JP2006233842A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射装置において、燃料噴霧の変動を抑制することで燃焼安定性の向上を図る。
【解決手段】ハウジング４１内に燃料通路５１を設けると共に、先端部にこの燃料通路５１に連通するサック部４４及び噴射口４５を形成し、このハウジング４１にニードル弁４６を移動自在に支持して燃料通路５１を開閉可能とし、噴射口４５を所定角度上方に傾斜することで噴射角度αを設定すると共に、燃料噴霧が左右に拡散するように左右の広角した扇形状に形成した噴霧角度βを設定し、噴射口４５における燃料流動方向の上流端を矩形断面形状に形成する一方、燃料流動方向の下流端をコ字断面形状に形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、所定量の燃料を噴射可能とした燃料噴射装置に関するものである。

燃料を吸気ポートではなく、燃焼室に直接噴射する筒内噴射式内燃機関が従来から知られている。この筒内噴射式内燃機関では、吸気弁の開閉時に、空気が吸気ポートから燃焼室に吸入されてピストンで圧縮され、この高圧空気に対して燃料噴射弁から燃料が直接噴射される。すると、燃焼室にて、高圧空気と霧状の燃料とが混合し、この混合気が点火プラグに導かれて着火して爆発し、排気弁の開閉時に、排気ガスが吸気ポートから排出される。

このような筒内噴射式内燃機関にて、燃料噴射装置は、先端部にサック部及び噴射口を有するハウジング内に、ニードル弁が移動自在で、且つ、燃料通路を閉塞するように付勢支持されて構成されている。そして、所定のタイミングで、このニードル弁を移動して燃料通路を開放することで、燃料通路の燃料がサック部を介して噴射口から燃焼室に向けて噴射される。このような燃料噴射装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２０００−３１４３５９号公報

ところで、筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置にて、サック部内の燃料が噴射口を通して燃焼室に噴射されるとき、サック部内で燃料の乱流が発生して噴射口を通るときにその噴霧粒径がばらついてしまい、燃焼室内で均質な混合気を形成することができないという問題がある。

図２０は、従来の燃料噴射装置の先端部の縦断面図、図２１は、図２０のXXI−XXI断面図、図２２及び図２３は、従来の燃料噴射装置の噴射口での燃料噴霧の液膜状態を表す概略図、図２４は、従来の燃料噴射装置の噴射口の幅方向の距離に対する燃料噴霧の粒径を表すグラフである。

従来の燃料噴射装置において、図２０及び図２１に示すように、ハウジング００１の先端部にサック部００２及び噴射口００３が形成され、このハウジング００１内にニードル弁００４が移動自在に支持され、燃料通路００５を開閉可能となっている。この場合、噴射口００３は左右に広角した扇形状をなし、噴射軸線Ｏ₁が噴射弁の軸線Ｏ₂に対して所定角度上方に傾斜することで、噴射角度αが設定されている。従って、ニードル弁００４を移動して燃料通路００５を開放することで、燃料通路００５の燃料がサック部００２を介して噴射口００３から噴射される。

このサック部００２の燃料が扇形状の噴射口００３を通って外部に噴射される場合、燃料は噴射口００３の両端部に流動しやすく、中央部における燃料の液膜が薄く、端部側厚くなるような偏りが生じ、幅方向に均一な燃料噴霧を形成することができない。この現象は、特に、噴射口００３の噴射角度αが上方たまは下方に大きく傾斜すると顕著となる。即ち、図２０に示すように、燃料がサック部００２を通って噴射口００３に流入するとき、サック部００３の下方側（図２０にて左側）と上方側（図２０にて右側）とで旋回流が生成され、この旋回流が成長と崩壊を繰り返す。そのため、サック部００２の燃料が適正に噴射口００３に流れ込まず、図２２及び図２３に示すように、噴射口００３の上面部側に剥離部が生じ、燃料は中央部で液膜が薄く、端部で厚くなるような偏りが生じ、図２４に示すように、中央部の噴霧粒径に対して端部の噴霧粒径が大きくなり、幅方向で不均一な燃料噴霧となってしまう。すると、燃焼室内で均質な混合気を形成することができず、燃焼が不安定となって燃費の悪化や出力の低下などを招いてしまう。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、燃料噴霧の変動を抑制することで燃焼安定性の向上を図った燃料噴射装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の燃料噴射装置は、燃料通路を有すると共に先端部に該燃料通路が連通するサック部及び噴射口を有するハウジングと、前記ハウジングに移動自在に支持されて前記燃料通路を断続可能である噴射弁とを具え、前記噴射口から噴射される燃料噴霧が拡散するように前記噴射口が扇形状に形成された燃料噴射装置において、前記噴射口における燃料流動方向の上流端側を矩形断面形状とする一方、前記噴射口における燃料流動方向の下流端側をコ字断面形状とすることを特徴とするものである。

本発明の燃料噴射装置では、前記噴射口は左右の広角した扇形状に形成されると共に、前記噴射弁の軸線に対して上方または下方に所定角度傾斜して形成され、前記噴射口における燃料流動方向の下流端側が該噴射口の傾斜方向を向いたコ字断面形状に形成されたことを特徴としている。

