WO2005035974A1 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

　　円錐状の弁座（８）及び，この弁座（８）の下流端に連なる弁座孔（７）を弁座部材（３）に設け，また弁座部材（３）と，インジェクタプレート（１０）との間に，弁座孔（７）から半径方向に広がる偏平な燃料拡散室（４３）を形成し，この燃料拡散室（４３）に開口する複数の燃料噴孔（１１）をインジェクタプレート（１０）に穿設した燃料噴射弁において，燃料噴孔（１１）を，弁座孔（７）から半径方向外方に離隔して配置すると共に，燃料拡散室（４３）の高さをｔ１，弁座孔（７）の長さをｔ２としたとき，ｔ２／ｔ１≧２とした。これにより、弁座孔の長さと燃料拡散室の高さの大小関係，並びに弁座孔及び燃料噴孔の相対位置関係を合理的に設定して，噴射燃料の効果的な微粒化を図ることができる。

Description

明 細 書

燃料噴射弁

技術分野

[0001] 本発明は，主として内燃機関の燃料供給系に使用される燃料噴射弁に関し，特に

,弁座部材に，弁組立体の弁部と協働する円錐状の弁座と，この弁座の下流端に連 なる弁座孔とを設け，また前記弁座部材と，それに接合されるインジェクタプレートと の間に，前記弁座孔の下流端を中心部に開口させて半径方向に広がる偏平な燃料 拡散室を形成し，この燃料拡散室に開口する複数の燃料噴孔を前記インジヱクタプ レートに穿設した燃料噴射弁の改良に関する。

背景技術

[0002] 力 Aる内燃機関用燃料噴射弁は，下記特許文献 1に開示されているように，既に知 られている。

特許文献 1 :日本特開 2000-97129号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 力ゝ る燃料噴射弁は，弁座及び弁座孔を通過した高圧の燃料を，拡散室で拡散さ せてから燃料噴孔カゝら噴射するようにして，燃料の噴霧方向及び噴霧角度を，各燃 料噴孔の方向及び形状に応じた適正なものとすることを狙っている。

[0004] し力しながら，従来のものでは，燃料噴孔カもの噴射燃料の微粒ィ匕が充分ではなく ,し力も燃料流量が所定通り得られず，それは弁座孔の長さと燃料拡散室の高さの 大小関係，弁座孔及び燃料噴孔の相対位置関係が合理的でな力つたことによること が半 lj明した。

[0005] 本発明は，力ゝ る事情に鑑みてなされたもので，弁座孔の長さと燃料拡散室の高さ の大小関係，弁座孔及び燃料噴孔の相対位置関係を合理的に設定して，燃料噴孔 力ゝらの噴射燃料を効果的に微粒化させ得ると共に，燃料流量が所定通り得られるよう にした燃料噴射弁を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 [0006] 上記目的を達成するために，本発明は，弁座部材に，弁組立体の弁部と協働する 円錐状の弁座と，この弁座の下流端に連なる弁座孔とを設け，また前記弁座部材と， それに接合されるインジェクタプレートとの間に，前記弁座孔の下流端を中心部に開 口させて半径方向に広がる偏平な燃料拡散室を形成し，この燃料拡散室に開口す る複数の燃料噴孔を前記インジェクタプレートに穿設した燃料噴射弁であって，前記 燃料噴孔を，前記弁座孔から半径方向外方に離隔して配置すると共に，前記燃料 拡散室の高さを tl,前記弁座孔の長さを t2としたとき， t2Ztl≥2としたことを第 1の 特徴とする。

[0007] また本発明は，第 1の特徴に加えて，前記燃料拡散室の高さを，前記燃料噴孔が 臨む部分で 20— 110 mとしたことを第 2の特徴とする。

[0008] さらに本発明は，第 1又は第 2の特徴に加えて，前記弁座孔及び燃料拡散室間の 角部に面取りを施したことを第 3の特徴とする。

[0009] さらにまた本発明は，第 1一第 3の特徴の何れかに加えて，前記燃料拡散室を，そ の高さが半径方向外方に向力つて減少するように形成したことを第 4の特徴とする。 発明の効果

[0010] 本発明の第 1の特徴によれば，開弁時，先ず，弁座を通過した燃料は弁座孔を下 る。この弁座孔では，その長さが拡散室に比して充分に長いので，燃料を効果的に 整流させて燃料拡散室に移すことができ，燃料の滞留を防ぐことができる。

