JP2005307773A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転条件に応じて微粒化される燃料の粒径を変更して、燃料の噴霧特性を改善することを課題とする。
【解決手段】 固定噴孔プレート７に形成された複数の第２噴孔７ｂと、径方向に可動可能に可動噴孔プレート６に形成された複数の噴孔６ｃとで燃料噴霧経路を形成し、スプリング部材８により可動噴孔プレート６を径方向に可動させて噴孔６ｃを第２噴孔７ｂに対して可動させ、第２噴孔７ｂに対する噴孔６ｃの位置を可変して燃料の噴霧経路の断面積を可変制御し、噴霧される燃料の粒径を可変制御して構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、噴射燃料の微粒化を図る内燃機関の燃料噴射弁に関する。

従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献には、燃料噴射弁の先端部にノズルと空気室とを形成するとともに、この空気室に電動エアポンプから加圧アシストエアを圧送して常に安定したアシストエアを供給するように構成し、インジェクタからの噴射燃料の微粒化を図る電動ポンプ付きアシストエアインジェクタの技術が記載されている。

このようなアシストエアインジェクタを備えた燃料噴射弁においては、エンジン始動時のエンジン温度が低い場合に、アシストエアを供給して燃料噴霧の微粒化を図る一方、エンジン温度が高温の場合には、アシストエアを用いないようにしている。
特開平６−１２９２４３号公報

このようなアシストエア方式により燃料噴霧を微粒化した場合には、燃料噴霧の全体が微粒化されてしまう。このため、燃料の噴霧角が広がり、吸気ポートの壁面に付着して気化されずに吸気ポート内に滞留する燃料の壁流が増大するおそれがあった。吸気ポートの壁面に付着して滞留する燃料の壁流量が増大すると、燃料が液体の状態でシリンダの壁面を流れるおそれがあり、燃焼性、エミッション特性が悪化するといった不具合を招くおそれがあった。

また、従来のアシストエア方式では、エアの供給配管等の、アシストエア方式を実施するためにかなりの量の部品点数が必要となり、構成が大型化して設置場所が制約されたり、コストが増大するといった不具合も招いていた。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、運転条件に応じて微粒化される燃料の粒径を変更して、燃料の噴霧特性を改善した燃料噴射弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、本体内の燃料通路に設けられた弁体と、前記弁体の底部が着座可能な弁座部とを備え、前記弁体の底部が前記弁座部から離座すると、前記弁座部の開口部が開放され、前記開口部を介して前記燃料通路に流入した燃料が下流側に導かれる燃料噴射弁において、前記開口部を介して燃料が導かれる下流側に、前記燃料噴射弁の本体に固定されて設けられ、導かれた燃料を下流側に通過させる複数の第１の噴孔が形成された固定噴孔プレートと、前記固定噴孔プレートに接して径方向に可動可能に設けられ、前記固定噴孔プレートに形成された複数の第１の噴孔に対応して径方向に可動可能な複数の第２の噴孔が形成され、前記第２の噴孔と前記固定噴孔プレートに形成された第１の噴孔とで燃料の噴霧流路を形成する可動噴孔プレートと、前記可動噴孔プレートを径方向に可動させて前記可動噴孔プレートに形成された第２の噴孔を可動させ、前記固定噴孔プレートに形成された第１の噴孔に対する、前記可動噴孔プレートに形成された第２の噴孔の位置を可動制御する可動制御手段とを有することを特徴とする。

上記特徴の請求項１記載の発明によれば、第１の噴孔に対する第２の噴孔の位置を可動調整することで、両噴孔で形成される燃料の噴霧流路の断面積を可変制御することが可能となる。これにより、噴霧される燃料の粒径を可変制御することができ、自由度の高い噴霧特性を実現することができる。

請求項２記載の発明は、前記請求項１記載の発明において、前記固定噴孔プレートは、第１の噴孔に対してプレートの径方向内側に第３の噴孔が形成され、前記可動手段は、前記可動噴孔プレートに形成された第２の噴孔が前記固定噴孔プレートに形成された第３の噴孔を遮断しないように、前記可動噴孔プレートを可動制御することを特徴とする。

