JP2010065541A - 内燃機関の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴霧の微粒化を促進すると共に粒径の偏差が少ない内燃機関の燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの噴孔４が形成された計量プレート２を具備し、計量プレート２の内壁面６に沿って流れた燃料が計量プレート２の内壁面６に形成された噴孔入口から噴孔４内に流入し噴孔４内を通って計量プレート２の外壁面１３に形成された噴孔出口から噴射される内燃機関の燃料噴射弁において、計量プレート２の内壁面６に沿った燃料流れ方向に対して上流側の噴孔内壁面１１部分に噴孔入口縁部１２から噴孔出口縁部１４に亘る凹部１１ａを形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射弁に関する。

複数の噴孔が形成された計量プレートを具備し、計量プレートの内壁面に沿って流れた燃料が噴孔内に流入し噴孔内を通って外部に噴射される内燃機関の燃料噴射弁において、噴孔を計量プレートの板面に垂直に形成すると共に、噴孔の内壁面に、噴孔の軸線を挟んで燃料噴射方向と反対側で噴孔の出口に向かって広がる抉り部を形成し、燃料噴霧の微粒化を促進するようにした内燃機関の燃料噴射弁が公知である（特許文献１参照）。

特開２００６−１０５００３号公報

しかし、この燃料噴射弁によれば、燃料噴霧の微粒化を促進するための噴孔内壁面形状に改良の余地がある。更に、計量プレートの内壁面に沿った燃料流れ方向に２つ以上の噴孔を形成した場合等、噴孔が形成された計量プレートの内壁面における位置によって噴孔内に流入する燃料の流速に差異があり、その結果、燃料噴霧の粒径にばらつきが生じてしまうという問題がある。

そこで本発明は、燃料噴霧の微粒化を促進すると共に粒径の偏差が少ない内燃機関の燃料噴射弁を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために請求項１に記載の発明によれば、少なくとも１つの噴孔が形成された計量プレートを具備し、計量プレートの内壁面に沿って流れた燃料が計量プレートの内壁面に形成された噴孔入口から噴孔内に流入し噴孔内を通って計量プレートの外壁面に形成された噴孔出口から噴射される内燃機関の燃料噴射弁において、計量プレートの内壁面に沿った前記燃料流れ方向に対して上流側の噴孔内壁面部分に噴孔入口縁部から噴孔出口縁部に亘る凹部を形成した内燃機関の燃料噴射弁が提供される。

即ち、請求項１に記載の発明では、燃料噴射時、燃料は噴孔入口縁部で剥離しつつ噴孔内に流入し、それによって凹部に負圧が発生する。この負圧によって燃料噴射弁外部に存在する気体の一部が凹部に流入し、凹部内で剥離渦を形成する。ここで、噴孔内壁面の形状を凹部としたことによって、流入した気体がその凹部の形状に沿って流れるため抵抗が少なく、より強い剥離渦が形成される。この剥離渦によって噴孔内で流路が狭められた燃料は外部への噴射時に薄い液膜を形成し、燃料噴霧の微粒化が促進される。

また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、計量プレートの内壁面に沿った前記燃料流れ方向に少なくとも２つの噴孔を形成し、下流側の噴孔に形成される前記凹部の最大曲率半径を上流側の噴孔に形成される前記凹部の最大曲率半径よりも小さく設定した内燃機関の燃料噴射弁が提供される。

即ち、請求項２に記載の発明では、計量プレートの内壁面に沿った燃料流れ方向に少なくとも２つの噴孔を形成した場合、上流側に形成された噴孔内に流入する燃料の流速よりも下流側に形成された噴孔内に流入する流速の方が遅くなる。従って、下流側の噴孔に形成される凹部の最大曲率半径を上流側の噴孔に形成される凹部の最大曲率半径よりも小さく設定することによって、下流側の噴孔に形成される剥離渦を相対的に強くすると共に上流側の噴孔に形成される剥離渦を相対的に弱くしている。その結果、形成される剥離渦の強さは、上流側の噴孔と下流側の噴孔とで略等しくなり、燃料噴霧の粒径の偏差を少なくすることができるという効果を奏する。

