JP3572044B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【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】
図６は、特開平１０−１０３１９４号公報などに開示された従来の燃料噴射装置における弁座およびその近傍部の断面図であって、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複数の、例えば６個の燃料通路４１、およびこれらの燃料通路４１に連接されたスワラー溝４３を有する。弁座５は、スワラー４と対向する面に弁体３２の先端部が離着座するシート部５１とそれに続き、燃料を外部に噴射するための燃料通路５２から構成されている。外部から供給された燃料は、スワラー４の燃料通路４１からスワラー４と弁座５との対向面間に至り、ついでスワラー溝４３および燃料溜室４４を経由して弁座５に設けられた燃料通路５２に至り、その出口５３から噴射してエンジンの気筒に供給される。
【０００３】
特開平１０−１０３１９４号公報における燃料通路５２は、図６に示す通り、弁体３２の軸と同軸的に延在しているが、近時、スワラー４により燃料に付与された旋回エネルギーを燃料の微粒化に効果的に利用する目的で、図７、図８のように上記燃料通路５２を軸に対して傾斜させる提案がなされている。このうち、図７は特開平１０−１８４４９６号公報に開示されたものである。図７、図８での前記図６における部位に対応する各部位には、図６の場合と同じ符号を付し、また図８には弁座５の燃料通路５２から噴射された燃料の噴射形状の断面図を付記する。しかしかかる傾斜した燃料通路５２では、以下に述べる問題がある。
【０００４】
即ち筒内噴射型の燃料噴射装置では、燃料は、一般的にエンジン筒内に円錐状あるいはラッパ状を呈して直接噴射される。かかる直接噴射の場合、本発明者らの研究によれば、燃焼の安定性や燃焼効率の観点から燃料の噴霧形状が極めて重要な因子となり、具体的には燃料は上記円錐の斜面の長さ、即ち燃料の噴射距離が円錐底面の円周方向にわたって可及的に一様であること、図８の例では噴射距離Ｔ１とＴ２は上記円錐の中心軸に対して互いに対称であることが好ましい。
【０００５】
ところで図７においては、燃料通路５２の図上での向かって左側通路５２１と右側通路５２２とでは燃料の流れ方向の変化角度が相違する。即ち燃料溜室４４においては、燃料は旋回しつつも全体的には軸方向に進行し、燃料通路５２の入口において軸に対して傾斜する方向に向きを変えるが、その際、燃料通路５２の左側通路５２１では、その流れ方向の変化角度が右側通路５２２でのそれより大きく、このために燃料の流速低下度が右側通路５２２より大きくなる。図８の場合も同じである。この結果、傾斜燃料通路５２からの噴射形状は、図８に示すように、上記した左右側通路間での燃料の流速差に基因して左側通路５２１から噴射された燃料の噴射距離Ｔ１は、右側通路５２２から噴射された燃料の噴射距離Ｔ２より小さくなる。なお図８における梨地部は燃料を示し、燃料通路５２より外部に噴射された燃料は、霧状を呈する。
【０００６】
以上の通り図７、８などの従来技術では、噴射距離Ｔ１とＴ２は非対称となり、このために燃料噴射装置毎の噴霧形状のばらつきによりエンジンの気筒間の燃焼のばらつきが大きくなって、エンジンの動作に悪影響を及ぼす重大な問題がある。
【０００７】
【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に鑑みて、燃料を弁座に設けられた燃料通路の出口から軸に対して傾斜した方向に、且つ上記出口の円周方向にわたって可及的一様に外に向かって噴射可能な燃料噴射装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【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、燃料を外部に噴射するための燃料通路を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記燃料通路に供給するスワラー、および上記スワラーの中孔内を軸方向に摺動して上記弁座のシート部を離着座する弁体を備えた燃料噴射装置であって、上記燃料通路は、上記燃料通路の入口側に設けられて上記中心軸を中心とする直状通路部と上記直状通路部に連接する湾曲通路部とから構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の請求項２に係る燃料噴射装置は、上記請求項１において上記燃料通路の少なくとも一部は、上記弁座に設けられた貫通孔に管体を挿通して形成され、且つ上記管体の出口側に上記燃料を上記弁体の中心軸に対して傾斜した方向に噴射させる湾曲通路部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項３に係る燃料噴射装置は、上記請求項２において上記管体の上記湾曲通路部は、上記弁座の端面から外部に露出していることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項４に係る燃料噴射装置は、上記請求項１において上記直状通路部の長さＬｓの上記燃料通路の径Ｄに対する値Ｌｓ／Ｄは、０．