JP3982304B2 - スワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクター及びこれを含む燃料インジェクター - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターに係り、より詳しくは、軽量化が可能で、別の装置を付加せずにインジェクターのスワール調整が可能なように改善されたスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1に示すように、従来のスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクター20は、上部に設置されたスワラー調整ノブ60がニードルガイド一体型スワラー40を回動させ、スワラーとノズルチップの相対位置が変更されてノズルに達する燃料の経路を直線/斜線に変えることにより所望のスワール量を得るようになっている。
【0003】
前記インジェクター20は、燃料吸入部12、燃料噴射部14、前記燃料吸入部12から燃料噴射部14に延びて形成される燃料通路16を含む。
【0004】
そして、前記スワール量の変更は、以下の通り行われる。即ち、ニードルガイド一体型スワラー40外側部とノズルチップ内側部とが結合された状態で、各突起の垂直面だけが接触した状態では、突起の傾斜面に燃料流路が形成されてスワールが発生した燃料噴射が行われ、各突起の傾斜面だけ接触した状態では反対に垂直面により燃料流路が形成され、スワールのない燃料噴射が行われる構造を有している。
【0005】
このような接触面の変更はニードルガイド一体型スワラー40の回動運動によってなされるが、従来の可変スワール形インジェクター20の場合は、この回動運動がインジェクター20外部に別途に設置されたモーターや回動機構によってECUを制御する方式を採用していた。
【0006】
このようなインジェクター20を駆動するためには燃料噴射時期(期間を含む)、燃料圧力、スワラー40の回動位置などの制御が必須であるが、これは通常のECUで扱っていない事柄であるため、ECU制御方式が全体的に変わらなければならない。
【0007】
また、スワラー40の回動位置を制御するためにインジェクター20ごとにモーターを設置する方法や、インジェクター4個をまとめて(4気筒エンジンの場合)一括リンク機構を配置する方法が考えられるが、いずれの方法もインジェクター20に吸気ポートが隣接して、空間が非常に狭くなるため困難が伴う。
【0008】
しかも最近のエンジン開発動向として、吸気流動損失を最少化するためにポート面積を最大化させる傾向があるため、余裕空間を確保することが非常にむずかしい。
【0009】
またGDI(Gasoline Direct Injection)(登録商標)エンジンの場合、低速低負荷時に強い吸気流動を得るためにタンブル強化バルブやスワール制御バルブを設置しており、吸気抵抗がMPI(Multi PointInjection)エンジンより大きくなって最大出力が減少する恐れがある。これはタンブル強化バルブやスワール制御バルブを高速または高負荷条件でオープンさせるとしても吸気流動に抵抗を与えるからである。これを考慮して吸気ポートの面積を増大させればMPIエンジンと同等水準の吸気抵抗と体積効率、最大出力を確保することができる。しかし、この場合、吸気ポート周辺の余裕空間はさらに少なくなる。
【0010】
即ち、現実的にインジェクター20のスワール量を制御するためには、別途の機構を吸気ポート及びインジェクター20の周囲に設置する必要があるが、そのための空間を確保するのは事実上不可能である。さらに、別途の駆動装置と別途のECU制御チャンネルを確保するために費用が余分に必要になるという短所もある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を解決するために発明されたものであって、噴霧のスワール量を自動的に調整することによってエンジン組立及び整備の便宜性を向上させ、軽量化を図り、別途のECU制御ライン及びスワラー制御装置を不要にしたスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターの提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明のスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターは、本体と、前記本体の上部一側に形成された固定溝に設置され、スワール量を調節するスワール自動調整装置が備えられたスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターにおいて、前記スワール自動調整装置は、前記本体の上部一側に固定結合される上部ハウジングと;中央に貫通孔が形成された下部ハウジングと;前記下部ハウジングの前記貫通孔に設置されたノブ軸と;前記ノブ軸に支持されて前記上部ハウジングの底部と前記下部ハウジングの上部の間に設置されたベーンと;前記ノブ軸が噴射圧によって回動するように前記ノブ軸に設置された復原スプリングと;を含み、前記上部ハウジング、前記ノブ軸、前記下部ハウジング及びベーンが結合される場合、前記上部ハウジングと前記下部ハウジングの間には高圧部と低圧部が形成され、前記上部ハウジングには前記低圧部と連通したリターン通路が形成され、前記下部ハウジングには前記高圧部と連通した燃料通路が形成されることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明による好ましい実施例について詳細に説明する。
