WO2021075041A1 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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WO2021075041A1
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injection hole
fuel
side wall
chamber
swivel
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French (fr)
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恭輔 渡邉
啓祐 伊藤
宗実 毅
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三菱電機株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/18Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for

Definitions

  • This application relates to a fuel injection valve.
  • Patent Document 1 includes a valve seat and a valve body having an opening through which fuel passes from the upstream side, and a injection hole plate for forming a swirling flow on the downstream side of the valve seat, and branches to the upstream side of the injection hole plate. Further spraying is performed by machining a radial recess having a portion, an introduction portion, a cylindrical portion, and a swivel portion, and processing a injection hole on the downstream side of the cylindrical portion to specify the dimensions of the flow path including the swivel portion.
  • a fuel injection valve that realizes atomization is disclosed.
  • the end surface of the swivel portion is tilted by an angle ⁇ with respect to the central axis of the introduction portion, and the angle ⁇ is set to a range of 0 ° or more and 45 ° or less to be introduced in the cylindrical portion.
  • the flow A that flows directly from the portion and the flow B that flows into the cylindrical portion via the swivel portion face each other, and when the width of the introduction portion is W1 and the width of the swivel portion is W2, it is 0. It is described that the strengths of the flows A and B are substantially the same by setting 3 ⁇ W2 / W1 ⁇ 0.7.
  • Patent Document 1 in which the fuel is thinned by the swirling flow and the liquid film is split and atomized, the expansion of the liquid film is promoted by the improvement of the swirling force, and the atomization is promoted, but at the same time.
  • the spray angle will also be greatly expanded.
  • Patent Document 2 discloses a fuel injection valve in which the arrangement position of the injection hole is adjusted and the injection hole is provided with an angle in order to realize sufficient atomization while suppressing the spread of the spray. ..
  • the strength of the turning force is adjusted by the arrangement position of the injection hole to suppress the spread of the spray, and at the same time, the inside of the injection hole is provided with an angle. It is said that the impact force of the fuel on the wall surface can be increased to suppress the deterioration of the atomization performance, or the atomization performance can be improved.
  • Patent Documents 1 and 2 both disclose that there is a flow that flows directly into the injection hole from the introduction portion and a flow that flows into the injection hole via the swirl chamber. Then, in Patent Document 1, the flow A directly flowing into the injection hole from the introduction portion and the flow B flowing into the injection hole via the swirl chamber are opposed to each other, and the strengths of the flows A and B are made substantially equal to each other. It is said that the uniformity of the liquid film inside is improved and atomization is improved. Further, in Patent Document 2, the swirling force is adjusted by adjusting the position of the injection hole, that is, by adjusting the injection hole offset amount with the central axis of the introduction portion to suppress the spread of the spray, and at the same time, the injection hole is provided with an angle to inject. It is said that the impact force on the inner wall surface of the hole can be increased to suppress the deterioration of the atomization performance, or the atomization performance can be improved.
  • the injection hole offset amount or providing an angle to the injection hole for example, the injection hole diameter, the injection hole length, the swirl chamber diameter, and the injection hole pitch diameter Changes etc. are possible.
  • changing the diameter of the injection hole, the diameter of the swirl chamber, or the offset amount of the injection hole changes the way in which both flows A and B flow into the injection hole, and not only the atomization performance but also the injection flow rate is significantly changed. It is a method that accompanies. Therefore, the design man-hours for obtaining the target spray angle while maintaining the required flow rate are enormous.
  • changing the injection hole pitch diameter is expected to have a small effect of adjusting the injection angle because the layout on the injection hole plate is also limited by the size of the fuel injection valve.
  • the provision of an angle to the injection hole when considering press molding widely used as a conventional injection hole forming method, since the injection hole is provided in the swirl chamber, the swirl chamber and the injection hole portion Regardless of the processing order, there is a concern that the workability will be significantly deteriorated when there is no injection hole angle.
  • the present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and an object of the present application is to provide a fuel injection valve capable of easily adjusting the spray angle while having sufficient atomization performance. To do.
  • the fuel injection valve disclosed in the present application has a valve body that opens and closes the valve seat, and is mounted on the downstream end surface of the valve seat after the fuel has passed between the valve body and the valve seat seat portion.
  • a fuel injection valve that is injected from a plurality of injection holes provided in the injection hole plate.
  • a plurality of swirl chambers arranged radially outside the opening of the valve seat, a central portion communicating with the opening, and the fuel from the central portion to the swivel chamber. It is provided with an introduction portion for guiding the flow and an injection hole for opening the swivel chamber and injecting the fuel to the outside.
  • the center of the injection hole is offset with respect to the central axis of the introduction portion, and the center of the swirl chamber and the injection hole are aligned with each other.
  • first side wall and the opposite side wall are the second side wall
  • an end surface is provided between the swivel chamber and the first side wall, and the angle ⁇ 1 formed by the end surface and the central axis of the introduction portion is set. It is characterized in that it is configured so that ⁇ 1 ⁇ 90 °.
