(57)【要約】【課題】燃費の悪化を抑制しつつ、プレートに設けられた噴孔の出口近傍へのデポジットの堆積を抑制する燃料噴射装置を提供する。【解決手段】本発明は、燃料を噴射する噴孔を有するプレートと、先端にプレートが取り付けられ、噴孔に燃料を導く燃料通路と弁座とを内側に有する筒状のハウジングと、ハウジング内でリフト可能に設けられ、弁座から離間された離間状態と弁座に当接した当接状態との間で移動することにより燃料通路を開閉するニードル弁と、を備え、ニードル弁が離間状態にあるときに燃料が噴孔から噴射される燃料噴射装置である。ニードル弁は先端に凹部を有し、噴孔はその入口が凹部と対向するように設けられ、当接状態での、ニードル弁と対向するプレートの対向面からニードル弁の先端面までの高さは、凹部の開口縁の内側の方が凹部の開口縁の外側よりも大きい。【選択図】図２
2020023889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する噴孔を有するプレートと、
先端に前記プレートが取り付けられ、前記噴孔に燃料を導く燃料通路と弁座とを内側に有する筒状のハウジングと、
前記ハウジング内でリフト可能に設けられ、前記弁座から離間された離間状態と前記弁座に当接した当接状態との間で移動することにより前記燃料通路を開閉するニードル弁と、を備え、
前記ニードル弁が前記離間状態にあるときに前記燃料通路が開かれて燃料が前記噴孔から噴射される燃料噴射装置であって、
前記ニードル弁は、先端に凹部を有し、
前記噴孔は、その入口が前記凹部と対向するように設けられ、
前記当接状態での、前記ニードル弁と対向する前記プレートの対向面から前記ニードル弁の先端面までの高さは、前記凹部の開口縁の内側の方が前記凹部の開口縁の外側よりも大きい、燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、筒状のハウジングの先端に、燃料を噴射する噴孔を有するプレートを設け、当該噴孔を介して燃料を噴射する燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような燃料噴射装置では、ハウジング内にリフト可能に設けられたニードル弁のリフト動作に伴ってハウジング内の燃料通路が開閉されることにより、ハウジング内の燃料通路に高圧で充填された燃料がプレートの噴孔から噴射される。
【０００３】
燃料噴射装置では、燃料噴射後に、燃料噴射装置の噴孔の出口近傍に燃料が付着して残留し、その燃料が酸化されて固着力をもつことによりデポジット化し、噴孔の出口が狭まることにより燃料の流量が低下するという問題がある。斯かるデポジット化を回避するための方法として、燃料圧力を大きくして、プレートに付着したデポジットを燃料噴射により飛散させる燃料添加弁が公知である（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２１５１７号公報
【特許文献２】特開２００９−２７０５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２に記載の構成では、燃料圧力を上昇させるために、例えば燃料ポンプが燃料を圧送するために必要な消費電力が増大することから、燃費が悪化する等の問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃費の悪化を抑制しつつ、プレートに設けられた噴孔の出口近傍へのデポジットの堆積を抑制する手法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは、燃料を噴射する噴孔を有するプレートと、先端に前記プレートが取り付けられ、前記噴孔に燃料を導く燃料通路と弁座とを内側に有する筒状のハウジングと、前記ハウジング内でリフト可能に設けられ、前記弁座から離間された離間状態と前記弁座に当接した当接状態との間で移動することにより前記燃料通路を開閉するニードル弁と、を備え、前記ニードル弁が前記離間状態にあるときに燃料が前記噴孔から噴射される燃料噴射装置であって、前記ニードル弁は、先端に凹部を有し、前記噴孔は、その入口が前記凹部と対向するように設けられ、前記当接状態での、前記ニードル弁と対向する前記プレートの対向面から前記ニードル弁の先端面までの高さは、前記凹部の開口縁の内側の方が前記凹部の開口縁の外側よりも大きい、燃料噴射装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃費の悪化を抑制しつつ、噴孔出口近傍でのデポジットの堆積を抑制し、デポジットによる燃料の流量低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置の断面構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置のプレート近傍の拡大断面図である。
【図３】図３は、ニードル弁がハウジングに当接した状態における、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置のプレート近傍の拡大断面図である。
