JP2012167564A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡易な構成で、噴霧の微粒化を可能とすると共に、適切な貫徹力を有するバタフライ状噴霧を得る。
【解決手段】オリフィスプレート２３には、複数の噴孔２７−１〜２７−８が同心円上に、それぞれ所定のレイアウト角θLAで配設されると共に、噴孔２７−１〜２７−８のそれぞれの中心軸が、オリフィスプレート２３の中心を通り燃料噴射弁２０の軸に一致したＺ軸方向に対して所定の噴孔角θINCを以て傾くように形成され、さらに、それぞれの噴孔２７−１〜２７−８の中心軸をオリフィスプレート２３へ投影した線とＸ軸とがなす捻り角θTWが、それぞれの噴孔２７−１〜２７−８のレイアウト角θLAより小さく設定され、噴霧の微粒化と共に適切な貫徹力を得ることのできるバタフライ状噴霧の形成が可能となっている。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料噴射弁に係り、特に、ポート噴射式内燃機関に適する燃料噴射弁であって、噴霧の貫徹力の低減等を図ったものに関する。

この種の燃料噴射弁としては、例えば、同一のプレートに複数の噴孔を形成し、その複数の噴孔の一部の噴孔からそれぞれ噴出される噴霧を一つの噴霧に形成するようにすると共に、残余の噴孔についてもそれぞれから噴出される噴霧を別個の一つの噴霧に形成するようにして、ポート噴射式内燃機関用に２本の別個の噴霧を得ることができるように構成された燃料噴射弁が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

また、多噴孔の位置関係を最適化して噴霧の均一化を図った燃料噴射弁なども提案されている（例えば、特許文献２等参照）。

特開２００７−７７８０９号公報（第４−９頁、図１−図１２） 特開２００４−３５１８号公報（第４−１３頁、図１−図１２）

しかしながら、上記前者の公報に開示された燃料噴射弁においては、各噴孔からの噴霧が重なり合ってしまうため、噴霧の微粒化の点で十分とは言い難いという問題がある。
また、上記後者の公報に開示された燃料噴射弁においては、噴霧の貫徹力が強すぎて、微粒化された液滴が吸気管や吸気弁周辺に必要以上に付着してしまうという問題がある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、比較的簡易な構成で、噴霧の微粒化を可能とすると共に、適切な貫徹力を有するバタフライ状噴霧を得ることのできる燃料噴射弁を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る噴霧形成方法は、
燃料噴射弁のオリフィスプレートに複数の噴孔を穿設し、前記複数の噴孔の下流側において、前記オリフィスプレートを臨む位置に、大凡バタフライ状の噴霧を停留形成可能に形成する噴霧形成方法であって、
前記オリフィスプレートにおいて、前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＸ軸、このＸ軸に直交する前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＹ軸、前記Ｘ軸及びＹ軸に対して直交する前記燃料噴射弁の中心軸をＺ軸と、それぞれ定め、
前記複数の噴孔を、前記Ｘ、Ｙ、及び、Ｚ軸の交点、又は、前記複数の噴孔への燃料の流入を可能とする範囲で前記Ｙ軸上の任意の点を中心とした円である噴孔配置円の同一円周上に６個以上偶数個で、前記Ｙ軸を線対称軸として左右線対称に配設し、前記複数の噴孔の下流側において、前記オリフィスプレートを臨む位置に、大凡バタフライ状の噴霧を停留形成可能とし、
前記大凡バタフライ状の噴霧は、
前記オリフィスプレートの下流側において、前記Ｘ軸に平行する横軸をＸ´軸とし、前記Ｙ軸に平行し前記Ｚ軸と交わる縦軸をＹ´軸として、前記Ｚ軸に垂直な平面を測定用Ｘ´Ｙ´平面とし、前記測定用Ｘ´Ｙ´平面において得られた前記測定用Ｘ´Ｙ´平面の各点における噴霧量に基づいて、前記各点における噴霧量を、噴霧量の多い点から順次積算してゆき、その積算値が、全体噴霧流量の５％を超えた位置における噴霧流量を準最大流量と定義した場合に、前記各点における噴霧量が前記準最大流量の１／２となる流量中間位置で前記準最大流量を超える二つの領域を中心に形成される噴霧が結合状態であって、
前記大凡バタフライ状の噴霧の前記流量中間位置に対応する位置において、前記測定用Ｘ´Ｙ´平面に現れる前記大凡バタフライ状の噴霧と外部との境界線と、前記境界線により形成される領域をＹ´軸により分割した二つの領域の幾何学的な重心を結ぶ仮想線に対する垂直二等分線とが交差する２つの交点間の距離をｈ１とする一方、前記幾何学的重心に対応する前記測定用Ｘ´Ｙ´平面上の２つの点を結ぶ仮想線に対して直交する仮想線と、前記境界線とが交差する２つの交点間の前記幾何学的重心を結ぶ仮想線に垂直な方向成分の距離が最長のものをｈ２とした場合に、前記ｈ２に対する前記ｈ１の比が１／２未満で、かつ、
前記測定用Ｘ´Ｙ´平面における噴霧流量分布に基づいて、前記Ｘ´軸上で噴霧流量を前記Ｙ´軸方向に積算して、それを前記Ｘ´軸に沿って両側の外側から積算を行った際に、それぞれの積算量の和が、全体噴霧流量の０．１を超える前記Ｘ´軸の位置に対して、前記２つの幾何学的重心点に対応する前記測定用Ｘ´Ｙ´平面上の２つの点を結ぶ仮想線を外挿した線と、前記測定用Ｘ´Ｙ´平面における前記大凡バタフライ状の噴霧と外部との境界線との２つの交点の前記Ｘ´軸方向での位置が内側となるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る燃料噴射弁は、
二方向への燃料噴射を可能とする燃料噴射弁であって、
複数の噴孔が穿設されるオリフィスプレートにおいて、前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＸ軸、このＸ軸に直交する前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＹ軸、前記Ｘ軸及びＹ軸に対して直交する前記燃料噴射弁の中心軸をＺ軸と、それぞれ定め、
前記複数の噴孔は、前記Ｘ、Ｙ、及び、Ｚ軸の交点、又は、前記複数の噴孔への燃料の流入を可能とする範囲で前記Ｙ軸上の任意の点を中心とした円である噴孔配置円の同一円周上に８個以上、前記Ｙ軸を線対称軸として左右線対称に配設され、
前記線対称軸としてのＹ軸の一方の側における前記複数の噴孔について、
前記噴孔配置円の中心を通り、Ｙ軸に対して直交すると共に、Ｘ軸に一致又は平行する仮想の副Ｘ軸の上下において、それぞれ、前記副Ｘ軸に最も近接する噴孔を内側噴孔とし、前記Ｙ軸に最も近接する噴孔を外側噴孔と規定した場合、
前記外側噴孔の中心軸が前記オリフィスプレートの内側面と交差する点と前記噴孔配置円の中心とを結ぶ線と前記副Ｘ軸とがなすレイアウト角は６０度以上に設定され、前記内側噴孔の中心軸が前記オリフィスプレートが位置する平面と交差する点と前記噴孔配置円の中心とを結ぶ線と前記副Ｘ軸とがなすレイアウト角は２０度以上で、かつ、前記内側噴孔のレイアウト角＞（９０度−前記外側噴孔のレイアウト角）を満たす角度に設定され、
前記仮想の副Ｘ軸の上側における前記内側噴孔と前記外側噴孔とを除く残余の噴孔のレイアウト角と、前記仮想の副Ｘ軸の下側における前記内側噴孔と前記外側噴孔とを除く残余の噴孔のレイアウト角は、それぞれにおける内側噴孔のレイアウト角を超え、かつ、外側噴孔のレイアウト角未満の間に設定され、
さらに、前記Ｙ軸の一方の側における前記複数の噴孔は、それぞれの噴孔の中心軸が、前記Ｚ軸方向に対して所定噴孔角を以て傾くように形成されると共に、それぞれの噴孔の中心軸を前記オリフィスプレートへ投影した線と前記副Ｘ軸とがなす捻り角は、それぞれの噴孔のレイアウト角より小さく設定されてなるものである。

