| 【発明の名称】 |
燃料噴射弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】小泉 將弘
【氏名】高久 靖紀
【氏名】武田 啓壮
【氏名】小関 優紀夫
【氏名】杉本 知士郎
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| 【要約】 |
【課題】広噴霧角化を図りつつ噴霧が吸排気バルブや点火プラグと干渉することを防止するとともに、スワール流の旋回力の減衰を抑制すること。
【解決手段】高圧燃料のスワール流を噴孔２０から噴射する燃料噴射弁１において、噴孔２０は、燃料入口部２１と燃料出口部２２とからなる。燃料入口部２１は、円筒孔により構成される。燃料出口部２２は、その入口周縁が円筒孔２１の出口周縁に連続し、かつ、この燃料出口部２２の入口から出口に向かって拡径してゆく断面楕円形状の面取り部により構成される。面取り部２２の深さは、燃料入口部２１の径の１／４倍から２倍に設定されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 高圧燃料のスワール流を噴孔から噴射する燃料噴射弁において、前記噴孔は、燃料入口部と燃料出口部とからなり、前記燃料入口部は、円筒孔により構成され、前記燃料出口部は、その入口周縁が前記円筒孔の出口周縁に連続し、かつ、この燃料出口部の入口から出口に向かって拡径してゆく断面楕円形状の面取り部により構成されることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】 請求項１において、前記面取り部の深さは、前記燃料入口部の径の１／４倍から２倍に設定されていることを特徴とする燃料噴射弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高圧燃料のスワール流を噴孔から噴射する燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、内燃機関の燃焼室に高圧燃料を直接噴射するタイプの燃料噴射弁として、噴霧の微粒化及び広噴霧角化を図るために、高圧燃料にスワール流（旋回流又は渦流）を付与して噴孔から噴射する燃料噴射弁が知られている（例えば、特開平８−１５８９８９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の燃料噴射弁において、さらなる広噴霧角化を図るべく、噴孔の出口部に噴射方向に向けて拡径させた傾斜面を形成したところ、燃料噴射弁の搭載位置の制約から、吸排気バルブや点火プラグに噴霧が干渉することが判明した。
【０００４】そして、その原因を追求したところ、噴孔が円筒形状をしており、この噴孔から噴射された噴霧の、噴射方向に垂直な断面が真円形状となることに起因して上記の不具合が生じることを見出した。そして、この不具合を解消するため噴孔形状を全長にわたって扁平形状とすることによって、噴孔内でのスワール流の旋回力が減衰されてしまう不具合が生じる。
【０００５】本発明は、上記の知見に基づき、簡単な構成によって上記不具合を解消することができる燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料噴射弁は、高圧燃料のスワール流を噴孔から噴射する燃料噴射弁において、前記噴孔は、燃料入口部と燃料出口部とからなり、前記燃料入口部は、円筒孔により構成され、前記燃料出口部は、その入口周縁が前記円筒孔の出口周縁に連続し、かつ、この燃料出口部の入口から出口に向かって拡径してゆく断面楕円形状の面取り部により構成されることを特徴とする。
【０００７】本発明の燃料噴射弁において、高圧燃料のスワール流は、噴孔の円筒孔の周面、面取り部の周面に沿って連続的に旋回しながら内燃機関の燃焼室に噴霧となって噴射される。このとき、噴孔から噴射された噴霧の、噴射方向に垂直な断面は、上記のような燃料出口部の面取り部によって楕円形状となる。
【０００８】したがって、噴霧の楕円形状断面の短径側に吸排気バルブや点火プラグを配置させることにより、広噴霧角化を図りつつ噴霧が吸排気バルブや点火プラグと干渉することを防止することができるとともに、スワール流の旋回力の減衰が抑制される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】図１は、一実施形態に係る燃料噴射弁の断面図、図２は、図１に示すスワーラの断面図、図３は、図１に示すＡ部の拡大底面図、図４は、上記Ａ部の正面拡大図、図５は、上記Ａ部の側面拡大図、図６は、噴霧の断面形状を示す図、図７は、噴霧広角の正面図、図８は、同噴霧広角の側面図、図９は、加工角と噴霧広角との関係を表したグラフを示す。
【００１１】図１において、燃料噴射弁１は、ガソリンエンジンに使用される筒内噴射式（直噴式）のものであり、弁体にボール２が用いられているものである。
