JP2564373B2 - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

電磁式燃料噴射弁

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JP2564373B2
JP2564373B2 JP23003288A JP23003288A JP2564373B2 JP 2564373 B2 JP2564373 B2 JP 2564373B2 JP 23003288 A JP23003288 A JP 23003288A JP 23003288 A JP23003288 A JP 23003288A JP 2564373 B2 JP2564373 B2 JP 2564373B2
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良雄 岡本
庸藏 中村
春夫 渡辺
徳男 小菅
英治 浜島
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • F02M61/162Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関用の電磁式燃料噴射弁に係り、特
に広がり角の小さい噴霧を、しかも微細な液滴で形成す
るのに好適な燃料旋回室形状を提供する電磁式燃料噴射
弁に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の装置は、特開昭56−156457号公報に記載のよう
に、複数個のオリフイスから燃料を噴射させる際に、燃
料を噴流としてまず初めに自由に調製孔(燃料旋回室)
の壁に鋭角的にぶつけ、その後壁面に沿わせて膜状に分
散させ燃料を微粒化させる構成のものと、燃料の旋回室
の出口近傍に噴流を意識的に衝突させて燃料を飛散させ
微粒化させる構成のものとがあつた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術の前者による微粒化手段では、燃料旋回
室において、複数個のオリフイスからの噴流が旋回の際
に合体し液膜が次第に行くなつてしまうことが懸念され
る。また、燃料旋回室内壁に鋭角的にぶつかつた後の旋
回燃料が該燃料旋回室出口に至るまでに噴流の緩衝によ
つてそれ自体のエネルギー損失が大きくなるてしまうこ
とについて配慮されていなかつた。
一方、後者による微粒化手段では、複数個のオリフイ
スの噴流が燃料旋回室近傍にて衝突飛散するために軸方
向のエネルギー(貫通力)が大きく棒状噴霧となつて微
粒化が促進されないことについて配慮されていなかつ
た。
本発明は、上記従来技術における課題を解決するため
になされたもので、燃料旋回室内での液膜の形成に際し
て、複数個のオリフイスからの噴流が互いに緩衝せず
に、しかも燃料旋回室内においてその流れが損失なく出
口に向い、供給燃料の圧力(エネルギー)を効率良く旋
回(エネルギー)に置換できる燃料旋回室の形状寸法を
設定し、内燃機関の吸気管壁に噴霧が付着することなく
理想空燃比で内燃機関を運転して効率を高く維持しうる
電磁式燃料噴射弁を提供することを、その目的とするも
のである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明に係る電磁式燃料
噴射弁の構成は、励磁コイルを取り囲む磁性体のヨーク
と、前記励磁コイルの中心に位置し一端が前記ヨークと
接触とたコアと、このコア内を軸方向に摺動可能で前記
励磁コイルが励磁されると所定量リフトする可動子と、
この可動子に対接して常時は閉じており可動子のリフト
時に開口する弁座を有する弁本体とを備え、前記弁座の
下流に燃料の噴射孔部を有する電磁式燃料噴射弁におい
て、前記弁本体の弁座の下流側に、燃料旋回室と当該燃
料旋回室に開口し弁軸線に傾斜して形設された複数個の
オリフイスとからなる燃料計量・旋回素子を設け、この
燃料計量・旋回素子における、燃料旋回室内径をD、燃
料旋回室長さをL、オリフイス偏心量をLs、オリフイス
部の厚さをt、オリフイス傾斜角をθ、燃料旋回室内
壁衝突角をθとしたとき、これらの形状寸法より と表わされる燃料噴流の幾何学的な旋回指数Nを、 0.2≦N≦0.5 となるように形成したものである。
なお付記すると、上記目的は、弁本体に具備された不
動の弁座と可動子に具備されたボールとの間に形成され
た微少隙間から燃料を該弁座下流に具備した燃料計量・
旋回素子に供給して、燃料を微粒化させて内燃機関に供
給する構造の電磁式燃料噴射弁において、燃料旋回室に
開口する複数個のオリフイスからの噴流が該燃料旋回室
内で衝突と旋回流れとを効率良く行いうる燃料計量・旋
回素子の幾何学的形状寸法を設定することによつて達成
される。
〔作用〕
上記燃料の旋回指数Nの範囲において、オリフイスか
らの噴流は、燃料旋回室内壁に衝突したのち、壁に沿つ
て多少の旋回流れを生じ燃料旋回室出口に向う。その旋
回流れの際に、複数個の噴流は前記燃料旋回室の内壁面
に充満し液膜を形成するが、その液膜は互いに緩衝する
