JP2539522B2

JP2539522B2 - 電磁式燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2539522B2
Application number: JP1321438A
Authority: JP
Inventors: 春夫渡辺; 一朗中村; 良雄岡本; 仁志今野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1989-12-13
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-10-02
Also published as: JPH02256871A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は自動車等のエンジンに適用される電磁式燃料
噴射弁に係り、特に応答性と噴射特性に優れた構造に関
する。

〔従来の技術〕

従来、可動部を軽量化し、応答性に優れた燃料噴射弁
として円板状可動子を弁体とする電磁式燃料噴射弁につ
いては、国際公開公報WO88/04727号に記載のように、弁
体に対抗して噴射口のみが設けられた弁座で、燃料は噴
射口において軸方向の運動量のみが与えられる構造とな
つていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は可動部を軽量化し、応答性に優れるも
のの噴霧の微粒化及び噴霧の形状を制御する点について
配慮がなされておらず、エンジンの低温始動性や応答性
を改善するとき問題があつた。すなわち通常のガソリン
エンジンで用いられる燃料圧力（２〜4kgf/cm²）での噴
霧の平均粒径は300μｍ以上であり、目視では噴霧とい
うよりシヤワーに近い。また噴霧の形状は拡散せずに棒
状である。さらに特にガソリン代替燃料を使う場合は噴
射口にデイポジツトが生じ易いという問題があつた。

さらに、エンジンは多種類の形状のものが存在するた
め、微粒化の向上と共に噴霧の形状の設定にも柔軟性を
もつ電磁式燃料噴射弁が要求されている。

本発明は、燃料の微粒化が良好で噴霧の形状をエンジ
ンに応じて多様に設定可能な弁構造を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、燃料が噴射さ
れる噴射孔と、該噴射孔の上流側に設けられ、燃料の噴
射量を制御するプレートバルブ部材と、該プレートバル
ブ部材との間でバルブを形成する弁座と、を備えた電磁
式燃料噴射弁において、複数の切側部を有する切側円柱
状に形成され、この各々の切側部から前記円柱の中央部
に偏心して形成された溝形流路と、この溝形流路から円
柱の底面または上面に連通する燃料旋回室とを備えた前
記燃料に旋回を与える燃料旋回素子を前記弁座に設け、
前記プレートバルブ部材の開口面積は前記燃料旋回素子
の流路断面積よりも小さく、前記噴射孔の断面積よりも
大きくしたものである。

〔作用〕

供給された燃料は、燃料旋回素子によつて旋回力が与
えられる。燃料旋回素子を噴射孔とは通じて配置されて
いるので、燃料旋回素子に流入した燃料は次に噴射孔に
導かれ噴射孔より噴射される。このとき燃料は旋回力に
よつて微粒化が促進される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図，第２図及び第３図
により説明する。第１図は燃料噴射弁、第２図は第１図
の可動弁がリフトしたときの部分拡大図、第３図は第２
図のＡ−Ａ′視図である。

第１図に示す燃料噴射弁は、駆動源として、磁気回路
と磁気回路を励磁するコイル組立体７とを有し、その励
磁により所定量リフトする円板状の可動子であるプレー
トバルブ１と、プレートバルブ１に対抗して、可変絞り
を構成するための弁座2,プレートバルブ１と弁座２より
構成されるプレートバルブ部材50,弁座２に導かれた燃
料に旋回力を付与する燃料旋回素子３及び固定絞りであ
る噴射孔４と、プレートバルブのリフト量を制限するス
トツパ12と、プレートバルブを常に押しているばね10を
主構成部材としている。

磁気回路構成は、筒状のヨーク5,このヨーク５の開口
端を閉じてヨーク５の中心に延びる中空の柱状栓体のコ
ア６、およびそのコア６に空隙を隔てて対向する可動子
であるプレートバルブ１とからなる。

コア６の柱状部の中心には穴を開けており、その中に
プレートバルブ１を弁座２に押圧する弾性部材としての
ばね10を挿入し保持するように構成されている。ばね10
の上端はセツト荷重を調整するためにコア６の中心に挿
通されたアジヤスタ11の下端に当接している。

磁気回路を励磁するコイル８は、ボビン９に巻かれて
おり、上記部材からなるコイル組立体７の端子15の外側
はモールド樹脂によつてモールドされ、モールドコネク
タ16を形成する。