本発明の燃料噴射装置では、前記噴射口は左右の広角した扇形状に形成されると共に、前記噴射弁の軸線に沿って形成され、前記噴射口における燃料流動方向の上流端の対向するいずれか一方の面部と前記サック部との間に曲面部が形成される一方、前記噴射口における燃料流動方向の下流端側が前記いずれか他方の面部側を向いたコ字断面形状に形成されたことを特徴としている。

本発明の燃料噴射装置では、前記噴射口は上下に広角した扇形状に形成され、前記噴射口における燃料流動方向の上流端の左右面部のいずれか一方と前記サック部との間に曲面部が形成される一方、前記噴射口における燃料流動方向の下流端側が前記左右面部のいずれか他方側を向いたコ字断面形状に形成されたことを特徴としている。

また、本発明の燃料噴射装置は、燃料通路を有すると共に先端部に該燃料通路が連通するサック部及び噴射口を有するハウジングと、前記ハウジングに移動自在に支持されて前記燃料通路を断続可能である噴射弁とを具え、前記噴射口から噴射される燃料噴霧が拡散するように前記噴射口が扇形状に形成された燃料噴射装置において、前記噴射口を矩形断面形状とし、前記噴射口における燃料流動方向の上流端側の幅に対して、前記噴射口における燃料流動方向の下流端側の幅を小さく形成したことを特徴とするものである。

本発明の燃料噴射装置では、前記噴射口における燃料流動方向の上流端と前記サック部との間に曲面部が形成されたことを特徴としている。

本発明の燃料噴射装置では、前記噴射口は左右の広角した扇形状に形成されると共に、前記噴射弁の軸線に対して上方または下方に所定角度傾斜して形成され、前記噴射口が傾斜する方向の前記曲面部の曲率半径を大きく形成したことを特徴としている。

本発明の燃料噴射装置では、前記噴射口は上下に広角した扇形状に形成されると共に、前記噴射口における左右のいずれか一方の前記曲面部の曲率半径を大きく形成したことを特徴としている。

本発明の燃料噴射装置によれば、ハウジングに燃料通路を設けると共に先端部にサック部及び噴射口を設け、このハウジングに噴射弁を移動自在に支持して燃料通路を断続可能とし、この噴射口から噴射される燃料噴霧が拡散するように噴射口を扇形状に形成して構成し、噴射口における燃料流動方向の上流端側を矩形断面形状とする一方、噴射口における燃料流動方向の下流端側をコ字断面形状とするので、噴射口の断面形状が矩形断面形状からコ字断面形状に移行することで、燃料通路からサック部に供給された燃料が噴射口に流入すると、この噴射口は下流側ほど中央部の幅が小さくなっているため、中央部での液膜の剥離は起こりにくく、燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となり、この燃料噴霧の変動を抑制することで燃焼安定性を向上することができる。

また、本発明の燃料噴射装置によれば、噴射口を矩形断面形状とし、噴射口における燃料流動方向の上流端側の幅に対して、噴射口における燃料流動方向の下流端側の幅を小さく形成したので、燃料通路からサック部に供給された燃料が噴射口に流入すると、この噴射口の幅が下流側ほど小さくなっているため、中央部での液膜の剥離は起こりにくく、燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となり、この燃料噴霧の変動を抑制することで燃焼安定性を向上することができる。

以下に、本発明に係る燃料噴射装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図、図２は、図１のII−II断面図、図３は、図１のIII−III断面図、図４は、図１のIV−IV断面図、図５は、実施例１の燃料噴射装置が適用された内燃機関の概略構成図である。

実施例１の燃料噴射装置が適用された内燃機関において、図５に示すように、エンジン１０は、筒内噴射式の火花点火エンジンである。このエンジン１０にて、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクシャフト１５が回転自在に支持されており、ピストン１４はコネクティングロッド１６を介してこのクランクシャフト１５にそれぞれ連結されている。

燃焼室１７は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１４により構成されており、この燃焼室１７は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１７の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１８及び排気ポート１９が対向して形成されており、この吸気ポート１８及び排気ポート１９に対して吸気弁２０及び排気弁２１の下端部がそれぞれ位置している。従って、この吸気弁２０及び排気弁２１が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、吸気ポート１８と燃焼室１７、燃焼室１７と排気ポート１９とをそれぞれ連通することができる。

吸気ポート１８には、インテークマニホールド２２を介してサージタンク２３が連結され、このサージタンク２３には吸気管２４が連結されており、この吸気管２４の空気取入口にはエアクリーナ２５が取付けられている。そして、このエアクリーナ２５の下流側にスロットル弁を有する電子スロットル装置２６が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１７に直接燃料を噴射するインジェクタ２７が装着されており、このインジェクタ２７は、吸気ポート１８側に位置し、上下方向に所定角度傾斜している。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１７の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ２８が装着されている。

