JP2019112984A - Fuel injection valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection valve that injects fuel.
本技術分野の背景技術として、特開2001−173804号公報(特許文献1)に記載された燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁は、ノズルボディとバルブニードルとを組み付け、弁座部と当接部とが当接している閉弁状態のときにバルブニードルの反当接部側から軸線方向に当接部側へ荷重を加え、当接部を弁座部へくい込ませ弁座部および当接部を変形させている。弁座部および当接部の変形により弁座部には溝部が形成され、当接部は溝部の形状に対応する外部形状となる。その結果、溝部の形状と当接部の外部形状とはならされ、弁座部と当接部との間には隙間が発生せず、閉弁時における弁座部と当接部との密閉度が向上する(要約参照)。 As a background art of this technical field, the fuel injection valve described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-173804 (patent document 1) is known. In this fuel injection valve, the nozzle body and the valve needle are assembled, and in the valve closed state where the valve seat portion and the contact portion are in contact, the contact portion side in the axial direction from the non-contact portion side of the valve needle The load is applied to the valve seat, and the valve seat and the contact are deformed. A groove is formed in the valve seat by the deformation of the valve seat and the contact portion, and the contact has an external shape corresponding to the shape of the groove. As a result, the shape of the groove portion and the external shape of the contact portion are smoothed, no gap is generated between the valve seat portion and the contact portion, and the valve seat portion and the contact portion are sealed at the time of valve closing. Improve the degree (see summary).
燃料噴射弁では、弁体を球面とし、弁座面を円錐面(円錐台の側面)とする構造が、一般的に知られている。このような構造では、弁体と弁座との接触状態が線接触に近づき、燃料油膜による弁体と弁座との張り付き力を低減することができる。その結果、開弁時に、弁体が弁座から離れる動作を、素早く開始することができる。その一方で、弁体と弁座との接触状態が線接触である場合、燃料が流れる方向における、弁体と弁座との接触長さ(接触幅)が短くなるため、油密性能の向上に課題がある。 In fuel injection valves, a structure in which the valve body is spherical and the valve seat is conical (a side of a truncated cone) is generally known. In such a structure, the contact between the valve body and the valve seat approaches linear contact, and the sticking force between the valve body and the valve seat by the fuel oil film can be reduced. As a result, when the valve is open, the motion of the valve body to leave the valve seat can be quickly started. On the other hand, when the contact state between the valve body and the valve seat is line contact, the contact length (contact width) between the valve body and the valve seat in the fuel flow direction becomes short, so the oil tightness performance is improved. There is a problem with
特許文献1の燃料噴射弁では、弁座面の溝部の形状と弁体の当接部の外部形状とがならされ、弁座部と当接部との間には隙間が発生しないため、油密性能を向上することが容易である。その一方で、弁体と弁座との接触長さ(接触幅)が長くなり、弁体と弁座との接触状態が面接触となり、燃料油膜による弁体と弁座との張り付き力が大きくなる。その結果、開弁時に、弁体が弁座から離れる動作を、素早く開始することが難しくなる。
In the fuel injection valve of
本発明の目的は、弁体と弁座との当接部における油密性能を高めることができ、且つ燃料油膜による弁体と弁座との張り付き力を低減することができる燃料噴射弁を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel injection valve capable of enhancing the oil tightness performance at the contact portion between the valve body and the valve seat and reducing the sticking force between the valve body and the valve seat by the fuel oil film. It is to do.
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、
弁座が形成された弁座面と、
閉弁時に前記弁座と当接する部位に半径R1の球面部を有する弁体と、
前記弁座面に形成された半径R2の球面部で構成される環状溝と、
を備え、
前記半径R2は前記半径R1よりも大きく、
前記弁座は前記環状溝の縁部に設けられ、
閉弁時に前記弁体と前記環状溝の溝面との間に構成される隙間を有する。
In order to achieve the above object, the fuel injection valve of the present invention is
A valve seat surface on which a valve seat is formed,
A valve body having a spherical portion with a radius R1 at a portion that abuts on the valve seat when the valve is closed;
An annular groove formed of a spherical portion with a radius R2 formed on the valve seat surface;
Equipped with
The radius R2 is greater than the radius R1,
The valve seat is provided at the edge of the annular groove,
There is a gap formed between the valve body and the groove surface of the annular groove when the valve is closed.
本発明によれば、弁体と弁座との当接部における油密性能を高めることができ、且つ燃料油膜による弁体と弁座との張り付き力を低減することができる燃料噴射弁を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a fuel injection valve capable of enhancing the oil tightness performance at the contact portion between the valve body and the valve seat and reducing the sticking force between the valve body and the valve seat by the fuel oil film. can do.
