WO2022254981A1

WO2022254981A1 - 燃料噴射弁

Info

Publication number: WO2022254981A1
Application number: PCT/JP2022/018043
Authority: WO
Inventors: 裕和佐々木; 雄大三浦; 和也齋藤
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2021-06-03
Filing date: 2022-04-18
Publication date: 2022-12-08
Also published as: CN117413120A; JPWO2022254981A1

Abstract

燃料噴射弁（Ｉ）において，弁体（１３）の開弁時，弁座（８）を通過した燃料が燃料集合室（４９）に流入したとき，渦流を発生しないようにして，燃料流の圧力損失をなくする。燃料集合室（４９）の底面が，弁座（８）の中心線Ｙ上に中心Ｂｏを置くと共に，中心線Ｙとの交点Ｐが弁孔（７）内に位置する仮想球面Ｂに倣って形成した球帯状の凹曲面（４９ａ）で構成される。

Description

燃料噴射弁

　本発明は，主としてエンジンの燃料供給系に使用される燃料噴射弁に関する。

　従来，エンジン用の燃料噴射弁として，円錐状の弁座及びその中心部を貫く弁孔を前端部に有する弁座部材と，前記弁座と協働して前記弁孔を開閉する球状弁部を前端部に有する弁体と，前記弁座部材の前端面に接合され，前記弁孔から半径方向外方に離れて配置されて前記弁孔と連通する複数の燃料噴孔を有するインジェクタプレートとを備え，前記弁座及び弁孔間に，該弁座を通過した燃料を集合させて該弁孔に誘導する燃料集合室を設ける一方，前記弁座部材及びインジェクタプレートの対向面間に，前記弁孔を通過した燃料を放射状に拡散させて前記複数の燃料噴孔に誘導する偏平な燃料拡散室を設けたものが，下記特許文献１に開示されるように知られている。

特開２００６－２７２３号公報

　上記特許文献１に開示された燃料噴射弁では，燃料集合室の周壁が，その底面から起立していて，弁座から燃料集合室の底面にかけて段差部を形成しており，この段差部は，弁体の開弁時，弁座から燃料集合室に流入する燃料の流れに渦を生じさせる原因となり，これが燃料流の圧力損失を大きくして，燃料噴射量を減少させることになる。

　本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，弁体の開弁時，弁座を通過した燃料が燃料集合室に流入したとき，燃料の流れに渦を発生させないようにした燃料噴射弁を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために，本発明は，円錐状の弁座及びその中心部を貫く弁孔を前端部に有する弁座部材と，前記弁座と協働して前記弁孔を開閉する球状弁部を前端部に有する弁体と，前記弁座部材の前端面に接合され，前記弁孔から半径方向外方に離れて配置されて前記弁孔と連通する複数の燃料噴孔を有するインジェクタプレートとを備え，前記弁座及び弁孔間を接続する燃料集合室が前記弁座部材に設けられる一方，前記弁座部材及びインジェクタプレートの対向面間に，前記弁孔及び前記複数の燃料噴孔間を連通する偏平な燃料拡散室が設けられる燃料噴射弁において，前記燃料集合室の底面が，前記弁座の中心線上に中心を置くと共に，該中心線との交点が前記弁孔内に位置する仮想球面の球帯に倣って形成した凹曲面で構成されることを第１の特徴とする。

　また，本発明は，第１の特徴に加えて，前記弁座部材は，前記球状弁部の開閉動作を案内する断面多角形のガイド孔を有し，該ガイド孔の複数の内角部と前記球状弁部との間に，前記弁座に連なる複数の燃料通路が画成されることを第２の特徴とする。

　本発明の第１の特徴によれば，弁座及び弁孔間を接続する燃料集合室の底面が，弁座の中心線上に中心を置くと共に，同中心線との交点が弁孔内に位置する仮想球面に倣って形成した球帯状の凹曲面で構成されることで，燃料集合室の底面と弁座との間に段差部が形成されることがなく，しかも球状弁部との間隔を弁孔に向かって漸増させることになる。したがって，弁体の開弁時，弁座から燃料集合室に燃料が流れ込むとき，渦の発生を防ぐことができ，しかも燃料集合室では，燃料を，その流量を絞ることなく弁孔へと誘導することができる。これにより燃料流の圧力損失を少なくし，インジェクタプレートの各燃料噴孔からの燃料噴射量の減少を抑えることができ，エンジンの低燃費性と出力性能の向上に寄与し得る。