５〜５程度であり、上記湾曲通路部の軸投影長さＬｒの上記径Ｄに対する値Ｌｒ／Ｄは、１〜１０程度であり、上記湾曲通路部の湾曲中心線の半径Ｒの上記径Ｄに対する値Ｒ／Ｄは、５〜１０程度であることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項５に係る燃料噴射装置は、上記請求項１において上記湾曲通路部は、放電加工により形成されたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項６に係る燃料噴射装置は、上記請求項５において上記湾曲通路部は、上記湾曲通路部と同じ湾曲形状を有する電極棒を用いて形成されたことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の請求項７に係る燃料噴射装置は、上記請求項５において上記湾曲通路部の内面は、流体研磨により平滑面とされたことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下の実施の形態を説明する図１〜図５において、前記図６〜８における部位に対応する部位に就いては前記図６〜８の場合と同じ符号を付し、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。
【００１６】
実施の形態１．
図１〜図３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は図１の弁座の拡大図、図３は弁座および燃料の噴射形状の断面図である。
【００１７】
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の内壁に挿入後、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の内壁に圧入された後、弁座５は弁本体３１に溶接される。４４は、燃料溜室である。
【００１８】
スワラー４は、図１では詳細構造を示し得ないが前記図６と同様に、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複数の、例えば６個の燃料通路、およびこれらの燃料通路に連接されたスワラー溝を有する。弁座５は、スワラー４と対向する面に弁体３２の先端部が離着座するシート部５１とそれに続き、燃料を外部に噴射するための燃料通路５２から構成されている。
【００１９】
燃料通路５２は、燃料通路５２の入口側に設けられて弁体３２の中心軸３２４を中心とする直状通路部５２３と直状通路部５２３に連接する湾曲通路部５２４とから構成されており、湾曲通路部５２４の出口が燃料通路５２の出口５３となっている。５２１、５２２は、それぞれ燃料通路５２における直状通路部５２３および湾曲通路部５２４を通じて左側通路および右側通路を示す。
【００２０】
スワラー４を経由した燃料は、図７において説明した通り、燃料溜室４４において旋回しつつも全体的には中心軸３２４の方向に進行する。本発明における直状通路部５２３は、燃料溜室４４における燃料流の中心軸３２４の方向の流れを維持し、この流れを湾曲通路部５２４に誘導する機能をなす。一方、湾曲通路部５２４は、前記図７、８の傾斜燃料通路５２にみられた急激な流れ方向の変化を生ぜしめることなく、その湾曲形状に基づいて漸次流れ方向を変化せしめるので、左右側通路５２１、５２２間に実質的に流速差を生ぜしめることなく燃料を中心軸３２４に対して、図３に示す通り傾斜した方向に噴射させる機能をなす。
【００２１】
以下、実施の形態１の動作について説明する。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内の燃料通路、スワラー溝、および燃料溜室４４を経て燃料通路５２の出口５３からエンジンの筒７内に噴射される。また上記スワラー溝を通過する間に旋回力が付与される。
【００２２】
上記したように湾曲通路部５２４は、左右側通路５２１、５２２間に実質的に流速差を生ぜしめることなく燃料を中心軸３２４に対して傾斜した方向に噴射させるので、図３に示す通り、左側通路５２１から噴射された燃料の噴射距離Ｔ１と右側通路５２２から噴射された燃料の噴射距離Ｔ２とは実質的に等しく、しかして多数ある燃料噴射装置間の噴霧形状のばらつきが従来技術の場合と比較して格段に少なく、エンジンの気筒間の燃焼のばらつきも少なくなる。