本発明に係る実施例について、図1乃至図3を用いて説明する。 An embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
図1を参照して、燃料噴射弁1の全体構成について説明する。図1は、本発明に係る燃料噴射弁1の一実施例について、中心軸線1xに平行で、且つ中心軸線1xを含む断面を示す断面図である。なお、符号1xは、燃料噴射弁1の中心軸線を示す。可動子27の軸心(弁軸心)27xは中心軸線1xに一致するように配置され、筒状体5及び弁座部材15の中心軸線と一致している。
The entire configuration of the
図1において、燃料噴射弁1の上端部(上端側)を基端部(基端側)と呼び、下端部(下端側)を先端部(先端側)と呼ぶ場合がある。基端部(基端側)及び先端部(先端側)という呼び方は、燃料の流れ方向或いは燃料配管に対する燃料噴射弁1の取り付け構造に基づいている。また、本明細書において説明される上下関係は図1を基準とするもので、燃料噴射弁1を内燃機関に搭載した実装状態における上下方向とは関係がない。
In FIG. 1, the upper end (upper end side) of the
燃料噴射弁1には、金属材製の筒状体(筒状部材)5によって、その内側に燃料流路(燃料通路)3がほぼ中心軸線1xに沿うように構成されている。筒状体5は、磁性を有するステンレス等の金属素材を用い、深絞り加工等のプレス加工により中心軸線1xに沿う方向に段付きの形状に形成されている。これにより、筒状体5は、一端側5aの径が他端側5bの径に対して大きくなっている。
The
筒状体5の基端部には燃料供給口2が設けられ、この燃料供給口2に、燃料に混入した異物を取り除くための燃料フィルタ13が取り付けられている。
A
筒状体5の基端部は径方向外方に向けて拡径するように曲げられた鍔部(拡径部)5dが形成され、鍔部5dとカバー47の基端側端部47aとで形成される環状凹部(環状溝部)4にOリング11が配設されている。
The base end portion of the
筒状体5の先端部には、弁体27cと弁座部材15とからなる弁部7が構成されている。弁座部材15は、筒状体5の先端部の内周側に圧入され、レーザ溶接19により筒状体5に固定されている。レーザ溶接19は、筒状体5の外周側から全周に亘って実施されている。
At the front end of the
弁座部材15にはノズルプレート21nが固定され、弁座部材15及びノズルプレート21nはノズル部8を構成する。弁座部材15及びノズルプレート21nは、弁座部材15が筒状体5の内周面5g(図3参照)に挿入されて固定されることにより、筒状体5の先端側に組み付けられている。
The
本実施例の筒状体5は、燃料供給口2が設けられる部分から弁座部材15及びノズルプレート21nが固定される部分までが一部材で構成されている。筒状体5の先端側部分はノズル部8を保持するノズルホルダを構成する。本実施例では、ノズルホルダが筒状体5の基端側部分と共に一部材で構成されている。
The
筒状体5の中間部には弁体27cを駆動するための駆動部9が配置されている。駆動部9は電磁アクチュエータ(電磁駆動部)で構成されている。
A
具体的には、駆動部9は、筒状体5の内部(内周側)に固定された固定鉄心(固定コア)25と、筒状体5の内部において固定鉄心25に対して先端側に配置された可動子(可動部材)27と、筒状体5の外周側に外挿された電磁コイル29と、電磁コイル29の外周側で電磁コイル29を覆うヨーク33と、を備える。
Specifically, the
可動子27は、弁体27c、ロッド部(接続部)27b及び可動鉄心27aが一体に設けられて構成される。可動子27は基端側に固定鉄心25と対向する可動鉄心(可動コア)27aを有し、中心軸線1xに沿う方向に移動可能に組み付けられている。また電磁コイル29は、固定鉄心25と可動鉄心27aとが微小ギャップδ1を介して対向する位置の外周側(径方向外方)に配置されている。これにより、可動鉄心27a及び固定鉄心25は、相互間に電磁力を働かせて弁体27cを駆動する。
The
筒状体5の内側には可動子27及び固定鉄心25が収容されており、筒状体5は固定鉄心25と当接すると共に、可動鉄心27aの外周面と対向して可動鉄心27a及び固定鉄心25を囲繞するハウジングを構成している。すなわち筒状体5は、可動鉄心27a及び固定鉄心25を内包している。
The
可動鉄心27aと固定鉄心25とヨーク33とは、電磁コイル29に通電することにより生じる磁束が流れる閉磁路を構成する。磁束は微小ギャップδ1を通過するが、微小ギャップδ1の部分で筒状体5を流れる漏れ磁束を低減するため、筒状体5の微小ギャップδ1に対応する位置に、非磁性部或いは筒状体5の他の部分よりも弱磁性の弱磁性部5cが設けられている。以下、この非磁性部或いは弱磁性部5cは、単に非磁性部5cと呼んで説明する。
The
電磁コイル29は、樹脂材料で筒状に形成されたボビン31に巻回され、筒状体5の外周側に外挿されている。電磁コイル29はコネクタ41に設けられたターミナル43に電気的に接続されている。コネクタ41には図示しない外部の駆動回路が接続され、ターミナル43を介して、電磁コイル29に駆動電流が通電される。
The
固定鉄心25は、磁性金属材料からなる。固定鉄心25は筒状に形成され、中心部を中心軸線1xに沿う方向に貫通する貫通孔25aを有する。貫通孔25aは、可動鉄心27aの上流側の燃料通路(上流側燃料通路)3を構成する。固定鉄心25は、筒状体5の小径部5bの基端側に圧入固定され、筒状体5の中間部に位置している。小径部5bの基端側に大径部5aが設けられていることにより、固定鉄心25の組付けが容易になる。固定鉄心25は溶接により筒状体5に固定してもよいし、溶接と圧入を併用して筒状体5に固定してもよい。
The fixed
可動鉄心27aは円環状の部材である。弁体27cは弁座15b(図3参照)と当接する部材である。弁座15b及び弁体27cは協働して燃料噴射孔51の上流側で燃料通路を開閉する。ロッド部27bは細長い円筒形状であり、可動鉄心27aと弁体27cとを接続する接続部である。可動鉄心27aは、弁体27cと連結され、固定鉄心25との間に作用する磁気吸引力によって、弁体27cを開閉弁方向に駆動するための部材である。
The
本実施例では、可動鉄心27aとロッド部27bとが固定されているが、可動鉄心27aとロッド部27bとが相対変位可能に連結された構成であってもよい。