また、請求項３に記載の発明によれば請求項１又は２に記載の発明において、前記凹部壁面に噴孔入口及び噴孔出口間で所定間隔毎に複数の突起部を形成すると共に計量プレートの内壁面に沿った前記燃料流れ方向に少なくとも２つの噴孔を形成し、下流側の噴孔に形成される突起部の間隔を上流側の噴孔に形成される突起部の間隔よりも小さく設定した内燃機関の燃料噴射弁が提供される。

即ち、請求項３に記載の発明では、計量プレートの内壁面に沿った燃料流れ方向に少なくとも２つの噴孔を形成した場合、上述のように、上流側に形成された噴孔内に流入する燃料の流速よりも下流側に形成された噴孔内に流入する流速の方が遅くなる。従って、下流側の噴孔に形成される突起部の間隔を上流側の噴孔に形成される突起部の間隔よりも小さく設定することによって、後述するディンプルの効果により、形成される剥離渦の強さは、上流側の噴孔と下流側の噴孔とで略等しくなる。その結果、燃料噴霧の粒径の偏差を少なくすることができるという効果を奏する。

また、請求項４に記載の発明によれば請求項１から３のいずれか１つに記載の発明において、計量プレートの内壁面に沿った前記燃料流れ方向に対して上流側の噴孔入口縁部近傍の計量プレートの内壁面部分に剥離突起部を形成し、該剥離突起部の計量プレートの内壁面に垂直な断面が計量プレートの内壁面に沿った前記燃料流れ方向に対して下流側ほど大きい形状である内燃機関の燃料噴射弁が提供される。

即ち、請求項４に記載の発明では、計量プレートの内壁面に沿った燃料流れ方向に対して上流側の噴孔の噴孔入口縁部近傍の計量プレートの内壁面部分に、例えば楔形のような剥離突起部を形成することによって、噴孔内に流入する燃料流れの剥離を促進するという効果を奏する。

また、請求項５に記載の発明によれば、少なくとも１つの噴孔が形成された計量プレートを具備し、計量プレートの内壁面に沿って計量プレートの周辺部から内向きに流れた燃料が、計量プレートの内壁面に形成された噴孔入口から噴孔内に流入し噴孔内を通って計量プレートの外壁面に形成された噴孔出口から噴射される内燃機関の燃料噴射弁において、計量プレートの半径方向外側の噴孔内壁面部分に噴孔入口縁部から噴孔出口縁部に亘る凹部を形成した内燃機関の燃料噴射弁が提供される。

即ち、請求項５に記載の発明では、燃料噴射時、燃料は噴孔入口縁部で剥離しつつ噴孔内に流入し、それによって凹部に負圧が発生する。この負圧によって燃料噴射弁外部に存在する気体の一部が凹部に流入し、凹部内で剥離渦を形成する。ここで、噴孔内壁面の形状を凹部としたことによって、流入した気体がその凹部の形状に沿って流れるため抵抗が少なく、より強い剥離渦が形成される。この剥離渦によって噴孔内で流路が狭められた燃料は外部への噴射時に薄い液膜を形成し、燃料噴霧の微粒化が促進される。

また、請求項６に記載の発明によれば請求項５に記載の発明において、計量プレートに少なくとも２つの噴孔を形成し、計量プレートの半径方向内側に位置する方の噴孔に形成される前記凹部の最大曲率半径を計量プレートの半径方向外側に位置する方の噴孔に形成される前記凹部の最大曲率半径よりも小さく設定した内燃機関の燃料噴射弁が提供される。

即ち、請求項６に記載の発明では、計量プレートの内壁面に沿って計量プレートの周辺部から内向きに燃料が流れるため、計量プレートの半径方向外側に形成された噴孔内に流入する燃料の流速よりも半径方向内側に形成された噴孔内に流入する流速の方が遅くなる。従って、計量プレートの半径方向内側に位置する方の噴孔に形成される凹部の最大曲率半径を半径方向外側に位置する方の噴孔に形成される凹部の最大曲率半径よりも小さく設定することによって、半径方向内側に位置する方の噴孔に形成される剥離渦を相対的に強くすると共に半径方向外側に位置する方の噴孔に形成される剥離渦を相対的に弱くしている。その結果、形成される剥離渦の強さは、半径方向外側に位置する方の噴孔と半径方向内側に位置する方の噴孔とで略等しくなり、燃料噴霧の粒径の偏差を少なくすることができるという効果を奏する。

