(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射孔を有する弁座と、前記弁座を保持する弁ハウジングと、前記弁座と離接して前記燃料噴射孔を開閉する弁体と、両端部が前記弁ハウジングの段部と前記弁座との間に挟持され、外周部が前記弁ハウジングの内径面に嵌合支持されると共に、前記燃料噴射孔から噴射される燃料に旋回運動を与える旋回溝を有するスワラーと、前記弁ハウジング内に設けられ、その通電と遮断とにより上記弁体を開閉動作させるソレノイドコイルとを備えた燃料噴射弁において、前記スワラーは円筒部と前記弁座と当接する底部とを有する有底円筒状に形成され、前記弁体は前記スワラーの円筒部内径においてこれと摺動可能に嵌合する大径部を有し、前記スワラーの円筒部外周面と前記弁ハウジングの段部内周面との間には、開弁動作時に燃料を前記燃料噴射孔に供給する燃料流路を設け、前記弁体の大径部とスワラー底部との間には、前記弁体の開弁動作時に容積が拡大し、閉弁動作時には容積が縮小する圧力室を設け、更に前記スワラー底部の旋回溝周辺には、付随的に形成された燃料溜まりの空間と前記圧力室とを連通する連通路を上記燃料流路と独立に設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記連通路はスワラーの旋回溝周辺に設けられた連通孔からなることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記連通路はスワラーの弁体貫通用の中心孔と前記弁体の外径との隙間により構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の燃料供給に使用され、特に燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射に適した燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射弁、特に内燃機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁は、高圧の燃料を効率よく噴射して燃焼させるために、燃料に旋回運動（スワール）を与えて噴射するように構成されている。このような筒内噴射用燃料噴射弁においては高圧の燃焼室に臨ませて取り付けられるため、閉弁力が大きく設定されており、閉弁時における弁体速度が大きくなる結果、着座時に弁体と弁座とが強く衝突して弁体にバウンシングが発生し、二次噴射が発生するという問題が内在していた。また、スワラーには燃料に旋回運動を与えるための旋回溝が設けられており、この旋回溝を形成するために燃料噴射孔の周辺には燃料溜まりとなる空間が付随的に形成されるため、この燃料溜まりの空間に蓄積された燃料が旋回噴射に先だって旋回運動が与えられることなく先行噴射され、燃焼効率を低下させるという問題をも有していた。
【０００３】
燃料に旋回運動を与えて噴射する従来の燃料噴射弁を図５ないし図７にて説明すると、図５は従来の燃料噴射弁の全体構成を示す断面図、図６は弁座付近の構成を示す拡大断面図、図７はスワラーを弁座側から見た正面図であり、燃料噴射弁１は本体ハウジング２と、本体ハウジング２にカシメ固定され、ホルダ３によりカバーされた弁本体４とからなっている。本体ハウジング２の反弁本体４側の端部には燃料供給管５が取り付けられ、燃料噴射弁１自体は内燃機関のシリンダーヘッド６に設けられた燃料噴射弁取り付け穴７にコルゲートワッシャなどシール材８を介して取り付けられている。
【０００４】
弁本体４は、弁座９と、弁座９を保持する弁ハウジング１０と、ソレノイドコイル１１の通電によりバネ１２の押圧力に抗して吸引されるアマチュア１３と、アマチュア１３に固定され、アマチュア１３の移動により弁座９と離接して弁座９に設けられた燃料噴射孔１４を開閉する弁体１５と、スワラー１６とから構成されている。弁座９の燃料噴射孔１４と、弁体１５と、スワラー１６とは図６の拡大断面図に示すように配設されており、スワラー１６には弁体１５を摺動可能に支持する中心孔１７が設けられ、両端面が弁ハウジング１０の段部１０ａと弁座９とに接して挟持されると共に、外周部は弁ハウジング１０の内径面に支持されている。
