JP5492123B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射弁として用いられる燃料噴射弁に関する。

この種の技術としては、下記の特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報には、計量プレートに噴孔が軸方向に貫通して形成されたものが開示されている。計量プレートの上面には噴孔の壁面に接線上に接続するように旋回流発生溝が形成されている。

特許第４１５４３１７号公報

上記特許文献１に記載の技術では、旋回流発生溝の深さは幅方向において一定であるため、噴孔における燃料の流速は外周側に比べて内周側の方が速く、燃料に強い旋回力を付与することができないおそれがあった。
本発明は上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、燃料に強い旋回力を付与することができる燃料噴射弁を提供することである。

上記目的を達成するため本願発明では、スワール付与室内で燃料が旋回する径方向外側の連通路の側面を第１側面とし、スワール付与室内で燃料が旋回する径方向内側の連通路の側面を第２側面としたときに、第1側面側の連通路を深溝部とし、第2側面側の連通路を浅溝部とし、深溝部の深さを浅溝部の深さよりも深くなるように形成し、スワール付与室は、連通路の深溝部および浅溝部と連続して接続し、スワール付与室の側壁に沿って形成した旋回溝を有し、旋回溝の深さを、スワール付与室の奥に進むに従って徐々に浅くなるように形成した。

本発明により、燃料に強い旋回力を付与することができる。

実施例１の燃料噴射弁の軸方向断面図である。 実施例１の燃料噴射弁のノズルプレート付近の拡大断面図である。 実施例１のノズルプレートを軸方向一端側から見た平面図である。 実施例１のスワール室の斜視図である。 実施例１のスワール室の斜視図である。 実施例１の連通路を軸方向に切断した図である。 実施例１の連通路を幅方向に切断した図である。 実施例１のスワール付与室の一部を切断した図である。

〔実施例１〕
実施例１の燃料噴射弁1について説明する。
［燃料噴射弁の構成］
図１は燃料噴射弁1の軸方向断面図である。この燃料噴射弁1は、自動車用エンジン等に用いられるものである。
燃料噴射弁1は、磁性筒体2と、磁性筒体2内に収容されるコア筒体3と、軸方向に摺動可能な弁体4と、弁体4と一体に形成された弁軸5と、閉弁時に弁体4により閉鎖される弁座6を有する弁座部材7と、開弁時に燃料が噴射される噴射孔を有するノズルプレート8と、通電時に弁体4を開弁方向に摺動させる電磁コイル9と、磁束線を誘導するヨーク10とを有している。

磁性筒体2は、例えば電磁ステンレス鋼等の磁性金属材料により形成された金属パイプ等からなり、深絞り等のプレス加工、研削加工等の手段を用いることにより、図１に示すように段付き筒状をなして一体に形成されている。磁性筒体2は、一端側に形成された大径部11と、大径部11よりも小径であって他端側に形成された小径部12とを有している。
小径部12には、一部を薄肉化した薄肉部13が形成されている。小径部12は、薄肉部13より一端側にコア筒体3を収容するコア筒体収容部14と、薄肉部13より他端側に弁部材15（弁体4、弁軸5、弁座部材7）を収容する弁部材収容部16とに分けられている。薄肉部13は、後述するコア筒体3と弁軸5が磁性筒体2に収容された状態で、コア筒体3と弁軸5との間の隙間部分を取り囲むように形成されている。薄肉部13は、コア筒体収容部14と弁部材収容部16との間の磁気抵抗を増大させ、コア筒体収容部14と弁部材収容部16間を磁気的に遮断している。

大径部11の内径は弁部材15に燃料を送る燃料通路17を構成しており、大径部11の一端部には燃料を濾過する燃料フィルタ18が設けられている。燃料通路17にはポンプ47が接続されている。このポンプ47は、ポンプ制御装置54により制御されている。
コア筒体3は中空部19を有する円筒形に形成されており、磁性筒体2のコア筒体収容部14に圧入されている。中空部19には、圧入等の手段により固定されたばね受20が収容されている。このばね受20の中心には軸方向に貫通した燃料通路43が形成されている。
弁体4の外形は略球体状に形成されており、周上に燃料噴射弁1の軸方向に対して並行に削られた燃料通路面21を有している。弁軸5は大径部22と、外形が大径部22より小径に形成された小径部23とを有している。

