JP2015218681A - 燃料噴射弁の取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な構成で、燃料噴射弁の先端の噴射面におけるデポジットの堆積を抑制することができる燃料噴射弁の取付構造を提供する。【解決手段】内燃機関１のシリンダ２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６の取付構造であって、燃料噴射弁６は、噴射面２２に燃料を噴射するための１以上の噴射口２３を有しており、シリンダヘッド４の外部からシリンダ２の内方に向かって延びる取付孔１２を有するとともに、燃料噴射弁６が取り付けられる噴射弁取付部１１を備えており、噴射弁取付部１１は、取付孔１２の内壁面において、噴射面２２よりもシリンダ２側に、取付孔１２の内方に突出するように設けられ、噴射面２２の径方向の外側を覆う噴射面カバー部１４を、さらに有しており、噴射面カバー部１４と噴射面２２との間には、所定の間隔ｗを有するスペースであって、排ガスを保留可能な排ガス保留部１７が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のシリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁の取付構造に関する。

従来、この種の燃料噴射弁の取付構造について、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この燃料噴射弁は、円筒状に形成された先端部が、シリンダヘッドに設けられた取付孔に挿入された状態で、シリンダヘッドに取り付けられている。また、燃料噴射弁の先端面には、複数の噴射口が形成されたノズルプレートが設けられている。一方、シリンダヘッドの燃料噴射弁の取付孔には、ノズルプレートの各噴射口から噴射された燃料を整流するための整流部が設けられている。

この整流部は、燃料噴射弁の先端付近において、取付孔の内壁面から内方に突出するように形成され、内側に所定の形状及びサイズを有する開口部が形成されている。具体的には、この開口部は、ノズルプレートにおいて外側に位置する複数の噴射口から径方向に所定距離、離れた状態で、それらの噴射口を囲みかつ周方向に連続するように形成されている。また、燃料噴射弁がシリンダヘッドに取り付けられた状態において、燃料噴射弁のノズルプレートは、整流部に当接している。そして、上記のような取付構造によって燃料噴射弁がシリンダヘッドに取り付けられた内燃機関では、その運転時に、燃料噴射弁の噴射口からシリンダ内に燃料が直接噴射される。

特開２００７−３２４５０号公報（図８）

上記の内燃機関では、燃料噴射弁による燃料の噴射に伴い、その先端のノズルプレートの表面に、微量の燃料が付着することがある。この場合、内燃機関の燃焼行程において、燃料噴射弁の先端が高温の燃焼ガスに晒されると、ノズルプレートに付着している燃料が熱分解によってガム質状に変質し、いわゆるデポジットが生成されることがある。内燃機関の運転に伴い、上記のように生成されるデポジットが燃料噴射弁のノズルプレートの表面や噴射口の周縁部に堆積すると、燃料噴射の特性や噴射される燃料量が変化し、その結果、内燃機関において、所望の運転特性が得られなくなるおそれがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、比較的簡単な構成で、燃料噴射弁の先端の噴射面におけるデポジットの堆積を抑制することができる燃料噴射弁の取付構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関１のシリンダ２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁６の取付構造であって、燃料噴射弁は、所定サイズの径を有しかつシリンダ内に臨む先端面である噴射面２２に、燃料を噴射するための１以上の噴射口２３を有しており、シリンダヘッド４に設けられ、シリンダヘッドの外部からシリンダの内方に向かって延びる取付孔１２を有するとともに、取付孔に燃料噴射弁の先端部が挿入された状態で燃料噴射弁が取り付けられる噴射弁取付部１１を備えており、噴射弁取付部は、取付孔の内壁面において、噴射面よりもシリンダ側に、取付孔の内方に突出するように設けられ、噴射面の径方向の外側を覆う噴射面カバー部１４を、さらに有しており、噴射面カバー部と噴射面との間には、所定の間隔ｗを有するスペースであって、排ガスを保留可能な排ガス保留部１７が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、燃料噴射弁は、その先端面であって、所定サイズの径を有する噴射面に、燃料を噴射するための１以上の噴射口を有している。一方、シリンダヘッドには、その外部からシリンダの内方に向かって延びる取付孔を有する噴射弁取付部が設けられている。また、この噴射弁取付部の取付孔の内壁面には、前記噴射面よりもシリンダ側に、噴射面カバー部が設けられている。この噴射面カバー部は、取付孔の内方に突出しており、噴射面の径方向の外側を覆っている。加えて、噴射面カバー部と燃料噴射弁の噴射面との間には、所定の間隔を有するスペースである排ガス保留部が設けられている。

