JP2015224618A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁において、燃料噴射時の燃料と空気との混合や燃料噴霧の拡散をより効果的に促進する。
【解決手段】燃料の出口側部分である出口側噴孔の孔径が燃料の入口側部分である入口側噴孔の孔径よりも大きくなるように、入口側噴孔と出口側噴孔との境界の壁面に段差が形成されている噴孔を有する燃料噴射弁において、噴孔の段差を形成する段差面における、入口側噴孔の開口部から離間した部分に燃料噴射弁の内側方向に凹んだ凹部が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

従来、図８に示すように、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴孔を、燃料の出口側（即ち、燃料噴射弁の外部側）部分である出口側噴孔の孔径Ｄｏｕｔが燃料の入口側（即ち、燃料噴射弁の内部側）部分である入口側噴孔の孔径Ｄｉｎよりも大きくなるように、入口側噴孔と出口側噴孔との境界の壁面に段差が形成された構成とする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

噴孔を上記のような構成とすると、該噴孔から燃料が噴射された際に、該噴孔における出口側噴孔の側壁面付近において圧力降下が生じる。その結果、図９に示すように、燃焼室内のガス（空気）が噴孔内に流入することとなる。なお、図９において、斜線部は燃料噴霧を表しており、矢印はガス（空気）の流れを表している。このような噴孔内へのガス（空気）の流入が生じることで、燃料と空気との混合や噴孔から噴出した燃料噴霧の拡散が促進されるといった効果を得ることができる。

特開２００７−３１５２７６号公報 特許第３８３７７７４号公報

燃料噴射弁の噴孔の構成を、出口側噴孔の孔径を入口側噴孔の孔径よりも大きい構成とした場合、出口側噴孔の容積を大きくすると、燃料が噴射された際に出口側噴孔内での圧力降下に起因して噴孔内に流入するガス（空気）の流量が大きくなる。そのため、燃料と空気との混合や燃料噴霧の拡散がより促進されることとなる。

しかしながら、噴孔の軸方向における出口側噴孔の長さが過剰に長くなると、入口側噴孔から出口側噴孔に噴出した燃料噴霧が、燃焼室内に噴出する前に、出口側噴孔の側壁面に接触し易くなる。このように入口側噴孔から出口側噴孔に噴出した燃料噴霧が出口側噴孔の側壁面に接触すると、該燃料噴霧によって、燃焼室内のガス（空気）の噴孔内への流入が妨げられることになる。そのため、噴孔の軸方向における出口側噴孔の長さが長くなることで出口側噴孔の容積が大きくなったとしても、却って、燃料と空気との混合や燃料噴霧の拡散の促進といった効果を十分に得ることが困難となる虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁において、燃料噴射時の燃料と空気との混合や燃料噴霧の拡散をより効果的に促進することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料噴射弁は、
先端部に円周上に並ぶように配置された複数の噴孔を有し、該噴孔から内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
前記噴孔において、燃料の出口側部分である出口側噴孔の孔径が燃料の入口側部分である入口側噴孔の孔径よりも大きくなるように、前記入口側噴孔と前記出口側噴孔との境界
の壁面に段差が形成されており、且つ、
前記噴孔における前記段差を形成する段差面において、前記入口側噴孔の開口部から離間した部分に前記燃料噴射弁の内側方向に凹んだ凹部が形成されている。

本発明においては、入口側噴孔と出口側噴孔との境界に形成された段差の段差面（以下、単に段差面と称する場合もある）における入口側噴孔の開口部から離間した部分に凹部が形成されることで、該凹部が形成されていない場合に比べて出口側噴孔の容積が大きくなっている。これにより、燃料が噴射された際に出口側噴孔内での圧力降下に起因して噴孔内に流入するガス（空気）の流量がより大きくなる。一方で、段差面における入口側噴孔の開口部の周辺部分は凹部が形成された部分よりも燃料噴射弁の外側方向に突出した形状となっている。これにより、入口側噴孔から出口側噴孔に噴出した燃料噴霧が該出口側噴孔の側壁面に接触することが抑制される。そのため、燃料噴射時における燃焼室内のガス（空気）の噴孔内への流入が燃料噴霧によって妨げられることが抑制される。したがって、本発明によれば、燃料噴射時の燃料と空気との混合や燃料噴霧の拡散をより効果的に促進することが可能となる。

