WO2004106728A1

WO2004106728A1 - 液体用噴射弁

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Publication number: WO2004106728A1
Application number: PCT/JP2004/006387
Authority: WO
Inventors: Shogo Hashimoto
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2005-11-30
Also published as: JP2005016515A; TW200506193A

Abstract

　噴射される液体がノズル部材や気体通路の壁面に付着しないようにすることで液体と気体との適正な混合比を確保できるようにした液体用噴射弁を提供するものである。　ノズル空間２６の出口縁３４の近傍での区画壁２８に対する接線と弁体１２の中心軸Ａ−Ａとのなす角度が、弁体１２における弁座１８と接触する位置での外壁接線５と弁体１２の中心軸Ａ−Ａとのなす角度よりも小さくする。これによって、ノズル空間２６の出口縁３４から外部に向けて噴射される液体は、弁体１２の外壁接線５の方向より内側に向けて噴射されるので、液体が拡散することを防止して、気体通路の壁面への液体の付着を無くし、液体と気体との混合比が変動するという不具合を防止することができる。

Description

明細書

液体用噴射弁

技術分野

[0001] 本発明は、燃料等の液体を霧化して噴射するための液体用噴射弁に関する。

背景技術

[0002] 従来から、二輪車等の車両に搭載される内燃機関では、燃料噴射弁によって燃料を霧化して、その霧化した燃料を吸気通路へ噴射する電子制御燃料噴射装置が使用されている。従来既知の液体用噴射弁は特許文献 1に提示されており、この従来既知の液体用噴射弁を用いた電子制御燃料噴射装置を図 5に示す。

[0003] 電子制御燃料噴射装置 40は、ポンプ部 42と内燃機関用燃料噴射弁 (以下、 "燃料噴射弁"とする） 44と力ら成る。燃料噴射弁 44は主に、弁体 46と、その弁体 46の支軸 48と、その支軸 48を摺動自在に支持する筒状の弁座部材 (ノズノレ部材） 50と、その弁座部材 50の先端の弁座 52と、支軸 48の外壁と筒状の弁座部材 50の内壁との間に形成される燃料通路 54と、前記弁体 46と支軸 48とを図 5で上方に付勢して通常時に弁体 46を弁座 52に着座させるスプリング 56と、前記弁座部材 50の外側に空気通路 58を介して備えられるノズル部材 60と、空気通路 58の内部に燃料霧化促進用の空気を導入するためのアシストエアオリフィス 62等から構成される。

[0004] ノズノレ部材 60の先端中央部は円筒状のノズル空間 64となっており、そのノズル空間 64に弁体 46が露出している。ノズノレ空間 64にはまた、アシストエアオリフィス 62と連絡する空気通路 58が連絡している。弁体 46が弁座 52から離れると、燃料は燃料通路 54から弁体 46と弁座 52との間を通ってノズノレ空間 64に噴射される。ノズノレ空間 64に噴射される燃料は、燃料噴射弁 44の外部の吸気通路（図示せず）を経由して吸入弁（図示せず）に向力よう設定されている。ノズノレ空間 64に燃料が噴射される際に、吸気通路の負圧によって、アシストエアオリフィス 62から空気通路 58を経た空気がノズル空間 64に供給され、その空気と燃料通路 54からの燃料とがノズノレ空間 6 4で混合され、燃料の霧状を促進する。

[0005] なお、アシストエアオリフィス 62と空気通路 58とを省略したものも存在する。この場合は、弁座部材 50とノズノレ部材 60とを一体に形成し、その一体に形成したノズル部材に弁座 52とノズル空間 64とを形成する。

[0006] 図 6に示すように、弁体 46の側面外壁 66は円錐の側面外壁（但し頂部を除く）とほぼ同じ形状をしている。このため、弁体 46が開かれた場合に、燃料は弁体 46の側面外壁 66に沿った末広がりの円錐外壁方向（図 5及び図 6に示す点線矢印方向）に噴射される。この噴射された燃料は、ノズノレ部材 60におけるノズノレ空間 64の出口縁 68 とほぼ一致した位置を通過する力、、その出口縁 68よりやや内側位置を通過するように設定されている。

[0007] 特許文献 1 :実用新案登録第 2526627号公報 (第 2 - 3頁、第 1 - 2図）

[0008] 従来の燃料噴射弁 44では、燃料は末広がりの円錐外壁方向（図 5及び図 6に示す点線矢印方向）に噴射される。このため、吸気通路内に噴射される燃料は末広がりの円錐外壁方向に広く拡散され、吸気通路の壁面に付着する。この結果、所望の燃料が所望のタイミングでエンジンに供給されず、空燃比が変動するとレ、う不具合があつた。

