JP2705405B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内然機関の燃料噴射
弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の燃料噴射弁に関して、
例えば、図７に示したようなものが知られている（実開
昭５９−１３９５７８号公報等参照）。

【０００３】図に示したのは、外殻をなす弁本体５０
と、この弁本体５０内に移動可能に収納される針弁５１
とを備え、弁本体５０内の先端部に形成されたシート部
５２には燃料噴射孔５３が穿設され、針弁５１先端部の
バルブ部５４が前記シート部５２に着座・離座すること
により前記燃料噴射孔５３の開閉をなす、いわゆるＶＣ
Ｏ（valve covered orifice）型燃料噴射弁で、シート
部５２の先端側には袋状のサック部５５が形成されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のＶＣ
Ｏ型燃料噴射弁において、針弁５１のリフト量が小さい
燃料噴射初期にあっては、シート部５２とバルブ部５４
との間隙が狭いために、この間隙から燃料噴射孔５３へ
の燃料の流入は燃料噴射孔入口５６を中心にほぼ全方位
から放射状に且つほぼ均一になされ、また、このときの
燃料噴射圧は比較的小さいため、燃料噴射孔５３から噴
出する燃料は液柱状となって噴射燃料の微粒化が促進さ
れていなかった。

【０００５】つまり、燃料噴射初期における燃料と空気
との良好な混合状態を得ることができないためにスモー
クの排出量が増大し、また、着火遅れ期間が長くなるた
めにこの着火遅れ期間内に噴射される燃料噴射量が増加
し、急激な予混合燃焼が行われて多量のＮＯｘや燃焼騒
音が発生するという問題点があった。

【０００６】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたもので、針弁のリフト量が少ない燃料噴
射初期に、バルブ部とシート部との間を通過する燃料の
流れ方向を制御することにより、燃料噴射孔内を通過す
る燃料に対して旋回流を与え、燃料噴射孔からの燃料噴
霧の微粒化を促進しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】先端部にバルブ部を有す
る針弁と、この針弁を内部に収納し、且つ当該針弁をそ
の軸線方向へ移動可能に収納する弁本体と、この弁本体
の先端部に形成され、且つ前記バルブ部が着座するシー
ト部と、このシート部のさらに先端側に形成される袋状
のサック部と、前記シート部に穿設され、且つ前記バル
ブ部が着座することにより閉塞される燃料噴射孔と、を
備えてなる燃料噴射弁において、前記バルブ部が前記シ
ート部に着座しているとき、前記バルブ部の先端側端部
を前記燃料噴射孔よりも先端側に位置するよう構成し、
前記針弁の軸線に対して所定の傾斜角度を有する燃料案
内溝を前記バルブ部の先端側端部付近に複数刻設した。

【０００８】また、前記燃料噴射孔の開口部縁部付近か
ら前記サック部にかけての前記シート部上に、前記針弁
の軸線に対して所定の傾斜角度を有する燃料案内溝を刻
設し、前記バルブ部が前記シート部に着座していると
き、前記バルブ部の先端側端部は前記燃料噴射孔よりも
先端側に位置して前記燃料案内溝の少なくとも一部分を
覆うよう構成されていてもよい。

【０００９】

【作用】上記構成に基づき、針弁が離座方向へリフトす
ると、燃料はシート部とバルブ部との間隙に導かれ、一
部の燃料は燃料噴射孔へと直接流入するが、他の燃料は
その慣性力のために進路をかえることなく、まずサック
部へと流れる。針弁のリフト量が少ない噴射初期にあっ
ては、バルブ部とシート部との間隙が狭く燃料の流路が
絞られるために、燃料のサック部方向への速度成分は増
大し、サック部への燃料流入はより顕著なものとなる。
こうして燃料がサック部内に流入すると、サック部は袋
状を呈するゆえ当該サック部内の圧力は上昇し、サック
部内に流れ込んだ燃料は大きな速度成分を持って圧力の
低い燃料噴射孔へと流れる。

【００１０】さて、針弁のリフト量が少ない噴射初期に
おいては、バルブ部とシート部との間隙は狭く、また、
バルブ部の先端側端部に刻設された燃料案内溝は燃料噴
射孔よりも先端側に位置するため、この所定の傾斜角度
を有する燃料案内溝はサック部から燃料噴射孔へと流れ
る燃料に対して流れ方向を制御し、燃料噴射孔内を通過
する燃料に強い旋回流を与える。この旋回流は燃料噴射
孔から噴射形成される燃料噴霧の噴射方向に対して直角
方向に広がる遠心力として作用し得るため、燃料噴霧の
噴射円錐角は大きなものとなり、つまり、噴霧の微粒化
が促進されて燃料と空気との良好な混合状態を得ること
ができる。

