JP2004340121A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 より良好に燃料を微粒化可能な燃料噴射弁を提供すること。
【解決手段】 計量プレート（３）に複数の噴孔（５）が設けられ、計量プレートの上面には旋回流発生溝（１０）が設けられている。旋回流発生溝はその長手方向の中心線は略計量プレートの周辺部から中央に向かうが、噴孔の中心を通らないようにずらされ、長手方向の一方の壁面が噴孔の壁面に接線状に接続するようにされている。そして、旋回流発生溝の深さをＦ、長さをＮ、巾をＨ、長さ方向の中心線の噴孔の中心からの偏心量をＢとしたときに、Ｌ×１／５＜Ｆ＜Ｌ×２／３、Ｄ×１／２＜Ｎ＜Ｄ×３、Ｄ×１／５＜Ｈ＜Ｄ×２／３、Ｄ×１／５＜Ｂ＜Ｄ×１／２となるように形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料噴射弁に関する。

内燃機関の気筒に燃料を噴射するために燃料噴射弁が使用されているが、そのうち、図１２に示すように、バルブボデイ１内に摺動可能に配設されたニードル２の先端の前方に計量プレート３３を配設し、バルブボデイ１とニードル２の間の燃料通路４を経てニードル２の下面と計量プレート３の上面の間を流れる燃料を計量プレート３３に形成した噴孔５５から噴射せしめるタイプの燃料噴射弁がある。図１３は、計量プレート３の上面図であり、複数の噴孔５５が均等に形成されている。図１４の（Ａ）は１つの噴孔５５についてその周りの流れを上面図で示したものであり、図１４の（Ｂ）は側方断面図で示したものであり、円筒状に燃料が噴射され、所謂液柱噴霧が発生している。
そこで、特許文献１（特開平９−３２６９５号公報）に記載された燃料噴射弁のように噴孔５を斜めにして液柱噴霧の発生を抑制したものもある。

特開平９−３２６９５号公報

ところが、排気ガス規制がますます強化され、前記従来技術のような燃料噴射弁では、強化された排気ガス規制をクリアできない可能性があり、より良好な微粒化が可能な燃料噴射弁が求められている。
本発明は上記問題に鑑み、より良好な微粒化が可能な燃料噴射弁を提供することを目的とする。

請求項１の発明によれば、計量プレートに噴孔を形成し、計量プレートの上流側の面に沿って流される燃料を噴孔を通して計量プレートの下流側の面の外方に噴射する燃料噴射弁において、
噴孔を通る燃料を旋回流ならしめる旋回流発生手段を有し、旋回流発生手段が計量プレートの上流側の面に設けられている、ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。
このように構成される燃料噴射弁では、燃料は噴孔内で旋回流にされて噴孔か出ていくのでメガホン状に拡散され液柱噴霧を形成せずに良好に微粒化される。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、旋回流発生手段が噴孔の入口の壁面につながるように計量プレートの上流側の面に設けられた旋回流発生溝であって、溝を流れる燃料の主流が噴孔の中心からずれた位置に向かうようにされている、ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。
このように構成される燃料噴射弁では、旋回流発生溝によって燃料は噴孔内で旋回流にされる。

請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、旋回流発生溝の深さをＦ、長さをＮ、巾をＨ、長さ方向の中心線の噴孔の中心からの偏心量をＢとしたときに、下記の関係を有するようにされている、ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。
Ｌ×１／５＜Ｆ＜Ｌ×２／３，
Ｄ×１／２＜Ｎ＜Ｄ×３，
Ｄ×１／５＜Ｈ＜Ｄ×２／３，
Ｄ×１／５＜Ｂ＜Ｄ×１／２．

請求項４の発明によれば、請求項２の発明において、旋回流発生溝が、計量プレートの外周側からの流れを導くように形成されている、ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。

請求項５の発明によれば、請求項２の発明において、旋回流発生溝が、一つの噴射孔に対して複数個設けられている、ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。
このように構成される燃料噴射弁では複数の旋回流発生溝により、強い旋回流を燃料に与えることができる。

請求項６の発明によれば、請求項２の発明において、旋回流発生溝の深さが、噴孔に向かって、一定、あるいは、増大、あるいは、減少している、ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。

