JP2013209888A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、旋回流を付与された中空状の噴霧を近接配置する噴霧構造体の形状制御性を高めた燃料噴射弁を提供することにある。
【解決手段】燃料流れの上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるように形成された内周壁を有する旋回室２２と、旋回室２２に燃料を導入する旋回用通路２１と、前記旋回室２２に開口する燃料噴射孔２３と、前記噴射孔が形成されたオリフィスプレート２０を備えた燃料噴射弁において、前記燃料噴射孔２３から噴射される噴霧が、少なくとも１つ以上の狭角噴霧と広角噴霧とからなり、前記狭角噴霧を噴射する挟角噴射孔２３ａ、２３ｂが前記オリフィスプレート２０の中心Ｏから所定距離だけ離間して形成され、前記広角噴霧を噴射する広角噴射孔２３ｃが前記挟角噴射孔２３ａ、２３ｂの中心を結ぶ線分に直交する線上に形成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関で使用される燃料噴射弁に係り、特に、複数個の燃料噴射孔を有し、各々の燃料噴射孔より旋回燃料を噴射して微粒化を促進し、かつ噴霧形状を制御し得る燃料噴射弁に関する。

複数個の燃料噴射孔から噴射される燃料の微粒化促進と噴霧形状の制御を、旋回流れを利用して実現する従来技術として、特許文献１に記載された燃料噴射弁が知られている。

この燃料噴射弁では、燃料の噴射と停止を行うために開閉可能な弁体と、この弁体と密着して燃料の噴射の停止を行うことが可能なシート部と、前記弁体とこのシート部の下流に配置され、燃料を噴射する燃料噴射孔を有するオリフィスプレートを備え、前記燃料噴射孔から旋回力を有した湾曲した噴霧を噴射する。

また、この燃料噴射弁では、前記オリフィスプレートは燃料を噴射する燃料噴射孔と、燃料を旋回させる旋回室と、旋回室に燃料を導入する燃料流入通路を有し、該燃料導入通路の中心軸に対して、前記燃料噴射孔の中心はオフセットされて配置されると共に、それぞれ異なるオフセット量を持たせてなり、該オフセット量が小さい側の燃料噴射孔からは狭角の噴霧が噴射され、該オフセット量が大きい側の燃料噴射孔からは旋回力を有する複数の湾曲した噴霧が噴射される。

この様な構成により、エンジンの吸気弁（底部）やシリンダ内壁面への燃料付着を低減することで均質な混合気が形成されて、排気ガス中の煤の低減や機関の高出力化を達成できる。

また一方、旋回力を利用して高分散な噴霧を得る従来技術として、特許文献２に記載された燃料噴射弁が知られている。

この燃料噴射弁では、旋回力を付与された燃料を噴射する燃料噴射孔の出口側の外表面部が前記燃料噴射孔の出口を含んだ第一の表面と前記燃料噴射孔から離間され、噴射される噴霧に対向する形で壁を有し、前記第一の表面より突き出した第二の表面で形成することで、噴射される噴霧が中央部とその外方部とからなり、該外方部は周方向において、広角の広がりを持った濃い噴霧部と狭角の広がりを持った淡い噴霧部とからなり、一体化された偏平噴霧形態に生成される。

この様な偏平噴霧形態とすることにより、前記広角の広がりを持った濃い噴霧部を燃料噴射弁が配置される吸気管内壁部に対向する側の内壁面に指向させることができる。また、吸気弁の中央に位置する中央隔壁に向かって対称に指向させることができる。以って、吸気管内壁面への燃料付着を抑制して燃料と空気の混合を効率的に行うことができ、排気ガスの浄化や燃費の向上を図ることができる。

