JP2008019870A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、製作精度が高く、その製造コストも安価な燃料噴射弁を提供することにある。
【解決手段】
噴射孔と、弁体と、弁体をその軸方向に駆動する駆動手段とを備え、弁体を駆動することにより噴射孔を開閉して燃料噴射を行う燃料噴射弁において、軸心よりオフセットした径方向の燃料通路を上流側端面から下流側端面まで貫通させて形成した第１の部材と、外周面から内周側に切り欠いて形成した軸方向の燃料通路を上流側端面から下流側端面まで貫通させた第２の部材と、を備え、前記第１の部材と前記第２の部材とを、前記噴射孔の上流側に前記噴射孔側から前記第１の部材、前記第２の部材の順に前記軸方向に積層して配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、点火性および燃焼性に優れた燃料噴霧を形成する燃料噴射弁と内燃機関に関するものである。

エンジンの吸気管内に燃料を噴射する吸気管内燃料噴射装置に対して、燃焼室（シリンダ）内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射装置が知られている。この筒内燃料噴射装置の一例が、特開平５−３３７３９号公報に開示されている。

この公報にも開示されているように、燃焼室内に直接噴射した燃料を燃焼室内で吸入空気と均一に混合することは難しく、燃焼室内に直接噴射する燃料の微粒化（霧化）を促進することが重要である。燃料の微粒化のために、燃料噴射弁から噴射する燃料に旋回力を与えることが、従来より行われてきた。上記公報においても、燃料に旋回力を与える手段が開示されている。

ところで、上記公報に開示された筒内燃料噴射装置は、燃料を噴射孔から噴射させる噴射ノズルと、この噴射ノズルの外側にエアー室を構成する有底筒状のカバーと、このカバーの底部側に噴射ノズルの噴射孔と連通するように形成されたスワールチャンバと、噴射孔を開閉する弁体とを備えている。

このとき、スワールチャンバは、有底筒状のカバーで構成したエアー室からスワールチャンバ内周面に向けて、その接線方向からアシストエアーを導入する噴出孔を有し、噴出孔から噴出するアシストエアーによって噴射ノズルの噴射孔から噴射させる燃料に旋回力を与えるようになっていた。また、アシストエアーをエアー室からスワールチャンバに導入する噴出孔および通路は、上下方向（弁体の軸方向）に２段設けられているが、上下で同じ構造になっている。

特開平５−３３７３９号公報

上記の筒内燃料噴射装置を始め従来技術では、燃料の微粒化を促進したり、燃料を噴霧する向きや噴霧の広がりを工夫したりしている。しかし、以下に述べるような、点火性（着火性）と燃焼性（火炎の伝播性）を共に向上させ得るような噴霧形状或いは噴霧構造に対しては、十分な配慮がなされていなかった。

燃料噴射弁より噴射される噴霧の最適化には、以下の様な特性を考慮する必要がある。第一は噴霧形状であり、噴霧の広がり角度や到達距離が因子となる。第二は噴霧粒径であり、大粒子の個数をできるかぎり少なくして粒径分布の均一化を図る必要がある。第三は噴霧構造であり、噴霧される燃料粒子の空間的分布を適正化する必要がある。

筆者等は、これらの噴霧特性が内燃機関の燃焼特性にどのように関与するか、種々の実験解析を進めている。これまでの検討によると、噴霧の広がり角度を大きくして噴霧の慣性力を弱めてその到達距離を短くすると、燃焼の安定性に有効であること。また一方、噴霧の広がり角度を小さくして噴霧の慣性力を強くすると、点火性の良い混合気が生成されるが、燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）が増加する傾向にあること等が明らかになっている。

本発明の目的は、製作精度が高く、その製造コストも安価な燃料噴射弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、噴射孔と、弁体と、前記弁体をその軸方向に駆動する駆動手段とを備え、前記弁体を駆動することにより前記噴射孔を開閉して燃料噴射を行う燃料噴射弁において、軸心よりオフセットした径方向の燃料通路を上流側端面から下流側端面まで貫通させて形成した第１の部材と、外周面から内周側に切り欠いて形成した軸方向の燃料通路を上流側端面から下流側端面まで貫通させた第２の部材と、を備え、前記第１の部材と前記第２の部材とを、前記噴射孔の上流側に前記噴射孔側から前記第１の部材、前記第２の部材の順に前記軸方向に積層して配置したものである。

