JP2019183848A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、弁座部材とノズルプレートとの位置ずれが生じた場合でも複数組の連通路に流れる燃料の流量ばらつきを抑制することができる燃料噴射弁を提供することにある。【解決手段】横方向通路２１１は、燃料流れの方向に沿う２つの側部側面２１１ａ，２１１ｂが直線形状部を有すると共に、２つの側部側面２１１ａ，２１１ｂの間に構成され上流側端部を形成する端部側面２１１ｉが直線形状部２１１ａ，２１１ｂに接続される曲線形状部を有し、横方向通路２１１は、燃料導入口３００及び横方向通路２１１を弁軸心に垂直な平面に投影した場合（図４）に、横方向通路２１１の直線形状部の投影線２１１ａ，２１１ｂが燃料導入口の開口縁の投影線３００と交差する位置まで、上流側端部が開口縁３００の内側に延設されている。【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２０１２−２１５１３５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、摺動可能に設けられた弁体と、閉弁時に弁体が座る弁座が形成されると共に弁座の下流側に開口部を有する弁座部材と、内部で燃料を旋回させて旋回力を付与するスワール付与室と、スワール付与室の底部に形成され外部に貫通する噴射孔と、スワール付与室と弁座部材の開口部とを連通する連通路とを備え、スワール付与室の径をＤ、連通路の幅をＷとしたときに、Ｗ／Ｄを０．１５以上で、かつ０．５よりも小さくなるように構成されている（要約参照）。さらにこの燃料噴射弁では、ノズルプレートに、スワール付与室、連通路及び噴射孔からなる燃料通路が３組設けられており、３組の各連通路はノズルプレートの中心付近に形成された中央室で接続されている（段落００１５参照）。

また特開２０１４−１７３４７９号公報（特許文献２）には、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形成された内周壁を有する旋回室（特許文献１のスワール付与室に相当）と、弁軸方向に流入領域を有し旋回室に燃料を導入する旋回用通路（特許文献１の連通路に相当）と、旋回室に開口する燃料噴射孔とを備えた燃料噴射弁において、旋回用通路の入口側の底面側に、旋回用通路に流入する燃料の流れを変える曲面部を備えた燃料噴射弁が記載されている（要約参照）。この燃料噴射弁では、オリフィスプレート（特許文献１のノズルプレートに相当）の中心から離間した位置から周方向に９０度の間隔に配置され、オリフィスプレートの径方向外周側に向けて放射状に延びる４個の旋回用通路が設けられ、各旋回用通路の下流端に旋回室が接続されている（段落００２３及び００２４参照）。

特開２０１２−２１５１３５号公報 特開２０１４−１７３４７９号公報

特許文献１の燃料噴射弁では、３組の各連通路はノズルプレートの中心付近で接続されており、連通路の通路長さが長くなる。このため、弁座の下流側に形成される燃料通路のデッドボリュームが大きくなる課題があった。これに対して特許文献２の燃料噴射弁では、４組の旋回用通路は独立しており、弁座の下流側に形成される燃料通路長さを短くすることができる。

特許文献２の燃料噴射弁では、例えば特許文献１の図４に記載されているように、旋回用通路の入口側の端部が円弧形状に形成されている。この円弧形状の端部（以下、円弧形状部という）と旋回用通路とこの旋回用通路に燃料を導入する燃料導入口（特許文献１の弁座部材の開口部に相当）とを弁軸に垂直な平面上に投影すると、燃料導入口の開口縁は、旋回用通路の直線状の側壁が円弧形状部に接続される接続部で、旋回用通路の側壁に交差している。

このため、燃料導入口が形成された弁座部材（特許文献２ではノズル体と称している）と旋回用通路が形成されたオリフィスプレート（ノズルプレート）との位置がずれると、ある旋回用通路に対しては燃料導入口の開口縁が円弧形状部にかかり、この旋回用通路の燃料導入口に面する通路断面積が円弧形状部で変化することになる。燃料導入口に面する通路断面積が円弧形状部で変化すると、旋回用通路の直線部で変化する場合と比べて、弁座部材とノズルプレートとの位置ずれ量に対する燃料導入口に面する通路断面積の変化率が大きくなり、複数組の旋回用通路（連通路）に流れる燃料の流量ばらつきが大きくなるという課題がある。

