JPH10141184A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隔壁への壁面付着を防止することにより品質
性の向上を図った燃料噴射弁を提供する。 【解決手段】 燃料噴射弁１の先端部には、バルブシー
ト７に嵌着されたノズルプレート１１が設けられ、ノズ
ルプレート１１には、内部から外部に向けて所定の角度
がつけられ、かつ、噴射燃料を絞るために所定の面積に
設定された噴射口１２が２ケ所備えられている。従っ
て、燃料１３が噴射口１２から噴射される場合には、適
正な方向にそれぞれ噴射されるように角度を設定してお
くことで、所望の各位置に各々噴射され、また、所定の
面積に設定しておくことで、噴射口１２を燃料計量口
（オリフィス）として機能させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に燃料を
供給するためのものであり、詳しくはエンジンの吸気管
内又はシリンダ内に燃料を噴射して混合気を作成するた
めの燃料噴射装置に備えられる燃料噴射弁に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】エンジンを駆動させる混合気を作成する
方式において、吸気管に燃料噴射弁を設けて、所定量の
燃料を噴射し、混合気を作成する方式がある。この燃料
噴射方式は、従来のキャブレター（気化器）方式に比べ
て混合比調節の自由度が高く、エンジンの性能を向上さ
せることの可能なものである。

【０００３】燃料噴射方式は、機械式と電子制御式に大
別される。機械式燃料噴射装置では、エンジンの回転速
度や空気流量に応じて燃料の供給流量を機械的に制御
し、燃料の所定の圧力で開弁する燃料噴射弁を備えたも
のである。

【０００４】また、電子制御式燃料噴射装置では、エン
ジンの状態に応じた要求噴射量をコントロールユニット
で決定し、応答性の優れたソレノイド式の電磁燃料噴射
弁等により、一定の圧力で供給される燃料を断続的に噴
射する方法や要求噴射量に応じた燃料を電磁弁により分
配して所定の圧力で開弁する燃料噴射弁により噴射する
ことが行われている。

【０００５】図８は従来技術に係る電子制御式の燃料噴
射装置１００の概略構成図である。燃料噴射装置１００
はソレノイド式の燃料分配装置３００と、燃料を噴射す
る複数の燃料噴射弁１０１と、燃料分配装置３００と各
々の燃料噴射弁１０１間を接続する燃料管２００をそれ
ぞれ備えている。

【０００６】まず、燃料分配装置３００により圧力調整
された燃料が、各燃料管２００に分配され、この分配さ
れた燃料は、各燃料噴射弁１０１へと圧送される。燃料
噴射弁１０１は適当な保持圧が得られるよう設定されて
おり、燃料管２００内の圧力が上昇し、各燃料噴射弁１
０１は、設定された保持圧まで燃料圧が下降するまでエ
ンジンシリンダに備えられた吸気弁に向けて燃料を噴射
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、例えば近年主流となってい
る４弁タイプ（吸気２弁、排気２弁）のエンジンに搭載
するような場合に、従来技術に係る燃料噴射弁１０１か
ら噴射される燃料１０４は単一方向のみであるために以
下のような問題が生じていた。

【０００８】図９は従来技術に係る噴射弁１０１によっ
て、エンジンシリンダ（４弁タイプのもの）に備えられ
た吸気弁に向けて燃料１０４が噴射される様子を示した
概略図である。

【０００９】図に示したように、吸気通路４０１内に隔
壁４０２を設けることによって、エンジンシリンダに備
えられた２つの吸気弁に噴射燃料が分配されるようにな
っている。

【００１０】なお、吸気弁・排気弁をそれぞれ２弁とし
たのは、吸気口および排気口の面積を大きく保ちなが
ら、かつ、開弁・閉弁スピードを保つためである。

【００１１】そして、上述のように従来技術に係る燃料
噴射弁１０１では、単一方向にのみ燃料１０４が噴射さ
れるため隔壁４０２に向けて燃料１０４を噴射すること
で、隔壁４０２により燃料１０４が２方向に分配されて
いる。