  • FIG. It is a figure which shows the cross section of the fuel injection valve which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the cross section of the valve body tip portion, the valve seat, and the injection hole plate of the fuel injection valve which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view which looked at the injection hole plate of the fuel injection valve which concerns on Embodiment 1 from the direction of AA line of FIG.
  • It is a figure which shows the introduction part of the injection hole plate in the fuel injection valve which concerns on Embodiment 1, and the flow of fuel It is a figure which shows the introduction part of the injection hole plate in the fuel injection valve which concerns on Embodiment 1, and another example of a fuel flow.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a fuel injection valve according to the first embodiment.
  • the fuel injection valve 100 supplies fuel to an internal combustion engine used as, for example, an automobile engine.
  • the fuel injection valve 100 includes a drive circuit 1, a solenoid device 2, a housing 3 which is a yoke portion of a magnetic circuit, a core 4 which is a fixed iron core portion of a magnetic circuit, a coil 5 provided on the outer periphery of the core 4, and a movable magnetic circuit. It is provided with an amateur 6 which is an iron core portion and a valve device 7.
  • the valve device 7 includes a valve body 8, a valve holder 9, and a valve seat 10.
  • the valve holder 9 is welded after being press-fitted into the outer diameter portion of the core 4, and the amateur 6 is welded after being press-fitted into the valve body 8.
  • the injection hole plate 11 is attached to the downstream end surface of the valve seat 10, that is, the downstream valve seat opening by being joined by a welded portion 12, and is attached to the inside of the valve holder 9 in an integral structure. As will be described later, the injection hole plate 11 is provided with an injection hole 13 (see FIG. 2) penetrating in the plate thickness direction.
  • FIG. 2 is a view showing a cross section of the ball 14, the valve seat 10, and the injection hole plate 11 welded to the tip of the valve body 8 of the fuel injection valve 100
  • FIG. 3 shows the injection hole plate 11 of the fuel injection valve 100. It is a top view seen from the AA line direction of FIG.
  • the upstream end surface of the injection hole plate 11 has a central portion 11a communicating with the opening 10b of the valve seat 10 and a groove.
  • a plurality of swivel chambers 11c including a mold introduction portion 11b and a jet hole 13 are provided, and the plurality of swivel chambers 11c are arranged so as to communicate with each other.
  • the center of each injection hole 13 is provided at a position offset from the center of the introduction portion 11b.
  • the fuel that has flowed into the swirl chamber 11c flows into the injection hole 13 while generating a swirling flow, and the swirling flow is maintained even inside the injection hole 13, so that a thin liquid along the inner wall of the injection hole 13 is maintained.
  • a film is formed, and the thin liquid film is injected from the injection hole 13 in a hollow conical shape to promote atomization of the fuel.
  • FIG. 4 is a diagram showing the introduction portion 11b of the injection hole plate 11 and the fuel flow in the fuel injection valve 100.
  • the injection hole plate 11 has a swirl chamber 11c and a first side wall of the introduction portion 11b when the offset side of the center of the injection hole 13 is the first side wall W1 and the opposite side is the second side wall W2.
  • a linear end surface L is provided between the side wall W1 and the angle ⁇ 1 formed by the end surface L and the central axis of the introduction portion 11b is configured to be ⁇ 1 ⁇ 90 °.
  • the end face L and the first side wall W1 are connected at the first connection point a, and the swivel chamber 11c and the end face L are connected at the second connection point b.
  • the diameter of the injection hole 13 which is an element in which the turning force greatly changes when considering the reduction of the spray angle due to concern about the adhesion of the fuel spray to the intake pipe. Since the diameter of the swirl chamber 11c, the offset amount of the injection hole 13 and the like are not changed, the influence on the flow A directly flowing into the injection hole 13 is minimized, and the inflow of the flow B passing through the swirl chamber 11c into the injection hole 13 is minimized.
  • the injection direction of the spray can be adjusted. Therefore, the spray angle can be adjusted while minimizing the influence on the injection flow rate or the atomization performance.
  • the spray angle can be adjusted only by adjusting the angle of the end face L without changing parameters such as the diameter of the swivel chamber 11c or the offset amount of the injection hole 13, the man-hours for adjusting the spray angle can be reduced compared to the conventional method. Can be reduced.
  • the fuel cavity volume is reduced and the second connection of the flow B is performed.
  • the pressure loss at the point b is reduced, the separation of the fuel at the first connection point a of the flow A is suppressed, the atomization of the fuel spray is promoted, and the flow rate change due to the temperature or atmosphere change is suppressed.
  • the offset side of the center of the injection hole 13 is the first side wall W1 and the opposite side is the second side wall W2 of the side walls of the introduction portion 11b.
  • a linear end face L connecting the swivel chamber 11c and the first side wall W1 is provided, and the angle ⁇ 1 formed by the end face L and the central axis of the introduction portion 11b is set to ⁇ 1 ⁇ 90 °.
