JP3625111B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料噴射弁、特に筒内噴射用燃料噴射弁に適するものであって、燃料流に旋回エネルギーを与えて燃料噴射孔から噴射する燃料噴射弁の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高圧の燃料を効率良く噴射する燃料噴射弁、特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用燃料噴射弁として、燃料流に旋回エネルギーを与えて燃料噴射孔から噴射する形式のものが、数種提案されている。
【０００３】
図９は例えば特開平２−２１５９６３号公報に示された従来の旋回式の燃料噴射弁を示した要部断面図である。図において、燃料噴射弁の弁本体１１０には弁座１１１が形成され、この弁座１１１の直ぐ上流には環状の旋回体１１２が設けられている。この旋回体１１２は、その内径部に弁体（ボール弁）１１４を導入して、この弁体１１４の軸方向の移動をガイドすると共に、図１０に示すように、その外径部から弁座１１１に面する端面にかけて４本の旋回溝１１３が形成されている。また、旋回溝１１３につながる旋回体１１２の外周部には、弁本体１１０の内周面との間で軸方向流路を形成する平坦面１１２ａが形成されている。
【０００４】
弁体１１４はロッド１１５を介してプランジャ（図示せず）に結合され、図示しない戻しバネで弁座１１１側に付勢され、プランジャ及び弁体１１４が電磁力で戻しバネの力に抗して吸引されると、旋回溝１１３は旋回体１１２の軸心に対し偏心するように配設されているため、旋回溝１１３を通過した燃料は、噴出孔（オリフィス）１１０ａを介して内燃機関のシリンダ内等に噴射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃料噴射弁は以上のように構成されており、旋回体１１２の旋回溝１１３は４個であり、旋回流の一様混合化、十分な旋回流の形成、及び旋回流の充分な強化が図れない問題があった。一方、旋回溝１１３の数を増やすと旋回体１１２と弁本体１１０との当接面積が少なくなり、内燃機関のシリンダ内等で発生した熱が旋回体１１２から放熱されにくくなり、結果として弁本体１１０の先端が高温となる。そのため、弁本体１１０の噴射孔内面及び噴射孔出口側端面にカーボン等が付着しやすくなり、燃料噴射量の低下及び燃料噴霧形状の変化を引き起こし、ひいてはエンジンの出力低下や運転状態の変化を生じさせる要因となる。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、燃料流に旋回エネルギーを与えて燃料噴射孔から噴射する燃料噴射弁において、燃料旋回流の一様混合化、十分な旋回流の形成、及び旋回流の強化を達成しつつ、旋回体の放熱特性を向上させてカーボン等を付着させない燃料噴射弁を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、中空状の弁本体の一端に設けられ燃料噴射孔を有する弁座、上記弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、及び上記弁体の周囲に配置され上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁において、
上記旋回体は、上記弁本体の内周面に接して弁本体に対する位置を規定する外周面部と、上記外周面部間に設けられて軸方向流路を形成する流路部分と、上記旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内周に設けられた環状溝と、一端が上記流路部分に接続され他端が上記環状溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接続される旋回溝を有し、
上記旋回体の第１端面が上記弁座に当接し、上記旋回体の弁座に面しない第２端面が上記弁本体の肩部に当接し、第２端面の内周部から外周部に径方向に延びた通路溝を形成し、
上記旋回体の外周面部と上記弁本体内周面との当接面積を、上記弁本体内周面に対向する上記旋回体外周面の全面積の半分以上とし、
上記旋回体の外周面部と上記弁本体の内周面部とをすきまバメとしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、中空状の弁本体の一端に設けられ燃料噴射孔を有する弁座、上記弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、及び上記弁体の周囲に配置され上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁において、