　また，本発明の第２の特徴によれば，弁座部材に，球状弁部の開閉動作を案内するガイド孔を断面多角形状に形成したことにより，球状弁部に平面加工を施すことなく，球状弁部の周囲に複数の燃料流路を設けることができる。しかも多角形断面のガイド孔は，弁座と共に弁座部材に鍛造による成形が可能であるので，製作コストの低減を図ることができる。

本発明に係るエンジン用の燃料噴射弁の実施形態を示す縦断面図図１の２矢示部拡大図図２の３－３線断面図

　本発明の実施形態を添付図面に基づいて以下に説明する。本発明の燃料噴射弁Ｉにおいて，燃料噴射側を前方，燃料入口側を後方とする。

　先ず，図１において，エンジンＥのシリンダヘッド４０には，燃焼室４２に開口する装着孔４１が設けられており，この装着孔４１に，燃焼室４２に燃料噴射し得る燃料噴射弁Ｉが装着される。その際，燃料噴射弁Ｉ及びシリンダヘッド４０間にはクッション部材４３が介装される。

　上記燃料噴射弁Ｉの弁ハウジング２は，円筒状の弁座部材３と，この弁座部材３の後端部外周面に嵌合して液密に溶接される磁性円筒体４と，この磁性円筒体４の後端に突き当てゝ液密に溶接される非磁性円筒体６と，この非磁性円筒体６の内周面に，小径の前端部５ａを嵌合して液密に溶接される中空円筒状の固定コア５と，この固定コア５の後端部外周に嵌合して液密に溶接される燃料入口筒２６とで構成される。

　弁座部材３は，円錐状の弁座８と，この弁座８の中心部を貫通する弁孔７と，弁座８の大径部に連なるガイド孔９とを有する。

　非磁性円筒体６の前端部には，固定コア５と嵌合しない部分が残され，その部分から磁性円筒体４にわたり，固定コア５の前端面に対向する中空円筒状の可動コア１２が嵌装され，この可動コア１２に弁体１３が連結される。

　この弁体１３は，前記弁座８と協働して弁孔７を開閉するように前記ガイド孔９を摺動し得る球状の弁部１４と，この弁部１４に前端部を溶接して結合される弁杆１５とで構成され，この弁杆１５の後端部が可動コア１２の内周面に圧入され溶接して結合される。したがって，弁体１３は可動コア１２と一体となって弁ハウジング内で昇降が可能である。

　上記弁杆１５は，すり割１５ａ付きのパイプ材からなっており，その内部が可動コア１２の中空部と連通すると共に，すり割１５ａを介して弁杆１５の内外が連通する。

　前記固定コア５の中空部には，その中間部において，すり割付きパイプ材からなるリテーナ２０が圧入，固着され，その前端部が第１ばね座２１となる。一方，前記弁杆１５の後端部は，可動コア１２の中空部の途中で終わっており，その上端部が第２ばね座２２となり，これら第１及び第２ばね座２１，２２間に弁ばね２３が縮設され，この弁ばね２３のセット荷重によって，可動コア１２が固定コア５から離反する方向，即ち弁体１３の閉弁方向へ付勢される。この弁ばね２３のセット荷重は，リテーナ２０の固定コア５への嵌合深さにより調整される。

　可動コア１２の内周面には，その後端面より僅かに突出する非磁性材製でリング状のストッパ部材３５が埋設される。このストッパ部材３５は，固定コア５の可動コア１２に対する吸引時，固定コア５に当接して両コア５，１２間に一定の間隙を保つものである。

　弁ハウジング２の外周には，両コア５，１２に対応してコイル組立体２８が嵌装される。このコイル組立体２８は，磁性円筒体４の後端部から固定コア５に亙りそれらの外周面に嵌装される合成樹脂製のボビン２９と，これに巻装されるコイル３０とからなっており，そのボビン２９の後端部には，その一側方に突出する給電端子３３の基端部を支持する端子支持腕２９ａが一体に形成され，給電端子３３にはコイル３０の端末が接続される。コイル組立体２８の外周にはヨーク３１が配設される。

　磁性円筒体４から燃料入口筒２６にわたり，それらの外周面を被覆すると共にコイル組立体２８を埋封する合成樹脂製の被覆層２７が射出成形される。その際，給電端子３３を収容，保持してコイル組立体２８の一側方に突出するカプラ３４が上記被覆層２７と一体に成形される。

