JPH0979108A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 渦卷き噴射弁の長所を活かし、とくに筒
内直接噴射弁として採用することができる外開き弁タイ
プの長所を活かしたまま、簡単な操作により噴射率や燃
料噴射量の動的特性を調整することができる燃料噴射弁
を提供すること。 【解決手段】 外開き弁タイプの渦巻き噴射弁に着目し
たもので、燃料の噴射孔３８を形成したバルブシート部
材３３と、このバルブシート部材３３にシートするとと
もに噴射孔３８の外方にリフトして燃料を噴射可能とす
るバルブボディ３６と、を有し、バルブシート部材３３
に噴射孔３８に連通した渦巻き室５を形成し、この渦巻
き室５に、燃料を旋回流とする旋回流発生部（整流素子
４０）を設けた燃料噴射弁であって、渦卷き室５の内径
Ｒ１を、バルブシート部材３３の噴射孔３８の径Ｒ２よ
り大きく形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料噴射弁にかかる
もので、とくに燃料を旋回流（渦巻き流、スワール）と
して噴射する、いわゆる渦巻き噴射弁タイプの燃料噴射
弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の渦卷き噴射弁は、微粒化形態が圧
力によるものではなく旋回流にもとづく液膜の崩壊によ
り行われるため、比較的低圧でも噴霧の微粒化が良好で
あること、ホロコーン状の噴霧がスワール方向に噴出さ
れるため噴霧のペネトレーションが小さいこと、さら
に、いわゆる自然渦の法則にしたがった噴射の理論解析
が公知であり、スワール強さや噴射孔径の設計により仕
様の設定が容易であること、などの理由から、とくに内
燃機関の筒内燃料噴射弁として使用する場合に適した特
性を有している。

【０００３】しかしながら、従来の渦卷き噴射弁は、上
記自然渦の法則から、その渦卷き室の内径を噴射孔径よ
りも大きく設定する必要があり、バルブボディが内側に
リフトする、いわゆる内開き弁タイプを採用している。

【０００４】図５は、この内開き弁タイプの燃料噴射弁
１の一例を示す要部拡大断面図であって、燃料噴射弁１
は、バルブシート部材２と、バルブボディ３とを有す
る。

【０００５】バルブシート部材２には、燃料通路４、渦
卷き室５および噴射孔６を形成してあり、かつ噴射孔６
の上流側にはテーパー状シート面７を形成してある。

【０００６】バルブボディ３は、その先端部に摺動部８
およびこれに連続するテーパー部９を形成してあり、テ
ーパー部９の途中のシート部１０がテーパー状シート面
７にシートすることにより噴射孔６を閉鎖可能としてい
る。

【０００７】摺動部８には燃料通路４とテーパー部９と
を連通するように旋回流発生用溝１１（旋回流発生部）
を形成してある。この旋回流発生用溝１１は、摺動部８
ではなくバルブシート部材２の内壁面にこれを形成して
もよい。

【０００８】こうした構成の内開き弁タイプの燃料噴射
弁１において、電磁コイルの励磁によるアーマチャー
（ともに図示せず）の駆動により、バルブボディ３をテ
ーパー状シート面７からリフトすることによって噴射孔
６を開放し、旋回流発生用溝１１により旋回流となった
燃料を筒内（エンジンのシリンダー１２内）に噴射す
る。

【０００９】しかして、渦卷き室５の内径をＤ１、スワ
ール方向の流速をＶｉ、噴射孔６の直径Ｄ２、噴射方向
の流速をＶｅとすれば、自然渦の法則（Ｄ１・Ｖｉ＝Ｄ
２・Ｖｅ）から、噴霧を発生させるためには、Ｄ２＜Ｄ
１とする必要がある。

【００１０】当該バルブボディ３は、噴射孔６に対して
バルブシート部材２の内側（上流側）に開く、いわゆる
内開き弁タイプであるので、以下のような不具合があ
る。第一に、噴射の初期に微粒化が悪く、ペネトレーシ
ョンの大きな噴霧（初期噴霧）が発生する。すなわち、
噴射初期にはスワール流が完全には作用していない噴霧
が発生してしまう。第二に、噴射孔６がシリンダー１２
に対してむき出しの状態であり、テーパー状シート面７
のシート位置より下流側に付着した燃料がシリンダー１
２における燃焼ガスにより蒸し焼き状態になるため、噴
射孔６の部分にカーボンが付着し、噴射流量や噴霧形状
が変化してしまう。第三に、噴射時の筒内圧が変動する
と、噴霧角が変化してしまう。すなわち、噴射孔６から
の噴霧はホロコーン状であるため、噴霧内部の空気の補
充が噴霧外部に比較して困難であり、内側の噴霧近傍の
空気が噴射により飛ばされると、結果的に内側の圧力が
低下し、噴霧が内側に曲げられる。この傾向は、筒内圧
が大きいほど顕著となる。つまり、筒内圧が大きいほど
噴霧角が小さくなってしまう。

