JPH10103194A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料流に旋回エネルギーを与えて燃料噴射孔
から噴射する燃料噴射弁において、旋回体の放熱特性を
向上させてカーボン等を付着させない。 【解決手段】 旋回体１３は、弁本体９の内周面に接す
る外周面部１９０ａと、軸方向流路２２０を形成する流
路部分１９０ｂと、環状溝２４と、一端が流路部分１９
０ｂに接続され他端が環状溝２４に対して接線方向に延
びて接続される旋回溝２５を有し、外周面部１９０ａと
弁体内周面との当接面積を、弁体内周面に対向する旋回
体外周面の全面積の半分以上とした。また、環状溝２５
と軸方向流路２２０とが少なくとも５個以上形成されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料噴射弁、特
に筒内噴射用燃料噴射弁に適するものであって、燃料流
に旋回エネルギーを与えて燃料噴射孔から噴射する燃料
噴射弁の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高圧の燃料を効率良く噴射する燃
料噴射弁、特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射す
る筒内噴射用燃料噴射弁として、燃料流に旋回エネルギ
ーを与えて燃料噴射孔から噴射する形式のものが、数種
提案されている。

【０００３】図９は例えば特開平２−２１５９６３号公
報に示された従来の旋回式の燃料噴射弁を示した要部断
面図である。図において、燃料噴射弁の弁本体１１０に
は弁座１１１が形成され、この弁座１１１の直ぐ上流に
は環状の旋回体１１２が設けられている。この旋回体１
１２は、その内径部に弁体（ボール弁）１１４を導入し
て、この弁体１１４の軸方向の移動をガイドすると共
に、図１０に示すように、その外径部から弁座１１１に
面する端面にかけて４本の旋回溝１１３が形成されてい
る。また、旋回溝１１３につながる旋回体１１２の外周
部には、弁本体１１０の内周面との間で軸方向流路を形
成する平坦面１１２ａが形成されている。

【０００４】弁体１１４はロッド１１５を介してプラン
ジャ（図示せず）に結合され、図示しない戻しバネで弁
座１１１側に付勢され、プランジャ及び弁体１１４が電
磁力で戻しバネの力に抗して吸引されると、旋回溝１１
３は旋回体１１２の軸心に対し偏心するように配設され
ているため、旋回溝１１３を通過した燃料は、噴出孔
（オリフィス）１１０ａを介して内燃機関のシリンダ内
等に噴射される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料噴射弁は以
上のように構成されており、旋回体１１２の旋回溝１１
３は４個であり、旋回流の一様混合化、十分な旋回流の
形成、及び旋回流の充分な強化が図れない問題があっ
た。一方、旋回溝１１３の数を増やすと旋回体１１２と
弁本体１１０との当接面積が少なくなり、内燃機関のシ
リンダ内等で発生した熱が旋回体１１２から放熱されに
くくなり、結果として弁本体１１０の先端が高温とな
る。そのため、弁本体１１０の噴射孔内面及び噴射孔出
口側端面にカーボン等が付着しやすくなり、燃料噴射量
の低下及び燃料噴霧形状の変化を引き起こし、ひいては
エンジンの出力低下や運転状態の変化を生じさせる要因
となる。

【０００６】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、燃料流に旋回エネルギーを与
えて燃料噴射孔から噴射する燃料噴射弁において、燃料
旋回流の一様混合化、十分な旋回流の形成、及び旋回流
の強化を達成しつつ、旋回体の放熱特性を向上させてカ
ーボン等を付着させない燃料噴射弁を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、中空
状の弁本体の一端に燃料噴射孔を有する弁座を設け、弁
本体内を移動しかつ弁座に離接して噴射孔を開閉するニ
ードル弁等の弁体を設置し、弁体の周囲に配置され弁体
を摺動可能に支持すると共に噴射孔から流出する燃料に
旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁において、旋回
体は、弁本体の内周面に接して弁本体に対する位置を規
定する外周面部と、外周面部間に設けられて軸方向流路
を形成する流路部分と、旋回体の弁座に面する軸方向端
面の内周に設けられた環状溝と、一端が流路部分に接続
され他端が環状溝に対して接線方向に延びて環状溝に接
続される旋回溝を有し、外周面部と上記弁体内周面との
当接面積を、弁体内周面に対向する旋回体外周面の全面
積の半分以上とした。

