JP4022882B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという。）の燃焼室に扁平な扇状の噴霧形状で直接燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低燃費および高出力を実現することを目的とし、エンジンの燃焼室に燃料噴射装置から直接燃料を噴射する直噴ガソリンエンジンが発表されている。燃料噴射装置から噴射される噴霧形状は、エンジンの仕様により異なっている。例えば、図２２に示すように扁平な扇状の噴霧３０８を実現するため、ノズルニードル３０６が着座する弁座３０４を有する弁ボディ３００に扁平な扇状の噴孔３０２を１個形成する燃料噴射装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、弁ボディ３００に噴孔３０２を形成するので、噴射方向の噴孔３０２の長さが長くなっている。噴孔３０２のプレス加工が困難になるので、レーザ加工や放電加工により噴孔３０２を形成する必要がある。しかし、噴射方向の噴孔３０２の長さが長いため、加工時間が長くなるという問題がある。また、噴孔３０２が１個であるから、噴霧３０８の形状の変更、あるいは噴霧３０８の濃度分布の変更等に関し設計の自由度が低い。
【０００４】
特開平１１−６２７８７号公報に開示される燃料噴射装置では、図２３に示すように、オリフィスプレート３１０に形成した複数の噴孔３１１で扁平な扇状の噴霧３１４を実現しようとしている。
しかしながら、オリフィスプレート３１０の限られた範囲に複数の噴孔３１１を列状に配置して形成しているので、噴孔３１１同士の間隔が狭い。直噴ガソリンエンジン用の燃料噴射装置が燃料を噴射する圧力は、吸気管内に燃料を噴射する燃料噴射装置に比べ高いので、噴孔３１１同士の間隔が狭いと、噴孔３１１を形成している箇所のオリフィスプレート３１０の強度が低下し、高圧の燃料噴射圧力に耐えることが困難である。また、噴孔３１１同士の間隔が狭いため、各噴孔から噴射される噴霧同士が干渉して合体する。各噴孔から所望の方向に燃料を噴射できないので、所望の噴霧形状を得ることができない場合が多い。
【０００５】
オリフィスプレート３１０の厚みを厚くすれば、噴孔３１１同士の間隔が狭くてもオリフィスプレート３１０の強度を高めることはできる。しかし、オリフィスプレート３１０の厚みを厚くすると、プレス加工による噴孔３１１の加工が困難になる。また、レーザ加工や放電加工により噴孔３１１を形成する場合、加工時間が長くなる。
【０００６】
また、オリフィスプレート３１０の厚みを厚くすると、噴射方向に沿った噴孔３１１の長さが長くなり噴孔３１１を流れる間に燃料流れが整流される。噴孔３１１から噴射される噴霧は、噴孔３１１を流れる燃料流れに乱れがあるほど微粒化される。したがって、噴孔３１１の長さが長くなり噴孔３１１を流れる間に燃料流れが整流されると、噴孔３１１から噴射される燃料噴霧の微粒化が妨げられるという問題がある。
本発明の目的は、加工が容易で強度が高く、扁平な扇状噴霧における濃度分布または形状変更の自由度が高く、燃料噴霧の微粒化を促進する直噴の燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１から１１記載の燃料噴射装置によると、噴孔プレートに形成した複数の噴孔のうち最外周の噴孔は、同一円上に３個以上形成されている。本発明において最外周の噴孔という場合、最外周の噴孔の内周側に他の噴孔が形成されている場合、ならびに最外周の噴孔の内周側に他の噴孔が形成されておらず最外周に同一円上に形成されている噴孔だけの場合の両方を示している。また、本発明において円とは、真円および楕円の両方を意味している。
【０００８】
最外周に同一円上に３個以上の噴孔を配置することにより、例えば直線上に噴孔を配置する場合に比べ、噴孔を形成する噴孔プレートの領域が同じであれば、最外周の噴孔同士の間隔が広くなるように噴孔を配置することができる。さらに請求項５記載の発明では、周方向に隣接している最外周の噴孔同士の間隔はほぼ等しいので、最外周に３個以上配置した噴孔同士の間隔を広くすることができる。その結果、噴孔プレートの厚みが薄くても最外周の噴孔を形成している箇所の強度が高くなるので、噴孔プレートの厚みを薄くすることができる。したがって、噴孔のプレス加工が可能になり、噴孔の加工が容易である。噴孔をレーザ加工または放電加工する場合は、加工時間が短くなる。また、噴孔プレートの厚みが薄くなると、燃料噴霧の微粒化を促進できる。
【０００９】
また、最外周の噴孔同士の間隔が広くなると、最外周の噴孔から噴射される噴霧同士が干渉して合体することを防止できるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。さらに、噴霧同士の干渉を防止できると、最外周の噴孔から所望の方向に燃料を噴射し、所望の噴霧形状を得ることができる。また、複数の噴孔で扇状噴霧を形成するので、各噴孔の径または噴射方向を調整すれば、扇状噴霧の濃度分布または形状変更の自由度が高くなる。