燃料の入口18には燃料中や配管中の塵埃や異物が燃料
噴射弁内へ侵入するのを防ぐフイルタ17が装備されてい
る。燃料は燃料の入口18から多面体断面を有するアジヤ
スタ11とコア６のすき間、更にコア６の中心孔を通り、
コア６に複数説けられた穴19を経てプレートバルブ１に
常時導かれている。

14はノズルで、燃料噴射弁をエンジンの吸気管（図示
せず）等に装着したとき、それらのふん囲気中に含まれ
るカーボン等が噴射孔４に付着し、デイポジツトを生ず
るのを防ぐために設けられている。

20,21,22,23はいずれも燃料漏れを防止するために設
けたＯリングである。

また13は可動弁１のリフト量を調整するスペーサであ
る。

尚、プレートバルブ１は円周上に複数個の穴24が貫通
してあけられており、燃料の通路を形成している。

第２図，第３図を参照して弁座の構成を説明する。

弁座２は、噴射孔４の燃料入側直前に、噴射孔４と同
軸でかつ噴射孔より大きな直径を有する燃料旋回素子３
の円筒形の受容部25を有し、この中に燃料旋回素子３が
固定して設けられている。燃料旋回素子３は、噴射孔４
と同軸でかつ噴射孔４より大きな直径を有する円筒形の
燃料旋回室3aと、燃料旋回室3aより偏心させてかつ燃料
旋回室3aの接線方向に燃料旋回室3aに通じて設けられた
複数（第３図では４個）の溝形の流路3bをもつ。燃料旋
回素子３の外形は円筒部の円周の一部を複数個所（第３
図では４個所）平坦に切欠いて形成しており、第３図に
示すように、弁座２に燃料旋回素子３を装着したとき弓
形通路となる部分3cを燃料流入口としている。この燃料
流入口3cおよび溝形の流路3bの流路面積はプレートバル
ブ１と弁座２より形成される流路面積（開口時）の２倍
以上に設定されており、可動弁における圧力損失を押さ
えている。そして燃料は噴射孔４で計量されるように噴
射孔４の面積は絞られている。さらに燃料旋回部材３は
焼結により成形されている。

以下動作を説明する。

燃料噴射弁は、コイル８に与えられる電気的なオン，
オフ信号によりプレートバルブ１を操作して、弁座２の
開閉を行い、それによつて燃料の噴射を行うものであ
る。

電気信号はコイル８にパルスとして与えられ、噴射量
の大小により、そのパルス幅が電子制御装置（図15参
照）により制御される。プレートバルブ１は、常時はば
ね10の圧縮力と燃料圧力による付勢力により弁座２に押
しつけられ閉じている。そして、コイル８に電流が流さ
れると、コア6,ヨーク5,プレートバルブ１で磁気回路が
構成され、プレートバルブ１に吸引力が生ずる。プレー
トバルブ１の吸引力が前記付勢力に打勝つてリフトする
と、プレートバルブ１と弁座２の間に燃料流路ができ
る。プレートバルブ１から弁座２に流入した燃料は燃料
旋回素子３の流路3cから3bを通つて燃料旋回室3aに流
れ、旋回力が与えられる。そして旋回力の与えられた燃
料は噴射孔４から噴射される。このとき旋回力により燃
料の微粒化が促進される。詳述すれば、燃料は、図示し
ないが燃料ポンプや燃料圧力レギユレータにより加圧調
整され、フユエルギヤラリからソケツトを経てフイルタ
17を介して燃料入口18より燃料噴射弁内に流入し、コア
６の内部を通り、コア６に設けられた複数の穴19よりプ
レートバルブ１の複数の穴24を経て開弁時に弁座２の開
口部へ供給され、燃料旋回素子３の燃料旋回室3aに導か
れた後、噴射孔４から、例えばエンジンの吸気管内（図
示せず）に噴射される。

