JP2002115628A

JP2002115628A - 燃料噴射弁および内燃機関

Info

Publication number: JP2002115628A
Application number: JP2000308732A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Aoki; 文明青木; Nobuo Imatake; 信夫今竹; Kimitaka Saito; 公孝斎藤; Yukio Sawada; 沢田　　行雄
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】オリフィスプレートに内外二重に噴孔が形成
された燃料噴射弁において、燃料が均等に流入するよう
にすることである。【解決手段】燃料流路１ａをオリフィスプレート２の
直上位置で拡径する形状とし、オリフィスプレート２に
はニードル５と同軸の内外二重の円上位置に、内周側の
噴孔２１と外周側の噴孔２２とを配置し、内周の円の径
をφＤ1 、シート部４ｂよりも下流における燃料流路１
ａの最小径部の径をφＤ2 、外周の円の径をφＤ3 とし
て、Ｄ1 ＜Ｄ2 ＜Ｄ3 とすることで、ニードル５とシー
ト部４ｂの環状間隙からの燃料流を内周側の噴孔２１側
方向と外周側の噴孔２２側方向とに振り向けて噴孔２
１，２２に燃料が均等に流入するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料噴射弁および内
燃機関に関し、特に燃料噴射弁および内燃機関の構造改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の性能向上、燃費の改善、排気
エミッションの低減等のため燃料の気化率向上、吸気管
の管壁に付着するウェットの低減等が求められており、
燃料噴射弁においては噴霧の高微粒化が望まれている。

【０００３】図２１は従来の燃料噴射弁の代表例の先端
部の構造を示すもので、バルブボディ９２内は下側ほど
縮径する円錐形に形成され、加圧燃料が導入される燃料
流路１ａの下流を構成する。バルブボディ９２には棒状
のニードル９３が配設されるとともに、ニードル９３が
着座する環状のシート部９２ａが形成される。そして、
ニードル９３がシート部９２ａから後退すると、シート
部９２ａの下流に配置されたオリフィスプレート９１を
その板厚方向に貫通する噴孔９１１，９１２から加圧燃
料が噴射される。噴孔９１１，９１２はニードル９３と
同軸の内外二重の円上位置に配置されている。外周の円
はバルブボディ９２の下流側開口端の開口径よりもやや
小さく設定される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
２１の構成のものでは、図のようにニードル９３がリフ
トした時、燃料はシート部９２ａとニードル９３の間の
環状間隙を通ってオリフィスプレート９１とニードル９
３との間の空間に流入するが、前記環状間隙に近い外周
側の噴孔９１２には燃料が流れ込みやすく、内周側の噴
孔９１１には燃料が流れ込みにくい。この結果、均等な
燃料の流れが形成されず、燃料の微粒化を阻害する。

【０００５】本発明は前記実情に鑑みなされたもので、
噴孔が内外２重に配置された燃料噴射弁において各噴孔
に燃料が均等に流れ込むようにすることができる燃料噴
射弁を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、加圧燃料が導入される燃料流路に、棒状のニードル
を配設するとともに該ニードルが着座する環状のシート
部を形成し、前記ニードルが前記シート部から後退する
と、前記シート部の下流に配置されたオリフィスプレー
トをその板厚方向に貫通する噴孔から前記加圧燃料を噴
射する燃料噴射弁において、前記燃料流路は、前記シー
ト部と前記オリフィスプレートの間で、前記オリフィス
プレートの直上位置が拡径する拡径部を設け、前記オリ
フィスプレートには前記ニードルと同軸の内外２重の円
のそれぞれの円上位置に複数の前記噴孔を配置し、か
つ、内周の円の径をφＤ1 、前記シート部と前記拡径部
との間の前記燃料流路の最小径部の径をφＤ2 、外周の
円の径をφＤ3 として、Ｄ1 ＜Ｄ2 ＜Ｄ3 とする。

【０００７】内周側の噴孔群は燃料流路の最小径部位置
よりも内周側に位置し、外周側の噴孔群は前記最小径部
位置よりも外周側に位置するから、ニードルの開弁によ
りニードルとシート部の間隙から流入する燃料は内周側
の噴孔群方向と外周側の噴孔群方向とに分岐して流入す
る。すなわち、内周側の噴孔に流れ込む燃料は外周側の
噴孔の上方を通ることなく内周側の噴孔に直接に到り、
また、外周側の噴孔に流れ込む燃料も内周側の噴孔の上
方を通ることなく外周側の噴孔に直接に到る。しかし
て、各噴孔への均等な燃料流が形成され、微粒化が促進
される。

【０００８】請求項２記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記燃料流路は、前記ニードルを配設
するバルブボディを貫通してなり、該バルブボディと前
記オリフィスプレートの間に、前記バルブボディの燃料
吐出口の開口面および前記オリフィスプレートの上流側
の面と密着し前記燃料吐出口の径よりも大径の環状部材
を介設せしめて、前記燃料流路を前記オリフィスプレー
トの直上位置が拡径する形状とする。