また、請求項７に記載の発明によれば請求項５又は６に記載の発明において、前記凹部壁面に噴孔入口及び噴孔出口間で所定間隔毎に複数の突起部を形成すると共に計量プレートに少なくとも２つの噴孔を形成し、計量プレートの半径方向内側に位置する方の噴孔に形成される突起部の間隔を計量プレートの半径方向外側に位置する方の噴孔に形成される突起部の間隔よりも小さく設定した内燃機関の燃料噴射弁が提供される。

即ち、請求項７に記載の発明では、計量プレートの内壁面に沿って計量プレートの周辺部から内向きに燃料が流れるため、上述のように、計量プレートの半径方向外側に形成された噴孔内に流入する燃料の流速よりも半径方向内側に形成された噴孔内に流入する流速の方が遅くなる。従って、計量プレートの半径方向内側に位置する方の噴孔に形成される突起部の間隔を半径方向外側に位置する方の噴孔に形成される突起部の間隔よりも小さく設定することによって、後述するディンプルの効果により、形成される剥離渦の強さは、半径方向外側に位置する方の噴孔と半径方向内側に位置する方の噴孔とで略等しくなる。その結果、燃料噴霧の粒径の偏差を少なくすることができるという効果を奏する。

また、請求項８に記載の発明によれば請求項５から７のいずれか１つに記載の発明において、計量プレートの半径方向に対して外側の方の噴孔入口縁部近傍の計量プレートの内壁面部分に剥離突起部を形成し、該剥離突起部の計量プレートの内壁面に垂直な断面が計量プレートの半径方向に対して内側の方ほど大きい形状である内燃機関の燃料噴射弁が提供される。

即ち、請求項８に記載の発明では、計量プレートの半径方向に対して外側の方の噴孔入口縁部近傍の計量プレートの内壁面部分に、例えば楔形のような剥離突起部を形成することによって、噴孔内に流入する燃料流れの剥離を促進するという効果を奏する。

各請求項に記載の発明によれば、燃料噴霧の微粒化を促進することが可能となるという共通の効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、燃料噴射弁の先端部の構造を示している。本実施形態の燃料噴射弁は、主に、燃焼室内に燃料を直接噴射するタイプの内燃機関に利用されるものであるが、以下説明する本実施形態の燃料噴射弁の作用・効果を必要とするのであれば、燃焼室内に燃料を直接噴射しないタイプ（例えば、吸気ポートに燃料を噴射するタイプ）の内燃機関においても利用可能である。各図において、同じ番号の参照符号は同じ対象を指し示す。

図１〜図３を参照すると、１はニードル弁、２は計量プレート、３はノズル本体をそれぞれ示す。計量プレート２は円形の略平坦な部材であり、燃料を噴射するための複数の噴孔（図２に示したように、本実施形態では、８つの噴孔）４を有する。これら噴孔４は、図２に示したように、燃料噴射弁の長手軸線Ｚから比較的遠い、半径方向外側に位置する４つの外側噴孔と、燃料噴射弁の長手軸線Ｚから比較的近い、半径方向内側に位置する４つの内側噴孔とから形成されている。しかし、本発明はその他の噴孔の数及び配置を有する計量プレートにも適用可能である。

ニードル弁１は、公知の手段によって燃料噴射弁内（詳細には、ノズル本体３内）で図１の軸線Ｚに沿って往復動せしめられる。ニードル弁１の先端壁面５は平坦であり、また、計量プレート２の内壁面６も平坦である。ニードル弁１の外周壁面７の下部とノズル本体３の内周壁面８とが当接可能となっており、ニードル弁１の外周壁面７の下部がノズル本体３の内周壁面８に当接したときには、ニードル弁１の外周壁面７の下部によって噴孔４が閉塞され、この場合、噴孔４から燃料は噴射されない。一方、ニードル弁１の外周壁面７の下部がノズル本体３の内周壁面８から離されたときには、ニードル弁１周りの空間（即ち、ニードル弁１の外周壁面７とノズル本体３の内周壁面８との間に形成された空間）９内に溜まっている高圧の燃料がニードル弁１の先端壁面５の周囲からニードル弁１の先端壁面５と計量プレート２の内壁面６との間に形成された空間１０（以下、「ボトム空間」と称す）に流入し、この燃料が噴孔４に流入し、最終的には、噴孔４から噴射される。

