JP3377004B2

JP3377004B2 - 流体噴射ノズル

Info

Publication number: JP3377004B2
Application number: JP2002022194A
Authority: JP
Inventors: 谷　　泰臣; 森　　幸雄
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2003-02-17
Anticipated expiration: 2017-09-10
Also published as: JP2002303227A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流体噴射ノズルに開
するもので、例えば自動車用の内燃機関（以下、内燃機
関」をエンジンという）へ燃料を噴射して供給する燃料
噴射弁の噴射ノズル部に開するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような燃料噴射弁では、燃料消費量
の低減、排気エミッションの向上、エンジンの安定した
運転性等の観点から、噴孔から噴射される「燃料の微粒
化」が重要な要素の一つである。噴射燃料の微粒化を促
進する方法としては、噴射燃料への空気の衝突、噴孔付
近の加熱等による補助的な微粒化手段があるが、これら
の微粒化手段はいずれも高価なものとなるという問題が
ある。

【０００３】一方、燃料噴射弁の先端部にオリフィスを
形成したオリフィスプレートを設け微粒化を促進するも
のとして、米国特許番号第５３８３６０７号明細書に開
示される燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁で
は、ニードル弁の先端に凹部を形成する構成や、ニード
ル先端をニードル軸方向に直角にフラットに形成する構
成が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記米
国特許番号第５３８３６０７号明細書に開示された燃料
噴射弁では、微粒化を促進しようとしても、オリフィス
から噴射される噴霧が噴射先で重複してしまうという恐
れがあった。

【０００５】本発明の目的は、微粒化された流体噴霧が
噴射先で重なることを抑制する流体噴射ノズルを提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
流体噴射ノズルによると、オリフィスは二重同心円上に
配置されており、流体室を流れる流体が各オリフィスか
ら噴射されるので、各オリフィスから噴射される微粒化
された噴霧が噴射先で重複することを抑制し、微粒化さ
れた噴霧を均一に供給できる。

【０００７】本発明の請求項４、５記載の流体噴射ノズ
ルによると、オリフィスから噴射される流体の噴霧角を
拡大することができるので、広範囲に流体を噴射でき
る。

【０００８】本発明の請求項６記載の流体噴射ノズルに
よると、外周側のオリフィスの傾斜角が内周側のオリフ
ィスの傾斜角よりも大きいので、外周側のオリフィスと
内周側のオリフィスから噴射される噴霧が重複しない。
したがって、微粒化された噴霧を均一に供給できる。

【０００９】本発明の請求項７記載の流体噴射ノズルに
よると、流れ方向制御用プレートとしてのオリフィスプ
レートの弁部材と対向する対向面において、オリフィス
間のピッチＤＨと弁部材のシート径ＤＳとの間に１．５
＜ＤＳ／ＤＨ＜６の関係がある。したがって、弁座に当
接可能な弁部材が弁座から離座し、弁部材の先端面、バ
ルブボディの内壁面、およびオリフィスプレートの対向
面とで区画形成される略円板状の流体室に流体が流入し
た際に、この流れの主流はオリフィスプレートにより方
向を変えられ、オリフィスに直接向かう流れとオリフィ
ス間を通過してオリフィスプレート中心で対向する流れ
によってＵターンしてオリフィスに向かう流れを生じ、
結果として均等にオリフィスに向かう流れを作ることが
できる。

【００１０】また、オリフィスに対向する位置に設けら
れて弁部材の先端部に形成される先端面とオリフィスプ
レートとの間の弁部材リフト時の弁部材軸方向の距離ｈ
とオリフィスの径ｄとの間にｈ＜１．５ｄの関係があ
る。しかも、弁座の環状シート部とオリフィスプレート
の対向面までの垂直距離Ｈとオリフィスの径ｄとの間に
Ｈ＜４ｄの関係があるので、先端面とオリフィスプレー
トとの間の流体流路を偏平化でき、オリフィスプレート
の対向面に沿った流れをつくりオリフィス直上での流体
流れ同士の互いの衝突を誘起することができる。

【００１１】したがって、オリフィスプレートから噴出
される流体は衝突による乱れのために微粒化が促進され
かつ方向性をもった噴霧になる。

【００１２】本発明の請求項８記載の流体噴射ノズルに
よると、当接部の下流側の流体主流の方向が対向面と交
差する位置を結んだ仮想包絡線の内側にオリフィスを形
成することにより、オリフィスプレートに衝突すること
なくオリフィスから直接流体主流が噴射されることを防
止している。したがって、オリフィスプレートに衝突し
た流体主流はオリフィスプレートに沿って向きを変えて
他の流体流れと衝突する。オリフィスから噴出される流
体は衝突による乱れのために微粒化が促進され、かつ方
向性をもった噴霧になる。

【００１３】本発明の請求項９記載の流体噴射ノズルに
よると、各オリフィスを中心として同一径の円を互いに
ほぼ接して確保できるようにオリフィスを配置すること
により、各オリフィスから噴射される噴霧が等しい領域
を確保できる。したがって、各オリフィスから噴射され
る微粒化された噴霧が噴射先で重複することを抑制する
ので、微粒化された噴霧を均一に供給できる。

【００１４】本発明の請求項１０記載の流体噴射ノズル
によると、オリフィスプレートの板厚ｔと、オリフィス
の径ｄとの間に、０．５＜ｔ／ｄ＜１．０の関係があ
る。０．５≧ｔ／ｄであるとオリフィスから噴射される
流体噴霧の方向性が安定しない。また、ｔ／ｄ≧１．０
であるとオリフィスを通過する間に微粒化された噴霧が
再付着を起こして十分に流体噴霧を微粒化することがで
きない。つまり、０．５＜ｔ／ｄ＜１．０の関係を保つ
ことにより、所定方向に流体を噴射することができると
ともに、流体噴霧を十分に微粒化することができる。