【０００８】請求項２の発明は、中空状の弁本体の一端
に燃料噴射孔を有する弁座を設け、弁本体内を移動しか
つ弁座に離接して噴射孔を開閉するニードル弁等の弁体
を設置し、弁体の周囲に配置され弁体を摺動可能に支持
すると共に噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回
体を備えた燃料噴射弁において、旋回体は、弁本体の内
周面に接して弁本体に対する位置を規定する外周面部
と、外周面部間に設けられて軸方向流路を形成する流路
部分と、一端が流路部分に接続され他端が旋回体の内周
に向けて延びている旋回溝を有し、外周面部と弁体内周
面との当接面積を、弁体内周面に対向する上記旋回体外
周面の全面積の半分以上とし、旋回溝と軸方向流路とが
少なくとも５個以上形成されている。

【０００９】請求項３の発明は、旋回体の流路部分と弁
本体の内周面とにより形成される軸方向流路の通路面積
を旋回溝の通路面積以上にした。

【００１０】請求項４の発明は、旋回体の軸方向端面が
弁座に当接し、旋回体の弁座に面しない軸方向端面が弁
本体の肩部に当接している。

【００１１】請求項５の発明は、旋回体の外周面部と弁
本体の内周面部とを直径すきま７μｍ以下のすきまバメ
とした。

【００１２】請求項６の発明は、旋回体の外周面部と弁
本体の内周面部とを圧入により組み立てた。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（実施の形態の基本構成）図１はこの発明の実施形態で
ある筒内噴射用燃料噴射弁１の全体構成を示す側面断面
図である。筒内噴射用燃料噴射弁１は、ハウジング本体
２と、このハウジング本体２の一端にかしめ等されホル
ダ３５によりカバーされた弁装置３とにより構成されて
いる。ハウジング本体２の他端には燃料供給管４が接続
され、この燃料供給管４から燃料フィルタ５７を介して
筒内噴射用燃料噴射弁１内に高圧の燃料が供給される。
また、筒内噴射用燃料噴射弁１の先端部は内燃機関のシ
リンダヘッド５の噴射弁挿入孔６に挿入され、ウエーブ
ワッシャ６０等によりシールされて取り付けられてい
る。

【００１４】弁装置３は、小径円筒部７及び大径円筒部
８を有する段付中空円筒形の弁本体９と、弁本体９内で
中心孔先端に固着されて燃料噴射孔１０を有する弁座１
１と、ソレノイド装置５０（後述）により弁座１１に離
接して燃料噴射孔１０を開閉する弁体であるニードル弁
１２と、ニードル弁１２を軸方向に案内すると共に、径
方向内向きに弁座１１の燃料噴射孔１０に流れ込もうと
する燃料に旋回運動を与える旋回体１３とを備えてい
る。弁装置３の弁本体９はハウジング本体２と共働して
筒内噴射用燃料噴射弁１のハウジングを構成している。

【００１５】ハウジング本体２は、筒内噴射用燃料噴射
弁１をシリンダヘッド５に取り付けるためのフランジ３
０ａを有する第１ハウジング３０と、ソレノイド装置５
０を装着した第２ハウジング４０を備えている。ソレノ
イド装置５０は、コイル５１を巻回したボビン５２と、
このボビン５２の内周部に設置されたコア５３とを備
え、コイル５１の巻線は接続端子５６につながってい
る。コア５３はその内部が燃料通路となるように中空円
筒形状になっており、その中空部には、スプリング５５
がスリーブ５４及びニードル弁１２間に懸架されてい
る。

【００１６】ニードル弁１２の他端部には、上記コア５
３の先端側に対向するように可動アマチュア３１が取り
付けられており、また、ニードル弁１２の中間部には、
バルブ１２を弁本体９の内周面に沿って摺動案内させる
ガイド１２ａと、第１ハウジング３０に設置されたスペ
ーサ３２と当接するニードルフランジ１２ｂが設けられ
ている。

【００１７】図２は弁装置３の弁座付近を示す拡大側面
図であり、図３は旋回体１３の弁座１１側から見た正面
図である。図において、弁装置３の旋回体１３は、中心
に弁体であるニードル弁１２を囲んで軸方向に摺動可能
に支持する中心孔１５を持つほぼ中空円筒形の部材であ
って、弁装置３内に組み立てられた時、弁座１１に接す
る第１端面１６と、弁座１１と反対側の第２端面１７
と、これらの端面間にあって中空のハウジングの一部で
ある弁本体９の内周面１８に接する部分を有する周面１
９とを備えている。