[0011] 弁座孔から，弁座孔の長さより遥かに薄い偏平な燃料拡散室に移った燃料は高速 で半径方向外方に広がり，燃料拡散室の内周壁に勢いよく衝突して，燃料拡散室の 圧力を各部均等に上昇させることができ，したがって，その各部均等な高圧をもって 燃料は燃料噴孔力 噴射されることになるから，燃料噴孔力 の噴射燃料の微粒ィ匕 を促進することができると共に，噴霧フォームの方向及び形状を常に安定させること ができる。し力も弁座孔での整流により燃料の滞留がないことから，燃料流量の減少 を防ぎ，所定の燃料噴射量を確保することができる。

[0012] また本発明の第 2の特徴によれば，弁座孔から燃料拡散室に移った燃料が高速で 且つ膜状に半径方向に広がり，この膜状燃料が燃料噴孔カゝら高速で噴射されるとき ,燃料流が各燃料噴孔の内周壁カゝら剥離を生じることで，噴射燃料の微粒ィ匕を一層 効果的に促進することができる。し力も，燃料拡散室によるデッドボリュームを極小に することができ，温度変化に対する燃料の流量特性を安定させることができる。また 燃料拡散室では毛細管現象により，残存燃料の流出を回避して，燃料噴射後の各 燃料噴孔カもの燃料だれを防ぎ，内燃機関の排気ェミッションの低減に貢献すること ができる。

[0013] さらにまた本発明の第 3の特徴によれば，弁座孔から燃料拡散室への燃料の移行 力 Sスムーズに行われ，燃料拡散室での燃料流量の減少と圧力低下を防ぐことができ る。

[0014] さらにまた本発明の第 4の特徴によれば，燃料拡散室は，燃料が半径方向に広が るにつれて，その高さを減少させる流れに略対応した合理的な形状となり，その結果 ,燃料により燃料拡散室の圧力を一層各部均等に高めることができ，各燃料噴孔か らの噴射燃料の微粒ィ匕の一層の促進と，噴霧フォームの一層の安定化を図ることが できる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は本発明の第 1実施例に係る内燃機関用電磁式燃料噴射弁の縦断面図で ある。（実施例 1)

[図 2]図 2は図 1の要部拡大図である。（実施例 1)

[図 3]図 3は図 2の 3矢視図である。（実施例 1)

[図 4]図 4は本発明の第 2実施例を示す，図 2に対応した断面図である。（実施例 2) [図 5]図 5は本発明の第 3実施例を示す，図 2に対応した断面図である。（実施例 3) 符号の説明

[0016] I 電磁式燃料噴射弁

3 弁座部材

4 スぺーサ

7 弁座孔

8 弁座

10 インジェクタプレート

11 燃料噴孔 14 弁組立体

16 弁部

41 燃料集合室

43 燃料拡散室

43a 段部

発明を実施するための最良の形態

[0017] 本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明 する。

[0018] 先ず，図 1一図 3に示す本発明の第 1実施例より説明する。

実施例 1

[0019] 図 1において，内燃機関用電磁式燃料噴射弁 Iのケーシング 1は，円筒状の弁ハウ ジング 2 (磁性体）と，この弁ハウジング 2の前端部に液密に結合される有底円筒状の 弁座部材 3と，弁ハウジング 2の後端に環状のスぺーサ 4を挟んで液密に結合される 円筒状の固定コア 5とから構成される。

[0020] スぺーサ 4は，非磁性金属，例えばステンレス鋼製であり，その両端面に弁ハウジ ング 2及び固定コア 5が突き当てられて液密に全周溶接される。

[0021] 弁座部材 3及び弁ハウジング 2の対向端部には，第 1嵌合筒部 3a及び第 2嵌合筒 部 2aがそれぞれ形成される。そして第 1嵌合筒部 3aが第 2嵌合筒部 2a内にストツバ プレート 6と共に圧入され，ストッパプレート 6は，弁ハウジング 2と弁座部材 3間で挟 持される。その後，第 1嵌合筒部 3aの外周面と第 2嵌合筒部 2aの端面とに挟まれる 隅部の全周にわたりレーザ溶接を施すことにより，弁ハウジング 2及び弁座部材 3が 相互に液密に結合される。

[0022] 弁座部材 3には，円錐状の弁座 8と，この弁座 8の下流端に連なる弁座孔 7と，この 弁座 8の大径部に連なる円筒状のガイド孔 9とが形成され，そのガイド孔 9は，前記第 2嵌合筒部 2aと同軸状に形成される。