ことなく出口端に向つて流れ、しかも燃料旋回室の軸方
向において旋回エネルギーを損なわずに薄い液膜を生成
する。この液膜は噴射と同時にそれ自体の乱れと不安定
性によつて直ちに微粒化されるが、その噴霧は比較的強
い軸方向エネルギーをもつので広がりの小さいものとな
る。このように、燃料は衝突飛散による滴生成と旋回流
れによる液膜からの***による滴生成とがからみ合う微
粒化態様を示し、その噴霧は燃料の圧力エネルギーが効
率良く衝突旋回エネルギーに置換され微粒化が進んで柱
状噴霧となる。
この電磁式燃料噴射弁を内燃機関に装着した場合、内
燃機関の吸気管壁に液滴が付着することなく内燃機関を
効率良く運転させることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を、第1図ないし第4図を参
照して説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁
の縦断面図、第2図は、第1図の燃料計量・旋回素子の
拡大彩断面図、第3図は第2図のA矢視平面図、第4図
は、本発明に係る燃料の旋回指数と噴霧粒径との関係を
示す線図である。
第1図において、2はプランジヤ、3は励磁コイル、
4は励磁コイル3を取り囲む磁性体に係るヨーク、5は
励磁コイル3の中心に位置し一端が前記ヨーク4と接触
したコア、6はリング、7はロード、8はボールであ
る。
プランジヤ2は、リング6およびロツド7が一体化さ
れ、さらにロツド7をボール8と溶接で一体化されてお
り、これらの結合体を可動子に係るプランジヤロツド18
と称する。
9は、前記ボール8に対接する弁座、10は、弁座9を
有する弁本体に係るバルブガイド、11は、そのボア部で
ある。12はフイルタ、13,14は燃料通路を示す。15は、
前記弁座9の下流側に位置しバルブガイド10に装着され
た燃料計量・旋回素子、16は複数個の細穴であるスワー
ルオリフイス(以下単にオリフイスという)、17は燃料
旋回室であり、オリフイス16は、燃料旋回室17に開口し
弁の軸心に対して傾斜して形設されている。
第1図を参照して電磁式燃料噴射弁(以下噴射弁とい
う)1の構造、動作についてより詳しく説明する。
噴射弁1は、コントロールユニツト(図示せず)によ
り演算されたデユーテイのON−OFF信号により弁座9の
開閉を行うことにより燃料の噴射を行うものであり、そ
のON−OFF信号はコネクタ19を通り励磁コイル3に印加
される。励磁コイル3に電流が印加されるとコア5,ヨー
ク4およびバルブガイド10に摺動自在に装備されたプラ
ンジヤロツド18のプランジヤ2で磁気回路が形成され、
可動子であるプランジヤロツド18は上方へ所定量リフト
する。
プランジヤロツド18をリフトさせる吸引力が作用する
とリング6はコア5の内周面を摺動し、かつ、ボール8
はバルブガイド10のボア部11を摺動する。すなわち、プ
ランジヤロツド18が上方へ移動すると、ロツド7に結合
したボール8と弁座9との間に環状すき間が形成され、
前記ヨーク4外周からフイルタ12を介して供給された燃
料が励磁コイル3とヨーク4とによつて形成される燃料
通路13、さらに、前記プランジヤ2の外周と前記ヨーク
4の内周とで形成される燃料通路14、および前記バルブ
ガイド10のボア部11、弁座9を通り燃料計量・旋回素子
15に至る。ここで、燃料は計量され、旋回力を与えら
れ、規定の噴射角度をもつて内燃機関の吸気管内に噴射
される。
きの燃料の計量は、前記燃料計量・旋回素子15に具備
される複数個のオリフイス16により行うものである。こ
のオリフイス16は、前記燃料計量・旋回素子15の燃料出
口より奥まつた位置に具備され、内燃機関に当該噴射弁
1が装着されたときに機関の運転によつて生ずる燃焼ガ
ス中のカーボン等の付着に対し有利な構造となつてい
る。
次に、第2図および第3図を参照して、燃料計量・旋
回素子15の形状寸法の説明と燃料の旋回指数について説
明する。
燃料計量・旋回素子15の端部には、複数個のオリフイ
ス16がその出口を当該燃料計量・旋回素子15のの内壁面
である燃料旋回室17に向けて形設されている。この燃料
旋回室17の内壁面直径は燃料旋回室内径Dと表わしてい
る。
また、前記オリフイス16の中心軸線は燃料計量・旋回
素子15の端面に対してθ傾斜し(以下オリフイス傾斜
角という)、かつ燃料計量・旋回素子15の中心軸線に対
してLs偏心(以下オリフイス偏心量という)させて設け
てある。噴射弁1の弁座9を通過した燃料は、燃料計量
・旋回素子15に至ると、オリフイス16から燃料旋回室17
の内壁面に向つて噴流状に流出し、前記オリフイス16の
傾斜角θと偏心量Lsによつて旋回速度を与えられるか
ら遠心力によつて燃料旋回室17内を流れる。ここで、第
2図におけるLは燃料旋回室長さ、第3図におけるθ
はオリフイス16の中心軸線と燃料旋回室17の接線とで表
わされる燃料旋回室内壁衝突角である。
本実施例における燃料計量・旋回素子15は、その燃料
旋回室17内の衝突と旋回流れを最適な組み合わせで実施