本発明によれば、比較的簡易な構成で、噴霧の微粒化と共に適切な貫徹力の噴霧を得ることができ、吸気管内の壁面などへの不必要な燃料の付着が低減されるため、エンジンの応答性向上を促進することができると共に、燃料消費量を低減することができるという効果を奏するものである。
また、吸気管内の壁面などへの不必要な燃料の付着が低減されることにより、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）が減少し、そのため、排ガス処理装置の触媒の小型化に寄与することができるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態における燃料噴射弁が用いられるポート噴射式内燃機関の縦断面図である。 図１に示された内燃機関の上部の横方向の断面を模式的に示した模式図である。 本発明の実施の形態における燃料噴射弁による噴射状態を、その側面側から模式的に示した模式図である。 本発明の実施の形態における燃料噴射弁による噴射状態を、ノズル部を正面に臨む側から模式的に示した模式図である。 本発明の実施の形態における燃料噴射弁のノズル部の縦断面図である。 本発明の実施の形態における燃料噴射弁に用いられるオリフィスプレートの平面図である。 図６のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の実施の形態における燃料噴射弁に用いられるオリフィスプレートに穿設された噴孔の中心軸を含みＺ軸に平行な平面における部分拡大縦断面図である。 本発明の実施の形態における燃料噴射弁に用いられるオリフィスプレートの部分拡大平面図である。 本発明の実施の形態における燃料噴射弁により形成されるバタフライ状噴霧と各噴孔からの噴霧との関係を模式的に示す模式図である。 本発明の実施の形態における燃料噴射弁の中心軸に垂直な平面において噴射流量を計測した場合の噴射流量の分布例を数値によって表した噴射量の分布図である。 図１１に示された噴射流量の分布例についてＸ´軸の各点についてＹ´軸上の各点の噴霧流量をグラフ化した場合の概略を示す概略図である。 図１２に示された噴射流量の分布例の流量中間位置におけるバタフライ状噴霧の外縁形状を模式的に表した模式図である。 図１３に示されたバタフライ状噴霧の外縁形状において、外挿された幾何学的重心を結ぶ仮想線とバタフライ状噴霧の外縁形状との交点を示す模式図である。 測定用Ｘ´Ｙ´平面における噴霧量分布のＸ´軸方向での積算結果をグラフ化したものを模式的に示した模式図である。 本発明の実施の形態における燃料噴射弁により形成されるバタフライ状噴霧の先端部分の噴霧形状の測定例を模式的に示した模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図１６を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における燃料噴射弁が用いられる内燃機関について、図１乃至図４を参照しつつ説明する。
図１に示された内燃機関１は、いわゆるポート噴射式のもので、その構成は、基本的に従来同様のものである。
かかる内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３と、ピストン４とを有しており、シリンダブロック２内部に、ピストン４が摺動可能に収納され、燃焼室５が形成されたものとなっている（図１参照）。

