JPH02256871A - 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〕 本発明は自動車等のエンジンに適用される電磁式燃料噴
射弁に係り、特に応答性と噴霧特性に優れた構造に関す
る。

〔従来の技術〕 従来、可動部を軽量化し、応答性に優れた燃料噴射弁と
して円板状可動子を弁体とする電磁式燃料噴射弁につい
ては１国際公開公報ＷＯ３８１０４７２７号に記載のよ
うに、弁体に対抗して噴射口のみが設けられた弁座で、
燃料は噴射口において軸方向の運動量のみが与えられる
構造となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は可動部を軽量化し、応答性に優れるもの
の噴霧の微粒化及び噴霧の形状を制御する点について配
慮がなされておらず、エンジンの低温始動性や応答性を
改善するとき問題があった。

すなわち通常のガソリンエンジンで用いられる燃料圧力
（２〜４　ｋｇｆ　／ｃＪ）での噴霧の平均粒径は３０
０μｍ以上であり、目視では噴震というよりシャワーに
近い。また噴霧の形状は拡散せずに棒状である。さらに
特にガソリン代替燃料を使う場合は噴射口にデイポジッ
トが生じ易いという問題があった。

さらに、エンジンは多種類の形状のものが存在するため
、微粒化の向上と共に噴霧の形状の設定にも柔軟性をも
つ電磁式燃料噴射弁が要求されている。

本発明は、燃料の微粒化が良好で噴霧の形状をエンジン
に応じて多様に設定可能な弁構造を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明の特徴は、燃料が噴射
される噴射孔と、該噴射孔の上流側に設けられ、燃料の
噴射量を制御するプレートバルブ部材とを備えた電磁式
燃料噴射弁において、前記燃料に旋回を与える燃料旋回
素子を設けたことにある。

〔作用〕

供給された燃料は、燃料旋回素子によって旋回力が与え
られる。燃料旋回素子を噴射孔とは通じて配置されてい
るので、燃料旋回素子に流入した燃料は次に噴射孔に導
かれ噴射孔より噴射される。

このとき燃料は旋回力によって微粒化が促進される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図及び第３図に
より説明する。第１図は燃料噴射弁、第２図は第１図の
可動弁がリフトしたときの部分拡大図、第３図は第２図
のＡ−Ａ’視図である。

第１図に示す燃料噴射弁は、駆動源として、磁気回路と
磁気回路を励磁するコイル組立体７とを有し、その励磁
により所定量リフトする円板状の可動子であるプレート
バルブ１と、プレートバルブｌに対抗して、可変絞りを
構成するための弁座２、プレートバルブ１と弁座２より
構成されるプレートバルブ部材５０．弁座２に導かれた
燃料に旋回力を付与する燃料旋回素子３及び固定絞りで
ある噴射孔４と、プレートバルブのリフト量を制限する
ストッパ１２と、プレートバルブを常に押しているばね
１０を主構成部材としている。

磁気回路構成は、筒状のヨーク５．このヨーク５の開口
端を閉じてヨーク５の中心に延びる中空の柱状栓体のコ
ア６、およびそのコア６に空隙を隔てて対向する可動子
であるプレートバルブ１とからなる。

コア６の柱状部の中心には穴を開けており、その中にプ
レートバルブ１を弁座２に抑圧する弾性部材としてのば
ね１０を挿入し保持するように構成されている。ばね１
ｏの上端はセット荷重を調整するためにコア６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。

磁気回路を励磁するコイル８は、ボビン９に巻かれてお
り、上記部材からなるコイル組立体７の端子１５の外側
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１６を形成する。

燃料の入口１８には燃料中や配管中の塵埃や異物が燃料
噴射弁内へ侵入するのを防ぐフィルタ１７が装備されて
いる。燃料は燃料の入口１８から多面体断面を有するア
ジャスタ１１とコア６のすき間、更にコア６の中心孔を
通り、コア６に複数設けられた穴１９を経てプレートバ
ルブ１に常時導かれている。

１４はノズルで、燃料噴射弁をエンジンの吸気管（図示
せず）等に装着したとき、それらのふん囲気中に含まれ
るカーボン等が噴射孔４に付着し、デイポジットを生ず
るのを防ぐために設けられている。

２０．２１，２２．２３はいずれも燃料漏れを防止する
ために設けたＯリングである。

また１３は可動弁１のリフト量を調整するスペーサであ
る。

尚、プレートバルブ１は円周」二に複数個の穴２４が貫
通してあけられており、燃料の通路を形成している。

第２図、第３図を参照して弁座の構成を説明する。

弁座２は、噴射孔４の燃料入側直前に、噴射孔４と同軸
でかつ噴射孔より大きな直径を有する燃料旋回素子３の
円筒形の受容部２５を有し、この中に燃料旋回素子３が
固定して設けられている。