一方、排気ポート１９には、エギゾーストマニホールド２９を介して排気管３０が連結されており、この排気管３０には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する触媒装置３１，３２が装着されている。また、吸気管２４におけるサージタンク２３の下流側と、排気管３０における各触媒装置３１，３２の間とには排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）３３が設けられており、このＥＧＲ通路３３にはＥＧＲ弁３４が設けられている。

また、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３５が搭載されており、このＥＣＵ３５は、インジェクタ２７、点火プラグ２８、ＥＧＲ弁３４などを制御可能となっている。即ち、吸気管２４の上流側にはエアフローセンサ３６が装着されると共に、サージタンク２３には吸気負圧センサ３７が装着され、計測した吸入空気量、吸気負圧をＥＣＵ３５に出力している。また、電子スロットル装置２６は現在のスロットル開度をＥＣＵ３５に出力しており、エンジン回転数センサ３８は検出したエンジン回転数をＥＣＵ３５に出力している。従って、ＥＣＵ３５は、検出した吸入空気量、吸気負圧、スロットル開度(またはアクセル開度)、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期、ＥＧＲ弁開度などを決定している。

このように構成されたエンジン１０に搭載されたインジェクタ２７において、図１及び図２に示すように、ハウジング４１は中空円筒形状をなし、本体部４２に対して先端部４３が小径となっており、この先端部４３に球面形状をなすサック部４４が形成されると共に、外部に開口する噴射口４５が形成されている。噴射弁としてのニードル弁４６は、円盤形状をなすフランジ部４７から円柱形状をなす弁本体４８が一体に下方に延出して構成され、フランジ部４７の外周面がハウジング４１における本体部４２の内周面に嵌合し、且つ、軸心方向（図１にて上下方向）に沿って移動自在に支持されている。また、ニードル弁４６は、弁本体４８の外周面がハウジング４１における先端部４３の内周面に所定の隙間をもって挿入され、円錐形状をなす先端面４９が先端部４３の傾斜面５０に当接し、ここにシール部が形成されている。

従って、ハウジング４１とニードル弁４６との間に燃料通路５１が構成されることとなり、この燃料通路５１の下端部側はサック部４４を介して噴射口４５に連通可能となっている。そして、ニードル弁４６の先端面４９がハウジング４１の傾斜面５０に当接することで燃料通路５１を遮断することができる一方、先端面４９が傾斜面５０から離れたときに燃料通路５１を開放し、燃料通路５１にある燃料をサック部４４を介して噴射口４５から外部に噴射することができる。

また、ハウジング４１内には、支持リング５２を介して支持板５３が固定されており、この支持板５３とニードル弁４６との間にはコイルスプリング５４が圧縮状態で介装されている。従って、ニードル弁４６は、コイルスプリング５４の付勢力により先端面４９がハウジング４１の傾斜面５０に密着して燃料通路５１を遮断する方向に付勢されている。一方、ハウジング４１の壁内には、ニードル弁４６のフランジ部４７に対向し、且つ、若干上方に位置してソレノイド５５が内蔵されている。従って、ソレノイド５５へ通電すると、吸引力が発生してスプリング５４の付勢力に抗してニードル弁４６を上方に移動し、燃料通路５１を開放することができる。

なお、インジェクタ２７の基端部には、図示しないデリバリパイプを介して燃料ポンプ、燃料タンクなどが連結されており、ハウジング４１内を通して燃料通路５１の上流側に所定圧の燃料が供給されている。

ところで、本実施例では、インジェクタ２７は、吸気ポート１８側に装着され、鉛直状態から排気ポート１９側に所定角度傾斜しており、噴射口４５は、噴射軸線Ｏ₁がインジェクタ２７の軸線Ｏ₂に対して所定角度上方に傾斜することで、噴射角度αが設定されている。また、噴射口４５は、この噴射口４５から噴射される燃料噴霧が左右に拡散するように、左右に広角した扇形状に形成され、その噴霧角度βが設定されている。

そして、この噴射口４５は、燃料流動方向の上流端が、図３に示すように、水平方向に長い矩形断面形状に形成される一方、燃料流動方向の下流端が、図４に示すように、コ字断面形状に形成されている。この場合、燃料流動方向の下流端では、噴射口４５の傾斜方向に向いた、つまり、上方側に開口するようなコ字断面形状となっている。また、噴射口４５にて、図３及び図４に示すように、燃料流動方向の上流端の矩形断面形状は、横幅ａ₁×縦幅ｂ₁である一方、燃料流動方向の下流端のコ字断面形状は、全体が横幅ａ₂×縦幅ｂ₁であり、中央部が横幅ａ₂×縦幅ｂ₂に形成されており、横幅ａ₁＜横幅ａ₂、縦幅ｂ₁＞縦幅ｂ₂に設定されている。即ち、噴射口４５は、燃料流動方向の下流端側に向けて、横幅ａが大きくなる一方、縦幅ｂが小さくなっており、上流端部と下流端部との連結部は、矩形断面形状とコ字断面形状とが滑らかに連続するように断面形状が設定される。この場合、燃料液膜の剥離が発生したときに実際に噴射口に流れる燃料の流量を実験等により事前に求めておき、その燃料流量に応じて噴射口４５における燃料流動方向の下流端のコ字断面形状の面積、つまり、幅ａ₂，ｂ₁，ｂ₂を決定することが望ましい。

