JP5909479B2

JP5909479B2 - 燃料噴射弁

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Publication number: JP5909479B2
Application number: JP2013266310A
Authority: JP
Inventors: 義人安川; 岡本　良雄; 良雄岡本; 貴博齋藤; 正典石川; 石井　英二; 英二石井; 小林　信章; 信章小林; 前川　典幸; 典幸前川
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2031-01-31
Also published as: JP2014055596A

Description

本発明は、内燃機関で使用される燃料噴射弁に係り、旋回燃料を噴射して微粒化性能を向上させ得る燃料噴射弁に関する。

複数個の燃料噴射孔から噴射される燃料の微粒化を、旋回流れを利用して促進する従来技術として、特許文献１に記載された燃料噴射弁が知られている。

この燃料噴射弁では、弁体と協働する弁座の下流端が前端面に開口する弁座部材と、この弁座部材の前端面に接合されるインジェクタプレートとの間に、前記弁座の下流端に連通する横方向通路と、この横方向通路の下流端が接線方向に開口するスワール室とを形成し、このスワール室でスワールを付与された燃料を噴射させる燃料噴射孔を前記インジェクタプレートに穿設し、前記燃料噴射孔を前記スワール室の中心から前記横方向通路の上流端側に所定距離オフセットして配置する。

また、この燃料噴射弁では、前記スワール室の内周面の曲率半径を、スワール室の内周面に沿う方向の上流側から下流側に向かって減少させている。すなわち、曲率をスワール室の内周面に沿う方向の上流側から下流側に向かって増加させている。また、スワール室の内周面を、スワール室に基礎円を持つインボリュート曲線に沿って形成している。

この様な構成により、各々の燃料噴射孔からの燃料の微粒化を効果的に促進させることができる。

特開２００３−３３６５６２号公報

周方向においてスワール強さが対称（均一）となる旋回燃料を燃料噴射孔より噴射させるためには、燃料噴射孔の出口部において旋回流れを対称（周方向に均一）とするために、スワール室（旋回室）形状や横方向通路（旋回用通路）を含めた流路形状の工夫が必要になる。

特許文献１に記載された従来技術では、横方向通路を構成する一方の側壁（燃料の旋回方向においてスワール室内周壁の上流側端部に接続される側壁）はスワール室の内周壁に対して接線を成すように接続され、他方の側壁（燃料の旋回方向においてスワール室内周壁の下流側端部に接続される側壁）はスワール室の内周壁に対して交わるように設けられている。このため、他方の側壁とスワール室内周壁とが交わる両壁の接続部がナイフエッジのように先が尖ったシャープな形状になっている。

このような接続部では、横方向通路の側壁或いはスワール室内周壁に微小な位置ずれが生じただけで、両壁の接続部の位置ずれが生じやすい。そして、この接続部の位置ずれが要因となって燃料噴射孔側への急峻な偏流が生じ、旋回流の対称性（均一性）が損なわれる可能性がある。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、旋回流の周方向における均一性を高めた燃料噴射弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるように形成された内周壁を有する旋回室と、前記旋回室に燃料を導入する旋回用通路と、前記旋回室に開口する燃料噴射孔とを備えた燃料噴射弁において、前記旋回室の下流端側に接続される前記旋回用通路の側壁又はその延長線が、前記旋回室の内周壁の下流側部分又はその延長線と交わらないように、前記旋回室と前記旋回用通路とが形成されている。

このとき、前記旋回室の中心と前記旋回室の内周壁の上流側の始点とを結ぶ直線状の第一の線分，前記第一の線分と前記内周壁の下流側に延長した延長線とが交わる第１の点Ｙ０，前記第１の点Ｙ０を通り前記第１の線分に垂直な直線状の第２の線分，前記第２の線分３２が前記第１の点Ｙ０よりも上流側において前記内周壁又はその延長線と交わる第２の点Ｐ０，前記第２の点Ｐ０と前記旋回室の中心とを結ぶ直線状の第３の線分，前記旋回用通路の前記側壁と前記第３の線分とが交わる第３の点，前記第２の線分に平行でかつ前記第１の点と前記第２の点との間で前記内周壁又はその延長線に接する直線状の第４の線分，前記第４の線分が前記第３の線分と交わる第４の点をそれぞれ仮定するとき、前記第３の点が前記第３の線分上において前記第４の点よりも前記旋回室の中心から遠ざかる側に位置するようにするとよい。