コイル８の電源がオフになるとプレートバルブ１の吸
引力が消勢され、プレートバルブ１はばね10と燃料圧力
に押され（ばねの力が支配的である）、弁座２に着座
し、プレートバルブ１と燃料旋回素子３の間の流路を閉
塞する。尚燃料に効率よく旋回力を付与するため、燃料
は噴射孔で計量されるよう、噴射孔４の流路面積を他の
流路の中で極小としている。本実施例によれば、通常の
ガソリンエンジンで用いられる燃料圧力（２〜4kgf/c
m²）での噴霧の平均粒径は100μｍ以下に微粒化でき
る。さらに噴射孔を通る燃料は旋回流となり、噴射孔洗
浄効果が生ずるのでデイポジツトが生じ難い。また燃料
旋回素子の外形を円筒の円周面の一部を複数個所平坦に
切欠くことにより、形状を簡単化できたので加工が容易
にできる。さらに燃料旋回素子を機械加工とせず、焼結
成形することにより、製作時間を短縮でき、安価とな
る。

ここで、燃料の静的流量に影響を与える因子として、
燃料旋回素子３の流路の圧力損失と付与される旋回力が
ある。流路の圧力損失は流路の断面積によつて主に支配
される。本実施例における流路の断面積について第４図
を用いて説明する。第４図において、燃料旋回素子３の
溝の幅Ｗと溝の深さＨより表わされる流体力学的相当径
を用いると燃料旋回素子３の流路断面積A₁はとなる。ここでｎは溝の数である。

次にプレートバルブ１の開口面積A₂は、 A₂＝π・Ｄ・ｘ …（２）となる。ここで、Ｄは代表シート径でである。また、ｘはプレートバルブ１のリフトである。

さらに、噴射孔４の断面積A₃はとなる。ここでｄは噴射孔の直径である。

本実施例において、噴射孔４の断面積A₃は、上記A₁,A
₂を用いると、 A₁＞A₂＞A₃ の関係を示し、燃料流路の中で最も狭い流路となる。す
なわち、オリフイスの噴射孔４のみによつて燃料が計量
されることになる。また、燃料の速度が下流に行くにし
たがい加速される構成であるから、圧力降下のない燃料
の供給が行われ、効率の良い旋回燃料が得られる。従つ
て、優れた微粒化燃料が得られる。

第５図に本発明の他の実施例を示す。ここで、第５図
以降に示す実施例の燃料噴射弁では、第１図と同一部品
は同一符号で示す。基本構成は第１〜３図と同一のた
め、ここでは第１図と異なる構成のみを説明する。

第５図の第２の実施例の燃料噴射弁は弁座２の噴射孔
４の下流端に噴霧分割手段26を設れている。第５図に示
した噴競分割手段26は、第６図，第７図に示すように、
噴射孔に同軸に設けられた第２の燃料旋回室26aと複数
（第６図では２個の例を示しているが数は任意に設けて
よい）の円からなる断面形状を有する第２の噴射孔26b
よりなる。たとえば第２の噴射孔26bを円形に２個、図
示のように設ける噴射孔26bから噴射された噴霧27の横
断面は第８図に示すように２つに分割された噴霧が得ら
れる。

第９図は、第６図の噴霧分割手段26に代えて別の噴霧
分割手段28を設けている。第９図に示す噴霧分割手段
は、第６図の第２の燃料旋回室26aと第２の噴射孔26bを
一体化し簡単化したものであり、第９図のＥ−Ｅ′矢視
図で第10図に示すように、円を２つ連らねた形の噴射孔
28aとしている。この場合の噴霧29の横断面は第11図に
示すように、やはり分割された形になる。この他にも図
示しないが噴霧分割手段の第２の噴射孔の形状を適当に
選定することにより、任意の噴霧パタンが得られる。

本実施例によれば、先に述べた効果の他に吸気弁が複
数設けられている吸気管噴射エンジン等に効率よく、微
粒化された燃料を供給することが可能となつた。

尚、実施例では、燃料入口が燃料噴射上部に配置され
たものを示したが、この位置は特に限定するものではな
い。

第12図，第13図に示す実施例は本発明の他の実施例
で、弁座２を構成する部材が第１図，第２図と異なり、
燃料旋回素子３の配置されている位置が弁座２の上流側
としている。したがつて、凸部2aの外径と燃料旋回素子
３の内径で囲まれた部分3aが燃料旋回室となる。その他
燃料流路30がヨーク5,ストツパ12,スペーサ13に、部分
的に切欠かれて形成され、燃料旋回素子３の流路3cに燃
料を導く構造となつている。