【００１１】なお、バルブボディが噴射孔の外方（下流
側）にリフトする外開き弁タイプを採用した燃料噴射弁
がある。たとえば、外開き式ポペット弁を用いた特開平
３−２７５９７３号（「電磁式燃料噴射弁」）などがあ
るが、この電磁式燃料噴射弁はらせん溝などを用いた渦
卷き噴射弁ではあるが、自然渦の法則を利用したもので
はなく、あくまでも噴流に方向性を与える程度のもの
で、渦卷き室内径より噴射孔径の方が大きいものであ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、渦卷き噴射弁の長所
を活かしたまま、上述した各種の不具合を解消すること
が可能な燃料噴射弁を提供することを課題とする。

【００１３】また本発明は、とくに筒内燃料噴射弁とし
て採用することができる外開き弁タイプの燃料噴射弁を
提供することを課題とする。

【００１４】また本発明は、外開き弁の長所を活かした
まま、簡単な操作により噴射率や燃料噴射量の動的特性
を調整することができる燃料噴射弁を提供することを課
題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、外開
き弁タイプであって、外開き弁（バルブボディ）の上流
側に位置する渦卷き室の内径の方を、噴射孔径あるいは
シート径よりも大きく形成することに着目したもので、
燃料の噴射孔を形成したバルブシート部材と、このバル
ブシート部材にシートするとともに上記噴射孔の外方に
リフトして燃料を噴射可能とするバルブボディと、を有
し、上記バルブシート部材に上記噴射孔に連通した渦巻
き室を形成し、この渦巻き室に、上記燃料を旋回流とす
る旋回流発生部を設けた燃料噴射弁であって、上記渦卷
き室の内径を、上記バルブシート部材の上記噴射孔の径
より大きく形成したことを特徴とする燃料噴射弁であ
る。

【００１６】上記旋回流発生部としては、噴出部の上流
側にスワール流を与えることができるもので、自然渦の
法則によってスワールを成長させる渦巻き室内にこれを
設ける。

【００１７】外開き弁としてのバルブボディおよびバル
ブシート部材は、燃料噴射弁の下部（下流側）から挿入
し、溶接固定することができる。

【００１８】外開き弁として構成するために、ポペット
弁を採用することが可能であり、アーマチャーの移動に
ともなうバルブボディのリフト量は、アーマチャーがス
トッパーコアに衝突することによりこれを規制すること
ができる。

【００１９】また、バルブボディをバルブシート部材の
シート側に付勢するリターンスプリング以外に開弁方向
に作用するセットスプリングを設けることができ、この
セットスプリングのセット力を外部から調整可能な構成
とすることができる。

【００２０】本発明による燃料噴射弁においては、外開
き弁タイプとしたので、噴射孔における燃料面がエンジ
ンのシリンダーにむき出しになることはなく、噴射孔に
カーボンが付着することを防止することができる。した
がって、噴射性能が経時変化することを防止可能で、信
頼性を向上させることができる。

【００２１】筒内圧が大きく、噴射タイミングが遅いと
きでも、噴霧角の減少度合いを内開き弁タイプの場合よ
りも小さく押さえることができるので、層状吸気時の燃
焼特性を向上させることができる。かくして、燃焼特性
が向上し、エンジンの燃費特性および排ガス特性を向上
させることができる。

【００２２】さらに、自然渦の法則にしたがったスワー
ルの発生が可能となり、公知の理論解析にもとづき、外
開き弁としての調整性を向上させることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
燃料噴射弁２０を図１ないし図４にもとづき説明する。
ただし、図５と同様の部分には同一符号を付し、その詳
述はこれを省略する。図１は、燃料噴射弁２０の縦断面
図であり、燃料噴射弁２０は、コネクター２１と、ハウ
ジングコア２２と、ストッパーコア２３と、外開き弁ア
ッシィ２４と、燃料供給用チューブ２５と、燃料フィル
ター２６と、スプリングシート（インレットチューブ）
２７と、セットスプリング２８と、電磁コイル２９と、
アーマチャー３０と、プッシュロッド３１と、シールリ
ング３２と、を有する。

【００２４】ハウジングコア２２は、ストッパーコア２
３およびアーマチャー３０とともに磁性材料からこれを
構成し、電磁コイル２９の励磁によりこれらの間に磁路
回路を構成可能としている。