また、前記旋回室の断面がインボリュート曲線又は螺旋曲線で形成されているとよい。

また、前記旋回用通路の前記側壁の下流側端部と前記旋回室の前記内周壁の下流側端部との間に厚み形成部が形成されているとよい。

また、前記厚み形成部は、その断面が円形状部によって形成されているとよい。

また、前記円形状部は、前記内周壁の下流側端部と前記側壁の下流側端部とにおいて、前記内周壁と前記側壁とに接するように形成されているとよい。

また、上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるように形成された内周壁を有する旋回室と、前記旋回室に燃料を導入する旋回用通路と、前記旋回室に開口する燃料噴射孔とを備えた燃料噴射弁において、前記旋回室の下流端側に接続される前記旋回用通路の側壁の下流側端部と前記旋回室の前記内周壁の下流側端部との間に厚み形成部が形成されている。

このとき、前記厚み形成部は、その断面が円形状部によって形成されているとよい。

本発明によると、旋回室と旋回用通路との接続部、すなわち旋回用通路より流入する燃料と旋回室を周回した燃料との合流部の位置精度を高めることができ、合流部における流れがスムースに形成され、周方向における均一性の高い安定した旋回流れを生成できる。

本発明に係る燃料噴射弁の全体構成を弁軸心に沿う断面で示した縦断面図である。本発明に係る燃料噴射弁におけるノズル体の近傍を示す縦断面図である。本発明に係る燃料噴射弁におけるノズル体の下端部に位置するオリフィスプレートの平面図である。本発明に係る燃料噴射弁における旋回室と旋回用通路と燃料噴射孔との関係を示す平面図である。図４のＡ−Ａ断面図であり、旋回室と旋回用通路と燃料噴射孔との関係を示す図である。厚み形成部の厚みと噴霧の対称性における誤差との関係を示す図である。旋回室と旋回用通路との接続部をナイフエッジのように先が尖ったシャープなエッジ状とした例を示す平面図である。本発明に係る燃料噴射弁における厚み形成部の構造を詳細に説明するための平面図である。旋回用通路をテーパー状に形成した場合の旋回室と旋回用通路と燃料噴射孔との関係を示す平面図である。図７の構造と図８の構造との流れの違いを説明する図である。

本発明の一実施例について、図１乃至図７を用いて以下説明する。

図１は、本発明に係る燃料噴射弁１の全体構成を弁軸心１ｃに沿う断面で示した縦断面図である。

図１において、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、所定量リフトする弁体３と、この弁体３に接する弁座面１０と、弁体３と弁座面１０の隙間を通って流れる燃料の通過を許す燃料噴射室２、および燃料噴射室２の下流に複数個の燃料噴射孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ（図２，図３参照）を有するオリフィスプレート２０を備えている。

また、コア７の中心には、弁体３を弁座面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では、弁体３と弁座面１０とが密着している。この状態では燃料通路が閉じられているため、燃料は燃料噴射弁１内部に留まり、複数個設けられている各々燃料噴射孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃからの燃料噴射は行われない。

一方、コイル９への通電があると、電磁力によって弁体３が対面するコア７の下端面に接触するまで移動する。

この開弁状態では弁体３と弁座面１０の間に隙間ができるため、燃料通路が開かれて複数個の燃料噴射孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃから燃料が噴射される。

なお、燃料噴射弁１には燃料入口５ａを有する燃料通路５が設けられており、この燃料通路５はコア７の中央部を貫通する貫通孔部分を含み、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料を燃料噴射弁１の内部を通して燃料噴射孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃへと導く通路である。

燃料噴射弁１の動作は、上述したように、コイル９への通電（噴射パルス）に伴って、弁体３の位置を開弁状態と閉弁状態に切り替えることで、燃料の供給量を制御している。

燃料供給量の制御にあたっては、特に、閉弁状態では燃料漏れがない弁体設計が施されている。

この種の燃料噴射弁では、弁体３に真円度が高く鏡面仕上げが施されているボール（ＪＩＳ規格品の玉軸受用鋼球）を用いておりシート性の向上に有益である。

一方、ボールが密着する弁座面１０の弁座角は、研磨性が良好で真円度を高精度にできる最適な角度８０゜から１００゜であり、上述したボールとのシート性を極めて高く維持できるものである。

