JP2012097628A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】中央室からスワール室へ効率良く燃料を案内して、燃料の流速の低下を抑制し、燃料の微粒化を図ることができる燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】ノズルプレート８の一端側側面にはスワール室４１と中央室４２が形成され、スワール室４１は底部に噴射孔４４を備えた円筒状の内側面を有し、内部で燃料を旋回させて旋回力を付与する複数のスワール付与室４６と、各スワール付与室の接線方向に向かってスワール付与室と接続するとともに、中央室の接線方向に向かって中央室と接続し、中央室からスワール付与室へ燃料を供給する連通路４５とから形成されている。隣接する前記連通路４５の間に、前記連通路４５内に燃料を案内する案内壁４９を形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射弁として用いられる燃料噴射弁に関する。

この種の技術としては、下記の特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報には、弁体に旋回溝が形成されており、キャビティ本体内で旋回流れを生じさせるものが開示されている。キャビティ本体には径方向に突出させたスワール室が形成されている。

特開２００９−１９７６８２号公報

上記特許文献１に記載の技術では、隣接するスワール室の間に壁がないため、キャビティ（中央室）からスワール室内へ効率良く燃料を案内することができず、燃料の流速を低下させるおそれがあった。
本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、中央室からスワール室へ効率良く燃料を案内して、燃料の流速の低下を抑制し、燃料の微粒化を図ることができる燃料噴射弁を提供することである。

上記目的を達成するため本願発明では、閉弁時に弁体が座る弁座が形成されるとともに、下流側に開口部を有する弁座部材と、前記弁座部材の開口部と連通し、円筒状の内側面を有する中央室と、前記弁体の外周に軸方向に対して斜め方向に凹状に形成され、前記中央室内で燃料を旋回させるスワール溝と、前記中央室よりも下流側に形成され、円筒状の内側面を有し、内部で燃料を旋回させて旋回力を付与する複数のスワール付与室と、前記各スワール付与室の接線方向に向かって前記スワール付与室と接続するとともに、前記中央室の接線方向に向かって前記中央室と接続し、前記中央室から前記スワール付与室へ燃料を供給する連通路と、前記スワール付与室の底部に円筒状に形成され外部に貫通する噴射孔と、を備えた燃料噴射弁において、前記中央室に接続する隣接する前記連通路の間に、前記連通路内に燃料を案内する案内壁を形成した。

本発明により、中央室からスワール室へ効率良く燃料を案内して、燃料の流速の低下を抑制し、燃料の微粒化を図ることができる。

実施例１の燃料噴射弁の軸方向断面図である。 実施例１の燃料噴射弁のスワール室付近の拡大断面図である。 実施例１のノズルプレートを軸方向から見た平面図である。 実施例１の開弁時の弁座部材内の燃料の流れを示す図である。 実施例１の開弁時の中央室からスワール室への燃料の流れを示す図である。 実施例２のノーズプレートを軸方向から見た平面図と燃料の流れを示す図である。 実施例３のノーズプレートを軸方向から見た平面図と燃料の流れを示す図である。 実施例４のノーズプレートを軸方向から見た平面図と燃料の流れを示す図である。 他の実施例のノズルプレートを軸方向から見た平面図である。 他の実施例の燃料噴射弁のスワール室付近の拡大断面図である。

〔実施例１〕
実施例１の燃料噴射弁1について説明する。
［燃料噴射弁の構成］
図１は燃料噴射弁1の軸方向断面図である。この燃料噴射弁1は、自動車用エンジン等に用いられるものである。
燃料噴射弁1は、磁性筒体2と、磁性筒体2内に収容されるコア筒体3と、軸方向に摺動可能な弁体4と、弁体4と一体に形成された弁軸5と、閉弁時に弁体4により閉鎖される弁座6を有する弁座部材7と、開弁時に燃料が噴射される噴射孔を有するノズルプレート8と、通電時に弁体4を開弁方向に摺動させる電磁コイル9と、磁束線を誘導するヨーク10とを有している。