請求項７の発明によれば、請求項２の発明において、旋回流発生溝の計量プレートの形状が、長方形、半楕円形、噴孔側に一頂点を有する三角形、端部側に一頂点を有する三角形、燃料の旋回方向に合うように彎曲された勾玉形状のいずれかにされている、ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。

請求項８の発明によれば、請求項２の発明において、旋回流発生溝が、燃料が噴孔に流入する時に旋回をしているように燃料に予旋回を付与し得る予旋回付与機能を有する、ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。

請求項９の発明によれば、請求項１の発明において、旋回流発生手段が、計量プレートの上面に形成されたガイド突起である、ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。
このように構成される燃料噴射弁では、プレートの上面に形成されたガイド突起により燃料は噴孔内で旋回流にされ噴孔か出ていくのでメガホン状に拡散され液柱噴霧を形成せずに良好に微粒化される。

請求項１０の発明によれば、計量プレートに噴孔を形成し、計量プレートの上流側の面に沿って流される燃料を、噴孔を通して計量プレートの下流側の面の外方に噴射する燃料噴射弁であって、計量プレートの上流側に計量プレートに対向する先端面を有するニードルが対向配置されているものにおいて、
噴孔を通る燃料を旋回流ならしめる旋回流発生手段を有し、旋回流発生手段がニードルの先端面に形成された突起である、ことを特徴とする燃料噴射弁が提供される。
このように構成される燃料噴射弁では、ニードルの先端面に形成されたガイド突起に燃料は噴孔内で旋回流にされ噴孔か出ていくのでメガホン状に拡散され液柱噴霧を形成せずに良好に微粒化される。

本発明の燃料噴射弁は計量プレートに形成された噴孔から燃料を噴射するものであるが噴孔を通る燃料を旋回流ならしめる旋回流発生手段を有し、燃料は噴孔内で旋回流となって噴孔の出口より噴射され、出口を出た燃料はメガホン状に拡がり液柱噴霧にならずに良好に微粒化される。

以下、添付の図面を参照して本発明の各実施の形態について説明する。
初めに、第１の実施の形態について説明する。図１が第１の実施の形態において計量プレート３を上面（上流側）から見た図であって、計量プレート３には、複数（この場合は５個）の噴孔５が設けられており、計量プレート３の上面には旋回流発生溝１０が設けられている。

旋回流発生溝１０は図示されるように、その長手方向の中心線Ｘは、略計量プレート１０の周辺側から中心に向かうようにされているが、噴孔５の中心Ｐを通らないようにずらされ、長手方向の一方の壁面が噴孔５の壁面に接線状に接続するようにされている。なお、計量プレート３の外周円は計量プレート３の有効領域、すなわち、上流側表面を燃料が流れる領域を示している。

図２の（Ａ）は１つの噴孔５について旋回流発生溝１０からの燃料の流れを上面図で示したものであり旋回流発生溝１０を通る燃料の流れは噴孔５１０の壁に沿って旋回し旋回流を発生する。（Ｂ）は図２の（Ａ）のIIB-IIB線に沿って見た断面図であって、噴孔１０の内部を螺旋状に回転しながら進み、噴孔５出口１１からメガホン状に拡大して射出し良好に拡散した噴霧が形成され、従来技術のような液柱噴霧は形成されない。

次に、良好な旋回流を発生させるための旋回流発生溝１０の各部の寸法について説明する。先ず、図３の（Ａ）を参照して、以下のように寸法を定義する。
計量プレート３の厚さ： Ｌ
噴孔５の直径 ： Ｄ
旋回流発生溝１０の深さ ： Ｆ
さらに、図３の（Ｂ）を参照して、以下のように寸法を定義する。
旋回流発生溝１０の通路巾 ： Ｈ
旋回流発生溝１０の通路長さ（正確には旋回流発生溝１０の巾方向中心を通る線の、この線に直角な噴孔５の中心を通る線との交点から端部までの距離）： Ｎ
噴孔５の中心と旋回流発生溝１０の巾方向中心とのオフセット距離 ： Ｂ

