JP3478920B2 - 筒内燃料噴射装置およびそれを搭載した内燃機関 - Google Patents

筒内燃料噴射装置およびそれを搭載した内燃機関

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ガソリンを燃焼室
内に直接噴射する筒内燃料噴射型の内燃機関に係り、特
に、燃料を直接燃焼室内に噴射する電磁式燃料噴射弁に
関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の中でガソリンエンジンでは、
従来電磁式燃料噴射弁を用いて吸気ポート内に燃料を噴
射するエンジンが普及している。そして、この吸気ポー
ト内において、吸気された空気と燃料とを混合して、燃
焼室内でこの混合気を着火、燃焼して動力を発生させて
いる。
【０００３】一方、内燃機関の中で、主に軽油等を燃料
とするディーゼルエンジンでは、燃焼室内に直接燃料を
噴射して、この燃料を燃焼室内の圧縮空気によって自然
発火させて動力を得ている。ところで、上述のようなガ
ソリンエンジンにおいても燃焼室に直接燃料を噴射し
て、内燃機関の応答性を改善するような筒内燃焼型が提
案されている。
【０００４】このような筒内噴射型のガソリンエンジン
では、ディーゼルエンジンとは異なり、着火手段として
の点火プラグが燃焼室頂部に配置されるため、電磁式燃
料噴射弁の配置が制限される。つまり、排気弁近傍は高
熱になるので、燃料噴射弁を配設できない。一方、吸気
弁側には吸気通路があるものの、燃焼ガスの影響が少な
いので、吸気弁近傍に電磁式の燃料噴射弁を設けること
が提案されている。
【０００５】電磁式燃料噴射弁はシリンダヘッドの吸気
弁近傍にあるものの、エンジン駆動時にはシリンダヘッ
ドの温度がガソリンエンジンでは２５０〜３００℃程度
になる。したがって、電磁式燃料噴射弁の弁先端部の温
度もほぼ同程度の温度まで上昇する。このような温度条
件下では、噴射したガソリンやガソリンと混合したエン
ジン潤滑油の炭素化途上物であるデポジットの生成が促
進される。デポジットは、多くはアモルファスな板状物
であるが、さらに、温度が上昇すると炭素化が進み、直
径数１０ｎｍの粒構造をした煤が生成される。そして、
デポジットや煤は、燃焼室内の壁面や電磁式燃料噴射弁
の弁先端部に付着、堆積する。
【０００６】このデポジットや煤の堆積の不具合を解消
するために、特開平３−２２５０６８号公報では、外部
開閉式のバルブを用い、バルブヘッドの先端周縁部とボ
デ−の燃料噴射口の開口周縁部に、外側に向かって突出
する環状の突起を設けている。これにより、エンジンか
らの熱を他の部分に比べて集中的に受け入れて局部的に
温度を高め、付着した燃料液滴によるデポジットの生成
を抑制して的確な燃料噴射を図っている。
【０００７】また、特開平６−１４７０２２号公報に
は、燃料を直接燃焼室内に噴射する燃料噴射装置におい
て、ＮＯｘの低減のために排気ガスを再循環させる装置
が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】燃焼室内の壁面に付着
したデポジットや煤は、断熱効率を高め燃焼効率が向上
するので、一般的には問題視されない。しかし、電磁式
燃料噴射弁の弁先端部、特に、弁先端部に設けられた燃
料噴射孔付近及び噴射孔内部にデポジットが付着、堆積
すると、噴射方向や噴霧形状が変化し噴霧粒径が大きく
なる。そのため、エンジンの燃焼に悪影響を与えるばか
りでなく、燃料噴射孔を塞いで噴出抵抗が増大し所定燃
料噴射量が噴射されなくなる。著しい場合には、燃料噴
射が不能となってエンジンの運転が妨げられるという不
具合を生じる恐れもある。
【０００９】そこで、上述の特開平３−２２５０６８号
公報に記載の例では、ヒートスポットを設けて局所的に
温度を高めデポジットや煤の発生を低減しようとしてい
るが、ヒートスポットの熱容量が小さいので、吸気工程
等になると急激に温度が低下し、その時にデポジットが
発生し次の燃焼工程で炭化して、必ずしも所期の効果が
得られない恐れがある。
【００１０】一方、特開平６−１４７０２２号公報に記
載の例では、ＮＯｘは低減するものの燃料噴射弁の噴射
孔付近に付着するデポジットや煤に対しては十分な考慮
がなされておらず、燃料噴射弁の性能の劣化を引き起こ
