JP4166792B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関に使用される燃料噴射装置に関するものである。

内燃機関、特に自動車用の内燃機関に要求される性能としては、燃料消費量の低減、排気ガス中の有害成分(ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ)の低減等がある。
これらを改善する観点から、燃料噴射弁の噴射燃料の微粒化は重要な要素の一つであり、
燃料噴射弁の燃料噴霧の微粒化向上手段として、例えば、特許文献１（特開２００３−１４８２９９号公報）に記載の技術が提案されている。
この従来の燃料噴射装置の燃料噴射弁は、図９に示すように構成されている。
すなわち、燃料噴射弁本体１は、軸方向に燃料通路が設けられた円筒形状のノズル部を形成するボディ２、ボディに形成されたバルブシート部４、電磁アクチュエータ等で駆動され、ボディのバルブシート部４とで弁部１０１を構成するニードル３、任意の燃料噴霧を形成するために複数配置された燃料噴射孔７を有するプレート状部材５、弁部１０１からチャンバー入口８を経て供給され燃料を各燃料噴射孔７に分配するために設置されたチャンバー６などで構成されている。
さらに、この従来技術では、チャンバー６の形状を円錐状にして上壁を傾斜壁１１１とし、噴射孔７近傍のチャンバー高さが低くなるようにして、燃料噴射孔７近傍での燃料流速を大きくすることにより噴射燃料の微粒化性能の向上を行っている。

特開２００３−１４８２９９号公報

しかしながら、この従来技術による燃料噴射弁では、チャンバー６の形状が円筒形状（特許文献１に対する先行技術）の場合に比べて噴射孔近傍で燃料流速を大きくできる効果を有するのみで十分な微粒化効果を得ることができない。又、燃料を噴射孔７入口付近で衝突させ乱れ成分を増加させるためには、噴射孔７の全周から燃料を均等に流入させることが必要であるが、燃料噴射孔７直上のチャンバー６の形状は、燃料が流れ込む側が高い上面形状となり、燃料が燃料噴射孔７近傍の片側から燃料噴射孔７へ一様に流れ込む。このため、燃料噴射孔７入口付近で効率的に燃料を各方向から衝突させて、乱れ成分を増加させることができない。
さらに、噴霧形成に対する要求から噴射孔７が、燃料噴射弁中心からの距離が異なる位置に配置した場合や、燃料噴射孔７に傾きをそれぞれに与えその方向が燃料噴射弁中心軸に対して異なる場合には、燃料噴射孔７ごとに燃料噴射孔近傍の燃料流速が異なったり、噴射孔７入口付近での乱れ成分の発生状態が異なったりするため、噴射孔７ごとに微粒化性能が異なることから、各噴射孔７から噴射される燃料が必ずしも充分な微粒化性能が得られるとは限らないという問題がある。
したがって、このような燃料噴射弁を搭載した内燃機関では、効果的な燃料消費量の低減、排気ガス中の有害成分(ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ)の低減効果も僅かである。

この発明に係わる燃料噴射装置は、燃料の流入口とこの流入口と対向する複数の燃料噴射孔とを有し、上記流入口（以下「チャンバー」という）から流入した燃料を上記燃料噴射孔に分配するチャンバーを備えた燃料噴射装置において、上記燃料噴射孔の入口部と向かい合う上記チャンバーの壁面に上記入口部の全面を覆うと共に上記チャンバーの流路抵抗となる円柱状突起部を設け、この円柱状突起部と上記燃料噴射孔の入口部間で間隙を形成すると共にこの間隙を経て上記燃料を上記入口部へ流入させる燃料流入路を構成し且つ上記円柱状突起部により上記間隙の高さを狭め上記燃料流入路の流路面積を小さくしたものである。

この発明に係る燃料噴射装置によれば、燃料噴射孔入口を覆う突起部で燃料流入路を構成することにより、燃料噴射孔入口近傍の流路面積を小さくして燃料流速を効率的に上昇させることができ、さらに燃料噴射孔入口の中央部で流れを衝突させ、強い乱れを形成することができる。
速い流速と強い乱れが維持されたまま、燃料噴射孔から燃料が噴射されることにより、噴出された燃料は、空気とのせん断力による分裂が促進され、微粒化性能向上効果を増大することができる。
又、突起部における流路抵抗が大きく、チャンバー内の圧力勾配が小さくなることから、燃料噴射孔の配置位置に関わらず、燃料噴射孔に流入する燃料の速度等は変化しないため、燃料噴霧の微粒化性能が変わらない効果も有する、燃料噴射弁を提供することができる。

