JPH02125956A - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各気筒に複数個の吸気弁を有する多弁型エン
ジンに、微細な液滴燃料を供給できる電磁式燃料噴射弁
に関する。

〔従来の技術〕

１気筒の吸気弁を２個有し、吸気通路が吸気近傍におい
て新壁により互いに隔てられている分岐吸気通路部分を
有するエンジンに用いる電磁制御式燃料噴射弁が実開昭
６１−１５２７６５号に掲げられている。かかる噴射弁
は、燃料のメータリングを行う単一の噴孔下流に該噴孔
から噴射される燃料を分けるための燃料分岐部とその燃
料分岐部によつて分けられた燃料を流す弁軸心に対して
傾けられた２つの燃料通路を有すものであって、燃料分
岐部上部の各燃料通路の合流部を、燃料通路壁が交わる
点より上流部にて構成し、該交点の形状を必ず尖ったエ
ツジにして燃料噴射角、左右燃料通路への燃料分配を所
定値にするというものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、燃料通路の合流部から分岐燃料通路
への燃料の分配及び分配量を均一化、所定量になるよう
に精度を向上できると共に、合流部での流れの安定化に
よりメータリング精度の向上が図れるが、反面、単一の
噴孔からの噴震が棒状であり、これを２方向に分配する
ために、燃料通路を経た燃料はその液膜が薄くならす噴
霧の平均粒径を２００μｍ以トにすることが困難であっ
た。

また、噴孔からの噴霧のうち、分岐壁により制限を受け
た噴霧が、制限を受けない噴−と合体し粒径が大きくな
るという問題点があった。

本発明の目的は、噴孔からの微粒化燃料を効率良く分配
し優れた微粒化特性で噴射供給を行い得る複吸気エンジ
ン用の電磁式燃料噴射弁を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、燃焼効率の良好な内燃機関
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明の電磁式燃料噴射弁は、弁座
の上流側に設けられ、供給された燃料に旋回力を与える
燃料旋回素子と、弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔
とを備えた電磁式燃料噴射弁において、前記燃料噴射孔
の下流側に噴出する燃料の流れを分割させる分割手段を
設けている。

また、本発明の電磁式燃料噴射弁は弁座の上流側に設け
られ、供給された燃料に旋回力を与える燃料旋回素子と
、弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔とを備えた電磁
式燃料噴射弁において、弁軸心に対して直交する断面が
弁軸心に対して対称の位置に設けられ、前記燃料噴射孔
の径よりも大きい複数の円と、それらの円の間は該円に
外接する円弧とによって形成される燃料噴射孔を有する
燃料の分割手段を前記燃料噴射孔の下流側に設けている
。

さらに、本発明の電磁式燃料噴射弁は、弁座の上流側に
設けられ、供給された燃料に旋回力を与える燃料旋回素
子と、弁座の一ト流側に設けられた燃料噴射孔とを備え
た電磁式燃料噴射弁において、弁軸心に対して直交する
断面が弁軸心に対して対称の位置に設けられ、前記燃料
噴射孔の径よりも大きい複数の円と、それらの円の間は
該円に外接し、前記燃料噴射孔の径よりも小さい距離を
有する２点を中心とした円弧とによって形成される燃料
通路孔を有する燃料の分割手段を前記燃料噴射孔の下流
側に設けている。

さらに、本発明の電磁式燃料噴射弁は、弁座の下流側に
弁軸心に対して傾斜して設けられた燃料噴射孔と、該燃
料噴射孔で旋回力が与えられた燃料が旋回する燃料旋回
室とを備えた電磁式燃料噴射弁において、前記燃料旋回
室の下流側に噴出する燃料の流れを分割させる分割手段
を設けている。

さらにまた本発明の内燃機関は本発明の電磁式燃料噴射
弁と、該電磁式燃料噴射弁の下流方向に設けられた吸気
弁とを備え、前記燃料噴射弁の噴射角を前記吸気弁の隔
壁以内に設定したことを特徴としている。

〔作用〕

単一の噴孔下部に設けた燃料の分割手段は、該噴孔より
噴出する旋回燃料を損失なく２つの大径通路内に分割導
入し、分割手段出口から所望の広がり角を以って噴射供
給するものである。

かかる分割手段内を流れる燃料は、大径なる燃料通路内
を旋回しながら下方へ向うが、その際に旋回力は助長さ
れる。いわゆる分割手段での壁面流れ損失が十分補なわ
れて微粒化が促進される。

