JP4332437B2 - 燃料噴射弁および燃料噴射方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に係り、微粒化に優れた燃料噴霧を形成する技術に関するものである。

一般に、自動車用エンジン等に用いられる燃料噴射弁は、軸方向に燃料通路が設けられた筒状の噴射孔部と、該噴射孔部の先端部内周側に設けられた噴射孔あるいはオリフィスを囲んで内周側に弁座が設けられた弁座部材と、前記噴射孔部の燃料通路内に挿通して設けられた基端側が吸着部となり先端側が弁部となった弁体と、前記噴射孔部の基端側に設けられて通電することによって該弁体の吸着部を吸引し該弁体を開弁する電磁アクチュエータとから構成されている。
燃料噴射弁では燃料消費量の低減、燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量の低減、エンジンの安定した運転性能等の観点から燃料の微粒化が重要な要素の１つである。

このような内燃機関の燃料噴射弁の例として、噴射孔部の先端部に位置して弁座部材を覆うプレート部材が設けられ、その中央側には、弁座部材のオリフィスから流出する燃料を微粒化して噴射する複数の噴射孔が形成されているものがある（特許文献１参照）。そして、弁体の開弁時には、噴射孔部内に供給される燃料が各噴射孔からエンジンの吸気ポート等に向けて噴射される。この場合、２個以上の噴射孔からの噴射流を前方で互いに衝突させる孔組を複数設けることにより、噴霧粒径を小さくするなどの制御を行っている。特に、このケースでは衝突する噴射流の直進性を重んじており、その噴射流の速度や相対角度を大きくすることにより粒径を小さくするが、その反面、噴霧の飛散が生じてしまい、噴霧飛散を抑制しなければならないという問題がある。

噴霧の飛散を防止するために、複数の噴射孔のうち少なくとも二つの噴射孔は、孔軸延長線が噴射孔から衝突長さだけ離間した所定の位置で交差衝突するような狭角をもって配置し、噴射燃料が液柱状から粒子状に分裂し始めるブレーク位置と噴射孔との間の長さであるブレーク長さを前記衝突長さより小さくしているものがある（特許文献２参照）。このものでは、ブレーク位置から衝突位置までの距離が大きいことから燃料の粒子化がより促進され、燃料の粒子化が促進されるほど燃料の粒子径は小さくなる。また、燃料の粒子化が進むほど衝突後の燃料の拡散角度は小さくなる。

特開２００３−２８０２４号公報 特開２００３−７４４４０号公報

上記従来技術のように、燃料流（液柱）のブレーク長さを噴射孔に近接させ、衝突位置までの距離を相対的に大きくするためには、噴孔径や板厚を小さくする（噴射圧力を一定とした場合）。しかしながら所望の燃料噴射量を確保するためには、孔径を小さくすると孔数を増やすことになる。弁座部の下流に設けられるプレート部材の限られた寸法内では、孔数を増やすと隣接する孔同士が接近することになり、隣接する噴霧同士が重なり合って粒子の再結合が生じる。粒子の再結合が生じると粒径が増大してしまうことになり、結果として微粒化の進行を妨げることになる。このような制約は、様々な流量条件が要求される燃料噴射弁を設計する上で好ましくない。

また一方、筆者らの実験解析から次のようなことが判明している。燃料噴霧の噴射方向は、内燃機関の吸気弁上に指向されると良く、しかもその皿部上に適度に分散させると良い燃焼結果が得られている。より好ましい方法は、吸気弁中心位置よりも内側方向に燃料噴霧濃度を濃くする（燃料噴霧中の大きい粒子群が向かっても良い）ことが、機関の点火を確実に行わせしめ燃焼を安定化させる。これによって効果的な燃料消費量の低減や燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量の低減が可能となる。

本発明は、このような背景を踏まえて課題解決がなされるもので、その目的は、燃料噴射弁の噴射流量を十分に確保しつつ微粒化性能に優れた噴霧を形成すると共に、微粒化噴霧の飛散防止あるいは再結合防止が可能な噴霧構造体で有する燃料噴射弁およびそれを搭載した内燃機関を提供することにある。

本発明は、板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動装置を備えた燃料噴射弁において、前記プレート部材は、対をなし、それぞれの孔軸延長線が噴射孔下流で交差衝突する噴射孔と、該噴射孔に近接配置され、非交差衝突の孔軸延長線を有する噴射孔とを備える燃料噴射弁を提供する。
非交差衝突の孔軸延長線は、単一の噴射孔によって形成され単一孔軸延長線とすることができる。