本発明の目的は、弁座部材とノズルプレートとの位置ずれが生じた場合でも複数組の連通路（以下、横方向通路という）に流入する燃料の流量ばらつきを抑制することができる燃料噴射弁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、
外部に燃料を噴射する燃料噴射孔と、
前記燃料噴射孔の上流側で協働して燃料通路の開閉を行う弁体及び弁座と、
前記弁座が形成された弁座部材と、
前記弁座部材の先端面に接続され、複数の旋回用通路が形成されたノズルプレートと、
を備え、
前記旋回用通路は、
燃料を旋回させて前記燃料噴射孔に流入させる旋回室と、
前記旋回室の上流側に接続され、前記旋回室に燃料を供給する横方向通路と、
を有し、
前記弁座部材は、前記ノズルプレートが接続される先端面に開口し、前記横方向通路の上流側端部に接続されて前記複数の旋回用通路に燃料を導入する燃料導入口を有し、
前記横方向通路は、燃料流れの方向に沿う２つの側部側面が直線形状部を有すると共に、上流側において前記２つの側部側面の間に構成される端部側面が前記直線形状部に接続される曲線形状部を有し、
前記横方向通路は、前記燃料導入口及び前記横方向通路を弁軸心に垂直な平面に投影した場合に、前記横方向通路の前記側部側面の前記直線形状部の投影線が前記燃料導入口の開口縁の投影線と交差する位置まで、前記上流側端部が前記開口縁の内側に延設されており、
前記複数の旋回用通路は、
全ての旋回用通路が、前記直線形状部と前記曲線形状部との接続位置と、前記燃料導入口の開口縁の投影線と前記直線形状部の投影線との交差位置との間に０以上の間隔寸法を有すると共に、
少なくとも一つの前記旋回用通路が、前記直線形状部と前記曲線形状部との接続位置と、前記燃料導入口の開口縁の投影線と前記直線形状部の投影線との交差位置との間に、０よりも大きい間隔寸法を有する。

本発明によれば、弁座部材とノズルプレートとの位置ずれが生じた場合でも、燃料導入口に臨む横方向通路の通路断面積の変化を小さくすることができ、複数組の横方向通路に流入する燃料の流量ばらつきを抑制することができる。

本発明に係る燃料噴射弁１の弁軸心（中心軸線）１ａに沿う断面を示す断面図である。 図１の燃料噴射弁１の弁部７及び燃料噴射部２１の近傍（ノズル部）を拡大して示す断面図（図３のII−II矢視断面に相当する断面図）である。 図１のIII−III矢視方向から見たノズルプレート２１ｎの平面図である。 旋回用通路２１０と燃料導入口３００との関係を示す平面図である。 横方向通路２１１の入口側端部（上流側端部）の形状の変更例を示す平面図である。 複数の旋回用通路２１０がノズルプレート２１ｎ’の中心部で接続された構成（本実施例との比較例）における課題を説明するための平面図である。 複数の旋回用通路２１０’’が独立した構成（本実施例との比較例）における課題を説明するための平面図である。 燃料噴射弁１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、図面を参照して用いて説明する。

図１を参照して、燃料噴射弁１の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る燃料噴射弁１の弁軸心（中心軸線）１ａに沿う断面を示す断面図である。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及びノズルプレート２１ｎ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、或いは図示しない燃料配管への取付構造に基づいている。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に基づいて定義され、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には、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（シール部）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、下流側端面）には薄い板状部材で構成されるノズルプレート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は弁座部材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（弁座部材１５）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。

上述したように、弁体１７及び弁座１５ｂは、協働して、燃料噴射孔の上流側で燃料通路の開閉を行う。

次に、図２及び図３を参照して、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の燃料噴射弁１の弁部７及び燃料噴射部２１の近傍（ノズル部）を拡大して示す断面図（図３のII−II矢視断面に相当する断面図）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。この平面図は、中心軸線１ａに垂直な平面に、旋回用通路（旋回用燃料通路）２１０−１，２１０−２，２１０−３，２１０−４と燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４と燃料導入口３００とを投影した図である。なお、燃料導入口３００は破線で示している。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、図３に示すように、中心軸線１ａがノズルプレート２１ｎの中心２１ｎｏでノズルプレート２１ｎと交差するように、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（横方向燃料通路）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。

