JPH06101597A - 電磁式燃料噴射弁用燃料旋回部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】弁座６の上流側の燃料旋回部材８によって旋回
力を与えられた燃料が、弁体先端部４と弁座６の間を燃
料噴射孔９へ向けて流れ、燃料流の旋回により弁体先端
部４と燃料噴射孔９の間の流路に空洞部１０が形成され
る。このとき、環状流路１２の壁面に対するｎ本の燃料
旋回流路１１の占める比率が２／ｎ以上となるように
し、燃料旋回流路の中心軸１６と、環状流路１２のなす
角度が、tan~¹（√３・ｎ／２）以上となるように燃料
旋回流路１１を形成し、かつ、燃料旋回部材８に形成さ
れた燃料旋回流路１１の数を５本以上とする。 【効果】空洞の上流側の燃料流を安定化し、かつ、空洞
を安定して形成することにより、噴射燃料の流れを安定
化させ燃料の微粒化を促進できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は上流予旋回方式の電磁式
燃料噴射弁及びこの電磁式燃料噴射弁に用いる燃料噴射
弁用燃料旋回部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射口の上流で燃料流に旋回力を与
える上流予旋回方式の電磁式燃料噴射弁は燃料の微細粒
子化が容易であるが、微細粒子化を効果的に行なうには
燃料流の乱れを抑制して、流れを安定させる必要があ
る。流れ安定化の方法として特開平2−241972 号公報に
は、燃料流に旋回力を与える燃料旋回部材の燃料流路形
状に関する技術が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上流予旋回方式の電磁
式燃料噴射弁では、燃料流の旋回により、弁体先端部か
ら燃料噴射孔に達する空洞が形成される。燃料旋回部材
から弁部へ流入してきた燃料流は燃料噴射孔の方向へと
向きを変え、燃料噴射孔から噴射されるが、その際、空
洞により燃料流相互の衝突が防止され、燃料流の方向変
換の誘導が行われる。しかしこの空洞は弁体に固定され
ていないので、その挙動が流れの安定性に強く影響す
る。このため空洞の上流側で燃料流を不安定にしてはな
らない。

【０００４】特開平2−241972 号公報に示されている燃
料旋回部材では、燃料流路の弁軸心側端面の位置を、軸
心と環状流路の内壁面との中心位置より軸心側にするこ
とにより、燃料の旋回力を弱めて、燃料旋回流路内の通
過損失を小さく制御し、流れを安定化している。しかし
空洞は燃料流の旋回により形成されるので、旋回力が弱
い場合には空洞は不安定に形成される。空洞は流れの安
定性に強く影響するため、空洞が安定して形成されるに
足る旋回力を燃料流に付与し、かつ、空洞の上流側の燃
料流を安定化することが重要である。

【０００５】本発明の目的は、燃料噴射孔より噴射され
る燃料の微粒化が安定してなされる電磁式燃料噴射弁
と、この電磁式燃料噴射弁に用いる燃料旋回部材を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、弁座の上流側に設けられ、供給された燃料
に旋回力を与える燃料旋回部材と、弁座の下流側に設け
られた燃料噴射孔と、燃料を燃料噴射孔より噴出させる
弁体とを備え、弁体の開閉時間を制御することによって
燃料の噴射量を制御する電磁式燃料噴射弁の燃料旋回部
材において、燃料旋回部材から燃料が流入する環状流路
の外周の長さに対する、燃料旋回部材に形成されたｎ本
の燃料旋回流路の占める比率が、２／ｎ以上となるよう
にし、燃料旋回流路の中心軸と、燃料旋回部材から燃料
が流入する環状流路のなす角度が、tan~¹(√３・ｎ／
２）以上となるように燃料旋回流路を形成したものであ
る。

【０００７】更に上記目的を達成するために本発明は、
燃料旋回部材に形成された燃料旋回流路の数を５本以上
に形成したものである。

【０００８】

【作用】燃料噴射弁が開かれると、弁座の上流側の燃料
旋回部材によって旋回力を与えられた燃料が、弁体と弁
座の間を燃料噴射孔へ向けて流れ、燃料流の旋回により
弁体先端と燃料噴射孔の間の流路の中央部に空洞部が形
成される。このとき、燃料旋回部材から燃料が流入する
環状流路の外周の長さに対する燃料旋回部材に形成され
たｎ本の燃料旋回流路の占める比率が２／ｎ以上となる
ようにし、燃料旋回流路の中心軸と、燃料旋回部材から
燃料が流入する環状流路のなす角度が、tan~¹(√３・ｎ
／２）以上となるように燃料旋回流路を形成することに
より、燃料流がより周方向に均一化され、空洞部が安定
して形成され、流れが安定化する。また、燃料旋回部材
に形成された燃料旋回流路の数を５本以上とすることに
より、燃料流の周方向の均一化が達成される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図１２によ
り説明する。

