JP2016050552A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、旋回室と横方向通路とを有する燃料噴射弁において、微粒化性能の変化を抑制しつつ、燃料噴射孔から噴射される燃料の流量を調節可能にする。【解決手段】燃料噴射孔２２０と、燃料噴射孔２２０の入口が開口する旋回室２１２と、側壁２１１ｏが旋回室２１２の内周壁２１２ｃの上流端２１２ｃｓに接続され、側壁２１１ｉが内周壁２１２ｃの下流端２１２ｃｅに接続された横方向通路２１１とを有する燃料噴射弁において、側壁２１１ｏに沿って延長した第一の延長線２１１ｏｌと、側壁２１１ｉに沿って延長した第二の延長線２１１ｉｌとを仮想した場合に、燃料噴射弁の中心軸線に垂直な平投影面上において、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉの投影図が第二の延長線２１１ｉｌの投影図を越えて側壁２１１ｏの投影図側又は第一の延長線２１１ｏｌの投影図側に位置する。【選択図】 図４

Description

本発明は、燃料噴射孔の上流で旋回燃料を生成し、旋回燃料を燃料噴射孔から噴射する燃料噴射弁に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００３−３３６５６２号公報（特許文献１）に記載された燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁は、弁座部材と、この弁座部材の前端面に接合されるインジェクタプレートとの間に、弁座の下流端に連通する横方向通路と、この横方向通路の下流端が接線方向に開口するスワール室とを形成し、このスワール室でスワールを付与された燃料を噴射させる燃料噴射孔をインジェクタプレートに穿設した燃料噴射弁において、燃料噴射孔をスワール室の中心から横方向通路の上流端側に所定距離オフセットして配置している（要約参照）。この燃料噴射弁では、上記構成により、噴射後の燃料の微粒化を促進すると共に、燃料の噴射応答性を向上させている。

また、特許文献１の燃料噴射弁では、横方向通路はその方向がスワール室の中心からオフセットしており、横方向通路の下流端がスワール室の接線方向に開口している。さらに、燃料噴射孔の入口開口は、横方向通路を形成する２つの側面のうちスワール室中心側に位置する側面に沿うようにスワール室側に延長した延長線に対して、交差することなく、前記延長線よりもスワール室中心側のスワール室底面に収まるように形成されている。すなわち、燃料噴射孔は、横方向通路の上流端側から横方向通路を通して見通せないスワール室の底面部分に開口している（図６及び図１２参照）。

特開２００３−３３６５６２号公報

特許文献１の燃料噴射弁のように、弁座の下流端に連通する横方向通路と、この横方向通路の下流端が接線方向に開口するスワール室（旋回室）とを有する燃料噴射弁では、横方向通路の断面積と燃料噴射孔の断面積（直径）とが燃料噴射孔から噴射される燃料の流量に影響する。このため、燃料噴射孔から噴射される燃料流量が仕様値を満たすように、横方向通路断面積と燃料噴射孔断面積とを調節する必要がある。

しかし、流量を調節するために横方向通路断面積と燃料噴射孔断面積とを変更すると、燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧の形状（噴霧角度及び粒径）が大きく変化し、微粒化性能が大きく変化する。このため、微粒化性能と燃料流量とが仕様を満たすように、横方向通路断面積と燃料噴射孔断面積とを設計することは、容易ではなかった。或いは、所望の微粒化性能が得られるように設計された燃料噴射弁において、燃料流量を調節するために横方向通路断面積と燃料噴射孔断面積とを変更することは、容易ではなかった。

本発明の目的は、旋回室とこの旋回室に接続される横方向通路とを有する燃料噴射弁において、微粒化性能の変化を抑制しつつ、燃料噴射孔から噴射される燃料の流量を調節可能にした構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、弁体が接離する弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔と、前記燃料噴射孔の入口が底面に開口し前記底面の周囲が内周壁によって囲まれ前記入口の周囲に燃料の旋回流路が形成された旋回室と、一方の側壁が前記内周壁の旋回燃料の流れ方向における上流側に接続され他方の側壁が前記内周壁の下流側に接続されて前記内周壁に開口し前記旋回室に燃料を供給する横方向通路とを有する燃料噴射弁において、
前記横方向通路の前記一方の側壁に接し且つ前記一方の側壁に沿って延長した第一の延長線と、前記横方向通路の前記他方の側壁に接し且つ前記他方の側壁に沿って延長した第二の延長線とを仮想し、前記燃料噴射孔、前記旋回室、前記横方向通路、前記第一の延長線及び前記第二の延長線を燃料噴射弁の中心軸線に垂直な平面に投影した場合、前記燃料噴射孔の入口開口の投影図が前記第二の延長線の投影図を越えて前記一方の側壁の投影図側又は前記第一の延長線の投影図側に位置することを特徴とする。

本発明によれば、微粒化性能の変化を抑制しつつ、燃料噴射孔から噴射される燃料の流量を調節することができる。これにより、燃料噴射弁の設計、或いは設計変更が容易になる。