上記特徴の請求項２記載の発明によれば、第３の噴孔を介した外側噴霧と、第１の噴孔と第２の噴孔を介した内側噴霧の２つの燃料噴霧流路を形成することが可能となり、かつ内側噴霧の流路断面積を可変制御して燃料の粒径を可変することが可能となる。これにより、外側噴霧のみを微粒化することで、噴霧角度が広がるのを防止できるとともに、吸気ポートに付着する燃料は微粒化されるので、吸気ポートに付着する燃料は気化されやすくなり壁流量を低減することができる。

請求項３記載の発明は、前記請求項１又は２記載の発明において、前記可動噴孔プレートは、略円弧状の第１のプレート部材と第２のプレート部材で構成され、前記第１のプレート部材と前記第２のプレート部材が対向する端部の内、少なくとも１つの端部に、両プレートが連動して可動する際に前記第１のプレートと前記第２のプレートとを係合させて案内するガイド部が設けられていることを特徴とする。

上記特徴の請求項３記載の発明によれば、可動噴孔プレートが径方向に可動される際に、第１のプレートと第２のプレートとを安定して可動させることが可能となる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係る燃料噴射弁における先端部の構成を示す断面図である。図１に示す実施例１の燃料噴射弁１は、略円筒状の本体内の燃料通路２に設けられた弁体３と、この弁体３の底部をなす当接部４が着座可能な弁座部５を備えている。弁座部５の下流側には、可動噴孔プレート６と固定噴孔プレート７が積層して配置されている。

可動噴孔プレート６は、例えば図２の正面図に示すように、略円弧状の第１可動噴孔プレート６ａと第２可動噴孔プレート６ｂとで構成され、それぞれの可動噴孔プレートには、複数の噴孔６ｃが形成されている。それぞれの噴孔６ｃは、可動噴孔プレート６と固定噴孔プレート７の断面を表す図３（ａ）に示すように、噴孔軸が本体の筒軸方向に対して外側に斜行して形成されている。

図２に戻って、第１可動噴孔プレート６ａと第２可動噴孔プレート６ｂには、両プレートが対向する部位６ｄの少なくとも一つに、両プレートが係合して固定噴孔プレート７上で摺動した際に両プレートの摺動範囲がずれないようにする例えば凹凸状のガイド部（図示せず）が設けられている。このガイド部を設けることで、固定噴孔プレート７上で第１可動噴孔プレート６ａと第２可動噴孔プレート６ｂが安定して可動可能となる。第１可動噴孔プレート６ａと第２可動噴孔プレート６ｂとは、このガイド部に案内されて、概ねカメラのシャッターのように、図２に示す径方向（本体の筒軸方向に対して直交する方向）に連動して伸縮移動する。

図１に戻って、可動噴孔プレート６の外周には、温度に応じて形状が変化する伸縮部材をなす、例えば形状記憶金属からなるスプリング部材８が、一方端が本体に固定され、他方端が可動噴孔プレート６に固定されて設けられている。このスプリング部材８は、スプリング部材８の近傍に設けられたヒータ９で発生した熱によって伸縮制御され、この伸縮動作によって可動噴孔プレート６を上記径方向に可動させる。ヒータ９は、燃料噴射弁１による燃料噴射を制御してエンジンの運転を統括制御するＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）の制御の下に通電されて加熱制御される。

したがって、スプリング部材８は、エンジン温度（エンジンの冷却水温度）ならびにエンジン負荷（スロットル開度）の少なくとも一つに基づいて、第１可動噴孔プレート６ａならびに第２可動噴孔プレート６ｂを伸縮移動させる。これにより、可動噴孔プレート６は、ＥＣＵによる燃料噴射の制御動作に連動して伸縮移動の制御が行われることになる。

固定噴孔プレート７は、可動噴孔プレート６の下面に接して本体に固定して配置され、図３（ａ）示すように、上記径方向に対してプレート面内の内側に円弧状に複数の第１噴孔７ａが形成され、第１噴孔７ａに対して外側のプレート面内に円弧状に複数の第２噴孔７ｂが形成されている。第１噴孔７ａならびに第２噴孔７ｂは、可動噴孔プレート６に形成された噴孔６ｃと同様に、噴孔軸が本体の筒軸方向に対して外側に斜行して形成されている。複数の第２噴孔７ｂは、図３（ａ）に示すように、可動噴孔プレート６に形成された複数の噴孔６ｃに対応して形成され、同一の噴孔径を有して形成されている。