また、本発明は、板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動装置を備えた燃料噴射弁において、前記プレート部材は、対をなし、それぞれの孔軸延長線が噴射孔下流で広角で交差衝突する噴射孔と、該噴射孔に近接配置され、対をなし、前記広角よりも狭い狭角で交差衝突する孔軸延長線を有する噴射孔とを備える燃料噴射弁を提供する。

また、本発明は、他の観点からすると、板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動装置を備えた燃料噴射弁において、前記プレート部材は、対をなし、それぞれが噴射孔下流で広角で交差衝突する噴射を形成する噴射孔と、該噴射孔に近接配置され、単一もしくは対をなし、前記広角よりも狭い狭角で交差衝突する噴射（単一の場合には非交差衝突である単一の噴射）を形成する噴射孔とを備える燃料噴射弁を提供する。

上述した燃料噴射弁において、孔軸延長線が交差衝突することについては、数学的にみて厳密な交差を意味するものではなく、実質的にというように解釈されるべきである。何となれば、孔軸延長線方向に噴霧が衝突すれば足りるからである。そして、本発明にあっては、広角で噴射し、交差衝突させる噴射孔と、交差衝突によって生じた飛散した噴霧を貫通力の強い噴射を行う噴射孔を組み合わせることに特徴を有し、この貫通力の強い噴射は単一の噴射孔によっても、対をなす噴射孔によっても形成し得る。従って、双方の噴射孔を近接配置することを要するが、近接配置によって双方の噴射を組み合わせ得るということになる。
尚、ここで単一の噴射孔とは広角で噴射する対にある噴射孔に対するものとして使用して、対構成が増えれば他の組には当然に他の単一の噴射孔が存在することになる。

以上述べたように、本発明の燃料噴射弁においては、噴射孔下流において互いに衝突する微粒化された広角噴霧内に貫通力の強いリード噴霧を存在させることにより、このリード噴霧により生成される誘引渦により噴霧の飛散を抑制でき、微粒化の良い２つの噴霧構造体を形成することができる。また、このような噴霧構造体を形成するノズル孔集合体は微粒化性能を損なうことなく大きな流量を確保でき、その性能や設計自由度を高めることができる。

さらに、本発明の燃料噴射弁を搭載した内燃機関にあっては、内部に在る貫通力の強いリード噴霧が吸気弁ステム内側に指向され、回りの微粒化の良い噴霧が吸気弁皿部内に収まるように指向されるので、吸気通路やシリンダ内壁面への燃料付着が避けられ燃焼性能が著しく向上し、未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出を大幅に低減できる。

本実施例は、板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、前記燃料通路内にある前記プレート部材には噴射孔下流で互いに衝突する対をなす広角配置の噴射孔と、所望方向に噴射され、対をなす噴射孔の孔軸とは非衝突の孔軸を有し、狭角とされた噴射孔と、を少なくとも１組以上設けたことを特徴とする。非衝突の噴射孔は単一の孔とすることができる。あるいは、また前記燃料通路内にある前記プレート部材には噴射孔下流で互いに衝突する衝突角が大きい対の孔と、噴射孔下流で互いに衝突する衝突角が小さい対の孔と、を少なくとも１組以上設けたことにある。

これにより、噴射孔下流で衝突する対の噴射孔により得られる微粒化された広角の噴霧を、貫通力の強い狭角噴霧（非衝突の孔もしくは衝突角の小さい対の穴より得られるリード噴霧）により牽引して噴霧の飛散のない噴霧構造体を形成できる。

さらに上記課題を解決するために本実施例は、板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、前記燃料通路内にある前記プレート部材には噴射孔下流で互いに衝突する衝突角が大きい対の噴射孔と、噴射孔下流で互いに衝突する衝突角が小さい対の噴射孔と、を少なくとも１組以上設け、これらの孔組は、２つの異なる方向に噴射される噴霧構造体を形成するように、２組の孔組集合体としたことにある。

これにより、微粒化の良い噴霧を２方向に生じさせることができる。また、このようなノズル孔組集合体により、噴射量が大きくなっても互いに重なり合うことがないように噴射方向を定めることができる。

従って、板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動装置を備えた燃料噴射弁において、前記プレート部材は、対をなし、それぞれが噴射孔下流で広角で交差衝突する噴射を形成する噴射孔であって、該噴射孔が対称に配置されて対をなす２つの噴射孔群と、該２つの噴射孔群の間にあって、単一もしくは対をなし、前記広角よりも狭い狭角で交差衝突する噴射（単一の場合には非交差衝突である単一の噴射）を形成する噴射孔とを備える燃料噴射弁が構成される。
そして、前記プレート部材は、２組の２つの噴射孔群と、これらの噴射孔群の間に設けられる２組の２つの噴射孔を備える。

