JP4789913B2 - 燃料噴射装置及びこれを備えた内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射装置、特に低燃費化と高出力化の両立を実現する燃料噴射装置、及びこれを搭載した内燃機関に関する。

近年、自動車の排ガス規制が強化されてきており、自動車用内燃機関には特に始動時には有害排出ガスＨＣ（炭化水素）を低減することが求められていて、一方で、内燃機関には高出力化が求められている。従来、内燃機関の燃料噴射方式としては、ＤＩ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式（筒内直接噴射型インジェクタ）と、ＭＰＩ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｏｒｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式（吸気管噴射型インジェクタ）が提案されている。ここで、ＤＩとＭＰＩでは、いずれも低燃費化と高出力化の両立が要望されている。

さらに、ＭＰＩでは、内燃機関における吸気弁の上流側において吸気管に燃料噴射装置を設けているために、噴射された燃料が吸気管の内壁に付着しないような工夫が求められている。一方、ＤＩでは、燃料噴射装置が筒内に設置されているので、噴射された燃料がピストンや吸気弁に付着しないような工夫が求められている。そして、内燃機関の高出力化を図る上では、筒内において満遍なく均一に燃料を噴射する必要があるので、好ましくはＤＩの直上噴射が有望視されている。

そこで、ＤＩによる低燃費化を図る内燃機関の構造においては、直上に配置された燃料噴射装置の近傍に点火プラグが設置されていて、特にエンジン始動時の低燃費化を図るためには、燃料噴射装置からの噴射燃料を点火プラグに近づけるようにコンパクトな噴霧を行って（点火プラグの廻りに噴霧を集中させるべく噴霧角を広くして）、空燃比を良くし燃料流量を少なくする必要がある。一方、ＤＩによるエンジンの高出力化を図るためには、始動時とは異なりピストンが離れた位置にあるので燃料噴射の形態は噴霧角を狭くし高貫徹力（強いペネトレーション）の噴霧にして高噴射率すなわち燃料流量を多くする必要がある（広い燃焼室の全体を理論空燃比にして高出力を得るために）。

ここで、高負荷運転時と低負荷運転時で燃料噴霧の旋回形状を変化させるスワール方式燃料噴射弁は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１によると、閉弁時、開弁時及び全開時のそれぞれにおける弁体のリフト量に応じて弁体に設けた軸方向溝の開度が変わり、弁体の全開時に未旋回流を遮断して広噴射角（旋回力が大きい）を得る構成となっている。また、エンジンの運転状態に応じて噴霧の形状特性を変化させてエンジンの高効率運転を行おうとする従来技術は、例えば、特許文献２にも開示されている。

さらに、スワール室側におけるスワール孔開口面積を変化させてエンジン負荷状態に応じた燃料噴霧特性を得る従来技術として、例えば、特許文献３には、バルブニードルのリフト量が制御され、小リフト量状態のとき第１スワール孔のみが開口し、大リフト量状態のとき第１スワール孔だけではなくて第２スワール孔も開口してスワール孔の開口面積を大きくすることが開示されている。また、例えば、特許文献４には、ケーシング底面に燃料に旋回力を与える燃料溝１３と、この底面を摺動する燃料旋回部材下面に燃料溝１７を形成し、これらの燃料溝１３と１７との相対的角度を変化することで噴霧角を制御することが開示されています。
特開２００５−２４０７０５号公報 特開平５−１２６０１２号公報 特開２００１−２４８５２６号公報 特開平１１−１８２３８４号公報

上記の特許文献１に示される従来技術には、噴霧の旋回形状を変化させる考え方は開示されているが、その旋回形状の変化のための、弁体を上下動させる可変構造の具体的開示が十分でなく、さらに、旋回流通路による噴霧形状に対して未旋回流を制御し噴霧形状を変更させる構造が、実際に製造する上で自在の噴霧角形状を生成するのに困難が伴う。このように、未旋回燃料流を遮断する従来技術では、旋回流を操作、制御しないので、燃料噴霧の旋回力の大きな変化が期待し得ない。また、特許文献１によると、得られる燃料噴霧において、その中心付近に燃料がやや多めになるという傾向が現れる。また、上記の特許文献２についても、特許文献１に対するのと同様な課題が存在する。