す恐れがある。
【００１１】ところで、本発明者等は上記従来技術の結
果を踏まえて、ガソリンエンジンに対応できる筒内燃料
噴射装置の実験的研究を進めてきている。その結果、以
下の点が明らかになってきた。
【００１２】燃料噴射弁から噴射される噴霧粒子の広
がり角が狭い場合、噴霧の貫通力（噴射方向の運動エネ
ルギー）強くなるが、噴霧に対面するシリンダの内壁に
到達して膜状化する。膜状化した燃料は蒸発に多くの時
間を要し、このため蒸発し切れずに残った燃料が残留し
て局所的に燃料濃度の濃い混合気を形成し、赤炎燃焼を
引き起こし、多量の煤を発生させる。◆ 一方、噴霧粒子の広がり角が十分広い場合、貫通力は
弱まるものの噴霧は吸気弁のシリンダ内に突出している
皿部、或いは皿部を通り抜けてシリンダヘッドの内壁面
に到達して、と同様に膜状化する。吸気弁の皿部に付
着した燃料は、流入する吸気流によって再度微粒化（粒
子化）されて燃焼への悪影響を緩和する。シリンダヘッ
ドに付着した燃料は、蒸発に時間を要するのでと同様
に赤炎燃焼となる。
【００１３】シリンダヘッドのほぼ中心部には点火プ
ラグが配置されており、この点火プラグに燃料が付着す
るとスパークの発生が正常に行われず、燃焼が開始され
ない。
【００１４】以上の結果、エンジンの始動時および始動
後の幅広い回転域で、定格まで的確に運転するために
は、噴霧粒子の広がり角は６０°〜９０°にするのが好
ましい、また、エンジンの運転条件によって、噴霧粒子
の広がり角には適度な角度範囲が存在する、ことが判明
した。例えば、始動時のように壁面温度が低いときに
は、広がり角を抑えて（６０°近辺）点火性のよい状態
を形成すること、燃焼が進んで壁面温度が高くなったと
きには噴霧粒子の広がり角を広げ（〜９０°）混合気の
分散を図り、局所的な赤炎燃焼を抑えて煤の発生量を少
なくする、という最適噴射条件を実現することが望まし
い。
【００１５】なお、電磁式燃料噴射弁の噴霧粒子を生成
するノズル形状として、種々の形状が提案されている
が、本発明者等は単孔オリフィスの上流側で燃料に旋回
を与えると、噴霧の形成自由度が増大することに着目
し、単孔オリフィスの上流側で燃料に旋回を与えて噴霧
の広がり角を調整して上記の燃焼結果を得た。また一
方、このタイプの電磁式燃料噴射弁においては、噴射弁
自体にデポジットや煤が付着している。これは、燃料噴
射弁の表面温度が、直接燃焼から受ける熱やシリンダヘ
ッド等からの熱伝導により、１７０℃〜２００℃付近
（弁先端部においては、燃焼に曝されるのでさらに高温
になると推測される）に暖められることによる。
【００１６】上記従来の技術における課題を解決するた
めの本発明の目的は、燃焼室に直接燃料を噴射する筒内
燃料噴射装置或いは筒内燃料噴射装置を搭載した内燃機
関において、その噴射孔付近にデポジットや煤が付着、
堆積することを防止し、性能の経時劣化を少なくするこ
とにある。
【００１７】上記目的を達成するために、本発明の燃料
噴射装置は、内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射し、
内部に燃料の流通する燃料通路が形成された筒内燃料噴
射装置において、前記燃料通路を開閉する弁部材と、前
記開閉部の下流側に設けられ燃料の流通する貫通孔と前
記弁部材が押圧されるシート面とが形成されたノズル部
材と、このノズル部材を覆い、噴射孔が形成された、良
熱伝導体からなるカバー部材と、このカバー部材から前
記ノズル部材への熱伝達を阻害するように前記カバー部
材と前記ノズル部材との間に設けられた熱伝導性の悪い
熱伝達阻害部材と、を備え、前記カバー部材の前記噴射
孔を出口に向かうほど内径が大きくなる円錐面で構成す
る。
【００１８】上記の構成において、カバー部材は黄銅ま
たはアルミ合金のいずれかで構成するとよい。
【００１９】上記の構成において、熱伝達阻害部材はス
テンレス鋼またはニッケル合金のいずれかで構成すると
よい。
【００２０】上記の構成において、弁部材の開閉部の開
口流路面積(ＳV)とカバー部材に形成された噴射孔の流
路面積(ＳO)との関係を ＳV〈ＳO とすることにより、
たとえデポジットや煤が燃料噴射装置に付着しても、内
燃機関に必要な燃料を正確に計量できる。
【００２１】上記目的を達成するために、本発明の内燃