【００１１】また、燃料案内溝をシート部上に刻設する
ことにより、燃料噴射孔と燃料案内溝との位置関係を針
弁の動きに拘らず最適な位置に固定化できるため、サッ
ク部から燃料噴射孔へ流れる燃料に対して流れ方向を確
実に制御することができ、すなわち燃料噴射孔より噴射
形成される燃料噴霧の噴射円錐角の広がりをより確実に
促進することができる。

【００１２】

【実施例】以下、請求項１に対応する第１実施例を図
１、図２、図３に基づいて説明する。なお、図１は燃料
噴射弁の縦断面図、図２は燃料噴射弁の先端部を示す拡
大縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ矢視展開図であるとと
もに、針弁のリフト量が小さい噴射初期の状態を示す図
である。

【００１３】図１に示したのは、噴射初期における燃料
噴射率を低く抑える２段開弁圧燃料噴射弁であると共
に、ＶＣＯ型燃料噴射弁である。

【００１４】１は燃料噴射弁で、２は燃料噴射弁１の外
殻を形成する弁本体である。この弁本体２はノズルホル
ダ３とスペーサ４とノズルチップ５とリテーニングナッ
ト６とから構成され、ノズルホルダ３とノズルチップ５
とはスペーサ４を介してリテーニングナット６にて連結
されている。ノズル本体２内には、図示しない燃料供給
源に連結されている燃料通路７が形成されており、この
燃料通路７は後述の燃料噴射孔１９に連通している。

【００１５】弁本体２の内部に燃料通路７を開閉すべく
移動可能に収納されているのは針弁８であり、その基端
側から先端側へ順に、比較的小径なプッシュロッド部９
と、最大径部である被ガイド部１０と、テーパ面である
受圧部１１と、前記被ガイド部１０よりも小径なロッド
部１２と、略円錐形を呈するバルブ部１３と、から構成
されている。

【００１６】前記ノズルチップ５の内部には、その基端
側から先端側へと順に、前記被ガイド部１０を摺動案内
するガイド部１４と、前記受圧部１１付近に形成される
燃料溜り１５と、前記ロッド部１２を遊嵌する遊嵌部１
６と、前記バルブ部１３が着座するシート部１７と、シ
ート部１７の更に先端側に形成される袋状のサック部１
８と、が構成されており、前記シート部１７には複数の
燃料噴射孔１９が穿設されている。

【００１７】ノズルホルダ３内には第１のコイルスプリ
ング２０と第２のコイルスプリング２１とを収納するス
プリング室２２が形成されている。プッシュロッド部９
の端部は第１のコイルスプリング２０の先端側端部に第
１リテーナ２３を介して当接しており、第１のコイルス
プリング２０の基端側端部はスプリング室２２にシム２
４を介して当接している。第２のコイルスプリング２１
の先端側端部はスペーサ４内に配設された第２リテーナ
２５を介してノズルチップ５の基端部に当接しており、
第２のコイルスプリング２１の基端側端部は前記シム２
４を介してスプリング室２２の壁面に当接している。

【００１８】図２を参照して、前記バルブ部１３は、先
端部側の第１バルブテーパ面２６と、基端部側の第２バ
ルブテーパ面２７とから形成され、これらテーパ面はそ
れぞれ異なる角度を有し、第１バルブテーパ面２６と第
２バルブテーパ面２７との境界でシート線２８をなして
いる。また、針弁８の先端部は略フラットを呈し、フラ
ット面２９を形成する。このフラット面２９は、針弁８
が着座している状態において、燃料噴射孔１９よりも低
い位置にあるように弁本体２と針弁８との位置関係が設
定され、すなわち、バルブ部１３の先端側端部１３ａが
燃料噴射孔１９よりも先端側に位置するように設定され
ている。

