JPH08296532A - 流体噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 流体の流れの乱れを大きくし、噴射される流
体の微粒化を促進する流体噴射ノズルを提供する。 【構成】 バルブボディ２６の円錐斜面２６２の一部に
当接可能なニードル２５が円錐斜面２６２から離間する
と、ニードル２５の先端部の曲面６４、バルブボディ２
６の円錐斜面２６２およびオリフィスプレート５２の入
口面とで区画形成される空間内に燃料が流入し、この燃
料の主流はオリフィス５４、５６から直接抜けず、球面
６４に沿って流れて円環状溝６５に引き寄せられ、空間
内において燃料の流れが不安定になった後、オリフィス
５４、５６で方向制御され、オリフィス５４、５６から
燃料が噴射される。従って、噴射される燃料は微粒化が
促進された燃料噴霧になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体噴射ノズルに関す
るもので、例えば自動車用の内燃機関へ燃料を噴射して
供給する電磁式燃料噴射弁の噴射ノズル部に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関に用いられる燃料噴射
弁は、弁本体の軸方向に形成される案内孔に弁部材を往
復摺動可能に収納し、弁本体の先端部に開口する噴孔を
弁部材の上下動により開閉する。このため、弁部材は、
適正な燃料噴射量を確保するように開弁時のリフト量が
精密に制御されている。

【０００３】このような燃料噴射弁では、燃料消費量の
低減、排気エミッションの向上、内燃機関の安定した運
転性等の観点から、噴孔から噴射される「燃料の微粒
化」が重要な要素の一つである。噴射燃料の微粒化を促
進する方法としては、噴射燃料への空気の衝突、噴孔付
近の加熱などによる補助的な微粒化手段があるが、この
微粒化手段はいずれも高価なものとなるという問題があ
る。

【０００４】一方、燃料噴射弁の先端部に小孔を形成し
たオリフィスプレートを設け微粒化を促進する方法も種
々考えられているが、例えば特開平３−２６４７６号公
報にみられる構成では燃料流れに十分な乱れが付与され
ないまま直接オリフィスから外部へ噴出してしまい十分
な微粒化が図られないという問題点があった。本発明の
目的は、噴射前の燃料流の乱れが微粒化に大きく影響す
る現象に着目し、噴射される燃料を微粒化する流体噴射
ノズルを提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、微粒化手段直前の燃
料流に乱れを付与するようにした流体噴射ノズルを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
流体噴射ノズルは、内部に流路を形成する円錐斜面を有
するバルブボディと、前記円錐斜面の一部に当接可能な
当接部を有し、前記円錐斜面の一部と当接および離間可
能なニードルと、前記バルブボディの前記円錐斜面の出
口側に取付けられ、流体を通す孔を有する流れ方向制御
用プレートとを備え、前記孔は、前記流れ方向制御用プ
レートの板厚方向に貫通するオリフィスであって、前記
当接部の下流側の流体の主流方向が前記流れ方向制御用
プレートの入口面に交叉する位置よりも径方向中心側に
あることを特徴とする構成を採用する。

【０００７】本発明の請求項２記載の流体噴射ノズル
は、前記構成において、前記ニードルは、先端部に形成
される曲面と、この曲面のニードル中心軸の周りに凹状
に形成される円環状溝とを有することを特徴とする。本
発明の請求項３記載の流体噴射ノズルは、前記構成にお
いて、前記ニードルは、先端部に環状に形成される曲面
と、この曲面の中央部に前記流れ方向制御用プレート側
に突き出すように形成される平坦面とを有することを特
徴とする。

【０００８】

【０００９】

【作用および発明の効果】本発明の請求項１記載の流体
噴射ノズルによると、バルブボディの円錐斜面の一部に
当接可能なニードルが前記円錐斜面から離間すると、ニ
ードル先端面、バルブボディの円錐斜面および流れ方向
制御用プレートの入口面とで区画形成される空間内に流
体が流入し、この流れの主流は流れ方向制御用プレート
の孔から直接抜けず、流れ方向制御用プレートに衝突す
るため、前記空間内において流体の流れが不安定になっ
た後、流れ方向制御用プレートの孔から流体が噴出す
る。従って、流れ方向制御用プレートから噴出される流
体は所定の方向に微粒化が促進された燃料噴霧になる。

【００１０】本発明の請求項２記載の流体噴射ノズルに
よると、バルブボディの円錐斜面からニードルが離間す
ると、ニードル先端面、バルブボディの円錐斜面および
流れ方向制御用プレートの入口面とで区画形成される空
間内に流体が流入し、この流体の主流は、ニードルの円
環状溝に引き寄せられ、空間内にて渦流が形成される。
従って、この空間内の流体は流れ方向制御用プレートの
孔から直接抜けず、流れ方向制御用プレートから噴出さ
れる流体の微粒化が促進される。

