(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する噴射孔を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記噴射孔に上記燃料を供給するスワラーを備えた燃料噴射装置において、上記スワラーと上記弁座との間に形成されたスワラー溝は、流路断面積が上記スワラー溝の他の部分より小さい第一絞り部を有し、上記第一絞り部は、上記スワラー溝のうちの上流側に設けられ、且つ上記スワラー溝の他の部分より流路深さが大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
上記第一絞り部の流路長は、上記スワラー溝の全流路長の２５〜４５％程度であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
燃料を噴射する噴射孔を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記噴射孔に上記燃料を供給するスワラーを備えた燃料噴射装置において、上記スワラーと上記弁座との間に形成されると共にスワラー溝の入り口よりも上流に位置する燃料通路は、流路断面積が上記燃料通路の他の部分より小さい第二絞り部を有し、上記第二絞り部は、上記燃料通路のうちの円周方向通路部に設けられ、且つ上記燃料通路の他の部分より流路深さが大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、詳しくは燃料に旋回エネルギーを与えてそれを自動車用エンジンなどの内燃機関の燃焼室内に供給するための燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射装置として、従来からニードル弁やボール弁などの弁体を有する筒状の弁本体の一端にスワラーおよび弁座を設け、外部から供給された燃料をスワラーにより旋回させて上記弁座の燃料噴射口から噴射する構造のものが知られている。図７は従来のスワラーの弁座側の平面図であり、図８は図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。
【０００３】
図７〜図８において、３は弁装置、４はスワラー、５は弁座である。弁装置３は、弁本体３１、弁体３２、スワラー４、および弁座５から構成されている。スワラー４は、弁体３２が挿通される中孔を有する厚肉の円筒体であって、上記厚肉の壁内を軸方向に貫通する６個の燃料通路４１、弁座５との対向面に形成された６個のＶ字状突起４２、互いに隣接する２個のＶ字状突起４２の間に形成された６個のスワラー溝４３、スワラー溝４３の入り口Ａよりも上流に位置する６個の燃料通路４４から構成されている。弁本体３１は、軸に直交する方向の断面が図７に示すように円リング状を呈していて、燃料通路４４は、弁本体３１の内壁面と上記６個のＶ字状突起４２との間に形成されている。
【０００４】
燃料は、弁本体３１からスワラー４の燃料通路４１を経由してスワラー４と弁座５との対向面間に至り、ついで燃料通路４４、スワラー溝４３を順次経由してスワラー溝４３の出口Ｂから弁座５の噴射口５１に到達し、そこからエンジンの気筒７に供給される。
【０００５】
ところで従来の燃料噴射装置は、該装置間あるいは６個のスワラー溝４３間における燃料噴射流量のばらつきが大きい問題がある。燃料噴射流量のばらつきが大きいと、エンジンの上記気筒間での燃焼状態のばらつきが増加し、トルク変動によるエンジン振動や最悪の場合はエンジンが停止することがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における如上の問題が改善されて、燃料噴射流量のばらつきが小さい燃料噴射装置を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る燃料噴射装置は、燃料を噴射する噴射孔を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記噴射孔に上記燃料を供給するスワラーを備えた燃料噴射装置において、上記スワラーと上記弁座との間に形成されたスワラー溝は、流路断面