【００１５】本発明の請求項１１記載の流体噴射ノズル
によると、オリフィスプレートに向かって流れ込む流体
流れにオリフィスプレートに沿った流れ方向を形成する
ことができるので、オリフィスに直接流体が流入せず、
かつオリフィスプレートに衝突することによる流体同士
の衝突エネルギーの減少を低減できる。したがって、オ
リフィス直上で流体同士が衝突し、流体の微粒化を促進
する。

【００１６】本発明の請求項１２記載の流体噴射ノズル
によると、内壁面が円錐斜面であるのでさらに流体流れ
が均等に衝突する。したがって、流体の微粒化がさらに
促進される。

【００１７】本発明の請求項１３記載の流体噴射ノズル
によると、流体が先端面に案内されオリフィスプレート
に沿って均等に流体室に流入するので、各オリフィスに
流入する流体流れの強さが等しくなり、噴霧に偏りが発
生しない。

【００１８】本発明の請求項１４または１５記載の流体
噴射ノズルによると、小径のオリフィス径を設定するこ
とでオリフィスを多数設けて所定噴射量を噴射すること
になるので、オリフィスから噴射される燃料が空気と接
触する面積をより多くして、より微粒化を促進できる。

【００１９】本発明の請求項１６記載の燃料供給装置に
よると、請求項１〜１５のいずれか１つの流体噴射ノズ
ルを有する燃料噴射装置を、スロットル弁の下流側、か
つ各気筒にそれぞれ接続する吸気分配管の集合部上流に
搭載することにより、一つの燃料噴射装置により各気筒
に均等に均一な燃料噴霧を供給できる。したがって、本
発明の燃料噴射装置は小型のエンジンに搭載する場合に
特に好適である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００２１】（第１実施例）本発明をガソリン機関用燃
料供給装置の燃料噴射弁に適用した第１実施例を図１、
図２および図３に示す。

【００２２】図３に示すように、強磁性材料からなる固
定コア２１は燃料噴射装置としての燃料噴射弁１０の樹
脂製のハウジングモールド１１の内部に収容されてい
る。磁性材料からなる可動コア２２は筒状に形成されて
おり、非磁性パイプ２３および磁性パイプ２４の内部空
間に配設されている。可動コア２２の外径は非磁性パイ
プ２３の内径より僅かに小さく設定され、可動コア２２
は非磁性パイプ２３に摺動可能に支持されている。可動
コア２２は、固定コア２１と軸方向に対向し、固定コア
２１の下端面と所定の隙間を形成するように配設されて
いる。

【００２３】非磁性パイプ２３は、固定コア２１の可動
コア側端部外周に嵌合し、レーザ溶接等により固定され
ている。非磁性パイプ２３の反固定コア側端部には、磁
性材料からなり段付きパイプ状に形成された磁性パイプ
２４が接続されている。なお、非磁性パイプ２３の反固
定コア側は可動コア２２の案内部をなしている。図１に
示すように、弁部材としてのニードル弁２５の燃料噴射
側の先端面２５ａは燃料流れに向かってその径が徐々に
縮小するなだらかな円錐凸状に形成されており、当接部
２５ｂがバルブボディ３０に設けられた弁座３１ｂに円
環状に着座可能である。ニードル弁２５の他方の端部に
は図３に示すように接合部２５ｄが形成されている。そ
して、接合部２５ｄと可動コア２２とがレーザ溶接さ
れ、ニードル弁２５と可動コア２２とが一体に連結され
る。接合部２５ｄの外周には燃料通路としての二面取り
が設けられている。

【００２４】バルブボディ３０は、スペーサ２８を介し
て磁性パイプ２４に挿入され、磁性パイプ２４とレーザ
溶接等により固定されている。スペーサ２８の厚みは固
定コア２１と可動コア２２とのエアギャップを所定値に
するように調節される。

【００２５】ステンレス製のオリフィスプレート３２は
カップ状に形成されており、ニードル弁２５の燃料下流
側でバルブボディ３０の先端に溶接、例えば全周溶接に
より接合されている。

【００２６】スリーブ４０は樹脂製であり、バルブボデ
ィ３０およびオリフィスプレート３２の外周に圧入さ
れ、オリフィスプレート３２を保護している。オリフィ
スプレート３２に形成されたオリフィス３２ａ、３２ｂ
から噴射される燃料はスリーブ４０の開口部４０ａから
エンジンに噴射される。

【００２７】圧縮コイルスプリング２６の一端は、可動
コア２２に設けられたスプリング座２２ａに当接し、圧
縮コイルスプリング２６の他端は、アジャスティングパ
イプ２７の底部に当接している。圧縮コイルスプリング
２６は、可動コア２２とニードル弁２５とを図３の下
方、つまり当接部２５ｂがバルブボディ３０の弁座３１
ｂに着座する方向に付勢している。

【００２８】アジャスティングパイプ２７は固定コア２
１の内周に圧入されている。組付け時にアジャスティン
グパイプ２７の圧入位置を調整することにより圧縮コイ
ルスプリング２６の付勢力を調整可能である。

