(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状の弁ホルダと、この弁ホルダの一端に設けられ噴射口を有する弁座部と、上記弁ホルダ内を移動し上記弁座部に離接して上記噴射口を開閉するニードル弁と、上記ニードル弁の周囲に配置され上記ニードル弁の外径よりも大きな内径を有する旋回室が形成されて上記噴射口から流出する燃料に旋回を与える旋回体と、上記ニードル弁と上記弁座面の接触により燃料噴射を断続させるシート部とを備えた燃料噴射弁において、上記シート部より下流側の上記弁座面にはシート部の傾斜角度よりも急峻な傾斜角度を有するテーパー面を設け、かつ、上記旋回体の旋回室内径を上記テーパー面の上流側の起点の径の２．５倍以上に設定していることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
上記噴射口が弁の中心軸に対して傾いて構成されていることを特徴とする請求項１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、ニードル弁の開閉により燃料を噴射する形式の燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は特開平１０−４７２０８号公報に示された従来の燃料噴射弁を示す断面図であり、この燃料噴射弁は、噴射口２１の上流に旋回体２２を配置したものであり、弁体２３は先端部が円錐形状となっている。
その動作については、コイル２４に電流が通電されると、アマチュア２５はコア２６側へ吸引され、アマチュア２５と一体であるニードル弁２３は弁座２７から離れ、弁座２７とニードル弁２３の隙間から燃料が噴射される。
そして、コイル２４への通電を遮断すると、ニードル弁２３はスプリング２８により弁座２７側へ押圧され、ニードル弁２３と弁座２７は当接する。このニードル弁２３の開閉により燃料噴射量を制御する。
【０００３】
更に別の従来例として、特開平５−１１３１６３号公報に示されたものがある。これは、燃料噴射弁の弁座形状を、流路側に凸型かつ連続した形状とし、弁体の先端部を円錐形状として、弁体の下側の流路の容積をシート部付近に比べて大きくならないようにして、渦などの乱れを防止している。
また、流路面積をシート部から噴射口の間で連続的に減少するように形成することにより、燃料流を加速流として乱れを防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃料噴射弁は以上のように構成されており、特開平１０−４７２０８号公報に示されたものでは、図１３に示すように、エンジンの燃焼室で発生したカーボンは、燃料噴射弁の噴射口２１の内壁面、および弁座２７面上に付着して、流量低下と噴霧角の変化を生じさせるという問題点があった。
特に、シート部Ｃよりすぐ下流側の弁座２７面上で、旋回力が十分に増幅されていない部分ＤにカーボンデポジットＷの付着が顕著にみられ、この部分は噴射口２１より流路断面積が小さいので、流量低下に対し重大な影響を及ぼしていた。
なお、図１４は旋回生成部Ａから下流地点Ｆまでの各地点と旋回流速との関係を示すグラフである。
【０００５】
次に、特開平５−１１３１６３号公報に示されるような構成とした場合、燃料の加速流の作用、すなわち流速が速いことにより、シート部から噴射口の間のカーボン洗浄力に対して有利であるため、特開平１０−４７２０８号公報における問題点を解決できる可能性がある。
ところで、噴射口の上流に燃料の旋回発生部を配置した燃料噴射弁では、旋回発生部で生成する旋回力と噴射口内径によって、全開流量が決定されることが望ましいが、旋回発生部と噴射口の間のシート部、またはその下流の流路断面積を所定以下とした場合には、全開流量が減少し、旋回力も減衰して、噴射燃料の微粒化が悪化することとなる。
【０００６】
したがって、シート部およびシート部下流の流路断面積は、所定の断面積以上の設定とする必要があるが、シート部の流路断面積は大きすぎると、弁体のストローク量が大きくなり、応答性が悪化する。
