JP2013096237A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁先端下部の付着燃料を噴霧粒径を悪化させることなく、噴射方向へ飛ばし、付着燃料の滴下に起因する排ガスの悪化およびエンジン制御性の悪化を防止する。
【解決手段】複数の噴孔を有しこの噴孔から燃料を吸気管内に噴射する噴孔プレートを、燃料通路の出口側に配設した燃料噴射弁において、噴孔の燃料出口周縁部に沿って、噴孔から垂れ下がってきた滴下燃料を溜める窪み部を設けると共に、噴孔の中心を通る鉛直線の下方位置の窪み部に、噴孔に向かって隆起させ燃料噴射による負圧を発生する凸部を設けたものである。
【選択図】図３

Description

この発明は、主に内燃機関の燃料供給系に使用される電磁式の燃料噴射弁に関するものである。

燃料噴射弁は、その内部に通電して発生する磁気力（磁気吸引力）により、可動弁が吸引されて弁座から離れ、燃料が噴射される。燃料噴射弁を内燃機関に用いる場合、吸気管等に取り付けて燃料噴射することが知られている。この種の燃料噴射弁は、近年、内燃機関の性能向上、排出ガス清浄化の要求から、特に燃料の気化促進のため、噴射される燃料噴霧を微粒化させる必要があるが、燃料噴射弁の先端に付着する燃料が内燃機関の性能や排出ガスに与える影響については十分な配慮がなされていない。

具体的には、燃料噴射弁は、エンジンへ搭載された状態では燃料噴射弁の先端部は鉛直下向きではなく、斜め下を向いている場合がほとんどであり（図２）、上記先端部の鉛直方向最下端部には、燃料噴射のたびに噴孔部から垂れてくる燃料が重力の影響により溜まり易い状態となっている（図７）。この付着燃料が大きな液滴となって滴下すると、排ガスの悪化やエンジン制御性の悪化を引き起こす問題点がある。これに対して特許文献１及び２では付着燃料の滴下を防止する技術が記載されている。

特許文献１では、カップ状に形成され弁ボディに全周接合されるとともに、噴孔を有する底部、及び底部の周縁から立設され弁ボディの側壁部に圧入される円筒部を有する噴孔プレート２８と、噴孔プレートの燃料噴射下流側に向かって開口する開口部を有する樹脂円環状部、及び樹脂円環状部の周縁から立設され弁ボディの側壁部に圧入される樹脂円筒部を有する樹脂製のスリーブとを備えた燃料噴射弁を提案している。そして、スリーブの凸部６３には、孔６４が形成されており、噴孔２８ａから噴射する燃料によって負圧を発生させ、付着燃料７０を孔６４を介して凸部６３の内周側へ吸引するようになっている。また、スリーブに突起を設け、かつ噴孔プレートにこの突起が係合する切り欠き溝を設けて互いに嵌合する構成としている（図８）。

特許文献２では、ジャケットを噴孔プレートよりも下流側へ延長し、この延長部分の、燃料噴射弁を内燃機関に取り付けた際の鉛直方向下部に、上記噴孔プレートに交差する向きに導通孔を設けており、噴孔から噴射される燃料により噴孔プレート近傍下流側に負圧が生じ、この負圧を利用して上記導通孔からの吸入により付着燃料が効率的に上方へ誘導される構成としている。

また特許文献３、４、５記載の形状では、図１０のように各噴孔８Ｈの出口下流側に窪み部１３を設けており、それぞれの特許文献では効果として記載されていないが、燃料噴射弁の搭載角度によっては、燃料噴射のたびに噴孔８Ｈから垂れてくる付着燃料１０を窪み部１３に溜めることができる構成としている。

特開２００３−２０６８２６号公報 特開２０１１−８５０２１号公報 特開２００４−１３７９３１号公報 特開２００１−２１４８３９号公報 特開平１−１１６２８０号公報

上記特許文献１及び２記載の技術は、噴孔出口から噴射される燃料に引っ張られるかたちで噴孔プレート出口側端面付近に発生する負圧により、上記先端部の鉛直方向最下端部に溜まった上記付着燃料を噴孔プレート出口側端面へ吸い上げて、噴射のたびに上記付着燃料を噴孔から噴射される燃料と一緒に噴射方向へ飛ばす技術である。これにより上記付着燃料が溢れて大きな液滴となって滴下することを防止しているが、図８のように鉛直方向下側の噴孔が液没した状態となるため、噴射開始時に噴孔出口を覆っている上記付着燃料が噴射方向に飛ばされるため、図９のように噴射開始直後の粒径が悪化する問題点があった。