内燃機関の運転時には、燃料噴射弁の先端の噴射面から、噴射口を介して燃料が噴射される。この場合、噴射された燃料のうちの微量の燃料が、燃料噴射弁の噴射面に付着し、残留することがある。噴射面に付着・残留した燃料（以下「付着燃料」という）は、その後にシリンダ側から噴射面に作用する圧力、例えばシリンダ内における燃焼圧や排気圧によって、噴射面の径方向に押圧されやすい。その結果、付着燃料は、噴射面と噴射面カバー部の間のスペースである排ガス保留部に移動する。また、この排ガス保留部に排ガスが保留されると、排ガス保留部内の付着燃料が排ガスでガードされることによって、付着燃料が高温の燃焼ガスに晒されるのを低減することができる。以上のように、シリンダヘッドの噴射弁取付部において、取付孔の内壁面に噴射面カバー部を設けるとともに、その噴射面カバー部と燃料噴射弁の噴射面との間に、排ガスを保留可能なスペースである排ガス保留部を設けるという、比較的簡単な構成によって、付着燃料によるデポジットが燃料噴射弁の噴射面に堆積するのを効果的に抑制することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の燃料噴射弁の取付構造において、噴射面カバー部１４の内側に形成された開口１５は、燃料噴射弁６の噴射面２２の径よりも小さく、噴射面において１以上の噴射口２３を仮想的に囲う仮想円Ｃよりも大きく形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、噴射面カバー部の内側に形成された開口が、燃料噴射弁の噴射面の径よりも小さく形成されることにより、取付孔の内壁面からその内方に突出する排ガス保留部が構成される。また、噴射面カバー部による上記の開口が、燃料噴射弁の噴射面において１以上の噴射口を仮想的に囲う仮想円よりも大きく形成されることにより、噴射口から噴射される燃料の通過が許容される。以上のように、上記構成の開口により、噴射口からの燃料の適切な噴射を確保しながら、付着燃料を保持し得る排ガス保留部を容易に構成することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の燃料噴射弁の取付構造において、排ガス保留部１７の間隔ｗは、所定距離以上で、かつ噴射面カバー部１４の噴射面２２に対向する対向面１４ａの内方への突出長さ（実施形態における噴射面カバー部１４の対向面１４ａの厚さｔ）の２倍以下であることを特徴とする。

上記の排ガス保留部の間隔、すなわち噴射面カバー部と燃料噴射弁の噴射面との間の間隔が、上記の範囲外のときには、以下のような問題がある。すなわち、排ガス保留部の間隔が、所定距離よりも小さいことで、比較的狭く、付着燃料が排ガス保留部に詰まった状態になったときには、その排ガス保留部に排ガスが適切に保留されないことがある。その結果、排ガス保留部内の付着燃料を排ガスで適切にガードできないおそれがある。一方、排ガス保留部の間隔が、噴射面カバー部の、燃料噴射弁の噴射面に対向する対向面の内方への突出長さの２倍よりも大きいことで、広すぎるときには、付着燃料をガードし得る排ガスを排ガス保留部に適切に保留できず、それにより、噴射面におけるデポジットの堆積抑制効果が不十分になる。したがって、排ガス保留部の間隔を前述したように設定することにより、噴射面におけるデポジットの堆積抑制効果を十分に得ることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の燃料噴射弁の取付構造において、所定距離は、突出長さの１／２よりも大きいことを特徴とする。

この構成によれば、前記所定距離、すなわち排ガス保留部の間隔の下限値である所定距離が、噴射面カバー部の前記突出長さの１／２よりも大きいので、例えば、排ガス保留部内の付着燃料が、半球状の液滴でかつ排ガス保留部内に完全に収容された状態である場合には、上記の付着燃料と噴射面カバー部との間に隙間を確保することができる。それにより、排ガス保留部の上記の隙間に排ガスが侵入し、付着燃料を高温の燃焼ガスから適切にガードすることができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料噴射弁の取付構造であって、噴射面カバー部１４の内側の壁面は、噴射口２３から噴射される燃料が接触しないよう、所定の形状に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、噴射面カバー部の内側の壁面に、噴射口から噴射される燃料が接触することがないので、その燃料をシリンダ内に適切に噴射することができ、また、噴射面カバー部の上記壁面が高温の燃焼ガスに晒されても、その壁面にデポジットが堆積することはない。

本発明の一実施形態による燃料噴射弁の取付構造を適用した内燃機関のシリンダ及びシリンダヘッドを部分的に示す断面図である。 シリンダヘッドに取り付けられた燃料噴射弁の先端部のノズル部、及びシリンダヘッドにおける噴射弁取付部の噴射面カバー部を拡大して示す断面図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ線に沿って切断した断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線に沿って切断した断面図である。 （ａ）は燃料噴射弁から燃料を噴射する状態を示す図、（ｂ）は排ガス保留部に液滴の燃料が収容された状態を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による燃料噴射弁の取付構造を適用した内燃機関について、シリンダ及びシリンダヘッドを部分的に示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）１は、図示しない車両に動力源として搭載されたガソリンエンジンタイプのものである。エンジン１は、複数（例えば４つ。図１では１つのみ図示）のシリンダ２及びピストン３と、シリンダ２の上側に設けられたシリンダヘッド４と、このシリンダヘッド４に、シリンダ２ごとに取り付けられた点火プラグ５及び燃料噴射弁６などを備えている。