【０００５】
また、スワラー１６の弁ハウジング１０の段部１０ａと接する側の面には半径方向に延びる燃料通路溝１８が形成され、外周部には図７の平面図に示すように円周方向の等間隔に離間して平坦面１６ａが形成されており、この平坦面１６ａと弁ハウジング１０の内径面との間には燃料の流路１９が形成され、燃料通路溝１８と流路１９とで弁本体４内を通過する燃料が弁座９の燃料噴射孔１４に導かれる燃料通路を形成している。
【０００６】
スワラー１６の弁座９に接する端面２０には図７に示すように、中心孔１７の外径とは接線をなして流路１９と連通する旋回溝２１が半径方向に対して所定の角度で設けられており、旋回溝２１は流路１９と燃料噴射孔１４との間の燃料通路を形成するが、旋回溝２１を中心孔１７に対して接線方向に設けるために、中心孔１７の周辺、言い換えれば弁座９の燃料噴射孔１４の周辺には燃料溜まりの空間２２が付随的に形成される。旋回溝２１を流れる燃料は旋回溝２１が傾斜角を有するため燃料噴射孔１４に対して旋回運動が与えられ、燃料噴射孔１４から噴射される燃料はこの旋回運動を保持した状態で旋回噴射されるが、燃料溜まりの空間２２に蓄積された燃料は旋回運動が付与されることなく、旋回噴射に先行して噴射される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、内燃機関の燃焼室に噴射される燃料には旋回運動が与えられ、燃焼効率が高められるが、閉弁後に燃料溜まりの空間２２に蓄積される燃料は旋回運動が消滅し、次回の噴射にはこの旋回運動の付与されない燃料が旋回噴射に先行して噴射されるため、その分燃焼効率が低下して内燃機関の出力や排気ガスに影響を及ぼすことになる。また、バネ１２は燃焼室の燃焼圧力に耐えるために押圧力が大きく設定されるが、そのために弁体１５の閉弁速度が大となり、弁体１５と弁座９との間にバウンシングが発生して二次噴射が発生し、燃料噴射量の制御性を悪化させる。
【０００８】
このようなバウンシングを抑制して燃料噴射量の制御性を向上させるための技術としては、例えば、特開平８−１８９４３７号公報や、特開平９−２７３４５７号公報、あるいは、実用新案第２５６８５１５号公報などが開示されている。これらの内、特開平８−１８９４３７号公報に開示された技術は、アマチュアに拡径部を設け、この拡径部の反弁座側側から外径側面を経由して弁座側に燃料通路を形成すると共に、閉弁時のアマチュアの移動により外径側面の燃料通路が絞られるように構成することにより、拡径部の弁座側と本体ハウジングとの間の燃料通路にダンパ効果を持たせ、アマチュアと一体構成された弁体の閉弁速度を抑制し、バウンシングを抑制しようとするものである。
【０００９】
また、特開平９−２７３４５７号公報に開示された技術は、アマチュア（プランジャロッド）とこれに対向して閉弁時にアマチュアの面と接する部材のいずれかに凹部を設け、アマチュアの面と部材との間を燃料通路として燃料を充填し、閉弁時にアマチュアの面と部材とが衝突する瞬間に凹部に溜まった燃料が急激に圧縮されるときの反発力を用いて衝突力を緩和し、バウンシングを抑制しようとするものである。さらに、実用新案第２５６８５１５号公報に開示された技術も弁が閉弁方向に移動するときに弁と可動コアとの間に設けられたダンパ室を圧縮することにより着座時における閉弁速度を抑制し、バウンシングを抑制しようとするものである。
【００１０】
これらの従来例は上記のように、閉弁時の弁速度を抑制することによりバウンシングを抑制し、二次噴射を抑制する技術であり、同一目的の構成が各種開示されているものである。これらの技術は、いずれの構成においてもバウンシングは抑制できるが、旋回運動を持たない先行噴射を抑制することはできず、従って、燃焼効率の悪化を抑制し得るものではなかった。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、弁の着座速度を抑制してバウンシングによる二次噴射を抑制すると同時に、旋回運動を持たない先行噴射を抑制して燃焼効率を向上させることが可能な燃料噴射弁を得ることを目的とするものである。
【００１２】