In the present embodiment, the
本実施例では、ロッド部27bと弁体27cとを別部材で構成し、ロッド部27bに弁体27cを固定している。ロッド部27bと弁体27cとの固定は、圧入又は溶接により行われる。ロッド部27bと弁体27cとは一つの部材で一体化されて構成されてもよい。
In the present embodiment, the
ロッド部27bは円筒形状であり、ロッド部27bの上端が可動鉄心27aの下端部に開口し、軸方向に延設された孔27baを有する。ロッド部27bには内側(内周側)と外側(外周側)とを連通する連通孔(開口部)27boが形成されている。ロッド部27bの外周面と筒状体5の内周面との間には燃料室37が形成されている。
The
固定鉄心25の貫通孔25aにはばね部材39が設けられている。本実施例では、ばね部材39はコイルばねで構成される。以下、コイルばね39と呼んで説明する。
A
コイルばね39の一端は、可動鉄心27aの内側に設けられたばね座27agに当接している。コイルばね39の他端部は、固定鉄心25の貫通孔25aの内側に配設されたアジャスタ(調整子)35に当接している。コイルばね39は、可動鉄心27aに設けられたばね座27agとアジャスタ(調整子)35の下端(先端側端面)との間に、圧縮状態で配設されている。
One end of the
コイルばね39は、弁体27cが弁座15bに当接する方向(閉弁方向)に可動子27を付勢する付勢部材として機能している。中心軸線1xに沿う方向におけるアジャスタ35の位置を貫通孔25a内で調整することにより、コイルばね39による可動子27(すなわち弁体27c)の付勢力が調整される。
The
アジャスタ35は、中心部を中心軸線1xに沿う方向に貫通する燃料流路3を有する。燃料供給口2から供給された燃料は、アジャスタ35の燃料流路3を流れた後、固定鉄心25の貫通孔25aの先端側部分の燃料流路3に流れ、可動子27内に構成された燃料流路3に流れる。
The
ヨーク33は、磁性を有する金属材料でできており、燃料噴射弁1のハウジングを兼ねている。ヨーク33は大径部33aと小径部33bとを有する段付きの筒状に形成されている。大径部33aは電磁コイル29の外周を覆って円筒形状を成しており、大径部33aの先端側に大径部33aよりも小径の小径部33bが形成されている。小径部33bは筒状体5の小径部5bの外周に圧入又は挿入されている。これにより、小径部33bの内周面は筒状体5の外周面に緊密に接触している。このとき、小径部33bの内周面の少なくとも一部は、可動鉄心27aの外周面と筒状体5を介して対向しており、この対向部分に形成される磁路の磁気抵抗を小さくしている。
The
ヨーク33の先端側端部の外周面には周方向に沿って環状凹部33cが形成されている。環状凹部33cの底面に形成された薄肉部において、ヨーク33と筒状体5とがレーザ溶接24により全周に亘って接合されている。
An
筒状体5の先端部にはフランジ部49aを有する円筒状のプロテクタ49が外挿され、筒状体5の先端部がプロテクタ49によって保護されている。プロテクタ49はヨーク33のレーザ溶接部24の上を覆っている。
A
プロテクタ49のフランジ部49aと、ヨーク33の小径部33bと、ヨーク33の大径部33aと小径部33bとの段差面とによって環状溝34が形成され、環状溝34にOリング46が外挿されている。Oリング46は、燃料噴射弁1が内燃機関に取り付けられる際に、内燃機関側に形成された挿入口の内周面とヨーク33における小径部33bの外周面との間で液密及び気密を確保するシールとして機能する。
An
燃料噴射弁1の中間部から基端側端部の近傍までの範囲に、樹脂カバー47がモールドされている。樹脂カバー47の先端側端部はヨーク33の大径部33aの基端側の一部を被覆している。また、樹脂カバー47を形成する樹脂によりコネクタ41が一体的に形成されている。
A
図2を参照して、可動子27近傍の構成について、詳細に説明する。図2は、図1に示す可動子27の近傍を拡大して示す断面図である。
The configuration in the vicinity of the
本実施例では、可動鉄心27aとロッド部27bとが一部材で一体に形成されている。可動鉄心27aの上端面(上端部)27abの中央部には、下端側に向けて窪んだ凹部27aaが形成されている。凹部27aaの底部27agにはばね座が形成され、コイルばね39の一端(先端側端部)が底部27agに支持されている。さらに、凹部27aaの底部27agには、ロッド部27bの孔27baの内側に連通する開口部27afが形成されている。開口部27afは、固定鉄心25の貫通孔25aから凹部27aa内の空間27aiに流入した燃料を、ロッド部27bの孔27baの内側の空間27biに流す燃料通路を構成する。
In the present embodiment, the
本実施例では、ロッド部27bと可動鉄心27aとを一部材で構成しているが、別々の部材で構成したものを一体に組み付けてもよい。
In the present embodiment, although the
可動鉄心27aの上端面(基端側端面)27abは、固定鉄心25側に位置する端面であり、固定鉄心25の下端面(先端側端面)25bと対向する。上端面27abに対して反対側の可動鉄心27aの端面27akは、燃料噴射弁1の先端側(ノズル側)に位置する端面であり、以下、下端面(下端部)と呼ぶ。
The upper end face (base end side end face) 27ab of the
可動鉄心27aの上端面27abと固定鉄心25の下端面25bとは、相互に磁気吸引力が作用する磁気吸引面を構成する。
The upper end surface 27ab of the
磁気吸引面の外周側には、非磁性部5cが設けられている。本実施例では、非磁性部5cは、筒状体5の外周面に形成した環状凹部5hにより構成される。環状凹部5hは非磁性部5cに相当する部分を薄肉化して薄肉部5iを構成する。すなわち環状凹部5hは、可動鉄心27aと固定鉄心25とが対向する対向部の外周部に位置する筒状体5の部位に、肉厚の薄い薄肉部5iを周方向に形成する。薄肉部5iは筒状体5の他の部分よりも肉厚(厚さ寸法)が薄くなっており、ここを通る磁束の磁気抵抗を増大させ、磁束を流れ難くしている。この非磁性部5cは、筒状体5の肉厚を他の部分と同じ厚さとし、非磁性化処理を行うことにより構成してもよい。