さらに、上記の特許文献３に示される従来技術では、噴射弁の軸方向に設けたスワール孔の総面積を弁体の上下動位置によって変えているので、ミリオーダー単位の弁体ストロークが必要となるため、噴射弁が大型化するという課題が生じる（弁体ストロークは実用上では１００μｍを超えない数１０μｍ程度である）。また、旋回溝の相対的な角度を変える上記特許文献４に示される従来技術では、通路面積が変化することはないので、噴射燃料の旋回力の大きな変化を望むことができない。

本発明の目的は、低燃費化と高出力化の両立を図るために、広噴射角で低噴射率と、狭噴射角で高噴射率という異なる噴霧状態を弁体の上下動に連動して可変できる燃料噴射装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
燃料を噴射する噴射孔と弁座を有するシート・オリフィスプレートと、電磁力により上下動する弁体と、前記噴射孔から燃料旋回流を噴射させる可変旋回部と、を少なくとも備えた燃料噴射装置であって、前記可変旋回部は、前記燃料旋回流を形成させる燃料の旋回通路と、前記燃料旋回流に対して燃料を衝突させて前記燃料旋回流の旋回力を減衰させる燃料の非旋回通路と、を設け、前記弁体はその外周部にカラー部を取り付ける構造とし、前記カラー部の下端縁は前記非旋回通路の前流側に連通する軸方向非旋回導入路の入口開口部に対向配置され、前記弁体の上下動位置に対応して前記非旋回通路を流れる燃料流量を増減し、前記噴射孔から噴射される燃料噴霧の噴霧形態と燃料噴霧量とを可変する構成とする。

また、前記燃料噴射装置において、前記旋回通路と前記非旋回通路は略同一平面上に形成され、前記非旋回通路からの燃料を、前記旋回通路からの燃料旋回流に対して側面から衝突させて前記燃料旋回流の旋回力を減衰させ、前記燃料噴霧の噴霧形態である噴霧角と噴霧貫徹力を可変する構成とする。さらに、前記燃料噴射装置において、前記弁体は、前記弁体と前記弁座の閉状態に対して、低リフト状態と高リフト状態の２段階の変位をとるように上下動駆動され、前記高リフト状態のとき、前記低リフト状態に比べて、前記非旋回通路の前流側に連通する軸方向非旋回導入路を通過する燃料量が多くなり、前記噴霧角を狭くし且つ燃料噴霧量を多くする構成とする。

また、前記燃料噴射装置において、前記弁体の２段階変位は、前記弁体と一体の段付きプランジャを低リフトで保持する低リフト用可動コアと、前記低リフト用可動コアを励磁して駆動する低リフト用励磁コイルと、前記段付きプランジャを高リフトで保持する高リフト用可動コアと、前記高リフト用可動コアを励磁して駆動する高リフト用励磁コイルと、によって行う構成とする。さらに、燃料噴射装置において、前記カラー部の下端縁と前記軸方向非旋回導入路の入口開口部とで絞り機構を形成し、前記弁体の上下動に対応して前記絞り機構の絞りを可変して前記軸方向非旋回導入路へ流入する燃料流量を可変する構成とする。

本発明によると、燃料の弁体軸方向流れを開閉して非旋回流れを形成し、この非旋回流れ成分と旋回流れ成分の比率を非旋回流れの開閉で変化させて噴霧形態と噴霧流量を可変にすることで、低燃費化と高出力化の両立を実現することができる。

本発明の実施形態に係る燃料噴射装置について、図１〜図１１を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る燃料噴射装置における噴霧形状を可変する可変旋回部とその周辺の関連構造を示す図である。図２は本実施形態に関する可変旋回部の上方部（図１に示すＡ−Ａ線）と下方部（図１に示すＢ−Ｂ線）における断面図である。図３は本実施形態に関する可変旋回部を下側から見た斜視図である。図４は本実施形態に関する可変旋回部における旋回流と非旋回流の生成を示す説明図である。図５は本実施形態に関する噴霧形状を生成するための弁体及び可変旋回部の動作を表す説明図である。

また、図６は本実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成を示す断面図である。図７は本実施形態に係る燃料噴射装置における閉弁時、弁低リフト時、及び弁高リフト時の駆動系の動作を示す説明図である。図８は本発明の実施形態に係る多孔式燃料噴射装置におけるマルチホールの構成を示す図である。