上記旋回体は、上記弁本体の内周面に接して弁本体に対する位置を規定する外周面部と、上記外周面部間に設けられて軸方向流路を形成する流路部分と、上記旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内周に設けられた環状溝と、一端が上記流路部分に接続され他端が上記環状溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接続される旋回溝を有し、
上記旋回体の第１端面が上記弁座に当接し、上記旋回体の弁座に面しない第２端面が上記弁本体の肩部に当接し、第２端面の内周部から外周部に径方向に延びた通路溝を形成し、
上記旋回体の流路部分と上記弁本体の内周面とにより形成される軸方向流路の通路面積を、上記旋回溝の通路面積以上にし、
上記旋回体の外周面部と上記弁本体の内周面部とをすきまバメとしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、上記旋回体の外周面部と上記弁本体の内周面部とは圧入により組み立てられた燃料噴射弁である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態の基本構成）
図１はこの発明の実施形態である筒内噴射用燃料噴射弁１の全体構成を示す側面断面図である。筒内噴射用燃料噴射弁１は、ハウジング本体２と、このハウジング本体２の一端にかしめ等されホルダ３５によりカバーされた弁装置３とにより構成されている。ハウジング本体２の他端には燃料供給管４が接続され、この燃料供給管４から燃料フィルタ５７を介して筒内噴射用燃料噴射弁１内に高圧の燃料が供給される。また、筒内噴射用燃料噴射弁１の先端部は内燃機関のシリンダヘッド５の噴射弁挿入孔６に挿入され、ウエーブワッシャ６０等によりシールされて取り付けられている。
【００１１】
弁装置３は、小径円筒部７及び大径円筒部８を有する段付中空円筒形の弁本体９と、弁本体９内で中心孔先端に固着されて燃料噴射孔１０を有する弁座１１と、ソレノイド装置５０（後述）により弁座１１に離接して燃料噴射孔１０を開閉する弁体であるニードル弁１２と、ニードル弁１２を軸方向に案内すると共に、径方向内向きに弁座１１の燃料噴射孔１０に流れ込もうとする燃料に旋回運動を与える旋回体１３とを備えている。弁装置３の弁本体９はハウジング本体２と共働して筒内噴射用燃料噴射弁１のハウジングを構成している。
【００１２】
ハウジング本体２は、筒内噴射用燃料噴射弁１をシリンダヘッド５に取り付けるためのフランジ３０ａを有する第１ハウジング３０と、ソレノイド装置５０を装着した第２ハウジング４０を備えている。ソレノイド装置５０は、コイル５１を巻回したボビン５２と、このボビン５２の内周部に設置されたコア５３とを備え、コイル５１の巻線は接続端子５６につながっている。コア５３はその内部が燃料通路となるように中空円筒形状になっており、その中空部には、スプリング５５がスリーブ５４及びニードル弁１２間に懸架されている。
【００１３】
ニードル弁１２の他端部には、上記コア５３の先端側に対向するように可動アマチュア３１が取り付けられており、また、ニードル弁１２の中間部には、バルブ１２を弁本体９の内周面に沿って摺動案内させるガイド１２ａと、第１ハウジング３０に設置されたスペーサ３２と当接するニードルフランジ１２ｂが設けられている。
【００１４】
図２は弁装置３の弁座付近を示す拡大側面図であり、図３は旋回体１３の弁座１１側から見た正面図である。図において、弁装置３の旋回体１３は、中心に弁体であるニードル弁１２を囲んで軸方向に摺動可能に支持する中心孔１５を持つほぼ中空円筒形の部材であって、弁装置３内に組み立てられた時、弁座１１に接する第１端面１６と、弁座１１と反対側の第２端面１７と、これらの端面間にあって中空のハウジングの一部である弁本体９の内周面１８に接する部分を有する周面１９とを備えている。
【００１５】
旋回体１３の第２端面１７は、その周辺部で弁本体９の内周面１８の肩部２０に当接して支持されており、また径方向に延びた通路溝２１が形成されていて、第２端面１７の内周部から外周部に燃料が流れることができるように構成されている。
【００１６】
旋回体１３の周面１９には、弁本体９の内周面１８に当接して弁本体９に対する位置を規定する複数の外周面部分１９ａと、これら外周面部分間に設けられ、内周面１８と共に燃料の軸方向流路２２を形成する流路部分１９ｂとが形成されている。
【００１７】
旋回体１３の弁座１１に面する軸方向端面即ち第１端面１６には、第１端面１６の中心孔１５に隣接する内周辺に形成された所定幅の内周環状溝２４と、一端で周面１９の流路部分１９ｂに接続されて、そこからほぼ径方向内側に延びて、他端で内周環状溝２４に接線方向に接続された旋回溝２５とが設けられている。
【００１８】
（実施の形態の基本動作）