図２に示す４つの噴孔４の中心を通るＸ軸における断面図である図３に示したように、燃料噴射時、ボトム空間１０内に流入した燃料は、薄い膜状の形で計量プレート２の平坦な内壁面６に沿って流れる（図中の矢印は燃料の流れを示している）。即ち、これは計量プレート２の内壁面６の周辺部から内向きに燃料が流れることになる。そして、このように計量プレート２の平坦な内壁面６に沿って流れる燃料が噴孔４に到達すると、燃料は噴孔４の入口のところの縁部（計量プレート２の内壁面６と噴孔４を画成する円筒形の内壁面１１とにより画成される円形の縁部のうち、特に、軸線Ｚから遠く且つニードル弁１の先端壁面５の周囲に近い側の縁部であり、以下「噴孔入口縁部」と称す）１２のところで、計量プレート２の内壁面６から剥離しつつ噴孔４内に流入する。言い換えると、燃料は、計量プレート２の内壁面６に沿った方向から噴孔４に流入する。このように燃料が計量プレート２の内壁面６から剥離しつつ噴孔４内に流入すると、噴孔４から噴射される燃料の微粒化が促進されることになる。

また、本実施形態では、噴孔４は、軸線Ｚから半径方向へ離れるように該軸線Ｚに対して斜めに、計量プレート２の内壁面６から計量プレート２の外壁面１３まで延びる。即ち、噴孔４の中心軸線は軸線Ｚ上の一点から放射方向へと延び、計量プレート２の内壁面６に沿った方向と噴孔４が延びる方向（計量プレート２の内壁面６から計量プレート２の外壁面１３に向かって噴孔４が延びる方向）との間に形成される角度が鋭角となっている。言い換えると、噴孔４は、その周りにおける計量プレート２の内壁面６に沿った方向から鋭角に方向を転換して燃料が流入するように、計量プレート２の内壁面６から計量プレート２の外壁面１３まで延びる。噴孔４がこのような方向へ延びているので、燃料が噴孔４に到達して該噴孔４に流入するときに、上記噴孔４を画成する内壁面１１の噴孔入口縁部１２からの燃料の剥離が促進される。これにより、噴射燃料の微粒化がさらに促進される。

更に、本実施形態では、内壁面１１のうち燃料が流入する側の一部分を抉り、噴孔入口縁部１２からそれに対応する噴孔４の出口のところの縁部（計量プレート２の外壁面１３と噴孔４を画成する円筒形の内壁面１１とにより画成される円形の縁部のうち、特に、軸線Ｚから遠い側の縁部であり、以下「噴孔出口縁部」と称す）１４に亘る湾曲した凹部１１ａが形成されている。即ち、凹部１１ａを形成する前の円筒形の内壁面１１を破線で表すと、抉られた凹部１１ａを形成することによって、噴孔４の入口の面積と出口の面積は等しいまま、噴孔４内の空間がより広くなる。この凹部１１ａの湾曲形状は、図３に示すような噴孔４の中心軸線を通る断面において、最大の曲率半径を示している。

次に、図４を参照しながら、燃料噴射時の噴孔４内の燃料とエアの流れについて説明する。図４に示す２つの噴孔４について、便宜上、計量プレート２の内壁面６の周辺部から内向きの燃料流れ方向に対して上流側を噴孔４ａと称し、下流側を噴孔４ｂと称す。なお、本実施形態では、燃料が計量プレート２の内壁面６に沿って周辺部から略中心に向かって流れるため、「計量プレート２の内壁面に沿った燃料流れ方向」は、「計量プレート２の半径方向」と同義であり、計量プレート２の内壁面に沿った燃料流れ方向の「上流側／下流側」は、計量プレート２の半径方向の「外側／内側」とそれぞれ同義である。従って、以下の説明では、相対的な位置を説明する表現として、「計量プレート２の内壁面に沿った燃料流れ方向」及び「上流側／下流側」を用いる。