機関は、シリンダと、このシリンダの上部を覆うシリン
ダヘッドと、このシリンダヘッドに設けられ吸気を導く
吸気路が形成された吸気マニホールドと、前記シリンダ
ヘッドに設けられ排気を導く排気路が形成された排気マ
ニホールドと、前記吸気路を閉塞する吸気弁と、前記排
気路を閉塞する排気弁と、点火プラグとを備えた内燃機
関において、前記シリンダヘッドと前記シリンダとによ
り形成される燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射装置
を設け、この燃料噴射装置は、内部に燃料の流通する燃
料通路が形成されるとともに、前記燃料通路を開閉する
弁部材と、前記開閉部の下流側に設けられ燃料の流通す
る貫通孔と前記弁部材が押圧されるシート面とが形成さ
れたノズル部材と、このノズル部材を覆い、噴射孔が形
成された、良熱伝導体から成るカバー部材と、このカバ
ー部材から前記ノズル部材への熱伝達を阻害するように
前記カバー部材と前記ノズル部材との間に設けられた熱
伝導性の悪い熱伝達阻害部材と、を備え、前記カバー部
材の前記噴射孔を出口に向かうほど内径が大きくなる円
錐面で構成したものである。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
用いて説明する。◆図１および図２は、燃焼室に直接燃
料を噴射可能な本発明の一実施例に係る電磁式燃料噴射
弁を内燃機関に用いた様子を示したものである。図１に
おいて、４気筒４サイクルのガソリンエンジン７０は、
ベルト７２を介して高圧燃料ポンプ７１に直結されてい
る。この高圧燃料ポンプ７１は、カム駆動により燃料を
加圧するもので、例えば、ピストンを動かして液圧縮を
行い高圧燃料を得るものであり、吐出口７１ａおよび吸
込口７１ｂを有している。吐出口７１ａとエンジンのフ
ューエルギャラリー７５は高圧配管７３で結合されてお
り、その高圧配管７３の途中にはアキュ−ムレ−タ７４
が設けられている。フュ−エルギャラリ−７５には、後
述する筒内燃料噴射装置７６が配列固定されている。
【００２６】筒内燃料噴射装置７６への供給圧力を一定
に保つための高圧レギュレ−タ７７がフューエルギャラ
リー７５の下流側に設けられており、余剰燃料はこのフ
ューエルギャラリー７７から低圧配管７８を経て低圧レ
ギュレ−タ７９へと導かれ、次いで低圧レギュレータ７
９に接続された戻り配管８４を通って、燃料タンク８１
に戻される。燃料タンク８１内には低圧燃料ポンプ８０
が設けられており、高圧燃料ポンプ７１の吸込側と、フ
ィルタ−８２および低圧配管８３を介して連結されてい
る。低圧燃料ポンプ８０から高圧燃料ポンプ７１へ供給
される燃料中の余剰分は、低圧配管８３途中に設けた分
岐管を通って低圧レギュレータ７９へと導かれ戻り配管
８４を経て燃料タンク８１に戻される。
【００２７】筒内燃料噴射装置７６は気筒数に応じて複
数個設けられており、この筒内燃料噴射装置７６を制御
するドライバ−回路８５は、エンジンの制御ユニット８
６と接続されており、エンジンの制御ユニット８６から
の各種指令に応じて各筒内燃料噴射装置７６への燃料の
供給量等を制御する。エンジン７０の動作を、運転情報
である吸入空気量や、空気温度、エンジン水温、回転数
などに基づいて制御ユニット８６が制御する。
【００２８】次に、このように構成した内燃機関７０の
詳細を図２を用いて説明する。◆シリンダ９４内に往復
動可能に設けられたピストン９５は、図示しないエンジ
ンシャフトの回転に応じてシリンダ９４内を上下動す
る。シリンダ９４の上部には、シリンダヘッド８９が取
り付けられており、シリンダ９４と共に密閉空間を形成
する。シリンダヘッド８９には、スロットルバルブを内
蔵した吸入空気量制御装置を介して外部空気をシリンダ
内に導く吸気マニホールド８８と、シリンダ９４内で燃
焼した燃焼ガスを排気装置へ導く吐出マニホールドとが
形成されている。
【００２９】シリンダヘッド８９の吸気マニホ−ルド８
７側には吸気弁９０が、中央部には点火装置９１が、そ
して吸気弁９０と反対側には排気弁９２がそれぞれ設け
られている。吸気弁９０および排気弁９２は皿部９０
ａ、９２ａが燃焼室９６内に延在して設けられている。
ここで、本発明に係る筒内燃料噴射装置７６は、シリン
ダヘッド８９の吸気マニホ−ルド８７結合部付近に取り