本発明に係る燃料噴射弁の弁軸心（中心軸線）に沿う断面を示す縦断面図である。 図１の燃料噴射弁の弁部及び燃料噴射部の近傍（ノズル部）を拡大して示す縦断面図（図３のII−II矢視断面に相当する縦断面図）である。 図１のIII−III矢視方向から見たノズルプレートの平面図である。 スワール室及び燃料噴射孔を拡大して示す平面図（図３に示すIV部の拡大平面図）である。 図４のV−V矢視断面における燃料流れの解析結果を示す図である。 本実施例との比較例について、横方向通路、旋回室及び燃料噴射孔の構成を示す平面図である。 図６のVII−VII矢視断面における燃料流れの解析結果を示す図である。 燃料噴射弁が搭載された内燃機関の断面図である。

本発明の実施例について、図１乃至図８を用いて説明する。

図１を用いて、燃料噴射弁１の全体構成について説明する。図１は、本実施例に係る燃料噴射弁１の中心軸線１ａに沿う断面を示す縦断面図である。中心軸線１ａは、後述する弁体１７が一体に設けられた可動子２７の軸心（弁軸心）に一致し、後述する筒状体５の中心軸線に一致している。また、中心軸線１ａは、後述する弁座１５ｂの中心線とも一致している。

燃料噴射弁１には、上端部から下端部まで延設された金属材製の筒状体５が設けられている。この筒状体５の内側に燃料流路３がほぼ中心軸線１ａに沿うように構成されている。図１において、上端部（上端側）を基端部（基端側）と呼び、下端部（下端側）を先端部（先端側）と呼ぶことにする。基端部（基端側）及び先端部（先端側）という呼び方は、燃料の流れ方向に基づいている。すなわち、燃料の流れ方向において、基端部が上流側となり、先端部が下流側となる。また、本明細書において説明される上下関係は図１を基準とするもので、燃料噴射弁１の内燃機関への実装状態における上下方向とは関係がない。

筒状体５の基端部には燃料供給口２が設けられている。この燃料供給口２に、燃料フィルタ１３が取り付けられている。燃料フィルタ１３は燃料に混入した異物を取り除くための部材である。

筒状体５の基端部にはＯリング１１が配設されている。Ｏリング１１は燃料噴射弁１が燃料配管に連結される際に、シール材として機能する。

筒状体５の先端部には、弁体１７と弁座部材１５とからなる弁部７が構成されている。弁座部材１５は、弁体１７を収容する段付きの弁体収容孔１５ａが形成されている。弁体収容孔１５ａの途中に円錐面が形成されており、この円錐面上に弁座１５ｂが構成される。弁体収容孔１５ａの弁座１５ｂよりも上流側（基端側）の部分には、中心軸線１ａに沿う方向に弁体１７の移動を案内するガイド面１５ｃが形成されている。弁座１５ｂと弁体１７とは協働して、燃料通路の開閉を行う。弁体１７が弁座１５ｂに当接することにより、燃料通路は閉じられる。また、弁体１７が弁座１５ｂから離間することにより、燃料通路は開かれる。

弁座部材１５は、筒状体５の先端側内側に挿入され、レーザ溶接により筒状体５に固定されている。レーザ溶接１９は、筒状体５の外周側から全周に亘って実施されている。弁体収容孔１５ａは、中心軸線１ａに沿う方向に、弁座部材１５を貫通している。弁座部材１５の下端面（先端面）にはノズルプレート２１ｎが取り付けられている。ノズルプレート２１ｎは弁体収容孔１５ａによって形成された弁座部材１５の開口を塞いでいる。

本実施例では、弁座部材１５とノズルプレート２１ｎとによって旋回燃料を噴射する燃料噴射部２１が構成される。ノズルプレート２１ｎは、弁座部材１５に対してレーザ溶接により、固定されている。レーザ溶接部２３は、燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４（図３参照）が形成された噴射孔形成領域を取り囲むようにして、この噴射孔形成領域の周囲を一周している。弁座部材１５は、筒状体５の先端側内側に圧入した上で、レーザ溶接により筒状体５に固定してもよい。

本実施例では、弁体１７は、球状を成すボール弁を用いている。このため、弁体１７におけるガイド面１５ｃと対向する部位には、周方向に間隔を置いて複数の切欠き面１７ａが設けられている。この切欠き面１７ａは板座部材１５の内周面との間に隙間を形成する。この隙間によって燃料通路が構成される。なお、ボール弁以外で弁体１７を構成することも可能である。例えば、ニードル弁を用いてもよい。

本実施例において、弁座部材１５及び弁体１７を含む弁部７とノズルプレート２１ｎとは燃料を噴射するためのノズル部を構成する。弁部７が構成されるノズル部本体側の先端面に、後述する燃料噴射孔２２０や旋回用通路２１０（横方向通路２１１及び旋回室２１２）が形成されたノズルプレート２１ｎが接合される構成である。

筒状体５の中間部には弁体１７を駆動するための駆動部９が配置されている。駆動部９は電磁アクチュエータで構成されている。具体的には、駆動部９は、固定鉄心２５と、可動子（可動部材）２７と、電磁コイル２９と、ヨーク３３とによって構成されている。

