JP6024817B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に設けられた燃焼室内へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

燃料噴射弁には、燃焼室内へ向けて燃料を噴射する複数の噴孔が形成されている。こうした燃料噴射弁の一種として、例えば特許文献１に開示の構成では、燃焼室の吸気側を指向する噴孔（以下、「吸気側噴孔」）の内径が、燃焼室の排気側を指向する噴孔（以下「排気側噴孔」）の内径よりも、小さくされている。こうした構成により、燃焼室内において空気及び燃料からなる混合気の均質化が図られている。

特許第４０６９７５０号公報

しかし、特許文献１に開示の燃料噴射弁のように、吸気側噴孔が排気側噴孔よりも小径とされる形態では、吸気側噴孔から噴射される燃料噴霧の貫徹力は、排気側噴孔による燃料噴霧の貫徹力よりも低くなる。故に、実際の内燃機関においては、燃焼室の吸気側を流れる流速の速い空気全体に、燃料が行き渡り難くなる。一方、吸気側噴孔よりも大径とされた排気側噴孔による燃料噴霧は、高い貫徹力を有することで、流速の遅い燃焼室排気側の空気を突き抜けてしまい得る。その結果、燃料は、空気と混ざり難くなってしまう。

加えて、特許文献１の燃料噴射弁では、吸気側噴孔及び排気側噴孔の各内径の変更により、燃料噴霧の貫徹力が調整されている。故に、吸気側噴孔を流れる燃料流量は、排気側噴孔を流れる燃料流量よりも少なくならざるを得ない。そのため、吸気側噴孔及び排気側噴孔の数及び配置の工夫によって噴射される燃料量の偏りを補正しようとしても、各噴孔の指向方向に最適な燃料量を供給することまでは、実現困難であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃焼室内の各所に適切な量の燃料を空気と混ざり易い状態で供給することにより、燃焼室内の混合気の均質性を向上させることが可能な燃料噴射弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、第一の発明は、内燃機関に設けられた燃焼室（９０）内へ向けて複数の噴孔（１５５，２５５）から燃料を噴射する燃料噴射弁であって、複数の噴孔について、個々の指向方向を規定する各噴孔軸線（１５９，２５９）は、互いに異なる方向を向き、複数の噴孔のうちで、噴孔軸線（１５９ｂ，２５９ｂ）の姿勢により燃焼室の吸気側を指向する少なくとも一つの吸気側噴孔（１５７）は、基準となる基準内径（Ｄｎ_ｉ）を維持しつつ、噴孔軸線に沿って内周壁面（１５７ａ）を延伸させるストレート形状であり、複数の噴孔のうちで、噴孔軸線（１５９ａ，２５９ａ）の姿勢により燃焼室の排気側を指向する少なくとも一つの排気側噴孔（１５６）は、燃焼室に露出する出口側の開口（１５５ｂ_ｅ）に向かうに従って当該噴孔軸線から内周壁面（１５６ａ）を離間させることで、基準となる基準内径（Ｄｎ_ｅ）から出口側の開口に向かって流路面積を拡大させる拡大テーパ形状であり、吸気側噴孔の流路長さ（Ｌｎ_ｉ）を当該吸気側噴孔の基準内径によって除算した値は、１．５以上であり、排気側噴孔の流路長さ（Ｌｎ_ｅ）を当該排気側噴孔の基準内径によって除算した値は、２．０〜３．０の範囲内であり、複数の噴孔と連通するサック室（１５４）を形成するサック部（１５２）と、吸気側噴孔を貫通させる第一領域（１６７）、及び排気側噴孔を貫通させる第二領域（１６６）を形成する噴孔壁（１６０，２６０）と、をさらに備え、各噴孔の各入口側の開口（１５５ａ，２５５ａ）は、等間隔に並んでサック室に臨んでおり、吸気側噴孔及び排気側噴孔につき、それぞれの噴孔軸線を含む各縦断面において、各入口側の開口（１５５ａ，２５５ａ）を区画する各エッジ部（１６４）のコーナー半径は共に、１０マイクロメートル以下であり、第一領域の壁厚及び第二領域の壁厚は、吸気側噴孔の流路長さ及び排気側噴孔の流路長さにそれぞれ対応するよう規定されることにより、互いに異なり、第一領域の壁厚は、第二領域の壁厚よりも薄いことを特徴としている。

この発明では、燃焼室の吸気側を指向する吸気側噴孔がストレート形状であることにより、吸気側噴孔から噴射される燃料の噴霧は、高い貫徹力を有する。こうして吸気側噴孔による燃料噴霧の貫徹力が高められることにより、燃焼室の吸気側を流れる流速の速い空気全体に燃料を行き渡らせることが可能となる。

一方で、燃焼室の排気側を指向する排気側噴孔が拡大形状であることにより、排気側噴孔から噴射される燃料噴霧の貫徹力は、吸気側噴孔による燃料噴霧の貫徹力よりも低くなる。故に、排気側噴孔から噴射された燃料噴霧は、吸気側よりも流速の遅い燃焼室排気側の空気を突き抜けることなく、空気全体と混ざり得る。

加えて上述の構成では、燃料噴霧の貫徹力は、吸気側噴孔及び排気側噴孔を互いに異なる形状に形成することによって、調整されている。故に、吸気側噴孔及び排気側噴孔のそれぞれを流れる燃料流量は、設計時に適宜調整し得る。複数の噴孔は、それぞれの指向方向に最適な燃料量を供給可能となる。