また、図９は本実施形態に係る燃料噴射装置を筒内直接噴射型インジェクタ（ＤＩ）の内燃機関に適用した構成例を示す図である。図１０は本実施形態に係る多孔式燃料噴射装置を吸気管噴射型インジェクタ（ＭＰＩ）の内燃機関に適用した構成例を示す図である。図１１は本実施形態に係る単孔式燃料噴射装置を吸気管噴射型インジェクタ（ＭＰＩ）の内燃機関に適用した構成例を示す図である。

まず、本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成について、図６を参照しながら説明する。図６において、燃料噴射装置１は、荷重設定用スプリング６０で下向きに付勢されたプランジャ６５と、プランジャ６５の下端部の弁体７０と、弁体７０に対向して配置される弁座７２をもつシート・オリフィスプレート７１と、弁体７０を低リフトする（弁体７０と弁座７２との間に小の隙間を形成する）低リフト用励磁コイル５８と、弁体７０を高リフトする（弁体７０と弁座７２との間に大の隙間を形成する）高リフト用励磁コイル５７と、低リフト時に段付きプランジャ６５を低リフトに保持する低リフト用可動コア５６（可動コアはアンカーとも称される）と、高リフト時に段付きプランジャ６５を高リフトに保持する高リフト用可動コア５５と、不図示のバッテリ電源から電力を供給するプラグが接続され、通電と非通電が制御されるコネクタ５１と、を備える。

図６によると、さらに、本実施形態に係る燃焼噴射装置１には、燃料導入部５０が形成され、プランジャ６５の中央部周辺の燃料通路６２を通って、後述する図１に示す燃料通路７６を経て、噴射孔７７からエンジンの燃焼室に旋回流が放出される。また、荷重設定用スプリング６０をガイドする第１固定コア５２は、高リフト用可動コア５５との間で隙間を形成し、高リフト用励磁コイル５７の励磁によって高リフト用可動コア５５とで磁気回路を形成しこれを吸引する。また、第２固定コア５３も同様に、低リフト用可動コア５６との間で磁気回路を形成し、低リフト用励磁コイル５８の励磁、非励磁によって、第２固定コア５３は低リフト用可動コア５６を接離可能とする。ここで、リフト用可動コア５５，５６はその上動によってプランジャ６５を低リフトと高リフトに保持するものである。

図７には、本実施形態に係る燃焼噴射装置の閉弁時、低リフト時及び高リフト時における駆動系の概略動作を図示している。図７（ａ）に示す閉弁時には、いずれの励磁コイル５７，５８にも電流が流れておらず、いずれの固定コア５２，５３にも磁場が形成されていないのでいずれのリフト用可動コア５５，５６に対しても吸引する力は働いておらず、プランジャ６５は下動していて、プランジャ６５の最下端の弁体とこれに対向する弁座は閉じている。

ここで、図７（ｂ）に図示するように、低リフト用励磁コイル５８に通電すると、第２固定コア５３と低リフト用可動コア５６を通した磁気回路が形成されて、低リフト用可動コア５６は第２固定コア５３に吸引され、低リフト用可動コア５６の凹部に保持されているプランジャ６５は若干上動し、図示するように弁体と弁座の間に小の間隙を形成し、燃料が噴射することとなる。燃料の噴射形状についての詳細は後述する。

さらに、図７（ｃ）に図示するように、高リフト用励磁コイル５７に通電すると、第１固定コア５２と高リフト用可動コア５５を通した磁気回路が形成されて、高リフト用可動コア５５は第１固定コア５２に吸引され、高リフト用可動コア５５の凹部に保持されているプランジャ６５は上動し、図示するように弁体と弁座の間に大の間隙を形成し、燃料が噴射することとなる。燃料の噴射形状についての詳細は後述する。ここで、図７（ａ）に示す閉弁時において、各リフト用可動コア５５，５６と各固定コア５２，５３との各隙間を小、大と設定しておくと、図７の（ｂ）と（ｃ）に示すような弁体と弁座の間隙を小、大とすることができる。

図１は燃料噴射装置１から噴射する燃料の噴霧角（狭角と広角）と噴射率（流量の大と小）を変更するための具体的構成として、可変旋回部を設置した構成を示すものであるが、ここで、本発明の技術思想について図５を参照しながら説明する。