【００１１】本発明の請求項３記載の流体噴射ノズルに
よると、ニードルの先端部に環状に形成される曲面と、
この曲面の中央部に形成される平坦面と、バルブボディ
内壁面と、流れ方向制御用プレートの入口面とで区画形
成される空間内で流体の流れが不安定になり、流れ方向
制御用プレートから方向制御されて噴出される燃料噴霧
の微粒化が促進される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 （第１実施例）本発明をガソリン機関の燃料供給装置の
燃料噴射弁に適用した一実施例を図１〜図６に示す。

【００１３】まず、流体噴射ノズルとしての燃料噴射弁
を図３に基づいて説明する。図３に示すように、流体噴
射ノズルとしての燃料噴射弁１０の樹脂製のハウジング
モールド１１の内部に、固定鉄心２１とスプール９１と
電磁コイル３２とコイルモールド３１と磁路としての金
属プレート９３、９４とが一体成形されている。固定鉄
心２１は強磁性材料からなり、コイルモールド３１の上
方から突出するようにハウジングモールド１１内に設け
られている。固定鉄心２１の内壁にはアジャスティング
パイプ２９が固定されている。

【００１４】樹脂製のスプール９１の外周に電磁コイル
３２が巻かれ、その後にスプール９１と電磁コイル３２
との外周にコイルモールド３１が樹脂成形され、コイル
モールド３１により電磁コイル３２が包囲されている。
コイルモールド３１は、電磁コイル３２を保護する円筒
状の筒状部３１ａと、電磁コイル３２から電気的に導出
されるリード線を保護するとともに、後述するターミナ
ル３４を保持するために筒状部３１ａから上方に突き出
す突出部３１ｂとからなる。そして、コイルモールド３
１により一体化された状態で固定鉄心２１の外周にスプ
ール９１と電磁コイル３２とが装着される。

【００１５】２枚の金属プレート９３と９４は上方の一
端が固定鉄心２１の外周に接し、下方の他端が磁性パイ
プ２３の外周に接するように設けられ、電磁コイル３２
への通電時の磁束を通す磁路を形成する部材であり、両
側から筒状部３１ａを挟持するように筒状部３１ａの外
周に被覆されている。この２枚の金属プレート９３と９
４により電磁コイル３２が保護されている。

【００１６】ハウジングモールド１１の上方にはハウジ
ングモールド１１の外壁から突出するようにコネクタ部
１１ａが設けられている。そして、電磁コイル３２に電
気的に接続されるターミナル３４がコネクタ部１１ａお
よびコイルモールド３１に埋設される。また、ターミナ
ル３４は図示しない電子制御装置にワイヤーハーネスを
介して接続されている。

【００１７】圧縮コイルスプリング２８の一端は、可動
鉄心２２に溶接固定されるニードル２５の上端面に当接
し、圧縮コイルスプリング２８の他端は、アジャスティ
ングパイプ２９の底部に当接している。圧縮コイルスプ
リング２８は、可動鉄心２２とニードル２５とを図３の
下方へ付勢し、ニードル２５のシート部をバルブボディ
２６の弁座２６３に着座させる。図示しない電子制御装
置によってターミナル３４からリード線を介して電磁コ
イル３２に励磁電流が流れると、ニードル２５および可
動鉄心２２が圧縮コイルスプリング２８の付勢力に抗し
て固定鉄心２１の方向へ吸引される。

【００１８】非磁性パイプ２４は、固定鉄心２１の下部
に接続されている。そして、固定鉄心２１の下部に、固
定鉄心２１の下端から一部突出するように一方の端部２
４ａが接続されている。さらに、非磁性パイプ２４の他
方の端部２４ｂの下端には、磁性材料からなり段付きパ
イプ状に形成された磁性パイプ２３の小径部２３ｂが接
続されている。なお、非磁性パイプ２４の他方の端部２
４ｂは可動鉄心２２の案内部をなしている。

【００１９】次に、非磁性パイプ２４および磁性パイプ
２３の内部空間には、磁性材料からなり筒状に形成され
る可動鉄心２２が設けられている。この可動鉄心２２の
外径は非磁性パイプ２４の他方の端部２４ｂの内径より
僅かに小さく設定され、可動鉄心２２は非磁性パイプ２
４に摺動可能に支持されている。また、可動鉄心２２の
上端面は、固定鉄心２１の下端面と所定の隙間を介して
対向するように設けられている。