【００２５】燃料供給用チューブ２５は、ハウジングコ
ア２２に圧入溶接されているもので、燃料フィルター２
６を通って燃料が内部に供給される燃料通路を構成して
いる。燃料供給用チューブ２５は磁性材料でも非磁性材
料でもよい。

【００２６】アーマチャー３０は、その下端面３０Ａ
（下流側面）とストッパーコア２３の上端面２３Ａとの
間に設定されたリフト量Ｌ１だけ電磁コイル２９の励磁
により移動し（磁束が発生してストッパーコア２３との
間に吸引力が発生）、プッシュロッド３１を外開き弁ア
ッシィ２４方向に駆動する（図１中において下方に押し
下げる）。

【００２７】アーマチャー３０の外周部および下端面３
０Ａならびにストッパーコア２３の上端面２３Ａには非
磁性材料のメッキを施してあり、セットスプリング２８
も非磁性材料からこれを構成する。スプリングシート２
７の押し込み量を変化させることによってセットスプリ
ング２８のセット力を調整可能で、このセット力により
燃料噴射量の動的噴射量を調整する。

【００２８】プッシュロッド３１は、非磁性材料による
パイプであり、燃料通路を構成するとともに、アーマチ
ャー３０の動きを外開き弁アッシィ２４（スプリングガ
イド３４）に伝達する。

【００２９】シールリング３２は、非磁性材料からな
り、ハウジングコア２２とストッパーコア２３との間に
あって電磁コイル２９への燃料流出を防止している。

【００３０】図２は、外開き弁アッシィ２４の拡大断面
図であり、外開き弁アッシィ２４は、バルブシート部材
３３と、スプリングガイド３４と、バルブガイド３５
と、外開き弁としてのバルブボディ３６と、リターンス
プリング３７と、を有する。

【００３１】バルブシート部材３３は、これをストッパ
ーコア２３に圧入、溶接固定し、スプリングガイド３４
にプッシュロッド３１を当接してリターンスプリング３
７によってスプリングガイド３４とバルブガイド３５と
の間に間隔Ｌ２を形成してあり、前述のリフト量Ｌ１
（図１）に対して、Ｌ１＜Ｌ２として、規定のバルブリ
フト量Ｌ１ないしは燃料噴射率を得るようにしている。

【００３２】スプリングガイド３４には、バルブボディ
３６の上端部を溶接固定し、バルブシート部材３３には
噴射孔６に相当する噴射孔３８を形成してあり、バルブ
ボディ３６はプッシュロッド３１（スプリングガイド３
４）の動きに合わせてバルブガイド３５およびバルブシ
ート部材３３に対して上下動することにより、噴射孔３
８を開閉する。

【００３３】バルブガイド３５は、その上部断面を面取
り形状として燃料通路を形成し、噴射孔３８側のその先
端部において燃料溜まり室３９を形成するとともに、噴
射孔３８の上流に、スワール流を与える前記渦卷き室５
に臨んだ整流素子４０を構成してある。

【００３４】図３は、この整流素子４０の軸方向説明図
であり、整流素子４０は、バルブシート部材３３および
バルブボディ３６のセンター位置決め機能を有するとと
もに、バルブボディ３６の軸方向に対して斜め方向に４
本の旋回流発生用通路４１を円周方向に均等に形成して
ある。

【００３５】なお旋回流発生部としては、整流素子４０
における旋回流発生用通路４１のような斜め形状として
も、バルブシート部材３３の内壁面部にらせん溝（図示
せず）として形成してもよい。

【００３６】図４は、バルブボディ３６の先端部におけ
るポペット部４２部分の拡大断面図であって、このポペ
ット部４２の上流側テーパー部４２Ａがバルブシート部
材３３のシート部４３にシートしているとともに、下流
側テーパー部４２Ｂがエンジンのシリンダー１２に臨ん
でいる。

【００３７】渦卷き室５の内径をＲ１、噴射孔３８の径
あるいはシート径をＲ２とすれば、Ｒ２＜Ｒ１とするこ
とにより、自然渦の法則が成立するようにしてある。

【００３８】こうした構成の燃料噴射弁２０において、
電磁コイル２９への通電励磁によりアーマチャー３０
は、リターンスプリング３７の付勢力に抗してストッパ
ーコア２３の上端面２３Ａに衝突し、リフト量Ｌ１だけ
リフトする。

【００３９】なおスプリングガイド３４とバルブガイド
３５との間に間隔Ｌ２に対して、Ｌ１＜Ｌ２としてある
ために、アーマチャー３０のリフトによってスプリング
ガイド３４とバルブガイド３５とが互いに衝突すること
はなく、アーマチャー３０とストッパーコア２３との衝
突のみによってバルブボディ３６のリフト量Ｌ１を規定
することができるので、バルブボディ３６の応答性を安
定化することができる。