横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４と旋回室２１２−１，２１２−２，２１２−３，２１２−４とは、燃料噴射孔２２０の上流側で燃料に旋回力を付与するための旋回用通路２１０−１，２１０−２，２１０−３，２１０−４を構成する。

旋回室２１２−１，２１２−２，２１２−３，２１２−４は、燃料を旋回させて燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４に流入させる。横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４は、ノズルプレート２１ｎの板面に沿う方向に延伸される燃料通路であり、旋回室２１２−１，２１２−２，２１２−３，２１２−４の上流側に接続され、旋回室２１２−１，２１２−２，２１２−３，２１２−４に燃料を供給する。

なお、本実施例における旋回用通路２１０−１，２１０−２，２１０−３，２１０−４は特許文献２における旋回用通路とは異なる構成要素を意味する。

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、旋回用通路２１０、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。

図２に示すように、弁座部材１５には、下流側に向かって縮径する円錐状の弁座面１５ｂが形成されている。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の上流側端部が燃料導入孔３００の開口面に対向するように設けられている。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は独立した構成であり、各横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４の上流側端部（入口側端部）は他の横方向通路とノズルプレート２１ｎ内で分離されている。

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。また、４組の旋回用通路２１０では、横方向通路２１１の上流側端部がノズルプレート２１ｎの中心２１ｎｏから等距離に設けられている。

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。

ここで、図４を参照して、旋回用通路２１０と燃料導入口３００との関係について説明する。図４は、旋回用通路２１０と燃料導入口３００との関係を示す平面図である。この平面図は、中心軸線１ａに垂直な平面に、旋回用通路２１０と燃料噴射孔２２０と燃料導入口３００とを投影した図である。

横方向通路２１１は、旋回室２１２の中心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。旋回室２１２の内周壁（側壁）は、旋回する燃料の流れ方向において、上流側から下流側に向かって曲率が大きくなるように、形成されている。旋回室２１２の内周壁（側壁）は、旋回する燃料の流れ方向において、上流側から下流側に向かって一定の曲率で構成してもよい。

本実施例では、横方向通路２１１の側壁部（側部側面）２１１ａ，２１１ｂは上流側から下流側に向かって直線状に形成されている。横方向通路２１１の上流側端部の側壁部（端部側面）２１１ｉは、図４に示す平面上で曲線を描く曲面形状に形成されている。特に本実施例では、側壁部２１１ｉは円弧を描く曲線で形成され、半円形状を成している。

すなわち横方向通路２１１は、燃料流れの方向に沿う２つの側面（側部側面）２１１ａ，２１１ｂが直線形状部を有すると共に、上流側において２つの側部側面２１１ａ，２１１ｂの間に構成される端部側面２１１ｉが側部側面２１１ａ，２１１ｂの直線形状部に接続される曲線形状部を有する。

この側壁部２１１ｉは、点２１０Ｐ１で示す位置で、側壁部２１１ａ，２１１ｂに接続されている。側壁部２１１ｉは、側壁部２１１ａに接続される端部と側壁部２１１ｂに接続される端部との間が同じ曲率（すなわち、同じ曲率半径Ｒ）で形成されている。また本実施例では、横方向通路２１１は、上流端側から下流端側にかけて、側壁部２１１ａと側壁部２１１ｂが平行である。従って、側壁部２１１ｉを構成する半円の直径は、側壁部２１１ａと側壁部２１１ｂとの間隔、すなわち横方向通路２１１の通路幅に等しい。