A
可動鉄心27aの外周面27acに、筒状体5の内周面5eに摺動する摺動部が構成される。この摺動部として、外周面27acには径方向外方に向かって突出する凸部27alが設けられる。内周面5eは、可動鉄心27aの凸部27alが摺接する上流側ガイド部50Bを構成する。
A sliding portion that slides on the inner peripheral surface 5 e of the
一方、弁座部材15には、弁体27cの球面27cbが摺接するガイド面15c(図3参照)が構成され、ガイド面15cが球面27cbをガイドするガイド部は下流側ガイド部50Aを構成する。これにより、可動子27は上流側ガイド部50Bと下流側ガイド部50Aとの二点で案内されて、中心軸線1xに沿う方向(開閉弁方向)に往復動作する。
On the other hand, in the
ロッド部27bには、内側(孔27ba)と外側(燃料室37)とを連通する開口部(連通孔)27boが形成されている。連通孔27boは、ロッド部27bの内側と外側とを連通する燃料通路を構成する。これにより、固定鉄心25の貫通孔25a内の燃料は、孔27ba及び連通孔27boを通じて燃料室37に流れる。
The
次に、図3を参照して、ノズル部8の構成ついて、詳細に説明する。図3は、図2に示すノズル部8の近傍を拡大して示す断面図である。 Next, with reference to FIG. 3, the configuration of the nozzle unit 8 will be described in detail. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the vicinity of the nozzle portion 8 shown in FIG. 2 in an enlarged manner.
弁座部材15には、中心軸線1xに沿う方向に貫通する貫通孔15d,15c,15v,15eが形成されている。
The
貫通孔15d,15c,15v,15eの途中には、下流側に向かって縮径する円錐面(円錐台の側面)15vが形成されている。円錐面15v上には弁座15bが構成され、弁体27cが弁座15bに離接することにより、燃料通路の開閉が行われる。なお、弁座15bが形成された円錐面15vを弁座面と呼ぶ場合もある。
In the middle of the through
弁座15bと弁体27cとの相互に当接する当接部は、閉弁時に燃料をシールするシール部を構成する。なお、弁座15b側の当接部を弁座側(固定弁側)シート部と呼び、弁体27c側の当接部を弁体側(可動弁側)シート部と呼ぶ場合がある。
The contact part which mutually abuts with the
貫通孔15d,15c,15v,15eにおける、円錐面15vから上側の孔部分15d,15c,15vは、弁体27cを収容する弁体収容孔を構成する。弁体収容孔15d,15c,15vの内周面に、弁体27cを中心軸線1xに沿う方向に案内するガイド面15cが形成されている。ガイド面15cは可動子27を案内する二つのガイド面のうち、下流側に位置する下流側ガイド面50Aを構成する。
The
ガイド面15cの上流側には、上流側に向かって拡径する拡径部15dが形成されている。拡径部15dは、貫通孔15d,15c,15v,15eの上端部分に位置し、燃料室37に向かって開口する基端側開口部を構成する。拡径部15dは、基端側から先端側に向かって縮径するテーパー面として構成される。このテーパー面15dの傾斜角度は後述する弁座面15vの傾斜角度よりも急である。
On the upstream side of the
弁体収容孔15d,15c,15vの下端部は燃料導入孔15eに接続され、燃料導入孔15eの下端面が弁座部材15の先端面15tに開口している。すなわち燃料導入孔15eは、貫通孔15d,15c,15v,15eの先端側開口部を構成する。
The lower end portions of the valve body accommodation holes 15 d, 15 c and 15 v are connected to the
弁座部材15の先端面15tには、ノズルプレート21nが取り付けられている。ノズルプレート21nは弁座部材15にレーザ溶接23により固定されている。レーザ溶接部23は、燃料噴射孔51が形成された噴射孔形成領域を取り囲むようにして、この噴射孔形成領域の周囲を一周している。
The
また、ノズルプレート21nは板厚が均一な板状部材(平板)で構成されており、中央部に外方に向けて突き出すように突状部21naが形成されている。突状部21naは曲面(例えば球状面)で形成されている。突状部21naの内側には燃料室21aが形成されている。この燃料室21aは弁座部材15に形成された燃料導入孔15eに連通しており、燃料導入孔15eを通じて燃料室21aに燃料が供給される。
The
突状部21naには複数の燃料噴射孔51が形成されている。燃料噴射孔51の形態は特に問わない。燃料噴射孔51の上流側に燃料に旋回力を付与する旋回室を有するものであってもよい。燃料噴射孔の中心軸線51aは燃料噴射弁の中心軸線1xに対して平行であってもよいし、傾斜していてもよい。また、突状部21naが無い構成であってもよい。
A plurality of fuel injection holes 51 are formed in the projecting portion 21na. The form of the
燃料噴霧の形態を決定する燃料噴射部21はノズルプレート21nによって構成される。弁座部材15と燃料噴射部21とは、燃料噴射を行うためのノズル部8を構成している。弁体27cはノズル部8を構成する構成要素の一部とみなしてもよい。
The
また本実施例では、弁体27cは、球状を成すボール弁を用いている。このため、弁体27cにおけるガイド面15cと対向する部位には、周方向に間隔を置いて複数の切欠き面27caが設けられ、この切欠き面27caによってシート部に燃料を供給する燃料通路が構成されている。弁体27cはボール弁以外の弁体で構成することも可能である。例えば、ニードル弁を用いてもよい。
Further, in the present embodiment, the