【００１０】
本発明の請求項２記載の燃料噴射装置のように、弁部材が弁座に着座する方向に沿った軸線に対し扇状噴霧を傾斜させることにより、燃料噴射装置の組み付け位置が同じでも、扇状噴霧の噴射方向を変更することができる。したがって、燃料噴射装置の軸線に沿って燃料を噴射すると燃焼室を形成する壁面に噴霧が向かう位置に点火プラグを避け斜めに燃料噴射装置が組み付けられている場合も、燃焼室を形成する壁面に噴霧が付着し、液状になることを極力防止できる。
【００１１】
本発明の請求項３記載の燃料噴射装置によると、扇状噴霧の傾斜側から離れている噴孔ほど、噴射方向に沿った扇状噴霧の中心軸から扇状噴霧の広がり方向に傾斜しているので、扇状噴霧を構成する各噴孔から噴射された噴霧が干渉し合体することを防止できる。したがって、燃料噴射装置の軸線に対し傾斜している扇状噴霧の微粒化を促進できる。さらに、噴孔プレートに形成された複数の噴孔から所望の方向に燃料を噴射し、所望の噴霧形状を得ることができる。
【００１２】
本発明の請求項４記載の燃料噴射装置によると、噴射方向に沿った扇状噴霧の中心軸を含み、扇状噴霧に直交する仮想面から離れている噴孔ほど仮想面に対して形成する傾斜角度が大きい。つまり、仮想面から離れている噴孔ほど扇状噴霧の中心から噴霧が離れている。言い換えると、仮想面に近い噴孔ほど仮想面に対して形成する傾斜角度が小さい。つまり、仮想面に近い噴孔ほど扇状噴霧の中心に噴霧が近づいている。噴孔プレートに形成されている各噴孔から噴射される噴霧が扇状噴霧内で重ならないので、各噴孔から噴射された噴霧の微粒化が妨げられない。
【００１３】
本発明の請求項１記載の燃料噴射装置によると、周方向に隣接している最外周の噴孔同士の間隔はほぼ等しいので、最外周の噴孔同士の間隔を極力広くすることができる。したがって、最外周の噴孔が形成されている箇所の噴孔プレートの強度を向上できる。
本発明の請求項１および５記載の燃料噴射装置によると、最外周の噴孔の内周側にも噴孔を形成しているので、最外周だけに噴孔を形成するよりも噴孔同士の間隔を広くすることができる。したがって、噴孔プレートの強度を向上できる。
【００１４】
本発明の請求項６記載の燃料噴射装置によると、外周噴孔群および内周噴孔群は中心が同じである複数の円上にそれぞれ複数形成された噴孔で構成され、各円上で周方向に隣接する噴孔の間隔はほぼ等しいので、各円上の噴孔同士の間隔を極力広くすることができる。したがって、噴孔が形成されている範囲の噴孔プレートの強度を向上できる。
【００１５】
本発明の請求項７記載の燃料噴射装置によると、最外周の噴孔の内周側に３個以上の内周噴孔が形成されており、隣接する内周噴孔同士の間隔はほぼ等しい。これにより、噴孔同士の間隔を極力広げることができるので、噴孔が形成されている範囲において、噴孔プレートの強度を向上できる。
【００１６】
本発明の請求項１記載の燃料噴射装置によると、内周噴孔と、内周噴孔に隣接している最外周の噴孔との間隔はほぼ等しいので、内周噴孔と最外周の噴孔との間隔を極力広げることができる。したがって、噴孔が形成されている範囲において、噴孔プレートの強度を向上できる。
【００１７】
本発明の請求項８記載の燃料噴射装置によると、最外周の噴孔の内周側に複数の内周噴孔を形成し、各内周噴孔と、各内周噴孔に隣接している最外周の噴孔および他の内周噴孔との間隔はほぼ等しいので、噴孔プレートに形成されている噴孔同士の間隔をほぼ等しくし、噴孔同士の間隔を極力広げることができる。したがって、噴孔が形成されている範囲において、噴孔プレートの強度を向上できる。
【００１８】
本発明の請求項１０記載の燃料噴射装置によると、噴孔プレートに形成されている噴孔の噴孔径が等しいので、各噴孔から噴射される噴射量が等しくなる。扇状噴霧の濃度を均一にすることができるので、エンジンの出力低下および未燃成分の増加を防止できる。
本発明の請求項１１記載の燃料噴射装置によると、噴孔プレートに形成されている噴孔の噴孔径は異なっている。つまり、複数の噴孔の中に噴孔径の異なるものが存在する。エンジンの要求に応じて噴孔径を調整することにより、扇状噴霧の濃度調整を行うことができる。
【００１９】
板厚に対し噴孔径を小さくする、つまり噴孔径に対し噴射方向の噴孔長さが長くなると、噴孔内で燃料流れが整流され噴孔から噴射される燃料が微粒化されにくくなる。本発明の請求項１５記載の燃料噴射装置では、噴孔プレートの板厚をｔ、噴孔の噴孔径をｄとすると、ｔ／ｄ≦１．５に設定している。噴孔径ｄに対し噴孔プレートの板厚ｔ、つまり噴射方向の噴孔の長さの上限を設定しているので、微粒化を促進できる。
【００２０】
本発明の請求項１１記載の燃料噴射装置によると、弁部材の噴孔プレート側端面と噴孔プレートの弁部材側端面とは略扁平な燃料空間を形成している。したがって、弁部材が弁座から離座し弁部材と弁座との開口を通り噴孔に向かう流れは、噴孔プレートの弁部材側端面に沿って平行な流れになり互いに衝突する。互いに衝突した燃料流れは乱流となって各噴孔から噴射される。燃料流れに乱れがあるほど各噴孔から噴射される噴霧は微粒化される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１参考例）