燃焼室５には、シリンダヘッド３に形成された吸気管６と排気管７が連通するものとなっている。そして、シリンダヘッド３には、吸気管６と燃焼室５との連通を制御する２つの吸気弁８Ａ，８Ｂと、排気管７と燃焼室５との連通を制御する２つの排気弁９Ａ，９Ｂが、それぞれ設けられている（図１及び図２参照）。

また、吸気管６の上流側には、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０が配設されている。かかる燃料噴射弁２０は、吸気弁８Ａ，８Ｂに向けて後述するようなバタフライ状の噴霧（図１乃至図４のそれぞれにおける二点差線部分）が可能な適宜な位置に配設されている。また、シリンダヘッド３には、燃焼室５の上部中心部分に臨むように、点火プラグ１０が設けられている（図１参照）。

次に、燃料噴射弁２０のノズル部２１の構成について、図５乃至図９を参照しつつ説明することとする。
本発明の燃料噴射弁２０のノズル部２１の端部においては、弁体２２の端部にオリフィスプレート２３が固着されたものとなっており、弁体２２内に収納されたボール弁２４が、弁体２２に形成された弁座２５から離間せしめられることによって、燃料がボール弁２４と弁体２２との間隙を通過して、流出開口２６へ至り、噴孔２７へ流入可能に構成されたものとなっている（図５参照）。
なお、図５は、２つの噴孔２７がオリフィスプレート２３の直径方向に位置する部位での縦断面図である。

本発明の実施の形態におけるオリフィスプレート２３は、全体外観形状が蓋体状、すなわち、換言すれば、扁平の有底円筒状に形成されてなるもので（図６及び図７参照）、円板状に形成された底部２３ａに複数の噴孔、すなわち、本発明の実施の形態においては、８個の噴孔２７−１〜２７−８が次述するように穿設されたものとなっている（図６参照）。なお、以下の説明においては、各噴孔２７−１〜２７−８に共通する事項の説明においては、適宜、噴孔２７と記述して説明することとする。

まず、説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸による３次元の直線直交座標を定義する。すなわち、例えば、燃料噴射弁２０の内部側に位置する底部２３ａの面（図６参照）において、オリフィスプレート２３の径方向に沿う一つの軸をＸ軸、このＸ軸に直交し、かつ、オリフィスプレート２３の径方向に沿う一つの軸をＹ軸、これらＸ軸、Ｙ軸に対して直交する燃料噴射弁２０の中心軸をＺ軸と、それぞれ定義する。
図６においては、紙面左右方向にＸ軸、紙面上下方向にＹ軸、紙面表裏方向にＺ軸とし、Ｚ軸は、オリフィスプレート２３の中心を通るものとする。

かかる前提の下、本発明の実施の形態における８個の噴孔２７−１〜２７−８は、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸の交点を中心とした仮想の噴孔配置円（図６において点線の円参照）上に、Ｙ軸を線対称軸として左右線対称に配置されたものとなっている。なお、ここでの左右線対称は、純数学的な意味でのものではなく、それぞれの噴孔２７の製造精度による若干の誤差を許容可能とするものである。この場合、許容できる誤差（ずれ）の大きさ、範囲は、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０によるバタフライ状噴霧が所望の形状、大きさで得られる範囲である。

また、上述の仮想の噴孔配置円の中心は、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸の交点に限定されるものではなく、噴孔２７からの噴射が正常に行われる範囲で、Ｙ軸上の任意の点に設定しても良い。
ここで、このように、仮想の噴孔配置円の中心が、Ｙ軸上の任意の点に設定される場合も含めて、以下の噴孔２７の説明の便宜上、Ｙ軸に対して直交すると共に、Ｘ軸に一致、又は、Ｘ軸に平行する仮想の軸を副Ｘ軸として定義し、以降の説明では、噴孔配置円の中心は、副Ｘ軸とＹ軸の交点にあるものとする。

しかして、図６に示された構成例の如く、上述の仮想の噴孔配置円の中心が、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸の交点に一致する場合には、副Ｘ軸は、Ｘ軸に一致するものとなる。これに対して、仮想の噴孔配置円の中心が、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸の交点以外のＹ軸上の任意の点に設定された場合には、副Ｘ軸は、Ｘ軸に平行したものとなる。
上述の仮想の噴孔配置円の大きさは、燃料の噴孔２７への流入量や燃料圧等を考慮して適切に選定されるべきものである。

なお、説明の便宜上、上述の副Ｘ軸及びＹ軸により形成される副Ｘ−Ｙ座標平面を、必要に応じて、通常の数学上の定義に従って第１乃至第４象限に区分することとする。
すなわち、図６の副Ｘ−Ｙ座標平面において、座標中心、すなわち、換言すれば、副Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸の交点から紙面右側の副Ｘ軸の領域をＸ＞０、座標中心から紙面左側の副Ｘ軸の領域を副Ｘ＜０、また、座標中心から紙面上側のＹ軸の領域をＹ＞０、座標中心から紙面下側のＹ軸の領域をＹ＜０であるとする。
しかして、副Ｘ＞０で、かつ、Ｙ＞０の領域は第１象限、副Ｘ＜０で、かつ、Ｙ＞０の領域は第２象限、副Ｘ＜０で、かつ、Ｙ＜０の領域は第３象限、副Ｘ＞０で、かつ、Ｙ＜０の領は第４象限となる。