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．
この発明の実施の形態１である燃料噴射装置は、チャンバーの下側壁面１０４に設けた燃料噴射孔７に燃料を分配するチャンバー６において、上側壁面１０５に突起部１１を設け、この突起部と燃料噴射孔入口１０２間で間隙を形成すると共にこの間隙を経て燃料を燃料噴射孔入口１０２へ流入させる燃料流入路Ｓを構成したものである。

図１は、この発明の実施の形態１である燃料噴射弁の要部すなわち燃料噴射孔を有する燃料噴射弁本体の先端部を示す断面図である。
図１において、燃料噴射弁本体１の先端部は、軸方向に燃料通路が設けられたノズル部を構成するボディ２、このボディ２に設けられたバルブシート部４と共に弁部１０１を構成し、電磁アクチュエータ(図示せず)等により上下に駆動されるニードル３、チャンバー６などで構成され、さらに、このチャンバー６は、チャンバー入口（オリフィス）８、複数の燃料噴射孔７を有しチャンバーの下側壁面１０４を構成するプレート部材５、燃料噴射孔入口１０２付近で、噴射孔７と対向するチャンバーの上側壁面１０５に設置された円柱状突起部１１等により構成される。
又、円柱状突起部１１の頂部１０３は、チャンバー６の下側壁面１０４と略平行な平面形状になされ、その平面は燃料噴射孔７を覆うよう燃料噴射孔入口１０２よりも広くなっている。さらに、この突起部１１と燃料噴射孔入口１０２間で狭い間隙を形成すると共にこの間隙を経て燃料を燃料噴射孔入口１０２へ流入させる燃料流入路Ｓが構成されている。
又、突起部１１の中心軸と燃料噴射孔７の中心軸は、燃料噴射孔７の入口端面上、すなわち燃料噴射孔入口１０２において交差するように配置され、かつ上述したように突起部１１で燃料噴射孔入口１０２を覆うように配置されている。

次に、図２によってチャンバー６内の燃料の流れの様子を説明する。なお、図２は、図１の一部を拡大して示す断面図である。
弁部１０１からチャンバー入口８を通ってチャンバー６に流入した燃料は、チャンバー６の外周側に進むに従い流路の断面積が増加し、減速しながらチャンバー６内に広がる。
次に、燃料噴射孔入口１０２付近の燃料流入路Ｓでは、突起部１１の平面状頂部１０３とチャンバーの下側壁面１０４により流路の高さが制限され流路断面積が小さくなり、燃料流速は加速して燃料噴射孔入口１０２到達する。
さらに、突起部１１の周辺では、燃料流速が十分に小さく圧力が等しくなっているために、燃料は、突起部１１の全周から流入し燃料噴射孔入口１０２の中央で衝突し強い乱れを形成して速い燃料流速で燃料噴射孔７に流入し、燃料噴射孔７から外部（吸気ポートやエンジンシリンダ）に噴射される。

これに対して、既述した従来の燃料噴射弁（図９）おける燃料の流れと比較した場合、図３の拡大断面図に示すように従来の燃料噴射弁では、チャンバー６上面の傾斜壁１１１により、チャンバー６の外周側に進むに従い高さが低くなるために、流路断面積の増加量が抑制される。しかし、流路断面積は、チャンバー６の中心から外周の中間の間では外周に進むに従い増加し、さらに外周側に進むに従い徐々に減少するため、燃料噴射孔入口１０２での燃料流速は、チャンバー６内の位置により異なるが、燃料流速がチャンバー６への流入時に比べて速くなるわけではなく、各噴射孔７から噴射される燃料を充分に微粒化する性能が得られるとは限らなかった。