次に、上記筒内噴射用燃料噴射弁の動作について説明する。まず図１において、外部より接続端子５６を介してソレノイド装置５０のコイル５１に通電すると、可動アマチュア３１、コア５３、ハウジング本体２で構成される磁気通路に磁束が発生し、可動アマチュア３１はスプリング５５の弾性力に抗してコア５３側へ吸引される。そして、可動アマチュア３１と一体のニードル弁１２は、そのニードルフランジ１２ｂがスペーサ３２に当接するまで所定ストローク図示右側へ移動する。なお、ニードル弁１２はガイド１２ａにより弁本体９の内周面に案内保持される。
【００１９】
次に、図２及び図３において、ニードル弁１２の先端部が弁座１１から離れて間隙が形成されると、燃料供給管４から導入される高圧の燃料は、弁本体９とニードル弁１２間の通路から、まず旋回体１３の第２端面１７の通路溝２１を通って周面の軸方向流路２２に流れ込む。そして、旋回体１３の第１端面１６の旋回溝２５に流入して径方向内側に流れ、第１端面１６の内周環状溝２４内へその接線方向に流れ込み、内周環状溝２４で構成する旋回室Ｗにおいて旋回流を形成する。その後、弁座１１の噴射孔１０内に入ってその先端出口から噴霧される。
【００２０】
上記筒内噴射用燃料噴射弁１において、旋回体１３の旋回溝２５の数は、少な過ぎると各溝の旋回流の一様混合化と十分な旋回流の形成が図れず、多過ぎると旋回流の乱れを生じまた圧力損失が流量特性に影響を及ぼすので、この発明では５個以上とする。その中でも６溝〜８溝、特に図３に示すように６溝が好適である。その理由は、各溝の旋回流の一様混合化が十分で、かつ各溝通路およびその上流通路での圧力損失が流量特性に影響しないからである。
【００２１】
実施の形態１．
上記筒内噴射用燃料噴射弁１をシリンダヘッド５に取り付け内燃機関を運転した場合、シリンダ内に生じる高温の燃焼熱の一部は燃料噴射弁１を伝わって外部に放熱される。図４の矢印は上記燃焼熱の伝達経路を示したものであり、主に、（１）シリンダ内に表出された弁座１１を介して、弁座１１に当接する弁本体９に伝わる経路と、（２）弁座１１から旋回体１３→旋回体１３の周面１９→弁本体９の内周面１８→弁本体９に伝わる経路と、（３）弁座１１→旋回体１３→旋回体１３の第２端面１７→弁本体９の肩部２０→弁本体９に伝わる経路があり、それぞれ弁本体９に伝わった上記熱はハウジング本体２を介してシリンダヘッド５に放熱される。
【００２２】
上記伝熱経路（２）において、旋回体１３の周面１９と弁本体９の内周面１８との当接面積の大小が、燃料噴射弁１の放熱特性に影響を与えることが理解される。すなわち、図３の伝熱部長さＨ１を長くすれば旋回体１３から弁本体９への伝熱が促進され燃料噴射弁１の放熱特性が向上する。
【００２３】
そこで、実施の形態１では、図５に示すように、旋回体１３の周面１９０に、弁本体９の内周面１８に当接して弁本体９に対する位置を規定する複数の外周面部分１９０ａと、これら外周面部分間に設けられ、内周面１８と共に燃料の軸方向流路２２０を形成する流路部分１９０ｂとを形成し、外周面部分１９０ａと弁本体９の内周面１８との実効的な接触面積を、内周面１８に対向する周面１９０全体の面積の約半分以上とした。すなわち、例えば図５において、伝熱部長さＨ２を旋回体１３の全周の約半分以上とする。
【００２４】
このように旋回体１３の外周面部分１９０ａと弁本体９の内周面１８との実効的な接触面積を広くすることにより、当該接触面からの放熱を良くすることができる。
【００２５】
また、旋回体１３の流路部分１９０ｂと弁本体９の内周面１８とにより形成される軸方向流路２２０の通路面積を、少なくとも旋回溝２５の通路面積以上にし、流路部分２２０から旋回溝２５への燃料流を確保し、強力な旋回流を発生させるようにする。
【００２６】
更に、内周環状溝２４により構成される旋回室Ｗを設けたので、旋回溝２５からの燃料流は、上記旋回室Ｗに一旦導入され、当該旋回室Ｗ内で燃料流の旋回の安定化が行われ、旋回力の強化と安定化が図れる。
【００２７】
また、旋回体１３の旋回溝２５の数を、少なくとも５個以上とすることにより、旋回溝の旋回流の一様混合化が十分になされ、かつ各溝通路およびその上流通路での圧力損失が流量特性に影響しなくなる。
【００２８】
更に、図６に示すように、軸方向流路２１に通じる弁本体９の内径Ｄ２が図２よりも広がった（Ｄ２＞Ｄ１）構成において、図７の軸方向流路２２と図８の軸方向流路２２０の断面積を同じくした場合、弁本体９と旋回体１３がそれぞれの肩部２０，２０Ａで当接する面積は図８の方が大きくなる（当接面積Ｓ２＞Ｓ１）。すなわち、上記実施の形態において、弁本体９の内径が軸方向流路２２０部分にかかる構成（図６及び図８においてＤ０−Ｄ２＜Ｇ）とした場合、旋回体１３の第２端面１７と弁本体９の肩部２０Ａとの当接面積も大きくなるので、図７の場合と比べて旋回体１３の放熱特性が向上する効果がある。
【００２９】
実施の形態２．