【００２９】電磁コイル５０は樹脂製のスプール５１の
外周に巻回されており、スプール５１は固定コア２１、
非磁性パイプ２３、磁性パイプ２４の外周に配設されて
いる。電磁コイル５０およびスプール５１の外周にハウ
ジングモールド１１が樹脂成形され、ハウジングモール
ド１１により電磁コイル５０が包囲されている。図示し
ない電子制御装置によってターミナル５２からリード線
を介して電磁コイル５０に励磁電流が流れると、ニード
ル弁２５および可動コア２２が圧縮コイルスプリング２
６の付勢力に抗して固定コア２１の方向へ吸引され、当
接部２５ｂが弁座３１ｂから離座する。

【００３０】ターミナル５２はハウジングモールド１１
に埋設されており、電磁コイル５０に電気的に接続され
ている。ターミナル５２は図示しない電子制御装置にワ
イヤハーネスを介して接続されている。

【００３１】２枚の金属プレート６１および６２は上方
の一端が固定コア２１の外周に接し、下方の他端が磁性
パイプ２４の外周に接するように設けられ、電磁コイル
５０への通電時の磁束を通す磁路を形成する部材であ
る。この２枚の金属プレート６１、６２により電磁コイ
ル５０が保護されている。

【００３２】フィルタ６３は固定コア２１の上方に配設
されており、燃料タンクから燃料ポンプ等によって圧送
され、燃料噴射弁１０内に流入する燃料中のゴミ等の異
物を除去する。固定コア２１内にフィルタ６３を通して
流入した燃料は、アジャスティングパイプ２７からニー
ドル弁２５の接合部２５ｄに形成された二面取り部との
隙間、さらには、バルブボディ３０とニードル弁２５と
の摺動部に形成された四面取り部との隙間を通過し、ニ
ードル弁２５の当接部２５ｂと弁座３１ｂとよりなる弁
部に到る。図１に示すように、当接部２５ｂが弁座３１
ｂから離座すると、当接部２５ｂと弁座３１ｂとが形成
する開口部から燃料が燃料室３５に流入する。

【００３３】流体室としての燃料室３５は、オリフィス
プレート３２の対向面３３と、バルブボディ３０の円錐
斜面３１ａと、先端面２５ａとで仕切られ、略円板状に
形成されている。

【００３４】以下、ニードル弁２５、バルブボディ３
０、オリフィスプレート３２の構造を順次詳細に説明す
る。

【００３５】（１）ニードル弁２５図１に示すように、ニードル弁２５の先端部は先端面２
５ａ、当接部２５ｂおよび先端面２５ａと当接部２５ｂ
とを連結する円環状曲面２５ｃからなる。先端面２５ａ
は当接部２５ｂの内周側に形成され、中心がニードル弁
２５の軸上に位置している。先端面２５ａとオリフィス
プレート３２の対向面３３とのニードル開弁時における
ニードル弁の軸方向の距離ｈとオリフィスプレート３２
の後述するオリフィス３２ａ、３２ｂの径ｄとは、次式
（１）を満たすように設定されている。

【００３６】ｈ＜ｌ．５ｄ、ｄ＜０．３（ｍｍ）・・・（１）とりわけ、ｄ＜０．２５程度の小径オリフィスにして多
数のオリフィスを設けることで噴射量を稼ぐようにする
とよい。これは、所定流量の燃料が多数のオリフィスを
通過するようにすることで、オリフィスから噴射される
燃料が空気と接触する面積をより多くして、より微粒化
を促進するためである。

【００３７】またオリフィス径が小径のため、所定の面
積のオリフィスプレートにおいてオリフィス間の燃料の
通路を形成しやすい。このため、後述するようにニード
ル弁２５のシート径をＤＳ、各オリフィス間のピッチを
ＤＨとしたときのＤＳ／ＤＨの値を広い範囲に設定でき
る。より好ましくはｄ＝０．１５程度であるのがよい。

【００３８】式（１）を満たすように距離ｈおよびオリ
フィス径ｄを設定するのは、バルブボディ３０の円錐斜
面３１ａからニードル弁２５が離間したとき、当接部２
５ｂと円錐斜面３１ａとの隙間をオリフィスプレート３
２側に燃料が進み、オリフィスプレート３２の対向面３
３に当たることで燃料室３５に向けて曲げられ、対向面
３３に沿った燃料流れを形成するためである。この燃料
流れは、直接オリフィスに向かう流れと、オリフィス間
を通過する流れとに別れ、オリフィス間を通過した流れ
はオリフィスプレート中心で対向する流れによりＵター
ンしてオリフィスに向かう流れとなる。これら互いに径
方向の反対方向からオリフィスに向かう燃料流れがオリ
フィス直上で衝突しあい、不安定な流れ状態を作り燃料
の微粒化を促進する。

【００３９】すなわち距離ｈと径ｄとが式（１）を満た
すように設定されているので、先端面２５ａと対向面３
３との狭い隙間に燃料を流すことができ、対向面３３に
沿った燃料流れ同士の衝突を誘起することができる。こ
れにより燃料同士の衝突のエネルギーを大きくして燃料
の微粒化を促進することができる。

【００４０】（２）バルブボディ３０バルブボディ３０の内径は先端付近からオリフィスプレ
ート３２に向かうにしたがい縮径しており、流体通路と
しての燃料通路を形成する内壁面３１のオリフィスプレ
ート３２側に円錐斜面３１ａが形成されている。ニード
ル弁２５の当接部２５ｂは円錐斜面３１ａに形成された
弁座３１ｂに着座可能である。