さらに上記課題を解決するために本実施例は、複数個の吸気ポートを開閉する吸気弁装置と、該吸気弁装置の上流側に配置され、エンジン制御装置からの制御信号に基づいて駆動される燃料噴射弁とを備え、前記吸気弁装置により制御される吸入空気と前記燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧とを、共に燃焼室内に送り込む構成の燃料噴射装置およびこれを搭載した内燃機関において、前記燃料噴射弁は、微粒化された広角の噴霧内に貫通力の強い狭角の噴霧を形成するものであり、該広角の噴霧は吸気弁装置の皿部内に収まるように、そして内部にある貫通力の強い狭角の噴霧は吸気弁装置のステム中心より内側に、それぞれ向かうように噴射するようにしたことにある。

これにより、吸気管内壁面等への燃料付着が防止されると共に、吸気弁中心位置よりも内側方向に噴射した狭角の噴霧（燃料噴霧濃度を濃い）によって、機関の点火を確実に行わせしめることができ、以って燃焼を安定化させ、効果的な燃料消費量の低減や燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量の低減が可能となる。

以下、この発明の実施例１の形態について図１〜図５を参照しながら説明する。図１は本発明の燃料噴射弁の構造を示す縦断面図、図２は本発明の第１の実施例の噴射孔部を示す部分拡大断面図、図３はプレート部材（ノズルプレート部材）１１の中央部を拡大して示す要部拡大図、図４はプレート部材１１の各孔組より噴射される噴霧の流動を判り易く説明するための模式図、図５は図４をＮ方向より視たもので、左右の孔組より噴射される２方向の噴霧構造体を示す噴射弁の部分拡大断面図である。

図１は、本発明の燃料噴射弁の一例として、通常時閉型の電磁式燃料噴射弁を示す。（但し、本発明の適用は電磁式燃料噴射弁に限定されるものではない。）
燃料噴射弁１は、電磁コイル９を取り囲む磁性体のヨーク６と、電磁コイル９の中心に位置し一端がヨーク６と接触したコア７と、前記電磁コイル９が励磁されると所定量リフトする弁体３と、この弁体３に対接するシート面１０と、弁体３とシート面１０の隙間を通って流れる燃料を噴射する燃料噴射室２、および燃料噴射室２の下に後述するように複数の噴射孔（ノズル孔）２０、２１、２２、２４、２５、２６（後述）を有するプレート部材１１を備えている。また、コア７の中心には、弁体３をシート面１０に押圧する弾性部材としてのスプリング８が備えてある。コイル９に通電されていない状態においては、弁体３とシート面１０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、弁体３とシート面１０の密着位置まで燃料噴射弁の燃料噴射室２は燃料で満たされている。コイル９に通電され、磁力によって弁体３が変位して噴射孔部４に設けたシート面１０から離れると、燃料は燃料噴射室２で軸中心付近に集約されたのち、プレート部材１１に沿って流れて、複数の噴射孔２０、２１、２２、２４、２５、２６より噴射された噴霧構造体２３ａ、２７ａ（図５参照）がエンジンの吸気ポート等に向けて噴射される構造になっている。

図２は本発明の実施例１に係る噴射孔部を示す部分拡大断面図である。図３はプレート部材１１の中央部を拡大して示す要部拡大図である。これらの図において、プレート部材１１には複数の噴射孔２０、２１、２２、２４、２５、２６が設けてある。図３に示すように燃料通路内にあるプレート部材１１には、中央点Ｏを中心としてＸ軸、Ｙ軸方向にＸ軸、Ｙ軸が想定してあり、噴射孔下流において衝突する対の噴射孔２０Ａ、２０Ｂと所望の方向に向かう（図１２参照）単一の噴射孔２１（非衝突）を設置してある。そしてこの実施形態の場合、噴射孔組２０は、図の左向きに対をなし、傾斜した２個の噴射孔２０Ａ、２０Ｂより構成されており、噴射孔２０Ａ、２０Ｂは直線Ｐ−Ｐ線を挟んで対称に形成されている。また、噴射孔２２Ａ、２２Ｂは、Ｘ軸を挟んで噴射孔２０Ａ、２０Ｂに対して対称の位置に形成されており、２個の噴射孔２２Ａ、２２Ｂは同じように直線Ｑ−Ｑ線を挟んで対称に形成され、図の左向きに傾斜するように構成されている。さらに、噴射孔２１はＸ軸上に形成され、図の左向きに傾斜した孔であり、噴射孔２０、２２よりも中央点Ｏ点に近く配設してある。この場合、噴射孔２１は、単一の孔で形成されている。噴射孔２０Ａ、２０Ｂおよび２２Ａ、２２Ｂとはそれぞれの孔軸延長線が噴射孔下流で広角で交差衝突する角度とされ、他の噴射孔２１は前述の孔軸延長線側と同様方向に傾斜して噴霧を行う角度とされる。噴射孔２１からの噴射は、噴射孔組２０、２２のような衝突型の噴霧に比して微粒化度が低く、逆に貫通力の強い噴霧となる。２３は３組の噴射孔組２０Ａ、２０Ｂ、２１、および２２Ａ、２２Ｂにより構成された一方の噴射孔組集合体で、Ｙ軸よりも左側に配置されている。

