(57)【要約】【課題】組付けを高精度にせずとも、旋回体と弁座の間の隙間を実質的になくし、噴霧特性や流量特性のばらつきを小さくすることを目的とするものである。【解決手段】燃料噴射装置は、その先端部に弁装置を備えており、この弁装置は、中空円筒形の弁体１、弁体１内部に固着されて噴口２aを有する弁座２、弁体１内の中心軸上を軸方向に移動し一端が弁座２に離接して噴口２aを開閉するニードル弁３、ニードル弁３が摺動する貫通孔を有し噴口２aに流れ込む燃料に旋回運動を与える旋回体４、を備えている。また弁座２と旋回体４の間に、これらの部材より軟質でプレート状のシール材５を設置していて、弁装置の組み立てに際しては、弁体１内部に旋回体４を挿着し、次にシール材５を介して弁座２を固定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の通過路を有する弁本体、上記弁本体の一端に固定されて燃料噴射口を有する弁座、上記弁座に離接して上記燃料噴射口を開閉するニードル弁、上記燃料に旋回エネルギーを与える旋回体を備えた燃料噴射装置であって、上記旋回体と上記弁座との間に上記ニードル弁が挿通する弁挿通孔を有すると共に上記旋回体および上記弁座の各形成材料より軟質の材料により形成されたシール材を設置したことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
上記軟質の材料が、有機高分子または金属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】
上記シール材が、プレートであるか、または上記旋回体と上記弁座とに間施されたコーティングである請求項１または請求項２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
上記弁挿通孔が、上記弁座の開口径よりも大きいことを特徴とする請求項1〜３のいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
上記弁挿通孔が、上記弁座の開口に対して偏心していることを特徴とする請求項３または請求項４記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
上記弁挿通孔の径が、上記燃料噴射口に向かって小さくなるようにテーパ状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に内燃機関の燃料供給系に使用される燃料噴射装置に関し、特に燃料の流量特性の安定性、および噴霧燃料の微粒化度や噴霧均一性などの噴霧特性が改良された燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料噴射装置は、例えば後記の特許文献１、特許文献２、特許文献３などに開示されているように、図２１〜図２３に示す構造を有する。なお以下に、従来技術および本発明に就き説明するが、両技術における差異は燃料噴射装置の１部であるので、燃料噴射装置全体の断面図である後記の図１を従来技術並びに本発明の各実施の形態の説明に統一して使用する。
図１および図２１〜図２３において、図２１は図１の燃料噴口部の拡大断面図であり、図２２は図２１の矢印Ｐ−Ｐの方向から見た図であり、図２３は図２１と同じであるが、本発明の課題を理解し易いように説明する燃料噴口部の拡大断面図である。
【０００３】
図２１〜図２３において、その燃料噴射装置は、中空状の弁体１と、この弁体１の一端に設けられ噴口２aを有する弁座２と、弁体１内を軸Ｘ方向に上下動し弁座２に離接して噴口２aを開閉するニードル弁３と、ニード弁３の周囲に配置されニードル弁３を摺動可能に支持すると共に噴口２aから流出する燃料に旋回を与える旋回体４とを備えている。旋回体４の外周部と弁体１の内周面との間には、燃料の軸方向流路が形成されている。また、旋回体４の弁座２に当接する面は、内周側に環状溝４aを有し、更に、一端が上記の軸方向流路に接続され、他端が環状溝４aに対して接線方向に延びて環状溝４aに接続される旋回溝４ｂを備えている。このような構成により、ニードル弁３が上方へ吸引されて噴口２aが開くと、上流側から供給される燃料は、まず軸方向流路へ流入し、続いて旋回溝４bから環状溝４aを通って弁座２の噴口２aから噴射される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ニードル弁３の開動作により、燃料はニードル弁３と弁体１との間に形成される流路から弁体１と旋回体４外周との間に形成した軸方向流路へと流れ込み、底部で方向を変えて旋回体４の底面に形成した旋回溝４bで旋回エネルギーが与えられ旋回流となり、環状溝４aから弁座２の噴口２aへ流入し噴射される。