次に、噴孔２７の噴孔角θINC、レイアウト角θLA、及び、捻り角θTWについて説明する。
噴孔２７は、先に述べたように、Ｙ軸を線対称軸として左右線対称に配設されているため、Ｙ軸の一方の側、すなわち、例えば、図６においてＹ軸を中心として紙面右側、換言すれば、副Ｘ−Ｙ座標平面の第１象限及び第４象限における噴孔２７−１〜２７−４についてレイアウト角θLA、噴孔角θINC、及び、捻り角θTWが、それぞれ定まれば、残余の噴孔２７−５〜２７−８についても同様に定まることとなるので、以下、第１及び第４象限における噴孔２７−１〜２７−４のレイアウト角θLA、噴孔角θINC、及び、捻り角θTWについて説明することとする。

まず、噴孔角θINCについて説明すれば、噴孔角θINCは、噴孔２７の中心軸、すなわち、噴孔２９の中心を通る仮想の軸、例えば、図８において一点鎖線で表された線（中心軸）とＺ軸との角度として定められるものである。かかる噴孔角θINCは、バタフライ状噴霧のＹ軸方向での拡がりを調整可能とするパラメータとなるものである。より具体的には、噴孔角θINCが大きくなるにしたがい、噴孔２７からの噴霧は、後述する捻り角θTW方向に飛ぶ距離が遠くなる傾向となる。

したがって、噴孔角θINCをあまり大きくし過ぎると、各噴孔２７からの噴霧の幅と、噴霧相互の間隔がＹ軸方向に拡がり過ぎるため、副Ｘ軸方向の噴霧間の干渉が少なくなり、バタフライ状の噴霧が形成されなくなってしまう。
このため、噴孔角θINCは、後述する捻り角θTWやレイアウト角θLAを考慮して、バタフライ状の噴霧の形成を阻害することのない適切な大きさに設定される必要がある。

次に、レイアウト角θLAについて説明する。
最初に、レイアウト角θLAの設定のため、内側噴孔と外側噴孔を定義する。
図６に示された例において、副Ｘ軸は、Ｘ軸に一致するが、この副Ｘ軸の上側、すなわち、換言すれば、Ｙ軸の右側（紙面右側）における説明であるとする先の前提条件の下、第１象限において、副Ｘ軸に最も近接する噴孔を内側噴孔とし、同様に、副Ｘ軸の下側、すなわち、換言すれば、第４象限において、副Ｘ軸に最も近接する噴孔を内側噴孔とする。具体的には、第１象限においては、噴孔２７−２が内側噴孔であり、第４象限においては、噴孔２７−３が内側噴孔となる。

次に、副Ｘ軸の上側、すなわち、換言すれば、第１象限において、Ｙ軸に最も近接する噴孔を外側噴孔とし、同様に、副Ｘ軸の下側、すなわち、換言すれば、第４象限において、Ｙ軸に最も近接する噴孔を外側噴孔とする。具体的には、第１象限においては、噴孔２７−１が外側噴孔であり、第４象限においては、噴孔２７−４が外側噴孔となる。
本発明の実施の形態においては、１つの象限に、２つの噴孔を配したため、噴孔は、内側噴孔と外側噴孔だけの区分となるが、全噴孔数が１０個以上となる場合には、内側噴孔と外側噴孔の間には、これら内側及び外側噴孔以外の噴孔が配設されることとなる。

しかして、レイアウト角θLAは、噴孔２７の中心軸（図８参照）がオリフィスプレート２３の内側の面と交差する点と、噴孔２７が配設された仮想の噴孔配置円の中心とを結ぶ線と、副Ｘ軸とがなす角として定義されるものである（図９参照）。
そして、外側噴孔（噴孔２７−１及び噴孔２７−４）のレイアウト角θLAは、６０度以上の任意の大きさに設定されたものとなっている。
なお、第１象限における外側噴孔である噴孔２７−１のレイアウト角θLAと第４象限における外側噴孔である噴孔２７−４のレイアウト角θLAは、上述のように６０度以上であれば、互いに同一である必要はないものである。

一方、内側噴孔のレイアウト角θLAは、２０度以上であって、かつ、その角度は、９０度から外側噴孔のレイアウト角θLAを減算した値を超える大きさに設定されたものとなっている。
上述のように、第１象限と第４象限とでは、外側噴孔の大きさは、別個に設定し得るものであるので、第１象限において、内側噴孔である噴孔２７−２のレイアウト角θLAは、２０度以上で、かつ、９０度から外側噴孔である噴孔２７−１のレイアウト角θLAを減算した値より大きな値に設定されたものとなっている。
また、第４象限において、内側噴孔である噴孔２７−３のレイアウト角θLAは、２０度以上で、かつ、９０度から外側噴孔である噴孔２７−４のレイアウト角θLAを減算した値より大きな値に設定されたものとなっている。

さらに、外側噴孔と内側噴孔以外の残余の噴孔がある場合、その残余の噴孔のレイアウト角θLAは、内側噴孔のレイアウト角θLAを超え、かつ、外側噴孔のレイアウト角θLA未満に設定されたものとなる。
すなわち、第１象限においては、内側噴孔である噴孔２７−２のレイアウト角θLAを超え、かつ、外側噴孔である噴孔２７−１のレイアウト角θLA未満に設定され、第４象限においては、内側噴孔である噴孔２７−３のレイアウト角θLAを超え、かつ、外側噴孔である噴孔２７−４のレイアウト角θLA未満に設定されたものとなる。
レイアウト角θLAがバタフライ状噴霧に与える影響の大凡の傾向としては、レイアウト角が小さくなるにしたがい、Ｙ軸方向の噴霧の幅が小さくなる一方、副Ｘ軸方向に噴霧の幅が拡がる傾向を示すものとなっている。

