JP3473884B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
燃料噴射弁Info
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/162—Means to impart a whirling motion to fuel upstream or near discharging orifices
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
- F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
- F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
- F02M51/0625—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures
- F02M51/0664—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding
- F02M51/0671—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of mobile armatures having a cylindrically or partly cylindrically shaped armature, e.g. entering the winding; having a plate-shaped or undulated armature entering the winding the armature having an elongated valve body attached thereto
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、燃料噴射弁、特
に筒内噴射用燃料噴射弁に適するものであって、燃料流
に旋回手段により旋回エネルギーを与えて燃料噴射孔か
ら噴射する形式の燃料噴射弁に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、高圧の燃料を効率良く噴射する燃
料噴射弁、特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射す
る筒内噴射用燃料噴射弁として、燃料流に旋回エネルギ
ーを与えて燃料噴射孔から噴射する形式のものが、数種
提案されている。それらの燃料噴射弁の一般的構造は、
弁体（ニードルバルブ、ボールバルブ等）及び弁座を備
えた噴射弁本体と、弁体を作動させるためのソレノイド
を備えたハウジングと、燃料流に旋回エネルギーを与え
る旋回体が備えられていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃料噴射弁においては、旋回体の詳細形状や弁座、燃料
噴射孔の形状を細かく規定したものは見当らない。つま
り、目標の噴霧パターンに対応する旋回体や弁座、燃料
噴射孔の諸形状の数値・関係を明示しているものはな
く、特に筒内噴射エンジンにおける最適燃焼のための噴
霧を形成する噴射弁構造が不明確である。 【０００４】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、燃料流に旋回エネルギーを与
えて燃料噴射孔から噴射する燃料噴射弁において、その
旋回体や弁座、燃料噴射孔の形状を規定することにより
最適な噴霧形態を実現することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、中空
状の弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座、上記
弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉
する弁体、及び上記弁体の周囲に配置され上記弁体を摺
動可能に支持すると共に上記噴射孔から流出する燃料に
旋回を与える旋回体を有する弁装置を備えた燃料噴射弁
であって、上記弁装置の旋回体の上記弁座に面する軸方
向端面の内周に環状溝が設けられ、上記旋回体の外周か
ら上記環状溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接