そして、上記の定義において、所定の旋回流強さを得るには、
旋回流発生溝１０の深さＦは計量プレート３の厚さＬに対して、図４の（Ａ）に示すように、Ｌ×１／５＜Ｆ＜Ｌ×２／３とされる。
旋回流発生溝１０の通路長さＮは噴孔５の直径Ｄに対して、図４の（Ｂ）に示すように、Ｄ×１／２＜Ｎ＜Ｄ×３とされる。
旋回流発生溝１０の通路巾Ｈは噴孔５の直径Ｄに対して、図４の（Ｃ）に示すように、Ｄ×１／５＜Ｄ＜Ｌ×２／３とされる。
旋回流発生溝１０の通路偏心量Ｂは噴孔５の直径Ｄに対して、図４の（Ｄ）に示すように、Ｄ×１／５＜Ｄ＜Ｌ×１／２とされる。

次に、図５を参照して旋回流発生溝１０の溝の深さを変えた変形例を説明する。
図５の（Ａ）に示すのは、標準のもの、すなわち、図３の（Ａ）に示したように旋回流発生溝１０の深さが端部から噴孔５まで一定のものであり、図５の（Ｂ）に示すものは旋回流発生溝１０の深さが端部から噴孔５に向かうにつれて増大するものであり、図５の（Ｃ）に示すものは旋回流発生の溝１０深さが端部から噴孔５につれて減少するものである。（Ｂ）のものは燃料の噴出力が大きいが渦の強さが小さく、（Ｃ）のものは燃料の噴出力が小さいが渦の強さが大きく、（Ａ）のものは燃料の噴出力、渦の強さが、それぞれ、中程度である。

次に、図６を参照して旋回流発生溝１０の形状（上面図形状）を変えた変形例について説明する。
図６の（Ａ）に示すのは、標準のもの、すなわち、図３の（Ａ）に示したように溝１０の上面図形状が長方形のものであり、図６の（Ｂ）に示すのは上面図形状が半楕円状で端部側から噴孔側へ曲線的に拡がるものである。図６の（Ｃ）に示すのは上面図形状が端部側に一つの頂角を有する三角形状で端部側から噴孔側に直線的に狭めたものである。図６の（Ｄ）に示すのは上面図形状を途中で渦の旋回方向と同じ方向に屈曲させた勾玉状のものである。図６の（Ｅ）に示すのは上面図形状を噴孔５の側が狭められた三角形状にしたものである。 なお、図６に示したいずれのものも、図の右側に計量プレート３の周辺部がある場合を示しており、燃料は矢印で示されるように流れる。

次に、図７を参照して旋回流発生溝１０の通路の個数を変えた変形例について説明する。
図７の（Ａ）に示すのは、標準のもの、すなわち、図３の（Ａ）に示したように旋回流発生溝１０が１個のものであり、図７の（Ｂ）に示すのは旋回流発生溝１０を２個噴孔５の中心に対して点対称に設けたものであり、図７の（Ｃ）に示すのは旋回流発生溝１０を３個噴孔５の中心に対して点対称に設けたものであり、図７の（Ｄ）に示すのは旋回流発生溝１０を４個噴孔５の中心に対して点対称に設けたものである。そして、通路の数を増すほど、渦の強さは増大する。
なお、燃料は矢印で示されるように流れるが、図６と同様に、図７に示したいずれのものも、図の右側に計量プレート３の周辺部がある場合を示しており、右側からの流れが最も強い。

次に、図８を参照して、燃料が噴孔に流入するときに旋回しているように燃料に予旋回を付与できる予旋回付与機能を有する変形例について説明する。
いずれの場合も、計量プレート３の周辺部が最も近い方角（図の右側から）から噴孔の周縁に向かって、略接線方向に、燃料が流れるようにされ、その流れが噴孔の近傍で強く曲げられるようにされている。

図８の（Ａ）に示すのはその内の溝の上方から見た基本形状が三角形にしたものであり、噴孔５の側方（図中上方）に位置せしめられている頂角によって燃料に予旋回を与えている。図８の（Ｂ）に示すのは基本形状を長方角形にしたものであり、同様に、噴孔５の側方（図中上方）に位置せしめられている頂角によって燃料に予旋回を与えている。図８の（Ｃ）に示すのは基本形状を略三日月形にしたものであり、凸形状部分の全体で燃料に予旋回を与えている。

このようにすることにより、図の右側に計量プレート３の周辺部がある場合に、燃料は矢印に示されるように流れ、旋回流発生溝１０内で予旋回が与えられ、結果的により強い渦を得ることができる。