図５は本実施形態に関する弁体の閉弁時、低リフト時、及び高リフト時における燃料噴霧の形状を示している。内燃機関において特に始動時に求められる低燃費を達成するには、直上に設けられた燃料噴射装置から噴射される燃料が、燃料噴射装置の近傍にある点火プラグに集中するように噴霧し、且つ燃料流量を小（低噴射率）とすることが求められる。すなわち、始動時（低燃費時）には広噴射角で弱貫徹力（弱ペネトレーション）であるとともに低噴射率にする。ここで、広噴射角で弱貫徹力のときには、噴射孔７７から噴射される液膜は薄くなって分裂が促進される、すなわち噴射燃料の微粒化が現出することとなる。

一方、内燃機関において特に高出力時に求められる均質燃焼を達成するには、直上に設けられた燃料噴射装置から噴射される燃料が、始動時に比べてピストンの位置が離れていて燃焼室が大きくなっているので、狭い噴霧角度で強い貫徹力の噴霧であることが求められ（燃焼室全体で燃焼が実行されて高出力を得るために）、且つ燃料流量を大（高噴射率）とすることが求められる。すなわち、高出力時には狭噴射角で強貫徹力（強ペネトレーション）であるとともに高噴射率にする。

上述した始動時と高出力時に求められるそれぞれの燃料噴霧条件を両立させる構造を備えた燃焼噴射装置が本発明の特徴の１つである。そして、図５の（ａ）の閉弁時は内燃機関の停止時の状態であり、燃焼は噴射されないこととなる。図５の（ｂ）に示す低リフト時は、始動時の低燃費における燃料噴射状態を表している。噴霧を形成するための具体的構成は後述するが、結果として低リフト時（低燃費時）は広噴射角（θ１）で弱貫徹力（弱ペネトレーション）（Ｌ１）であるとともに燃料流量小（Ｑ１）である。図５の（ｃ）に示す高リフト時は、高出力時における燃料噴射状態を表している。噴霧を形成するための具体的構成は後述するが、結果として高リフト時（高出力時）は狭噴射角（θ２）で強貫徹力（強ペネトレーション）（Ｌ２）であるとともに燃料流量大（Ｑ２）である。ここで、θ１＞θ２、Ｌ１＜Ｌ２、Ｑ１＜Ｑ２、という関係である。

図１において、燃料流路７６は、図６に示す燃料導入部５０と連通していて燃料噴射装置１に供給される燃料がすべて流れる通路である。燃料流路７６に流れ込んできた燃料は２通りの流路に分かれ、１つは軸方向旋回導入路入口８３へ、他は軸方向非旋回導入路入口８４へと繋がる。軸方向非旋回導入路入口８４は弁体７０と一体的構造のカラー部７３（カラー部７３は弁体と一体構造でもよい）の上下の３つの位置に対応して、閉と小開と大開の３つの状態を構成する。軸方向旋回導入路入口８３は、弁体７０の上下動位置に無関係に開となっていて、燃料噴射装置１の外形を形成する筐体である筒状部７４の外周寄りに設けられた軸方向旋回導入路８１、その後流の旋回通路８５に通じている。カラー部７３を弁体７０に取り付ける構造（一体的構造）とすることによって、弁体７０と弁座の７２の閉時に、カラー部７３の下端部と可変旋回部８０の上端部が同様に閉状態とする調整が取りやすくなる。

軸方向旋回導入路８１の内側には可変旋回部８０が設けられ、その上端部には軸方向非旋回導入路入口８４が設けられ、その上下中央部には軸方向非旋回導入路８２が設けられ、その下端部には非旋回通路８６（図２を参照）が設けられている。

弁体７０と一体的に移動するカラー部７３の上下の３つの位置、すなわち閉、小開、大開に対応して、軸方向非旋回導入路８２には閉時には燃料が流れず、小開時には殆ど流れず（軸方向非旋回導入路入口８４の開口面積は軸方向旋回導入路入口８３の開口面積に比べて格段に小さいので（図２を参照）、燃料通路７６の燃料の殆ど大部分は軸方向旋回導入路８１に流れて軸方向非旋回導入路８２には殆ど流れない）、大開時には軸方向旋回導入路８１を通って噴射孔７７から噴射する旋回噴射の旋回力を弱めるように（噴射角度を狭くするように）、軸方向非旋回導入路８２、非旋回通路８６に燃料が流れる。