続される旋回溝を有し、上記環状溝の体積Ｖ１と、上記
環状溝より下流であって上記弁体と上記弁座が当接する
シート部までの体積Ｖ２との和が、着火による燃焼に寄
与する必要最低限量になるように、環状溝、弁体、及び
弁座の形状を決定すると共に、上記環状溝の体積Ｖ１
が、上記環状溝より下流であって上記弁体と上記弁座が
当接するシート部までの体積Ｖ２より大きくすることを
特徴とする。 【０００６】 【発明の実施の形態】（実施の形態の基本構成） 図１はこの発明の実施形態である筒内噴射用燃料噴射弁
１の全体構成を示す側面断面図である。筒内噴射用燃料
噴射弁１は、ハウジング本体２と、このハウジング本体
２の一端にかしめ等されホルダ３５によりカバーされた
弁装置３とにより構成されている。ハウジング本体２の
他端には燃料供給管４が接続され、この燃料供給管４か
ら燃料フィルタ５７を介して筒内噴射用燃料噴射弁１内
に高圧の燃料が供給される。また、筒内噴射用燃料噴射
弁１の先端部は内燃機関のシリンダヘッド５の噴射弁挿
入孔６に挿入され、ウエーブワッシャ６０等によりシー
ルされて取り付けられている。 【０００７】弁装置３は、小径円筒部７及び大径円筒部
８を有する段付中空円筒形の弁本体９と、弁本体９内で
中心孔先端に固着されて燃料噴射孔１０を有する弁座１
１と、後述するソレノイド装置５０により弁座１１に離
接して燃料噴射孔１０を開閉する弁体であるニードルバ
ルブ１２と、ニードルバルブ１２を軸方向に案内すると
共に、径方向内向きに弁座１１の燃料噴射孔１０に流れ
込もうとする燃料に旋回運動を与える旋回体１３とを備
えている。弁装置３の弁本体９はハウジング本体２と共
働して筒内噴射用燃料噴射弁１のハウジングを構成して
いる。 【０００８】ハウジング本体２は、筒内噴射用燃料噴射
弁１をシリンダヘッド５に取り付けるためのフランジ３
０ａを有する第１ハウジング３０と、ソレノイド装置５
０を装着した第２ハウジング４０を備えている。ソレノ
イド装置５０は、コイル５１を巻回したボビン部５２
と、このボビン部５２の内周部に設置されたコア５３と
を備え、コイル５１の巻線は端子５６につながってい
る。コア５３はその内部が燃料通路となるように中空円
筒形状になっており、その中空部には、スプリング５５
がスリーブ５４及びニードルバルブ１２間に懸架されて
いる。 【０００９】ニードルバルブ１２の他端部には、上記コ
ア５３の先端側に対向するように可動アマチュア３１が
取り付けられており、また、ニードルバルブ１２の中間
部には、バルブ１２を弁本体９の内周面に沿って摺動案
内させるガイド１２ａと、第１ハウジング３０に設置さ
れたスペーサ３２と当接するニードルフランジ１２ｂが
設けられている。 【００１０】図２は旋回体１３の弁座１１側から見た正
面図であり、図３は弁装置３の弁座付近を示す拡大側面
図である。図において、弁装置３の旋回体１３は、中心
に弁体であるニードルバルブ１２を囲んで軸方向に摺動
可能に支持する中心孔１５を持つほぼ中空円筒形の部材
であって、弁装置３内に組み立てられた時、弁座１１に
接する第１端面１６と、弁座１１と反対側の第２端面１
７と、これらの端面間にあって中空のハウジングの一部
である弁本体９の内周面１８に接する部分を有する周面
１９とを備えている。 【００１１】旋回体１３の第２端面１７は、その周辺部
で弁本体９の内周面１８の肩部２０に当接して支持され
ており、また径方向に延びた通路溝２１が形成されてい
て、第２端面１７の内周部から外周部に燃料が流れるこ
とができるように構成されている。 【００１２】旋回体１３の周面１９には、互いに等間隔
に周方向に離間して軸方向に延びた多数の平坦面が形成
されており、その結果、周面１９には弁体９の内周面１
８に当接して弁体９に対する位置を規定する複数の外周
面部分１９ａと、これら外周面部分間に設けられた平坦
面であって、内周面１８と共に燃料の軸方向流路２２を
形成する流路部分１９ｂとが形成されている。 【００１３】旋回体１３の弁座１１に面する軸方向端面
即ち第１端面１６には、第１端面１６の中心孔１５に隣
接する内周辺に形成された所定幅の内周環状溝２４と、
一端で周面１９の流路部分１９ｂに接続されて、そこか
らほぼ径方向内側に延びて、他端で内周環状溝２４に接
線方向に接続された旋回溝２５とが設けられている。 【００１４】（実施の形態の基本動作） 次に、上記筒内噴射用燃料噴射弁の動作について説明す
る。まず図１において、外部より端子５６を介してソレ