【図４】図４（ａ）は従来の燃料噴射装置のプレート近傍における燃料の流線を示す図であり、図４（ｂ）は本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置のプレート近傍における燃料の流線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
＜実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置の断面構造を示す図である。図１には、燃料を噴射する複数の噴孔１１を有するプレート１０と、先端にプレート１０が取り付けられた筒状のハウジング２０と、ハウジング２０内でリフト可能に設けられたニードル弁３０と、を備えた燃料噴射装置１００が示されている。本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置１００は、例えば、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁や、内燃機関の排気通路を流れる排気ガス中に燃料を添加する燃料添加弁として用いることができる。
【００１２】
プレート１０は、円板状に形成された板状部１０ａと、板状部の外周に固定された円筒部１０ｂとを備える。プレート１０は、円筒部１０ｂの内周面がハウジング２０の先端の外周面に嵌合された状態で、その内周面がハウジング２０の先端の外周面に対して溶接固定されている。
【００１３】
ハウジング２０は、基本的に円筒状に形成されており、プレート１０の噴孔１１に燃料を導く燃料通路２１と、ニードル弁３０の先端部分と当接可能に形成された弁座２２と、を内側に有する。本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置１００では、ニードル弁３０がハウジング２０の弁座２２から離間された離間状態とニードル弁３０が弁座２２に当接した当接状態との間で移動することにより、燃料通路２１を開閉することができる。
【００１４】
ニードル弁３０の先端部分よりも基端側に位置した部分には、ハウジング２０の内周面に摺接されるように構成されたニードルガイド３１が設けられている。ニードル弁３０は、ニードル弁３０に設けられたニードルガイド３１とハウジング２０の内周面との摺接によってハウジング２０に支持されている。ニードルガイド３１は、ハウジング２０の内周面と摺接する摺接面３１ａと、ハウジング２０の内周面との間に隙間を形成するように構成された非摺接面３１ｂと、を有する。また、ハウジング２０の基端側には、筒状部材５０が設けられている。ハウジング２０の基端側から供給された燃料は、筒状部材５０内と、ハウジング２０の内周面と非摺接面３１ｂとの間に形成される隙間とを通って、ハウジング２０のプレート１０側の燃料通路２１へ流入する。
【００１５】
また、ニードル弁３０には、その基端側にコイルスプリング３２が設けられている。ニードル弁３０は、その基端部分がコイルスプリング３２によって付勢されることにより、通常時はその先端部分がハウジング２０の弁座２２に当接して着座している。
【００１６】
ハウジング２０の内部には、ニードル弁３０をニードル弁３０の軸方向に移動させるための電磁アクチュエータ４０が設けられている。電磁アクチュエータ４０は、磁性体からなるアーマチャ４１と、所定の通電に基づいてアーマチャ４１を吸引する電磁コイル４２と、を含む。アーマチャ４１は、ニードル弁３０においてニードルガイド３１よりも基端側に位置した部分に固定して設けられている。
【００１７】
ハウジング２０の外部には、電磁アクチュエータ４０を制御する制御装置４３が設けられている。制御装置４３は、電磁コイル４２への通電を制御するための制御信号を出力するものであり、例えば、制御処理及び演算処理を行うＣＰＵと、各種プログラム及びデータを保存する記憶装置と、入力装置と、出力装置とを有するマイクロコンピュータとすることができる。制御装置４３は、電磁コイル４２への通電を制御することにより、ニードル弁３０の位置を制御することができる。
【００１８】
電磁アクチュエータ４０では、電磁コイル４２へ通電して電磁コイル４２を励磁することによって、電磁コイル４２がアーマチャ４１に対して電磁吸引力を発生する。それにより、弁座２２に着座しているニードル弁３０をコイルスプリング３２の付勢力に抗してリフト動作させることによって、ニードル弁３０を当接状態から離間状態に移動させることができる。
【００１９】
ニードル弁３０のリフト動作に伴い、ハウジング２０の燃料通路２１に充填供給されている燃料がプレート１０の噴孔１１から噴射される。燃料の噴射後、電磁コイル４２への通電の遮断に伴って電磁コイル４２が消磁された場合、ニードル弁３０はコイルスプリング３２の付勢力によってハウジング２０の先端側に再び移動して弁座２２に着座し、それにより燃料の噴射も停止する。
【００２０】
図２は、ニードル弁がハウジングから離間した離間状態における、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置のプレート近傍の拡大断面図である。図２に示されるように、ニードル弁３０には、弁座２２の形状に対応してニードル弁３０の軸線に対して傾斜して形成された傾斜面３０ａと、傾斜面３０ａに連なり、ニードル弁３０の軸線に対して傾斜面３０ａの傾斜よりもさらに傾斜して形成された先端面３０ｂとが形成されている。ニードル弁３０の先端面３０ｂの中央部には、凹部３３が形成されている。プレート１０の噴孔１１は、凹部３３の開口縁３０ｃの内側（後述する図３中の領域Ｘ内）において、その入口１１ａが凹部３３と対向するように設けられている。
