(57)【要約】  弁座シート部(12a)と弁座開口部(12b)とを有する弁座(12)と、弁座(12)の弁座シート部(12a)に当接されて弁座開口部(12b)からの燃料の流出を阻止するとともに、弁座シート部(12a)から離されて弁座開口部(12b)からの燃料の流出を許容する弁体(10)と、弁座(12)の下流側端面に固定され、弁座開口部(12b)から流出された燃料を外部へ噴射する複数の噴孔(14)を有する噴孔プレート(13)とを備えた燃料噴射弁(100)であって、噴孔プレート(13)の上流側端面には噴孔(14)が開口して連通し燃料に旋回力を付与する旋回室(18)と、旋回室(18)に燃料を導入する燃料通路(17)とを有し、旋回室(18)および燃料通路(17)は上流側に向けて広がるテーパー形状を有する側壁(20)により構成され、噴孔プレート(13)の下流側端面には旋回室(18)および燃料通路(17)を含む領域に凹部(30)を有するものである。
2019207753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座シート部と弁座開口部とを有する弁座と、
前記弁座の前記弁座シート部に当接されて前記弁座開口部からの燃料の流出を阻止するとともに、前記弁座シート部から離されて前記弁座開口部からの燃料の流出を許容する弁体と、
前記弁座の下流側端面に固定され、前記弁座開口部から流出された燃料を外部へ噴射する複数の噴孔を有する噴孔プレートとを備えた燃料噴射弁であって、
前記噴孔プレートの上流側端面には前記噴孔が開口して連通し燃料に旋回力を付与する旋回室と、前記旋回室に燃料を導入する燃料通路とを有し、
前記旋回室および前記燃料通路は上流側に向けて広がるテーパー形状を有する側壁により構成され、
前記噴孔プレートの下流側端面には前記旋回室および前記燃料通路を含む領域に凹部を有することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記燃料噴射弁の中心軸に垂直な平面に前記燃料通路および前記噴孔を投影したとき、前記燃料通路の底部の幅をＨとし、前記燃料通路の底部の深さをＶとし、前記側壁の深さ方向に対する傾き角度をθとし、前記燃料通路の底部の中心軸から前記噴孔の中心までの距離をＬとすると、Ｈ／２＋Ｖ・ｔａｎθ＜Ｌの関係とした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】
前記噴孔プレートは、前記弁座の下流側に溶接され、前記凹部は溶接部よりも内周側に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記凹部は、下流側に向けて広がるテーパ―形状を有する側壁により構成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記凹部は、前記噴孔プレートの下流側端面に投影される前記旋回室および前記燃料通路以外の部分に設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記凹部は、前記噴孔プレートの下流側端面に複数設けられることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記燃料通路を形成する側壁は、前記噴孔に遠い側のみ上流側に向けて広がるテーパ―形状を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、自動車の内燃機関などへの燃料供給に使用される燃料噴射弁に係り、特に噴霧特性における微粒化の促進を図った燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の内燃機関などの排出ガス規制が強化される中、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の微粒化が求められており、旋回流れを利用して微粒化を図る方式に関して様々な検討がなされている。【０００３】
特許文献１では、ソレノイド装置で駆動されるプランジャと、その下流側に配置され、開口部を有している弁座と、分岐部と導入部と円筒部と旋回部を有する放射状の窪みが上流側に加工され、前記円筒部の下流側には噴孔が開口する噴孔プレートを有し、その噴孔プレートが弁座の下流側に結合されて燃料噴射弁の先端部品である弁本体の内部に取り付けられる構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１７／０６０９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に燃焼室の上流側の吸気通路に取り付けられる燃料噴射弁は、燃焼室内に入る燃料量をより正確に制御するために、燃焼室に近接配置して吸気通路への燃料付着を低減することが望ましい。【０００６】