このとき、径方向の燃料通路を前記軸方向に２つ有し、上流側に位置する径方向の燃料通路が下流側に位置する径方向の燃料通路に対して軸心より大きくオフセットしているとよい。また、前記噴射孔の中央部下方において先行する噴霧と、この噴霧の周辺において、この噴霧に続く中空放射状の噴霧を形成して、前記噴射孔からの噴霧を中実噴霧状とするとよい。

本発明によれば、積層構造の燃料旋回素子により、製作精度が高く、その製造コストも安価になるという効果がある。

まず、筆者等が検討対象とした筒内燃料噴射装置及びそれを搭載した内燃機関を図９に示す。

詳細は後述するが、この筒内燃料噴射装置（以下、電磁式燃料噴射弁と称す）は、シリンダヘッドに３０°〜４０°程度の傾斜をもって取り付けられているが、その燃料の噴射方向はピストンキャビティ（ピストンに設けられる凹み）に向けられている。この種の電磁式燃料噴射弁より噴射される噴霧の最適化には、以下の様な特性を考慮して検討を行う必要がある。

第一は噴霧形状であり、噴霧の広がり角度や到達距離で因子となる。第二は噴霧粒径であり、大粒子の個数をできるかぎり少なくして粒径分布の均一化を図る必要がある。第三は噴霧構造であり、噴霧される燃料粒子の空間的分布を適正化する必要がある。

筆者等は、これらの噴霧特性が内燃機関の燃焼特性にどのように関与するか、種々の実験解析を進めている。これまでの検討によると、噴霧の広がり角度を大きくして噴霧の慣性力を弱めてその到達距離を短くすると、燃焼の安定性に有効であること。また一方、噴霧の広がり角度を小さくして噴霧の慣性力を強くすると、点火性の良い混合気が生成されるが、燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）が増加する傾向にあること等が明らかになっている。

本発明に係る以下の実施例は上述の知見に基づいてなされたものである。

以下、本発明の一実施例を図１および図２、図３により説明する。

図１（ａ）は、本発明の電磁式燃料噴射弁１の縦断面図を示しており、この図を用いて、電磁式燃料噴射弁１の構造及び動作について説明する。また、図１（ｂ）は、燃料旋回素子２２と可動弁部４Ａの拡大断面図を示しており、図１（ｃ）は、燃料噴射孔８の直径ｄｏとバルブシート面９部の角度θを示す拡大断面図である。

該電磁式燃料噴射弁１は、コントロールユニットにより演算されたデューティのＯＮ−ＯＦＦ信号によりシート部の開閉を行うことにより燃料の噴射を実施する。磁気回路は、有底筒状のヨーク３、ヨーク３の開口端を閉じる栓体部２ａとヨーク３の中心部に延びる柱状部２ｂとからなるコア２及びコア２に空隙を隔てて対面するプランジャ４とからなる。柱状部２ｂの中心には、プランジャ４とロッド５とボール６からなる可動部４Ａを、ノズル部材７に形成された燃料の通過を許す燃料噴射孔８の上流側のシート面９に押圧するように挿入した、弾性部材としてのスプリング１０を保持するための穴４Ｂが設けてある。このスプリング１０の上端は、セット荷重を調整するためにコア２の中心に挿通されたスプリングアジャスタ１１の下端に当接している。コア２の柱状部２ｂ側とヨーク３の可動部４Ａ側で対面する隙間部には、コイル１４側へ燃料が流出するのを防ぐために、両者間に機械的に固定されるシールリング１２が設けられている。磁気回路を励磁するコイル１４はボビン１３に巻かれ、その外周をプラスチック材でモールドされている。これらから成るコイル組立体１５の端子１７は、コア２のつば２ａ部に設けた穴１６に挿入されている。この端子１７は、図示しないコントロールユニットの端子と結合される。

ヨーク３の有底部には、可動部４Ａを受容するプランジャ受容部１８が開けられており、さらにプランジャ受容部１８の径より大径でそこにストッパ１９及びノズル部材７を受容するノズル受容部２０がヨーク３先端まで貫設されている。