特開２００８−２８０９８１号公報 特開２００１−３１７４３４号公報

旋回力を付与された燃料を噴射すると、噴霧は中空円錐状になることが知られている。この種の噴霧は微粒化度が高いので、噴射される噴霧のペネトレーションが小さくなる。また、噴射する雰囲気場の空気流動やガス流動の影響を受けて噴霧が特定の方向に流され易く、噴霧の任意部位に所望な機能を持たせるなど噴霧構造体としての工夫が必要になる。

特許文献１に記載された従来技術では、燃料導入通路の中心軸に対して燃料噴射孔の中心はオフセットされ、該オフセット量の小さい側の燃料噴射孔からは狭角噴霧が生成され、他方のオフセット量が大きい側の燃料噴射孔からは広角で湾曲した噴霧が生成される。この湾曲した噴霧は複数個生成されるが、互いに接することなく異なる方向に指向されている。このような噴霧構造体は狭角噴霧と広角噴霧が互いに影響を及ぼすことが極めて少ない。したがって、噴霧構造（噴霧の広がりやペネトレーションなど）の変更に当たっては、燃料導入通路のオフセット量を変えることになるが、この手法では噴霧粒径の変化や噴霧形状の大幅な変化が生じてしまい、設計上好ましいとは言い難い。

特許文献２に記載された従来技術では、燃料噴射孔の出口側の表面形状を変えることで、広角の広がりを持った濃い噴霧部と狭角の広がりを持った淡い噴霧部とからなる噴霧構造体の形成状態を変えることはできるが、大胆な形状変化を行うことは難しい。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、旋回力を付与された燃料を噴射する複数個の燃料噴射孔の噴射特性（方向、旋回強さ、距離等）を適正化することにより、噴霧構造体の形状制御性を高めた燃料噴射弁を提供することを目的としている。

燃料流れの上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるように形成された内周壁を有する旋回室と、前記旋回室に燃料を導入する旋回用通路と、前記旋回室に開口する燃料噴射孔と、前記噴射孔が形成されたオリフィスプレートを備えた燃料噴射弁において、前記燃料噴射孔から噴射される噴霧が、少なくとも１つ以上の狭角噴霧と広角噴霧とからなり、前記狭角噴霧を噴射する挟角噴射孔が前記オリフィスプレートの中心から所定距離だけ離間して形成され、前記広角噴霧を噴射する広角噴射孔が前記挟角噴射孔の中心を結ぶ線分に直交する線上に形成した。

本発明によると、旋回力の弱い燃料を生成する弱旋回室から噴射される狭角噴霧が、旋回力の強い燃料を生成する強旋回室から噴射される微粒化の良い広角噴霧の飛散を防止して下方に誘引することができるので、微粒化特性と形状制御性のいずれにおいても優れた噴霧構造体を形成することができる。

本発明に係る燃料噴射弁の全体構成を示した縦断面図である。 本発明に係る燃料噴射弁におけるノズル体の近傍を示す縦断面図である。 本発明に係る燃料噴射弁におけるノズル体の下端部に位置するオリフィスプレートで弁体側より視た平面図である。 本発明に係る燃料噴射弁におけるノズル体の下端部に位置するオリフィスプレートで出口側より視た平面図である。 本発明に係る燃料噴射弁における噴霧形態を模式的に示した図で、図３に示す燃料噴射孔より噴射される噴霧をＹ方向より視たものである。 本発明に係る燃料噴射弁における噴霧形態を模式的に示した図で、図３に示す燃料噴射孔より噴射される噴霧をＸ方向より視たものである。 本発明に係る燃料噴射弁におけるオリフィスプレートの第２の実施形態を説明するための断面図である。 図７に示すオリフィスプレートを出口方向より視た図である。 本発明に係る燃料噴射弁におけるオリフィスプレートの第３の実施形態を説明するための断面図である。 本発明の第３の実施形態より噴射される噴霧を光学的計測による画像から模式的に示した図である。 本発明の燃料噴射弁を吸気管噴射内燃機関のシリンダヘッドへの装着状態を示す図である。 図１１をＣ方向より視た図で、吸気弁と燃料噴射弁の位置関係を及び噴霧との関係を示す図ある。