上述した特許文献１の燃焼噴射弁では、燃焼室に近接配置した場合に問題がある。すなわち、燃料噴射弁の先端部品である弁本体は燃焼室から吹き返される高温ガスにさらされる表面積が大きいため高温になり易く、その弁本体の内部に取り付けられる噴孔プレートあるいは弁座は、弁本体に近い径方向の端部から中央部に向けて熱が伝わっていく。【０００７】
特許文献１の噴孔プレートは上流側に形成される放射状の窪み部以外の板厚が均一なため、噴孔プレートの端部から中央部の噴孔近傍に熱が伝わり易く、噴孔部が高温になり、噴孔内の残留ガソリンが噴孔の内面に固着して噴霧微粒化の悪化あるいは噴射流量の変化が懸念されるという問題があった。【０００８】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、その目的は、燃料噴射弁を燃焼室に近接配置した場合でも、噴孔部が高温化し難い噴孔プレート形状にすることで、噴霧特性あるいは流量特性が良好な状態で維持される燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願に開示される燃料噴射弁は、弁座シート部と弁座開口部とを有する弁座と、前記弁座の前記弁座シート部に当接されて前記弁座開口部からの燃料の流出を阻止するとともに、前記弁座シート部から離されて前記弁座開口部からの燃料の流出を許容する弁体と、前記弁座の下流側端面に固定され、前記弁座開口部から流出された燃料を外部へ噴射する複数の噴孔を有する噴孔プレートとを備えた燃料噴射弁であって、前記噴孔プレートの上流側端面には前記噴孔が開口して連通し燃料に旋回力を付与する旋回室と、前記旋回室に燃料を導入する燃料通路とを有し、前記旋回室および前記燃料通路は上流側に向けて広がるテーパー形状を有する側壁により構成され、前記噴孔プレートの下流側端面には前記旋回室および前記燃料通路を含む領域に凹部を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願に開示される燃料噴射弁によれば、噴孔近傍の高温化を抑制でき、また旋回室内あるいは燃料通路内の燃料温度の低減が可能となり、噴霧特性あるいは流量特性が良好な状態で維持することができる燃料噴射弁を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１による燃料噴射弁を示す断面図である。
【図２】実施の形態１による燃料噴射弁における先端部を示す断面図（ａ）および断面図（ａ）のＡ−Ａ線における断面図（ｂ）である。
【図３】実施の形態１，２による燃料噴射弁における噴孔プレートの上流側端面を示す拡大図（ａ）および拡大図（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図（ｂ）である。
【図４】実施の形態１，３による燃料噴射弁における先端部を示す断面図（ａ）および燃料噴射弁における噴孔プレートの下流側の矢印Ｓ１方向から見た図（ｂ）である。
【図５】実施の形態４による燃料噴射弁における先端部を示す断面図（ａ）および燃料噴射弁における噴孔プレートの下流側の矢印Ｓ２方向から見た図（ｂ）である。
【図６】実施の形態５による燃料噴射弁における先端部を示す断面図（ａ）および燃料噴射弁における噴孔プレートの下流側の矢印Ｓ３方向から見た図（ｂ）である。
【図７】実施の形態６による燃料噴射弁における先端部を示す断面図（ａ）および燃料噴射弁における噴孔プレートの下流側の矢印Ｓ４方向から見た図（ｂ）である。
【図８】実施の形態７による燃料噴射弁における噴孔プレートの上流側端面を示す拡大図（ａ）および拡大図（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は実施の形態１による燃料噴射弁を示す側面図である。図２（ａ）は実施の形態１による燃料噴射弁における先端部を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
【００１３】