【００４１】弁座３１ｂと対向面３３との間の垂直距離
Ｈと、オリフィス３２ａ、３２ｂの径ｄとは次式（２）
を満たすように設定されている。

【００４２】Ｈ＜４ｄ・・・（２）すなわち燃料室３５への燃料の入口である弁座３１ｂが
オリフィスプレート３２に近く設定されている。

【００４３】燃料下流側に向けて円錐斜面３１ａを縮径
させ、弁座３１ｂと対向面３３との間の垂直距離Ｈとオ
リフィス３２ａ、３２ｂの径ｄとを、式（２）を満たす
ように設定していることにより、ニードル弁２５とバル
ブボディ３０とが離間している場合、当接２５ｂと弁座
３１ｂとの間から円錐斜面３１ａに治って燃料室３５に
流入する燃料を対向面３３に沿わせることができる。

【００４４】（３）オリフィスプレート３２噴霧の流れ方向を制御するオリフィスプレート３２に
は、図２の（Ａ）に示すようにオリフィスプレート３２
を板厚方向に貫通して径ｄの等しいオリフィス３２ａ、
３２ｂが合計１２個形成されている。図１に示すよう
に、オリフィス３２ａ、３２ｂは、当接部２５ｂの下流
側の燃料主流の方向が対向面３３と交差する位置を結ん
だ仮想包路線、図１では円錐斜面３１ａと対向面３３と
の交線の内側に形成されている。

【００４５】図２の（Ａ）に示すようにオリフィス３２
ａおよび３２ｂはそれぞれ同心円上に配置されており、
オリフィス３２ａがオリフィス３２ｂの内周側に位置し
ている。さらに、各オリフィスの中心から同一半径で互
いに接して円を確保できるように各オリフィスが配置さ
れている。したがって、各オリフィスから噴射される噴
霧がほぼ等しい領域を確保できるので、噴射先で噴霧が
重複しにくい。

【００４６】また、オリフィス３２ａ、３２ｂは、図２
の（Ｂ）および（Ｃ）に示すようにオリフィスプレート
３２の燃料下流側に向けて中心軸から遠ざかるように傾
斜しており、オリフィスプレート３２の板厚方向に対す
るオリフィス３２ａ、３２ｂの傾斜角度をθ１、θ２と
すると、θ１、θ２は次式（３）を満たしている。

【００４７】 θ１＜θ２・・・（３）外周側のオリフィス３２ｂの方が傾斜角度が大きいの
で、傾斜角度θ１、θ２を適切に設定すれば各オリフィ
ス３２ａ、３２ｂから噴射される噴霧が互いに重なるこ
となく均一に微粒化される。

【００４８】また、オリフィス３２ａの数をｎ１、オリ
フィス３２ｂの数をｎ２とするとｎ１＝ｎ２である。オ
リフィスの数の配分を前述のように等しくし、中心から
同一半径で互いに接して円を確保できるように各オリフ
ィス３２ａ、３２ｂを配置すると、各オリフィスを通ら
ずに線対称の軸を引くことができない。つまり、本実施
例の配置によれば噴霧は一方向になる。

【００４９】図１に示すように、各オリフィス３２ａ、
３２ｂ間のピッチをＤＨ０、ＤＨ１、ニードル弁２５の
シート径をＤＳとすると、ＤＨ０、ＤＨ１とＤＳとは次
式（４）を満たしている。

【００５０】１．５＜ＤＳ／ＤＨ０＜６、１．５＜ＤＳ／ＤＨ１＜６・・・（４）したがって、ニードル弁２５とバルブボディ３０とが離
間している場合、当接部２５ｂと弁座３１ｂとの間から
燃料室３５へ流入する燃料は円錐斜面３１ａに沿って流
れた後に、オリフィスに直接流入することなくオリフィ
スプレート３２の対向面３３により方向転換した後で対
向面３３と平坦面２５ａの間を所定距離進む。したがっ
て燃料の主流が直接オリフィス３２ａ、３２ｂに流入す
ることがなく燃料を効率的に微粒化できる。また、式
（４）を満たすことにより、オリフィスプレート３２の
中心に近づき過ぎず、かつオリフィスプレート３２の外
周側に広がりすぎない範囲内にオリフィス３２ａ、３２
ｂを配置できる。したがって、各オリフィス３２ａ、３
２ｂに流入する燃料流れの強さを流入方向によらずほぼ
均等にすることができる。これにより燃料の内部エネル
ギーを流れ同士の衝突による乱れという形で効率よく利
用することができ、きわめて理想的な微粒化を実現でき
る。

【００５１】また、オリフィスの入口中央で均一な衝突
を得ることができるのでオリフィスを形成する側壁全周
の傾斜にそってきわめて方向性のいい噴霧を得ることが
できる。

【００５２】図４はＤＳ／ＤＨ、１．５ｄ−ｈ、４ｄ−
Ｈのそれぞれの値を横軸に、微粒化の度合いを縦軸にグ
ラフに表したものである。オリフィス径ｄ＝０．１５ｍ
ｍである。図４の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の測定結果
は、式（１）、（２）、（４）の内、他の二つの式を満
たす範囲で二式のパラメータを振らせ、その範囲内で残
る一つの式のパラメータを振らせたものである。

【００５３】微粒化の度合いはＳＭＤ（Ｓａｕｔｅｒ
ＭｅａｎＤｉａｍｅｔｅｒ、ザウター平均粒径）で表
し、図４（Ａ）よりＤＳ／ＤＨの値が１．５〜６の範
囲で、図４（Ｂ）より１．５ｄ−ｈの値が０以上の範
囲で、図４（Ｃ）より４ｄ−Ｈ（ｍｍ）の値が０以上
の範囲でＳＭＤの値がそれぞれ１００μｍ未満となり、
良好な微粒化を実現できることがわかる。

