JPH07174058A - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 噴霧角を狭くしさらに燃料の微粒化の良い噴
霧を噴射供給でき、未燃生成物の排出量を低減する。 【構成】 弁座１０Ａ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素子２０と弁座の下流側
に設けられた燃料噴射孔９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２０に設けられる径方向燃
料通路２４の流路を大幅通路２４Ｂと小幅通路２４Ａに
分け、流路を通過する燃料が小幅通路２４Ａを通過する
ことによって生成される旋回燃料と大幅通路２４Ｂを通
過することによって生成される非旋回燃料に分流して、
前記旋回燃料が前記非旋回燃料により内包されて前記燃
料噴射孔９より噴射される。 【効果】 噴霧角を狭くできさらに燃料の微粒化の良い
噴霧を噴射供給でき、未燃生成物の排出量を低減でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガソリンエンジンのイ
ンテークマニホールドやシリンダヘッドなどの内壁面へ
の燃料付着を低減して、燃焼室に微細な燃料の液滴を噴
射できる電磁式燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガソリンエンジンの燃料供給装置
は、排気対策、燃費及び出力向上などの点から、燃料供
給を精度よく噴射制御することが可能な電子制御燃料噴
射装置へと急激に変化している。なかでも各気筒ごとに
燃料を噴射することにより、燃料供給遅れの問題を緩和
できる多点燃料噴射装置の採用が増えている。しかしな
がら、多点燃料噴射装置においても、電磁式燃料噴射弁
が吸気弁に近くなるために、応答性は良くなる反面、燃
料の霧化時間が少なくなるために均質な混合気を形成す
る上で問題がある。さらに電磁式燃料噴射弁を取り付け
るスペ−スが狭いという幾何学的な制約もあって吸気管
内壁への燃料の付着も問題となっている。

【０００３】このような点から、電磁式燃料噴射弁にお
いては、定められた噴射角、及び噴射方向のもとで噴霧
特性の適正化を図る必要があり、その改善が精力的に推
し進められている。本発明者等は、エンジンの燃焼性改
善の一環として、特に燃料微粒化に主眼を置いた検討を
進めており、その代表的なものとして特開平４−１４７
２６号公報のものが挙げられる。

【０００４】上記公知例は、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素子と、弁座
の下流側に設けられた燃料噴射孔と、燃料旋回素子によ
って旋回力が与えられた燃料を前記燃料噴射孔より噴射
させる弁体とを備える電磁式燃料噴射弁において、前記
燃料旋回素子の内部弁座面側に設けた第一の燃料旋回室
と、前記燃料旋回素子の内壁面と前記弁体の外壁面に形
成した第二の燃料旋回室と、前記弁体の先端下面と前記
弁座面間に形成した第三の燃料旋回室とより構成される
多段燃料旋回室を設けることによって、旋回燃料の燃料
流速を下げた場合でも第一の燃料旋回室で燃料のミキシ
ングを促進させ、旋回室内の流動安定化を図って小噴霧
角で微粒化特性に優れた噴射弁を提供するというもので
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等の後の検討
では、さらに小噴霧角で噴射供給できる電磁式燃料噴射
弁の必要性が明らかになっている。この背景について、
図７から図９を用いて説明する。図７は、電磁式燃料噴
射弁１を取り付けるエンジンの吸気管２５の部分的な拡
大断面図を示している。電磁式燃料噴射弁１は、弾性部
材２６を介して取付孔２５Ａ部分に挿入されており、吸
気孔２７を開孔する吸気弁２８の弁座２８Ａ方向に燃料
の噴射が可能となるように向けられている。なお、２９
はシリンダヘッドである。また、３０は、燃料を導くた
めの燃料導入管である。

【０００６】燃焼実験の結果を図８及び図９に示す。該
燃焼実験は、未燃生成物である炭化水素（以下、ＨＣと
いう）の排出量と噴霧性能との関係を中心に検討したも
のであり、図８は、縦軸にＨＣの低減率、横軸に燃料の
平均粒径をとり、燃料の粒径がＨＣの低減に対してどの
ように影響するかを表すグラフであり、図９は、縦軸に
ＨＣの低減率、横軸に燃料の噴霧角をとり、燃料の噴霧
角がＨＣの低減に対してどのように影響するかを表すグ
ラフである。両図が示しているように、燃料の微粒化が
良くても噴霧の広がり具合によって、ＨＣ排出量の低減
効果が小さくなっている。これは吸気管やシリンダヘッ
ドの内壁面への燃料付着の影響によるもので、噴霧の広
がりを抑えた上で微粒化特性を向上させる必要がある。