ノイド装置５０のコイル５１に通電すると、可動アマチ
ュア３１、コア５３、ハウジング本体２で構成される磁
気通路に磁束が発生し、可動アマチュア３１はスプリン
グ５５の弾性力に抗してコア５３側へ吸引される。そし
て、可動アマチュア３１と一体のニードルバルブ１２
は、そのニードルフランジ１２ｂがスペーサ３２に当接
するまで所定ストローク図示右側へ移動する。なお、ニ
ードルバルブ１２はガイド１２ａにより弁本体９の内周
面に案内保持される。 【００１５】次に、図２及び図３において、ニードルバ
ルブ１２の先端部が弁座１１から離れて間隙が形成され
ると、燃料供給管４から導入される高圧の燃料は、弁本
体９とニードルバルブ１２間の通路から、まず旋回体１
３の第２端面１７の通路溝２１を通って周面の軸方向流
路２２に流れ込む。そして、旋回体１３の第１端面１６
の旋回溝２５に流入して径方向内側に流れ、第１端面１
６の内周環状溝２４内へその接線方向に流れ込み、旋回
流を形成して弁座１１の噴射孔１０内に入ってその先端
出口から噴霧される。 【００１６】実施の形態１． 上記の筒内噴射用燃料噴射弁１において、旋回体１３の
旋回溝２５の数は、少な過ぎると各溝の旋回流の一様混
合化と十分な旋回流の形成が図れず、多過ぎると旋回流
の乱れを生じまた圧力損失が流量特性に影響を及ぼすの
で、４個〜８個が適当である。その中でも図４に示すよ
うに６溝が好適である。その理由は、４溝では各溝の旋
回流の一様混合化が不十分になる可能性があり、８溝で
は各溝通路およびその上流通路での圧力損失が流量特性
に影響する可能性があるからである。 【００１７】また、図４（ａ）に示すように、弁軸から
所定量オフセット（偏心）した旋回溝２５は、その弁軸
から遠い側の側面が内周環状溝２４の外周に接線方向に
つながっている。また、旋回溝２５の対向する溝側面は
相互に平行に形成されている。そのため、旋回溝２５か
ら内周環状溝２４への燃料の流れは、内周環状溝２４の
接線方向に高速で但し滑らかに流入し、複数の旋回溝２
５からの燃料の複数の噴流が衝突し合ったり、既に形成
されている燃料の旋回流に新たに加えられる燃料の噴流
が衝突したりすることがなく、燃料の流れが滑らかで、
流れの衝突や乱れによる大きな圧力損失は発生しない。 【００１８】また、旋回溝２５の溝深さ（ｄ）と内周環
状溝の溝深さ（ｄ）を等しく形成する。旋回溝２５の深
さを内周環状溝２４の深さより大きくすると、燃料流は
その段差部分で衝突しスムースに内周環状溝２４に流れ
込まない。また、旋回溝２５の深さが内周環状溝２４の
深さより小さいと、内周環状溝２４内で燃料流の渦等が
生じて滑らかな旋回流の形成を妨げる。 【００１９】また、図４（ａ）に示すように、旋回体１
３の周面は、略正六角形の六辺を構成する平坦面であっ
て、弁本体９の内周面１８との間で燃料の軸方向流路２
２を形成する流路部分１９ｂと、正六角形の六角をそれ
ぞれ円弧状に切り取った形状であって、弁体９の内周面
１８に当接して弁体９に対する位置を規定する外周面部
分１９ａとを構成している。 【００２０】そして、正六角形の六辺に相当する流路部
分１９ｂの中央付近から中心孔１５の内周辺に形成され
た内周環状溝２４の接線方向に向かって、ほぼ均等間隔
をもって旋回溝２５が形成されている。 【００２１】このように、旋回体１３の外周を略正六角
形状に形成し、その六辺に相当する流路部分１９ｂの中
央付近から内周環状溝２４の接線方向に向かって、ほぼ
均等間隔をもって旋回溝２５を形成することにより、燃
料流は６本の旋回溝２５を介してほぼ均等流量及び均等
流速で内周環状溝２４にスムースに流れ込み、内周環状
溝２４にて形成する旋回室において、滑らかでかつ一様
に混合化された旋回流を形成することができる。 【００２２】なお、上記説明では、旋回体１３の外周を
ほぼ正六角形状に形成し、その流路部分１９ｂを正六角
形の六辺に相当させるように構成したものを示したが、
流路部分１９ｂを外周方向に若干膨らませたり、また内
周方向に若干凹ませたりしても構わない。 【００２３】図５（ａ）は弁体１２を開いて高圧燃料を
エンジン筒内に噴射した場合の垂直断層を表わした図で
あり、図５（ｂ）は燃料噴射弁中心からの角度毎の流量
割合を示すグラフである。 【００２４】図５（ａ）の垂直断層（特に大気圧下での
垂直断層）で示すように、燃料の噴射形状は、主に燃料
噴射孔１０からほぼ垂直かつ直線状に噴霧される中心噴
霧と、垂直線から所定角度開いて噴霧されるコーン状噴