[0023] 弁座部材 3の前端面には，上記弁座孔 7と連通する複数の燃料噴孔 11を有する鋼 板製のインジェクタプレート 10 (図 2参照）が液密に全周溶接される。

[0024] 弁ハウジング 2及びスぺーサ 4内には，固定コア 5の前端面に対向する可動コア 12 が収容され，スぺーサ 4の内周面には，可動コア 12を軸方向摺動自在に支承する環 状のガイド面 13が突設される。

[0025] 可動コア 12は，その一端面力 前記弁座 8側に延びる小径の杆部 15を一体に備 えており，この杆部 15の先端に，前記弁座 8に着座し得る球状の弁部 16が溶接によ り固着される。而して，可動コア 12,杆部 15及び弁部 16によって弁組立体 14が構成 される。

[0026] 弁部 16は，前記ガイド孔 9に軸方向摺動自在に支承されるもので，その外周面に は，ガイド孔 9内での燃料の流通を可能にする複数の平面部 17が等間隔置きに並 ベて形成される。

[0027] 前記ストッパプレート 6には，杆部 15が貫通する切欠き 18が設けられており，このス トツパプレート 6の，弁座 8側端面に対向するストツパフランジ 19が杆部 15の中間部 に形成されている。これらストッパプレート 6及びストッパフランジ 19間には，弁部 16 の閉弁時，即ち弁座 8への着座時，弁部 16の開弁ストロークに対応する間隙が設け られる。

[0028] 一方，固定コア 5及び可動コア 12間には，弁部 16の開弁時，即ち弁部 16の弁座 8 力もの離座時でも，両コア 5, 12の当接を避けるに足る間隙が設けられる。

[0029] 固定コア 5は，可動コア 12の通孔 20を介して弁ハウジング 2内と連通する中空部 2 1を有しており，その中空部 21に，可動コア 12を弁部 16の閉じ方向，即ち弁座 8へ の着座方向に付勢するコイル状の弁ばね 22と，この弁ばね 22の後端を支承するパ イブ状のリテーナ 23とが収容され，リテーナ 23は，固定コア 5に，その外周からの力 シメにより固定される。可動コア 12の後端面には，弁ばね 22の前端部を受容する位 置決め凹部 24が形成されており，また弁ばね 22のセット荷重は，リテーナ 23の固定 コア 5への固定位置によって調整される。

[0030] 固定コア 5の後端には，パイプ状のリテーナ 23を介して固定コア 5の中空部 21に連 通する燃料入口 25を持つ入口筒 26がー体に連設され，その燃料入口 25に燃料フ ィルタ 27が装着される。

[0031] スぺーサ 4及び固定コア 5の外周にはコイル組立体 28が嵌装される。このコイル組 立体 28は，スぺーサ 4及び固定コア 5の外周面に嵌合するボビン 29と，これに卷装さ れるコイル 30とからなっており，このコイル組立体 28を囲繞するコイルハウジング 31 の一端部が弁ハウジング 2の外周面に溶接により結合される。

[0032] コイルノヽウジング 31,コイル組立体 28及び固定コア 5は合成樹脂製の被覆体 32内 に埋封され，この被覆体 32の中間部には，前記コイル 30に連なる接続端子 33を収 容する力ブラ 34がー体に連設される。

[0033] この被覆体 32の前端面と，弁座部材 3の前端部に嵌着される合成樹脂製のキヤッ プ 35との間に弁座部材 3の外周面に密接する Oリング 37が装着され，この Oリング 3

7は，この電磁式燃料噴射弁 Iを図示しな 、吸気マ二ホールドの燃料噴射弁取り付け 孔に装着したとき，その取り付け孔の内周面に密接するようになっている。

[0034] さて，弁座部材 3の弁座孔 7周りの構造について，図 2及び図 3を参照しながら詳し く説明する。

[0035] 弁座部材 3には，弁座 8の下流端と弁座孔 7の上流端との間に，それらを相互に接 続する環状の凹部 40が形成され，この凹部 40は，弁組立体 14の弁部 16の前端面 により燃料集合室 41に画成される。この燃料集合室 41の底面は円錐状をなしており ,この燃料集合室 41の内周面及び底面間を接続する環状の角部にはテーパ又は円 弧の面取り 42が施される。

