JP2002221127A

JP2002221127A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2002221127A
Application number: JP2001018729A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Kosuge; 英明小菅; Kimitaka Saito; 公孝斎藤; Tatsushi Nakajima; 樹志中島; Shizuo Abe; 静生安部
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】点火プラグ部での可燃混合気の存在期間を延
長し、着火可能期間の拡大により、エンジン制御条件に
おける点火時期の自由度を増大させ、高出力・低燃費・
低エミッションを狙った条件での運転を可能とする。【解決手段】本発明の燃料噴射弁は、燃料を噴射する
噴孔２の形状を偏平なスリット状で、かつ左右非対称な
形状とすることで、燃料の噴射方向に対して左右の噴霧
の点火プラグ６への到達時期に差を生じさせるようにし
ている。また、偏平なスリット状噴孔を複数形成し、左
右でその配置を変えるようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料供
給に用いられる燃料噴射弁に関するものであって、特に
高圧の燃料を燃焼室に直接噴射することが必要となる筒
内直噴式ガソリンエンジンに好適な燃料噴射弁に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関への低燃費・低エミッシ
ョン化の要請から、成層燃焼による希薄燃焼を実現する
機関の研究が進み、実用化が成されている。それらのほ
とんどは、筒内に直接噴射した燃料を吸入空気の流動に
よって拡散・混合させ、点火プラグ部に成層混合気を形
成する仕組となっている。このため点火プラグ部に可燃
混合気が存在する期間が限られるので、出力・燃費・エ
ミッション等に大きく影響する点火時期の可変範囲が制
約されている。また空気流動生成のため、機関は吸気ポ
ート形状に大巾な制約を受けるため、体積効率の低下か
ら出力向上に難があった。

【０００３】この問題に対して最近、噴霧を偏平扇形状
にすることで、空気流動を用いずに燃料噴霧の貫徹力と
ピストン壁面形状だけで成層混合気を形成し、希薄燃焼
を実現するものが、特開平３-７８５６２号公報、特開
平９-１２６０９５号公報等により開示されている。こ
の公知技術の燃料噴射弁は、図４（ａ）に示されるよう
に弁本体１の先端部に設けた燃料の噴孔２をスリット状
にすることで、図４(ｂ)に示すような偏平扇形状の噴霧
を形成するようにしたものである。この燃料噴射弁のス
リット状噴孔から噴射された燃料により形成された偏平
扇形状の噴霧は、濃度むらが小さく、かつ通常の円錘状
の噴霧に比べて表面積が著しく増加するので、ほぼ全て
の燃料が空気と十分に接触するため気化混合が早い。従
って、濃度むらが小さくかつ十分に微粒化した燃料を機
関に供給することができる。また、空気流動を用いずに
燃料噴霧の貫徹力とピストン壁面形状だけで成層混合気
を形成しているので、吸気ポート形状の自由度が増すた
め体積効率の低下は改善される。

【０００４】しかしながら、直噴式ガソリンエンジンで
成層燃焼運転を行う場合、点火プラグによる混合気への
点火が可能となる期間は、筒内に噴射した燃料が空気と
混合して形成された可燃混合気が、点火プラグに到達し
てから通り過ぎるまでの期間であり、この公知技術は、
点火プラグ部に可燃混合気が存在する期間についての改
善が計られていない。そのため、着火の安定性を確保す
るように制御条件（噴射圧、噴射時期、点火時期）を設
定した場合に、高出力・低燃費・低エミッションといっ
た性能を十分に追求できないという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みてなされたもので、その目的は、点火プラグ部での
可燃混合気の存在期間を延長し、着火可能期間を拡大す
ることにより、エンジン制御条件における点火時期の自
由度を増大させ、より高出力・低燃費・低エミッション
を狙った条件での運転が可能となる燃料噴射弁を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に
記載の燃料噴射弁を提供する。請求項１に記載の燃料噴
射弁は、燃料を噴射する噴射弁の噴孔の形状を偏平なス
リット状で、かつ左右非対称として、噴射方向に対して
左右の噴霧の点火プラグへの到達時期に差を生じさせる
ようにしたものである。これは、噴孔が左右で異なる形
状をしているために、燃料噴霧の移動速度を変えること
ができ、燃料噴霧が空気と混合して形成された混合気の
点火プラグへの到達時期を噴射方向について左右で変え
ることができる。従って、噴射方向の左右の可燃混合気
の点火プラグ部での存在期間を、片側は従来よりも早期
にし、他の片側は従来よりも遅期にしてやることで、左
右両側を合わせた場合の点火プラグ部における可燃混合
気の存在期間を従来よりも長くすることができ、点火プ
ラグによる着火可能期間を拡大できる。