【０００７】本発明の目的は、電磁式燃料噴射弁からの
燃料噴霧において、該燃料噴霧の噴霧角を狭くし、燃料
の粒子をさらに微粒化し、未燃生成物の排出量を低減す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、第１の手段
として、弁座の上流側に配置され弁軸線に対して径方向
に形成された燃料通路を有し供給される燃料に旋回力を
与える燃料旋回素子と、弁座の下流側に配置された燃料
噴射孔と、前記弁軸線方向に移動することにより前記旋
回力が与えられた燃料を前記燃料噴射孔より噴射させる
弁体とを含んでなる電磁式燃料噴射弁において、前記燃
料旋回素子に形成された径方向の燃料通路に、該燃料通
路を通過する燃料を旋回流燃料とする旋回流燃料用通路
と非旋回流燃料とする非旋回流燃料用通路とに分流しか
つ前記燃料噴射孔から前記非旋回流燃料が前記旋回流燃
料を内包して噴射させる分流手段を形成することで達成
される。

【０００９】さらに、上記目的は、第２の手段として、
弁座の上流側に配置され弁軸線に対して径方向に形成さ
れた燃料通路を有し供給される燃料に旋回力を与える燃
料旋回素子と、弁座の下流側に配置された燃料噴射孔
と、前記弁軸線方向に移動することにより前記旋回力が
与えられた燃料を前記燃料噴射孔より噴射させる弁体と
を含んでなる電磁式燃料噴射弁において、前記燃料旋回
素子の燃料通路に、前記弁軸線に対して偏心した燃料の
流れの方向の中心線を有する旋回流燃料用通路と、燃料
の流れの方向の中心線が前記弁軸線と交差する非旋回流
燃料用通路とを含んで構成することで達成される。

【００１０】

【作用】燃料噴射孔より噴射される燃料の旋回力は、弁
座の上流側に配置された燃料旋回素子の弁軸線に対して
径方向の燃料通路の数、燃料通路の断面の大きさ、およ
び燃料通路の位置によって調整できる。燃料噴射孔より
噴射される燃料の噴霧角を狭くするには、燃料噴射孔よ
り噴射される燃料の旋回力を弱めればよいが、前記燃料
旋回素子の径方向の燃料通路の数を増やすか、燃料通路
の断面の面積を十分大きくとるか、あるいは、燃料通路
の燃料の流れの方向の中心線を弁軸線に対して偏心させ
る偏心量を十分小さくすればよい。

【００１１】しかし、径方向の燃料通路の断面積を大き
くしたり、燃料通路の数を増やせば、燃料旋回素子を構
成している部材強度が低下し、さらに燃料旋回素子の部
材の加工も難しくなる。また、燃料通路の前記中心線の
偏心量を十分小さくすれば、弁座と弁体の間に形成され
る旋回室内において燃料の流れに不安定流動が生じ、燃
料噴射孔よりスジ状の噴霧が噴出され粒径が粗大化され
る等が懸念される。

【００１２】これらを回避できる燃料旋回素子の構造及
び燃料の流動性を考慮して、前記燃料旋回素子の弁軸線
に対して径方向の燃料通路を、前記弁軸線に対して偏心
した前記中心線を有す旋回流燃料用通路と、燃料の流れ
の方向の中心線が前記弁軸線と交差する非旋回流燃料用
通路とに分けて構成すれば、前者の偏心した通路が通過
する燃料を旋回流燃料とし、後者の弁軸線と交差する通
路が通過する燃料を非旋回流燃料とするので、旋回流燃
料は、ほぼ弁体の全周方向より流入する非旋回燃料によ
って包込まれるように流れる。

【００１３】したがって、旋回流燃料は実質的に旋回力
が弱められるとともに、旋回流燃料が拡大するのを抑制
するように非旋回燃料が作用するため、さらに狭い噴霧
角の噴霧を得ることができる。また、旋回流燃料が非旋
回燃料に衝突しながら包込まれることにより燃料の粒子
をさらに微粒化することができる。よって、未燃生成物
の排出量を低減することができる。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図１から図６に示す。本実
施例の電磁式燃料噴射弁（以下、噴射弁という）１は、
弁軸線上に配置され負荷を調整するスプリングアジャス
タ１２と、該スプリングアジャスタ１２の外周面に同心
をなし隙間を介して配置され弁体６の反対側に弁軸と同
心をなす鍔２Ｂを有すコア２と、該コア２の外周面に同
心をなし隙間を介して配置された電磁コイル１５と、前
記コア２の鍔２Ｂの外周面を内接し前記電磁コイル１５
の外周面に同心をなし隙間を介し該隙間を燃料通路２１
として形成し配置された有底筒状のヨーク３と、前記ス
プリングアジャスタ１２と同軸でスプリング１１を介し
て前記コア２と対向して配置されたプランジャー４と該
プランジャー４と同軸で一体形成されプランジャー４の
反対側の先端部にボール弁体６を有すロッド５とを含ん
でなる可動弁体７と、前記プランジャー４の前記コア２
に対向している側に形成された凹部の内周壁に一端が固
定され他端が前記コア２の内周壁２Ａと当接されている
ガイドリング１９と、前記可動弁体７のロッド５の外周
面に隙間を介して貫通させ同心で配置され前記可動弁体
７の軸方向の移動を制限するストッパー１７と、前記ヨ
ーク３の底部に接続された前記ストッパー１７に対向し
て配置された本発明部分であるノズル８とを含んで構成
されている。

