JP2004100500A - 燃料噴射弁およびそれを搭載した内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射孔近傍で効果的に微粒化性能を向上させた燃料噴射弁と内燃機関を提供する。
【解決手段】燃料通路内にあるプレート部材１１１の面上の各噴射孔１０７間に、各噴射孔１０７の周方向に沿う様に溝２０１を設置して、溝２０１がある場所で越流５０２を作り、さらに噴射孔１０７内で縮流部６０２を形成して、噴射孔出口部での最大流速を大きくする効果により、微粒化性能をよくする。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に係り、微粒化に優れた燃料噴霧を形成する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体通路を形成する内壁面に弁座を設けたバルブボディと、当接部が弁座から離座ならびに弁座に着座することによって流体通路を開閉する弁部材と、弁部材よりも流体下流側のバルブボディに取り付けられ、板厚方向に貫通するオリフィスを有するオリフィスプレートとを備え、オリフィスプレートの弁部材との対向面に弁部材の先端面とバルブボディの内壁面とで略円板状の流体室を形成し、当接部と弁座との開口部からオリフィスに至る流体流れを乱す障害物を設けた燃料噴射弁が知られている（特許文献１参照）。
この特許文献１には、流体流れを乱す障害物として、当接部と弁座との開口部よりも流体下流側の弁部材先端面又はオリフィスプレートの弁部材との対向面の少なくともいずれか一方に設けた微細凹凸が記載されている。
【特許文献１】
特開平１０−４３６４０号公報（第２頁、図１及び図３）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、燃料が噴射孔に到達する前に擾乱を発生させ、噴霧粒径を小さくしている。しかし、効果的な燃料消費量の低減、および燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量の低減のため、さらに微粒化を促進する必要がある。
【０００４】
本発明の目的は、微粒化性能を向上できるようにした燃料噴射弁と、微粒化を向上した燃料噴霧により、燃料消費量の低減或いは燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量の低減を図った内燃機関を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、噴射孔近傍で環状溝を含む各種溝を設置して、溝を越流した流れが噴射孔内で縮流する効果により噴射流速を大きくして、微粒化性能を向上する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の最良の実施形態について図１〜図１２を参照しながら説明する。以下の説明において、弁体の軸線を含み、かつその軸線に平行な面を縦断面と呼ぶことにする。
【０００７】
図１は、燃料噴射弁の一実施例である通常時閉型の電磁式燃料噴射弁の構造を示す縦断面図である。（但し、本実施例の効果は電磁式燃料噴射弁に限定されるものではない。）図１の燃料噴射弁は、電磁コイル１０９を取り囲む磁性体のヨーク１０５と、電磁コイル１０９の中心に位置し一端がヨーク１０５と接触したコア１０６と、前記電磁コイル１０９が励磁されると所定量リフトする弁体１０２と、弁体１０２に対接するシート面１１０と、弁体１０２とシート面１１０の隙間を通って流れる燃料を噴射する燃料噴射室１０１、および燃料噴射室１０１の下に複数の噴射孔１０７を有するプレート部材１１１を備えている。
【０００８】
コア１０６の中心には、弁体１０２をシート面１１０に押圧する弾性部材としてのスプリング１０８が備えてある。コイル１０９に通電されていない状態においては、弁体１０２とシート面１１０とが密着している。燃料は図示しない燃料ポンプによって圧力を付与された状態で燃料供給口より供給され、弁体１０２とシート面１１０の密着位置まで燃料噴射弁の燃料通路１０４は燃料で満たされている。コイル１０９に通電され、磁力によって弁体１０２が変位してシート面１１０から離れると、燃料は燃料噴射室１０１で軸中心付近に集約されたのち、プレート部材１１１に沿って外周方向に放射流状に流れて、複数の噴射孔１０７よりエンジンの吸気ポート等に向けて噴射される構造になっている。
【０００９】
図２はノズル部の縦断面図である。本実施例の特徴は、図３に示すように燃料通路内にあるプレート部材１１１の面上の各噴射孔１０７間に、各噴射孔１０７の周方向に沿う様に溝２０１を形成していることである。この場合、溝２０１は各噴射孔１０７間に設置するので、必然的に噴射孔１０７に近傍に形成されることになる。また溝２０１は図３に示した環状溝以外にも、図４に示すように各噴射孔の周方向に沿う様に、噴射孔周方向長さと噴射孔径方向長さの比が１以上の不連続な溝４０１でも構わないが、越流を効果的に発生するためには、周方向長さが径方向長さよりも長い方が好ましく、環状溝の方がより好ましい。
【００１０】