本発明の実施例について、図１乃至図１０を用いて説明する。

本発明の第１の実施例について、図１乃至図６を用いて以下説明する。
図１は、本発明に係る燃料噴射弁１の全体構成を示した縦断面図である。
図１において、燃料噴射弁１は、ステンレス製の薄肉パイプ１３にノズル体２、弁体６を収容し、この弁体６を外側に配置した電磁コイル１１で往復動作（開閉動作）させる構造である。以下、構造の詳細について説明する。

電磁コイル１１を取り囲む磁性体のヨーク１０と、電磁コイル１１の中心に位置し、一端がヨーク１０と磁気的に接触したコア７と、所定量リフトする弁体６と、この弁体６に接する弁座面３と、弁体６と弁座面３の隙間を通って流れる燃料の通過を許す燃料噴射室４、および燃料噴射室４の下流に複数個の燃料噴射孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ（図２乃至図４参照）を有するオリフィスプレート２０を備えている。

また、コア７の中心部には、弁体６を弁座面３に押圧する弾性部材としてのスプリング８が備えてある。このスプリング８の弾性力はスプリングアジャスタ９の弁座面３方向への押し込み量によって調整される。

コイル１１に通電されていない状態では、弁体６と弁座面３とが密着している。この状態では燃料通路が閉じられているため、燃料は燃料噴射弁１内部に留まり、複数個設けられている各々燃料噴射孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃからの燃料噴射は行われない。

一方、コイル１１への通電があると、電磁力によって弁体６が対面するコア７の下端面に接触するまで移動する。

この開弁状態では弁体６と弁座面３の間に隙間ができるため、燃料通路が開かれて複数個の燃料噴射孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃから燃料が噴射される。

なお、燃料噴射弁１には入口部にフィルター１４を有する燃料通路１２が設けられており、この燃料通路１２はコア７の中央部を貫通する貫通孔部分を含み、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料を燃料噴射弁１の内部を通して燃料噴射孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃへと導く通路である。また、燃料噴射弁１の外側部分は樹脂モールド１５によって被服され電気絶縁されている。

燃料噴射弁１の動作は、上述したように、コイル１１への通電（噴射パルス）に伴って、弁体６の位置を開弁状態と閉弁状態に切り替えることで、燃料の供給量を制御している。

燃料供給量の制御にあたっては、特に、閉弁状態では燃料漏れがない弁体設計が施されている。

この種の燃料噴射弁では、弁体６に真円度が高く鏡面仕上げが施されているボール（ＪＩＳ規格品の玉軸受用鋼球）を用いておりシート性の向上に有益である。

一方、ボールが密着する弁座面３の弁座角は、研磨性が良好で真円度を高精度にできる最適な角度８０゜から１００゜に設定してあり、上述したボールとのシート性を極めて高く維持できる寸法条件を選択している。

なお、弁座面３を有するノズル体２は、焼入れによって硬度が高められており、さらに、脱磁処理により無用な磁気が除去されている。

このような弁体６の構成により、燃料漏れのない噴射量制御を可能としている。
図２は、本発明に係る燃料噴射弁１におけるノズル体２の近傍を示す縦断面図である。図２に示すように、オリフィスプレート２０はその上面２０ａがノズル体２の下面２ａに接触しており、この接触部分の外周をレーザ溶接してノズル体２に固定されている。

尚、本明細書及び特許請求の範囲において上下方向は図１を基準としており、燃料噴射弁１の弁軸心方向において燃料通路１２側を上側、燃料噴射孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃ側を下側とする。