小径部23の先端には弁体4が溶接により一体に固定されている。なお図中の黒半円や黒三角は溶接箇所を示している。大径部22の端部にはばね挿入孔24が穿設されている。このばね挿入孔24の底部は、ばね挿入孔24よりも小径に形成されたばね座り部25が形成されるとともに、段部のばね受部26が形成されている。小径部23の端部には燃料通路孔27が形成されている。この燃料通路孔27はばね挿入孔24と連通している。小径部23の外周と燃料通路孔27とは貫通した燃料流出孔28が形成されている。
弁座部材7は、略円錐状の弁座6と、弁座6より一端側に弁体4の径とほぼ同型に形成された弁体保持孔30と、弁体保持孔30から一端開口側に向かうにつれて大径に形成された上流開口部31と、弁座6の他端側に開口する下流開口部48とが形成されている。
弁軸5および弁体4は、磁性筒体2に軸方向摺動可能に収装されている。弁軸5のばね受部26とばね受20との間にコイルバネ29が設けられ、弁軸5および弁体4を他端側に付勢している。弁座部材7は磁性筒体2に挿入され、溶接により磁性筒体2に固定されている。
磁性筒体2のコア筒体3の外周には電磁コイル9が挿嵌されている。すなわち、電磁コイル9はコア筒体3の外周に配置されることとなる。電磁コイル9は、樹脂材料により形成されたボビン32と、このボビン32に巻回されたコイル33とから構成されている。コイル33は、コネクタピン34を介して電磁コイル制御装置55に接続されている。電磁コイル制御装置55は、クランク角を検出するクランク角センサからの情報に基づいて計算した燃焼室側に燃料を噴射するタイミングに応じて、電磁コイル9のコイル33に通電して燃料噴射弁1を開弁させる。

ヨーク10は中空の貫通孔を有し、一端開口側に形成された大径部35と、大径部35より小径に形成された中径部36と、中径部36より小径に形成され他端開口側に形成された小径部37から構成されている。小径部37は、弁部材収容部16の外周に嵌合されている。中径部36の内周には電磁コイル9が収装されている。大径部35の内周には連結コア38が配置されている。
連結コア38は磁性金属材料等により略Ｃ字状に形成されている。ヨーク10は、小径部37および連結コア38を介して大径部35において磁性筒体2と接続しており、すなわち電磁コイル9の両端部で磁性筒体2と磁気的に接続されていることとなる。ヨーク10の他端側先端には、燃料噴射弁1をエンジンの吸気ポートと接続するためのOリング40を保持し、かつ磁性筒体先端を保護するためのプロテクタ52が取り付けられている。

コネクタピン34を介して電磁コイル9に給電されると磁界が発生し、この磁界の磁力によって、弁体4および弁軸5をコイルばね29の付勢力に抗して開弁させる。
燃料噴射弁1の図１に示すように、大部分が樹脂カバー53により被覆されている。樹脂カバー53に被覆されている部分は、磁性筒体2の大径部11の一端部を除いた部分から小径部12の電磁コイル9設置位置まで、電磁コイル9とヨーク10の中径部36との間、連結コア38の外周と大径部35との間、大径部35の外周、中径部36の外周、およびコネクタピン34の外周である。コネクタピン34の先端部分は樹脂カバー53が開口して形成されており、コントロールユニットのコネクタが差し込まれるようになっている。
磁性筒体2の一端部外周にはOリング39が、ヨーク10の小径部37の外周にはOリング40が設けられている。
弁座部材7の他端側にはノズルプレート8が溶接されている。このノズルプレート8には、燃料にスワール（旋回流）を与える複数のスワール室41と、各スワール室41に燃料を分配する中央室42と、スワール室41においてスワールが与えられた燃料が噴射される噴射孔44が形成されている。