【００１８】旋回体１３の第２端面１７は、その周辺部
で弁本体９の内周面１８の肩部２０に当接して支持され
ており、また径方向に延びた通路溝２１が形成されてい
て、第２端面１７の内周部から外周部に燃料が流れるこ
とができるように構成されている。

【００１９】旋回体１３の周面１９には、弁本体９の内
周面１８に当接して弁本体９に対する位置を規定する複
数の外周面部分１９ａと、これら外周面部分間に設けら
れ、内周面１８と共に燃料の軸方向流路２２を形成する
流路部分１９ｂとが形成されている。

【００２０】旋回体１３の弁座１１に面する軸方向端面
即ち第１端面１６には、第１端面１６の中心孔１５に隣
接する内周辺に形成された所定幅の内周環状溝２４と、
一端で周面１９の流路部分１９ｂに接続されて、そこか
らほぼ径方向内側に延びて、他端で内周環状溝２４に接
線方向に接続された旋回溝２５とが設けられている。

【００２１】（実施の形態の基本動作）次に、上記筒内
噴射用燃料噴射弁の動作について説明する。まず図１に
おいて、外部より接続端子５６を介してソレノイド装置
５０のコイル５１に通電すると、可動アマチュア３１、
コア５３、ハウジング本体２で構成される磁気通路に磁
束が発生し、可動アマチュア３１はスプリング５５の弾
性力に抗してコア５３側へ吸引される。そして、可動ア
マチュア３１と一体のニードル弁１２は、そのニードル
フランジ１２ｂがスペーサ３２に当接するまで所定スト
ローク図示右側へ移動する。なお、ニードル弁１２はガ
イド１２ａにより弁本体９の内周面に案内保持される。

【００２２】次に、図２及び図３において、ニードル弁
１２の先端部が弁座１１から離れて間隙が形成される
と、燃料供給管４から導入される高圧の燃料は、弁本体
９とニードル弁１２間の通路から、まず旋回体１３の第
２端面１７の通路溝２１を通って周面の軸方向流路２２
に流れ込む。そして、旋回体１３の第１端面１６の旋回
溝２５に流入して径方向内側に流れ、第１端面１６の内
周環状溝２４内へその接線方向に流れ込み、内周環状溝
２４で構成する旋回室Ｗにおいて旋回流を形成する。そ
の後、弁座１１の噴射孔１０内に入ってその先端出口か
ら噴霧される。

【００２３】上記筒内噴射用燃料噴射弁１において、旋
回体１３の旋回溝２５の数は、少な過ぎると各溝の旋回
流の一様混合化と十分な旋回流の形成が図れず、多過ぎ
ると旋回流の乱れを生じまた圧力損失が流量特性に影響
を及ぼすので、この発明では５個以上とする。その中で
も６溝〜８溝、特に図４に示すように６溝が好適であ
る。その理由は、各溝の旋回流の一様混合化が十分で、
かつ各溝通路およびその上流通路での圧力損失が流量特
性に影響しないからである。

【００２４】実施の形態１．上記筒内噴射用燃料噴射弁
１をシリンダヘッド５に取り付け内燃機関を運転した場
合、シリンダ内に生じる高温の燃焼熱の一部は燃料噴射
弁１を伝わって外部に放熱される。図４の矢印は上記燃
焼熱の伝達経路を示したものであり、主に、(1)シリン
ダ内に表出された弁座１１を介して、弁座１１に当接す
る弁本体９に伝わる経路と、(2)弁座１１から旋回体１
３→旋回体１３の周面１９→弁本体９の内周面１８→弁
本体９に伝わる経路と、(3)弁座１１→旋回体１３→旋
回体１３の第２端面１７→弁本体９の肩部２０→弁本体
９に伝わる経路があり、それぞれ弁本体９に伝わった上
記熱はハウジング本体２を介してシリンダヘッド５に放
熱される。

【００２５】上記伝熱経路(2)において、旋回体１３の
周面１９と弁本体９の内周面１８との当接面積の大小
が、燃料噴射弁１の放熱特性に影響を与えることが理解
される。すなわち、図３の伝熱部長さＨ１を長くすれば
旋回体１３から弁本体９への伝熱が促進され燃料噴射弁
１の放熱特性が向上する。