１００は燃料噴射弁を示している。４はソレノイド装置、５は磁気回路のヨーク部分である金属ブレート、磁気回路の固定鉄心部分である円筒状のコア６と、７はコア６の外周に配置されたボビン１に巻着されたコイル、８はアマチュア上端面８ｂがコア６の下端面に接離され、磁気回路の可動鉄心部分である円筒状のアマチュアであり、後述する弁ホルダー１１内を摺動する摺動面８ａを有し、アマチュア８は弁ホルダー１１内で軸方向に摺動可能となっている。９は弁装置であり、弁装置９は弁体１０と弁ホルダー１１と弁座１２で構成されている。なお、金属ブレート５は、コア６の外周面と弁ホルダー１１の外周面に跨って配置され、溶接により固定されている。
【００１４】
弁ホルダー１１の上流側端部はコア６の外周部に圧入された後、溶接されている。円筒状のアマチュア８は弁体１０の上流側端部に圧入された後、溶接され、アマチュア８と弁体１０は軸方向へ一体に移動する。弁座１２の下端面には噴孔プレート１３が溶接により溶接部５０で結合され、弁座１２と噴孔プレート１３とは一体構造で弁ホルダー１１の下流側端部の内部に取り付けられている。噴孔プレート１３には板厚方向に貫通する複数の噴孔１４が設けられている。
【００１５】
弁体１０の下流側端部には面取り部１５ａが形成されたボール１５が固定され、ボール１５は弁座１２の弁座シート部１２ａに着座・離座される。円筒状のコア６内には、ボール１５を弁座１２の弁座シート部１２ａに押し付ける方向へ弁体１０を押圧する圧縮ばね１６が挿入されている。また、円筒状のコア６内には、圧縮ばね１６の荷重を調整するアジャスタ２が固定されている。さらに、燃料の導入部となる円筒状のコア６の上端部には、フィルタ３が挿入されている。そして、弁ホルダー１１、コア６、コイル５および金属ブレート５は、樹脂製ハウジング２２に一体成型されている。樹脂製ハウジング２２には、コネクタ部２２ａが設けられ、コネクタ部２２ａ内にはコイル５に電気的に接続されたターミナル２３が引き出されている。
【００１６】
噴孔プレート１３の上流側端面には噴孔１４が開口して連通し燃料に旋回力を付与する旋回室１８と、旋回室１８に燃料を導入する燃料通路１７とを有し、旋回室１８および燃料通路１７は上流側に向けて広がるテーパー形状を有する側壁２０により構成され、噴孔プレート１３の下流側端面には旋回室１８および燃料通路１７を含む領域に凹部３０を形成している。噴孔１４は、旋回室１８の中央近傍に設けられている。燃料通路１７は、弁座開口部１２ｂと連通している。
【００１７】
次に動作について説明する。エンジンの制御装置より、燃料噴射弁１の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁１のコイル７に電流が通電され、アマチュア８、コア６、ハウジング５、弁ホルダー１１で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア８はコア６側へ吸引動作し、アマチュア８と一体構造である弁体１０が弁座シート部１２ａから離れて隙間が形成されると、燃料は弁体１０の先端部に溶接されたボール１５の面取部１５ａから弁座シート部１２ａと弁体１０との隙間を通って、複数の噴孔１４からエンジンの吸気通路に噴射される。
【００１８】
次に、エンジンの制御装置より、燃料噴射弁１の駆動回路に動作の停止信号が送られると、コイル７の電流の通電が停止し、磁気回路中の磁束が減少して、弁体１０を閉弁方向に押している圧縮ばね１６により弁体１０と弁座シート部１２ａとの間の隙間は閉じ状態となり、燃料噴射が終了する。弁体１０はアマチュア８の摺動面８ａで弁ホルダー１１の内周面のガイド部と摺動し、開弁状態ではアマチュア８のアマチュア上面８ｂがコア６の下面と当接する。
【００１９】
実施の形態１では、図２（ａ），（ｂ）、図３（ａ），（ｂ）のように、噴孔プレート１３の上流側端面を窪ませることにより、燃料に旋回力を付与する複数の旋回室１８が形成されている。噴孔１４は、旋回室１８の中央近傍にそれぞれ設けられている。旋回室１８に対応して、旋回室１８に燃料を導入する燃料通路１７が設けられている。燃料通路１７は、弁座開口部１２ｂと連通している。
【００２０】
これにより、弁座開口部１２ｂから燃料通路１７を通して旋回室１８へ流れ込んだ燃料は、旋回流れを生じながら噴孔１４へ流れ込む。噴孔１４の内部においても旋回流れが保たれることで、噴孔１４の内壁に沿った薄い液膜が形成され、薄い液膜を噴孔１４から中空円錐状に噴射することで燃料の微粒化が促進される。
【００２１】
燃料噴射弁１を燃焼室に近接配置した場合、燃料噴射弁１の先端部品である弁ホルダー１１は燃焼室から吹き返される高温ガスにさらされる表面積が大きいため高温になり易く、その熱が弁ホルダー１１の内部に取付けられる噴孔プレート１３の端部あるいは弁座１２の外周部から噴孔プレート１３の中央部に伝わり、噴孔１４の近傍が高温になるため、噴孔１４内の残留ガソリンが噴孔１４の内面に固着して噴霧微粒化の悪化あるいは噴射流量の変化が懸念される。また、旋回室１８内および燃料通路１７内の燃料が高温となり、キャビテーションの発生による噴霧微粒化の悪化あるいは噴射流量の変化が懸念される。