磁性筒体2は、例えば電磁ステンレス鋼等の磁性金属材料により形成された金属パイプ等からなり、深絞り等のプレス加工、研削加工等の手段を用いることにより、図１に示すように段付き筒状をなして一体に形成されている。磁性筒体2は、一端側に形成された大径部11と、大径部11よりも小径であって他端側に形成された小径部12とを有している。
小径部12には、一部を薄肉化した薄肉部13が形成されている。小径部12は、薄肉部13より一端側にコア筒体3を収容するコア筒体収容部14と、薄肉部13より他端側に弁部材15（弁体4、弁軸5、弁座部材7）を収容する弁部材収容部16とに分けられている。薄肉部13は、後述するコア筒体3と弁軸5が磁性筒体2に収容された状態で、コア筒体3と弁軸5との間の隙間部分を取り囲むように形成されている。薄肉部13は、コア筒体収容部14と弁部材収容部16との間の磁気抵抗を増大させ、コア筒体収容部14と弁部材収容部16間を磁気的に遮断している。

大径部11は弁部材15に燃料を送る燃料通路17を構成しており、大径部11の一端部には燃料を濾過する燃料フィルタ18が設けられている。燃料通路17にはポンプ47が接続されている。このポンプ47は、ポンプ制御装置54により制御されている。
コア筒体3は、中空部19を有する円筒形に形成されており、磁性筒体2のコア筒体収容部14に圧入されている。中空部19には、圧入等の手段により固定されたばね受20が収容されている。このばね受20の中心には軸方向に貫通した燃料通路43が形成されている。
弁体4の外形は略球体状に形成されており、周上に燃料噴射弁1の軸方向に対して斜めに凹状に形成されたスワール溝21を有している。弁軸5は大径部22と、外形が大径部22より小径に形成された小径部23とを有している。

小径部23の先端には弁体4が溶接により一体に固定されている。なお図中の黒半円や黒三角は溶接箇所を示している。大径部22の端部にはばね挿入孔24が穿設されている。このばね挿入孔24の底部は、ばね挿入孔24よりも小径に形成されたばね座り部25が形成されるとともに、段部のばね受部26が形成されている。小径部23の端部には燃料通路孔27が形成されている。この燃料通路孔27はばね挿入孔24と連通している。小径部23の外周と燃料通路孔27とは貫通した燃料流出孔28が形成されている。
弁座部材7は、略円錐状の弁座6と、弁座6より一端側に弁体4の径とほぼ同型に形成された弁体保持孔30と、弁体保持孔30から一端開口側に向かうにつれて大径に形成された上流開口部31と、弁座6の他端側に開口する下流開口部48とが形成されている。
弁軸5および弁体4は、磁性筒体2に軸方向摺動可能に収装されている。弁軸5のばね受部26とばね受20との間にコイルバネ29が設けられ、弁軸5および弁体4を他端側に付勢している。弁座部材7は、弁座6に弁体4が座るように磁性筒体2に挿入され、磁性筒体2に溶接により固定されている。
磁性筒体2のコア筒体3の外周には電磁コイル9が挿嵌されている。すなわち、電磁コイル9はコア筒体3の外周に配置されることとなる。電磁コイル9は、樹脂材料により形成されたボビン32と、このボビン32に巻回されたコイル33とから構成されている。コイル33は、コネクタピン34を介して電磁コイル制御装置55に接続されている。電磁コイル制御装置55は、クランク角を検出するクランク角センサからの情報に基づいて計算した燃焼室側に燃料を噴射するタイミングに応じて、電磁コイル9のコイル33に通電して燃料噴射弁1を開弁させる。

ヨーク10は中空の貫通孔を有し、一端開口側に形成された大径部35と、大径部35より小径に形成された中径部36と、中径部36より小径に形成され他端開口側に形成された小径部37から構成されている。小径部37は、弁部材収容部16の外周に嵌合されている。中径部36の内周には電磁コイル9が収装されている。大径部35の内周には連結コア38が配置されている。
連結コア38は磁性金属材料等により略Ｃ字状に形成されている。ヨーク10は、小径部37および連結コア38を介して大径部35において磁性筒体2と接続しており、すなわち電磁コイル9の両端部で磁性筒体2と磁気的に接続されていることとなる。ヨーク10の他端側先端には、燃料噴射弁1をエンジンの吸気バルブ接続するためのアダプタ52が取り付けられている。

