JP2015227622A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数の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において、各噴孔から噴射される燃料噴霧同士の干渉を抑制しつつ、燃料噴霧全体としてより好適な形態を形成することができ、且つ、噴孔の詰まりの発生を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】燃料噴射弁の先端部に円周上に並ぶように複数の噴孔が配置されている。各噴孔において、燃料の出口側部分の孔径が燃料の入口側部分の孔径よりも大きくなるように、入口側部分と出口側部分との境界の壁面に段差が形成されている。そして、全ての噴孔における燃料の入口側部分の孔径は同一であり、且つ、少なくとも一部の互いに隣り合う噴孔においては燃料の出口側部分の孔径が異なっている。【選択図】図２

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、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁として、その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するものが知られている。図１０は、このような従来の燃料噴射弁における噴孔の構成の一例と、当該燃料噴射弁によって気筒内における燃焼室上壁面の中心付近から径方向に燃料を噴射した際の燃料噴霧の形態を示している。図１０（ａ）は、当該燃料噴射弁における噴孔の概略構成を示しており、図１０（ｂ）は、当該燃料噴射弁の各噴孔から噴射された燃料噴霧の形態のイメージを示している。

図１０（ｂ）に示すように、燃料噴射弁における複数の噴孔から燃料が噴射されると、各噴孔から噴射された燃料噴霧が広がることで、互いに隣り合う噴孔から噴射された燃料噴霧同士が干渉する場合がある。このように燃料噴霧同士が干渉すると、この干渉部分において周囲の酸素量に対して燃料の濃度が過濃となることで、スモークの発生量が増加する虞がある。特に、燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、このような燃料噴霧同士の干渉に起因するスモークの発生量の増加を招く可能性が高くなる。

このような問題を解決するために、例えば特許文献１に記載されたような技術が開発されている。この特許文献１に記載の技術では、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する燃料噴射弁において互いに隣り合う噴孔の孔径が異なる構成を採用している。図１１は、特許文献１のように、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する燃料噴射弁において互いに隣り合う噴孔の孔径が異なる構成とした場合の、各噴孔から噴射された燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。噴孔の孔径が異なると、噴孔から噴射される燃料噴霧のペネトレーション（貫徹力）が異なったものとなる。具体的には、孔径が相対的に小さい方の噴孔から噴射される燃料噴霧は、孔径が相対的に大きい方の噴孔から噴射される燃料噴霧に比べてペネトレーションが小さくなる。そのため、燃料噴射弁における複数の噴孔の構成を互いに隣り合う噴孔の孔径が異なる構成とすると、図１１に示すように、互いに隣り合う噴孔のそれぞれから噴射された燃料噴霧の到達位置が異なった位置となる。これにより、広がった燃料噴霧同士の干渉を抑制することができる。したがって、燃料噴霧同士の干渉に起因するスモークの発生量の増加を抑制することが可能となる。

また、特許文献２には、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）部分の孔径が燃料の入口側（即ち、燃料噴射弁の内部側）部分の孔径よりも大きくなるように、入口側部分と出口側部分との境界の壁面に段差が形成された構成とする技術が開示されている。

特開２００５−１３９９８９号公報 特開２００７−３１５２７６号公報

上記のように、燃料噴射弁において一部の噴孔の孔径を相対的に小さくすることで、燃料噴霧同士の干渉を抑制することができる。しかしながら、噴孔の孔径を小さくすると、
デポジットによる噴孔の詰まりが発生し易くなるという問題が生じる。また、燃料噴射弁からより多くの燃料が噴射される高負荷運転時においては、孔径の大きい噴孔から噴射される燃料の流量と孔径の小さい噴孔から噴射される燃料の流量との差が大きくなることで、燃料噴霧全体として好適な形態を形成することが困難となり、燃焼時における燃焼室内の空気利用率の低下といった問題を招く虞もある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、複数の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において、各噴孔から噴射される燃料噴霧同士の干渉を抑制しつつ、燃料噴霧全体としてより好適な形態を形成することができ、且つ、噴孔の詰まりの発生を抑制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、
各噴孔において、燃料の出口側部分の孔径が燃料の入口側部分の孔径よりも大きくなるように、入口側部分と出口側部分との境界の壁面に段差が形成されており、
全ての噴孔における燃料の入口側部分の孔径は同一であり、且つ、少なくとも一部の互いに隣り合う噴孔においては燃料の出口側部分の孔径が異なっている。