【０００７】請求項２の燃料噴射弁は、噴孔の形状を、
偏平方向において左右の幅が異なる連続した長方形によ
り形成された形状とし、請求項３の燃料噴射弁は、噴孔
の形状を偏平方向の両端部の長さが異なる台形状とし
て、それぞれその形状を特定したものであり、その作用
効果は、請求項１の燃料噴射弁と同様である。

【０００８】請求項４の燃料噴射弁は、偏平スリット状
の噴孔を複数形成すると共に、それらの噴孔の位置を偏
平方向に垂直な方向でずらしたものであり、これによ
り、噴射方向について左右の燃料噴霧の垂直方向への噴
射角度を変えることができる。この結果、燃料噴霧及び
これが空気と混合して形成された混合気の点火プラグま
での移動する際の経路長を、噴射方向について左右で変
えることができる。従って、噴射方向の左右での可燃混
合気の点火プラグ部での存在期間を左右でその期間をず
らしてやることで、左右両側を合わせた場合の点火プラ
グ部での可燃混合気の存在期間を長くすることができ、
点火プラグの着火可能期間を拡大できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に従って本発明の実施
の形態の燃料噴射弁について説明する。本発明の燃料噴
射弁は、燃焼室に燃料を直接噴射し成層燃焼を行う直噴
式ガソリンエンジンに好適なものである。図１及び図４
には、この燃料噴射弁の噴孔近傍を拡大した平面図及び
断面図が示されている。燃料噴射弁の弁本体１は、その
先端が突出したサック部１ａが形成され、サック部１ａ
に噴孔２が穿設されていると共に、ノズルニードル３が
弁本体１内壁との間に燃料の流動が可能な程度のクリア
ランスを残して、上下方向に摺動可能に挿入されてい
る。このクリアランスが、噴孔２へと通じる燃料の燃料
溜４を形成している。サック部１ａの基端部にノズルシ
ート部１ｂが形成され、ノズルニードル３がこのノズル
シート部１ｂに当接することで、弁が閉じられ、ノズル
ニードル３がリフトすることで弁が開かれる。ノズルニ
ードル３は通常はコイルバネ（図示せず）等により付勢
され、弁を閉じているが、燃料の圧力又は電磁力等によ
り、バネ等による付勢力に抗してノズルニードル３が持
ち上がり、弁を開き、燃料を噴射するようになってい
る。

【００１０】図１は、本発明の特徴である実施の形態の
燃料噴射弁の噴孔２の形状を説明する図であり、
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ異なる実施例を示
している。図１（ａ）の実施例においては、噴孔２は、
偏平なスリット状に形成されると共に、その偏平方向の
左右において偏平幅を変えており、２つの偏平な幅の異
なる長方形が連結した形に形成されている。

【００１１】このように、燃料の噴射方向に対して、例
えば図１（ａ）に示されるように右側の噴孔２ａの偏平
幅を大きく、左側の噴孔２ｂの偏平幅を小さくすると、
右側の噴孔２ａから噴射される燃料噴霧は、噴霧の貫徹
力が弱く、その移動速度が遅くなる。逆に左側の噴孔２
ｂから噴射される燃料噴霧は、噴霧の貫徹力が強く、そ
の移動速度が速くなる。即ち、噴霧の噴射角度が同じで
も、右側の噴霧の移動速度が遅く、左側の噴霧の移動速
度が速くなる。

