JPH1113587A

JPH1113587A - 筒内燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH1113587A
Application number: JP9166878A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Okamoto; 良雄岡本; Yuuzou Kadomukai; 裕三門向; Yoshiyuki Tanabe; 好之田辺; Yasuhisa Hamada; 泰久濱田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1999-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】筒内直噴式エンジンの燃料噴射装置は、燃焼火
炎にさらされるため３００℃程度に加熱される。この条
件では、ガソリン及びエンジン潤滑油の炭素化途上物で
あるデポジットが生成され、装置先端部への付着によっ
て噴射特性が経年変化し、エンジンの燃焼を阻害するの
で、これを防止する必要がある。【解決手段】燃料噴射装置の内部にあって、燃料に旋回
力を付与する燃料旋回素子の流路面積を、下流側の弁シ
ート部の流路面積、及び、さらに下流側の燃料開孔部の
流路面積よりも大きくなるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガソリンを燃焼室
内に直接噴射する筒内燃料噴射装置（以下、電磁式燃料
噴射弁と称す）にあって、内燃機関の燃焼の際に生成さ
れるデポジットや煤によって噴射流量の経時変化や噴霧
の特性悪化を防止するための該電磁式燃料噴射弁の流路
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の中でガソリンエンジンでは、
吸気管内に燃料を噴射する吸気管内燃料噴射装置が普及
している。そして、この吸気管内において、吸気された
空気と燃料とを混合して、燃焼室内でこの混合気を着
火，燃焼して動力を発生させている。一方、内燃機関の
中で、主に軽油等を燃料とするディーゼルエンジンで
は、燃焼室内に燃料を直接噴射して、この燃料を燃焼室
内の圧縮空気によって自然発火させて動力を得ている。

【０００３】ところで、上述のようなガソリンエンジン
においても燃焼室に直接燃料を噴射して、内燃機関の燃
費の向上や排気特性を改善するような筒内燃焼型が提案
されている。

【０００４】このような筒内噴射型のガソリンエンジン
では、ディーゼルエンジンとは異なり、着火手段として
の点火プラグが燃焼室頂部に配置されるため、電磁式燃
料噴射弁の取付け位置が制限される。つまり、排気弁近
傍は高熱になるので、燃料噴射弁を配設できない。一
方、吸気弁側には吸気通路が形成され空間スペースに制
約があるものの、燃焼ガスの影響が少ないので、吸気弁
近傍に電磁式の燃料噴射弁を設けることが提案されてい
る。

【０００５】電磁式燃料噴射弁は、シリンダヘッドの吸
気弁近傍にあるものの、エンジン駆動時には、シリンダ
ヘッドの温度がガソリンエンジンでは２５０〜３００℃
程度になる。したがって、電磁式燃料噴射弁の弁先端部
の温度もほぼ同程度の温度までに上昇する。このような
温度条件下では、噴射したガソリンやガソリンと混合し
たエンジン潤滑油の炭素化途上物であるデポジットの生
成が促進される。デポジットは、多くはアモルファスな
板状物であるが、さらに、温度が上昇すると炭素化が進
み、直径数１０ｎｍの粒構造をした煤が生成される。こ
のようなデポジットや煤は、燃焼室内の壁面や電磁式燃
料噴射弁の弁先端部に付着，堆積する。

【０００６】このデポジットや煤の堆積の不具合を解消
するために、特開平3−225068 号公報では、外部開閉式
のバルブ構造を用い、バルブヘッドの先端周縁部とボデ
ーの燃料噴射口の開口周縁部に、外側に向かって突出す
る環状の突起を設けている。これにより、エンジンから
の熱を他の部分に比べて集中的に受け入れて局部的に温
度を高め、付着した燃料液滴によるデポジットの生成を
抑制して的確な燃料噴射を図っている。

【０００７】また、特開平3−50378号公報には、外部開
閉式のバルブ構造を用い、バルブシート部より上流側に
円筒状の隙間を設けている。これにより、燃料の計量を
行い噴射量の安定化を図っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】燃焼室内の壁面に付着
したデポジットや煤は、断熱効率を高め燃焼効率が向上
するので、一般的には問題視されない。しかし、電磁式
燃料噴射弁の弁先端部、特に、弁先端部に設けられた燃
料開孔部付近及び開孔部内部にデポジットが付着，堆積
すると、噴射方向や噴霧形状が変化し噴霧粒径が大きく
なる。そのため、エンジンの燃焼に悪影響を与えるばか
りでなく、燃料開孔部を塞いで噴出抵抗が増大し所定の
燃料噴射量が得られなくなる。著しい場合には、燃料噴
射が不能となってエンジンの運転が妨げられるという不
具合を生じる恐れもある。

