JPS6095186A - 間欠式渦巻噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は．接線通路ならびに渦巻室により燃料を旋回さ
せると共に噴射孔を通じてほぼ円錐状の燃料噴霧を供給
する間欠式渦巻噴射弁の改良で。

特に、燃料噴霧の角度，貫徹力（到達距＃）、微粒化等
の特性を針弁のリフト而に応じて制御するようにした渦
巻噴射弁に関する。

近年の自動車用内燃開開は，小形（小排気量）。

高速化の傾向にあり．そのために燃料噴射系においても
新たな性能が要求されてきている。すなわち回転数や負
荷の幅広い運転条件において機関の性能を最良に維持す
るには．それぞれの運転条件において常に最適適合が可
能な燃料噴射系が必要である。

例えば、ディーゼ／Ｉ／ｌ１！関川燃料噴射系は．主に
噴射ボンデと噴射管と燃料噴射弁とから構成されている
。このうち燃料噴射弁の噴霧特性は特に機関の性能に直
接的に影響していることは良く知られている。

例えば、従来の直接噴射式内燃機関においては。

ピストン頂面に形成した凹所のほぼ中央に燃料噴射弁を
配設し、複数の噴口より放射状に複数の噴霧を噴射する
。機関の吸入時に吸気弁や吸気通路などｔこよって発生
させた吸気渦流は圧縮行程末期においても存続し、凹所
内で燃料噴霧を渦流旋回方向におし流しながら混合気を
形成する。該凹所の直径は、ピストンまたはシリンダの
直径の４．０％ないし７０％の範囲内のものが一般に使
われている。したがって、ピストンの直径が１００Ｂ以
下の小型機関では、凹所径は小さくなり、しかも圧縮比
を大きくとろりとすると一層凹所の径が小さくなる。よ
って熔料喰射弁の複数の噴口から放射状に噴射した燃料
噴霧は、凹所の内側壁面に衝突し、壁面に液膜として（
１着して、または粗大粒として夕ｕ存するので有効に燃
焼しないため、燃焼のために有効な混合気が減少し、出
力および燃費の低下、吐煙発生の問題があった。

不発町名らが既側−試みている燃料＋Ｉｆｌ射弁のニつ
である渦巻噴射弁を１に液噴射式内燃機関に適用しその
有用ｉ生を確認しているが、この場合でも広い運転領域
にわた・っで理想的な混合気を形成して９良の機関性能
を得るには、運転条件に合せて渦巻噴射弁の噴霧特性が
異なる必要があることが判ってきた。したがって、運転
条件によって噴霧特性が異なる渦巻噴射弁の開発が必要
となってきている。

ところで１間欠式渦巻噴射弁には、−料に旋回を与える
ために第１図々示のように針弁１の周囲に接線通路とし
て接線溝４を設けたものＡや、＠２図々示のように渦巻
室６に接線的に連通ずる接線ポート６によるものＢや、
第８図々示のようにノズルボデー７の内腔８と針弁ｌの
間に隔壁部材９を設けこの周囲に接線溝１０を設けたも
のＣがある。これら間欠式渦巻噴射弁Ａ、Ｂ、Ｃいずれ
の場合も、燃料は接線溝や接線ボー１−で旋回流となり
、噴射孔から噴射されると微粒化されて噴霧を形成する
。これら噴射弁Ａ、Ｂ、Ｃはその他の噴射弁としての、
ホール弁やスロットρ弁、に比較して噴霧角は大きく微
粒化特性が優れているので、噴霧の到達距離は小さい。

しかしながら、従来の設計、製造手法による渦巻噴射弁
では噴霧角が大きすべるために、噴霧は燃焼室、壁面に
は衝突しないが、ピストン上面に付所してしまうととも
に、噴霧の貞壷力も極端に小さくなり、燃料粒が燃焼室
内で静止してしまう。

燃料粒が燃焼室内で静止してし＼ると、燃焼ガスをこ包
まれ、燃焼が進行しない。したがって燃料粒は燃焼が終
るまで燃焼室内で突き進んでいく力を持つ必要がある。

そのため、このように燃料を直接噴射するような内燃機
関に用いる渦巻噴射弁としては、内ａｍ関の運転条件に
対応して°良好な噴霧特性を発揮するものを使う必要が
ある。従来このよりな渦巻噴射弁を設ｆ１．製造する手
法は見出されていなかった。