霧に区別される。 【００２５】このうち中心噴霧は、ニードルバルブ１２
が弁座１１より離れた（弁が開いた）瞬間に、旋回体１
３の内周環状溝２４付近に滞留していた燃料が、上流の
高圧燃料に押されて燃料噴射孔１０から噴射するもので
あり、当該燃料流には旋回エネルギーが与えられていな
いから、ほぼ垂直直線状に噴射される。そして、内周環
状溝２４等に滞留していた燃料が噴射された後は、旋回
溝２５を経由して内周環状溝２４に燃料が導入され、旋
回エネルギーが与えられるので、燃料噴射孔１０から所
定角度をもってコーン状に噴射される。 【００２６】上記中心噴霧の燃料は、点火プラグの着火
による燃焼に寄与するが、必要最低限量のみ存在すれば
良い。これは、中心噴霧の燃料量が多過ぎると、着火の
燃え残りが発生し、有害物質が排気ガスとして大気に放
出される弊害があるからである。 【００２７】本実施の形態では、まず上記中心噴霧の燃
料量を所定値にコントロールすることを目的とする。図
４（ｃ）に示すように、中心噴霧の燃料量は、内周環状
溝２４内の体積Ｖ１（旋回室の体積）と、内周環状溝２
４より下流であってニードルバルブ１２と弁座１１の当
接するシート部までの体積Ｖ２（図の黒塗部分）の和と
なる。すなわち、中心噴霧量Ｖは、Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２‥‥
（１）である。また、内周環状溝の体積Ｖ１は、ニード
ルバルブ径をＤ１，内周環状溝の外径をＤ２、内周環状
溝の溝深さをｄとすると、 Ｖ１＝π｛Ｄ２2−Ｄ１2｝／４×ｄ‥‥（２）と表わさ
れる。 【００２８】そして、上記体積Ｖ１を体積Ｖ２に比べて
大きくとるようにし、また、この両方の体積の和をもっ
て中心噴霧量とするようにコントロールするように、内
周環状溝２４、ニードルバルブ１２、並びに弁座１１の
形状・寸法を決定する。 【００２９】このように、あらかじめ最適な中心噴霧量
になるように、内周環状溝２４、ニードルバルブ１２、
並びに弁座１１の形状・寸法を決定することにより、無
駄な燃料噴射及び有害物質の排出を防止することができ
る。 【００３０】次に、上記中心噴霧の燃料量を必要最低限
にするようにする。中心噴霧の燃料量を必要最小限にす
るためには、内周環状溝２４の体積を小さくする必要が
ある。ここでは、内周環状溝２４の径を小さくするには
限度があるので、内周環状溝２４の深さｄを浅くするよ
うにする。そのためには、旋回溝２５の溝深さも浅くす
る必要があり、充分な旋回流を保持するために、旋回溝
２５の溝幅Ｗを広くとる必要がある。 【００３１】本実施の形態では、旋回溝２５の溝幅Ｗを
できるだけ広くとるように、当該溝幅Ｗを内周環状溝２
４の外周長との関係で規定した。すなわち、弁軸に直角
な平面内で弁軸に対してオフセット（偏心）した旋回溝
２５は、当該溝２５の弁軸から離れた側の側面が内周環
状溝２４の外周と接線方向でつながっており、幾何形状
的に残された内周環状溝２４の外周長（図４（ａ）の太
線部分）が本来の内周環状溝の外周長（図４（ａ）の太
線部分＋点線部分）の１／５以下であるように規定し
た。更に、内周環状溝２４の外周として、円の外周部を
全く構成しない場合もある。 【００３２】 【発明の効果】請求項１の発明によれば、環状溝の体積
Ｖ１と環状溝より下流であって弁体と弁座が当接するシ
ート部までの体積Ｖ２との和が、着火による燃焼に寄与
する必要最低限量になるように、環状溝、弁体、及び弁
座の形状を決定するようにしたので、中心噴霧の燃料量
が多過ぎることがなくなり、着火の燃え残りが発生して
有害物質が排気ガスとして大気に放出される弊害がなく
なる。また、環状溝の体積Ｖ１が、環状溝より下流であ
って弁体と弁座が当接するシート部までの体積Ｖ２より
大きくすることにより、環状溝、弁体、及び弁座の形状
を決定しやすくなり、中心噴霧量をよりコントロールす
ることができる。
に筒内噴射用燃料噴射弁に適するものであって、燃料流
に旋回手段により旋回エネルギーを与えて燃料噴射孔か
ら噴射する形式の燃料噴射弁に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、高圧の燃料を効率良く噴射する燃
料噴射弁、特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射す
る筒内噴射用燃料噴射弁として、燃料流に旋回エネルギ
ーを与えて燃料噴射孔から噴射する形式のものが、数種