【００２２】
そこで、実施の形態１では、旋回室１８および燃料通路１７を形成する側壁２０を上流側に向けて広がるテーパ―形状で形成している。これにより特許文献１のようなテーパ―形状でない場合に対して、燃料に接する側壁２０の表面積が増加するので燃料による冷却効果が高まり、噴孔１４の近傍の温度を低減することができる。
【００２３】
さらに、図４（ａ），（ｂ）のように、噴孔プレート１３の下流側端面には、矢印Ｓ１の噴孔プレート１３の下流側から下流側端面の垂直方向を見たときに投影される旋回室１８および燃料通路１７を含む領域に凹部３０を設けて、噴孔プレート１３の板厚を噴孔プレート１３の端部に対して薄肉化している。
【００２４】
これにより、弁ホルダー１１の内部に取り付けられる噴孔プレート１３の端部から噴孔１４の近傍に熱が伝わるのを低減できるので、燃料噴射弁を燃焼室に近接して配置する場合でも、噴孔１４の近傍の高温化が抑制され、噴孔１４の内面に残留ガソリンが固着することを抑えることが可能となり、また、旋回室１８内あるいは燃料通路１７内の燃料温度も低減できるので、キャビテーションの発生を抑制することが可能となり、噴霧微粒化の悪化あるいは噴射流量の変化を抑制することができる。
【００２５】
実施の形態２． 
図３（ａ）は実施の形態２による燃料噴射弁における噴孔プレートの上流側端面を示す拡大図であり、図３（ｂ）は実施の形態２の図３（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【００２６】
燃料噴射弁１の中心軸に垂直な平面に燃料通路１７および噴孔１４を投影した場合、燃料通路１７の底部の幅および深さを各々Ｈ、Ｖとし、側壁２０の深さ方向に対する傾き角度をθとし、また、燃料通路１７の底部の中心軸から噴孔１４の中心までの距離をＬとすると、Ｈ／２＋Ｖ・ｔａｎθ＜Ｌの関係式が成り立つ構成となっている。
【００２７】
これにより、燃料通路１７を形成する側壁２０が上流側に向けて広がるテーパ―形状であっても、燃料通路１７で整流化されて旋回室１８に流入する燃料が噴孔１４に直入し難くなるため、噴孔１４の内部に生じる旋回流れが弱まることがなく、噴霧の微粒化を維持することができる。
【００２８】
実施の形態３． 
図４（ａ）は実施の形態３による燃料噴射弁における先端部を示す断面図であり、図４（ｂ）は実施の形態３による燃料噴射弁における噴孔プレートの下流側の矢印Ｓ１方向から見た図である。
【００２９】
噴孔プレート１３は弁座１２の下流側にリング状に溶接され、その溶接部５０は噴孔プレート１３の下流側端面に設ける凹部３０よりも径方向の外側に設けているので、凹部３０内の板厚の薄い部分に設けるよりも、溶接により生じる熱変形を抑制できる。
【００３０】
したがって、弁座１２と噴孔プレート１３の間に熱変形に伴う隙間などが生じることがなく、燃料が燃料通路１７および旋回室１８の内部を正常に流れて、噴孔１４内に良好な旋回流れを生じさせることができるので、噴霧微粒化の悪化あるいは噴射流量の変化を抑制することができる。
【００３１】
また、燃料噴射時に、噴孔プレート１３には、燃料圧力による負荷が加わり、特に溶接部５０近傍に応力集中が生じるが、溶接部５０を噴孔プレート１３の板厚の厚い部分に設けているので、凹部３０内の板厚の薄い部分に設けるよりも、噴孔プレート１３の強度を上げることができ、耐久性を向上することができる。
【００３２】
実施の形態４． 
図５（ａ）は実施の形態４による燃料噴射弁における先端部を示す断面図であり、図５（ｂ）は実施の形態４による燃料噴射弁における噴孔プレートの下流側の矢印Ｓ２方向から見た図である。
【００３３】
噴孔１４から噴射される燃料の一部は噴孔１４の出口近傍に付着するが、上述した実施の形態１のように、噴孔プレート１３の下流側端面に設けられた凹部３０の側壁２０が、凹部３０の底面に対して垂直に形成される場合、噴孔１４の出口近傍の付着燃料が噴孔プレート１３の径方向に広がり難く、下流側端面から剥れ難くなる。その結果、周囲の高温ガスによって付着燃料が固着して噴孔１４の出口部を塞ぎ、噴霧微粒化の悪化あるいは噴射流量の変化が懸念される。
【００３４】
そこで、実施の形態４では、上述した実施の形態１に対して、噴孔プレート１３の下流側端面に設ける凹部３０を形成する側壁４０を下流側に向けて広がるテーパ―形状で設けている。
【００３５】