　前記燃料入口筒２６の入口には燃料フィルタ３６が装着される。また，燃料入口筒２６の上端部外周には燃料キャップ４６がシール部材４７を介して嵌装される。この燃料キャップ４６は，燃料ポンプ（図示せず）の吐出口に連なる燃料レール４５より分岐形成された複数の燃料分配キャップのうちの一個である。

　次に，図２及び図３を参照しながら弁座部材３の構造について詳述する。
　弁座部材３に設けられる前記ガイド孔９は，断面多角形状（図示例では六角形状）をなして，円錐状の弁座８の大径部から弁座８の中心線Ｙに沿って後方に延びるように形成される。即ち，このガイド孔９は，同一幅の３面以上の平面９ａを前記中心線を囲むように配置してなる断面多角形状（図示例では六角形状）をなしており，その複数の平面９ａが球状弁部１４の昇降，即ち開閉動作を案内する。また，ガイド孔９の複数の内角部９ｂと球状弁部１４との間には，弁座８に連なる複数の燃料通路３７が画成される。

　さらに，弁座８と各平面９ａとの間には，相隣る前記燃料通路３７間を接続する連通凹部３８が設けられる。その結果，図３に示すように，円錐状の弁座８の大径部は，平面視で星形の形状をなしている。

　また，弁座部材３には，上記ガイド孔９からその後方に向かってテーパ状に広がりつゝ延びる誘導孔１６が設けられる。この誘導孔１６は，燃料噴射弁Ｉの組立時，球状弁部１４をガイド孔９に誘導する機能を有する。

　さらに，弁座部材３には，上記弁座８及び弁孔７間を接続する燃料集合室４９が設けられる。この燃料集合室４９の底面は次のように形成される凹曲面４９ａで構成される。

　即ち，先ず，図２に示すように，半径Ｒ２が球状弁部１４の半径Ｒ１よりも小さい仮想球面Ｂの中心Ｂｏを，弁座８の中心線Ｙに沿って球状弁部１４の中心Ｏから前方へ（図示例では下方へ）一定距離Ｓオフセットすることにより，この仮想球面Ｂが円錐状の弁座８の小径側端縁を通り，且つ前記弁孔７内で交点Ｐで中心線Ｙと交差するようにする。このような仮想球面Ｂにおいて，弁座８の小径側端縁から弁孔７の後縁（図示例では上縁）に至る球帯部分に倣って，前記凹曲面４９ａは形成される。

　この凹曲面４９ａは，前記弁座８，ガイド孔９及び誘導孔１６と共に，弁座部材３に鍛造により成形される。

　弁座部材３の前端面には，弁孔７と連通する複数の燃料噴孔１１を有する鋼板製のインジェクタプレート１０が液密に溶接される。

　そして，これら弁座部材３及びインジェクタプレート１０の対向面間には，弁孔７から半径方向外方に広がっていて弁孔７を通過した燃料を半径方向外方に拡散させる偏平な燃料拡散室５０が形成される。この燃料拡散室５０は，図示例では弁座部材３の前端面に凹部として形成される。インジェクタプレート１０には，弁孔７から半径方向外方へ離れた位置で燃料拡散室５０に開口する複数の燃料噴孔１１が穿設される。したがって，弁孔７及び各燃料噴孔１１間は燃料拡散室５０を介して連通される。

　さらに弁孔７の内周面は，燃料集合室４９の底面及び燃料拡散室５０の天井面に滑らかに連続するように凸状曲面７ａで構成される。

　以上において，燃料入口筒２６，固定コア５，弁杆１５及び弁ハウジング２の各中空部，並びに弁杆１５のすり割１５ａ，球状弁部１４周りの燃料通路３７及び連通凹部３８は，燃料入口筒２６の入口から弁座８に至る一連の燃料流路１８を構成する。

　次に，この実施形態の作用について説明する。
　コイル３０の通電オフ状態では，弁ばね２２のセット荷重を以て可動コア１２及び弁体１３は前方に押圧され，球状弁部１４を弁座８に着座させている。したがって，図示しない燃料ポンプから燃料入口筒２６に圧送された燃料は，前記一連の燃料流路１８を満たして待機している。

　コイル３０を通電オン状態にすると，コイル３０が発する磁束が固定コア５，コイルハウジング（ヨーク）３１，磁性円筒体４及び可動コア１２を順次走り，その磁力により可動コア１２が弁ばね２３のセット荷重に抗して固定コア５に吸引され，弁体１３の球状弁部１４が弁座８から離座するので，前記燃料流路１８の高圧燃料が，弁座８を通過した後，燃料集合室４９により弁孔７へ集合誘導され，弁孔７で流れを反転させて，燃料拡散室５０に移り，放射状に拡散してインジェクタプレート１０の複数の燃料噴孔１１から噴射し，複数の噴霧フォームＦを形成していく。