【００５４】燃料噴射弁１０を吸気管に取り付けた状態
を図５および図６に示す。図５および図６に示すエンジ
ンは３気筒エンジンである。燃料噴射弁１０は、吸気流
れ下流側で各気筒に接続するインテークマニホールド２
の各吸気分配管２ａ、２ｂ、２ｃの集合部３よりも上流
側、かつ図示しないスロットル弁よりも下流側の吸気管
１に搭載されている。図５および図６に示す点線は燃料
噴射弁１０の噴霧範囲を示している。

【００５５】本実施例の燃料噴射弁１０は、図５および
図６に示すように微粒化された燃料を広範囲に渡って噴
射することができるので、一つの燃料噴射弁により各気
筒に均等に、かつ均一に燃料を供給できる。したがっ
て、各気筒毎に燃料噴射弁を取り付けるものに比べ、部
品点数が少なく燃料噴射弁の制御も簡単化されるので製
造コストが低減する。特に、小型エンジンに本実施例の
燃料噴射弁１０を搭載することが効果的である。

【００５６】次に、燃料噴射弁１０の作動について説明
する。

【００５７】（１）電磁コイル５０への通電オフ時、可
動コア２２およびニードル弁２５は圧縮コイルスプリン
グ２６の付勢力により図２の下方に付勢され、ニードル
弁２５の当接部２５ｂが弁座３１ｂに着座する。これに
より、オリフィス３２ａ、３２ｂからの燃料噴射が遮断
される。

【００５８】（２）電磁コイル５０への通電をオンする
と、圧縮コイルスプリング２６の付勢力に抗して可動コ
ア２２が固定コア２１に吸引されるので、ニードル弁２
５の当接部２５ｂが弁座３１ｂから離座する。これによ
り、当接部２５ｂと弁座３１ｂとの開口部から燃料室３
５に燃料が流入する。燃料室３５に流入した燃料は、燃
料室３５の中心部に向かう。中心部に向かう燃料は中央
部で互いに衝突して径方向外側に向かう流れを生じ、こ
の径方向外側に向かう燃料流れと中心部に向かう燃料流
れとがオリフィス３２ａ、３２ｂ上で衝突する。そし
て、微粒化された燃料がオリフィス３２ａ、３２ｂから
噴射される。

【００５９】（変形例１）図７に本実施例の変形例１を
示す。

【００６０】オリフィス７１、７２は同心円上にそれぞ
れ４個、合計８個形成されており、オリフィス７１はオ
リフィス７２の内周側に位置している。前述した実施例
と同量の燃料を噴射するために、各オリフィスの径は前
述した実施例よりも大きくなっている。変形例１も、各
オリフィスを通らずに線対称の軸を引くことができない
ので一方向噴射になる。

【００６１】変形例１でも前述した実施例と同様に、オ
リフィス７１、７２から噴射される燃料噴霧の微粒化が
促進される。

【００６２】（変形例２）図８に本実施例の変形例２を
示す。

【００６３】オリフィス７３、７４は同心円上にそれぞ
れｎ１＝４個、ｎ２＝８個の合計１２個形成されてお
り、オリフィス７３はオリフィス７４の内周側に位置し
ている。各オリフィスの径は前述した実施例と同じであ
る。変形例２では各オリフィスを通らずに線対称の軸を
引くことができる。つまり、変形例２の配置によれば噴
霧は二方向になる。

【００６４】変形例２でも前述した実施例と同様に、オ
リフィス７３、７４から噴射される燃料噴霧の微粒化が
促進される。

【００６５】（変形例３）図９に本実施例の変形例３を
示す。

【００６６】オリフィス７５、７６は同心円上にそれぞ
れｎ１＝２個、ｎ２＝４個の合計６個形成されており、
オリフィス７５はオリフィス７６の内周側に形成されて
いる。前述した実施例と同量の燃料を噴射するために、
各オリフィスの径は変形例１よりも大きくなっている。
変形例３では各オリフィスを通らずに線対称の軸を引く
ことができる。つまり、変形例３の配置によれば噴霧は
二方向になる。

【００６７】変形例３でも前述した実施例と同様に、オ
リフィス７５、７６から噴射される燃料噴霧の微粒化が
促進される。

【００６８】以上説明した本発明の第１実施例およびそ
の変形例では、内周側および外周側のオリフィスの径を
同じにしたが、内周側と外周側とで異なる値にしてもよ
い。

【００６９】また、式（１）、（２）、（４）を満たし
ていれば、各オリフィスを中心として同一径の円を互い
にほぼ接して確保できるようにオリフィスを配置しなく
てもよい。また、各オリフィスを中心として同一径の円
を互いにほぼ接して確保できるようにオリフィスを配置
してあるなら、式（１）、（２）、（４）を満たしてい
なくてもよい。

【００７０】（第２実施例）本発明の第２実施例を図１
０に示す。

【００７１】ニードル弁８０の先端部は、先端面８０
ａ、当接部８０ｂ、および先端面８０ａと当接部８０ｂ
とを連結する円環状曲面８０ｃからなる。当接部８０ｂ
はバルブボディ８１の内壁面としての円錐斜面８２に設
けた弁座８２ａに着座可能である。先端面８０ａは、当
接部８０ｂの内周側にオリフィスプレート８３の対向面
８３ａとほぼ平行、つまり面広がり方向において対向面
８３ａとほぼ等間隔になるように平面状に形成されてい
る。

【００７２】バルブボディ８１の内径は先端付近からオ
リフィスプレート８３に向かうにしたがい縮径してお
り、流体通路としての燃料通路を形成する内壁面のオリ
フィスプレート８３側に円錐斜面８２が形成されてい
る。ニードル弁８０の当接部８０ｂは円錐斜面８２に形
成された弁座８２ａに着座可能である。