【０００９】従来構成において、噴孔の形成位置を違え
るとともに、環状部材を加えるだけであるから、実施が
容易である。

【００１０】請求項３記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記燃料流路は、前記ニードルを配設
するバルブボディを貫通してなり、該バルブボディの燃
料吐出口の開口面と前記オリフィスプレートの上流側の
面とが密着するように前記オリフィスプレートを前記バ
ルブボディと結合し、前記オリフィスプレートの上流側
の面に、前記燃料吐出口の径よりも大径の円形凹部を形
成して、前記燃料流路を前記オリフィスプレートの直上
位置が拡径する形状とする。

【００１１】従来構成と部品数が変わらず、構成簡単で
ある。

【００１２】請求項４記載の発明では、請求項１ないし
３の発明の構成において、前記ニードルを、先端面が、
前記シート部位置よりも前記オリフィスプレート側に突
出する形状とする。

【００１３】ニードルが突出する分、燃料流路のシート
部よりも下流部分の容積が抑えられて、ニードル開弁期
間の初期やニードル閉弁後に燃圧が低く微粒化が十分で
はない燃料が供給されるのを防止することができる。

【００１４】請求項５記載の発明では、請求項３の発明
の構成において、前記ニードルを、先端面が、前記シー
ト部位置よりも前記オリフィスプレート側に突出する形
状とし、前記環状部材は前記ニードルよりも熱膨張率の
大きい部材で構成する。

【００１５】温度上昇時には環状部材のニードルよりも
大きな熱膨張によりオリフィスプレートがニードルから
逃げ、オリフィスプレートとニードルの対向間隔が確保
されるので、エミッションの発生しやすい冷間始動時に
おいて燃料流路のシール部よりも下流部分の容積が最も
小さくなるように十分にニードルの突出量をとっても温
度上昇時にニードルの油密性が損なわれることはない。

【００１６】請求項６記載の発明では、請求項４の発明
の構成において、前記ニードルを、先端面が、前記シー
ト部位置よりも前記オリフィスプレート側に突出する形
状とし、前記オリフィスプレートは前記ニードルよりも
熱膨張率の大きい部材で構成する。

【００１７】温度上昇時にはオリフィスプレートのニー
ドルよりも大きな熱膨張によりオリフィスプレートがニ
ードルから逃げ、オリフィスプレートとニードルの対向
間隔が確保されるので、温度上昇でニードルが熱膨張し
てもニードルがオリフィスプレートを押圧することが回
避され、ニードルの油密性が損なわれることはない。し
たがって、エミッションの発生しやすい冷間始動時に、
燃料流路のシール部よりも下流部分の容積が小さくなる
ように十分にニードルの突出量をとることができる。

【００１８】請求項７記載の発明では、加圧燃料が導入
される燃料流路に、棒状のニードルを配設するとともに
該ニードルが着座する環状のシート部を形成し、前記ニ
ードルが前記シート部から後退すると、前記シート部の
下流に配置されたオリフィスプレートをその板厚方向に
貫通する噴孔から前記加圧燃料を噴射する燃料噴射弁に
おいて、前記オリフィスプレートの上流側の面に、該面
の上方の空間を前記オリフィスプレートの略周方向に画
成する複数の隔壁を突設する。前記オリフィスプレート
には、複数の前記噴孔を、前記隔壁で挟まれた位置に分
散して配置する。

【００１９】ニードルの開閉により、ニードルとシート
部の隙間から流入する燃料は、オリフィスプレートの上
流の隔壁により分流して相隣れる隔壁間に位置する噴孔
へ導かれる。すなわち、流入する燃料は、流入する過程
で順次、複数の噴孔へ流れ込むのではなく、隔壁によっ
て挟まれた所定の噴孔のみに導かれるため、各噴孔への
均等な燃料流が形成され、微粒化が促進される。

【００２０】請求項８記載の発明では、請求項７の発明
の構成において、前記隔壁は、前記複数の噴孔の周りに
配置し、これにより、各噴孔への均等な燃料流が形成さ
れ微粒化が促進される。

【００２１】請求項９記載の発明では、請求項７または
８の発明の構成において、前記隔壁は、前記噴孔の近傍
位置で該噴孔の傾き方向に沿うように滑らかな弧を描く
形状とする。

【００２２】これにより、各噴孔に均等に燃料流を形成
するとともに、隔壁によって燃料流の方向性を制御し、
オリフィスプレートの板厚方向に傾けて形成された噴孔
に対して最も鋭角に流れ込むようにすることで、微粒化
を更に促進することができる。

【００２３】請求項１０記載の発明では、内燃機関を、
請求項１ないし９いずれか記載の燃料噴射弁を具備する
構成とする。前記ニードルにより閉鎖される前記ニード
ルよりも燃料流路の下流部分の容積を、アイドリング時
の１回当たりの燃料噴射量の７％未満とする。

【００２４】これにより、燃圧が低く微粒化が十分では
ない燃料の量を十分に減じ排気エミッション低減を図る
ことができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１、図２に本
発明の燃料噴射弁を示し、図３に燃料噴射弁が搭載され
るエンジンを示す。燃料噴射弁１はエンジンＥの各気筒
に対応して１つずつ設けられ、その先端が図略の吸気管
内に向くように図略の吸気管の分岐部に取付けられ、１
対の吸気弁の方に向けて燃料を分配噴射する。

