JPH02215963A - 電磁式燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エンジンの燃料供給に使用される電磁式燃料
噴射弁に係り、更に詳細には、弁座の上流側で燃料に旋
回力を与える上流旋回方式の電磁式燃料噴射弁の構造に
関する。

〔従来の技術〕

自動車エンジンに使用されるｍ磁式燃料噴射弁は、混合
気形成を良好にするため、燃料微粒化を図る種々の技術
が提案されている。燃料微粒化の代表的な手法としては
、ニードル弁の先端にチップを設けて噴射燃料を衝突さ
せたり、燃料に旋回力を与えて、液膜状に噴射させるこ
とで、燃料微粒化を促進させるものがある。このうち、
後者のものは、例えば、特開昭６０−３５１６９号公報
。

特開昭６１−２３２３７８号公報等に開示されるように
弁座の下流側にスワールオリフィスを設けて、燃料に旋
回力を付与しつつ噴射させる下流旋回方式のものがある
。

更に最近では、下流旋回方式に代わるものとして、弁座
の直ぐ上流に燃料旋回力発生素子（スワラ−）を配置し
た上流旋回方式の電磁式燃料噴射弁が提案されている。

第７図は、上流旋回方式の基本構造図で、１゜はノズル
体、１１はノズル体に形成した弁座、１２は弁座の直ぐ
上流に設けた環状の燃料旋回力発生素子で、燃料旋回力
発生素子１２は、その内径部に弁体（ボール弁）１４を
導入して、この弁体の軸方向の移動をガイドし、外径部
から弁座に面する側の端面にかけて複数の燃料通路＄１
３が形成される。燃料通路溝１３の一面は、ノズル体１
０の内面によって覆われて通路を構成する。

ボール弁１４は、ロッド１５を介してプランジャ（図示
せず）と結合され、図示されない戻しばねで弁座１１側
に付勢され、プランジャ及びボール弁１４が電磁力で戻
しばねの力に抗して吸引されると燃料通路溝１３は、燃
料旋回力素子の中心に対し偏心するよう配設されている
ため、燃料通路溝１３を通過した燃料は、ボール弁１４
の面に沿って旋回しつつ、噴出口（オリフィス）１０ａ
を介して噴射弁外部に噴射される。

大気に噴射される際の燃料の広がり角は、燃料旋回力発
生素子の中心＃Ｉ（ボール弁中心）に対する燃料通路溝
１３の偏心量ｌにより決定され、偏心量１が大きいほど
この広がり角は大きくなる。

この広がり角は、適用されるエンジンシステムにより異
なり、多点燃料噴射（ＭＰＩ）方式では。

１５°〜２５＠、単点燃料噴射（ＳＰＩ）方式では、５
５′〜６５°が一般的である。具体的な偏心量は、ｓｐ
ｒシステムの場合には、偏心量１を燃料通路溝１３が燃
料旋回力発生素子１２の内周の接線に近づく程度に偏心
させ、これに対しＭＰＩ方式では、偏心量ｌは中心軸に
近づく程度のものとしている。

なお、この上流旋回方式は、燃料微粒化に効果的である
ものとして評価されている。

〔発明が解決しようとする１１ｇ） ところで、このような上流旋回方式を採用する場合、性
能向上化のためには、燃料噴霧特性（噴霧角、微粒化）
のほかに要求燃料噴射量の確保を図ることが欠かせない
要素となる。このうち、要求燃料噴射量を阻害する要因
として次のようなものがある。