本発明の第１参考例による燃料噴射装置であるインジェクタを図４に示す。インジェクタ１０はシリンダヘッド１０２に取り付けられている。インジェクタ１０は、シリンダブロック１００の内周面と、シリンダヘッド１０２の内周面と、ピストン１０４の上端面とで形成される燃焼室１０６に直接燃料を噴射する直噴ガソリンエンジン用の燃料噴射装置である。インジェクタ１０の噴射圧力は、１ＭＰａから３０ＭＰａである。インジェクタ１０から噴射する燃料の噴霧は、図４および図５に示すように扁平な扇状噴霧２４である。扇状噴霧２４は、図２に示すインジェクタ１０の弁部材３０が弁座１４に着座する方向に沿ったインジェクタ１０の軸線１０８から噴射方向に向かうにしたがい離れ、軸線１０８に対し傾斜している。インジェクタ１０の軸線１０８に対し扇状噴霧２４を傾斜させる最適な角度を設定すれば、点火プラグ１０５、あるいは燃焼室１０６を形成するピストン１０４およびシリンダブロック１００の内壁面に扇状噴霧２４が付着し液状となることを抑制できる。
【００２２】
図２に示すように、弁ボディ１２は弁ハウジング１６の燃料噴射側端部内壁に溶接により固定されている。弁ボディ１２は燃料流れ方向の噴孔プレート２０側に向けて縮径する内周面としての円錐面１３を有している。円錐面１３には弁部材としてのノズルニードル３０が着座可能な弁座１４が形成されている。
【００２３】
噴孔プレート２０は有底筒状に形成されており、弁ハウジング１６の底部内壁と弁ボディ１２の底部外壁との間に挟持されている。噴孔プレート２０には、図１に示すように噴孔２１、２２、２３が合計５個、最外周に同一円上に形成されている。本参考例では、円は真円または楕円のいずれであってもよい。噴孔２１、２２、２３はプレス加工、レーザ加工または放電加工により形成されている。前述したように本参考例では、一つの円上に全ての噴孔が形成されておりその円内に噴孔が形成されていない場合も、最外周に同一円上に噴孔が形成されているという。周方向に隣接する噴孔同士の間隔はほぼ等しく、各噴孔の噴孔径は等しい。ノズルニードル３０が弁座１４に着座すると噴孔２１、２２、２３からの燃料噴射が遮断され、ノズルニードル３０が弁座１４から離座すると噴孔２１、２２、２３からの燃料噴射が許容され燃料が噴射される。
【００２４】
図３に示すように、ノズルニードル３０の噴孔プレート側端面３２は平坦である。噴孔プレート側端面３２と噴孔プレート２０のノズルニードル側端面２６とで形成される燃料空間８０は扁平である。また、噴孔プレート２０の板厚をｔ、各噴孔の噴孔径をｄとすると、ｔ／ｄ≦１．５になるように設定されている。
【００２５】
図２に示すように、筒部材４０は弁ハウジング１６の反噴孔側内周壁に挿入され、溶接により弁ハウジング１６に固定されている。筒部材４０は、噴孔プレート２０側から第１磁性筒部４２、非磁性筒部４４および第２磁性筒部４６により構成されている。非磁性筒部４４は第１磁性筒部４２と第２磁性筒部４６との磁気的短絡を防止する。
【００２６】
可動コア５０は磁性材料で円筒状に形成されており、ノズルニードル３０の反噴孔側の端部３４と溶接により固定されている。可動コア５０はノズルニードル３０とともに往復移動する。可動コア５０の筒壁を貫通する流出孔５２は、可動コア５０の筒内外を連通する燃料通路を形成している。
固定コア５４は磁性材料で円筒状に形成されている。固定コア５４は筒部材４０内に挿入されており、筒部材４０と溶接により固定されている。固定コア５４は可動コア５０に対し反噴孔側に設置され可動コア５０と向き合っている。
【００２７】
アジャスティングパイプ５６は固定コア５４に圧入され、内部に燃料通路を形成している。スプリング５８は一端部でアジャスティングパイプ５６に係止され、他端部で可動コア５０に係止されている。アジャスティングパイプ５６の圧入量を調整することにより、可動コア５０に加わるスプリング５８の荷重を変更できる。スプリング５８の付勢力により可動コア５０およびノズルニードル３０は弁座１４に向けて付勢されている。
【００２８】
コイル６０はスプール６２に巻回されている。ターミナル６５はコネクタ６４にインサート成形されており、コイル６０と電気的に接続している。コイル６０に通電すると、可動コア５０と固定コア５４との間に磁気吸引力が働き、スプリング５８の付勢力に抗し可動コア５０は固定コア５４側に吸引される。
【００２９】
フィルタ７０は固定コア５４の燃料上流側に設置されており、インジェクタ１０に供給される燃料中の異物を除去する。固定コア５４内にフィルタ７０を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ５６内の燃料通路、可動コア５０内の燃料通路、流出孔５２、弁ハウジング１６の内周壁とノズルニードル３０の外周壁との間を順次通過する。ノズルニードル３０が弁座１４から離座すると、ノズルニードル３０と弁座１４との間に形成される開口流路を燃料が通過し噴孔２１、２２、２３に導かれる。