[0036] また弁座部材 3及びインジェクタプレート 10間には，弁座孔 7の下流端を中心部に 開口させて半径方向外方に広がる偏平な燃料拡散室 43が形成される。この燃料拡 散室 43は，図示例では，弁座部材 3の前端面に形成される環状の凹部 44と，インジ ェクタプレート 10の内側面とで画成される。その際，弁座孔 7の内周面と燃料拡散室 43の天井面との間を接続する環状の角部にはテーパ又は円弧の面取り 45が施され る。

[0037] 図 3に示すように，インジェクタプレート 10に穿設された複数の燃料噴孔 11は，弁 座孔 7の軸線を中心とする円周上に配列され，し力も上記弁座孔 7から半径方向外 方に離隔して，即ち弁座孔 7とは軸方向で重なることがないように配置される。こうし て各燃料噴孔 11は，燃料拡散室 43を介して弁座孔 7に連通される。

[0038] こ、で，燃料拡散室 43の高さを tl,弁座孔 7の長さを t2としたとき，次式が成立する ように，弁座孔 7,インジェクタプレート 10及び燃料拡散室 43は形成される。 [0039] t2/tl≥2 (1)

また，特に燃料拡散室 43の高さ tlは，燃料噴孔 11が臨む部分で 20— 110 /z mに 設定される。

[0040] 次に，この第 1実施例の作用について説明する。

[0041] 図 2に示すように，コイル 30を消磁した状態では，弁ばね 22の付勢力で可動コア 1 2及び弁部 16が前方に押圧され，弁部 16を弁座 8に着座させている。したがって，燃 料フィルタ 27及び入口筒 26を通して弁ハウジング 2内に供給された高圧燃料は，弁 ハウジング 2内に待機させられる。

[0042] コイル 30を通電により励磁すると，それにより生ずる磁束が固定コア 5,コイルハウ ジング 31,弁ハウジング 2及び可動コア 12を順次走り，その磁力により弁組立体 14 の可動コア 12が弁部 16と共に固定コア 5に吸引され，弁座 8が開放される。このとき ,弁組立体 14のストツパフランジ 19が弁ハウジング 2に固着したストッパプレート 6に 当接することにより，弁組立体 14の開弁限界が規定される。

[0043] 弁座 8が開放されると，弁ハウジング 2内の高圧燃料が，弁部 16の平面部 17から円 錐状の弁座 8を通過し，燃料集合室 41を経て弁座孔 7を下る。

[0044] その際，この弁座孔 7の長さ t2は，前記（1)式により，燃料拡散室 43の高さ tlに比 して充分に大きく設定されているから，弁座孔 7では，燃料を効果的に整流させて燃 料拡散室 43に移して，弁座孔 7での燃料の滞留を防ぐことができる。しかも弁座孔 7 及び燃料拡散室 43間の角部には，テーパ又は円弧の面取り 45が施されるので，弁 座孔 7から燃料拡散室 43への燃料の移行をスムーズにすることができ，流量損失を 少、なくすることができる。

[0045] 弁座孔 7から燃料拡散室 43に移った燃料は半径方向外方に広がる。このとき，イン ジェクタプレート 10の各燃料噴孔 11は，前述のように，弁座孔 7から半径方向外方に 離隔して配置されているから，弁座孔 7を通過した燃料は，燃料噴孔 11へ直ちには 流れず，半径方向に広がって燃料拡散室 43を満たした後に，各燃料噴孔 11から噴 射されること〖こなる。

[0046] 特に，燃料拡散室 43の高さ tlは，前記（1)式により，弁座孔 7の長さ t2に比して充 分に小さく設定されているから，弁座孔 7から燃料拡散室 43に流入した燃料は，高速 で半径方向外方に広がり，燃料拡散室 43の内周壁に勢いよく衝突して，燃料拡散 室 43の圧力を各部均等に上昇させるので，その各部均等な高圧をもって燃料は各 燃料噴孔 11から噴射される結果，各燃料噴孔 11からの噴射燃料の微粒化を促進す ることができると共に，噴霧フォーム Fの方向及び形状を常に安定させることができる 。しカゝも弁座孔 7での燃料の滞留がないこと，並びに弁座孔 7から燃料拡散室 43へ の燃料の移行がスムーズであることにより，燃料流量の減少を防ぎ，所定の燃料噴射 量を確保することができる。

