JP6168936B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００４−３５１９号公報（特許文献１）に記載された流体噴射ノズル（燃料噴射弁）が知られている。特許文献１に記載された流体噴射ノズルでは、弁ボディの燃料噴射側端部に凹部が形成され、噴射プレートに沿って平行で平坦な円板状の燃料室が凹部と噴射プレートとの間に形成されている。噴射プレートには同一円周上に４個の噴孔が形成され、燃料室は噴孔の燃料上流側直上に噴孔周囲の所定範囲に広がって形成されている。噴孔は燃料噴射方向に向け噴孔プレートの中心軸から離れるように同一径で形成されている。各噴孔の燃料入口は凹部の底面に覆われており、噴孔プレートと凹部の底面とによって形成される外側燃料室に開口している（要約参照）。

この流体噴射ノズルでは、弁座面に沿って噴孔プレートに向けて流れる燃料は、噴孔プレートに衝突した後、燃料室を径方向外側に向かう流れを作る。この流れは凹部（燃料室）の内周壁と衝突して流れ方向を変え、燃料室の中心（径方向内側）に向かう流れを作る。そして、径方向外側に向かう流れと凹部内周壁に衝突して燃料室の中心に向かう流れとが、各噴孔の燃料入口直上で均等に衝突して各噴孔に流入するため、各噴孔から噴射される液柱に乱れが生じ、微粒化を促進することができる（段落００２４参照）。

特開２００４−３５１９号公報

特許文献１では、燃料噴霧の微粒化に対する配慮はあるものの、噴霧形状に関する配慮が十分ではなかった。特に、径方向外側に向かう燃料流れの流速と、径方向外側に向かう燃料流れの噴射孔内における挙動との関係に対する検討が十分とは言えなかった。径方向外側に向かう燃料流れの流速を速めることにより、燃料流れの噴射孔内における挙動を変化させることができ、この挙動の変化により、噴霧形状を変化させることができる。

本発明の目的は、径方向の流れ（横流れ）の流速を速めることができる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、本発明の燃料噴射弁は、弁座の下流側に形成され、中心軸線方向に開口する燃料供給口から流入する燃料流れを径方向の流れ（横流れ）に変える燃料室を有し、この燃料室の燃料供給口と対向する内壁面に、噴射孔に向かって燃料が流れやすくなるように傾斜した傾斜面を形成する。

本発明によれば、燃料導入口と対向する内壁面に形成された傾斜面により、横流れの流速を速めることができる。また、谷折り状に曲げられた曲げ部により、燃料室に形成される径方向外側に向かう燃料流路の断面積が、漸減するように構成することができ、傾斜面の絞り効果により流速を高めた燃料流れを、減速させることなく噴射孔の入口開口面に供給することができる。特に、径方向の広い範囲に亘って断面積を調整するのに都合がよく、曲げ部は燃料導入口とともにプレス加工によって加工することができる。

燃料噴射弁１の弁軸心（中心軸線）１ａに沿う断面（縦断面）を示す断面図である。 弁部７及び噴射部２１を拡大して示す断面図である。 図２Ａに示す噴射部２１を矢印IIB方向から見た外観図（平面図）である。 噴射孔プレート２１ｂの基端側端面（上面）を示す平面図（図２ＡのIII−III矢視図）であり、図２Ｂに示す面の裏面側を示している。 図２Ａと同様な断面において、中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂのみを示した断面図である。 図２Ａと同様な断面において、中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂのみを示した断面図である。 図２Ａにおける噴射孔５６−５の部分を拡大して示した断面図である。 図６のＡ−Ａ矢視面における燃料流れを示す模式図である。 図６のＢ−Ｂ矢視断面における燃料流れを示す模式図である。 図６のＣ−Ｃ矢視断面における燃料流れを示す模式図である。 図６のＤ−Ｄ矢視面における燃料流れを示す模式図である。 噴射部２１を先端側から見た図であり、各噴射孔５６から噴射される燃料噴霧とともに描いた平面図である。 燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。 図２Ａと同様な断面において、中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂのみを示した断面図である。 第二実施例について、弁部７及び噴射部２１を拡大して示す断面図である。

本発明係る実施例について、図面を参照して説明する。

本発明の一実施例について、図１乃至図９を用いて説明する。

図１を参照して、燃料噴射弁１の全体構成について説明する。図１は、燃料噴射弁１の弁軸心（中心軸線）１ａに沿う断面（縦断面）を示す断面図である。中心軸線１ａは、後述する弁体１７が一体に設けられた可動子２７の軸心に一致し、後述する筒状体５の中心軸線に一致している。

