JP4135926B2

JP4135926B2 - 内燃機関の燃料噴射弁及び内燃機関

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Publication number: JP4135926B2
Application number: JP2003353563A
Authority: JP
Inventors: 元幸安部; 典幸前川; 拓也白石; 敬士藤井; 藤枝　　護; 石川　　亨; 好之田辺
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-10-14
Filing date: 2003-10-14
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: JP2005120840A; DE602004014084D1; US20050109311A1; EP1524429B1; EP1524429A1; US7082922B2

Description

本発明は、新規な内燃機関の燃料噴射弁及び内燃機関に関する。

特許文献1には、直接噴射式のガソリンエンジンに用いる燃料噴射弁として、噴射孔の開口面に段差を設けることによって、噴霧の横断面において噴霧が集中する部分と希薄となる部分を有する噴霧形状を所望の形状に調整する燃料噴射弁の製造法が示されている。

特開２００２−１９５１３３号公報

特許文献１においては、燃料噴射弁から噴射される噴霧中に、燃料噴霧の濃い部分と薄い部分を形成させ、シリンダ内の圧力が高い状態においても点火プラグ側へ安定して燃料噴霧を供給することが開示されている。

しかしながら、本発明者らは、燃料に旋回を与えて微粒化を行う燃料噴射弁の噴霧に燃料噴霧の濃い部分と薄い部分を設けた場合、燃料が旋回しながら流出し、燃料を噴射する雰囲気中にも旋回気流を生じるため、雰囲気の密度によって燃料噴霧の濃い部分が燃料噴射弁の軸に対して旋回方向に回転するという現象が起こることを見出した。

このため、燃料に旋回を与えて噴射弁より噴射させる場合、燃料噴射弁を筒内直接噴射式の内燃機関に取り付け、燃料の噴射時期が圧縮行程にあるような条件で使用する場合には筒内圧が大気圧よりも高くなるため、燃料噴霧の濃い部分が大気圧の雰囲気中に噴射した場合よりも更に回転した位置に生じる条件で、燃料噴射弁を使用することになる。

従って、本発明者らは、大気圧の雰囲気中における燃料噴霧の濃い部分が点火プラグの方向に向かうように内燃機関に取り付けられても、圧縮行程に噴射する場合においては、点火プラグから燃焼の旋回方向にそれた位置に燃料噴霧の濃い部分が生じ、必ずしも燃焼安定性が最適となる位置で使用するようにはならないことを見出した。

本発明の目的は、燃料噴霧の濃い部分を燃料の噴射雰囲気に応じて点火プラグの方向に指向させることができ、より燃焼安定性の高い内燃機関の燃料噴射弁及び内燃機関を提供することにある。

本発明は、燃料を噴射する噴射孔の上流で前記燃料に旋回力を付与しながら噴霧濃度の濃い部分と薄い部分とが生じるように前記噴射孔より噴射される燃料噴射弁を搭載した内燃機関への燃料噴射において、大気圧での前記噴射によって生じる前記噴霧濃度の濃い部分を、点火プラグに向かうように燃料噴射弁を取り付けることにある。

本発明は、大気圧より高い圧力での噴霧濃度の濃い部分が点火プラグに向かう方向となるように前記回転方向の位置の基準を設定すること、又、前記回転方向の位置を示す基準は、前記大気圧における噴霧濃度の濃い部分の噴射方向が点火プラグの位置よりも前記ノズル部の軸に対して前記旋回方向と反対方向に回転した位置に設定されたこと、又、前記大気圧より高い圧力での噴霧濃度の濃い部分が点火プラグに向かう噴射方向を示す前記ノズル部の軸に対する回転量を、内燃機関の回転数、負荷、排気再循環量及び燃料の噴射時期に係る少なくとも１つの運転条件に基づいて、前記大気圧での噴霧濃度の濃い部分の噴射方向を示す前記回転量を基準にそれよりも前記旋回の方向に対して反対方向に設定することが好ましい。

前記大気圧での噴霧は、その横断面が中空円錐形状であること、又、前記大気圧での噴霧は、その横断面が前記噴射孔の中心軸に対して偏心した中空円錐形状であることが好ましい。