次に、捻り角θTWについて説明すれば、捻り角θTWは、噴孔２７の中心軸（図８参照）をオリフィスプレート２３の内側の面に投影した線と、副Ｘ軸とがなす角と定義されるものである（図９参照）。
かかる捻り角θTWは、噴孔２７からの噴霧の方位角方向の位置を決定する要素であり、捻り角θTWが大きくなる程、噴孔２７からの噴霧の幅は、Ｙ軸方向に拡がり、その結果、隣り合う噴孔２７からの噴霧間の干渉が大きくなる。
なお、本願発明者の試験、研究の結果によれば、捻り角θTWは、レイアウト角よりも小さく設定するのが好適である。

上述のように各噴孔２７−１〜２７−８のレイアウト角θLA、噴孔角θINC、及び、捻り角θTWを設定することにより、各々の各噴孔２７−１〜２７−８からの噴霧は、図１０に概略示されたように、隣り合う噴孔の噴霧のみが干渉し合うように、各噴霧が適宜な位置に位置せしめられることとなる。
なお、図１０は、各噴霧の先端部分での位置関係を模式的に示したものであり、同図において、”Ｓ１”は、噴孔２７−１からの噴霧を、”Ｓ２”は、噴孔２７−２からの噴霧を、”Ｓ３”は、噴孔２７−３からの噴霧を、”Ｓ４”は、噴孔２７−４からの噴霧を、”Ｓ５”は、噴孔２７−５からの噴霧を、”Ｓ６”は、噴孔２７−６からの噴霧を、”Ｓ７”は、噴孔２７−７からの噴霧を、”Ｓ８”は、噴孔２７−８からの噴霧を、それぞれ示している。
また、図１６は、上述のように形成された噴孔２７により形成されるバタフライ状噴霧の先端部分の噴霧形状の測定例であり、大凡バラフライ状であることが確認できるものとなっている。

バタフライ状噴霧の形成には、噴孔２７の直径Ｄと噴孔２７の長さＬも影響を及ぼす要素の一つであり、噴孔２７の直径Ｄに対する噴孔２７の長さＬの比、Ｌ／Ｄが中程度の大きさに設定されるのが噴霧の粒径、貫徹力、吸気管内の不要な燃料付着の低減等のバランスが最適である。
なお、噴孔２７の直径Ｄは、噴孔２７の中心軸に対して直交する方向での長さであり、噴孔２７の長さＬは、噴孔２７の中心軸に沿った噴孔２７の長さである（図８参照）。

次に、上述のように設けられた噴孔２７により形成されるバタフライ状噴霧の形状について、図１１乃至図１５を参照しつつ説明する。
所望のバタフライ状噴霧の形状の確認には、Ｚ軸方向に沿って燃料噴射弁２０の下流側に、Matrix試験機と称される噴霧の流量分布を計測する装置を設置し、それによって得られた流量分布によって後述するような点に着目して行われる。
ここで、Matrix試験機は、Ｚ軸に垂直な面、又は、任意の角度での断面内における流量分布の計測を可能とする公知の構成を有してなるものである。
かかるMatrix試験機と燃料噴射弁２０との距離は、燃料噴射弁２０の具体的な大きさ、噴射量等によって種々異なるが、大凡４０mm乃至１５０mm程度の範囲で設定されるのが好適である。

また、上述のMatrix試験機を用いた噴霧状態の測定の条件としては、一つの例を挙げれば、燃料圧力は、大凡２００乃至９００ｋＰａの範囲が好ましく、通常は、３００ｋＰａが好適である。また、測定チャンバ内の内圧は、０乃至２ｂａｒの範囲が好ましく、通常は、大気圧以下が好適である。さらに、測定チャンバ内の温度は、０乃至５０ｄｅｇＣの範囲が好ましく、通常は、２０ｄｅｇＣが好適である。またさらに、燃料温度は、０乃至８０ｄｅｇＣの範囲が好ましく、通常は、２０ｄｅｇＣが好適である。

次に、上述のMatrix試験機を用いて得られる流量分布の説明に際して、次のように測定面を定義する。
まず、オリフィスプレート２３の下流側、すなわち、燃料噴射弁２０の下流側において、先に述べたＸ軸に平行する横軸を測定用Ｘ´軸と称して、「Ｘ´」と表し、Ｙ軸に平行しＺ軸と交わる縦軸を測定用Ｙ´軸と称して、「Ｙ´」と表すこととする。
そして、オリフィスプレート２３の下流側において、上述の測定用Ｘ´軸と測定用Ｙ´軸とから形成され、Ｚ軸に垂直な測定用の平面を測定用Ｘ´Ｙ´平面とする。

かかる前提の下、図１１は、測定用Ｘ´Ｙ´平面に得られる流量分布の一例を示したものである。
すなわち、同図において、一つ一つの格子部分は、噴霧が測定された点であり、各格子の中の数値は、その点における噴霧量を表している。なお、図１１における数値は、実測に基づくものではなく、あくまでも、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０による噴霧をMatrix試験機を用いて計測したとの前提条件下でのシミュレーション例である。