  • the diameter of the injection hole 13 and the diameter of the swivel chamber 11c which are factors that greatly change the turning force, when considering the reduction of the spray angle due to concern about the adhesion of the fuel spray to the intake pipe. Since the offset amount of the injection hole 13 is not changed, the influence on the flow A directly flowing into the injection hole 13 is minimized, and the inflow direction of the flow B passing through the swirl chamber 11c into the injection hole 13 is adjusted. , The injection direction of the spray can be adjusted.
  • the spray angle can be adjusted only by adjusting the angle of the end face L without changing parameters such as the diameter of the swivel chamber 11c or the offset amount of the injection hole 13, the spray angle can be adjusted as compared with the conventional method. Man-hours can be reduced.
  • first connection point a, the second connection point b, or both of them are composed of smooth curved shape portions Ra and Rb.
  • the peeling of fuel is an item that affects the atomization due to the pressure loss of the fluid in the peeling part or the change in the flow rate due to the temperature or atmosphere change, and is a phenomenon that should be suppressed in the introduction part as much as possible. There is.
  • the separation of the fuel at the first connection point a of the flow A is suppressed, and therefore the atomization of the fuel spray is promoted, and the temperature or the temperature or Changes in flow rate due to changes in atmosphere are suppressed.
  • the volume of the entire fuel cavity surrounded by the tip of the valve body 8, the valve seat 10, and the injection hole plate 11 is also a factor that greatly affects the flow rate change (dynamic flow rate) when the temperature or atmosphere changes. That is, at the time of injection into the negative pressure atmosphere, a part of the fuel in the fuel cavity is sucked out from the injection hole 13 into the engine intake pipe by the negative pressure after the valve closing is completed, and the flow rate change becomes large. Since the flow velocity of the fuel sucked out from the fuel cavity is small, the fuel having a poor particle size is injected immediately after the valve is closed. Therefore, when examining the shapes of the valve seat 10 and the injection hole plate 11, it is one of the important factors to consider the fuel cavity volume in order to improve various characteristics of the fuel injection valve 100.
  • the second connection point b with the curved shape portion Rb and reducing the volume of the introduction portion 11b in the swivel chamber 11c as much as possible, the atomization of the fuel spray is promoted, and it depends on the temperature or atmosphere change. The change in flow rate is suppressed.
  • the curved shape portion Rb smoothly turns in the ⁇ 1 direction, so that the pressure loss of the flow B is reduced and the atomization performance is improved. Further, by forming the first connection point a and the second connection point b with curved shape portions Ra and Rb, the workability of the introduction portion 11b is improved, and when the introduction portion 11b is formed by press working, it is made of gold. It is also expected to improve mold durability.
  • FIG. 6 is a diagram showing an introduction portion of an injection hole plate and a fuel flow in the fuel injection valve according to the second embodiment.
  • a linear wall surface S circumscribing the swivel chamber 11c exists between the swivel chamber 11c and the linear end surface L, and the wall surface S is present.
  • the end face L are connected by a smooth curved portion Rc.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment, and the illustration and description will be omitted.
  • the length of the end face L can be adjusted without being limited by the diameter of the swivel chamber 11c, and the component of the flow B in the ⁇ 1 direction can be adjusted. That is, the spray angle can be adjusted.
  • the third connection point c between the wall surface S and the end surface L is composed of a smooth curved shape portion Rc.
  • the layout of the end face L is improved due to the presence of the wall surface S, and the spray angle can be adjusted more easily.
  • the side wall surface and the injection hole 13 from the swivel chamber 11c to the first connection point a or the curved shape portion Ra (FIG. 7 shows the curved shape portion Ra) via the end surface L.
  • the minimum gap E with the center M is separated from the flow A by forming the shape within the range of the virtual swivel chamber circle Vs formed by extending the arc of the swivel chamber 11c. It is possible to effectively suppress the diversion As toward the swirl chamber 11c side, the pressure loss due to the collision between the diversion As and the flow B is reduced, and the atomization of the fuel spray is promoted.
  • FIG. 8 shows a case where the split flow As and the flow B collide with each other.
  • the fuel injection valve 100 is configured such that a linear wall surface S circumscribing the swivel chamber 11c exists between the swivel chamber 11c and the linear end surface L.
  • the length of the end face L can be adjusted without being limited by the diameter of the swirl chamber 11c, and the ⁇ 1 direction component of the flow B can be adjusted, that is, the spray angle can be adjusted.
  • a smooth curved shape portion Rc is provided at the third connection point c between the wall surface S and the end surface L.
  • the minimum gap E between the side wall surface and the injection hole 13 from the swivel chamber 11c to the curved shape portion Ra having the first connection point a or the first connection point a formed by a curve via the end surface L is a swivel chamber.
  • the shape is within the range of the virtual swivel chamber circle Vs formed by extending the arc of 11c.
  • the point where the distance from the center of the injection hole 13 on the side wall surface from the swivel chamber 11c to the curved shape portion Ra formed by the first connection point a or the first connection point a as a curve via the end surface L is maximum.