ノズル体２の下端部には、弁座面３のシート部３ａの径φＳより小径の燃料導入孔５が設けられている。弁座面３は円錐形状をしており、その下流端中央部に燃料導入孔５が形成されている。弁座面３の中心線と燃料導入孔５の中心線とは弁軸心に一致するように、弁座面３と燃料導入孔５とが形成されている。燃料導入孔５によってノズル体２の下端面２ａにオリフィスプレート２０の中央穴（中央孔）２４に連通する開口が形成される。

中央穴２４はオリフィスプレート２０の上面２０ａに設けられた凹形状部であり、旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃが中央穴２４から放射状に延びており、旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃはその上流端が中央穴２４の内周面に開口して中央穴２４に連通している。

旋回用通路２１ａの下流端は旋回室２２ａに、旋回用通路２１ｂの下流端は旋回室２２ｂに、旋回用通路２１ｃの下流端は旋回室２２ｃに連通するよう接続されている。旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃは旋回室２２ａ、２２ｂ及び２２ｃにそれぞれ燃料を供給する燃料通路であり、この意味において旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃを旋回燃料供給通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃと呼んでもよい。

旋回室２２ａ、２２ｂ、２２ｃの壁面は、上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるように（曲率半径が次第に小さくなるように）形成されている。このとき、曲率は連続的に大きくしてもよいし、所定の範囲で曲率が一定になるようにしながら上流側から下流側に向かって段階的に次第に大きくなるようにしても良い。

上流側から下流側に向かって曲率が連続的に大きくなる曲線の代表例として、インボリュート曲線（形状）又はらせん曲線（形状）がある。本実施例では、らせん曲線について説明しているが、上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるとして、上記のような曲線を採用しても同様に説明することができる。

また、旋回室２２ａ、２２ｂ、２２ｃの中心には挟角噴射孔２３ａ、２３ｂ、広角噴射孔２３ｃがそれぞれ開口している。

ノズル体２とオリフィスプレート２０とは両者の位置決めが簡単且つ容易に実施されように構成されており、組み合わせ時の寸法精度が高められている。

また、オリフィスプレート２０は量産性に有利なプレス成形（塑性加工）により製作される。なお、この方法以外に、放電加工や電鋳法、エッチング加工など比較的応力の加わらない加工精度の高い方法が考えられる。

次に、オリフィスプレート２０の構成について、図３及び図４を用いて詳細に説明する。図３は、本発明に係る燃料噴射弁１におけるノズル体の下端部に位置するオリフィスプレート２０の平面図である。オリフィスプレート２０を上側より視た図に相当する。図４は、同じくオリフィスプレート２０の平面図である。オリフィスプレート２０を下側より視た図である。

オリフィスプレート２０には燃料導入孔５に連通する中央穴２４が形成されており、中央穴２４には、その相対する方向に配置され、径方向外周側に向けて延びる３つの旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃが接続されている。

なお、中央穴２４の外径を旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃの厚さ（幅）と同じにしても旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃの流れに何ら支障は生じない。

１つの旋回用通路２１ａの下流端は、旋回室２２ａの入口部に連通開口している。旋回室２２ａの中心部に挟角噴射孔２３ａが開口している。

本実施例では、旋回室２２ａの内周壁は弁軸心線（図２のＺ）に垂直な平面（断面）上でらせん曲線を描くように形成されており、すなわち、らせん形状を成しており、らせん曲線の渦中心と挟角噴射孔２３ａの中心とが一致するように構成されている。