【００１２】図１（ｂ）は、噴孔２の形状を変えた別の
実施例である。この噴孔２の形状では、偏平なスリット
状に噴孔２を形成すると共に、偏平方向の両端部の長さ
を変えた偏平台形の形状を採用している。図１（ｂ）で
は、噴射方向に対して右側の辺２ｃを長く、左側の辺を
短くしている。これによって、図１（ａ）で説明したと
同様に、噴孔２の右側から噴射される燃料噴霧は、噴霧
の貫徹力が弱く、その移動速度が遅くなる。逆に噴孔の
左側から噴射される燃料噴霧は、噴霧の貫徹力が強く、
噴霧の移動速度が速くなる。即ち、噴霧の噴射角度が同
じでも、左右の噴霧の移動速度を変えることができる。

【００１３】図１（ｃ）は、噴孔２の位置を変えた更に
別の実施例を示している。この噴孔２の形状は、偏平な
スリット状をしていて、それが複数形成されている。図
１（ｃ）は、偏平スリット状噴孔２が２個形成されたも
のが示されている。これらの噴孔２は、偏平方向に対し
て垂直な方向で左右で互いにずれて配設されている。即
ち、燃料噴霧の垂直方向の噴射角度が左右で変えられて
いる。図１（ｃ）の実施例の場合では、噴射方向に対し
右側の噴孔２ｅを垂直方向（スリットの偏平方向に対し
垂直方向）で下方向寄りに、左側の噴孔２ｆを上方向寄
りにしている。これにより、燃料噴霧の移動速度は変ら
ずに、右側の噴霧は従来よりも下向きに、左側の噴霧は
従来よりも上向きに噴射することができる。

【００１４】図２は、本発明の実施例で示された噴孔形
状及び噴孔配置をもつ燃料噴射弁の作動原理を説明する
図であり、図２（ａ）は、図１（ａ）と図１（ｂ）の実
施例の噴孔を有する場合を、図２（ｂ）は、図１（ｃ）
の実施例の噴孔を有する場合を示している。図２は、直
噴式ガソリンエンジン用の燃料噴射弁（インジェクタ）
１を備えた燃焼室の模式図であり、５はピストンを、５
ａはピストン頂面に凹状に形成された燃焼室を、６は点
火プラグ、７はシリンダライナを示している。

【００１５】ピストン５の上昇行程中に燃料噴射弁１か
ら噴射された燃料は、燃焼室５ａの表面に衝突する。更
に燃料噴霧は貫徹力により燃焼室表面に沿って移動し、
同時に拡散し、空気との混合が進み可燃混合気を形成す
る。それと同時に混合気はピストン５により上方に持ち
上げられ、点火プラグ６部に達する。可燃混合気が点火
プラグ６に達してから、さらなる移動或いは拡散により
点火プラグ６部に可燃混合気がなくなるまでの期間が、
点火プラグ６による点火可能範囲である。従来の偏平ス
リット状噴孔をもつ燃料噴射弁では、噴射方向に対して
左右の燃料噴霧に移動速度の差はなく、ほぼ同期間、点
火プラグ６部に存在していた。

【００１６】しかしながら、本発明の図１（ａ）及び図
１（ｂ）に示された実施例のような噴孔２を有する燃料
噴射弁では、図２（ａ）に示されるように噴射方向に対
して左右の燃料噴霧に移動速度の差をつけることができ
る。例えば、左側の噴霧を従来噴霧より移動速度が速
く、右側の噴霧を従来噴霧より移動速度が遅くすること
ができる。このときの点火可能範囲は、図３に示される
ような関係になる。即ち、従来噴霧に対して、噴霧の移
動速度が速い左側の噴霧は、早く点火プラグ６部に到達
するのでその点火可能範囲が、クランク角の進角側に移
動し、噴霧の移動速度が遅い右側の噴霧は、遅く点火プ
ラグ６部に到達するのでその点火可能範囲がクランク角
の遅角側に移動する。従って、本発明の燃料噴射弁によ
る噴霧全体では、左右の噴霧の点火可能範囲をもち合わ
せているので、従来噴霧よりも点火可能範囲が拡大する
ことになる。

