JP2000303934A

JP2000303934A - 燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JP2000303934A
Application number: JP11111017A
Authority: JP
Inventors: 靖紀 ▲高▼久; Yasunori Takaku
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2000-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】噴孔の入口側端縁部の内角側を流れる燃料と
その外角側を流れる燃料との流速の差を減少することに
より、燃料を規定の噴霧形状に噴射する。【解決手段】バルブ１９が着座するシート部２４と、
シート部２４の下流に設けられかつ球状凹面３１により
形成された底面を有する燃料噴射室３２と、燃料噴射室
３２の球状凹面３１の壁部を傾斜状に貫通する噴孔３３
とを備える。噴孔３３の入口側端縁部には球状凹面３１
となだらかに連続する面取り面３３ａを形成する。面取
り面３３ａの内角側の面取り量を外角側の面取り量より
も大きくする。噴孔３３の入口側端縁部の内角側では面
取り面３３ａの面取り量が大きいため、燃料の流れに縮
流が発生しにくくなり流速の低下が少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として内燃機関
のシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射式（直噴式
ともいう。）のガソリンエンジンに用いられる燃料噴射
弁の燃料噴射ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料噴射ノズルには、例えば、特
開平８−２９６５３１号公報に開示されるものがある。
その公開公報の燃料噴射ノズルが図１０に断面図で示さ
れている。図１０において、燃料噴射ノズル１２０に
は、バルブ１１９が着座するシート部１２４と、前記シ
ート部１２４の下流に設けられかつ球状凹面１３１によ
り形成された底面を有する燃料噴射室１３２と、前記燃
料噴射室１３２の球状凹面１３１の壁部を傾斜状に貫通
する噴孔１３３とを備えている。なお、図示されない
が、前記噴孔１３３の入口側端縁部は、Ｒ形状（丸みの
ある形状）に形成されている。前記Ｒ形状は、前記公開
公報中に明確な記載はないが、周方向にわたって一定の
面取り量で形成されているものと推測される。

【０００３】前記燃料噴射ノズル１２０によると、燃料
は、バルブ１１９の開弁によってシート部１２４を通り
燃料噴射室１３２から噴孔１３３を通り、ほぼ円錐形状
の噴霧形状（図１０に二点鎖線ａで示す。）をもって噴
射される。なお、前記燃料噴射ノズル１２０は直噴式の
ガソリンエンジンにおけるシリンダ内に燃料を直接噴射
する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料噴射ノズル
１２０において、噴孔１３３が燃料噴射室１３２に対し
て傾斜しているにもかかわらず、その噴孔１３３の入口
側端縁部のＲ形状が周方向に一定であると、周知のとお
り、燃料の流れに曲がり管の場合と同様の現象が起こ
る。すなわち、噴孔１３３の入口側端縁部の内角側では
燃料の流れに縮流が発生することにより流速が遅くな
り、その外角側では燃料の流れに縮流が発生しにくいこ
とにより流速が速くなるといった現象が起こる。このた
め、噴孔１３３の入口側端縁部の内角側を流れる燃料
と、その外角側を流れる燃料との流速にかなりの差が生
じることにより、噴孔１３３から噴射された燃料の噴霧
形状ａが規定の円錐状になりにくいといった問題があっ
た。

【０００５】本発明は上記した問題点を解決するために
なされたものであって、本発明が解決しようとする課題
は、噴孔の入口側端縁部の内角側を流れる燃料とその外
角側を流れる燃料との流速の差を減少することにより、
燃料を規定の噴霧形状に噴射することのできる燃料噴射
ノズルを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する請求
項１の発明は、バルブが着座するシート部と、前記シー
ト部の下流に設けられかつ球状凹面により形成された底
面を有する燃料噴射室と、前記燃料噴射室の球状凹面の
壁部を傾斜状に貫通する噴孔とを備え、前記噴孔の入口
側端縁部には前記球状凹面となだらかに連続する面取り
面を形成し、前記面取り面の内角側の面取り量を外角側
の面取り量よりも大きくした燃料噴射ノズルである。こ
のように構成すると、噴孔の入口側端縁部の内角側では
面取り面の面取り量が大きいため、燃料の流れに縮流が
発生しにくくなり流速の低下が少なくなる。これによ
り、噴孔の入口側端縁部の内角側を流れる燃料とその外
角側を流れる燃料との流速の差を減少することができる
ため、燃料を規定の噴霧形状に噴射することができる。