上記実施の形態１において、旋回体１３の外周面部分１９０ａと弁本体９の内周面１８を直径すきま７μｍ以下となるすきまバメとすることにより、工作及び組立が簡単でかつ放熱特性を向上することができる。また、旋回体１３の外周面部分１９０ａと弁本体９の内周面１８と圧入により組立ても良く、この場合放熱特性は充分確保される効果がある。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、旋回体の流路部分から旋回溝を介して強力な旋回流を発生させることができる。また、旋回体の外周面部分と弁本体の内周面との実効的な当接面積を広くすることにより、当該当接面からの放熱を良くすることができる。その結果、弁座付近の温度が低下して噴射孔内面及び噴射孔出口側端面にカーボン等が付着しなくなり、燃料噴射量の低下及び燃料噴霧形状の変化を防止し、ひいてはエンジン出力及び運転状態の安定を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態に係る筒内噴射用燃料噴射弁の全体構成を示す側面断面図である。
【図２】図１の弁装置の弁座付近を示す拡大側面図である。
【図３】図１の旋回体の弁座側から見た正面図である。
【図４】図１の弁装置の弁座付近の伝熱経路をしめす側面図である。
【図５】実施の形態１に係る燃料噴射弁の旋回体の弁座側から見た正面図である。
【図６】図１の弁装置の弁座付近を示す拡大側面図である。
【図７】図１の旋回体の弁座側から見た正面図である。
【図８】実施の形態１に係る燃料噴射弁の旋回体の弁座側から見た正面図である。
【図９】従来の燃料噴射弁を示す要部断面図である。
【図１０】従来の燃料噴射弁の旋回体を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 筒内噴射用燃料噴射弁、３ 弁装置、９ 弁本体、１０ 燃料噴射孔、１１ 弁座、１２ ニードル弁（弁体）、１３ 旋回体、２４ 内周環状溝、２５旋回溝、Ｗ 旋回室、１９０ 旋回体の周面、１９０ａ 外周面部分、１９０ｂ 流路部分、２２０ 軸方向流路。

Claims (3)

1. 中空状の弁本体の一端に設けられ燃料噴射孔を有する弁座、上記弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、及び上記弁体の周囲に配置され上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁において、
   上記旋回体は、上記弁本体の内周面に接して弁本体に対する位置を規定する外周面部と、上記外周面部間に設けられて軸方向流路を形成する流路部分と、上記旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内周に設けられた環状溝と、一端が上記流路部分に接続され他端が上記環状溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接続される旋回溝を有し、
   上記旋回体の第１端面が上記弁座に当接し、上記旋回体の弁座に面しない第２端面が上記弁本体の肩部に当接し、第２端面の内周部から外周部に径方向に延びた通路溝を形成し、
   上記旋回体の外周面部と上記弁本体内周面との当接面積を、上記弁本体内周面に対向する上記旋回体外周面の全面積の半分以上とし、
   上記旋回体の外周面部と上記弁本体の内周面部とをすきまバメとしたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 中空状の弁本体の一端に設けられ燃料噴射孔を有する弁座、上記弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉する弁体、及び上記弁体の周囲に配置され上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔から流出する燃料に旋回を与える旋回体を備えた燃料噴射弁において、
   上記旋回体は、上記弁本体の内周面に接して弁本体に対する位置を規定する外周面部と、上記外周面部間に設けられて軸方向流路を形成する流路部分と、上記旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内周に設けられた環状溝と、一端が上記流路部分に接続され他端が上記環状溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接続される旋回溝を有し、
   上記旋回体の第１端面が上記弁座に当接し、上記旋回体の弁座に面しない第２端面が上記弁本体の肩部に当接し、第２端面の内周部から外周部に径方向に延びた通路溝を形成し、
   上記旋回体の流路部分と上記弁本体の内周面とにより形成される軸方向流路の通路面積を、上記旋回溝の通路面積以上にし、
   上記旋回体の外周面部と上記弁本体の内周面部とをすきまバメとしたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 上記旋回体の外周面部と上記弁本体の内周面部とは圧入により組み立てられた請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射弁。

Images