付けられており、燃料の噴射方向が燃焼室９６内でやや
下向き方向となるように設定されている。この筒内燃料
噴射装置７６の側部には、吸入空気の一部を筒内燃料噴
射装置７６に供給するための吸気導入通路９３が設けら
れている。
【００３０】内燃機関７０の燃料は、吸気のタイミング
に合わせて筒内燃料噴射装置７６により直接燃焼室９６
内へ噴射される。噴射により噴霧化した燃料は、燃焼室
９６において吸気マニホールド８８を経て導かれた空気
との混合が促進され、圧縮行程中に圧縮された後、点火
装置９１により着火され、燃焼する。
【００３１】ところで、発明が解決しようとする課題の
項で述べたように、シリンダヘッド８９に燃料噴射装置
７６を取付け、直接燃焼室９６内へ燃料を噴射する本方
式においては、従来の電磁式燃料噴射弁に比して燃料の
希薄化によりＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等の発生を低減する効
果はあるものの、燃焼ガス中に燃料噴射装置７６の先端
部が曝されるためデポジットや煤が付着し易いという不
具合が生じる。そこで、このデポジットや煤の付着を低
減した燃料噴射装置７６を、図３以下により説明する。
【００３２】図３に燃料噴射装置７６を構成する電磁式
燃料噴射弁１の一実施例を示す。◆電磁式燃料噴射弁１
は、コントロ−ルユニットにおいて演算されて求められ
たデュ−ティのＯＮ−ＯＦＦ信号に応じて、ボール弁９
とノズル部材７間に形成されたシ−ト部を開閉して燃料
噴射を制御する。磁気回路は有底筒状のヨ−ク３と、コ
ア２と、コア２に空隙を隔てて対面するプランジャ４と
からなリ、コア２はヨ−ク３の開口端を閉じる栓体部２
ａと、ヨ−ク３の中心部に延びる柱状部２ｂとからな
る。柱状部２ｂの中心には穴が設けられており、この穴
内にはプランジャ４とロッド５とボ−ル弁６からなる可
動部４ａをノズル部材の上面に形成されたシ−ト面９に
押圧する、弾性部材であるスプリング１０が挿入保持さ
れている。ノズル部材７には、燃料通過用の孔部８がボ
ール弁９の当接部より内側に設けられている。
【００３３】スプリング１０の上端は、ボール弁の開閉
力を調整するためのスプリングアジャスタ１１の下端に
当接しており、このスプリングアジャスタ１１はコア２
の中心に挿通されている。コア２とヨ−ク３の間の隙間
から外部に燃料が流出するのを防ぐために、両者間にＯ
リング１２が配設されている。磁気回路を励磁するコイ
ル１４はボビン１３に巻かれ、その外周がプラスチック
材でモ−ルドされている。また、コア２とボビン１３と
の間にも、Ｏリング１５が設けられている。コア２とコ
イル１４とボビン１３とを有するコイル組立体１６の端
子１８は、コア２のつば部に設けた穴１７に挿入され、
端子１８とコア２の間にはＯリング１９が介装されてい
る。
【００３４】ヨ−ク３の下端部近傍には、プランジャ４
と嵌合するプランジャ受容部２０が開けられており、そ
の下部にはさらにプランジャ受容部２０より大径に形成
され、ストッパ２１及びノズル部材７と嵌合するノズル
受容部２２がヨ−ク先端まで貫通して設けられている。
【００３５】可動部４ａは、磁性材料製プランジャ４
と、一端がプランジャ４に他端がボ−ル６に接合された
ロッド５と、プランジャ４の上端開口部に固定された非
磁性材料から成るガイドリング２３とを有している。さ
らに、円筒状の燃料旋回素子２６がノズル部材７の中空
部の内壁２５に挿入されている。ガイドリング２３はコ
ア２の先端に開けられた中空部の内壁２４で、ボ−ル６
は燃料旋回素子２６の内周面２７でそれぞれガイドされ
ている。ノズル部材７には、円筒状の燃料旋回素子２６
に続いてシ−ト面９が形成されており、シ−ト面９の中
央には燃料が通過できるように開孔８が設けられてい
る。可動部４ａのストロ−ク（軸方向上方への移動量）
は、ロッド５の首部の受け面５ａとストッパ２１間の空
隙の寸法で決定される。なお、燃料中および配管中のゴ
ミや異物がバルブシ−ト側へ侵入するのを防ぐために、
フィルター２８が電磁式燃料弁の入口部に設けられてい
る。
【００３６】図７にその詳細を示すように、ノズル部材
７の先端外周縁にインシュレ−タ２９を介して有底筒状
のノズルカバ−３０が機械的に固定されている。インシ