シリンダヘッド４には、新気をシリンダ２内に送り出すための吸気ポート７、及びシリンダ２内の排ガスを外部に排出するための排気ポート８が設けられている。また、シリンダヘッド４に取り付けられた点火プラグ５は、シリンダヘッド４とシリンダ２内のピストン３との間に画成された燃焼室９の頂部において点火し得るように取り付けられている。

また、シリンダヘッド４には、燃料噴射弁６を取り付けるための噴射弁取付部１１が設けられている。この噴射弁取付部１１は、シリンダヘッド４の外部から燃焼室９に向かって斜めに延びる取付孔１２を有している。この取付孔１２は、燃料噴射弁６の先端部のノズル部２１が収容されるノズル収納部１３と、燃焼室９側に設けられ、燃料噴射弁６の後述する噴射面２２の外縁部を覆う噴射面カバー部１４とを有している。

図２は、シリンダヘッド４の噴射弁取付部１１に取り付けられた燃料噴射弁６のノズル部２１、及び噴射面カバー部１４を拡大して示している。図２及び図３に示すように、燃料噴射弁６の先端面、すなわち燃焼室９に臨むノズル部２１の先端面である噴射面２２は、正面形状（燃焼室９側から見たときの形状）が所定サイズの径を有する円形に形成され、燃料が噴射される複数（本実施形態では７つ）の噴射口２３を有している。これらの噴射口２３は、各々が所定サイズの径を有するとともに、互いに間隔を隔てて所定位置にそれぞれ配置されている。

一方、噴射弁取付部１１の噴射面カバー部１４は、取付孔１２の内壁面において、燃焼室９寄りの位置に設けられ、取付孔１２の内方に突出している。また、噴射面カバー部１４の内側には、燃料噴射弁６の各噴射口２３から噴射された燃料の通過を許容する開口１５が形成されている。

より具体的には、燃料噴射弁６の噴射面２２に対向する、噴射面カバー部１４の対向面１４ａは、図３（ａ）に示すように、所定サイズの厚さｔ（突出長さ）を有するドーナツ状に形成されている。すなわち、噴射面カバー部１４による開口１５は、燃料噴射弁６の噴射面２２の径よりも小さく、全ての噴射口２３を仮想的に囲う仮想円Ｃよりも大きく形成されている。また、噴射面カバー部１４の下部には、図２及び図３（ｂ）に示すように、燃焼室９側に向かって傾斜し、かつ径方向に凹状に湾曲する傾斜凹部１６が形成されている。この傾斜凹部１６により、開口１５の下部は、燃焼室９側に向かって広がるように形成されている。そして、開口１５の外縁を構成する噴射面カバー部１４の内壁面は、燃料噴射弁６の各噴射口２３から噴射される燃料に当たらないように形成されている。

また、図２に示すように、噴射弁取付部１１に取り付けられた燃料噴射弁６の噴射面２２と、噴射面カバー部１４の対向面１４ａとの間には、所定の間隔ｗを有するスペースであって、排ガスを保留可能な排ガス保留部１７が設けられている。この排ガス保留部１７の間隔ｗは、噴射面カバー部１４の厚さｔの１／２よりも大きい所定距離（例えば１ｍｍ）以上で、かつ厚さｔの２倍以下に設定されている。

図４（ａ）は、エンジン１の運転時において、燃料噴射弁６のノズル部２１の噴射面２２から燃焼室９に向かって燃料を噴射した状態を示している。同図の破線矢印で示すように、噴射面２２の各噴射口２３からの燃料は、同図の一点鎖線で示す噴射範囲Ｓ内において、噴射面２２の径方向、すなわち噴射方向と直交する方向に広がりながら、燃焼室９に向かって噴射される。

また、上記のように、各噴射口２３を介して燃料が噴射されると、微量の燃料が噴射面２２に付着し、残留することがある。この場合、噴射面２２に付着・残留した燃料（以下「付着燃料」という）は、その後に噴射面２２に作用する圧力、例えばシリンダ２内における燃焼圧や排気圧によって、噴射面２２の径方向に押圧されやすい。その結果、付着燃料は、噴射面２２と噴射面カバー部１４との間の排ガス保留部１７に移動する。またこの排ガス保留部１７には、排ガスが保留される。