【００２６】そこで、実施の形態１では、図５に示すよ
うに、旋回体１３の周面１９０に、弁本体９の内周面１
８に当接して弁本体９に対する位置を規定する複数の外
周面部分１９０ａと、これら外周面部分間に設けられ、
内周面１８と共に燃料の軸方向流路２２０を形成する流
路部分１９０ｂとを形成し、外周面部分１９０ａと弁本
体９の内周面１８との実効的な接触面積を、内周面１８
に対向する周面１９０全体の面積の約半分以上とした。
すなわち、例えば図５において、伝熱部長さＨ２を旋回
体１３の全周の約半分以上とする。

【００２７】このように旋回体１３の外周面部分１９０
ａと弁本体９の内周面１８との実効的な接触面積を広く
することにより、当該接触面からの放熱を良くすること
ができる。

【００２８】また、旋回体１３の流路部分１９０ｂと弁
本体９の内周面１８とにより形成される軸方向流路２２
０の通路面積を、少なくとも旋回溝２５の通路面積以上
にし、流路部分２２０から旋回溝２５への燃料流を確保
し、強力な旋回流を発生させるようにする。

【００２９】更に、内周環状溝２４により構成される旋
回室Ｗを設けたので、旋回溝２５からの燃料流は、上記
旋回室Ｗに一旦導入され、当該旋回室Ｗ内で燃料流の旋
回の安定化が行われ、旋回力の強化と安定化が図れる。

【００３０】また、旋回体１３の旋回溝２５の数を、少
なくとも５個以上とすることにより、旋回溝の旋回流の
一様混合化が十分になされ、かつ各溝通路およびその上
流通路での圧力損失が流量特性に影響しなくなる。

【００３１】更に、図６に示すように、軸方向流路２１
に通じる弁本体９の内径Ｄ２が図２よりも広がった（Ｄ
２＞Ｄ１）構成において、図７の軸方向流路２２と図８
の軸方向流路２２０の断面積を同じくした場合、弁本体
９と旋回体１３がそれぞれの肩部２０，２０Ａで当接す
る面積は図８の方が大きくなる（当接面積Ｓ２＞Ｓ
１）。すなわち、上記実施の形態において、弁本体９の
内径が軸方向流路２２０部分にかかる構成（図６及び図
８においてＤ０−Ｄ２＜Ｇ）とした場合、旋回体１３の
第２端面１７と弁本体９の肩部２０Ａとの当接面積も大
きくなるので、図７の場合と比べて旋回体１３の放熱特
性が向上する効果がある。

【００３２】実施の形態２．上記実施の形態１におい
て、旋回体１３の外周面部分１９０ａと弁本体９の内周
面１８を直径すきま７μｍ以下となるすきまバメとする
ことにより、工作及び組立が簡単でかつ放熱特性を向上
することができる。また、旋回体１３の外周面部分１９
０ａと弁本体９の内周面１８と圧入により組立ても良
く、この場合放熱特性は充分確保される効果がある。

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、旋回体の外周面部分
と弁本体の内周面との実効的な当接面積を広くすること
により、当該当接面からの放熱を良くすることができ
る。その結果、弁座付近の温度が低下して噴射孔内面及
び噴射孔出口側端面にカーボン等が付着しなくなり、燃
料噴射量の低下及び燃料噴霧形状の変化を防止し、ひい
てはエンジン出力及び運転状態の安定を維持することが
できる。

【００３４】また、請求項１の発明によれば、内周環状
溝により構成される旋回室Ｗを設けたので、旋回溝から
の燃料流は旋回室Ｗに一旦導入され、当該旋回室Ｗ内で
燃料流の旋回の安定化が行われ、旋回力の強化と安定化
が図れる。

【００３５】更に、請求項２の発明によれば、旋回体の
旋回溝の数を少なくとも５個以上とすることにより、旋
回溝の旋回流の一様混合化が十分になされかつ各溝通路
およびその上流通路での圧力損失が流量特性に影響しな
くなる。

【００３６】請求項３の発明によれば、旋回体の流路部
分と弁本体の内周面とにより形成される軸方向流路の通
路面積を旋回溝の通路面積以上にしたので、流路部分か
ら旋回溝への燃料流を確保し強力な旋回流を発生させる
ようにすることができる。