[0009] また、従来の燃料噴射弁 44では、燃料はノズル部材 60の出口縁 68をかすめて外部に噴射される。このため、出口縁 68をかすめて通過する燃料の一部は、出口縁 68 付近のノズル部材 60の外壁 70に滴 72として付着する。この結果、燃料噴射弁 44から噴射される燃料の全てが吸気通路に噴射されないことになり、空燃比が変動するとレ、う不具合があった。

[0010] 燃料の他に、気体通路や気体空間へ霧化した液体を噴射するものとして、例えばディーゼルエンジンの排気ガスに尿素水溶液を噴霧する尿素噴射装置が知られている。これは、排気ガス通路の流れの中に尿素水溶液の混合気を噴霧することで、排気ガスに含まれる N〇xを低減させるものである。この尿素噴射装置における尿素の噴射弁は前述の燃料噴射弁 44と同じ構造であるので、尿素水溶液はノズルの出口縁付近の外壁に滴として付着したり、排気ガス通路の壁面に付着したりして、排気ガスに一定の尿素水溶液を噴射することができないという不具合があった。

[0011] 気体通路や気体空間へ霧化した液体を噴射するその他のものとして、例えば燃料電池において供給空気に加湿用の水を噴射する水噴射装置が考えられる。この水噴射装置における噴射弁も前述の燃料噴射弁 44と同じ構造が採用できる。加湿状態を一定にするために、加湿用の水はノズルの出口縁付近の外壁に滴として付着したり、空気通路の壁面に付着したりしなレ、ようにすることが望ましレ、。

発明の開示

[0012] 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、噴射される液体がノズル部材ゃ気体通路や気体空間の壁面に付着しないようにすることで液体と気体との適正な混合比を確保できるようにした液体用噴射弁を提供することを目的とするものである。

[0013] 上記目的を達成するための本発明に係る液体用噴射弁は、略円錐形の側面を有する弁体と、その弁体の側面が当接離間する弁座と、液体通路と、外部に開口すると共に前記液体通路と連絡可能なノズル空間と、そのノズル空間に対面する区画壁を備えたノズノレ部材とを有する液体用噴射弁において、前記ノズル空間の出口近傍での前記区画壁に対する接線と前記弁体の中心軸とのなす角度が、前記弁体における前記弁座と接触する位置での外壁接線と前記弁体の中心軸とのなす角度よりも小さくするようにしたものである。

[0014] 本発明は、前記ノズル空間の出口が前記弁体における前記弁座と接触する位置での接線の延長線より内側に位置するようにしたものである。本発明はまた、前記ノズル空間の奥側から出口側に向力前記区画壁の各位置での接線が前記弁体の側面外壁にほぼ沿った角度またはそれより外側に広がった角度から前記弁体の中心軸に平行な角度またはそれに近い角度まで角度を変えるようにしたものである。本発明は更に、前記区画壁における前記ノズル空間の出口付近から出口に至るまでの間の全ての位置の接線を前記弁体の中心軸に平行としたものである。本発明はまた、前記ノズル空間の出口における前記区画壁の接線を前記弁体の中心軸の延長線上の 1 点に集中するようにしたものである。本発明は更に、その内壁を前記区画壁の一部とする筒状突出部を前記ノズル部材から外側に突出するように備え、前記筒状突出部の先端部を前記ノズノレ空間の出口とし、前記筒状突出部の厚みを根元側または途中から出口側に向力うに伴って徐々に薄くするようにしたものである。

[0015] ノズノレ空間の出口近傍での区画壁に対する接線と弁体の中心軸とのなす角度を小さくすることで、ノズル空間の出口での噴射液体の広がり角度を従来の噴射液体の広がり角度を狭くして、液体噴射弁から噴射される液体を拡散することなく所望の方向に噴射する。これによつて、液体が気体通路壁面等に付着することがなくなり、液体と気体との混合比が変動する不具合を防止することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0016] 本発明は、噴射する液体がノズル部材ゃ気体通路等に付着するのを防止するため、ノズノレ空間の出口付近の区画壁の形状を工夫して噴射する液体の広がりを狭くする液体用噴射弁に関するものである。