本発明は、燃料を噴射する噴射孔を有するノズル部と、前記燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段とを有し、大気圧で噴霧濃度が濃い部分と薄い部分が生じるように前記噴射孔より前記燃料が噴射される内燃機関の燃料噴射弁において、該燃料噴射弁は内燃機関への取り付けを行う前記ノズル部の軸に対する回転方向の位置を示す位置決め手段を有し、該位置決め手段は前記大気圧における噴霧濃度の濃い部分の噴射方向の位置を示すものであり、該位置を前記旋回方向と反対方向に回転した位置に設定することで、前記大気圧より高い圧力での前記噴霧濃度の濃い部分を点火プラグの方向に向かうようにしたことを特徴とする。

前記大気圧における噴霧濃度の濃い部分の噴射方向が点火プラグの位置よりも前記ノズル部の軸に対して前記旋回方向と反対方向に回転した位置に設定することで、前記大気圧より高い圧力での噴霧濃度の濃い部分が点火プラグに向かう方向となるように前記回転方向の位置の基準を設定したこと、更に又、前記大気圧より高い圧力での噴霧濃度の濃い部分が点火プラグに向かう噴射方向を示す前記ノズル部の軸に対する前記回転量が、内燃機関の回転数、負荷、排気再循環量及び燃料の噴射時期に係る少なくとも１つの運転条件に基づいて、前記大気圧での噴霧濃度の濃い部分の噴射方向を示す前記回転量を基準にそれよりも前記旋回の方向に対して反対方向に設定されていることが好ましい。

前記位置決め手段が、前記位置決めの印又はピンであること、又、前記ピンを受けるピン受け部に対して該ピンの長さを変えることによって前記回転量が設定されることが好ましい。

更に、本発明は、燃料を噴射する噴射孔を有するノズル部と、前記燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段とを有し、大気圧で噴霧濃度が濃い部分と薄い部分が生じるように前記噴射孔より前記燃料が噴射される燃料噴射弁を搭載した内燃機関において、前記燃料噴射弁と内燃機関とに互いの取り付け位置を示す位置決め手段を有し、前記燃料噴射弁の位置決め手段は、前記大気圧における前記噴霧濃度の濃い部分の噴射方向の位置を示すものであり、前記内燃機関の位置決め手段は、前記点火プラグの位置を示すものであり、前記燃料噴射弁の前記大気圧における前記噴霧濃度の濃い部分の噴射方向の位置を前記旋回方向と反対方向に回転した位置に設定することで、前記大気圧より高い圧力での前記噴霧濃度の濃い部分を前記点火プラグの方向に向かうようにしたことを特徴とする。又、その燃料噴射弁が前述に記載の燃料噴射弁よりなることが好ましい。

本発明によれば、燃料噴霧の濃い部分を点火プラグの方向に指向させることができ、より燃焼安定性の高い内燃機関の燃料噴射弁及び内燃機関を提供することができ、筒内噴射エンジンに対して最も適切な噴霧を得ることができる。

図１は、本発明に係る燃料噴射弁の一形態例の構造を示す断面図である。図１に示す燃料噴射弁は、通常時閉型の電磁式燃料噴射弁であり、コイル１１２に通電されていない状態においては、弁体（プランジャロッド）１１０と弁座１０４とが密着している。燃料は図示しない燃料ポンプによって圧力を付与された状態で燃料供給口より供給され、燃料通路１１５から弁体１１０と弁座１０４との密着位置まで燃料で満たされている。コイル１１２にコネクタ１１４から電圧が印加され通電すると、コア１１３とアンカー１０８を通る磁力が発生し、アンカー１０８とジョイントパイプ１０９によって接続されている弁体１１０が変位する。このとき、弁体１１０が変位することによって弁座１０４から離れると、燃料は噴射孔１０１より噴射される。ここで燃料は、旋回素子１０３に設けられた旋回溝を通って噴射孔１０１に至るが、旋回素子１０３の旋回溝を通る際に燃料は旋回力を与えられ、噴射孔１０１からは燃料が旋回しながら噴出するようになっている。このように、燃料に旋回力を生じる手段によって、噴射孔から燃料が旋回しながら流出するような噴射弁を、以下、旋回式燃料噴射弁と称する。なお、燃料に旋回力を付与する手段は、旋回素子である必要はなく、弁体に設けられた溝状の流路や、燃料が通過する流路が燃料に旋回を与えるように設けられていてもよい。