【００１０】まず図１ないし図４において本発明による
燃料流の周方向均一化について説明する。図１は本発明
の燃料旋回部材の第一の実施例、図２は本発明による燃
料旋回部材を用いた電磁式燃料噴射弁の縦断面図、図３
は本発明の考え方の第一の説明図、図４は本発明の考え
方の第二の説明図である。

【００１１】図２において燃料供給口１から噴射弁内部
に供給された燃料は、常時ノズル部２まで達している。
弁体３先端の球状の弁体先端部４は、スプリング５によ
って弁座６に押し付けられているが、ソレノイド７が駆
動信号により励磁されると吸引され、弁座６から離れる
ので、燃料旋回部材８で旋回力を付与された燃料が燃料
噴射孔９から噴射される。このとき燃料流の旋回によ
り、弁体先端部４から燃料噴射孔９に達する空洞１０が
形成される。燃料旋回部材８から流入してきた燃料流は
燃料噴射孔９の方向へと向きを変え、燃料噴射孔９から
噴射されるが、その際、空洞１０により燃料流相互の衝
突が防止され、燃料流の方向変換の誘導が行われる。し
かしこの空洞１０は弁体先端部４に固定されていないの
で、その挙動が流れの安定性に強く影響する。このため
空洞１０の上流側で燃料流を不安定にしてはならない。

【００１２】空洞１０の上流側で燃料流を安定化するに
は、燃料流を周方向に均一化することが重要であるが、
燃料流の周方向の均一化と燃料旋回流路１１の数には密
接な関係がある。つまり、燃料旋回流路１１の数がｎ本
の時には均一化効果もそれに比例した大きさを持ち、１
本の時のｎ倍になるといえる。従って、燃料旋回流路１
１の数ｎが多いほど均一化効果がある。

【００１３】しかし、製作上は燃料旋回流路１１の数ｎ
が多くなるほど加工性は悪くなるため、均一化効果が同
じであれば燃料旋回流路１１の数は少ない方が良い。こ
のため、燃料旋回流路１１の数及び形状と、均一化効果
との関係について考える必要がある。

【００１４】燃料流の旋回力の有無にかかわらず、燃料
流路１７が環状流路１２の全周に対して占める比率ｋ
と、燃料流の周方向均一化効果は大略比例する。ここで
いう比率ｋは、図４に示すそれぞれの燃料流路１７の角
度をＡとすると、 ｋ＝Ａ・ｎ／３６０° で示され
る。また、燃料流路１７の数ｎと周方向均一化効果は大
略比例する。このことから、総合的な周方向均一化効果
はｋとｎの積ｋ・ｎに比例する。この積の値の範囲は燃
料流路１７の数ｎによって変化し、燃料流路の数がｎ本
の場合に対する積の最大値はｎである。

【００１５】ある数の燃料流路１７に対してより大きな
周方向均一化効果を得るには、比率ｋを最大値である１
に近付けることが考えられる。ｋ＝１の場合は燃料流路
１７が２本以上の時に考えられ、２本の場合は図３に示
す通りである。この場合燃料流は旋回しないが、比率ｋ
＝１であり、燃料流路１７からの燃料流は環状流路１２
の全周に流出するので、燃料流路１７の数ｎが２本の場
合は、比率ｋによる周方向均一化効果の最も大きい場合
である。この場合はｋ＝１，ｎ＝２なのでｋ・ｎ＝２と
なる。

【００１６】燃料流路１７の数ｎを３本以上に増やす場
合には、均一化効果が図３に示す場合以上となることが
望ましい。つまり、図１に示す様な燃料旋回部材８で
は、ｋ・ｎ≧２を満たす必要がある。言い替えると、燃
料流路１７が環状流路１２の全周に対して占める比率ｋ
が、２／ｎ以上となるようにする必要がある。この条件
を満たすように燃料旋回流路１１を形成することによ
り、燃料流路１７の数を増やすことによって燃料流を周
方向に均一化することが可能となる。図１は燃料旋回流
路１１を８本とした場合の実施例である。

【００１７】以上のように周方向の安定化は考えられる
が、上流予旋回方式の燃料噴射弁では、燃料流の旋回に
ついて同時に考える必要がある。そこでつぎに図１及び
図５ないし図７において、燃料流の旋回により形成され
る空洞について考え、更に燃料流の安定化効果を高める
方法について説明する。図５は本発明の考え方の第三の
説明図、図６は図５に示す第三の説明図、図７は図１に
示す第一の実施例の拡大図である。

【００１８】安定した燃料流を噴射するには燃料流を周
方向に均一化するとともに、空洞を安定して形成するこ
とが重要である。空洞の形成には燃料流の周方向速度成
分１３と半径方向速度成分１４の比が影響を及ぼす。燃
料旋回流路１１から環状流路１２に流出する燃料流の速
度成分について考えると、周方向速度成分１３と半径方
向速度成分１４の比が１／ｎになると、安定化効果も１
／ｎになる。