コネクタピン34を介して電磁コイル9に給電されると磁界が発生し、この磁界の磁力によって、弁体4および弁軸5をコイルばね29の付勢力に抗して開弁させる。
燃料噴射弁1の図１に示すように、磁性筒体2の大径部11の一端部を除いた部分、小径部12の電磁コイル9設置位置まで、電磁コイル9とヨーク10の中径部36との間、連結コア38の外周と大径部35との間、大径部35の外周、中径部36の外周、およびコネクタピン34の外周は樹脂カバー53により被服されている。コネクタピン34の先端部分は樹脂カバー53が開口して形成されており、コントロールユニットのコネクタが差し込まれるようになっている。
磁性筒体2の一端部外周にはOリング39が、ヨーク10の小径部37の外周にはOリング40が設けられている。
弁座部材7の他端側には、ノズルプレート8が溶接されている。このノズルプレート8には、燃料にスワール（旋回力）を与える３つのスワール室41と、各スワール室41に燃料を分配する中央室42と、スワール室41においてスワールが与えられた燃料が噴射される噴射孔44が形成されている。

［ノズルプレートの構成］
図２は、燃料噴射弁1のノズルプレート8付近の拡大断面図である。図３は、ノズルプレート8を軸方向一端側から見た平面図である。なお図２のノズルプレート8の断面は、図３のA-Aの位置で切断した断面である。
ノズルプレートの一端側側面にはスワール室41と中央室42が形成されている。中央室42は弁座部材7の軸の同芯上に円形凹状に形成されている。

スワール室41は３つ形成されており、それぞれ連通路45とスワール付与室46とから構成されている。連通路45の中央室42に対して径方向外側の側壁45aは、中央室42の接線上に形成され、連通路45全体としても中央室42の接線方向に延びて形成されている。隣接する連通路45の間には、燃料を中央室42から連通路45に向かって案内する案内壁49が形成されている。
連通路45の先にはスワール付与室46が形成されている。連通路45は、軸方向一端側から見た幅が一定となるように形成されている。スワール付与室46は、円形凹状に形成されている。スワール付与室46の中心部分には噴射孔44が形成されている。この噴射孔44は他端側に向かって貫通している。連通路45は、連通路の側面であってスワール付与室46の径方向内側に接続する側面45bの延長線Lが噴射孔44と外接するように形成されている。なお、側面45bの延長線Lは噴射孔44と外接しなくとも、噴射孔44よりも径方向外側にあれば良い。また側面45aは、スワール付与室46の接線上に形成されている。

［作用］
次に実施例１の燃料噴射弁1の作用について説明する。
（燃料の微粒化）
図４は、開弁時の弁座部材7内の燃料の流れを示す図である。また図５は、開弁時の中央室42からスワール室41への燃料の流れを示す図である。図４では、弁座部材7を点線でスケルトン表示している。
開弁すると燃料はスワール溝21を通過するときに軸方向に対して斜め方向に（例えば弁体4の中央からスワール室４６へ向け）案内される。その後、燃料は旋回しながら弁体4と弁座6との間を通過し中央室42に供給される。中央室42に供給された燃料は、案内壁49に沿って流れて連通路45を通りスワール付与室46に流れ込む。スワール付与室46に流れ込んだ燃料は、スワール付与室46内を旋回して旋回エネルギーを持ったまま噴射孔44に供給される噴射される。旋回エネルギーを持つ燃料は、噴射孔44の側壁部分に沿うように旋回しながら噴射される。そのため、噴射孔44から噴射された燃料は、噴射孔44の接線方向に飛散する。噴射孔44から噴射された直後の燃料噴霧は、噴射孔44開口部のエッジ部分によって薄い液膜状態で円錐状に広がる。その後、液膜状態の燃料が分離して微粒化した液滴となる。
これにより燃料の気化を促進することができ、特に低温始動時の窒素酸化物等の発生を低減することができる。