【０００９】そこで、上述の特開平3−225068 号公報に
記載の例では、ヒートスポットを設けて局所的に温度を
高めデポジットや煤の発生を低減しようとしているが、
ヒートスポットの熱容量が小さいので、吸気行程になる
と急激に温度が低下し、その時にデポジットが発生し次
の燃焼行程で炭化して、必ずしも所期の効果が得られな
い恐れがある。

【００１０】一方、特開平3−50378号公報に記載の例で
は、燃料噴射弁の開孔部付近に付着するデポジットや煤
に対しては十分な考慮がなされておらず、噴射方向や噴
霧形状が変化し噴霧粒径が大きくなる等、燃料噴射弁の
噴霧性能の劣化を引き起こす恐れがある。

【００１１】上記従来の技術における課題を解決するた
めの本発明の目的は、燃焼室に直接燃料を噴射可能な電
磁式燃料噴射弁において、その燃料開孔部付近に付着，
堆積するデポジットや煤に原因する噴霧性能の経時劣化
を少なくすることにある。

【００１２】本発明の他の目的は、デポジットや煤がた
とえ燃料噴射弁に付着しても、内燃機関に必要な燃料を
正確に計量できる電磁式燃料噴射弁を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第一の特徴は、内燃機関の燃焼室内に燃料を
直接噴射する電磁式燃料噴射弁であって、内部に燃料の
流通する燃料通路が形成されるとともに、該燃料通路の
開閉を行う弁部材と、該弁部材の開閉部の上流側に設け
られた燃料に旋回を与える燃料旋回部材と、前記開閉部
の下流側に設けられた燃料の通過を許す燃料開孔部とを
備え、前記燃料旋回部材の流路面積（Ａ₁）と前記弁部
材の開閉部の開口流路面積（Ａ₂）と前記燃料開孔部の
流路面積（Ａ₃）との関係がＡ₁＜Ａ₂＜Ａ₃となるように
構成したことことにある。

【００１４】そして好ましくは、Ａ₂とＡ₃の比Ａ₃／Ａ₂
が１.５以上となるように構成したことにある。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
用いて説明する。図１は本発明の一実施例を示す電磁式
燃料噴射弁１の縦断面図、図２は弁部を拡大した縦断面
図であり、図３は燃料旋回素子の溝通路の説明図であ
る。各々の図を用いて構造及び動作について説明する。

【００１６】電磁式燃料噴射弁１は、コントロールユニ
ットにより演算されたデューティのＯＮーＯＦＦ信号に
よりシート部の開閉を行うことにより燃料の噴射を実施
する。磁気回路は、有底筒状のヨーク３と、コア２と、
コア２に空隙を隔てて対面するプランジャ４とからな
り、該コア２はヨーク３の開口端を閉じる栓体部２ａ
と、ヨーク３の中心部に延びる柱状部２ｂとからなる。
柱状部２ｂの中心には穴が設けられており、この穴内に
はプランジャ４とロッド５とボール６からなる可動部４
Ａをノズル部材７に形成された燃料の通過を許す燃料開
孔部８の上流側のシート面９に押圧する、弾性部材であ
るスプリング１０が挿入保持されている。このスプリン
グ１０の上端は、セット荷重を調整するためにコア２の
中心に挿通されたスプリングアジャスタ１１の下端に当
接している。またスプリング１０の下端は、プランジャ
４に形成された穴４Ｂに当接している。

【００１７】コア２の柱状部２ｂ側とヨーク３の可動部
４Ａ側で対面する隙間部は、コイル１４側へ燃料が流出
するのを防ぐために、両者間に機械的に固定されたシー
ルリング１２が設けられている。磁気回路を励磁するコ
イル１４はボビン１３に巻かれ、その外周をプラスチッ
ク材でモールドされている。これらから成るコイル組立
体１５の端子１７は、コア２のつば部に設けた穴１６に
挿入されされている。この端子１７は、図示しないコン
トロールユニットの端子と結合されている。