旋回室２２ａがインボリュート曲線の場合、インボリュート曲線の基礎円の中心と挟角噴射孔２３ａの中心とが一致するように構成するとよい。

そして挟角噴射孔２３ａは、オリフィスプレート２０の中心Ｏから所定距離離れて設けられている。

他方の旋回用通路２１ｂの下流端には旋回室２２ｂ及び挟角噴射孔２３ｂが連通しており、その設計手法も同じ方法である。

また挟角噴射孔２３ｂは、オリフィスプレート２０の中心Ｏから所定距離離れて設けられている。

他方の旋回用通路２１ｃの下流端には旋回室２２ｃ及び広角噴射孔２３ｃが連通しており、その設計手法も同じ方法である。

また広角噴射孔２３ｃは、挟角噴射孔２３ａの中心と挟角噴射孔２３ｂの中心を結ぶ線分に直交する線上に形成されている。

旋回室２２ａ及び旋回室２２ｂは、図３に示すように、Ｙ軸上に配置されており中央穴２４を介して所望の位置に配置されている。詳細については後述する。

旋回室２２ａはＹ軸上に配置されている。従って、らせん曲線をなす旋回室２２ａの中心（渦中心）に位置する挟角噴射孔２３ａと、旋回室２２ｂの中心に位置する挟角噴射孔２３ｂがＹ軸上に配置されている。

また、図４に示すように、広角噴射孔２３ｃの出口側には凹形状の空気ガイド孔２５が同軸的に設けられている。

この様な構成により、広角噴射孔２３ｃの噴孔の軸方向長さは他の挟角噴射孔２３ａ、２３ｂに比して短くなるように形成されている（図５ｌ₁、ｌ₂参照）。

これにより図５の矢印２６に示すように空気巻き込み流れが発生し、微粒化が促進される。

次に、図５乃至図６を用いて、噴射される噴霧形態とそれぞれの噴霧の位置関係並びに相互作用について説明する。

図５は、図３に示す如く配置される挟角噴射孔２３ａ、２３ｂ、広角噴射孔２３ｃより噴射される噴霧をＹ方向より視たもので、ストロボ光やレーザ光を燃料噴射弁の駆動信号より任意時刻ディレイした噴霧の光学撮影により得られた画像から模式的に描写したものである。図６は、同じくＸ方向より視た噴霧を模式的に示したものである。

狭角噴霧３０、３１は挟角噴射孔２３ａ、２３ｂから噴射されたもので、広角噴霧３２は広角噴射孔２３ｃから噴射されたものである。

狭角噴霧３０、３１は旋回室２２ａ、２２ｂで与えられる燃料の旋回強さが弱いため狭角噴霧になる。この狭角噴霧３０、３１は比較的長い範囲で形成される液膜領域３０ａ、３１ａと、大気との速度差に基づく波状現象で生じる液糸が発生する分裂領域３０ｂ、３１ｂと、液滴化した噴霧領域３０ｃ、３１ｃとからそれぞれ形成されている。

一方、広角噴霧３２は旋回室２２ｃで与えられる燃料の旋回強さが強いため広角噴霧となる。この広角噴霧３２は液膜厚さが薄くなっているため液膜領域３２ａが短くなっている。従って、分裂領域３２ｂでの液糸の生成も素早く起こるので、噴霧領域３２ｃへの移行も早くなりその到達距離も短くなる。

広角噴射孔２３ｃの出口部に設けた空気ガイド孔２５は、広角噴霧３２の生成によって生じる空気流動を安定して液膜領域３２ａに供給する役目を有しており、液膜領域３２ａの分裂に寄与している。いわゆる微粒化の促進に寄与している。

狭角噴霧３０、３１と広角噴霧３２は、図から明らかなように、それぞれの液膜領域３０ａ、３１ａ、３２ａ間では衝突しないように配慮されている。このことは粒径の粗大化を防止することを示している。すなわち、液膜状態で衝突させると旋回力によって薄膜化された薄膜燃料の微粒化エネルギーを損失してしまい、逆に厚膜化して粒径が粗大化することが、筆者らの実験解析で検証されている。

図６は、図３に示すオリフィスプレート２０をＸ方向より視たもので、噴射される噴霧３０、３１、３２が模式的に示されている。３つの噴霧３０、３１、３２は互いに液膜領域３０ａ、３１ａ、３２ａでは衝突しないように形成されている。また、狭角噴霧３０、３１は下方に向かう噴霧流動が強いため、この噴霧流動によって生成される空気流動（図の矢印２７ａ、２７ｂ）は広角噴霧３２で生成される微小液滴を下方に誘引する。これによって、噴霧全体としては広がりが抑えられその到達距離を下方に移すことができる。