また、分割手段出口においては、旋回力によって燃料が
分割され所望の広がり角を形成するが、この角度は均一
の噴孔から噴射される燃料の旋回力を、噴孔の上流側に
設けた燃料旋回素子の溝の偏心量（溝中心と弁軸心間比
１１１りのｉ！ｌｌ！ｌ整によって任意に設定される。

噴霧の形状はほぼ２方向に液滴は集中し、弁軸心下部付
近にはほとんど液滴は存在しない。

このように、噴孔からの旋回燃料は、分割手段によって
効率よく分割され液滴同志の合体が抑制されるので、微
粒化状態の良好な噴霧が形成される。

Ｃ実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第１０図により
説明する。

第１図は本発明に係る電磁式燃料噴射弁１の縦断面図で
ある。噴射弁１は、コントロールユニット（図示せず）
により演算されたデユーティの０Ｎ−ＯＦＦ信号により
シート部の開閉を行うことにより燃料の噴射供給を行う
ものである。電気信号はコイル２にパルスとして与えら
れる。コイル２に電流が流されると、コア３．ヨーク４
．プランジャ５で磁気回路が構成され、プランジャ５が
コア３側に吸引される。プランジャ５が移動すると、こ
れと一体になっているボール弁６を移動−でバルブガイ
ド７のシート面９から離れ燃流噴射孔８（以下、「オリ
フィス」という。）を開放する。かかるボール弁６は、
磁性材料製のプランジャ５の一端に接合されたロッドＪ
。０と、ロット１０の他端に溶接接合されたボールＩＩ
とプランジャ５の上部開口部に固定された非磁性材から
なるガイドリング１２とから構成され、移−Ｊに際して
は、ガイドリング１２とバルブガイド７の中空部の内壁
に挿入固定される円筒状の燃料旋回索子１３の内周面で
それぞれガイドされる。また、移動の際のストローク量
は、ロッド１０の首部の受は面１０ａとストッパ］−４
間の空隙の寸法で決定されるようになっている。

一方、バルブガイド７にはシート部９とは反対方向に延
びる筒状部１５が形成されていて、ここに本発明に係る
燃料の分割手段であるアダプタ１６が挿入固定されてい
る。

第２図は、第１図のＡ−Ａ断面図であり、オリフィス８
は旋回燃料を供給する燃料旋回索子１３が示される。燃
料旋回素子１３には、軸方向溝１３ａと径方向溝１３ｂ
が設けである。本実施例では軸方向１４１３　ａはＤカ
ッ８面を形成した。かかる溝１３ａ、１３ｂは軸方向よ
り導入される燃料通路であるが、溝１３ａを通過した燃
料は溝１３ｂにて軸中心より偏心導入される。いわゆる
、燃料に旋回力が付与されバルブガイド７のオリフィス
８に供給される。旋回力は偏心量りによって調整される
。

第３図は第１図のＢ方向視図であり、燃料の分割手段で
あるアダプタ１６を示している。アダプタ１６は軸心の
オリフィス８より多少大きい径の燃料通路孔１７ａと、
通路孔１７ａに対して平行・等間隔に配列される２つの
大径なるの燃料通路孔１７ｂとを有し、かつ各々の通路
孔１７ｂが軸心の通路孔１７ａと外接する所望の曲率半
径を有する連通壁１８にて連通される燃料通路１７を有
するものである。

第４図はアダプタ１６の燃料通路を形成する為の形状寸
法を決定する説明図である。軸心の通路１７ａの相当径
ｄ及び相当半径ｒ、通路孔１７ａに対して平行・等間隔
に配列される通路孔１７ｂの相当径Ｄ、各々の相当径の
比Ｋ　（＝Ｄ／ｄ）、通路孔１７ｂの中心間距離Ｗを用
いて連通壁１８の曲率半径Ｒは次式により求められる。

２（ｋ−１）ｒ 第５図は、アダプタ１６の取付状態を説明する要部拡大
図である。アダプタ１６は、バルブガイド７の筒状部１
５に圧着固定される。すなわち、アダプタ１６の外周面
をバルブガイド７の溝１９にアダプタ１６の材料を塑性
流動によって半径方向に流し込みその緊迫力で固定する
。いわゆる、メタルフローを行う。

以上の通り構成された噴射弁１の燃料の噴射供給につい
て説明する。

燃料は、図示しない燃料ポンプや燃圧レギュレータによ
り加圧調整され、フィルタ２０を介して流入通路２１よ
り電磁弁組体の内部に流入し、コイル２の下部通路２２
．プランジャ５の外周、ストッパ１４とロッド１０のす
き間、燃料旋回索子１３（７）溝１３ａ、１３ｂを通っ
てシート部へ旋回供給され、開弁時にオリフィス８から
吸気管内に噴射される。