【０００５】
ところで、旋回体４の内径部はニードル弁３の摺動部をガイドするガイド部４cとなっており、このガイド部４cのクリアランスが大きくなると、噴霧形状に偏りが生じるため、クリアランスは極力小さいことが望ましい。摺動部のクリアランスを小さくするためには、旋回体４を弁体１に高精度で組付ける必要があり、旋回体４や弁座２を圧入で組付けることが一般的である。
【０００６】
旋回体４と弁座２を弁体１に圧入した場合、旋回体４の下面と弁座の上面を完全に密着させるためには旋回体４の外周に対する下面の直角精度や弁座２の外周に対する弁座２上面の直角精度を極めて高精度に加工する必要があり、高コストとなる。また、高精度で加工しても、完全に直角精度を得ることは難しく、両者の間には図２３に示すように僅かな隙間Ａが発生し、これが噴霧特性や流量特性のばらつきの一因になっている。
【０００７】
また別の問題として、筒内燃料噴射システムでは、気筒内で噴射される燃料を吸入行程に限って気筒内に流入する吸入空気と素早く混ぜる必要があるので、その時間的制約から、噴口から噴射される噴霧はできるだけ微粒化を促進させることが望ましい。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−４７２０８号公報、
【特許文献２】特開２００１−１４０７３０
【特許文献３】ＵＳＰ５，９７９，８０１号公報
【０００９】
本発明は、従来技術における上記した諸問題を考慮して、上記組付けを高精度にせずとも、旋回体と弁座の間の隙間を実質的になくし、噴霧特性や流量特性のばらつきを小さくすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、燃料の通過路を有する弁本体、上記弁本体の一端に固定されて燃料噴射口を有する弁座、上記弁座に離接して上記燃料噴射口を開閉するニードル弁、上記燃料に旋回エネルギーを与える旋回体を備えた燃料噴射装置であって、上記旋回体と弁座との間に上記ニードル弁が挿通する弁挿通孔を有すると共に上記旋回体および上記弁座の各形成材料より軟質の材料により形成されたシール材を設置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料噴射装置によれば、弁体に旋回体と弁座とを、圧入などの通常の方法により装着する際に、旋回体と弁座の間に軟質のシール材を設置することにより、旋回体、弁座、弁体の各寸法精度が従来通りであっても、組付け時に生じることのある旋回体と弁座との間の隙間が吸収され、その結果、噴霧特性、流量特性を安定させることができる。また旋回体と弁座の間に設置するシール材の弁挿通孔の内径を調整することで、中実に近い噴霧が実現でき、径方向で噴霧分布がなだらかであり、微粒化が促進できエンジンでの燃焼性が良くなる。
【００１２】
更に最近では、エンジンのレイアウト上の問題などから噴口が弁体の軸上になく斜めに噴口が傾斜した燃料噴射装置が増えており、このような燃料噴射装置は噴口が傾斜していることにより、弁座のシート部と噴口のつなぎが周方向で不均一になり、弁座のシート部から噴口に燃料が流れ込む際に流れが不均一になりやすく、噴口から噴射される噴霧も周方向で濃淡が存在するものとなる。例えば、この噴霧の濃い部分をプラグ側にし、噴霧の薄い位置をピストン側にすることで、噴霧のピストン頂面への付着によるスモークの発生を抑制できるなど、噴霧の濃淡のコントロールが燃料噴射弁の設計上重要となっている。これに対して本発明は、かかる傾斜噴口を有する燃料噴射装置においても噴霧の微粒化を良好に促進する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１における燃料噴射装置を説明するものであって、図１は燃料噴射装置の断面図であり、図２は図１における噴口部の拡大断面図であり、図３は図２の矢印Ｑ−Ｑ面における旋回体４の説明図であり、図４は図２の矢印P−P面における旋回体４の説明図である。以下において、図上での同一部分は同一符号が付されている。