なお、旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃの流れ方向に垂直な断面形状は矩形（長方形）であり、旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃの幅に比べて高さを小さくすることで、プレス成形に有利な寸法となるように設計されている。

旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃに流入する燃料はこの矩形部が絞り（最小断面積）となっているため、弁座面３のシート部３ａから燃料噴射室４、燃料導入孔５、オリフィスプレート２０の中央穴２４を経てこの旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃに至るまでの圧力損失は無視できるように設計されている。

特に、燃料導入孔５およびオリフィスプレート２０の中央穴２４は急激な曲がり圧損が生じないよう、所望大きさの燃料通路となるように設計している。

従って、燃料の圧力エネルギーがこの旋回用通路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ部分で効率的に旋回速度エネルギー変換されるようになっている。

また、この矩形部で加速された燃料流れは十分な旋回強さ、いわゆる旋回速度エネルギーを維持しつつ、下流の挟角噴射孔２３ａ、２３ｂ、広角噴射孔２３ｃに導かれる。

ここに、旋回室２２ａ、２２ｂ、２２ｃの大きさは、燃料流れによる摩擦損失や室内壁での摩擦損失の影響が極力小さくなるように、その直径が決められている。その大きさは水力直径の４倍から６倍程度が最適値とされており、本実施例でもこの方法を適用している。

旋回用通路２１ｂと旋回室２２ｂと挟角噴射孔２３ｂとの関係、旋回用通路２１ｃと旋回室２２ｃと広角噴射孔２３ｃとの関係も、上述した旋回用通路２１ａと旋回室２２ａと挟角噴射孔２３ａとの関係と同一であるので、説明を省略する。

なお、本実施例では挟角噴射孔２３ａ、２３ｂ、広角噴射孔２３ｃの中心軸は燃料噴射弁の軸と平行にしているが、傾斜させることによって噴霧の形状のバリエーションの自由度を高めても良い。

本実施例に係る燃料噴射弁の第２の実施例について、図７及び図８を参照して以下説明する。

図８は図３と同様に、燃料噴射弁におけるノズル体２の下端部に位置するオリフィスプレート４０を弁体６側より視た平面図である。図８は図４と同様に、燃料噴射弁におけるノズル体２の下端部に位置するオリフィスプレート４０を出口側より視た平面図である。

第１の実施例に係る燃料噴射弁と異なる点は、広角噴射孔４２の出口側の面がステップ的に変化している点である。

図７に示すように、ステップ部４３は広角噴射孔４２の軸方向長さを短くするように作用しており、また、部分的に曲率を有する空気ガイド壁４１の役目も併せ持っている。

この様な構成により、広角噴射孔４２より噴射される噴霧が広角噴霧（第１実施例と同様）を形成すると共に、この噴霧の液膜領域（噴霧出口の外縁部）に空気流動が発生する（図７の矢印４４）。

空気ガイド壁４１は、この空気流動を噴霧外周部に安定して生成するためのもので、液膜のへの分裂作用が保たれることになり、その結果、第１の実施例と同様な作用効果が得られることになる。

本実施例に係る燃料噴射弁の第３の実施例について、図９及び図１０を参照して以下説明する。

図９は図３に示す如く配置される燃料噴射孔２３ａ、２３ｂ、２３ｃより噴射される噴霧をＹ方向より視たものである。図１０は図５と同様に、燃料噴射弁における噴霧形態を模式的に示した図で、広角噴射孔５２、挟角噴射孔５３、５４より噴射される噴霧をＸ方向より視たものである。