以上によれば、燃料噴射弁は、燃焼室内の各所に適切な量の燃料を空気と混ざり易い状態で供給できるため、燃焼室内における混合気の均質性を向上させることができる。

尚、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、本発明の範囲を何ら制限するものではない。

本発明の第一実施形態によるセンタ噴射を行う燃料噴射弁について、ガソリンエンジンに設置された状態を示す図である。 図１の矢印IIから燃焼室の天井面側を見た図であって、燃料噴射弁とその周囲の構成との位置関係を模式的に示す模式図である。 燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 サック部の近傍を拡大して示す断面図であって、図５のIV−IV線断面図である。 図４のV−V線断面図である。 排気側噴孔の近傍をさらに拡大して示す断面図である。 吸気側噴孔の近傍をさらに拡大して示す断面図である。 拡大テーパ形状の噴孔におけるＬ/Ｄ値と噴霧の粒径との相関、及びＬ/Ｄ値と噴霧収縮率との相関、をそれぞれ示す図である。 図６の領域IXを拡大して示す断面図である。 噴孔の入口側開口を区画するエッジ部のコーナー半径と、噴霧の粒径との相関を示す図である。 本発明の第二実施形態によるサイド噴射を行う燃料噴射弁について、ガソリンエンジンに設置された状態を示す図である。 図１１の矢印XIIから燃焼室の天井面側を見た図であって、燃料噴射弁とその周囲の構成との位置関係を模式的に示す模式図である。 各噴孔の配置及び指向方向を示す図である。 図２の変形例１を示す図である。 図２の変形例２を示す図である。 図２の変形例３を示す図である。 図２の変形例４を示す図である。 図２の変形例５を示す図である。 図２の変形例６を示す図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

（第一実施形態）
図１及び図２に示す本発明の第一実施形態による燃料噴射弁１０は、内燃機関としてのガソリンエンジンに設置されている。燃料噴射弁１０は、ガソリンエンジンに設けられた燃焼室９０内へ向けて複数の噴孔１５５から燃料を噴射する。燃焼室９０は、シリンダブロック、シリンダヘッド、及びピストン９４等によって区画されている。シリンダヘッドには、燃料噴射弁１０と共に、二つの吸気バルブ９３、二つの排気バルブ９２、及び点火プラグ９１等が設置されている。燃料噴射弁１０及び点火プラグ９１は、各吸気バルブ９３及び各排気バルブ９２の中央に、互いに隣り合う配置にて設置されている。燃料噴射弁１０は、点火プラグ９１よりも二つの吸気バルブ９３に近接しており、噴孔１５５の形成された先端部分を燃焼室９０内に露出させている。点火プラグ９１は、燃料噴射弁１０よりも二つの排気バルブ９２に近接しており、火炎核を生じさせる先端部分を燃焼室９０内に露出させている。尚、図１には、説明を容易にするため、閉弁時における吸気バルブ９３及び排気バルブ９２が示されている。

燃料噴射弁１０は、図３に示すように、弁ボディ１１、固定コア２０、可動コア３０、弁部材４０、弾性部材５０、及び駆動部６０を備えている。

弁ボディ１１は、コアハウジング１２、入口部材１３、ノズルホルダ１４、及びノズルボディ１５等から構成されている。コアハウジング１２は円筒状に形成されており、軸方向の一端部側から他端部側へ向かって順に第一磁性部１２ａ、非磁性部１２ｂ及び第二磁性部１２ｃを有している。磁性材からなる各磁性部１２ａ，１２ｃと、非磁性材からなる非磁性部１２ｂとは、レーザ溶接等によって結合されている。かかる結合構造によって非磁性部１２ｂは、第一磁性部１２ａと第二磁性部１２ｃの間において磁束の短絡を防止している。

第二磁性部１２ｃにおいて非磁性部１２ｂとは反対側の軸方向端部には、円筒状の入口部材１３が固定されている。入口部材１３は、燃料ポンプ（図示しない）から燃料が供給される燃料入口１３ａを形成している。燃料入口１３ａへの供給燃料を濾過して下流側のコアハウジング１２内へ導くために第一実施形態では、入口部材１３の内周側に燃料フィルタ１６が固定されている。

第一磁性部１２ａにおいて非磁性部１２ｂとは反対側の軸方向端部には、磁性材によって円筒状に形成されたノズルホルダ１４を介して、ノズルボディ１５が固定されている。ノズルボディ１５は有底円筒状に形成されており、コアハウジング１２及びノズルホルダ１４と共同して燃料通路１７を内周側に形成している。図４に示すようにノズルボディ１５は、弁座部１５０及びサック部１５２を有している。

弁座部１５０は、軸方向のうち燃料下流側へ向かうに従って一定の縮径率で縮径するテーパ面状の内周面によって、弁座面１５１を形成している。サック部１５２は、弁座面１５１によって燃料通路１７を形成する弁座部１５０の燃料下流側に隣接している。サック部１５２は、燃料上流側の燃料通路１７へ向かって開口する円筒穴状の凹部１５３を形成している。この凹部１５３においてサック室１５４を形成する内面には、当該サック室１５４と連通する噴孔１５５が開口している。図４及び図５に示すように第一実施形態の噴孔１５５は、凹部１５３の中心軸線１８周りに互いに間隔をあけて複数設けられている。各噴孔１５５の各入口側開口１５５ａは、中心軸線１８周りの同一仮想円１９上に位置している。また各噴孔１５５は、燃料下流側となる各出口側開口１５５ｂへ向かうに従って凹部１５３の外周側に傾斜している。