【００２０】ニードル２５の上部には接合部４３が形成
されている。そして、接合部４３と可動鉄心２２とがレ
ーザ溶接され、ニードル２５と可動鉄心２２とが一体に
連結される。接合部４３の外周には燃料通路としての二
面取りが設けられている。固定鉄心２１の上方には、燃
料タンクから燃料ポンプ等によって圧送され、燃料噴射
弁１０内に流入する燃料中のゴミ等の異物を除去するフ
ィルタ３３が設けられている。

【００２１】固定鉄心２１内にフィルタ３３を通して流
入した燃料は、アジャスティングパイプ２９からニード
ル２５の接合部４３に形成された二面取り部との隙間、
さらには、バルブボディ２６の円筒面２６１とニードル
２５の摺動部４１に形成された四面取り部との隙間を通
過し、ニードル２５の先端のシート部（当接部）２５１
と弁座２６３とよりなる弁部に到り、この弁部から噴孔
を形成する円筒面２６４に到る。

【００２２】次に、燃料噴射弁１０の吐出部５０の構成
について図４に基づいて説明する。磁性パイプ２３の大
径部２３ａの内部には、中空円盤状のスペーサ２７を介
してバルブボディ２６が挿入されレーザ溶接されてい
る。スペーサ２７の厚さは、図３に示す固定鉄心２１と
可動鉄心２２との間のエアギャップを所定値に保持する
ように調節される。バルブボディ２６の内壁には、ニー
ドル２５の摺動部４１が摺動する円筒面２６１と、ニー
ドル２５の円錐状のシート部２５１が着座する弁座２６
３とが形成されている。さらに、バルブボディ２６の底
部中央には円筒面２６４が形成されている。

【００２３】ニードル２５には、磁性パイプ２３の大径
部２３ａの内壁に収容されるスペーサ２７の下端面から
所定の隙間を介して対向するようにフランジ３６が形成
されている。このフランジ３６は、ニードル２５の全長
のうちニードル２５の先端に形成されるシート部２５１
側に形成され、フランジ３６の下方にはバルブボディ２
６に形成される円筒面２６ａに摺動可能となる摺動部４
１が形成されている。

【００２４】そして、バルブボディ２６の円筒面２６４
の出口に流れ制御機構５１が設けられている。この流れ
制御機構５１は、図１、２、５に示すように、ニードル
２５、バルブボディ２６およびオリフィスプレート５２
の形状、位置およびこれらの組合せ等より構成されてい
る。

【００２５】以下、これらの特徴をそれぞれ順次説明す
る。 (1) ニードル２５ ニードル２５は、図１に示すように、その先端部に中実
円筒面６１、円錐斜面６２、円錐斜面６３、および球面
６４が形成されている。これらの各面６１、６２、６
３、６４は順次境界線が円状になるように形成されてお
り、中実円筒面６１と円錐斜面６２との境界の円環状線
が当接部（シート部）２５１となる。図１は、閉弁状態
を示しており、この閉弁状態で当接部２５１と弁座２６
３とが接点となり、この接点の集合体が円環状線となっ
ている。

【００２６】 球面６４は、図２に示すように、球面
または球面に近似する曲面で形成されており、先端中央
部に円環状溝６５が形成されている。 円環状溝６５は、特許請求の範囲記載の乱れ制御手
段の一部に相当する部分で、底面が滑らかな曲面となる
ように凹状に形成されており、ニードル先端側から見る
と円環状の溝に形成されている。ニードル２５のリフト
時にシート部２５１からニードル先端側に流入する燃料
流は、球面６４に沿って中央部側に流れ円環状溝６５に
流れ込むと、この円環状溝６５内に流路が拡大すること
で、ニードル軸方向の循環渦（縦渦）を生じる。この燃
料流がオリフィスプレート５２の後述するオリフィス５
４、５５、５６、５７に流入するとき、オリフィス５
４、５５、５６、５７への燃料流入によりニードル軸直
角方向の渦（横渦）となる。この縦渦と横渦が同時に存
在する燃料流が形成されるため、オリフィスプレート５
２の入口側で燃料流は著しく不安定となり、不安定な燃
料流がオリフィス５４、５５、５６、５７を流出すると
き燃料の微粒化が促進される。