可動部４Ａは、磁性材料製プランジャ４と、一端がプランジャ４に一体的に形成されたロッド５と該ロッド５の先端部に接合されたボール６とより成るが、ロッド５のプランジャ４側には燃料の通過を許す空洞部５Ａが設けてある。この空洞部５Ａには燃料の流出口５Ｂが設けてある。また、可動部４Ａは、プランジャ４の外周がシールリング１２に当接することでその軸方向の動きを案内されるとともに、ボール６が接合されたロッド５の端部近傍を、ノズル部材７の中空部の内壁２１に挿入されている本発明に係る積層構造の燃料旋回素子２２の内周面２３で、ガイドされている。ノズル部材７には、ボール６が接合されたロッド５の端部近傍をガイドする積層構造の燃料旋回素子２２につづいて、ボール６を着座するシート面９が形成されており、シート面９の下流の中央部には燃料の通過を許す燃料噴射孔８が設けられている。

なお、燃料噴射孔８は、直径ｄｏよりなり、ノズル部材７のシート面９は、シート角度θより構成されている。

また、可動部４Ａのストローク（軸上方への移動量）は、ロッド５の首部の受け面５Ｃとストッパ１９間の空隙の寸法で決定される。なお、２４はフィルターで燃料中や配管中のゴミや異物がバルブシート側への侵入を防ぐために設けられている。

戻って、本発明に係る積層構造の燃料旋回素子２２の構成について、説明する。図２（ａ）は、積層構造の燃料旋回素子２２の平面図を、図２（ｂ）は、その縦断面図を、図２（ｃ）は、燃料旋回素子２２の燃料通路を構成する上部プレート２２Ｂを、図２（ｄ）は、燃料の通過を許す中間プレート２２Ｃを、図２（ｅ）は、燃料旋回通路を構成する下部プレート２２Ｄの形状をそれぞれ示している。

また、図３（ｂ）には、下部旋回通路の他の構成例として下部プレート２２Ｄ’を示している。

積層構造の燃料旋回素子２２は、図２（ｂ）に示されるように、筒状部２２Ａとプレート２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの４ピースより構成される。筒状部２２Ａは可動部４Ａの案内孔２３を有する。また、プレート２２Ｂは図２（ｃ）に示すように、軸心よりオフセットＬｓされる径方向燃料通路２５と切欠き部２６が各々１対設けられており、さらにこの径方向燃料通路２５と連通する穴２７が中央部に設けられている。また、プレート２２Ｄにはオフセットされない径方向燃料通路２８と、この径方向燃料通路２８と連通する穴２９が中央部に設けられている。

このとき、プレート２２Ｄの径方向燃料通路２８は、プレート２２Ｂの径方向燃料通路２５のオフセット量Ｌｓよりも小さなオフセット量（０以上）を有していても良い。例えば、図３（ｂ）に示すような下部プレート２２Ｄを用いると、燃料旋回通路２８’は、図２（ｃ）の燃料通路２５のオフセット量Ｌｓよりも小さいオフセット量Ｌｓ’を有している。すなわち、燃料が径方向燃料通路２８を通る際に、この通路２８から与えられる旋回力が、径方向燃料通路２５を通る際に与えられる旋回力よりも小さい範囲で、所望の噴霧が得られるように、径方向燃料通路２８のオフセット量を設定すればよい。

さらに、中間プレート２２Ｃには切欠き部３０と中央部に穴３１が各々設けられている。なお、プレート２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄに設けられる穴２７、２９、３１は筒状部２２Ａの案内孔２３の直径と同径かもしくは多少大きい径となるように形成されている。さらに、これらのプレート２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄは非常に薄い板状の部材を円盤状に打ち抜いて製作されたもので、各々の穴や切欠き部も同工程で成型される。このように、プレート２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄはプレス型成型によるので形状の設計自由度が高い。例えば、径方向通路を複数個設けること、非常に細い通路を設けること、曲線となるような複雑な通路を設けること、など切削加工では得られない複雑で様々な形状を高精度でしかも安価で製作できる。

筒状部２２Ａとプレート２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの４ピースは、図２（ｂ）に示されるような順番で積層された後圧着固定される。この積層構造の燃料旋回素子２２をノズル７の中空部の内壁２１に挿入固定すると、燃料旋回素子２２の外周壁とノズル７の中空部の内壁２１との間で燃料の軸方向通路３２が形成される。また、可動部４Ａの挿入によってボール６の外周部に燃料旋回室３３が形成される。すなわち、弁上方より導入される燃料通路が構成され、軸方向通路３２を通過した燃料はプレート２２Ｂの径方向燃料通路２５にて軸中心より偏心導入される。いわゆる、燃料に旋回が付与される。ここに、付与される旋回強度（スワール数Ｓ）は次式で求められる。