【0014】
図2は本発明による自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターの構成を概略的に示す断面図、図3は本発明によるスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターに採用されたスワール自動調整装置を概略的に示す斜視図、図4は図3の組立断面図を示す。
【0015】
本発明によるスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクター200は、燃料吸入部203、燃料排出部207及び燃料吸入部203から燃料排出部207に延びて形成された燃料通路205を備えたボディー201を含む。
【0016】
燃料通路205の端部には中心部に貫通孔が形成されているシート26が固定され、シート26の貫通孔にスワラー24が回動可能に挿入される。
【0017】
前記スワラー24と前記シート26の間には複数個の燃料チャンネルが形成され、燃料が燃料チャンネルを通過しながらスワールされる。この時、スワラー24が回動すれば、前記燃料チャンネルの形状が変わることによって噴射される燃料のスワール量が変わることとなる。
【0018】
本発明の好ましい実施例によるスワール自動調節装置100は、前記スワラー24に結合してスワラー24を回動させる装置である。
【0019】
図2に示されているように、スワール自動調節装置100はインジェクターのボディーの上部一側に設置される。
【0020】
図3及び図4は本発明のスワール自動調節装置100を示している。スワール自動調節装置100は上部ハウジング110、上部ハウジング110に結合される下部ハウジング120、上部ハウジング110と下部ハウジング120の間に配置される回動部材130及び弾性部材140を含む。
【0021】
上部ハウジング110の内周面には複数個のブロック113が備えられ、各ブロック113には第2オープニング111が形成されている。本発明の好ましい実施例では4個のブロックが示されているが、必ずしもこれに限られるわけではない。第2オープニング111はインジェクターの外部と連通する。
【0022】
下部ハウジング120には中心部に円形の溝127が形成され、この円形の溝127の外周に沿って前記上部ハウジング110のブロック113と同一な個数の扇形形態の溝123が対応する位置に形成される。一方、円形の溝127の中心部には貫通孔125が形成される。
【0023】
下部ハウジング120の溝123には第1オープニング121が形成されるが、この第1オープニング121は図2に示されているように、燃料通路205と連通する。
【0024】
上部ハウジング110と下部ハウジング120とが結合すれば、前記上部ハウジング110のブロック113と下部ハウジング120の溝123の間に4個の空間が生じるようになる。
【0025】
回動部材130は、垂直下方に延びて形成されたノブ軸133と、このノブ軸133の上部に形成されたシリンダー形態のヘッド135とを含む。一方、前記ヘッド135の外周面には4個のベーン131が一体に形成されている。
【0026】
ヘッド135は下部ハウジング120の溝127に嵌入され、ノブ軸133は下部ハウジング120の貫通孔125に挿入される。
【0027】
上部ハウジング110、下部ハウジング120及び回動部材130が前記のように結合されれば、4個の個別空間が生じるようになり、4個のベーン131が各々4個の空間に配置される。従って、各空間は2個のチャンバー、つまり第1チャンバー161と第2チャンバー162に分けられる。
【0028】
第1チャンバー161は下部ハウジング120に形成された第1オープニング121によって燃料通路205と連通し、第2チャンバー162は上部ハウジング110に形成された第2オープニング111によってインジェクターの外部と連通する。従って、高圧の燃料が噴射される場合、燃料通路205と連通した第1チャンバー161の圧力が第2チャンバー162の圧力に比べて増加することになり、この時発生する圧力差によってベーン131に回動力が作用するので回動部材130が回動するようになる。
【0029】
この時、回動部材130と下部ハウジング120の間にはコイルスプリング140が挿入される。コイルスプリング140の一側はヘッド135の下部に固定され、他側は下部ハウジング120に固定されて回動部材130に回動力を提供する。
【0030】
前記コイルスプリング140による回動力は、前記第1チャンバー161と第2チャンバー162の圧力差による回動力に抵抗するものとなる。
【0031】
一方、ベーン131が最大に回動する場合に第1オープニング121や第2オープニング111を塞ぐのを防止するために、ベーン131の両側にストッパー132を形成する。
【0032】
回動部材130のヘッド135上部の中心部には円形の突起137が備えられ、これに対応する大きさで上部ハウジング110に円形の溝115が形成されて、上部ハウジング110と下部ハウジング120とが結合する時に前記突起137が前記溝115に挿入されることにより、回動部材130が安定した状態で回動できるようにする。
【0033】
上部ハウジング110と下部ハウジング120の間には円形のシーリングリング170を配置して、密封が良好な状態で結合されるようにする。
【0034】
本発明の好ましい実施例によるスワール自動調節装置100は上部ハウジング110の上面に結合されるカバー210をさらに含むが、上部ハウジング110とカバー210の間にはインジェクターの外部と連通する一定の空間が形成される。一方、カバー210にはネジ部211が備えられ、このネジ部211によってインジェクターボディーの上部一側と結合される。従って、カバー210と上部ハウジング110の間には空間220が形成され、外部と連通するようになる。