【００３０】
次に、噴孔プレート２０に形成されている噴孔２１、２２、２３、ならびに噴霧形状について詳細に説明する。
各噴孔から噴射される噴霧により、図１に示すように扁平な扇状噴霧２４が形成される。噴射方向に沿った扇状噴霧２４の中心軸を含み扇状噴霧２４に直交する仮想面９０に対し、噴孔２１は仮想面９０上に位置している。噴孔２２、噴孔２３は、この順で仮想面９０から離れており、噴孔プレート２０と仮想面９０との交線を対称軸とした線対称の位置にある。図３に示すように、仮想面９０に対する噴孔２１の傾斜角度を痾（図３に図示せず）、噴孔２２の傾斜角度を竈、噴孔２３の傾斜角度を繃とすると、痾＜竈＜繃である。ただし、痾＝０・である。つまり、仮想面９０から各噴孔が離れるほど仮想面９０に対する各噴孔の傾斜角度は大きくなっている。
【００３１】
仮想面９０に対する傾斜角度が大きいと、噴孔から噴射される噴霧は扇状噴霧２４の中央から離れる。したがって、図１に示すように、噴孔２１から噴射される噴霧２４ａは、扇状噴霧２４の中央に位置し、噴孔２２から噴射される噴霧２４ｂは噴霧２４ａの外側に位置し、噴孔２３から噴射される噴霧２４ｃは噴霧２４ｂの外側に位置している。各噴孔から噴射される噴霧は互いに重ならず扇状噴霧２４を形成するので、扇状噴霧２４の微粒化が妨げられない。
【００３２】
また、各噴孔の噴孔径が等しく各噴孔から噴射される噴射量が等しいので、扇状噴霧２４の噴霧密度が扇状噴霧２４の広がり方向に等しい。言い換えると、扇状噴霧２４の均質度が向上する。扇状噴霧２４の均質度が向上すると、扇状噴霧２４において特に濃い領域または薄い領域がなくなり、良好な燃焼が得られる。したがって、エンジンの出力低下を防止できるとともに、未燃成分を低減できる。
【００３３】
第１参考例では、ノズルニードル３０の噴孔プレート側端面３２と噴孔プレート２０のノズルニードル側端面２６とにより扁平な燃料空間８０が形成されている。ノズルニードル３０が弁座１４から離座し、ノズルニードル３０と弁座１４との開口から燃料空間８０に流入した燃料は、ノズルニードル３０の噴孔プレート側端面３２と噴孔プレート２０のノズルニードル側端面２６とに案内され、噴孔プレート２０に沿った平行な流れとなる。噴孔プレート２０に沿った平行な燃料流れは互いに衝突し、乱流となって各噴孔から噴射される。乱流となった燃料流れが各噴孔から噴射されると、噴霧の微粒化が促進される。
【００３４】
また、噴孔プレート２０の板厚をｔ、各噴孔の噴孔径をｄとすると、ｔ／ｄ≦１．５とし、噴孔径ｄに対し板厚ｔの上限を設定している。噴孔径ｄに対し板厚ｔが大きくなり過ぎない、つまり噴射方向の各噴孔の長さが長くなり過ぎないので、乱流として各噴孔に流入した燃料流れが各噴孔を通る間に整流されることを防止する。したがって、噴霧の微粒化を促進できる。
【００３５】
（第２参考例）
本発明の第２参考例を図６に示す。噴孔プレート１１０に噴孔１１１、１１２が合計５個、等しい噴孔径で形成されている。内周噴孔としての噴孔１１１は噴孔プレート１１０の中央部に形成されており、４個の噴孔１１２は最外周に同一円上に形成されている。噴孔１１１は仮想面９０上にあり、噴孔１１２は噴孔プレート１１０と仮想面９０との交線を対称軸とした線対称の位置にある。周方向に隣接する噴孔１１２同士の間隔はほぼ等しい。仮想面９０に対し両側に位置する２個の噴孔１１２は、仮想面９０から等距離であるが、仮想面９０に対する傾斜角度が異なっている。
噴孔１１１、１１２から噴射される噴霧は、扁平な扇状噴霧１１４を形成しており、扇状噴霧１１４内の噴霧密度はほぼ等しい。
【００３６】
（第３参考例）
本発明の第３参考例を図７に示す。噴孔プレート１２０に噴孔１２１、１２２が合計１０個、等しい噴孔径で形成されている。内周噴孔群である４個の噴孔１２１は内周側の円上に、外周噴孔群である６個の噴孔１２２は最外周の円上にそれぞれ周方向に隣接する噴孔同士の間隔がほぼ等しくなるように形成されている。噴孔１２１、１２２は噴孔プレート１２０と仮想面９０との交線を対称軸とした線対称の位置にある。内周噴孔である噴孔１２１が形成されている円と、噴孔１２２が形成されている円とは同心円である。ここで、噴孔１２１が配置されている円または噴孔１２２が配置されている円が楕円でっても、真円と楕円の中心が一致していれば、本参考例では同心円という。噴孔１２１は、噴孔プレート１１０の中央部を除き噴孔１２２内にほぼ均等に配置されている。仮想面９０から離れるほど各噴孔の傾斜角度は大きくなっている。仮想面９０からの距離が等しい噴孔の傾斜角度は異なっている。噴孔１２１、１２２から噴射される噴霧は、扁平な扇状噴霧１２４を形成しており、扇状噴霧１２４内の噴霧密度はほぼ等しい。
第３参考例では、仮想面９０から離れるほど各噴孔の傾斜角度は大きくなっているので、各噴孔から噴射される噴霧が扇状噴霧内で重ならない。したがって、各噴孔から噴射された噴霧の微粒化が妨げられない。