なお側壁部２１１ａと側壁部２１１ｂとは、例えば上流端側から下流端側に向かって間隔が狭まる、或いは広がるように構成してもよい。

燃料導入口３００は弁軸心１ａ上に中心を持つ円形状に形成されている。すなわち、燃料導入口３００は通路断面形状が円形を成している。図４の平面図上において、燃料導入口３００の開口縁（符号３００で示す破線部分）は、符号２１０Ｐ２で示す位置（点）で、横方向通路２１１の側壁部２１１ａ，２１１ｂと交差する。すなわち点２１０Ｐ２は、燃料導入口３００の開口縁の投影図と側壁部２１１ａ，２１１ｂの投影図とが交差する位置を示す。

このように本実施例の横方向通路２１１は、燃料導入口３００及び横方向通路２１１を弁軸心１ａに垂直な平面に投影した場合に、横方向通路２１１の側部側面２１１ａ，２１１ｂの直線形状部の投影線が燃料導入口３００の開口縁の投影線と交差する位置まで、上流側端部が開口縁３００の内側に延設されている。

さらに本実施例では、点２１０Ｐ１と点２１０Ｐ２との間に、０（ゼロ）よりも大きな実質的な間隔寸法Ｌ１が設けられている。間隔寸法Ｌ１は、複数の横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４の間で異なっていてもよいが、全ての横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４において０（ゼロ）よりも大きな実質的な間隔寸法Ｌ１を有している。

また、図４に示す平面図上において、燃料導入口３００の開口縁の内側で燃料導入口３００に臨む横方向通路２１１の入口開口面の通路断面積Ｓ１は、その下流側における横方向通路２１１の通路断面積（図５のＡ−Ａ断面における通路断面積）Ｓ２よりも大きい。本実施例では、通路断面積Ｓ２は、横方向通路２１１の側壁部２１１ａ，２１１ｂが直線状を成す部分において、上流端から下流端まで一定の大きさである。通路断面積Ｓ２が変化する場合、通路断面積Ｓ１は通路断面積Ｓ２の最大値よりも大きな値（面積）になるようにする。なお、通路断面積Ｓ１は弁軸心（中心軸線）１ａに垂直な断面積であり、通路断面積Ｓ２は横方向通路２１１の延伸方向（燃料流れに沿う方向）に垂直な断面積である。

図５は、横方向通路２１１の入口側端部（上流側端部）の形状の変更例を示す平面図である。

横方向通路２１１の上流側端部の側壁２１１ｉは、半円形状を成している必要はなく、例えば、側壁部２１１ａに接続される曲線形状部２１１ｉａと側壁部２１１ｂに接続される曲線形状部２１１ｉｂとの間が直線形状部２１１ｉｃで接続されるような形状であってもよい。すなわち、直線形状部２１１ｉｃと側壁部２１１ａ，２１１ｂとが丸みを持った面取り部で接続される形状であってもよい。或いは、その他の形状であっても構わない。ただし、横方向通路２１１は、側壁部２１１ａ，２１１ｂが直線状を成すように形成され、側壁部２１１ａ，２１１ｂの上流側に、上流側に向かって通路幅Ｗ２１１が減少する形状部を有する構成を前提としている。

本変更例では、曲線形状部２１１ｉａと曲線形状部２１１ｉｂと直線形状部２１１ｉｃとに係る形状が上述した実施例と異なるのみで、その他の構成は上述した実施例と同様でに構成される。

燃料導入口３００は弁座部材１５に形成され、旋回用通路２１０はノズルプレート２１ｎに形成される。弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎが誤差なく正確に加工され、両者が誤差なく正確に組み付けられた場合は、複数の旋回用通路２１０の通路断面積Ｓ１は全て等しくなる。しかし、弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎの加工に誤差が生じるか、両者の組付けに誤差が生じると、複数の旋回用通路２１０の通路断面積Ｓ１は旋回用通路２１０毎に異なることになり、各旋回用通路２１０に分配される燃料流量が異なることになる。