まず、図１１のような流量分布において、噴霧量の多い点から、各点の噴霧量を順次積算してゆく。
すなわち、例えば、図１１の例の場合、符号Ｓａで示された点の噴霧量２．８が最も多く、符号Ｓｂで示された点の噴霧量２．６が２番目に多く、符号Ｓｃで示された点の噴霧量２．４が３番目に多く、符号Ｓｄで示された点の噴霧量２．２が４番目に多くなっており、以下、順に続くこととなる。
したがって、２．８＋２．６＋２．４＋２．２・・・の如くに、順次噴流量を積算してゆき、その積算値が、全体噴霧流量の５％を超えた位置における噴霧流量を準最大流量と定義する。

図１１の例においては、全体噴霧流量が２００であるので、その５％を超えた位置とは、積算値が１０となる位置である。すなわち、図１１の例においては、積算の４番目の点、すなわち、符号Ｓｄで示された点での積算値が１０となり、この点での噴霧流量２．２が準最大流量とされる。
さらに、各点での噴霧量が、準最大流量の１／２、すなわち、図１１の例の場合、１．１を超える位置を流量中間位置と定義する。本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０により得られるバタフライ状噴霧は、上述の流量中間位置を超える領域において、噴霧量が準最大流量２．２を超える２つの領域が形成され、この２つの領域をそれぞれ中心に形成される噴霧が結合状態となっているものと特徴づけられる。
なお、図１２は、図１１に示された噴霧流量の分布例について、Ｘ´軸の各点において、Ｙ´軸上の各点の噴霧流量の積算値をグラフ化した例である。

さらに、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０により得られるバタフライ状噴霧は、次述するような形状的特徴を有するものである。
まず、先の流量中間位置において、バタフライ状噴霧の外部との境界線を求めると、例えば、図１３に示されたようになるが、この形状は、以下のような特徴を有するものとなっている。

測定用Ｘ´Ｙ´平面に示されたバタフライ状噴霧の外部との境界線により示された形状は、大凡バタフライ状をなしている。
ここで、このバタフライ状の形状が、測定用Ｙ´軸により２分されるそれぞれの領域の幾何学的な重心を結ぶ仮想線（図示せず）を想定し、この仮想線に対して垂直二等分線（図１３において点線で表された縦線）を立てる。そして、この垂直二等分線（以下、便宜的に「幾何学的重心間仮想垂直二等分線」と称する）とバタフライ状噴霧の外部との境界線とが交差する点が、二点生ずるが、この二点間の距離をｈ１と定義する（図１３参照）。

一方、測定用Ｘ´Ｙ´平面において、先の幾何学的な重心を結ぶ仮想線に対して直交する仮想線と、バタフライ状噴霧の外部との境界線とが交差することによって生ずる交点の内、２つの交点間の、先の幾何学的重心を結ぶ仮想線に垂直な方向成分の距離が最も長いものをｈ２と定義した場合（図１３参照）、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０により得られるバタフライ状噴霧は、ｈ１／ｈ２＜１／２を満たすものとなっている。なお、ｈ２を定める２つの交点は、幾何学的な重心を結ぶ仮想線に対して直交する同一の仮想線上に存在する必要はない。

またさらに、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０により得られるバタフライ状噴霧は、次述するような形状的特徴を有するものである。
まず、測定用Ｘ´Ｙ´平面における先の２つの幾何学的重心を結ぶ仮想線を、測定用Ｘ´Ｙ´平面において外挿し、この外挿した線と、バタフライ状噴霧の外部との境界線との２つの交点のＸ´軸上での位置を求めると、例えば、図１４に示された如くとなる。なお、同図において、縦の点線は、先に図１３で示された幾何学的重心間仮想垂直二等分線である。なお、図１４においては、図上の線の交錯を避けるため、Ｙ´軸は、その方向のみを示し、位置はずらして描かれている。

図１４において、ｂ１は、バタフライ状噴霧の外部との境界線と上述の外挿線との交点の内、幾何学的重心間仮想垂直二等分線の左側に位置する交点と、幾何学的重心間仮想垂直二等分線との距離のＸ´軸方向成分である。また、ｂ１ｒは、バタフライ状噴霧の外部との境界線と上述の外挿線との交点の内、幾何学的重心間仮想垂直二等分線の右側に位置する交点と、幾何学的重心間仮想垂直二等分線との距離のＸ´軸方向成分である。

一方、測定用Ｘ´Ｙ´平面における噴霧流量分布（図１１参照）について、Ｘ´軸方向の各点において、Ｙ´軸方向の各点の噴霧流量を積算する（この積算値を、以下の説明の便宜上、「１次積算値」と称することとする）。さらに、Ｘ´軸において、噴霧流量の分布が零となる両側の外側から、噴霧流量分布が存在する方向に向かって上述の１次積算値を順次積算してゆく。
図１５は、この積算結果をグラフ化したものを模式的に示した模式図である。なお、図１５において、Ｘ´軸に垂直な中央の点線は、先の幾何学的重心を結ぶ仮想線の中点のＸ´軸上の位置に対応する線である。

上述の１次積算値の積算は、二方向から行われるが、それぞれの積算値（ 積算流量）の和（以下、説明の便宜上、「積算和」と称することとする）が、全体噴霧流量の０．１を超えるＸ´軸上の位置を、先の幾何学的重心を結ぶ仮想線の中心のＸ´軸上の位置からの距離として求める。
図１５の例においては、積算和が０．１を超えた際の幾何学的重心を結ぶ仮想線の中点のＸ´軸の位置からの距離が、幾何学的重心間仮想垂直二等分線の左側にｂ２、幾何学的重心間仮想垂直二等分線の右側にｂ２ｒとして例示されている。