なお、弁座面１０を有するノズル体４は、焼入れによって硬度が高められており、また、脱磁処理により無用な磁気が除去されている。

このような弁体３の構成により、燃料漏れのない噴射量制御を可能としている。以って、コストパホーマンスに優れた弁体構造としている。

図２は、本発明に係る燃料噴射弁１におけるノズル体４の近傍を示す縦断面図である。

図２に示すように、オリフィスプレート２０はその上面２０ａがノズル体４の下面４ａに接触しており、この接触部分の外周をレーザ溶接してノズル体４に固定されている。

尚、本明細書及び特許請求の範囲において上下方向は図１を基準としており、燃料噴射弁１の弁軸心１ｃ方向において燃料入口５ａ側を上側、燃料噴射孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ側を下側とする。

ノズル体４の下端部には、弁座面１０のシート部１０ａの径φＳより小径の燃料導入孔１１が設けられている。弁座面１０は円錐形状をしており、その下流端中央部に燃料導入孔１１が形成されている。弁座面１０の中心線と燃料導入孔１１の中心線とは弁軸心１ｃに一致するように、弁座面１０と燃料導入孔１１とが形成されている。燃料導入孔１１によってノズル体４の下端面４ａにオリフィスプレート２０の中央穴（中央孔）２４に連通する開口が形成される。

中央穴２４はオリフィスプレート２０の上面２０ａに設けられた凹形状部であり、旋回用通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃが中央穴２４から放射状に延びており、旋回用通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃはその上流端が中央穴２４の内周面に開口して中央穴２４に連通している。

旋回用通路２１ａの下流端は旋回室２２ａに連通するよう接続され、旋回用通路２１ｂの下流端は旋回室２２ｂに連通するよう接続され、旋回用通路２１ｃの下流端は旋回室２２ｃに連通するよう接続されている。旋回用通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃは旋回室２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ燃料を供給する燃料通路であり、この意味において旋回用通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃを旋回燃料供給通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃと呼んでもよい。

旋回室２２ａ，２２ｂ，２２ｃの壁面は、上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるように（曲率半径が次第に小さくなるように）形成されている。このとき、曲率は連続的に大きくしてもよいし、所定の範囲で曲率が一定になるようにしながら上流側から下流側に向かって段階的に次第に大きくなるようにしてもよい。上流側から下流側に向かって曲率が連続的に大きくなる曲線の代表例として、インボリュート曲線（形状）又はらせん曲線（形状）がある。本実施例では、らせん曲線について説明しているが、上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるとして上記のような曲線を採用しても同様に説明することができる。

また、旋回室２２ａ，２２ｂ，２２ｃの中心には燃料噴射孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃがそれぞれ開口している。

ノズル体４とオリフィスプレート２０とは両者の位置決めが簡単且つ容易に実施されるように構成されており、組み合わせ時の寸法精度が高められている。

また、オリフィスプレート２０は量産性に有利なプレス成形（塑性加工）により製作される。なお、この方法以外に、放電加工や電鋳法，エッチング加工など比較的応力の加わらない加工精度の高い方法が考えられる。

次に、オリフィスプレート２０の構成について、図３乃至図７を用いて詳細に説明する。図３は、本発明に係る燃料噴射弁におけるノズル体の下端部に位置するオリフィスプレートの平面図である。

オリフィスプレート２０には燃料導入孔１１に連通する中央穴２４が形成されており、中央穴２４には、その周方向に等間隔（１２０度の間隔）に配置され、径方向外周側に向けて放射状に延びる３個の旋回用通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃが接続されている。旋回用通路２１ａ，２１ｂ，２１ｃにはそれぞれ旋回室２２ａ，２２ｂ，２２ｃが接続されている。

次に、図４，図５を用いて、旋回用通路２１ａと旋回室２２ａと燃料噴射孔２３ａとについて詳細に説明する。図４は、旋回用通路２１ａと旋回室２２ａと燃料噴射孔２３ａとの関係を示す拡大平面図である。図５は図４のＡ−Ａ断面図であり、旋回室と旋回用通路と燃料噴射孔との関係を示す図である。