次に、図９は噴孔５の形状の変形例を説明する。
図９の（Ａ）に示すのは、標準のもの、すなわち、図３の（Ａ）に示したように噴孔５が計量プレート３の面に対して垂直にストレートに延伸するストレート噴孔５の上面図であり、図９の（Ｄ）はその断面図である。
図９の（Ｂ）に示すのは噴孔５が計量プレート３の面に対して傾斜して延伸する斜め噴孔５のものであり、図９の（Ｅ）はその断面図である。
図９の（Ｃ）に示すのは噴孔５が八角星形の異形噴孔５のものであり、図９の（Ｆ）はその断面図である。
なお、噴孔５の形状はこの他にも色々な形状とすることができる。

以上説明した第１の実施の形態においては、各変形例を含め、旋回流発生溝１０により燃料は噴孔５内で旋回流となって噴孔５の出口より噴射され、出口を出た燃料はメガホン状に拡がり液柱噴霧にならずに良好に微粒化される。

次に第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は、計量プレート３の上面にリブ状に***するガイド突起１１を形成し、このガイド突起１１により噴孔５に向けて燃料を旋回させて導入するようにしたたものである。図１０が第２の実施の形態の計量プレート３を上面から見た図である。なお、この図１０に示すものにおいては、噴孔５が中心の周りに不均等な角度で分布されているので、図中上側、および、左側の３つの噴孔５に対するガイド突起１１は図中時計回り側に配設され、図中下側の２つの噴孔５に対するガイド突起１１は図中反時計回り側に配設されているが、均等に配設されていれば、必ずしもこのようにする必要はない。また、噴孔５の形状はストレート噴孔５が示されているが、図９に示したように変形してもよい。なお、ガイド突起１１の突出量はニードル２が最も突出せしめられたときに衝突しないようにされているが、下面に対応する溝を設けてもよい。
第２の実施の形態はこのように構成され計量プレート１０の周辺側から流れてくる燃料がガイド１１によって旋回されて噴孔５に導入され、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

次に第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態は、ニードル２の先端面にリブ状に***するガイド突起１２を形成し、このガイド突起１２により噴孔５に向けて燃料を旋回させて導入するようにしたたものである。図１１が第３の実施の形態のニードル２の先端面を計量プレート３の方向から見た図であり、点線で示すのは、計量プレート３の有効領域（上面を燃料が流れる領域）および噴孔５の位置である。なお、この図１１に示すものも、図１０に示したものと同様に、噴孔５が中心の周りに不均等な角度で分布された場合のものである。なお、この第３の実施の形態においては、ニードル２が軸線まわりに回転すると噴孔５に旋回流が導けなくなるので、ニードル２は図示しない、適宜な方法によって、回転しないようにされている。
第３の実施の形態はこのように構成され計量プレート１０の周辺側から流れてくる燃料がガイド突起１２によって旋回されて噴孔５に導入され、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。

本発明は、計量プレートに噴孔を形成し、計量プレートの上流側の面に沿って流される燃料を、噴孔を通して計量プレートの下流側の面の外方に噴射する燃料噴射弁に適用されるが、同様の構造を有する他の噴射弁に適用することも可能である。