【００２３】
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。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。
【００２４】
ところで図２において、直状通路部５２３の長さＬｓが過少であると、直状通路部５２３の前記した機能が乏しくなり、逆にＬｓが過大であると、燃料が直状通路部５２３を通過する間にスワラー４により付与された燃料の旋回エネルギーの減衰が大きくなる。一方、湾曲通路部５２４の軸投影長さＬｒや湾曲通路部５２４の湾曲中心線の半径Ｒが過少であると、燃料を傾斜方向に噴射する機能が乏しくなり、逆にそれらの値が過大であると、湾曲通路部５２４での左右側通路５２１、５２２間の流速差が顕著となる。よって本発明において、上記長さＬｓの燃料通路５２の径Ｄに対する値Ｌｓ／Ｄは、０．５〜５程度、好ましくは０．８〜３程であり、上記長さＬｒの上記径Ｄに対する値Ｌｒ／Ｄは、１〜１０程度、好ましくは２〜５程度であり、上記半径Ｒの上記径Ｄに対する値Ｒ／Ｄは、５〜１０程度、好ましくは７〜９程度である。
【００２５】
実施の形態２．
図４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、弁座５の製造過程における拡大図である。図４において、６は直状の電極棒であり、７は円弧状の電極棒である。
【００２６】
以下、弁座５として前記実施の形態１で用いられたものを製造対象例として、且つ前記図２を参照して説明する。弁座５の燃料通路５２は、直状通路部５２３と湾曲通路部５２４とから構成されており、直状通路部５２３は電極棒６により、湾曲通路部５２４は電極棒７により、それぞれ放電加工で形成される。その際に電極棒７としては、湾曲通路部５２４の前記値Ｒ／Ｄと同じ湾曲形状を有するものが用いられる。なお直状通路部５２３の形成は、電極棒６を用いた放電加工に代えて、エンドミルなどを用いた機械加工であってもよい。上記の加工により形成された燃料通路５２の内面、就中、湾曲通路部５２４の内面は、流体研磨により平滑面とされる。放電加工の面粗さは、通常６〜１２μｍ程度であるが、流体研磨によりそれを３μｍ程度とすることが可能であって、そうすることにより、湾曲通路部５２４周囲へのカーボン付着量が大幅に減る効果がある。
【００２７】
実施の形態３．
図５は、本発明の燃料噴射装置における実施の形態３を説明するものであって、弁座の拡大断面図である。図５において、８は燃料通路５２の一部を形成する管体であって、弁座５に予め設けられた貫通孔５２５に挿通固定されている。上記貫通孔５２５は直状であり、その内径が燃料通路５２の直状通路部５２３の内径よりも管体８の管壁厚み分だけ大きくなるように穿孔形成されている。一方、管体８は、直状部とそれに続く湾曲部とからなるＪ字状のものであって、上記直状部のみが貫通孔５２５に挿通固定され、上記湾曲部は弁座５の端面から外部に露出ている。
【００２８】
しかして実施の形態３における燃料通路５２の直状通路部５２３は、弁座５にじかに穿孔形成された直状部分と管体８の直状部内とからなり、湾曲通路部５２４は管体８の上記湾曲部内に存在する。一般的に、固体の内部に直状通路を穿孔形成することは、湾曲通路の形成と比較して格段に容易であるので、実施の形態３において用いられる弁座５は低コストで生産できる利点がある。なお管体８を用いた燃料通路５２のＬｓ／Ｄ、Ｌｒ／Ｄ、およびＲ／Ｄの各範囲については、実施の形態１において説明したことが実施の形態３においても該当する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る燃料噴射装置は、以上説明した通り、燃料を外部に噴射するための燃料通路を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記燃料通路に供給するスワラー、および上記スワラーの中孔内を軸方向に摺動して上記弁座のシート部を離着座する弁体を備えた燃料噴射装置であって、上記燃料通路は、上記燃料通路の入口側に設けられて上記中心軸を中心とする直状通路部と上記直状通路部に連接する湾曲通路部とから構成されたことを特徴とするものであるので、スワラーにて旋回方向の速度成分を与えられた燃料が上記燃料通路を通過する際に、旋回方向の速度成分はそのままに直進方向の速度成分のみ曲げられるので、燃料を噴霧形状の対称性を維持したまま上記弁体の中心軸に対して傾斜した方向に噴射させることができる効果がある。また湾曲通路部の湾曲形状を調整することにより、噴霧の方向と噴霧距離を調節できて所望の噴霧形状を実現できる。
【００３０】