図２（ａ）は、図１に示した燃料噴射弁の弁座１０４及び噴射孔１０１の近傍を拡大した断面図である。図２（ａ）に示した燃料噴射弁は、端面２０４及び２０５が噴射孔１０１内で段差を有するようになっており、形成される噴霧２０３は噴射孔１０１が短くなる側の端面２０４側に強い貫徹力を持った噴霧となる。図２（ｂ）に示すように、噴霧２０３のＡ-Ａ断面（横断面図）は馬蹄形状を呈する。

馬蹄形状の噴霧は、一般的な旋回式噴射弁から噴射される噴霧形状である中空円錐噴霧２０１の一部に、噴霧の濃度が濃い噴霧の集中部２０２と噴霧の希薄な噴霧の希薄部２０６とを有する噴霧形状となっている。なお、図２（ｂ）の横断面図は燃料噴射弁の下流側から噴霧を眺めた図であり、また燃焼の旋回方向２０７は矢印の方向である。

図２（ｂ）の横断面図において示した馬蹄形状の噴霧形状は、大気圧の空気中に燃料を噴射した場合の噴霧形状を示している。噴霧の形状は、雰囲気の密度、圧力によって影響を受ける。例えば、燃料を圧力が上昇して密度が高くなっている雰囲気中に噴射すると、図２（ｂ）の横断面図に示した噴霧形状は、図３（ａ）に示すような形状になる。中空円錐噴霧２０１は、低圧となっている中空部分に流入する空気流動によって噴霧３０１の中心に向かって形状が収縮する。また、噴霧の集中部２０２は噴霧が集中しており、空気流動の影響を受けにくくなっているため、比較的形状が保たれる。

しかしながら、旋回式燃料噴射弁においては、燃料は旋回しながら流出するため、雰囲気気体の流動も同一方向に旋回する。このため、噴霧の集中部２０２も空気流動の影響を受けて、矢印で示した集中部の回転方向３０３に若干回転する。この回転方向３０３は、燃焼の旋回方向２０７と同一である。また、この回転の度合いは雰囲気気体の密度によって変化するため、雰囲気気体の圧力が変化すると、回転の度合いを示す回転量も変化するので、圧力及び密度が高いほど回転量は大きくなる。

このような噴霧を筒内直接噴射式の内燃機関に使用する場合、噴霧の集中部２０２を点火プラグの方向に指向させると、点火プラグ周辺の空燃比を安定して濃くすることが出来るため、着火性を向上でき、失火などを防ぎ、燃焼安定性を向上させることが出来る。特に成層燃焼を行う場合において、燃焼安定性を向上させる効果がある。
成層燃焼は、燃焼室内の混合気が濃い部分と薄い部分を有しており、点火プラグの近傍に可燃空燃比の濃い部分を形成することで、全体としては空燃比が大きい(すなわち燃料が希薄な)混合気での燃焼を行わせる方法である。

成層燃焼を行わせる場合には、燃料は圧縮行程に噴射するため、雰囲気気体の圧力が高い条件で噴射を行うこととなる。すなわち、点火プラグに向かうべき噴霧の集中部３０２が、大気圧下における噴霧の集中部２０２に対して燃焼の旋回方向に回転した状態で成層燃焼を行うこととなる。

このため、燃焼安定性を向上させるためには、前述したように噴霧の集中部が高い雰囲気圧力に対して回転することを考慮して燃料噴射弁を内燃機関に取り付けるものである。すなわち、高い雰囲気圧力によって生じる噴霧の集中部３０２を大気圧の雰囲気気体中に噴射した場合に生じる噴霧の集中部２０２の方向に対して、燃焼の旋回方向２０７に沿って噴霧集中部の回転方向３０３に沿った点火プラグの方向２０８に取り付ける。言い換えると、大気圧の雰囲気気体中に噴射した場合に生じる噴霧の集中部２０２が点火プラグ４０３の位置に向かうように燃料噴射弁を内燃機関に取り付けるのに対して、燃料を圧縮行程において噴射する雰囲気気体の圧力が高い条件で噴射を行う場合の燃料噴射弁自体を燃焼の旋回方向と反対の方向に回転した位置に取り付けるものである。