第１は、繰り返し燃料噴射を行なう上で要求燃料量の再
現性に支障をきたすもので１次の点の配慮が充分でない
ため生じていた。

すなわち、本発明者らは、上流旋回式噴射弁の開発にあ
たり、繰り返しの燃料噴射量にばらつきが生じている原
因究明を行ない、特に噴霧床がり角の小さいＭＰＩ一方
式にその傾向が大きく、究明の結果、ボール弁１４の外
径りと燃料旋回力発生素子１２の内径ｄとの間に生じる
軸流エネルギーが旋回エネルギーに較べて大きいと、生
じることがわかった。そしてこの軸流エネルギーと旋回
エネルギーに影響を与えるのが、ボール弁１４の外径り
と燃料旋回力発生素子１２の内径ｄとの間のクリアラン
スＧで、クリアランスＧが大きくなるほど、このクリア
ランスを流れる軸流の成分が増し、ある限度を超えると
、燃料旋回力発生素子の通路溝で形成される旋回エネル
ギーよりも軸流エネルギーが大きくなる。特に、ＭＰＩ
方式のように燃料通路溝１３の偏心量ｌを小さくして、
旋回力を抑制したときにこの現象が顕著となる。そして
、このような現象が生じると、ボール弁１４は、旋回運
動時に旋回力によって与えられるセンタリング機能が損
なわれて揺動し、燃料旋回力発生素子１２の内壁面に対
し任意の当接運動を繰り返すことになる。この場合、燃
料通路溝１３の出口を塞ぐように当接する場合と、塞が
ないように当接する場合とでは、旋回運動と軸流運動の
損失割合が異なるため、ノズル１０から噴射される燃料
噴射量にばらつきが生じ、その結果、燃料噴射量の再現
性を低下させることになる。換言すれば、このような現
象によりオリフィス１０ａの流量係数を不安定なものと
して燃料再現性が低下する。

第２は、燃料旋回力発生素子の形状精度からくる問題で
、この場合には精度が悪いと当初から要求燃料量を確保
しえない問題が生じる。

これを第５図により説明すると、第５図の（イ）は、燃
料旋回力発生素子に形成した燃料通路溝の偏心量ｌと噴
射量及び噴霧角９粒径の関係を、（ロ）は燃料通路溝の
溝深さと噴射量の関係を。

（ハ）は燃料通路溝の溝幅と噴射量の関係を示す。

第５図（イ）（ロ）（ハ）に示すように電磁式燃料噴射
弁より噴射される燃料の噴射量特性は、燃料旋回力発生
素子の溝の偏心量ｌに大きく影響され、溝幅、溝深さの
影響度は小さい、この影響は、電磁式燃料噴射弁の噴霧
特性にも表れる。

従って、燃料旋回力発生素子の溝の偏心量１が均一であ
ることが望まれる。この形状精度に応えるためには、加
工精度のよいものを使用する必要がある。ところで、こ
のような溝付きの燃料旋回力発生素子を形成する一般的
な手法として、切削加工によるものが考えられるが、加
工精度の点で問題があり、偏心量ｌの均一性を保つこと
が困難で、しかも、旋盤、プライス等の多工程となると
共に、旋回力発生素子の角部に発生するパリの除去に多
大な時間を費やすことになる。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その
主たる目的とするところは、上流旋回方式の電磁式燃料
噴射弁で課題とされる要求噴射燃料量の確保を図り、加
えてこの種電磁式燃料噴射弁の加工の容易性、コストの
低減化を図ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記上たる目的を解決するために５本発明は第１の課題
解決手段として、噴射弁本体の内部に、コアを含む電磁
コイル、弁体付きのプランジャ、前記プランジャ及び弁
体を弁座側に付勢する戻しばね等を内装し、前記電磁コ
イルの励磁、励磁解除及び戻しばねの力で前記プランジ
ャを往復動させて、前記弁体の弁開閉動作を行なう方式
の電磁式燃料噴射弁において、 前記弁座の直ぐ上流側に、環状形の燃料旋回力発生素子
で、その内径部が前記弁体の軸方向移動をガイドし、外
径部が燃料を弁座寄りの端面に導き、弁座寄りの端面に
は前記内径部の中心に対し偏心した燃料通路溝が複数配
設される環状の燃料旋回力発生素子を配置し、且つこの
燃料旋回力発生素子の内径φＤと前記弁体の、外径φｄ
との間には、Ｄ−ｄ≦０．０２８ｍｍなる関係が成立す
るよう設定してなる。

また、第２の課題解決手段としては、第１の課題解決手
段同様の燃料旋回力発生素子を、焼結部材或いはステン
レス合金鋼を基礎とした冷間鍛造品により形成してなる
。

〔作用〕

第１の課題解決手段によれば、上流旋回方式の電磁弁に
おける弁体の外径φＤと燃料旋回力発生素子の内径φｄ
との関係を、Ｄ−ｄ≦０．０２８ｍｍとして弁体の外径
と燃料旋回力発生素子の内径とのクリアランスを小さく
するこ゛とで（従来のクリアランスはＤ−ｄが０．０４
０ｍｍ程度である）、クリアランスに流れる燃料の軸流
運動エネルギーを従来に較べ約１／２と小さくできる。