このように、弁体７０と一体的又は一体のカラー部７３の下端縁と、軸方向非旋回導入路入口８４とで、軸方向非旋回導入路８２に流入する燃料流量の絞り機構を形成している。すなわち、この絞り機構におけるカラー部７３の上下動する３つの位置（閉、小開、大開）に対応して、旋回通路８５から流出する旋回流の旋回力が可変されるのである。

図２には図１に示す可変旋回部８０の詳細構造を示しており、図２の（ａ）は図１のＡ−Ａ線の断面図であり、図２の（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線の断面図である。図２の（ａ）によると、軸方向非旋回導入路入口８４は、４つの小孔が穿たれていて、軸方向旋回導入路入口８３の矩形形状の孔と対比すると、その入口断面積が小さいことが分かる。図２の（ｂ）によると、軸方向旋回導入路８１を通ってきた旋回通路８５からの燃料は、図示の弁体ガイドの内周側に沿って旋回流を形成する。旋回通路８５が弁体ガイドの円周接線方向に配置されているためである。図示例では４箇所から旋回流が形成されている。

一方、軸方向非旋回導入路８２の後流側に形成された非旋回通路８６は弁体ガイド８８の円周方向に直交する方向に配置されている。非旋回通路８６からの燃料流れは、旋回通路８５からの旋回流に対して側面から衝突するように形成される。したがって、非旋回通路８６からの流量が多いと（弁体が高リフトして軸方向非旋回導入路入口８４が大開となったときに）、旋回流は制限を受けて、全体として旋回流の噴射角は狭くなるのである。これに対しては、非旋回通路８６からの流量が少ないと（弁体が低リフトして軸方向非旋回導入路入口８４が小開となったときに）、旋回流は制限を受けることがないので、全体として旋回流の噴射角は広くなるのである。

図３には可変旋回部８０を下側から見た斜視図を示し、図４には旋回通路８５からの旋回流と非旋回通路８６からの側面流れを説明しており、旋回通路８５からの旋回流の側面から非旋回通路８６からの流れが衝突する様子が図示されている。旋回通路８５から流出した流れはシート・オリフィスプレート７１の内壁面に沿って旋回流となるが、旋回通路８５と同一平面の非旋回通路８６からの流れを、旋回通路８５からの流れに対して同一平面上で直交する方向（側面）から衝突させることによって、旋回流の旋回力を可変することができる。図４の図示例では、非旋回通路８６からの燃料によって旋回流の噴射角は狭くなることが示されている。なお、本実施形態では、非旋回通路８６からの流れが旋回通路８５からの流れに対して同一平面上で側面から衝突させる構造を例示したが、これに限らず、非旋回通路８６からの流れを旋回通路８５からの流れに対して上から垂直に衝突させて旋回力を可変するようにしてもよい。

このように、高リフト時には非旋回通路８６からの燃料流れが多くなり、旋回流の拡がりが制限を受けて噴射孔７７からの噴射角が狭くなる。さらに、この高リフト時には噴射角が狭くなる他に、非旋回通路８６からの燃料流れが多い分だけ、噴射孔７７から噴射される燃料流量は、多くなる。したがって、高リフト時には、噴射角が狭くて強い貫徹力の噴霧が形成されるとともに、燃料流量も多くなる（高噴射率）。このように、非旋回通路８６を設けて、この非旋回通路８６からの燃料流れを、旋回通路８５からの旋回流の側面に衝突させることによって旋回流の噴射角及び貫徹力を変更させ（すなわち噴射形態を変更させ）、さらに燃料流量を変更させることも本実施形態の特徴の１つである。

これに対して、低リフト時には、非旋回通路８６からの燃料流れがほとんど無くなり、旋回通路８５からの旋回流の拡がりが制限を受けること無いので噴射孔７７からの噴射角が広くなる。さらに、非旋回通路８６からの燃料流れがほとんど無い分だけ、燃料流量も少なくなる。

以上の説明では、本発明の実施形態に係る燃料噴射装置が単孔式燃料噴射装置の実施例を取り上げて記述したが、他の実施例として、多孔式燃料噴射装置の実施例について以下説明する。図８は本発明の実施形態に係る多孔式燃料噴射装置におけるマルチホールの構成を示す図である。

