(57)【要約】【課題】気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁において、燃料噴射弁本体のシート部近傍へのデポジットの生成を確実に抑制する。【解決手段】弁体２の閉弁時において弁体のシール部２ａが当接する燃料噴射弁本体１のシート部１ｂを有し、点火時期直前において、シート部の下流側において燃料噴射弁本体に形成された噴孔１ｄから燃料が出ないように僅かな時間だけ弁体を開弁させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、弁体の閉弁時において弁体のシール部が当接する燃料噴射弁本体のシート部を有し、点火時期直前において、前記シート部の下流側において燃料噴射弁本体に形成された噴孔から燃料が出ないように僅かな時間だけ前記弁体を開弁させることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記弁体は、開弁のために少なくとも大小二段階のリフト量とすることができ、点火時期直前に前記弁体を前記僅かな時間だけ開弁させる時には、前記弁体を小リフト量とする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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁は、一般的に、燃料噴射弁本体に対して軸線方向に移動可能な弁体を有し、弁体先端のシール部が燃料噴射弁本体のシート部から離間して弁体が開弁することによりシート部の下流側に形成された噴孔から燃料が噴射され、シール部がシート部に当接して弁体が閉弁することにより燃料噴射が停止される。
【０００３】
このような燃料噴射弁が筒内噴射式火花点火内燃機関に配置される場合においては、気筒内の高温高圧の燃焼ガスが噴孔から燃料噴射弁内へ流入し、燃料噴射弁本体のシート部近傍に付着する燃料を加熱してデポジットに変化させることがあり、こうしてシート部近傍にデポジットが生成されると、弁体の開弁及び閉弁が阻害されることとなる。
【０００４】
それにより、シール部の直下流側において弁体先端に周方向の窪みを形成し、燃料噴射の停止に際して、この窪み内に燃料を溜めることにより、燃料噴射弁本体のシート部近傍への燃焼ガスの侵入を防止してデポジットの生成を抑制しようとすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９３９０８
【特許文献２】特開２００４−３０８５１８
【特許文献３】特開平８−６１１８９
【特許文献４】特表２００５−５０４２１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
確かに、点火時期において、弁体先端の窪み内に燃料が溜められていれば、燃焼ガスが燃料噴射弁本体のシート部近傍に侵入することは防止される。しかしながら、窪みの下流側縁を燃料噴射弁本体に当接させて燃料を窪み内に密閉することはできず（このようにすると、シール部とシート部との当接が不完全となってシール性が悪化する）、それにより、点火時期までに、窪み内の燃料は、窪みから流出して、次いで、噴孔を介して燃料噴射弁外へ流出してしまうことがあり、この時には、燃料噴射弁本体のシート部近傍への燃焼ガスの侵入を防止することができなくなる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁において、燃料噴射弁本体のシート部近傍へのデポジットの生成を確実に抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による請求項１に記載の燃料噴射弁は、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、弁体の閉弁時において弁体のシール部が当接する燃料噴射弁本体のシート部を有し、点火時期直前において、前記シート部の下流側において燃料噴射弁本体に形成された噴孔から燃料が出ないように僅かな時間だけ前記弁体を開弁させることを特徴とする。
【０００９】