積が上記スワラー溝の他の部分より小さい第一絞り部を有し、上記第一絞り部は、上記スワラー溝のうちの上流側に設けられ、且つ上記スワラー溝の他の部分より流路深さが大きいことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の請求項２に係る燃料噴射装置は、上記請求項１において、上記第一絞り部の流路長は、上記スワラー溝の全流路長の２５〜４５％程度であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の請求項３に係る燃料噴射装置は、燃料を噴射する噴射孔を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記噴射孔に上記燃料を供給するスワラーを備えた燃料噴射装置において、上記スワラーと上記弁座との間に形成されると共にスワラー溝の入り口よりも上流に位置する燃料通路は、流路断面積が上記燃料通路の他の部分より小さい第二絞り部を有し、上記第二絞り部は、上記燃料通路のうちの円周方向通路部に設けられ、且つ上記燃料通路の他の部分より流路深さが大きいことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
後記の実施の形態を説明する図１〜図６および前記従来技術を説明した図７〜８においては、互いに同じ部位に就いては同じ符号を付し、実施の形態の説明の際には一部の部位の説明を省略することがある。
【００１１】
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の燃料噴射装置における実施の形態１を説明するものであって、図１は実施の形態１の断面図、図２は前記図７に対応した、図１のスワラーの弁座側の平面図であり、図３は図２のIII−III線に沿った断面図、図４はスワラー溝の流路断面積Ｓの偏差に対する流量Ｑの偏差の関係を表すグラフである。
【００１２】
図１〜図３において、１は燃料噴射装置、２は弁作動装置、３は弁装置、４はスワラー、５は弁座、６は燃料供給管、７はエンジンの筒体、Ｔ１は前記第一絞り部である。弁装置３は、弁本体３１、弁体３２、ストッパ３３、スワラー４、および弁座５から構成されている。弁作動装置２は、磁気回路を形成して弁体３２を作動する機能をなすものであって、上記磁気回路のヨーク部分であるハウジング２１、磁気回路の固定鉄心部分であるコア２２、コイル２３、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア２４から構成されている。なおアマチュア２４と弁体３２とは、一体構造となっている。弁本体３１は、ハウジング２１の内径部に挿入後、かしめで結合されている。スワラー４と弁座５は、弁本体３１の内径部に圧入された後、弁座５は弁本体３１に溶接される。
【００１３】
スワラー４は、弁体３２が挿通される中孔を有する厚肉の円筒体であって、上記厚肉の壁内を軸方向に貫通する６個の燃料通路４１、弁座５との対向面に形成された６個のＶ字状突起４２、互いに隣接する２個のＶ字状突起４２間に形成された６個のスワラー溝４３、スワラー溝４３の入り口Ａよりも上流に位置する６個の燃料通路４４から構成されている。弁本体３１は、軸に直交する方向の断面が図２に示すように円リング状を呈していて、燃料通路４４は、弁本体３１の内壁面と上記６個のＶ字状突起４２との間に形成されている。
【００１４】
６個のスワラー溝４３のそれぞれは、各入り口Ａと出口Ｂの間に設けられた上流部４３１とそれに順次続くテーパ部４３２、下流部４３３とから構成されている。上流部４３１は、第一絞り部Ｔ１として機能し、その流路断面積は、下流部４３３のそれより小さく、テーパ部４３２は流路断面積において上流部４３１のそれから下流部４３３のそれに向かって漸次増大するテーパ構造を有する。図２または図３において、Ｈ１およびＨ３は、それぞれ上流部４３１および下流部４３３の各流路深さであり、Ｗ１およびＷ３は、それぞれ上流部４３１および下流部４３３の各流路幅であり、Ｋ１、Ｋ２、およびＫ３は、それぞれ上流部４３１、テーパ部４３２および下流部４３３の各流路長であり、Ｌはオフセットの距離である。上流部４３１の流路深さＨ１は、図３に示すように、下流部４３３のそれＨ３より深く、テーパ部４３２の路深さは上流部４３１のそれから下流部４３３のそれに向かって漸次減少する。換言すると、上流部４３１は狭幅で深溝であり、下流部４３３は広幅で浅溝となっている。