固定鉄心２５は、磁性金属材料からなり、筒状体５の長手方向中間部の内側に圧入固定されている。固定鉄心２５は筒状に形成され、中心部を中心軸線１ａに沿う方向に貫通する貫通孔２５ａを有する。固定鉄心２５は溶接により筒状体５に固定してもよいし、溶接と圧入を併用して筒状体５に固定してもよい。

可動子２７は、筒状体５の内部において、固定鉄心２５よりも先端側に配置されている。可動子２７の基端側には、可動鉄心２７ａが設けられている。可動鉄心２７ａは、固定鉄心２５と微小ギャップδを介して対向する。可動子２７の先端側には小径部２７ｂが形成されており、この小径部２７ｂの先端に弁体１７が溶接により固定されている。本実施例では、可動鉄心２７ａと接続部２７ｂとを一体（同一材料からなる一部材）に形成しているが、二つの部材を接合して構成してもよい。可動子２７は弁体１７を備え、弁体１７を開閉弁方向に変位させる。可動子２７は、弁体１７が弁座部材１５と接触し、可動鉄心２７ａの外周面が筒状体５の内周面に接触することにより、中心軸線１ａに沿う方向（開閉弁方向）における移動を弁軸心方向の２点で案内される。

可動鉄心２７ａには、固定鉄心２５と対向する端面に凹部２７ｃが形成されている。凹部２７ｃの底面にはスプリング（コイルばね）３９のばね座２７ｅが形成されている。ばね座２７ｅの内周側には中心軸線１ａに沿って小径部（接続部）２７ｂの先端側端部まで貫通する貫通孔２７ｆが形成されている。また、小径部２７ｂには側面に開口部２７ｄが形成されている。貫通孔２７ｆが凹部２７ｃの底面に開口し、開口部２７ｄが小径部２７ｂの外周面に開口することにより、固定鉄心２５に形成された燃料通路３と弁部７とを連通する燃料流路３が構成される。

電磁コイル２９は、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとが微小ギャップδを介して対向する位置で、筒状体５の外周側に外挿されている。電磁コイル２９は、樹脂材料で筒状に形成されたボビン３１に巻回され、筒状体５の外周側に外挿されている。電磁コイル２９はコネクタ４１に設けられたコネクタピン４３に配線部材４５を介して電気的に接続されている。コネクタ４１には図示しない駆動回路が接続され、コネクタピン４３及び配線部材４５を介して、電磁コイル２９に駆動電流が通電される。

ヨーク３３は、磁性を有する金属材料でできている。ヨーク３３は、電磁コイル２９の外周側で、電磁コイル２９を覆うように配置され、燃料噴射弁１のハウジングを兼ねる。また、ヨーク３３は、その下端部が可動鉄心２７ａの外周面と筒状体５を介して対向しており、可動鉄心２７ａ及び固定鉄心２５と共に、電磁コイル２９に通電することにより生じた磁束が流れる閉磁路を構成する。

固定鉄心２５の貫通孔２５ａと可動鉄心２７ａの凹部２７ｃとに跨って、コイルばね３９が圧縮状態で配設されている。コイルばね３９は、可動子２７を、弁体１７が弁座１５ｂに当接する方向（閉弁方向）に付勢する付勢部材として機能している。固定鉄心２５の貫通孔２５ａの内側にはアジャスタ（調整子）３５が配設されており、コイルばね３９の基端側端部はアジャスタ３５の先端側端面に当接している。中心軸線１ａに沿う方向におけるアジャスタ３５の貫通孔２５ａ内での位置を調整することにより、コイルばね３９による可動子２７（すなわち弁体１７）の付勢力が調整される。

アジャスタ３５は、中心部を中心軸線１ａに沿う方向に貫通する燃料流路３を有する。燃料は、アジャスタ３５の燃料流路３を流れた後、固定鉄心２５の貫通孔２５ａの先端側部分の燃料流路３に流れ、可動子２７内に構成された燃料流路３に流れる。

筒状体５の先端部には、Ｏリング４６が外挿されている。Ｏリング４６は、燃料噴射弁１が内燃機関に取り付けられる際に、内燃機関側に形成された挿入口１０９ａ（図５参照）の内周面とヨーク３３の外周面との間で液密及び気密を確保するシールとして機能する。

燃料噴射弁１の中間部から基端側端部の近傍まで、樹脂カバー４７がモールドされて被覆している。樹脂カバー４７の先端側端部はヨーク３３の基端側の一部を被覆している。また、樹脂カバー４７は配線部材４５を被覆し、樹脂カバー４７によりコネクタ４１が一体的に形成されている。

次に、燃料噴射弁１の動作について説明する。

電磁コイル２９に通電されていない（すなわち駆動電流が流れていない）場合、可動子２７はコイルばね３９により閉弁方向に付勢され、弁体１７が弁座１５ｂに当接（着座）した状態にある。この場合、固定鉄心２５の先端側端面と可動鉄心２７ａの基端側端面との間には、ギャップδが存在する。なお、本実施例では、このギャップδは可動子２７（すなわち弁体１７）のストロークに等しい。