【００１２】そのため、隔壁４０２には燃料１０４が付
着しやすく、いわゆる壁面付着を起こし、エンジンのレ
スポンス（応答性）が低下してしまっていた。

【００１３】以下、簡単に壁面付着を起こすことにより
エンジンのレスポンス（応答性）が低下してしまう理由
について説明する。

【００１４】燃料噴射量は、エンジンシリンダ内などに
設けられた各センサの情報から、エンジン・コントロー
ル・ユニット（ＥＣＵ）により適切な噴射量を計算し噴
射量を調整する（なお、噴射量は噴射時間により決ま
る）。

【００１５】その際に、壁面付着を起こしていると、付
着燃料１０５が隔壁４０２を伝わって不規則にエンジン
シリンダ内に吸入されてしまう。すなわち、付着燃料１
０５はエンジンのピストンサイクルとは無関係にエンジ
ンシリンダ内に吸入されていくために、ある時は、付着
燃料１０５が隔壁４０２を伝わっている途中で吸入遅れ
によりＥＣＵが燃料が希薄であると認識して、燃料の増
量補正命令を出したり、ある時は、付着燃料１０５が吸
入されて燃料オーバーと認識して、燃料の減量補正命令
を出したりと、ＥＣＵの計算における誤差を生じさせる
原因となっている。

【００１６】このように生じた誤差により燃料の噴射量
は不安定となり、同時に、エンジンシリンダ内に吸入さ
れる燃料の量も不安定なものとなり、エンジンのレスポ
ンスが低下する。

【００１７】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、隔壁
への壁面付着を防止することにより品質性の向上を図っ
た燃料噴射弁を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、バルブシートと、該バルブシート
に開口する流路に形成されたシート面に対して接離自在
に設けられた弁体と、該弁体に接続すると共に前記流路
に挿通される弁棒と、該弁棒を前記弁体の閉弁方向に付
勢し前記弁体をシート面に当接させる付勢手段とを備
え、前記バルブシートの流路に供給される流体の圧力に
より、前記弁体が開弁して流体を噴射する燃料噴射弁に
おいて、流体の噴射方向先端部に、所定の面積、かつ内
部から外部に向けて所定の角度を有した噴射口を複数備
えたノズルプレートを設けたことを特徴とする。

【００１９】したがって、ノズルプレートに備えられた
各々の噴射口によって、各噴射口の設定された面積によ
り所定の噴射量で、また、設定された角度により所定の
方向にそれぞれ燃料が噴射される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに限定する
趣旨のものではない。

【００２１】図１乃至図４には本発明の実施の形態に係
る燃料噴射弁について示されている。図１は本発明の実
施の形態に係る燃料噴射弁の概略構成断面図であり、図
２は図１における要部拡大図であり、図３は本発明の実
施の形態に係る燃料噴射弁の使用時を示す概略構成図、
すなわち、エンジンシリンダに連結された吸気通路に組
み立てられた状態を示す概略構成一部断面図であり、図
４は本発明の実施の形態に係る燃料噴射弁の使用状態を
示す概略図、すなわち、エンジンシリンダ（４弁タイプ
のもの）に備えられた吸気弁に向けて燃料が噴射される
吸気通路内の様子を示した概略図である。

【００２２】燃料噴射弁１は、例えばエンジンを駆動さ
せるための混合気を作成するために、エンジンの吸気部
に設けられ、不図示のコントロールユニット等により決
定されるエンジンの状態に応じた噴射タイミングや噴射
量となるように燃料を噴射するものである。

【００２３】そして、このように使用される場合には燃
料噴射弁１には、不図示の燃料加圧ポンプ及びプレッシ
ャレギュレータにより一定圧に加圧されると共に、所定
のタイミングで開弁する電磁弁により、燃料管３を介し
て断続的な圧力波を伴う燃料が供給される。そして、燃
料噴射弁１は燃料の圧力により開弁して燃料を噴射す
る。

【００２４】図１に示すように、燃料噴射弁１は、筒状
のシリンダボディ２を備え、その内径部の一方の端部で
ある燃料供給側Ｓ１に接続室２ａを備え、この接続室２
ａに燃料管３が接続されており、また、接続室２ａと燃
料管３との間を密封するためにＯリング４が取り付けら
れている。