【００１５】
以下、実施の形態１の動作並びに作用について説明する。エンジンのマイコンから燃料噴射装置１の弁作動装置２に動作信号が送られると、コイル２３に電流が流れて上記磁気回路に磁束が発生し、アマチュア２４はコア２２側へ吸引されて、アマチュア２４と一体構造である弁体３２が弁座５から離れて両者間に間隙が生じる。このとき高圧の燃料は、スワラー４の燃料通路４１、燃料通路４４、スワラー溝４３、弁体３２と弁座５との上記隙間、および弁座５の噴射口５１を経て噴射口５１からエンジンの筒７内に噴射される。またスワラー溝４３を通過する間に旋回力が付与される。
【００１６】
次に上記マイコンから弁作動装置２に動作の停止信号が送られると、コイル２３への通電が停止し、弁体３２を常に閉弁方向に押している圧縮ばね１１により弁体３２と弁座５との間の隙間は閉状態となり、燃料噴射が停止する。なお弁体３２は、弁本体３１の内壁上を摺動する弁体部分３２１、スワラー４の内壁上を摺動する弁体部分３２２、および弁体部分３２３とから構成されており、開弁状態では弁体部分３２３がストッパ３３の下面と当接する。弁体部分３２２は、弁座５の面に対する弁体３２の径方向の非同軸度（振れ）を規制する手段であるので、スワラー４の内壁と弁体部分３２２とのクリアランスはなるべく小さく設定されるのが好ましく、実施の形態１では弁体３２の耐久磨耗を許容限度以内とするため、10μｍ以下（片側間隙5μｍ以下）とされている。
【００１７】
いま、スワラー４により燃料に付与された旋回力即ち角運動量をＭ、弁座５から噴射される燃料の流量をＱとすると、旋回力Ｍと流量Ｑとは負の相関関係となっており、即ち旋回力Ｍが大きいほど弁座５の噴射口５１内の燃料流は空洞化が大きくなって流量Ｑが減少する。またスワラー溝４３内における燃料の流速をＶ、オフセットの距離をＬ、スワラー溝４３の1溝当たりの流路断面積をＳ、スワラー溝４３の溝数をＮ、燃料の密度をρとすると下式（１）が成立し、同式から流路断面積Ｓと流量Ｑとは正の相関関係となる。したがって、溝の総断面積Ｓ×Ｎのばらつきによって流量Ｑがばらつく。
Ｍ＝ρ×Ｑ×Ｖ×Ｌ＝ρ×Ｑ×Ｑ／（Ｓ×Ｎ）×Ｌ                    （１）
【００１８】
図４に流路断面積Ｓと流量Ｑの各偏差（％）の関係の実測データを示す。スワラー溝４３の流路断面は、通常ほぼ方形であるので、流路断面積Ｓは、その流路深さＨと流路幅Ｗの積Ｈ×Ｗとなる。スワラー４は、成型で製作される場合、上記流路断面形状も成型によって決定され、成型後に弁座５との接触面（Ｖ字突起４２の表面）の面精度を高くするためにこの接触面のみ研削により仕上げ加工が施されるが、その際に流路深さＨが設計値となるように調整され、かくして流路断面積Ｓ（Ｈ×Ｗ）が高精度に調整される。
【００１９】
一般的に、流路深さＨが比較的大きい場合にはその寸法は精度よく調整可能であるが、寸法Ｈが小さい場合、即ち浅い溝の場合は加工上のばらつき幅の流路深さＨに対する比率が大きくなり、流路断面積Ｓのばらつきが大きくなる問題がある。
【００２０】
一方、スワラー溝４３の下流部４３３、特にスワラー溝４３の出口Ｂおよびその近傍は、６個の各スワラー溝４３のそれぞれにおいて燃料が旋回流を形成する最終個所であり、且つ６個の各スワラー溝４３のそれぞれから吐出される旋回流の円周方向のムラを可及的に少なくするために各出口Ｂにおける流路幅は弁体部分３２２の外径円周長の略１／６に設定する必要がある。これに対して、スワラー溝４３の上流部４３１ではかかる制約がないため、その各流路幅Ｗ１は下流部４３３のそれＷ３より狭くし、その代わりに流路深さＨ１をＨ３より大きくすることができる。この結果、上流部４３１の大きな流路深さＨ１を研削加工で調整することにより、各スワラー溝４３の実効的な流路断面積Ｓは、従来より精度よく調整することができる。
【００２１】