弁座部材15は、筒状体5の先端部の内周面5gに圧入した後、溶接部19により筒状体5に溶接して固定する。
The
次に、図4を参照して、弁座部材15の圧入部の構成について説明する。図4は、本発明に係る燃料噴射弁1の一実施例について、弁体27cと弁座15bとの接触部の近傍における、中心軸線1xに平行で、且つ中心軸線1xを含む断面を示す概念図である。
Next, the configuration of the press-fit portion of the
図4において、実線で示す弁体27cは閉弁した状態(閉弁時)の弁体である。O27c1は閉弁時の弁体27cの中心の位置である。Stは閉弁時における弁体27cと弁座面15vとの当接部(シート部)の位置である。二点鎖線は開弁した状態(開弁時)の弁体27cを示す。O27c2は開弁時の弁体27cの中心の位置である。弁座面15vに沿って溝15gの部分に引いた破線は、溝15gが設けられていない場合の弁座面15vの円錐面(円錐台の側面)を示す。
In FIG. 4, a
また図4では、溝15gが設けられていない場合に、弁座面15vの円錐面と当接した弁体27cを点線で示している。溝15gが設けられていない場合に、点線で示した弁体27cは破線で示した円錐面と当接部(シート部)St’で当接し、閉弁した状態となる。点線で示した弁体27cは、その中心がO27c3で示す位置にある。
Moreover, in FIG. 4, when the groove |
本実施例では、弁座面15vに溝15gが形成されている。溝15gは、中心軸線1xを中心とする周方向に、環状に形成された環状溝を構成する。図4に示す断面上において、環状溝15gは円弧面(弁座側円弧面)を成す。この弁座側円弧面はO15gを中心とする半径R2の球面の一部により構成される。すなわち環状溝15gは、弁座面15vに形成された半径R2の球面部により構成される。
In the present embodiment, the
弁体27cの弁座15bと当接する部位は、球面状に形成されている。すなわち弁体27cは、閉弁時に弁座15bと当接する部位に、半径R1の球面部を有する。このため弁体27cは、図4に示す断面上において、弁座15bと当接する部位に、円弧面(弁体側円弧面)が形成されている。この弁体側円弧面は半径R1の球面により構成される。言い換えると、弁体27cは弁座15bと当接する部位に曲線部を有し、この曲線部が成す曲率円の曲率半径がR1である。なお、本実施例では弁体27cを球体で構成しているため、図4に示す断面において、弁体27cは外周が一定の曲率半径R1を成す円として描かれている。
The portion of the
本実施例では、弁座側円弧面の半径R2は弁体側円弧面の半径R1よりも大きく、R2>R1の関係がある。弁座15bは、燃料が流れる方向において、環状溝15gの下流側の縁部に構成される。すなわち弁座15bは、弁座面15vと環状溝15gの溝面とが交わる縁部に構成される。本実施例では、弁体27cが弁座15bに当接するシート部Stにおいて、弁体27cと弁座15bとの接触状態は、理論上、線接触となる。
In the present embodiment, the radius R2 of the valve seat side arc surface is larger than the radius R1 of the valve body side arc surface, and the relationship of R2> R1 is satisfied. The
弁体27cの表面と環状溝15gの溝面との間の隙間Gpは、W15gの範囲に亘って、微小な大きさとなる。この微小隙間Gpが構成される範囲W15gは、燃料が流れる方向においてシート部Stに対して上流側である。シート部Stの上流側に微小隙間領域W15gが設けられることにより、油密性能を向上することができる。
The gap Gp between the surface of the
現実的には、弁体27cと弁座15bとが当接するシート部Stには、燃料が流れる方向において微小な接触長さ(接触幅)を有する。例えば、弁体側シート部が構成される第1の面および弁座側シート部が構成される第2の面には、開閉弁動作に伴う衝突の繰り返しによって僅かな変形が生じ、弁体27cと弁座15bとの接触幅が拡がる可能性がある。また加工精度の限界により、弁体27cと弁座15bとの接触幅が理論的な線接触の場合よりも、大きくなる可能性がある。しかし本実施例では、特許文献1のように弁体27cに対して特別に大きな荷重を作用させて、弁座面15v及び弁体27cの各当接部を変形させる加工は行わない。
In reality, the seat portion St where the
すなわち、本実施例で生じる当接部の変形は、スプリング39の付勢力(荷重)によって生じるものである。従って、加工精度の限界や経年変化によって生じる変形量は僅かであり、弁体27cと弁座15bとの接触状態は実質的に線接触の状態に維持される。溝幅W15gは、加工精度の限界や経年変化によって生じる接触幅が溝幅W15gの30%以下になるように設定することが好ましく、より好ましくは10%以下になるように設定するとよい。
That is, the deformation of the contact portion generated in the present embodiment is caused by the biasing force (load) of the
以上のような理由から、本明細書および特許請求の範囲では、弁体側シート部を構成する第1の面と弁座側シート部を構成する第2の面との接触状態を、理論的に説明される接触状態に基づいて、線接触として説明する。 From the above reasons, in the present specification and the claims, the contact state between the first surface forming the valve body side sheet portion and the second surface forming the valve seat side sheet portion is theoretically Based on the described contact state, it will be described as a line contact.
