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ケーヒン技報 Vol.2 (2013)

INJECTOR is a critical component that supplies fuel to the engine.In accordance with environmental demands these days, we introduce the direct INJECTOR from an

engineering perspective that allows to supply fuel directly into cylinders and to improve the engine performance.

１．はじめに

近年の環境対応から，車には低燃費，低エミッションが求められ，エンジンの効率改善のため，ポートへの燃料噴射から，筒内への直接燃料噴射への置換が進んでいる（Fig. 1）．

このため，市場競争力がある直噴インジェクタの開発が必要となった．

２．インジェクタの開発の狙い

エンジンからインジェクタへ要求される性能は以下に大別される（Table 1）．

直噴インジェクタ（KN-12 型）※Direct Injection Injector KN-12 Type

技術紹介

＊１ 開発本部 第三開発部　　＊２ 生産本部 生産技術四部　　＊３ Keihin North America, Inc.

＊４ 生産本部 生産技術一部　　＊５ 購買本部 第一購買部　　＊６ 生産本部 品質技術部

※ 2013年7月1日受付

①

②③④

⑤

⑥

⑦

⑧

Engine Demand

Emission regulation

Evaporative EmissionAir-fuel ratio balance

Low fuel consumption

High power

Flexibel fuel application

Marketability

Ease of attaching

Injector RequirementsMinimum quantity reduction

Low penetrationmicroatomization

Minimum quantity reductionIncrease injection quantity(High pressure injection)

Corrosion resistanceDeposit toughness

CostNoize and vibration reduction

Attaching flexibility

Valve seat leakage reductionQuantity variation reduction

Table 1 Engine demand and Injector requirements

猪　又　　　茂＊１ 森　谷　昌　輝＊１ 酒　井　俊　一＊２ 角　田　健　一＊３

Yutaka INOMATA Masateru MORIYA Toshikazu SAKAI Kenichi TSUNOTA

阿　部　秀　章＊４ 松　崎　義　和＊５ 宮　下　純　一＊１ 釜　洞　　　敦＊１

Hideaki ABE Yoshikazu MATSUZAKI Junichi MIYASHITA Atsushi KAMAHORA

安　部　春　光＊２ 鈴　木　明　敏＊６ 安　藤　康　幸＊４ 町　田　啓　介＊１

Harumitsu ABE Akitoshi SUZUKI Yasuyuki ANDO Keisuke MACHIDA

KN-10 Typemass production start in 2007.

KN-12 Typemass production start in 2013.

Needle valve

Fig. 2 KN-10 Type/KN-12 Type INJECTOR

Fig. 1 Difference between port injection and direct injection

Table 1のインジェクタ要件への対応として，従来のポートインジェクタで培った技術を一部踏襲し，新技術の確立を図った（Fig. 2，Table 2）．

Port injection Direct injectionCylinder pressure

Max 9.5MPa

Fuel pressure3.5～20MPa

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直噴インジェクタ（KN-12型）

Fuel pressure (MPa)

GOOD

Spra

y dr

ople

t siz

e (µ

m)

Fig. 6 Pressure and the relation of droplet

■燃料微粒化への対応微粒化の要素として，燃料圧力と噴射場の

圧力差を大きくすることが重要であるため（Fig. 6），インジェクタ内部での，燃料圧力損失が少ないシート構造を採用した（Fig. 7）．

1. Core is pulled up magnetically

2. Core collides with a needle

3. Needle goes up and injection start

Cor

e st

roke

Fig. 3 Operating principle

Low HighPressure

Fuel

pre

ssur

e

Position

GO

OD

Fig. 7 Pressure distribution schematic

Item Valve Weight Core Weight Core Stroke

specification 1.8gf 2.1gf 57.5um

Table 3 Core Specification

GOOD

Mag

netic

For

ce

Time

Fig. 4 Magnetic Force Profile

Fig. 5 Magnetic Flux Density contour

HIGH

LOW

Table 2 Injector Specification

INJECTOR Type KN-10 Type KN-12 Type

Fuel Pressure 0.35Mpa 3.5MPa～20MPaOutside diameter ϕ17.7 ϕ21

length 64.6mm 89.1mm

KN-12型は，2013年秋から上市し，拡大展開する計画となっている．

３．直噴インジェクタの特徴

■高燃圧噴射への対応エンジンのインジェクタ搭載スペースは限

られている．搭載上の制約から，ニードルバルブを高燃

圧でも動かせる推力を得るためには，高効率な構造が必要となる．

KN-12型の特色はコアとニードルを別体構造とし，コアを磁力で引き上げ，コアの慣性力でニードルを引き上げる，高効率構造を採用した（Fig. 3）．

コアを別体構造にすることで，ニードルバルブ重量の低減ができ，ニードルバルブの高応答化が可能となる（Table 3）．

ソレノイド部も，磁路長さの最適化をし高効率な構造とした（Fig. 4，5）．

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ケーヒン技報 Vol.2 (2013)

著　者

猪 又　 茂

KN-12型開発の大変長い道のりで，得られた経験値を次の製品開発へ活かし，更に良い物を世に送り出していきたいと思います．

本開発に携わり，御協力をしてくださったすべての皆様に深く感謝します．（猪又）

■デポジットへの対応直噴インジェクタはノズルが直接燃焼ガス

に曝され，噴孔部にデポジットが堆積すると噴射量の低下，噴霧形状の変化を引き起こす．

デポジットは高温になると生成され易いため，噴孔部の温度上昇を抑制するデッドボリュームを設け対策した（Fig. 8）．

OrificeNozzle

LOW

HIGH

Tem

perature

Dead volume

Fig. 8 Temperature distribution schematic

Fig. 10 Function 2 of clip

③取付け性向上直噴インジェクタは筒内圧力での荷重が，

燃料圧力での荷重を上回る恐れがある．取付性を考慮し，筒内圧でのインジェクタ浮き上がり防止と（Fig. 9），回転防止機能を有したバネ構造クリップを採用した（Fig. 10）．

Rotation stop structure

Fuel pipe

Spring structure clip Pushing forcePushing force

Cylinder pressure

Fig. 9 Function 1 of clip