【００４０】このアーマチャー３０のリフトは、プッシ
ュロッド３１およびスプリングガイド３４を介してバル
ブボディ３６を駆動し、ポペット部４２（上流側テーパ
ー部４２Ａ）がシート部４３からシリンダー１２側にリ
フトして噴射孔３８を開放する。

【００４１】燃料溜まり室３９から整流素子４０の旋回
流発生用通路４１を通過した燃料は旋回流となって渦卷
き室５から噴射孔３８に至り、ホロコーン状に噴射され
るが、ポペット部４２の外向きの傘部（上流側テーパー
部４２Ａ）の作用により外方に広がりつつ微粒化される
とともに、この上流側テーパー部４２Ａで噴霧角が広が
るため、ペネトレーションが低下し、従来の内開き弁の
ように噴霧角が小さく、ペネトレーションが大きいとい
う問題は解消される。

【００４２】（噴射孔３８の径あるいはシート径Ｒ２）
＜（渦卷き室５の内径Ｒ１）としてあるので、自然渦の
法則に沿った燃料噴射が可能となり、設計が容易とな
る。

【００４３】ポペット部４２（下流側テーパー部４２
Ｂ）が噴射孔３８をシリンダー１２から保護しているの
で、噴射孔３８の内部通路がエンジンのシリンダー１２
にむき出しとならず、カーボン付着率が低下する。

【００４４】さらに、シリンダー１２内の筒内圧上昇時
には噴霧角が減少する傾向にあるが、噴霧角が小さくな
ってもポペット部４２の上流側テーパー部４２Ａに沿っ
て燃料が噴出されるため、内開き弁よりも噴霧角の減少
割合は小さくなる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、外開き弁
とするとともに、渦卷き室の内径を噴射孔の径あるいは
シート径より大きくすることとしたので、ペネトレーシ
ョンを小さくするとともに噴霧角を大きくすることが可
能となり、信頼性のある燃料噴射性能を得ることができ
る。

【００４６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による燃料噴射弁２０の縦
断面図である。

【図２】同、外開き弁アッシィ２４の拡大断面図であ
る。

【図３】同、整流素子４０の軸方向説明図である。

【図４】同、バルブボディ３６の先端部におけるポペッ
ト部４２部分の拡大断面図である。

【図５】従来の内開き弁タイプの燃料噴射弁１の一例を
示す要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 内開き弁タイプの燃料噴射弁（図５） ２ バルブシート部材 ３ バルブボディ ４ 燃料通路 ５ 渦卷き室 ６ 噴射孔 ７ テーパー状シート面 ８ 摺動部 ９ テーパー部 １０ シート部 １１ 旋回流発生用溝（旋回流発生部） １２ エンジンのシリンダー ２０ 燃料噴射弁（図１） ２１ コネクター ２２ ハウジングコア ２３ ストッパーコア ２３Ａ ストッパーコア２３の上端面 ２４ 外開き弁アッシィ（図２） ２５ 燃料供給用チューブ ２６ 燃料フィルター ２７ スプリングシート（インレットチューブ） ２８ セットスプリング ２９ 電磁コイル ３０ アーマチャー ３０Ａ アーマチャー３０の下端面 ３１ プッシュロッド ３２ シールリング ３３ バルブシート部材 ３４ スプリングガイド ３５ バルブガイド ３６ バルブボディ（外開き弁） ３７ リターンスプリング ３８ 噴射孔 ３９ 燃料溜まり室 ４０ 整流素子（旋回流発生部） ４１ 旋回流発生用通路 ４２ バルブボディ３６のポペット部 ４２Ａ ポペット部４２の上流側テーパー部 ４２Ｂ ポペット部４２の下流側テーパー部 ４３ シート部 Ｄ１ 渦卷き室５の内径 Ｄ２ 噴射孔６の直径 Ｌ１ アーマチャー３０の下端面３０Ａとストッパーコ
ア２３の上端面２３Ａとの間に設定されたリフト量 Ｌ２ スプリングガイド３４とバルブガイド３５との間
の間隔 Ｒ１ 渦卷き室５の内径 Ｒ２ 噴射孔３８の径あるいはシート径

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料の噴射孔を形成したバルブシート
   部材と、 このバルブシート部材にシートするとともに前記噴射孔
   の外方にリフトして燃料を噴射可能とするバルブボディ
   と、を有し、 前記バルブシート部材に前記噴射孔に連通した渦巻き室
   を形成し、この渦巻き室に、前記燃料を旋回流とする旋
   回流発生部を設けた燃料噴射弁であって、 前記渦卷き室の内径を、前記バルブシート部材の前記噴
   射孔の径より大きく形成したことを特徴とする燃料噴射
   弁。