JP2017210890A - 流量調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁の弁座面における、キャビテーションエロージョンの発生を低減する。【解決手段】燃料噴射弁の弁体１１４の、弁体側シート球面１３２と、弁体側先端円錐部１３６との接続部において、接続部の接続曲面１３７の中心を、燃料噴射孔１１７の中心軸に対して、弁体中心軸側に形成するようにした。これにより、接続曲面１３７が弁体先端円錐部側に移動するため、弁体側シート球面の終点が噴孔カップの下流側となるため、弁体側シート球面に沿って流れる燃料の剥離点が噴孔カップ側となる。よって弁体側シート球面１３２と噴孔カップの弁座部にて発生したキャビテーションが、変位可能な弁体１１４の閉弁直前において、燃料噴孔開口形成部１３５と弁体先端円錐部１３６の間に形成される隙間に到達する前に燃料噴孔より噴射される。【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関、特にガソリンを用いた自動車用筒内噴射エンジンにおける流量調整弁に関するものである。

特許文献１には弁体の燃料噴射孔上部を凹ませることで、噴霧の微粒化を向上させる技術が開示されている。特許文献２には弁座面と燃料噴射弁中心軸とのなす角度が、噴射孔開口形成面と燃料噴射弁中心軸とのなす角度よりも大きく構成されており、噴射孔開口形成面と弁体との間に形成される燃料流路の断面積が燃料の流れる方向に沿って一定となる領域を形成した状態で、弁体を開弁状態に維持可能とすることで、閉弁後に噴射されうる燃料の増加を低減させる技術が開示されている。

特開２０１０−３８１２６ 特開２０１３−１６０２１３

内燃機関、特にガソリンを用いた自動車用筒内噴射システムに用いられる流量調整弁においては、排気ガス・燃費に対する規制や要求を満足するため、エンジン筒内に燃焼に必要最適流量の燃料を噴射することへの市場要求が高まっている。これは、高燃圧化された燃料を筒内に噴射することにより、燃料の微粒化が促進される。よって排気ガスに含まれるＰＮが低減可能となるためである。

高燃圧の燃料を噴射するには弁座付近にて発生するキャビテーションをオリフィスカップ内の壁面付近でエロージョンさせずに噴射させる必要がある。従来の技術では燃料の微粒化とそれに伴う閉弁後に噴射されうる燃料を低減する構造が開示されているが、これらによって弁座面に発生するキャビテーションエロージョンに関する課題の開示が無く、検討が十分ではない。
そこで本発明の目的は燃料噴射弁の弁座面にキャビテーションエロージョン発生を低減することである。

上記の目的を達成するために、本発明の流量調整弁は、弁体側シート球面と弁体先端円錐部との接続曲面の中心を燃料噴孔の中心線より弁体中心軸側に形成するように構成される。

本発明によれば燃料噴射弁の弁体とシート球面と弁体先端円錐部の接続曲面の中心を燃料噴射孔の中心軸に対して内側に形成することでキャビテーションエロージョンの発生を防ぐことが可能となる。

本発明に係る燃料調整弁の全体を示す断面図 燃料調整弁の拡大図 燃料調整弁の拡大図 燃料調整弁の拡大図 燃料噴孔開口形成部と弁体先端円錐部の間に形成される隙間と静流値との関係図

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施例について、以下、図面を用いて説明する。本実施例では弁体側シート球面と弁体先端円錐部との接続曲面の中心を燃料噴孔の中心線より弁体中心軸側に形成することでキャビテーションエロージョン発生を低減することを目的としている。

図１は本実施例の全体構成を示した図である。図２は図１に記載の従来技術の燃料噴射弁の噴孔カップ１１６近傍を拡大した断面図を示した図である。なお、以降すべての図は説明のため寸法を誇張して示しており、実際の寸法とは異なる。

図１の固定コア１０７上部には加圧して燃料を供給するための図示しない高圧ポンプと、前記高圧ポンプと固定コア１０７上部とを連結する配管が配置されており、固定コア１０７中心部の燃料通路１０７Ｄである貫通孔へ加圧された状態で燃料が供給される。弁体１１４の上端面１１４Ｄにはスプリング１１０の着座面が設けられている。スプリング１１０の弁体１１４との逆側の上端面には調整子５４が当接している。調整子５４は固定コア１０７に固定されている。

弁体１１４はガイド部材１１５と可動子ガイド１１３によって、上下に往復運動できるように保持されている。弁体１１４はコイル１０５に通電していない閉弁状態においてはスプリング１１０の付勢力によってノズル１０１の先端に設けられた固定弁１１６と当接しており、前記高圧ポンプから供給された燃料の流れを燃料噴射孔１１７から遮断している。

コイル１０５は固定コア１０７の外周部に配置されており、ハウジング１０３、ノズル１０１、弁体１１４と一体構造である可動コア１０２を介してコイル１０５の周りにトロイダル状の磁気通路が形成されている。端子１０９の先端部に形成されたコネクタ４３Ａにはバッテリ電圧より電力を供給するプラグが接続される。コイル１０５は図示しないコントローラにより、端子１０９を通じて通電、非通電が制御される。

コイル１０５に通電中は前記の磁気通路を通る磁束によって可動コア１０２と固定コア１０７との間に磁気吸引力が発生する。可動コア１０２が吸引されることで上方へ動き、最大は固定コア１０７の下端面に衝突するまで移動する。その結果、弁体１１４が固定弁１１６から離れて開弁状態となり、固定コア１０７中心部の燃料通路１０７Ｄから供給された燃料を噴射孔１１７から燃焼室内へ噴射する。