このような構成の燃料噴射弁１において、弁体３は、燃料通路２内で本体の筒軸方向に往復移動し、弁体３の当接部４で弁座部５に着座可能となる。当接部４が弁座部５に着座すると、弁座部５の中心に位置する開口部が閉塞され、当接部４が弁座部５から離座すると、開口部が開放される。

燃料通路２に流入した燃料は、弁座部５の開口部が開放されると、燃料通路２に流入した燃料は、開放された開口部を介して下流側の可動噴孔プレート６に導かれる。可動噴孔プレート６に導かれた燃料は、可動噴孔プレート６の第１可動噴孔プレート６ａと第２可動噴孔プレート６ｂに形成された複数の噴孔６ｃ、ならびに固定噴孔プレート７の外側に形成されて可動噴孔プレート６の噴孔６ｃに対応した第２噴孔７ｂと、固定噴孔プレート７の内側に形成された第１噴孔７ａを介して吸気ポートに噴霧される。

このように、可動噴孔プレート６の噴孔６ｃならびに固定噴孔プレート７の第１噴孔７ａ、第２噴孔７ｂを介して燃料が噴霧される際に、可動噴孔プレート６が固定噴孔プレート７に対して可動させ、可動噴孔プレート６の噴孔６ｃとこの噴孔６ｃに対応した固定噴孔プレートの第２噴孔７ｂとで形成される燃料流路の流路断面積を可変することで、固定噴孔プレート７の第１噴孔７ａを介して燃料が噴霧される内側噴霧に対して、外側噴霧における燃料の粒径を変化させる。

すなわち、スプリング部材８を最も縮んだ状態に制御することで、図３（ａ）に示すように、可動噴孔プレート６の噴孔６ｃと固定噴孔プレート７の第２噴孔７ｂとの径を一致させて、流路断面積を最大にした場合には、燃料の粒径が最も微粒化された場合の粒径に比べて、燃料の粒径は「中」程度に設定される。

一方、スプリング部材８を最も伸びた状態に制御して、第１可動噴孔プレート６ａならびに第２可動噴孔プレート６ｂを内側に可動させ、図３（ｂ）に示すように、可動噴孔プレート６の噴孔６ｃと固定噴孔プレート７の第２噴孔７ｂとで形成される流路の断面積を、図３（ａ）に示す場合に比べて狭めた場合には、図３（ａ）に示す場合の粒径に比べて、燃料の粒径は微粒化されて小さくなる。なお、流路の断面積を狭めると、燃料の流量が減少するが、燃料の噴霧圧力を上げることで、流量を確保することが可能となる。

このような燃料の粒径変化は、例えば図４に示すように、エンジンの運転状態に応じて制御される。図４において、エンジンの始動からファーストアイドリング状態では、外側噴霧における粒径を小さくすることが可能となる。これにより、噴霧角度が広がるのを防止できるとともに、吸気ポートに付着する燃料は微粒化されるので、吸気ポートに付着する燃料は気化されやすくなり壁流量を低減することができ、エミッション特性を改善することができる。また、定常運転時には、始動時と同様に外側噴霧における粒径を小さくすることで、燃料特性ならびに燃費が改善される。一方、スロットルが全開あるいは予め設定された所定値よりも大きな場合には、外側噴霧における粒径を「中」程度に設定することで、燃料の充填効率が高まり、エンジン出力が向上する。また、従来のアシストエア方式に比べて、構成が簡単で小型化が可能となる。

エンジン温度（エンジンの冷却水温度）ならびにエンジン負荷（スロットル開度）に基づいた、燃料の粒径変化の手順は、図５に示すフローチャートに基づいて、ＥＣＵの制御の下に実行される。図５において、先ず、各センサからの信号、例えばエンジンの回転数、空気量、ブースト（過給圧）、吸気温度、エンジンを冷却する冷却水の水温ならびにスロットル開度等のエンジンの運転状態を表す情報がＥＣＵに読み込まれる（ステップＳ５１）。読み込まれた冷却水の水温が、予め設定された所定温度、例えばエンジンの温度が定常運転時に比べて低く燃料の粒径を変化させる目安として設定された温度と比較判別される（ステップＳ５２）。比較判別の結果、冷却水の水温が所定温度よりも低い場合には、ヒータ９に通電してヒータ９を駆動発熱させ、スプリング部材８を伸ばし、可動噴孔プレート６を内側に移動させる。これにより、燃料の流路断面積を狭めて粒径を小さくし（ステップＳ５３）、燃料を噴射制御する（ステップＳ５４）。