【００１５】前記ストッパー１７に対向して前記ボール
弁体６と同軸に配置され円筒形状をなす前記ノズル８
は、軸方向の中間に該軸方向と直角をなすシート１０
と、該シート１０面の中心に前記ボール弁体６に対向し
て開孔されている燃料噴射孔９と、該燃料噴射孔９と同
心で前記ボール弁体６の方向に開く円錐状の凹部をなし
前記ボール弁体６が当接される弁座１０Ａと、該弁座１
０Ａと前記ボール弁体６の間に形成される旋回室１０Ｂ
と、前記ストッパー１７と前記シート１０の間に形成さ
れる中空部の円形をなすシート１０面に接して配置され
た燃料旋回素子２０とを含んで構成されている。

【００１６】該燃料旋回素子２０には、前記ノズル８の
内壁に沿って配置され一端が前記ストッパー１７側に開
口され他端が前記シート１０面側に開口し燃料通路をな
す軸方向溝２３と、前記シート１０面の径方向に配置さ
れ一端が前記軸方向溝２３の前記シート１０面側の開口
部に接続され他端が前記ボール弁体６の弁軸心方向に開
口された燃料通路をなす径方向溝２４とが形成されてい
る。

【００１７】該径方向溝２４は、燃料の流れの方向の中
心線が前記弁軸線と交差し前記燃料旋回素子２０に近い
前記弁座１０Ａ側に配置され通過する燃料を非旋回流燃
料とする非旋回流燃料用通路である大幅通路２４Ｂと、
前記弁座１０Ａに対して該弁座１０Ａ側に配置された前
記大幅通路２４Ｂを挟んで弁軸線方向の遠い側に形成さ
れ前記弁軸線に対して偏心した燃料の流れの方向の中心
線を有し通過する燃料を旋回流燃料とする旋回流燃料用
通路である小幅通路２４Ａとを含んで構成され、前記径
方向溝２４は、前記燃料旋回素子２０に４個所形成さ
れ、それぞれが前記シート１０面の円周方向に４等分さ
れて配置されている。

【００１８】磁気回路は、有底筒状のヨ−ク３，コア２
及びコア２に空隙を介して対向するプランジャー４とか
ら成る。コア２の柱状部中心には、前記ボール弁体６を
シ−ト１０面に形成された弁座１０Ａに押圧する為の弾
性部材としてのスプリング１１が挿入配置されている。
スプリング１１の上端には負荷のセット荷重を調整する
ためにコア２の中心に挿入されスプリング１１の反対側
端部に軸方向に移動させるねじ１２Ａを有したスプリン
グアジャスタ１２が当接している。コア２とスプリング
アジャスタ１２の間の隙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１３が設けられている。
また、コア２とヨ−ク３の隙間から外部に燃料が流出す
るのを防ぐためのＯリング１４も設けられている。前記
プランジャー４と一体形成されているボール弁体６は、
前記電磁コイルが励磁されていない時は、前記スプリン
グ１１により弁座１０Ａに押圧されている。

【００１９】ヨ−ク３の底部には可動弁体７を受容する
プランジャー受容部１６が設けられており、さらに前記
ヨ−ク３の下面側に前記プランジャー受容部１６の径よ
り大きい径をなしストッパ１７及びノズル８の外周面を
受容するノズル受容部１８が設けられている。

【００２０】ガイドリング１９は前記プランジャー４に
対向している前記コア２の中心線上に貫通して開けられ
た中空部の内周壁２Ａで、また前記ボ−ル弁体６は前記
ノズル８の中空部の内壁８Ａに挿入される本発明である
燃料旋回素子２０の軸心側の内壁面２０Ａで、それぞれ
ガイドされている。燃料の流入口２２は前記ヨーク３の
壁を貫通され前記電磁コイル１５と対向する位置に開口
され前記燃料通路２１と接続されている。