電磁コイル２９に通電されて駆動電流が流れると、可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とヨーク３３とによって構成される閉磁路に磁束が発生する。この磁束により、ギャップδを挟んで対向する固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとの間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力が、コイルばね３９による付勢力や、可動子２７に対して閉弁方向に作用する燃料圧力などの合力に打ち勝つと、可動子が開弁方向に移動し始める。弁体１７が弁座１５ｂから離れると弁体１７と弁座１５ｂとの間に隙間（燃料流路）が形成され、燃料の噴射が始まる。本実施例では、可動子２７が開弁方向にギャップδに等しい距離δだけ移動して、可動鉄心２７ａが固定鉄心２５に当接すると、可動鉄心２７ａは開弁方向への移動を止められ、開弁して静止した状態に至る。

電磁コイル２９の通電を打ち切ると、磁気吸引力が減少し、やがて消失する。磁気吸引力が減少する段階で、磁気吸引力がコイルばね３９の付勢力よりも小さくなると、可動子２７が閉弁方向へ移動を開始する。弁体１７が弁座１５ｂに当接すると、弁体１７は弁部７を閉弁して静止した状態に至る。

次に、図２及び図３を用いて、弁部７及び燃料噴射部２１の構造について、詳細に説明する。図２は、図１に示す燃料噴射弁１の弁部７及び燃料噴射部２１の近傍（ノズル部）を拡大して示す縦断面図（図３のII−II矢視断面に対応する縦断面図）である。図３は、図１のIII−III矢視方向から見たノズルプレート２１ｎの平面図である。

なお、図３の平面図は、ノズルプレート２１ｎを燃料噴射孔の入口側から見た平面図であり、ノズルプレート２１ｎの上端面２１ｎｕ側の平面図である。上端面２１ｎｕは弁座部材１５の先端面１５ｔと対向する面である。上端面２１ｎｕに対して反対側の端面を下端面２１ｎｂと呼ぶ。

本実施例では、図２に示すように、ノズルプレート２１ｎは両端面が平面で構成された板状部材で構成され、上端面２１ｎｕと下端面２１ｎｂとは平行である。すなわち、ノズルプレート２１ｎは板厚が均一な平板で構成されている。なお、本実施例では、中心軸線１ａがノズルプレート２１ｎと中心２１ｎｏで交差するように、燃料噴射弁１が構成されている。

弁座部材１５の先端面（下端面）１５ｔは、中心軸線１ａに垂直な平らな面（平坦面）で構成されている。弁座部材１５の先端面１５ｔにはノズルプレート２１ｎが接合されており、先端面１５ｔはノズルプレート２１ｎの上端面２１ｎｕと当接している。

ノズルプレート２１ｎには、図３に示すように、横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４、旋回室（スワール室）２１２−１，２１２−２，２１２−３，２１２−４及び燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４が形成されている。４組の旋回用通路２１０−１，２１０−２，２１０−３，２１０−４と燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４とはそれぞれが同様に構成されるため、これらを区別せず、横方向通路２１１、旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０として、説明する。各組で構成を変える場合は、適宜説明する。なお、横方向通路２１１及び旋回室２１２は、燃料に旋回力を付与して、燃料噴射孔２２０から旋回燃料を噴射するための旋回用通路２１０を構成する。

図２に示すように、弁座部材１５には、円錐状の弁座面１５ｂが下流側に向かって縮径するように形成されている。弁座面１５ｂの下流端は燃料導入孔３００に接続されている。燃料導入孔３００の下流端は弁座部材１５の先端面１５ｔに開口している。燃料導入孔３００は旋回用通路２１０に燃料を導入する燃料通路を構成する。

旋回用通路２１０は、燃料導入孔３００から燃料の供給を受けるために、横方向通路２１１の上流端部が燃料導入孔３００の開口面に対向して設けられている。本実施例では、図３に示すように、４組の横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４は上流端部が連通する構成であるが、各横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４を独立して構成してもよい。

図２では、一枚の板状部材で構成したノズルプレート２１ｎに、横方向通路２１１、旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０の全てを形成している。ノズルプレート２１ｎは、例えば厚さ方向に分割するなどして、複数のプレートで構成することができる。例えば、横方向通路２１１及び旋回室２１２を一枚のプレートに形成し、燃料噴射孔２２０を別のプレートに形成する。そしてこれら二枚のプレートを積層して、ノズルプレート２１ｎを構成してもよい。

また、本実施例では、図２に示すように、燃料噴射孔２２０は中心軸線１ａに平行に形成されているが、中心軸線１ａに対して０°よりも大きな角度で傾斜させてもよい。傾斜させる方向を異ならせることにより、複数の方向に燃料を噴射させるようにしてもよい。

本実施例では、図３に示すように、旋回用通路２１０−１と燃料噴射孔２２０−１とが一つの燃料通路を形成し、旋回用通路２１０−２と燃料噴射孔２２０−２とが一つの燃料通路を形成し、旋回用通路２１０−３と燃料噴射孔２２０−３とが一つの燃料通路を形成し、旋回用通路２１０−４と燃料噴射孔２２０−４とが一つの燃料通路を形成している。旋回用通路２１０−１は横方向通路２１１−１と旋回室２１２−１とで構成され、旋回用通路２１０−２は横方向通路２１１−２と旋回室２１２−２とで構成され、旋回用通路２１０−３は横方向通路２１１−３と旋回室２１２−３とで構成され、旋回用通路２１０−４は横方向通路２１１−４と旋回室２１２−４とで構成される。