【００３７】
（第１実施例）
本発明の第１実施例を図８に示す。噴孔プレート１２４にそれぞれ６個の噴孔１２５、１２６が等しい噴孔径で形成されている。内周噴孔群である６個の噴孔１２５は内周側の円上に、外周噴孔群である６個の噴孔１２６は最外周の円上にそれぞれ周方向に隣接する噴孔同士の間隔がほぼ等しくなるように形成されている。さらに、図８で一点鎖線で結んだ隣接している噴孔同士の間隔はほぼ等しい。つまり、最外周の噴孔である噴孔１２６の内周側に形成された内周噴孔である噴孔１２５と、噴孔１２５に隣接している噴孔１２６および他の噴孔１２５との間隔はほぼ等しい。この構成により、噴孔同士の間隔を極力広くし、噴孔プレート１２４の強度を向上できる。
【００３８】
（第４参考例）
本発明の第４参考例を図９に示す。噴孔プレート１３０に噴孔１３１、１３２、１３３が合計５個形成されている。噴孔１３１は仮想面９０上に位置している。噴孔１３２、噴孔１３３はこの順で仮想面９０から離れており、噴孔プレート１３０と仮想面９０との交線を対称軸とした線対称の位置にある。噴孔１４２、１４３が仮想面９０に対して形成する傾斜角度は仮想面９０から離れるほど大きくなっている。
【００３９】
噴孔１３１、１３２から噴射される噴霧は扇状噴霧１３４の中央部に位置し、噴孔１３３から噴射される噴霧は扇状噴霧１３４の広がり方向の外側に位置している。噴孔１３１、１３２の噴孔径は等しく、噴孔１３３の噴孔径は噴孔１３１、１３２の噴孔径よりも大きい。噴孔１３３の噴射量は噴孔１３１、１３２の噴射量よりも多く、扇状噴霧１３４の中央部よりも外側の噴霧密度が大きくなっている。したがって、扇状噴霧１３４の外側の貫徹力は中央部よりも大きい。
【００４０】
（第５参考例）
本発明の第５参考例を図１０に示す。噴孔プレート１４０に噴孔１４１、１４２、１４３が合計５個形成されている。噴孔１４１は仮想面９０上に位置している。噴孔１４２、噴孔１４３はこの順で仮想面９０から離れており、噴孔プレート１４０と仮想面９０との交線を対称軸とした線対称の位置にある。噴孔１４２、１４３が仮想面９０に対して形成する傾斜角度は仮想面９０から離れるほど大きくなっている。
【００４１】
噴孔１４１、１４２から噴射される噴霧は扇状噴霧１４４の中央に位置し、噴孔１４３から噴射される噴霧は扇状噴霧１４４の広がり方向の外側に位置している。噴孔１４１、１４２の噴孔径は等しく、噴孔１４１、１４２の噴孔径は噴孔１４３の噴孔径はよりも大きい。噴孔１４１、１４２の噴射量は噴孔１４３の噴射量よりも多く、扇状噴霧１４４の外側よりも中央部の噴霧密度が大きくなっている。したがって、扇状噴霧１３４の外側の貫徹力は中央部よりも大きい。
【００４２】
（第６参考例、第７参考例）
本発明の第６参考例を図１１に、第７参考例を図１２に示す。第６参考例の噴孔１５１、１５２、ならびに第７参考例の噴孔１６１、１６２を噴孔プレート１５０、１６０にそれぞれ形成する配置は、図７に示す第３参考例の噴孔１２１、１２２の配置と同じである。噴孔１２１に内周噴孔である噴孔１５１、１６１が対応し、噴孔１２２に噴孔１５２、１６２が対応する。噴孔１５１、１５２、１６１、１６２の噴孔径は等しい。
【００４３】
図７に示す第３参考例では、扇状噴霧１２４の噴霧密度を扇状噴霧１２４の広がり方向にほぼ等しくした。これに対し第６参考例では、噴孔１５１、１５２の傾斜角度を調整することにより、扇状噴霧１５４両側の噴霧密度を大きく、中央部の噴霧密度を小さくしている。第７参考例では、扇状噴霧１６４の両側の噴霧密度を小さく、中央部の噴霧密度を大きくしている。
【００４４】
（第８参考例）
本発明の第８参考例を図１３および図１４に示す。図１３に示すように、噴孔プレート１７０に５個の噴孔１７１が同一円上に同一噴孔径で形成されている。噴孔１７１が仮想面９０に対して形成する傾斜角度は仮想面９０から離れるほど大きくなっている。
噴孔１７１から噴射される噴霧は扁平で湾曲した扇状噴霧１７４を形成している。扇状噴霧１７４の噴霧密度は扇状噴霧１７４の広がり方向にほぼ等しい。図１４に示すように、扁平で湾曲した扇状噴霧１７４は、ピストン１０４の上端面とシリンダブロック１００（図４参照）の内周面との境界に向けて、ピストン１０４の円状の上端面の外周縁に湾曲面を合わせて噴射される。インジェクタ１０の噴孔から最も遠い位置に噴射するので、ピストン１０４の上端面とシリンダブロック１００（図４参照）の内周面とに扇状噴霧１７４が達するときに貫徹力が弱まっているので、ピストン１０４の上端面とシリンダブロック１００（図４参照）の内周面とで扇状噴霧１７４が液状になりにくい。したがって、未燃焼成分の発生を低減できる。
【００４５】
（第９参考例、第１０参考例、第２実施例）
本発明の第９参考例を図１５に、第１０参考例を図１６に、第２実施例を図１７に示す。第９参考例の噴孔１８１、１８２、第１０参考例の噴孔１９１、１９２、第２実施例の噴孔２０１、２０２を噴孔プレート１８０、１９０、２００にそれぞれ形成する配置は、第３参考例の噴孔１２１、１２２の配置と同じである。噴孔１２１に内周噴孔である噴孔１８１、１９１、２０１が対応し、噴孔１２２に噴孔１８２、１９２、２０２が対応する。噴孔１８１、１８２、１９１、１９２、２０１、２０２の噴孔径は等しい。