一方、先のステップＳ５２の比較判別結果において、冷却水の水温が所定温度よりも高い場合には、続いてエンジンのスロットル開度が予め設定された所定値よりも大きいか否かが判別される（ステップＳ５５）。判別の結果、スロットル開度が所定値よりも大きくない場合には、先のステップＳ５３の処理を実行する一方、スロットル開度が所定値よりも大きい場合には、ヒータ９を非駆動状態として、スプリング部材８を縮め、可動噴孔プレート６を外側に移動させる。これにより、燃料の流路断面積を広げて粒径を「中」程度に設定し（ステップＳ５６）、燃料を噴射制御する（ステップＳ５４）。

図６は本発明の実施例２に係る燃料噴射弁における、可動噴孔プレートと固定噴孔プレートの断面構成を示す図である。図６において、この実施例２の特徴とするところは、先の実施例１の可動噴孔プレート６では１つの噴孔６ｃが形成されているのに対して、この実施例２における可動噴孔プレート１１では、図６（ａ）に示すように、プレートの内側と外側に孔径が異なる第１噴孔１１ａと第２噴孔１１ｂの２つの噴孔を形成し、かつ先の実施例１の固定噴孔プレート７では２つの第１噴孔７ａ、第２噴孔７ｂが形成されているのに対して、この実施例２における固定噴孔プレート１２では、図６（ａ）に示すように、プレートの内側から外側に向かって第１噴孔１２ａ、第２噴孔１２ｂ、第３噴孔１２ｃの３つの噴孔を形成したことにあり、他は先の実施例１と同様である。

可動噴孔プレート１１の第２噴孔１１ｂは、その孔径が第１噴孔１１ａの孔径に比べて小さく形成されている。可動噴孔プレート１１の第１噴孔１１ａと固定噴孔プレート１２の第２噴孔１２ｂとの孔径は同一に形成され、先の実施例１の可動噴孔プレート６の噴孔６ｃと固定噴孔プレート７の第２噴孔７ｂとの孔径と同様である。また、固定噴孔プレート１２の第１噴孔１２ａと先の実施例１の固定噴孔プレート７の第１噴孔７ａとの孔径は同一に形成されている。

このような構成において、燃料の粒径を「中」程度とする場合には、図６（ａ）に示すように、可動噴孔プレート１１の第１噴孔１１ａと固定噴孔プレート１２の第２噴孔１１ｂとの孔径を一致させ、外側の噴霧を先の実施例１の図３（ａ）に示すと同様に制御する。

この時、可動噴孔プレート１１の第２噴孔１１ｂと固定噴孔プレート１２の第３噴孔１２ｃとは重ならないように、それぞれの噴孔の形成位置が調整される。

一方、図６（ａ）に示す場合の粒径に比べて、燃料の粒径を小さくする場合には、スプリング部材８を伸長させて可動噴孔プレート１１を内側に移動させ、同図（ｂ）に示すように、可動噴孔プレート１１の第１噴孔１１ａと固定噴孔プレート１２の第２噴孔１２ｂが重なる部分を、同図（ａ）の場合に比べて狭くし、かつ可動噴孔プレート１１の第２噴孔１１ｂと固定噴孔プレート１２の第３噴孔１２ｃが重なるように可動噴孔プレート１１を移動させる。

このように、可動噴孔プレート１１を内側に移動させることで、可動噴孔プレート１１の第１噴孔１１ａと固定噴孔プレート１２の第２噴孔１２ｂとで形成される燃料流路の流路断面積、ならびに可動噴孔プレート１１の第２噴孔１１ｂと固定噴孔プレート１２の第３噴孔１２ｃとで形成される燃料流路の流路断面積のいずれの流路断面積は、図６（ａ）に示すように、可動噴孔プレート１１の第１噴孔１１ａと固定噴孔プレート１２の第２噴孔１２ｂとで形成される燃料流路の流路断面積に比べて狭くなっている。これにより、図６（ｂ）に示す場合には、同図（ａ）に示す場合に比べて燃料の粒径を小さくすることが可能となる。