また図３に示すように、隣接する噴射孔１０７の間（溝２０１の外側）には平坦部（平面部）２０３が形成されている。この平坦部の隣接する噴射孔１０７間（溝２０１の外側）における距離（間隔）Ｌは、溝２０１の内縁と噴射孔１０７の外縁との距離（間隔）ｌよりも大きい（長い）。言い換えれば、間隔ｌは距離Ｌよりも短くなるように、溝２０１を噴射孔１０７に近接させて配置している。平坦部（平面部）２０３は後述する越流発生の効果を高めることができる。
【００１１】
本実施例の作用と効果を、図５から７を用いて説明する。上述のような溝を形成することで、図５に示すように外周方向からきた燃料５０１が溝２０１がある場所で溝内にもぐり込み、越流５０２を形成して各噴射孔１０７に流れ込んで行く。その後、図６に示すように越流５０２を形成した流れの効果により、燃料流れ６０１は、噴射孔１０７の直径よりも若干小さい縮流部６０２を形成して、噴射孔１０７から噴射されていく。図７に噴射孔出口部での流速分布を示す。溝２０１を設置した場合、越流５０２および縮流部６０２を形成するため、噴射孔出口部での流速分布７０２が、溝２０１がない場合の流速分布７０１に比べて、最大流速が大きくなり増速していることがわかる。この増速の効果により、燃料と空気の気液界面６０４での乱れが促進され、渦６０３が多数形成され噴霧粒子６０５の粒径を小さくすることができる。
【００１２】
図８に噴射孔１０７のまわりに形成した溝２０１の形状について示す。（Ａ）は矩形溝８０１を形成した場合を、（Ｂ）はＶ字溝８０２を形成した場合を、（Ｃ）は噴射孔に近い側の溝内壁の傾斜角が遠い側の傾斜角に比べて大きい場合８０３を、それぞれ示している。（Ａ）から（Ｃ）に示した溝形状はいずれも基本的には越流５０２を形成することができる。その中で特に（Ｃ）はより大きな越流５０２を形成することができる。なお、（Ｂ）および（Ｃ）の溝の底部形状は鋭角でなく、曲率があっても構わない。
【００１３】
上記のことより本実施例の燃料噴射弁は、溝２０１がある場所で越流５０２を作り、さらに噴射孔１０７内で縮流部６０２を形成して、噴射孔出口部での最大流速を大きくする効果により、燃料と空気の気液界面６０４での乱れを促進し、微粒化性能をよくすることができる。
【００１４】
図９から１１は、本発明の燃料噴射弁のプレート部材１１１よりも上流の構造をそれぞれ、放射流型、衝突流型、フラット弁型にした実施例のノズル部の縦断面図を示している。
【００１５】
図９の放射流型では弁体１０２とシート面１１０の隙間を通って流れる燃料を一度縮流する燃料縮流部９０１があり、この燃料縮流部９０１の下に燃料を外周方向に流す燃料外周放射室９０２、および燃料外周放射室９０２の下に複数の噴射孔１０７を有するプレート部材１１１を備えているのが特徴である。
【００１６】
図１０の衝突流型はプレート部材１１１の各噴射孔１０７を介して外部に噴射される燃料が互いに衝突点１００１で衝突させてから噴霧方向を２方向にわけていることが特徴である。
【００１７】
図１１のフラット弁型は弁体１１０１が前述の図２および図１０に示したボール弁型ではなくフラット型にしており、さらに弁体１１０１が上下して燃料をシートするシート面１１０２が弁体１１０１とプレート部材１１１の間にあるのが特徴である。
【００１８】
放射流型、衝突流型、フラット弁型のいずれの型も図２に示した燃料噴射弁と比較して同等あるいはそれ以上の微粒化性能を出すことが可能である。
【００１９】
図１２は、図１に示した本発明にかかる燃料噴射弁１２０１を、内燃機関に搭載した一例を示すものである。燃料噴射弁は前記実施例に示したものと同様の電磁式燃料噴射弁を用いているので、その構成要素の説明は省略する。図１２に示した内燃機関は、シリンダヘッド１２０２、吸気弁１２０３、燃料と空気との混合気に点火する点火プラグ１２０４、ピストン１２０５、シリンダ１２０６、排気弁１２０７、シリンダ１２０６内に空気を導入する吸気ポート１２０８、燃焼ガスをシリンダ１２０６内から排気する排気ポート１２０９から構成されている。また、燃料噴射弁１２０１には、噴射弁を駆動するための電流を供給するためのコネクタ１２１０が設置されている。
【００２０】
なお、図１２において、吸気弁１２０３は閉弁した状態で示してある。しかしながら、実際には、燃料噴射弁１２０１から燃焼室１２１１に対して燃料が噴霧状に噴射される際、吸気弁１２０３は開弁している。ここで、燃料噴射弁１２０１の噴射開始時期は、吸気弁１２０３が実際に開弁しているタイミングでも良いが、燃料の飛行時間を考慮して吸気弁１２０３が実際に開弁を開始する前でも良い。この場合噴射開始時の燃料は吸気弁１２０３が実際開弁するタイミングで吸気弁１２０３に到達するよう飛行時間が設定される。更に、許容できる範囲内であれば、噴射開始時の燃料が吸気弁１２０３が実際に開弁を開始する前に吸気弁１２０３に到達するように噴射開始時期を設定することもできる。
【００２１】
上記実施例では、電磁式燃料噴射弁について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本実施例と同等の作用効果が得られる範囲で、電磁式以外の燃料噴射弁に汎用的にも適用されるものである。
【００２２】
上記の各実施例によれば、噴射孔の近傍に微粒化のための手段が構成されるため、効果的な微粒化が可能である。