図４は、この実施の形態１である燃料噴射弁のチャンバー６を、図１の上方から見た燃料の流れの様子を示す概念図である。
図４において、チャンバー入口８からチャンバー６に流入した燃料は、チャンバー６の外周部に進むほど燃料流路断面積が増加して流速が減少し、流路抵抗が高い突起部１１を避けてチャンバー６内に広がる。
次にチャンバー６内に広がった燃料は、燃料噴射孔入口１０２を完全に覆うように配置された突起部１１の全周から狭い間隙の燃料流入路Ｓを経て燃料噴射孔入口１０２に向かって流れ込む。
又、燃料噴射孔７とチャンバー入口８からの距離（Ｌ１）、（Ｌ２）が異なる場合でも、突起部１１による流路抵抗があるために、通常はチャンバー６内の圧力勾配が小さくなり、それぞれの燃料噴射孔入口１０２での圧力は配置位置に関わらず略等しくなり、噴射孔７に流入する燃料流速も等しくなる。

以上のように、燃料噴射孔入口１０２と対向するチャンバー６の上側壁面１０５に突起部１１が、燃料噴射孔入口１０２を覆うように配置されているので、燃料噴射孔入口１０２での燃料流速を効率的に上昇させ、又燃料を突起部１１の全周から流入させることにより、燃料噴射孔入口１０２の中央部で強い乱れを形成する。
この速い流速と強い乱れが維持されたまま、燃料噴射孔７から燃料が噴射されることにより、噴射燃料の微粒化性能向上効果が高くなる。又、燃料噴射孔７の配置位置に関わらず、微粒化性能が変わらない効果も有する。

図５、図６は、突起部１１の頂部形状の変形例を示すものである。
図５は、円錐形状、図６は、半球形状の軸回転対称形状としたもので、このように突起部を円錐形状又は半球形状にした場合でも、突起部１１の全周から燃料が流入し加速され、燃料噴射孔入口１０２に到達する。このため、上記実施例と同様の効果を有することはいうまでもない。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２である燃料噴射装置は、下側壁面１０４に設けた燃料噴射孔７に燃料を分配するチャンバー６において、下側壁面１０４の燃料噴射孔入口１０２を有する部分に突起部１２を設け、この突起部と上側壁面１０５間で間隙を形成すると共にこの間隙を経て燃料を燃料噴射孔入口１０２へ流入させる燃料流入路Ｓを構成したものである。
図７は、この発明の実施の形態２である燃料噴射弁の要部すなわち燃料噴射孔を有する燃料噴射弁本体の先端部を示す拡大断面図である。
図７では、実施の形態１と比較して突起部１２を、燃料噴射孔７のある下側壁面１０４に設け、さらに、燃料噴射孔入口１０２を突起部１２の平面形状の頂部１０３に設け、燃料噴射孔入口１０２の中心と突起部１２の中心を頂部１０３上で一致するように構成したものである。
このように、燃料噴射孔７に対応した突起部１２を、燃料噴射孔７のある下側壁面１０４に設けることにより、上記実施の形態１と比較して、突起形状１２と燃料噴射孔７の位置関係に配慮する必要がなく、燃料噴射弁の組み立て性が向上する。
さらに、上記実施の形態１と同様の噴射燃料の微粒化性能向上効果と、燃料噴射孔７の配置位置に関わらず微粒化性能が変わらない効果を有する。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３である燃料噴射装置は、下側壁面に設けた燃料噴射孔に燃料を分配するチャンバー６において、燃料噴射孔入口１０２とこの入口１０２と向かい合うチャンバーの上側壁面１０５との双方に互いに対峙する突起部１１、１２を設け、この両突起部間で間隙を形成すると共にこの間隙を経て燃料を燃料噴射孔入口１０２へ流入させる燃料流入路Ｓを構成したものである。
図８は、この発明の実施の形態３である燃料噴射弁の要部すなわち燃料噴射孔を有する燃料噴射弁本体の先端部を示す拡大断面図である。
図８では、実施の形態２と同様に突起部１２を燃料噴射孔７のある下側壁面１０４に設け、燃料噴射孔入口１０２を突起部１２の平面形状の頂部１０３に設け、燃料噴射孔入口１０２の中心と突起部１２の中心を頂部１０３上で一致させるように構成し、さらに、噴射孔７と対向する上側壁面１０５に、突起部１１を突起部１２に対向（対峙）するように構成したものである。
このように、燃料噴射孔入口１０２を、互いに対峙する突起部１１、１２のうち突起部１２の頂部１０３に設けることにより、加工上等の制限から突起高さが十分に得られない場合でも、上下二方向からの突起により燃料噴射孔入口１０２に流入する燃料流速を高速に保ち、上記実施の形態１と同様の噴射燃料の微粒化性能向上効果を得られる効果を有する。