【0035】
カバー210が上部ハウジング110に結合される時、密封効果のために円形のシーリングリング170が配置される。
【0036】
また、図面に示されていないが、前記スワール自動調節装置100の外周面にはインジェクター本体に垂直方向に形成された溝と結合する突起を形成して、スワール自動調節装置100が回動しないようにする。
【0037】
詳述したような構成を有する本発明によるスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターの作用を図5及び図6を参照して説明する。ここでは一般的なスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターの作用に関する説明は省略し、本発明の特徴による作用のみを説明することとする。
【0038】
本発明の好ましい実施例によるインジェクターはスワール自動調節装置100を含み、スワール自動調節装置100は燃料の噴射圧に応じてスワラー24によるスワール量を自動的に調節するように構成される。
【0039】
これをより具体的に説明すれば、本発明によるスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターは、均一燃焼領域で低スワール噴霧特性と超稀薄領域で高スワール噴霧特性を有する。
【0040】
図5には、燃料噴射圧が低い場合のコイルスプリング140の復原力によって回動部材130が時計方向に最大に回動した状態が示されている。
【0041】
一方、図6には、ベーン131に作用する燃料噴射圧により回動部材130に作用する回動力が、コイルスプリング140の復原力によって回動部材130に作用する回動力を克服して反時計方向に最大に回動した状態が示されている。
【0042】
つまり、燃料の噴射圧が変ることによって回動部材130が回動するが、各状態で噴射圧による回動力がコイルスプリング140による回動力より大きければ前記回動部材130は反時計方向に回動し、その反対であれば前記回動部材130は時計方向に回動する。
【0043】
結局、燃料噴射圧が変って回動部材130が回動すれば、回動部材130に固定結合されたスワラー24が回動するようになり、噴射される燃料のスワール量が変る。従って、燃料噴射圧に応じてスワール量が自動的に調節される。
【0044】
この二つの場合においては前記ストッパー132を形成することにより、ベーン131が直接燃料通路121とリターン通路111を塞ぐのを防止するのが好ましい。前記燃料通路121とリターン通路111が直接塞がると再び圧力が加わった時に圧力を受ける面積が小さくなるため応答速度が低下する恐れがある。
【0045】
そして、燃料圧の最大設計値と最少設計値に合せてベーン131の有効面積から必要なスプリング常数を得ることができ、これにより連続した燃料圧の制御でも滑らかにかつ安定的な回動部材130の位置制御が可能にある。
【0046】
【発明の効果】
前述のように、本発明によるスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターは次のような効果を有する。
【0047】
インジェクターの流量及びスワラー特性が改善されることにより、エンジンに最も適した状態で運転が可能になる。
【0048】
そして、別途のECU制御ライン及びスワラー制御装置の付加がなくてもインジェクターのスワール調整が可能になり、別途の装置が付加されないのでエンジンの組立性及び整備の便宜性が増大し、軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の技術によるスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターの構成を概略的に示した断面図である。
【図2】本発明によるスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターの構成を概略的に示した断面図である。
【図3】本発明によるスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターに採用されたスワール自動調整装置を概略的に示した斜視図である。
【図4】図3の概略的な組立断面図である。
【図5】本発明によるスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターに採用されたスワール自動調整装置の作動原理を概略的に示した図である。
【図6】本発明によるスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターに採用されたスワール自動調整装置の作動原理を概略的に示した図である。
【符号の説明】
12 燃料吸入部
14 燃料噴射部
16 燃料通路
20 インジェクター
24 スワラー
26 シート
60 スワラー調節ノブ
40 スワラー
100 スワール自動調節装置
110 上部ハウジング
111 第2オープニング
113 ブロック
115 溝
120 下部ハウジング
121 第1オープニング
123 溝
125 貫通孔
127 溝
130 回動部材
131 ベーン
132 ストッパー
133 ノブ軸
135 ヘッド
137 突起
140 コイルスプリング(弾性部材)
161 第1チャンバー
162 第2チャンバー
170 シーリング リング