図３に示す固定コア２０は、磁性材によって円筒状に形成されており、コアハウジング１２のうち非磁性部１２ｂ及び第二磁性部１２ｃの内周面に同軸上に固定されている。固定コア２０には、その径方向中央部を軸方向に貫通する貫通孔２０ａが設けられている。燃料入口１３ａから燃料フィルタ１６を経て貫通孔２０ａへ流入する燃料は、その下流側となる可動コア３０側へ向かって当該貫通孔２０ａから流出することとなる。

可動コア３０は、磁性材によって段付円筒状に形成されており、コアハウジング１２の内周側に同軸上に配置されて燃料上流側の固定コア２０と軸方向に対向している。可動コア３０は、コアハウジング１２のうち非磁性部１２ｂの内周壁によって案内されることで、軸方向両側への正確な往復移動が可能となっている。可動コア３０には、その径方向中央部を軸方向に貫通する第一貫通孔３０ａと、軸方向中間部を径方向に貫通して第一貫通孔３０ａに連通する第二貫通孔３０ｂとが、設けられている。固定コア２０の貫通孔２０ａから流出した燃料は、その下流側において可動コア３０の第一貫通孔３０ａへ流入し、第二貫通孔３０ｂからコアハウジング１２内の燃料通路１７へと流出することになる。

弁部材４０は、非磁性材によって横断面が円形のニードル状に形成されており、弁ボディ１１のうち要素１２，１４，１５が内周側に形成する燃料通路１７内に同軸上に配置されている。弁部材４０において燃料上流側の軸方向端部は、可動コア３０の第一貫通孔３０ａの内周面に同軸上に固定されている。また図３及び図４に示すように、弁部材４０において燃料下流側の軸方向端部は、軸方向のうち燃料下流側へ向かうに従って縮径する当接部４１を形成しており、弁座面１５１に対して当該当接部４１を当接可能に対向させている。弁部材４０は、所定の中心軸線１８に沿った変位によって弁座面１５１に対し当接部４１を離着座させる。こうして、噴孔１５５からの燃料噴射が断続される。具体的には、弁部材４０が当接部４１を弁座面１５１から離座させる開弁作動時には、燃料が燃料通路１７からサック室１５４へ流入して各噴孔１５５から燃焼室へ噴射される。また一方、弁部材４０が当接部４１を弁座面１５１に着座させる閉弁作動時には、各噴孔１５５から燃焼室への燃料噴射が遮断されるのである。

図３に示すように、弾性部材５０は金属製の圧縮コイルスプリングからなり、固定コア２０に設けられた貫通孔２０ａの内周側に同軸上に収容されている。弾性部材５０の一端部は、貫通孔２０ａの内周面に固定されたアジャスティングパイプ２２の軸方向端部に係止されている。弾性部材５０の他端部は、可動コア３０のうち第一貫通孔３０ａの内面に係止されている。かかる係止構造によって弾性部材５０は、それを挟む要素２２，３０間にて圧縮されることによって弾性変形する。したがって、弾性部材５０が弾性変形によって発生する復原力は、弁部材４０と共に可動コア３０を燃料下流側へ付勢する付勢力となる。

駆動部６０は、コイル６１、樹脂ボビン６２、磁性ヨーク６３、コネクタ６４等から構成されている。コイル６１は、樹脂ボビン６２に金属線材を巻回してなり、その外周側に磁性ヨーク６３が配置されている。コイル６１は、コアハウジング１２のうち固定コア２０の外周側となる非磁性部１２ｂ及び第二磁性部１２ｃの外周面に、樹脂ボビン６２を介して同軸上に固定されている。コイル６１は、コネクタ６４に設けられたターミナル６４ａを介して外部の制御回路（図示しない）と電気接続されており、当該制御回路によって通電制御されるようになっている。

ここで、コイル６１が通電によって励磁するときには、磁性ヨーク６３、ノズルホルダ１４、第一磁性部１２ａ、可動コア３０、固定コア２０及び第二磁性部１２ｃが共同して形成する磁気回路に、磁束が流れる。その結果、可動コア３０と固定コア２０との間に、可動コア３０を燃料上流側の固定コア２０へ向かって吸引する磁気吸引力が発生する。また一方、通電の停止によってコイル６１が消磁するときには、上述の磁気回路に磁束が流れなくなるため、可動コア３０と固定コア２０との間において磁気吸引力が消失するのである。

このように構成された燃料噴射弁１０の開弁作動では、コイル６１への通電が開始されることで、磁気吸引力が可動コア３０に作用する。すると、弁部材４０と共に可動コア３０は、弾性部材５０の復原力に抗して固定コア２０側へと移動することで、当該固定コア２０と当接して停止する。その結果、弁座面１５１から当接部４１が離座した状態となるので、各噴孔１５５から燃料が噴射されることとなる。

こうした開弁作動後における燃料噴射弁１０の閉弁作動では、コイル６１への通電が停止されることで、可動コア３０に作用する磁気吸引力が消失する。すると、弁部材４０と共に可動コア３０は、弾性部材５０の復原力による付勢側へと移動することで、当該弁部材４０を弁座面１５１と当接させて停止する。その結果、弁座面１５１に当接部４１が着座した状態となるので、各噴孔１５５からの燃料噴射が停止することとなる。