そして実験の結果によれば、上記関係式を満足させるこ
とで、燃料旋回力発生素子に形成した燃料通路溝（偏心
溝）によりつくられる旋回運動エネルギーが、常に軸流
運動エネルギーよりも大となる結果が得られた。

そしてこの旋回流は弁体の下面側にそって流れることで
弁体に対して良好なフローティング作用が働き、ひいて
は各燃料通路溝から流出して生じる各燃料旋回流のバラ
ンスがとれて、これらの旋回流によって、弁体がセンタ
リングされる。その結果、弁体のがた振れがなくなり、
開弁時には、常に弁体が適正な姿態を保つことで、弁体
が燃料通路溝を塞ぐことなく、弁体と弁座間の環状クリ
アランスを適正な形で保つことで、燃料の計量オリフィ
スに対する流量係数の安定化を図り燃料噴射の繰り返し
再現性を保証し、要求燃料量を常に確保することができ
る。

また、第２の課題解決手段によれば、燃料旋回力発生素
子を、焼結部材或いはステンレス合金鋼を基礎とした冷
間鍛造品により形成するが、この場合、燃料旋回力発生
素子の加工上の留意点は。

燃料通路溝の偏心量ｌだけに限られる。そして、この燃
料通路溝は構造が簡単なため、主に冷間鍛造加工だけで
容易に且つ高精度に加工成形できる。

また、主に冷間鍛造だけで加工でき切削を不要とするの
で、切削作業により生じる有害なぼり、かえりの発生を
防止する。そして、このように燃料旋回力発生素子の加
工精度を向上させることで、これに形成される各燃料通
路溝の偏心量ｌの均一性を保ち、燃料の噴霧特性（噴霧
角９粒径）を向上させる他に、燃料旋回力発生素子に複
数の燃料通路溝を形成した場合の各偏心量ｌの均一性を
保つことで、各燃料通路溝から流出する燃料がバランス
のとれた旋回力を発生させ、その結果、弁体に対して良
好なセンタリング機能を発揮させることができ、弁体の
動作を安定に行なうようにして要求噴射量特性の向上化
を図りえる。

なお、下流旋回方式でも例えば特開昭６１−２３２３７
８号公帷に開示されるように燃料旋回力発生素子を焼結
部品で形成しているが、下流旋回方式の場合には、燃料
旋回機構部と燃料計量部とが一体構造となっており、オ
リフィスを有しているため、加工工数として冷間鍛造加
工及び切削加工が必要で、加工コストがかかる。また熱
間鍛造の場合には熱歪で燃料通路溝の偏心量ｌの精度を
確保しえない問題がある。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図で。

第２図は本実施例に用いる燃料旋回力発生素子の斜視図
である。なお、これらの図面中、既述した第７図の符号
と同一のものは、同−或いは共通する要素を示す。

第１図において、１は噴射弁本体となるヨークで、ヨー
ク１内にコア２．電磁コイル３等からなるコイル組立体
４が固定状態で内装される。５はプランジャで、一端に
リング６が、他端にロッド１５が塑性流動を利用した結
合、溶接または緊迫結合等により一体結合される。さら
にロッド１５は、先端にボール弁１４が溶接にて一体結
合される。また、プランジャ５は、噴射弁本体１中夫に
軸心方向に沿って設けた燃料通路７に内装され。

コア２と同一方向となるように配置される。リング６は
その一部がコア２の一端内周に摺動可能に嵌装される。

プランジャ５の一端内周とコア２内のねじ力＊ａ棒８と
の間に戻しばね９が介装される。

ヨーク１の下端には、ノズル体１０が取付けられる。ノ
ズル体１０は筒形を呈して、その内部に弁座１１が形成
され、弁座１１の下流に燃料噴射口１０ａが配設され、
一方、弁座１１の上流側に燃料旋回力発生素子１２が固
定配置される。

燃料旋回力発生素子１２は、その本体がこま形の環状体
で構成され、環状体１２の内径部（内周）にボール弁１
４が軸方向に往復動可能に案内されるように導入される
。また、環状体１２の外径部（外周）から弁座１１側に
向いた一端面（弁座寄り端面）にかけて、複数の燃料通
路溝１３が配設される。この燃料通路溝１３は、第２図
に示すように、燃料旋回力発生素子１２の中心軸に対し
て１分だけ偏心しており、また通路溝１３は、−面がノ
ズル体１０の内面に覆われて通路を形成する。