実施の形態1では、上流部４３１の流路幅Ｗ１は０．３ｍｍ、流路深さＨ１は０．５ｍｍ、流路断面積Ｓ１（Ｓ１および後記のＳ３などは図中に不記入）は０．１５ｍｍ２と設定され、下流部４３３の流路幅Ｗ３は０．５ｍｍ、流路深さＨ３は０．３５ｍｍ、流路断面積Ｓ３は０．１７５ｍｍ２と設定されている。この場合、下流部４３３の流路断面積Ｓ３より小さい上流部４３１の流路断面積Ｓ１がスワラー溝４３における実効的な流路断面積Ｓとして機能する。図７に示す従来技術におけるスワラー溝４３は、その入り口Ａから出口Ｂに至る全流路断面積は一様であって、例えば流路幅Ｗは０．５ｍｍ、流路深さＨは０．３ｍｍである。以上において、いま、流路深さＨの調整ばらつきが０．０３ｍｍであるとすると、従来技術では流路断面積Ｓのばらつきが０．０３／０．３、即ち１０％であるのに対して、実施の形態１では０．０３／０．５、即ち６％となって、図４から従来技術および実施の形態１における各流量Ｑの偏差はそれぞれ６％および３．６％となって、実施の形態１における各流量Ｑのばらつきが小さくなることが分かる。
【００２２】
以上説明した通り、実施の形態1では、スワラー溝４３の流路断面積Ｓを実効的に決定する個所が同溝内の上流部４３１である。なお流路断面の形状および寸法が互いに異なる上流部４３１と下流部４３３とを直結すると渦などの乱流が生じることがあるので、両流部間に設けられたテーパ部４３２は、かかる乱流の発生を防止して流体的ロスを軽減する機能をなす。
【００２３】
上流部４３１、テーパ部４３２、下流部４３３の各流路長Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、実施の形態１においては、特に好ましく互いに等流路長とされているが、本発明においてはそれぞれの流部が上記した各機能を奏する限り特に制限はなく、一般的にはスワラー溝４３の全長に対する割合は、流路長Ｋ１は２５〜４５％程度、好ましくは３３〜４１％程度であり、流路長Ｋ２は１０〜３５％程度、好ましくは１８〜３５％程度であり、流路長Ｋ３は２５〜４５％程度、好ましくは３３〜４１％程度である。またテーパ部４３２の傾斜角度θ（図３参照）は、上記した流体的ロスの軽減上から、２０度以下とすることが好ましい。
【００２４】
実施の形態２．
図５〜図６は、本発明の燃料噴射装置における実施の形態２を説明するものであって、図５は前記図２に対応したスワラーの弁座側の平面図であり、図６は図５のVI−VI線に沿った断面図である。図５〜図６において、４４１、４４２、およびＴ２は、それぞれ燃料通路４４の径方向通路、円周方向通路、および前記第二絞り部である。またＨ４は、径方向通路４４１および円周方向通路４４２の流路深さであり、Ｈ５は、第二絞り部Ｔ２の流路深さであり、Ｗ５は第二絞り部Ｔ２の流路幅である。
【００２５】
スワラー溝４３の入り口Ａよりも上流に位置する燃料通路４４は、スワラー４を貫通する燃料通路４１の出口とスワラー溝４３との間に位置し、広幅の径方向通路４４１と弁本体３１の内壁面に沿った円周方向通路４４２から構成されており、円周方向通路４４２の端はスワラー溝４３の入り口Ａに繋がっている。実施の形態２における６個のＶ字状突起４２の各一端は、図５に示す通り、弁本体３１の内壁面と接しており、第二絞り部Ｔ２は、円周方向通路４４２の端に、且つスワラー溝４３の入り口Ａの手前に設けられており、その流路断面積Ｓ４は燃料通路４４の他の部分のそれらより小さく、しかして流路断面積Ｓ４が燃料通路４４の実効的な流路断面積となり、またその流路深さＨ５を燃料通路４４の他の部分のそれらより大きくすることにより、前記実施の形態1の場合と同様に、その流路深さＨ５のばらつきによる流路断面積Ｓ４のばらつきを低減することができる。流路深さＨ５および流路幅Ｗ５は、例えばそれぞれ０．５ｍｍおよび０．３ｍｍである。
【００２６】