次に、図４及び図５に示す凹部１５３近傍の構成を詳細に説明する。凹部１５３の底壁１６０は、弁座面１５１に当接部４１を着座させた弁部材４０に対して、距離をあけて対向するよう形成されている。こうした対向構造によって、当接部４１が弁座面１５１に着座したときの弁部材４０の先端面４２と底壁１６０との間には、各噴孔１５５と連通するサック室１５４が形成される。サック室１５４は、燃料中の混入異物（コンタミネーション）の噛み込みを抑制できるように容積を規定されている。

底壁１６０の底面には、中央面部１６１及びテーパ面部１６２が形成されている。さらに、底面の外周側には、接続面１６３が形成されている。中央面部１６１は、真円状に形成された平坦面であって、中心軸線１８と同軸上に位置している。テーパ面部１６２は、軸方向のうち燃料下流側となる中央面部１６１へ向かうに従って一定の縮径率で縮径するテーパ面状に形成されている。接続面１６３は、燃料下流側ほど縮径率が大きくなる凹形曲面状に形成されており、テーパ面部１６２の外周側と弁座面１５１の内周側とを接続している。

以上の底壁１６０には、複数（六つ）の噴孔１５５が形成されている。各噴孔１５５は、各噴孔軸線１５９に沿って延伸している。各噴孔軸線１５９は、各噴孔１５５の中心軸線を示し、個々の噴孔１５５の指向方向、即ち、燃料噴霧の射出方向（図５の太線矢印を参照）を規定している。各噴孔軸線１５９は、互いに異なる方向を向けられており、且つ、サック室１５４の中心軸線１８と交差するか又はねじれの位置関係にある。ガソリンエンジンに燃料噴射弁１０が搭載された状態において、三つの噴孔軸線１５９ａは、図１に示す燃焼室９０にて中心軸線１８よりも排気バルブ９２側に傾斜している。これにより、三つの噴孔軸線１５９ａは、燃焼室９０のうちでピストン９４の頂面と排気バルブ９２との間の空間を通るよう姿勢を規定されている。図４及び図５に示す複数の噴孔１５５のうちで、これら噴孔軸線１５９ａの姿勢によって燃焼室９０（図１参照）の排気側に指向方向を規定された三つが、排気側を指向する排気側噴孔１５６（図６も参照）である。

一方、他の三つの噴孔軸線１５９ｂは、図１に示す燃焼室９０において中心軸線１８よりも吸気バルブ９３側に傾斜している。これにより、三つの噴孔軸線１５９ｂは、燃焼室９０のうちでピストン９４の頂面と吸気バルブ９３との間の空間を通るよう姿勢を規定されている。図４及び図５に示す複数の噴孔１５５のうちで、これら噴孔軸線１５９ｂの姿勢によって燃焼室９０（図１参照）の吸気側に指向方向を規定された三つが、排気側を指向する吸気側噴孔１５７（図７も参照）である。

図６に示す排気側噴孔１５６は、燃焼室９０の排気側の空間に燃料を供給する噴孔である。排気側噴孔１５６は、サック室１５４に露出する入口側開口１５５ａ_ｅから、燃焼室９０に露出する出口側開口１５５ｂ_ｅに向かうに従い、流路面積を拡大させる拡大テーパ形状の噴孔である。排気側噴孔１５６を区画する内周壁面１５６ａは、燃料下流側に向かうに従って、流路内径の基準となる基準内径Ｄｎ_ｅから拡径するテーパ面状に形成されている。そのため内周壁面１５６ａは、出口側開口１５５ｂ_ｅに向かうに従って噴孔軸線１５９ａから離間している。噴孔軸線１５９ａを含む排気側噴孔１５６の縦断面において、内周壁面１５６ａのテーパ角度θｎは、１０°〜３０°の範囲内とされている。

以上の排気側噴孔１５６の流路長さをＬｎ_ｅとすると、この流路長さＬｎ_ｅを上述の基準内径Ｄｎ_ｅによって除算した値（以下「Ｌ/Ｄ値」）は、燃料噴射弁１０における噴霧の微粒化特性及び噴霧の収縮率と関連している。以下、排気側噴孔１５６におけるＬ/Ｄ値の設定範囲を、図８に基づいて、図６を参照しつつ説明する。尚、排気側噴孔１５６における噴霧の収縮率は、噴孔軸線１５９ａを含む縦断面において、中心軸線１８から噴孔軸線１５９ａまでの角度θ２_ｅを、中心軸線１８から噴霧の外縁ＯＢまでの角度θ１_ｅによって除算した値である。

図８（Ａ）に示すように、噴霧の微粒化特性は、噴霧の粒径が最小となる特定のＬ/Ｄ値において、最良となる。排気側噴孔１５６のＬ/Ｄ値は、噴霧の粒径がガソリンエンジンの要求に基づく所定の最大粒径を上回らない範囲内にて、規定される。排気側噴孔１５６のような拡大テーパ形状の噴孔において、Ｌ/Ｄの上限値は３．０となる。

また、噴孔の流路が長くなるほど、噴孔内を流れる燃料は整流されるようになる。故に、噴射された噴霧は噴孔軸線に沿って飛び易くなる。その結果、図８（Ｂ）に示すように、噴霧の収縮率は、Ｌ/Ｄ値が大きくなるに従って増加する。そして、Ｌ/Ｄ値が特定の値を超えると、噴霧の収縮率はほぼ一定となる。排気側噴孔１５６のＬ/Ｄ値は、このように噴霧収縮率の増加が飽和する値以上に規定される。排気側噴孔１５６のような拡大テーパ形状の噴孔において、噴霧収縮率の増加が飽和する値は、２．０となる。