【０００７】請求項２の発明は、シート部を有するバル
ブシートと、燃料噴射室および噴孔を有するノズルチッ
プとを接合してなる請求項１記載の燃料噴射ノズルであ
る。このように構成すると、バルブシートとの接合前の
ノズルチップにおいて、噴孔の入口側端縁部の面取り面
を端面加工により容易にかつ精度の良く加工することが
できる。例えば、シート部、燃料噴射室および噴孔を一
体に有する場合には、細くて奥深いところにあるシート
部を通じて噴孔の入口側端縁部の面取り面を加工しなけ
ればならず、煩雑で加工しにくいといった不具合がある
が、請求項２の発明によると前記不具合が改善される。
また、接合前において、バルブシートとノズルチップの
特性、例えば、シート部の油密特性、噴孔の噴霧特性な
どを独立して評価することができるので、万一、加工不
良が発生した場合でも、リスクを分散することが可能で
ある。

【０００８】請求項３の発明は、ノズルチップを金属射
出成形またはプレス成形により形成した請求項２記載の
燃料噴射ノズルである。このように構成すると、ノズル
チップを金属射出成形またはプレス成形する際、燃料噴
射室を基準として噴孔を形成することにより、その噴孔
の位置精度を向上することができる。また、バルブシー
トも金属製とすると、バルブシートとノズルチップとを
溶接によって簡単に接合することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］実施の形態１に
ついて図１〜図６を参照して説明する。まず、図１の断
面図に基づいて燃料噴射弁の全体構成を説明する。な
お、本実施の形態に係る燃料噴射弁は直噴式のガソリン
エンジンに用いられるものである。

【００１０】燃料噴射弁１において、ほぼ円筒形状のハ
ウジング２の内部には、ボビン３に巻装されたソレノイ
ドコイル４が設けられている。前記ボビン３の内部に
は、燃料流入パイプを兼ねる中空軸形状のコア５が設け
られている。前記コア５の上端部には、燃料配管（図示
せず）と連結される燃料コネクタ６が設けられている。
燃料コネクタ６の内部にはストレーナ７が装着されてい
る。

【００１１】前記コア５のほぼ中央部には、樹脂モール
ド成形による電気コネクタ９が設けられている。電気コ
ネクタ９にはターミナル１０が設けられている。電気コ
ネクタ９には、図示しない電子制御装置の給電用コネク
タが接続され、ターミナル１０を通じて前記ソレノイド
コイル４に通電される。前記コア５の内部には、バルブ
スプリング１２が挿入され、続いてスプリングピン１３
が装着されている。バルブスプリング１２は、前記コア
５の下方に配置されたアーマチュア１４を下方に付勢し
ている。

【００１２】前記ハウジング２の下縁部には、ほぼ円筒
形状のボデー１６が接続されている。ボデー１６の上端
部は、前記ボビン３の内側に位置するリング体１７を介
して前記コア５と接続されている。前記ボデー１６の下
部には、ほぼＣ字形板形状のスペーサ１８を介して燃料
噴射ノズル２０が接続されている。前記燃料噴射ノズル
２０内にはニードルバルブ１９が上下動すなわち軸移動
可能に設けられている。

【００１３】前記ニードルバルブ１９の上端部がスペー
サ１８を通して前記アーマチュア１４と連結されてい
る。前記ニードルバルブ１９には、前記スペーサ１８の
下方近傍に位置するストッパ部１９ａが形成されてい
る。前記ソレノイドコイル４に通電すると、アーマチュ
ア１４をバルブスプリング１２の付勢力に抗して吸引し
て、ストッパ部１９ａがスペーサ１８と当接するまでニ
ードルバルブ１９をスライドさせると後述するシート部
が開放される。