【００７３】オリフィスプレート８３には、オリフィス
プレート８３を板厚方向に貫通して径ｄの等しいオリフ
ィス８４が合計４個形成されている。オリフィス８４
は、当接部８０ｂの下流側の燃料主流の方向が対向面８
３ａと交差する位置を結んだ仮想包路線、図１０では円
錐斜面８２の仮想延長面と対向面８３ａとの交線の内側
に形成されている。

【００７４】ニードル開弁時における先端面８０ａと対
向面８３ａとのニードル弁８０の軸方向の距離ｈとオリ
フィスプレート８３のオリフィス８４の径ｄとは式
（１）を満たすように設定されている。弁座８２ａと対
向面８３ａとの間の垂直距離Ｈと、オリフィス８４の径
ｄとは式（２）を満たすように設定されている。

【００７５】また、オリフィス８４は、燃料下流側に向
かうにしたがいニードル弁８０の中心軸から遠ざかるよ
うに傾斜している。ニードル弁８０の中心軸に対するオ
リフィス８４の傾斜角度をθとすると、θは次式（５）
を満たしている。

【００７６】１５°≦θ（望ましくは２０°≦θ）・・・（５）対向面８３ａにおける各オリフィス８４のピッチをＤ
Ｈ、ニードル弁８０のシート径をＤＳとすると、ＤＨと
ＤＳとは次式（６）を満たしている。

【００７７】１．５＜ＤＳ／ＤＨ＜６・・・（６）以上のような構成により、先端面８０ａ、円錐斜面８２
および対向面８３ａで区画形成される流体室としての燃
料室８５に流入した燃料流れは各オリフィス８４から直
接噴射されることなくオリフィスプレート８３に衝突し
た後に向きを変えてオリフィス直上で互いに衝突してか
ら噴射されるので、第１実施例と同様にオリフィス８４
から噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。

【００７８】（第３実施例）本発明の第３実施例を図１
１に示す。

【００７９】ニードル弁８６の先端部は先端面８６ａお
よび当接部８６ｂからなる。先端面８６ａは、当接部８
６ｂの内周側に燃料下流側に突出する凸球面状に形成さ
れている。当接部８６ｂは弁座８２ａに着座可能であ
る。

【００８０】オリフィスプレート８７は、予めオリフィ
ス８８を形成した平板部材を例えば先端が球面状のポン
チでプレスして凹ませることにより形成される。オリフ
ィスプレート８７の対向面８７ａは、先端面８６ａの形
状に合わせ先端面８６ａとのの間隔がほぼ等しくなるよ
うに凹球面状に形成されている。ここで対向面８７ａ
は、ニードル弁８６が弁座８２ａから離座したときに流
入する燃料にオリフィスプレート８７が晒される範囲内
の面を表す。さらに先端面８６ａと対向面８７ａとの間
隔がほぼ等しいとは、先端面８６ａおよび対向面８７ａ
に降ろした共通垂線の長さが任意のニードル弁リフト位
置における面広がり方向においてほぼ等しいことを表
す。オリフィスプレート８７には、オリフィスプレート
８７を板厚方向に貫通して径ｄの等しいオリフィス８８
が合計４個形成されている。オリフィス８８は、当接部
８６ｂの下流側の燃料主流の方向が対向面８７ａと交差
する位置を結んだ仮想包路線、図１１では円錐斜面８２
の仮想延長面と対向面８７ａとの交線の内側に形成され
ている。

【００８１】ニードル開弁時における先端面８６ａと対
向面８７ａとの距離ｈとオリフィス８８の径ｄとは式
（１）を満たすように設定されている。ここで距離ｈ
は、ニードル開弁時に先端面８６ａおよび対向面８７ａ
に降ろした最短の共通垂線の長さを表す。弁座８２ａか
ら対向面８７ａの外周縁を通りニードル弁８６の中心軸
と直交する仮想平面までの垂直距離Ｈと、オリフィス８
８の径ｄとは式（２）を満たすように設定されている。

【００８２】また、オリフィス８８は燃料下流側に向か
うにしたがいニードル弁８６の中心軸から遠ざかるよう
に傾斜しており、ニードル弁８６の中心軸に対するオリ
フィス８８の傾斜角度をθとすると、θは式（５）を満
たしている。

【００８３】対向面８７ａにおける各オリフィス８８の
ピッチをＤＨ、ニードル弁８６のシート径をＤＳとする
と、ＤＨとＤＳとは式（６）を満たしている。

【００８４】第３実施例では、ニードル弁８６の先端形
状に合わせてオリフィスプレート８７を燃料下流側に凹
ませているので、予めオリフィスを形成した平板部材を
凹ませる際に、ニードル弁８６の中心軸からオリフィス
８８がさらに遠ざかる。これにより、平板状のオリフィ
スプレートでは加工が困難な傾斜角度の大きいオリフィ
スであっても、ニードル弁の先端面の形状に合わせてオ
リフィスプレートを凹ませることによりニードル弁の中
心軸に対するオリフィスの傾斜角度を容易に拡大し、燃
料噴霧角度を拡大することができる。したがって、吸気
弁に近づけて極力ノズル直下の噴霧を燃焼室に噴射する
ために大きな噴霧角度を必要とする燃料噴射弁を容易に
製造できる。

【００８５】さらに、先端面８６ａ、円錐斜面８２およ
び対向面８７ａで区画形成される流体室としての燃料室
８９に流入した燃料流れは各オリフィス８８から直接噴
射されることなくオリフィスプレート８７に衝突した後
に向きを変えてオリフィス直上で互いに衝突してから噴
射されるので、第１実施例と同様にオリフィス８８から
噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。