以上説明した理由に基づき、排気側噴孔１５６のＬ/Ｄ値は、２．０〜３．０の範囲内とされている。

図７に示す吸気側噴孔１５７は、燃焼室９０の吸気側の空間に燃料を供給する噴孔である。吸気側噴孔１５７は、サック室１５４に露出する入口側開口１５５ａ_ｉから、燃焼室９０に露出する出口側開口１５５ｂ_ｉまで、流路面積を維持するストレート形状の噴孔である。吸気側噴孔１５７を区画する内周壁面１５７ａは、基準内径Ｄｎ_ｉを有する円筒面状に形成されており、噴孔軸線１５９ｂに沿って延伸している。

以上の吸気側噴孔１５７の流路長さをＬｎ_ｉとすると、この流路長さＬｎ_ｉを上述の基準内径Ｄｎ_ｉによって除算した吸気側噴孔１５７のＬ/Ｄ値は、１．５以上とされている。このＬ/Ｄの下限値は、吸気側噴孔１５７のようなストレート形状の噴孔にて、噴霧収縮率の増加が飽和する値である。尚、吸気側噴孔１５７における噴霧の収縮率は、噴孔軸線１５９ｂを含む縦断面において、中心軸線１８から噴孔軸線１５９ｂまでの角度θ２_ｉを、中心軸線１８から噴霧の外縁ＯＢまでの角度θ１_ｉによって除算した値である。

図７及び図８に示すように、第一実施形態では、吸気側噴孔１５７の基準内径Ｄｎ_ｉが、排気側噴孔１５６の基準内径Ｄｎ_ｅと実質同一とされている。これにより、吸気側噴孔１５７における入口側開口１５５ａ_ｉの面積Ａ_ｉは、排気側噴孔１５６における入口側開口１５５ａ_ｅの面積Ａ_ｅに揃えられている。これら吸気側噴孔１５７及び排気側噴孔１５６の各入口側開口１５５ａ_ｉ，１５５ａ_ｅは、中心軸線１８周りに規定された同一仮想円１９（図５参照）上に等間隔で並んでいる。

また底壁１６０において、吸気側噴孔１５７を貫通させている部分を第一領域１６７とし、排気側噴孔１５６を貫通させている部分を第二領域１６６とする。上述したように、基準内径Ｄｎ_ｉ，Ｄｎ_ｅを揃えたうえで各噴孔１５７，１５６の各Ｌ/Ｄ値を異なる値とした場合、それぞれの流路長さＬｎ_ｉ，Ｌｎ_ｅが、互いに異なる。こうした各流路長さの違いを補完するため、第一領域１６７の壁厚は、吸気側噴孔１５７の流路長さＬｎ_ｉに対応するよう規定され、且つ、第二領域１６６の壁厚は排気側噴孔１５６の流路長さＬｎ_ｅに対応するよう規定されている。具体的には、噴孔軸線１５９ｂに沿った第一領域１６７の壁厚は、噴孔軸線１５９ａに沿った第二領域１６６の壁厚とは異なっており、当該第二領域１６６の壁厚よりも薄くされている。

以上の排気側噴孔１５６及び吸気側噴孔１５７は、レーザ加工によって底壁１６０に穿設されている。こうした加工方法の採用により、吸気側噴孔１５７及び排気側噴孔１５６につき、それぞれの噴孔軸線１５９ｂ，１５９ａを含む各縦断面において、各入口側開口１５５ａ_ｉ，１５５ａ_ｅを区画する各エッジ部１６４（図９も参照）のコーナー半径が微小となる。同様に、各出口側開口１５５ｂ_ｉ，１５５ｂ_ｅを区画する各エッジ部１６５のコーナー半径も、微小となる。具体的には、入口側及び出口側の各エッジ部１６４，１６５のコーナー半径は共に、１０マイクロメートル以下となる。

ここまで説明した第一実施形態では、燃焼室９０の吸気側を指向する吸気側噴孔１５７がストレート形状であることにより、吸気側噴孔１５７から噴射される燃料噴霧は、高い貫徹力（ペネトレーション）を有する。こうして吸気側噴孔１５７による燃料噴霧の貫徹力が高められることにより、燃焼室９０の吸気側を流れる流速の速い空気全体に燃料を行き渡らせることが可能となる。

一方で、燃焼室９０の排気側を指向する排気側噴孔１５６が拡大形状であることにより、排気側噴孔１５６から噴射される燃料噴霧の貫徹力は、吸気側噴孔１５７による燃料噴霧の貫徹力よりも低くなる。故に、排気側噴孔１５６から噴射された燃料噴霧は、吸気側よりも流速の遅い燃焼室９０の排気側の空気を突き抜けることなく、空気全体と混ざり得る。

加えて上述の構成では、燃料噴霧の貫徹力は、吸気側噴孔１５７及び排気側噴孔１５６を互いに異なる形状に形成することによって、調整されている。故に、吸気側噴孔１５７及び排気側噴孔１５６のそれぞれを流れる燃料流量は、設計時に適宜調整可能となり、互いに揃えることも可能となる。故に、各噴孔１５５は、それぞれの指向方向に最適な燃料量を供給可能となる。