本発明による請求項２に記載の燃料噴射弁は、請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記弁体は、開弁のために少なくとも大小二段階のリフト量とすることができ、点火時期直前に前記弁体を前記僅かな時間だけ開弁させる時には、前記弁体を小リフト量とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による請求項１に記載の燃料噴射弁によれば、点火時期直前において、僅かな時間だけ弁体が開弁されて弁体のシール部が燃料噴射弁本体のシート部から離間するために、シート部を介してシート部下流側の燃料噴射弁内の空間には燃料が供給され、この燃料は、点火時期までの短時間では噴孔から流出するようなことはなく、点火時期において空間内に確実に留まらせることができる。それにより、点火時期直後において気筒内に発生する高温高圧の燃焼ガスは噴孔から燃料噴射弁の空間内へ侵入しても空間内の燃料の存在により空間上流側のシート部近傍まで侵入することはなく、シート部近傍へのデポジットの生成は確実に抑制される。
【００１１】
また、弁体の開弁時間を長くして点火時期直前にも噴孔から燃料が噴射されるようにすると、不必要な燃料が噴射されて燃料消費を悪化させるだけでなく、弁体を閉弁しても燃料の粘性により噴射燃料に引きずられてシート部下流側の空間内の燃料は殆ど噴射され、空間内には殆ど燃料が残留しないが、請求項１に記載の燃料噴射弁では、点火時期直前の弁体の僅かな時間の開弁に際しては、噴孔から燃料が出ないようにしており、シート部下流側の空間内に確実に燃料を存在させることができる。また、噴孔から燃料が滲み出て噴孔回りのデポジットの生成が促進されることもない。
【００１２】
本発明による請求項２に記載の燃料噴射弁によれば、請求項１に記載の燃料噴射弁において、弁体は開弁のために少なくとも大小二段階のリフト量とすることができるようになっている。燃料噴射弁により気筒内へ燃料を噴射する際には、噴射率を高めるために弁体を大きなリフト量で開弁することが必要となるが、点火時期直前に噴孔から燃料が出ないように弁体を開弁させる際に弁体をこのような大きなリフト量で開弁させると、弁体をリフト途中で閉弁させるようにしなければならないこともあり、弁体の開閉制御が難しくなる。それにより、この時には、弁体を小リフト量で開弁させることにより、弁体をリフト途中で閉弁させる必要はなく、弁体の確実な開閉制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明による燃料噴射弁の先端部の断面図である。同図において、１は燃料噴射弁本体であり、燃料噴射弁本体１内には軸線方向に延在する円柱形状の燃料通路１ａが形成されている。２は燃料通路１ａ内を軸線方向に移動可能な円柱形状の弁体である。弁体２の先端は、円錐形状を有し、それにより形成される円形角部がシール部２ａとなる。また、燃料噴射弁本体１内において、燃料通路１ａの先端側は切頭円錐形状部に接続され、切頭円錐形状部の先端側は半球形状部に接続される。弁体２の閉弁に際して、切頭円錐形状部には、弁体２のシール部２ａが当接し、シール部２ａの当接位置がシート部１ｂとなる。
【００１４】
また、半球形状部はサック部１ｃと称され、燃料噴射弁本体１には、サック部１ｃに連通するように噴孔１ｄが形成される。噴孔１ｄの形状及び数は、必要とされる燃料噴霧の形状及び数に応じて任意に選択可能である。また、各噴孔１ｄの中心軸線は、サック部１ｃの中心を通るようにすることが好ましい。
【００１５】
本燃料噴射弁は、筒内噴射式火花点火内燃機関に配置されて気筒内へ直接的に燃料を噴射するものである。弁体２を図１において上側にリフトさせて開弁することにより、弁体２のシール部２ａが燃料噴射弁本体１のシート部１ｂから離間し、燃料通路１ａ内に満たされている高圧燃料が、シート部１ｂを介してサック部１ｃに流入し、次いで、サック部１ｃから各噴孔１ｄを介して噴射される。一方、図１に示すように、弁体２のシール部２ａをシート部１ｂに当接させて弁体２を閉弁することにより、燃料噴射は停止される。
【００１６】
燃料噴射を停止するために、弁体２が閉弁されても、燃料噴射弁のシート部１ｂより下流側の空間、すなわち、シート部１ｂより下流側の切頭円錐形状部と、サック部１ｃと、各噴孔１ｄとを満たす燃料は、自身の粘性によって噴射燃料に引きずれられ殆ど噴射され、空間内には殆ど燃料は残留しない。また、一部の燃料が残留しても、徐々に各噴孔１ｄから気筒内へ流出し、均質燃焼のように燃料噴射停止から点火時期までの時間が長いと、点火時期においては空間内には殆ど燃料が存在しないこととなる。