実施の形態２では、燃料通路４４およびそれに続くスワラー溝４３の実効的な流路断面積を決定する第二絞り部分Ｔ２は、燃料通路４４内に設けられたので、スワラー溝４３全長Ｋが従来技術と同様に燃料に対する旋回力付与機能を奏して、しかしてスワラー溝４３の出口Ｂでの燃料流速が均一化され、弁体３２の外周での旋回流が均一に形成されるので、噴射口５１から噴射される噴霧の濃度に偏りがなく、エンジン燃焼により望ましい状態で燃料が供給される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る燃料噴射装置は、燃料を噴射する噴射孔を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記噴射孔に上記燃料を供給するスワラーを備えた燃料噴射装置において、上記スワラーと上記弁座との間に形成されたスワラー溝は、流路断面積が上記スワラー溝の他の部分より小さい第一絞り部を有し、上記第一絞り部は、上記スワラー溝のうちの上流側に設けられ、且つ上記スワラー溝の他の部分より流路深さが大きいものであるので、この第一絞り部における流路断面積がスワラー溝の実効的な流路断面積として機能する。よって、スワラーの成型時に第一絞り部の流路断面積を精度よく調整することによりスワラー溝間、延いては燃料噴射装置間での燃料流量のばらつきを小さくすることができる。したがってスワラー溝の全長にわたって流路断面積の調整を行ってきた従来技術と対比して、本発明では、低コストで高品質の燃料噴射装置を工業的に生産することができる。
【００２８】
また、上記第一絞り部は、上記スワラー溝のうちの上流側に設けられ、さらに上記第一絞り部は、上記スワラー溝の他の部分より流路深さが大きいものであると、上記上流側は、流路幅について設計上の制限のあるスワラー溝下流側と異なって、流路の断面形状の点で自由度が大きいので流路幅並びに流路深さを自由に設定することができる。その際、流路深さを大きくすると前記図４にて説明した通り、第一絞り部の流路断面積のばらつきを、しかして燃料噴射流量のばらつきを低減することができる。
【００２９】
また上記第一絞り部の流路長は、上記スワラー溝の全流路長の２５〜４５％程度であると、第一絞り部の上記した作用並びに効果が一層顕著となる。
【００３０】
本発明の請求項３に係る燃料噴射装置は、燃料を噴射する噴射孔を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記噴射孔に上記燃料を供給するスワラーを備えた燃料噴射装置において、上記スワラーと上記弁座との間に形成されると共にスワラー溝の入り口よりも上流に位置する燃料通路は、流路断面積が上記燃料通路の他の部分より小さい第二絞り部を有し、上記第二絞り部は、上記燃料通路のうちの円周方向通路部に設けられ、且つ上記燃料通路の他の部分より流路深さが大きいものであるので、第二絞り部が前記した第一絞り部と同様の作用をなして、その流路断面積が上記燃料通路の実効的な流路断面積として機能する。さらに第二絞り部分は、スワラー溝の上流に設けられるので、スワラー溝の全長が燃料に対する旋回力付与機能を奏して、スワラー溝の出口での燃料流速が均一化され、噴射口から噴射される噴霧の濃度に偏りがなく、エンジン燃焼に望ましい状態で燃料が供給される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施の形態１の断面図。
【図２】図１におけるスワラーの弁座側の平面図。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図。
【図４】スワラー溝における流路断面積偏差と流量偏差の関係のグラフ。
【図５】本発明における実施の形態２でのスワラーの弁座側の平面図。
【図６】図５のVI−VI線に沿った断面図。
【図７】従来のスワラーの弁座側の平面図。
【図８】図７のVIII−VIII線に沿った断面図。
【符号の説明】
１  燃料噴射装置、３１  弁本体、３２  弁体、３３  ストッパ、
４  スワラー、４３  スワラー溝、４３１  上流部、４３２  テーパ部、
４３３  下流部、４４  燃料通路、４４１  径方向通路、
４４２  円周方向通路、Ｔ１  第一絞り部、Ｔ２  第二絞り部、５  弁座。
【図１】
0003564098.tif 000002
【図２】
0003564098.tif 000003
【図３】
0003564098.tif 000004
【図４】
0003564098.tif 000005
【図５】
0003564098.tif 000006
【図６】
0003564098.tif 000007
【図７】
0003564098.tif 000008
【図８】
0003564098.tif 000009