燃料噴射弁１には、金属材製の筒状体５によって、その内側に燃料流路３がほぼ中心軸線１ａに沿うように構成されている。筒状体５は、磁性を有するステンレス等の金属素材を用い、深絞り加工等のプレス加工により中心軸線１ａに沿う方向に段付きの形状に形成されている。これにより、筒状体５は、一端側５ａの径が他端側５ｂの径に対して大きくなっている。図１においては、一端側に形成された大径部５ａが、他端側に形成された小径部５ｂの上側になるように描いてある。

この図１において、上端部（上端側）を基端部（基端側）と呼び、下端部（下端側）を先端部（先端側）と呼ぶことにする。或いは、上端部（上端側）又は下端部（下端側）と呼ぶ場合もあるが、これは図１を基準とするもので、燃料噴射弁１の内燃機関への搭載時における上下方向とは関係がない。

筒状体５の基端部には燃料供給口２が設けられ、この燃料供給口２に、燃料に混入した異物を取り除くための燃料フィルタ１３が取り付けられている。燃料フィルタ１３は、筒状の芯金１３ａと、樹脂材料製のフレーム１３ｂと、メッシュ状のフィルタ本体１３ｃとで構成されている。フレーム１３ｂの樹脂材料は、例えば、ナイロン、フッ素樹脂等であり、芯金１３ａと一体に成形されている。フィルタ本体１３ｃはフレーム１３ｂに取り付けられ、芯金１３ａが筒状体５の大径部５ａの内側に圧入されることにより、筒状体５の基端部に固定されている。

筒状体５の基端部は径方向外側に向けて拡径するように曲げられた曲がり部（拡径部）５ｄが形成され、曲がり部５ｄとカバー４７の基端側端部４７ａとで形成される環状凹部（環状溝部）にＯリング１１が配設されている。

筒状体５の先端部には、弁体１７と弁座部材１５とからなる弁部７が構成されている。弁座部材１５は、弁体１７を収容する段付きの弁体用孔１５ａを有し、弁体用孔１５ａの途中に形成された円錐面上に弁座１５ｂが構成され、この弁座１５ｂの上流側（基端側）に弁体１７を中心軸線１ａに沿う方向に案内するガイド面１５ｃが形成されている。なお、ガイド面１５ｃの上流側には、上流側に向かって拡径する拡径部１５ｄが形成されている。拡径部１５ｄは弁体１７の組付けを容易にすると共に、燃料通路断面を拡大するのに役立っている。

弁座部材１５は、筒状体５の先端側内側に挿入され、レーザ溶接により筒状体５に固定されている。レーザ溶接１９は、筒状体５の外周側から全周に亘って実施されている。弁体用孔１５ａは弁座部材１５を中心軸線１ａに沿う方向に貫通しており、中間プレート２１ａ（図２Ａ参照）と噴射孔プレート２１ｂ（図２Ａ参照）とが積層されて構成された噴射部２１が、弁体用孔１５ａによる先端側の開口を塞ぐように、弁座部材１５の先端側端面に取り付けられている。噴射部２１は、中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂとを積層した状態で、弁座部材１５に対してレーザ溶接することにより、固定されている。レーザ溶接部２３は、噴射孔２２が形成された噴射孔形成領域を取り囲むようにして、この噴射孔形成領域の周囲を一周している。弁座部材１５は、筒状体５の先端側内側に圧入した上で、レーザ溶接により筒状体５に固定してもよい。

本実施例では、弁体１７は、球状を成すボール弁を用いている。このため、弁体１７におけるガイド面１５ｃと当接する部位には、周方向に間隔を置いて複数の切欠き面１７ａが設けられ、この切欠き面１７ａによって燃料流路が構成されている。ボール弁以外で弁体１７を構成することも可能である。例えば、特許文献１に記載されているような、燃料噴射側端面が平面状に形成されたノズルニードルを用いてもよい。