ュレ−タ２９は、比較的薄肉材でしかも熱伝導性の悪い
材料、すなわちステンレス鋼やニッケル合金から構成さ
れている。一方、ノズルカバ−３０は熱伝導性の良い材
料、黄銅やアルミ合金から構成されており、エンジンの
燃焼熱により容易に加熱される形状になっている。イン
シュレ−タ２９の中央部には連通孔３１が、ノズルカバ
−３０の中央部には燃料を噴射する燃料噴射孔３２がそ
れぞれ設けられており、これらの孔は上流側の開孔部８
と連通している。さらに、燃料噴射孔３２に続いて、出
口に向かうほど内径が大きくなる円錐面で構成されるテ
−パ孔３３がノズルカバー３０に設けられており、その
終端面３３ａはノズルカバ−３０の端面３０ａから幾分
か突き出している。
【００３７】このように形成した電磁式燃料噴射弁１の
先端部は燃焼ガスにより容易に５５０℃以上の温度に達
する。一方、吸気行程等においては、電磁式燃料噴射弁
１は内部に保持される燃料等により冷却されるが、シー
ト部で燃料は閉塞されるので先端部の温度低下は従来技
術に比して少なくなる。つまり、従来燃料等により１３
０〜２００℃程度まで低下していた電磁式燃料噴射弁の
表面温度を、デポジットの蒸発温度である５５０℃から
燃焼ガスの燃焼温度である１０５０℃までの高温に長時
間にわたって維持することができる。なお、シート部近
傍は燃焼、吸気等の行程に拘らず、燃料により冷却され
るのでデポジットは発生しにくい。
【００３８】次に燃料旋回素子２６および弁部の詳細を
図４ないし図６により説明する。燃料旋回素子２６には
軸対称に４ヵ所軸方向溝３４と径方向溝３５が設けてあ
る。本実施例では、軸方向溝３４はＤカット面で形成し
ているが、環状通路等他の形状であっても良いし、その
個数も４個に限るものではない。軸方向溝３４と径方向
溝３５は、ボール弁６上方から燃料を導入するための燃
料通路であり、軸方向溝３４を通過した燃料は径方向溝
３５により軸中心に対して偏心導入される。これによ
り、燃料に旋回が付与され、ノズルカバ−３０に設けた
燃料噴射孔３２から噴射する際に燃料の微粒化が促進さ
れる。
【００３９】燃料旋回素子２６により付与される旋回強
度（スワ−ル数Ｓ）は次式で求められる。 Ｓ ＝ （角運動量） ／ （噴射軸方向の運動量 × 燃料噴射孔半径） ＝ ２・ｄ0・Ｌs ／ ｎ・ｄs2・cos(θ/2) ここに、 ｄ0：燃料噴射孔径 Ｌs：溝の偏心量 ｎ ：溝の数 θ ：弁座の角度 ｄs：流れ学的等価直径で、溝幅Ｗと溝高さＨを用いて
次式で表される量 ｄｓ ＝ ２・Ｗ・Ｈ ／ （Ｗ＋Ｈ） このスワ−ル数を大きくすると、微粒化が促進され噴霧
が分散される。実用上はこのスワール数は１．２〜７．
０が好ましく、より好ましくは１．２〜３．２である。
【００４０】ところで、本発明においては電磁式燃料噴
射弁を燃焼室内に突出させているので、燃料噴射孔８の
出口近傍にデポジットや煤が付着するのを避けることが
できない。そこで、本発明においては、従来燃料噴射孔
で計量していた燃料の噴射を弁部で行っている。つま
り、燃料流路を閉止するときのボール弁６とシート部９
の接線におけるボール直径をＤ，閉止状態から可動部４
ａがｌだけ持ち上げられたときのボール弁６とシート面
９との距離の正弦をｈ，そのときの垂線とシート面９と
が交差する点の直径をＤ1とすると、ボール弁６部に形
成される燃料の開口流路面積ＳＶは、
【００４１】
【数１】
【００４２】となる。燃料噴射孔８における流路面積Ｓ
０は Ｓ０ ＝ π・ｄ0 2 ／ ４ であるから、燃料の計量をボール弁部で行うためには、
Ｓ０＞ＳＶであればよい。これにより、たとえ燃料噴射
孔８の出口部にデポジットや煤が付着して燃料噴射孔８
における流路抵抗が増大しても、燃料をデポジットや煤
の影響の無いボール弁部で計量するので内燃機関に必要
な燃料を噴射することができる。なお、燃料噴射孔８の
最も狭い部分の軸方向長さは、０．１〜０．４ｍｍであ
ることが望ましい。これにより、燃料に付与した旋回を
有効に利用できる。
【００４３】次に、以上のように構成された電磁式燃料
噴射弁１について、その動作を説明する。電磁式燃料噴
射弁１は、電磁コイル１４に入力された電気的なＯＮ−
ＯＦＦ信号に応じて、可動部４ａを操作し、バルブシ−
ト９を開閉する。それにより、燃料の噴射が制御され
る。電気信号がコイル１４に入力されると、コア２、ヨ