［ノズルプレートの構成］
図２は、燃料噴射弁1のノズルプレート8付近の拡大断面図である。図３は、ノズルプレート8を軸方向一端側から見た平面図である。なお図２のノズルプレート8の断面は、図３の直線A-Aの位置で切断した断面である。ノズルプレート8の構成について、図２、図３を用いて説明する。
ノズルプレート8の一端側側面にはスワール室41と中央室42が形成されている。中央室42は弁座部材7の軸の同芯上に有底円形凹状に形成されている。
スワール室41は、ノズルプレート8の円周方向に略等間隔（120°間隔）に３つ形成されており、それぞれ連通路45とスワール付与室46とから構成されている。連通路45は中央室42の径方向に延びて形成されている。連通路45の先にはスワール付与室46が形成されている。スワール付与室46は有底円形凹状に形成されており、その内壁面として側壁46aが形成されている。スワール付与室46の底部には、スワール付与室46の側壁46aと同芯上に円筒形の貫通孔である噴射孔44が形成されている。またスワール付与室46の底部の一部には、スワール付与室46の側壁46aに沿って旋回溝46bが形成されている。

［スワール室の詳細］
図４、図５はスワール室41の斜視図、図６は連通路45を軸方向に切断した図、図７は連通路45を幅方向に切断した図、図８はスワール付与室46の一部を切断した図である。スワール室41の構成について、図３〜図８を用いて説明する。実施例１では、起端を中央室42、終端を噴射孔44の略中心とする範囲（図２に示すBの範囲）を連通路45としている。また起端を連通路45の終端とし、スワール付与室46の側壁46aに沿って略180°の範囲（図２のCの範囲）を旋回溝46bとしている。
連通路45は、スワール付与室41内で旋回する燃料の方向に対して径方向外側に位置する第１側面45aと、径方向内側に位置する第２側面45bとが対向して設けられている。連通路45には、第1側面45a側に深溝部45cが、第2側面45b側に浅溝部45dが形成されている。
深溝部45cの深さは、浅溝部45dの深さよりも深く形成されている。深溝部45cの深さは、スワール付与室41に向かって徐々に浅くなるように形成されている。また浅溝部45dの第２側面45b側の深さは、中央室42の深さとほぼ同じ深さに形成されるとともに、深溝部45cに向かって徐々に深くなるように形成されている。そのため、浅溝部45dの幅は、連通路45の起端において、連通路45の幅方向の略半分を占め、スワール付与室41に向かって徐々に狭くなっている。なお、浅溝部45dの幅寸法を連通路45の起端において、連通路45の幅方向と同じにするか、もしくは幅方向の半分以上としても良い。この場合には、燃料の流れに急激な変化を生ずることを抑制することができる。
スワール付与室46の旋回溝46bは、スワール付与室46と連通路45との接続部分（図２のBの範囲で示す連通路45の終点）において深溝部45cおよび浅溝部45dと連続するように形成されている。すなわち、旋回溝46bには、連通路45の深溝部45cに連通する深溝部46c、連通路45の浅溝部45dに連通する浅溝部46dが形成されている。旋回溝46bの深溝部46cは、スワール付与室46の奥に進むにつれて深さが浅くなるように形成されており、最終的には、図２のCの範囲で示す旋回溝46bの終点においてスワール付与室46の底部と同じ深さとなって底部と一体となる。

［作用］
燃料が連通路45に進入した際に、連通路45の第1側面45aおよび第2側面45bと接する部分を流れる燃料の流速は、連通路45の真ん中を流れる燃料の流速に比べて遅くなる。これは第1側面45aや第2側面45bとの摩擦が発生するためである。
第1側面45aはスワール付与室46の側壁46aと接線方向に連続しているが、第2側面45bはスワール付与室46の旋回溝46bと接続するため、第2側面45bが断絶するような形状と成っている。そのため連通路45を通過する燃料は、第2側面45bよりも第1側面45a側に流れることとなる。したがって、スワール付与室46へ流入したときは連通路45に流入する燃料の量がスワール付与室46の側壁46a側に噴射孔44側よりも多く流れ、燃料が十分に旋回することができ、強い旋回力を付与することができる。

上記のような特性を有するため、連通路45の断面積を一定に形成すると、第１側面45a側を流れる燃料の流速は、第2側面45b側を流れる燃料の流速よりも遅くなる。すなわち、スワール付与室46内で燃料が旋回する方向に対して径方向内側の燃料の流速が、スワール付与室46内で燃料が旋回する方向に対して径方向外側の燃料の流速よりも相対的に速くなる。そのため、スワール付与室46において燃料が十分に旋回することができず、燃料に強い旋回力（スワール力）を付与することができなかった。