【００１７】図１（ａ）及び図１（ｂ）では、左右の噴
射角度が同じである場合を示しているが、図１（ｃ）の
ように左右の燃料噴霧に、偏平スリットの偏平方向に対
して垂直方向に噴射角度の差をつけた場合においても、
同様のことが言える。即ち、噴射方向に対して、例え
ば、右側の噴霧を従来噴霧よりも噴射角度が下向きに、
左側の噴霧を従来噴霧よりも噴射角度が上向きにするこ
とができる。このようにすることによって、左側の噴霧
により形成される混合気が点火プラグ６に達する移動経
路と、右側の噴霧により形成される混合気が点火プラグ
６に達する移動経路とで距離に差が生じ、図２（ｂ）に
示すように下向きに噴霧した右側の方が、混合気が点火
プラグ６に到達する時期が遅く、上向きに噴霧した左側
の方が、混合気が点火プラグ６に到達する時期が早い。

【００１８】従って、噴射方向に対して左右の噴霧の噴
射角度と変えた場合においても、図３に示されるよう
に、従来噴霧に対して噴霧から形成された混合気の移動
経路が長い右側の噴霧が点火プラグ６に到達するのが遅
いので、その点火可能範囲がクランク角の遅角側に移動
し、噴霧から形成された混合気の移動経路の短い左側の
噴霧が点火プラグ６に到達するのが早いので、その点火
可能範囲がクランク角の進角側に移動するので、噴霧全
体では、左右の噴霧の点火可能範囲をもち合わせてお
り、従来噴霧よりも点火可能範囲が拡大する。

【００１９】以上説明したように、本発明の燃料噴射弁
においては、点火プラグの着火可能時期の範囲が広がる
ので、点火プラグでの混合気の着火性に余裕が生じ、エ
ンジン制御条件を設定する際の自由度が増すため、より
高出力・低燃費・低エミッション化を狙った制御条件で
の運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の燃料噴射弁の噴孔の形状
又は配置を、３つの異なる実施例（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）で説明する図である。

【図２】燃料噴射弁を備えた燃焼室の模式図であり、
（ａ）は、噴孔の形状を左右で変えた場合（噴射速度に
差がある場合）の噴霧状況を説明する図であり、（ｂ）
は、噴孔の配置を左右で変えた場合（噴射角度に差があ
る場合）の噴霧状況を説明する図である。

【図３】従来の燃料噴射弁と本発明の燃料噴射弁との着
火可能範囲を比較説明する図である。

【図４】従来の燃料噴射弁の噴孔形状を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１…燃料噴射弁（弁本体）２…噴孔３…ノズルニードル５…ピストン５ａ…燃焼室６…点火プラグ

フロントページの続き (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)発明者中島樹志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)発明者安部静生愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AA05 AD07 BA02 BA14 CC01 CC14 CC26 CC27 CC32 CC48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルニードルのリフトにより噴孔を開
いて燃料を筒内に直接噴射する内燃機関用の燃料噴射弁
において、前記噴孔の形状を偏平なスリット状で、かつ左右非対称
にすることで、噴射方向に対して左右の噴霧の点火プラ
グへの到達時期に差を生じさせることを特徴とする燃料
噴射弁。
【請求項２】前記噴孔の形状が、偏平方向において左
右の偏平幅が異なる連続した長方形により形成された形
状となっていることを特徴とする請求項１に記載の燃料
噴射弁。
【請求項３】前記噴孔の形状を、偏平方向の両端部の
長さが異なる台形状とすることを特徴とする請求項１に
記載の燃料噴射弁。
【請求項４】ノズルニードルのリフトにより噴孔を開
いて燃料を筒内に直接噴射する内燃機関用の燃料噴射弁
において、前記噴孔の形状を偏平なスリット状にすると
共に複数形成し、かつ前記噴孔の位置を偏平方向に垂直
な方向でずらすことで、噴射方向に対して左右の噴霧の
点火プラグへの到達時期に差を生じさせることを特徴と
する燃料噴射弁。