【００１８】ヨーク３の下端部近傍には、プランジャ４
と嵌合するプランジャ受容部１８が開けられており、そ
の下部にはさらにプランジャ受容部１８より大径に形成
され、ストッパ１９及びノズル部材７と嵌合するノズル
受容部２０がヨーク先端まで貫通して設けられている。

【００１９】可動部４Ａは、磁性材料製プランジャ４
と、一端がプランジャ４に接合されたロッド５とロッド
５の他端に接合されたボール６とより成るが、ロッド５
のプランジャ４側には燃料の通過を許す空洞部５Ａが設
けてある。この空洞部５Ａには燃料の流出口５Ｂが設け
てある。また可動部４Ａは、プランジャ４の外周がシー
ルリング１２に当接することでその軸方向の動きを案内
されるとともに、他端部に接合されたボール６がノズル
部材７の中空部の内壁２１に挿入されている燃料旋回素
子２２の内壁に当接することでそれぞれガイドされてい
る。ノズル部材７には、ボール弁６をガイドする円筒状
の燃料旋回素子２２につづいて、ボール弁６をシートす
るシート面９が形成されており、シート面９の中央には
燃料の通過を許す開口孔８が設けられている。可動部４
Ａのストローク(軸上方への移動量)は、ロッド５の首部
の受け面５ａとストッパ１９間の空隙の寸法で決定され
る。なお、２５はフィルターで、燃料中や配管中のゴミ
や異物がバルブシート側へ侵入するのを防ぐために設け
られている。

【００２０】戻って、燃料旋回素子２２には、軸方向溝
２３と径方向溝２４ａ，２４ｂが設けてある。本実施例
では、軸方向溝２３は凹面状に形成しているが、環状通
路等他の形状であっても良い。かかる軸方向溝２３と径
方向溝２４ａ，２４ｂは、弁上方より導入される燃料通
路であるが、軸方向溝２３を通過した燃料は径方向溝２
４ａ，２４ｂにて軸中心より偏心導入される（図３参
照）。いわゆる、燃料に旋回が付与され、燃料開孔部８
より噴射する際の微粒化を促進する働きがある。ここ
に、燃料旋回素子２２により付与される旋回強度（スワ
ール数Ｓ）は次式で求められる。

【００２１】

【数１】

【００２２】ここに、ｄ₀ ：燃料噴射孔径Ｌｓ：溝の偏心量（図３参照）ｎ：溝の数 θ ：弁座の角度ｄｓ：流れ学的等価直径で溝幅Ｗと溝高さＨを用いて表
される。

【００２３】である。このスワール数を大きくすると、
微粒化が促進され噴霧が分散される。実施例では、２対
の溝の偏心量Ｌｓを有する燃料旋回素子２２を示してい
るが、本実施例に限らず上式で示される因子の範囲でス
ワール数の大きさを調整し得ることは言うまでもない。

【００２４】以上のように構成された、電磁式燃料噴射
弁１の動作を説明する。該噴射弁１は、電磁コイル１４
に与えられる電気的なＯＮ−ＯＦＦ信号により、可動部
４Ａを操作してバルブシート部９の開閉を行い、それに
よって燃料の噴射制御を行う。電気信号がコイル１４に
与えられると、コア２，ヨーク３，プランジャ４で磁気
回路が形成され、プランジャ４がコア２側に吸引され
る。プランジャ４が移動すると、これと一体になってい
るボール弁６も移動してノズル部材７の弁座のシート面
９から離れ燃料開孔部８を開放する。燃料は、図示しな
い燃料ポンプや燃料圧力を調整するレギュレータを介し
て加圧調整され、フィルター２５から噴射弁１の内部に
流入し、コイル組立体１５の下部通路，プランジャ４の
外周部分，ストッパ１９とロッド５の隙間，燃料旋回素
子２２の溝２３，２４ａ，２４ｂを通って、シート部へ
旋回供給され、開弁時に燃料開孔部８からエンジンの燃
焼室内に噴射される。