  • the linear distance connecting P and the center of the injection hole 13 is configured to be twice or less the radius of the swivel chamber 11c.
  • valve seat 10a valve seat seat part, 10b opening, 11 injection hole plate, 11a center part, 11b introduction part, 11c swivel chamber, 12 welding part, 13 injection hole, 14 balls, 14a chamfered part, 15 compression spring, 100 fuel injection valve, W1 first side wall , W2 2nd side wall, L end face, a 1st connection point, b 2nd connection point, c 3rd connection point, A, B flow, Ra, Rb, Rc curved shape part, S wall surface, M center, E minimum gap Department, Vs virtual swivel chamber circle, As diversion.

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Abstract

燃料噴射弁(100)の噴孔プレート(11)の上流側端面に、弁座(10)の開口部(10b)の径方向外側に複数配置された旋回室(11c)と、開口部(10b)に連通する中央部(11a)と、中央部(11a)から旋回室(11c)に燃料の流れを案内する導入部(11b)と、旋回室(11c)に開口して燃料を外部へ噴射する噴孔(13)と、を備え、導入部(11b)の中心軸に対し、噴孔(13)の中心をオフセットさせると共に、旋回室(11c)と噴孔(13)の中心を一致させ、導入部(11b)の側壁の内、噴孔(13)の中心のオフセット側の第1側壁(W1)と旋回室(11c)との間に端面(L)を設け、端面(L)導入部(11b)の中心軸とのなす角θ1を、θ1<90°にした。

Description

燃料噴射弁
 本願は、燃料噴射弁に関するものである。
 近年、自動車の内燃機関などの排出ガス規制が強化される中、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧に対しては、吸気管壁面への付着を考慮し、過度な噴霧角度の拡がりを抑制しつつも、充分に微粒化した燃料噴霧が求められている。そして、燃料噴霧の微粒化手法の一つとして旋回流れを利用した方式に関して様々な検討がなされている。
 例えば、特許文献1では、上流側から燃料が通過する開口部を有する弁座と弁体、及び弁座の下流側に旋回流れを形成させる噴孔プレートを備え、噴孔プレートの上流側に分岐部、導入部、円筒部、及び旋回部を有する放射状の窪みを加工すると共に、円筒部の下流側に噴孔を加工し、旋回部を含む流路の寸法を規定することにより噴霧の更なる微粒化を実現する燃料噴射弁が開示されている。
 上記特許文献1においては、旋回部の終端面は、導入部の中心軸に対して角度θだけ傾いていて、角度θを0°以上、45°以下の範囲とすることにより、円筒部において導入部から直接流入する流れAと、旋回部を経由して円筒部に流入する流れBとが対向することになり、また、導入部の幅をW1、旋回部の幅をW2としたとき、0.3≦W2/W1≦0.7とすることにより、流れA、Bの強さは略同等となることが記載されている。
 これによって、旋回流れが均質なものとなり、噴孔の内壁に形成される燃料液膜厚さが均一になるため、微粒化度合いが良好になるとされている。
 しかし、旋回流れにより燃料を薄膜化し、液膜を分裂させて微粒化する特許文献1の開示手法においては、旋回力の向上により液膜の拡がりが促進され、微粒化は促進されるが、同時に噴霧角度も大きく拡大されることになる。
 また、特許文献2においては、噴霧の拡がりを抑制しつつ、十分な微粒化を実現するために、噴孔の配置位置の調整、及び噴孔に角度を設けた燃料噴射弁が開示されている。この特許文献2に開示された燃料噴射弁によれば、噴孔の配置位置により旋回力の強さを調節し、噴霧の広がりを抑制すると同時に、噴孔に角度を設けることにより噴孔の内壁面への燃料の衝突力を大きくして微粒化性能の低下を抑制、或いは微粒化性能を向上することができるとされている。
国際公開第2017/060945号パンフレット 特開2017-210907号公報
 特許文献1あるいは2においては、いずれも導入部から噴孔に直接流れ込む流れと、旋回室を経由して噴孔に流れ込む流れが存在することが開示されている。そして特許文献1では導入部から噴孔に直接流れ込む流れAと、旋回室を経由して噴孔に流れ込む流れBを対向させ、流れAとBの強さを略同等にすることにより、噴孔内の液膜の均一度が向上し、微粒化が改善するとされている。また、特許文献2では噴孔位置の調整、即ち、導入部中心軸との噴孔オフセット量の調整により旋回力を調節し、噴霧の拡がりを抑制すると同時に、噴孔に角度を設けることにより噴孔内壁面への衝突力を大きくして微粒化性能の低下を抑制、或いは微粒化性能を向上することができるとされている。