従って、図１に示すように、インジェクタ２７にて、ニードル弁４６がコイルスプリング５４の付勢力により燃料通路５１を閉止している状態から、ソレノイド５５へ通電すると、ニードル弁４６がコイルスプリング５４の付勢力に抗して上方に移動することで燃料通路５１を開放し、燃料通路５１の燃料がサック部４４に供給され、このサック部４４から噴射口４５を通して燃焼室１７に噴射される。そして、所定期間が経過すると、ソレノイド５５への通電が停止され、ニードル弁４６がコイルスプリング５４の付勢力により下方に移動することで燃料通路５１を閉止し、燃料通路５１からサック部４４への燃料供給が停止され、噴射口４５からの燃料噴射が終了する。

このインジェクタ２７による燃料噴射時、噴射口４５の断面形状が矩形断面形状からコ字断面形状に移行して下流側ほど横幅が広くなる一方、中央部での縦幅が小さくなっているため、燃料通路５１からサック部４４に供給された燃料が噴射口４５に流入すると、幅方向における中央部で燃料液膜の剥離は起こりにくく、燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となる。即ち、噴射口４５が噴射角度αを有しているため、燃料通路５１の燃料がサック部４４を介して噴射口４５に流入するとき、サック部４４の下方側（図１にて左側）を流れる燃料に対して、上方側（図１にて右側）を流れる燃料の方が噴射口４５に流入しにくく、噴射口４５の上面部で燃料液膜の剥離が起こりやすい。そこで、本実施例では、噴射口４５の下流端部側を上向きのコ字断面形状として縦幅を小さくすることで、燃料噴霧の変動を抑制している。

このように実施例１の燃料噴射装置にあっては、ハウジング４１内に燃料通路５１を設けると共に、先端部にこの燃料通路５１に連通するサック部４４及び噴射口４５を形成し、このハウジング４１にニードル弁４６を移動自在に支持して燃料通路５１を開閉可能とし、噴射口４５を所定角度上方に傾斜することで噴射角度αを設定すると共に、燃料噴霧が左右に拡散するように左右の広角した扇形状に形成した噴霧角度βを設定し、噴射口４５における燃料流動方向の上流端を矩形断面形状に形成する一方、燃料流動方向の下流端をコ字断面形状に形成している。

従って、インジェクタ２７の噴射口４５の断面形状が矩形断面形状からコ字断面形状に移行して下流側ほど中央部の縦幅が小さくなっているため、インジェクタ２７による燃料噴射時に燃料通路５１からサック部４４に供給された燃料が噴射口４５に流入すると、横幅方向における中央部で燃料液膜の剥離は起こりにくい。また、噴射口４５が上方に傾斜し、下流端部側が上向きのコ字断面形状としているため、サック部４４における上方側を流れる燃料が噴射口４５内で流入しても液膜の剥離は起こりにくい。その結果、噴射口４５内の燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となって燃料噴霧の変動が抑制されることとなり、燃焼安定性を向上することができる。

なお、この実施例１では、インジェクタ２７を鉛直状態から排気ポート１９側に所定角度傾斜して設け、噴射口４５所定角度上方に傾斜して設け、この場合、噴射口４５の燃料流動方向の下流端でその傾斜方向に向いた、つまり、上方に開口するようなコ字断面形状としたが、インジェクタ２７を鉛直状態から排気ポート１９側に所定角度傾斜して設け、噴射口４５所定角度下方に傾斜して設けた場合、噴射口４５の燃料流動方向の下流端ではその傾斜方向に向いた、つまり、下方に開口するようなコ字断面形状とすればよい。

図６は、本発明の実施例２に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図、図７は、図６のVII−VII断面図、図８は、図６のVIII−VIII断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の燃料噴射装置において、図６に示すように、インジェクタ２７は鉛直状態から上方に所定角度傾斜して装着され、噴射口６１は、噴射軸線Ｏ₁がインジェクタ２７の軸線Ｏ₂に沿って設けられている。また、噴射口６１は、この噴射口６１から噴射される燃料噴霧が左右に拡散するように左右に広角した扇形状に形成されている。

そして、この噴射口６１は、図６乃至図８に示すように、燃料流動方向の上流端が矩形断面形状に形成される一方、燃料流動方向の下流端がコ字断面形状に形成されている。そして、噴射口６１における燃料流動方向の上流端の対向する一方の面部６１ａとサック部４４との間に曲面部６２が形成される一方、噴射口６１における燃料流動方向の下流端では、この噴射口６１が他方の面部６１ｂ側を向いたコ字断面形状となっている。なお、噴射口６１における寸法関係は、前述の実施例１の噴射口４５とほぼ同様となっており、説明は省略する。