第１の実施例に係る燃料噴射弁と異なる点は、広角噴射孔５２の出口側の面が傾斜している点である。

図に示すように、傾斜部５１は広角噴射孔５２の軸方向長さを短くするように作用している。実質的には、図に示すように、広角噴射孔５２の長さは左右異なることになる。

この様な構成により、広角噴射孔５２より噴射される噴霧が広角噴霧（第１実施例と同様）を形成すると共に、角度α分だけ図１０の左方向に傾くことになる。

偏向噴霧５７は広角噴射孔５２から噴射されたもので、狭角噴霧５５、５６は挟角噴射孔５３、５４から噴射されたものである。

狭角噴霧５５、５６は燃料の旋回強さが弱いため狭角噴霧になる。この狭角噴霧５５、５６は比較的長い範囲で形成される液膜領域５５ａ、５６ａと、大気との速度差で生じる波打ち現象で生じる液糸が発生する分裂領域５５ｂ、５６ｂと、液滴化した噴霧領域５５ｃ、５６ｃとから形成されている。

一方、偏向噴霧５７は旋燃料の旋回強さが強いため広角噴霧となる。この偏向噴霧５７は液膜厚さが薄くなっているため液膜領域５７ａが短くなっている。従って、分裂領域５７ｂでの液糸の生成もす早く起こるので、噴霧領域５７ｃへの移行も早くなり噴霧の到達距離も短くなる。

狭角噴霧５５、５６と偏向噴霧５７は、図１０から明らかなように、それぞれの液膜領域５５ａ、５６ａ、５７ａ間では衝突しないように配慮されている。

このようなことから、第１の実施例と同様な作用効果が得られることになる。
なお、上記のいずれの実施例においても燃料噴射孔の直径は十分大きくしている。直径を大きくすると、内部に形成される空洞を大きくすることができる。いわゆる、噴射孔部での旋回速度エネルギーを損失することなく噴射燃料の薄膜化に作用させることができる。

また、燃料噴射孔の板厚に対する噴射孔直径の比を小さくすると、旋回速度エネルギーの損失も極めて小さくなる。以って、燃料の微粒化特性が極めて優れることになる。

さらに、燃料噴射孔の板厚に対する噴射孔直径の比を小さくするとプレス加工性が向上する。この様な構成ではコスト低減効果は勿論であるが、加工性の向上によって寸法バラツキが抑えられるので、噴霧形状や噴射量のロバスト性が格段に向上する。

次に、本実施形態の噴霧を多気筒内燃機関への適用した例について説明する。
図１１は、多気筒内燃機関のシリンダヘッドへの装着状態を示す図であって、図１２はＣ方向より視た図で、吸気弁と燃料噴射弁１００の位置及び噴霧との関係を示す図である。

１０１は多気筒内燃機関の気筒の１つを示しており、燃料噴射弁１００を吸気ポート１０８に向けて配置した吸気２弁式である。１０２は燃焼室、１０３はキャビティ１０４を有するピストン、１０５はシリンダ、１０６はシリンダヘッドである。１０７は吸気弁、また１１１は吸気ポート１０８を分離する中央隔壁１０８ａを有し上流側において連通する吸気通路、１０９は排気弁、１１０は点火プラグ、１１２は吸気流動制御装置である。燃料噴射弁１００は上流側に１つずつ配置され、マルチポイントインジェクション化された燃料噴射方式となっている。

気筒内の混合気の質や形成状態の向上を図るために、噴霧３０、３１、３２は微粒化度が高められているが、さらに、シリンダヘッド１０６や吸気通路１１１の内壁面への燃料付着を低減するために、噴霧の方向性や形状については最適化が図られている。すなわち、本実施形態の燃料噴射弁１００の噴霧形状は、吸気通路１１１の内壁面にはその広がりは小さい。また、図１２に示すように、噴霧は中央隔壁１０８ａへの付着を避け、吸気弁１０７のステム中心に指向するようにレイアウトされている。