【００２６】燃料噴射弁１のハウジング１１は略円筒状
で、その内部には円筒状の固定鉄芯７１が設けてあり、
その一端７１１はハウジング１１の先端部１１１近くま
で延び、他端７１２はハウジング１１の基部１１２より
突出し図略の燃料ポンプに通じる配管と接続されてい
る。またハウジング１１の先端部１１１には磁性材料で
なる段付きの磁性パイプ７２が設けてあり、その上側の
小径部７２１がハウジング１１内に挿入されて固定鉄芯
７１と非磁性パイプ７３を介して接続してある。

【００２７】磁性パイプ７２の大径部７２２には環状の
スペーサ７４を介してバルブボディ４が嵌設してある。
バルブボディ４に軸方向に形成された貫通穴４ａは下端
部が下側ほど縮径する円錐状に形成されて、後述するニ
ードル５が着座するシート部４ｂとしてある。

【００２８】バルブボディ４の先端面には、環状部材
３、燃料が噴射される噴孔２１，２２が形成されたオリ
フィスプレート２がこの順に設けてあり、環状部材３の
端面がバルブボディ４の先端面周縁部およびオリフィス
プレート２の上面周縁部と密着している。これら部材２
〜４は例えばレーザ溶接等で結合せしめてある。前記燃
料ポンプからの燃料は、ニードル５のリフト時に固定鉄
芯７１、非磁性パイプ７３、磁性パイプ７２、スペーサ
７４、バルブボディ４、環状部材３で形成される燃料流
路１ａを通って供給され噴孔２１，２２から噴射され
る。

【００２９】環状部材３は内径がバルブボディ４の貫通
孔４ａの最下端部である吐出口４ｃの径よりも大径のも
ので、燃料流路１ａは、シート部４ｂとオリフィスプレ
ート２の間で、オリフィスプレート２の直上位置に拡径
部３ａが設けられる。そして、この拡径部３ａに連なる
貫通孔４ａの吐出口４ｃが最小径部となっている。

【００３０】燃料の噴射と停止とを切り替えるニードル
５は、下端部５１がバルブボディ４内に位置し、下端面
５ｂの周縁部５ｃが面とりされて、前記シート部４ｂと
密着するようになっている。

【００３１】またニードル５は、ガイド部５１１位置で
バルブボディ４の貫通穴４ａに摺動自在に保持されてい
る。また、ニードル５の基部５２は、磁性パイプ７２お
よび非磁性パイプ７３内に設けられて摺動する可動コア
６７と溶接により連結してある。なお、ニードル５のガ
イド部５１１および基部５２は外周が４面幅に切削して
あり、燃料の流通が良好になされるようになっている。

【００３２】固定鉄芯７１内にはスプリング６５が設け
てあり、ニードル５を先端方向へ付勢している。固定鉄
芯７１内にはまた、スプリング６５の上端と当接する円
筒状のアジャスティングパイプ６６が螺入してあり、そ
の軸方向位置を調節することによりスプリング６５のニ
ードル５への付勢力が調整される。

【００３３】また固定鉄芯７１内には、他端７１２側に
フィルタ７５が設けてあり、燃料噴射弁１に流入する燃
料中のゴミ等を除去するようになっている。

【００３４】またハウジング１１と固定鉄芯７１、非磁
性パイプ７３、磁性パイプ７２の間には、これらと同軸
に外側より磁性材料からなる略円筒状のヨーク６１、樹
脂製のスプール６２が設けてあり、スプール６２には電
磁コイル６３が巻装してある。電磁コイル６３はハウジ
ング１１の側面より突出するコネクタ１２に設けられた
ターミナル６４と電気的に接続してあり、ターミナル６
４と接続される電子制御装置から給電されるようになっ
ている。

【００３５】図４はオリフィスプレート２をニードル５
の方から見た上面図で、噴孔２１，２２は径の異なる内
外二重のピッチ円Ｃ１，Ｃ２上位置にそれぞれ配置され
る。ここで、ピッチ円Ｃ１，Ｃ２は燃料噴射弁１の軸心
を中心とする円、すなわちニードル５に対して同軸な円
である。内周のピッチ円Ｃ１には４つの噴孔２１が、外
周のピッチ円Ｃ２には６つの噴孔２２がそれぞれ周方向
に等間隔で配置されている。オリフィスプレート２は吸
気ポートが左右に位置する向きに描かれており、オリフ
ィスプレート２を板厚方向に貫通する噴孔２１，２２
は、図中左側半部のものがやや左方向に傾斜し、図中右
側半部のものがやや右方向に傾斜しており、噴孔２１，
２２から燃料が２つの吸気弁に向けて分配噴射される。

【００３６】ここで、内周のピッチ円Ｃ１の径φＤ1 、
外周のピッチ円Ｃ２の径φＤ3 について説明する。前記
燃料流路１ａの最小径部４ｃの径をφＤ2 として、Ｄ1
＜Ｄ2 ＜Ｄ3 となるように設定されている。なお、外周
のピッチ円Ｃ２の径φＤ3 は環状部材３の内径以下に設
定されるのは勿論である。図例では環状部材３の内径は
外周のピッチ円Ｃ２の径φＤ3 と実質的に同じである。