提案されている。それらの燃料噴射弁の一般的構造は、
弁体（ニードルバルブ、ボールバルブ等）及び弁座を備
えた噴射弁本体と、弁体を作動させるためのソレノイド
を備えたハウジングと、燃料流に旋回エネルギーを与え
る旋回体が備えられていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
燃料噴射弁においては、旋回体の詳細形状や弁座、燃料
噴射孔の形状を細かく規定したものは見当らない。つま
り、目標の噴霧パターンに対応する旋回体や弁座、燃料
噴射孔の諸形状の数値・関係を明示しているものはな
く、特に筒内噴射エンジンにおける最適燃焼のための噴
霧を形成する噴射弁構造が不明確である。 【０００４】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、燃料流に旋回エネルギーを与
えて燃料噴射孔から噴射する燃料噴射弁において、その
旋回体や弁座、燃料噴射孔の形状を規定することにより
最適な噴霧形態を実現することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、中空
状の弁本体の一端に設けられ噴射孔を有する弁座、上記
弁本体内を移動し上記弁座に離接して上記噴射孔を開閉
する弁体、及び上記弁体の周囲に配置され上記弁体を摺
動可能に支持すると共に上記噴射孔から流出する燃料に
旋回を与える旋回体を有する弁装置を備えた燃料噴射弁
であって、上記弁装置の旋回体の上記弁座に面する軸方
向端面の内周に環状溝が設けられ、上記旋回体の外周か
ら上記環状溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接
続される旋回溝を有し、上記環状溝の体積Ｖ１と、上記
環状溝より下流であって上記弁体と上記弁座が当接する
シート部までの体積Ｖ２との和が、着火による燃焼に寄
与する必要最低限量になるように、環状溝、弁体、及び
弁座の形状を決定すると共に、上記環状溝の体積Ｖ１
が、上記環状溝より下流であって上記弁体と上記弁座が
当接するシート部までの体積Ｖ２より大きくすることを
特徴とする。 【０００６】 【発明の実施の形態】（実施の形態の基本構成） 図１はこの発明の実施形態である筒内噴射用燃料噴射弁
１の全体構成を示す側面断面図である。筒内噴射用燃料
噴射弁１は、ハウジング本体２と、このハウジング本体
２の一端にかしめ等されホルダ３５によりカバーされた
弁装置３とにより構成されている。ハウジング本体２の
他端には燃料供給管４が接続され、この燃料供給管４か
ら燃料フィルタ５７を介して筒内噴射用燃料噴射弁１内
に高圧の燃料が供給される。また、筒内噴射用燃料噴射
弁１の先端部は内燃機関のシリンダヘッド５の噴射弁挿
入孔６に挿入され、ウエーブワッシャ６０等によりシー
ルされて取り付けられている。 【０００７】弁装置３は、小径円筒部７及び大径円筒部
８を有する段付中空円筒形の弁本体９と、弁本体９内で
中心孔先端に固着されて燃料噴射孔１０を有する弁座１
１と、後述するソレノイド装置５０により弁座１１に離
接して燃料噴射孔１０を開閉する弁体であるニードルバ
ルブ１２と、ニードルバルブ１２を軸方向に案内すると
共に、径方向内向きに弁座１１の燃料噴射孔１０に流れ
込もうとする燃料に旋回運動を与える旋回体１３とを備
えている。弁装置３の弁本体９はハウジング本体２と共
働して筒内噴射用燃料噴射弁１のハウジングを構成して
いる。 【０００８】ハウジング本体２は、筒内噴射用燃料噴射
弁１をシリンダヘッド５に取り付けるためのフランジ３
０ａを有する第１ハウジング３０と、ソレノイド装置５
０を装着した第２ハウジング４０を備えている。ソレノ
イド装置５０は、コイル５１を巻回したボビン部５２
と、このボビン部５２の内周部に設置されたコア５３と
を備え、コイル５１の巻線は端子５６につながってい
る。コア５３はその内部が燃料通路となるように中空円
筒形状になっており、その中空部には、スプリング５５
がスリーブ５４及びニードルバルブ１２間に懸架されて
いる。 【０００９】ニードルバルブ１２の他端部には、上記コ
ア５３の先端側に対向するように可動アマチュア３１が
取り付けられており、また、ニードルバルブ１２の中間
部には、バルブ１２を弁本体９の内周面に沿って摺動案
内させるガイド１２ａと、第１ハウジング３０に設置さ
れたスペーサ３２と当接するニードルフランジ１２ｂが
設けられている。 【００１０】図２は旋回体１３の弁座１１側から見た正