図６及び図７を参照して、弁座部材１５とノズルプレート２１ｎとの位置すれの影響について、説明する。

図６は、複数の旋回用通路２１０がノズルプレート２１ｎ’の中心部で接続された構成（本実施例との比較例）における課題を説明するための平面図である。

この比較例では、４組の旋回用通路２１０’（２１０−１’，２１０−２’，２１０−３’，２１０−４’）の横方向通路２１１’（２１１−１’，２１１−２’，２１１−３’，２１１−４’）は、ノズルプレート２１ｎ’の中心付近で接続されている。このため、横方向通路２１１’の通路長さが長くなり、弁座の下流側に形成される燃料通路のデッドボリュームが大きくなる。ただし、この比較例では、燃料導入口３００が形成された弁座部材１５と旋回用通路２１０’が形成されたノズルプレート２１ｎ’との間に位置ずれが生じ、燃料導入口３００がノズルプレート２１ｎ’に対して点線３００’で示す位置にずれたとしても、燃料導入口３００の中心部に位置する各旋回用通路２１０’の接続部を通じて、各旋回用通路２１０’に均等に燃料を分配することができる。

図７は、複数の旋回用通路２１０’’が独立した構成（本実施例との比較例）における課題を説明するための平面図である。

この比較例では、４組の旋回用通路２１０’’（２１０−１’’，２１０−２’’，２１０−３’’，２１０−４’’）の横方向通路２１１’’（２１１−１’’，２１１−２’’，２１１−３’’，２１１−４’’）がノズルプレート２１ｎ’’上において独立して構成されている。しかし、燃料導入口３００の開口縁（符号３００で示す破線部分）は、横方向通路２１１’’の直線形状の側壁部２１１ａ’’，２１１ｂ’’と曲線形状の側壁部２１１ｉ’’との接続部２１０Ｐ１’’で、横方向通路２１１’’の側壁部２１１ａ’’，２１１ｂ’’，２１１ｉ’’と交差する。すなわち、図４で説明した間隔寸法Ｌ１が０（ゼロ）の場合である。

この場合、燃料導入口３００が形成された弁座部材１５と旋回用通路２１０’’が形成されたノズルプレート２１ｎ’’との間に位置ずれが生じ、燃料導入口３００がノズルプレート２１ｎ’’に対して点線３００’で示す位置にずれると、旋回用通路２１０−２’’，２１０−３’’，２１０−４’’では燃料導入口３００の開口縁が横方向通路２１１’’の曲線形状の側壁部２１１ｉ’’にかかる。そして旋回用通路２１０−２’’，２１０−３’’，２１０−４’’では、弁座部材１５とノズルプレート２１ｎ’’との間に位置ずれが生じると、燃料導入口３００は横方向通路２１１’’の曲線形状部２１１ｉ’’が形成された領域で開口縁の位置が変化することになる。この場合、旋回用通路２１１’’の直線形状部２１１ａ’’，２１１ｂ’’で燃料導入口３００の開口縁位置が変化する場合と比べて、弁座部材１５とノズルプレート２１ｎ’’との位置ずれ量に対する、燃料導入口３００に面する横方向通路２１１’’の通路断面積の変化率が大きくなる。そして、複数組の旋回用通路２１０’’に流れる燃料の流量ばらつきが大きくなる。

本実施例では、図４で説明したように、燃料導入口３００の開口縁（符号３００で示す破線部分）が横方向通路２１１の直線形状の側壁部２１１ａ，２１１ｂと交差するように構成されていることにより、弁座部材１５とノズルプレート２１ｎとの間に位置ずれが生じたとしても、燃料導入口３００に面する横方向通路２１１の通路断面積の変化率を小さくすることができる。ずなわち、横方向通路２１１における、燃料導入口３００に対向する対向面積の変化を小さくできる。その結果、ノズルプレート２１ｎに形成された複数の旋回用通路２１０に燃料を均等に分配することができ、各旋回用通路２１０に流れる燃料の流量ばらつきを小さくすることができる。

本実施例において、弁座部材１５とノズルプレート２１ｎとの位置ずれを考慮して最も厳しい設計を行った場合、少なくとも一つの旋回用通路２１０では図４で説明した間隔寸法Ｌ１が０（ゼロ）になる場合がある。しかしその一方で、少なくとも一つの旋回用通路２１０では、点２１０Ｐ１と点２１０Ｐ２との間に０（ゼロ）よりも大きな実質的な間隔寸法Ｌ１が存在する。また全ての旋回用通路２１０において、点２１０Ｐ１と点２１０Ｐ２との間の間隔寸法Ｌ１は０（ゼロ）以上の値を有する。