１つの旋回用通路２１ａは旋回室２２ａの接線方向に連通開口しており、旋回室２２ａの中央部に燃料噴射孔２３ａが開口している。尚、本実施例では、旋回室２２ａの内周壁は弁軸心線１ｃに垂直な平面（断面）上でらせん曲線を描くように形成されており、すなわちらせん形状を成しており、らせん曲線の渦中心と燃料噴射孔２３ａの中心とが一致するように構成されている。旋回室２２ａがインボリュート曲線の場合、インボリュート曲線の基礎円の中心と燃料噴射孔２３ａの中心とが一致するように構成するとよい。燃料噴射孔２３ａの中心をらせん曲線の渦中心やインボリュート曲線の基礎円の中心からずらして配置してもよい。

旋回室のらせん形状は、そのらせん曲線の半径Ｒが式（１）および式（２）で示される関係を満たすようにして形成される。

ここに、Ｄは基礎円の直径、Ｗ^*は旋回用通路の幅であり、本発明では、このＷ^*は厚みφＫ（図４乃至図５に示す）を含む数値である。

旋回室２２ａの内周壁面はＳｓを始端（上流端）、Ｓｅを終端（下流端）としている。
始端（始点）Ｓｓには旋回用通路２１ａの一方の側壁２１ａｓが始点Ｓｓから接線方向に接続されている。終端（終点）Ｓｅａには終点Ｓｅａでらせん曲線に接するように形成された円形状部２６ａが設けられている。円形状部２６ａは旋回用通路２１ａ及び旋回室２２ａの高さ方向（旋回の中心軸に沿う方向）全体にわたって形成されているので、周方向において所定の角度範囲で構成される部分的な円柱形状部を構成する。旋回用通路２１ａの他方の側壁２１ａｅは円形状部２６ａによって構成される円柱面に接するように形成されている。

円形状部２６ａによって構成される円柱面は旋回用通路２１ａの側壁２１ａｅの下流端と旋回室２２ａの内周壁の終端Ｓｅａとを接続する接続面（中間の面）を構成している。
また、このような接続面２６ａを設けることにより、旋回室２２ａと旋回用通路２１ａとの接続部に厚み形成部２５ａを設けることができ、旋回室２２ａと旋回用通路２１ａとを所定の厚みを有する壁面を隔てて連結することができる。すなわち、旋回室２２ａと旋回用通路２１ａとの接続部に、ナイフエッジのように先が尖ったシャープな形状が形成されない。

旋回用通路２１ａの側壁２１ａｅと旋回室２２ａとの接続部については、後で詳細に説明する。

燃料噴射孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃの開口方向（燃料の流出方向，中心軸線方向）は、本実施例では燃料噴射弁１の弁軸心線１ｃと平行で下方に向かうようになっているが、弁軸心線１ｃに対して所望の方向に傾斜させて噴霧を拡散（各々の噴霧を遠ざけて干渉を抑制する）させる構成としても良い。

図５に示すように、旋回用通路２１ａの流れ方向に垂直な断面形状は矩形（長方形）であり、プレス成形に有利な寸法に設計されている。特に、旋回用通路２１ａの幅Ｗに比べて高さＨＳを小さくすることで加工性を有利にしている。

旋回用通路２１ａに流入する燃料はこの矩形部が絞り（最小断面積）となっているため、弁座面１０のシート部１０ａから燃料噴射室２，燃料導入孔１１，オリフィスプレート２０の中央穴２４を経てこの旋回用通路２１ａに至るまでの圧力損失は無視できるように設計されている。

特に、燃料導入孔１１およびオリフィスプレート２０の中央穴２４は急激な曲がり圧損が生じないよう、所望大きさの燃料通路となるように設計している。

従って、燃料の圧力エネルギーがこの旋回用通路２１ａ部分で効率的に旋回速度エネルギー変換されるようになっている。

また、この矩形部で加速された流れは十分な旋回強さ、いわゆる旋回速度エネルギーを維持しつつ、下流の燃料噴射孔２３ａに導かれる。

燃料の旋回強さ（スワール数Ｓ）は式（３）で示される。

ここに、ｄは燃料噴射孔の直径、ＬＳは旋回用通路Ｗの中心線と旋回室ＤＳの中心間距離、ｎは旋回用通路の個数で本実施形態では１個である。

また、ｄｓは旋回用通路を水力直径に換算したもので、式（４）で示され、Ｗは旋回用通路の幅、ＨＳは旋回用通路の高さである。

ここに、旋回室２２ａの大きさは、燃料流れによる摩擦損失や室内壁での摩擦損失の影響が極力小さくなるように、その直径ＤＳが決められている。

その大きさは水力直径ｄｓの４倍から６倍程度が最適値とされており、本実施例でもこの方法を適用している。

上述したように、本実施例では、厚み形成部２５ａは旋回室２２ａの内周壁下流端と旋回用通路２１ａとの接続部に形成され、所定の厚みφＫを有している。

旋回用通路２１ｂと旋回室２２ｂと燃料噴射孔２３ｂとの関係，旋回用通路２１ｃと旋回室２２ｃと燃料噴射孔２３ｃとの関係も、上述した旋回用通路２１ａと旋回室２２ａと燃料噴射孔２３ａとの関係と同じであるので、説明を省略する。