【００２５】燃料噴射弁１の他方の端部は燃料噴射側Ｓ
２となり、図３に示したようにエンジンシリンダ２０の
吸気部に備えられた取り付け孔５に嵌合され、外径側に
凹溝部２ｂが形成されており、この凹溝部２ｂにＯリン
グ６が嵌め込まれ、取り付け孔５との密封状態が形成さ
れる。

【００２６】そして、燃料噴射弁１は燃料噴射側Ｓ２の
内径部に、筒状のバルブシート７を嵌合して同軸的に接
続している。バルブシート７は内径部が開口する流路７
ａとなり、噴射される燃料が供給される。この流路７ａ
の端部にはシート面７ｂが形成され、シート面７ｂに対
して弁体である鋼球８が接離自在に設けられている。

【００２７】鋼球８は、弁棒９に接続されている。接続
方法としては、従来技術と同じ溶接による方法を採用す
ることができるが、ねじ込み方式や圧入方式またはこれ
らの方式を組み合わせて接続することも可能である。

【００２８】また、弁棒９の他端部には付勢手段として
のコイルスプリング１０が設けられており、このコイル
スプリング１０の付勢力により、弁棒を付勢して、鋼球
８をシート面７ｂに当接させて、燃料管３により供給さ
れる燃料の圧力が所定値よりも低い時には、燃料噴射弁
１の燃料噴射を行わないように閉弁状態としている。そ
して、燃料管３により供給される燃料の圧力が所定値よ
り高くなると、コイルスプリング１０の付勢力に抗して
鋼球８がシート面７ｂから離脱して開弁状態として、燃
料噴射を行う。

【００２９】図２には図１における要部、すなわち、燃
料噴射弁１の先端部の拡大図が示されている。図に示す
ように燃料噴射弁１の先端部には、バルブシート７に嵌
着されたノズルプレート１１が設けられている。このノ
ズルプレート１１には、内部から外部に向けて所定の角
度がつけられ、かつ、噴射燃料を絞るために所定の面積
に設定された噴射口１２が２ケ所備えられている。

【００３０】従って、燃料１３が噴射口１２から噴射さ
れる場合には、適正な方向にそれぞれ噴射されるように
角度を設定しておくことで、所望の各位置に各々噴射さ
れ、また、所定の面積に設定しておくことで、噴射口１
２を燃料計量口（オリフィス）として機能させることが
できる。

【００３１】図３および図４を用いてより具体的に説明
すると、燃料噴射弁１の噴射口１２から噴射した燃料１
３はエンジンシリンダ２０に連結された吸気通路２１を
通って、隔壁２２により隔てられて設けられた２ケ所の
吸気弁２３にそれぞれ送られる。

【００３２】この際、２ケ所の噴射口１２はそれぞれ適
正な角度および面積に設定されているので、噴射される
燃料１３は隔壁２２に直接当ることなく、それぞれ適正
な方向（位置）および量で噴射される。

【００３３】したがって、隔壁２２に燃料が付着してし
まうようなことはほとんどなく、付着燃料が隔壁２２を
伝わって不規則にエンジンシリンダ２０内に吸入されて
しまうようなこともなく、各々の吸気弁２３からはそれ
ぞれ適正量の燃料１３が吸入されることになるため、Ｅ
ＣＵにより適正燃料を計算する際の誤差原因が解消さ
れ、エンジンのレスポンスが向上する。

【００３４】なお、本実施の形態においては、エンジン
シリンダが４弁タイプのもの、すなわち、吸気弁２３が
２つあるものについての場合であるため、噴射口１２が
２つ設けられたものとしたが、もちろんこれに限るもの
ではなく、エンジンシリンダに備えられた吸気弁２３の
個数に対応して噴射口１２の数を設定することができ
る。

【００３５】次に、燃料噴射装置の性能を評価する１つ
の指標であるダイナミックレンジ特性について、従来技
術に係る燃料噴射弁を搭載した場合と本実施の形態に係
る燃料噴射弁を搭載した場合との比較した結果を示す。

【００３６】図５は従来技術に係る燃料噴射弁を用いた
場合の測定結果を示したものであり、図６は本実施の形
態に係る燃料噴射弁を用いた場合の測定結果を示したも
のである。