しかも、前述の間欠式渦巻噴射弁Ａ、Ｂ、Ｃは。

弁体に設けた弁孔に鉛丹を摺嵌する構造であるため、弁
孔と針弁との間に所定の隙間が必須である。

かかる隙間は従来にあっては高圧燃料の洩れを防ぐ観点
から約２〜５μｍといった極力小さい値とするか、流体
力学的手段を施すといった設計、製造手法を採用してい
た。しかしこの隙間をきびしく管理することは容易では
なくまた精度の均一化を図ることは難しい。

一方、この種の１ｆｆｌ欠式渦巻噴射弁４．Ｂ、Ｃは。

噴霧角が大きいので、燃料粒が内燃機関の燃焼室又は吸
気管の壁面に付着することがあり、燃料粒の壁面への付
着を防止するため、噴霧角を燃焼室又は吸気管の形状な
いし寸法に適した角廖にする必要がある。ところが、従
来の間欠式渦巻噴射弁は、噴霧角をｆｆｉ単に所望の角
度にすることができない。

いま、渦巻噴射弁Ａ、Ｂ、Ｃの特性を、燃料の抵抗の大
きさを流量係数Ｃ０噴霧の形状な噴霧角αで代表させる
と、？？ｌ１ＩＳ噴射弁における接ｍ通路のｉＫ元によ
って、特性が異なってくる。特に、噴射孔径、Ｐ！線油
通路面積、接線通路の中心線と針弁の中心軸とのなす角
度、針弁接線通路と弁孔との隙間が渦巻噴射弁の特性に
大きな影響を与えることが判ってきた。このうち接線通
路の面積と針弁における接線通路と弁孔との隙間の影響
を第４図に示す。特に針弁接線通路における隙間は噴霧
角に最も大きな影響を与える。

そこで１本発明者らは、上記のような従来の隙間、噴秋
角、噴射孔等の状況からしてこれを改良し内燃機関の運
転条件をこ対応する噴霧特性を得るため数次の実験、解
析を行った。

そして、従来は隙間を単に燃料洩れ防止の観点からしか
考慮しなかったのに対し、かかる隙間を本発明者らは渦
巻噴射弁の性能を左右する必須要件として捉えた。すな
わち、内燃機関の運転条件に対応して前記噴霧角、流量
係数、到達距離等といった渦巻噴射弁に関する最適性能
を発揮するために、上記隙間を有効利用する画期的な手
法を確立し従来にはない機能を実奏する間欠式渦巻噴射
弁を案出した。

本発明の主たる目的は、上記の状況からして前記隙間等
を有効利用し内燃機関の運転条件に適合する所望の噴霧
角や流儀係数、到達距離を得ることができる間欠式渦巻
噴射弁を提供することである。

また１本発明のその他の目的は、構造簡単で。

製作及びＭ付けが宕易であり、精度は高く均一で。

かつ微粒化特性が良好で圧力損失の少ない高性能な間欠
式渦巻噴射弁を提供することである。

すなわち１本発明の間欠式渦巻噴射弁は、弁体に設けた
弁孔に針弁を摺嵌し、針弁の先端部が当接する弁孔の弁
座部に噴射孔を連設し、針弁が弁孔の弁座部からリフト
して離脱することにより開弁し、たときに燃料に旋回運
動を付与する接線通路を設は噴射孔を１じてほぼ円錐状
にＰ刺噴霧する間欠式渦巻噴射弁において＋　ｎｉ：記
接線通路の近傍であって弁孔と針弁との摺嵌する部位に
おける開口面精を針弁のリフト量に応じて増加および／
または減少させるようにしたことを特徴とする間欠式渦
巻噴射弁である、 さらに本発明は１記弁孔と釧ブｒとのｔ、Ｖ　Ｗする部
位において、弁孔側もしくは１弁側の少なくとも一方で
その開口面接を針弁のリフト量に応じて増加および／ま
たは減少させるようにしたことを特徴とする間欠式渦巻
噴射弁である。