また上記特許文献３、４、５記載の技術においても、図１０のように噴孔出口が液没した状態となるため、噴射開始時に噴孔出口を覆っている上記付着燃料が噴射方向に飛ばされるため、噴射開始直後の粒径が悪化する問題点があった。

この発明は、上述した諸問題を解決するためになされたものであり、燃料噴射弁先端下部への付着燃料を噴霧粒径を悪化させることなく、噴射方向へ飛ばし、付着燃料の滴下に起因する排ガスの悪化及びエンジン制御性の悪化を防止することを目的とするものである。

この発明に係わる燃料噴射弁は、複数の噴孔を有しこの噴孔から燃料を吸気管内に噴射する噴孔プレートを、燃料通路の出口側に配設した燃料噴射弁において、
上記燃料噴射弁の先端部は斜め下を向くような取付角でエンジンに搭載され、上記噴孔の燃料出口周縁部に沿って、上記噴孔から垂れ下がってきた滴下燃料を溜めるため噴孔出口径より大きな開口径を有する窪み部を設けると共に、上記噴孔出口の中心を通る鉛直線の下方位置の上記窪み部に、上記噴孔に向かって隆起させ、噴孔出口部に近づけたことにより燃料噴射による負圧を発生する凸部を設けたものである。

この発明の燃料噴射弁によれば、燃料が噴孔出口両側の窪み部に溜まるため、付着燃料によって噴孔出口が液没することはない。これにより、噴孔出口から噴射される燃料に引っ張られるかたちで噴孔出口付近の凸部に発生する負圧により、噴孔出口両側の窪み部に溜まった付着燃料を吸い上げて、噴孔から噴射される燃料と一緒に噴射方向へ飛ばすため、付着燃料が溢れて大きな液滴となって滴下することを防止でき、滴下による排ガスの悪化やエンジン制御性の悪化を防止することができる。また付着燃料によって噴孔出口が液没することがないため、噴射開始直後の粒径が悪化することもない等の効果がある。

この発明の実施の形態１における燃料噴射弁を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における燃料噴射弁を内燃機関に取り付けた状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における燃料噴射弁の先端部を示す図で、（ａ）は下から見た図、（ｂ）は（ａ）のIII―III線の拡大断面図である。 この発明の実施の形態２における燃料噴射弁の先端部を下方から見た図である。 この発明の実施の形態３における燃料噴射弁の先端部を下から見た図である。 この発明の実施の形態７における燃料噴射弁の先端部を示す拡大断面図である。 従来の燃料噴射弁において燃料噴射弁の先端部に付着燃料が溜まった様子を示した断面図で、（ａ）は下方から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の側断面図である。 特許文献１に記載された燃料噴射弁において、噴孔出口が液没した様子を示した説明図である。 時間ごとの平均噴霧粒径を示したグラフである。 特許文献３、４、５に記載された燃料噴射弁において、噴孔出口が液没した様子を示した説明図である。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
まず、図１を用いて燃料噴射弁１の開閉動作について説明する。

内燃機関の制御装置より燃料噴射弁１の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁１のコイル２に電流が流れ、アマチュア３、コア４、ハウジング５で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア３はコア４側へ吸引される。これによって、アマチュア３に固着されたボール弁６がパイプ状の金属製ジャケット１１に支持される弁ボディ７の弁座７Ｓから離れて隙間が形成され、燃料は上記隙間を通って、弁ボディ７の先端部に形成された燃料通路の出口７Ｈ（図６）に配設された噴孔プレート８の複数の噴孔８Ｈから内燃機関の吸気管内に噴射される。

次に内燃機関の制御装置より燃料噴射弁１の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル２の通電が停止し、磁気回路中の磁束が減少してアマチュア３を閉弁方向に押している圧縮ばね９により、ボール弁６と弁座７Ｓ間の隙間が閉じ、燃料噴射が終了する。