図２（ｃ）は図1に示した燃料噴射弁の噴射孔１０１を下から見た平面図である。図２（ｃ）においては、噴射孔中心軸に垂直な面と平行に形成されたステップ上面となる端面２０５と、ステップ底面となる端面２０４が形成され、端面２０５は端面２０４よりも燃料の流れる方向において下流側に設けられている。壁面２０９および壁面２１０は、噴射孔中心軸に略平行な壁面であり、噴射孔中心軸方向に対しては端面２０５と端面２０４を連ねるように設けられた段差面である。
また噴射孔中心軸に略平行で、燃焼の旋回方向に沿うように設けられた旋回拘束壁面が設けられている。旋回拘束壁面は、噴射孔内壁と略同心円の円弧上に設けられ、燃料の径方向への運動を拘束するように設けられている。旋回しながら流れる燃料は、旋回拘束壁面に沿って旋回しながら流出する。
旋回拘束壁面は、拘束壁面端部２１１及び２１２より噴射孔の径方向外側に向かって壁面２０９及び２１０に連なって設けられ、噴射された燃料の進行方向への運動を拘束する進行拘束壁面として作用する。

拘束壁面は、噴射孔の周方向の範囲のうちの一部分に設けられており、燃料の旋回に沿う拘束壁面としての機能を拘束壁面端部２１１と２１２の間で設けられている。拘束壁面端部のうち、拘束壁面端部２１１は、その位置を基準としてみたときに、端面２０５が燃焼の旋回方向２０７の下流側(旋回方向２０７の上流側が端面２０４)となる位置にある。また、拘束壁面端部２１２は端面２０５が旋回方向２０７の上流側(旋回方向２０７の下流側が端面２０４)となる位置にある。なお図２（ｃ）示した例では、拘束壁面は正面図において噴射孔内壁２１３と略一致するように設けられている。このため、拘束壁面は噴射内壁の一部とみなすことができる。

拘束壁面端部２１１は上流側拘束壁面端部であり、拘東壁面端部２１２は下流側拘束壁面端部である。噴射孔１０１の開口部がこのように形成された燃料噴射弁から噴射される噴霧の形状は、前述の図２（ｂ）のように偏った中空円錐形状の噴霧が得られると共に、噴霧濃度の濃い部分である噴霧の集中部２０２と噴霧濃度の薄い部分となる中空円錐噴霧２０１とが生じるように拘束壁面端部２１１と、拘束壁面端部２１２とから噴射孔１０１の外側に向かって形成された端面２０９と２１０の位置関係によって調整することができる。

図３（ｂ）は、噴霧濃度の濃い部分である噴霧の集中部の旋回力に対する回転量と筒内圧力との関係を示す線図である。回転量は回転方向３０３におけるその角度を示し、基準の旋回力Ｓ_０に対してそれより大きい旋回力Ｓ_１およびそれより小さい旋回力Ｓ_２に対してそれぞれ図３（ｃ）のような関係となる。筒内圧力が高い程、旋回力が大きい程、いずれも噴霧濃度の濃い部分である噴霧の集中部の回転量が大きくなる。従って、その回転量に従って燃料噴射弁の回転位置を設定することができる。

図４は、燃料噴射弁を筒内直接噴射式の内燃機関に取り付けた構造例を示す断面図（ａ）及び（ａ）のＤ-Ｄ断面図（ｂ）である。燃料噴射弁４０１は吸気弁４０４の側に取り付けられており、噴霧の集中部４０２が点火プラグ４０３の方向に向かうように取り付けられている。また、Ｄ-Ｄ断面図（ｂ）においては、内燃機関の断面図に、燃料の噴霧状態を図示したものである。Ｄ-Ｄ断面図（ｂ）は燃料噴射弁の側から眺めた図であり、図２（ｂ）の噴霧の横断面図とは眺めている方向は逆である。

ここで、噴霧の集中部４０２'は燃焼の旋回方向４０７と反対方向に回転した位置になるように燃料噴射弁４０１の取り付け位置を調整して取り付けられている。すなわち、高い雰囲気圧力中に噴射した場合は、大気圧下の噴霧の集中部が生じる位置２０８よりも燃焼の旋回方向４０７に対して反対方向の位置に点火プラグ４０３の方向に向かうように取り付けられる。

このような取り付けにより、実際の使用状態である高い雰囲気圧力中に燃料を噴射した場合には、噴霧の集中部４０２’は燃焼の旋回方向４０７方向に回転し、点火プラグ４０３の電極の方向を正しく向くようになる。実際の使用状態で、噴霧の集中部４０２’が点火プラグ４０３の電極の方向を正しく向くことで、電極の周りでの燃料の濃度が高くなり易く、着火性を向上させることができ、燃焼安定性を高めることができるようになる。