図８に示す多孔式燃料噴射装置が、図１に示す単孔式燃料噴射装置と異なる点は、シート・オリフィスプレート７１に設けた孔（ホール）の数であり、噴射孔８９を複数個設ける構成である。例示的に云えば、孔を２〜８個、特に６〜８個を中心軸に対称的に設けてもよい。可変旋回部８０の構成は図１に示す構成と同様である。

図８に示す本実施形態の実施例における噴霧は、基本的には、単孔の場合の図５に示す噴霧形態と同様であり、孔の数が異なるだけであり、各孔からの噴霧形態は図５と同様である。さらに詳しく説明すると、弁体７０のリフト量が大きいと、軸方向非旋回導入路入口８４の開口面積が大となり、軸方向非旋回導入路８２、非旋回通路８６からの燃料が大となって、全体の噴射孔８９から噴射される燃料が増えてペネトレーションが長くなる。すなわち、図５（ｃ）に示す高リフト時の噴霧形態を表すこととなる。

一方、弁体７０のリフト量が小さいと、非旋回燃料分が小さくなり、各孔からの噴射される噴霧は図５（ｂ）に示すように、ペネトレーションは短くなり、且つ噴霧角は広くなる傾向を示す。但し、多孔式噴射装置からの全体の噴霧角は噴射孔の数によっても支配される。径小の噴射孔を多数配置すれば、この孔の数によって噴射角が概ね決まることとなる（多孔式燃料噴射装置において噴射孔を２個配置する場合との対比において）。いずれにしても、本実施形態における多孔式噴射装置の実施例においては、弁体のリフト量の大・小に関連して、非旋回燃料流量が大・小となってペネトレーションの長・短が顕著に表れる。原理的には、始動時に図５（ｂ）に示すような噴霧傾向を示し、高出力時に図５（ｃ）に示すような噴霧傾向を示す。したがって、本発明の実施形態に係る単孔式燃料噴射装置または多孔式燃料噴射装置の実施例を下記の図９に示す筒内直接噴射型インジェクタ（ＤＩ）に等価的に適用可能である。

図９には本実施形態に係る燃料噴射装置１をＤＩ内燃機関２（筒内直接噴射型インジェクタを備えた内燃機関）に実装した構成例を示しており、燃料噴射装置１は、吸気弁９１と排気弁９２の間で上方部に設置され、点火プラグ９０が燃料噴射装置１の近傍に設置されていて、低燃費が求められる、特に始動時には点火プラグ９廻りに燃料噴霧が集中するように広い噴霧角が形成（微粒子化された噴霧形成）される様子が図示されている。また、高出力時には、燃焼室９３の全体に燃料が満たされるように、狭い噴射角で強い貫徹力の噴霧形状が図示されている。

図９において、始動時に、広噴霧角で弱ペネトレーションの噴霧形態９６と、高出力時に（ピストンの位置は始動時に比べて下動している）、狭噴霧角と強ペネトレーションの噴霧形態９７を表している。上述したように、図９に示す燃料噴射装置１は、図１に示す単孔式燃料噴射装置を適用可能であり、同様に、図８に示す多孔式燃料噴射装置を適用可能であって、適用例が単孔式でも多孔式であっても、始動時と高出力時のそれぞれにおいて、略同等の機能を奏するものである。

すなわち、多孔式燃料噴射装置を適用した場合、弁体のリフト量が大きいとき、燃料流量が増えペネトレーションが長くなり、弁体のリフト量が小さいとき、ペネトレーションが短くなり燃料流量が減ることとなり（但し、噴霧角度は、各孔の寸法と数に影響を受けることとなり、弁体のリフト量の大・小によって大きく変化することにはならない（単孔式との対比で））、流量の違いにより可変噴霧にすることができる。これによって、始動時は短い噴霧を形成し壁面付着が抑制されて排気を低減することができ、高負荷時は多量の燃料を噴射することになるので高出力とすることができる。

図１０は本実施形態に係る多孔式燃料噴射装置を吸気管噴射型インジェクタ（ＭＰＩ）の内燃機関に適用した構成例を示す図である。図１０に示す構成例においては、吸気管９８に本実施形態に係る多孔式燃料噴射装置を設置し、大ペネトレーションの噴霧と小ペネトレーションの噴霧を弁体のリフト量の大と小とによって形成する。図１０（ｂ）に示すように、それぞれ２つの吸気弁９１と排気弁９２を有する内燃機関を例示しており、多孔式燃料噴射装置の左右の多孔群からそれぞれ一の吸気弁と他の吸気弁に向けて噴霧（図面では上下に形成された噴霧）を形成している。