ここに、本発明に係るアダプタ１６内の燃料流れを再度
第５図を用いるとともに、アダプタ１６の燃料通路１７
の拡大部分図である第６図によって詳述する。オリフィ
ス８から噴出する旋回燃料は、オリフィス８より多少大
きい径の燃料通路孔１７ａの壁面に衡突し、その後燃料
通路孔１７ｂに向けて連通壁１８が流れを誘導し軸下力
に旋回流を発生させる。第５図の矢印で示した様な流れ
を形成する。また、アダプタ１６内の径方向流れは第６
図で示される様に、燃料通路１７内では大径なる燃料通
路孔１７ｂ内に分割された旋回流れが形成される。

上記によって、アダプタ１６を通過した燃料は出口部で
広げられ、第７図で示す様な噴霧を形成する。噴−は、
はぼ２方向に分けられており微細な液滴群として観測さ
れた。第８図は、第７図を横から見た噴−形状を示して
いる。すなわち、単一のオリフィス８からの円錐状噴震
は、アダプタ１６によって効率良く分割された偏平な噴
−となり微細な液滴群となる。燃料の微粒化は、アダプ
タ１６内での壁面流れの損失を十分補なう旋回流れと、
効率良く分割される旋回流れによって液滴同志の合体が
抑制されることによって促進される。

なお、低温時（−３０℃）や減圧時（−５５０ｒａｎ　
Ｈｇ　）の雰囲気条件下でも、燃料の旋回力が保持され
て粗大粒の発生はない。

第９図及び第１０図は、筆者らの実験結果の一例を示し
たものである。

第９図は、大径なる燃料通路孔１７ｂの相当径りと細心
の燃料通路孔１７ａの相当径ｄとの比Ｄ／ｄによって生
ずる噴霧粒径を表わしたもので、Ｄ／ｄが２になる寸法
形状のアダプタ１６では１００μｍ程度の粒を得ること
ができる。

第１０図は、Ｄ／ｄに対する噴−角を表わしたもので、
粒径が１００μｍのときの角度は、噴−の最外角度θ０
が３５°程度で厚さ方向の角度θＤが１５°程度である
。なお、既に述べてはいるが、噴震の角度は燃料の旋回
力を調整することや、第１０図の例からも明らかなよう
に寸法形状の選択によって任意に変えることができる。

第１１図は、燃料の分割手段であるアダプタに係わる第
２の実施例を示す。図はアダプタ２０の孔２１部分の拡
大図である。孔２１は軸心のオリフィス８より多少大き
しいＩｔ行壁２２ａ部分を有する。この対面する壁の間
隔は、本発明の第１実施例でいう多少大きい径に、図で
はφｄｘで記すが、これに相当する。

この平行壁２２ａは、図に示す長さρ　（Ｑ≦１／２ｄ
ｏ）を有している。これはアダプタ２０が弁軸心と組立
時に多少ずれた場合においても、平行等間隔に配置され
る２つの大径穴２２ｂ部分（φＤ工）に旋回流れを安定
して導き得る為のものである。大径穴２２ｂと平行Ａ？
　２２　ａは各々所望の曲率半径Ｒｓｔｉ−有する連通
壁２３にて連通される。本実施例においても、第１の実
施例と同様の性能、効果を得ることができる。

第１２図は、アダプタに係わる第３の実施例を示したも
ので、大径穴２４が３つある場合である。

この大径穴２４は曲率半径Ｒ２を有する連通壁２５で軸
心の多少大きい径（φｄｚ）の燃料通路孔２６と連通し
ている。図の矢印は燃料の流れを示したもので、噴震は
３方向に分割される。

第１３図は、アダプタに係わる第４の実施例を示したも
ので、大径穴２７が４つある場合である。

この大径穴２７は左右に２個ずつ配置されている。

それぞれ曲率半径Ｒａ、Ｒａを有する連通壁２８゜２９
にて細心の多少大きい径（φｄａ）の燃料通路孔３０と
連通している。図の矢印は燃料の流れを示したもので噴
震は４方向に分割される。