Ｓ＝（角運動量）／（（噴射軸方向の運動量）×（燃料噴射孔の半径））
＝（２・ｄ₀・Ｌｓ）／（ｎ・ｄｓ²・cosθ／２）
ここに、
ｄ₀：燃料噴射孔径
Ｌｓ：径方向燃料通路の偏心量（図２参照）
ｎ ：径方向燃料通路の数
θ ：弁座の角度
ｄｓ：流れ学的等価直径で径方向燃料通路の幅Ｗと高さＨを用い表
される。このとき、
ｄｓ＝（２・Ｗ・Ｈ）／（Ｗ＋Ｈ）
である。このスワール数Ｓを大きくすると、燃料の微粒化が促進され慣性力が弱められた広がり角度の大きい噴霧が形成される。

上式からも分かるように、旋回力を左右するパラメータには、オフセット量Ｌｓの他に、通路の数ｎと水力直径ｄｓがある。従って、旋回力を変えるために、本実施例のようにオフセット量Ｌｓを操作するかわりに、ｎやｄｓを操作しても良いが、この場合には圧力損失に差が生じるので、各溝に流れる燃料の流量配分が異なってしまう。従って、この点に留意した設計が必要となる。その点では、オフセット量Ｌｓはその影響が小さく、操作しやすい。しかし、前記の点に十分留意して設計すれば、多段に配置した径方向燃料通路についてｎやｄｓを変えても良い。

以上のように構成された、本噴射弁１の動作を説明する。

噴射弁１は、電磁コイル１４に与えられる電気的なＯＮ−ＯＦＦ信号により、可動部４Ａを軸方向に上下動させてバルブシート９の開閉を行い、それによって燃料の噴射制御を行う。電気信号がコイル１４に与えられると、コア２、ヨーク３、プランジャ４で磁気回路が形成され、プランジャ４がコア２側に吸引される。プランジャ４が移動すると、これと一体になっているボール６も移動してノズル部材７の弁座のシート面９から離れ燃料噴射孔８を開放する。燃料は、図９に示す燃料ポンプ８０、７１や燃料圧力を調整するレギュレータ７９を介して加圧調整され、フィルター２４から燃料噴射弁１の内部に流入し、コア２の内部通路、プランジャ４の外周部及びプランジャ４内に設けた燃料の通過を許す空洞部５Ａから燃料の流出口５Ｂを経て下流に至り、ストッパ１９とロッド５の隙間、燃料旋回素子２２の径方向燃料通路２５、切欠き部２６を通ってシート部へ旋回供給され、開弁時に燃料噴射孔８から噴射される。

噴射された噴霧は、詳細は後述するが（図７参照）、慣性力の弱い広がり角度の大きい噴霧と慣性力の強い広がり角度の小さい噴霧が混在する、いわゆる複合噴霧（比較的中実構造の噴霧）となる。すなわち、慣性力の弱い広がり角度の大きい噴霧は、シート面９より遠ざけて配置されるプレート２２Ｂより生成されるもので、径方向燃料通路２５により燃料に付与される旋回力によって微粒化が促進されたものである。また一方、慣性力の強い広がり角度の小さい噴霧は、シート面９に近い側に配置されるプレート２２Ｄにより生成されるもので燃料に付与される旋回力は前者に比べて弱く、速度の大きい噴霧流として軸心付近に生成される。

プレート２２Ｄの径方向燃料通路２８はオフセット量がゼロ（０）であるが、プレート２２Ｂの径方向燃料通路２５からの強い旋回流に押し出される際に、旋回力を付与されて弱い旋回流となる。

径方向燃料通路２８からの、弱い旋回力を与えられた噴霧流は、周辺空気を誘引すると共に、径方向燃料通路２５から強い旋回力を与えられて微粒化された微小液滴を誘引する。その結果として、比較的中実構造となる噴霧が生成される。

図３（ａ）は、本発明のプレート２２Ｂに係る他の実施例を示すもので、燃料の径方向通路２５の変形例である。すなわち、プレート３４Ｂには、切欠き部に変わる突起状の半円部３５が形成されており、この突起状の半円部３５に燃料の径方向通路３６の一端を構成したものである。この径方向通路３６に連通して中央部に穴３７が設けてある。本実施例においても燃料に十分な旋回力が付与されて、燃料の微粒化が促進され速度が小さく慣性力の弱い噴霧が生成される。