【００８６】（第４実施例）本発明の第４実施例を図１
２に示す。

【００８７】ニードル弁９０の先端部は先端面９０ａお
よび当接部９０ｂからなる。先端面９０ａは、当接部９
０ｂの内周側に燃料下流側に突出する凸円錐状に形成さ
れている。当接部９０ｂは弁座８２ａに着座可能であ
る。

【００８８】オリフィスプレート９１は、予めオリフィ
ス９２を形成した平板部材を例えば先端が円錐状のポン
チでプレスして凹ませることにより形成される。オリフ
ィスプレート９１の対向面９１ａは、先端面９０ａの形
状に合わせ先端面９０ａとの間隔がほぼ等しくなるよう
に凹円錐状に形成されている。ここで対向面９１ａは、
ニードル弁９０が弁座８２ａから離座したときに流入す
る燃料に晒される範囲内の面を表す。さらに先端面９０
ａと対向面９１ａとの間隔がほぼ等しいとは、先端面９
０ａおよび対向面９１ａに降ろした共通垂線の長さが任
意のニードル弁９０のリフト位置における面広がり方向
においてほぼ等しいことを表す。オリフィスプレート９
１には、オリフィスプレート９１を板厚方向に貫通して
径ｄの等しいオリフィス９２が合計４個形成されてい
る。オリフィス９２は、当接部９０ｂの下流側の燃料主
流の方向が対向面９１ａと交差する位置を結んだ仮想包
路線、図１２では円錐斜面８２の仮想延長面と対向面９
１ａとの交線の内側に形成されている。

【００８９】ニードル開弁時における先端面９０ａと対
向面９１ａとの距離ｈとオリフィス９２の径ｄとは式
（１）を満たすように設定されている。ここで距離ｈ
は、ニードル開弁時に先端面９０ａおよび対向面９１ａ
に降ろした最短の共通垂線の長さを表す。弁座８２ａか
ら対向面９１ａの外周縁を通りニードル弁９０の中心軸
と直交する仮想平面までの垂直距離Ｈと、オリフィス９
２の径ｄとは式（２）を満たすように設定されている。

【００９０】また、オリフィス９２は燃料下流側に向か
うにしたがいニードル弁９０の中心軸から遠ざかるよう
に傾斜しており、ニードル弁９０の中心軸に対するオリ
フィス９２の傾斜角度をθとすると、θは式（５）を満
たしている。対向面９１ａにおける各オリフィス９２の
ピッチをＤＨ、ニードル弁９０のシート径をＤＳとする
と、ＤＨとＤＳとは式（６）を満たしている。

【００９１】第４実施例でも、第３実施例と同様にニー
ドル弁９０の先端形状に合わせてオリフィスプレート９
１を燃料下流側に凹ませているので、ニードル弁の中心
軸に対するオリフィスの傾斜角度を容易に拡大し、燃料
噴霧角度を拡大することができる。したがって、大きな
噴霧角度を必要とする燃料噴射弁を容易に製造できる。

【００９２】さらに、先端面９０ａ、円錐斜面８２およ
び対向面９１ａで区画形成される流体室としての燃料室
９３に流入した燃料流れは各オリフィス９２から直接噴
射されることなくオリフィスプレート９１に衝突した後
に向きを変えてオリフィス直上で互いに衝突してから噴
射されるので、第１実施例と同様にオリフィス９２から
噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。

【００９３】以上説明した本発明の上記複数の実施例お
よび第１実施例の各変形例では、ニードル弁とバルブボ
ディとが離間している場合、全周からオリフィスプレー
トの中央に向かって流れた燃料の一部はオリフィスプレ
ートの中央部において方向を変えられ、Ｕターンして各
オリフィスに向かう。このオリフィスプレートの中央部
からＵターンする燃料流れは、オリフィスプレート外周
からオリフィスヘ流入する流れとオリフィス入口の中央
で互いに衝突する。

【００９４】オリフィスプレート中央でＵターンした後
にオリフィスヘ流入する流れの強さはオリフィスプレー
ト外周からオリフィスヘ流入する流れとほぼ同じ強さの
ためオリフィス周囲に渦の生じない均等な衝突を得るこ
とができより効率的な微粒化ができる。同時にオリフィ
スの入口中央で燃料が衝突し、しかも均一な衝突が得ら
れるので微粒化した燃料はオリフィスにより方向性が良
好に制御される。

【００９５】このようにオリフィスから噴射される燃料
噴霧の微粒化が促進されることにより、燃料噴霧が広範
囲に渡って空気と混合しやすく燃料の燃焼効率が増大す
るので、排気ガス中に排出される有害物質および燃料消
費量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射弁の噴射ノ
ズル部を示す断面図である。

【図２】（Ａ）は本実施例のオリフィスの配置を示す平
面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、
（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

【図３】本実施例の燃料噴射弁を示す縦断面図である。

【図４】（Ａ）はＤＳ／ＤＨとＳＭＤとの関係を示す特
性図であり、（Ｂ）は１．５ｄ−ｈとＳＭＤとの関係を
示す特性図であり、（Ｃ）は４ｄ−ＨとＳＭＤとの関係
を示す特性図である。