一方、２４、２５、２６は左側の噴射孔組２０、２１、２２に対してＹ軸を挟んで対称に形成された３組の噴射孔組で、中央の噴射孔２５はＸ軸上に配置した単一の孔で右向きに傾斜しており、上側の噴射孔組２４は２つの噴射孔２４Ａ、２４Ｂにより構成されると共に、下側の噴射孔組２６は２つの噴射孔２６Ａ、２６Ｂによって構成され、それぞれ噴射孔下流において衝突するように形成されている。２７は３組の噴射孔組２４、２５、２６により構成された他方の噴射孔組集合体で、Ｙ軸よりも右側に配置されている。

プレート部材１１は、このプレート部材１１の外側に配置される噴射孔２０Ａ、２０Ｂおよび２２Ａ、２２Ｂと、このプレート部材１１の内側であって前述の噴射孔２０Ａ、２０Ｂおよび２２Ａ、２２Ｂに近接配置され、非交差衝突の孔軸延長線を有する噴射孔２１を備える。尚、噴射孔２１はＸ軸でなくても、図１２に示すようにバルブステムの内側に向けられれば任意の位置でよい。

プレート部材１１は、対称に配置されて対をなし、それぞれの孔軸延長線が噴射孔下流で広角で交差衝突する噴射孔組２０Ａ、２０Ｂおよび２２Ａ、２２Ｂであって、これらの噴射孔組２０Ａ、２０Ｂおよび２２Ａ、２２Ｂが対称に配置されて対をなす２つの噴射孔組２０、２２と、孔軸が前記孔軸延長線側と同様方向に傾斜して噴霧を行い、かつ２つの噴射孔組２０、２２の間であって、対の噴射孔組２０Ａ、２０Ｂおよび２２Ａ、２２Ｂよりはプレート部材１１の中央点Ｏ点近くに設けられた噴射孔２１とを備える。

さらに、プレート部材は、上述の組に加えて他の組の２つの噴射孔組２４Ａ、２４Ｂおよび２６Ａ、２６Ｂとプレート部材１１の中央点Ｏ点近くに設けられた噴射孔２５を備える。

次に、これらの噴射孔組集合体２３、２７によって生成される噴霧形態を、図４および図５を用いて説明する。図４は噴孔直下の噴霧形態を模式的に示したもので、噴射孔組２０Ａ、２０Ｂにて生成される広角の噴霧は、衝突効果によって比較的広がりのある微粒化の良い噴霧２３Ａとなる。これらの噴霧によって図５に示す噴霧が形成される。また、噴射孔組２２にて生成される噴霧も、同じように微粒化の良い広角の噴霧２３Ｂとなる。一方、噴射孔組２１にて生成される噴霧は、単一の孔で形成されているので広がりが小さく貫通力の強い噴霧２３Ｃとなる。噴射孔２１の孔径は噴射孔組２０の孔径よりわずかに大きい。この貫通力の強い噴霧２３Ｃはその両側に誘引渦２３Ｄを生成し、生成した誘引渦２３Ｄ、２３Ｅは噴霧２３Ｃ周囲の微粒化された噴霧を牽引してその飛散を防止する。このような牽引作用をなす噴霧２３Ｃを、以下、リード噴霧と称す。そして流下するに従い、互いの噴霧２３Ｂ、２３Ｃは合わさって１つの噴霧構造体２３ａを形成する。この場合に、外側に噴霧２３Ｂが、そして内側に噴霧２３Ｃが形成される。この１つの噴霧構造体２３ａは、図５に示すように、左方向の所望位置に向かって噴射される。

Ｙ軸を挟んで形成されるもう１つの噴霧構造体２７ａは、前記と同一の作用効果により、噴射孔組２４および噴射孔組２６に対応する微粒化の良い噴霧２７Ａと噴霧２７Ｂと、その中心部に生成される広がりが小さく貫通力の強いリード噴霧２７Ｃとよりなる。同じように誘引渦２７Ｄ、２７Ｅにより微粒化された噴霧が牽引され、もう１つの噴霧構造体２７ａを形成し、図５に示すように、右方向の所望位置に向かって噴射される。すなわち、図１２に示すように、リード噴霧２３Ｃ、２７Ｃはバルブステムより内側に、微粒化噴霧２３Ｂ、２７Ｂは吸気弁皿上に向かって噴射させる。以下の例においても同じである。