[0017] 次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図 1は本発明に係る液体用噴射弁の要部断面図である。ここで、液体用噴射弁 10を内燃機関用燃料噴射弁として説明する。液体用噴射弁 10は、略円錐形の側面 (但し頂部を除く形状)を有する弁体 12と、その弁体 12の支軸 14と、その支軸 14を摺動自在に支持する筒状の弁座部材 (ノズノレ部材） 16と、その弁座部材 16の先端の弁座 18と、支軸 14の外壁と筒状の弁座部材 16の内壁との間に形成される燃料通路 (液体通路） 20と、前記弁座部材 1 6の外側に空気通路 22を介して備えられるノズル部材 24等を有している。ノズル部材 24の先端付近の中央には、外部に開口するノズノレ空間 26が形成されている。ノズル空間 26は、弁体 12の移動に伴って形を変える力弁体 12が弁座 18に着座している状態（図 1の状態）一番広い状態となる。ノズル部材 24におけるノズル空間 26に対面する内壁を区画壁 28とする。ノズル空間 26には、弁体 12が露出すると共に、図示しなレ、アシストエアオリフィスと連絡する空気通路 22が連絡してレ、る。

[0018] ノズノレ部材 24の外表面である外壁 30には、ノズノレ空間 26の出口の周囲を覆う筒状突出部 32がノズル部材 24に一体に形成されている。この筒状突出部 32の先端部はノズル部材 24の外壁 30より外側に突出しており、筒状突出部 32の内壁は本発明における区画壁 28の一部を構成する。この筒状突出部 32は、先端の出口縁 34に向力に従って厚みが薄くなるような形状に設定されている。その筒状突出部 32の出口縁 34はノズル空間 26の出口となる。なお、筒状突出部 32を（あるいは区画壁 28全体を含むものを含めて）ノズル部材 24とは別体に形成し、その別体に形成したものをノズノレ部材 24に固定するようにしても良い。

[0019] 区画壁 28は、図 2に示すように、ノズノレ部材における弁座 18のやや手前側（出口縁 34側）の位置から出口縁 34までとし、その区画壁 28における各位置での接線（ノズノレ空間 26に対向する区画壁 28での接線）が弁座 18のやや手前側の位置（これを「奥側」とする）力出口縁 34に向力うにつれて角度を変えるようにするものである。弁座 18のやや手前側の位置から出口縁 34にかけて適当な 4箇所の位置での区画壁 28の接線を、順に第一接線 1 ,第二接線 2,第三接線 3及び第四接線 4とする。第一接線 1は区画壁 28における奥側の端における接線とし、第四接線 4は出口縁 34 の近傍における接線とする。更に、弁体 12の側面外壁 36における弁座 18との接触箇所における接線を外壁接線 5とする。ノズル空間 26の出口の先端縁 34は、外壁接線 5の延長線 6(—点鎖線)より内側に位置するように設定する。

[0020] 図 3に、弁体 12の中心軸の往復移動方向を A— A線で示す。更に、 A— A線と外壁接線 5とのなす角度を Θ 5とし、 A-A線と外壁接線 5との交差点を Pとする。点 Pを中心として図 2の第一接線 1，第二接線 2，第三接線 3及び第四接線 4を引く。第一接線 1と A-A線とのなす角度を θ 1とし、第二接線 2と A-A線とのなす角度を Θ 2とし、第三接線 3と A-A線とのなす角度を Θ 3とし、第四接線 4と A-A線とのなす角度を Θ 4 とする。 6 2は6 1ょり小さく、 Θ 3は Θ 2より小さく、 Θ 4は Θ 3より小さレ、ものとする。本発明では、出口縁 34における第四接線 4と A— A線とのなす角度 Θ 4は、 A— A線と外壁接線 5とのなす角度 Θ 5より小さいものとする。第一接線 1の角度 θ 1は、弁体 12の外壁接線 5の角度 Θ 5にほぼ沿った（ほぼ平行な）角度かそれよりやや大きな角度になる。出口縁 34における第四接線 4は、 A— A線と平行（同一）か、あるいは A— A線より左右のどちらかの角度 Θ 4となることが望ましい。なお第四接線 4の角度 Θ 4が A— A 線を挟んで第三接線 3と反対側に位置する場合は、角度 Θ 4は必ずしも Θ 3より小さくなるとは限らない。

[0021] 区画壁 28の形状は、奥側から出口縁 34側に向かうにつれて、弁体 12の外壁接線 5に沿った角度またはそれより大きい角度から弁体 12の中心軸の移動方向（A— A線 )に平行力たはそれに近い角度まで接線の角度を変える形状とする。接線の角度は途中において同一接線角度を保つものもあり得る。なお、区画壁 28における出口縁 34付近から出口縁 34に至るまでのある程度の長さにおいて、その間の接線を A— A線と平行にするようにしても良レ、。更に、出口縁 34における第四接線 4を、 A— A線の延長線上の 1点に集中するように設定するようにしても良レ、。