従って、インジェクタ２７による燃料噴射時、噴射口６１の断面形状が矩形断面形状からコ字断面形状に移行して下流側ほど横幅が広くなる一方、中央部での縦幅が小さくなっているため、燃料通路５１からサック部４４に供給された燃料が噴射口６１に流入すると、横幅方向における中央部で燃料液膜の剥離は起こりにくく、燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となる。即ち、噴射口６１の噴射軸線Ｏ₁がインジェクタ２７の軸線Ｏ₂に沿っており、噴射口６１における上流端では、一方の面部６１ａ側に曲面部６２が形成され、噴射口６１における下流端では、他方の面部６１ｂ側を向いたコ字断面形状となっているため、燃料通路５１の燃料がサック部４４を介して噴射口６１に流入するとき、サック部４４の燃料が噴射口６１に流入しやすくなり、噴射口６１内で燃料液膜の剥離が起こりにくくなることで、燃料噴霧の変動を抑制している。

このように実施例２の燃料噴射装置にあっては、ハウジング４１内に燃料通路５１を設けると共に、先端部にこの燃料通路５１に連通するサック部４４及び噴射口６１を形成し、このハウジング４１にニードル弁４６を移動自在に支持して燃料通路５１を開閉可能とし、噴射口６１の噴射軸線Ｏ₁をインジェクタ２７の軸線Ｏ₂に沿って設けて噴射角度α＝０に設定すると共に、燃料噴霧が左右に拡散するように左右の広角した扇形状に形成した噴霧角度βを設定し、噴射口６１における燃料流動方向の上流端を矩形断面形状に形成し、噴射口６１における燃料流動方向の上流端の対向する一方の面部６１ａとサック部４４との間に曲面部６２を形成する一方、噴射口６１における燃料流動方向の下流端を他方の面部６１ｂ側を向いたコ字断面形状に形成している。

従って、インジェクタ２７の噴射口６１の断面形状が矩形断面形状からコ字断面形状に移行して下流側ほど中央部の縦幅が小さくなっているため、インジェクタ２７による燃料噴射時に燃料通路５１からサック部４４に供給された燃料が噴射口４５に流入すると、横幅方向における中央部で燃料液膜の剥離は起こりにくい。また、噴射口６１の上流端における一方の面部６１ａ側に曲面部６２を形成する一方、噴射口６１の下流端を他方の面部６１ｂ側を向いたコ字断面形状としているため、燃料はサック部４４から噴射口６１に適正に流入することとなり、噴射口６１内で燃料液膜の剥離は起こりにくい。その結果、噴射口６１内の燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となって燃料噴霧の変動が抑制されることとなり、燃焼安定性を向上することができる。

図９は、本発明の実施例３に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図、図１０は、図９のＸ−Ｘ断面図、図１１は、図９のXI−XI断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３の燃料噴射装置において、図９に示すように、インジェクタ２７は、前述した実施例１と同様に、吸気ポート１８側に装着され、鉛直状態から排気ポート１９側に所定角度傾斜しており、噴射口７１は、噴射軸線Ｏ₁がインジェクタ２７の軸線Ｏ₂に対して所定角度上方に傾斜することで、噴射角度αが設定されている。また、噴射口７１は、この噴射口７１から噴射される燃料噴霧が左右に拡散するように、左右に広角した扇形状に形成されている。

そして、この噴射口７１は、燃料流動方向の上流端が、図１０に示すように、水平方向に長い矩形断面形状に形成される一方、燃料流動方向の下流端が、図１１に示すように、水平方向に長く、且つ、縦幅の狭い矩形断面形状に形成されている。この場合、噴射口７１にて、図１０及び図１１に示すように、燃料流動方向の上流端の矩形断面形状は、横幅ａ₁×縦幅ｂ₁である一方、燃料流動方向の下流端の矩形断面形状は、横幅ａ₂×縦幅ｂ₂に形成されており、横幅ａ₁＜横幅ａ₂、縦幅ｂ₁＞縦幅ｂ₂に設定されている。即ち、噴射口７１は、燃料流動方向の下流端側に向けて、横幅ａが大きくなる一方、縦幅ｂが小さくなっている。この場合、燃料液膜の剥離が発生したときに実際に噴射口に流れる燃料の流量を実験等により事前に求めておき、その燃料流量に応じて噴射口７１における燃料流動方向の下流端の矩形断面形状の面積、つまり幅ａ₂，ｂ₂を決定することが望ましい。

従って、図９に示すように、インジェクタ２７による燃料噴射時、噴射口７１の断面形状を矩形断面形状とし、下流側ほど横幅が広くなる一方、縦幅が小さくなっているため、燃料通路５１からサック部４４に供給された燃料が噴射口７１に流入すると、幅方向における中央部で燃料液膜の剥離は起こりにくく、燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となる。即ち、噴射口７１が噴射角度αを有しているため、燃料通路５１の燃料がサック部４４を介して噴射口７１に流入するとき、サック部４４の下方側（図９にて左側）を流れる燃料に対して、上方側（図９にて右側）を流れる燃料の方が噴射口７１に流入しにくく、噴射口７１の上面部で燃料液膜の剥離が起こりやすい。そこで、本実施例では、噴射口７１の下流端部側を縦幅の小さい矩形断面形状とすることで、燃料噴霧の変動を抑制している。