面図であり、図３は弁装置３の弁座付近を示す拡大側面
図である。図において、弁装置３の旋回体１３は、中心
に弁体であるニードルバルブ１２を囲んで軸方向に摺動
可能に支持する中心孔１５を持つほぼ中空円筒形の部材
であって、弁装置３内に組み立てられた時、弁座１１に
接する第１端面１６と、弁座１１と反対側の第２端面１
７と、これらの端面間にあって中空のハウジングの一部
である弁本体９の内周面１８に接する部分を有する周面
１９とを備えている。 【００１１】旋回体１３の第２端面１７は、その周辺部
で弁本体９の内周面１８の肩部２０に当接して支持され
ており、また径方向に延びた通路溝２１が形成されてい
て、第２端面１７の内周部から外周部に燃料が流れるこ
とができるように構成されている。 【００１２】旋回体１３の周面１９には、互いに等間隔
に周方向に離間して軸方向に延びた多数の平坦面が形成
されており、その結果、周面１９には弁体９の内周面１
８に当接して弁体９に対する位置を規定する複数の外周
面部分１９ａと、これら外周面部分間に設けられた平坦
面であって、内周面１８と共に燃料の軸方向流路２２を
形成する流路部分１９ｂとが形成されている。 【００１３】旋回体１３の弁座１１に面する軸方向端面
即ち第１端面１６には、第１端面１６の中心孔１５に隣
接する内周辺に形成された所定幅の内周環状溝２４と、
一端で周面１９の流路部分１９ｂに接続されて、そこか
らほぼ径方向内側に延びて、他端で内周環状溝２４に接
線方向に接続された旋回溝２５とが設けられている。 【００１４】（実施の形態の基本動作） 次に、上記筒内噴射用燃料噴射弁の動作について説明す
る。まず図１において、外部より端子５６を介してソレ
ノイド装置５０のコイル５１に通電すると、可動アマチ
ュア３１、コア５３、ハウジング本体２で構成される磁
気通路に磁束が発生し、可動アマチュア３１はスプリン
グ５５の弾性力に抗してコア５３側へ吸引される。そし
て、可動アマチュア３１と一体のニードルバルブ１２
は、そのニードルフランジ１２ｂがスペーサ３２に当接
するまで所定ストローク図示右側へ移動する。なお、ニ
ードルバルブ１２はガイド１２ａにより弁本体９の内周
面に案内保持される。 【００１５】次に、図２及び図３において、ニードルバ
ルブ１２の先端部が弁座１１から離れて間隙が形成され
ると、燃料供給管４から導入される高圧の燃料は、弁本
体９とニードルバルブ１２間の通路から、まず旋回体１
３の第２端面１７の通路溝２１を通って周面の軸方向流
路２２に流れ込む。そして、旋回体１３の第１端面１６
の旋回溝２５に流入して径方向内側に流れ、第１端面１
６の内周環状溝２４内へその接線方向に流れ込み、旋回
流を形成して弁座１１の噴射孔１０内に入ってその先端
出口から噴霧される。 【００１６】実施の形態１． 上記の筒内噴射用燃料噴射弁１において、旋回体１３の
旋回溝２５の数は、少な過ぎると各溝の旋回流の一様混
合化と十分な旋回流の形成が図れず、多過ぎると旋回流
の乱れを生じまた圧力損失が流量特性に影響を及ぼすの
で、４個〜８個が適当である。その中でも図４に示すよ
うに６溝が好適である。その理由は、４溝では各溝の旋
回流の一様混合化が不十分になる可能性があり、８溝で
は各溝通路およびその上流通路での圧力損失が流量特性
に影響する可能性があるからである。 【００１７】また、図４（ａ）に示すように、弁軸から
所定量オフセット（偏心）した旋回溝２５は、その弁軸
から遠い側の側面が内周環状溝２４の外周に接線方向に
つながっている。また、旋回溝２５の対向する溝側面は
相互に平行に形成されている。そのため、旋回溝２５か
ら内周環状溝２４への燃料の流れは、内周環状溝２４の
接線方向に高速で但し滑らかに流入し、複数の旋回溝２
５からの燃料の複数の噴流が衝突し合ったり、既に形成
されている燃料の旋回流に新たに加えられる燃料の噴流
が衝突したりすることがなく、燃料の流れが滑らかで、
流れの衝突や乱れによる大きな圧力損失は発生しない。 【００１８】また、旋回溝２５の溝深さ（ｄ）と内周環
状溝の溝深さ（ｄ）を等しく形成する。旋回溝２５の深
さを内周環状溝２４の深さより大きくすると、燃料流は
その段差部分で衝突しスムースに内周環状溝２４に流れ
込まない。また、旋回溝２５の深さが内周環状溝２４の
深さより小さいと、内周環状溝２４内で燃料流の渦等が
生じて滑らかな旋回流の形成を妨げる。 【００１９】また、図４（ａ）に示すように、旋回体１
３の周面は、略正六角形の六辺を構成する平坦面であっ