まず、噴孔４ａを例に説明すると、上述のように、計量プレート２の内壁面６に沿って流れた燃料は、燃料噴射時、噴孔入口縁部１２で剥離しつつ噴孔４ａ内に流入する。このとき、剥離によって噴孔４ａの内壁面１１のうち燃料が流入する側の部分、即ち凹部１１ａに負圧が発生する。この負圧によって、燃料噴射弁外部に存在するガスの一部が凹部１１ａに流入し、剥離渦Ａを形成する。ここで、噴孔４ａの内壁面１１の形状を凹部としたことによって、流入したガスがその凹部の形状に沿って流れるため、従来の円筒形の内壁面の場合に比べて抵抗が少なく空間が広いため、より強い剥離渦Ａが形成される。噴孔４ａ内に網掛けで示した領域Ｆは、噴孔４内に燃料が流入したときに燃料が占める領域である（以下、「燃料領域」と称す）。この剥離渦Ａによって噴孔内で流路が狭められた燃料は外部への噴射時に薄い液膜を形成し、燃料噴霧の微粒化が促進される。また、強い剥離渦Ａは燃料領域Ｆとの境界における剪断力が強く、燃料噴霧の微粒化が促進される。

図４に示す上述の断面図の下に、燃料噴射時における各噴孔４ａ，４ｂを矢印Ｄから見た図を示す。これと比較するため、従来の円筒形の内壁面を有する噴孔を用いた燃料噴射弁について図１１に同様に示している。矢印Ｄから見た各噴孔４ａ，４ｂの燃料領域Ｆの形状を比較すると、本発明による図４の燃料領域Ｆの形状の方が、従来の図１１の燃料領域Ｆの形状に比べてより細い三日月型となっていることが分かる。即ち、噴射された燃料はより薄い液膜を形成し、燃料噴霧の微粒化が促進されることとなる。

更に、図４を参照しながら、上流側の噴孔４ａと下流側の噴孔４ｂにおける燃料領域Ｆの形状を比較すると、上流側の噴孔４ａの燃料領域Ｆの形状の方が、下流側の噴孔４ｂの燃料領域Ｆの形状に比べてより細い三日月型となっていることが分かる。これは、上流側の噴孔４ａに流入する燃料の流速の方が、下流側の噴孔４ｂに流入する燃料の流速に比べて減衰がない分速いため、より強い剥離渦Ａが形成され、噴孔内で燃料の流路がより狭められているからである。従って、図１１に示す従来の燃料噴射弁に比べて燃料噴霧の微粒化は実現できるものの、上流側の噴孔４ａから噴射される燃料噴霧の粒径が、下流側の噴孔４ｂから噴射される燃料噴霧の粒径よりも小さく、噴孔毎に粒径にばらつきが生じている。

これに関し、上述の剥離渦強化のメカニズムによれば、凹部１１ａの最大曲率半径が小さいほど、即ち、凹部１１ａの曲率が大きいほど剥離渦Ａが形成されやすく、より強い剥離渦Ａが形成される。そこで、図５に示すように、上流側の噴孔４ａの凹部１１ａの最大曲率半径よりも下流側の噴孔４ｂの凹部１１ａの最大曲率半径の方が、小さくなるように設定する。即ち、上流側の噴孔４ａの内壁面１１よりも下流側の噴孔４ｂの内壁面１１をより深く抉り、噴孔内の空間をより広くする。最大曲率半径を調整することによって、流入する燃料の流速がより速いが最大曲率半径がより大きい噴孔４ａに形成される剥離渦Ａの強さと、流入する燃料の流速がより遅いが最大曲率半径がより小さい噴孔４ｂに形成される剥離渦Ａの強さとを略等しくすることが可能となる。その結果、燃料領域Ｆの形状、即ち液膜の形状を略等しくすることができ、燃料噴霧の微粒化を促進しつつ燃料噴霧の粒径の偏差を少なくすることが可能となる。

剥離渦Ａの強さを調整するために最適な各噴孔の最大曲率半径は、計量プレート２内における各噴孔の位置、即ち各噴孔内に流入する計量プレート２の内壁面６に沿って流れる燃料の流れ方向や流速に基づいて、予め実験又は計算によって決定される。