−ク３およびプランジャ４で磁気回路が形成され、プラ
ンジャ４がコア２側に吸引される。プランジャ４が移動
すると、これと一体になっているボ−ル弁６がノズル部
材７の弁座のシ−ト面９から離れ、燃料噴射孔３２を開
放する。燃料は、図示しない燃料ポンプや燃料圧力を調
整するレギュレ−タを介して加圧調整され、フィルタ２
８を経て電磁式燃料噴射弁１の内部に流入し、コイル組
立体１６の下部通路、プランジャ４の外周部分、ストッ
パ２１とロッド５の隙間、燃料旋回素子２６の軸方向溝
３４、径方向溝３５を順次通って、シ−ト部へ旋回流と
して供給される。そして、開弁時に燃料噴射孔３２から
エンジンの燃焼室内に噴射される。
【００４４】本発明では、エンジンの燃焼熱が、熱伝導
性の良い材料からなるノズルカバ−３０を的確に昇温さ
せ、ノズルカバ−３０の全体温度を５５０℃程度まで高
めるので、デポジットはその蒸発温度である自己洗浄温
度を越える。その結果、デポジットや煤の付着堆積を抑
制できる。これにより、ノズルカバ−３０の中央部に設
けられた燃料噴射孔３２からの燃料噴射における経年変
化が起きにくく、安定した燃料噴射が達成できる。ま
た、燃料噴射孔３２に続いて、出口に向かうほど内径が
大きくなるテ−パ孔３３及びノズルカバ−３０の端面３
０ａよりい幾分か突き出した終端面３３ａの形状を採用
することにより、受熱面積を増加させている。
【００４５】図８は、本発明の他の実施例の縦断面図で
ある。本実施例が上記第１の実施例と相違する点は、ノ
ズル部材７とノズルカバ−４０間に空隙４１、４２を設
けたことにある。この空隙４１、４２により、ノズルカ
バ−４０からノズル部材７への熱移を低減する。その結
果、ノズルカバ−４０の温度がデポジットの自己洗浄温
度に容易に到達し、ノズルカバ−４０の中央部に設けら
れた燃料噴射孔４３へのデポジットの付着堆積を抑制で
きる。また、上記実施例と同様、燃料噴射孔４３に続い
て、出口に向かうほど内径が大きくなるテ−パ孔４４及
びノズルカバ−４０の端面４０ａより幾分か突き出した
終端面４４ａを採用しているので、受熱面積が増大して
いる。さらに、本実施例によれば、部材の熱変形を空隙
が吸収できるので、簡単な構成でデポジットや煤の付着
を防止できる信頼性の高い電磁式燃料噴射弁を実現でき
る。
【００４６】図９は、図８に示した実施例の変形例の縦
断面図である。この変形例では、図８に示した実施例に
受熱面積を増大させる手段を付加している。すなわち、
ノズルカバ−５０の燃焼室側端面を鋸歯状の凹凸面５２
で形成している。本変形例においても、図８に示した実
施例と同様にノズル部材７とノズルカバ−５０間に空隙
５１、５２を設けており、図８に示したものと同様の効
果が得られる。
【００４７】なお、燃焼熱を受け取る方法および手段
は、上記実施例や変形例に示したものの他に、例えば、
熱伝導性の良い金属粒子をノズルカバ−の表面に蒸着す
ること、粗い面形状になるように表面処理する方法、触
媒（酸化作用）等の材料を表面にコ−ティングすること
などがある。
【００４８】図１０に、本発明のさらに他の実施例の縦
断面図を示す。本実施例が上記実施例と相違する点は、
ノズル部材７とノズルカバ−６０間に吸気通路６１を設
けたことにある。本実施例では、燃料噴射孔６２はノズ
ル部材７の弁座９の下流側に続いて形成されており、燃
料噴射孔６２に続いて出口に向かうほど内径が大きくな
るテ−パ孔６３が形成されている。ノズルカバ−６０に
は、ノズル部材７の外周部から空気を内部に導く吸気通
路６１が設けられており、この吸気通路６１を通過した
空気は噴出孔６４から燃焼室内に流れ込む。この吸気が
燃焼室内に流れ込む際、燃料噴射孔６２から噴射された
噴霧がテ−パ孔６３下流の端面６３ａ回りに付着して形
成される液滴を、吹き飛ばす。したがって、燃料噴射孔
６２回りへのデポジットの付着堆積が抑制される。な
お、ノズルカバ−６０は、上記実施例と同様に、熱伝導
性の良い材料で構成したり、受熱効果を施せばさらに効
果が増大する。
【００４９】図１１に、筒内燃料噴射装置７６の側面か
ら吸気の一部を吹出す本発明の他の実施例を示す。シリ
ンダ内に空気が導入される吸気行程においては、吸気と
同時に燃料が噴射される。このとき、吸入空気の一部
が、筒内燃料噴射装置７６、シリンダヘッド８９の挿入