そして、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０により得られるバタフライ状噴霧においては、上述のｂ１、ｂ１ｒの位置は、ｂ２、ｂ２の位置よりも内側、換言すれば、幾何学的重心間仮想垂直二等分線寄りとなっている。
上述したような本発明の実施の形態におけるバラフライ状噴霧においては、先に述べたように各噴孔２７からの噴霧が隣の噴孔２７の噴霧と程良く干渉するため、噴霧同士に互いに引き合う流体力学的力が生じ、各噴霧の面積が拡大し、噴霧中の液適同士の飛翔中のぶつかり合いによる合体が減少して噴霧中の液適の平均粒径が小さくなるため、従来に比してさらなる微粒化がなされると考えられる。

また、本発明の実施の形態におけるバラフライ状噴霧においては、先に述べたように各噴孔２７からの噴霧が隣の噴孔２７の噴霧と程良く干渉し、噴霧の先端部分で貫徹力を低減するような渦が生じるため、貫徹力が程良い大きさとなり、吸気管６（図１参照）内において内壁面への不要な燃料の付着が低減されるものと考えられる。
なお、上述した本発明の実施の形態においては、噴孔２７が８個の場合を例に採り説明したが、これに限定されるものではなく、６個以上の偶数であれば、同様にバタフライ状の噴霧を得ることができる。

簡易な構成で、噴霧の微粒化と共に適切な貫徹力の噴霧が所望される燃料噴射弁に適する。

２０…燃料噴射弁
２３…オリフィスプレート
２７−１〜２７−８…噴孔

Claims (8)