【００１４】次に、図２の部分拡大図に基づいて燃料噴
射ノズル２０を説明する。燃料噴射ノズル２０は、その
主体をなすほぼ円筒形状のバルブシート２２と、その下
端面に接合されたほぼ平板形状のノズルチップ３０とか
らなり、前記バルブシート２２の内部に設けられたスワ
ラー４０を備えている。

【００１５】バルブシート２２を説明する。バルブシー
ト２２は、バルブ孔２３とシート部２４とを有してい
る。バルブ孔２３は、ほぼ有底円筒状に形成されてい
る。バルブ孔２３のほぼ中央下部には内径を小さくする
スワラー用取り付け面２３ａが形成されている。シート
部２４は、前記バルブ孔２３の底面にほぼテーパー孔形
状に形成されており、前記ニードルバルブ１９の下端部
によって開閉される。

【００１６】前記バルブシート２２は、鍛造（例えば、
冷間鍛造）および／または切削加工等の機械加工により
形成された金属製からなる。バルブシート２２の金属材
料としては、例えば、ＳＵＳ４４０Ｃの棒材が使用され
る。さらに、バルブシート２２には、前記シート部２４
の耐摩耗性向上のため焼き入れが施される。なお、バル
ブシート２２の上端部が前記ボデー１６に取り付けられ
る（図１参照）。

【００１７】次に、ノズルチップ３０を説明する。図４
にノズルチップ３０の断面図、図５にノズルチップ３０
の上面図、図６にノズルチップ３０の下面図が示されて
いる。前記ノズルチップ３０は、前記バルブシート２２
（図１参照）の下端面に接合されるもので、球状凹面３
１により形成された底面を有する燃料噴射室３２と、前
記燃料噴射室３２の球状凹面３１の壁部を傾斜状に貫通
する真円形の噴孔３３とを備えている。なお燃料噴射室
３２は、前記バルブシート２２のバルブ孔２３と同一軸
線上に位置する。

【００１８】前記噴孔３３の入口側端縁部には、前記球
状凹面３１となだらかに連続する半径ｒのＲ形状の面取
り面３３ａが形成されている。前記面取り面３３ａにお
いて、内角側（図４において左側）の面取り量は、外角
側（図４において右側）の面取り量よりも大きく設定さ
れている。すなわち、内角側のＲ形状の半径ｒは、外角
側のＲ形状の半径ｒよりも大きく設定されている。な
お、外角側のＲ形状から内角側のＲ形状へはその半径ｒ
が徐々に変化している。例えば、噴孔３３の孔径がφ
０．５ｍｍの場合で、内角側のＲ形状の半径ｒは０．５
ｍｍ、外角側のＲ形状の半径ｒは０．１ｍｍである。な
お、Ｒ形状の面取り面３３ａに代え、直線形状の面取り
面としてもよい。

【００１９】また、前記ノズルチップ３０の下面には、
前記噴孔３３に対し直角をなす平面部３５が形成されて
いる。これにより、噴孔３３の出口側端縁部は直角エッ
ジ状に形成されている。また、前記ノズルチップ３０の
平面部３５を間に両側に位置する両端部３０ａは薄肉化
されている（図４参照）。

【００２０】前記ノズルチップ３０は、金属射出成形
（ＭＩＭ成形とも呼ばれる。）で形成された金属製から
なり、その成形と同時に燃料噴射室３２、噴孔３３およ
び平面部３５が形成されている。ノズルチップ３０を成
形する金属射出成形の成形工程は、周知のように、金属
材料の微粉末（パウダーともいう。）とバインダーとを
混練する混練工程と、前記混練した材料を射出成形機で
成形する成形工程と、脱脂炉で溶剤により前記成形体か
らバインダーを除く液体脱脂工程と、脱脂した成形体を
焼結炉で焼結する焼結工程とからなる。このノズルチッ
プ３０の金属材料としては、例えば、ＳＵＳ３１６の微
粉末が使用される。なお、ノズルチップ３０の成形後
に、面取り面３３ａが切削による端面加工によって形成
される。