しかるに、特開平５−１１３１６３号公報におけるように、シート部よりその下流側の流路断面積を小さくする場合、最小流路断面積は噴射口入口部となるが、噴射口入口部の流路断面積は、弁座面と噴射口のつなぎ部分の形状、および弁体の形状、並びに弁体のストローク量で決定され、大量生産をする上で小さな公差で管理することが困難であった。従って、この部分より流路断面積の大きいシート部の流路断面積も同様に、小さな公差での管理が困難となり、シート部流路断面積は結局余裕をもった大きな設定となり、応答性の悪化を伴う構成となっていた。
【０００７】
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あり、シート部下流のシート部と、噴射口の間の流路部分へのカーボンデポジットの付着を、応答性の悪化を招くことなく軽減することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る燃料噴射弁は、中空状の弁ホルダと、この弁ホルダの一端に設けられ噴射口を有する弁座部と、上記弁ホルダ内を移動し上記弁座部に離接して上記噴射口を開閉するニードル弁と、上記ニードル弁の周囲に配置され上記ニードル弁の外径よりも大きな内径を有する旋回室が形成されて上記噴射口から流出する燃料に旋回を与える旋回体と、上記ニードル弁と上記弁体面の接触により燃料噴射を断続させるシート部とを備えた燃料噴射弁において、上記シート部より下流側の上記弁座面にはシート部の傾斜角度よりも急峻な傾斜角度を有するテーパー面を設け、かつ、上記旋回体の旋回室内径を上記テーパー面の上流側の起点の径の２．５倍以上に設定していることを特徴としている。
【０００９】
この発明の請求項２に係る燃料噴射弁は、噴射口が弁の中心軸に対して傾いて構成されたものである。
【００１０】
【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による燃料噴射弁を示す断面図、図２は弁装置部分を示す拡大断面図、図３は図２のＧ−Ｇ線断面図、図４は弁体先端部を示す拡大図である。
図において、１は燃料噴射弁を示しており、２はソレノイド装置、３はハウジング、４はコア、５はコイル、６はアマチュア、７は弁装置であり、これ弁装置は、ニードル弁（以下、弁体という）８と弁ホルダ９と旋回体１１とストッパ１２で構成されている。
【００１１】
弁ホルダ９はハウジング３の一端にかしめにより結合されており、アマチュア６は弁体８に溶接により結合されている。旋回体１０は弁ホルダ９の内径部に圧入され、さらに弁座１１が同内径部に圧入された後に、弁座１１が弁ホルダ９に溶接で固定されることにより組み付けられる。
【００１２】
次に動作について説明する。
エンジンのマイコンより、燃料噴射弁の駆動回路に動作信号が送られると、燃料噴射弁のコイル５に電流が通電され、アマュア６、コア４、ハウジング３で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア６はコア４側へ吸引動作し、アマチュア６と一体構造である弁体８が弁座１１から離れて間隙が形成されると、高圧の燃料は弁ホルダ９内部から弁座１１の噴射口１３を通って内燃機関の燃焼室内へ噴射される。
【００１３】
弁ホルダ９から噴射口１３にいたる間には、旋回体１０が配置されており、燃料はいったん旋回体１０の外周隙間部分１４に流入した後、旋回溝１５を通って再び燃料噴射弁の中心軸付近に導入され、旋回室１６において旋回流が発生する。この旋回流は、シート部を通って噴射口１３内にて空洞を伴う螺旋状の流れとなり、燃焼室に円錐形状の噴霧となって噴射される。
【００１４】
本実施形態においては、弁体８の円錐の頂角θを小さくして、シート部Ｈ下流のシート部Ｈ近くの流路断面積を小さくする一方、弁座１１面の噴射口１３側にテーパー面１７を形成して、噴射口１３付近の流路断面積を確保している。テーパー面１７の上流側の起点の径ｄ１は、旋回体１０の旋回室内径ｄ２の１／２.５となるように構成した。
又、本実施形態における弁体８の形状は、シート部Ｈが燃料をシールするため、Ｒ形状としているが、シート部Ｈより下流側は円錐形状としており、円錐部分が先端まで伸びている。
【００１５】