【００１４】
実施の形態１の燃料噴射装置は、その先端部に弁装置を備えており、この弁装置は、中空円筒形の弁体１、弁体１内部に固着されて噴口２aを有する弁座２、弁体１内の軸Ｘ上を軸方向に移動し一端が弁座２に離接して噴口２aを開閉するニードル弁３、ニードル弁３が摺動する貫通孔を有し噴口２aに流れ込む燃料に旋回運動を与える旋回体４、を備えている。実施の形態１では、弁座２と旋回体４の間に、これらの構成部材より軟質でプレート状のシール材５を設置している。上記弁装置の組み立てに際しては、弁体１内部に旋回体４を挿着し、次にシール材５を介して弁座２を固定する。旋回体４の挿着および弁座２の固定の各方法は圧入であってもよく、あるいはその他の従来方法であってもよい。
【００１５】
いま、実施の形態１で使用される弁座２と旋回体４の各部品精度が、前記図２１〜図２３に示されたそれらと同程度であっても、旋回体４と弁座２を弁体１内部に固着する際に、シール材５を適度に加圧し、その軟質性を利用して弁座２と旋回体４との隙間をシールし吸収することにより、燃料噴射装置の噴霧特性、流量特性が安定化する。上記したシール材５への適度の加圧は、例えば弁体１内に旋回体４とシール材５とを順次装着し、ついで弁座２を従来通り圧入することにより達成される。したがって、本発明で用いられるシール材５としては、燃料に対して良好な耐油性を有し、軟化温度が燃料噴射装置内での遭遇温度より高く、燃料不透過性であり、且つ弁体１内へ弁座２の装着時の圧力により適度に変形して上記したシール機能を奏し得る材料から形成されたものが用いられる。
【００１６】
シール材５の形成材料としては、弁座２や旋回体４の構成材料よりも軟質の金属類および有機高分子類が挙げられる。軟質の金属類としては、弁座２や旋回体４の構成材料が鋼である場合、銅、アルミニウム、鉛、真鍮、などである。有機高分子類としては、熱可塑性ポリエステル、ポリアミドなどの耐熱性熱可塑性樹脂類、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの耐熱性エンジニアリングプラスチック類、ポリアミドイミド、ポリイミド、熱硬化ポリエステルなどの耐熱性熱硬化樹脂類、架橋クロロプレンゴムなどの耐熱性架橋ゴム類などである。
【００１７】
実施の形態１では、上記弁座２と旋回体４の間に設置するシール材５は、平板ドーナツ状の薄いプレートであり、ニードル弁３が挿通する弁挿通孔５ａを有し、その外径は旋回体４の外径と同じとして、弁挿通孔５ａの内径φD２（図２参照）はニードル弁３が着座する弁座シート部２ｂの開口径φD１と同寸法として、旋回体４の旋回溝４ｂとシール材５とで燃料流路を形成する構造とされている。
【００１８】
シール材５として、上記プレートの代えて、旋回体４と弁座２の間に生じる隙間を吸収するために弁座２の旋回体４当接部または、旋回体４の弁座２当接部にコーティングを施してもよく、この場合でも、噴霧特性、流量特性を安定させることができる。かかるコーティングを形成する材料としては、コーティング後の硬化状態においては、上記プレート形成材と同様に、耐油性、高軟化温度、燃料不透過性であり、且つ弁座２の圧入固定時の圧力により適度に変形して上記したシール機能を奏し得る材料から形成されたものが用いられる。かかる材料としては、前記した耐熱性熱硬化樹脂類の未硬化樹脂ペーストが例示される。シール材５の厚みは、プレート状やコーティング状のいずれであっても、上記したシール機能を奏し得る限り特に制限はないが、一般的には１００μｍ〜５ｍｍ、特に２００μｍ〜２ｍｍである。
【００１９】
実施の形態２．
図５〜図１２は、本発明の実施の形態２における燃料噴射装置を説明するものであって、図５は図１における噴口部の拡大断面図であり、図６は図５の矢印Ｑ−Ｑ面における旋回体４の説明図であり、図７は図５の矢印P−P面における旋回体４の説明図であり、図８は図５の矢印Ｓ−Ｓ部における旋回体４の説明図であり、図９は図５の矢印Ｒ−Ｒ部における旋回体４の説明図であり、図１０は図８および図９における旋回溝の断面形状と燃料流れを説明する表であり、図１１は噴口部からの燃料の噴射形状の説明図であり、図１２は噴口部からの燃料の噴射量を説明する比較グラフである。