【００３７】前記燃料噴射弁１およびエンジンＥの作用
を説明する。図２において図略の電子制御装置によって
ターミナル６４を介して電磁コイル６３に励磁電流が流
れる。これにより電磁コイル６３が可動コア６７を吸引
する電磁力を発生し、ニードル５および可動コア６７が
スプリング６５の付勢力に抗して固定鉄芯７１の方向へ
吸引され、ニードル５は、ガイド部５１１がスペーサ７
４の端面と当接する位置に位置決めされる。しかしてニ
ードル５の先端周縁部５Ｃがシート部４ｂよりリフト
し、図略の燃料ポンプからの燃料がニードル５とシート
部４ｂの環状間隙の間を通り抜け、最小径部４ｃからさ
らに拡径部３ａに流入する。

【００３８】ここで、ピッチ円Ｃ１，Ｃ２の径を前記の
ごとく設定したので、図５に示すように、燃料流はバル
ブボディ４の吐出口４ｃから内側と外側とに分岐して流
れ、内側に向かった燃料は内周側の噴孔２１に流入し、
外側に向かった燃料は外周側の噴孔２２に流入する。こ
のように、内周側の噴孔２１に向かう燃料の流れが外周
側の噴孔２２の直上部を通過することはなく（前掲図２
１参照）、燃料が内周側の噴孔２１と外周側の噴孔２２
とに均等に流れる。しかして燃料微粒化を促進すること
ができる。これにより排出ＨＣの量を減じることができ
る。

【００３９】（第２実施形態）図６に本発明の第２実施
形態を示す。第１実施形態において、ニードルの先端部
の形状を別の形状に代えたもので、図中、第１実施形態
と同じ番号を付した部分は第１実施形態と実質的に同じ
作動をするので、第１実施形態との相違点を中心に説明
する。

【００４０】ニードル５Ａは第１実施形態のニードルの
先端面に突出部５１２を設けたもので、ニードル５の先
端部を段付きに成形することで得られる。ニードル５Ａ
の突出部５１２は略バルブボディ４の吐出口４ｃの径と
同じで、ニードル５Ａが着座した状態で、その先端面５
ｄがバルブボディ４の下端面と同じ高さとなるように突
出量が設定してあり、燃料流路最小径部４ｃを略閉鎖す
る。したがって、ニードル５Ａの着座で閉鎖されるオリ
フィスプレート２の上方の空間は、環状部材３の内側の
空間、すなわち、径が環状部材３の内径すなわちφＤ3
で、高さが環状部材３の厚さｔの空間である。

【００４１】ここで、ｔ、φＤ3 は、次のように設定さ
れる。燃料噴射弁１が実装されるエンジンＥのアイドリ
ング時の１回当たりの噴射量をＱとして、ｔ＜Ｑ×０．
０７／（πＤ3²／４）となるように設定される。すなわ
ち前記空間の体積（以下、燃料流路１ａのうち、ニード
ル５Ａにより閉鎖されたシート部４ｂよりも下側の部分
の体積をデッドボリュームという）が噴射量Ｑの７％未
満となるように設定する。

【００４２】本実施形態においても燃料が内周側の噴孔
２１と外周側の噴孔２２とに均等に流れ、燃料微粒化を
促進することができる。

【００４３】また、ニードル５Ａがシール部４ｃよりも
オリフィスプレート２側に突出する構造となっているの
で、ニードル５によって閉鎖される前記デッドボリュー
ムがその分、小さくなる。これにより、次の効果を奏す
る。

【００４４】燃料噴射弁１から噴射される燃料の噴霧に
は、ニードル開弁後数ｍｓｅｃ後の定常状態の主噴霧を
挟むニードル開弁初期（すなわち噴射初期）およびニー
ドル閉弁後（すなわち規定の噴射期間の終了後）に、主
噴霧より粒径の大きな燃料塊が存在する。これを従来構
造を示す図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）、図２２（Ｃ）に
より説明すると、ニードル開弁前にはニードル９３によ
って閉鎖されるシート部９２ａよりも下側の空間には常
圧の燃料（デッドボリューム燃料）が残存しており、ニ
ードル９３がリフトすると、デッドボリューム燃料は加
圧燃料の燃料圧が伝達されて噴孔９０１から噴射される
ことになるが、燃料圧は徐々に伝達されるために比較的
低い燃圧のまま、乱れの少ない燃料塊ＦＡとして噴孔９
０１から流出する（図２２（Ａ））。

【００４５】続く、燃料ポンプにより加圧されて高圧で
燃料の噴射が行われる主噴射においては前記燃料塊はみ
られず、燃料は微粒化した噴霧ＦＢとして噴孔９０１か
ら流出する（図２２（Ｂ））。

【００４６】そして、ニードル閉弁後には、シート部９
２ａよりも下側の空間がニードル９３により閉鎖され、
ここにデッドボリューム燃料が残存する。このデッドボ
リューム燃料は、気化する前にエンジンの振動や吸気管
内の負圧により、粒径が大きく貫徹力の小さい燃料塊Ｆ
Ｃとなって噴孔９０１から流出する場合があり（図２２
（Ｃ））、この燃料塊ＦＣが吸気管の壁面に付着する
と、排出ＨＣの原因となる。

【００４７】本実施形態によればニードル５Ａが突出部
５１２を有しているので、その分、デッドボリュームが
小さくなり粒径の大きな燃料塊の割合を減じることがで
きる。