本実施例では、弁体27cの表面(第1の面)と環状溝15gの溝面(第2の面)との間には、閉弁時のシート部Stの上流側に隙間Gpが構成される。隙間Gpにおいて、弁体27cと環状溝15gとの対向する二面の間隔(隙間寸法)は、W15gの範囲に亘って、微小な大きさとなる。
In this embodiment, a gap Gp is formed on the upstream side of the seat portion St at the time of valve closing between the surface (first surface) of the
隙間Gpは、閉弁時における隙間寸法が環状溝15gの下流側縁部から上流側縁部に向かって漸増する。隙間Gpの隙間寸法(第1の面と第2の面と間隔)は、弁座面15vを構成する円錐面の母線方向に沿って、シート部Stから上流側に向かって離れる際の変化率(拡大率)が、環状溝15gが無い場合(点線で示す弁体と破線で示す弁座面との間隔)の変化率よりも小さい。すなわち、本実施例では、円錐面の母線方向に沿ってシート部Stから離れる際に、隙間Gpの寸法の増加率は、環状溝15gが無い場合と比べて、小さく抑えられている。このため、微小隙間Gpは、円錐面15vの母線方向に沿って、長い範囲W15gに設けることができる。
The gap Gp gradually increases in dimension from the downstream edge to the upstream edge of the
本実施例では、弁座側円弧面の半径R2は弁体側円弧面の半径R1よりも大きい。この場合、R2およびR1は、閉弁時にシート部Stにおいて弁体27cと弁座面15v(弁座15b)とが当接し、さらにシート部Stに対して上流側に隙間Gpが形成されるように、実質的な大小関係を有する。
In the present embodiment, the radius R2 of the valve seat side arc surface is larger than the radius R1 of the valve body side arc surface. In this case, R2 and R1 contact the
本実施例では、図4に示すように、環状溝15gを構成する球面の中心O15gは、閉弁時における弁体27cの中心位置O27c1よりも基端側に位置し、開弁時における弁体27cの中心位置O27c2よりも先端側に位置する。さらに中心O15gは、溝15gが設けられていない場合の円錐面(破線で示す)と当接した状態における弁体27c(点線で示す)の中心位置O27c3よりも、基端側に位置する。このような位置関係を満たすようにR2を設定することによって、弁体27cと弁座15bとの線接触状態を実現することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the center O15g of the spherical surface constituting the
次に、図5から図7を参照して、本発明との比較例について説明する。本発明に係る実施例と同様な構成には同じ符号を付し、説明を省略する。 Next, a comparative example with the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 7. The same components as those of the embodiment according to the present invention are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
図5は、本発明との比較例1における弁体27cと弁座15b’との接触部の近傍を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the vicinity of the contact portion between the
図5では、弁体27cが閉弁した状態を示している。O27c1’は閉弁時の弁体27cの中心の位置を示す。O27c1’は図4のO27c3に相当する。
FIG. 5 shows a state in which the
比較例1では、弁体17cを球面とし、弁座面15v’を単純な円錐面(円錐台の側面)とする。すなわち比較例1では、弁座面15v’に本発明に係る溝15gが設けられていない。このような構造では、弁体27cと弁座15b’との接触状態は、理論的に線接触となり、燃料油膜による弁体27cと弁座15b’との張り付き力を低減することができる。その結果、開弁時に、弁体が弁座から離れる動作を、素早く開始することができる。その一方で、シート部St(図4のSt’に相当)において、燃料が流れる方向における、弁体17cと弁座15b’との接触長さ(接触幅)が短くなるため、油密性能の向上に課題がある。
In Comparative Example 1, the valve body 17c is a spherical surface, and the
図6は、本発明との比較例2における弁体27cと弁座15bとの接触部の近傍を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the vicinity of the contact portion between the
図6では、弁体27cが閉弁した状態を示している。O27c1’’は閉弁時の弁体27cの中心の位置を示す。
FIG. 6 shows a state in which the
比較例2では、弁座面15v’’に溝15g’が設けられ、弁体27cと弁座面15v’’とは円錐面の母線方向における長さL15bの範囲で当接している。すなわち、弁座15b’’は球面状になり、シート部Stは長さL15bの範囲に構成される。
In the second comparative example, a
比較例2では、弁体27cと弁座面15v’’との接触長さが長く(シート部の幅が広く)、油密性能を向上することができる。その一方で、燃料油膜による弁体27cと弁座15b’との張り付き力が大きくなる。
In Comparative Example 2, the contact length between the
なお、溝15g’の全面を弁体27cと当接させる場合、溝面の曲率半径R2’は弁体27cの半径R1よりも僅かに大きくする必要がある。しかし、溝15g’の全面を弁体27cと当接させるため、溝15g’の曲率半径R2’と弁体27cの半径R1とは実質的に等しいものとみなすことができる。
When the entire surface of the
なお、比較例2における溝15g’は、スプリング39により加わる荷重よりも大きな荷重を、弁体27cに加えることにより、形成することができる。
The
図7は、本発明との比較例3における弁体27cと弁座15bとの接触部の近傍を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the vicinity of the contact portion between the