このように実施例３の燃料噴射装置にあっては、ハウジング４１内に燃料通路５１を設けると共に、先端部にこの燃料通路５１に連通するサック部４４及び噴射口７１を形成し、このハウジング４１にニードル弁４６を移動自在に支持して燃料通路５１を開閉可能とし、噴射口７１を所定角度上方に傾斜することで噴射角度αを設定すると共に、燃料噴霧が左右に拡散するように左右に広角した扇形状に形成し、噴射口７１を矩形断面形状とし、燃料流動方向の上流端の縦幅に対して燃料流動方向の下流端の縦幅を小さく設定している。

従って、インジェクタ２７の噴射口７１の断面形状を矩形断面形状とし、下流側ほど縦幅が小さくなっているため、インジェクタ２７による燃料噴射時に燃料通路５１からサック部４４に供給された燃料が噴射口７１に流入すると、横幅方向における中央部で燃料液膜の剥離は起こりにくい。また、噴射口７１が上方に傾斜しているため、サック部４４における上方側を流れる燃料が噴射口７１内で流入しても液膜の剥離は起こりにくい。その結果、噴射口７１内の燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となって燃料噴霧の変動が抑制されることとなり、燃焼安定性を向上することができる。

図１２は、本発明の実施例４に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図、図１３は、噴射角度に対する燃料噴霧の剥離領域を表すグラフ、図１４は、噴射角度に対する曲面部のＲ寸法を表すグラフである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４の燃料噴射装置において、図１２に示すように、インジェクタ２７は、前述した実施例３と同様に、噴射口８１が噴射角度αが設定され、この噴射口８１から噴射される燃料噴霧が左右に拡散するように左右に広角した扇形状に形成されている。そして、この噴射口８１は、燃料流動方向の上流端が水平方向に長い矩形断面形状に形成される一方、燃料流動方向の下流端が水平方向に長く、且つ、縦幅の狭い矩形断面形状に形成されている。また、この噴射口８１は、燃料流動方向の上流端の対向する一方の面部８１ａとサック部４４との間に曲面部８２が形成される一方、他方の面部８１ｂとサック部４４との間に曲面部８３が形成されている。なお、噴射口８１における寸法関係は、前述の実施例３の噴射口７１とほぼ同様となっており、説明は省略する。

従って、インジェクタ２７による燃料噴射時、噴射口８１の断面形状を矩形断面形状とし、下流側ほど横幅を広くする一方、縦幅を小さくし、燃料流動方向の上流端の対向する面部８１ａ，８１ｂとサック部４４との間に曲面部８２，８３を形成しているため、燃料通路５１からサック部４４に供給された燃料が噴射口８１に流入するとき、曲面部８２，８３により燃料が良好に案内されて噴射口８１に流入することとなり、幅方向における中央部で燃料液膜の剥離は起こりにくく、燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となり、燃料噴霧の変動が抑制される。

この場合、噴射口８１が傾斜する上側の曲面部８２の曲率半径を下側の曲面部８３の曲率半径よりも大きく形成している。また、図１３に示すように、噴射口８１の噴射角度αが大きくなると、燃料噴霧の剥離領域は広がるため、図１４に示すように、噴射角度αが大きくなるに伴って、各曲面部８２，８３の曲率半径のＲ寸法を大きくすることが望ましい。

このように実施例４の燃料噴射装置にあっては、ハウジング４１の先端部にサック部４４及び噴射口８１を形成し、このハウジング４１にニードル弁４６を移動自在に支持して燃料通路５１を開閉可能とし、噴射口８１を所定角度上方に傾斜することで噴射角度αを設定すると共に、燃料噴霧が左右に拡散するように左右の広角した扇形状に形成し、噴射口８１を矩形断面形状とし、燃料流動方向の上流端の縦幅に対して燃料流動方向の下流端の縦幅を小さく設定すると共に、燃料流動方向の上流端の対向する面部８１ａ，８１ｂとサック部４４との間に曲面部８２，８３を設けている。

従って、インジェクタ２７の噴射口８１の断面形状を矩形断面形状とし、燃料流動方向の上流端に曲面部８２，８３を形成しているため、サック部４４の燃料が噴射口８１に流動しやすく、噴射口８１は下流側ほど縦幅が小さくなっているため、インジェクタ２７による燃料噴射時に燃料通路５１からサック部４４に供給された燃料が噴射口８１に流入すると、横幅方向における中央部で燃料液膜の剥離は起こりにくい。その結果、噴射口８１内の燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となって燃料噴霧の変動が抑制されることとなり、燃焼安定性を向上することができる。