【００４６】
図７に示す第３参考例では、噴孔１２１、１２２から噴射される噴霧を１列に並べた。これに対し第９参考例では、噴孔１８１、１８２から噴射される噴霧は２列に並んだ扁平な扇状噴霧１８４を形成している。扇状噴霧１８４内の噴霧密度はほぼ等しい。第１０参考例では、噴孔１９１、１９２から噴射される噴霧は、列方向に位置をずらしており、２列に並んだ扁平な扇状噴霧１９４を形成している。扇状噴霧１９４内の噴霧密度はほぼ等しい。第２実施例では、噴孔２０１、２０２から噴射される噴霧は、３列に並んだ扁平な扇状噴霧２０４を形成している。扇状噴霧２０４内の噴霧密度はほぼ等しい。
【００４７】
（第１１参考例、第１２参考例、第１３参考例）
本発明の第１１参考例を図１８および図１９に、第１２参考例を図２０に、第１３参考例を図２１に示す。
図１８に示すように、第１１参考例では、噴孔プレート２１０に同一径の噴孔２１１、２１２、２１３が一つの同一円上のみに等間隔に合計６個形成されている。図１９に示すように、扇状噴霧２１４はインジェクタ１０の軸線１０８から噴射方向に向かうにしたがい離れ、軸線１０８に対し傾斜している。噴孔プレート２１０において、噴孔２１１は扇状噴霧２１４の傾斜側に一番近く、噴孔２１１から噴孔２１２、２１３の順に扇状噴霧２１４の傾斜側から離れている。扇状噴霧２１４の傾斜側から離れている噴孔ほど、噴射方向に沿った扇状噴霧の中心軸２１４ａから扇状噴霧２１４の広がり方向に傾斜している。つまり、噴孔２１３が扇状噴霧２１４の広がり方向に最も傾斜しており、噴孔２１２、２１１の順に傾斜角度が小さくなっている。したがって、噴孔２１１から噴射される噴霧は扇状噴霧２１４の中央部に位置し、噴孔２１２から噴射される噴霧は噴孔２１１から噴射される噴霧の外側に位置し、噴孔２１３から噴射される噴霧は扇状噴霧２１４の一番外側に位置している。
【００４８】
図２０に示す第１２参考例では、噴孔プレート２２０に同一径の噴孔２２２が一つの同一円上のみに等間隔に５個形成されている。第１１参考例の図１９と同様に、扇状噴霧２２４はインジェクタ１０の軸線１０８から噴射方向に向かうにしたがい離れ、軸線１０８に対し傾斜している。噴孔プレート２２０において、噴孔２２１は扇状噴霧２２４の傾斜側に一番近く、噴孔２２１から噴孔２２２、２２３の順に扇状噴霧２２４の傾斜側から離れている。扇状噴霧２２４の傾斜側から離れている噴孔ほど、つまり噴孔２２１よりも噴孔２２３の方が噴射方向に沿った扇状噴霧の中心軸２２４ａから扇状噴霧２２４の広がり方向に傾斜している。つまり、噴孔２２１から噴射される噴霧は扇状噴霧２２４の中央部に位置し、噴孔２２２から噴射される噴霧は噴孔２２１から噴射される噴霧の外側に位置し、噴孔２２３から噴射される噴霧は扇状噴霧２２４の一番外側に位置している。
【００４９】
図２１に示す第１３参考例では、噴孔プレート２３０に同一径の噴孔２３２が一つの同一円上のみに等間隔に１０個形成されている。第１１参考例の図１９と同様に、扇状噴霧２３４はインジェクタ１０の軸線１０８から噴射方向に向かうにしたがい離れ、軸線１０８に対し傾斜している。噴孔プレート２３０において、噴孔２３１は扇状噴霧２３４の傾斜側に一番近く、噴孔２３１から噴孔２３２に向かうにしたがい扇状噴霧２２４の傾斜側から離れている。扇状噴霧２３４の傾斜側から離れている噴孔ほど、つまり噴孔２３１よりも噴孔２３２の方が噴射方向に沿った扇状噴霧の中心軸２３４ａから扇状噴霧２３４の広がり方向に傾斜している。つまり、噴孔２３１から噴射される噴霧は扇状噴霧２３４の中央部に位置し、扇状噴霧２３４の傾斜側から離れる噴孔２３２に向かうにしたがい扇状噴霧２３４の外側に噴射位置が広がっている。
【００５０】
以上説明した第１１参考例、第１２参考例および第１３参考例では、インジェクタ１０の軸線１０８に対し扇状噴霧の傾斜側から離れている噴孔ほど、噴射方向に沿った扇状噴霧の中心軸から扇状噴霧の広がり方向に傾斜させているので、各噴孔から噴射される噴孔が互いに干渉し合体することを防止できる。したがって、扇状噴霧の微粒化を促進できる。
【００５１】
また第１１参考例、第１２参考例および第１３参考例では、一つの同一円上のみに噴孔を形成したが、最外周の円内に少なくとも１個の噴孔を形成し、インジェクタ１０の軸線１０８に対し扇状噴霧の傾斜側から離れている噴孔ほど、噴射方向に沿った扇状噴霧の中心軸から扇状噴霧の広がり方向に傾斜させてもよい。最外周の円内に形成する噴孔は最外周の円と同心上に配置した複数の円上に配置してもよい。
【００５２】