孔９７、およびシ−ル材９８、９９により形成される吸
気室１００に導かれる。つまり、吸入空気はシリンダヘ
ッド８９に設けた吸気通路１０１および吸気制御弁装置
１０２を介して導入される。その際、吸入空気は筒内燃
料噴射装置７６回りに付着した燃料の液滴を吹き飛ば
し、燃焼室９６内に送り込む。圧縮行程に入ると、燃焼
室９６内の圧力が上昇し始める。そして、吸気制御弁装
置１０２が作動してシリンダヘッド８９内への混合気の
逆流を阻止する。混合気が圧縮された後、燃焼が始まる
と、燃焼熱が即座に筒内燃料噴射装置７６に伝わり、筒
内燃料噴射装置の先端部の温度が高められる。これによ
り、上述したデポジットの自己洗浄温度に容易に到達
し、デポジットおよび煤の付着堆積が抑制される。
【００５０】電磁式燃料噴射弁の先端部に、燃料噴射孔
を含むカバ−部材を燃焼熱によって加熱できるので、デ
ポジットの洗浄温度を実現でき、デポジットおよびそれ
が変化した煤の付着堆積を防止することができる。ま
た、燃料をボール弁のシート部で計量しているので、た
とえ電磁式燃料噴射弁の出口部にデポジットや煤が付着
しても、内燃機関に必要な燃料を供給できる。したがっ
て、燃焼室に直接燃料を噴射可能な電磁式燃料噴射弁に
おいて、その噴射孔付近へのデポジットや煤の付着、堆
積が防止しでき、性能の経時劣化を少なくできる。ま
た、燃焼室に直接燃料を噴射できる電磁式燃料噴射装置
を搭載した内燃機関において、内燃機関の正常な運転を
確保できる。更に、安価で長寿命な燃焼室に直接燃料を
噴射できる電磁式燃料噴射装置を提供できる。また、燃
料の微粒化を永続できる燃焼室に直接燃料を噴射できる
電磁式燃料噴射弁を提供できる。更に、燃焼室に直接燃
料を噴射可能な電磁式燃料噴射装置を備えた内燃機関に
おいて、正常な運転を確保できる。これらから、従来寿
命および信頼性の面から実現が困難であった直接筒内噴
射において、噴射性能を維持するとともに、噴霧形状の
適正化および微粒化の促進が可能になり、長時間エンジ
ンの正常な運転を確保できる。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、噴射孔を含む、良熱伝
導体からなるカバ−部材を設け、このカバー部材の噴射
孔を円錐面で構成して受熱面積を増加させたことによ
り、またカバー部材とノズル部材との間に熱伝達阻害部
材を設けたことにより、カバ−部材を燃焼熱によって容
易にデポジットの洗浄温度まで加熱でき、デポジットお
よびそれが変化した煤の付着堆積を防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る、燃料を直接燃焼室に噴射する筒
内噴射型内燃機関のシステム構成の模式図である。
【図２】図１に示したシステムのエンジン部の拡大図で
ある。
【図３】本発明に係る筒内燃料噴射装置の一実施例の縦
断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図で、燃料旋回部材の詳細図
である。
【図５】燃料旋回部材の旋回溝の断面図である。
【図６】本発明に係る筒内燃料噴射装置の一実施例の弁
部を拡大して示した縦断面図である。
【図７】本発明に係る筒内燃料噴射装置の一実施例を先
端部を拡大して示した縦断面図である。
【図８】本発明に係る筒内燃料噴射装置の他の実施例を
先端部を拡大して示した縦断面図である。
【図９】本発明に係る筒内燃料噴射装置の変形例を先端
部を拡大して示した縦断面図である。
【図１０】本発明に係る筒内燃料噴射装置のさらに他の
実施例例を先端部を拡大して示した縦断面図である。
【図１１】図１に示したシステムにおいて、筒内燃料噴
射装置の取付け状態を示す図である。
【符号の説明】
１……電磁式燃料噴射弁、 ６……ボ−ル弁、 ２６
…燃料旋回素子、２９…インシュレ−タ、 ３０…ノ
ズルカバ−、３２…燃料噴射孔、３３…テ−パ孔、