図４は、本発明の積層構造の燃料旋回素子２２に係る他の実施例を示すもので、２ピース構造の燃料旋回素子３８としたものである。図４（ａ）は燃料旋回素子３８の縦断面図を示しており、図４（ｂ）は燃料の径方向通路を示すＭ方向視図及び図４（ｃ）はＮ方向視図である。

すなわち、燃料旋回素子３８は、図４（ａ）に示されるＹ部で分離されるが、この部位で接合固定されており、筒状部３８Ａには、可動部４Ａをガイドする案内孔３９が設けられている。また、他方の筒状部３８Ｂの一端面には、軸心よりオフセットされる燃料の径方向通路４０（図４（ｂ）のＭ方向視図参照）が、他方面には、オフセットされていない燃料の径方向通路４１（図４（ｃ）のＮ方向視図参照）がそれぞれ設けられている。また、中央部には各々の燃料の径方向通路４０、４１に連通する穴４２が設けられている。この穴４２は筒状部３８Ａに設けられる案内孔３９の直径と同径かもしくは多少大きい径で形成されている。

また、筒状部３８Ａ及び他方の筒状部３８Ｂには、図４（ｂ）（ｃ）に示されるようにＤカット面４３、４４が設けられており、ノズル７の中央部の内壁２１に挿入固定された際に、Ｄカット面４３、４４とノズル７の中央部の内壁２１との間で燃料の径方向通路が形成される。この実施例の筒状部３８Ｂは、第一実施例と同様に型成型で製作されるので、燃料の径方向通路４０、４１の設計自由度は比較的高く、高精度な製作も可能であり第一実施例と同様な作用、効果が得られることは言うまでもない。

図５ないし図６は、本発明に係る可動弁をニードル弁とした場合の他の実施例を示すもので、図５はニードル弁５０周りの要部縦断面図を示しており、図６は積層構造の燃料旋回素子５１の断面図を示している。図において第一実施例と同符号は同一部品を示す。図６において、積層構造の燃料旋回素子５１は、筒状部５１Ａとプレート５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄの４ピースより成りその構成は第一実施例と同様である。筒状部５１Ａはニードル弁よりなるニードル弁５０の案内孔５２を有する。また、プレート５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄの燃料通路の構成は第一実施例と同様であるが、相異なるのは、燃料通路と連通する穴５３が筒状部５１Ａの案内孔５２の直径より多少大きい径となるように形成されている点である。

図５に戻るが、筒状部５１Ａとプレート５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄの４ピースは、第一実施例と同様な順番で積層された後ノズル７の中空部の内壁２１に挿入固定されるが、その際、燃料旋回素子５１の外周壁とノズル７の中空部の内壁２１との間で燃料の軸方向通路５４が形成される。また、ニードル弁５０の挿入によってニードルの先端外周部付近に燃料旋回室５５が形成される。すなわち、弁上方より導入される燃料通路が構成され、軸方向通路５４を通過した燃料はプレート５１Ｂの偏心導入されて燃料に旋回が付与され、慣性力の弱い広がり角度の大きい噴霧となる。また、シート面９に近い側に配置されるプレート５１Ｄにより生成される慣性力の強い広がり角度の小さい噴霧は、比較的速度の大きい噴霧流として軸心付近に生成される。その結果として、比較的中実構造となる噴霧が生
成される。

図７に本発明の実施例によって得られる噴霧を、ストロボ撮影による写真から模式的に描いて示している。図７（ａ）は液滴の挙動を、図７（ｂ）は噴霧内外の空気の流動状況を示している。これまでの説明で明らかなように、燃料はノズル部材７の燃料噴射孔８に至るまでに、軸方向の上方よりの強い旋回流れと、下方よりの弱い旋回流れに分離される。その結果、噴霧の外周部には慣性力の弱く速度の小さい小径液滴が生成され、噴霧の中心部には慣性力の強く速度の大きい比較的小さい（外周部の液滴よりも大きな）液滴が生成される。噴霧の外周部の小径液滴は周囲気流の影響を受けやすく、図に示すように、噴霧中心に向かう空気流に誘引されるものと、下流側で外側に排出されるものとに別れる。一方、噴霧の中心部の速度が大きく比較的小さい液滴は空気流に同伴する周辺の小径液滴を誘引する。その結果、液滴の分散が促進され比較的中実構造の噴霧が生成される。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に戻るが、本発明によって得られる燃料噴射弁１の中心軸断面の噴霧構造は、Ｄ１方向、Ｄ２方向、Ｄ３方向の３方向に強い噴霧流を有している。すなわち、この３方向に強い噴霧流は、中心下方の噴霧流れ、軸の左方向に延びる噴霧流と、右方向に延びる噴霧流とで形成される。