なお、本実施例では旋回用通路２１，旋回室２２及び燃料噴射孔２３を組み合わせた燃料通路を３組設けているが、さらに増加させることにより、噴霧の形状や噴射量のバリエーションの自由度を高めてもよい。また、旋回用通路２１，旋回室２２及び燃料噴射孔２３を組み合わせた燃料通路を２組にしてもよいし、１組にしてもよい。

旋回用通路２１ａ，旋回室２２ａ及び燃料噴射孔２３ａを組み合わせた燃料通路と、旋回用通路２１ｂ，旋回室２２ｂ及び燃料噴射孔２３ｂを組み合わせた燃料通路と、旋回用通路２１ｃ，旋回室２２ｃ及び燃料噴射孔２３ｃを組み合わせた燃料通路とは同じ構成であるので、以下の説明では、各燃料通路を区別することなく、単に旋回用通路２１，旋回室２２，燃料噴射孔２３として説明する。

この厚み形成部２５ａの作用及びその機能について、図６乃至図９を引用して説明する。図６は、厚み形成部２５の厚みと噴霧の対称性における誤差との関係を示す図である。
図７は、旋回室２２ａと旋回用通路２１ａとの接続部Ｐ０をナイフエッジのように先が尖ったシャープなエッジ状（厚みが０.０１ミリメートル未満）とした例を示す平面図である。図８は、厚み形成部２５の構造を詳細に説明するための平面図である。図９は、図７の構造と図８の構造との流れの違いを説明する図である。

図７では、旋回用通路２１の側壁２１ｅと旋回室２２の内周壁とが交わる例を示している。側壁２１ｅと旋回室２２の内周壁とが交わることによって、接続部Ｐ０にナイフエッジのように先が尖ったシャープなエッジ形状部が形成される。このようなエッジ形状部は、現在の加工技術では、厚みを０.０１ミリメートル未満にすることが可能である。

接続部Ｐ０は、旋回室２２の内周壁が描くらせん曲線がＹ軸と接する位置Ｙ０から垂直に延長した線との交点であり、延長した線のＰ０から左側の部分が旋回用通路２１の壁面２１ｅを形成する。

点Ｐ１は旋回用通路２１の幅が製作上大きく形成された場合の接続部の位置を示しており、側壁が３９の位置に設けられた場合である。この様な場合、旋回室２２を周回した燃料と旋回用通路２１からの燃料との衝突角が大きくなり燃料噴射孔２３に非対称な旋回流れを供給することになる。

また、旋回用通路２１から燃料噴射孔２３への見通しが良くなるので、旋回用通路２１より流入する燃料が燃料噴射孔２３側へ急峻に流れやすくなることにもなり、非対称な旋回流れを供給することになる。

図４に示した旋回室２２ａと旋回用通路２１ａとの接続部には、所定の厚みφＫを有する厚み形成部２５を設けているので、図６に示されるように、噴霧の対称性を設計目標値に収めることができる。

この厚み形成部２５は図８に示す点Ｐ０を起点とした壁面であり、点Ｐ０で旋回室２２のらせん曲線に外接する任意の直径円をなす壁面２６として形成される。

図８を用いて、厚み形成部２５の構造を詳細に説明する。

図８では、旋回用通路２１の側壁（高さ方向に沿う壁面）２１ｅの延長線が旋回室２２の内周壁が描く螺旋曲線２２ｓの延長線と、螺旋曲線２２ｓの始点Ｓｓから１８０度以上回転（旋回）した角度範囲で交わらないようにしている。これにより、側壁２１ｅと旋回室２２の内周壁が描く螺旋曲線２２ｓとの間に実質的な厚みを形成することができる。