燃料の入口側部分と燃料の出口側部分との境界の壁面に段差が形成されており、出口側部分の孔径が入口側部分の孔径よりも大きい噴孔においては、出口側部分の孔径と入口側部分の孔径との比が異なると、該噴孔から噴射される燃料噴霧のペネトレーションおよび噴霧角（噴霧の広がり角度）が異なったものとなる。本発明によれば、少なくとも一部の互いに隣り合う噴孔において、燃料の出口側部分の孔径と燃料の入口側部分の孔径との比が異なったものとなる。そのため、これらの噴孔から噴射される燃料噴霧同士が干渉することを抑制することができる。

また、本発明では、全ての噴孔における燃料の入口側部分の孔径は同一となっている。そのため、高負荷運転時においても、各噴孔から噴射される燃料の流量の差が大きくなることを抑制することができる。そのため、燃料噴霧全体としてより好適な形態を形成することが可能となる。さらに、デポジットによる噴孔の詰まりの発生も抑制することができる。

本発明によれば、複数の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において、各噴孔から噴射される燃料噴霧同士の干渉を抑制することができるまた、燃料噴霧全体としてより好適な形態を形成することができ、且つ、噴孔の詰まりの発生も抑制することできる。

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。 噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎと燃料噴霧のペネトレーションおよび噴霧角との関係を示す図である。 実施例に係る燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。 燃料噴射弁の噴孔数が５つの場合における燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。 燃料噴射弁の噴孔数が７つの場合における燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。 燃料噴射弁の噴孔数が９つの場合における燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。 燃料噴射弁が三種類の噴孔を有する場合における燃料噴霧のイメージを示す図である。 従来技術に係る燃料噴射弁における噴孔の概略構成と、当該燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。 他の従来技術に係る燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。

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）部分の孔径Ｄｉｎよりも大きくなるように、入口側部分と出口側部分との境界の壁面に段差が形成された構成となっている。

さらに、図２に示すように、燃料の入口側部分の孔径（以下、入口孔径と称する）Ｄｉｎは全ての噴孔１１において同一であるが、燃料の出口側部分の孔径（以下、出口孔径と称する）Ｄｏｕｔは互いに隣り合う噴孔で異なっている。つまり、燃料噴射弁１０の先端部において、出口孔径が相対的に大きい噴孔１１Ａと出口孔径が相対的に小さい噴孔１１Ｂとが円周上に交互に並ぶように配置されている。なお、図２において、ＤｉｎＡは噴孔１１Ａの入口孔径を表しており、ＤｉｎＢは噴孔１１Ｂの入口孔径を表している。また、ＤｏｕｔＡは噴孔１１Ａの出口孔径を表しており、ＤｏｕｔＢは噴孔１１Ｂの出口孔径を表している。

入口側部分と出口側部分との境界の壁面に段差を有し、入口孔径Ｄｉｎと出口孔径Ｄｏ
ｕｔとが異なっている噴孔においては、入口孔径Ｄｉｎに対する出口孔径Ｄｏｕｔの比（以下、噴孔径比と称する）Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが異なると、該噴孔から噴射される燃料噴霧の形態も異なったものとなる。図４は、噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎと燃料噴霧のペネトレーションおよび噴霧角との関係を示す図である。図４に示すように、噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが大きいほど、燃料噴霧のペネトレーションは大きくなり、また、燃料噴霧の噴霧角は小さくなる。

図５は、本実施例に係る燃料噴射弁１０から噴射された燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。上記のように、燃料噴射弁１０においては、全ての噴孔１１の入口孔径Ｄｉｎは同一である。そのため、出口孔径Ｄｏｕｔが相対的に大きい噴孔１１Ａは噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが相対的に大きく、出口孔径Ｄｏｕｔが相対的に小さい噴孔１１Ｂは噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが相対的に小さい。つまり、燃料噴射弁１０においては、互いに隣り合う噴孔１１の噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが異なっている。そのため、図５に示すように、互いに隣り合う噴孔１１から噴射される燃料噴霧のペネトレーションおよび噴霧角が異なったものとなる。したがって、互いに隣り合う噴孔１１から噴射される燃料噴霧同士が干渉することを抑制することができる。

また、噴孔１１Ａおよび噴孔１１Ｂのいずれにおいても、入口孔径Ｄｉｎは同一である。そのため、燃料噴射弁１０からより多くの燃料が噴射される高負荷運転時においても、噴孔１１Ａおよび噴孔１１Ｂのそれぞれから噴射される燃料の流量の差が大きくなることを抑制することができる。したがって、図１１に示す従来技術のように、互いに隣り合う噴孔の孔径全体が異なる場合（つまり、入口孔径も互いに異なる場合）に比べて、燃料噴霧全体としてはより好適な形態を形成することが可能となる。その結果、燃焼時における燃焼室３内の空気利用率を向上させることができる。さらに、一部の噴孔の孔径が過剰に小さくなることがないため、デポジットによる噴孔の詰まりの発生も抑制することができる。