本実施例では、ノズルプレート２１ｎに、全部で４組の旋回用通路２１０及び燃料噴射孔２２０からなる燃料通路が構成される。４組の燃料通路は、それぞれがノズルプレート２１ｎの中心２１ｎｏ側から外周に向かって放射状に形成されている。すなわち、横方向通路２１１は、ノズルプレート２１ｎの中心２１ｎｏ側から外周側に向けて放射状に設けられ、ノズルプレート２１ｎの径方向に延設されている。また、それぞれの燃料通路は周方向に９０°の角度間隔で形成されている。

旋回用通路２１０及び燃料噴射孔２２０は４組に限らず、２組或いは３組であってもよく、５組以上設けられてもよい。或いは、旋回用通路２１０及び燃料噴射孔２２０を１組だけにしてもよい。

ここで、図４を参照して、旋回室２１２と燃料噴射孔２２０との関係について、詳細に説明する。図４は、旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０を拡大して示す平面図（図３に示すIV部の拡大平面図）である。

横方向通路２１１は、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉの中心Ｏに対してオフセットするように旋回室２１２に接続されている。中心Ｏは旋回室２１２の中心でもある。このため、横方向通路２１１は旋回室２１２の中心に対してもオフセットするようにして、旋回室２１２に接続されている。横方向通路２１１の下流端は、旋回室２１２の内周壁（側壁）２１２ｃに接続され、内周壁２１２ｃに開口を形成する。

旋回室２１２の内周壁２１２ｃは、横方向通路２１１から旋回室２１２に流入した燃料を旋回させるように、燃料噴射孔２２０の入口開口ｉの周囲に円周を成すように形成されている。すなわち、旋回室２１２の内周壁２１２ｃと燃料噴射孔２２０の入口開口ｉとの間に燃料の旋回流路が形成されている。

横方向通路２１１は延設方向或いは燃料の流れ方向に対して垂直な横断面が矩形状を成し、側壁（側面）２１１ｏ，２１１ｉ及び底面２１１ｂはノズルプレート２１ｎによって構成されている。また、横方向通路２１１の上面（天井面）２１１ｕ（図２参照）は、弁座部材１５の下端面１５ｔで構成されている。

横方向通路２１１の側壁２１１ｏは下流端側で、旋回室２１２の内周壁２１２ｃの始端部２１２ｃｓに接続されている。また、横方向通路２１１の側壁２１１ｉは下流端側で、旋回室２１２の内周壁２１２ｃの終端部２１２ｃｅに接続されている。

始端部２１２ｃｓは、旋回室２１２において、燃料が流入する側（上流側）に位置する端部である。すなわち、始端部２１２ｃｓは、旋回燃料の流れ方向における上流側に位置する端部である。一方、終端部２１２ｃｅは旋回室２１２に流入した燃料が内周壁２１２ｃに沿って旋回室２１２を旋回しながら流下する側（下流側）に位置する端部である。

また、側壁２１１ｏは、旋回室２１２の径方向において、外径側に位置する側壁である。一方、側壁２１１ｉは、旋回室２１２の径方向において、内径側（外径よりも内側）に位置する側壁である。

本実施例では、一方の側壁２１１ｏが内周壁２１２ｃの旋回燃料の流れ方向における上流側に接続され、他方の側壁２１１ｉが内周壁２１２ｃの下流側に接続されて、渡航方向通路２１１の下流端が内周壁２１２ｃに開口している。

本実施例では、旋回室２１２は、始端部２１２ｃｓから終端部２１２ｃｅまでの間の内周壁２１２ｃが中心Ｏからの半径Ｒが一定となるように形成されている。すなわち、内周壁２１２ｃは正円又は真円を成す円周の一部によって構成される。これにより、燃料噴射孔２２０の入口開口縁２２０ｉと旋回室２１２の内周壁２１２ｃとの間に、燃料通路を構成する底面２１２ｂが形成される。

内周壁２１２ｃは、燃料を旋回させながら燃料噴射孔２２０の入口開口ｉ或いはその中心Ｏに近付けていくように、螺旋曲線或いはインボリュート曲線を描くように形成されてもよい。この場合、旋回流路の横断面積は下流側に向かって漸減する。なお、内周壁２１２ｃが螺旋曲線を成す場合は、旋回室の中心Ｏは螺旋曲線の旋回中心である。また、内周壁２１２ｃがインボリュート曲線を成す場合は、旋回室の中心Ｏは基礎円の中心である。

燃料噴射孔２２０の入口開口縁２２０ｉは、終端部２１２ｃｅに接続される側壁２１１ｉを延長した延長線２１１ｉｌ（特に、旋回室２１２側に延長した延長線部分）を越えて、横方向通路２１１の側壁２１１ｏ側或いは側壁２１１ｏの延長線２１１ｏｌ側に配置されている。延長線２１１ｉｌは、側壁２１１ｉに接し、且つ側壁２１１ｉに沿って延長した仮想線である。また、延長線２１１ｏｌは、側壁２１１ｏに接し、且つ側壁２１１ｏに沿って延長した仮想線である。