これにより、２つの噴霧構造体２３ａ、２７ａを有する２方向噴霧が形成される。この噴霧構造体２３ａ、２７ａの特徴は、微粒化された広角な噴霧内に貫通力の強い狭角のリード噴霧が存在することであり、微粒化噴霧の飛散を防止することと、噴霧の噴射方向をリード噴霧が決定することである。

後述するが、このような噴霧構造体を２つの吸気弁を有する内燃機関に装着すると、広がりを抑制された微粒化の良い噴霧は吸気管の内壁面への付着が防止され、吸気弁上に向かって的確に噴射されるので、質の良い混合気が機関に供給でき、その着火性を向上せしめて安定した燃焼状態を確保できることになる。

図６に、本発明に係る第２の実施例の噴射プレート部材の中央部を拡大して示す要部拡大図を示す。以下、実施形態の説明は実施例１と相異する箇所について行い、その他の符号を付していない箇所は同様の作用効果を有しているものとする。この実施例においては、新たな噴射孔組３１と小径化した単一の噴射孔組３０とを形成したもので、噴射孔組３１は単一の孔組３０とＹ軸との間に位置し噴射孔組２０、２２と同一の作用をなす。本実施形態は、噴射弁の流量低下がなくリード噴霧の微粒化性能を向上させようとするものである。

噴射孔組３１はＸ軸を挟んで対称に形成され、噴射孔下流において衝突する２つの噴射孔３１Ａ、３１Ｂを有し、図の左向きに傾斜するように構成されている。またＸ軸上には、この噴射孔組３１の左側に同じく左向きに傾斜するように単一の噴射孔３０が形成されている。この噴射孔３１の設置によって、流量低下がなく単一の噴射孔３０の孔径を小さくできる。孔径を小さく（孔長と孔径の比を小さく）すると微粒化性能が改善される。

また一方、Ｙ軸を挟んで右側には、２つの噴射孔３３Ａ、３３Ｂを有する噴射孔組３３と単一の噴射孔３２とが右向きに傾斜するように構成されており、同じように、単一の噴射孔３２は、小径化されており微粒化性能が改善される。

図７に、本発明に係る第３の実施例の噴射プレート部材１１の中央部を拡大して示す要部拡大図を示す。同じように、実施例１と相異する箇所について符号を付し、その作用効果について説明する。本実施形態においては、衝突作用により微粒化された噴霧とこの噴霧を所望の方向に牽引するリード噴霧とを１つの組として３つ設けることにより１つの噴霧構造体を形成し、噴射弁の流量低下がなく微粒化性能を改善するというものである。特に、微粒化された噴霧とリード噴霧が対となっているので噴霧の飛散抑制効果が大きいというのが特徴である。

噴射孔組４４はＸ軸を挟んで対称に位置する２つの噴射孔４４Ａ、４４Ｂを有し、これらの噴射孔４４Ａ、４４Ｂとこの噴射孔組４４の左側近傍にあるリード噴霧を生成する単一の孔４３とが１つの組となっている。この上側において、噴射孔組２０を牽引するためのリード噴霧を生成する単一の孔組４２が設けてあって１つの組となっている。また、下側において、噴射孔組２２を牽引するためのリード噴霧を生成する単一の噴射孔組４３が設けてあって１つの組となっている。そしてこの３つの組は、Ｙ軸に対して左向きに傾斜するように構成されており、１つの噴霧構造体を形成する。Ｙ軸を挟んで右側には、Ｘ軸を挟んで対称に位置する２つの噴射孔４８Ａ、４８Ｂを有する噴射孔組４８とペアになる単一の噴射孔組４５が形成され、上側には噴射孔組２４とペアになる単一の噴射孔組４６、そして下側には噴射孔組２６とペアになる単一の噴射孔組４７が形成され、それぞれ３つの組は、Ｙ軸に対して右向きに傾斜するように構成されており、１つの噴霧構造体を形成している。噴射孔４２と噴射孔４１の孔軸延長線はバルブステムより内側に向く。

図８に、本発明に係る第４の実施例の噴射プレート部材１１の中央部を拡大して示す要部拡大図を示す。同じように、実施例１と相異する箇所について符号を付し、その作用効果について説明する。本実施形態においては、リード噴霧の生成を単一のノズル孔ではなく衝突する噴霧を形成する２つのノズル孔組で形成するというもので、微粒化性能が前者に比べて優れ、かつ貫通力の強い噴霧の形成を維持するという特徴を有している。この例の場合には、リード噴霧が狭角で交差衝突した２つの噴霧によって形成される。