【００２３】
上記のことより本発明の燃料噴射弁を備えた実施例の内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の微粒化性能が優れているため、燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量を低減できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、溝がある場所で越流を作り、さらに噴射孔内で縮流部を形成して、噴射孔出口部での最大流速を大きくする効果により、燃料と空気の気液界面での乱れを促進し、微粒化性能をよくすることができる。これによって内燃機関では、燃料噴霧の微粒化性能が優れているため、燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料噴射弁の縦断面図である。
【図２】本発明の燃料噴射弁における実施例のノズル部の縦断面図である。
【図３】本発明の燃料噴射弁における実施例のプレート部材の噴射孔入口側から見た平面図である。
【図４】本発明の燃料噴射弁における別の実施例のプレート部材の噴射孔入口側から見た平面図である。
【図５】本発明の燃料噴射弁における実施例の噴射孔入口部付近に設置した環状溝周辺での越流の様子を示した図である。
【図６】越流による増速および渦流れによる微粒化促進の様子を示した図である。
【図７】本発明の燃料噴射弁における実施例の噴射孔出口部の流速分布を示した図である。
【図８】本発明の燃料噴射弁における実施例の溝の形状を示した図である。
【図９】本発明の燃料噴射弁のプレート部材よりも上流の構造を放射流型にした実施例のノズル部の縦断面図である。
【図１０】本発明の燃料噴射弁のプレート部材よりも上流の構造を衝突流型にした実施例のノズル部の縦断面図である。
【図１１】本発明の燃料噴射弁のプレート部材よりも上流の構造をフラット弁型にした実施例のノズル部の縦断面図である。
【図１２】本発明の燃料噴射弁を内燃機関に搭載した実施例の部分断面図である。
【符号の説明】
１０１…燃料噴射室、１０２…弁体、１０３…ノズル部、１０４…燃料通路、１０５…ヨーク、１０６…コア、１０７…噴射孔、１０８…スプリング、１０９…コイル、１１０…シート面、１１１…プレート部材、２０１…溝、２０２…噴霧、３０１…噴射方向、３０２…噴射方向、４０１…溝、５０１…燃料の流速ベクトル、５０２…越流、６０１…燃料流れ、６０２…縮流部、６０３…渦、６０４…気液界面、６０５…噴霧粒子、７０１…溝がない場合の燃料の流速分布、７０２…溝がある場合の燃料の流速分布、８０１…矩形溝、８０２…Ｖ字溝、８０３…噴射孔に近い側の溝内壁の傾斜角が遠い側の傾斜角に比べて大きい場合、９０１…燃料縮流部、９０２…燃料外周放射室、１００１…噴霧衝突点、１１０１…弁体、１１０２…シート面、１２０１…燃料噴射弁、１２０２…シリンダヘッド、１２０３…吸気弁、１２０４…点火プラグ、１２０５…ピストン、１２０６…シリンダ、１２０７…排気弁、１２０８…吸気ポート、１２０９…排気ポート、１２１０…コネクタ、１２１１…燃焼室。

Claims (6)

1. 板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、前記燃料通路内にある前記プレート部材面上の各噴射孔間に、平坦部と、各噴射孔の周方向に沿う様に形成した溝とを設け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、噴射孔の周囲に形成した溝と前記噴射孔との間隔は、噴射孔間に形成した前記平坦部の長さよりも小さいことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１に記載した燃料噴射弁において、前記プレート部材面上の各噴射孔間に設置した溝が環状になるように加工したことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項１に記載した燃料噴射弁において、前記プレート部材面上の各噴射孔間に設置した溝の鉛直断面がＶ字形状になるように加工したことを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項４に記載した燃料噴射弁において、前記プレート部材面上の各噴射孔間に設置したＶ字形状溝の噴射孔に近い側の溝内壁の傾斜角が、噴射孔に遠い側の溝内壁の傾斜角に比べて大きくなるように加工したことを特徴とする燃料噴射弁。
6. シリンダと、このシリンダの中で往復運動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを備えた内燃機関において、前記燃料噴射弁として、板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを有し、前記燃料通路内にある前記プレート部材面上の各噴射孔間に、平坦部と、各噴射孔の周方向に沿う溝とを形成した燃料噴射弁を備えたことを特徴とする内燃機関。

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