【００２７】 凸部６６は、ニードル２５の先端中央
部に形成され、円環状溝６５の中央部に位置している。
この凸部６６の先端面はほぼ平坦面状である。この凸部
６６の周囲に位置する円環状溝６５の内部にて渦流が著
しくなる。 (2) バルブボディ２６ バルブボディ２６は、図４に示す円筒面２６１、円錐斜
面２６２および円筒孔を形成する円筒面２６４からな
り、これらの各面２６１、２６２、２６４の境界線は円
状となっている。円錐斜面２６２に形成される弁座２６
３はニードル２５のシート部２５１が当接可能な位置に
ある。円筒面２６４は、オリフィスプレ−ト５２の入口
側においてニードル２５の円環状溝６５に形成される不
安定な燃料流の乱れを保持する程度にニードル軸方向に
短い距離に形成されている。

【００２８】(3) オリフィスプレート５２ 流れ方向制御用プレートとしての流れ制御機構５１の一
部を構成するオリフィスプレート５２は、例えばステン
レス製で、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、バルブボデ
ィ２６の先端に溶接例えば全周溶接により接合される。
このオリフィスプレート５２には、４個のオリフィス５
４、５５、５６、５７が板厚方向に貫通して形成されて
いる。

【００２９】 オリフィス（孔）の傾斜角 図４に示すように、オリフィス５４、５５、５６、５７
（以下、「孔５４、５５、５６、５７」という。）は、
この場合４個設けられているが、それぞれの孔５４、５
５、５６、５７は、円筒形の直状に形成されており、そ
の円筒中心軸線は、図１に示すように、板厚方向線より
も傾斜角αだけ傾斜している。

【００３０】この例では二方向噴霧の例である。例えば
図６に示すように、孔５４と孔５５とからは一方の吸気
弁１０２の傘部に向けて燃料流Ｆ₁ が噴射され、孔５７
と孔５６とからは他方の吸気弁１０１の傘部に向けて燃
料流Ｆ₂ が噴射される。この孔５４、５５、５６、５７
の傾斜角αは、１０≦α≦４０（°）の範囲が望まし
く、エンジンの仕様に合わせて適宜αの値を設定する。

【００３１】 オリフィス（孔）の位置 孔５４、５５、５６、５７は、開弁時、ニードル２５と
バルブボディ２６との間の隙間を流れる主流が直接的に
孔５４、５５、５６、５７を通り抜けることがない位置
に設けられている。孔５４、５５、５６、５７の入口側
で燃料流の主流は、環状溝６５に引き寄せられ、燃料流
の乱れが増大する。孔５４、５５、５６、５７の入口か
ら孔５４、５５、５６、５７の出口を通る燃料は、この
孔５４、５５、５６、５７の傾斜する傾斜角αに沿って
精度良く形成されて噴射される。

【００３２】上記第１実施例は、図６に示すような二方
向噴射方式のものについて本発明を適用した例である。
この二方向噴射方式の例を図６について簡単に説明す
る。図６に示すように、エンジン１６０の燃焼室１６１
に開口する吸気ポート１６２、１６３に吸気弁１０１、
１０２が開閉可能に取付けられている。吸気ポート１６
２と吸気ポート１６３との間には両ポートを区画する壁
体１６４が形成されている。流れ制御機構５１を備えた
燃料噴射弁１０は、燃料を吸気弁１０１、１０２の傘部
に向けて噴射する方向になるように取付けられている。

【００３３】この第１実施例によると、ニードル２５と
バルブボディ２６とが離間している場合、弁座２６３の
近傍から図１において円錐斜面２６２に沿って円筒面２
６４の方向に流れる燃料が円錐斜面６２、６３と球面６
４と円錐斜面２６２との間の隙間を通るとき、燃料の流
れを円環状溝６５の底面側に引き寄せることによって主
流の向きが変えられ、円環状溝６５の内部に渦流が発生
する。これによってオリフィス５４、５５、５６、５７
の入口側で燃料流が不安定となるため、オリフィス５
４、５５、５６、５７から噴出される燃料の微粒化が促
進されるという効果がある。同時に、オリフィス５４、
５５、５６、５７から噴出される燃料の噴霧の方向制御
がオリフィス５４、５５、５６、５７によって精密に制
御される。

【００３４】（第２実施例）本発明の第２実施例を図７
に示す。図７に示す第２実施例は、ニードルの先端部に
平坦面を形成した例である。図７に示すように、ニード
ル２５の先端部にバルブボディ２６の内壁面形状に沿っ
て円環状の曲面７４が形成される。曲面７４は、図７に
示すように、基本形が円錐面状でその縦断面が変曲点を
もつように形成され、最先端部が平坦面７５に形成され
る。平坦面７５は、オリフィスプレート５２の入口面と
ほぼ平行に形成されおり所定の高さｈに設定されてい
る。