　ところで，上記弁座８及び弁孔７間を接続する燃料集合室４９の底面は，弁座８の中心線Ｙ上に中心Ｂｏを置くと共に，同中心線Ｙとの交点Ｐが弁孔７内に位置する仮想球面Ｂの球帯に倣って形成した凹曲面４９ａで構成されることで，燃料集合室４９の底面の，弁座８との接続部に段差部を形成することがない。したがって，弁体１３の開弁時，弁座８から燃料集合室４９に燃料が流れ込むとき，渦の発生を防ぐことができ，燃料流の圧力損失を少なくすることができる。

　しかも，燃料集合室４９の底面と球状弁部１４との間隔は弁孔７に向かって漸増するので，燃料は，燃料集合室４９内で流量を絞られることなく弁孔７へと誘導され，こゝでも燃料流の圧力損失を少なくすることができる。

　さらに，弁孔７の内周面（凸状曲面）７ａは，燃料集合室４９の底面及び燃料拡散室５０の天井面に連続するように，凸状曲面で構成されるので，弁孔７内での燃料の流れの反転は，該内周面７ａにより極めてスムーズに誘導され，その反転箇所での渦の発生を防ぐことができる。したがって，こゝでも燃料流の圧力損失を少なくすることができる。

　かくして，各燃料噴孔１１からの燃料噴射量の減少を抑えることができると共に，噴射燃料の微粒化の促進と，噴霧フォームＦの安定化を図ることができ，エンジンの低燃費性と出力性能の向上に寄与し得る。

　また，球状弁部１４の開閉動作を案内するガイド孔９を断面多角形状に形成したことにより，球状弁部１４に平面加工を施すことなく，球状弁部１４の周囲に複数の燃料通路３７を設けることができる。しかも多角形断面のガイド孔９は，弁座８と共に弁座部材３に鍛造による成形が可能であるので，製作コストの低減を図ることができる。

　本発明は上記実施形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

Ｉ・・・・・燃料噴射弁
Ｂ・・・・・仮想球面
Ｂｏ・・・・仮想球面の中心
Ｐ・・・・・交点
３・・・・・弁座部材
７・・・・・弁孔
８・・・・・弁座
９・・・・・ガイド孔
１０・・・・インジェクタプレート
１１・・・・燃料噴孔
１３・・・・弁体
１４・・・・球状弁部
３７・・・・燃料通路
４９・・・・燃料集合室
４９ａ・・・凹曲面（燃料集合室の底面）
５０・・・・燃料拡散室

Claims

　円錐状の弁座（８）及びその中心部を貫く弁孔（７）を前端部に有する弁座部材（３）と，前記弁座（８）と協働して前記弁孔（７）を開閉する球状弁部（１４）を前端部に有する弁体（１３）と，前記弁座部材（３）の前端面に接合され，前記弁孔（７）から半径方向外方に離れて配置されて前記弁孔（７）と連通する複数の燃料噴孔（１１）を有するインジェクタプレート（１０）とを備え，前記弁座（８）及び弁孔（７）間を接続する燃料集合室（４９）が前記弁座部材（３）に設けられる一方，前記弁座部材（３）及びインジェクタプレート（１０）の対向面間に，前記弁孔（７）及び前記複数の燃料噴孔（１１）間を連通する偏平な燃料拡散室（５０）が設けられる燃料噴射弁において，
　前記燃料集合室（４９）の底面が，前記弁座（８）の中心線（Ｙ）上に中心（Ｂｏ）を置くと共に，該中心線（Ｙ）との交点（Ｐ）が前記弁孔（７）内に位置する仮想球面（Ｂ）の球帯に倣って形成した凹曲面（４９ａ）で構成されることを特徴とする燃料噴射弁。
　請求項１に記載の燃料噴射弁において，
　前記弁座部材（３）は，前記球状弁部（１４）の開閉動作を案内する断面多角形のガイド孔（９）を有し，該ガイド孔（９）の複数の内角部（９ｂ）と前記球状弁部（１４）との間に，前記弁座（８）に連なる複数の燃料通路（３７）が画成されることを特徴とする燃料噴射弁。