また上記請求項１において、上記燃料通路の少なくとも一部は、上記弁座に設けられた貫通孔に管体を挿通して形成され、且つ上記管体の出口側に上記燃料を上記弁体の中心軸に対して傾斜した方向に噴射させる湾曲通路部を有することを特徴とするものであり、さらに上記請求項２において上記管体の上記湾曲通路部は、上記弁座の端面から外部に露出していることを特徴とするものであると、上記請求項１の発明の効果に加えて、一般的に固体の内部に直状通路を穿孔形成することは湾曲通路の形成と比較して格段に容易であるので、上記弁座は低コストで生産できる利点がある。
【００３１】
また上記請求項１〜請求項３のいずれか一項において上記燃料通路は、上記燃料通路の入口側に設けられて上記中心軸を中心とする直状通路部と上記直状通路部に連接する上記湾曲通路部とから構成されたことを特徴とするものであり、さらに上記直状通路部の長さＬｓの上記燃料通路の径Ｄに対する値Ｌｓ／Ｄは、０．５〜５程度であり、上記湾曲通路部の軸投影長さＬｒの上記径Ｄに対する値Ｌｒ／Ｄは、１〜１０程度であり、上記湾曲通路部の湾曲中心線の半径Ｒの上記径Ｄに対する値Ｒ／Ｄは、５〜１０程度であると、上記直状通路部は、燃料溜室における燃料流の中心軸の方向の流れを維持し、この流れを湾曲通路部に誘導する効果がある。一方、湾曲通路部は、従来の傾斜燃料通路にみられた急激な流れ方向の変化を生ぜしめることなく、その湾曲形状に基づいて漸次流れ方向を変化せしめるので、湾曲通路部の左右側通路間に実質的に流速差を生ぜしめることなく燃料を中心軸に対して傾斜した方向に噴射させる効果がある。
【００３２】
また上記請求項１において上記湾曲通路部は、放電加工により形成され、さらに上記湾曲通路部の内面は、流体研磨により平滑面とされたことを特徴とするものであると、湾曲通路部周囲へのカーボン付着量が大幅に減る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射装置における実施の形態１の断面図。
【図２】図１の弁座の拡大図。
【図３】実施の形態１の弁座および燃料の噴射形状の断面図。
【図４】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、弁座の製造過程における拡大図。
【図５】本発明の燃料噴射装置における実施の形態３を説明するものであって、弁座の拡大断面図。
【図６】従来の燃料噴射装置における弁座およびその近傍部の断面図。
【図７】従来の燃料噴射装置における弁座の拡大断面図。
【図８】従来の燃料噴射装置における他の弁座の拡大断面図。
【符号の説明】
１ 燃料噴射装置、３ 弁装置、３２ 弁体、４ スワラー、
４４ 燃料溜室、５ 弁座、５２ 燃料通路、５２３ 直状通路部、
５２４ 湾曲通路部、６ 直状の電極棒、７ 円弧状の電極棒、８ 管体。

Claims (7)

1. 燃料を外部に噴射するための燃料通路を有する弁座、上記燃料に旋回エネルギーを与えて上記燃料通路に供給するスワラー、および上記スワラーの中孔内を軸方向に摺動して上記弁座のシート部を離着座する弁体を備えた燃料噴射装置であって、上記燃料通路は、上記燃料通路の入口側に設けられて上記中心軸を中心とする直状通路部と上記直状通路部に連接する湾曲通路部とから構成されたことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 上記燃料通路の少なくとも一部は、上記弁座に設けられた貫通孔に管体を挿通して形成され、且つ上記管体の出口側に上記燃料を上記弁体の中心軸に対して傾斜した方向に噴射させる湾曲通路部を有することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 上記管体の上記湾曲通路部は、上記弁座の端面から外部に露出していることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 上記直状通路部の長さＬｓの上記燃料通路の径Ｄに対する値Ｌｓ／Ｄは、０．５〜５程度であり、上記湾曲通路部の軸投影長さＬｒの上記径Ｄに対する値Ｌｒ／Ｄは、１〜１０程度であり、上記湾曲通路部の湾曲中心線の半径Ｒの上記径Ｄに対する値Ｒ／Ｄは、５〜１０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。
5. 上記湾曲通路部は、放電加工により形成されたことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
6. 上記湾曲通路部は、上記湾曲通路部と同じ湾曲形状を有する電極棒を用いて形成されたことを特徴とする請求項５記載の燃料噴射装置。
7. 上記湾曲通路部の内面は、流体研磨により平滑面とされたことを特徴とする請求項５記載の燃料噴射装置。

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