【００４８】また、前記空間の体積が噴射量Ｑの７％未
満となるように設定しているので、例えば次のように米
国のＵＬＥＶ規格を満足することができる。

【００４９】図７にテストモードＬＡ♯４における排出
ＨＣの積算値の経時変化を示す。図中、車速の実測値を
併せて示している。これによるとエンジン始動から暖機
アイドル時の２０ｍｓｅｃまでで総排出量の約５０％が
排出される。ここで、ＵＬＥＶ規制値は０．７ｇ／ｔｅ
ｓｔであることから、前記暖機アイドル時の２０ｍｓｅ
ｃまで０．３５ｇ（＝０．７ｇ×５０％）に抑える必要
がある。

【００５０】また、図８は過渡期における噴射終了時期
を変更した場合のＡ／Ｆのずれ量（以下、ΔＡ／Ｆとい
う）を示す。これによると吸気ＴＤＣより６０°ＣＡ遅
角したところで噴射終了した場合が最もΔＡ／Ｆが小さ
いことが分かる。これは、噴射終了時期が吸気ＡＴＤＣ
６０°ＣＡであれば吸気弁が開いている状態で燃料の噴
射がなされていることを意味し、かかるタイミングで噴
射された燃料は吸気ポートにおいて滞留等することなく
直接筒内に流入しやすいためである。よって、この時の
排出ＨＣは噴霧粒径に左右されやすく、粒径が大きいほ
ど燃料の気化が遅れて混合気形成が不十分となり排出Ｈ
Ｃが増加する。

【００５１】そこで、噴射終了時期を吸気ＡＴＤＣ６０
°ＣＡのもとで暖機アイドリング運転を２０ｓｅｃ間行
って噴霧平均粒径と排出ＨＣの関係を調査した。その結
果を図９に示す。図より知られるように、平均粒径が大
きいほど排出ＨＣも大きくなり、前記ＵＬＥＶ規制値を
満足するには平均粒径を２１０μｍ以下にする必要があ
ることが分かる。

【００５２】図１０に暖機アイドリング時におけるデッ
ドボリューム燃料が１回当たりの燃料噴射量に含まれる
割合と平均粒径の関係を示す。ここで、平均粒径とは、
定常状態で噴射中の噴霧のザウダ平均粒径に、前記の燃
料噴射初期およびニードル閉弁後にみられる大きな粒径
も加味した、実質的な噴射期間全体にわたり計測して平
均した粒径である。また、試験に供した燃料噴射弁は現
行の一般的な構成のもので、定常状態で噴射中の噴霧の
粒径が６０μｍ程度である。

【００５３】前記ＵＬＥＶ規制値を満たすべく平均粒径
を２１０μｍ未満にするには、図より、デッドボリュー
ム燃料すなわち前記デッドボリュームは７％以下である
ことが知られる。

【００５４】したがって、本実施形態のようにニードル
５Ａの先端面５ｄをバルブボディ４の下端面の位置と合
わせた場合には、前記のごとくｔ＜Ｑ×０．０７／（π
Ｄ3²／４）とすればよいことになる。

【００５５】なお、この条件は定常噴射中の粒径が６０
μｍ程度の現行では一般的な仕様のものであるが、今
後、微粒化が向上することによって、さらに前記条件は
緩和するので、前記条件を満たす限り、ＵＬＥＶ規制値
を満足し得る。

【００５６】（第３実施形態）図１１に本発明の第３実
施形態を示す。第２実施形態において、ニードルの先端
部の形状を別の形状に代えたもので、図中、第１、第２
実施形態と同じ番号を付した部分は第１、第２実施形態
と実質的に同じ作動をするので、第１、第２実施形態と
の相違点を中心に説明する。

【００５７】ニードル５Ｂの先端部５１３は、第２実施
形態よりもさらにオリフィスプレート２側に突出してお
り、先端面５ｅがバルブボディ４の下端面位置よりも下
側にある。

【００５８】かかる構成でもニードル５Ｂがリフト状態
で燃料が均等に各噴孔２１，２２に流れ、良好な燃料の
微粒化効果を得ることができる。

【００５９】ここで、ニードル５Ｂのバルブボディ４の
下端面からの突出量をｈとすれば、デッドボリュームは
（π／４）Ｄ3²×ｔ−（π／４）Ｄ4²×ｔとなり、これ
がアイドリング時の燃料噴射量Ｑの７％以下となるよう
にすればよい。第２実施形態と比してニードル５Ｂがバ
ルブボディ４の下端面から突出する分（（π／４）Ｄ2²
×ｔ）、さらにデッドボリュームを抑えることができ
る。なお、ｔ＞ｈであるのは勿論である。

【００６０】（第４実施形態）図１２に本発明の第４実
施形態を示す。第１実施形態において、ニードルの先端
部の形状を別の形状に変えたもので、図中、第１実施形
態と同じ番号を付した部分は第１実施形態と実質的に同
じ作動をするので、第１実施形態との相違点を中心に説
明する。

【００６１】ニードル５Ｃの先端部はボール状をしてお
り、バルブボディ４のシート部４ｂとの環状当接部５ｆ
よりも下側部分５１４がオリフィスプレート２側に突出
する。

【００６２】かかる構成でもニードル５Ｃがリフト状態
で燃料が均等に各噴孔２１，２２に流れ、良好な燃料の
微粒化効果を得ることができる。また、ニードル５Ｃの
前記下側部分５１４がシート部４ｂよりもオリフィスプ
レート２側へ突出する分、デッドボリュームを減らすこ
とができる。