噴射孔組５０は、Ｘ軸を挟んで対称に位置し互いに衝突する２つの噴射孔５０Ａ、５０Ｂを有する。この場合、噴射燃料の衝突は噴射孔下流の遠い位置（衝突角が小さい）で起こるようになっている。この噴射孔組５０の上側には噴射孔組２０が位置し、下側には噴射孔組２２が位置し、これらの３つの孔組によって１つの噴射孔組集合体５１が構成されている。得られる噴霧形態を図９に模式的に示すが、噴射孔組５０によって生成されるリード噴霧５１Ｃは、微粒化噴霧５１Ａ、５１Ｂに比べて噴霧の広がりが小さい。そのため、衝突力も小さい。この構成によって、微粒子化性能に優れ、かつ貫通力の強い噴霧を形成することができる。また、リード噴霧５１Ｃによってこの微粒化噴霧５１Ａ、５１Ｂを牽引するための誘引渦５１Ｄ、５１Ｅが生成される。これらの噴霧は流下するに従い、１つに合わさって左向きの噴霧構造体５１ａを形成する。噴射孔組２０および噴射孔組５０の角度を例示すれば前者を４７°と、後者を４０°とすることができる。実用的には、後者の角度は４０°から０°の範囲、望ましくは２４°から０°の範囲とすることができる。

図８において、Ｙ軸を挟んで右側には、噴射孔下流の遠い位置で互いに衝突する２つの孔５２Ａ、５２Ｂを有する噴射孔組５２と、その上側に微粒化噴霧を生成する噴射孔組２４と、下流側に噴射孔組２６とが形成され、これらの３つの孔組によって１つの噴射孔組集合体５３が構成されている。得られる噴霧は、同じように、微粒化噴霧５３Ａ、５３Ｂとこれに比べて広がりが小さいリード噴霧５３Ｃであり、流下するに従い、１つに合わさって右向きの噴霧構造体５３ａを形成する。

図１０に、本発明に係る第５の実施例のプレート部材の中央部を拡大して示す要部拡大図を示す。本実施形態も実施例４と同じように、衝突する孔組でリード噴霧を形成するというもので、この場合は３つの孔による衝突の例を示すものであり、さらに微粒化性能が向上するという特徴を有している。

噴射孔組６０は、噴射孔下流において互いに衝突する３つの噴射孔６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃよりなり、噴射孔組６０はリード噴霧を生成して、流下する際に、上下に位置する微粒化した噴霧の飛散を抑制し、左方向に向かう噴霧構造体を形成する。また、Ｙ軸を挟んで対称の位置に狭角衝突とされた３つの噴射孔６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃよりなる噴射孔組６１によってリード噴霧が形成され、同じように、流下する際に、上下に位置する微粒化した噴霧の飛散を抑制し、右方向に向かう噴霧構造体を形成する。

図１１は、図１に示した本発明に係る燃料噴射弁１を内燃機関に搭載した一例を示すものである。燃料噴射弁は実施例で示したものと同様の電磁式燃料噴射弁を用いているので、その構成要素の説明は省略する。また、図１２は、本発明の燃料噴射弁より得られる２つの噴霧構造体と、吸気弁装置との関係を示すために機関上部より視た概略図である。

図１１に示した内燃機関において、１０１は多気筒内燃機関の気筒の１つを示しており、１０２は燃焼室、１０３はピストン、１０４はピストン冠面、１０５はシリンダ、１０６はシリンダヘッド、１０７は吸気ポート１０８を開閉する吸気弁装置、１０９は排気弁装置、１１０は点火装置である。また、１１１は吸気ポート１０８を分離する中央隔壁を有し上流側において連通する吸気通路であり、１１２はその吸気の流れ、１１３は燃料噴射弁１から噴射される噴霧構造体２３ａの形状を模式的に示している。なお、吸気弁装置１０７は図１２に示されるように２つ並設されている。いわゆる、複吸気式の内燃機関を示している。したがって、燃料噴射弁１からの噴霧構造体２３ａ、２７ａは、それぞれの吸気弁装置１０７の皿部１１３内に向かって噴射されている。このように燃料噴射弁１は、吸気弁装置１０７の上流側に１つ配設される、マルチポイントインジェクション(ＭＰＩ)システム化された燃料噴射方式を採用している。

特徴的なことは、燃料噴射弁より噴射される微粒化された噴霧２３Ｂ、２７Ｂが吸気弁装置１０７の皿部１１３内に向けて噴射され、内部にあるリード噴霧２３Ｃ、２７Ｃが吸気弁装置１０７のステム１１４より内側方向に向けて噴射されることである。これによって、吸気通路１１１やシリンダヘッド１０６の内壁面への燃料液滴の付着が抑制される。特に、リード噴霧２３Ｃ、２７Ｃによって牽引される噴霧は、点火装置１１０回りに可燃混合気を形成するに有効な噴射形態であり、加えて、微粒化性能の良い噴霧は混合気の質や形成状態の向上に有効に作用している。