【００２０】
実施の形態２では、シール材５として、その外径は実施の形態１と同一として、その弁挿通孔５aの径φD２が弁座シート部２bの開口径φD１よりも大きい平板ドーナツ状のプレートが用いられている。このことにより、旋回体４の軸流路から出た燃料は旋回体４の旋回溝４ｂとシール材５とから形成される流路を通り（図８の断面Ｓ−Ｓ）、プレートのなくなる部分からは旋回体４の旋回溝４ｂと弁座２によって形成される流路(図９の断面Ｒ−Ｒ)を通ることになる。この時、旋回溝４ｂを流れる燃料は、旋回溝４ｂによって旋回力を与えられるため、旋回体４と弁座２の間を流れる燃料に比べて旋回力が大きくなる。即ち、旋回体４と弁座２の間を流れる燃料もシール材５と旋回体４で形成される溝を通ることにより途中まで旋回力を与えられている。
【００２１】
図１０の表に示すように、旋回溝S‐S断面では旋回力が一定であるが、弁座のシート部に流れ込む直前では、旋回溝R‐R断面となるため、同一溝断面の中でもシール材５の矢印Ｓ−Ｓ部と矢印Ｒ−Ｒ部とを境として燃料の旋回力が異なることになる。即ち、旋回溝断面形状がＳ−Ｓ断面からR‐R断面に切り変わる際に、溝下部の燃料がシール材５のなくなった部分に流れ込み、溝の深さ方向で燃料流速が不均一になる。その結果、旋回力が大きい流れ成分と、旋回力が小さい流れ成分とができる。即ち図１２において、破線グラフG１はシール材５がない場合の噴霧分布を示し、実線グラフG２はシール材５を設けた場合の噴霧分布を示し、図１１および図１２のＹは軸Ｘの延長線を示すが、実線グラフG２は破線グラフG１より噴霧分布がなだらかとなっていることがわかる。したがって、噴口から噴射される噴霧は、中実噴霧に近い径方向で噴霧分布がなだらかな噴霧であることから、噴霧の微粒化が促進されることになる。
【００２２】
実施の形態３
図１３〜図１７は、本発明の実施の形態３における燃料噴射装置を説明するものであって、図１３は図１における噴口部の拡大断面図であり、図１４は図１３の矢印Ｑ−Ｑ面における旋回体４の説明図であり、図１５は図１３の矢印P−P面における旋回体４の説明図であり、図１６は図１３の矢印Ｓ−Ｓ部における旋回体４の説明図であり、図１７は図１３の矢印Ｒ−Ｒ部における旋回体４の説明図である。
【００２３】
実施の形態３では、シール材５として、図１５に示すように、その弁挿通孔５ａの内径φD２を弁座シート部２ｂの開口径φＤ１よりも大きく設定し、かつ弁挿通孔５ａは弁体１の軸中心に対して偏心させた構造としている。このことにより、旋回体４の旋回溝４ｂとプレート５で燃料流路が形成される溝４ｄ、並びに最初は旋回体４の旋回溝４ｂとシール材５とで燃料流路が形成され、途中から旋回体４の旋回溝４ｂと弁座２で燃料流路が形成される溝４ｅとが存在するようになり、それぞれの溝で旋回力が異なる流れ成分となり、弁座シート部２ｂに流れ込む燃料の旋回力が周方向で異なることになる。また、弁座に流れ込む直前の溝断面形状がS‐S断面となる部分とR‐R断面となる部分ができ、R‐R断面の方がS‐S断面と比較して溝断面積が大きく、流れる燃料も多くなる。すなわち、シート部２ｂに流れ込む燃料の流量も周方向で異なり、噴霧の濃い部分と薄い部分ができる。
【００２４】
また、シール材５の弁体１の軸中心に対して偏心した弁挿通孔５ａの位置を調整することで、噴霧の濃淡の位置を調整することができる。例えば、噴口２ａが弁体１中心軸に対して真直ぐな噴口の場合は、周方向で濃淡のある噴霧が実現でき、シール材５を調整することで、エンジンのプラグ側に噴霧の濃い部分を持ってくることができる。また、噴口２ａが弁体１中心軸に対して傾いた斜め噴霧の場合においても、シール材５の位置を調整することで噴霧の周方向の濃淡を調整することができる。
【００２５】
実施の形態３では、旋回体４と弁座２の間のシール材５をプレートで形成したが、前記したコーティングによって形成すれば、噴口が傾斜している場合などは、弁挿通孔５ａの偏心方向と噴口の傾斜方向を容易に位置決めすることができる。
【００２６】
実施の形態４．