燃料旋回素子３は、噴射孔４と同軸でかつ噴）１孔４よ
り大きな直径を有する円筒形の燃料旋回室３ａと、燃料
旋回室３ａより偏心させてかつ燃料旋回室３ａの接線方
向に燃料旋回室３ａに通じて設けられた複数（第３図で
は４個）の溝形の流路３ｂをもつ。燃料旋回素子３の外
形は円筒部の円周の一部を複数個所（第３図では４個所
）平坦に切欠いて形成しており、第３図に示すように、
弁座２に燃料旋回素子３を装着したとき弓形通路となる
部分３ｃを燃料流入口としている。この燃料流入口３ｃ
および溝形の流路３ｂの流路面積はプレートバルブ１と
弁座２より形成される流路面積（開口時）の２倍以上に
設定されており、可動弁における圧力損失を押さえてい
る。そして燃料は噴射孔４で計量されるように噴射孔４
の面積は絞られている。さらに燃料旋回部材３は焼結に
より成形されている。

以下動作を説明する。

燃料噴射弁は、コイル８に与えられる電気的なオン、オ
フ信号によりプレートバルブ１を操作して、弁座２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。

電気信号はコイル８にパルスとして与えられ、噴射量の
大小により、そのパルス幅が電子制御装置（図１５参照
）により制御される。プレートバルブ１は、常時はばね
１０の圧縮力と燃料圧力による付勢力により弁座２に押
しつけられ閉じている。そして、コイル８に電流が流さ
れると、コア６、ヨーク５．プレートバルブ１で磁気回
路が構成され、プレートバルブ１に吸引力が生ずる。プ
レートバルブ１の吸引力が前記付勢力に打勝ってリフト
すると、プレートバルブ１と弁座２の間に燃料流路がで
きる。プレートバルブ１から弁座２に流入した燃料は燃
料旋回素子３の流路３ｃから３ｂを通って燃料旋回室３
ａに流れ、旋回力が与えられる。そして旋回力の与えら
れた燃料は噴）［孔４から噴射される。このとき旋回力
により燃料の微粒化が促進される。詳述すれば、燃料は
、図示しないが燃料ポンプや燃料圧力レギュレータによ
り加圧調整され、ツユエルギヤラリからソケットを経て
フィルタ１７を介して燃料入口１８より燃料噴射弁内に
流入し、コア６の内部を通り、コア６に設けられた複数
の穴１．９よりプレートバルブ１の複数の穴２４を経て
開弁時に弁座２の開口部へ供給され、燃料旋回素子３の
燃料旋回室３ａに瀉かれた後、噴射孔４から１例えばエ
ンジンの吸気管内（図示せず）に噴射される。

コイル８の電源がオフになるとプレートバルブ１の吸引
力が消勢され、プレートバルブ１ははね１０と燃料圧力
に押され（ばねの力が支配的である）、弁座２に着座し
、プレートバルブ１と燃料旋回素子３の間の流路を閉塞
する。尚燃料に効率よく旋回力を付与するため、燃料は
噴射孔で計量されるよう、噴射孔４の流路面積を他の流
路の中で極小としている。本実施例によれば、通常のガ
ソリンエンジンで用いられる燃料圧力（２〜４ｋｇｆ／
ｄ＞での噴霧の平均粒径は１００μｍ以下に微粒化でき
る。さらに噴射孔を通る燃料は旋回流となり、噴射孔洗
浄効果が生ずるのでデイポジットが生じ難い。また燃料
旋回素子の外形を円筒の円周面の一部を複数個所平坦に
切欠くことにより、形状を簡単化できたので加工が容易
にできる。さらに燃料旋回素子を機械加工とせず、焼結
成形することにより、製作時間を短縮でき、安価となる
。

ここで、燃料の静的流量に影響を与える因子として、燃
料旋回素子３の流路の圧力損失と付与される旋回力があ
る。流路の圧力損失は流路の断面積によって主に支配さ
れる。本実施例における流路の断面積について第４図を
用いて説明する。第４図において、燃料旋回素子３の溝
の幅Ｗと溝の深さＨより表わされる流体力学的相当径を
用いると燃料旋回素子３の流路断面積Ａ１は となる。ここでｎは溝の数である。