201 ボディー
203 燃料吸入部
205 燃料通路
207 燃料排出部
210 カバー
211 ネジ部
220 空間
Claims (17)
- 本体と、前記本体の上部一側に形成された固定溝に設置され、スワール量を調節するスワール自動調整装置が備えられたスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクターにおいて、前記スワール自動調整装置は、前記本体の上部一側に固定結合される上部ハウジングと;中央に貫通孔が形成された下部ハウジングと;前記下部ハウジングの前記貫通孔に設置されたノブ軸と;前記ノブ軸に支持されて前記上部ハウジングの底部と前記下部ハウジングの上部の間に設置されたベーンと;前記ノブ軸が噴射圧によって回動するように前記ノブ軸に設置された復原スプリングと;を含み、
前記上部ハウジング、前記ノブ軸、前記下部ハウジング及びベーンが結合される場合、前記上部ハウジングと前記下部ハウジングの間には高圧部と低圧部が形成され、前記上部ハウジングには前記低圧部と連通したリターン通路が形成され、前記下部ハウジングには前記高圧部と連通した燃料通路が形成されることを特徴とするスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクター。 - 前記ノブ軸と前記ベーンは一体に形成されることを特徴とする、請求項1に記載のスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクター。
- 前記上部ハウジングの上部には、前記リターン通路をまとめて外部と連結させる空間が設けられたカバーが装着されることを特徴とする、請求項1に記載のスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクター。
- 前記ベーンには、前記ベーンが直接前記燃料通路とリターン通路を塞ぐのを防止するようにストッパーが設置されることを特徴とする、請求項1に記載のスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクター。
- 前記上部ハウジング及び前記下部ハウジングには密封のためのシーリングリングが設置されることを特徴とする、請求項1に記載のスワール自動調節ガソリン直噴エンジンインジェクター。
- 燃料吸入部、燃料排出部及び前記燃料吸入部から前記燃料排出部に延長されて形成された燃料通路を含むボディーと;前記燃料排出部近くの燃料通路上に固定設置され、中心軸に沿って形成された貫通孔を含むシートと;前記シートの貫通孔に回動可能に挿入され、前記シートと協力して複数個の燃料チャンネルを形成するスワラーと;燃料噴射圧力によって自動的に前記スワラーを回動させることによりスワール量を調節するスワール調節装置と;を含み、
前記スワール調節装置は、前記ボディーの上部一側に固定結合される上部ハウジングと;中央に貫通孔が形成され、前記上部ハウジングと結合して複数個の空間を形成する下部ハウジングと;前記下部ハウジングの貫通孔に回動可能に挿入される中心軸と、前記中心軸上に一体に形成された複数個のベーンを含むが、前記各々のベーンは前記上部ハウジングと前記下部ハウジングの間に形成された複数個の空間を、各々前記燃料通路と連通する第1チャンバーとインジェクターの外部と連通する第2チャンバーに分割する回動部材と;前記第1チャンバーと前記第2チャンバーの圧力差により、前記回動部材に作用する回動力に対抗する回動力を前記回動部材に提供する弾性部材と;を含むことを特徴とする燃料インジェクター。 - 前記第1チャンバーは、前記下部ハウジングに形成される第1オープニングによって前記燃料通路と連通することを特徴とする、請求項6に記載の燃料インジェクター。
- 前記第2チャンバーは、前記上部ハウジングに形成される第2オープニングによって前記インジェクターの外部と連通することを特徴とする、請求項6に記載の燃料インジェクター。
- 前記回動部材は前記ノブ軸の上部に形成されたシリンダー形のヘッドをさらに含み、前記複数個のベーンは前記ヘッドに結合されることを特徴とする、請求項6に記載の燃料インジェクター。
- 前記回動部材は前記ベーンの両側に形成されたストッパーをさらに含むことを特徴とする、請求項9に記載の燃料インジェクター。
- 前記弾性部材の一側は前記下部ハウジングに固定され、他側は前記ヘッドに固定されることを特徴とする、請求項9に記載の燃料インジェクター。
- 前記弾性部材はコイルスプリングであり、前記コイルスプリングは前記回動部材のノブ軸に挿入されることを特徴とする、請求項11に記載の燃料インジェクター。
- 前記ヘッドはその上部の中央に形成された円形の突起を含み、前記上部ハウジングはその下部に形成された前記突起が回動可能に挿入される円形の溝を含むことを特徴とする、請求項9に記載の燃料インジェクター。
- 前記スワール調節装置は、前記上部ハウジングと前記下部ハウジングの間に配置されるシーリングリングをさらに含むことを特徴とする、請求項6に記載の燃料インジェクター。
- 前記スワール調節装置は前記上部ハウジングの上側に結合され、前記ボディーと結合するための空間部を有するカバーをさらに含むことを特徴とする、請求項6に記載の燃料インジェクター。
- 前記空間部はネジ部であることを特徴とする、請求項15に記載の燃料インジェクター。
- 前記スワール調節装置は、前記カバーと前記上部ハウジングの間に配置されるシーリングリングをさらに含むことを特徴とする、請求項15に記載の燃料インジェクター。
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