本発明によれば、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁において、燃料噴射時の燃料と空気との混合や燃料噴霧の拡散をより効果的に促進することができる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。 実施例に係る燃料噴射弁の概略構成を示す図である。 実施例に係る燃料噴射弁の噴孔の概略構成を示す図である。 噴孔から噴射された燃料噴霧の様子を示す図である。 実施例に係る噴孔から噴射される燃料噴霧の特性値と出口側噴孔の長さＬｏｕｔとの関係を示す図である。 実施例の第１の変形例に係る燃料噴射弁の噴孔の概略構成を示す図である。 実施例の第２の変形例に係る燃料噴射弁の噴孔の概略構成を示す図である。 従来技術に係る燃料噴射弁の噴孔の概略構成を示す図である。 従来技術に係る燃料噴射弁の噴孔から噴射された燃料噴霧の様子を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
ここでは、本発明を、車両駆動用のディーゼルエンジンの燃料噴射弁に適用した場合を例に挙げて説明する。尚、本発明に係る内燃機関はディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジンであってもよい。

図１は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する車両駆動用の４サイクルディーゼルエンジンである。なお、図１においては、便宜上、一の気筒のみ図示している。気筒２には吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室３への開口部は、それぞれ吸気弁６および排気弁７によって開閉される。

また、気筒２には、該気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。図
２は、燃料噴射弁１０の概略構成を示す図である。燃料噴射弁１０の先端部には、８つの噴孔１１が円周上に並ぶように形成されている。気筒２においては、燃焼室３の上壁面の中心付近から、この先端部が該燃焼室３内に突出するように燃料噴射弁１０が設けられている。そして、燃料噴射弁１０の各噴孔から気筒２の径方向に燃料が噴射される。なお、図１においては、斜線部が、燃料噴射弁１０から噴射された燃料噴霧を表している。

ここで、燃料噴射弁１０の各噴孔１１の構成について説明する。図３は、燃料噴射弁１０の噴孔１１の概略構成を示す図である。図３に示すように、各噴孔１１は、燃料の出口側（即ち、燃料噴射弁１０の外部側）部分である出口側噴孔１１ｂの孔径Ｄｏｕｔが燃料の入口側（即ち、燃料噴射弁１０の内部側）部分である入口側噴孔１１ａの孔径Ｄｉｎよりも大きくなるように、入口側噴孔１１ａと出口側噴孔１１ｂとの境界の壁面に段差が形成された構成となっている。

噴孔１１において入口側噴孔１１ａと出口側噴孔１１ｂとの境界となる段差を形成する段差面１２には入口側噴孔１１ａが開口している。そして、本実施例においては、段差面１２における入口側噴孔１１ａの開口部から離間した部分であって該開口部の周辺部分よりも出口側噴孔１１ｂの側壁面側の部分に、燃料噴射弁１０の内側方向に凹んだ凹部１３が形成されている。

以下、本実施例に係る噴孔の構成の効果について図４に基づいて説明する。図４は、噴孔から噴射された燃料噴霧の様子を示す図である。図４（ａ），（ｂ）は従来の噴孔から噴射された燃料噴霧の様子を示しており、図４（ｃ）は本実施例に係る噴孔から噴射された燃料噴霧の様子を示している。

燃料噴射弁の噴孔を、出口側噴孔の孔径が入口側噴孔の孔径よりも大きい構成とした場合、噴孔から燃料が噴射された際に、該噴孔における出口側噴孔の側壁面付近において圧力降下が生じる。その結果、図４（ａ）に示すように、燃焼室内のガス（空気）が噴孔内に流入する。このような噴孔内へのガス（空気）の流入が生じることで、燃料と空気との混合や噴孔から噴出した燃料噴霧の拡散が促進される。