次にプレートバルブ１の開口面積Ａｚは、Ａ　２　＝π
Ｄｘ　　　　　　　　　　　　　・・・（２）となる。

ここで、Ｄは代表シート径でＤ＝（ＤＩ＋Ｄ２）である
。また、Ｘはプレートパルブ１のリフトである。

さらに、噴射孔４の断面積Ａ８は Ａａ＝−ｄ” ・・・（３） となる。ここでαは噴射孔の直径である。

本実施例において、噴射孔４の断面積Ａｓは、上記Ａｘ
、Ａｚを用いると、 Ａ　ｓ　＞　Ａ　ｚ　＞　Ａ　３ の関係を示し、燃料流路の中で最も狭い流路となる。す
なわち、オリフィスの噴射孔４のみによって燃料が計量
されることになる。また、燃料の速度が下流に行くにし
たがい加速される構成であるから、圧力降下のない燃料
の供給が行われ、効率の良い旋回燃料が得られる。従っ
て、優れた微粒化燃料が得られる。

第５図に本発明の他の実施例を示す。ここで、第５図以
降に示す実施例の燃料噴射弁では、第１図と同一部品は
同一符号で示す。基本構成は第１〜３図と同一のため、
ここでは第１図と異なる構成のみを説明する。

第５図の第２の実施例の燃料噴射弁は弁座２の噴射孔４
の下流端に噴霧分割手段２６を設れている。第５図に示
した噴霧分割手段２６は、第６図。

第７図に示すように、噴射孔に同軸に設けられた第２の
燃料旋回室２６ａと複数（第６図では２個の例を示して
いるが数は任意に設けてよい）の円からなる断面形状を
有する第２の噴射孔２６ｂよりなる。たとえば第２の噴
射孔２．６ｂを円形に２個、図示のように設ける噴射孔
２６ｂから噴射された噴霧２７の横断面は第８図に示す
ように２つに分割された噴霧が得られる。

第９図は、第６図の噴霧分割手段２６に代えて別の噴霧
分割手段２８を設けている。第９図に示す噴霧分割手段
は、第６図の第２の燃料旋回室２６ａと第２の噴射孔２
６ｂを一体化し簡単化したものであり、第９図のＥ　’
−Ｅ　’矢視図で第１０図に示すように、円を２つ連ら
ねた形の噴射孔２８ａとしている。この場合の噴ｎ２９
の横断面は第１１図に示すように、やはり分割された形
になる。この他にも図示しないが噴霧分割手段の第２の
噴射孔の形状を適当に選定することにより、任意の噴霧
パタンか得られる。

本実施例によれば、先に述べた効果の他に吸気弁が複数
設けられている吸気管噴射エンジン等に効率よく、微粒
化された燃料を供給することが可能となった。

尚、実施例では、燃料入口が燃料噴射上部に配置された
ものを示したが、この位置は特に限定するものではない
。

第１２図、第１３図に示す実施例は本発明の他の実施例
で、弁座２を構成する部材が第１図、第２図と異なり、
燃料旋回素子３の配置されている位置が弁座２の上流側
としている。したがって、凸部２ａの外径と燃料旋回素
子３の内径で囲まれた部分３ａが燃料旋回室となる。そ
の他燃料流路３０がヨーク５．ストッパ１２．スペーサ
１３に。

部分的に切欠かれて形成され、燃料旋回素子３の流路３
ｃに燃料を導く構造となっている。

この本実施例は、燃料旋回室３ａの位置が弁座２の上流
側に位置している点を除けば第１図に示した実施例と同
じ構造を示しており、同様の効果が得られる。

また第１４図は第１１図に示す実施例の流路断面積を説
明した図である。燃料旋回素子３の流路断面積をＡｔ、
プレートバルブ１の開口面積をＡ２．噴射孔の断面積を
八３とすると、Ａ　１＞　Ａ　２　＞　Ａ、　ａ の関係になる。ここでＡＩ　、Ａ２　、Ａ３の定義は第
１４図の記号を用いると式（１）、　（２）、　（３）
と同様に表わせる。

第１５図、第１６図は本発明の他の実施例を表わす図で
ある。ここで、第１２図、第１３図に示す同一部分の説
明は省略する。この実施例において、プレートバルブ１
の形状は凸形をしており、プレートバルブ１を燃料旋回
素子３で覆う形状である。これにより燃料旋回室３ａに
おける燃料旋回力がさらに高まり、さらに燃料の微粒化
が促進される。

第１７図、第１８図は、本発明の他の実施例を表わす図
である。第１２図、第１３図に示すものと同一の部分の
説明は省略する。この実施例において、燃料旋回素子３
の形状は筒状をしており、受容部２５を有している。燃
料旋回素子３は、その円筒部に偏心して設けられた複数
個の燃料溝３ｂをもち、燃料旋回室３ａが形成される。