比較例3では、弁体27c’は、円錐面(円錐台の側面)で構成される弁座面15v’に当接するテーパー面27c’1を有する。テーパー面27c’1は、円錐面の母線方向における長さL15bの範囲で、弁座面15v’に当接する。すなわち、弁座15b’’’はテーパー状になり、シート部Stは長さL15bの範囲に構成される。
In Comparative Example 3, the
比較例3では、比較例2と同様に、弁体27c’と弁座面15v’との接触長さが長く(シート部の幅が広く)、油密性能を向上することができる。その一方で、燃料油膜による弁体27cと弁座15b’’’との張り付き力が大きくなる。
In Comparative Example 3, as in Comparative Example 2, the contact length between the
次に、本発明に係る実施例の作用効果について、説明する。 Next, the operation and effect of the embodiment according to the present invention will be described.
本実施例では、シート部Stにおいて、弁体27cと弁座15bとの接触状態は線接触となる。このため、比較例2,3と比べて、弁体27cと弁座15bとの間に発生する、燃料油膜による張り付き力を抑制することができる。その結果、弁体27cの開弁動作の遅れを抑制し、燃料の噴***度が高まる。さらに、弁体27cが開閉弁する時間間隔を短くすることができ、少量の燃料噴射が可能になる。
In the present embodiment, in the seat portion St, the contact state between the
また、弁体27cと環状溝15gとの対向する二面の間隔(隙間寸法)は、W15gの範囲に亘って、比較例1の場合よりも微小な大きさとなる。この微小隙間Gpにより、油密性能を向上することができる。
Further, the distance (gap dimension) between the two opposing surfaces of the
さらに本実施例では、弁体27cが弁座面15vに当接するシート部Stが弁座面15vと環状溝15gの溝面とが交わる縁部に構成される。すなわち、弁体27cが当接する弁座15bは、環状溝15gにより弁座面15vに構成される角部に構成される。このため、弁体27cは弁座面15vの角部に着座する形態となり、弁体27cが弁座面15vに当接する際の面圧が高まる。その結果、シート部Stにおける油密性能が向上する。
Furthermore, in the present embodiment, the seat portion St where the
次に、図8を参照して、弁体27cと弁座15bとの接触力(面圧)について、さらに詳細に説明する。図8は、図4に示す断面において、弁体27cと弁座15bとの接触力の関係を説明する概念図である。
Next, with reference to FIG. 8, the contact force (surface pressure) between the
スプリング39による付勢力や燃料圧力による付勢力により、弁体27cは、中心軸線1xに沿う方向に、P1の荷重で付勢される。この場合、弁体27cは、環状溝15gの縁部において、環状溝15gの円弧Cに垂直な方向に、P2の荷重(面圧)で押し付けられる。
The
環状溝15gが無く、弁体27cが弁座面15vの円錐面に当接する場合(比較例1の場合)、弁体27cは、弁座面15vの円錐面に垂直な方向に、P2’の荷重(面圧)で押し付けられる。
When there is no
P2とP2’との間には、P2>P2’の関係が成り立つ。従って本実施例では、弁体27cを一定の付勢力で付勢した場合に、弁体27cをより大きな荷重で弁座15bに対して垂直方向に押し付けることができる。これにより、弁体27cによる面圧を高め、油密性能を向上することができる。
The relationship of P2> P2 'is established between P2 and P2'. Therefore, in the present embodiment, when the
本実施例では、弁座15b(シート部St)は、環状溝15gが無い場合に弁座(シート部)St’が構成される仮想位置に対して、下流側に位置する。このため周方向におけるシート部Stの長さを短くすることができ、燃料流量を十分に確保できる場合には油密性能の向上に有利となる。
In the present embodiment, the
本実施例では、弁体27cの表面および環状溝15は、図4に示す断面において、円弧形状としている。すなわち、両者が球面または球面の一部で構成される。上述したシート部Stと隙間Gpとを構成可能であれば、弁体27cの表面および環状溝15は、円弧形状以外の形状にしてもよい。例えば、楕円などの形状を適用できる。ただし、本実施例では、シート部Stと隙間Gpとを確実に構成するため、円弧形状にすることが好ましい。
In the present embodiment, the surface of the
図9を参照して、本発明に係る燃料噴射弁を搭載した内燃機関について説明する。図9は、燃料噴射弁1が搭載された内燃機関の断面図である。
An internal combustion engine equipped with a fuel injection valve according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view of an internal combustion engine on which the
内燃機関100のエンジンブロック101にはシリンダ102が形成されおり、シリンダ102の頂部に吸気口103と排気口104とが設けられている。吸気口103には、吸気口103を開閉する吸気弁105が、また排気口104には排気口104を開閉する排気弁106が設けられている。エンジンブロック101に形成され、吸気口103に連通する吸気流路107の入口側端部107aには吸気管108が接続されている。
A
燃料噴射弁1の燃料供給口2(図1参照)には燃料配管110が接続される。
A
吸気管108には燃料噴射弁1の取付け部109が形成されており、取付け部109に燃料噴射弁1を挿入する挿入口109aが形成されている。挿入口109aは吸気管108の内壁面(吸気流路)まで貫通しており、挿入口109aに挿入された燃料噴射弁1から噴射された燃料は吸気流路内に噴射される。二方向噴霧の場合、エンジンブロック101に吸気口103が二つ設けられた形態の内燃機関を対象として、それぞれの燃料噴霧が各吸気口103(吸気弁105)を指向して噴射される。
An
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、一部の構成の削除や、記載されていない他の構成の追加が可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and deletion of a part of the configuration or addition of another configuration not described is possible.