以上によれば、燃料噴射弁１０は、燃焼室９０内の各所に適切な量の燃料を空気と混ざり易い状態で供給できる。したがって、燃焼室９０内における混合気の均質性が向上する。

加えて第一実施形態では、拡大テーパ形状の排気側噴孔１５６のＬ/Ｄ値が最適化されている。故に、排気側噴孔１５６から噴射される燃料噴霧は、微粒化された状態で拡がりを維持したまま飛翔し得るため、燃焼室９０の排気側の空気全体といっそう混ざり易くなる。同様に、ストレート形状の吸気側噴孔１５７のＬ/Ｄ値が最適化されているため、吸気側噴孔１５７から噴射される燃料噴霧は、収縮を防がれ得る。故に、吸気側噴孔１５７からの燃料噴霧は、燃焼室９０の吸気側の空気全体にいっそう行き渡り易くなる。

また第一実施形態では、底壁１６０における第一領域１６７と第二領域１６６の各壁厚に差異を設けることにより、排気側噴孔１５６及び吸気側噴孔１５７の各流路長さＬｎ_ｉ，Ｌｎ_ｅの違いが吸収されている。このように、各噴孔１５６，１５７における好適な流路長さＬｎ_ｉ，Ｌｎ_ｅが互いに異なる形態にあっては、第一領域１６７と第二領域１６６の各壁厚に違いを持たせる構成を採用することにより、各流路長さＬｎ_ｉ，Ｌｎ_ｅの補完が容易に実現できる。

さらに第一実施形態では、吸気側噴孔１５７及び排気側噴孔１５６それぞれの入口側開口１５５ａの面積Ａ_ｉ，Ａ_ｅが、互いに揃えられている。故に、吸気側噴孔１５７及び排気側噴孔１５６のそれぞれを流通する燃料の流量も、互いに揃い得る。その結果、各噴孔１５５の指向するそれぞれの方向に実質等しい量の燃料が供給されるようになる。したがって、燃焼室９０の各所における混合気の均質性は、いっそう向上可能となる。

また加えて第一実施形態では、各入口側開口１５５ａが等間隔で並ぶことにより、サック室１５４内の燃料は、各入口側開口１５５ａに均等に流入可能となる。故に、各入口側開口１５５ａ_ｉ，１５５ａ_ｅの面積Ａ_ｉ，Ａ_ｅを揃える上述の構成と相俟って、各噴孔１５５から噴射される燃料量は、いっそう均一化され得る。したがって、燃焼室９０の各所における混合気の均質性は、いっそう向上可能となる。

さらに加えて第一実施形態では、入口側のエッジ部１６４のコーナー半径が１０マイクロメートル以下とされている。図１０に示すように、エッジ部１６４のコーナー半径が小さくなるに従い、噴霧の粒径は小さくなる。故に、レーザ加工を用いてエッジ部１６４の角Ｒを微小にすることで、各噴孔１５５から噴射された燃料噴霧は、さらに空気と混ざり易くなる。

尚、第一実施形態において、底壁１６０が特許請求の範囲に記載の「噴孔壁」に相当する。

（第二実施形態）
図１１〜図１３に示す本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態による燃料噴射弁２１０は、燃焼室９０に対する相対的な設置位置及び設置姿勢が第一実施形態の燃料噴射弁１０（図１参照）とは異なっている。燃料噴射弁２１０は、図１１及び図１２に示すように、点火プラグ９１を挟んで二つの排気バルブ９２とは反対側に配置されている。燃料噴射弁２１０は、複数の噴孔２５５が形成された先端部分を、二つの吸気バルブ９３の間に位置させている。燃料噴射弁２１０は、点火プラグ９１に対し傾斜した姿勢にて燃焼室９０の外周側に配置されており、燃焼室９０に向けて側方から燃料を噴射する。

図１３に示す底壁２６０は、噴孔軸線２５９の指向方向が互いに異なる六つの噴孔２５５を形成している。これら複数の噴孔２５５には、排気側噴孔１５６及び吸気側噴孔１５７に加えて中間噴孔２５８が含まれている。排気側噴孔１５６、吸気側噴孔１５７、及び中間噴孔２５８は、それぞれ二つずつ形成されている。各噴孔１５６，１５７，２５８の各入口側開口２５５ａは、中心軸線１８周りに規定された同一仮想円１９上に、等間隔で並んでいる。加えて各入口側開口２５５ａの面積Ａ_ｅ，Ａ_ｉ，Ａ_ｍは、互いに揃えられている。

ここで、以下の説明では、二つの中間噴孔２５８の噴孔軸線２５９ｃ及び中心軸線１８を含む仮想平面を、燃焼室９０（図１１参照）の吸気側と排気側とを隔てる境界面ＢＰとする。燃料噴射弁２１０がガソリンエンジンに搭載された状態において、境界面ＢＰは、図１１の如く燃焼室９０に対して斜め方向の姿勢となる。

図１１，図１３に示す排気側噴孔１５６の噴孔軸線２５９ａは、燃焼室９０のうちで境界面ＢＰよりも排気バルブ９２に近接する空間を通るよう姿勢を規定されている。これにより排気側噴孔１５６は、燃焼室９０の排気側を指向している。排気側噴孔１５６は、貫通力の抑制された燃料噴霧を燃焼室９０の排気側の空間に向けて噴射する。