本発明の間欠式渦巻噴射弁は、上記構成により接線通路
の近傍であって弁孔と針弁との摺嵌する部位における開
口面積が針弁のリフト量に応じて増加および／または減
少することによって、内燃機関の運転条件に対応する所
望の噴霧角、流量係数、到達距離、微粒化等の燃料噴霧
特性をもたらすことができる。このため１本発明の間欠
式渦巻噴射弁からほぼ円錐状に噴射した燃料噴霧は、燃
焼室凹所の壁面に衝突したりピストン上面に付着するこ
とはなく吸気流と相まって良好な混合完形成を図ると共
に、噴霧の貫徹力も維持さ、れて微細な燃料粒は燃焼が
終るまで燃焼室内を突き進んでいく。従って、燃料噴霧
は有効に燃焼して出力の向上、燃費の低減を図り吐煙発
生の問題を解消すると共に、排気ガス中の有害成分の発
生や燃焼騒音を著しく低減することができる。

次に１本発明の実施例について説明する。

第１実施例（第６図参照） 本第１実施例の間欠式渦巻噴射弁は、ノズルボデー７の
基端面に穿設した弁孔２に針弁１を摺嵌し、針弁１の基
端面に螺旋ばねを弾接し、弁孔２の先端部に針弁ｌの円
錐状先端部１２が当接する円錐状弁座部１８を設け９円
錐状弁座部１８からノズルボデー７の先端面に開口する
噴射孔１４を設け、針弁１の円柱状本体部と円錐状先端
部１２の境界付近の回りに位置するノズルボデー７に円
環状の渦巻室５を形成し、ノズルボデー７の基端面に穿
設した各供給通路１５の先端部から渦巻室祿 ５の外周面にその接続方向に沿った接線通路として接線
ボート６を設け、各供給通路１５と各接線ボート６を経
て渦巻室５に供給された燃料の圧力が上昇すると、針弁
ｌが螺旋ばねに抗して弁孔２の弁座部１８から離脱し、
針弁ｌの先端部１２と弁孔２の弁座部１８間の隙間を経
て渦巻室６が噴射孔１４に連通して開弁するように装置
し、供給通路１６．接線ボート６、渦巻室５及び４弁ｌ
の先端部１２と弁孔２の弁座部１８間の隙間によって、
開弁時に噴射孔１４に燃料を渦巻状ないし螺旋状に供給
する通路を構成している。

ところで１本第１実施例の間欠式渦巻噴射弁は。

接線ポート６の近傍で針弁１と弁孔２との摺嵌する部位
２０における隙間２１にはこれより大なる環状通路２２
が形成されて、いる。このため本例の間欠式渦巻噴射弁
は前記隙間２１から旋回せずに噴射孔１４に流通する燃
料流量が針弁１のリフトＳと共に変化する構成である。

本第１実施例の間欠式渦巻噴射弁においては。

内燃機関の運転条件に対応して従来困難とされていた所
望の噴霧角が得られる。

＠２実施例（第６図参照） 本第２実施例の間欠式渦巻噴射弁は、　ＪＩＪ例のそれ
が噴射孔１４に供給する燃料に旋回力を付与するのにノ
ズルポデー７に設けた接線通路を用いたボートタイプで
あるのに対し、噴射孔１４に供給する燃料に旋回力を付
与するのに針弁ｌに設けた接線溝４を用いたスクリュー
タイプである。その他の点は、前例のそれと同様又はほ
ぼ同様である６で、同一の符号を付して説明を省略する
。

ところで本第２ＷＭ施例の渦巻噴射弁は、その先端部分
において、針弁ｌの接線溝４が形成されている部位２０
（−外径ｄｏ）と弁孔２（内径ｄＩ）との隙間２１（Ｃ
＋およびｃｄから、旋回せずに噴射孔１４に流通する燃
料流量が、針弁ｌのリフトｆｓｌとともに変化する構成
である。