【００２１】
凹部３３は、例えば、円錐形状の底部を有する円柱形状の凹部とすることができる。例えば、ニードル弁３０の直径を３．２ｍｍとすると、凹部３３は、開口縁３０ｃの直径を２．２ｍｍ、先端面３０ｂからの最大深さを０．９ｍｍとすることができる。なお、本実施形態では、凹部３３として、円錐形状の底部を有する円柱形状のものを例示したが、これに限定されず、その形状は、例えば、底部が平坦な円柱形状など、使用燃圧や温度環境等に応じて適宜変更することができる。
【００２２】
図３は、ニードル弁がハウジングに当接した当接状態における、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置のプレート近傍の拡大断面図である。図３に示すように、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置１００では、ニードル弁３０の傾斜面３０ａがハウジング２０の弁座２２に当接している当接状態での、プレート１０の対向面１０ａからニードル弁３０の先端面３０ｂまでの高さは、凹部３３の開口縁３０ｃの内側（図中の領域Ｘ）の方が凹部３３の開口縁３０ｃの外側（図中の領域Ｙ）よりも大きくなるように構成されている。例えば、図３に示すように、凹部３３の開口縁３０ｃの内側におけるプレート１０の対向面１０ａからニードル弁３０の先端面３０ｂまでの高さＨ１は、凹部３３の開口縁３０ｃの外側におけるプレート１０の対向面１０ａからニードル弁３０の先端面３０ｂまでの高さＨ２よりも大きい。
【００２３】
上述したように、噴孔１１の入口１１ａが凹部３３と対向するように設けられているため、ニードル弁３０の凹部３３によって形成される空洞により、噴孔１１の入口１１ａ近傍において十分な空間を確保することができる。それにより、噴孔１１の入口１１ａ近傍で燃料が縦渦状に大きく乱れるため、噴孔１１から排出される燃料の噴霧の乱れを著しく増強させることができる。その結果、噴孔１１から燃料が噴出したときに燃料が分散されるため、噴孔１１の出口近傍で燃料が残留しにくくなり、よってデポジットの堆積を抑制することができる。
【００２４】
さらに、ニードル弁３０の先端面３０ｂの中央部に凹部３３を形成することにより、先端面３０ｂの中央部近傍が空洞化することで、ニードル弁３０においてハウジング２０の弁座２２に当接する部分が凹部３３側に弾性変形しやすくなることから、ニードル弁３０とハウジング２０の弁座２２とのシール性を向上させることができる。そのため、燃料の非噴射時（当接状態）において、ニードル弁３０と弁座２２との当接部分からの燃料の漏れを低減することができ、それによりデポジットの堆積を抑制することが可能となる。
【００２５】
図４（ａ）は従来の燃料噴射装置のプレート近傍における燃料の流線を示す図であり、図４（ｂ）は本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置１００のプレート１０近傍における燃料の流線を示す図である。図４（ａ）に示すように、従来の燃料噴射装置では、ニードルの先端面は平坦であり、凹部が形成されていない。従来の燃料噴射装置では、ニードルの先端面に凹部が形成されていないことから、噴孔の入口近傍において十分な空間を形成できず、燃料がスムーズに噴孔に流れていくため、噴孔近傍における燃料の流れの乱れは比較的小さい。そのため、噴孔から燃料が噴出したときに燃料が分散されず、噴孔出口近傍に燃料が残り、デポジットが堆積しやすくなっている。
【００２６】
それに対し、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置１００では、図４（ｂ）に示すように、凹部３３により噴孔１１の入口１１ａ近傍において十分な空間が形成されているため、噴孔１１の入口１１ａ近傍において強力な縦渦が発生することから、噴孔１１から燃料が噴出したときに燃料が分散されて、噴孔１１の出口近傍に燃料が残りにくくなるため、デポジットの堆積を抑制することができる。
【００２７】
このように、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置１００によると、燃費の悪化を抑制しつつ、噴孔出口近傍でのデポジットの堆積を抑制し、デポジットによる燃料の流量低下を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００２８】
１０    プレート
１１    噴孔
２０    ハウジング
２１    燃料通路
２２    弁座
３０    ニードル弁
３１    ニードルガイド
４０    電磁アクチュエータ
４１    アーマチャ
４２    電磁コイル
４３    制御装置
５０    配管部材
１００    燃料噴射装置
【図１】
2020023889.tif 000003
【図２】
2020023889.tif 000004
【図３】
2020023889.tif 000005
【図４】
2020023889.tif 000006