旋回用通路２１の側壁２１ｓは基礎円３０に点Ｓｓで接するように形成される。基礎円３０は、その中心Ｏ₃₀が螺旋の中心Ｏ_22Sに一致し、その半径Ｒが螺旋曲線２２ｓの始点Ｓｓと螺旋の中心Ｏ_22Sとの間の距離に等しい円である。基礎円３０の中心Ｏ₃₀及び螺旋の中心Ｏ_22Sは旋回室の中心を構成する。また、点Ｓｓは旋回室２２の内周壁の螺旋曲線２２ｓの始点となる。従って、側壁２１ｓは旋回室２２の内周壁が描く螺旋曲線２２ｓの上流側の端部に接続される側壁ということになる。

この始点Ｓｓから３６０度回転（旋回）した角度位置で、基礎円３０の中心Ｏ₃₀（螺旋の中心Ｏ_22S）と始点Ｓｓとを結ぶ第一の線分（直線）３１を仮定する。この第一の線分３１と螺旋曲線２２ｓの延長線とが交わる第１の点Ｙ０を仮定する。第１の点Ｙ０を通り第１の線分３１に垂直な第２の線分（直線）３２を仮定する。第２の線分３２が、第１の点Ｙ０よりも上流側において螺旋曲線２２ｓ（またはその延長線）と交わる第２の点Ｐ０を仮定する。第２の点Ｐ０と螺旋の中心Ｏ_22S（基礎円３０の中心Ｏ₃₀）とを結ぶ第３の線分（直線）３３を仮定する。側壁２１ｅと第３の線分３３とが交わる第３の点３４を仮定する。第２の線分３２に平行でかつ第１の点Ｙ０と第２の点Ｐ０との間で螺旋曲線２２ｓの延長線に接する第４の線分（直線）３５を仮定する。第４の線分３５が第３の線分３３と交わる第４の点３６を仮定する。

側壁２１ｅと旋回室２２の内周壁が描く螺旋曲線２２ｓとの間に実質的な厚みを形成するためには、第３の点３４が第３の線分３３上において第４の点３６よりも螺旋曲線の中心Ｏ_22S（基礎円３０の中心Ｏ₃₀）から遠ざかる側に位置するようにすればよい。このとき、旋回用通路２１の側壁２１ｅの延長線（側壁２１ｅそのものの場合も有り得る）は、螺旋曲線２２ｓの始点Ｓｓから１８０度以上回転（旋回）した角度範囲において、旋回室２２の内周壁が描く螺旋曲線２２ｓの延長線（螺旋曲線２２ｓ、すなわち内周壁面そのものの場合も有り得る）と交わらなくなる。すなわち、旋回室２２の下流端側に接続される旋回用通路２１の側壁２１ｅの延長線が、旋回室２２の下流端側の延長線と交わらなくなる。

本実施例は側壁２１ｅが側壁２１ｓと平行な場合である。図９に示すように、側壁４１ｅを、側壁４１ｓに対して上流側から下流側に行くほど間隔が狭くなるように（先細りになるように）構成し、旋回用通路４１をテーパー状に形成した場合も、側壁４１ｅと第３の線分３３とが交わる第３の点３４が上記のように配置されるようにしてもよい。しかし、この場合には、側壁４１ｅが側壁２１ｅに対して傾斜して設けられるため、第３の点３４が第３の線分３３上において第４の点３６よりも螺旋曲線の中心Ｏ_22S（基礎円３０の中心Ｏ₃₀）側に位置したとしても、側壁２１ｅの延長線が、螺旋曲線２２ｓの始点Ｓｓから１８０度以上回転（旋回）した角度範囲において、螺旋曲線２２ｓの延長線と交わらないようにすることができる。この場合には、側壁２１ｅの延長線が、螺旋曲線２２ｓの始点Ｓｓから１８０度以上回転（旋回）した角度範囲において、螺旋曲線２２ｓの延長線と交わらないようにすることが重要である。

また、側壁２１ｅを曲線で構成することも可能であり、この場合も、図９の旋回用通路４１の場合と同様であり、側壁２１ｅの延長線が、螺旋曲線２２ｓの始点Ｓｓから１８０度以上回転（旋回）した角度範囲において、螺旋曲線２２ｓの延長線と交わらないようにすることが重要である。