 ここで、噴霧角の調整方法としては、上記の噴孔オフセット量の変更、あるいは噴孔に角度を設けることの他に、例えば噴孔径、噴孔長さ、旋回室径、噴孔ピッチ径の変更等が考えられる。しかし、噴孔径、旋回室径、あるいは噴孔オフセット量の変更は、流れAとBの双方の噴孔への流れ込み方を変更するもので、微粒化性能のみならず、噴射流量の著しい変化を伴う方法である。従って、要求流量を維持しつつ、狙いの噴霧角を得るための設計工数が多大なものとなる。
 また、噴孔ピッチ径の変更は、燃料噴射弁のサイズから噴孔プレート上のレイアウトも制限されるため、噴霧角の調整効果としては微小と想定される。その他、噴孔に角度を設けることについては、従来の噴孔形成方法として広く使用されているプレス成型を考える場合、旋回室に噴孔が設けられていることから、旋回室と噴孔部の加工順に関わらず、噴孔角が無い場合に対して加工性の大幅な悪化が懸念される。
 本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、充分な微粒化性能を有しつつ、容易に噴霧角の調整が可能な燃料噴射弁を提供することを目的とする。
 本願に開示される燃料噴射弁は、弁座を開閉する弁体を有し、燃料が上記弁体と弁座シート部との間を通過した後、上記弁座の下流側端面に装着された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から噴射される燃料噴射弁であって、
 上記噴孔プレートの上流側端面に、上記弁座の開口部の径方向外側に複数配置された旋回室と、上記開口部に連通する中央部と、上記中央部から上記旋回室に上記燃料の流れを案内する導入部と、上記旋回室に開口し上記燃料を外部へ噴射する上記噴孔と、を備え、
 上記導入部の中心軸に対し、上記噴孔の中心をオフセットさせると共に、上記旋回室と上記噴孔の中心を一致させ、上記導入部の側壁の内、上記噴孔の中心のオフセット側の側壁を第1側壁、反対側の側壁を第2側壁としたときに、上記旋回室と上記第1側壁との間に端面を設け、上記端面と上記導入部の中心軸とのなす角θ1を、θ1<90°に構成したことを特徴とする。
 本願に開示される燃料噴射弁によれば、充分な微粒化性能を有しつつ、容易に噴霧角の調整が可能な燃料噴射弁を提供することができる。
実施の形態1に係る燃料噴射弁の断面を示す図である。 実施の形態1に係る燃料噴射弁の弁体先端部、弁座、噴孔プレートの断面を示す図である。 実施の形態1に係る燃料噴射弁の噴孔プレートを図2のA-A線方向から見た平面図である。 実施の形態1に係る燃料噴射弁における噴孔プレートの導入部と燃料の流れを示す図である。 実施の形態1に係る燃料噴射弁における噴孔プレートの導入部と燃料の流れの他の例を示す図である。 実施の形態2に係る燃料噴射弁における噴孔プレートの導入部と燃料の流れを示す図である。 実施の形態2に係る燃料噴射弁における噴孔プレートの導入部と燃料の流れの他の例を示す図である。 図7に示す燃料噴射弁の効果を説明する図である。
 以下、本願に係る燃料噴射弁の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同一符号を付しており、対応する各構成部材のサイズ、あるいは縮尺はそれぞれ独立している。また、燃料噴射弁の構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするために、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1に係る燃料噴射弁の断面を示す図である。
 図1において、燃料噴射弁100は、例えば自動車のエンジンとして利用される内燃機関に燃料を供給するものである。燃料噴射弁100は、駆動回路1、ソレノイド装置2、磁気回路のヨーク部分であるハウジング3、磁気回路の固定鉄心部分であるコア4、コア4の外周に設けられたコイル5、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア6、及び弁装置7を備えている。弁装置7は、弁体8と弁ホルダー9と弁座10により構成されている。
 弁ホルダー9はコア4の外径部に圧入した後に溶接され、アマチュア6は弁体8に圧入した後に溶接されている。弁座10の下流側端面、即ち下流側弁座開口部には、噴孔プレート11が溶接部12で結合されることにより装着され、一体構造で弁ホルダー9の内部に装着されている。噴孔プレート11には後述するように、板厚方向に貫通する噴孔13(図2参照)が設けられている。
 次に、図1に示す燃料噴射弁100の動作について説明する。
 内燃機関の制御装置より燃料噴射弁100の駆動回路1に動作信号が送られると、燃料噴射弁100のコイル5に電流が通電され、アマチュア6、コア4、ハウジング3、弁ホルダー9で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア6はコア4の方向へ吸引動作し、アマチュア6と一体構造である弁体8が弁座シート部10aから離れて隙間が形成される。これにより、燃料は弁体8の先端部に溶接されたボール14の面取部14aから弁座シート部10aと弁体8の隙間を通って、噴孔13から内燃機関の吸気ポート内に噴射される。
 内燃機関の制御装置より燃料噴射弁100の駆動回路1に動作の停止信号が送られると、燃料噴射弁100のコイル5の電流の通電が停止し、磁気回路中の磁束が減少して弁体8を閉弁方向に押圧している圧縮ばね15により、弁体8と弁座シート部10aとの間の隙間は閉状態となり、燃料噴射が終了する。弁体8は、アマチュア6の摺動部6aで弁ホルダー9とのガイド部と摺動し、開弁状態ではアマチュア6の上面6bがコア4の下面と当接する。