第１４図は、本発明に係る他の実施例を示す。

第１図と同一符号は同一部分である。

電磁式燃料噴射弁５０は、バルブガイド５１に装着され
た燃料・計量素子５２を有する。いわゆる、弁座５３の
下流側で燃料を旋回噴射させるタイプの電磁式燃料噴射
弁である。５４は複数個の細大であるスワールオリフィ
ス、５５は燃料旋回室であり、スワールオリフィス５４
は、燃料旋回室５５に開口し弁の軸心に対して傾斜して
形設されている。５６は燃料旋回室５５の開口下端に取
り付けられるアダプタである。

第１５図は第１４図のＢ方向よりの親図で、アダプタ５
６部分の説明に係る箇所のみを記したものである。アダ
プタ５６は、燃料旋回室５５より多少大きい径の燃料通
路孔５７と平行等間隔に配列される２つの大径なる燃料
通路孔５８と曲率半径Ｒ６を有する連通壁５９にて連通
される。図の矢印は、燃料の流れを示している。燃料は
、燃料計撤・旋回素子５２のスワールオリフィス５４か
ら燃料旋回室５５に噴射され、ここで旋回力を与えられ
て燃料通路孔５６に至たり２方向に分割される。本実施
例においても効率良く噴震が分割され、第１実施と同等
の効果を得ることができる。

第１６図は、本発明に係る電磁式燃料噴射弁１を搭載し
たエンジン制御システムの構成の概要図である。また、
第１７図は、電磁式燃料噴射弁１の取付状態を示す図で
ある。

ＤＯＨＣエンジンは、吸排気弁の駆動用に２本のカムシ
ャフトを備え、高回転、高出力化が容易であるとともに
、特に４バルブエンジンでは、燃焼室中央付近で点火で
きることにより優れた燃焼特性が得られる。さらに、大
量の空気を一時に吸入できるため高レスポンスであるな
ど、多くのメリットを備えている。

第１６図において、エンジン１００はガソリンを燃料と
する上記ＤＯＨＣエンジンの部分的な断面図で、スロワ
１ヘルバルブ１１０を内蔵する吸気マニホールド１２０
．吸気孔１３０及びこの吸気孔１３０を開閉する吸気弁
１４０２点火プラグ１５０を臨ませて配設する燃焼室１
６ｏ、吸気弁１４０の上流で吸気マニホールド１２０の
壁部に取り付けられ、吸気弁１４０の弁座１４０ａ方向
に噴射ｉＪ能となるように配置される本発明に係ろ燃料
噴射弁１が示される。

第１７図は、燃料噴射弁１と吸気弁１４０との位置関係
を示したもので、噴射弁１がらの燃料噴震は吸気弁１４
０の隔壁１４０ｂに衝突しないように２方向に分割され
る。なお、１８０は排気弁を示す。

エンジン１００の動作は、運転状況の情輸である燃料室
１６０隔壁の水温、吸気空気量や空気温度、エンジン回
転数などを制御ユニット１７０が処理して行う。燃料噴
射弁１の燃料噴射は、この制御ユニット１７０の信号に
基づく。

燃料と空気の混合気は、エンジン１００の吸気孔１３０
から燃焼室１６０へ導かれ圧縮工程にて圧縮されたのち
点火プラグ１５０にて着火燃焼される。

第１８図ないし第２０図は、かかるエンジン１００に本
発明の燃料噴射弁１を適用して得られた結果である。性
能比較の対象として従来型（ビントル弁）をあわせて示
した。

第１８図及び第１９図は、始動性に関するテスト結果で
ある。いずれも、ビントル弁に比べて格段と性能が向上
した。特に、−３０℃の雰囲気状況下においては、ビン
トル弁は完爆しなかったが、本発明の噴射弁は初爆が数
秒で起こり１０秒以内に完爆（パルス幅が９０〜１５０
　ｍ　ｓの間）した。

規定値は２０秒以内であるので、本発明の噴射弁では、
始動パルス幅を７０　ｍ　ｓ程度（従来設定値の約半分
）とすることができ、始動用インジェクタが不要となる
、ａ費を向上させるなど実用上の効果が大きい。

第２０図は、加速応答性テスト結果を示している。アイ
ドルの状態からスロットルバルブを０．１５秒で全開に
したときのエンジン回転数の立上りを比較したものであ
る。本発明の燃料噴射弁は、ビントル弁に比べて約１５
０ミリ秒短縮することができている。これは、加速直後
の燃焼が極めて迅速に行なわれていることを示すもので
あり、本発明の燃料噴射弁がその極めて優れる微粒化燃
料の吸気弁隔壁や吸気マニホールド内壁への燃料付着を
避けていることにある。