この発明に係る燃料噴射弁は、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射孔を有する弁座と、前記弁座を保持する弁ハウジングと、前記弁座と離接して前記燃料噴射孔を開閉する弁体と、両端部が前記弁ハウジングの段部と前記弁座との間に挟持され、外周部が前記弁ハウジングの内径面に嵌合支持されると共に、前記燃料噴射孔から噴射される燃料に旋回運動を与える旋回溝を有するスワラーと、前記弁ハウジング内に設けられ、その通電と遮断とにより上記弁体を開閉動作させるソレノイドコイルとを備えた燃料噴射弁において、前記スワラーは円筒部と前記弁座と当接する底部とを有する有底円筒状に形成され、前記弁体は前記スワラーの円筒部内径においてこれと摺動可能に嵌合する大径部を有し、前記スワラーの円筒部外周面と前記弁ハウジングの段部内周面との間には、開弁動作時に燃料を前記燃料噴射孔に供給する燃料流路を設け、前記弁体の大径部とスワラー底部との間には、前記弁体の開弁動作時に容積が拡大し、閉弁動作時には容積が縮小する圧力室を設け、更に前記スワラー底部の旋回溝周辺には、付随的に形成された燃料溜まりの空間と前記圧力室とを連通する連通路を上記燃料流路と独立に設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、この発明に係る燃料噴射弁は、前記連通路を、スワラーの旋回溝周辺に設けられた連通孔とすることができ、また、スワラーの弁体貫通用の中心孔と前記弁体の外径との隙間により構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の全体構成を示す断面図、図２は、図１の弁座付近の構成を示す拡大断面図、図３は、スワラーを弁座側から見た正面図であり、上記の従来例と同一機能部分には同一符号が付与されている。図において、燃料噴射弁１は、本体ハウジング２と、この本体ハウジング２にカシメ固定された弁本体４と、弁本体４をカバーするホルダ３とからなり、本体ハウジング２の反弁本体４側の端部には燃料噴射弁１に燃料を供給する燃料供給管５が取り付けられ、燃料噴射弁１自体は内燃機関のシリンダーヘッド６に設けられた燃料噴射弁取り付け穴７にコルゲートワッシャなどシール材８およびシールワッシャ２３を介して取り付けられている。
【００１５】
弁本体４は、弁座９と、弁座９を保持固定する弁ハウジング１０と、ソレノイドコイル１１の通電によりバネ１２の押圧力に抗して吸引されるアマチュア１３と、アマチュア１３に固定され、アマチュア１３の移動により弁座９と離接して弁座９に設けられた燃料噴射孔１４を開閉する弁体１５と、スワラー２４とから構成されている。弁座９の燃料噴射孔１４と、弁体１５と、スワラー２４とは図２の拡大断面図に示すように配設されており、スワラー２４は図に示すように円筒部２４ａと底部２４ｂとを有する有底円筒状に形成され、底部２４ｂには弁体１５を摺動可能に支持する中心孔２５が設けられると共に、両端面が弁ハウジング１０の段部１０ａと弁座９とに挟持され、外周部は弁ハウジング１０の内径面に嵌合支持されている。
【００１６】
弁体１５にはスワラー２４の円筒部２４ａの内径と摺動可能に嵌合する大径部１５ａが設けられ、この大径部１５ａの弁座９側の面とスワラー２４の底部２４ｂとの間には圧力室２６が形成されている。スワラー２４には弁ハウジング１０の段部１０ａと接する面に半径方向に延びる燃料通路溝１８が設けられ、また、外周部には図３の平面図に示すように等間隔に円周方向に離間して平坦面２４ａが設けられ、この平坦面２４ａと弁ハウジング１０の内径面との間には燃料の流路１９が形成され、燃料通路溝１８と流路１９とで弁本体４内を通過する燃料が弁座９の燃料噴射孔１４に導かれる燃料通路を形成している。
【００１７】
スワラー２４の弁座９に接する端面には図３に示すように中心孔２５の外径とは接線をなして流路１９と連通する旋回溝２１が半径方向に対して所定の角度で設けられており、旋回溝２１は流路１９と燃料噴射孔１４との間の燃料通路を形成している。旋回溝２１が傾斜して設けられるために中心孔２５の周辺には燃料溜まりの空間２２が付随的に形成されるが、この燃料溜まりの空間２２と圧力室２６との間には小径の連通孔が連通路２７として設けられており、燃料が燃料通路溝１８と流路１９と旋回溝２１とを通って燃料溜まりの空間２２と圧力室２６とに充填されるように構成されている。