【００２１】前記ノズルチップ３０は前記バルブシート
２２と次のように接合される。すなわち、図２に示すよ
うに、前記バルブシート２２の先端面（図示下端面）に
前記ノズルチップ３０の接合面（図示上端面）が面接触
状に突き合わせられる。その相互の突き合わせ面の周縁
部をレーザー溶接等により溶接（図に符号、２１を付
す。）することにより、前記バルブシート２２とノズル
チップ３０とが接合されている。なお、バルブシート２
２とノズルチップ３０との接合後、前記シート部２４に
研摩加工が施されることで燃料噴射ノズル２０が完成す
る。

【００２２】次に、スワラー４０を説明する。図２にお
いて、スワラー４０は、ほぼ円筒形状をなしており、上
部外周面を大径面とし、下部外周面を小径面としてい
る。前記スワラー４０の大径面が前記バルブ孔２３の取
り付け面２３ａに圧入によって固定される。これによ
り、前記スワラー４０の小径面の回りに燃料導入室４２
が形成されている。

【００２３】前記スワラー４０の中空孔４０ａには、前
記ニードルバルブ１９の下端部が上下方向に摺動可能に
嵌挿されている。スワラー４０の中空孔４０ａの下部に
は、内径を小さくする摺動案内面４３が形成されてお
り、前記ニードルバルブ１９が摺動案内される。

【００２４】前記スワラー４０の中央部には、前記中空
孔４０ａにおける摺動案内面４３より上方空間部と前記
燃料導入室４２とを連通する連通孔４４が形成されてい
る。スワラー４０の下端面における内周部には、前記バ
ルブシート２２のシート部２４と対向する円環状のスワ
ール室４６が形成されている。図３に図２のＩＩＩ−Ｉ
ＩＩ線断面図が示されている。図３において、前記スワ
ラー４０の下端面には、前記スワール室４６の接線方向
に延びるスワール孔４５が形成されている。前記燃料導
入室４２の燃料がスワール孔４５を通ってスワール室４
６に流入することで、燃料に旋回流が与えられる。

【００２５】以上のように構成された燃料噴射弁１にお
いて、ソレノイドコイル４に通電すると、バルブスプリ
ング１２の付勢力に抗してアーマチュア１４が吸引さ
れ、ニードルバルブ１９が上方へスライドされ、シート
部２４が開放される。これにより、燃料噴射ノズル２０
内に圧送されてくる燃料が、スワラー４０の中空孔４０
ａ、連通孔４４、燃料導入室４２、スワール孔４５を通
ってスワール室４６に流入し、旋回しながら燃料噴射室
３２内へ流れ込む。燃料噴射室３２内に流れ込んだ燃料
は、燃料噴射室３２の球状凹面３１に沿って旋回しなが
ら底面中心に向かって流れ、噴孔３３を通じて外部へ噴
射される。

【００２６】上記した燃料噴射弁１の燃料噴射ノズル２
０によると、噴孔３３の入口側端縁部の内角側では面取
り面３３ａの面取り量が大きい（図４参照）ため、燃料
の流れに縮流が発生しにくくなり流速の低下が少なくな
る。これにより、噴孔３３の入口側端縁部の内角側を流
れる燃料とその外角側を流れる燃料との流速の差を減少
することができるため、燃料を規定の噴霧形状（図２に
二点鎖線Ａで示す。）に噴射することができる。ちなみ
に、噴孔３３の入口側端縁部の外角側を面取りする理由
は、例えば、ピン角のエッジ部に形成すると、燃料の流
れによる剥離により前記エッジ部が除去されて噴射流量
が経時的に変化するため、その経時的な変化を防止する
ためである。