（燃料案内の効率化）
燃料の微粒化を図るためには、スワール付与室46内での燃料の流速を確保する必要がある。そのため、中央室42からスワール室41に効率良く燃料を供給する必要があった。
そこで、実施例１の燃料噴射弁1では、中央室42に接続する連通路45の間に、連通路45内に燃料を案内する曲面状の案内壁49を形成した。これにより中央室42から出て連通路45に向かう燃料は案内壁49に衝突し、緩やかに方向転換し、流速を落とすことなく中央室42から連通路45へ流れ、スワール付与室46内での燃料の流速低下を抑制することが可能となり、燃料の微粒化を促進することができる。
さらに実施例１の燃料噴射弁1では、連通路45を、連通路45の側面であってスワール付与室46内の径方向内側に接続する側面の延長線Lが噴射孔44と外接するように形成した。これにより、連通路45のスワール付与室46の径方向内側の側面の延長線Lが噴射孔44と外接するように形成したため、燃料が連通路45の壁に衝突することを減少でき、直接噴射孔44に向かい流速を保ちながら噴射孔44内に入り、噴射孔44内の壁を旋回しながら噴射される。

［効果］
実施例１の燃料噴射弁1の効果について以下に列記する。
（１）摺動可能に設けられた弁体4と、閉弁時に弁体4が座る弁座6が形成されるとともに、下流側に下流開口部48を有する弁座部材7と、弁座部材7の下流開口部48と連通し、円筒状の内側面を有する中央室42と、弁体4の外周に軸方向に対して斜め方向に凹状に形成され、中央室42内で燃料を旋回させるスワール溝21と、中央室42よりも下流側に形成され、円筒状の内側面を有し、内部で燃料を旋回させて旋回力を付与する複数のスワール付与室46と、各スワール付与室46の接線方向に向かってスワール付与室46と接続するとともに、中央室42の接線方向に向かって中央室42と接続し、中央室42からスワール付与室46へ燃料を供給する連通路45と、スワール付与室46の底部に円筒状に形成され外部に貫通する噴射孔44と、を備えた燃料噴射弁1において、中央室42に接続する隣接する連通路45の間に、連通路45内に燃料を案内する曲面状の案内壁49を形成した。
よって、中央室42から出て連通路45に向かう燃料は案内壁49に衝突し、緩やかに方向転換し、流速を落とすことなく案内壁49によって中央室42から連通路45へ燃料を流すことができ、スワール付与室46内での燃料の流速低下を防止することが可能となり、燃料の微粒化を促進することができる。

（２）連通路45を、連通路45の側面であってスワール付与室内46の径方向内側に接続する側面45bの延長線Lが噴射孔44と外接するように形成した。
よって、燃料が上流スワールの流れを保ちながら直接噴射孔44に入り旋回しながら噴射され、燃料の微粒化を促進することができる。

〔実施例２〕
実施例２の燃料噴射弁１について説明する。実施例１の燃料噴射弁１は、連通路45の中央室42に対して径方向外側の側壁45aを中央室42の接線上に形成していた。この構成を、実施例２の燃料噴射弁１では、連通路45の側壁45aと中央室42の接続箇所に段差部45cを形成した。
図６は、ノーズプレート８を軸方向一端側から見た平面図と燃料の流れを示す図である。図６（ａ）はノーズプレート全体を示し、図６（ｂ）は図6（ａ）の一点鎖線の円Bに示す部分の拡大図である。
図６に示すように、連通路45の側壁45aと中央室42との接続箇所に段差部45cが形成されている。この段差部45cは曲線状に形成されており、中央室42側の端部は中央室42の接線方向に向かって接続しており、側壁45a側の端部は側壁45aが延びる方向に向かって接続している。

［作用］
連通路45の側壁45aと中央室42との接続箇所に曲線状の段差部45cを形成した。図６に示す燃料の流れのように、燃料が中央室42から連通路45aに流れるときに乱流が発生せず流速の減少を抑制することができる。

［効果］
（３）連通路45の側面（側面45a）であって、中央室42内の径方向外側に接続する箇所に段差部45cを有し、段差部45cを曲線状に形成した。
よって、燃料が中央室42から連通路45aに流れるときに乱流が発生せず流速の減少を抑制することができる。