筒状体５の中間部には弁体１７を駆動するための駆動部９が配置されている。駆動部９は電磁アクチュエータで構成されている。具体的には、駆動部９は、筒状体５の内部（内周側）に固定された固定鉄心２５と、筒状体５の内部において固定鉄心２５に対して先端側に配置され、中心軸線１ａに沿う方向に移動可能な可動子（可動部材）２７と、固定鉄心２５と可動鉄心２７とが微小ギャップδを介して対向する位置で筒状体５の外周側に外挿された電磁コイル２９と、電磁コイル２９の外周側で電磁コイル２９を覆うヨーク３３とによって構成されている。可動子２７に構成された可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とヨーク３３とは、電磁コイル２９に通電することにより生じた磁束が流れる閉磁路を構成する。磁束は微小ギャップδを通過するが、微小ギャップδの部分で筒状体５を流れる漏れ磁束を低減するため、筒状体５の微小ギャップδに対応する位置に、磁気絞り５ｃが設けられている。この磁気絞りは、筒状体５に対する非磁性化処理、或いは筒状体５の外周面に形成した環状凹部によって構成することができる。

電磁コイル２９は、樹脂材料で筒状に形成されたボビン３１に巻回され、筒状体５の外周側に外挿されている。電磁コイル２９はコネクタ４１に設けられたコネクタピン４３に配線部材４５を介して電気的に接続されている。コネクタ４１には図示しない駆動回路が接続され、コネクタピン４３及び配線部材４５を介して、電磁コイル２９に駆動電流が通電される。

固定鉄心２５は、磁性金属材料からなる。によって作られており、固定鉄心２５は筒状に形成され、中心部を中心軸線１ａに沿う方向に貫通する貫通孔２５ａを有する。固定鉄心２５は、筒状体５の小径部５ｂの基端側に圧入固定され、筒状体５の中間部に位置している。小径部５ｂの基端側に大径部５ａが設けられていることにより、固定鉄心２５の組付けが容易になる。固定鉄心２５は溶接により筒状体５に固定してもよいし、溶接と圧入を併用して筒状体５に固定してもよい。

可動子２７は、基端側に大径部２７ａが形成されており、この大径部２７ａが固定鉄心２５と対向する可動鉄心２７ａを構成する。可動鉄心２７ａの先端側には小径部２７ｂが形成されており、この小径部２７ｂの先端に弁体１７が溶接により固定されている。この小径部２７ｂは可動鉄心２７ａと弁体１７とを接続する接続部２７ｂを構成する。本実施例では、可動鉄心２７ａと接続部２７ｂとを一体（同一材料からなる一部材）に形成しているが、二つの部材を接合して構成してもよい。本実施例では、弁体１７を可動子２７と別の構成要素としているが、弁体１７を可動子２７の一部に含めてもよい。また、可動鉄心２７ａの外周面が筒状体５の内周面に接触することにより、可動子２７は中心軸線１ａに沿う方向（開閉弁方向）における移動を案内される。可動鉄心２７ａの外周面と筒状体５の内周面との摺動抵抗を低減するように符号２７ｇで示す位置（可動鉄心２７ａの外周面）に周方向に沿って環状の突部を形成してもよい。

可動鉄心２７ａには、固定鉄心２５と対向する端面に開口する凹部２７ｃが形成されている。凹部２７ｃの底面にはスプリング（コイルばね）３９のばね座となる環状面２７ｅが形成されている。環状面２７ｅの内周側には中心軸線１ａに沿って小径部（接続部）２７ｂの先端側端部まで貫通する貫通孔２７ｆが形成されている。また、小径部２７ｂには側面に開口部２７ｄが形成されている。小径部２７ｂの外周面と筒状体５の内周面との間には背圧室３７が形成されている。貫通孔２７ｆが凹部２７ｃの底面に開口し、開口部２７ｄが小径部２７ｂの外周面に開口することにより、可動子２７の内部に、可動子２７の基端部側と可動子２７の側面部に形成された背圧室３７とを連通する燃料流路３が構成される。

固定鉄心２５の貫通孔２５ａと可動鉄心２７ａの凹部２７ｃとに跨って、コイルばね３９が圧縮状態で配設されている。コイルばね３９は、可動子２７を、弁体１７が弁座１５ｂに当接する方向（閉弁方向）に付勢する付勢部材として機能している。固定鉄心２５の貫通孔２５ａの内側にはアジャスタ３５が配設されており、コイルばね３９の基端側端部はアジャスタ３５の先端側端面に当接している。中心軸線１ａに沿う方向におけるアジャスタ３５の貫通孔２５ａ内での位置を調整することにより、コイルばね３９による可動子２７（すなわち弁体１７）の付勢力が調整される。