このときに、出口側噴孔の容積が大きいほど、噴孔に流入するガス（空気）の流量は大きくなる。しかしながら、出口側噴孔の容積を大きくすべく、噴孔の軸方向における出口側噴孔の長さ（以下、単に出口側噴孔の長さと称する場合もある）Ｌｏｕｔを長くすると、図４（ｂ）に示すように、入口側噴孔から出口側噴孔に噴出した燃料噴霧が、燃焼室内に噴出する前に、出口側噴孔の側壁面に接触し易くなる。このように入口側噴孔から出口側噴孔に噴出した燃料噴霧が出口側噴孔の側壁面に接触すると、該燃料噴霧によって、燃焼室内のガス（空気）の噴孔内への流入が妨げられることになる。

ここで、本実施例に係る噴孔の構成によれば、図４（ｃ）に示すように、段差面１２における入口側噴孔１１ａの開口部の周辺部分よりも出口側噴孔１１ｂの側壁面側の部分に凹部１３が形成されていることで、図４（ａ）のように該凹部１３が形成されていない構成の場合に比べて、出口側噴孔１１ｂの側壁面付近の容積が大きくなる。その一方で、段差面１２における入口側噴孔１１ａの開口部の周辺部分は凹部１３が形成された部分よりも燃料噴射弁１０の外側方向に突出した形状となっている。これにより、図４（ｃ）の場合、入口側噴孔１１ａの開口部から出口側噴孔１１ｂの燃焼室への開口部までの距離が、該凹部１３が形成されていない図４（ａ）に示す構成と同様の距離となっている。そのため、入口側噴孔１１ａから出口側噴孔１１ｂに噴出した燃料噴霧が該出口側噴孔１１ｂの側壁面に接触することが抑制される。

つまり、本実施例によれば、出口側噴孔１１ｂの側壁面付近の容積の増大と燃料噴霧の
出口側噴孔１１ｂの側壁面への接触の抑制とを両立させることができる。そのため、燃料噴射時において、燃焼室内のガス（空気）の噴孔１１内への流入が燃料噴霧によって妨げられることを抑制することでき、且つ、出口側噴孔１１ｂ内での圧力降下に起因して噴孔１１内に流入するガス（空気）の流量をより大きくすることができる。したがって、燃料噴射時の燃料と空気との混合や燃料噴霧の拡散をより効果的に促進することが可能となる。

図５は、噴孔から噴射される燃料噴霧の特性値と出口側噴孔の長さＬｏｕｔとの関係を示す図である。図５において、破線は従来の噴孔（即ち、段差面に凹部が形成されていない構成の噴孔）の場合を示しており、実線は本実施例に係る噴孔の場合を示している。なお、本実施例に係る噴孔の場合、噴孔の長さＬｏｕｔは、入口側噴孔１１ａの開口部の周辺部分の噴孔の長さ（即ち、入口側噴孔１１ａの開口部から出口側噴孔１１ｂの燃焼室への開口部までの距離）とする。また、燃料噴霧の特性値とは、具体的には、燃料噴霧のペネトレーションと噴霧角とを総合的に評価した値である。燃料噴霧のペネトレーションが大きいほど、また、燃料噴霧の噴霧角が大きいほど、燃料噴霧の特性値は高くなる。

図５に示すように、従来の噴孔でも、また、本実施例に係る噴孔でも、出口側噴孔の長さＬｏｕｔが比較的短い場合は、該出口側噴孔の長さＬｏｕｔが長いほど燃料噴霧の特性値は高くなる。これは、出口側噴孔の長さＬｏｕｔが長くなることで、出口側噴孔の容積が大きくなり、そのために、燃料噴射時に燃焼室から噴孔内に流入するガス（空気）の流量が大きくなるためである。一方、出口側噴孔の長さＬｏｕｔが比較的長い場合は、該出口側噴孔の長さＬｏｕｔが長いほど燃料噴霧の特性値は低くなる。これは、出口側噴孔の長さＬｏｕｔが過剰になることで、燃料噴霧が出口側噴孔の側壁面に接触し易くなり、その結果、燃料噴射時に燃焼室から噴孔内に流入するガス（空気）の流量が小さくなるためである。