【００１２】この燃料噴射弁１は、コア３、燃料コネクタ４、ストレーナ５、電気コネクタ６、ハウジング７、ボディー８、バルブシート９、ノズルチップ１０、スワーラ１１、ボビン１２、ソレノイドコイル１３、スプリングピン１４、スペーサ１５、アーマチュア１６、ロッド１７、ボール２、スプリング１８などから構成されている。
【００１３】コア３は、磁性体からなり、燃料通路となる円柱状中空部３ａを有する。
【００１４】燃料コネクタ４は、コア３の後端部（図１における上端部）により構成され、デリバリパイプ（図示せず）に接続される。
【００１５】ストレーナ５は、燃料コネクタ４の中空部に装着されている。
【００１６】電気コネクタ６は、コア３の前後方向（図１の上下方向）の中間部外周面に装着されている。電気コネクタ６は、外部に突出したターミナルピン６ａを有している。
【００１７】ハウジング７は、パイプ形状の磁性体からなり、コア３の前後方向の中間部外周面に固着されている。
【００１８】ボディー８は、パイプ形状の磁性体からなり、ハウジング７の前端部に固着されている。
【００１９】バルブシート９は、有底円筒状に形成されており、ボディー８の前端部に固着されている。バルブシート９の底部は、前方に向かって縮径したシート面（燃料孔）９ａを有している。
【００２０】スワーラ１１は、バルブシート９の底に固着されている。スワーラ１１の前端部は、図２に示すように、リング状のスワール室１１ａと、燃料導入室１９から延び、スワール室１１ａの接線方向からスワール室１１ａに接続される複数のスワール孔１１ｂとを有している。
【００２１】ノズルチップ１０は、バルブシート９のシート面９ａの前端周縁に連続した噴孔２０を有しており、バルブシート９の前面に溶接されている。
【００２２】噴孔２０は、図３乃至図５に示すように構成されている。図３乃至図５に示すように、噴孔２０は、燃料入口部２１と燃料出口部２２とからなる。燃料入口部２１は、燃料出口部２２と比べ噴射方向の長さが相対的に長い。また、燃料入口部２１は、円筒孔により構成され、この円筒孔２１の入口周縁は、シート面９ａの出口周縁に連続している。一方、燃料出口部２２は、燃料入口部２１と比べ噴射方向の長さが相対的に短い。また、燃料出口部２２は、その入口周縁が円筒孔２１の出口周縁に連続し、かつ、この燃料出口部２２の入口から出口に向かって拡径してゆく断面楕円状の面取り部により構成される。なお、面取り部２２の加工方法としては、楕円形状のポンチ、エンドミルによる切削、レーザ加工、放電加工、ワイヤーカット加工、ＭＩＭ成形等を挙げることができる。
【００２３】ボビン１２は、合成樹脂製であり、コア３の前端部外周面に配されている。
【００２４】ソレノイドコイル１３は、ボビン１２に巻かれており、ハウジング７によって覆われている。ソレノイドコイル１３は、リード線１３ａを介して電気コネクタ６のターミナルピン６ａと電気的に接続されている。
【００２５】スプリングピン１４は、コア３の中空部３ａの中間位置に圧入されている。
【００２６】スペーサ１５は、Ｃ字平板状に形成されており、バルブシート９の後端面とボディー８の段差面との間に固定されている。スペーサ１５は、ボール２のストローク量を調整する作用をするものである。
【００２７】アーマチュア１６は、スペーサ１５の後面とコア３の前面とボディー８の内周面とで形成される空間に、前後方向へ移動可能に収容されている。アーマチュア１６は、燃料通路を有している。
【００２８】ロッド１７は、アーマチュア１６の前端部に固着されている。ロッド１７の膨出部１７ａの後面は、ソレノイドコイル１３への通電時にスペーサ１５の前面と当接し、ロッド１７の後退を規制するストッパー部として機能する。
【００２９】ボール２は、ロッド１７の前端部に固着されている。
【００３０】スプリング１８は、スプリングピン１４の前端面とアーマチュア１６の後端面との間に配されている。スプリング１８は、アーマチュア１６に対し常時前進方向（閉弁方向）の付勢力を加えている。
【００３１】次に、上記のように構成された燃料噴射弁１の作動を説明する。
【００３２】燃料噴射弁１は、ソレノイドコイル１３への通電の有無によって開閉する。
【００３３】ソレノイドコイル１３への通電が無いとき、アーマチュア１６は、スプリング１８によって閉弁方向の付勢力を受けて前進位置にあり、ボール２は、バルブシート９のシート面９ａに圧接され、燃料噴射弁１は閉弁状態とされる。
【００３４】一方、ソレノイドコイル１３への通電が有るとき、アーマチュア１６は、ソレノイドコイル１３が発生した磁力によって開弁方向の付勢力を受けており、この開弁方向の付勢力がスプリング１８による閉弁方向の付勢力よりも大きいため、アーマチュア１６は後退位置にあり、ボール２はシート面９ａから離れ、燃料噴射弁１は開弁状態とされる。