【００１９】バルブ部１３すなわち第１バルブテーパ面
２６の先端側端部１３ａには、切り込み深さ約０．１ｍ
ｍ、針弁８の軸線に対して所定の傾斜角度θ、例えば３
０〜４０゜を有する燃料案内溝３０が複数個刻設されて
いる。所定の傾斜角度θとは、燃料噴射孔１９を通過す
る燃料の流れ方向を制御し、燃料噴射孔１９内を通過す
る燃料に対して旋回流を与えることができるよう考慮し
決定される角度である。つまり、傾斜角度θが小さすぎ
ると燃料案内溝３０に案内される燃料の主流は燃料噴射
孔１９の略中心を指向するため前記の強い旋回流を得る
には至らず、また、約４５°よりも大きいと、サック部
１８から燃料噴射孔１９へと流れる燃料の指向を燃料案
内溝３０に沿って大きく変えるために損失が大きく、ま
た、燃料案内溝３０に案内される燃料の主流と、燃料案
内溝３０に案内されずにサック部１８から燃料噴射孔１
９へと流れる燃料の流れとは大きくその指向を異にする
ためにやはり損失が大きく、従って、前記旋回流を効率
よく得るには至らなくなる。

【００２０】なお、刻設される燃料案内溝３０の個数
は、全ての燃料噴射孔１９の中心が燃料案内溝３０の延
長線（傾斜角度θ方向）に一致する、という状態を避け
るべく考慮され決定されるものであり、本実施例におい
ては、燃料案内溝３０を燃料噴射孔１９の個数よりも多
く刻設し、ただし、燃料噴射孔１９の整数倍個は除くも
のとした。

【００２１】なお、バルブ部１３がシート部１７に着座
しているときにおいて、燃料案内溝３０は燃料噴射孔１
９を直接に臨まないよう刻設されており、つまり、着座
状態において燃料噴射孔１９とサック部１８とが大きく
連通しないようにある程度のシール性を配慮している。

【００２２】なお、本実施例においては、燃料案内溝３
０を図示の如くフラット面２９につながるよう切り欠き
形成したが、これに限定されるものではなく、つまり、
サック部１８から燃料噴射孔１９へと流れる燃料に対し
て流れ方向を制御するに足り得れば、必ずしもフラット
面２９につながるように切り欠き形成する必要はない。

【００２３】このような構成に基づき、次に作用を説明
する。

【００２４】図示しない燃料供給源から燃料通路７を介
して燃料溜り１５に燃料が供給されると、受圧部１１す
なわち針弁８はその燃料噴射圧を受けて、まず、摺動肩
３１と第２リテーナ２５との間で決まる間隔Δｈだけリ
フトして、燃料噴射孔１９から初期噴射を行い、次い
で、燃料噴射圧が上昇して第１のコイルスプリング２０
と第２のコイルスプリング２１との合力を越えると、第
２リテーナ２５とノズルホルダ３先端側端部との間で規
制される間隔ΔＨだけさらにリフトして、燃料噴射孔１
９から主噴射を行う。

【００２５】以下、針弁のリフト量が少ない燃料噴射初
期について説明する。上記の如く針弁８が開弁方向へリ
フトすると、燃料はシート部１７とバルブ部１３との間
隙に導かれ、すなわち燃料噴射孔１９からの燃料噴射が
行われるが、一部の燃料は燃料噴射孔１９へは直接流入
せずに、まずサック部１８へと流入する。このとき、サ
ック部１８は袋状であるためにサック部１８内の圧力は
上昇し、サック部１８内の燃料は圧力の低い燃料噴射孔
１９へと大きな速度成分を持って流れることになる。

【００２６】なお、図４に示したのは、ＶＣＯ型燃料噴
射弁において、針弁が３０μｍリフトしたときの燃料噴
射孔入口における燃料の流れ速度ベクトルを表した計算
機によるシュミレーション結果であるが、この図から、
燃料噴射孔への燃料の流入は燃料噴射孔入口を中心にほ
ぼ全方位から放射状になされていることが理解でき、サ
ック部から燃料噴射孔へ流れる燃料の流速成分が大変に
大きいことが読み取れる。

【００２７】さて、針弁リフト量が小さい燃料噴射初期
においては、バルブ部１３とシート部１７との間隙は大
変に狭く、また、第１バルブテーパ面１３に刻設された
燃料案内溝３０は燃料噴射孔１９よりも先端側に位置す
るために、サック部１８から燃料噴射孔１９への流速成
分が大きい燃料の流れは、所定の傾斜角度θを有する燃
料案内溝３０により確実に方向付けられ、図３に示した
ように、燃料噴射孔１９に対してオフセットした燃料案
内溝３０を通じ、燃料噴射孔１９内を通過する燃料に対
し強い旋回流を与える。