この構成によれば第１２図、第１３図に示す効果はもち
ろん、燃料旋回素子の小型化を図ることができる。また
、第１９図に示す実施例は第１７図に示す実施例のプレ
ートバルブ１に円筒型突起部１ａを設けたものである。

この突起部１ａは燃料旋回素子３でプレートバルブ１を
案内するとともに燃料旋回室３ａの気密性を高めること
ができる。従って、プレートバルブ１の動作中の半径方
向の傾きを防ぐことができ、燃料の微粒化も促進される
。

本発明によれば、プレートバルブを弁体とする軽量可動
弁形の燃料噴射弁において、微粒化が促進され、噴霧粒
径を小さくできると共に、噴噴孔の浄化効果が大となる
のでデイポジットを防ぐことができる。したがってエン
ジンの低温始動性や応答性、信頼性が向上する。さらに
噴射口下流に噴霧制御手段を設けたことにより噴霧の横
断面形状を任意に設定できる。これにより、種々のエン
ジンに適する燃料噴射弁が得られる。

また、燃料旋回部材の燃料流入形状を簡単化したことに
より、燃料旋回部材を安価にできる。さらにこれを焼結
成形することにより一層安価に製作することができる。

第２０図は、本発明に係る燃料噴射弁を搭載したエンジ
ン制御システムの構成図である。

第２０図において、エンジン１００はガソリンを燃料と
する周知の火炎点火式エンジンで、その吸気系はエアク
リーナー１１０．スロッＩ−ルボデイ１２ｏ、吸気マニ
ホールド１−３０、本発明の燃料噴射弁１４０から構成
される。一方、排気系は排気マニホールド１５０．排気
ガス中の酸素濃度を測定する酸素センサ１６０．排ガス
浄化用の三元触媒コンバータ１７０２図示しない消音マ
フラーから構成されている。

ここに、スロットルボディ１２０は、エアーフローセン
サ１８０．スロットルバルブ１９０．スロットルセンサ
２００から構成されており、エンジン１００に供給され
る空気流量を正確に計測する。また、三元触媒コンバー
タ１７０は、理論空燃比付近で運転されるエンジン１０
０からの排出ガス中のＮＯｘ、Ｃｏ、ＨＣを同時に高浄
化率で浄化するものである。

エンジン１００は、点火プラグ２１０を臨ませて配設す
る燃焼室２２０と、吸気孔２３０およびこの吸気孔２３
０を開閉するインテークバルブ２４０とを装備してなり
、燃焼室２２０の側部には水温センサ２５０．下部には
、回転センサ２６０を配して運転状態を検出している。

なお、２７０はイグナイタ、２８０はディストリビュー
タ。

２９０は排気温度センサ、３００はががる部品装置を運
転制御する電子制御装置であり、図中の矢印は各々の入
出力系統を示している。

また、燃料噴射弁１４０は、インテークバルブ２４０の
上流で吸気マニホールド１３０の壁部に取り付けられ、
インテークバルブ２４０の弁座２４０ａ方向に噴射可能
となっている。

このようにガソリン機関では、吸入行程において燃焼室
２２０内に所定量の吸入空気が前記吸気系から吸入され
る。

燃料噴射弁１４０から、吸入空気量に対応した燃料が弁
座２４０ａ方向へ、微粒化性能および噴射圧に対する応
答性が良好に噴射供給される。噴射された燃料は吸入空
気と効率よく均一に拡散混合される。燃焼室２２０では
前記混合気を吸入し圧縮工程にて圧縮したのち点火プラ
グ２１０により着火燃焼させ、燃焼を的確に行わせる。

エンジン１００から排出される燃焼ガスは、前記排気系
から大気中に放出される。

いま、エンジン１００の運転状態を水温センサ２５０お
よび回転センサ２６０等により検知すると、この運転状
態に見合う空気量が必要となるが、この空気量はスロッ
トルバルブ１９０の開度によって決定され、その空気量
はエアフローセンサ１８０によって正確に計量される。

この場合、エアフローセンサ１８０あるいはスロットル
センサ２００の信号に応じて、電子制御装置３１０は、
燃料噴射弁１４０を駆動する信号を発生し、この信号に
応じて噴射量が決定される。

燃料と空気の混合気は、エンジン１００の吸気孔２３０
から燃焼室２２０へ導かれ圧縮工程にて圧縮されたのち
点火プラグ２１０にて着火燃焼させる。その燃焼状態は
、排気マニホールド１５０の集合部に設けた酸素センサ
１６０で監視され。