【００３５】この開弁時、燃料導入室１９の高圧燃料は、スワール孔１１ｂを通ってスワール室１１ａに流入することによってスワール流となり、シート面９ａ、円筒孔２１の周面及び面取り部２２の周面に沿って旋回しながらガソリンエンジンの燃焼室（図示せず）に噴霧となって噴射される。
【００３６】ここで、噴孔２０の燃料出口部２２は、上述したように断面楕円形状の面取り部２２により構成されている。このため、噴孔２０から噴射された噴霧の、噴射方向に垂直な断面は、図６に示すような楕円形状となる。また、噴霧の楕円形断面の長径を含む断面における噴霧広角（正面角）θａは、図７に示すように大きく、一方、短径を含む断面における噴霧広角（側面角）θｂは、図８に示すように小さい。ここで、正面角θａと側面角θｂは、例えば、面取り部２２を断面真円形状にしたときの噴霧広角をθとすると、２θ≒θａ＋θｂの関係式を満足するように設定する。そして、正面角θａ及び側面角θｂは、面取り部２２の長径側の加工角θfa及び短径側の加工角θfbの適合によって任意の角度を得ることができる。例えば、図９には、短径側の加工角θfbを０°〜２°の一定値、加工深さｈを０．７６ｍｍ、噴射流量Ｑを８００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（噴孔径Ｄ＝φ０．６７）に設定したときの長径側の加工角θfaと噴霧広角θａ、θｂとの関係を示す。このグラフから、加工角θfa（１４°〜２８°）に応じて正面角θａ及び側面角θｂが変化することが分かる。
【００３７】したがって、噴霧の楕円形状断面の短径側（側面角側）に吸排気バルブ（図示せず）や点火プラグ（図示せず）を配置させることにより、広噴霧角化を図りつつ、噴霧が吸排気バルブや点火プラグと干渉することを防止することができる。また、面取り部２２の深さｈが、燃料入口部２１の径Ｄに対してＤ／４〜２Ｄに設定されている。これは、常に噴霧の楕円形状が確保されることになり、ｈ値がＤ／４未満では、噴霧が真円形状に近づき、また、ｈ値が２Ｄを超えると、噴霧が扁平形状になる（図９の特性が得られない）。また、燃料出口部２２内でのスワール流は、比較的浅い楕円状の面取り部を通過することによって、付加された旋回力の減衰が抑制される。
【００３８】なお、上記実施形態ではノズルチップ１０の噴孔２０に面取り部２２を設けたが、ノズルチップ１０を取り除き、バルブシート９に上記噴孔２０と同様な噴孔を設けてこの噴孔に上記面取り部２２と同様な面取り部を設ける構成としてもよく、この場合にも、上述した作用効果と同様な作用効果を奏することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】本発明の燃料噴射弁によると、噴孔を、円筒孔からなる燃料入口部と面取り部からなる燃料出口部とから構成し、面取り部を、その入口周縁が円筒孔の出口周縁に連続し、かつ、面取り部の入口から出口に向かって拡径してゆく断面楕円形状を有する構成としたため、高圧燃料のスワール流は、噴孔の円筒孔の周面、面取り部の周面に沿って連続的に旋回しながら内燃機関の燃焼室に噴霧となって噴射され、このとき、噴孔から噴射された噴霧の、噴射方向に垂直な断面は、上記のような燃料出口部の面取り部によって楕円形状となる。
【００４０】したがって、噴霧の楕円形状断面の短径側に吸排気バルブや点火プラグを配置させることにより、広噴霧角化を図りつつ噴霧が吸排気バルブや点火プラグと干渉することを防止することができる。
【００４１】また、面取り部の深さを燃料入口部の径の１／４倍から２倍に設定することにより、常に噴霧の楕円形状が確保できるとともにスワール流の旋回力の減衰が抑制できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１１６５７４
【氏名又は名称】愛三工業株式会社
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月２７日（２０００．１．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７６４７３
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 昭夫 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２１４８３７（Ｐ２００１−２１４８３７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年８月１０日（２００１．８．１０） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１９２５２（Ｐ２０００−１９２５２） |
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