 図2は、燃料噴射弁100の弁体8の先端部に溶接されたボール14、弁座10、噴孔プレート11の断面を示す図で、図3は燃料噴射弁100の噴孔プレート11を図2のA-A線方向から見た平面図である。
 図2、図3に示ように、燃料の旋回流れによる微粒化を実現するために、噴孔プレート11の上流側端面には、弁座10の開口部10bに連通する中央部11aと、溝型の導入部11bと噴孔13を含む旋回室11cを複数有し、この複数の旋回室11cを互いに連通させて配置している。ここで、それぞれの噴孔13の中心は、導入部11bの中心に対してオフセットさせた位置に設けられている。
 上記構成により、旋回室11cに流れ込んだ燃料は、旋回流れを生じながら噴孔13へ流れ込み、噴孔13の内部においても旋回流れが保たれることにより、噴孔13の内壁に沿った薄い液膜が形成され、この薄い液膜を噴孔13から中空円錐状に噴射することで燃料の微粒化が促進される構成となっている。
 図4は、燃料噴射弁100における噴孔プレート11の導入部11bと燃料の流れを示す図である。
 図4において、噴孔プレート11は、導入部11bの側壁の内、噴孔13の中心のオフセット側を第1側壁W1、反対側を第2側壁W2としたときに、旋回室11cと第1側壁W1との間に直線状の端面Lを設け、この端面Lと導入部11bの中心軸との成す角θ1が、θ1<90°に構成されている。なお、図4に示すように、端面Lと第1側壁W1は、第1接続点aで接続され、旋回室11cと端面Lは、第2接続点bで接続されている。
 噴孔プレート11をこのような形状とすることにより、燃料噴霧の吸気管への付着を懸念して噴霧角縮小の検討を行う場合に、旋回力が大きく変化する要素である噴孔13の径、旋回室11cの径、噴孔13のオフセット量等を変更しないため、噴孔13へ直接流れ込む流れAへの影響は最小限として、旋回室11cを経由する流れBの噴孔13への流入方向を調整することにより、噴霧の噴射方向が調整可能となる。従って、噴射流量、あるいは微粒化性能への影響は最小限としつつ噴霧角の調整が可能となる。また、旋回室11cの径、あるいは噴孔13のオフセット量等のパラメータを変更せず、端面Lの角度調整のみで噴霧角の調整を行えるため、従来の手法に対して噴霧角調整の工数を削減出来る。
 更に図5に示すように、第1接続点aまたは第2接続点b、あるいはその両方を滑らかな曲線形状部Ra、Rbで構成することにより、燃料キャビティ容積の縮小、流れBの第2接続点bにおける圧力損失の低減、流れAの第1接続点aにおける燃料の剥離が抑制され、燃料噴霧の微粒化が促進し、温度あるいは雰囲気変化による流量変化が抑制される。
 以上のように、実施の形態1に係る燃料噴射弁100は、導入部11bの側壁の内、噴孔13の中心のオフセット側を第1側壁W1、反対側を第2側壁W2としたときに、旋回室11cと第1側壁W1とを接続する直線状の端面Lを設け、この端面Lと導入部11bの中心軸とがなす角θ1がθ1<90°となるように構成されている。
 このように構成することにより、燃料噴霧の吸気管への付着を懸念して噴霧角縮小の検討を行う場合に、旋回力が大きく変化する要素である噴孔13の径、旋回室11cの径、噴孔13のオフセット量等を変更しないため、噴孔13へ直接流れ込む流れAへの影響は最小限として、旋回室11cを経由する流れBの噴孔13への流入方向を調整することにより、噴霧の噴射方向が調整可能となる。
 従って、噴射流量あるいは微粒化性能への影響を最小限としつつ、噴霧角の調整が可能となる。また、旋回室11cの径、あるいは噴孔13のオフセット量等のパラメータを変更せず、端面Lの角度を調整するのみで噴霧角の調整が行えるため、従来の手法に対して噴霧角調整の工数を削減出来る。
 また、第1接続点aまたは第2接続点b、あるいはその両方が滑らかな曲線形状部Ra、Rbで構成されている。ここで、燃料の剥離は、剥離部における流体の圧力損失により微粒化、あるいは温度または雰囲気変化に対する流量変化に影響する項目となっており、可能な限り導入部中において抑制するべき現象となっている。
 上記を鑑みて、第1接続点aを曲線形状部Raで構成することにより、流れAの第1接続点aでの燃料の剥離が抑制され、従って燃料噴霧の微粒化が促進し、温度または雰囲気変化による流量変化が抑制される。
 また、弁体8の先端部、弁座10、噴孔プレート11で囲まれる燃料キャビティ全体の容積についても、温度または雰囲気変化時の流量変化(動的流量)に大きく影響する要素である。即ち、負圧雰囲気への噴射時に、閉弁完了後に上記燃料キャビティ内の燃料の一部が負圧によって噴孔13からエンジン吸気管内に吸い出され、流量変化が大きくなる。燃料キャビティ内より吸い出された燃料は、その流速が小さいために、閉弁直後に粒径が粗悪な燃料が噴射されてしまうことになる。よって、弁座10及び噴孔プレート11の形状を検討する際は、燃料キャビティ容積について考慮することが燃料噴射弁100の諸特性を向上する上で重要な要素の一つとなっている。
 上記を鑑みて、第2接続点bを曲線形状部Rbで構成し、旋回室11cにおける導入部11bの容積を僅かでも縮小することで、燃料噴霧の微粒化が促進し、温度または雰囲気変化による流量変化が抑制される。
 また、旋回室11cを流れてきた流れBが端面Lに到達する際、曲線形状部Rbにより滑らかにθ1方向に転じることで、流れBの圧力損失が低減され、微粒化性能が向上する。更に、それぞれの第1接続点a、第2接続点bを曲線形状部Ra、Rbで構成することにより導入部11bの加工性が向上し、また導入部11bをプレス加工で形成する際は金型耐久性の向上も見込める。
実施の形態2.