【００２７】また、シート部２４を有するバルブシート
２２と、燃料噴射室３２および噴孔３３を有するノズル
チップ３０とを接合してなることから、バルブシート２
２との接合前のノズルチップ３０において、噴孔３３の
入口側端縁部の面取り面３３ａを端面加工により容易に
かつ精度の良く加工することができる。例えば、シート
部２４、燃料噴射室３２および噴孔３３を一体に有する
場合には、細くて奥深いところにあるシート部２４を通
じて噴孔３３の入口側端縁部の面取り面３３ａを加工し
なければならず、煩雑で加工しにくいといった不具合が
あるが、そのような不具合を改善することができる。ま
た、例えば、噴孔３３を切削加工で形成した場合のバリ
や、レーザー加工で形成した場合のスパッタの除却も容
易となり、安定した噴霧形状が得られる。

【００２８】また接合前において、バルブシート２２と
ノズルチップ３０の特性、例えば、シート部２４の油密
特性、噴孔３３の噴霧特性などを独立して評価すること
ができるので、万一、加工不良が発生した場合でも、リ
スクを分散することが可能である。

【００２９】また、ノズルチップ３０を金属射出成形す
る際、燃料噴射室３２を基準として噴孔３３を形成する
ことにより、その噴孔３３の位置精度を向上することが
できる。また、バルブシート２２も金属製とすると、バ
ルブシート２２とノズルチップ３０とを溶接によって簡
単に接合することができる。なお、ノズルチップ３０
は、金属射出成形に代えて、プレス成形することができ
る。この場合も、燃料噴射室３２を基準として噴孔３３
を形成することにより、その噴孔３３の位置精度を向上
することができる。

【００３０】［実施の形態２］実施の形態２を図面に基
づいて説明する。実施の形態２は、実施の形態１のノズ
ルチップ３０を変更したものであり、実施の形態１と重
複する説明は省略する。図７にノズルチップ３０の断面
図、図８に同上面図、図９に同下面図が示されている。
図７〜図９に示すように、ノズルチップ３０の平面部３
５を取り囲む部分を全周にわたって厚肉化したものであ
る。

【００３１】本発明は前記実施の形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更
が可能である。例えば、噴孔３３の個数、形成位置およ
び噴出方向等は適宜選定されるものであり上記のものに
限定されない。また、本発明の燃料噴射ノズル２０は、
直噴式エンジンに限らず、他のエンジンに用いられる燃
料噴射弁１に流用することも可能である。また、燃料噴
射ノズル２０を、バルブシート２２とノズルチップ３０
との二体構造としないで、例えばＭＩＭ成形により一体
成形することも可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明の燃料噴射ノズルによれば、噴孔
の入口側端縁部の内角側を流れる燃料とその外角側を流
れる燃料との流速の差を減少することができ、燃料を規
定の噴霧形状に噴射することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１を示す燃料噴射ノズルの断面図で
ある。

【図２】図１の噴孔周辺部の拡大図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】ノズルチップの断面図である。

【図５】ノズルチップの上面図である。

【図６】ノズルチップの下面図である。

【図７】実施の形態２におけるノズルチップの断面図で
ある。

【図８】ノズルチップの上面図である。

【図９】ノズルチップの下面図である。

【図１０】従来例を示す燃料噴射ノズルの断面図であ
る。

【符号の説明】

１９バルブ２２バルブシート２４シート部３０ノズルチップ３１球状凹面３２燃料噴射室３３噴孔３３ａ面取り面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バルブが着座するシート部と、前記シー
ト部の下流に設けられかつ球状凹面により形成された底
面を有する燃料噴射室と、前記燃料噴射室の球状凹面の
壁部を傾斜状に貫通する噴孔とを備え、前記噴孔の入口
側端縁部には前記球状凹面となだらかに連続する面取り
面を形成し、前記面取り面の内角側の面取り量を外角側
の面取り量よりも大きくした燃料噴射ノズル。
【請求項２】シート部を有するバルブシートと、燃料
噴射室および噴孔を有するノズルチップとを接合してな
る請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【請求項３】ノズルチップを金属射出成形またはプレ
ス成形により形成した請求項２記載の燃料噴射ノズル。