【００１８】
このように構成されたこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁において、燃料噴射を開始するときにはソレノイドコイル１１が通電され、この通電によりアマチュア１３が吸引されてアマチュア１３と一体構成の弁体１５が移動し、弁体１５の先端部が弁座９から開弁方向に移動して燃料噴射孔１４が開くが、弁体１５の移動に伴う大径部１５ａの移動により、圧力室２６の容積が拡大して圧力が低下する。これに伴って燃料溜まりの空間２２内に蓄積されていた燃料は連通路２７から圧力室２６に吸入され、燃料溜まりの空間２２にはスワラー２４の旋回溝２１から旋回運動を伴った高圧燃料が流入してこの旋回燃料が燃料噴射孔１４から内燃機関の燃焼室に噴射される。
【００１９】
燃料が所定量噴射されればソレノイドコイル１１の通電がオフとなり、バネ１２の押圧力により弁体１５は閉弁方向に移動するが、弁体１５の大径部１５ａの移動に伴い圧力室２６内の燃料は連通路２７から燃料溜まりの空間２２に押し戻され、連通路２７の時間当たりの燃料通過量には限界があるので弁体１５の閉弁速度は制限される。弁体１５の閉弁速度が制限される結果、弁体１５と弁座９との着座衝撃は緩和され、着座時のバウンシングと二次噴射とは抑制される。
【００２０】
以上のように、この発明の実施の形態１の構成によれば、開弁時においては燃料溜まりの空間２２内の非旋回燃料は開弁動作と共に低圧力となる圧力室２６に吸入され、スワラー２４の旋回溝２１から燃料溜まり２２に流入する旋回運動を伴った高圧燃料が燃焼室内に噴射されるので、旋回運動を伴わない先行噴射は抑制されて燃焼効率の低下は抑制される。また、閉弁時には圧力室２６からの流出燃料の量に見合った着座速度となって二次噴射が抑制され、噴射量の制御性の良好な燃料噴射弁を得ることができる。当然のことながら連通路２７の面積は先行噴射の低減と二次噴射の低減とに合致した面積に設定される。
【００２１】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の弁座付近の構成を示す拡大断面図であり、この実施の形態による燃料噴射弁は、スワラー２４に設けられた中心孔２５の内径と中心孔２５を貫通する弁体１５の外径との間に所定の隙間が設けられ、この隙間を燃料溜まりの空間２２と圧力室２６とを連通する連通路２８としたものである。弁体１５の大径部１５ａはスワラー２４の円筒部２４ａの内径とは摺動可能に嵌合しているので、円筒部２４ａの内径で弁体１５を支承することができ、中心孔２５の内径と弁体１５の外径との間には隙間を設けることができる。
【００２２】
このように構成しても連通路２８の通路面積を先行噴射の低減と二次噴射の低減とに合致した面積に設定することにより、実施の形態１の場合と同様に、開弁時には燃料溜まりの空間２２内の非旋回燃料は開弁動作と共に圧力室２６に吸入され、旋回溝２１から流入する旋回運動を伴った高圧燃料を燃焼室内に噴射することができ、閉弁時には圧力室２６からの流出燃料の量に見合った着座速度となって二次噴射を抑制することができるものである。
【００２３】
以上に説明したように、この発明の燃料噴射弁においては、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射孔を有する弁座と、前記弁座を保持する弁ハウジングと、前記弁座と離接して前記燃料噴射孔を開閉する弁体と、両端部が前記弁ハウジングの段部と前記弁座との間に挟持され、外周部が前記弁ハウジングの内径面に嵌合支持されると共に、前記燃料噴射孔から噴射される燃料に旋回運動を与える旋回溝を有するスワラーと、前記弁ハウジング内に設けられ、その通電と遮断とにより上記弁体を開閉動作させるソレノイドコイルとを備えた燃料噴射弁において、前記スワラーは円筒部と前記弁座と当接する底部とを有する有底円筒状に形成され、前記弁体は前記スワラーの円筒部内径においてこれと摺動可能に嵌合する大径部を有し、前記スワラーの円筒部外周面と前記弁ハウジングの段部内周面との間には、開弁動作時に燃料を前記燃料噴射孔に供給する燃料流路を設け、前記弁体の大径部とスワラー底部との間には、前