以上説明した上記複数の実施例では、最外周に同一円上に形成した周方向に隣接する噴孔同士の間隔をほぼ等しくし、最外周の円内に噴孔を形成する場合も、最外周の円内に均等、あるいは最外周の噴孔の内周側に形成する内周噴孔と、この内周噴孔に隣接する最外周の噴孔および他の内周噴孔との間隔をほぼ等しくなるように噴孔を配置している。噴孔が形成されている範囲内において噴孔同士の間隔が極力広くなるので、噴孔プレートの強度が向上する。また、噴霧同士が干渉して合体することを防止できる。これにより、扇状噴霧の微粒化を促進できる。さらに、各噴孔から所望の方向に燃料を噴射できるので、所望の噴霧形状を得ることができる。最外周の噴孔の内周側に内周噴孔を形成する場合、その数は少なくとも１個であればよい。内周噴孔を複数形成する場合、２個であっても、内周噴孔と、この内周噴孔に隣接する最外周の噴孔および他の内周噴孔との間隔をほぼ等しくなるように配置できる。
【００５３】
また、板厚の薄い噴孔プレートであっても、噴孔が形成されている範囲において噴孔プレートの強度を高めることができるので、燃料噴射圧力の大きい直噴ガソリンエンジン用の燃料噴射装置に好適である。さらに、噴孔プレートの板厚を薄くできるので、噴孔を通る間に燃料流れが整流される度合いが低く、噴霧を微粒化できる。さらに、噴孔プレートの板厚を薄くできるので、プレスによる噴孔の加工が可能になる。したがって、噴孔の加工が容易である。レーザ加工または放電加工する場合も、加工時間が短くなる。
また、噴孔プレートに形成した複数の噴孔の噴孔径、または傾斜角度を調整することにより、扇状噴霧の形状または濃度分布を容易に変更できる。したがって、噴霧の設計自由度が高い。
【００５４】
上記複数の実施例のうち、最外周の円と同心上の内周円に噴孔を形成した噴孔プレートでは、噴孔が配置される同心円を２重にした。可能であれば、同心円を３重以上にしてもよい。また、噴孔を配置する円を多重にする場合、中心が不一致であってもよい。また、最外周の外周噴孔群の内周側に少なくとも一つの内周噴孔群を配置する場合、各内周噴孔群を構成する噴孔は同一円上になくてもよい。また、最外周の円内に噴孔を形成する場合、最外周の円内にほぼ均等に噴孔を配置してもよいし、最外周の円内の偏った位置に噴孔を配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ）は本発明の第１参考例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図２】 第１参考例によるインジェクタを示す断面図である。
【図３】 第１参考例の噴孔周囲を示す模式的断面図である。
【図４】 第１参考例のインジェクタの取り付け位置および燃焼室への噴霧状態を示す断面図である。
【図５】 第１参考例のインジェクタの噴霧状態を示す斜視図である。
【図６】 （Ａ）は本発明の第２参考例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図７】 （Ａ）は本発明の第３参考例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図８】 本発明の第１実施例による噴孔プレートを示す平面図である。
【図９】 （Ａ）は本発明の第４参考例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図１０】 （Ａ）は本発明の第５参考例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図１１】 （Ａ）は本発明の第６参考例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図１２】 （Ａ）は本発明の第７参考例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図１３】 （Ａ）は本発明の第８参考例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図１４】 第８参考例のインジェクタの噴霧状態を示す斜視図である。
【図１５】 （Ａ）は本発明の第９参考例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図１６】 （Ａ）は本発明の第１０参考例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図１７】 （Ａ）は本発明の第２実施例による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【図１８】 （Ａ）は本発明の第１１参考例による噴孔の配置および噴霧位置を示す斜視図であり、（Ｂ）は噴孔の配置および噴霧位置を示す平面図である。
【図１９】 扇状噴霧の傾斜方向を示す模式図である。
【図２０】 本発明の第１２参考例による噴孔の配置および噴霧位置を示す斜視図である。
【図２１】 本発明の第１３参考例による噴孔の配置および噴霧位置を示す斜視図である。
【図２２】 （Ａ）は従来例１による噴孔および噴霧形状を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２３】 （Ａ）は従来例２による噴孔プレートを示す平面図であり、（Ｂ）は噴霧形状を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ インジェクタ（燃料噴射装置）