この本実施例は、燃料旋回室3aの位置が弁座２の上流
側に位置している点を除けば第１図に示した実施例と同
じ構造を示しており、同様の効果が得られる。

また第14図は第11図に示す実施例の流路断面積を説明
した図である。燃料旋回素子３の流路断面積をA₁,プレ
ートバルブ１の開口面積をA₂,噴射孔の断面積をA₃とす
ると、 A₁＞A₂＞A₃ の関係になる。ここでA₁,A₂,A₃の定義は第14図の記号を
用いると式（１），（２），（３）と同様に表わせる。

第15図，第16図は本発明の他の実施例を表わす図であ
る。ここで、第12図，第13図に示す同一部分の説明は省
略する。この実施例において、プレートバルブ１の形状
は凸形をしており、プレートバルブ１を燃料旋回素子３
で覆う形状である。これにより燃料旋回室3aにおける燃
料旋回力がさらに高まり、さらに燃料の微粒化が促進さ
れる。

第17図，第18図は、本発明の他の実施例を表わす図で
ある。第12図，第13図に示すものと同一の部分の説明は
省略する。この実施例において、燃料旋回素子３の形状
は筒状をしており、受容部25を有している。燃料旋回素
子３は、その円筒部に偏心して設けられた複数個の燃料
溝3bをもち、燃料旋回室3aが形成される。この構成によ
れば第12図，第13図に示す効果はもちろん、燃料旋回素
子の小型化を図ることができる。また、第19図に示す実
施例は第17図に示す実施例のプレートバルブ１に円筒型
突起部1aを設けたものである。この突起部1aは燃料旋回
素子３でプレートバルブ１を案内するとともに燃料旋回
室3aの気密性を高めることができる。従つて、プレート
バルブ１の動作中の半径方向の傾きを防ぐことができ、
燃料の微粒化も促進される。

本発明によれば、プレートバルブを弁体とする軽量可
動弁形の燃料噴射弁において、微粒化が促進され、噴霧
粒径を小さくできると共に、噴射孔の浄化効果が大とな
るのでデイポジツトを防ぐことができる。したがつてエ
ンジンの低温始動性や応答性，信頼性が向上する。さら
に噴射口下流に噴霧制御手段を設けたことにより噴霧の
横断面形状を任意に設定できる。これにより、種々のエ
ンジンに適する燃料噴射弁が得られる。

また、燃料旋回部材の燃料流入形状を簡単化したこと
により、燃料旋回部材を安価にできる。さらにこれを焼
結成形することにより一層安価に製作することができ
る。

第20図は、本発明に係る燃料噴射弁を搭載したエンジ
ン制御システムの構成図である。

第20図において、エンジン100はガソリンを燃料とす
る周知の火炎点火式エンジンで、その吸気系はエアクリ
ーナー110,スロツトルボデイ120,吸気マニホールド13
0、本発明の燃料噴射弁140から構成される。一方、排気
系は排気マニホールド150,排気ガス中の酸素濃度を測定
する酸素センサ160,排ガス浄化用の三元触媒コンバータ
170,図示しない消音マフラーから構成されている。

ここに、スロツトルボデイ120は、エアーフローセン
サ180,スロツトルバルブ190,スロツトルセンサ200から
構成されており、エンジン100に供給される空気流量を
正確に計測する。また、三元触媒コンバータ170は、理
論空燃比付近で運転されるエンジン100からの排出ガス
中のNOx,CO,HCを同時に高浄化率で浄化するものであ
る。

エンジン100は、点火プラグ210を臨ませて配設する燃
焼室220と、吸気孔230およびこの吸気孔230を開閉する
インテークバルブ240とを装備してなり、燃焼室220の側
部には水温センサ250,下部には、回転センサ260を配し
て運転状態を検出している。なお、270はイグナイタ,28
0はデイストリビユータ,290は排気温度センサ、300はか
かる部品装置を運転制御する電子制御装置であり、図中
の矢印は各々の入出力系統を示している。

また、燃料噴射弁140は、インテークバルブ240の上流
で吸気マニホールド130の壁部に取り付けられ、インテ
ークバルブ240の弁座240a方向に噴射可能となつてい
る。

このようにガソリン機関では、吸入行程において燃焼
室220内に所定量の吸入空気が前記吸気系から吸入され
る。

燃料噴射弁140から、吸入空気量に対応した燃料が弁
座240a方向へ、微粒化性能および噴射圧に対する応答性
が良好に噴射供給される。噴射された燃料は吸入空気と
効率よく均一に拡散混合される。燃焼室220では前記混
合気を吸入し圧縮工程にて圧縮したのち点火プラグ210
により着火燃焼させ、燃焼を的確に行わせる。