[0022] 以上のように、弁体 12における弁座 18との接触位置での外壁接線 5と弁体 12の中心軸 A-Aとのなす角度よりも、ノズル空間 26の出口縁 34での区画壁 28に対する第四接線 4と弁体 12の中心軸 A— Aとのなす角度を小さくする。これによつて、ノズノレ空間 26の出口での噴射燃料の広がり角度を従来の噴射燃料の広がり角度よりも小さくすること力 Sできる。この結果、燃料噴射弁から噴射される燃料を従来と比べて拡散させなレ、ようにすることができ、図示しなレ、吸気通路 (気体通路）への燃料の付着を防いで、空燃比（気体と液体の混合比）が変動する不具合を防止することができる。また、ノズノレ空間 26の出口縁 34が弁体 12における弁座 18との接触位置での外壁接線 5 の延長線より内側に位置するように設定することで、噴射燃料の広がり角度を更に小さくすること力 Sできる。

[0023] ノズノレ空間 26に吐出される燃料は、区画壁 28に衝突するように区画壁 28の形状を設定することが望ましい。この場合、ノズル空間 26に吐出される燃料は、弁体 12の外壁接線 5に沿つた方向で区画壁 28に衝突するが、区画壁 28はノズノレ空間 26の奥側から出口縁 34に向けてその方向を変えているため、燃料は区画壁 28に沿ってスムースにその進行方向を変える。出口縁 34における第四接線 4は、弁体 12の中心軸の移動方向である A— A線と平行かそれに近い角度に設定してあるので、液体用噴射弁 10から噴射される燃料は拡散されることなくほぼ弁体 12の中心軸 A— Aの方向と平行かそれに近い角度に噴射される。この結果、噴射燃料を平行に近い方向に拡散することなく噴射できるので、噴射燃料を所望の方向に向ければ吸気通路の壁面への燃料の付着を防止でき、空燃比 (気体と液体の混合比）が変動するという不具合を防止することができる。

[0024] なお、区画壁 28における出口縁 34付近から出口縁 34に至るまでのある程度の長さにおいて、その間のどの位置での接線を A— A線と平行にした場合には、 A— A線と平行に所定の距離だけ燃料を移動させることにより、燃料の噴射方向を安定した方向に保つことができる。また、出口縁 34における第四接線 4が A— A線の延長上の一点に集中した場合には、噴射される燃料を例えば吸入弁等の所定の場所に集中させて噴射することができる。これによつて、従来のような燃料噴射の拡散を確実になくすことができる。

[0025] 前記筒状突出部 32をノズノレ部材 24の外壁 30から外方に突出させるようにしたことで、筒状突出部 32の厚みを根元側または途中から出口縁 34側に向力に伴って徐々に薄くすることができる。このように、筒状突出部 32の厚みを出口縁 34に向かうに伴って薄く形成することによって、ノズノレ空間 26の出口である出口縁 34では燃料の切れが良くなり、燃料がノズル空間 26の出口に付着するのを防止して、空燃比が変動するとレ、う不具合を防止することができる。

[0026] 次に、本発明の他の実施形態について説明する。図 4は本発明に係る他の液体用噴射弁の要部断面図である。前述の第一実施形態においては、空気通路 22を設けることから弁座部材 16とノズノレ部材 24とを別体に形成したが、この第二実施形態においては、空気通路 22を設けずに、弁座部材 16とノズル部材 24とを一体に形成したノズノレ部材 38を形成するものである。この第二実施形態は、弁座部材 16とノズノレ部材 24をノズノレ部材 38に代えた点のみが相違するだけであるので、第一実施形態と同様の効果を有する。

[0027] 以上のように、本発明に係る内燃機関用燃料噴射弁 (液体用噴射弁） 10によれば、ノズノレ空間 26の出口から外部に向けて噴射される燃料は、弁体 12の外壁接線方向よりも内側に向けて噴射されるので、従来と比べて燃料が拡散することを防止すること力 Sできる。この結果、吸気通路の壁面への燃料の付着を無くし、空燃比が変動するという不具合を防止することができる。また、ノズノレ空間 26の出口縁 34が弁体 12における弁座 18との接触位置での外壁接線 5の延長線より内側に位置することによつて、噴射燃料の広がり角度をより小さくすることができる。更に、ノズノレ空間 26の奥側力出口側に向力区画壁 28の形状を、弁体 12の外壁接線 5にほぼ沿った角度またはそれより外側に広がった角度から弁体 12の中心軸 A— Aに平行な角度またはそれに近い角度まで角度を変える形状とすることで、弁体 12の中心軸 A— Aと平行に近い方向に燃料を噴射できるので、燃料を拡散しないで噴射することができる。この結果、本発明は区画壁 28への燃料の付着の発生を無くし、空燃比が変動するといぅ不具合を防止することができる。また、ノズル空間 26の出口を筒状突出部 32として、先端の出口縁 34に向力につれて厚みを薄くなるよう形成した。この結果、ノズル空間 26の出口での燃料の切れが良くなり、燃料がノズノレ部材 24, 38に付着するのを防止して、空燃比が変動するという不具合を防止することができる。