以下、説明を分かり易くするため、燃料噴射弁１の中心軸線１ａに垂直な平面（投影面）に、燃料噴射孔２２０、旋回室２１２、横方向通路２１１、延長線２１１ｏｌ（第一の延長線）及び延長線２１１ｉｌ（第二の延長線）を投影した図に基づいて、説明する。この図は、図４の平面図と同じ図になる。すなわち、燃料噴射孔２２０、旋回室２１２、横方向通路２１１、第一の延長線２１１ｏｌ及び第二の延長線２１１ｉｌの各投影図は、図４に示す燃料噴射孔２２０、旋回室２１２、横方向通路２１１、第一の延長線２１１ｏｌ及び第二の延長線２１１ｉｌに一致する。

従って、図４に基づいて、以下説明する。なお、投影した点、線分及び図形（投影図）は、投影する元の点、線分及び図形と重なるため、投影図にも投影する元の点、線分或いは図形と同じ符号を付して説明する。

本実施例では、燃料噴射孔２２０の中心Ｏを投影した点（投影図）Ｏは、側壁２１１ｉの延長線２１１ｉｌを投影した線分（投影図）２１１ｉｌ上に位置している。このため、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉを投影した投影図２２０ｉは、燃料噴射孔２２０の半径ｒ分だけ、延長線２１１ｉｌを投影した線分（投影図）２１１ｉｌを越えて、側壁２１１ｏを投影した線分（投影図）２１１ｏ側或いは延長線２１１ｏｌを投影した線分（投影図）２１１ｏｌ側にはみ出している。

本実施例で必要な構成は、燃料噴射孔２２０の入口開口縁２２０ｉの投影図２２０ｉが、側壁２１１ｉの延長線２１１ｉｌの投影図２１１ｉｌを越えて、側壁２１１ｏの投影図２１１ｏ側或いは延長線２１１ｏｌの投影図２１１ｏｌ側にはみ出すようにした構成である。そのはみ出し量は、図４に記載したような、燃料噴射孔２２０の半径分の大きさに限定される訳ではない。また、燃料噴射孔２２０の中心と旋回室２１２の中心とは中心Ｏに一致している必要はなく、両者がずれていてもよい。

燃料噴射孔２２０の入口開口縁２２０ｉの投影図２２０ｉは、延長線２１１ｉｌの投影図２１１ｉｌと２点２２０１ａ，２２０ｉｂで交わる。本実施例では、旋回室２１２の底面２１２ｂは中心軸線１ａに垂直に形成されているため、延長線２１１ｉｌ及び入口開口縁２２０ｉを中心軸線１ａに垂直な平面の代わりに、底面２１２ｂに投影してもよい。

本実施例では、上述した構成により、横方向通路２１１の一方の側壁２１１ｏに接し且つこの一方の側壁２１１ｏに沿って延長した第一の延長線２１１ｏｌと、横方向通路２１１の他方の側壁２１１ｉに接し且つこの他方の側壁２１１ｉに沿って延長した第二の延長線２１１ｉｌとを仮想し、燃料噴射孔２２０、旋回室２１２、横方向通路２１１、第一の延長線２１１ｏｌ及び第二の延長線２１１ｉｌを燃料噴射弁１の中心軸線１ａに垂直な平面に投影した場合、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉの投影図２２０ｉが第２の延長線２１１ｉｌを投影した線分（投影図）２１１ｉｌを越えて一方の側壁２１１ｏを投影した線分（投影図）２１１ｏ側又は第一の延長線２１１ｏｌを投影した線分（投影図）２１１ｏｌ側に位置するようにした燃料噴射弁１となる。

本実施例の燃料噴射弁１では、延長線２１１ｉｌの投影図２１１ｉｌと燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉの投影図２２０ｉとは、二点で交差する。

また、本実施例の構成を実現する場合、燃料噴射孔２２０の入口開口縁２２０ｉが、側壁２１１ｉの延長線２１１ｉｌを越えて、側壁２１１ｏ側或いは延長線２１１ｏｌ側にはみ出し易くするために、投影面上において、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉの投影図２２０ｉの全体が、線分２１２ｃｅｌ（図４参照）と交差することなく、線分２１２ｃｅｌに対して旋回室２１２の中心Ｏ側に配置されるとよい。線分２１２ｃｅｌは、投影面上で、内周壁２１２ｃの下流側端部２１２ｃｅを投影した点（投影図）２１２ｃｅを通り、第二の延長線２１１ｉｌを投影した線分（第一の線分）２１１ｉｌに垂直な第二の線分２１２ｃｅｌとして仮想される。

また、内周壁２１２ｃの下流側端部２１２ｃｅは、内周壁２１２ｃと横方向通路２１１の側壁２１１ｉとの接続部である。下流側端部２１２ｃｅには、加工を行うで、傾斜部或いは丸味部などの面取り部が形成される。このような場合は、内周壁２１２ｃと側壁２１１ｉとをそれぞれ延長した仮想線が交差する交点を、下流側端部２１２ｃｅとして定めればよい。