〔実施例３〕
実施例３の燃料噴射弁１について説明する。実施例１の燃料噴射弁１は、連通路45を軸方向一端側から見た幅が一定となるように形成していた。この構成を、実施例３の燃料噴射弁１では、軸方向一端側から見た幅が連通路45をスワール付与室46に向かって狭くなるように形成した。
図７は、ノーズプレート８を軸方向一端側から見た平面図と燃料の流れを示す図である。図７に示すように、連通路45の中央室42に対して径方向内側の側壁45bは、中央室42に対して径方向外側の側壁45aに対して傾斜しており、スワール付与室46に向かうにつれて中央室42に対して径方向外側の側壁45aに近づけるように形成されている。すなわち、図７に示すように、連通路45は軸方向一端側から見た幅がスワール付与室46に向かって狭くなるように形成されている。

［作用］
連通路45を軸方向一端側から見た幅が、スワール付与室46に向かって狭くなるように形成している。これにより、中央室42からスワール付与室46に向かって燃料の流速が速くなり、スワール付与室46内での旋回力を高めることができる。

［効果］
（４）連通路45の側面であって、スワール付与室内46の径方向内側に接続する面（側面45b）は、スワール付与室46内の径方向外側に接続する面（側面45a）に対して傾斜するように形成した。
よって、中央室42からスワール付与室46に向かって燃料の流速が速くなり、スワール付与室46内での旋回力を高めることができる。

〔実施例４〕
実施例４の燃料噴射弁１について説明する。実施例１の燃料噴射弁１は、連通路45の中央室42に対して径方向外側の側壁45aは、スワール付与室46の径方向外側と接続し、連通路45の中央室42に対して径方向内側の側壁45bは、スワール付与室46の径方向内側と接続していた。この構成を、実施例４の燃料噴射弁１では、連通路45の中央室42に対して径方向外側の側壁45aは、スワール付与室46の径方向内側と接続し、連通路45の中央室42に対して径方向内側の側壁45bは、スワール付与室46の径方向外側と接続するようにした。
図８はノーズプレート８を軸方向一端側から見た平面図と燃料の流れを示す図である。図８に示すように、連通路45の中央室42に対して径方向外側の側壁45aは、スワール付与室46の径方向内側と接続され、連通路45の中央室42に対して径方向内側の側壁45bは、スワール付与室46の径方向外側と接続されている。
連通路45は、連通路の側面であってスワール付与室46の径方向内側に接続する側面45aの延長線Lが噴射孔44と外接するように形成されている。なお、側面45aの延長線Lは噴射孔44と外接しなくとも、噴射孔44よりも径方向外側にあれば良い。また側面45bは、スワール付与室46の接線上に形成されている。

［作用］
連通路45の中央室42に対して径方向外側の側壁45aは、スワール付与室46の径方向内側と接続し、連通路45の中央室42に対して径方向内側の側壁45bは、スワール付与室46の径方向外側と接続するようにした。
この構成により、中央室42内の燃料の回転方向に対してスワール付与室46の燃料の回転方向を逆方向にすることができ、中央室42からの流速を維持したままスワール付与室46へ燃料を流入させることができる。

［効果］
（５）摺動可能に設けられた弁体4と、閉弁時に弁体4が座る弁座6が形成されるとともに、下流側に下流開口部48を有する弁座部材7と、弁座部材7の下流開口部48と連通し、円筒状の内側面を有する中央室42と、弁体4の外周に軸方向に対して斜め方向に凹状に形成され、中央室42内で燃料を旋回させるスワール溝21と、中央室42よりも下流側に形成され、円筒状の内側面を有し、内部で燃料を旋回させて旋回力を付与する複数のスワール付与室46と、各スワール付与室46の接線方向に向かってスワール付与室46と接続するとともに、中央室42の接線方向に向かって中央室42と接続し、中央室42からスワール付与室46へ燃料を供給する連通路45と、スワール付与室46の底部に円筒状に形成され外部に貫通する噴射孔44と、を備えた燃料噴射弁1において、連通路45の側面であってスワール付与室46の径方向内側に接続する側面45bが中央室42の径方向外側接続し、かつスワール付与室46の径方向内側に接続する側面45aの延長線が、噴射孔44に接するまたは噴射孔44よりも径方向外側になるように形成した。
よって、中央室42内の燃料の回転方向に対してスワール付与室46の燃料の回転方向を逆方向にすることができ、中央室42からの流速を維持したままスワール付与室46へ燃料を流入させることができる。