内燃機関の筒内圧力は、機関の回転数や負荷、ＥＧＲ（排気再循環）量、あるいは燃料の噴射時期といった運転条件によって変化するため、前述した噴霧の集中部の回転量も内燃機関のこれらの運転条件によって変化する。このため、燃料噴射弁の取り付け時の回転量は、運転条件の中で最も燃焼安定性を向上したい回転量に調整する。

一般的には、アイドリングなど、回転数が低くかつ燃料噴射量が小さい条件において、回転した燃料の集中部が点火プラグに向かうようにするとよい。回転数が低いときには、回転数が高いときと比較して、燃料噴射のタイミングが上死点に近づくため、筒内の圧力は高くなり易い。特に、ＥＧＲを行った場合には筒内の圧力は高くなる。また、負荷が小さいために燃料の噴射量は小さくなり、点火プラグ周辺の燃料の量も減少するため、燃焼安定性を確保しにくい条件である。

このような燃焼安定性を確保しにくい条件において、前述した噴霧の集中部の回転を考慮して燃料噴射弁を取り付ける。すなわち、アイドリングの条件（燃料噴射時期における筒内圧力、雰囲気気体の密度）において、噴霧の集中部が点火プラグに向かうように燃料噴射弁の取り付けの回転量を調整しておくことで、アイドリングにおける燃焼安定性を向上させることができる。

一般的な自動車用の筒内直接噴射式内燃機関において、アイドリング条件（例えば、５５０ｒｐｍ、空燃比４０、ＥＧＲ率６０％、燃料噴射時期４０°ＢＴＤＣ）における噴霧の集中部の回転量は、大気圧の雰囲気気体中に噴射した場合に対して燃焼の旋回方向の反対方向に５〜１５°ずらして設定するものである。したがって、燃料噴射弁は大気圧の雰囲気気体中に噴射したときの噴霧の集中部の方向を点火プラグに向かうように取り付けた場合と比べて、５〜１５°ずらした燃焼の旋回方向とは逆に回転させて取り付ける。

また、特にＥＧＲ量を増加させてアイドリングを行うような場合や、燃料の噴射時期を遅らせて運転するような場合には、筒内の圧力はこれよりも高くなるため、燃料噴射弁の取り付け回転量も大きくとる。

逆に、アイドリングよりも部分負荷域での燃焼安定性を向上させるためには、これよりも小さい燃料噴射弁の取り付け回転量とするとよい。なぜならば、部分負荷域では回転数がアイドリング時よりも高いため、クランク角で見た燃料の噴射時期がアイドリング時よりも早くなり、したがって筒内圧力が低い状態で燃料を噴射することになるため、噴霧の集中部の回転量も小さい状態で使用することになるためである。

このように、燃焼安定性を向上させたい使用条件における噴霧の集中部が点火プラグを指向するように燃料噴射弁の取り付け回転量を調整することで、その使用条件における燃焼安定性を向上させることができるが、より広い使用条件で燃焼安定性を向上させたい場合には、燃料噴射弁と内燃機関の取り付け回転量を変化させられるアクチュエータを取り付けると良い。アクチュエータによって、内燃機関の使用条件（回転数、負荷、ＥＧＲ率）に応じて燃料噴射弁の取り付け回転量を調整し、噴霧の集中部が点火プラグの方向に指向するようにすると良い。

上述のように燃焼安定性を高めることで、筒内直接噴射式の内燃機関の性能（例えば燃費、出力、排気）を向上できる。内燃機関の性能は、燃料の噴射時期や、点火時期によって変化することが知られているが、燃焼安定性を高めることで、安定して燃焼させることができる燃料の噴射時期及び点火時期の範囲を広げることができる。したがって、より燃費の良い、あるいは出力の高い、あるいは排気の少ない噴射時期や点火時期を選択できるようになる。このことによって、筒内直接噴射式の内燃機関の性能を向上させることができる。