【００３７】請求項４の発明によれば、旋回体の外周面
部の伝熱だけでなく、旋回体の両端面からの伝熱に対し
てもその接触面積を大きくすることができ、放熱特性が
向上する。

【００３８】請求項５の発明によれば、旋回体の外周面
部と弁本体の内周面部とを直径すきま７μｍ以下のすき
まバメとすることにより、工作及び組立が簡単でかつ放
熱特性を向上することができる。

【００３９】請求項６の発明によれば、旋回体の外周面
部と弁本体の内周面部とを圧入により組み立てることに
より、放熱特性を充分確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施形態に係る筒内噴射用燃料噴
射弁の全体構成を示す側面断面図である。

【図２】 図１の弁装置の弁座付近を示す拡大側面図で
ある。

【図３】 図１の旋回体の弁座側から見た正面図であ
る。

【図４】 図１の弁装置の弁座付近の伝熱経路をしめす
側面図である。

【図５】 実施の形態１に係る燃料噴射弁の旋回体の弁
座側から見た正面図である。

【図６】 図１の弁装置の弁座付近を示す拡大側面図で
ある。

【図７】 図１の旋回体の弁座側から見た正面図であ
る。

【図８】 実施の形態１に係る燃料噴射弁の旋回体の弁
座側から見た正面図である。

【図９】 従来の燃料噴射弁を示す要部断面図である。

【図１０】 従来の燃料噴射弁の旋回体を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１ 筒内噴射用燃料噴射弁、３ 弁装置、９ 弁本体、
１０ 燃料噴射孔、１１ 弁座、１２ ニードル弁（弁
体）、１３ 旋回体、２４ 内周環状溝、２５旋回溝、
Ｗ 旋回室、１９０ 旋回体の周面、１９０ａ 外周面
部分、１９０ｂ 流路部分、２２０ 軸方向流路。

フロントページの続き (72)発明者 大田 裕久 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空状の弁本体、この弁本体の一端に設
   けられ燃料噴射孔を有する弁座、上記弁本体内を移動し
   上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、及び上
   記弁体の周囲に配置され上記弁体を摺動可能に支持する
   と共に上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回
   体を備えた燃料噴射弁において、 上記旋回体は、上記弁本体の内周面に接して弁本体に対
   する位置を規定する外周面部と、上記外周面部間に設け
   られて軸方向流路を形成する流路部分と、上記旋回体の
   上記弁座に面する軸方向端面の内周に設けられた環状溝
   と、一端が上記流路部分に接続され他端が上記環状溝に
   対して接線方向に延びて上記環状溝に接続される旋回溝
   を有し、 上記外周面部と上記弁体内周面との当接面積を、上記弁
   体内周面に対向する上記旋回体外周面の全面積の半分以
   上としたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 中空状の弁本体、この弁本体の一端に設
   けられ燃料噴射孔を有する弁座、上記弁本体内を移動し
   上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、及び上
   記弁体の周囲に配置され上記弁体を摺動可能に支持する
   と共に上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回
   体を備えた燃料噴射弁において、上記旋回体は、上記弁
   本体の内周面に接して弁本体に対する位置を規定する外
   周面部と、上記外周面部間に設けられて軸方向流路を形
   成する流路部分と、一端が上記流路部分に接続され他端
   が上記旋回体の内周に向けて延びている旋回溝を有し、 上記外周面部と上記弁体内周面との当接面積を、上記弁
   体内周面に対向する上記旋回体外周面の全面積の半分以
   上とし、 上記旋回溝と上記軸方向流路とが少なくとも５個以上形
   成されている燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 上記旋回体の流路部分と上記弁本体の内
   周面とにより形成される軸方向流路の通路面積を、上記
   旋回溝の通路面積以上にした請求項１又は請求項２記載
   の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】 上記旋回体の軸方向端面が上記弁座に当
   接し、上記旋回体の弁座に面しない軸方向端面が上記弁
   本体の肩部に当接している請求項１から請求項３のいず
   れか１項に記載の燃料噴射弁。
5. 【請求項５】 上記旋回体の外周面部と上記弁本体の内
   周面部とを直径すきま７μｍ以下のすきまバメとした請
   求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料噴射
   弁。
6. 【請求項６】 上記旋回体の外周面部と上記弁本体の内
   周面部とは圧入により組み立てられた請求項１から請求
   項４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。