図１５は、実施例５の燃料噴射装置が適用された内燃機関の断面図、図１６は、実施例５の燃料噴射装置を表す要部縦断面図、図１７は、図１６のXVII−XVII断面図、図１８は、図１６のXVIII−XVIII断面図、図１９は、図１６のXIX−XIX断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例５の燃料噴射装置が適用された内燃機関において、図１５に示すように、エンジン９０は、筒内噴射式の火花点火エンジンである。このエンジン９０にて、シリンダヘッド１２には、燃焼室１７に直接燃料を噴射するインジェクタ９１が装着されており、このインジェクタ９１は、吸気ポート１８側に位置し、上下方向に所定角度傾斜している。このインジェクタ９１において、図１６及び図１７に示すように、ハウジング９２の先端部９３にサック部９４が形成されると共に、外部に開口する噴射口９５が形成されている。噴射弁としてのニードル弁９６はハウジング９２に移動自在に支持されると共に、燃料通路９７が形成されている。

そして、インジェクタ９１は、吸気ポート１８側に装着され、鉛直状態から排気ポート１９側に所定角度傾斜しており、噴射口９５は、この噴射口９５から噴射される燃料噴霧が上下に拡散するように上下に広角した扇形状に形成され、その噴霧角度βが設定されている。また、この噴射口９５は、噴射軸線Ｏ₁がインジェクタ９１の軸線Ｏ₂に対して所定角度上方に傾斜することで、噴射角度αが設定されている。

そして、この噴射口９５は、燃料流動方向の上流端が、図１８に示すように、鉛直方向に長い矩形断面形状に形成される一方、燃料流動方向の下流端が、図１９に示すように、鉛直方向に長く、且つ、横幅の狭い矩形断面形状に形成されている。この場合、噴射口９５にて、図１８及び図１９に示すように、燃料流動方向の上流端の矩形断面形状は、横幅ａ₁×縦幅ｂ₁である一方、燃料流動方向の下流端の矩形断面形状は、横幅ａ₂×縦幅ｂ₂に形成されており、横幅ａ₁＞横幅ａ₂、縦幅ｂ₁＜縦幅ｂ₂に設定されている。即ち、噴射口９５は、燃料流動方向の下流端側に向けて、横幅ａが小さくなる一方、縦幅ｂが大きくなっている。この場合、燃料液膜の剥離が発生したときに実際に噴射口に流れる燃料の流量を実験等により事前に求めておき、その燃料流量に応じて噴射口７１における燃料流動方向の下流端の矩形断面形状の面積、つまり幅ａ₂，ｂ₂を決定することが望ましい。

従って、図１６に示すように、インジェクタ９１による燃料噴射時、噴射口９５の断面形状を矩形断面形状とし、下流側ほど縦幅が広くなる一方、横幅が小さくなっているため、燃料通路９７からサック部９４に供給された燃料が噴射口９５に流入すると、幅方向における中央部で燃料液膜の剥離は起こりにくく、燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となる。即ち、噴射口９５が噴射角度αを有しているため、燃料通路９７の燃料がサック部９４を介して噴射口９５に流入するとき、サック部９４の下方側（図１６にて左側）を流れる燃料に対して、上方側（図１６にて右側）を流れる燃料の方が噴射口９５に流入しにくく、噴射口９５の側面部で燃料液膜の剥離が起こりやすい。そこで、本実施例では、噴射口９５の下流端部側を横幅の小さい矩形断面形状とすることで、燃料噴霧の変動を抑制している。

このように実施例５の燃料噴射装置にあっては、ハウジング９２内に燃料通路９７を設けると共に、先端部にこの燃料通路９７に連通するサック部９４及び噴射口９５を形成し、このハウジング９２にニードル弁９６を移動自在に支持して燃料通路９７を開閉可能とし、噴射口９５を燃料噴霧が上下に拡散するように上下に広角した扇形状に形成すると共に、所定角度上方に傾斜することで噴射角度αを設定し、噴射口９５を矩形断面形状とし、燃料流動方向の上流端の横幅に対して燃料流動方向の下流端の横幅を小さく設定している。

従って、インジェクタ９１の噴射口９５の断面形状を矩形断面形状とし、下流側ほど横幅が小さくなっているため、インジェクタ９１による燃料噴射時に燃料通路９７からサック部９４に供給された燃料が噴射口９５に流入すると、縦幅方向における中央部で燃料液膜の剥離は起こりにくい。また、噴射口９５が上方に傾斜しているため、サック部９４における上方側を流れる燃料が噴射口９５内で流入しても液膜の剥離は起こりにくい。その結果、噴射口９５内の燃料噴霧は断面方向で均一な粒径となって燃料噴霧の変動が抑制されることとなり、燃焼安定性を向上することができる。

なお、この実施例５では、噴射口９５を上下に広角した扇形状に形成すると共に噴射角度αを設定し、噴射口９５を矩形断面形状として燃料流動方向の上流端の横幅に対して燃料流動方向の下流端の横幅を小さく設定したが、前述した実施例４のように、燃料流動方向の上流端の対向する面部とサック部９４との間に曲面部を設けてもよい。また、実施例１、２のように、噴射口９５の燃料流動方向の上流側を矩形断面形状とし、下流側をコ字断面形状としてもよい。