[0047] また燃料拡散室 43の高さ tlが，前述のように燃料噴孔 11が臨む部分で 20— 110 mに設定される場合には，弁座孔 7から燃料拡散室 43に移った燃料は，高速で且 つ膜状に半径方向に広がり，この膜状燃料が各燃料噴孔 11から高速で噴射されると ,その燃料流が各燃料噴孔 11の内周壁に対して剥離するため，噴射燃料の微粒ィ匕 を一層効果的に促進することができる。し力も，燃料拡散室 43によるデッドボリューム を極小にすることができ，温度変化に対する燃料の流量特性を安定させることができ る。また燃料拡散室 43では毛細管現象により，残存燃料の流出を回避して，燃料噴 射後の各燃料噴孔 11からの燃料だれを防ぎ，内燃機関の排気ェミッションの低減に 貢献することができる。

[0048] 尚，燃料拡散室 43の高さ tlが 20 m未満となると，燃料拡散室 43の流路抵抗が 急増して，所定の燃料流量を得ることが困難となる。

[0049] 次に，図 4に示す本発明の第 2実施例について説明する。

実施例 2

[0050] この第 2実施例では，燃料拡散室 43の天井面に，弁座孔 7と同心の環状段部 43a 力 S i段又は複数段形成され，これにより燃料拡散室 43の高さ tlは，燃料拡散室 43の 中心部から半径方向外方に行くにつれて減少するようになっている。上記段部 43a は，これが燃料の広がりの障害とならないように，テーパ又は円弧状に形成される。ま た燃料集合室 41の底面と弁座孔 7の内周面との間を接続する環状の角部にはテー パ又は円弧の面取り 42^ が施される。

[0051] その他の構成は，前実施例と同様であるので，図 4中，前実施例と対応する部分に は，それと同一の参照符号を付して，その説明を省略する。 [0052] この第 2実施例によれば，燃料拡散室 43は，燃料が半径方向に広がるにつれて， その高さを減少させる流れに略対応した合理的な形状となる。その結果，弁座孔 7か ら燃料拡散室 43に移行した燃料により燃料拡散室 43の圧力を一層各部均等に高 め，各燃料噴孔 11からの噴射燃料の微粒ィ匕の一層の促進と，噴霧フォームの一層 の安定ィ匕を図ることができる。

[0053] 最後に，図 5に示す本発明の第 3実施例について説明する。

実施例 3

[0054] この第 3実施例では，弁座部材 3とインジェクタプレート 10との間に，燃料拡散室 43 に対応する開口部 50aを持った中間プレート 50が接合される。その他の構成は，前 実施例と同様であるので，図 5中，前実施例と対応する部分には，それと同一の参照 符号を付して，その説明を省略する。

[0055] この第 3実施例によれば，燃料拡散室 43を中間プレート 50へのプレス打ち抜きカロ ェにより簡単に形成することができる。

[0056] 本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種 々の設計変更が可能である。例えば，図 2の第 1実施例において，インジェクタプレ ート 10側に，燃料拡散室 43の形成のための凹部 44を設けることもできる。また図 4の 第 2実施例において，環状段部 43aに変えて，燃料拡散室 43の天井面を連続した 円錐面に形成することもできる。

Claims

請求の範囲

[1] 弁座部材 (3)に，弁組立体（14)の弁部（16)と協働する円錐状の弁座 (8)と，この 弁座 (8)の下流端に連なる弁座孔（7)とを設け，また前記弁座部材 (3)と，それに接 合されるインジェクタプレート（10)との間に，前記弁座孔（7)の下流端を中心部に開 口させて半径方向に広がる偏平な燃料拡散室 (43)を形成し，この燃料拡散室 (43) に開口する複数の燃料噴孔（11)を前記インジヱクタプレート（10)に穿設した燃料噴 射弁において，

前記燃料噴孔（11)を，前記弁座孔 (7)力 半径方向外方に離隔して配置すると共 に，前記燃料拡散室 (43)の高さを tl,前記弁座孔（7)の長さを t2としたとき， t2/t 1≥ 2としたことを特徴とする燃料噴射弁。

[2] 請求項 1記載の燃料噴射弁において，

前記燃料拡散室 (43)の高さを，前記燃料噴孔（11)が臨む部分で 20— 110 mと したことを特徴とする燃料噴射弁。

[3] 請求項 1又は 2記載の燃料噴射弁において，

前記弁座孔 (7)及び燃料拡散室 (43)間の角部に面取り (45)を施したことを特徴と する燃料噴射弁。

[4] 請求項 1一 3の何れかに記載の燃料噴射弁において，

前記燃料拡散室 (43)を，その高さが半径方向外方に向力つて減少するように形成 したことを特徴とする燃料噴射弁。