第８実施例（第７図参照） ｔ１ 本第８実施例の間欠式渦巻噴射弁はノズルポデー７の内
腔８と針弁１の間に隔壁部材９を設けこの周囲に接線溝
ＩＯを設けると共に、隔壁部材９の内部には１１ｔ−Ｆ
ｉｌを摺嵌する弁孔２を設けるｗａ成が前述の各実施例
と相違する。その他は前例とほぼ同様であるので同一符
号を付して説明を省略する。

ところで１本第３実施例の渦巻噴射弁において。

鉗ダ「ｌのリフトとともにしだいに隙間２１から旋回せ
ずに流通する燃料流量が増加するようにして。

噴霧角１，７１を漸次減少させることができる。

前述の各莢施例いずれの場合も針−１のリフト９゜噴霧
角αとの関係は第８図で示される通りである。

本発明の間欠式渦巻噴射弁は上記各実施例の態様に限ら
れず、その他畿多の態様を採り得るのであって、以下前
例と同一部分は同一符号を付して詳述は省略する。すな
わち、第９図は、渦巻噴射弁において針弁１の部位２０
に接する弁孔２の内径がｄ、からｄ２までとテーパ状に
変化しており。

また＠ｌＯ図は、渦巻噴射弁において固定された隔壁部
材９の弁孔２の内径がｄｌからｄ２までとテーパ状に変
化しており、いずれも針弁１のリフト（Ｓ）とともに隙
間２１がしだいに増加するために旋回しないで隙間２１
を流通する燃料が増加するため、噴霧角αは第１１図９
に示すようにしだいに減少する。

さらに第１２図及び第１８図は渦巻噴射弁において、針
弁１の外周には接線溝４とは別に逃し溝２３を有するＭ
成である。この逃し溝２８は接線溝４の途中から噴射孔
１４側に通じており、１弁１のリフトがＳ＋に達すると
燃料通路２４と導通して。

燃料は逃し溝ｚ３を通過するようになる。逃し溝２８は
旋回していないか、またはわずかに旋回しているだけな
ので、旋回速度をもたない燃料によ次に＠１４図ば渦巻
噴射弁において、針弁ｌの隔壁部材９の接線溝ｌＯに対
応した部分に逃し溝２３を有する構成であって、針弁ｌ
のリフトが８１に達すると逃し溝２３が燃剥通路２４と
導通して逃し溝２８を通って旋回速度をもたない燃料が
前記隔壁部材９の接線溝１０を通って旋回速度を持つ燃
料と合流するため噴霧角ａは小さくなる。第１２図ない
し第１４図々示の渦巻噴射弁の場合の針弁１のリフトＳ
と噴霧角ａとの関係は第１５図となるのである。

また、＠１６図は、渦巻噴射弁において針弁ｌには接線
溝４０を有し、さらにこのＰ線溝４・０の途中から噴射
孔１４に通ずる他の１−”ＩＤＬ上の接線溝４１．４１
を有する構成である。このため、噴霧初期には接線溝４
０を通ｊ３する燃ｔ１は剣−Ｒ１のリフトが８１に達す
ると接線？＋ｌ？　４１３−も１ＩＴＩ過Ｃるようにな
り、さらに鉗４Ｃｌのり７１がＳ、に５へする之接線Ｎ
４’２をも通過することとなるいしたがって針弁ｌのリ
フトがＳ、およびＳ２に達すると燃料がａ過する接線溝
の流路面積が増加するので（燃料が接線溝を通過する流
速は減少して旋回速度が遅くなり、その結果噴霧角ａは
小さくなる。次に、第１７図は渦巻噴射弁において、上
述と同様ｔこ、針弁ｌの隔壁部材９における接線溝ｌＯ
に対応する部分に、途中から噴射孔１＋に通ずるｅｌつ
以上の旋回溝２４．ｊｌ！５を有する構成である。

前記第１６図と同様に針弁ｌのリフトが８１に達−こな
るので、旋回溝中の燃料流速は減少し、噴霧角αは減少
することとなる。

したがってＩ！１′（許可ａと針弁ｌのリフトＳとの関
係は第１８図々示の通りとなる。なお、これらの旋回溝
Ｓ！４．２５などは１つ以上で、溝面積、溝の傾斜角な
ど目、前述の接線溝とそれぞれが同じである必要はなく
ほぼ同様の作用効拠を奏する。