【００３５】平坦面７５の外径Ｄ₁ は、オリフィスプレ
ート５２の入口面におけるオリフィス５４、５５、５
６、５７の最大外径ｄ₁ 以上（Ｄ₁ ≧ｄ₁ ）になってい
る。これにより、ニードル２５がバルブボディ６の円錐
斜面２６２から離間したとき、燃料流が円錐斜面２６２
および円筒面２６４と曲面７４との間の隙間をとおり、
この燃料流の主流がオリフィスプレート５２のオリフィ
ス５４、５５、５６、５７に直接通り抜けないように
し、曲面７４の面形状に沿ってオリフィスプレート５２
側に流れる燃料流がオリフィスプレート５２の入口面に
衝突し、平坦面７５とオリフィスプレート５２の入口面
との間で不安定な燃料流になり、この不安定な燃料流の
状態でオリフィス５４、５５、５６、５７に燃料流が入
り、その後オリフィス５４、５５、５６、５７から燃料
が噴霧され、この噴霧された燃料の微粒化が促進され
る。

【００３６】この第２実施例によると、ニードル２５の
先端部に平坦面７５が形成されるため、シート部２５１
から流れ進んだ燃料流が、直接オリフィス５４、５５、
５６、５７に流入することができず、ニードル２５の先
端の平坦面７５とオリフィスプレート５２の入口面との
間の空間方向に曲げられた後、燃料流同士が衝突しあ
い、燃料流とほぼ直角方向に近いオリフィス５４、５
５、５６、５７から燃料流が噴出する。従って、オリフ
ィス５４、５５、５６、５７の入口側で燃料の流れ方向
が不安定となり、オリフィス５４、５５、５６、５７の
出口側で燃料の微粒化が促進されるという効果がある。

【００３７】本発明では、流れ方向制御用プレートとし
てのオリフィスプレートに形成する孔の個数は限られ
ず、孔の傾斜方向をも特別な角度に限られない。また、
オリフィスプレートを用いることで燃料の方向制御を行
っているが、燃料の方向を制御をする手段は、燃料の主
流が衝突後に燃料を通す孔まで燃料を案内する平面部を
有していれば、プレート状のものに限られず、スリーブ
状のものであってもよくまたその他の方向制御用プレー
トであってもよい。更には上記実施例では二方向噴射の
例について説明したが、一方向噴射方式にも本発明を適
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射弁の噴射ノ
ズル部を示す断面図である。

【図２】第１実施例のニードル先端部を示す平面図であ
る。

【図３】本発明の第１実施例による燃料噴射弁の縦断面
図である。

【図４】第１実施例の燃料噴射弁の噴射ノズル部を示す
もので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）はＢ方向矢視図であ
る。

【図５】図４に示すV-V 線断面図である。

【図６】二方向噴射方式の燃料噴霧状態を示す説明図で
ある。

【図７】本発明の第２実施例による燃料噴射弁の噴射ノ
ズル部の断面図である。

【符号の説明】

１０ 燃料噴射弁 ２５ ニードル ２６ バルブボディ ４１ 摺動部 ５１ 流れ制御機構 ５２ オリフィスプレート（流れ方向制御用プレー
ト） ５４、５５、５６、５７ オリフィス（孔） ６１ 中実円筒面 ６２ 円錐斜面 ６３ 円錐斜面 ６４ 球面（曲面） ６５ 円環状溝 ６６ 凸部 ７４ 曲面 ７５ 平坦面 ８１ 円環状曲面 ８２ 平坦面 ２５１ シート部（当接部） ２６１ 円筒面 ２６２ 円錐斜面 ２６３ 弁座 ２６４ 円筒面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に流路を形成する円錐斜面を有する
   バルブボディと、 前記円錐斜面の一部に当接可能な当接部を有し、前記円
   錐斜面の一部と当接および離間可能なニードルと、 前記バルブボディの前記円錐斜面の出口側に取付けら
   れ、流体を通す孔を有する流れ方向制御用プレートとを
   備え、 前記孔は、前記流れ方向制御用プレートの板厚方向に貫
   通するオリフィスであって、前記当接部の下流側の流体
   の主流方向が前記流れ方向制御用プレートの入口面に交
   叉する位置よりも径方向中心側にあることを特徴とする
   流体噴射ノズル。
2. 【請求項２】 前記ニードルは、先端部に形成される曲
   面と、この曲面のニードル中心軸の周りに凹状に形成さ
   れる円環状溝とを有することを特徴とする請求項１記載
   の流体噴射ノズル。
3. 【請求項３】 前記ニードルは、先端部に環状に形成さ
   れる曲面と、この曲面の中央部に前記流れ方向制御用プ
   レート側に突き出すように形成される平坦面とを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の流体噴射ノズル。