図６には、最大曲率半径を調整し燃料噴霧の粒径を調整する応用例を示す。上流側の噴孔４ａは、凹部を有さない従来の円筒形の内壁面を有する噴孔であり、下流側の噴孔４ｂは、凹部１１ａを有する本発明による噴孔である。このような構成とすることによって、上流側の噴孔４ａから噴射される燃料噴霧の粒径を、下流側の噴孔４ｂから噴射される燃料噴霧の粒径に比べて意図的に大きくしている。即ち、それにより、上流側の噴孔４ａからの噴射によって、高い噴射率（単位時間当たりの燃料噴射量）を得つつ、下流側の噴孔４ｂからの噴射によって、微粒化した燃料噴霧を得ることができる。従って、燃料噴射弁全体から噴射される燃料は、外側である上流側の噴孔４ａから噴射される貫徹力（ペネトレーション）の大きな粒径の大きい燃料噴霧と、内側である下流側の噴孔４ｂから噴射される貫徹力の小さな粒径の小さい燃料噴霧から構成される。

なお、図６に示す実施形態は、図５に示すような上流側の噴孔４ａの最大曲率半径を下流側の噴孔４ｂの最大曲率半径よりも大きくした実施形態の変形として、上流側の噴孔４ａの最大曲率半径を無限大に設定した実施形態であると考えることも可能である。

図７は、噴孔の中心が配置される図２に示した計量プレート２上のＸ軸と、その位置において噴射された燃料噴霧の粒径との関係を示す図である。図２に示すように、計量プレート２の中心がＸ軸の零となる。曲線Ｐｄ１は、図５に示すように最大曲率半径を調整し、剥離渦の強さを略等しくした場合を示す。曲線Ｐｄ２は、Ｘ軸最大と最小である両端において図６の上流側の噴孔４ａに示すように凹部１１ａの最大曲率半径を無限大とし、計量プレート２の中心に近い噴孔の凹部１１ａほど最大曲率半径を小さくした場合を示す。曲線Ｐｄ３は、Ｘ軸の位置によらず図１１に示すように従来の円筒形の内壁面を有する噴孔である場合を示している。曲線Ｐｄ１と曲線Ｐｄ３を比較すると、微粒化が著しく促進され、また計量プレート２内における位置による粒径の偏差も非常に少なくなっていることが分かる。また、曲線Ｐｄ２を参照すると、計量プレート２の中心ほど粒径が小さいため、外側より貫徹力が弱くなることが予想される。

なお、特許文献１では噴孔内壁面に抉り部を形成しているが、特許文献１の図４に示す燃料噴射弁の断面図から明らかなように、この噴孔内壁面は凹部ではなく凸形状であり、従って、本願発明の方が、より強い剥離渦を形成するのに最適な形状であることは明らかである。

図８に示す実施形態では、図３及び図４に示したように凹部１１ａの最大曲率半径が全ての噴孔４で等しい場合において、凹部１１ａ壁面に噴孔４の入口及び出口間で所定間隔毎に複数の直方体形状の突起部１５を形成している。この所定間隔は上流側の噴孔４ａの方が下流側の噴孔４ｂよりも大きく設定される。図９は、凹部１１ａ壁面を示しており、図９（Ａ）は上流側の噴孔４ａの凹部１１ａ壁面を、図９（Ｂ）は下流側の噴孔４ｂの凹部１１ａ壁面を、それぞれ平面上に伸ばして示している。図９において上側が噴孔の入口方向を示し、下側が噴孔の出口方向を示している。従って、図中の矢印は凹部１１ａ壁面に沿って流れる剥離渦Ａの旋回流の一部を示す。

図９において矢印で示される旋回流の部分は、流れに沿って所定間隔に配置された複数の突起部１５がディンプルの効果を奏することによって、その凹部１１ａ壁面における流れ抵抗が低減される。ここで、ディンプルの効果とは、流れにおいた表面に形成されたディンプルにより、その表面の流れ抵抗が低減される効果をいう。

上述のように、上流側の噴孔４ａに流入する燃料の流速の方が、下流側の噴孔４ｂに流入する燃料の流速に比べて減衰がない分速い。従って、凹部１１ａの最大曲率半径を同じにした場合、上流側の噴孔４ａに形成される剥離渦Ａの方が下流側の噴孔４ｂに形成される剥離渦Ａよりもその旋回流の速度が速くなる。そこで、下流側の噴孔４ｂに形成される突起部の間隔を上流側の噴孔４ａに形成される突起部の間隔よりも小さく設定することによって、下流側の噴孔４ｂに形成される剥離渦Ａの旋回流についてのディンプルの効果による流れ抵抗の低減の割合をより大きく設定する。その結果、上流側の噴孔４ａに形成される剥離渦Ａの旋回流の速度の方がより減衰し、下流側の噴孔４ｂに形成される剥離渦Ａとその強さが略等しくなる。それにより、燃料領域Ｆの形状、即ち液膜の形状を等しくすることができ、燃料噴霧の微粒化を促進しつつ燃料噴霧の粒径の偏差を少なくすることが可能となる。