＜変形例１＞
上記実施例においては、燃料噴射弁１０の噴孔数が偶数（８つ）の場合について説明したが、本発明に係る燃料噴射弁の噴孔数は奇数であってもよい。図６は、燃料噴射弁の噴孔数が５つの場合における燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。図６に示す燃料噴射弁は、相対的に出口孔径が大きい噴孔、即ち相対的に噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが大きい噴孔を３つ有しており、相対的に出口孔径が小さい噴孔、即ち相対的に噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが小さい噴孔を２つ有している。図７は、燃料噴射弁の噴孔数が７つの場合における燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。図７に示す燃料噴射弁は、相対的に出口孔径が大きい噴孔、即ち相対的に噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが大きい噴孔を４つ有しており、相対的に出口孔径が小さい噴孔、即ち相対的に噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが小さい噴孔を３つ有している。図８は、燃料噴射弁の噴孔数が９つの場合における燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。図８に示す燃料噴射弁は、相対的に出口孔径が大きい噴孔、即ち相対的に噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが大きい噴孔を６つ有しており、相対的に出口孔径が小さい噴孔、即ち相対的に噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが小さい噴孔を３つ有している。これらの図に示すように、噴孔数が奇数の燃料噴射弁においても、少なくとも一部の互いに隣り合う噴孔において、出口孔径が異なることで噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが異なったものとなっていれば、これらの噴孔から噴射された燃料噴霧同士が干渉することを抑制することができる。

＜変形例２＞
また、上記実施例においては、燃料噴射弁１０が二種類の噴孔（噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが大きい噴孔と噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが小さい噴孔）を有する場合について説明したが、本発明に係る燃料噴射弁は三種類以上の噴孔を有してもよい。図９は、燃料噴射
弁が三種類の噴孔を有する場合における燃料噴霧の形態のイメージを示す図である。図９に示す燃料噴射弁は、噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが小さい噴孔と、噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが大きい噴孔と、噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎがこれらの中間の大きさの噴孔とをそれぞれ３つずつ有している。そして、当該燃料噴射弁においては、気筒内の気流の方向に沿って、噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが大きい噴孔と、噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが中間の大きさの噴孔と、噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが小さい噴孔とがそれぞれ一つずつこの順番に並んだ噴孔群を一つの噴孔群としてみた場合に、三つの噴孔群が周方向に並んで配置された構成となっている。なお、当該燃料噴射弁においても、全ての噴孔の入口孔径は同一となっている。噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎの異なる三種類の噴孔をこのように配置することで、燃料噴霧同士の干渉をより抑制することが可能となる。また、このような構成は、気筒内の気流が強い条件下において、燃料噴霧同士の干渉を抑制するために有効である。さらに、このような構成によれば、気筒内の気流によって燃料を燃焼室全体に拡散させ易くなる。

＜参考例＞
ここで、入口孔径Ｄｉｎと出口孔径Ｄｏｕｔとが異なる噴孔を有する燃料噴射弁においては、入口部分の長さ（孔径がＤｉｎの部分の長さ：図３におけるＬｉｎ）に対する出口部分の長さ（孔径がＤｏｕｔの部分の長さ：図３におけるＬｏｕｔ）の比（以下、噴孔長比と称する）Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが異なると、噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが異なる場合と同様、該噴孔から噴射される燃料噴霧の形態が異なったものとなる。具体的には、噴孔長比が大きいほど、燃料噴霧のペネトレーションは大きくなり、また、燃料噴霧の噴霧角は小さくなる。

そのため、上記実施例のように燃料噴射弁において互いに隣り合う噴孔の噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎを異なるものとする構成に代えて、燃料噴射弁において互いに隣り合う噴孔の噴孔長比Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが異なる構成を採用することでも、上記実施例と同様の効果を得ることができる。また、燃料噴射弁において互いに隣り合う噴孔の噴孔径比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎと噴孔長比Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎとの両方が異なる構成を採用することもできる。

１・・・内燃機関
２・・・気筒
１０・・燃料噴射弁
１１，１１Ａ，１１Ｂ・・噴孔

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、
   各噴孔において、燃料の出口側部分の孔径が燃料の入口側部分の孔径よりも大きくなるように、入口側部分と出口側部分との境界の壁面に段差が形成されており、
   全ての噴孔における燃料の入口側部分の孔径は同一であり、且つ、少なくとも一部の互いに隣り合う噴孔においては燃料の出口側部分の孔径が異なっている燃料噴射弁。

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