材製のプランジャ１４の一端に結
合されたロッド１と、このロッド１の他端に溶接接合さ
れたボール２と，プランジャ１４の上端開口部に固定さ
れ非磁性材からなるガイトリング１５とから構成され、
移動に際しては、ガイドリング１５と、バルブガイド３
の中空部の内壁３ａに．挿入固定される燃料旋回素子６
の内壁面６ａとでそれぞれガイドされる。、すなわち、
２箇所でガイドされて軸方向に摺動する。ここに、移動
の際のストロークは、ロツド１の首部の受け面１６と馬
蹄形のストツパ１７間の空隙寸法で決定されるようにな
っている。

燃料は、図示しない燃料ポンプや燃圧レギュレー夕によ
り加圧調整され、フィルタ１８を介して流入通路１９か
ら噴射弁１０内部に流入し、プランジャ１４の外周、ス
トッパ１７とロッド１のすき間を経て第１図に示す環状
すき間９および燃料旋回素子６の軸方向７、径方向溝８
からそれぞれシート部へ供給され、燃料噴射孔５から図
示しない内燃機関の吸気管内に向けて噴射される。

電磁コイル１１への電流が消滅されると、ボール弁ＩＡ
はスプリング２０に押されてバルブシ一ト側に移動しボ
ール弁ＩＡが弁座のシート面４を閉塞する。

上記燃料噴射に際して燃料旋回素子６の軸方向溝７，径
方向溝８を経る流れと、環状すき間９を通る流れとで燃
料の量的配分がなされる。

その燃料の量的配分は、径方向溝８の総断面積と、ボー
ル２と燃料旋回素子６の内壁面６ａとの間の環状すき間
９の断面積との比率を調整することにより決定される。

燃料旋回素子６の径方向溝８から偏心導入される旋回燃
料は、バルブガイド３のシート面４で旋回速度を増しな
がら燃料噴射孔５に至る。第１図の実線で描いた矢印で
示される。一方、かかる旋回燃料に向けて、ボール２と
燃料旋回素子６の内壁面６ａとの環状すき間９から未旋
回燃料が供給されシート面４から燃料噴射孔５に至る際
に混合される。

第５図に、このような燃料の流れの様子を模式的に示し
た。燃料旋回素子６の径方向溝８から流入する径方向流
れ成分（イ）、すなわち旋回燃料は、ボール２の周りか
ら軸下方に向う軸方向流れ成分（口）、すなわち未旋回
燃料と合成される。

未旋回燃料の通路を許す環状すき間９の断面積は、旋回
燃料の通過を許す径方向溝８の断面積より小さく．なる
ように構成されており、両者の混合割合は次に示す条件
で実施される。

第３図に示す径方向溝８の幅Ｗと深さｈとで示される流
れ学的相当直系を用いた断面積Ａｍは、となる。ここに
、ｎ：溝の数である。

この断面積Ａｍと環状すき間９の断面積Ａｇとの比（Ａ
ｍ／Ａｇ）を１　．　５＜Ａｍ／Ａ　ｇ＜６　．　０と
するのが望ましい。

以下、実験結果により、その効果を説明する。

第６図は、従来のノズル部による噴霧の観測結果を示す
説明図、第７図は、本実施例のノズル部による噴霧の観
測結果を示す説明図、第８図は、噴霧液滴の分散量を示
す線図、第９図は、粒径分布を示す線図、第１０図は、
未旋回燃料と旋回燃料との比率が静的流量に与える影響
を示す線図である。

第６図および第７図は、噴霧の観測結果を模式的に示し
たものである。第６図に示す従来形の噴射弁では、噴霧
の中心付近が燃料が薄く、周辺が濃くなっており，外側
に噴霧が分散している。これに反して、第７図における
本実施例（本発明）の噴射弁は，中心付近に燃料の濃い
部分が存在しており、均一な噴霧となっている。

第８図は、複数個の同心円筒容器に捕集した噴霧液滴の
分散量を示す図である。横軸は、噴射弁軸心からの位置
Ｒと噴射孔からの距離Ｈとの比を示しており、縦軸は，
噴射量Ｑと単位時間の捕集量Ｑｄとの比を示している。

第８図から明らかなように、従来形の場合、中心付近で
噴霧が粗になり周辺部に液滴が集中するが、本実施例（
本発明）の噴射弁では、周辺部に集中していた分散量が
減少し、中心付近で逆に増大し広い領域においてほぼ一
定になる。

第９図は、粒径分布に関する測定結果の一例を示してい
る。横軸は，先の第８図の横軸と同じスケールであり縦
軸は粒径（薗）を示している。

第９図から明らかなように、従来形の場合、中心付近で
は比較的微細な液滴が多く平均粒径も小さいが、・，周
辺に行くに従って粒径の大きい液滴が存在している。

これに対して、本実施例（本発明）の噴射弁では、中心
付近から周辺に至る広い領域で粒径に差異がなくなり平
均粒径がかなり良く均一化される。

第１０図は，ボール２の周辺の環状すき間９を流れる未
旋回燃料と燃料旋回素子６の径方向溝８を流れる旋回燃
料との比率が静的流量に与える影響を示したものである
る。すなわち、噴射流量の安定性（流量係数の変化）を
示している。