以上のように、板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動装置を備えた燃料噴射弁による燃料噴射方法において、対をなす噴射孔からそれぞれの孔軸延長線が噴射孔下流で広角に交差衝突するように噴霧を行い、他方の単一もしくは対をなす噴射孔から前記広角よりも狭い狭角で交差衝突する噴射（単一の場合には非交差衝突である単一の噴射）を行い、広角の噴霧は吸気弁装置の皿部に、そして狭角の噴霧は周囲の噴霧を誘引してリード噴霧として吸気弁装置のステム中心より内側に、それぞれ指向するようにして噴霧構造体を形成するようにした燃料噴射方法が形成される。

上記のことより、本発明の燃料噴射弁を備えた内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の余分な部位への付着が抑制されることから、燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出を大幅に低減できる。

本発明の燃料噴射弁の構造を示す縦断面図である。 本発明の実施例に係る噴射孔部を示す要部拡大断面図である。 本発明の第１の実施例のプレート部材の中央部を拡大して示す要部拡大図である。 プレート部材の各孔組より噴射される噴霧の流動を説明するための模式図である。 左右の孔組より噴射される２方向の噴霧構造体を示す燃料噴射弁の要部拡大断面図である。 本発明の第２の実施例のプレート部材の中央部を拡大して示す要部拡大図である。 本発明の第３の実施例のプレート部材の中央部を拡大して示す要部拡大図である。 本発明の第４の実施例のプレート部材の中央部を拡大して示す要部拡大図である。 プレート部材の各孔組より噴射される噴霧の流動を説明するための模式図である。 本発明の第５の実施例のプレート部材の中央部を拡大して示す要部拡大図である。 本発明の燃料噴射弁を内燃機関に搭載した一実施例の部分断面図である。 吸気弁装置へ向けて噴射する噴霧構造体の様子を示す図である。

符号の説明

１…燃料噴射弁、２…燃料噴射室、３…弁体、４…噴射孔部（ノズル部）、５…燃料通路、６…ヨーク、７…コア、８…スプリング、９…コイル、１０…シート面、１１…プレート部材、２０、２２、２４、２６…噴射孔組、２１、２５…単一の噴射孔組、２３、２７…噴射孔集合体、２３ａ、２７ａ…噴霧構造体、１０１…内燃機関、１０２…燃焼室、１０３…ピストン、１０４…ピストン冠面、１０５…シリンダ、１０６…シリンダヘッド、１０７…吸気弁装置、１０８…吸気ポート、１０９…排気弁装置、１１０…点火装置、１１２…吸気の流れ、１１３…吸気弁装置の皿部、１１４…吸気弁装置のステム。

Claims (5)