【図５】本実施例の燃料噴射弁を吸気管に搭載した状態
を示す平面図である。

【図６】図５のＶＩ方向矢視図である。

【図７】本実施例の変形例１によるオリフィスの配置を
示す平面図である。

【図８】本実施例の変形例２によるオリフィスの配置を
示す平面図である。

【図９】本実施例の変形例３によるオリフィスの配置を
示す平面図である。

【図１０】本発明の第２実施例による燃料噴射弁の噴射
ノズル部を示す断面図である。

【図１１】本発明の第３実施例による燃料噴射弁の噴射
ノズル部を示す断面図である。

【図１２】本発明の第４実施例による燃料噴射弁の噴射
ノズル部を示す断面図である。

【符号の説明】

１０燃料噴射弁２１固定コア２２可動コア２５、８０、８６、９０ニードル弁（弁部材）２５ａ、８０ａ、８６ａ、９０ａ先端面２５ｂ、８０ｂ、８６ｂ、９０ｂ当接部３０、８１ノズルボディ３１内壁面３１ａ、８２円錐斜面３１ｂ、８２ａ弁座３２、８３、８７、９１オリフィスプレート３２ａ、３２ｂ、７１、７２、７３、７４、７５、７
６、８４、８８、９２オリフィス３３、８３ａ、８７ａ、９１ａ対向面３５、８５、８９、９３燃料室（流体室）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05B 1/00 - 1/36 F02M 39/00 - 71/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】流体通路を形成する内壁面に弁座を設け
たバルブボディと、前記弁座に環状に着座可能な当接部を有し、前記当接部
が前記弁座から離座ならびに前記弁座に着座することに
より前記流体通路を開閉する弁部材と、前記弁部材よりも流体下流側の前記バルブボディに取付
けられるオリフィスプレートであって、板厚方向に貫通
する複数のオリフィスを有するオリフィスプレートとを
備え、前記オリフィスプレートの前記弁部材との対向面と、前
記弁部材の下流側先端部において前記当接部の内周側に
形成される先端面と、前記内壁面とで略円盤状の流体室
を形成する燃料噴射弁の流体噴射ノズルであって、前記オリフィスは二重同心円上に配置されており、前記流体室を流れる流体が前記各オリフィスから噴射さ
れることを特徴とする流体噴射ノズル。
【請求項２】前記二重同心円の内周側円上のオリフィ
スの数をｎ１、外周側円上のオリフィスの数をｎ２
とするとｎ１＝ｎ２であることを特徴とする請求項
１記載の流体噴射ノズル。
【請求項３】前記二重同心円の内周側円上のオリフィ
スの数をｎ１、外周側円上のオリフィスの数をｎ２
とするとｎ１ ×２＝ｎ２であることを特徴とする請
求項１記載の流体噴射ノズル。
【請求項４】前記オリフィスは前記オリフィスプレー
トの板厚方向に対して所定角傾斜していることを特徴と
する請求項１ないし３いずれか１つに記載の流体噴射ノ
ズル。
【請求項５】前記オリフィスは、流体下流側に向かう
にしたがい前記弁部材の中心軸から遠ざかる方向に１５
°以上傾斜していることを特徴とする請求項４記載の流
体噴射ノズル。
【請求項６】前記オリフィスプレートの板厚方向に対
する前記二重同心円の内周側円上のオリフィスの傾斜角
をθ１、前記二重同心円の外周側円上のオリフィスの
傾斜角をθ２とすると、θ１＜θ２であることを
特徴とする請求項１ないし５いずれか１つに記載の流体
噴射ノズル。
【請求項７】前記弁座に着座する前記当接部の環状の
シート径をＤＳ、前記対向面における前記オリフィス
間のピッチをＤＨ、前記オリフィスの径をｄ、前記弁
座の前記当接部との環状シート部から前記対向面までの
垂直距離をＨ、前記弁部材のリフト時における前記先端
面から前記対向面までの距離をｈとすると、１．５＜ＤＳ／ＤＨ＜６、ｈ＜１．５ｄ、Ｈ＜４ｄを同時に満たすことを特徴とする請求項１ないし６いず
れか１つに記載の流体噴射ノズル。
【請求項８】前記オリフィスは前記当接部の下流側の
流体主流の方向が前記対向面と交差する位置を結んだ仮
想包絡線の内側に形成されたことを特徴とする請求項１
ないし７いずれか１つに記載の流体噴射ノズル。
【請求項９】前記各オリフィスを中心として同一径の
円を互いにほぼ接して確保できるように前記オリフィス
を配置することを特徴とする請求項１ないし８いずれか
１つに記載の流体噴射ノズル。
【請求項１０】前記オリフィスプレートの板厚をｔと
すると、０．５＜ｔ／ｄ＜１．０であることを特徴とす
る請求項１ないし９いずれか１つに記載の流体噴射ノズ
ル。
【請求項１１】前記内壁面は、流体の流れ方向に向か
ってその径が縮小する傾斜面を有することを特徴とする
請求項１ないし１０いずれか１つに記載の流体噴射ノズ
ル。
【請求項１２】前記内壁面は、円錐斜面であることを
特徴とする請求項１１記載の流体噴射ノズル。
【請求項１３】前記先端面は、前記弁部材の下流側先
端部の中心に設けられていることを特徴とする請求項１
２記載の流体噴射ノズル。
【請求項１４】前記オリフィスはｄ＜０．３ｍｍであ
ることを特徴とする請求項１ないし１３いずれか１つに
記載の流体噴射ノズル。
【請求項１５】前記オリフィスはｄ＜０．２５ｍｍで
あることを特徴とする請求項１４記載の流体噴射ノズ
ル。
【請求項１６】請求項１ないし１５いずれか１つに記
載の流体噴射ノズルを有する燃料噴射装置を、スロット
ル弁の下流側、かつ各気筒にそれぞれ接続する吸気分配
管の集合部上流に搭載することを特徴とする燃料供給装
置。