記弁体の開弁動作時に容積が拡大し、閉弁動作時には容積が縮小する圧力室を設け、更に前記スワラー底部の旋回溝周辺には、付随的に形成された燃料溜まりの空間と前記圧力室とを連通する連通路を上記燃料流路と独立に設けた構成としたので、開弁時には燃料溜まり空間内の非旋回燃料が開弁動作と共に圧力室に吸入され、旋回溝からの旋回運動を伴った燃料が燃焼室内に噴射されることになって旋回運動を伴わない先行噴射が抑制され、燃焼効率の低下を抑制すると共に、閉弁時には連通路を通じた圧力室からの流出燃料の量に見合った着座速度となって便座のバウンシング並びに二次噴射を抑制することができ、良好な噴射量の制御を行うことができるものである。
また、この発明の燃料噴射弁においては、前記スワラーを有底円筒状に形成し、弁体に前記スワラーの円筒部内径と摺動可能に嵌合する大径部を設け、この大径部とスワラー底部との間に、連通路を介して前記スワラー底部の燃料溜まり空間と連通する圧力室を設け、更に前記スワラー底部の旋回溝周辺には、付随的に形成された燃料溜まりの空間と前記圧力室とを連通する連通路を上記燃料流路と独立に設けたので、開弁動作時の燃料噴射制御、閉弁動作時の二次噴射の抑制制御が、比較的自由度をもって行われ、弁体の設計、製造並びに使用条件の維持、管理が容易となる効果を有する。
【００２４】
また、請求項２に記載の発明によれば、弁体の大径部と対向する部材を円筒部と底部とからなる有底円筒状に形成されたスワラーとし、弁体の大径部をスワラーの円筒部の内径と摺動可能に嵌合することにより、弁体の大径部とスワラーの底部との間に圧力室を形成すると共に、スワラーの底部に小径の連通孔を設け、この連通孔を圧力室と燃料溜まりの空間との連通路としたので、圧力室を燃料溜まりの空間と近接して設けることができ、構成を簡素化すると共に請求項１に記載した効果をより効果的なものとすることができるものである。
【００２５】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、スワラーの底部に設けられた中心孔を弁体が貫通しており、中心孔の内径と弁体の外径との間に所定寸法の隙間が形成され、この隙間を圧力室と燃料溜まりの空間とを連通する連通路としたので、連通孔を別途設ける必要がなく、構成をより単純化しながら請求項１に記載した効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の全体構成を示す断面図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の弁座付近の構成を示す拡大断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による燃料噴射弁のスワラーを弁座側から見た正面図である。
【図４】  この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の弁座付近の構成を示す拡大断面図である。
【図５】  従来の燃料噴射弁の全体構成を示す断面図である。
【図６】  従来の燃料噴射弁の弁座付近の構成を示す拡大断面図である。
【図７】  従来の燃料噴射弁のスワラーを弁座側から見た正面図である。
【符号の説明】
１  燃料噴射弁、２  本体ハウジング、３  ホルダ、４  弁本体、
５  燃料供給管、６  シリンダーヘッド、７  燃料噴射弁取り付け穴、
９  弁座、１０  弁ハウジング、１０ａ  段部、１１  ソレノイドコイル、
１２  バネ、１３  アマチュア、１４  燃料噴射孔、１５  弁体、
１５ａ  大径部、１８  燃料通路溝、１９  流路、２１  旋回溝、
２２  燃料溜まりの空間、２４  スワラー、２４ａ  円筒部、
２４ｂ  底部、２５  中心孔、２６  圧力室、２７，２８  連通路。
【図１】
0003641803.tif 000002
【図２】
0003641803.tif 000003
【図３】
0003641803.tif 000004
【図４】
0003641803.tif 000005
【図５】
0003641803.tif 000006
【図６】
0003641803.tif 000007
【図７】
0003641803.tif 000008