1. 板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動装置を備えた燃料噴射弁において、
   前記プレート部材には、２つの噴射孔で対とされて２つの噴射孔組が形成され、
   前記２つの対とされた噴射孔は、前記プレート部材の外方向に向けて傾斜して形成され、該２つの対とされた噴射孔の中央を通る軸線に対して対をなして対称配置され、前記プレート部材の外方向で交差衝突する衝突角度の孔軸延長線を有し、そして前記２つの噴射孔組が該２つの噴射孔組の中央を通る軸線を中心として前記プレート部材の外方に向けて広がりを持って配置され、かつ対称配置されて、噴射される噴霧は当該軸線を中心として前記プレート部材の外方に向けて広がって噴射され、前記２つの噴射孔組からの噴射は、前記広がりを持つ配置によって広がり方向に該交差衝突による微粒化度の高い噴霧として形成され、
   前記プレート部材には、前記対とされた２つの噴射孔組の間でこれらに近接した１つの近接噴射孔が設けられ、
   該１つの近接噴射孔は、前記プレート部材の外方向に傾斜して形成され、前記対とされた２つの噴射孔よりも前記プレート部材の中央側に配設され、前記プレート部材の外方で交差衝突することのない１つの孔軸延長線を有し、前記１つの近接噴射孔からの噴霧は、前記広がり方向に、交差衝突による微粒化の高い噴霧に比べて貫通力の強い噴霧として形成され、かつ前記広がり方向であって交差衝突による微粒化の高い噴霧の内側に形成されること
   を特徴とする燃料噴射弁。
2. 板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動装置を備えた燃料噴射弁において、
   前記プレート部材には、２つの噴射孔で対とされて２つの噴射孔組が形成され、
   前記２つの対とされた噴射孔は、前記プレート部材の外方向に向けて傾斜して形成され、該２つの対とされた噴射孔の中央を通る軸線に対して対をなして対称配置され、前記プレート部材の外方向で交差衝突する衝突角度の孔軸延長線を有し、そして前記２つの噴射孔組が該２つの噴射孔組の中央を通る軸線を中心として前記プレート部材の外方に向けて広がりを持って広角配置され、かつ対称配置され、前記２つの噴射孔組からの噴射は前記広がりを持つ広角配置によって広がり方向に該交差衝突による微粒化度の高い噴霧として形成され、
   前記プレート部材には、前記対とされた２つの噴射孔組の間でこれらに近接した２つの近接噴射孔が設けられ、
   該２つの近接噴射孔は、前記プレート部材の外方向に傾斜して形成され、前記対とされた２つの噴射孔よりも前記プレート部材の中央側に配設され、前記プレート部材の外方で交差衝突する各１つの孔軸延長線を有し、これらの２つの孔軸延長線によって、前記孔軸延長線の衝突角度に比べて角度の狭い衝突角度が形成され、前記２つの近接噴射孔からの噴霧は、前記広がり方向に、前記２つの対とされた噴射孔によって形成される交差衝突による微粒化の高い噴霧に比べて広がり角度が狭く、貫通力の強い噴霧として形成され、かつ前記広がり方向であって当該交差衝突による微粒化の高い噴霧の内側に形成されること
   を特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１または２において、前記プレート部材は、前記２つの噴射孔組と前記近接噴射孔との組を２組備えることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動装置を備え、前記プレート部材には、２つの噴射孔で対とされて２つの噴射孔組が形成され、前記２つの対とされた噴射孔は、前記プレート部材の外方向に向けて傾斜して形成され、該２つの対とされた噴射孔の中央を通る軸線に対して対をなして対称配置され、そして前記２つの噴射孔組が該２つの噴射孔組の中央を通る軸線を中心として前記プレート部材の外方に向けて広がりを持って配置され、かつ対称配置とされ、前記プレート部材には対とされた２つの噴射孔組の間でこれらに近接した１つの近接噴射孔が設けられ、該１つの近接噴射孔は、前記プレート部材の外方向に傾斜して形成され、前記対とされる２つの噴射孔よりも前記プレート部材の中央側に配設されて構成された燃料噴射弁による燃料噴射方法において、
   前記対とされた２つの噴射孔に前記プレート部材の外方向で交差衝突する衝突角度の孔軸延長線を形成し、前記２つの噴射孔組からの噴射を前記広がりを持つ配置によって広がり方向に該交差衝突による微粒化度の高い噴霧として形成し、
   前記１つの近接噴射孔には、前記プレート部材の外方で交差衝突することのない１つの孔軸延長線を形成し、前記１つの近接噴射孔からの噴霧を前記広がり方向に、交差衝突による微粒化の高い噴霧に比べて貫通力の強い噴霧として形成し、かつ前記広がり方向であって交差衝突による微粒化の高い噴霧の内側に形成すること
   を特徴とする燃料噴射方法。
5. 板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に位置する弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動装置を備え、前記プレート部材には、２つの噴射孔で対とされて２つの噴射孔組が形成され、前記２つの対とされた噴射孔は、前記プレート部材の外方向に向けて傾斜して形成され、該２つの対とされた噴射孔の中央を通る軸線に対して対をなして対称配置され、そして前記２つの噴射孔組が該２つの噴射孔組の中央を通る軸線を中心として前記プレート部材の外方に向けて広がりを持って広角配置され、かつ対称配置とされ、前記プレート部材には、更に対とされた２つの噴射孔組の間でこれらに近接した２つの近接噴射孔が設けられ、該２つの近接噴射孔は、前記プレート部材の外方向に傾斜して形成され、前記対とされ２つの噴射孔よりも前記プレート部材の中央側に配設されて構成された燃料噴射弁による燃料噴射方法において、
   前記対とされた２つの噴射孔に前記プレート部材の外方向で交差衝突する衝突角度の孔軸延長線を形成し、前記２つの噴射孔組からの噴射を前記広がりを持つ広角配置によって広がり方向に該交差衝突による微粒化度の高い噴霧として形成し、
   前記１つの近接噴射孔には、前記プレート部材の外方で交差衝突することのない各１つの孔軸延長線を形成し、２つの近接噴射孔からの噴霧を前記広がり方向に、当該交差衝突による微粒化の高い噴霧に比べて広がりが狭く貫通力の強い噴霧として形成し、かつ前記広がり方向であって当該交差衝突による微粒化の高い噴霧の内側に形成すること
   を特徴とする燃料噴射方法。

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