燃料通路溝１３の出口は、ボール弁１４が弁座に接して
いる状態の時にボール弁１４の中心より下面に対面する
ように位置付けられる。第３図及び第４図は、燃料旋回
力発生素７−１２の他の例を示すもので、第３図では、
環状の燃料旋回力発生素子１２の外径部に４個の平坦面
１２ａを形成し。

この平坦面１２ａとノズル体１０の内周面とで形成され
る空間で燃料通路空間を形成し、溝そのものは、弁座寄
り端面のみに形成している。第４図では、燃料旋回力発
生素子１２の外径部にＬ字形の切欠き面１２ｂを形成し
たもので、この切欠き面１２ｂとノズル体１０の内周と
で燃料通路空間を確保する。

１６はボール弁１４の移動量を規制するためのストッパ
で、ノズル体１０の上部に配置される。

１７はヨーク１にあけられた燃料供給孔である。

次に本実施例の動作を説明する。

コネクタ１８を介して電磁コイル３を、決定されたデユ
ーティのオン、オフ俳号により通電制御することで、ｌ
！電磁コイルが励磁及び励磁解除され、電磁コイル３が
励磁されると、コイル３．コア２．ヨーク１．プランジ
ャ５で磁気回路が形成され、プランジャ５と共にボール
弁１４がコア２側八磁気吸引される。これにより、ボー
ル弁１４と弁座１１間に環状の流路（微小隙間）が確保
され開弁状態となる。

そして、燃料は燃料配管２０を通り、ヨーク外周の燃料
供給孔１７からコイル組立体４外周とヨーク１内周との
間の燃料通路１９．中央通路７を介して燃料旋回力発生
素子１２に形成した燃料通路溝１３を通り、燃料旋回力
発生素子の内周側に流出する。この流出により燃料は、
通路溝１３が偏心しているため、ボール弁の下面外周に
沿って旋回を伴いつつ流れ、弁座１１を通って、オリフ
ィス１０ａにより計量されつつ旋回力で決定される噴霧
角に広がって噴射される。

このような燃料噴射動作を行なう場合、リング６がプラ
ンジャ５の移動をガイドし、燃料旋回力発生素子１２の
内周がボール弁１４の移動をガイドするものである。

そして、本実施例では、燃料旋回力発生素子１２の内径
φＤとボール弁１４の外径φｄとの差を、Ｄ−ｄ≦０．
０２８ｍｍとすることで、つぎのような作用、効果が生
じる。

すなわち、発明が解決すべき課厘でも述べたように、上
記クリアランス（Ｄ−ｄ）の部分には、燃料が旋回しな
いで流れる軸流成分が存在し、この軸流成分はクリアラ
ンスが大きいほど大きくなり、このクリアランスが大き
くなると、第６図にも示すように要求燃料噴射量の再現
性を悪化させる要因ともなる。

本実施例はクリアランス（Ｄ−ｄ）をどのように設定す
れば燃料噴射再現性を良好に保てるか実験的に求め、ｆ
Ｊ４６図はこの実験結果を示したものである。

この実験では、燃料噴射の再現性をΔｑを持って表わし
〔Δｑは電磁弁を開き放しにして燃料を連続的に流して
（このような連続流を静流と称する）燃料噴射を行なっ
た時の燃料噴射量を１０回計測したときの最大流量計測
値と最小流量計測値の差で、ここで静流の絶対量を１８
５ｃｃ／ｍｉｎとしている〕、クリアランス（Ｄ−ｄ）
は、０゜Ｑ２８ｍｍ以下にて再現性Δｑは２　ａ　ｃ　
／　ｍ　ｉ　ｎ以下となり、連続的に流れる噴射量（１
８５ｃｃ／ｍ１ｎ）に対して２％以下の目標値を満足さ
せている。

すなわち、Ｄ−ｄ≦０．０２８ｍｍとすることで、軸流
の流れを少なくシ、はとんどの燃料を燃料旋回力発生素
子の通路溝１３側に流すことで、軸流エネルギーを旋回
エネルギーに対して常に小さくすることができるため、
ボール弁１４が下面側から旋回流の均等なフローティン
グ作用を受けてセンタリングされ、その結果、燃料通路
溝１３を塞ぐことなく、シかも開弁時に形成されるボー
ル弁１４と弁座１１間の環状隙間を安定した状態で保つ
ことで、オリフィスの流量係数を安定化させ、燃料噴射
量再現性を向上させることができる。