吸気側噴孔１５７の噴孔軸線２５９ｂは、燃焼室９０のうちで境界面ＢＰよりも排気バルブ９２から離れた空間を通るよう姿勢を規定されている。これにより吸気側噴孔１５７は、燃焼室９０の吸気側を指向している。吸気側噴孔１５７は、貫通力の確保された燃料噴霧をピストン９４の頂面に向けて噴射することにより、燃焼室９０の吸気側の空間に燃料を供給する。

図１３に示す中間噴孔２５８の噴孔軸線２５９ｃは、上述の如く境界面ＢＰと重なっている。中間噴孔２５８は、吸気側噴孔１５７と同様に、実質一定の流路面積を有するストレート形状の噴孔である。中間噴孔２５８は、貫通力の確保された燃料噴霧の噴射により、燃焼室９０（図１１参照）の中央領域に燃料を供給する。

以上説明した第二実施形態でも、吸気側噴孔１５７及び排気側噴孔１５６を互いに異なる形状に形成することで、各噴孔１５７，１５６から噴射される燃料噴霧の貫徹力が個々に調整されている。故に、第一実施形態と同様に、燃焼室９０内の各所に適切な量の燃料を空気と混ざり易い状態で供給する効果が発揮可能となる。したがって第二実施形態でも、燃焼室９０内における混合気の均質性が向上する。

尚、第二実施形態において、底壁２６０が特許請求の範囲に記載の「噴孔壁」に相当する。

（他の実施形態）
以上、本発明による複数の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記第一実施形態において、燃料噴射弁１０は、点火プラグ９１と二つの吸気バルブ９３に囲まれるように配置され、燃焼室９０の天井面側の中央から燃料を噴射していた。しかし、このようなセンタ噴射方式の燃料噴射弁と、点火プラグ９１、排気バルブ９２、及び吸気バルブ９３との相対的な位置関係は、以下に示す第一実施形態の変形例１〜６等のように適宜変更可能である。

図１４に示す変形例１において、点火プラグ９１は、二つの吸気バルブ９３及び二つの排気バルブ９２によって囲まれた領域の中央に配置されている。変形例１の燃料噴射弁３１０は、中央の点火プラグ９１から排気バルブ９２側にずれた位置に取り付けられ、当該点火プラグ９１及び二つの排気バルブ９２によって囲まれるように配置されている。また、図１５に示す変形例２では、燃料噴射弁４１０が、二つの吸気バルブ９３及び二つの排気バルブ９２によって囲まれた領域の中央に配置されている。点火プラグ９１は、中央の燃料噴射弁４１０から排気バルブ９２側にずれた位置に取り付けられている。

図１６に示す変形例３及び図１７に示す変形例４では、燃料噴射弁５１０，６１０及び点火プラグ９１は、同種のバルブが並ぶ方向、即ち、ガソリンエンジンのクランクシャフト（図示しない）の軸方向に沿って並べられている。変形例３及び変形例４では、二つの吸気バルブ９３及び二つの排気バルブ９２によって囲まれた領域の中央に配置された点火プラグ９１に対し、燃料噴射弁５１０，６１０は、上述のクランクシャフトの軸方向に沿ってずれた位置に取り付けられている。

図１８に示す変形例５及び図１９に示す変形例６では、一つの燃焼室９０に対して吸気バルブ９３及び排気バルブ９２が一つずつ設けられている。こうした燃焼室９０に取り付けられる燃料噴射弁にも、本発明は適用可能である。具体的に、図１８に示す変形例５では、吸気バルブ９３及び排気バルブ９２の間に点火プラグ９１が配置されている。燃料噴射弁７１０は、中央の点火プラグ９１に対し、クランクシャフトの軸方向に沿ってずれた位置に取り付けられている。一方で、図１９に示す変形例６では、吸気バルブ９３及び排気バルブ９２の間には、燃料噴射弁８１０が取り付けられている。点火プラグ９１は、中央の燃料噴射弁８１０に対し、クランクシャフトの軸方向に沿ってずれた位置に取り付けられている。

さらに別の変形例では、一つずつ設けられた吸気バルブ及び排気バルブの各中心位置が、クランクシャフトの軸方向に沿って互いにずられている。こうした構成において、点火プラグは、排気バルブをずらすことによって生じた空間に配置されている。一方、燃料噴射弁は、吸気バルブをずらすことによって生じた空間に配置されている。

上記第二実施形態において、中間噴孔は、吸気側噴孔と同様のストレート形状に形成されていた。しかし、中間噴孔は、排気側噴孔と同様の拡大テーパ形状とすることができる。こうした形態では、中間噴孔のテーパ角度及びＬ/Ｄ値は、排気側噴孔と同一であってもよく、又は異なっていてもよい。

上記実施形態において、複数の吸気側噴孔は、互いに実質同一の形状であった。同様に、複数の排気側噴孔も、互いに実質同一の形状であった。しかし、複数設けられる吸気側噴孔及び排気側噴孔のそれぞれは、互いに異なる形状に形成可能である。また、吸気側を指向する複数の噴孔の中に、テーパ形状の噴孔や、Ｌ/Ｄ値につき１．５未満となるストレート形状の噴孔等が含まれていてもよい。同様に、排気側を指向する複数の噴の中に、ストレート形状の噴孔や、Ｌ/Ｄ値につき２．０〜３．０の範囲外となる拡大テーパ形状の噴孔等が含まれていてもよい。さらに、各吸気側噴孔及び各排気側噴孔においてそれぞれの噴孔軸線と直交する横断面は、上記実施形態のような円形状に限定されず、楕円形状や矩形状、或いは多角形状等に適宜変更可能である。