この円錐部分は弁座１１との流路断面積を決定するので、図で示したように必ずしも先端まで伸びている必要はなく、噴射口１３の入口付近まで伸びていればよい。
また、弁体８の円錐の頂角を変えて、流路断面積を調整しているため、シート部Ｈは円錐の頂角の変化によってシート径が変化しないよう、延長上に形成しない構成としており、燃料のシールのためにＲ形状としている。
なお、このＲ形状部は必ずしもＲではなく、円錐部とは別のテーパー部を形成して、テーパー部付近をシート部とすることも可能である。
【００１６】
図５はシート部Ｈから噴射口１３部までの流路断面積の変化を従来技術と比較して示したものであり、図において、Ｉはテーパー面１７入口部、Ｊは噴射口１３入口部、Ｋは従来技術における噴射口入口部である。シート部のすぐ下流部Ｌは従来例より流路断面積が小さく、燃料の流速が速いので、洗浄効果が大きく作用する。また、テーパー面１７を形成しているので、噴射口１３付近で流路断面積が、シート部Ｈ付近の流路断面積より小さくなることが回避されている。
図６はテーパー面を形成しない場合の流路断面積の変化を参考までに示した図であり、実線は従来例、点線は従来例に対してテーパー面を設けず弁体の円錐角のみ小さくした場合を示している。
図に示すようにテーパー面がないので、噴射口入口部Ｋ付近の流路断面積がシート部Ｈ付近の流路断面積より小さくなり、シート部Ｈでの流路断面積管理ができない構造となってしまっており不適切であることがわかる。
【００１７】
次に、テーパー面の口元径の設定について述べる。
本発明では、テーパー面１７の流路断面積が大きいため、単純流速の低下による洗浄効果の低下が懸念されるが、デポジットの付着が著しい弁座１１面は、燃料の旋回流による洗浄効果を作用させるため、旋回方向の流速をある値以上となるように工夫した。
【００１８】
すなわち、旋回流を利用した本タイプの燃料噴射弁においては、自由渦の法則により、旋回方向の流速と旋回半径の積が一定となるので、旋回室で生成された旋回流は、下流の噴射口１３にいたる間に半径が小さくなっていくので、旋回流速が増加し、これによる内壁面の洗浄効果が大きくなっていく。
図７はテーパー口元径ｄ１とエンジン耐久後の全開流量の低下率とをプロットしたものであり、縦軸が全開流量の低下率、横軸がテーパー口元径ｄ１／旋回室内径ｄ２である。図からわかるように、テーパー口元径ｄ１を旋回室内径ｄ２の約２.５分の１とすることにより、全開流量低下率（％）が許容値（−３％）以下となることがわかる。
【００１９】
図８はテーパー口元部の旋回流速（ｍ／ｓ）とｄ１／ｄ２との関係を示す図であり、自由渦の法則により、旋回流速は旋回半径と反比例するので、テーパー口元部の旋回流速をある値以上とすることにより、全開流量の低下を抑制する作用が発生している。
【００２０】
上記のように本発明によれば、カーボンデポジットの洗浄効果を高めるため、弁体８の円錐の頂角を従来より小さく設定し、シート部Ｈのすぐ下流の旋回流速が不十分な部分の流路断面積を小さくして、単純流速を大きくするとともに、旋回流速が十分となる噴射口１３入口付近の部分では、テーパー面１７を形成して、流路断面積を大きくとり、弁体８の頂角を小さくしたことによる流路の閉塞を回避して、旋回流が減衰しないようにした。
【００２１】
また、シート部Ｈ下流の流路断面積を、シート部Ｈの流路断面積より大きくし、旋回生成部と噴射口１３間の最小流路断面積部分をシート部Ｈとする。シート部Ｈの流路断面積は、弁体８のストローク量にほぼ比例し、ストローク量を管理することにより、流路断面積を管理できるので、弁体８のストローク量をより最小値設定として応答性を確保する。
【００２２】
更に、テーパー面１７の上流側の起点は、実験値より旋回体１０の旋回室の内径の１／２.５より小さい径の位置とし、燃料の旋回力が十分に増幅されて弁座１１面のカーボンデポジットの洗浄効果が発揮される形状とする。
【００２３】
参考形態１．
図９はこの発明の参考形態１による弁体先端部を示す拡大断面図であり、本実施形態においては、テーパー面１７と弁座１１面のつなぎ部分に段差部１８を設けた。