【００２１】上記構成の噴射弁１は、図示しないコント
ロ−ルユニットにより演算決定されたデュ−ティのＯＮ
−ＯＦＦ信号により燃料の噴射を行うものである。前記
ＯＮ−ＯＦＦ信号は、電磁コイル１５にパルス信号とし
て与えられ、該パルス信号により電磁コイル１５に電流
が流されると、コア２、ヨ−ク３、プランジャー４で磁
気回路が構成され、プランジャー４がコア２側に吸引さ
れ移動する。プランジャー４が移動すると、これと一体
形成されているボ−ル弁体６が移動してノズル８のシ−
ト１０面の弁座１０Ａから離れ、燃料噴射孔９を開放す
る。前記ボ−ル弁体６の移動のストロ−ク量は、前記プ
ランジャー４が励磁されていない状態のロッド５の首部
の前記ストッパ１７側の受け面５Ａと前記ストッパ１７
間の隙間の寸法で決定されるようになっている。

【００２２】次に、噴射弁１の燃料の噴射供給について
説明する。燃料は、図示しない燃料ポンプや燃圧レギュ
レ−タにより加圧調整され、ヨーク３に開口された燃料
の流入口２２から噴射弁１の内部に流入したのち、プラ
ンジャ４ーの外周、ストッパ１７とロッド５の隙間を経
て燃料旋回素子２０に至り、該燃料旋回素子２０で旋回
力を与えられた燃料はシ−ト１０に向い、燃料噴射孔９
が開けられたときに燃料噴射孔９から噴射される。

【００２３】ここに、図２から図６を用いて旋回流燃料
及び非旋回流燃料のそれぞれの流れについて詳述する。
図２は、ノズル８部分の断面拡大図であり、本発明に係
る燃料旋回素子２０が示されている。図３は、図２にお
けるIII−III線矢視断面図であり、燃料旋回素子２０の
径方向の燃料通路である溝の構成を示している。また、
図４は、図３におけるIV−IV線矢視断面図であり、図５
の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、図４に示した溝形状の
他の例を示している。図６はノズル受容部１８から燃料
噴射孔９に至るまでの旋回流と非旋回流の流れを模式的
に示したノズル８部分の拡大図である。

【００２４】燃料旋回素子２０には、軸方向溝２３と径
方向溝２４がそれぞれ燃料通路として形成されている。
径方向溝２４は、幅の大きい前記大幅通路２４Ｂと該大
幅通路２４Ｂの一部を含んでなる幅の小さい前記小幅通
路２４Ａより構成されており、該小幅通路２４Ａの燃料
の流れの方向の中心線は弁軸線に対して偏心させて配置
されている。

【００２５】この偏心量は、前記大幅通路２４Ｂを通過
する非旋回流燃料との量的な比率によって決定されてい
る。すなわち、偏心される前記小幅通路２４Ａで得られ
る旋回燃料が、前記大幅通路２４Ｂを通過する非旋回流
燃料によって弱められ、前記大幅通路２４Ｂを設置して
いない場合に比してその旋回力の約１／３になるように
調整されることになる。いずれにしても、前記大幅通路
２４Ｂと前記小幅通路２４Ａの流量の比率か、前記小幅
通路２４Ａの旋回力のいずれか１つを決めれば、前記偏
心量は決定できる。

【００２６】燃料は軸方向溝２３を経て径方向溝２４に
至るが、該径方向溝２４の小幅通路２４Ａと大幅通路２
４Ｂにより、燃料の流れが分流されて下流の燃料噴射孔
９へ至る。小幅通路２４Ａを通過した燃料は弁軸線より
偏心導入されるので、燃料に旋回力が付与される。ここ
に、小幅通路２４Ａの偏心量（図４及び５に示す弁軸心
と通路の中心線間距離）は、旋回室１０Ｂ内で不安定な
流れを生じさせないよう前述のごとく調整決定されてい
る。大幅通路２４Ｂを通過した燃料は、前記旋回室１０
Ｂのほぼ全周方向より弁座１０Ａを通過し燃料噴射孔９
に向かい非旋回流燃料を形成する。しかも、この非旋回
流燃料は小幅通路２４Ａにて生成される安定した旋回流
を包込むように流れるので、燃料噴射孔９より噴出され
る噴霧の広がりを抑制する作用をもっている。このよう
な燃料の流れの様子を図６に模式的に示しているが、得
られる噴霧は、燃料の流量分布並びに粒径分布が均一化
され、さらに、粒径が微粒化されている。