以上のように、本発明に係る燃料噴射装置は、噴射口における上流端側の幅に対して下流端側の幅を小さく形成することで燃料噴霧の変動を抑制するものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。

本発明の実施例１に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図である。 図１のII−II断面図である。 図１のIII−III断面図である。 図１のIV−IV断面図である。 実施例１の燃料噴射装置が適用された内燃機関の概略構成図である。 本発明の実施例２に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図である。 図６のVII−VII断面図である。 図６のVIII−VIII断面図である。 本発明の実施例３に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図である。 図９のＸ−Ｘ断面図である。 図９のXI−XI断面図である。 本発明の実施例４に係る燃料噴射装置を表す要部縦断面図である。 噴射角度に対する燃料噴霧の剥離領域を表すグラフである。 噴射角度に対する曲面部のＲ寸法を表すグラフである。 実施例５の燃料噴射装置が適用された内燃機関の断面図である。 実施例５の燃料噴射装置を表す要部縦断面図である。 図１６のXVII−XVII断面図である。 図１６のXVIII−XVIII断面図である。 図１６のXIX−XIX断面図である。 従来の燃料噴射装置の先端部の縦断面図である。 図２０のXXI−XXI断面図である。 従来の燃料噴射装置の噴射口での燃料噴霧の液膜状態を表す概略図である。 従来の燃料噴射装置の噴射口での燃料噴霧の液膜状態を表す概略図である。 従来の燃料噴射装置の噴射口の幅方向の距離に対する燃料噴霧の粒径を表すグラフである。

符号の説明

１０，９０ エンジン
１７ 燃焼室
２７，９１ インジェクタ（燃料噴射弁）
２８ 点火プラグ
３５ 電子制御ユニット、（ＥＣＵ）
４１，９２ ハウジング
４４，９４ サック部
４５，６１，７１，８１，９５ 噴射口
４６，９６ ニードル弁（噴射弁）
５１，９７ 燃料通路
５４ コイルスプリング
５５ ソレノイド
６２，８２，８３ 曲面部

Claims (8)

1. 燃料通路を有すると共に先端部に該燃料通路が連通するサック部及び噴射口を有するハウジングと、前記ハウジングに移動自在に支持されて前記燃料通路を断続可能である噴射弁とを具え、前記噴射口から噴射される燃料噴霧が拡散するように前記噴射口が扇形状に形成された燃料噴射装置において、前記噴射口における燃料流動方向の上流端側を矩形断面形状とする一方、前記噴射口における燃料流動方向の下流端側をコ字断面形状とすることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、前記噴射口は左右の広角した扇形状に形成されると共に、前記噴射弁の軸線に対して上方または下方に所定角度傾斜して形成され、前記噴射口における燃料流動方向の下流端側が該噴射口の傾斜方向を向いたコ字断面形状に形成されたことを特徴とする燃料噴射装置。
3. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、前記噴射口は左右の広角した扇形状に形成されると共に、前記噴射弁の軸線に沿って形成され、前記噴射口における燃料流動方向の上流端の対向するいずれか一方の面部と前記サック部との間に曲面部が形成される一方、前記噴射口における燃料流動方向の下流端側が前記いずれか他方の面部側を向いたコ字断面形状に形成されたことを特徴とする燃料噴射装置。
4. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、前記噴射口は上下に広角した扇形状に形成され、前記噴射口における燃料流動方向の上流端の左右面部のいずれか一方と前記サック部との間に曲面部が形成される一方、前記噴射口における燃料流動方向の下流端側が前記左右面部のいずれか他方側を向いたコ字断面形状に形成されたことを特徴とする燃料噴射装置。
5. 燃料通路を有すると共に先端部に該燃料通路が連通するサック部及び噴射口を有するハウジングと、前記ハウジングに移動自在に支持されて前記燃料通路を断続可能である噴射弁とを具え、前記噴射口から噴射される燃料噴霧が拡散するように前記噴射口が扇形状に形成された燃料噴射装置において、前記噴射口を矩形断面形状とし、前記噴射口における燃料流動方向の上流端側の幅に対して、前記噴射口における燃料流動方向の下流端側の幅を小さく形成したことを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項５に記載の燃料噴射装置において、前記噴射口における燃料流動方向の上流端と前記サック部との間に曲面部が形成されたことを特徴とする燃料噴射装置。
7. 請求項６に記載の燃料噴射装置において、前記噴射口は左右の広角した扇形状に形成されると共に、前記噴射弁の軸線に対して上方または下方に所定角度傾斜して形成され、前記噴射口が傾斜する方向の前記曲面部の曲率半径を大きく形成したことを特徴とする燃料噴射装置。
8. 請求項６に記載の燃料噴射装置において、前記噴射口は上下に広角した扇形状に形成されると共に、前記噴射口における左右のいずれか一方の前記曲面部の曲率半径を大きく形成したことを特徴とする燃料噴射装置。
   

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