 次に、実施の形態2に係る燃料噴射弁について説明する。
 図6は、実施の形態2に係る燃料噴射弁における噴孔プレートの導入部と燃料の流れを示す図である。
 実施の形態2に係る燃料噴射弁100は、図6に示すように旋回室11cと直線状の端面Lとの間に、旋回室11cに外接する直線状の壁面Sが存在し、この壁面Sと端面Lが滑らかな曲線形状部Rcで接続されている。その他の構成については、実施の形態1と同様であり、図示説明を省略する。
 上記構成による実施の形態2に係る燃料噴射弁100は、旋回室11cの径に制限されることなく、端面Lの長さを調整することが可能となり、流れBのθ1方向の成分の調整、即ち、噴霧角調整が可能となる。その際に、壁面Sから端面Lにスムーズに流れBの方向を変化させるため、壁面Sと端面Lの第3接続点cは滑らかな曲線形状部Rcで構成されている。
 以上のように、実施の形態2に係る燃料噴射弁100は、壁面Sの存在により端面Lのレイアウト性が向上し、さらに容易に噴霧角の調整が可能となる。
 また、図7に示すように、旋回室11cから端面Lを経由し、第1接続点aまたは曲線形状部Ra(図7は、曲線形状部Raを図示)に至る側壁面と噴孔13の中心Mとの最小隙間部Eが、旋回室11cの円弧を延長して形成される仮想旋回室円Vsの範囲内にある形状とすることにより、図8に示すように、流れAから分かれ、旋回室11cの側に向かう分流Asを有効に抑制することが可能となり、分流Asと流れBの衝突による圧力損失が低減され、燃料噴霧の微粒化が促進される。また、流れBの導入部長の抑制による圧力損失低減効果が促進され、旋回室容積の抑制により更に燃料噴霧の微粒化が促進し、温度あるいは雰囲気変化による流量変化が抑制される。ここで、図8に分流Asと流れBが衝突する場合を示す。
 更に、旋回室11cから端面Lを経由し、第1接続点aまたは曲線形状部Raに至る側壁面における噴孔部中心からの距離が最大となる点Pと、噴孔13の中心を結ぶ直線距離が、旋回室11cの半径の2倍以下となる形状にすることにより、流れBの導入部長の抑制による圧力損失の低減効果を促進し、旋回室容積の抑制により更に燃料噴霧の微粒化が促進し、温度あるいは雰囲気変化時の流量変化が抑制される。
 以上のように、実施の形態2に係る燃料噴射弁100は、旋回室11cと直線状の端面Lの間に旋回室11cに外接する直線状の壁面Sが存在する形状に構成されている。
 これによって、旋回室11cの径に制限されることなく、端面Lの長さを調整することが可能となり、流れBのθ1方向成分の調整、即ち、噴霧角の調整が可能となる。
 その際に、壁面Sから端面Lにスムーズに流れBの方向を変化させるため、壁面Sと端面Lの第3接続点cには滑らかな曲線形状部Rcを設けている。曲線形状部Rcを設けることにより、導入部11bの加工性が向上し、また、導入部11bをプレス加工で形成する際には金型耐久性の向上も見込める。このように、壁面Sの存在により端面Lのレイアウト性が向上し、さらに容易に噴霧角の調整が可能となる。
 また、旋回室11cから端面Lを経由し、第1接続点aまたは第1接続点aを曲線で構成した曲線形状部Raに至る側壁面と噴孔13との最小隙間部Eが、旋回室11cの円弧を延長して形成される仮想旋回室円Vsの範囲内にある形状としている。
 これによって、最小隙間部Eが仮想旋回室円Vsの範囲外にある場合に対して、流れAから分かれ、旋回室11cの側に向かう分流Asを有効に抑制することが可能となり、分流Asと流れBの衝突による圧力損失が低減され、燃料噴霧の微粒化が促進される。また、流れBの導入部長の抑制による圧力損失の低減効果、あるいは旋回室容積の抑制により、更に燃料噴霧の微粒化が促進し、温度あるいは雰囲気変化による流量変化が抑制される。
 また、旋回室11cから端面Lを経由し、第1接続点aまたは第1接続点aを曲線で構成した曲線形状部Raに至る側壁面における噴孔13の中心からの距離が最大となる点Pと、噴孔13の中心を結ぶ直線距離が、旋回室11cの半径の2倍以下となる形状に構成されている。
 これによって、流れBの導入部長の抑制による圧力損失の低減効果、あるいは旋回室容積の抑制により更に燃料噴霧の微粒化が促進し、温度あるいは雰囲気変化による流量変化が抑制される。