【００６３】（第５実施形態）図１３に本発明の第５実
施形態を示す。第４実施形態において、ニードルの先端
部の形状を別の形状に代えたもので、図中、第１〜第４
実施形態と同じ番号を付した部分は第１〜第４実施形態
と実質的に同じ作動をするので、第４実施形態との相違
点を中心に説明する。

【００６４】ニードル５Ｄの先端部は第４実施形態のご
とく基本的にボール状をしており、燃料流路小径部４ｃ
よりもやや小径の断面円形の突出部５１５がオリフィス
プレート２側に突出する。

【００６５】かかる構成でもニードル５Ｄがリフト状態
で燃料が均等に各噴孔２１，２２に流れ、良好な燃料の
微粒化効果を得ることができる。また、ニードル５Ｄの
突出部５１５がシート部４ｂよりもオリフィスプレート
２側へさらに突出する分、デッドボリュームを減らすこ
とができる。

【００６６】（第６実施形態）図１４に本発明の第６実
施形態を示す。第３実施形態において、燃料噴射弁の先
端部を別の構成に代えたもので、図中、第１〜第３実施
形態と同じ番号を付した部分は第３実施形態と実質的に
同じ作動をするので、第３実施形態との相違点を中心に
説明する。

【００６７】環状部材（図１等参照）を省略してオリフ
ィスプレート２Ａがバルブボディ４の下端面に直接接着
してある。オリフィスプレート２Ａは前記各実施形態の
オリフィスプレート２と実質的に同じ円形の平面形状を
有するもので、バルブボディ４との対向面に円形の凹部
２０１が形成されて周縁部２０２が厚肉としてあり、周
縁部２０２の環状端面とバルブボディ４の下端面とが密
着している。そして、凹部２０１の径は前記環状部材の
内径と同じであり、前記各実施形態と同様に、燃料流路
１ａに、オリフィスプレート２Ａの直上位置で拡径する
形状を与えられる。

【００６８】そして、凹部２０１位置に、ニードル５Ｂ
と同軸の内外二重の円のそれぞれの円上位置に噴孔２
１，２２が配置されており、内周側の噴孔２１のピッチ
円の径φＤ1 、バルブボディ４の吐出口４ｃの径φＤ2
、外周側の噴孔２２のピッチ円の径φＤ3 の間にＤ1
＜Ｄ2 ＜Ｄ3 の関係を満たしている。

【００６９】かかる構成でも、ニードル５Ｂがリフト状
態で燃料が均等に各噴孔２１，２２に流れ、良好な燃料
の微粒化効果を得ることができる。また、ニードル５Ｂ
の先端部がシート部４ｂよりもオリフィスプレート２側
へ突出する分、デッドボリュームを減らすことができ
る。

【００７０】しかも、環状部材が不要であるから、燃料
噴射弁の組み立てが容易である。

【００７１】なお、この環状部材を省略した構成は、前
記第１、第２、第４、第５実施形態にも適用することが
できる。

【００７２】（第７実施形態）図１５に本発明の第７実
施形態を示す。第３実施形態において、環状部材の材質
を変えたもので、図中、第１〜第３実施形態と同じ番号
を付した部分は第１〜第３実施形態と実質的に同じ作動
をするので、第３実施形態との相違点を中心に説明す
る。

【００７３】環状部材３Ａはニードル５Ｂよりも熱膨張
率の高い部材により構成されており、エンジンの燃焼熱
で燃料噴射弁全体が温度上昇すると、オリフィスプレー
ト２位置をニードル５Ｂの先端面から遠ざける作用をす
る。このため、温度が低い時にニードル５Ｂとオリフィ
スプレート２の間隙が僅かであっても、温度上昇した時
にニードル５Ｂがオリフィスプレート２を押圧する状態
に陥ることがなく、ニードル５Ｂとシート部４ｂの間の
油密不良の発生を防止することができる。しかして、ニ
ードル５Ｂのオリフィスプレート２側への突出量をでき
るだけ大きくとって、エミッションの多い冷間始動時に
あわせてデッドボリューム燃料をぎりぎりまで減らし、
効果的にエミッション低減を図ることができる。

【００７４】本実施形態の特徴部分は、ニードルがオリ
フィスプレート側に突出する形状の前記第１、第２、第
４、第５実施形態にも適用することができる。特に第３
実施形態のごとくニードルの先端面がバルブボディの下
端面よりも下方に突出する構造の燃料噴射弁に好適であ
る。

【００７５】（第８実施形態）図１６に本発明の第８実
施形態を示す。第６実施形態において、オリフィスプレ
ートの材質を変えたもので、図中、前記各実施形態と同
じ番号を付した部分は実質的に同じ作動をするので、第
６実施形態との相違点を中心に説明する。