【００２７】本発明で得られる噴霧をエンジンのインテ
−クマニホ−ルド内で噴射すると、図７に示されるよう
な壁面への燃料付着を生じず、燃料が燃焼室に適確に供
給され、さらに、ＨＣ排出量が低減される。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、電磁式燃料噴射弁から
の燃料の噴霧角を狭くでき、燃料の微粒化の良い噴霧を
噴射供給でき、未燃生成物の排出量の低減もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の電磁式燃料噴射弁の縦断面図
である。

【図２】本発明の実施例の電磁式燃料噴射弁の図１のノ
ズル部分の拡大断面図である。

【図３】本発明の実施例の電磁式燃料噴射弁の図２にお
けるIII−III線矢視断面図である。

【図４】本発明の実施例の電磁式燃料噴射弁の図３にお
けるIV−IV線矢視断面図である。

【図５】本発明の実施例の電磁式燃料噴射弁の図４の他
の例の断面図である。

【図６】本発明の実施例の電磁式燃料噴射弁の燃料の流
れを模式的に示すノズル部分の拡大断面図である。

【図７】本発明の実施例と従来例の電磁式燃料噴射弁の
エンジンの吸気孔周りの燃料の流れを比較した部分断面
図である。

【図８】従来例の電磁式燃料噴射弁における燃料の粒径
とＨＣ排出量との関係を示すグラフである。

【図９】従来例の電磁式燃料噴射弁における燃料の噴霧
角とＨＣ排出量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 燃料噴射弁 ２ コア ２Ａ コアの内壁 ２Ｂ コアの鍔 ３ ヨーク ４ プランジャー ５ ロッド ５Ａ ロッドの首
部受け面 ６ ボール弁体 ７ 可動弁体 ８ ノズル ８Ａ ノズル内壁 ９ 燃料噴射孔 １０ シート １０Ａ 弁座 １０Ｂ 旋回室 １１ スプリング １２ スプリング
アジャスタ １２Ａ ねじ １３ Ｏリング １４ Ｏリング １４Ａ Ｏリング １５ 電磁コイル １６ プランジャ
ー受容部 １７ ストッパー １８ ノズル受容
部 １９ ガイドリング ２０ 燃料旋回素
子 ２０Ａ 燃料旋回素子の内壁 ２１ 燃料通路 ２２ 燃料流入口 ２３ 軸方向通路 ２４ 径方向通路 ２４Ａ 小幅通路 ２４Ｂ 大幅通路 ２５ 吸気管 ２５Ａ 取付孔 ２６ 弾性部材 ２７ 吸気孔 ２８ 吸気弁 ２８Ａ 吸気弁の弁座 ２９ シリンダヘ
ッド ３０ 燃料導入管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天羽 清 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 (72)発明者 内村 隆俊 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地 ３ 日立オートモティブエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 田辺 好之 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁座の上流側に配置され弁軸線に対して
   径方向に形成された燃料通路を有し供給される燃料に旋
   回力を与える燃料旋回素子と、弁座の下流側に配置され
   た燃料噴射孔と、前記弁軸線方向に移動することにより
   前記旋回力が与えられた燃料を前記燃料噴射孔より噴射
   させる弁体とを含んでなる電磁式燃料噴射弁において、
   前記燃料旋回素子に形成された径方向の燃料通路に、該
   燃料通路を通過する燃料を旋回流燃料とする旋回流燃料
   用通路と非旋回流燃料とする非旋回流燃料用通路とに分
   流しかつ前記燃料噴射孔から前記非旋回流燃料が前記旋
   回流燃料を内包して噴射させる分流手段が形成されてい
   ることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 弁座の上流側に配置され弁軸線に対して
   径方向に形成された燃料通路を有し供給される燃料に旋
   回力を与える燃料旋回素子と、弁座の下流側に配置され
   た燃料噴射孔と、前記弁軸線方向に移動することにより
   前記旋回力が与えられた燃料を前記燃料噴射孔より噴射
   させる弁体とを含んでなる電磁式燃料噴射弁において、
   前記燃料旋回素子の燃料通路が、前記弁軸線に対して偏
   心した燃料の流れの方向の中心線を有する旋回流燃料用
   通路と、燃料の流れの方向の中心線が前記弁軸線と交差
   する非旋回流燃料用通路とを含んで構成されていること
   を特徴とする電磁式燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 前記旋回流燃料用通路が、前記弁座に対
   して該弁座側に配置された前記非旋回流燃料用通路を挟
   んで弁軸線方向の遠い側に形成されていることを特徴と
   する請求項１または２のうち、いずれか１項に記載の電
   磁式燃料噴射弁。