中心下方に向かう噴霧流はＤ１方向の噴霧流を、左方向に向かう噴霧流はＤ２方向の噴霧流を、右方向に向かう噴霧流はＤ３方向の噴霧流を、それぞれ示している。Ｄ１方向の噴霧流は、慣性力が強く速度の大きい比較的小径の液滴群で構成され、Ｄ２方向の噴霧流とＤ３方向の噴霧流は、慣性力が弱く速度も小さい小径の液滴群で構成される。このために、Ｄ２、Ｄ３方向の噴霧流の、外周部の小径の液滴は気流の影響を受けやすく、Ｄ１方向に誘引される。

また、空気流は、速度の大きいＤ１方向に向かう流れと、速度の小さいＤ２、Ｄ３方向の外周部で巻上がる方向に流れる。

このような流動によって、得られる噴霧は比較的中実構造となる。

図８および図９は、燃焼室に直接燃料を噴射可能な本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射弁を内燃機関に用いた様子を示したものである。

図８において、４気筒４サイクルのガソリンエンジン６０は、ベルト７２を介して高圧燃料ポンプ７１に直結されている。この高圧燃料ポンプ７１は、カム駆動により燃料を加圧するもので、例えば、ピストンを動かして液圧縮を行い高圧燃料を得るものであり、吐出口７１ａおよび吸込口７１ｂを有している。吐出口７１ａとエンジンのフューエルギャラリー７５は高圧配管７３で結合されており、その高圧配管７３の途中にはアキュームレータ７４が設けられている。フューエルギャラリー７５には、本発明に係る燃料噴射弁１が配列固定されている。

燃料噴射弁１への供給圧力を一定に保つための高圧レギュレータ７７がフューエルギャラリー７５の下流側に設けられており、余剰燃料はこのフューエルギャラリー７７から低圧配管７８を経て低圧レギュレータ７９へと導かれ、次いで低圧レギュレータ７９に接続された戻り配管８４を通って、燃料タンク８１に戻される。燃料タンク８１内には低圧燃料ポンプ８０が設けられており、高圧燃料ポンプ７１の吸込側と、フィルター８２および低圧配管８３を介して連結されている。低圧燃料ポンプ８０から高圧燃料ポンプ７１へ供給される燃料中の余剰分は、低圧配管８３途中に設けた分岐管を通って低圧レギュレータ７９へと導かれ戻り配管８４を経て燃料タンク８１に戻される。

燃料噴射弁１は気筒数に応じて複数個設けられており、この燃料噴射弁１を制御するドライバー回路８５は、エンジンの制御ユニット８６と接続されており、エンジンの制御ユニット８６からの各種指令に応じて各筒内燃料噴射装置１への燃料の供給量等を制御する。エンジン６０の動作を、運転情報である吸入空気量や、空気温度、エンジン水温、回転数などに基づいて制御ユニット８６が制御する。

次に、このように構成した内燃機関６０の詳細を図９を用いて説明する。

シリンダ６８内に往復動可能に設けられたピストン６９は、図示しないエンジンシャフトの回転に応じてシリンダ６８内を上下動する。シリンダ６８の上部には、シリンダヘッド６３が取り付けられており、シリンダ６８と共に密閉空間を形成する。シリンダヘッド６３には、スロットルバルブを内蔵した吸入空気量制御装置６１を介して外部空気をシリンダ内に導く吸気マニホールド６２と、シリンダ６８内で燃焼した燃焼ガスを排気装置へ導く吐出マニホールドとが形成されている。