１２ 弁ボディ
１３ 円錐面（内周面）
１４ 弁座
２０、１１０、１２０、１２４、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０ 噴孔プレート
２１、２２、２３、１１１、１１２、１２１、１２２、１２５、１２６、１３１、１３２、１３３、１４１、１４２、１４３、１５１、１５２、１６１、１６２、１７１、１８１、１８２、１９１、１９２、２０１、２０２、２１１、２１２、２１３、２２１、２２２、２２３、２３２ 噴孔
２４、１１４、１２４、１３４、１４４、１５４、１６４、１７４、１８４、１９４、２０４、２１４、２２４、２３４ 扇状噴霧
２６ ノズルニードル側端面
３０ ノズルニードル（弁部材）
３２ 噴孔プレート側端面
８０ 燃料空間
９０ 仮想面
１０８ 軸線
２１４ａ、２２４ａ、２３４ａ 中心軸

Claims (11)

1. 内燃機関の燃焼室に扁平な扇状の噴霧形状で直接燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
   内周面に弁座を有する弁ボディと、
   前記弁座に対し燃料流れの下流側に設置され、燃料を噴射する複数の噴孔を有する噴孔プレートと、
   前記弁座に着座することにより前記噴孔からの燃料噴射を遮断し、前記弁座から離座することにより前記噴孔からの燃料噴射を許容する弁部材とを備え、
   前記複数の噴孔のうち最外周の噴孔は、同一円上に３個以上形成され、
   前記弁部材の前記噴孔プレート側端面と前記噴孔プレートの前記弁部材側端面とは略扁平な燃料空間を形成しており、
   前記噴孔プレートの板厚をｔ、前記複数の噴孔の噴孔径をｄとすると、ｔ／ｄ≦１．５であり、
   前記最外周の噴孔の内周側に少なくとも１個の内周噴孔が形成されており、
   周方向に隣接している前記最外周の噴孔同士の間隔は等しく、
   前記内周噴孔と、前記内周噴孔に隣接している前記最外周の噴孔と、隣接している内周噴孔との間隔は等しいことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記扇状噴霧は、前記弁部材が前記弁座に着座する方向に沿った軸線から噴射方向に向かうにしたがい離れ、
   前記扇状噴霧の中心軸は、前記軸線に対し傾斜していることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 前記扇状噴霧の傾斜側から離れている噴孔ほど、噴射方向に沿った前記扇状噴霧の中心軸に対し前記扇状噴霧の広がり方向に傾斜していることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 噴射方向に沿った前記扇状噴霧の中心軸を含み、前記扇状噴霧に直交する仮想面から離れている噴孔ほど、前記仮想面に対して形成する傾斜角度が大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
5. 前記噴孔プレートは前記最外周の噴孔からなる外周噴孔群の内周側に内周噴孔群を形成し、前記外周噴孔群および前記内周噴孔群は中心が同じである複数の円上にそれぞれ複数形成された噴孔で構成され、前記外周噴孔群は中心を挟んで対向する位置に配置され、前記内周噴孔群は中心を挟んで対向する位置に配置されることを特徴とする請求項１項記載の燃料噴射装置。
6. 前記外周噴孔群および前記内周噴孔群は中心が同じである複数の円上にそれぞれ複数形成された噴孔で構成され、各円上で周方向に隣接する噴孔の間隔は等しいことを特徴とする請求項５記載の燃料噴射装置。
7. 前記最外周の噴孔の内周側に３個以上の内周噴孔が形成され、隣接する前記内周噴孔同士の間隔は等しいことを特徴とする請求項１、請求項５、および請求項６のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
8. 前記内周噴孔の内周側にさらに複数の噴孔が形成され、
   前記内周噴孔の一つと、その内周噴孔の一つに隣接している噴孔との間隔は等しいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
9. 前記複数の噴孔は、前記噴孔プレートの中央部を除く範囲に形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
10. 前記複数の噴孔の噴孔径は等しいことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
11. 前記複数の噴孔の噴孔径は異なっていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の燃料噴射装置。

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