図２は、燃料噴射弁１を内燃機関の吸気管に取り付けた状態の断面図であり、図示の如く、燃料噴射弁１は吸気管の吸気管壁１２に設けられた穴に挿入されて取り付けられ、燃料噴射弁１の先端部が斜め下を向くような取付角でエンジンに搭載される。

次に、実施の形態１を説明する前に図７、図８によって従来の燃料噴射弁の噴孔８Ｈ、２８ａが液没する状態を説明する。
図７は、従来の燃料噴射弁において燃料噴射弁の先端部に付着燃料が溜まった様子を示した断面図であるが、従来の燃料噴射弁では、この状態で燃料噴射弁１の先端部には、燃料噴射のたびに噴孔部から垂れてくる付着燃料１０が鉛直方向下部に溜まり、例えば図８のように鉛直方向下側の噴孔２８ａが液没した状態となり、この付着燃料７０が大きな液滴となって滴下し、内燃機関のシリンダ内に供給されると、燃焼悪化による排ガスの悪化やエンジン制御性の悪化を引き起こす問題点があった。

そこで、この実施の形態１では、図３に示すように各噴孔８Ｈの出口側（以下「下流側」という）の周縁部に沿って噴孔８Ｈの出口径より大きい開口径を有する窪み部１３を設け、この窪み部１３の内周面１３Ｉにおいて、噴孔８Ｈの出口部に対して鉛直方向で下側の一部が噴孔出口部に近づくように変形、すなわち噴孔に向かって隆起させた凸部１３Ｄを形成している。
これにより、噴孔出口から噴射される燃料に引っ張られるかたちで噴孔出口付近に発生する負圧により、噴孔８Ｈから垂れ下がり、凸部１３Ｄの両側の窪み部１３に溜まった付着燃料（滴下燃料）１０を吸い上げて、噴孔８Ｈから噴射される燃料と一緒に噴射方向へ飛ばすことができるため、付着燃料が溢れて大きな液滴となって滴下することを防止できる。また付着燃料は、凸部１３Ｄの両側窪み部１３に溜まることで噴孔出口が液没することがないため、噴射開始直後の粒径が悪化することもない。

以上のようにこの実施の形態１における燃料噴射弁１では、噴射開始直後の粒径が悪化することなく、付着燃料の滴下を防止することができる。

実施の形態２．
以下、実施の形態２〜８について説明するが、実施の形態１と共通する部分は、説明を省略し差異を中心に説明する。
実施の形態１が、噴孔出口部に対して鉛直方向で下側の一部が噴孔出口部に近づくように凸部１３Ｄを形成したのに対して、実施の形態２では図４のように噴孔出口部に対して鉛直方向で上側にも噴孔出口に近づくように変形させ、隆起させた凸部１３Ｄ１を形成している。
これにより、噴孔出口部から噴射される燃料に引っ張られるかたちで噴孔出口付近に発生する負圧が実施の形態１より増大し、窪み部１３の両側に溜まった付着燃料１０を吸い上げる力を増大することができる。

また、１気筒あたり吸気バルブを２つ、燃料噴射弁を１本とした一般的なエンジンでは、１本の燃料噴射弁から左右２つの吸気バルブを狙って燃料を噴射することになるが、実施の形態１及び２において、噴孔出口部近く凸部１３Ｄ、１３Ｄ１は噴孔出口部に対して上下方向に設けているため、窪み部１３の内周面と燃料噴霧が干渉することはない。

実施の形態３．
実施の形態１または２の窪み部１３は、プレス成型により形成するものであるが、この窪み部１３を形成するには複雑な形状のパンチが必要となり、パンチの成形性及び剛性面で課題がある。これに対して、図５に示した実施の形態３では、円筒状の窪み部１３をプレス成型した後、この窪み部１３の周辺を鍛圧し円錐状の窪み８Ｄを形成することによって、凸部１３Ｄ、１３Ｄ１を形成するものである。したがって、実施の形態３による凸部１３Ｄ、１３Ｄ１は、実施の形態１または２の窪み部１３に比べ容易に形成することができ、低コスト化を可能としている。