シリンダヘッド６３の吸気マニホールド６２側には吸気弁６４が、中央部には点火装置６５が、そして吸気弁６４と反対側には排気弁６６がそれぞれ設けられている。吸気弁６４および排気弁６６は燃焼室６７内に延在して設けられている。ここで、本発明に係る燃料噴射弁１は、シリンダヘッド６３の吸気マニホールド６２結合部付近に取り付けられており、燃料の噴射方向が燃焼室６７内でやや下向き方向となるように設定されている。その取り付け角度θｐは３０°〜４０°程度である。６９はピストンを示しており、６９Ａはピストン６９に設けられたキャビティである。図中の白抜きの矢印は吸気流れを示しており、ハッチングの矢印は排気ガスの流れをそれぞれ示している。

内燃機関６０の燃料は、吸気のタイミングに合わせて燃料噴射弁１により直接燃焼室６７内へ噴射される。噴射信号は、制御ユニット８６がエンジンの運転状況に応じて行うが、噴射により噴霧化した燃料は、燃焼室６７において吸気マニホールド６２を経て導かれた空気との混合を促進するが、この際、噴霧中心付近の速度の大きい噴霧は、キャビティ６９Ａによって流れ方向を規制される。すなわち、図中に示す黒塗りの矢印のように、その流れ方向が点火装置６５に向かうようになる。また一方、噴霧外周部の速度の小さい小径液滴は、燃焼室６７内に分散され、空気との混合が促進される。しかる後の混合気は、圧縮行程中に圧縮され、点火装置６５にて安定して着火され、未然ガスの排出量が抑制された安定した燃焼が実現される。

以上説明したように、燃料噴射孔に対して遠い側で燃料に強い旋回流を付与し、一方近い側で燃料に弱い旋回流を付与する積層構造の燃料旋回素子によって、噴霧中心付近に生成される速度の大きい噴霧が噴霧外周部に生成される小径液滴を誘引して分散性に優れた噴霧を形成する。このような噴霧を内燃機関の燃焼室に直接供給すると、機関の点火性を良好とし、あわせて燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減できる。また、積層構造の燃料旋回素子は、プレートの打ち抜き加工によって得られるので製作精度が高く、その製造コストも安価になるという効果がある。

上述の実施例では、電磁式燃料噴射弁を対象としているが、弁体の駆動手段は電磁式に限定されるものではなく、例えば圧電素子を用いて弁体を駆動するものであってもよい。

本発明の一実施例である電磁式燃料噴射弁の断面図である。 積層構造の燃料旋回素子の構造を説明する図である。 燃料旋回素子の燃料通路の他の実施例を示す図である。 燃料旋回素子の他の実施例を示す図である。 可動弁に係る他の実施例を示す図である。 可動弁に係る他の実施例の燃料旋回素子を示す図である。 噴霧構造を模式的に示した図である。 内燃機関の構成図である。 筒内噴射式エンジンの要部拡大図である。

符号の説明

１…電磁式燃料噴射弁、４Ａ…可動部、６…ボール弁、８…燃料噴射孔、２２…積層構造の燃料旋回素子、２２Ａ…筒状部、２２Ｂ…プレート（偏心する径方向燃料通路）、２２Ｄ…プレート（径方向燃料通路）、２３…案内孔、３２…軸方向燃料通路、３３…燃料旋回室、６３…筒内直接噴射ガソリンエンジン、６９Ａ…ピストンキャビティ。

Claims (3)

1. 噴射孔と、弁体と、前記弁体をその軸方向に駆動する駆動手段とを備え、前記弁体を駆動することにより前記噴射孔を開閉して燃料噴射を行う燃料噴射弁において、
   軸心よりオフセットした径方向の燃料通路を上流側端面から下流側端面まで貫通させて形成した第１の部材と、
   外周面から内周側に切り欠いて形成した軸方向の燃料通路を上流側端面から下流側端面まで貫通させた第２の部材と、を備え、
   前記第１の部材と前記第２の部材とを、前記噴射孔の上流側に前記噴射孔側から前記第１の部材、前記第２の部材の順に前記軸方向に積層して配置したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、径方向の燃料通路を前記軸方向に２つ有し、上流側に位置する径方向の燃料通路が下流側に位置する径方向の燃料通路に対して軸心より大きくオフセットしていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、前記噴射孔の中央部下方において先行する噴霧と、この噴霧の周辺において、この噴霧に続く中空放射状の噴霧を形成して、前記噴射孔からの噴霧を中実噴霧状としたことを特徴とする燃料噴射弁。

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