５１…空隙、 ６１…吸気通路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 53/04 Ｆ０２Ｍ 53/04 Ｊ 61/14 ３１０ 61/14 ３１０Ａ (72)発明者 石川 亨 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 相馬 正浩 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式 会社 日立カーエンジニアリング内 (56)参考文献 特開 平８−28390（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−301955（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−34027（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−58162（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−95074（ＪＰ，Ｕ) 特表 平５−500407（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 61/18 340 F02M 61/18 310 F02M 61/18 360 F02M 51/06 F02M 53/04 F02M 61/14 310

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射し、
    内部に燃料の流通する燃料通路が形成された筒内燃料噴
    射装置において、 前記燃料通路を開閉する弁部材と、前記開閉部の下流側
    に設けられ燃料の流通する貫通孔と前記弁部材が押圧さ
    れるシート面とが形成されたノズル部材と、このノズル
    部材を覆い、噴射孔が形成された、良熱伝導体からなる
    カバー部材と、このカバー部材から前記ノズル部材への
    熱伝達を阻害するように前記カバー部材と前記ノズル部
    材との間に設けられた熱伝導性の悪い熱伝達阻害部材
    と、を備え、 前記カバー部材の前記噴射孔は出口に向かうほど内径が
    大きくなる円錐面で構成されたことを特徴とする筒内燃
    料噴射装置。
  2. 【請求項２】前記カバー部材は黄銅またはアルミ合金の
    いずれかから成ることを特徴とする請求項１記載の筒内
    燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】前記熱伝達阻害部材はステンレス鋼または
    ニッケル合金のいずれかから成ることを特徴とする請求
    項１または２に記載の筒内燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】前記弁部材の開閉部の開口流路面積(ＳV)
    と前記カバー部材に形成された前記噴射孔の流路面積
    (ＳO)との関係が ＳV〈ＳO であることを特徴とする請
    求項１ないし３のいずれか１項に記載の筒内燃料噴射装
    置。
  5. 【請求項５】シリンダと、このシリンダの上部を覆うシ
    リンダヘッドと、このシリンダヘッドに設けられ吸気を
    導く吸気路が形成された吸気マニホールドと、前記シリ
    ンダヘッドに設けられ排気を導く排気路が形成された排
    気マニホールドと、前記吸気路を閉塞する吸気弁と、前
    記排気路を閉塞する排気弁と、点火プラグとを備えた内
    燃機関において、 前記シリンダヘッドと前記シリンダとにより形成される
    燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射装置を設け、 この燃料噴射装置は、内部に燃料の流通する燃料通路が
    形成されるとともに、前記燃料通路を開閉する弁部材
    と、前記開閉部の下流側に設けられ燃料の流通する貫通
    孔と前記弁部材が押圧されるシート面とが形成されたノ
    ズル部材と、このノズル部材を覆い、噴射孔が形成され
    た、良熱伝導体から成るカバー部材と、このカバー部材
    から前記ノズル部材への熱伝達を阻害するように前記カ
    バー部材と前記ノズル部材との間に設けられた熱伝導性
    の悪い熱伝達阻害部材と、を備え、 前記カバー部材の前記噴射孔は出口に向かうほど内径が
    大きくなる円錐面で構成されたことを特徴とする内燃機
    関。
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