 本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1 駆動回路、2 ソレノイド装置、3 ハウジング、4 コア、5 コイル、6 アマチュア、6a 摺動部、6b 上面、7 弁装置、8 弁体、9 弁ホルダー、10 弁座、10a 弁座シート部、10b 開口部、11 噴孔プレート、11a 中央部、11b 導入部、11c 旋回室、12 溶接部、13 噴孔、14 ボール、14a 面取部、15 圧縮ばね、100 燃料噴射弁、W1 第1側壁、W2 第2側壁、L 端面、a 第1接続点、b 第2接続点、c 第3接続点、A、B 流れ、Ra、Rb、Rc 曲線形状部、S 壁面、M 中心、E 最小隙間部、Vs 仮想旋回室円、As 分流。

Claims (7)

  1.  弁座を開閉する弁体を有し、燃料が上記弁体と弁座シート部との間を通過した後、上記弁座の下流側端面に装着された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から噴射される燃料噴射弁であって、
     上記噴孔プレートの上流側端面に、
     上記弁座の開口部の径方向外側に複数配置された旋回室と、上記開口部に連通する中央部と、上記中央部から上記旋回室に上記燃料の流れを案内する導入部と、上記旋回室に開口し上記燃料を外部へ噴射する上記噴孔と、を備え、
     上記導入部の中心軸に対し、上記噴孔の中心をオフセットさせると共に、上記旋回室と上記噴孔の中心を一致させ、
     上記導入部の側壁の内、上記噴孔の中心のオフセット側の側壁を第1側壁、反対側の側壁を第2側壁としたときに、上記旋回室と上記第1側壁との間に端面を設け、上記端面と上記導入部の中心軸とのなす角θ1を、θ1<90°に構成したことを特徴とする燃料噴射弁。
  2.  上記端面と上記第1側壁との接続点を第1接続点、上記旋回室と上記端面との接続点を第2接続点とした時に、上記第1接続点と上記第2接続点の何れか一方もしくは両方を滑らかな曲線形状部で構成したことを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。
  3.  上記旋回室から上記端面を経由し、上記第1接続点または上記曲線形状部に至る側壁面と噴孔の中心との最小隙間部が、上記旋回室の円弧を延長して形成される仮想旋回室円の範囲内にあることを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射弁。
  4.  弁座を開閉する弁体を有し、燃料が上記弁体と弁座シート部との間を通過した後、上記弁座の下流側端面に装着された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から噴射される燃料噴射弁であって、
     上記噴孔プレートの上流側端面に、
     上記弁座の開口部の径方向外側に複数配置された旋回室と、上記開口部に連通する中央部と、上記中央部から上記旋回室に上記燃料の流れを案内する導入部と、上記旋回室に開口し上記燃料を外部へ噴射する上記噴孔と、を備え、
     上記導入部の中心軸に対し、上記噴孔の中心をオフセットさせると共に、上記旋回室と上記噴孔の中心を一致させ、
     上記導入部の側壁の内、上記噴孔の中心のオフセット側の側壁を第1側壁、反対側の側壁を第2側壁としたときに、上記旋回室と上記第1側壁との間に端面を設けると共に、上記旋回室と上記端面の間に上記旋回室に外接する壁面を形成し、上記壁面と上記端面とを滑らかな曲線形状部で接続したことを特徴とする燃料噴射弁。
  5.  上記端面と上記導入部の中心軸とのなす角θ1を、θ1<90°に構成したことを特徴とする請求項4に記載の燃料噴射弁。
  6.  上記旋回室から上記端面を経由し、上記端面と上記第1側壁との接続点または上記曲線形状部に至る側壁面と上記噴孔の中心との最小隙間部が、上記旋回室の円弧を延長して形成される仮想旋回室円の範囲内にあることを特徴とする請求項4または5に記載の燃料噴射弁。
  7.  上記側壁面における上記噴孔の中心からの距離が最大となる点と上記噴孔の中心との直線距離が、上記旋回室の半径の2倍以下となることを特徴とする請求項3または6に記載の燃料噴射弁。
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