て、弁本体９の内周面１８との間で燃料の軸方向流路２
２を形成する流路部分１９ｂと、正六角形の六角をそれ
ぞれ円弧状に切り取った形状であって、弁体９の内周面
１８に当接して弁体９に対する位置を規定する外周面部
分１９ａとを構成している。 【００２０】そして、正六角形の六辺に相当する流路部
分１９ｂの中央付近から中心孔１５の内周辺に形成され
た内周環状溝２４の接線方向に向かって、ほぼ均等間隔
をもって旋回溝２５が形成されている。 【００２１】このように、旋回体１３の外周を略正六角
形状に形成し、その六辺に相当する流路部分１９ｂの中
央付近から内周環状溝２４の接線方向に向かって、ほぼ
均等間隔をもって旋回溝２５を形成することにより、燃
料流は６本の旋回溝２５を介してほぼ均等流量及び均等
流速で内周環状溝２４にスムースに流れ込み、内周環状
溝２４にて形成する旋回室において、滑らかでかつ一様
に混合化された旋回流を形成することができる。 【００２２】なお、上記説明では、旋回体１３の外周を
ほぼ正六角形状に形成し、その流路部分１９ｂを正六角
形の六辺に相当させるように構成したものを示したが、
流路部分１９ｂを外周方向に若干膨らませたり、また内
周方向に若干凹ませたりしても構わない。 【００２３】図５（ａ）は弁体１２を開いて高圧燃料を
エンジン筒内に噴射した場合の垂直断層を表わした図で
あり、図５（ｂ）は燃料噴射弁中心からの角度毎の流量
割合を示すグラフである。 【００２４】図５（ａ）の垂直断層（特に大気圧下での
垂直断層）で示すように、燃料の噴射形状は、主に燃料
噴射孔１０からほぼ垂直かつ直線状に噴霧される中心噴
霧と、垂直線から所定角度開いて噴霧されるコーン状噴
霧に区別される。 【００２５】このうち中心噴霧は、ニードルバルブ１２
が弁座１１より離れた（弁が開いた）瞬間に、旋回体１
３の内周環状溝２４付近に滞留していた燃料が、上流の
高圧燃料に押されて燃料噴射孔１０から噴射するもので
あり、当該燃料流には旋回エネルギーが与えられていな
いから、ほぼ垂直直線状に噴射される。そして、内周環
状溝２４等に滞留していた燃料が噴射された後は、旋回
溝２５を経由して内周環状溝２４に燃料が導入され、旋
回エネルギーが与えられるので、燃料噴射孔１０から所
定角度をもってコーン状に噴射される。 【００２６】上記中心噴霧の燃料は、点火プラグの着火
による燃焼に寄与するが、必要最低限量のみ存在すれば
良い。これは、中心噴霧の燃料量が多過ぎると、着火の
燃え残りが発生し、有害物質が排気ガスとして大気に放
出される弊害があるからである。 【００２７】本実施の形態では、まず上記中心噴霧の燃
料量を所定値にコントロールすることを目的とする。図
４（ｃ）に示すように、中心噴霧の燃料量は、内周環状
溝２４内の体積Ｖ１（旋回室の体積）と、内周環状溝２
４より下流であってニードルバルブ１２と弁座１１の当
接するシート部までの体積Ｖ２（図の黒塗部分）の和と
なる。すなわち、中心噴霧量Ｖは、Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２‥‥
（１）である。また、内周環状溝の体積Ｖ１は、ニード
ルバルブ径をＤ１，内周環状溝の外径をＤ２、内周環状
溝の溝深さをｄとすると、 Ｖ１＝π｛Ｄ２2−Ｄ１2｝／４×ｄ‥‥（２）と表わさ
れる。 【００２８】そして、上記体積Ｖ１を体積Ｖ２に比べて
大きくとるようにし、また、この両方の体積の和をもっ
て中心噴霧量とするようにコントロールするように、内
周環状溝２４、ニードルバルブ１２、並びに弁座１１の
形状・寸法を決定する。 【００２９】このように、あらかじめ最適な中心噴霧量
になるように、内周環状溝２４、ニードルバルブ１２、
並びに弁座１１の形状・寸法を決定することにより、無
駄な燃料噴射及び有害物質の排出を防止することができ
る。 【００３０】次に、上記中心噴霧の燃料量を必要最低限
にするようにする。中心噴霧の燃料量を必要最小限にす
るためには、内周環状溝２４の体積を小さくする必要が
ある。ここでは、内周環状溝２４の径を小さくするには
限度があるので、内周環状溝２４の深さｄを浅くするよ
うにする。そのためには、旋回溝２５の溝深さも浅くす
る必要があり、充分な旋回流を保持するために、旋回溝
２５の溝幅Ｗを広くとる必要がある。 【００３１】本実施の形態では、旋回溝２５の溝幅Ｗを
できるだけ広くとるように、当該溝幅Ｗを内周環状溝２
４の外周長との関係で規定した。すなわち、弁軸に直角