【００２８】この旋回流は燃料噴射孔１９より噴射形成
される燃料噴霧の噴射方向に対して直角方向に広がる遠
心力として作用するため、燃料噴射孔１９から噴出する
噴流の円錐角は大きなものとなり、つまり、燃料噴霧の
微粒化が促進される。この結果、燃料と空気との良好な
混合状態を得ることが可能となり、着火遅れ期間が短縮
して、この着火遅れ期間中の燃料噴射量を低減すること
ができる。

【００２９】また、本実施例に適用した２段開弁圧燃料
噴射弁にあっては、噴射初期における針弁のリフト量が
例えば約２０μｍ程度にある期間抑制されるために、こ
の期間におけるシート部１７とバルブ部１３との隙間は
非常に狭く、燃料噴射孔入口３３と燃料噴射孔出口３４
とでは大きな圧力差を生じる。従って、狭い間隙から高
圧で燃料噴射孔１９へ流入する燃料は高速度で剥離を生
じながら旋回流を形成するため、燃料噴霧の微粒化をよ
り一層促進することが可能となる。

【００３０】また、上記燃料案内溝３０は燃料噴射孔１
９とサック部１８とのシール性をある程度配慮して刻設
されているので、ＶＣＯ型燃料噴射弁の長所の１つであ
る、燃料噴射終了時における燃料の後だれを改善でき
る、という利点を損なうことがない。

【００３１】なお、本実施例は２段開弁圧燃料噴射弁に
適用したが、特に、これに限定するものではない。

【００３２】次に、請求項２に対応する第２実施例を図
５、図６に基づいて説明する。なお、図６は図５におけ
るＢ−Ｂ矢視図に相当する。

【００３３】上記実施例のノズルチップ５に相当するノ
ズルチップ４０の先端部には、略円錐を呈するシート部
４１と、シート部４１に穿設された燃料噴射孔４２と、
シート部４１の頂部付近に位置する袋状のサック部４３
とが形成されている。各燃料噴射孔４２の開口部縁部付
近であると共に前記サック部４３にかけての前記シート
部４１上には、切り込み深さ約０．１ｍｍ、弁本体の軸
線に対して所定の傾斜角度θ、例えば３０〜４０゜を有
する燃料案内溝４４が刻設され、この傾斜角度θ方向で
サック部４３に面して燃料案内溝４４を画成する縁部の
延長線Ｌは、図示の如く、燃料噴射孔４２の接線方向と
略一致するよう設定されている。

【００３４】なお、傾斜角度θは、上記実施例同様に燃
料噴射孔４２内を通過する燃料に対して旋回流を与える
ことができるよう考慮し決定されるものであり、延長線
Ｌが燃料噴射孔４２の接線方向と略一致することによっ
て、より強い旋回流の形成を達成するものである。

【００３５】上記実施例の針弁８に相当する針弁４５の
先端部には、前記シート部４１に着座して前記燃料噴射
孔４２を閉塞するバルブ部４６が形成されており、この
バルブ部４６は先端部側の第１バルブテーパ面４７と基
端部側の第２バルブテーパ面４８とから構成され、これ
らテーパ面はそれぞれ異なる角度を有してその境界でシ
ート線４９をなす。針弁４５の先端部は略フラットを呈
しており、フラット面５０を形成している。

【００３６】針弁４５がシート部４１に着座している状
態においては、フラット面５０は燃料噴射孔４２よりも
低い位置にあると共に、バルブ部４６の先端側端部４６
ａが前記燃料案内溝４４を覆うように、弁本体すなわち
ノズルチップ４０と針弁４５との位置関係が設定されて
いる。

【００３７】他の構成は第１実施例に準ずるものとし、
その説明および図示を省略する。

【００３８】このような構成に基づき、次に、作用を説
明する。

【００３９】本実施例にあっては、燃料噴射孔４２と燃
料案内溝４４との位置関係を針弁４５の動きに拘らず最
適な位置に固定化でき、また、バルブ部４６の先端側端
部４６ａはシート部４１とバルブ部４６との間隙が大変
に狭い噴射初期において燃料案内溝４３を覆っているた
め、サック部４３から燃料噴射孔４２へ流れる燃料に対
して流れ方向を確実に制御することができる。すなわ
ち、燃料噴射孔４２へ流入する燃料に対して強い旋回流
を確実に形成することができ、この結果、噴射初期にお
ける燃料噴霧の微粒化をより確実に達成することが可能
となる。