上記実施形態において、吸気側噴孔及び排気側噴孔における各流路長さの違いは、底壁の壁厚を各領域で変えることで調整されていた。こうした底壁各所における壁厚の違いは、ノズルボディの成形時に設けられてもよく、又は一旦成形したノズルボディの先端を切削することで設けられてもよい。さらに、テーパ面部と噴孔軸線との交差角度を寝かせ、底壁内にて噴孔を斜め方向に延伸させることによれば、噴孔軸線に沿った方向の壁厚を見かけ上で増加させることができる。

上記実施形態では、全ての入口側開口の面積が実質同一とされていた。しかし、入口側開口の面積は、互いに僅かに異なっていてもよい。さらに、各入口側開口の各中心は、同一仮想円から内周側又は外周側に僅かにずれていてもよい。また、各入口側開口の間の間隔は、実質一定でなくてもよい。各入口側開口は、サック室内の燃料流れの態様に対応して、同一仮想円の周方向に適宜ずらされていてもよい。

上記実施形態では、レーザ加工の採用により、入口側及び出口側の各エッジ部につきコーナー半径の微小化が図られていた。しかし、底壁に噴孔を穿設する方法は、レーザ加工に限定されない。各噴孔は、例えば機械加工又は放電加工、或いはこれら加工方法の組み合わせ等によって形成可能である。

上記実施形態では、燃料としてのガソリンを燃焼室内に噴射する燃料噴射弁に本発明を適用した例を説明したが、本発明は、ガソリンとは異なる燃料、例えばガス燃料及び軽油等を噴射する燃料噴射弁にも、適用可能である。

Ｄｎ_ｅ，Ｄｎ_ｉ 基準内径、Ｌｎ_ｅ，Ｌｎ_ｉ 流路長さ、Ａ_ｅ，Ａ_ｉ，Ａ_ｍ 入口側開口の開口面積、１０，２１０ 燃料噴射弁、１８ 中心軸線、９０ 燃焼室、１５２ サック部、１５３ 凹部、１５４ サック室、１５５，２５５ 噴孔、１５５ａ，１５５ａ_ｅ，１５５ａ_ｉ，２５５ａ 入口側開口、１５５ｂ，１５５ｂ_ｅ，１５５ｂ_ｉ 出口側開口、１５６ 排気側噴孔、１５７ 吸気側噴孔、１５６ａ，１５７ａ 内周壁面、１５９，１５９ａ，１５９ｂ，２５９，２５９ａ，２５９ｂ，２５９ｃ 噴孔軸線、１６０，２６０ 底壁（噴孔壁）、１６６ 第二領域、１６７ 第一領域、１６４ エッジ部

Claims (2)

1. 内燃機関に設けられた燃焼室（９０）内へ向けて複数の噴孔（１５５，２５５）から燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
   複数の前記噴孔について、個々の指向方向を規定する各噴孔軸線（１５９，２５９）は、互いに異なる方向を向き、
   複数の前記噴孔のうちで、前記噴孔軸線（１５９ｂ，２５９ｂ）の姿勢により前記燃焼室の吸気側を指向する少なくとも一つの吸気側噴孔（１５７）は、基準となる基準内径（Ｄｎ_ｉ）を維持しつつ、前記噴孔軸線に沿って内周壁面（１５７ａ）を延伸させるストレート形状であり、
   複数の前記噴孔のうちで、前記噴孔軸線（１５９ａ，２５９ａ）の姿勢により前記燃焼室の排気側を指向する少なくとも一つの排気側噴孔（１５６）は、前記燃焼室に露出する出口側の開口（１５５ｂ_ｅ）に向かうに従って当該噴孔軸線から内周壁面（１５６ａ）を離間させることで、基準となる基準内径（Ｄｎ_ｅ）から前記出口側の開口に向かって流路面積を拡大させる拡大テーパ形状であり、
   前記吸気側噴孔の流路長さ（Ｌｎ_ｉ）を当該吸気側噴孔の前記基準内径によって除算した値は、１．５以上であり、
   前記排気側噴孔の流路長さ（Ｌｎ_ｅ）を当該排気側噴孔の前記基準内径によって除算した値は、２．０〜３．０の範囲内であり、
   複数の前記噴孔と連通するサック室（１５４）を形成するサック部（１５２）と、
   前記吸気側噴孔を貫通させる第一領域（１６７）、及び前記排気側噴孔を貫通させる第二領域（１６６）を形成する噴孔壁（１６０，２６０）と、をさらに備え、
   各前記噴孔の各入口側の開口（１５５ａ，２５５ａ）は、等間隔に並んで前記サック室に臨んでおり、
   前記吸気側噴孔及び前記排気側噴孔につき、それぞれの前記噴孔軸線を含む各縦断面において、各入口側の開口（１５５ａ，２５５ａ）を区画する各エッジ部（１６４）のコーナー半径は共に、１０マイクロメートル以下であり、
   前記第一領域の壁厚及び前記第二領域の壁厚は、前記吸気側噴孔の流路長さ及び前記排気側噴孔の流路長さにそれぞれ対応するよう規定されることにより、互いに異なり、
   前記第一領域の壁厚は、前記第二領域の壁厚よりも薄いことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記吸気側噴孔における入口側の開口（１５５ａ_ｉ）の面積（Ａ_ｉ）は、前記排気側噴孔における入口側の開口（１５５ａ_ｅ）の面積（Ａ_ｅ）に揃えられることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。

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