次に、旋回用通路２１０及び燃料噴射孔２２０の燃料流れについて説明する。

横方向通路２１１から旋回室２１２に流入した燃料流れは、旋回室２１２の内周壁２１２ｃに沿って流れ、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉの周囲を旋回する。この段階で、燃料には旋回力が付与される。旋回力を付与された燃料流れは、旋回しながら燃料噴射孔２２０に流入する。燃料噴射孔２２０から噴射される燃料は旋回力を維持したまま液膜を形成し、さらに旋回しながら液滴に分裂する。これにより、微粒化された燃料噴霧が形成される。

本実施例では、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉが、側壁２１１ｉの延長線２１１ｉｌを越えて、側壁２１１ｏ側にはみ出すように構成されることにより、横方向通路２１１から旋回室２１２に流入する燃料がほとんど旋回室２１２を旋回しないまま燃料噴射孔２２０に流入する。すなわち、燃料が燃料噴射孔２２０に流入し易くなる。側壁２１１ｏ側へのはみ出し量を変えることにより、燃料噴射孔２２０への燃料流れの流入のし易さを調整することができ、燃料噴射孔２２０に流入する燃料の流量、すなわち噴射量を調整することができる。通常、側壁２１１ｏ側へのはみ出しを大きくするほど、燃料噴射孔２２０に流入する燃料の流量（噴射量）は増加する。

図５乃至図７を用いて、旋回室２１２から燃料噴射孔２２０に流入する燃料流れについて説明する。図５は、図４のV−V矢視断面における燃料流れの解析結果を示す図である。図６は、本実施例との比較例について、横方向通路２１１’、旋回室２１２’及び燃料噴射孔２２０’の構成を示す平面図である。図７は、図６のVII−VII矢視断面における燃料流れの解析結果を示す図である。

本実施例では、図５に示すような噴霧形態となる。燃料が旋回室２１２を十分に旋回することなく燃料噴射孔２２０に流入した側５０１では、燃料噴射孔２２０の軸方向における燃料の流速（軸方向速度）が大きく、かつ貫徹力の強い燃料噴霧が形成される。また、５０１側では、噴霧角度が小さく、ペネトレーションが長くなる。一方、５０２側では、旋回室２１２を旋回した燃料流れが燃料噴射孔２２０に流入する。このため、５０２側では、５０１側と比べて、燃料の軸方向速度が小さく、貫徹力の弱い燃料噴霧が形成される。また、５０２側では、５０１側と比べて、旋回力が強いため、噴霧角度が大きく、ペネトレーションが短くなる。

一方、図６の比較例の構成では、燃料噴射孔２２０’の入口開口２２０ｉ’の全体が、側壁２１１ｉの延長線２１１ｉｌよりも旋回室２１２の中心Ｏ’側に存在する。この場合、燃料噴射孔２２０’の入口開口２２０ｉ’の全周にわたって、旋回力を付与された燃料流れが流入する。このため、比較例では、図７に示すように、７０１側の噴霧角度及び燃料流速と７０２側の噴霧角度及び燃料流速とが均等な燃料噴霧が形成される。

本実施例では、５０１側では、燃料流れの旋回力が弱いため、旋回力を利用した微粒化の効果は小さくなる。しかし、軸方向速度が大きくなることによって、空気との摩擦熱を利用して微粒化性能の低下を抑制或いは維持・向上することができる。従って、本実施例では、微粒化性能の低下を抑制して、燃料噴射量を容易に調整することができる。また、上述したように、燃料の噴霧形態（角度及び粒径）は変化するものの、流量調整のために横方向通路２１１及び燃料噴射孔２２０の横断面積を変化させる場合と比べて、噴霧形態の変化量を小さくできる。

また、燃料噴射孔２２０を、側壁２１１ｉの延長線２１１ｉｌを越えて側壁２１１ｏ側にはみ出すように構成する場合、例えば、図６の比較例において、燃料噴射孔２２０を図面の下方向にずらすことになる。すなわち、燃料噴射孔２２０’を図面上で上側に位置する内周壁２２０ｃ’から離れる方向にずらすことになる。単に燃料噴射孔２２０’をずらすだけだと、燃料噴射孔２２０’が内周壁２２０ｃ’から離れる分、燃料噴射孔２２０’への燃料流れの流入が阻害される。このため、燃料噴射孔２２０’を図面上で下方向にずらした分、図面上で上側に位置する内周壁２２０ｃ’を燃料噴射孔２２０’に近付けることが好ましい。図面上で上側に位置する内周壁２２０ｃ’を燃料噴射孔２２０’に近付けると、その分だけ旋回室２１２の容積を小さくすることができ、弁座１５ｂ下流側に形成されるデッドボリュームを小さくすることができる。

図８を参照して、本発明に係る燃料噴射弁を搭載した内燃機関について説明する。図８は、燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。

内燃機関１００のエンジンブロック１０１にはシリンダ１０２が形成されおり、シリンダ１０２の頂部に吸気口１０３と排気口１０４とが設けられている。吸気口１０３には、吸気口１０３を開閉する吸気弁１０５が、また排気口１０４には排気口１０４を開閉する排気弁１０６が設けられている。エンジンブロック１０１に形成され、吸気口１０３に連通する吸気流路１０７の入口側端部１０７ａには吸気管１０８が接続されている。