[0028] 以上までの説明では、本発明に係る液体用噴射弁 10を、燃料を吸気通路に噴射する内燃機関用燃料噴射弁としたが、本発明の液体用噴射弁 10は内燃機関用燃料噴射弁に限るものではない。即ち、本発明に係る液体用噴射弁は、気体（空気に限るものではなレ、）が通過する気体通路内や気体空間内に液体を噴射するものであればどのようなものにでも適用することができる。例えばディーゼルエンジンの排気ガス通路に排気ガス中に含まれる NOxを低減させるための尿素水溶液を噴霧する尿素噴射装置に使用したり、例えば燃料電池の供給空気に加湿のために水を噴射する水噴射装置に使用したりしても良い。この場合、燃料通路 20は、尿素水溶液や水等の液体が通過する液体通路となる。

産業上の利用可能性

[0029] 以上のように本発明に係る液体用噴射弁によれば、液体を気体通路や気体空間の壁面に付着しないように噴射することができ、液体と気体との適正な混合比を確保できる。よって本発明に係る液体用噴射弁は、内燃機関用燃料噴射弁だけでなぐ気体通路内や気体空間内に液体を噴射するものであればどのようなものにでも適用すること力 Sできる。

図面の簡単な説明

[0030] [図 1]本発明に係る液体用噴射弁の要部断面図である。

[図 2]図 1に示す弁体とノズノレ部材の区画壁との接線を示す概念図である。

[図 3]図 2の接線を合成した説明図である。

[図 4]本発明に係る液体用噴射弁の要部断面図である。

[図 5]従来の電子制御燃料噴射装置の要部断面図である。

[図 6]図 5の要部断面図である。

符号の説明

[0031] 1 第一接線

2 第二接線

3 第三接線第四接線外壁接線液体用噴射弁弁体弁座燃料通路ノズル部材ノズル空間区画壁外壁筒状突出部出口縁ノズル部材

Claims

請求の範囲

[1] 略円錐形の側面を有する弁体と、その弁体の側面が当接離間する弁座と、液体通路と、外部に開口すると共に前記液体通路と連絡可能なノズノレ空間と、そのノズノレ空間に対面する区画壁を備えたノズノレ部材とを有する液体用噴射弁において、前記ノズノレ空間の出口近傍での前記区画壁に対する接線と前記弁体の中心軸とのなす角度が、前記弁体における前記弁座と接触する位置での外壁接線と前記弁体の中心軸とのなす角度よりも小さくしたことを特徴とする液体用噴射弁。

[2] 前記ノズル空間の出口が前記弁体における前記弁座と接触する位置での接線の延長線より内側に位置するようにしたことを特徴とする請求項 1記載の液体用噴射弁

[3] 前記ノズノレ空間の奥側から出口側に向力う前記区画壁の各位置での接線が前記弁体の側面外壁にほぼ沿った角度またはそれより外側に広がった角度から前記弁体の中心軸に平行な角度またはそれに近い角度まで角度を変えるようにしたことを特徴とする請求項 1記載の液体用噴射弁。

[4] 前記区画壁における前記ノズノレ空間の出口付近から出口に至るまでの間の全ての位置の接線を前記弁体の中心軸に平行としたことを特徴とする請求項 1記載の液体用噴射弁。

[5] 前記ノズル空間の出口位置における前記区画壁の接線を前記弁体の中心軸の延長線上の 1点に集中するようにしたことを特徴とする請求項 1記載の液体用噴射弁。

[6] その内壁を前記区画壁の一部とする筒状突出部を前記ノズル部材の外壁から外側に突出するように備え、前記筒状突出部の先端部を前記ノズル空間の出口とし、前記筒状突出部の厚みを根元側または途中力出口側に向力に伴って徐々に薄くするようにしたことを特徴とする請求項 1乃至 5記載の液体用噴射弁。