【００２５】ところで、本発明においては、電磁式燃料
噴射弁１の弁先端部を燃焼室内に配置しているので、燃
料開孔部８の出口近傍にデポジットや煤が付着するのを
避けることが出来ない。そこで、本発明においては、従
来、弁シート部や燃料開孔部で計量していた燃料の噴射
を燃料旋回素子２２で行っている。つまり、燃料旋回素
子２２の径方向通路２４ａ，２４ｂの総流路面積で燃料
の通過量を制限している。すなわち、弁シート部９の流
路面積は、燃料旋回素子２２の総流路面積より大きく、
更に、燃料開孔部８の流路面積は、弁シート部９の流路
面積より大きくなるように構成されている。

【００２６】したがって、弁シート部９はボール弁６に
よる燃料のＯＮ−ＯＦＦ機能、すなわち、スイッチング
機能を有するものであり、また、燃料開孔部８は噴霧の
広がり角度を調整する機能を有するものである。

【００２７】図４は、本発明にかかる各々の燃料通路の
流路面積を求める説明図である。

【００２８】

【数２】

【００２９】

【数３】

【００３０】

【数４】

【００３１】ここに、数２は、燃料旋回素子２２の流路
総面積Ａ₁ を示しており、矩形溝である径方向溝２４
ａ，２４ｂを水力直径に置き換えて示したものである。
また、数３は、弁シート部９が開孔したときの流路面積
Ａ₂ を示しており、燃料流路を閉止するときのボール弁
６とシート部９の接線におけるボール直径をＤ、閉止状
態から可動部４ＡがＳだけ持ち上げられたときのボール
弁６とシート部９との距離の正弦をｈ、そのときの垂線
とシート部９が交差する点の直径をＤ₁ として示され
る。また、数４は、燃料開孔部８における流路面積Ａ₃
を示したものである。

【００３２】本発明では、かかる流路面積Ａ₁、Ａ₂、Ａ
₃の大小関係がＡ₁＜Ａ₂＜Ａ₃なる関係で構成されてお
り、そして好ましくはＡ₃／Ａ₂が１.５以上となるよう
に構成されていることである。

【００３３】図５に、従来の流路構成と本発明との比較
結果を示している。図中１点鎖線は、弁シート部で計量
を行う従来の流路構成であり、実線は本発明の流路構成
を示している。図から明らかなように、従来の場合、燃
料供給圧力ＰF を減ずると噴霧の広がり角度θが早くか
ら変化するのに対して、本発明によると、噴霧の広がり
角度θは幅広い範囲でほぼ一定値をとることができる。
このような構成によると、たとえ、燃料開孔部８の出口
部や開孔部８内部に、また著しくは、弁シート部近傍
に、デポジットや煤が付着して流路抵抗が増大しても、
燃料をデポジットや煤の影響のない燃料旋回素子２２で
計量するので的確に噴射することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電磁式燃料噴射弁に設けた燃料旋回素子によって燃料の
計量を行っているため、噴射弁開孔部近傍に、付着，堆
積するデポジットや煤に原因する噴射性能の経時劣化を
防止することができる。また、内燃機関に必要な燃料を
正確に供給してエンジンの正常な運転を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である筒内燃料噴射装置の全
体断面図。

【図２】本発明の筒内燃料噴射装置の弁部分周辺の拡大
図。

【図３】燃料旋回素子の溝通路の説明図。

【図４】本発明の燃料通路を示す説明図。

【図５】燃料噴射圧力と噴霧角度の関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…電磁式燃料噴射弁、４Ａ…可動部、６…ボール、８
…燃料開孔部、９…シート面、２２…燃料旋回素子、２
３…軸方向溝、２４ａ，２４ｂ…径方向溝。

フロントページの続き (72)発明者田辺好之茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者濱田泰久茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する
電磁式燃料噴射弁であって、内部に燃料の流通する燃料
通路が形成されるとともに、該燃料通路の開閉を行う弁
部材と、該弁部材の開閉部の上流側に設けられた燃料に
旋回を与える燃料旋回部材と、前記開閉部の下流側に設
けられた燃料の通過を許す燃料開孔部とを備え、前記燃
料旋回部材の流路面積（Ａ₁）と前記弁部材の開閉部の
開口流路面積（Ａ₂）と前記燃料開孔部の流路面積
（Ａ₃）との関係がＡ₁＜Ａ₂＜Ａ₃となるように構成した
ことを特徴とする筒内燃料噴射装置。