【００１７】
このような状況では、点火時期直後において気筒内で発生する高温高圧の燃焼ガスは各噴孔１ｄから燃料噴射弁内へ侵入してシート部１ｂ近傍まで達する。それにより、燃料噴射弁本体１のシート部１ｂ近傍又は弁体２のシール部２ａ近傍に付着する燃料が加熱されてデポジットへ変化することがある。こうしてシート部１ｂ近傍又はシール部２ａ近傍にデポジットが生成されると、弁体２の閉弁に際して、弁体２のシール部２ａとシート部１ｂとの間でデポジットを噛み込んだりしてシール性が悪化することがある。
【００１８】
本実施形態の燃料噴射弁では、図２に示すように、弁体２を開閉制御して、シート部１ｂ近傍のデポジットの生成を抑制している。先ずは、通常の気筒内への燃料噴射のために、吸気行程の燃料噴射開始時期である時刻ｔ１において弁体２の開弁を開始し、吸気下死点近傍の時刻ｔ２において弁体２の閉弁を開始する。その後の時刻ｔ３において弁体２は実際に閉弁する。このような燃料噴射に際して、点火時期Ａにおいて燃料噴射弁の空間内には燃料が殆ど存在せず、そのままでは、点火時期Ａにおいて点火が実施されると、高温高圧の燃焼ガスが噴孔１ｄから侵入して燃料噴射弁本体１のシート部１ｂ近傍に到達してデポジットを生成してしまうために、点火時期Ａの直前の時刻ｔ４において弁体２の開弁を開始し、その直後の時刻ｔ５において弁体２の閉弁を開始する。その後の時刻ｔ６において弁体２は実際に閉弁する。こうして、僅かな時間だけ弁体２は開弁され、燃料通路１ａから設定量の燃料がシート部１ｂを介してサック部１ｃへ流入するようにする。
【００１９】
この設定量の燃料は、各噴孔１ｄから燃料が全く出ないように、サック部１ｃを含むシート部１ｂの下流側の空間容量以下とされる。こうして、弁体２の僅かな時間の開弁に際して、各噴孔１ｄから不必要な燃料が噴射されることはなく、燃料消費を悪化させたり、各噴孔１ｄ回りの付着燃料を増加させて各噴孔１ｄ回りのデポジット生成が促進されたりすることはない。また、この時に、各噴孔１ｄから燃料が噴射されるようにすると、弁体２が閉弁されても燃料の粘性により噴射燃料に引きずれられ空間内の燃料は噴射され、空間内には殆ど燃料を残留させることができず、また、一部の燃料が空間内に残留したとしても、この残留燃料がシート部１ｂ近傍への燃焼ガスの侵入を確実に防止できるとは限らない。
【００２０】
こうして、点火時期Ａ直前の弁体２の僅かな時間の開弁によって、少なくともサック部１ｃの約半分が燃料により満たされれば、点火時期直後において気筒内に発生する高温高圧の燃焼ガスはサック部１ｃ内へ侵入することができず、シート部１ｂ近傍及びシール部２ａ近傍にデポジットが生成されることはない。また、点火時期Ａ直前の弁体２の僅かな時間の開弁によって、サック部１ｃの全てが燃料により満たされるようにすれば、燃焼ガスのサック部１ｃへの侵入を完全に防止することができる。
【００２１】
これまで通常の燃料噴射は、均質燃焼を実施するために、吸気下死点近傍において燃料噴射を終了するものとして説明したが、成層燃焼を実施するために圧縮行程において燃料噴射を終了する場合にも、燃料噴射終了時に燃料噴射弁の空間内の燃料は殆ど噴射されて空間内に燃料が殆ど残留しないために、点火直前に弁体２を僅かな時間だけ開弁させて空間内に燃料を供給し、燃焼ガスのシート部１ｂ近傍への侵入を抑制することが好ましい。
【００２２】
また、この場合には、燃料噴射終了から点火時期までの時間は長くないために、燃料噴射終了時に燃料噴射弁の空間内に一部の燃料が残留すれば、この残留燃料は点火時期までに噴孔から殆ど流出することはなく、点火時期直前に空間内へ供給される燃料量は、この残留燃料量を合わせて噴孔から燃料が出ないように設定されることが好ましい。
【００２３】
このような点火時期Ａ直前の弁体２の開弁に際して、弁体２を通常の燃料噴射のための大きなリフト量Ｌ１でしか開弁させることができない場合には、図２に実線で示すように、リフト途中で弁体２の閉弁を開始しなければならないこともあり、弁体２を正確にこのように移動させることは難しい。それにより、設定量の燃料だけをサック部１ｃへ確実に供給して各噴孔１ｄから燃料が出ないようにすることは容易ではない。
【００２４】