また本実施例では、燃料旋回力発生素子１２を焼結部材
或いはステンレス合金鋼を基礎とした冷間鍛造品で形成
する。このうち、焼結部材としては、ニッケルー鉄合金
を基礎としたものが用いられる。

このような冷間鍛造品を用いた場合には、次のような利
点を有する。

すなわち、燃料旋回力発生素子１２は、環状体で構成さ
れ、この外面に旋回力発生用の偏心ｓ１３を形成した単
純な構造を呈するため、主に冷間鍛造によるプレス成形
だけで製作することが可能であり、加工工数が少なく、
しかも加工上の留意点は、燃料通路溝の偏心量１だけで
、この溝をプレス加工で形成する場合には、切削加工に
較べ容易に且つ高い精度で行ない得る。

Ｃ発明の効果〕 以上のように本発明によれば、第１の課題解決手段では
、燃料旋回力発生素子の内径と弁体の外径との間に寸法
的な工夫を施すことで、上流旋回方式に用いる燃料旋回
力発生素子の旋回エネルギーを軸流エネルギーよりも常
に安定して大きくでき、燃料噴射量の再現性を向上させ
、また第２の課題解決手段では、燃料旋回力発生素子の
燃料通路溝の偏心量精度を向上させることで、燃料噴射
量特性を高めることで、これらの課題解決手段により要
求燃料噴射量の確保を図ることができる。

さらに第２の課題解決手段では、燃料旋回力発生素子の
加工の容易、加工工数を少なくすることで加工コストの
低減化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は上
記実施例に用いる燃料旋回力発生素子の斜視図、第３図
及び第４図は燃料旋回力発生素子の他の例を示す斜視図
、第５図は燃料旋回力発生素子の燃料通路溝の偏心量、
溝深さ及び震幅と噴射量との関係を示す特性図、第６図
は燃料旋回力発生素子の内径りと弁体の外径ｄとの差に
対する燃料量変動量の関係を示す再現性特性図、第７図
は本発明の適用対象となる上流旋回方式の原理図である
。　１・・・噴射弁本体、２・・・コア、３・・・電磁
コイル、４・・・コイル組立体、５・・・プランジャ、
９・・・戻しばね、１０・・・ノズル体、１０ａ・・・
オリフィス、１１・・・弁座、１２・・・燃料旋回力発
生素子、１３・・・燃料通路溝（偏心溝）１４・・・弁
体（ボール弁）、１５・・・ロッド。 累４−口 （ロ） （ハ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　噴射弁本体の内部に、コアを含む電磁コイル，弁
   体付きのプランジャ，前記プランジャ及び弁体を弁座側
   に付勢する戻しばね等を内装し、前記電磁コイルの励磁
   ，励磁解除及び戻しばねの力で前記プランジャを往復動
   させて、前記弁体の弁開閉動作を行なう方式の電磁式燃
   料噴射弁において、 前記弁座の直ぐ上流側に、環状形の燃料旋回力発生素子
   で、その内径部が前記弁体の軸方向移動をガイドし、外
   径部が燃料を弁座寄りの端面に導き、弁座寄りの端面に
   は前記内径部の中心に対し偏心した燃料通路溝が複数配
   設される環状の燃料旋回力発生素子を配置し、且つこの
   燃料旋回力発生素子の内径φＤと前記弁体の外径φｄと
   の間には、Ｄ−ｄ≦０．０２８ｍｍなる関係が成立する
   よう設定してなることを特徴とする電磁式燃料噴射弁。
2. ２．　噴射弁本体の内部に、コアを含む電磁コイル，弁
   体付きのプランジャ、前記プランジャ及び弁体を弁座側
   に付勢する戻しばね等を内装し、前記電磁コイルの励磁
   ，励磁解除及び戻しばねの力で前記プランジャを往復動
   させて、前記弁体の弁開閉動作を行なう方式の電磁式燃
   料噴射弁において、 前記弁座の直ぐ上流側に、環状形の燃料旋回力発生素子
   で、その内径部が前記弁体の軸方向移動をガイドし、外
   径部が燃料を弁座寄りの端面に導き、弁座寄りの端面に
   は前記内径部の中心に対し偏心した燃料通路溝が複数配
   設される環状の燃料旋回力発生素子を配置し、且つこの
   燃料旋回力発生素子は、焼結部材或いはステンレス合金
   鋼を基礎とした冷間鍛造加工品により形成してなること
   を特徴とする電磁式燃料噴射弁。