【００７６】オリフィスプレート２Ｂはニードル５Ｂよ
りも熱膨張率の高い部材により構成されており、エンジ
ンの燃焼熱で燃料噴射弁全体が温度上昇すると、ニード
ル５Ｂとオリフィスプレート２Ｂとの対向間隙を規定す
るオリフィスプレート２Ｂの周縁部２０２の高さが増大
してオリフィスプレート２Ｂをニードル５Ｂの先端面５
ｅから遠ざける作用をする。このため、温度が低い時に
ニードル５Ｂとオリフィスプレート２Ｂの間隙が僅かで
あっても、温度上昇した時にニードル５Ｂがオリフィス
プレート２Ｂを押圧する状態に陥ることがなく、ニード
ル５Ｂとシート部４ｂの間の油密不良の発生を防止する
ことができる。しかして、ニードル５Ｂのオリフィスプ
レート２Ｂ側への突出量をできるだけ大きくとって、エ
ミッションの多い冷間始動時にあわせてデッドボリュー
ム燃料をぎりぎりまで減らし、効果的にエミッション低
減を図ることができる。

【００７７】（第９実施形態）図１７に本発明の第９実
施形態を示す。第１実施形態において、燃料噴射弁の先
端部の形状等を別の形状に変えたもので、図中、第１実
施形態と同じ番号を付した部分は実質的に同じ作動をす
るので、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

【００７８】バルブボディ４の先端面にはオリフィスプ
レート２が密着して設けてあり、燃料はニードル５のリ
フト時はオリフィスプレート２上に同方向から同時に各
噴孔２１，２２に向かって流れ込む。

【００７９】図１８は図１７のオリフィスプレート２部
分を上流側から見たものである。オリフィスプレート２
上の噴孔２１，２２の周りにオリフィスプレート２の周
辺部から中心方向にのびる棒状の隔壁部材６を配置す
る。隔壁部材６はオリフィスプレート２の周方向に複数
配置され、流れ込む燃料を分流して各噴孔２１，２２へ
案内する働きをする。噴孔２１，２２は相隣れる隔壁部
材６で挟まれた位置に分散配置され、図例では実質的に
１つずつ配置される。

【００８０】これにより、オリフィスプレート２上に流
れ込む燃料を各噴孔２１，２２へ均等に分配することが
でき、各噴孔２１，２２からの燃料の微粒化が促進す
る。さらに隔壁部材６を設けることでニードル５の着座
時にニードル５とオリフィスプレート２の間のボリュー
ムを少なくすることができるので、エミッションが低減
する。

【００８１】（第１０実施形態）図１９に本発明の第１
０実施形態を示す。第９実施形態において、オリフィス
プレートおよび隔壁部材の形状等を別の形状に変えたも
ので、図中、前記各実施形態と同じ番号を付した部分は
実質的に同じ作動をするので、第９実施形態との相違点
を中心に説明する。

【００８２】隔壁部材６ａ，６ｂは弧状のもので、略オ
リフィスプレート２Ｃの周辺部から中心方向に向かって
伸びており、噴孔２１Ｃ，２２Ｃの近傍位置では、各噴
孔２１Ｃ，２２Ｃにつけられた傾き方向に沿うように曲
率と配置が設定されている。そして噴孔２１Ｃ，２２Ｃ
は相隣れる隔壁部材６ａ，６ｂで挟まれた位置に分散配
置される。

【００８３】図２０により隔壁部材６ａ，６ｂを噴孔２
１Ｃ，２２Ｃの傾き方向に沿って設けることの効果を説
明する。図例は隔壁部材６ａと噴孔２２Ｃを示してい
る。オリフィスプレート２Ｃ上を流通する燃料が噴孔２
２Ｃの上方を通過する時、燃料は噴孔２２Ｃの内周面２
２１に沿って噴出しようとするため、噴孔２２Ｃの角度
θ1 と鋭角をなすように、噴孔２２Ｃの上方を流れる燃
料の流れ方向をとった方が、噴孔２２Ｃ内での攪拌、剥
離をより強く発生することができる。よって、より微粒
化ができる。内周側の噴孔２１Ｃや隔壁部材６ｂについ
ても同様である。

【００８４】なお、噴孔の数やニードルの駆動方式等の
具体的な構成は、前記各実施形態に記載のものに限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨に反しない限り、任意
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の燃料噴射弁の要部断面図であ
る。

【図２】前記燃料噴射弁の全体断面図である。

【図３】前記燃料噴射弁が搭載される内燃機関の斜視図
である。

【図４】前記燃料噴射弁のオリフィスプレートの平面図
である。

【図５】前記燃料噴射弁の作動を説明する要部断面図で
ある。

【図６】本発明の第２の燃料噴射弁の要部断面図であ
る。

【図７】前記燃料噴射弁の作動を説明する第１のグラフ
である。

【図８】前記燃料噴射弁の作動を説明する第２のグラフ
である。

【図９】前記燃料噴射弁の作動を説明する第３のグラフ
である。

【図１０】前記燃料噴射弁の作動を説明する第４のグラ
フである。

【図１１】本発明の第３の燃料噴射弁の要部断面図であ
る。

【図１２】本発明の第４の燃料噴射弁の要部断面図であ
る。

【図１３】本発明の第５の燃料噴射弁の要部断面図であ
る。

【図１４】本発明の第６の燃料噴射弁の要部断面図であ
る。

【図１５】本発明の第７の燃料噴射弁の要部断面図であ
る。

【図１６】本発明の第８の燃料噴射弁の要部断面図であ
る。

【図１７】本発明の第９の燃料噴射弁の要部断面図であ
る。

【図１８】（Ａ）は前記燃料噴射弁のオリフィスプレー
トの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＸＶＩＩＩ
Ｂ−ＸＶＩＩＩＢ線に沿う断面図である。