1…燃料噴射弁、1x…中心軸線、15…弁座部材、15b…弁座、15g…溝(環状溝)、27c…弁体、27x…可動子27の軸線方向、O27c1…閉弁時における弁体27cの中心位置、O27c2…開弁時における弁体27cの中心位置、O27c3…溝15gが設けられていない場合に弁座面15vの円錐面と当接した弁体27cの中心位置、O15g…環状溝15gを構成する球面の中心、R1…弁体27cの半径、R2…環状溝15gの半径、St…シート部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
閉弁時に前記弁座と当接する部位に半径R1の球面部を有する弁体と、
前記弁座面に形成された半径R2の球面部で構成される環状溝と、
を備え、
前記半径R2は前記半径R1よりも大きく、
前記弁座は前記環状溝の縁部に設けられ、
閉弁時に前記弁体と前記環状溝の溝面との間に構成される隙間を有する燃料噴射弁。 A valve seat surface on which a valve seat is formed,
A valve body having a spherical portion with a radius R1 at a portion that abuts on the valve seat when the valve is closed;
An annular groove formed of a spherical portion with a radius R2 formed on the valve seat surface;
Equipped with
The radius R2 is greater than the radius R1,
The valve seat is provided at the edge of the annular groove,
A fuel injection valve having a gap configured between the valve body and the groove surface of the annular groove when the valve is closed.
前記弁座が設けられる前記環状溝の前記縁部は、燃料が流れる方向の下流側に位置する下流側縁部であり、
前記隙間は、前記弁座が設けられる前記下流側縁部に対して上流側に設けられる燃料噴射弁。 In the fuel injection valve according to claim 1,
The edge of the annular groove provided with the valve seat is a downstream edge located on the downstream side in the fuel flow direction,
The fuel injection valve, wherein the gap is provided upstream with respect to the downstream side edge where the valve seat is provided.
前記隙間は、閉弁時における前記隙間の寸法が前記環状溝の前記下流側縁部から上流側縁部に向かって漸増する燃料噴射弁。 In the fuel injection valve according to claim 2,
The fuel injection valve according to claim 1, wherein the gap has a dimension gradually increasing from the downstream edge to the upstream edge of the annular groove when the valve is closed.
前記環状溝を構成する球面部の中心は、閉弁時における前記弁体の球面部の中心位置に対して、燃料噴射弁の基端側に位置する燃料噴射弁。 In the fuel injection valve according to claim 3,
The center of the spherical portion constituting the annular groove is a fuel injection valve located on the proximal end side of the fuel injection valve with respect to the center position of the spherical portion of the valve body at the time of valve closing.
前記環状溝を構成する球面部の前記中心は、開弁時における前記弁体の球面部の中心位置に対して、燃料噴射弁の先端側に位置する燃料噴射弁。 In the fuel injection valve according to claim 4,
The fuel injection valve, wherein the center of the spherical portion constituting the annular groove is located on the tip side of the fuel injection valve with respect to the center position of the spherical portion of the valve body at the time of valve opening.
前記弁座面は円錐面で構成され、
前記隙間の寸法は、前記弁座から前記円錐面の母線に沿って上流側に離れる際の増加率が、前記環状溝が無い場合の増加率よりも小さい燃料噴射弁。 In the fuel injection valve according to claim 5,
The valve seat surface is composed of a conical surface,
The fuel injection valve wherein the dimension of the gap is smaller than the rate of increase when the gap is separated upstream along the generatrix of the conical surface from the valve seat without the annular groove.
前記弁座は、前記環状溝が無い場合に弁座が構成される仮想位置に対して、下流側に位置する燃料噴射弁。 In the fuel injection valve according to claim 6,
The valve seat is a fuel injection valve located on the downstream side with respect to a virtual position where the valve seat is configured when the annular groove is not provided.
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