【００４０】また、燃料案内溝４４は燃料噴射孔４２に
対応して刻設されるため、刻設する燃料案内溝４４の個
数は最小限となり、製作コスト低減に都合がよい。

【００４１】また、燃料案内溝４４を燃料噴射孔４２に
対応する個数だけ刻設すれさえすれば、燃料噴射孔４２
へ流入する燃料に対して強い旋回流を与えることがで
き、つまり、刻設する燃料案内溝４４の個数を最小限少
なくすることが可能であり、製作コスト低減に都合がよ
い。

【００４２】上記燃料案内溝４４は燃料噴射孔４２とサ
ック部４３とのシール性をある程度配慮して刻設されて
いるので、ＶＣＯ型燃料噴射弁の長所の１つである、燃
料噴射終了時における燃料の後だれを改善できる、とい
う利点を損なうことがない。

【００４３】なお、本実施例は２段開弁圧燃料噴射弁に
適用したが、特に、これに限定するものではない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、針弁のリフト量が少ない噴射初期において、燃料
噴射孔から噴射される燃料噴霧の微粒化が促進されるの
で、燃料と空気との良好な混合状態を得ることができ
る。この結果、スモークの排出量を低減できる他、着火
遅れ期間が短縮するため予混合燃焼が抑制され、ＮＯ
ｘ、ＨＣの排出を低減できる。

【００４５】また、燃料案内溝をシート部上に刻設する
ことにより、燃料噴射孔と燃料案内溝との位置関係を針
弁の動きに拘らず最適な位置に固定化できるため、サッ
ク部から燃料噴射孔へ流れる燃料に対して流れ方向を確
実に制御することができ、すなわち、燃料噴射孔から噴
射される燃料の微粒化をより促進することができる。こ
の結果、上記の効果をより顕著に得ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＶＣＯ型燃料噴射弁の縦断面図

【図２】ＶＣＯ型燃料噴射弁の先端部の縦断面図

【図３】図２のＡ−Ａ矢視展開図

【図４】従来のＶＣＯ型燃料噴射弁における燃料の流れ
速度ベクトル図

【図５】ＶＣＯ型燃料噴射弁の縦断面図

【図６】図２のＢ−Ｂ矢視断面図

【図７】従来のＶＣＯ型燃料噴射弁の先端部の縦断面図

【符号の説明】

１ 燃料噴射弁 ２ 弁本体 ８ 針弁 １３ バルブ部 １３ａ バルブ部の先端側端部 １７ シート部 １８ サック部 １９ 燃料噴射孔 ３０ 燃料案内溝 ４０ ノズルチップ（弁本体） ４１ シート部 ４２ 燃料噴射孔 ４３ サック部 ４４ 燃料案内溝 ４５ 針弁 ４６ バルブ部 ４６ａ バルブ部の先端側端部 θ 所定の傾斜角度

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端部にバルブ部を有する針弁と、この針
   弁を内部に収納し、且つ当該針弁をその軸線方向へ移動
   可能に案内する弁本体と、この弁本体の先端部に形成さ
   れ、且つ前記バルブ部が着座するシート部と、このシー
   ト部のさらに先端側に形成される袋状のサック部と、前
   記シート部に穿設され、且つ前記バルブ部が着座するこ
   とにより閉塞される燃料噴射孔と、を備えてなる燃料噴
   射弁において、 前記バルブ部が前記シート部に着座しているとき、前記
   バルブ部の先端側端部を前記燃料噴射孔よりも先端側に
   位置するよう構成し、 前記針弁の軸線に対して所定の傾斜角度を有する燃料案
   内溝を前記バルブ部の先端側端部付近に複数刻設したこ
   とを特徴とする燃料噴射弁。
2. 【請求項２】先端部にバルブ部を有する針弁と、この針
   弁を内部に収納し、且つ当該針弁をその軸線方向へ移動
   可能に案内する弁本体と、この弁本体の先端部に形成さ
   れ、且つ前記バルブ部が着座するシート部と、このシー
   ト部のさらに先端側に形成される袋状のサック部と、前
   記シート部に穿設され、且つ前記バルブ部が着座するこ
   とにより閉塞される燃料噴射孔と、を備えてなる燃料噴
   射弁において、 前記燃料噴射孔の開口部縁部付近から前記サック部にか
   けての前記シート部上に、前記針弁の軸線に対して所定
   の傾斜角度を有する燃料案内溝を刻設し、 前記バルブ部が前記シート部に着座しているとき、前記
   バルブ部の先端側端部は前記燃料噴射孔よりも先端側に
   位置して前記燃料案内溝の少なくとも一部分を覆うよう
   構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。