第２の点Ｐ０は旋回室２２の内周壁が描く螺旋曲線２２ｓの終端（終点）Ｓｅとなる。
このＳｅには、この終点Ｓｅで螺旋曲線２２ｓに接するように形成された円形状部２６が設けられている。円形状部２６は旋回用通路２１及び旋回室２２の高さ方向（旋回の中心軸に沿う方向）全体にわたって形成されているので、周方向において所定の角度範囲で構成される部分的な円柱形状部を構成している。旋回用通路２１の側壁２１ｅは円形状部２６によって構成される円柱面に接するように形成されており、この接点３７が旋回用通路２１の側壁２１ｅの下流端（終点）となる。円形状部２６によって構成される円柱面は旋回用通路２１の側壁２１ｅの下流端と旋回室２２の内周壁の終端Ｓｅとを接続する接続面（中間の面）を構成している。

また、旋回室２２の内周壁が描く螺旋曲線２２ｓの終端（終点）Ｓｅと旋回用通路２１の側壁２１ｅの下流端（終点）３７とは離れており、厚みφＫが形成されている。本実施例の場合、螺旋曲線２２ｓの終端（終点）Ｓｅから側壁２１ｅの延長線に下ろした垂線の長さを厚みφＫとしている。尚、旋回室２２の内周壁が描く螺旋曲線２２ｓの終端（終点）Ｓｅや側壁２１ｅの下流端（終点）３７は折れ曲がりや曲率の変化から決定することができる。

また、上記説明において、「側壁２１ｅの延長線」及び「螺旋曲線２２ｓの延長線」のように「延長線」としたのは、本実施例では、螺旋曲線２２ｓの終端Ｓｅが螺旋曲線２２ｓ及びその延長線上において、点Ｙ０よりも上流側に位置しているからである。例えば、螺旋曲線２２ｓの終端Ｓｅを点Ｙ０に一致させた場合は、「側壁２１ｅの延長線」及び「螺旋曲線２２ｓの延長線」ではなく、「側壁２１ｅ」及び「螺旋曲線２２ｓ」とするべきである。

上記仮定と構成は螺旋曲線について記載しているが、螺旋曲線をインボリュート曲線に変えれば、インボリュート曲線にも適用可能である。

また、厚み形成部２５は断面が部分円でなく、図８に点線３８で示すように、直線形状にしてもよい。この場合、厚み形成部２５は平面になる。この平面は、Ｙ軸に平行でＸＹ平面に垂直な面として形成すると良い。

なお、これらの壁面の厚みは加工の際に必要な角Ｒや角面取り（０.００５ミリメートル程度）を含んで形成されるものである。

図６は厚み形成部２５の厚みφＫに対する噴霧の対称性を示した図であり、目標値を満足するには所定の厚み範囲が有効であることを示唆している。

φＫの大きさは０.０１ミリメートルから０.１ミリメートル程度の範囲を許容しており、好ましくは０.０２ミリメートルから０.０６ミリメートル程度を優先的に採用している。

この厚みφＫによって、旋回室２２を周回した燃料と旋回用通路２１より流入した燃料の衝突が緩和され、旋回室２１においてはらせん壁面に沿うスムースな流れが形成される。

尚、図６では旋回室２２と旋回用通路２１との接続部の位置ずれを考慮していないため、厚み形成部２５の厚みφＫが０の場合でも設計目標値に収まる結果となっている。図６からは、設計目標値に収めるためには、厚みφＫに上限値が存在することが分かる。また、図６では厚みφＫが０の場合でも設計目標値に収まる結果となっているが、これは旋回室２２と旋回用通路２１との接続部の位置ずれを考慮していないためであり、「発明が解決しようとする課題」で説明したように、厚みφＫを設けない場合（０にした場合）には旋回室２２と旋回用通路２１との接続部の位置ずれが生じ易くなる。従って、厚みφＫを設けない場合に接続部の位置ずれを考慮すると、設計目標値に収まらなくなる可能性がある。

図１０に、燃料流れを解析した結果を示す。図１０では、矢印ベクトルで流れを表現している。図１０（ａ）は、旋回用通路２１の側壁２１ｅと旋回室２２の内周壁とが交わる場合で、両壁の接続部にナイフエッジのように先が尖ったシャープなエッジ形状部が形成される場合である。図１０（ｂ）は両壁の接続部に厚み形成部２５を設けた場合である。