なお、上記各実施例における開口面積の増減は。

これらに限らずこの他に第１９図丞び第２０図４示のよ
うに針弁ｌと４ｆ孔２との摺嵌する部位２０の印付部３
０を施すことによりそれぞれ番龜佳著４−↓４キーし斤
＄、４う二に二釘蔭陳４二に」辻士トろＡト争１−２−
と摺接−す金上述とほぼ同様な作用効果を奏する。

以上述べた構成からなる渦巻噴射弁は、Ｐ料が旋回しな
いか、または旋回が弱くなるように接線通路の近傍であ
って弁孔と針弁との摺嵌する部位における開口面積な針
弁のリフを全増加に対応して増加形成し、針弁のリフト
が増大すると燃料がこの開口面積を通過するようになっ
て、噴射する燃料の旋回速度が低下し、噴霧角ａが減少
する特性を有する。このため、内燃機関の運転状態が低
速時燃料噴霧が広角でｖｔｒｔｔ力小でありまた高速時
燃料噴霧が比較的狭い角度でｎ倣力大であることを必要
とする場合に最適である。

本発明の間欠式渦巻噴射弁は、上述の他に１例えば副室
式や空気重付、渦流室イ］のような内燃機関の運転状態
が低速時、燃料噴霧が比較的狭い角度で貫徹力が大であ
り、高速時には燃料噴霧が広角で貫徹力小であることを
必要とする場合には。

接線通路の近傍であって弁孔と釘升とのｔＰＪ嵌すゆ部
位における開口面積な針弁のリフト量増加に対応して減
少形成すればよい。すなわち、第２２図及び第２０図４
示のように針弁ｌのリフト増加に伴ない燃料が上記開口
面積２２を通過する量が減って１ｇＦ線通路４に集中す
ることとなり噴射する燃料の旋回速度が高まり噴霧角α
が増大する特性を発揮するのである。その他本発明の間
欠式渦巻噴射弁は、前記各実施例の選択組合せにより針
弁のリフト量に対応して上記開口面積の増加と減少との
両者を具備することができる。

なお上記各実施例にあっては、前記弁孔と針弁との摺嵌
する部位において、弁孔側または針弁側でその開口面積
を副弁のリフ）１９１に応じて増加および／または減少
させるようにしであるが、これに限らす弁孔側と針弁ｉ
ｌｌとの両者により開口面積な針弁のリフ計量に応じて
増加および／または減少させてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明を適用する間欠式渦巻噴射
弁をそ′れぞれ示す概要図、第４図は間欠式渦巻噴射弁
における諸元による特性を示す線図。 第５図ないし＠１９図は本発明の各実施例の間欠紅 式渦巻噴射弁の要部欠威の縦断面図ないし線図である。 ｌ・・・針　弁　２・・・弁　孔 １８・・・弁座部　１４・・・噴射孔 １２・・・先端部　５・・・渦巻室 １５・・・供給通路　６・・・接線ボー上４・・・接線
溝 特許出願人 株式会社　豊田中央研究所 外２名 Ｉ４ 第７図 第９図 第７６図 第１頁の続き ＠発明者　河゛村　清美 ０発明者木村　正信

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）　弁体に設けた弁孔に針弁を摺嵌し、針弁の先端部
   が当接する弁孔の弁座部に噴射孔を連設し。 針弁が弁孔の弁座部からリフトして離脱することにより
   開弁じたときに燃料に旋回運動を付与する接線通路を設
   は噴射孔を通じてほぼ円錐状に燃料噴霧する間欠式渦巻
   噴射弁において。 ｎＩＴｉｒ８接線通路の近傍であって弁孔と針弁との摺
   嵌する部位における開口面積を針弁のリフト量に応じて
   増加および／または減少させるようにしたことを特徴と
   する間欠式渦巻噴射弁。 ２）前記弁孔と針弁との摺嵌する部位において。 弁孔側もしくは針弁側の少なくとも一方でその開口面積
   な側弁のり７ト量に応じて増加および／または減少させ
   るようにしたことを特徴とする特許