〔他の実施例〕
以上、本願発明を実施例１ないし実施例４に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
図９、図１０は、燃料噴射弁1のノズルプレート8付近の拡大断面図である。実施例１ないし実施例４の燃料噴射弁1では、ノズルプレート8に中央室42、スワール室41、噴射孔44を形成していた。この構成を、図９に示すように、新たに中間プレート50を設け、この中間プレート50に中央室42、スワール室41を形成し、ノズルプレート8には噴射孔44を形成するようにしても良い。この場合、弁座部材7の他端部に中間プレート50、ノズルプレート8をともに溶接する。また、図１０に示すように、弁座部材の他端部に中央室42、スワール室41を形成し、ノズルプレート8に噴射孔を形成するようにしても良い。

1 燃料噴射弁
4 弁体
6 弁座
7 弁座部材
8 ノズルプレート
21 スワール溝
41 スワール室
42 中央室
44 噴射孔
45 連通路
46 スワール付与室
48 下流開口部（開口部）
49 案内壁

Claims (4)

1. 摺動可能に設けられた弁体と、
   閉弁時に前記弁体が座る弁座が形成されるとともに、下流側に開口部を有する弁座部材と、
   前記弁座部材の開口部と連通し、円筒状の内側面を有する中央室と、
   前記弁体の外周に軸方向に対して斜め方向に凹状に形成され、前記中央室内で燃料を旋回させるスワール溝と、
   前記中央室よりも下流側に形成され、円筒状の内側面を有し、内部で燃料を旋回させて旋回力を付与する複数のスワール付与室と、
   前記各スワール付与室の接線方向に向かって前記スワール付与室と接続するとともに、前記中央室の接線方向に向かって前記中央室と接続し、前記中央室から前記スワール付与室へ燃料を供給する連通路と、
   前記スワール付与室の底部に円筒状に形成され外部に貫通する噴射孔と、
   を備えた燃料噴射弁において、
   前記中央室に接続する隣接する前記連通路の間に、前記連通路内に燃料を案内する案内壁を形成し、
   前記連通路を、前記連通路の側面であって前記スワール付与室内の径方向内側に接続する側面の延長線が、前記噴射孔に接するまたは前記噴射孔よりも径方向外側になるように形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記連通路の側面であって、前記中央室内の径方向外側に接続する箇所に段差部を有し、前記段差部は曲線状に形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記連通路の側面であって、前記スワール付与室内の径方向内側に接続する面は、前記スワール付与室内の径方向外側に接続する面に対して傾斜していることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 摺動可能に設けられた弁体と、
   閉弁時に前記弁体が座る弁座が形成されるとともに、下流側に開口部を有する弁座部材と、
   前記弁座部材の開口部と連通し、円筒状の内側面を有する中央室と、
   前記弁体の外周に軸方向に対して斜め方向に凹状に形成され、前記中央室内で燃料を旋回させるスワール溝と、
   前記中央室よりも下流側に形成され、円筒状の内側面を有し、内部で燃料を旋回させて旋回力を付与する複数のスワール付与室と、
   前記各スワール付与室の接線方向に向かって前記スワール付与室と接続するとともに、前記中央室の接線方向に向かって前記中央室と接続し、前記中央室から前記スワール付与室へ燃料を供給する連通路と、
   前記スワール付与室の底部に円筒状に形成され外部に貫通する噴射孔と、
   を備えた燃料噴射弁において、
   前記連通路の側面であって前記スワール付与室の径方向内側に接続する側面が前記中央室の径方向外側接続し、かつ前記スワール付与室の径方向内側に接続する側面の延長線が、前記噴射孔に接するまたは前記噴射孔よりも径方向外側になるように形成したことを特徴とする燃料噴射弁。

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