常に所定の混合比（空燃比）となるように当該酸素セン
サ１６０の出力信号に応じて、電子制御装置３００は燃
料噴射弁１４０の噴射量を補正する。

これによって、排気ガス中のＮＯｘ、Ｃ○、ＨＣ三成分
を同時処理する三元触媒コンバータ１７０の浄化率が最
高に保たれることになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料の微粒化が促進され、噴霧粒径が
小さくできるとともに、噴射孔の浄化効果が大きくなる
のでデイポジットを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の燃料噴射弁の縦断面図、第
２図は第１図の部分拡大図、第３図は第２図のＡ−Ａ矢
視断面図、第４図は第２図に示す燃料噴射弁の開口面積
を説明する図、第５図は他の実施例の噴霧制御手段をも
つ燃料噴射弁の縦断面図、第６図は第５図の部分拡大図
、第７図は第６図のＢ−Ｂ’矢視断面図、第８図は第６
図のＣ−Ｃ′断面図、第９図は更に他の実施例を示し第
６図の変形図、第１Ｏ図は第９図のＤ−Ｄ’矢視断面図
、第１１図は第９図のＥ−Ｅ’断面図、第１２図は本発
明の他の実施例で、プレートバルブがリフトしたときの
部分拡大図、第１３図は第１２図のＦ−Ｆ’矢視図、第
１４図は第１２図に示す燃料噴射弁の開口面積を説明す
る図、第１５図は第１２図のプレートバルブの変形例を
示す図、第１６図は第１５図のＧ−Ｇ’矢視図、第１７
図は第１２図の燃料旋回素子の変形例を示す図、第１８
図は第１７図のＨ−Ｈ’矢視図、第１９図は第１７図の
プレートバルブの変形例を示す図、第２０図は本発明に
係る燃料噴射弁を搭載したエン第 図 第 図 冨 ■ ■ 図 ■ 目 冨 回 第 ｚ 図 第 図 冨 図 ３矢 ■ 図 冨 図 冨 図

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．　燃料が噴射される噴射孔と、該噴射孔の上流側に
   設けられ、燃料の噴射量を制御するプレートバルブ部材
   とを備えた電磁式燃料噴射弁において、前記燃料に旋回
   与える燃料旋回素子を設けたことを特徴とする電磁式燃
   料噴射弁。
2. ２．　請求項１記載の電磁式燃料噴射弁において、前記
   燃料旋回素子は前記プレートバルブ部材の弁座の下流側
   に設けたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
3. ３．　請求項１記載の電磁式燃料噴射弁において、前記
   燃料旋回素子は前記プレートバルブ部材の弁座の上流側
   に設けたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
4. ４．　請求項１記載の電磁式燃料噴射弁において、前記
   プレートバルブ部材は磁気回路の可動部を含むことを特
   徴とする電磁式燃料噴射弁。
5. ５．　燃料が噴射される噴射孔と、該噴射孔の上流側に
   設けられ、燃料の噴射量を制御するプレートバルブ部材
   とを備えた電磁式燃料弁において、前記噴射孔は、前記
   燃料が流れる流路の中で最も断面積が小さいことを特徴
   とする電磁式燃料噴射弁。
6. ６．　請求項５記載の電磁式燃料噴射弁において、前記
   噴射孔のみで燃料の静的流量が計量されることを特徴と
   する電磁式燃料噴射弁。
7. ７．　燃料が噴射される噴射孔と、該噴射孔の上流側に
   設けられ、燃料の噴射量を制御するプレートバルブ部材
   とを備えた電磁式燃料噴射弁において、前記燃料に旋回
   を与える燃料旋回素子を設け、前記プレートバルブ部材
   の開口面積は前記燃料旋回素子の流路断面積よりも小さ
   く、前記噴射孔の断面積よりも大きくしたことを特徴と
   する電磁式燃料噴射弁。
8. ８．　燃料が噴射される噴射孔と、該噴射孔の上流側に
   設けられ、燃料の噴射量を制御するプレートバルブ部材
   とを備えた電磁式燃料噴射弁において、前記噴射孔の下
   流側に、噴射される燃料を分割する分割手段を設桁こと
   を特徴とする電磁式燃料噴射弁。
9. ９．請求項８記載の電磁式燃料噴射弁において前記分割
   手段は少なくとも２つの円弧からなる断面形状を有する
   ことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
10. １０．請求項８記載の電磁式燃料噴射弁において、前記
    分割手段は、少なくとも２つの円からなる断面形状を有
    することを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
11. １１．請求項８記載の電磁式燃料噴射弁において、前記
    燃料に旋回を与える燃料旋回素子を設けたことを特徴と
    する電磁式燃料噴射弁。