以上のように、本発明の燃料噴射弁を用いると、燃費向
上や低温始動性向上、加速性向上など実用上の効果が極
めて大であることがわかる。

なお、実施例に示したアダプタ形状はこれらのみに限定
されるものでなく本発明の意図及び請求範囲を逸脱しな
い範囲で素形することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、単一の噴孔からの噴出燃料を２方向ま
たは２方向以上に効率良く分割供給し、噴霧の粒径の優
れた微粒化特性を得て複吸気エンジンに適用できる電磁
式燃料噴射弁を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るｖａ電磁式燃料噴射弁縦断面図、
第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第１図のＢ方
向視図であり本発明に係るアダプタの説明図、第４図は
アダプタの形状寸法を決定する為の説明図、第５図はア
ダプタ部の要部拡大図、第６図はアダプタ内の燃料流れ
を示す図、第７図ないし第８図は噴霧の様子を示す図、
第９図ないし第１０図は数値的に示した実験結果の一例
を示す図、第」−１図は本発明の第２の実施例を示すア
ダプタの説明図、第１２図は本発明の第３の実施例を示
すアダプタの説明図、第１３図は本発明の第４の実施例
をン丁く１アダプタの説明図、第１４図は本発明の他の
実施例を示す電磁式燃料噴射弁の縦断ｍ１図、第１５図
は第１４図のＢ方向視図であり本発明に係るアダプタの
説明図、第１６図は本発明に係る電磁式燃料噴射弁を用
いた内燃機関の一部を示す図、第１７図は本発明の燃料
噴射弁と吸気弁との位置関係を示す図、第１８図、第１
９図、第２０図は本発明と従来の電磁式燃料噴射弁の性
能を比較した図である。 ■・・・噴射弁、８・・オリフィス、１３・・・燃料旋
回素子、１６・・アダプタ、１７・・・燃料通路、１７
ａ軸心通路、１７ｂ・・・大径通路、１８・・・連通壁
。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．　弁座の上流側に設けられ、供給された燃料に旋回
   力を与える燃料旋回素子と、弁座の下流側に設けられた
   燃料噴射孔とを備えた電磁式燃料噴射弁において、前記
   燃料噴射孔の下流側に噴出する燃料の流れを分割させる
   分割手段を設けたことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
2. ２．　弁座の上流側に設けられ、供給された燃料に旋回
   力を与える燃料旋回素子と、弁座の下流側に設けられた
   燃料噴射孔とを備えた電磁式燃料噴射弁において、弁軸
   心に対して直交する断面が弁軸心に対して対称の位置に
   設けられ、前記燃料噴射孔の径よりも大きい複数の円と
   、それらの円の間は該円に外接する円弧とによつて形成
   される燃料噴射孔を有する燃料の分割手段を前記燃料噴
   射孔の下流側に設けたことを特徴とする電磁式燃料噴射
   弁。
3. ３．　請求項２記載の電磁式燃料噴射弁において、前記
   燃料通路孔は前記燃料噴射弁に平行して設けられている
   ことを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
4. ４．　弁座の上流側に設けられ、供給された燃料に旋回
   力を与える燃料旋回素子と、弁座の下流側に設けられた
   燃料噴射孔とを備えた電磁式燃料噴射弁において、弁軸
   心に対して直交する断面が弁軸心に対して対称の位置に
   設けられ、前記燃料噴射孔の径よりも大きい複数の円と
   、それらの円の間は該円に外接し、前記燃料噴射孔の径
   よりも小さい距離を有する２点を中心とした円弧とによ
   つて形成される燃料通路孔を有する燃料の分割手段を前
   記燃料噴射孔の下流側に設けたことを特徴とする電磁式
   燃料噴射弁。
5. ５．　弁座の下流側に弁軸心に対して傾斜して設けられ
   た燃料噴射孔と、該燃料噴射孔で旋回力が与えられた燃
   料が旋回する燃料旋回室とを備えた電磁式燃料噴射弁に
   おいて、前記燃料旋回室の下流側に噴出する燃料の流れ
   を分割させる分割手段を設けたことを特徴とする電磁式
   燃料噴射弁。
6. ６．　請求項１ないし請求項６のいずれか記載の電磁式
   燃料噴射弁と、該電磁式燃料噴射弁の下流方向に設けら
   れた吸気弁とを備え、前記電磁式燃料噴射弁の噴射角を
   前記吸気弁の隔壁以内に設定したことを特徴とする内燃
   機関。