図１０の構成例では、始動時（低負荷又はアイドル状態）に弁体のリフト量を小に制御し、噴霧を微粒化（小ペネトレーションと広噴射角に随伴する現象）して吸気工程の吸気にのせて燃料を筒内に導く。燃料流量が少なくてもよいので噴霧は図示するように微粒化した広角噴霧になる。また、高負荷（高出力）時には弁体のリフト量を大に制御し、大きい燃料噴射量が必要となるので大ペネトレーションを形成し、当該ペネトレーション噴霧は吸気弁９１に対して隔壁９９寄りに噴霧する。高負荷時における噴霧形状によって吸気管９８の壁面に付着する燃料を低減することができる。

図１１は本実施形態に係る単孔式燃料噴射装置を吸気管噴射型インジェクタ（ＭＰＩ）の内燃機関に適用した構成例を示す図である。図１１に示す構成例では、吸気管９８に２本の単孔式燃料噴射装置を設置し、２つの吸気弁のそれぞれの吸気弁に対して、それぞれの単孔式燃料噴射装置を吸気管９８に取り付けたものである。図１１に示す燃料噴射装置の始動時と高出力時とにおける基本的な動作と噴霧形態については、図１０で説明した内容と略同様であるが、異なる点は２本の単孔式燃料噴射装置を取り付けた点であり、次のような作用効果の差異をもたらす。

図１１に示す構成例は、１本の燃料噴射装置から２つの吸気弁にそれぞれ燃料を噴霧する図１０に示す構成に比べて、２つの吸気弁に対してそれぞれ噴霧する２つの単孔式燃料噴射装置を設けるので、吸気弁９１の近傍（吸気弁９１寄り）に各単孔式燃料噴射装置を設置して燃料を噴射することができる。したがって、微粒化していて空気に舞い易い小ペネトレーション噴霧が、効率良く燃焼室に入り込むので、吸気管への付着を抑制することができ、排気を低減することができる。また、大ペネトレーション噴霧が、効率良く燃焼室に入り込むために効率の良い燃焼をすることができ、高出力化を達成することができる。

本発明の実施形態に係る燃料噴射装置における噴霧形状を可変する可変旋回部とその周辺の関連構造を示す図である。 本実施形態に関する可変旋回部の上方部（図１に示すＡ−Ａ線）と下方部（図１に示すＢ−Ｂ線）における断面図である。 本実施形態に関する可変旋回部を下側から見た斜視図である。 本実施形態に関する可変旋回部における旋回流と非旋回流の生成を示す説明図である。 本実施形態に関する噴霧形状を生成するための弁体及び可変旋回部の動作を表す説明図である。 本実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成を示す断面図である。 本実施形態に係る燃料噴射装置における閉弁時、弁低リフト時、及び弁高リフト時の駆動系の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る多孔式燃料噴射装置におけるマルチホールの構成を示す図である。 本実施形態に係る燃料噴射装置を筒内直接噴射型インジェクタ（ＤＩ）の内燃機関に適用した構成例を示す図である。 本実施形態に係る多孔式燃料噴射装置を吸気管噴射型インジェクタ（ＭＰＩ）の内燃機関に適用した構成例を示す図である。 本実施形態に係る単孔式燃料噴射装置を吸気管噴射型インジェクタ（ＭＰＩ）の内燃機関に適用した構成例を示す図である。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
２ 内燃機関
５０ 燃料導入部
５１ コネクタ
５２ 第１固定コア
５３ 第２固定コア
５５ 高リフト用可動コア
５６ 低リフト用可動コア
５７ 高リフト用励磁コイル
５８ 低リフト用励磁コイル
６０ 荷重設定用スプリング
６２ 燃料通路
６５ プランジャ
７０ 弁体
７１ シート・オリフィスプレート
７２ 弁座
７３ 弁体カラー部
７４ 筒状部
７６ 燃料通路
７７ 噴射孔
８０ 可変旋回部
８１ 軸方向旋回導入路
８２ 軸方向非旋回導入路
８３ 軸方向旋回導入路入口
８４ 軸方向非旋回導入路入口
８５ 旋回通路
８６ 非旋回通路
８８ 弁体ガイド
８９ 複数噴射孔
９０ 点火プラグ
９１ 吸気弁
９２ 排気弁
９３ 燃焼室
９４ ピストン
９５ 噴霧
９６ 始動時噴霧形態
９７ 高出力時噴霧形態
９８ 吸気管
９９ 隔壁