また、本発明による燃料噴射弁の取り付け方法によれば、筒内直接噴射式の内燃機関を均質燃焼で運転する場合に、点火プラグのくすぶりを低減できる効果もある。均質運転などの吸気行程に燃料を噴射する運転条件においては、燃料を噴射するときの雰囲気圧力は低い状態である。このような条件においては、雰囲気圧力が高い圧縮行程噴射の場合と比較して、噴霧の集中部４０２’の貫徹力は強く、着火するまでの間に噴霧は噴射点から遠くまで到達する。このため、均質燃焼で運転する場合には燃料が点火プラグに衝突しやすくなり、点火プラグに液体の燃料が付着し、点火プラグの電極間の抵抗値が低下したり、火花が飛ばなくなるくすぶりが発生し易くなる。本発明による燃料噴射弁の取り付け方法によれば、均質燃焼で運転する場合のように、吸気行程で噴射する条件において、噴霧の集中部４０２’は点火プラグ４０３を避けるように取り付けることになるため、点火プラグ４０３に付着する燃料の量を抑制し、点火プラグのくすぶりの発生を抑制することができる。

本発明の効果は、図２に示したような端面２０４及び２０５が噴射孔１０１内で段差を有するように形成された燃料噴射弁を用いた場合に限られない。噴射される噴霧の濃度に濃淡を有する燃料噴射弁であれば、本発明の効果を得ることができる。

図５は噴射孔５０３の開口部が斜面によって形成された燃料噴射弁の断面図である。図５に示す燃料噴射弁は燃料が旋回しながら流出する旋回式燃料噴射弁である。図５に示した燃料噴射弁は、噴射孔５０３の開口部が斜面によって形成された燃料噴射弁であり、噴霧形状は図５中のＢ-Ｂ断面（横断面図）のようになる。噴射孔５０３の開口部が斜面によって形成されており、噴射される噴霧の横断面中には、中空円錐状の噴霧５０１と、それよりも噴霧の濃度が濃い三日月型の噴霧の集中部５０２が形成される。図５のような燃料噴射弁を、筒内直接噴射式の内燃機関に用いた場合にも、燃焼安定性を向上させるためには、噴霧の集中部５０２が点火プラグの方向に向いていることが望ましい。

図６は噴射孔６０１が燃料噴射弁の軸に対して傾斜して設けられた場合の例を示す燃料噴射弁の断面図である。図６に示す燃料噴射弁は燃料が旋回しながら流出する旋回式燃料噴射弁である。図６のような傾斜した噴射孔６０１を有する場合、旋回室６０５と噴射孔６０１の接続部６０４の位置で燃料は旋回力に不均一を生じ、噴射孔６０１より噴射されるこのため、形成される噴霧は図６（ａ）のＣ-Ｃ断面図（横断面図）（ｂ）のように中空円錐状の噴霧６０３よりも濃い三日月型の噴霧の集中部６０２を生じる。図６（ｂ）では、集中部６０２は噴射孔６０１の傾斜方向に形成されるように図示されているが、この位置は調整可能である。噴霧の集中部６０２の位置は、燃料の旋回力、噴射孔６０１の長さ、噴射孔６０１と旋回室６０５との位置関係などによって、中空円錐噴霧６０３内における位置を変化させることができる。図６のような燃料噴射弁を、筒内直接噴射式の内燃機関に用いた場合にも、燃焼安定性を向上させるためには、噴霧の集中部６０２が点火プラグの方向に向いていることが望ましい。

図５及び６のように、三日月型の噴霧の集中部を形成できる旋回式燃料噴射弁においても、図２で示した燃料噴射弁と同様に、雰囲気気体の圧力や密度によって噴霧の集中部の位置が回転する。
図５及び図６に示したような燃料噴射弁によれば、噴霧の集中部が比較的広く出来るので、噴霧の集中部が加圧された雰囲気中で回転するという現象に対して鈍感にすることができる。しかしながら、図５及び図６において示したような噴霧であっても、噴霧の集中部が加圧雰囲気中で旋回方向に回転するという現象が起こるため、大気圧下の噴霧の集中部を点火プラグに向けた場合、燃焼安定性は必ずしも最良とはならない。