特に狭角噴霧３０、３１は密度の濃い部位がステム中心に指向しており、吸気通路１１１の中央隔壁１０８ａの近傍に浮遊するようにして、その内壁１０８ｂへの付着を防止している。また、広角噴霧３２は燃料噴射弁１００を取り付けている壁面とは対向する壁面側に、その噴霧を指向して吸気流動に乗ってシリンダ１０５内へ運ばれるように設定してある。

内燃機関の燃焼実験を実施したところ、排ガス性能の向上や燃費の向上が図られており、この燃料噴射弁１００の噴霧によって、吸気管内壁面への燃料付着が抑制されて、混合気の質や形成状態の向上が図られていることが確認された。

以上説明したように、本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁は、燃料流れの上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるように形成された内周壁を有する旋回室と、前記旋回室に燃料を導入する旋回用通路と、前記旋回室に開口する燃料噴射孔と、前記噴射孔が形成されたオリフィスプレートを備えた燃料噴射弁において、前記燃料噴射孔から噴射される噴霧が、少なくとも１つ以上の狭角噴霧と広角噴霧とからなり、前記狭角噴霧を噴射する挟角噴射孔が前記オリフィスプレートの中心Ｏから所定距離だけ離間して形成され、前記広角噴霧を噴射する広角噴射孔が前記挟角噴射孔の中心を結ぶ線分に直交する線上に形成されている。

これによって、弱旋回室２２ａより噴射される狭角噴霧が、強旋回室２２ｃより噴射される微粒化の良い広角噴霧の飛散を防止して下方に誘引することができるので、微粒化特性と形状制御性のいずれにおいても優れた噴霧構造体とすることができる。

１ 燃料噴射弁
２ ノズル体
３ 弁座面
４ 燃料噴射室
５ 燃料導入孔
６ 弁体
２０、４０、５０ オリフィスプレート
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 旋回用通路
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 旋回室
２３ａ、２３ｂ 挟角噴射孔
２３ｃ 広角噴射孔
２４ 中央穴
２５ 空気ガイド孔
３０、３１、５５、５６ 狭角噴霧
３２ 広角噴霧
４１ 空気ガイド壁
５１ 傾斜部
５７ 偏向噴霧

Claims (5)

1. 燃料流れの上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるように形成された内周壁を有する旋回室と、前記旋回室に燃料を導入する旋回用通路と、前記旋回室に開口する燃料噴射孔と、前記噴射孔が形成されたオリフィスプレートを備えた燃料噴射弁において、
   前記燃料噴射孔から噴射される噴霧が、少なくとも１つ以上の狭角噴霧と広角噴霧とからなり、前記狭角噴霧を噴射する挟角噴射孔が前記オリフィスプレートの中心から所定距離だけ離間して形成され、前記広角噴霧を噴射する広角噴射孔が前記挟角噴射孔の中心を結ぶ線分に直交する線上に形成されている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、
   前記広角噴射孔の出口側に、該広角噴射孔の直径より大きい直径の凹部を形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１乃至２に記載の燃料噴射弁において、
   前記挟角噴射孔の軸方向長さに対して、前記広角噴射孔の軸方向長さを小さくしたことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 吸気ポートを開閉する吸気弁装置と、該吸気弁装置の上流側に配置され、エンジンの制御装置からの制御信号に基づいて駆動される燃料噴射弁と、吸気流れを制御する吸気流制御装置とを備え、
   前記吸気流制御装置によって流動制御された吸気流に前記広角噴霧を指向させて燃料噴射弁を配置したことを特徴とする請求項１−３に記載の燃料噴射弁。
5. 請求項４に記載の燃料噴射弁において、
   前記広角噴霧は、前記燃料噴射弁の配設された吸気管の燃料噴射弁配置内壁に指向する側の内壁に指向され、前記少なくとも１つ以上の前記狭角噴霧は、前記吸気ポートを開閉する吸気弁方向に指向して生成されることを特徴とする燃料噴射弁。