本発明の第１の実施の形態のプレート上方から見た図である。 各噴孔付近の流れを説明する図であって、 （Ａ）噴孔の上方から見た図であり、 （Ｂ）図２の（Ａ）のIIB-IIB線に沿って見た断面である。 噴孔の緒元値を決定する各部寸法位置を示す図であり、 （Ａ）噴孔の上方から見た図であり、 （Ｂ）断面で見た図である。 旋回流発生溝の各寸法の適値を説明する図であって、 （Ａ）旋回流発生溝の深さの適値を示し、 （Ｂ）旋回流発生溝の長さを示し、 （Ｃ）旋回流発生溝の幅の適値を示し、 （Ｄ）旋回流発生溝の偏心量の適値を示している。 旋回流発生溝の深さの変形例を示す図であって、 （Ａ）深さ一定の場合を示し、 （Ｂ）深さが噴孔に近づくにつれて深くなる場合を示し、 （Ｃ）深さが噴孔に近づくにつれて浅くなる場合を示している。 旋回流発生溝の上面形状の変形例を説明する図であって、 （Ａ）長方形の場合を示し、 （Ｂ）噴孔側に緩やかに拡がる半楕円形の場合を示し、 （Ｃ）噴孔側に直線的に拡がる三角形の場合を示し、 （Ｄ）旋回流にあうように彎曲した勾玉形状の場合を示し、 （Ｅ）噴孔側に直線的に狭まる三角形の場合を示している。 １つに噴孔に付設される旋回流発生溝の個数を変えた変形例を説明する図であって、 （Ａ）１個の場合を示し、 （Ｂ）２個の場合を示し、 （Ｃ）３個の場合を示し、 （Ｄ）４個の場合を示している。 燃料が噴孔に流入する時に旋回しているようにした変形例を説明する図であって、 （Ａ）基本形状が三角形の場合を示し、 （Ｂ）基本形状が長方形の場合を示し、 （Ｃ）基本形状が三日月形の場合を示している。 噴孔の形状の変形例を説明する図であって、 （Ａ）ストレート噴孔の上面図を示し、 （Ｂ）斜め噴孔の上面図を示し、 （Ｃ）異形断面の噴孔の上面図を示し、 （Ｄ）（Ａ）のストレート噴孔の断面図を示し、 （Ｅ）（Ｂ）の斜め噴孔の断面図を示し、 （Ｆ）（Ｃ）の異形断面の噴孔の断面図を示している。 第２の実施の形態における計量プレートの表面に設けられたガイド突起を示す図である。 第３の実施の形態におけるニードルの端面に設けられたガイド突起を示す図である。 本発明が適用される噴射ノズル構成を説明する断面図である。 従来技術の噴孔をプレート上方から見た図である。 従来技術の各噴孔付近の流れを説明する図であって、 （Ａ）噴孔の上方から見た図であり、 （Ｂ）断面で見た図である。

符号の説明

２…ニードル
３…計量プレート
５…噴孔
１０…旋回流発生溝
１１…（計量プレートに設けられた）ガイド突起
１２…（ニードル下面に設けられた）ガイド突起

Claims (10)

1. 計量プレートに噴孔を形成し、計量プレートの上流側の面に沿って流される燃料を、噴孔を通して計量プレートの下流側の面の外方に噴射する燃料噴射弁において、
   噴孔を通る燃料を旋回流ならしめる旋回流発生手段を有し、旋回流発生手段が計量プレートの上流側の面に設けられている、ことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 旋回流発生手段が噴孔の入口の壁面につながるように計量プレートの上流側の面に設けられた旋回流発生溝であって、溝を流れる燃料の主流が噴孔の中心からずれた位置に向かうようにされている、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 旋回流発生溝の深さをＦ、長さをＮ、巾をＨ、長さ方向の中心線の噴孔の中心からの偏心量をＢとしたときに、下記の関係を有するようにされている、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
   Ｌ×１／５＜Ｆ＜Ｌ×２／３，
   Ｄ×１／２＜Ｎ＜Ｄ×３，
   Ｄ×１／５＜Ｈ＜Ｄ×２／３，
   Ｄ×１／５＜Ｂ＜Ｄ×１／２．
4. 旋回流発生溝が、計量プレートの外周側からの流れを導くように形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
5. 旋回流発生溝が、一つの噴射孔に対して複数個設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
6. 旋回流発生溝の深さが、噴孔に向かって、一定、あるいは、増大、あるいは、減少している、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
7. 旋回流発生溝の形状が、長方形、半楕円形、噴孔側に一頂点を有する三角形、端部側に一頂点を有する三角形、燃料の旋回方向に合うように彎曲された勾玉形状のいずれかにされている、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
8. 旋回流発生溝が、燃料が噴孔に流入する時に旋回をしているように燃料に予旋回を付与し得る予旋回付与機能を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
9. 旋回流発生手段が、計量プレートの上面に形成されたガイド突起である、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
10. 計量プレートに噴孔を形成し、計量プレートの上流側の面に沿って流される燃料を、噴孔を通して計量プレートの下流側の面の外方に噴射する燃料噴射弁であって、計量プレートの上流側に計量プレートに対向する先端面を有するニードルが対向配置されているものにおいて、
    噴孔を通る燃料を旋回流ならしめる旋回流発生手段を有し、旋回流発生手段がニードルの先端面に形成されたガイド突起である、ことを特徴とする燃料噴射弁。
    

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