そこで、本発明のように内燃機関との取り付けの回転量を調整することによって燃焼安定性を向上させることができる。

上述のような燃料噴射弁の内燃機関への取り付けを行うためには、燃料噴射弁の取り付けにおいて、回転方向を設定する設定手段を設けることが望ましい。

図７は燃料噴射弁と内燃機関の取り付け部に互いに回転位置を示した燃料噴射弁の内燃機関への取り付け位置を示す上面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。図７は燃料噴射弁の外側に回転位置を示す印７０１を設け、内燃機関の取り付け部にも同様の印を設けておき、取り付け時にこれらの印を互いに合わせることによって正確な取り付けができるようにする。印７０１は、燃料噴射弁を内燃機関へ取り付けた時に、大気圧の雰囲気中における噴霧の集中部が点火プラグへ指向する方向よりも、燃料噴射弁が燃焼の旋回方向と逆方向に回転して取り付けられるように設けられていればよい。

図８は、回転方向を規定する手段を燃料噴射弁の内燃機関への取り付け状況を示す上面図である。図８に示すように、燃料噴射弁８０１の外側にピン８０３を設けたものである。図８では、コネクタとともに形成される樹脂モールド部８０２にピン８０３が設けられている。内燃機関のシリンダヘッドの燃料噴射弁取り付け部８０４には、ピン８０３のピン受け部８０５が設けられており、燃料噴射弁８０１を内燃機関に取り付ける際には、ピン８０３とピン受け部８０５とが接触するように取り付けることで、燃料噴射弁８０１の回転方向の取り付けを設定通りに設定することができる。ピン受け部８０５は、内燃機関の燃料噴射弁取り付け部に、突起として設ける他に、平面や、凹部として設けてもよい。

このとき、燃料噴射弁８０１の取り付けの回転量は、ピン８０３の突出の長さによって調整すると良い。ピン８０３は、燃料噴射弁の製造工程において、例えば長いものと短いものを複数種類用意しておき、燃料噴射弁から噴射される噴霧の集中部の回転方向での位置の測定値に基づいて、樹脂モールド部８０２に設けられた穴に選択嵌合すると良い。あるいは、ピン８０３を燃料噴射弁から噴射される噴霧の集中部の回転方向での位置の測定値に基づいて削り落としても良い。また、このようにピン８０３を削り落として用いる場合には、ピン８０３は樹脂モールド部８０２と一体成型されていていると、部品点数を減らすことができ、製造コストを抑えることができる。

このピン８０３の突出の長さは、燃料噴射弁８０１を内燃機関へ取り付けた時に、大気圧の雰囲気中における噴霧の集中部８０６が点火プラグへ指向する方向よりも、燃料噴射弁が燃焼の旋回方向８０７と逆方向に回転して取り付けられるように設けられていればよい。図８において、点火プラグは点火プラグの方向８０８の線上にある。

なお、燃料噴射弁の製造ばらつきによって、噴霧の集中部が生じる回転方向の位置がばらつく場合があるが、図８に示す構造によって内燃機関との取り付けを規定する場合、燃料噴射弁の製造過程で大気圧の雰囲気中に噴射した場合に対して噴霧の集中部８０６の位置を測定しておき、この測定値に応じてピン８０３の長さを調整することで、噴霧の集中部が点火プラグの方向に正しく指向するようになり、製造ばらつきによる燃焼安定性のばらつきを抑制することができる。

図９は、燃料噴射弁の外側にピンを設けた他の例を示す燃料噴射弁の内燃機関への取り付け状況を示す上面図である。図９では、燃料噴射弁９０１の円筒状の外形部分に、円筒の外側にピン９０３を設けた例である。このようなピン９０３を設けた場合には、燃料噴射弁９０１の円筒状の外形部分におけるピン９０３の位置を調整する。製造過程においては、燃料噴射弁９０１から噴射される噴霧の集中部の回転方向での位置の測定値に基づいて、ピン９０３を設ける位置を決定し、燃料噴射弁９０１の外側に穴を設けておき、ピン９０３を嵌合する。このとき、内燃機関の燃料噴射弁取り付け部９０４には、図９に示すようにピンの受け部である窪み９０５を設けておく。燃料噴射弁が取り付けられた際には、窪み９０５にピン９０３が合致するように取り付けることで、燃料噴射弁を内燃機関へ取り付けた時に、大気圧の雰囲気中における噴霧の集中部９０６が点火プラグへ指向する方向よりも、燃料噴射弁が燃焼の旋回方向９０７と逆方向に回転して取り付けられるように設けられていればよい。図９において、点火プラグは点火プラグの方向９０８線上にある。