図１８は、本発明の実施の形態４における燃料噴射装置を説明するものであって、図１８は、前記図２に対応する噴口部の拡大断面図であり、実施の形態４は、前記実施の形態１とは、シール材５の弁挿通孔５ａの径が、噴口２ａに向かって漸次小さくなるようにテーパ状となる構造としたことにおいて異なり、その他は同じである。弁挿通孔５ａをテーパにすることにより、前記図８の断面S‐Sから図９の断面R‐Rに流路面積が拡大する部分でスムーズに断面が拡大することができ、無駄な燃料流れの乱れを起こすことが無く、流量特性、噴霧特性の安定化につながる。
【００２７】
実施の形態５．
図１９は、本発明の実施の形態５における燃料噴射装置を説明するものであって、図１９は、前記図５に対応する噴口部の拡大断面図であり、実施の形態５は、前記実施の形態２とは、シール材５の弁挿通孔５ａの径が、噴口２ａに向かって漸次小さくなるようにテーパ状となる構造としたことにおいて異なり、その他は同じである。弁挿通孔５ａをテーパにすることにより、前記図８の断面S‐Sから図９の断面R‐Rに流路面積が拡大する部分でスムーズに断面が拡大することができ、無駄な燃料流れの乱れを起こすことが無く、流量特性、噴霧特性の安定化につながる。
【００２８】
実施の形態６．
図２０は、本発明の実施の形態６における燃料噴射装置を説明するものであって、図２０は、前記図１３に対応する噴口部の拡大断面図であり、実施の形態６は、前記実施の形態３とは、シール材５の弁挿通孔５ａの径が、噴口２ａに向かって漸次小さくなるようにテーパ状となる構造としたことにおいて異なり、その他は同じである。弁挿通孔５ａをテーパにすることにより、前記図８の断面S‐Sから図９の断面R‐Rに流路面積が拡大する部分でスムーズに断面が拡大することができ、無駄な燃料流れの乱れを起こすことが無く、流量特性、噴霧特性の安定化につながる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、各種内燃機関の燃料噴射装置としての利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料噴射装置の断面図である。
【図２】図１における噴口部の拡大断面図である。
【図３】図２の矢印Ｑ−Ｑ面における旋回体の説明図である。
【図４】図２の矢印P−P面における旋回体の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２における噴口部の拡大断面図である。
【図６】図５の矢印Ｑ−Ｑ面における旋回体４の説明図である。
【図７】図５の矢印P−P面における旋回体４の説明図である。
【図８】図５の矢印Ｓ−Ｓ部における旋回体４の説明図である。
【図９】図５の矢印Ｒ−Ｒ部における旋回体４の説明図である。
【図１０】図８および図９における旋回溝の断面形状と燃料流れを説明する表である。
【図１１】噴口部からの燃料の噴射形状の説明図である。
【図１２】噴口部からの燃料の噴射量を説明する比較グラフである。
【図１３】本発明の実施の形態３における噴口部の拡大断面図である。
【図１４】図１３の矢印Ｑ−Ｑ面における旋回体４の説明図である。
【図１５】図１３の矢印P−P面における旋回体４の説明図である。
【図１６】図１３の矢印Ｓ−Ｓ部における旋回体４の説明図である。
【図１７】図１３の矢印Ｒ−Ｒ部における旋回体４の説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態４における噴口部の拡大断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態５における燃料噴射装置の噴口部の拡大断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態６における燃料噴射装置の噴口部の拡大断面図である。
【図２１】従来の燃料噴射装置における燃料噴射装置の噴口部の拡大断面図である。
【図２２】図２１の矢印Ｐ−Ｐの方向から見た図である。
【図２３】図２１の矢印Ｐ−Ｐの方向から見た他の図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：弁体、２：弁座、２ａ：噴口、２ｂ：シート部、３：ニードル弁、４：旋回体、
４a：環状溝、４ｂ：旋回溝、４ｃ：ガイド部、５：シール材５、５a：弁挿通孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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