すなわち本実施例の複数の旋回用通路２１０は、全ての旋回用通路２１１−１〜２１１−４が、直線形状部２１１ａ，２１１ｂと曲線形状部２１１ｉとの接続位置２１０Ｐ１と、燃料導入口の開口縁の投影線３００と直線形状部の投影線２１１ａ，２１１ｂとの交差位置との間に０以上の間隔寸法Ｌ１を有する。さらに、少なくとも一つの前記旋回用通路が、直線形状部２１１ａ，２１１ｂと曲線形状部２１１ｉとの接続位置２１０Ｐ１と、燃料導入口の開口縁の投影線３００と直線形状部の投影線２１１ａ，２１１ｂとの交差位置２１０Ｐ２との間に、０よりも大きい間隔寸法Ｌ１を有する。

複数の旋回用通路２１１−１〜２１１−４の全てが、接続位置２１０Ｐ１と交差位置２１０Ｐ２との間に、０よりも大きい間隔寸法Ｌ１を有することにより、ノズルプレート２１ｎ及び弁座部材１５の加工精度に余裕ができ、ノズルプレート２１ｎと弁座部材１５との組み付け工程の組み付け精度に余裕ができる。

また、通路断面積Ｓ１を通路断面積Ｓ２よりも大きくすることで、各旋回用通路２１０に燃料をより均等に分配することができ、各旋回用通路２１０に流れる燃料の流量ばらつきをより小さくすることができる。

本実施例では、横方向通路２１１がノズルプレート２１ｎの中心２１ｎｏ側から外周側に向けて放射状に設けられる構成について説明した。横方向通路２１１は、これ以外にも、ノズルプレート２１ｎの外周側から中心２１ｎｏ側に向かって延伸され、ノズルプレート２１ｎの中心２１ｎｏ側に位置する横方向通路２１１の端部に旋回室２１２が接続される構成であってもよい。この場合も、横方向通路２１１に燃料を導入する弁座部材１５の開口部（燃料導入口３００）と横方向通路２１１との接続状態に、図４で説明した点２１０Ｐ１、点２１０Ｐ２及び間隔寸法Ｌ１の関係が適用されるようにする。