以上のように、本実施例によれば、内燃機関の使用状態において正しく噴霧の集中部位を点火プラグの方向に指向できることにより、燃焼安定性が高い筒内直接噴射式の内燃機関を提供できる。

本発明に係る燃料噴射弁の断面図である。本発明に係る燃料噴射弁の噴射孔近傍を拡大した断面図（ａ）、その燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の状態を示す断面図（ｂ）及び燃料噴射弁を下から見た平面図（ｃ）である。図２で示した燃料噴射弁において大気圧よりも高い雰囲気圧力中に燃料を噴射した場合の噴霧状態を示す断面図である。本発明に係る燃料噴射弁を内燃機関に搭載した断面図（ａ）及び燃料の噴霧の状態を示す断面図（ｂ）である。本発明に係る燃料噴射弁の噴射孔近傍を拡大した断面図（ａ）及びその燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の状態を示す断面図（ｂ）である。本発明に係る燃料噴射弁の噴射孔近傍を拡大した断面図（ａ）及びその燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧の状態を示す断面図（ｂ）である。燃料噴射弁の回転方向位置決め用の印を設けた燃料噴射弁の上面図及び正面図である。燃料噴射弁の外側に回転方向位置決め用のピンを設けた燃料噴射弁の内燃機関への取り付け状況を示す上面図である。燃料噴射弁の外側に回転方向位置決め用のピンを設けた燃料噴射弁の内燃機関への取り付け状況を示す上面図である。

符号の説明

１０１、５０３、６０１…噴射孔、１０２…オリフィスプレート、１０３…旋回素子、１０４…弁座、１０５…ノズル部、１０６…プランジャロッドガイド、１０７…ノズルハウジング、１０８…アンカー、１０９…ジョイントパイプ、１１０…プランジャロッド、１１１…ヨーク、１１２…コイル、１１３…コア、１１４、８０２、９０２…コネクタ、１１５…燃料通路、１１６…樹脂モールド、２０１…中空円錐噴霧、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、８０６，９０６…噴霧の集中部、２０３、３０１、５０１、６０３…噴霧、２０４、２０５…端面、２０６…噴霧の希薄部、２０７、４０７，５０７，６０７、８０７、９０７…燃焼の旋回方向、２０８、８０８、９０８…点火プラグの方向、２０９，２１０…壁面、２１１，２１２…拘束壁面端部、２１３…噴射孔内壁、３０３…回転方向、４０１、８０１、９０１…燃料噴射弁、４０３…点火プラグ、４０４…吸気弁、４０５…排気弁、６０４…接続部、６０５…旋回室、７０１…印、８０２、９０２…コネクタ、８０３、９０３…ピン、８０４、９０４…内燃機関の燃料噴射弁取り付け部、８０５…ピンの受け部、９０５…窪み。

Claims

燃料を噴射する噴射孔を有するノズル部と、前記燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段とを有し、大気圧で噴霧濃度が濃い部分と薄い部分が生じるように前記噴射孔より前記燃料が噴射される内燃機関の燃料噴射弁において、該燃料噴射弁は前記内燃機関への取り付けの前記ノズル部の軸に対する回転方向の位置を示す位置決め手段を有し、該位置決め手段は前記大気圧における噴霧濃度の濃い部分の噴射方向の位置を示すものであり、該位置を前記旋回方向と反対方向に回転した位置に設定することで、前記大気圧より高い圧力での前記噴霧濃度の濃い部分を点火プラグの方向に向かうようにしたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
燃料を噴射する噴射孔を有するノズル部と、前記燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段とを有し、大気圧で噴霧濃度が濃い部分と薄い部分が生じるように前記噴射孔より前記燃料が噴射される燃料噴射弁を搭載した内燃機関において、前記燃料噴射弁と前記内燃機関とに互いの取り付け位置を示す位置決め手段を有し、前記燃料噴射弁の位置決め手段は、前記大気圧における前記噴霧濃度の濃い部分の噴射方向の位置を示すものであり、前記内燃機関の位置決め手段は、前記点火プラグの位置を示すものであり、前記燃料噴射弁の前記大気圧における前記噴霧濃度の濃い部分の噴射方向の位置を前記旋回方向と反対方向に回転した位置に設定することで、前記大気圧より高い圧力での前記噴霧濃度の濃い部分を前記点火プラグの方向に向かうようにしたことを特徴とする内燃機関。