1. 燃料噴射弁のオリフィスプレートに複数の噴孔を穿設し、前記複数の噴孔の下流側において、前記オリフィスプレートを臨む位置に、大凡バタフライ状の噴霧を停留形成可能に形成する噴霧形成方法であって、
   前記オリフィスプレートにおいて、前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＸ軸、このＸ軸に直交する前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＹ軸、前記Ｘ軸及びＹ軸に対して直交する前記燃料噴射弁の中心軸をＺ軸と、それぞれ定め、
   前記複数の噴孔を、前記Ｘ、Ｙ、及び、Ｚ軸の交点、又は、前記複数の噴孔への燃料の流入を可能とする範囲で前記Ｙ軸上の任意の点を中心とした円である噴孔配置円の同一円周上に６個以上偶数個で、前記Ｙ軸を線対称軸として左右線対称に配設し、前記複数の噴孔の下流側において、前記オリフィスプレートを臨む位置に、大凡バタフライ状の噴霧を停留形成可能とし、
   前記大凡バタフライ状の噴霧は、
   前記オリフィスプレートの下流側において、前記Ｘ軸に平行する横軸をＸ´軸とし、前記Ｙ軸に平行し前記Ｚ軸と交わる縦軸をＹ´軸として、前記Ｚ軸に垂直な平面を測定用Ｘ´Ｙ´平面とし、前記測定用Ｘ´Ｙ´平面において得られた前記測定用Ｘ´Ｙ´平面の各点における噴霧量に基づいて、前記各点における噴霧量を、噴霧量の多い点から順次積算してゆき、その積算値が、全体噴霧流量の５％を超えた位置における噴霧流量を準最大流量と定義した場合に、前記各点における噴霧量が前記準最大流量の１／２となる流量中間位置で前記準最大流量を超える二つの領域を中心に形成される噴霧が結合状態であって、
   前記大凡バタフライ状の噴霧の前記流量中間位置に対応する位置において、前記測定用Ｘ´Ｙ´平面に現れる前記大凡バタフライ状の噴霧と外部との境界線と、前記境界線により形成される領域をＹ´軸により分割した二つの領域の幾何学的な重心を結ぶ仮想線に対する垂直二等分線とが交差する２つの交点間の距離をｈ１とする一方、前記幾何学的重心に対応する前記測定用Ｘ´Ｙ´平面上の２つの点を結ぶ仮想線に対して直交する仮想線と、前記境界線とが交差する２つの交点間の前記幾何学的重心を結ぶ仮想線に垂直な方向成分の距離が最長のものをｈ２とした場合に、前記ｈ２に対する前記ｈ１の比が１／２未満で、かつ、
   前記測定用Ｘ´Ｙ´平面における噴霧流量分布に基づいて、前記Ｘ´軸上で噴霧流量を前記Ｙ´軸方向に積算して、それを前記Ｘ´軸に沿って両側の外側から積算を行った際に、それぞれの積算量の和が、全体噴霧流量の０．１を超える前記Ｘ´軸の位置に対して、前記２つの幾何学的重心点に対応する前記測定用Ｘ´Ｙ´平面上の２つの点を結ぶ仮想線を外挿した線と、前記測定用Ｘ´Ｙ´平面における前記大凡バタフライ状の噴霧と外部との境界線との２つの交点の前記Ｘ´軸方向での位置が内側となるものであることを特徴とするバタフライ状噴霧形成方法。
2. 前記複数の噴孔が８個以上であって、前記８個以上の噴孔を、前記Ｙ軸を線対称軸として左右線対称に配設し、
   前記線対称軸としてのＹ軸の一方の側における前記複数の噴孔について、
   前記噴孔配置円の中心を通り、Ｙ軸に対して直交すると共に、Ｘ軸に一致又は平行する仮想の副Ｘ軸の上下において、それぞれ、前記副Ｘ軸に最も近接する噴孔を内側噴孔とし、前記Ｙ軸に最も近接する噴孔を外側噴孔と規定した場合、
   前記外側噴孔の中心軸が前記オリフィスプレートの内側面と交差する点と前記噴孔配置円の中心とを結ぶ線と前記副Ｘ軸とがなすレイアウト角は６０度以上に設定し、前記内側噴孔の中心軸が前記オリフィスプレートが位置する平面と交差する点と前記噴孔配置円の中心とを結ぶ線と前記副Ｘ軸とがなすレイアウト角は２０度以上で、かつ、前記内側噴孔のレイアウト角＞（９０度−前記外側噴孔のレイアウト角）を満たす角度に設定し、
   前記仮想の副Ｘ軸の上側における前記内側噴孔と前記外側噴孔とを除く残余の噴孔のレイアウト角と、前記仮想の副Ｘ軸の下側における前記内側噴孔と前記外側噴孔とを除く残余の噴孔のレイアウト角は、それぞれにおける内側噴孔のレイアウト角を超え、かつ、外側噴孔のレイアウト角未満の間に設定し、
   さらに、前記Ｙ軸の一方の側における前記複数の噴孔を、それぞれの噴孔の中心軸が、前記Ｚ軸方向に対して所定噴孔角を以て傾くように形成すると共に、それぞれの噴孔の中心軸を前記オリフィスプレートへ投影した線と前記副Ｘ軸とがなす捻り角は、それぞれの噴孔のレイアウト角より小さく設定してなることを特徴とする請求項１記載のバタフライ状噴霧形成方法。
3. Ｙ軸を線対称軸として、その左右それぞれにおいて、複数の噴孔は、隣接する噴孔の噴霧のみが干渉し合うように捻り角により調整可能とされてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のバタフライ状噴霧形成方法。
4. 前記複数の噴孔の下流側において、前記オリフィスプレートを臨む位置において形成される大凡バタフライ状の噴霧形状の、Ｙ軸方向における広がりは、噴孔角によって調整可能とされてなることを特徴とする請求項３記載のバタフライ状噴霧形成方法。
5. 二方向への燃料噴射を可能とする燃料噴射弁であって、
   複数の噴孔が穿設されるオリフィスプレートにおいて、前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＸ軸、このＸ軸に直交する前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＹ軸、前記Ｘ軸及びＹ軸に対して直交する前記燃料噴射弁の中心軸をＺ軸と、それぞれ定め、
   前記複数の噴孔は、前記Ｘ、Ｙ、及び、Ｚ軸の交点、又は、前記複数の噴孔への燃料の流入を可能とする範囲で前記Ｙ軸上の任意の点を中心とした円である噴孔配置円の同一円周上に８個以上、前記Ｙ軸を線対称軸として左右線対称に配設され、
   前記線対称軸としてのＹ軸の一方の側における前記複数の噴孔について、
   前記噴孔配置円の中心を通り、Ｙ軸に対して直交すると共に、Ｘ軸に一致又は平行する仮想の副Ｘ軸の上下において、それぞれ、前記副Ｘ軸に最も近接する噴孔を内側噴孔とし、前記Ｙ軸に最も近接する噴孔を外側噴孔と規定した場合、
   前記外側噴孔の中心軸が前記オリフィスプレートの内側面と交差する点と前記噴孔配置円の中心とを結ぶ線と前記副Ｘ軸とがなすレイアウト角は６０度以上に設定され、前記内側噴孔の中心軸が前記オリフィスプレートが位置する平面と交差する点と前記噴孔配置円の中心とを結ぶ線と前記副Ｘ軸とがなすレイアウト角は２０度以上で、かつ、前記内側噴孔のレイアウト角＞（９０度−前記外側噴孔のレイアウト角）を満たす角度に設定され、
   前記仮想の副Ｘ軸の上側における前記内側噴孔と前記外側噴孔とを除く残余の噴孔のレイアウト角と、前記仮想の副Ｘ軸の下側における前記内側噴孔と前記外側噴孔とを除く残余の噴孔のレイアウト角は、それぞれにおける内側噴孔のレイアウト角を超え、かつ、外側噴孔のレイアウト角未満の間に設定され、
   さらに、前記Ｙ軸の一方の側における前記複数の噴孔は、それぞれの噴孔の中心軸が、前記Ｚ軸方向に対して所定噴孔角を以て傾くように形成されると共に、それぞれの噴孔の中心軸を前記オリフィスプレートへ投影した線と前記副Ｘ軸とがなす捻り角は、それぞれの噴孔のレイアウト角より小さく設定されてなることを特徴とする燃料噴射弁。
6. 前記複数の噴孔の下流側において、前記オリフィスプレートを臨む位置に、大凡バタフライ状の噴霧を停留形成可能にしたことを特徴とする請求項５記載燃料噴射弁。
7. Ｙ軸を線対称軸として、その左右それぞれにおいて、複数の噴孔は、隣接する噴孔の噴霧のみが干渉し合うように捻り角により調整可能とされてなることを特徴とする請求項６記載の燃料噴射弁。
8. 前記複数の噴孔の下流側において、前記オリフィスプレートを臨む位置において形成される大凡バタフライ状の噴霧形状の、Ｙ軸方向における広がりは、噴孔角によって調整可能とされてなることを特徴とする請求項７記載の燃料噴射弁。

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