そして、従来の噴孔でも、また、本実施例に係る噴孔でも、上記のような傾向は同様であるが、図５に示すように、出口側噴孔の長さＬｏｕｔが同一である場合の燃料噴霧の特性値は、従来の噴孔に比べて、本実施例に係る噴孔の方が高くなる。

なお、本実施例に係る噴孔においては、凹部１３の容積を大きくするほど、出口側噴孔１１ｂの側壁面付近の容積を大きくすることができる。そのため、凹部１３の容積を大きくするほど、燃料噴霧の特性値を向上させることができる。

［変形例１］
図６は、本実施例に係る燃料噴射弁の噴孔の構成の第１の変形例を示す図である。本変形例では、段差面１２において凹部１３が形成されている位置が上記実施例とは異なっている。図６に示すように、本変形例では、段差面１２における入口側噴孔１１ａの開口部から出口側噴孔１１ｂの側壁面までの間に凹部１３が形成されている。つまり、凹部１３は、入口側噴孔１１ａの開口部から離間しており且つ出口側噴孔１１ｂの側壁面からも離間した位置に設けられている。段差面１２におけるこのような位置に凹部１３を設けた場合であっても、入口側噴孔１１ａから出口側噴孔１１ｂに噴出した燃料噴霧が該出口側噴孔１１ｂの側壁面に接触することを抑制しつつ、出口側噴孔１１ｂの容積をより大きくすることができる。そのため、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

［変形例２］
図７は、本実施例に係る燃料噴射弁の噴孔の構成の第２の変形例を示す図である。本変形例に係る噴孔１１においては、上記実施例における凹部１３に代えて、段差面１２に、入口側噴孔１１ａの開口部を囲うように管状部材１４が設けられている。この管状部材１４は、その内径が入口側噴孔１１ａの孔径Ｄｉｎと同一であり、また、その中心軸が入口
側噴孔１１ａの中心軸と重なるように配置されている。また、管状部材１４の軸方向の長さは、出口側噴孔１１ｂの長さよりも短く、上記実施例における凹部１３の噴孔１１の軸方向の深さ相当となっている。

上記のような管状部材１４を噴孔１１に設けた場合、入口側噴孔１１ａから出口側噴孔１１ｂに噴出した燃料噴霧が該出口側噴孔１１ｂの側壁面に接触することを該管状部材１４によって抑制しつつ、出口側噴孔１１ｂの容積をより大きくすることができる。そのため、上記実施例と同様、燃料噴射時において、燃焼室内のガス（空気）の噴孔１１内への流入が燃料噴霧によって妨げられることを抑制することでき、且つ、出口側噴孔１１ｂ内での圧力降下に起因して噴孔１１内に流入するガス（空気）の流量をより大きくすることができる。したがって、燃料噴射時の燃料と空気との混合や燃料噴霧の拡散をより効果的に促進することが可能となる。

１・・・内燃機関
２・・・気筒
１０・・燃料噴射弁
１１・・噴孔
１１ａ・・入口側噴孔
１１ｂ・・出口側噴孔
１２・・段差面
１３・・凹部
１４・・管状部材

Claims (1)

1. 先端部に円周上に並ぶように配置された複数の噴孔を有し、該噴孔から内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
   前記噴孔において、燃料の出口側部分である出口側噴孔の孔径が燃料の入口側部分である入口側噴孔の孔径よりも大きくなるように、前記入口側噴孔と前記出口側噴孔との境界の壁面に段差が形成されており、且つ、
   前記噴孔における前記段差を形成する段差面において、前記入口側噴孔の開口部から離間した部分に前記燃料噴射弁の内側方向に凹んだ凹部が形成されている燃料噴射弁。

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