燃料噴射弁１の燃料供給口２（図１参照）には燃料配管１１０が接続される。

吸気管１０８には燃料噴射弁１の取付け部１０９が形成されており、取付け部１０９に燃料噴射弁１を挿入する挿入口１０９ａが形成されている。挿入口１０９ａは吸気管１０８の内壁面（吸気流路）まで貫通しており、挿入口１０９ａに挿入された燃料噴射弁１から噴射された燃料は吸気流路内に噴射される。二方向噴霧の場合、エンジンブロック１０１に吸気口１０３が二つ設けられた形態の内燃機関を対象として、それぞれの燃料噴霧が各吸気口１０３（吸気弁１０５）を指向して噴射される。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、一部の構成の削除や、記載されていない他の構成の追加が可能である。また、実施例間において、各実施例に記載された構成の入れ替えや追加を行うことも可能である。

１…燃料噴射弁、１ａ…弁軸心（中心軸線）、２…燃料供給口、３…燃料流路、５…筒状体、７…弁部、９…駆動部、１１…Ｏリング、１３…燃料フィルタ、１５…弁座部材、１５ａ…弁体収容孔、１５ｂ…弁座、１５ｃ…ガイド面、１５ｔ…先端側端面、１７…弁体、１７ａ…切欠き面、１９…レーザ溶接、２１…燃料噴射部、２１ｎ…ノズルプレート、２１ｎｕ…上端面、２１ｎｂ…下端面、２３…レーザ溶接部、２５…固定鉄心、２５ａ…貫通孔、２７…可動子、２７ａ…可動鉄心、２７ｂ…小径部、２７ｃ…凹部、２７ｄ…開口部、２７ｅ…環状面、２７ｆ…貫通孔、２９…電磁コイル、３１…ボビン、３３…ヨーク、３５…アジャスタ（調整子）、３９…スプリング（コイルばね）、４１…コネクタ、４３…コネクタピン、４５…配線部材、４６…Ｏリング、４７…樹脂カバー、４９…プロテクタ、１００…内燃機関、１０１…エンジンブロック、１０２…シリンダ、１０３…吸気口、１０４…排気口、１０５…吸気弁、１０６…排気弁、１０７…吸気流路、１０７ａ…入口側端部、１０８…吸気管、１０９…燃料噴射弁１の取付け部、１０９ａ…挿入口、１１０…燃料配管、２１０，２１０−１，２１０−２，２１０−３，２１０−４，２１０’…旋回用通路、２１１，２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４，２１１’…横方向通路、２１１ｂ…底面、２１１ｉ，２１１ｏ…側壁（側面）、２１１ｉｌ，２１１ｏｌ…側壁の延長線、２１１ｕ…上面（天井面）、２１２，２１２−１，２１２−２，２１２−３，２１２−４，２１２’…旋回室（スワール室）、２１２ｂ…底面、２１２ｃ，２１２ｃ’…内周壁（側面）、２１２ｃｅ…内周壁終端部、２１２ｃｓ…内周壁始端部、２２０，２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４，２２０’…燃料噴射孔、Ｏａ，Ｏａ’…燃料噴射孔及び旋回室の中心、２２０ｉ，２２０ｉ’…入口開口（入口開口縁）、２２０ｉａ，２２０ｉｂ…延長線２１１ｉｌと燃料噴射孔の入口開口との交点、３００…燃料導入孔。

Claims (5)

1. 弁体が接離する弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔と、前記燃料噴射孔の入口が底面に開口し前記底面の周囲が内周壁によって囲まれ前記入口の周囲に燃料の旋回流路が形成された旋回室と、一方の側壁が前記内周壁の旋回燃料の流れ方向における上流側に接続され他方の側壁が前記内周壁の下流側に接続されて前記内周壁に開口し前記旋回室に燃料を供給する横方向通路とを有する燃料噴射弁において、
   前記横方向通路の前記一方の側壁に接し且つ前記一方の側壁に沿って延長した第一の延長線と、前記横方向通路の前記他方の側壁に接し且つ前記他方の側壁に沿って延長した第二の延長線とを仮想し、前記燃料噴射孔、前記旋回室、前記横方向通路、前記第一の延長線及び前記第二の延長線を燃料噴射弁の中心軸線に垂直な平面に投影した場合、前記燃料噴射孔の入口開口の投影図が前記第二の延長線の投影図を越えて前記一方の側壁の投影図側又は前記第一の延長線の投影図側に位置す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、
   前記延長線の投影図と前記燃料噴射孔の入口開口の投影図とが二点で交差することを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記旋回室の前記内周壁は、真円、螺旋曲線又はインボリュート曲線のいずれかの曲線を描くように形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項３に記載の燃料噴射弁において、
   前記横方向通路は、前記旋回室の中心に対してオフセットするようにして、前記旋回室に接続されたことを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項４に記載の燃料噴射弁において、
   前記平面の上で、前記内周壁と前記横方向通路の前記他方の側壁との接続部を投影した点を通り、前記他方の側壁を投影した線に垂直な線分を仮想した場合、前記燃料噴射孔の前記入口開口の投影図の全体が、前記線分と交差することなく、前記線分に対して前記旋回室の中心側に配置されたことを特徴とする燃料噴射弁。

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