本実施形態における上記突起部１５は、直方体形状であったが、その他の形状であってもよい。剥離渦Ａの強さを調整するために最適な突起部１５の上記間隔や高さ等は、計量プレート２内における各噴孔４の位置、即ち各噴孔４内に流入する計量プレート２の内壁面６に沿って流れる燃料の方向や流速に基づいて、予め実験又は計算によって決定される。

なお、本実施形態では、突起部を用いてディンプルの効果を得たが、突起部の代わりに凹部１１ａ壁面に複数の凹部を形成することによっても同様の効果を得ることができる。

図１０に示す実施形態では、図３及び図４に示した凹部１１ａの最大曲率半径が全ての噴孔４で等しい場合において、計量プレート２の内壁面６に沿った燃料流れ方向に対して上流側の噴孔入口縁部１２近傍の計量プレート２の内壁面６部分に、剥離突起部１６を形成している。本実施形態においてこの剥離突起部１６は、図１０に示すような計量プレート２の内壁面６に垂直且つ計量プレート２の内壁面６に沿った燃料流れ方向に平行な断面形状が楔形であり、楔形の先端が燃料流れ方向の上流側を向いて配置されている。剥離突起部１６によって、噴孔４内に流入する燃料流れの剥離を促進することができ、剥離渦Ａをより強くすることが可能となる。

また、計量プレート２の内壁面６に沿った燃料流れの剥離は、本実施形態において、楔形の先端の角度である剥離角が大きい方が、即ち、図１０においては剥離突起部１６が計量プレート２に垂直な方向により高い方がより促進される。従って、上流側の噴孔４ａの噴孔入口縁部１２近傍に形成された剥離突起部１６よりも下流側の噴孔４ｂの噴孔入口縁部１２近傍に形成された剥離突起部１６を計量プレート２に垂直な方向に高くすることによって、剥離渦Ａの強さを略等しくすることが可能となる。その結果、燃料領域Ｆの形状、即ち液膜の形状を等しくすることができ、燃料噴霧の微粒化を促進しつつ燃料噴霧の粒径の偏差を少なくすることが可能となる。

本実施形態における上記剥離突起部１６は、楔形の断面形状を有する突起であったが、その他の形状であってもよい。例えば、剥離突起部１６の計量プレート２の内壁面６に垂直な断面が計量プレート２の内壁面６に沿った燃料流れ方向に対して下流側ほど大きい形状を有する任意の形状を取り得る。剥離渦Ａの強さを調整するために最適な剥離突起部１６の剥離角や高さは、計量プレート２内における各噴孔４の位置、即ち各噴孔４内に流入する計量プレート２の内壁面６に沿って流れる燃料の方向や流速に基づいて、予め実験又は計算によって決定される。

上述の実施形態では、円筒形の内壁面を有する噴孔に凹部を形成したが、例えば円錐形の一部といったその他の内壁面の形状を有する噴孔に凹部を形成し、各実施形態の構成を採用してもよい。また、上述の実施形態では、凹部は湾曲形状であったがその他の凹部形状でもよい。その他の凹部形状を採用した場合には、最大曲率半径が大きいとは、凹部の深さが浅いこと、即ち噴孔内壁面の抉られた空間が小さいことを意味し、逆に最大曲率半径が小さいとは、凹部の深さが深いこと、即ち噴孔内壁面の抉られた空間が大きいことを意味する。

更に、上述の各実施形態は、それぞれ任意に組み合わせて使用してもよい。即ち、図５に示す実施形態のように、上流側の噴孔の凹部と下流側の噴孔の凹部とで最大曲率半径を変えつつ図８に示す実施形態のように、凹部壁面に突起部を形成してもよく、更に噴孔入口縁部近傍の計量プレートの内壁面部分に楔形の断面形状を有する剥離突起部を形成してもよい。