これに対して、弁体２を通常の燃料噴射のための大リフト量Ｌ１に加えて、小リフト量Ｌ２でも開弁させることができれば、弁体２の開弁に際してのシール部２ａとシート部１ｂとの間の隙間を小さくして、シート部１ｂ下流側の空間へ流入する燃料の流量を減少させることが可能となるために、点火時期Ａ直前の弁体２の開弁に際して、設定量の燃料だけをサック部１ｃへ確実に供給するためには、図２に点線で示すように、時刻ｔ４’（前述の開弁時刻ｔ４より僅かに早い）において弁体２の開弁を開始し、弁体２が小リフト量Ｌ２となって暫くした時刻ｔ５’（前述の閉弁時刻ｔ５より僅かに遅い）において弁体２の閉弁を開始して時刻ｔ６において弁体２を閉弁させれば良く、このように弁体２を移動させることは容易であり、各噴孔１ｄから燃料が出ないように弁体２を確実に制御することができる。
【００２５】
図３は、弁体２の大小二段階のリフト量を実現するための構造を示す概略図である。同図に示すように、弁体２は、燃料噴射弁本体１に閉弁バネ１０により閉弁方向に押圧されている。１１は燃料噴射弁本体１に固定された第一電磁石であり、１２は、第一電磁石１１から燃料噴射弁の軸線方向に離間して配置されて弁体２にバネ１３を介して固定された第一磁性部材である。また、１４は燃料噴射弁本体１に固定された第二電磁石であり、１５は、第二電磁石１４から燃料噴射弁の軸線方向に離間して配置されて弁体２に固定された第二磁性部材である。
【００２６】
第一電磁石１１と第一磁性部材１２とは小リフト量に相当する距離Ｌ２だけ離間し、第二電磁石１４と第二磁性部材１５とは大リフト量に相当する距離Ｌ１だけ離間している。このように構成された燃料噴射弁において、第一電磁石１１及び第二電磁石１４の両方ともに磁気吸引力を発生させていない時には、弁体２は閉弁バネ１０により閉弁される。一方、第一電磁石１１により磁気吸引力を発生させて閉弁バネ１０に逆らって第一磁性部材１２が第一電磁石１１に吸着されると、弁体２は距離Ｌ２だけリフトし、弁体２を小リフト量Ｌ２で開弁することができる。
【００２７】
また、第二電磁石１４により磁気吸引力を発生させて閉弁バネ１０に逆らって第二磁性部材１５が第二電磁石１４に吸着されると、この時には、第一磁性部材１２と第一電磁石１１とが当接すると共にバネ１３が圧縮され、弁体２は距離Ｌ１だけリフトし、弁体２を大リフト量Ｌ１で開弁することができる。このようにして、弁体２の大小二段階のリフト量Ｌ１及びＬ２を容易に実現することができる。
【００２８】
図４は、弁体２の大小二段階のリフト量を実現するためのもう一つの構造を示す概略図である。同図に示すように、弁体２は、燃料噴射弁本体１に閉弁バネ１０により閉弁方向に押圧されている。２０は燃料噴射弁の軸線方向に伸長する電歪アクチュエータであり、電歪アクチュエータ２０の一端は燃料噴射弁本体１に固定され、他端は弁体２に固定される。
【００２９】
このように構成された燃料噴射弁において、電歪アクチュエータ２０を伸長させない時には、弁体２は閉弁バネ１０により閉弁される。一方、電歪アクチュエータ２０へ印加する電圧を制御して、電歪アクチュエータ２０をＬ２だけ伸長させれば、閉弁バネ１０に逆らって弁体２は距離Ｌ２だけリフトし、弁体２を小リフト量Ｌ２で開弁することができる。また、電歪アクチュエータ２０へ印加する電圧を制御して、電歪アクチュエータ２０をＬ１だけ伸長させれば、閉弁バネ１０に逆らって弁体２は距離Ｌ１だけリフトし、弁体２を大リフト量Ｌ１で開弁することができる。このようにして、弁体２の大小二段階のリフト量Ｌ１及びＬ２を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による燃料噴射弁の先端部の断面図である。
【図２】本発明による燃料噴射弁の弁体開閉制御を示すタイムチャートである。
【図３】弁体を大小二段階にリフトさせる構造を示す概略図である。
【図４】弁体を大小二段階にリフトさせるもう一つの構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    燃料噴射弁本体
１ｂ    シート部
１ｃ    サック部
１ｄ    噴孔
２    弁体
２ａ    シール部
【図１】
2008025484.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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