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、本発明は上記した実施例或いは変更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、実施例と変更例との間において、実施例或いは変更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、２１ｎｏ…ノズルプレート２１ｎの中心、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…旋回用通路、２１０Ｐ１…直線形状の側壁部２１１ａ，２１１ｂと曲面形状の側壁部２１１ｉとの接続位置、２１０Ｐ２…燃料導入口３００の開口縁の投影図と側壁部２１１ａ，２１１ｂの投影図とが交差する位置、２１１，２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４…横方向通路、２１１ａ，２１１ｂ…側壁（側面）、２１１ｉ…側壁の曲面形状部、２１２，２１２−１，２１２−２，２１２−３，２１２−４…旋回室（スワール室）、２２０，２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４…燃料噴射孔、３００…燃料導入孔、Ｌ１…位置２１０Ｐ１と位置２１０Ｐ２との間隔寸法、Ｓ１…燃料導入口３００に臨む横方向通路２１１の入口開口面の通路断面積、Ｓ２…横方向通路２１１の通路断面積。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、
外部に燃料を噴射する燃料噴射孔と、
前記燃料噴射孔の上流側で協働して燃料通路の開閉を行う弁体及び弁座と、
前記弁座が形成された弁座部材と、
前記弁座部材の先端面に接続され、複数の旋回用通路が形成されたノズルプレートと、
を備え、
前記旋回用通路は、
燃料を旋回させて前記燃料噴射孔に流入させる旋回室と、
前記旋回室の上流側に接続され、前記旋回室に燃料を供給する横方向通路と、
を有し、
前記弁座部材は、前記ノズルプレートが接続される先端面に開口すると共に前記横方向通路の上流側端部に接続されて前記複数の旋回用通路に燃料を導入する燃料導入口を有し、
前記横方向通路は、燃料流れの方向に沿う２つの側部側面が直線形状部を有すると共に、上流側において前記２つの側部側面の間に構成される端部側面が前記直線形状部に接続される曲線形状部を有し、
前記横方向通路は、前記燃料導入口及び前記横方向通路を弁軸心に垂直な平面に投影した場合に、前記横方向通路の前記側部側面の前記直線形状部の投影線が前記燃料導入口の開口縁の投影線と交差する位置まで、前記上流側端部が前記開口縁の内側に延設されており、
前記燃料導入口及び前記横方向通路を弁軸心に垂直な平面に投影した投影図上において、
前記横方向通路は、前記側部側面の前記直線形状部が、または前記直線形状部と前記曲線形状部との接続点が、前記燃料導入口の開口縁と交差するように形成され、
前記直線形状部と前記曲線形状部との接続点と、前記燃料導入口の開口縁と前記直線形状部との交差位置との間の間隔寸法が０となることを許容するように構成される。
また上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、
外部に燃料を噴射する燃料噴射孔と、
前記燃料噴射孔の上流側で協働して燃料通路の開閉を行う弁体及び弁座と、
前記弁座が形成された弁座部材と、
前記弁座部材の先端面に接続され、複数の旋回用通路が形成されたノズルプレートと、
を備え、
前記旋回用通路は、
燃料を旋回させて前記燃料噴射孔に流入させる旋回室と、
前記旋回室の上流側に接続され、前記旋回室に燃料を供給する横方向通路と、
を有し、
前記弁座部材は、前記ノズルプレートが接続される先端面に開口すると共に前記横方向通路の上流側端部に接続されて前記複数の旋回用通路に燃料を導入する燃料導入口を有し、
前記横方向通路は、燃料流れの方向に沿う２つの側部側面が直線形状部を有すると共に、上流側において２つの前記側部側面の間に構成される端部側面が前記直線形状部に接続される曲線形状部を有し、
全ての前記横方向通路は、前記燃料導入口及び前記横方向通路を弁軸心に垂直な平面に投影した投影図上において、前記側部側面の前記直線形状部が前記燃料導入口の開口縁と交差するように形成され、
前記燃料導入口に臨む前記横方向通路の面積は、前記側部側面の直線形状部に構成される通路断面積よりも大きく形成される。

Claims (1)

1. 外部に燃料を噴射する燃料噴射孔と、
   前記燃料噴射孔の上流側で協働して燃料通路の開閉を行う弁体及び弁座と、
   前記弁座が形成された弁座部材と、
   前記弁座部材の先端面に接続され、複数の旋回用通路が形成されたノズルプレートと、
   を備え、
   前記旋回用通路は、
   燃料を旋回させて前記燃料噴射孔に流入させる旋回室と、
   前記旋回室の上流側に接続され、前記旋回室に燃料を供給する横方向通路と、
   を有し、
   前記弁座部材は、前記ノズルプレートが接続される先端面に開口すると共に前記横方向通路の上流側端部に接続されて前記複数の旋回用通路に燃料を導入する燃料導入口を有し、
   前記横方向通路は、燃料流れの方向に沿う２つの側部側面が直線形状部を有すると共に、上流側において前記２つの側部側面の間に構成される端部側面が前記直線形状部に接続される曲線形状部を有し、
   前記横方向通路は、前記燃料導入口及び前記横方向通路を弁軸心に垂直な平面に投影した場合に、前記横方向通路の前記側部側面の前記直線形状部の投影線が前記燃料導入口の開口縁の投影線と交差する位置まで、前記上流側端部が前記開口縁の内側に延設されており、
   前記複数の旋回用通路は、
   全ての旋回用通路が、前記直線形状部と前記曲線形状部との接続位置と、前記燃料導入口の開口縁の投影線と前記直線形状部の投影線との交差位置との間に０以上の間隔寸法を有すると共に、
   少なくとも一つの前記旋回用通路が、前記直線形状部と前記曲線形状部との接続位置と、前記燃料導入口の開口縁の投影線と前記直線形状部の投影線との交差位置との間に、０よりも大きい間隔寸法を有する燃料噴射弁。

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