また、図６（ｂ）に示す、可動噴孔プレート１１の第１噴孔１１ａと固定噴孔プレート１２の第２噴孔１２ｂとで形成される燃料流路の流路断面積と、可動噴孔プレート１１の第２噴孔１１ｂと固定噴孔プレート１２の第３噴孔１２ｃとで形成される燃料流路の流路断面積との和が、図６（ａ）に示す、可動噴孔プレート１１の第１噴孔１１ａと固定噴孔プレート１２の第２噴孔１２ｂとで形成される燃料流路の流路断面積に対して同一となるように、可動噴孔プレート１１と固定噴孔プレート１２の各噴孔の形成位置、ならびに可動噴孔プレート１１の移動量を適宜調整することで、燃料の流量を変えることなく粒径を変えることが可能となる。これにより、実施例１のように粒径を変化させる際に、変化の前後において燃料の流量を一定に保つことが可能となるので、燃料の圧力を変える必要がなくなる。

なお、上記実施例から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。

（イ）前記可動制御手段は、
温度に応じて形状が変化することで前記可動噴孔プレートを可動させるスプリング部材と、
前記スプリング部材を加熱制御するヒータと
を備えて構成されていることを特徴とする請求項１，２及び３のいずれか１項に記載の燃料制御弁。

上記（イ）項に記載の構成によれば、ヒータで発生した熱により形状が変化するスプリング部材で可動噴孔プレートが可動制御されるので、簡単かつ小型な構成で可動噴孔プレートを可動制御することが可能となる。

（ロ）前記可動制御手段は、エンジンの冷却水温度、及びエンジンのスロットル開度の内少なくとも１つに基づいて前記可動噴孔プレートを可動制御する
ことを特徴とする請求項１，２、３及び前記（イ）項のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。

本発明の実施例１に係る燃料噴射弁の構成を示す図である。 実施例１における可動噴孔プレートの構成を示す正面図である。 実施例１における固定噴孔プレートと可動噴孔プレートの噴孔の位置関係を示す断面図である。 エンジンの運転状態と燃料の粒径ならびに改善性能との関係を示す図である。 燃料の粒径を可変制御する手順を示すフローチャートである。 実施例２における固定噴孔プレートと可動噴孔プレートの噴孔の位置関係を示す断面図である。

符号の説明

１…燃料噴射弁
２…燃料通路
３…弁体
４…当接部
５…弁座部
６…可動噴孔プレート
６ａ…第１可動噴孔プレート
６ｂ…第２可動噴孔プレート
６ｃ…噴孔
６ｄ…部位
７，１２…固定噴孔プレート
７ａ，１１ａ，１２ａ…第１噴孔
７ｂ，１１ｂ，１２ｂ…第２噴孔
８…スプリング部材
９…ヒータ
１１…可動噴孔プレート
１２…固定噴孔プレート
１２ｃ…第３噴孔

Claims (3)

1. 本体内の燃料通路に設けられた弁体と、前記弁体の底部が着座可能な弁座部とを備え、前記弁体の底部が前記弁座部から離座すると、前記弁座部の開口部が開放され、前記開口部を介して前記燃料通路に流入した燃料が下流側に導かれる燃料噴射弁において、
   前記開口部を介して燃料が導かれる下流側に、前記燃料噴射弁の本体に固定されて設けられ、導かれた燃料を下流側に通過させる複数の第１の噴孔が形成された固定噴孔プレートと、
   前記固定噴孔プレートに接して径方向に可動可能に設けられ、前記固定噴孔プレートに形成された複数の第１の噴孔に対応して径方向に可動可能な複数の第２の噴孔が形成され、前記第２の噴孔と前記固定噴孔プレートに形成された第１の噴孔とで燃料の噴霧流路を形成する可動噴孔プレートと、
   前記可動噴孔プレートを径方向に可動させて前記可動噴孔プレートに形成された第２の噴孔を可動させ、前記固定噴孔プレートに形成された第１の噴孔に対する、前記可動噴孔プレートに形成された第２の噴孔の位置を可動制御する可動制御手段と
   を有することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記固定噴孔プレートは、第１の噴孔に対してプレートの径方向内側に第３の噴孔が形成され、
   前記可動手段は、前記可動噴孔プレートに形成された第２の噴孔が前記固定噴孔プレートに形成された第３の噴孔を遮断しないように、前記可動噴孔プレートを可動制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記可動噴孔プレートは、略円弧状の第１のプレート部材と第２のプレート部材で構成され、前記第１のプレート部材と前記第２のプレート部材が対向する端部の内、少なくとも１つの端部に、両プレートが連動して可動する際に前記第１のプレートと前記第２のプレートとを係合させて案内するガイド部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料噴射弁。

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