Claims (8)

1. 燃料を噴射する噴射孔と弁座を有するシート・オリフィスプレートと、電磁力により上下動する弁体と、前記噴射孔から燃料旋回流を噴射させる可変旋回部と、を少なくとも備えた燃料噴射装置であって、
   前記可変旋回部は、前記燃料旋回流を形成させる燃料の旋回通路と、前記燃料旋回流に対して燃料を衝突させて前記燃料旋回流の旋回力を減衰させる燃料の非旋回通路と、を設け、
   前記弁体はその外周部にカラー部を取り付ける構造とし、前記カラー部の下端縁は前記非旋回通路の前流側に連通する軸方向非旋回導入路の入口開口部に対向配置され、
   前記弁体の上下動位置に対応して前記非旋回通路を流れる燃料流量を増減し、前記噴射孔から噴射される燃料噴霧の噴霧形態と燃料噴霧量とを可変する
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 請求項１において、
   前記カラー部の下端縁と前記軸方向非旋回導入路の入口開口部とで絞り機構を形成し、前記弁体の上下動に対応して前記絞り機構の絞りを可変して前記軸方向非旋回導入路へ流入する燃料流量を可変する
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
3. 請求項１または２において、
   前記旋回通路と前記非旋回通路は略同一平面上に形成され、
   前記非旋回通路からの燃料を、前記旋回通路からの燃料旋回流に対して側面から衝突させて前記燃料旋回流の旋回力を減衰させ、
   前記燃料噴霧の噴霧形態である噴霧角と噴霧貫徹力を可変する
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
4. 請求項３において、
   前記弁体は、前記弁体と前記弁座の閉状態に対して、低リフト状態と高リフト状態の２段階の変位をとるように上下動駆動され、
   前記高リフト状態のとき、前記低リフト状態に比べて、前記非旋回通路の前流側に連通する軸方向非旋回導入路を通過する燃料量が多くなり、前記噴霧角を狭くし且つ燃料噴霧量を多くする
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
5. 請求項４において、
   前記弁体の２段階変位は、前記弁体と一体の段付きプランジャを低リフトで保持する低リフト用可動コアと、前記低リフト用可動コアを励磁して駆動する低リフト用励磁コイルと、前記段付きプランジャを高リフトで保持する高リフト用可動コアと、前記高リフト用可動コアを励磁して駆動する高リフト用励磁コイルと、によって行う
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つの請求項において、
   前記噴射孔が１つからなる単孔式燃料噴射装置または前記噴射孔が複数個からなる多孔式燃料噴射装置である
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つの請求項に記載された燃料噴射装置と、前記燃焼噴射装置の近傍に設置された点火プラグと、ピストンとシリンダに囲まれた燃焼室と、を備えた内燃機関であって、
   前記燃料噴射装置は、前記燃焼室の上方部に設置され燃料を直接燃焼室に噴射し、
   前記内燃機関の始動時又は低燃費時に、前記噴霧角を広くし且つ前記噴霧貫徹力を弱くするとともに、前記燃料噴霧量を少なくし、
   前記内燃機関の高出力時に、前記噴霧角を狭くし且つ前記噴霧貫徹力を強くするとともに、前記燃料噴霧量を多くする
   ことを特徴とする内燃機関。
8. 請求項１ないし６のいずれか１つの請求項に記載された燃料噴射装置と、ピストンとシリンダに囲まれた燃焼室と、前記燃焼室の上方部に設置された点火プラグと、を備えた内燃機関であって、
   前記燃料噴射装置は、吸気管に設置され燃料を吸気弁に向けて噴射し、
   前記内燃機関の始動時又は低燃費時に、前記噴霧角を広くし且つ前記噴霧貫徹力を弱くして噴霧を微粒化するとともに、前記燃料噴霧量を少なくし、
   前記内燃機関の高出力時に、前記噴霧角を狭くし且つ前記噴霧貫徹力を強くするとともに、前記燃料噴霧量を多くする
   ことを特徴とする内燃機関。

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