図において、横軸は、径方向溝８の断面積Ａｍと環状す
き間９の断面積Ａｇとの比（Ａｍ／Ａｇ）を示しており
、縦軸は静的流量（Ｃｃ／ｍｉｎ）を示している。

第１０図では、静的流量が毎分１８５ｃｃの噴射弁を示
しており、Ａ　ｍ　／　Ａ　ｇが１．５以上であれば噴
射量が安定し目標の精度を満足している。

言い変えると，流量係数がこの値以上であればほぼ一定
値をとるということになる。

なお、図中の縦軸に噴霧の平均粒径を示したがかかる領
域ではほぼ一定値をとる。

また、Ａ　ｍ　／　Ａ　ｇの値が大きくなるということ
は、言い変えると、環状すき間９が小さくなるというこ
とになる。例えばＡ　ｍ　／　Ａ　ｇが８近辺ではこの
すき間は数ミクロン程度となり、加工精度が著しく厳し
くなり噴射弁の組立てが困難となる。

そこで、本実施例では、Ａｍ／Ａｇが６以下の値となる
噴射弁を提供するもので、この場合、環状すき間９は２
０ミクロン程度であり、加工精度が従来形にくらべて数
倍も緩くなっている。すなわち，安価な噴射弁が提供で
きるものである．本実施例によれば、噴霧液滴の局所的
な粒径分布および平均粒径が平均化され均一な分散量分
布を得ることができる。

また、ボール弁周りおよび下部の流れが安定し、噴射流
量の制御が精度良く行われる。

さらに、粗大粒の発生が抑制されるので、内燃機関に供
給される混合気が良質のものとなり、機関の運転を安定
かつ効率良く行い得ることができるという実用上の効果
が大である。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、噴霧液滴の局所的
な粒径分布および平均粒径を平均化し均一な分散量分布
を得るとともに、安定した流量制御が可能な電磁式燃料
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ボール弁形の電磁式
燃料噴射弁のノズル部の拡大断面図、第２図は，第１図
のＡ−Ａ矢視断面図、第３図は、第２図のＢ−Ｂ矢視断
面拡大図、第４図は、第１図のノズル部を有する電磁式
燃料噴射弁の縦断面図、第５図は、ボール弁周りの燃料
の流れの状態を示した模式図，第６図は、従来のノズル
部による噴霧の観測結果を示す説明図、第７図は、本実
施例のノズル部による噴霧の観測結果を示す説明図、第
８図は、噴霧液滴の分散量を示す線図、第９図は、粒径
分布を示す線図、第１０図は、未旋回燃料と旋回燃料と
の比率が静的流量に与える影響を示す線図である。 １・・・ロッド、ＩＡ・・・ボール弁、２・・・ボール
，４・・・シート面、５・・・燃料噴射孔、６・・・燃
料旋回素子、６ａ・・・内壁面、７・・・軸方向溝、８
・・・径方向溝、９・・・環状すき間，１１・・・電磁
コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　１．電磁コイル組立体と、電磁コイルが励磁されると
   所定量リフトするボール弁と、このボール弁に対接して
   常時は閉じておりボール弁のリフト時に開口する弁座と
   、弁座の上流側に配設され、供給された燃料に旋回力を
   与える燃料旋回素子と、弁座の下流側に設けられた燃料
   噴射孔とを備えた電磁式燃料噴射弁において、 　前記燃料旋回素子に、軸方向溝と、この軸方向溝に連
   通し弁軸心に対して偏心して形設された径方向溝とを有
   するとともに、 　前記燃料旋回素子の内壁面と前記ボール弁との間に形
   成される環状すき間を備え、 　前記径方向溝からの旋回燃料の流れと、前記環状すき
   間からの未旋回燃料の流れとが合流して燃料噴射孔に供
   給されるように弁座が形成されていることを特徴とする
   電磁式燃料噴射弁。 　２．電磁コイル組立体と、電磁コイルが励磁されると
   所定量リフトするボール弁と、このボール弁に対接して
   常時は閉じておりボール弁のリフト時に開口する弁座と
   、弁座の上流側に配設され、供給された燃料に旋回力を
   与える燃料旋回素子と、弁座の下流側に設けられた燃料
   噴射孔とを備えた電磁式燃料噴射弁において、 　前記ボール弁の径方向から偏心導入される旋回燃料の
   中心部に向って、前記ボール弁の弁軸方向から当該ボー
   ル弁の周りを経て未旋回燃料を供給するように、前記燃
   料旋回素子および弁座を形成したことを特徴とする電磁
   式燃料噴射弁。 　３．電磁コイル組立体と、電磁コイルが励磁されると
   所定量リフトするボール弁と、このボール弁に対接して
   常時は閉じておりボール弁のリフト時に開口する弁座と
   、弁座の上流側に配設され、供給された燃料に旋回力を
   与える燃料旋回素子と、弁座の下流側に設けられた燃料
   噴射孔とを備えた電磁式燃料噴射弁において、 前記燃料旋回素子の内壁面と前記ボール弁との間に形成
   される環状すき間の、未旋回燃料の通路断面積が、前記
   燃料旋回素子に弁軸心に対して偏心して形成された径方
   向溝の、旋回燃料の通路断面積より小さく形成されたこ
   とを特徴とする電磁式燃料噴射弁。 　４．電磁コイル組立体と、電磁コイルが励磁されると
   所定量リフトするボール弁と、このボール弁に対接して
   常時は閉じておりボール弁のリフト時に開口する弁座と
   、弁座の上流側に配設され、供給された燃料に旋回力を
   与える燃料旋回素子と、弁座の下流側に設けられた燃料
   噴射孔とを備えた電磁式燃料噴射弁において、 前記ボール弁の径方向から偏心導入される旋回燃料を導
   く前記燃料旋回素子に形設された径方向溝の通路段面積
   Ａｍと、 弁軸方向から前記ボール弁の周りを経て未旋回燃料を導
   く前記燃料旋回素子の内壁面と前記ボール弁との環状す
   き間の通路断面積Ａｇとの関係を、 　１．５＜Ａｍ／Ａｇ＜６．０ としたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。