本発明の実施形態の燃料噴射弁の部分断面図である。 図１の矢印Ｙから見た図であって、燃料噴射弁の噴孔を示す図である。 図１の円Ｃの部分を拡大して示した図である。 図３と同様の図であるが、本実施形態の燃料噴射弁において燃料噴射時の噴孔を示す図である。 本発明の別の実施形態の燃料噴射弁において燃料噴射時の噴孔を示す図である。 本発明の更に別の実施形態の燃料噴射弁の噴孔を示す図である。 噴孔の位置と粒径との関係を示す図である。 本発明の更に別の実施形態の燃料噴射弁の噴孔を示す図である。 噴孔内の凹部壁面に形成した突起部を示す図である。 本発明の更に別の実施形態の燃料噴射弁の噴孔を示す図である。 従来の燃料噴射弁において燃料噴射時の噴孔を示す図である。

符号の説明

１ ニードル弁
２ 計量プレート
３ ノズル本体
４ 噴孔
６ 計量プレートの内壁面
１１ 噴孔の内壁面
１１ａ 凹部
１２ 噴孔入口縁部
１３ 計量プレートの外壁面
１４ 噴孔出口縁部

Claims (8)

1. 少なくとも１つの噴孔が形成された計量プレートを具備し、計量プレートの内壁面に沿って流れた燃料が計量プレートの内壁面に形成された噴孔入口から噴孔内に流入し噴孔内を通って計量プレートの外壁面に形成された噴孔出口から噴射される内燃機関の燃料噴射弁において、計量プレートの内壁面に沿った前記燃料流れ方向に対して上流側の噴孔内壁面部分に噴孔入口縁部から噴孔出口縁部に亘る凹部を形成した内燃機関の燃料噴射弁。
2. 計量プレートの内壁面に沿った前記燃料流れ方向に少なくとも２つの噴孔を形成し、下流側の噴孔に形成される前記凹部の最大曲率半径を上流側の噴孔に形成される前記凹部の最大曲率半径よりも小さく設定した請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射弁。
3. 前記凹部壁面に噴孔入口及び噴孔出口間で所定間隔毎に複数の突起部を形成すると共に計量プレートの内壁面に沿った前記燃料流れ方向に少なくとも２つの噴孔を形成し、下流側の噴孔に形成される突起部の間隔を上流側の噴孔に形成される突起部の間隔よりも小さく設定した請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射弁。
4. 計量プレートの内壁面に沿った前記燃料流れ方向に対して上流側の噴孔入口縁部近傍の計量プレートの内壁面部分に剥離突起部を形成し、該剥離突起部の計量プレートの内壁面に垂直な断面が計量プレートの内壁面に沿った前記燃料流れ方向に対して下流側ほど大きい形状である請求項１から３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射弁。
5. 少なくとも１つの噴孔が形成された計量プレートを具備し、計量プレートの内壁面に沿って計量プレートの周辺部から内向きに流れた燃料が、計量プレートの内壁面に形成された噴孔入口から噴孔内に流入し噴孔内を通って計量プレートの外壁面に形成された噴孔出口から噴射される内燃機関の燃料噴射弁において、計量プレートの半径方向外側の噴孔内壁面部分に噴孔入口縁部から噴孔出口縁部に亘る凹部を形成した内燃機関の燃料噴射弁。
6. 計量プレートに少なくとも２つの噴孔を形成し、計量プレートの半径方向内側に位置する方の噴孔に形成される前記凹部の最大曲率半径を計量プレートの半径方向外側に位置する方の噴孔に形成される前記凹部の最大曲率半径よりも小さく設定した請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射弁。
7. 前記凹部壁面に噴孔入口及び噴孔出口間で所定間隔毎に複数の突起部を形成すると共に計量プレートに少なくとも２つの噴孔を形成し、計量プレートの半径方向内側に位置する方の噴孔に形成される突起部の間隔を計量プレートの半径方向外側に位置する方の噴孔に形成される突起部の間隔よりも小さく設定した請求項５又は６に記載の内燃機関の燃料噴射弁。
8. 計量プレートの半径方向に対して外側の方の噴孔入口縁部近傍の計量プレートの内壁面部分に剥離突起部を形成し、該剥離突起部の計量プレートの内壁面に垂直な断面が計量プレートの半径方向に対して内側の方ほど大きい形状である請求項５から７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射弁。

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