させるための形状寸法を与えたものである。上記した各
寸法諸元を用いて整理した幾何学的な指数(燃料の旋回
数)Nは次式で表わされる。
この指数Nが、本実施例では 0.2≦N≦0.5 となるように燃料計量・旋回素子15の形状寸法が設定さ
れるている。
このような燃料の旋回指数N内にある燃料計量・旋回
素子15を有する噴射弁1の微粒化態様を第4図の実験結
果により説明する。
第4図は噴射角度が30゜以下の場合における燃料の旋
回指数と噴霧粒径との関係を実験結果にもとづいてまと
めたもので、横軸に燃料の旋回指数Nを示し、縦軸に噴
霧粒径を示す。第4図から明らかなように、燃料の旋回
指数Nが0.3近傍に粒径の極小値が存在し、その前後で
は粒径は次第に大きくなる。この旋回指数に対応する微
粒化の態様を図の上部に模式的に示す。
燃料の微粒化は、燃料の旋回指数Nが0〜0.2の範囲
では衝突が支配的な棒状慈霧、Nが0.2〜0.5の範囲では
衝突と旋回が混在する柱状噴霧、Nが0.5〜1の範囲で
は遷移式、Nが1以上では旋回が支配的な膜状噴霧とな
ることが確かめられた。
本実施例の燃料計量・旋回素子15による燃料の噴流
は、燃料旋回室17の内壁面に衝突したのち、多少の旋回
流れを得て出口に向う。燃料の微粒化はこの衝突の際に
多少起こるが、大部分は後の旋回流れによる膜の***に
よつて起こる。この際に噴流同志が重なり合うことがな
く流れ損失が僅かになる。いわゆる、燃料の圧力エネル
ギーを損失することなく衝突旋回エネルギーに置換する
ことによつて微粒化のエネルギーを保存していると言え
る。
すなわち、本実施例による燃料の微粒化は、衝突飛散
によるものと旋回流れによる液膜からの飛散(***)に
よるものとが混在する柱状噴霧であり、かかる噴霧は比
較的強い軸方向成分をもつのので、その広がりが小さい
ものとなる。
本実施例の電磁式燃料噴射弁を内燃機関に装着した場
合、内燃機関の吸気管内壁に液滴が付着することがな
く、内燃機関を効率良く運転させることができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、燃料旋回室内で
の液膜の形成に際して、複数個のオリフイスからの噴流
が互いに緩衝せずに、しかも燃料旋回室内においてその
流れが損失なく出口に向い、供給燃料の圧力(エネルギ
ー)を効率良く旋回(エネルギー)に置換できる燃料旋
回室の形状寸法が設定され、内燃機関の吸気管壁に噴霧
が付着することなく理想空燃比で内燃機関を運転して効
率を高く維持しうる電磁式燃料噴射弁を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁の
縦断面図、第2図は、第1図の燃料計量・旋回素子の拡
大縦断面図、第3図は、第2図のA矢視平面図、第4図
は、本発明に係る燃料の旋回指数と噴霧粒径との関係を
示す線図である。 3……励磁コイル、4……ヨーク、5……コア、8……
ボール、9……弁座、10……バルブガイド、15……燃料
計量・旋回素子、16……オリフイス、17……燃料旋回
室、18……プランジヤロツド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 春夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 小菅 徳男 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 (72)発明者 浜島 英治 茨城県勝田市東石川西古内3085番地5 日立オートモテイブエンジニアリング株 式会社内 (56)参考文献 実開 昭58−151354(JP,U) 実開 昭59−56371(JP,U) 実開 昭63−75562(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】励磁コイルを取り囲む磁性体のヨークと、
    前記励磁コイルの中心に位置し一端が前記ヨークと接触
    とたコアと、このコア内を軸方向に摺動可能で前記励磁
    コイルが励磁されると所定量リフトする可動子と、この
    可動子に対接した常時は閉じており可動子のリフト時に
    開口する弁座を有する弁本体とを備え、前記弁座の下流
    に燃料の噴射孔部を有する電磁式燃料噴射弁において、
    前記弁本体の弁座の下流側に、燃料旋回室と当該燃料旋
    回室に開口し弁軸線に傾斜して形設された複数個のオリ
    フイスとからなる燃料計量・旋回素子を設け、この燃料
    計量・旋回素子における、燃料旋回室内径をD、燃料旋
    回室長さをL、オリフイス偏心量をLs、オリフイス部の
    行さをt、オリフイス傾斜角をθ、燃料旋回室内壁衝
    突角をθとしたとき、これらの形状寸法より と表わされる燃料噴流の幾何学的な旋回指数Nを、 0.2≦N≦0.5 となるように形成したことを特徴とする電磁式燃料噴射
    弁。
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