エンジン100から排出される燃焼ガスは、前記排気系
から大気中に放出される。

いま、エンジン100の運転状態を水温センサ250および
回転センサ260等により検知すると、この運転状態に見
合う空気量が必要となるが、この空気量はスロツトルバ
ルブ190の開度によつて決定され、その空気量はエアフ
ローセンサ180によつて正確に計量される。この場合、
エアフローセンサ180あるいはスロツトルセンサ200の信
号に応じて、電子制御装置310は、燃料噴射弁140を駆動
する信号を発生し、この信号に応じて噴射量が決定され
る。

燃料と空気の混合気は、エンジン100の吸気孔230から
燃焼室220へ導かれ圧縮工程にて圧縮されたのち点火プ
ラグ210にて着火燃焼させる。この燃焼状態は、排気マ
ニホールド150の集合部を設けた酸素センサ160で監視さ
れ、常に所定の混合比（空燃比）となるように当該酸素
センサ160の出力信号に応じて、電子制御装置300は燃料
噴射弁140の噴射量を補正する。これによつて、排気ガ
ス中のNOx,CO,HC三成分を同時処理する三元触媒コンバ
ータ170の浄化率が最高に保たれることになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃料の微粒化が促進され、噴霧粒径
が小さくできるとともに、噴射孔の浄化効果が大きくな
るのでデイポジツトを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の燃料噴射弁の縦断面図、第
２図は第１図の部分拡大図、第３図は第２図のＡ−Ａ矢
視断面図、第４図は第２図に示す燃料噴射弁の開口面積
を説明する図、第５図は他の実施例の噴霧制御手段をも
つ燃料噴射弁の縦断面図、第６図は第５図の部分拡大
図、第７図は第６図のＢ−Ｂ′矢視断面図、第８図は第
６図のＣ−Ｃ′断面図、第９図は更に他の実施例を示し
第６図の変形図、第10図は第９図のＤ−Ｄ′矢視断面
図、第11図は第９図のＥ−Ｅ′断面図、第12図は本発明
の他の実施例で、プレートバルブがリフトしたときの部
分拡大図、第13図は第12図のＦ−Ｆ′矢視図、第14図は
第12図に示す燃料噴射弁の開口面積を説明する図、第15
図は第12図のプレートバルブの変形例を示す図、第16図
は第15図のＧ−Ｇ′矢視図、第17図は第12図の燃料旋回
素子の変形例を示す図、第18図は第17図のＨ−Ｈ′矢視
図、第19図は第17図のプレートバルブの変形例を示す
図、第20図は本発明に係る燃料噴射弁を搭載したエンジ
ン制御システムの構成図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今野仁志茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所佐和工場内 (56)参考文献特開昭59−41660（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−272460（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−222557（ＪＰ，Ａ) 実開平１−130067（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料が噴射される噴射孔と、該噴射孔の上
流側に設けられ、燃料の噴射量を制御するプレートバル
ブ部材と、該プレートバルブ部材との間でバルブを形成
する弁座と、を備えた電磁式燃料噴射弁において、複数
の切側部を有する切側円柱状に形成され、この各々の切
側部から前記円柱の中央部に偏心して形成された溝形流
路と、この溝形流路から円柱の底面または上面に連通す
る燃料旋回室とを備えた前記燃料に旋回を与える燃料旋
回素子を前記弁座に設け、前記プレートバルブ部材の開
口面積は前記燃料旋回素子の流路断面積よりも小さく、
前記噴射孔の断面積よりも大きくしたことを特徴とする
電磁式燃料噴射弁。
【請求項２】前記噴射孔の下流側に噴射される燃料を分
割する分割手段を設けたことを特徴とする請求項１に記
載の電磁式燃料噴射弁。
【請求項３】前記分割手段は少なくとも２つの円弧から
なる断面形状を有することを特徴とする請求項２に記載
の電磁式燃料噴射弁。
【請求項４】前記分割手段は少なくとも２つの円からな
る断面形状を有することを特徴とする請求項２に記載の
電磁式燃料噴射弁。
【請求項５】前記プレートバルブ部材は磁気回路の可動
部を含むことを特徴とする請求項１に記載の電磁式燃料
噴射弁。