実施の形態４．
実施の形態４は、図示しないが窪み部１３の内周面１３Ｉの面粗度を、窪み部１３の下流側端面８Ｅに対して粗くしたものである。これにより、表面積を拡大し、窪み部１３の下流側端面８Ｅに対して濡れ性を向上させている。また、付着燃料を窪み部１３からこぼれにくくし、付着燃料の滴下防止効果を増大することができる。

実施の形態５．
実施の形態５は、図示しないが窪み部１３の内周面１３Ｉのみにプラズマ処理やＵＶオゾン処理といった表面処理（親油性の処理）、または二酸化チタンコーティングのコーティング処理を施したものである。これにより、窪み部１３の下流側端面に対して濡れ性を向上させている。また、付着燃料を窪み部１３からこぼれにくくし、付着燃料の滴下防止効果を増大することができる。

実施の形態６．
実施の形態６は、図示しないが窪み部１３の下流側端面８Ｅのみに疎油性の処理またはコーティングを施したものである。これにより、窪み部１３の内周面に対して疎油性を向上させている。また、付着燃料を窪み部１３からこぼれにくくし、付着燃料の滴下防止効果を増大することができる。

実施の形態７．
実施の形態７では、図６に示すように、噴孔プレート（第１噴孔プレート８１）の下流側に接するようにこの噴孔プレートとは別の噴孔プレート（第２噴孔プレート８２）を設け、下流側の第２噴孔プレート８２に、凸部１３Ｄを有する窪み部１３をプレス抜き加工により成形している。これにより、噴孔プレート８（図３、図４）に窪み部１３をプレス鍛圧成型する場合と比べて、より深い窪みを形成することができるため、付着燃料の滴下防止効果を増大することができる。

また、第１噴孔プレート８１と下流側の第２噴孔プレート８２のように噴孔プレート８を別体とした方が、実施の形態４〜６に記載の部分的な表面処理やコーティングを実施しやすくなる効果がある。

実施の形態８．
実施の形態８では、第１噴孔プレート８１をステンレス製とし、下流側の第２噴孔プレート８２を樹脂製としている。ステンレスは疎油性に対して樹脂は親油性のため、付着燃料は噴孔を液没させることなく、窪み部１３を含む下流側の第２噴孔プレートにまとわり付くことがないため、付着燃料の滴下防止効果を増大することができる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 燃料噴射弁
２ コイル
３ アマチュア
４ コア
５ ハウジング
６ ボール弁
７ 弁ボディ
７Ｓ 弁座
８ 噴孔プレート
８１ 第１噴孔プレート
８２ 第２噴孔プレート
８Ｈ 噴孔
８Ｄ 円錐状の窪み
８Ｅ 下流側端面
９ 圧縮ばね
１０ 付着燃料
１１ 金属製ジャケット
１２ 吸気管壁
１３ 窪み部
１３Ｄ、１３Ｄ１ 凸部
１３Ｉ 窪み部の内周面。

Claims (8)

1. 複数の噴孔を有しこの噴孔から燃料を吸気管内に噴射する噴孔プレートを、燃料通路の出口側に配設した燃料噴射弁において、
   上記燃料噴射弁の先端部は斜め下を向くような取付角でエンジンに搭載され、上記噴孔の燃料出口周縁部に沿って、上記噴孔から垂れ下がってきた滴下燃料を溜めるため噴孔出口径より大きな開口径を有する窪み部を設けると共に、上記噴孔出口の中心を通る鉛直線の下方位置の上記窪み部に、上記噴孔に向かって隆起させ、噴孔出口部に近づけたことにより燃料噴射による負圧を発生する凸部を設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 上記凸部は、上記噴孔出口の中心を通る鉛直線の上方位置の上記窪み部に追加したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 上記凸部は、上記窪み部をプレス成型した後、上記窪み部周辺を鍛圧することにより形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 上記窪み部の内周面は、その面粗度を上記噴孔プレートの出口側端面に対して粗くしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
5. 上記窪み部の内周面に、親油性の処理またはコーティング処理を施したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
6. 上記噴孔プレートの出口側端面に、疎油性の処理またはコーティング処理を施したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
7. 上記噴孔プレートを第１噴孔プレートとし、その出口側に接するように第２噴孔プレートを設け、この第２噴孔プレートに上記窪み部と上記凸部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
8. 上記第１噴孔プレートは、ステンレスで構成し、出口側の上記第２プレートは樹脂で構成したことを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射弁。

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