【００１９】この値は一つの燃料旋回流路１１の中でも
燃料旋回部材８の中心軸１５からの距離によって異なる
が、それぞれの燃料旋回流路１１の中心軸１６の位置の
速度成分で代表することができる。ただし、これは燃料
旋回流の旋回方向に対する逆流が発生しない場合に限ら
れる。そのため燃料旋回流路１１が２本の場合には、図
３に示す場合ではなく図５に示す場合が、燃料旋回流路
１１の割合が最も多い場合となる。この場合は図６に示
すように環状流路１２に対する燃料旋回流路１１の中心
軸１６の角度Ｂが６０°なので、周方向速度成分１３と
半径方向速度成分１４の比は、cos６０°／sin６０°＝
１／√３である。このとき燃料旋回流路１１は２本なの
で、燃料旋回流路１１の数がｎ倍になると均一化効果も
ｎ倍になることを考えると、図７の様な場合では、燃料
旋回流路１１がｎ本の時には周方向速度成分１３と半径
方向速度成分１４の比は（１／√３）・（２／ｎ）＝２
／（√３・ｎ）以上でなければならない。これを図７に
示す環状流路１２に対する燃料旋回流路１１の中心軸１
６の角度Ｂに置き換えると、Ｂ≦tan~¹（√３・ｎ／
２）を満たす必要がある。

【００２０】この条件を満たすように燃料旋回流路１１
を形成することにより、周方向速度成分１３と半径方向
速度成分１４の比を大きくし、空洞部を安定して形成す
ることが可能である。図１は燃料旋回流路１１を８本と
した場合の実施例である。

【００２１】また燃料旋回流路１１の数ｎについては、
従来は３本または４本に限られていた。これには製作上
燃料旋回流路１１の数ｎが多くなるほど加工性が悪くな
ることと、燃料旋回流路１１の数ｎと燃料流の安定性の
関係が明らかでなかったことの二つの原因があった。し
かしこれまでの二つの条件で、燃料旋回流路１１の数ｎ
を増やすことにより、燃料流の安定化が可能であること
が明らかとなった。このことを考えると、燃料旋回流路
１１の数ｎが３本または４本の場合は、燃料流の安定化
効果が小さい。そこで一層の燃料流の安定化を図るため
に、燃料旋回流路１１の数ｎを５本以上とする。

【００２２】図１及び図８ないし図１２はこれらの条件
を満たす燃料旋回部材８で、燃料旋回部材１１の数が５
本から１０本の場合の実施例である。

【００２３】以上の条件を満たすように燃料旋回流路１
１を形成することにより、安定した燃料流が燃料噴射孔
９から噴射され、燃料流の不安定な濃淡の発生，乱れに
よる運動エネルギの減殺が生じないので、噴射燃料流の
不安定な濃淡による巨大粒子の発生が防止されるととも
に、燃料流の運動エネルギが効率良く微粒化に用いられ
るため、微粒化が促進される。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、燃料流の旋回により生
じる空洞の上流側の燃料流を安定化し、かつ、空洞を安
定して形成することにより、燃料噴射孔より噴射される
燃料流を安定化させ燃料の微粒化を促進できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の横断面図。

【図２】本発明の電磁式燃料噴射弁の縦断面図。

【図３】本発明の考え方の第一の説明図。

【図４】本発明の考え方の第二の説明図。

【図５】本発明の考え方の第三の説明図。

【図６】図５に示す第三の説明図の拡大図。

【図７】図１に示す第一の実施例の拡大図。

【図８】本発明の第二の実施例の横断面図。

【図９】本発明の第三の実施例の横断面図。

【図１０】本発明の第四の実施例の横断面図。

【図１１】本発明の第五の実施例の横断面図。

【図１２】本発明の第六の実施例の横断面図。

【符号の説明】

４…弁体先端部、６…弁座、８…燃料旋回部材、１１…
燃料旋回流路、１２…環状流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大木 博 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 小菅 徳男 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁座の上流側に設けられ、供給された燃料
   に旋回力を与える燃料旋回部材と、前記弁座の下流側に
   設けられた燃料噴射孔と、前記燃料を前記燃料噴射孔よ
   り噴出させる弁体とを備え、前記弁体の開閉時間を制御
   することによって前記燃料の噴射量を制御する電磁式燃
   料噴射弁の前記燃料旋回部材において、前記燃料旋回部
   材から前記燃料が流入する環状流路の外周の長さに対す
   る、ｎ本の燃料旋回流路の占める比率が、２／ｎ以上と
   なるようにし、かつ、前記燃料旋回流路の中心軸と、前
   記燃料旋回部材から燃料が流入する前記環状流路のなす
   角度が、tan~¹（√３・ｎ／２）以上となるように前記
   燃料旋回流路を形成したことを特徴とする電磁式燃料噴
   射弁用燃料旋回部材。