そこで実施例１の燃料噴射弁1では、連通路45の第１側面45a側に深溝部45cを、第２側面45b側に浅溝部45dを形成し、深溝部45cの深さを浅溝部45dの深さより深くなるように形成した。
そのため連通路45の燃料を、第2側面45bに比べて第1側面の45a側に多く流すことができる。スワール付与室46へ流入した燃料を、スワール付与室46の噴射孔44側に比べて側壁46a側に多く流すことができる。したがって、スワール付与室46において燃料が十分に旋回することができ、燃料に強い旋回力を付与することができる。

また浅溝部45dが第2側面45b側にあるため、連通路45を通過した燃料が噴射孔44へ直接流れることを抑制することができ、旋回力の弱い燃料が噴射孔44から噴射されることを抑制することができる。
また実施例１の燃料噴射弁１では、連通路45の深溝部45cをスワール付与室46に向かって徐々に浅くなるように形成した。
そのため、スワール付与室46へ流れる燃料の流速の向きに上向きの成分（スワール付与室46の底部から離れる方向の成分）を与えることができるため、燃料はスワール付与室46の底部に形成された噴射孔44から離れる向きに流れようとする。したがって、燃料が噴射孔44に入る前にスワール付与室46において十分に燃料に旋回力を付与することができる。

また実施例１の燃料噴射弁1では、連通路45の浅溝部45dを深溝部45cに向かって徐々に深くなるよう形成した。
したがって、連通路45内の幅方向の燃料の流れ方向の変化を、深溝部45cに向かって徐々に変えることができ、連通路45内の燃料の流れ方向の急変を抑制することができるため、乱流の発生を抑制することができる。
また実施例１の燃料噴射弁1では、スワール付与室46に連通路45の深溝部45cおよび浅溝部45dと連続して接続し、スワール付与室46の側壁46aに沿って旋回溝46b形成した。
そのため、スワール付与室46内でも燃料の旋回方向に対して径方向外側の燃料の流量を、燃料の旋回方向に対して径方向内側の燃料の流量よりも多くすることができる。したがって、スワール付与室46において燃料が十分に旋回することができ、燃料に強い旋回力を付与することができる。
また実施例１の燃料噴射弁1では、旋回溝46bの深さをスワール付与室46の奥に進むに従って徐々に浅くなるように形成した。
そのため、スワール付与室46へ流れる燃料の流速の向きに上向きの成分を与えることができるため、燃料はスワール付与室46の底部に形成された噴射孔44から離れる向きに流れようとする。したがって、燃料が噴射孔44に入る前にスワール付与室46において十分に燃料に旋回力を付与することができる。

［効果］
実施例１の燃料噴射弁1の効果について以下に列記する。
（１）摺動可能に設けられた弁体4と、閉弁時に弁体4が座る弁座6が形成されるとともに、下流側に下流開口部48を有する弁座部材7と、弁座部材7の下流開口部48と連通し、円筒状の内側面を有する中央室42と、中央室42よりも下流側に形成され、円筒状の側壁46aを有し、内部で燃料を旋回させて旋回力を付与するスワール付与室46と、スワール付与室46の底部に円筒状に形成され外部に貫通する噴射孔44と、スワール付与室46の接線方向に向かってスワール付与室46と接続するとともに、スワール付与室46と中央室42とを連通する連通路45と、を備えた燃料噴射弁1において、スワール付与室46内で燃料が旋回する方向に対して径方向外側の連通路45の側面を第１側面45aとし、スワール付与室46内で燃料が旋回する方向に対して径方向内側の連通路45の側面を第２側面45bとしたときに、第1側面45a側の連通路45を深溝部45cとし、第2側面45b側の連通路45を浅溝部45dとし、深溝部45cの深さを浅溝部45dの深さよりも深くなるように形成した。
そのため、第１側面45a側の燃料の流量を、第2側面45b側の燃料の流量よりも多くすることができる。したがって、スワール付与室46において燃料が十分に旋回することができ、燃料に強い旋回力を付与することができる。
また浅溝部45dが第2側面45b側にあるため、連通路45を通過した燃料が噴射孔44へ直接流れることを抑制することができ、旋回力の弱い燃料が噴射孔44から噴射されることを抑制することができる。