な平面内で弁軸に対してオフセット（偏心）した旋回溝
２５は、当該溝２５の弁軸から離れた側の側面が内周環
状溝２４の外周と接線方向でつながっており、幾何形状
的に残された内周環状溝２４の外周長（図４（ａ）の太
線部分）が本来の内周環状溝の外周長（図４（ａ）の太
線部分＋点線部分）の１／５以下であるように規定し
た。更に、内周環状溝２４の外周として、円の外周部を
全く構成しない場合もある。 【００３２】 【発明の効果】請求項１の発明によれば、環状溝の体積
Ｖ１と環状溝より下流であって弁体と弁座が当接するシ
ート部までの体積Ｖ２との和が、着火による燃焼に寄与
する必要最低限量になるように、環状溝、弁体、及び弁
座の形状を決定するようにしたので、中心噴霧の燃料量
が多過ぎることがなくなり、着火の燃え残りが発生して
有害物質が排気ガスとして大気に放出される弊害がなく
なる。また、環状溝の体積Ｖ１が、環状溝より下流であ
って弁体と弁座が当接するシート部までの体積Ｖ２より
大きくすることにより、環状溝、弁体、及び弁座の形状
を決定しやすくなり、中心噴霧量をよりコントロールす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施形態に係る筒内噴射用燃料噴
射弁の全体構成を示す側面断面図である。 【図２】 実施の形態の旋回体の弁座側から見た正面図
である。 【図３】 実施の形態の弁装置の弁座付近を示す拡大側
面図である。 【図４】 実施の形態の旋回体、弁装置、及び弁座付近
の詳細を表わした図である。 【図５】 実施の形態の燃料噴射の垂直断層、及び燃料
噴射弁中心からの角度毎の流量割合を示す図である。 【符号の説明】 １ 筒内噴射用燃料噴射弁、３ 弁装置、９ 弁本体、
１０ 燃料噴射孔、１１ 弁座、１２ ニードルバルブ
（弁体）、１３ 旋回体、２４ 内周環状溝、２５ 旋
回溝。
射弁の全体構成を示す側面断面図である。 【図２】 実施の形態の旋回体の弁座側から見た正面図
である。 【図３】 実施の形態の弁装置の弁座付近を示す拡大側
面図である。 【図４】 実施の形態の旋回体、弁装置、及び弁座付近
の詳細を表わした図である。 【図５】 実施の形態の燃料噴射の垂直断層、及び燃料
噴射弁中心からの角度毎の流量割合を示す図である。 【符号の説明】 １ 筒内噴射用燃料噴射弁、３ 弁装置、９ 弁本体、
１０ 燃料噴射孔、１１ 弁座、１２ ニードルバルブ
（弁体）、１３ 旋回体、２４ 内周環状溝、２５ 旋
回溝。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３６０Ｊ
69/04 69/04 Ｚ
(72)発明者 宗実 毅
兵庫県神戸市兵庫区浜山通６丁目１番２
号 三菱電機コントロールソフトウエア
株式会社内
(56)参考文献 特開 平５−202825（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−101597（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−64151（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−60887（ＪＰ，Ａ)
実開 昭49−77313（ＪＰ，Ｕ)
国際公開96／36808（ＷＯ，Ａ１)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 中空状の弁本体の一端に設けられ噴射孔
を有する弁座、上記弁本体内を移動し上記弁座に離接し
て上記噴射孔を開閉する弁体、及び上記弁体の周囲に配
置され上記弁体を摺動可能に支持すると共に上記噴射孔
から流出する燃料に旋回を与える旋回体を有する弁装置
を備えた燃料噴射弁であって、 上記弁装置の旋回体の上記弁座に面する軸方向端面の内
周に環状溝が設けられ、上記旋回体の外周から上記環状
溝に対して接線方向に延びて上記環状溝に接続される旋
回溝を有し、 上記環状溝の体積Ｖ１と、上記環状溝より下流であって
上記弁体と上記弁座が当接するシート部までの体積Ｖ２
との和が、着火による燃焼に寄与する必要最低限量にな
るように、環状溝、弁体、及び弁座の形状を決定すると
共に、 上記環状溝の体積Ｖ１が、上記環状溝より下流であって
上記弁体と上記弁座が当接するシート部までの体積Ｖ２
より大きくすることを特徴とする燃料噴射弁。
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