これにより噴孔１４から噴射される燃料の一部が噴孔１４の出口近傍に付着しても、噴孔プレート１３の径方向に広がり易く、下流側端面から剥れ易くなり、付着燃料の固着により噴孔１４の出口部を塞ぐことがなくなり、噴霧微粒化の悪化あるいは噴射流量の変化を抑制することができる。
【００３６】
実施の形態５．
図６（ａ）は実施の形態５による燃料噴射弁における先端部を示す断面図であり、図６（ｂ）は実施の形態５による燃料噴射弁における噴孔プレートの下流側の矢印Ｓ３方向から見た図である。
【００３７】
実施の形態５では、上述した実施の形態４に対して噴孔プレート１３の下流側端面に設ける凹部３０を、矢印の噴孔プレート１３の下流側から下流側端面の垂直方向を見たときに投影される旋回室１８および燃料通路１７を含む領域以外の部分に設けている。
【００３８】
これにより、噴孔プレート１３の下流側端面の旋回室１８および燃料通路１７の部分のみ凹部３０の底面に対して下流側に盛り上がる形状となるため、上述した実施の形態４よりも更に噴射される燃料の一部が噴孔１４の出口近傍に留まり難くなり、下流側端面から剥れ易くなるため、付着燃料の固着により噴孔１４の出口部を塞ぐことがなくなり、噴霧微粒化の悪化あるいは噴射流量の変化を抑制することができる。
【００３９】
実施の形態６． 
図７（ａ）は実施の形態６による燃料噴射弁における先端部を示す断面図であり、図７（ｂ）は実施の形態６による燃料噴射弁における噴孔プレートの下流側の矢印Ｓ４方向から見た図である。
【００４０】
上述した実施の形態１，４は噴孔プレート１３の下流側端面の広い範囲に凹部３０を設ける場合、噴孔プレート１３の板厚が広い範囲で薄くなり、噴孔プレート１３の強度不足による耐久性の悪化が懸念される。
【００４１】
そこで、実施の形態６では、噴孔プレート１３の下流側端面に設ける凹部として、噴孔プレート１３の下流側から下流側端面の垂直方向を見たときに投影される旋回室１８および燃料通路１７を含む凹部領域３０ａ１と、その径方向外側の凹部領域３０ｂ１の２箇所に設けている。
【００４２】
このように、噴孔プレート１３の下流側端面に複数の凹部領域３０ａ１，３０ｂ１を設けて、変形し難い凸凹形状にすることにより、凹部を広い範囲で１つ設ける場合に対して噴孔プレート１３の強度を維持しつつ、噴孔プレート１３の端部から噴孔１４部への熱伝導性を低減して噴孔１４部の高温化を抑制することが可能となり、噴霧微粒化の悪化あるいは噴射流量の変化を抑制することができる。
【００４３】
実施の形態７． 
図８（ａ）は実施の形態７による燃料噴射弁における噴孔プレートの上流側端面を示す拡大図であり、図８（ｂ）は実施の形態７の図８（ａ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【００４４】
上述した実施の形態２に対して、燃料通路１７を形成する側壁２０は、上流側に向けて広がるテーパ―形状が噴孔１４から遠い側１７ａのみに形成され、噴孔１４から近い側１７ｂには形成されないので、さらに燃料通路１７で整流化されて旋回室１８に流入する燃料が噴孔１４に直入し難くなるため、噴孔１４の内部に生じる旋回流れが弱まることがなく噴霧の微粒化を維持することができる。
【００４５】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本願は、噴霧微粒化の悪化あるいは噴射流量の変化を抑制することができる信頼性の高い燃料噴射弁の実現に好適である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  燃料噴射弁、９  弁装置、１０  弁体、１１  弁ホルダー、１２  弁座、１２ａ  弁座シート部、１２ｂ  弁座開口部、１３  噴孔プレート、１４  噴孔、１７  燃料通路、１８  旋回室、２０  側壁、３０  凹部、４０  側壁、５０  溶接部
【図１】
2019207753.tif 000003
【図２】
2019207753.tif 000004
【図３】
2019207753.tif 000005
【図４】
2019207753.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019207753.tif 000008
【図７】
2019207753.tif 000009
【図８】
2019207753.tif 000010
【国際調査報告】
2019207753.tif 000011
2019207753.tif 000012
2019207753.tif 000013
2019207753.tif 000014