図１０（ａ）に示す流れを観察すると、旋回用通路２１から流入する燃料が、旋回室２２を周回した流れと合流し、矢印５１で示すように、旋回室２２の壁面側に押し付けられる流れ態様となる。このような場合、燃料噴射孔２３から流出する燃料噴霧（液膜）は非対称となる。

図１０（ｂ）に示す流れを観察すると、接続部の厚み部位φＫの後流で旋回室２１を周回した流れと旋回用通路２２からの流れとの衝突が緩和され、矢印５２で示すように、旋回室２２の曲率に沿った流れが形成される。このような場合、燃料噴射孔２３内では流れがほぼ対称に形成され、燃料噴射孔２３より噴射される燃料噴霧は対称になる。

上記実施例では、以下のような構成及び作用効果も合わせ持っている。

燃料噴射孔２３の直径は十分大きい。直径を大きくすると、内部に形成される空洞を十分大きくすることができる。いわゆる、ここでの旋回速度エネルギーを損失することなく噴射燃料の薄膜化に作用させることができる。

また、燃料噴射孔２３の板厚（この場合旋回室の高さと同じ）に対する噴射孔直径の比を小さくしているので、旋回速度エネルギーの損失も極めて小さい。もって、燃料の微粒化特性が極めて優れることになる。

さらに、燃料噴射孔２３の板厚に対する噴射孔直径の比が小さいのでプレス加工性が向上している。

この様な構成ではコスト低減効果は勿論であるが、加工性の向上によって寸法バラツキが抑えられるので、噴霧形状や噴射量のロバスト性が格段に向上する。

以上説明したように、本発明の実施形態にかかる燃料噴射弁は、旋回室２２と旋回用通路２１，４１の接続部に所定の厚み形成部２５を設けることにより、噴射燃料の対称性を確保して均一な薄膜を形成することにより微粒化を促進させている。

この厚み形成部２５は、旋回室２２を周回した燃料を、螺旋壁面２２ｓの曲率方向にその旋回流れを整えるので、旋回用通路２１，４１から流入する燃料と合流し加速されて旋回室２２内に流れる。このとき、旋回室２２を周回した燃料流れと旋回用通路２１から流入する燃料流れとの大きな衝突が回避されて、旋回室２２を周回した燃料は旋回用通路２１より流入する燃料を加速誘引しながら旋回室２２の曲率面に沿った流れとなる。

これによって、燃料噴射孔２３の出口においては、十分な旋回強さによって薄膜化された対称（旋回の中心軸を中心とする周方向において均一）な液膜が形成されて微粒化を促進させることができる。

このように均一に薄膜化した燃料噴霧は、周囲空気とのエネルギー交換が活発に行われるので、分裂が促進されて微粒化の良い噴霧となる。

また、プレス加工を容易にした設計諸元としたことで、コストパホーマンスに優れた安価な燃料噴射弁とすることができる。

１燃料噴射弁
３弁体
４ノズル体
５燃料通路
１０弁座面
１１燃料導入孔
２０オリフィスプレート
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ旋回用通路
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ旋回室
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ燃料噴射孔
２４中央穴
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ厚み形成部

Claims

上流側から下流側に向かって曲率が次第に大きくなるように形成された内周壁を有する旋回室と、前記旋回室に燃料を導入する旋回用通路と、前記旋回室に開口する燃料噴射孔とを備えた内燃機関に用いられる燃料噴射弁において、
前記旋回用通路は、当該旋回用通路を構成する側壁同士が互いに平行となるように、形成され、
前記旋回室の内周壁の下流側終端と前記旋回用通路の側壁の下流側終端との接続部に厚み形成部を有し、
前記燃料噴射孔の中心と、前記旋回室の内周壁の前記下流側終端を結んだ線上において、前記旋回用通路の幅が、前記燃料噴射孔から前記旋回室の内周壁までの距離より大きいことを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１において、複数の旋回室を有し、前記複数の旋回室のそれぞれに燃料を導入する複数の旋回用通路と、前記複数の旋回室のそれぞれに開口する燃料噴射孔とを備え、前記それぞれの旋回室と前記それぞれの旋回用通路との接続部に厚み形成部があることを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１または２において、前記旋回室の断面がインボリュート曲線又は螺旋曲線で形成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記厚み形成部は、その断面が円形状部によって形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
請求項４において、前記円形状部は、前記内周壁の下流側端部と前記側壁の下流側端部とにおいて、前記内周壁と前記側壁とに接するように形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。