【００３７】図から分かるように、従来技術では、Ｄ／
Ｒ＝４．５２であるのに対して本実施の形態により、Ｄ
／Ｒ＝５．５３となり、ダイナミックレンジ特性が向上
したことが分かる。

【００３８】なお、以下にダイナミックレンジ特性につ
いて図７を用いて簡単に説明する。燃料噴射装置による
噴射時間を２．５（ｍｓ）と７．５（ｍｓ）の場合のそ
れぞれの流量Ｑ（２．５）とＱ（７．５）とを結ぶ直線
を理想直線という。そして、駆動周波数を１００Ｈｚを
保ったまま噴射時間を変化させ（デューティ比）、それ
ぞれの流量（Ｑ）を測定する。すると、図のように短パ
ルスおよび長パルスで理想直線から外れる不安定な箇所
が出てくる。すなわち、ａ点およびｂ点がしきい値から
外れる点であり、通常理想直線から５％外れる所がしき
い値である。そして、ＴｍｉｎからＴｍａｘに至る領域
が安定領域と定める。なお、Ｔｍは理想直線から考え噴
射量が０となるポイントであり、ソレノイドの応答遅れ
分に相当する。

【００３９】このようにして、以下の無次元の式が得ら
れる。

【００４０】 Ｄ／Ｒ＝（Ｔｍａｘ−Ｔｍ）／（Ｔｍｉｎ−Ｔｍ） この式より得られる値が高いほど、ダイナミックレンジ
特性が優れていることを示している。なお、アイドリン
グ時の噴射時間がａ点よりも短くなるとエンジンの回転
数が不安定よなり、また、ｂ点が１０ｍｓに近い程、高
回転・高負荷（高出力）エンジンに対応できるものであ
る。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、ノズルプレートに備えられた
各々の噴射口によって、各噴射口の設定された面積によ
り所定の噴射量で、また、設定された角度により所定の
方向にそれぞれ燃料が噴射されるので、エンジンシリン
ダに備えられた各々の吸気弁に対応させて面積・角度を
設定させることで、適正な要求量および適正な方向でそ
れぞれ燃料が噴射されるので、吸気弁と吸気弁の隔壁へ
の燃料の付着が防止され、エンジンシリンダ内には常に
適正な量で燃料が吸入されることによりエンジン回転数
が安定し、品質性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施の形態に係る燃料噴射弁の
概略構成断面図。

【図２】図２は図１における要部拡大図。

【図３】図３は本発明の実施の形態に係る燃料噴射弁の
使用時を示す概略構成図。

【図４】図４は本発明の実施の形態に係る燃料噴射弁の
使用状態を示す概略図。

【図５】図５は従来技術に係る燃料噴射弁を用いた場合
のダイナミックレンジ特性の測定結果。

【図６】図６は本実施の形態に係る燃料噴射弁を用いた
場合のダイナミックレンジ特性の測定結果。

【図７】図７はダイナミックレンジ特性の説明図。

【図８】図８は従来技術に係る燃料噴射装置の概略構成
図。

【図９】図９は従来技術に係る噴射弁の使用状態を示す
図。

【符号の説明】

１ 燃料噴射弁 ３ 燃料管 ７ バルブシート ８ 鋼球 ９ 弁棒 １０ コイルスプリング １１ ノズルプレート １２ 噴射口 ２０ エンジンシリンダ ２２ 隔壁 ２３ 吸気弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バルブシートと、該バルブシートに開口す
   る流路に形成されたシート面に対して接離自在に設けら
   れた弁体と、該弁体に接続すると共に前記流路に挿通さ
   れる弁棒と、該弁棒を前記弁体の閉弁方向に付勢し前記
   弁体をシート面に当接させる付勢手段とを備え、前記バ
   ルブシートの流路に供給される流体の圧力により、前記
   弁体が開弁して流体を噴射する燃料噴射弁において、 流体の噴射方向先端部に、所定の面積、かつ内部から外
   部に向けて所定の角度を有した噴射口を複数備えたノズ
   ルプレートを設けたことを特徴とする燃料噴射弁。