図４（ｂ）は、半球状の液滴の付着燃料Ｆが排ガス保留部１７に収容された状態を示している。この状態において、排ガス保留部１７に排ガスが保留されると、排ガス保留部１７内の付着燃料Ｆが排ガスでガードされることによって、付着燃料Ｆが高温の燃焼ガスに晒されるのを低減することができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、シリンダヘッド４の噴射弁取付部１１において、取付孔１２の内壁面に噴射面カバー部１４を設けるとともに、その噴射面カバー部１４と燃料噴射弁６の噴射面２２との間に、排ガスを保留可能なスペースである排ガス保留部１７を設けるという、比較的簡単な構成によって、付着燃料Ｆによるデポジットが燃料噴射弁６の噴射面２２に堆積するのを効果的に抑制することができる。

また、排ガス保留部１７の間隔ｗが、噴射面カバー部１４の厚さｔの１／２よりも大きく、かつ厚さｔの２倍以下に設定されているので、排ガス保留部１７内の付着燃料Ｆが、半球状の液滴でかつ排ガス保留部１７内に完全に収容された状態である場合には、上記の付着燃料Ｆと噴射面カバー部１４との間に隙間を確保でき、その隙間に、排ガスが侵入することによって、付着燃料Ｆを高温の燃焼ガスから適切にガードすることができる。これにより、噴射面２２におけるデポジットの堆積抑制効果を十分に得ることができる。

さらに、噴射面カバー部１４の内側に形成された開口１５が、燃料噴射弁６の噴射面２２の径よりも小さく、全ての噴射口２３を仮想的に囲う仮想円Ｃよりも大きく形成されているので、開口１５により、全ての噴射口２３からの燃料の適切な噴射を確保しながら、付着燃料Ｆを保持し得る排ガス保留部１７を容易に構成することができる。また、噴射面カバー部１４の内側の壁面に、各噴射口２３から噴射される燃料が接触することがないので、その燃料をシリンダ２内に適切に噴射することができ、また、噴射面カバー部１４の上記壁面が高温の燃焼ガスに晒されても、その壁面にデポジットが堆積することはない。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、噴射面２２に７つの噴射口２３を有する燃料噴射弁６を例示したが、噴射口２３の数はこれに限定されるものではなく、１以上であればよい。また、各噴射口２３のサイズ及び位置についても、実施形態に限定されるものではなく、種々のサイズ及び位置に配置された噴射口を有する燃料噴射弁を用いることが可能である。

また、実施形態で示したシリンダヘッド４の噴射弁取付部１１における噴射面カバー部１４の細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。

１ 内燃機関
２ シリンダ
４ シリンダヘッド
６ 燃料噴射弁
９ 燃焼室
１１ 噴射弁取付部
１２ 取付孔
１３ ノズル収納部
１４ 噴射面カバー部
１４ａ 噴射面に対向する噴射面カバー部の対向面
１５ 噴射面カバー部の内側の開口
１６ 噴射面カバー部の傾斜凹部
１７ 排ガス保留部
２１ 燃料噴射弁のノズル部
２２ 燃料噴射弁の噴射面
２３ 噴射口
Ｃ 仮想円
Ｆ 付着燃料
Ｓ 噴射範囲
ｔ 噴射面カバー部の対向面の厚さ（突出長さ）
ｗ 間隔

Claims (5)

1. 内燃機関のシリンダ内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁の取付構造であって、
   前記燃料噴射弁は、所定サイズの径を有しかつ前記シリンダ内に臨む先端面である噴射面に、燃料を噴射するための１以上の噴射口を有しており、
   シリンダヘッドに設けられ、当該シリンダヘッドの外部から前記シリンダの内方に向かって延びる取付孔を有するとともに、当該取付孔に前記燃料噴射弁の先端部が挿入された状態で当該燃料噴射弁が取り付けられる噴射弁取付部を備えており、
   当該噴射弁取付部は、前記取付孔の内壁面において、前記噴射面よりも前記シリンダ側に、当該取付孔の内方に突出するように設けられ、前記噴射面の径方向の外側を覆う噴射面カバー部を、さらに有しており、
   当該噴射面カバー部と前記噴射面との間には、所定の間隔を有するスペースであって、排ガスを保留可能な排ガス保留部が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁の取付構造。
2. 前記噴射面カバー部の内側に形成された開口は、前記燃料噴射弁の前記噴射面の径よりも小さく、当該噴射面において前記１以上の噴射口を仮想的に囲う仮想円よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の取付構造。
3. 前記排ガス保留部の前記間隔は、所定距離以上で、かつ前記噴射面カバー部の前記噴射面に対向する対向面の内方への突出長さの２倍以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射弁の取付構造。
4. 前記所定距離は、前記突出長さの１／２よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁の取付構造。
5. 前記噴射面カバー部の内側の壁面は、前記噴射口から噴射される燃料が接触しないよう、所定の形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の燃料噴射弁の取付構造。

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