本参考形態は、実施の形態１と同様の効果をねらったものだが、テーパー面１７にカーボンデポジットが付着して、弁座１１面へカーボンデポジットが成長する場合に、段差部１８を設けることにより、弁座１１面とテーパー面１７とのつなぎ部分の角度を大きくすることができ、カーボンデポジットをせん断する作用が大きくなり、流量低下に対して有効な手段となる。
図１０はシート部Ｈから下流側の各位置と流路断面積との関係を示す図であり、図において、実線は従来例、点線は本参考形態を示している。又、Ｌは本参考形態における段差部１８、Ｍは噴射口入口部、Ｎは従来における噴射口入口部を示している。
【００２４】
実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２による弁装置部分を示す拡大断面図である。
本実施形態においては、噴射口１３が燃料噴射弁の中心軸に対して傾いた構成のものに実施の形態１の発明内容を適用したものである。
噴射口が傾いたタイプの燃料噴射弁は、弁座１１面から噴射口１３へのつなぎ部が、噴射口１３の傾き側と反対側では、すなわち、左と右では、弁座１１面から噴射口１３への屈折角が異なり、噴射口１３内の燃料流れが左右で不均一になるという問題があった。
なお、図において、α１は右側の屈折角、α２は左側の屈折角ある。
【００２５】
そこで本実施形態では、弁座１１面と噴射口１３の間にテーパー面１７を構成することにより、実施の形態１の改善効果のほかに、前記屈折角α１，α２の相違による噴射口１３内の燃料流れの不均一性が緩和され、噴射燃料の均一性が向上する。
【００２６】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る燃料噴射弁は、中空状の弁ホルダと、この弁ホルダの一端に設けられ噴射口を有する弁座部と、上記弁ホルダ内を移動し上記弁座部に離接して上記噴射口を開閉するニードル弁と、上記ニードル弁の周囲に配置され上記ニードル弁の外径よりも大きな内径を有する旋回室が形成されて上記噴射口から流出する燃料に旋回を与える旋回体と、上記ニードル弁と上記弁体面の接触により燃料噴射を断続させるシート部とを備えたものであって、シート部より下流側の弁座面にはシート部の傾斜角度よりも急峻な傾斜角度を有するテーパー面を設けているので、シート部より下流側の流路部分へのカーボンデポジットを軽減することができる。しかも、旋回体の旋回室内径をテーパー面の上流側の起点の径の２．５倍以上に設定しているので、全開流量の低下率を許容値以下にすることができる。
【００２７】
この発明の請求項２に係る燃料噴射弁によれば、噴射口が弁の中心軸に対して傾いて構成されている場合であっても、噴射口内の燃料流れの不均一性を緩和することができる。
【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装置部分を示す拡大断面図である。
【図３】  図２のＧ−Ｇ線断面図である。
【図４】  弁体先端部を示す拡大図である。
【図５】  シート部から下流側の位置と流路断面積との関係を示す図である。
【図６】  シート部から下流側の位置と流路断面積との関係を示す図である。
【図７】  ｄ１／ｄ２と全開流量低下率との関係を示す図である。
【図８】  ｄ１／ｄ２と旋回流速との関係を示す図である。
【図９】  この発明の参考形態１による燃料噴射弁の弁体先端部を示す拡大断面図である。
【図１０】  シート部から下流側の位置と流路断面積との関係を示す図である。
【図１１】  この発明の実施の形態２による燃料噴射弁の弁装置部分を示す拡大断面図である。
【図１２】  従来の燃料噴射弁を示す断面図である。
【図１３】  従来の燃料噴射弁の弁体先端部を示す拡大断面図である。
【図１４】  旋回生成部から下流側の位置と旋回流速との関係を示す図である。
【符号の説明】
８  弁体、９  弁ホルダ、１０  旋回体、１１  弁座、１３  噴射口、１６  旋回室、１７  テーパー面、１８  段差部。
【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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