【図１９】（Ａ）は本発明の第１０の燃料噴射弁のオリ
フィスプレートの平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけ
るＸＩＸＢ−ＸＩＸＢ線に沿う断面図である。

【図２０】図１９（Ａ）におけるＸＸ−ＸＸ線に沿う断
面図である。

【図２１】従来の燃料噴射弁の要部断面図である。

【図２２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は従来の燃料噴射弁
の課題を説明するニードルの作動タイミングの異なる燃
料噴射弁の断面図である。

【符号の説明】

Ｅ内燃機関１燃料噴射弁１ａ燃料流路２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃオリフィスプレート２１，２２，２１Ｃ，２２Ｃ噴孔３，３Ａ環状部材３ａ拡径部４バルブボディ４ｂシート部４ｃ吐出口（最小径部）５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄニードル６隔壁部材（隔壁）Ｃ１，Ｃ２ピッチ円

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０Ｂ (72)発明者今竹信夫愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者斎藤公孝愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者沢田行雄愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3G066 AA01 AB02 AD10 BA03 BA26 BA31 CC06U CC14 CC15 CC24 CC26 CD30 CE22 DB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧燃料が導入される燃料流路に、棒状
のニードルを配設するとともに該ニードルが着座する環
状のシート部を形成し、前記ニードルが前記シート部か
ら後退すると、前記シート部の下流に配置されたオリフ
ィスプレートをその板厚方向に貫通する噴孔から前記加
圧燃料を噴射する燃料噴射弁において、前記燃料流路は、前記シート部と前記オリフィスプレー
トの間で前記オリフィスプレートの直上位置が拡径する
拡径部を設け、前記オリフィスプレートには前記ニードルと同軸の内外
２重の円のそれぞれの円上位置に複数の前記噴孔を配置
し、かつ、内周の円の径をφＤ1 、前記シート部と前記拡径
部との間の前記燃料流路の最小径部の径をφＤ2 、外周
の円の径をφＤ3 として、Ｄ1 ＜Ｄ2 ＜Ｄ3 としたこと
を特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】請求項１記載の燃料噴射弁において、前
記燃料流路は、前記ニードルを配設するバルブボディを
貫通してなり、該バルブボディと前記オリフィスプレートの間に、前記
バルブボディの燃料吐出口の開口面および前記オリフィ
スプレートの上流側の面と密着し前記燃料吐出口の径よ
りも大径の環状部材を介設せしめて、前記燃料流路を前
記オリフィスプレートの直上位置が拡径する形状とした
燃料噴射弁。
【請求項３】請求項１記載の燃料噴射弁において、前
記燃料流路は、前記ニードルを配設するバルブボディを
貫通してなり、該バルブボディの燃料吐出口の開口面と前記オリフィス
プレートの上流側の面とが密着するように前記オリフィ
スプレートを前記バルブボディと結合し、前記オリフィスプレートの上流側の面に、前記燃料吐出
口の径よりも大径の円形凹部を形成して、前記燃料流路
を前記オリフィスプレートの直上位置が拡径する形状と
した燃料噴射弁。
【請求項４】請求項１ないし３いずれか記載の燃料噴
射弁において、前記ニードルを、先端面が、前記シート
部位置よりも前記オリフィスプレート側に突出する形状
とした燃料噴射弁。
【請求項５】請求項３記載の燃料噴射弁において、前
記ニードルを、先端面が、前記シート部位置よりも前記
オリフィスプレート側に突出する形状とし、前記環状部材は前記ニードルよりも熱膨張率の大きい部
材で構成した燃料噴射弁。
【請求項６】請求項４記載の燃料噴射弁において、前
記ニードルを、先端面が、前記シート部位置よりも前記
オリフィスプレート側に突出する形状とし、前記オリフィスプレートは前記ニードルよりも熱膨張率
の大きい部材で構成した燃料噴射弁。
【請求項７】加圧燃料が導入される燃料流路に、棒状
のニードルを配設するとともに該ニードルが着座する環
状のシート部を形成し、前記ニードルが前記シート部か
ら後退すると、前記シート部の下流に配置されたオリフ
ィスプレートをその板厚方向に貫通する噴孔から前記加
圧燃料を噴射する燃料噴射弁において、前記オリフィスプレートの上流側の面に、該面の上方の
空間を前記オリフィスプレートの略周方向に画成する複
数の隔壁を突設し、前記オリフィスプレートには、複数の前記噴孔を、前記
隔壁で挟まれた位置に分散して配置したことを特徴とす
る燃料噴射弁。
【請求項８】請求項７記載の燃料噴射弁において、前
記隔壁は、前記複数の噴孔の周りに配置した燃料噴射
弁。
【請求項９】請求項７または８いずれか記載の燃料噴
射弁において、前記隔壁は、前記噴孔の近傍位置で該噴
孔の傾き方向に沿うように滑らかな弧を描く形状とした
燃料噴射弁。
【請求項１０】請求項１ないし９いずれか記載の燃料
噴射弁を具備する内燃機関であって、前記ニードルによ
り閉鎖される前記ニードルよりも燃料流路の下流部分の
体積を、アイドリング時の１回当たりの燃料噴射量の７
％未満とした内燃機関。