（２）連通路45の深溝部45cをスワール付与室46に向かって徐々に浅くなるように形成した。
そのため、スワール付与室46へ流れる燃料の流速の向きに上向きの成分（スワール付与室46の底部から離れる方向の成分）を与えることができるため、燃料はスワール付与室46の底部に形成された噴射孔44から離れる向きに流れようとする。したがって、燃料が噴射孔44に入る前にスワール付与室46において十分に燃料に旋回力を付与することができる。
（３）連通路45の浅溝部45dを深溝部45cに向かって徐々に深くなるよう形成した。
そのため、連通路45内の幅方向の燃料の流れ方向の変化を、深溝部45cに向かって徐々に変えることができ、連通路45内の燃料の流れ方向の急変を抑制し、乱流の発生を抑制することができる。

（４）スワール付与室46に、連通路45の深溝部45cおよび浅溝部45dと連続して接続し、スワール付与室46の側壁46aに沿って旋回溝46bを形成した。
そのため、スワール付与室46内でも燃料の旋回方向に対して径方向外側の燃料の流量を、燃料の旋回方向に対して径方向内側の燃料の流量よりも多くすることができる。したがって、スワール付与室46において燃料が十分に旋回することができ、燃料に強い旋回力を付与することができる。
（５）スワール付与室46の旋回溝46bの深さを、スワール付与室46の奥に進むに従って徐々に浅くなるように形成した。
そのため、スワール付与室46へ流れる燃料の流速の向きに上向きの成分を与えることができるため、燃料はスワール付与室46の底部に形成された噴射孔44から離れる向きに流れようとする。したがって、燃料が噴射孔44に入る前にスワール付与室46において十分に燃料に旋回力を付与することができる。

〔他の実施例〕
以上、本願発明を実施例１に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は各実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
実施例１の燃料噴射弁1ではスワール室41を３つ形成したが、スワール室41の個数は燃料噴射量の設計に応じて適時変えても良い。
また実施例１の燃料噴射弁1ではスワール付与室46の側壁46aと同芯上に噴射孔44を形成したが、噴射孔44はスワール付与室46の底部であれば異なる位置に配置しても良い。
また実施例１の燃料噴射弁1ではスワール付与室46は円形凹状に形成したが、外周形状は螺旋状やインボリュート曲線状などの形状でも良い。

1 燃料噴射弁
4 弁体
6 弁座
7 弁座部材
8 ノズルプレート
41 スワール室
42 中央室
44 噴射孔
45 連通路
45a 第1側面
45b 第２側面
45c 深溝部
45d 浅溝部
46 スワール付与室
46a 側壁
46b 旋回溝
48 下流開口部

Claims (3)

1. 摺動可能に設けられた弁体と、
   閉弁時に前記弁体が座る弁座が形成されるとともに、下流側に開口部を有する弁座部材と、
   前記弁座部材の前記開口部と連通し、円筒状の内側面を有する中央室と、
   前記中央室よりも下流側に形成され、円筒状の内側面を有し、内部で燃料を旋回させて
   旋回力を付与するスワール付与室と、
   前記スワール付与室の底部に円筒状に形成され外部に貫通する噴射孔と、
   前記スワール付与室の接線方向に向かって前記スワール付与室と接続するとともに、前記スワール付与室と前記中央室とを連通する連通路と、
   を備えた燃料噴射弁において、
   前記スワール付与室内で燃料が旋回する方向に対して径方向外側の前記連通路の側面を第１側面とし、前記スワール付与室内で燃料が旋回する方向に対して径方向内側の前記連通路の側面を第２側面としたときに、前記第1側面側の前記連通路を深溝部とし、前記第2側面側の前記連通路を浅溝部とし、前記深溝部の深さを前記浅溝部の深さよりも深くなるように形成し、
   前記スワール付与室は、前記連通路の前記深溝部および前記浅溝部と連続して接続し、前記スワール付与室の側壁に沿って形成した旋回溝を有し、
   前記旋回溝の深さを、前記スワール付与室の奥に進むに従って徐々に浅くなるように形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記深溝部を、前記スワール付与室に向かって徐々に浅くなるように形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記浅溝部を、前記深溝部に向かって徐々に深くなるよう形成したことを特徴とする燃料噴射弁。

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