コイル１０５への通電が断たれると前記の磁気通路の磁束が消滅し、磁気吸引力も消滅する。この状態では弁体１１４を閉弁方向に押すスプリング１１０のばね力が弁体１１４に作用する。その結果、弁体１１４は固定弁１１６に接触する閉弁位置に押し戻され、固定コア１０７中心部の燃料通路１０７Ｄから供給された燃料が燃料噴射孔１１７に流れ込む事を遮断する。

次にシート部材１３１及び弁体１１４の詳細形状について図２を用いて説明する。シート部材１３１には弁体側シート球面１３２と当接点１３４を有する座部側シート面１３３と複数の燃料噴射孔１１７が開口している噴射孔開口形成部１３５とが構成されている。弁体１１４は弁体側シート球面１３２と弁体先端円錐部１３６を有し、これらを接続曲面１３７にて接続されている。

ここで第１実施例について図３を用いて説明する。図３には第１実施例の構成を示した断面図となる。図３に示す様に弁体側シート球面部１３２と弁体先端円錐部１３６によって弁体側シート球面１３２と弁体先端円錐部１３６との接続曲面１３７の位置と燃料噴孔開口形成部１３５と弁体先端円錐部１３６の間に形成される隙間１３８が決定する。弁体側シート球面と弁体先端円錐部との接続部に存在する接続曲面１３７の中心を燃料噴孔１１７の中心線より弁体中心軸側に形成するように構成することで燃料噴孔開口形成部１３５と弁体先端円錐部１３６の間に形成される隙間の位置が噴孔カップ１１８の下流側となる。

これにより、上記記載の接続曲面１３７が弁体先端円錐部側に移動するため、弁体側シート球面の終点が噴孔カップの下流側となるため、弁体側シート球面に沿って流れる燃料の剥離点が噴孔カップ側となる。よって弁体側シート球面１３２と噴孔カップ１１８の弁座部にて発生したキャビテーションが変位可能な弁体１１４の閉弁直前において燃料噴孔開口形成部１３５と弁体先端円錐部１３６の間に形成される隙間に到達する前に燃料噴孔より噴射される。これに伴い、噴孔カップ内での急激な圧力変化の影響を受けることが無くなり、上記当接点１３4にて発生したキャビテーションが噴孔カップ１１８内で崩壊し、エロージョンの発生させることを防ぐことが可能となる。また弁体側シート球面１３２と噴孔カップ１１８の弁座部にて発生したキャビテーションを積極的に噴射させることで燃料の微粒化が促進される。

本発明の第２の実施例に係る燃料噴射弁について図４図５を用いて以下説明する。図４は本実施例における燃料噴射弁の燃料噴射孔の構成を示す断面図であり、図３と同一番号が割り当てられているものは実施例１と同一もしくは同等の機能を有するものであり説明を省略する。図５は本実施例における弁体と弁座面にて形成される隙間１３８と流量の関係について示す。

実施例１と異なる点は前記燃料噴孔開口形成部１３５と弁体先端円錐部１３６の間に形成される隙間１３８を燃料噴射孔１１７より噴射される流量に応じて変化させるという点である。静流値が大きくなることで、噴孔カップ１１８に流れる流速が大きくなる。よってキャビテーションエロージョンの発生リスクが大きくなる。よって燃料噴孔開口形成部と弁体先端円錐部の間に形成される隙間を大きくすることで上記記載の体側シート球面１３２と噴孔カップ１１８の弁座部にて発生したキャビテーションが変位可能な弁体１１４の閉弁直前において燃料噴孔開口形成部１３５と弁体先端円錐部１３６の間に形成される隙間に到達する前に燃料噴孔より噴射される効果を大きくする必要がある。図５に示す様に前記燃料噴射孔より噴射される流量によってキャビテーションがもつエネルギー量が異なるため、流量が小さい場合は前記燃料噴孔開口形成部１３５と弁体先端円錐部１３６の間に形成される隙間を小さくし、大きい場合は隙間を大きくするといった最適化を行うことでキャビテーションエロージョンを防ぐことが可能となり、燃料噴射孔１１７のレイアウトによる燃料の流れに影響なく設計することが可能となる。

５４…調整子
１０１…ノズル
１０２…可動コア
１０３…ハウジング
１０４…ハウジングホルダ
１０５…コイル
１０６…ボビン
１０７…固定コア
１０８…固定コアホルダ
１０９…端子
１１０…スプリング
１１３…可動子ガイド
１１４…弁体
１１５…ガイド部材
１１６…固定弁
１１７…燃料噴射孔
１１８…噴孔カップ
１１９…燃料通路
１２２…磁気通路
１２３…コネクタ
１３１…シート部材
１３２…弁体側シート球面
１３３…座部側シート面
１３４…当接部
１３５…燃料噴射孔開口形成部
１３６…弁体先端円錐部
１３７…接続曲面部
１３８…隙間

Claims (3)

1. 弁体側シート球面と弁体先端円錐部との接続曲面の中心を燃料噴孔の中心線より弁体中心軸側に形成するように構成される事を特徴とする流量調整弁。
2. 請求項１に記載の流量調整弁において、前記弁体が噴孔カップに着座時に前記弁体の先端円錐部が噴孔形成面に対して一定の隙間を構成される事を特徴とする流量調整弁。
3. 請求項１に記載の流量調整弁において前記弁体の弁体側シート球面と先端円錐部との接続部が滑らかな曲線で接続されていることを特徴とする流量調整弁。

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