この発明の実施の形態１である燃料噴射弁の要部すなわち燃料噴射孔を有する燃料噴射弁本体の先端部を示す断面図である。 図１の一部を拡大して燃料の流れの様子を示す断面図である。 従来例のおける燃料の流れを示す断面図である。 この実施の形態１である燃料噴射弁のチャンバー６を図１の上方から見た燃料の流れの様子を示す概念図である。 突起部の頂部形状の変形例を示す断面図である。 突起部の頂部形状の他の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態２である燃料噴射弁の要部すなわち燃料噴射孔を有する燃料噴射弁本体の先端部を示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態３である燃料噴射弁の要部すなわち燃料噴射孔を有する燃料噴射弁本体の先端部を示す拡大断面図である。 従来例の燃料噴射弁の先端部を示す断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁本体 ２ ボディ
３ ニードル ４ バルブシート部
５ プレート状部材 ６ チャンバー
７ 燃料噴射孔 ８ チャンバー入口
１１ 突起部 １２ 突起部
１０１ 弁部 １０２ 燃料噴射孔入口
１０３ 突起部の頂部 １０４ チャンバーの下側壁面
１０５ チャンバーの上側壁面 １１１ チャンバー傾斜壁
Ｓ 燃料流入路。

Claims (5)

1. 燃料の流入口とこの流入口と対向する複数の燃料噴射孔とを有し、上記流入口から流入した燃料を上記燃料噴射孔に分配するチャンバーを備えた燃料噴射装置において、
   上記燃料噴射孔の入口部と向かい合う上記チャンバーの壁面に上記入口部の全面を覆うと共に上記チャンバーの流路抵抗となる円柱状突起部を設け、この円柱状突起部と上記燃料噴射孔の入口部間で間隙を形成すると共にこの間隙を経て上記燃料を上記入口部へ流入させる燃料流入路を構成し且つ上記円柱状突起部により上記間隙の高さを狭め上記燃料流入路の流路面積を小さくしたことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 燃料の流入口とこの流入口と対向する複数の燃料噴射孔とを有し、上記流入口から流入した燃料を上記燃料噴射孔に分配するチャンバーを備えた燃料噴射装置において、
   上記燃料噴射孔の入口部に上記チャンバーの流路抵抗となる円柱状突起部を設け、この円柱状突起部と上記入口部と向かい合う上記チャンバーの壁面間で間隙を形成すると共にこの間隙を経て上記入口部へ流入させる燃料流入路を構成し且つ上記円柱状突起部により上記間隙の高さを狭め上記燃料流入路の流路面積を小さくしたことを特徴とする燃料噴射装置。
3. 燃料の流入口とこの流入口と対向する複数の燃料噴射孔とを有し、上記流入口から流入した燃料を上記燃料噴射孔に分配するチャンバーを備えた燃料噴射装置において、
   上記燃料噴射孔の入口部とこの入口部と向かい合う上記チャンバーの壁面との双方に互いに対峙し上記チャンバーの流路抵抗となる円柱状突起部を設け、この両突起部間で間隙を形成すると共にこの間隙を経て上記燃料を上記入口部へ流入させる燃料流入路を構成し
   且つ上記両円柱状突起部により上記間隙の高さを狭め上記燃料流入路の流路面積を小さくしたことを特徴とする燃料噴射装置。
4. 上記円柱状突起部の頂部は、平面形状と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装置。
5. 上記チャンバー壁面の円柱状突起部は、この突起部の中心軸と上記燃料噴射孔の中心軸とが上記燃料噴射孔の入口部において交差するように配置したことを特徴とする請求項１
   、又は請求項３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。

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