アジャスタ３５は、中心部を中心軸線１ａに沿う方向に貫通する燃料流路３を有する。燃料は、アジャスタ３５の燃料流路３を流れた後、固定鉄心２５の貫通孔２５ａの先端側部分の燃料流路３に流れ、可動子２７内に構成された燃料流路３に流れる。

ヨーク３３は、磁性を有する金属材料でできており、燃料噴射弁１のハウジングを兼ねている。ヨーク３３は大径部３３ａと小径部３３ｂとを有する段付きの筒状に形成されている。大径部３３ａは電磁コイル２９の外周を覆って円筒形状を成しており、大径部３３ａの先端側に大径部３３ａよりも小径の小径部３３ｂが形成されている。小径部３３ｂは筒状体５の小径部５ｂの外周に圧入されている。これにより、小径部３３ｂの内周面は筒状体５の外周面に密着するようにして接触している。このとき、小径部３３ｂの内周面の少なくとも一部は、可動鉄心２７ａの外周面と筒状体５を介して対向しており、この対向部分における閉磁路の磁気抵抗を小さくしている。

ヨーク３３の先端側端部には環状凹部３３ｃが形成されており、環状凹部３３ｃの底面に形成された薄肉部において、ヨーク３３と筒状体５とがレーザ溶接２４により全周に亘って接合されている。ヨーク３３は、その先端側端部が弁座部材１５の基端側端部に対して先端側に位置している。このため、ヨーク３３と弁座部材１５とが中心軸線１ａに沿う方向において重複する範囲に設けられており、筒状部５の先端部を補強している。なお、弁座部材１５のレーザ溶接部１９はヨーク３３の先端側端部よりもさらに先端側に位置しており、弁座部材１５とヨーク３３との組み付け順序に制約が生じないようにしている。

筒状体５の先端部にはフランジ部４９ａを有する円筒状のプロテクタ４９が外挿され、筒状体５の先端部がプロテクタ４９によって保護されている。プロテクタ４９はヨーク３３のレーザ溶接部２４の上を覆っている。

プロテクタ４９のフランジ部４９ａと、ヨーク３３の小径部３３ｂと、ヨーク３３の大径部３３ａと小径部３３ｂとの段差面とによって環状溝３４が形成され、環状溝３４にＯリング４６が外挿されている。Ｏリング４６は、燃料噴射弁１が内燃機関に取り付けられる際に、内燃機関側に形成された挿入口１０５ａ（図７参照）の内周面とヨーク３３における小径部３３ｂの外周面との間で液密及び気密を確保するシールとして機能する。

燃料噴射弁１の中間部から基端側端部の近傍までを、樹脂カバー４７がモールドされて被覆している。樹脂カバー４７の先端側端部はヨーク３３の大径部３３ａの基端側の一部を被覆している。また、樹脂カバー４７は配線部材４５を被覆し、樹脂カバー４７によりコネクタ４１が一体的に形成されている。

次に、燃料噴射弁１の動作について説明する。

電磁コイル２９に通電されていない（すなわち駆動電流が流れていない）場合、可動子２７はコイルばね３９により閉弁方向に付勢され、弁体１７が弁座１５ｂに当接（着座）した状態にある。この場合、固定鉄心２５の先端側端面と可動鉄心２７ａの基端側端面との間には、ギャップδが存在する。なお、本実施例では、このギャップδは可動子２７（すなわち弁体１７）のストロークに等しい。

電磁コイル２９に通電されて駆動電流が流れると、可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とヨーク３３とによって構成される閉磁路に磁束が発生する。この磁束により、ギャップδを挟んで対向する固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとの間に磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力が、コイルばね３９による付勢力や、可動子２７に対して閉弁方向に作用する燃料圧力などの合力に打ち勝つと、可動子が開弁方向に移動し始める。弁体１７が弁座１５ｂから離れると弁体１７と弁座１５ｂとの間に隙間（燃料流路）が形成され、燃料の噴射が始まる。本実施例では、可動子２７が開弁方向にギャップδに等しい距離δだけ移動して、可動鉄心２７ａが固定鉄心２５に当接すると、可動鉄心２７ａは開弁方向への移動を止められ、開弁して静止した状態に至る。

電磁コイル２９に通電を打ち切ると、磁気吸引力が減少し、やがて消失する。この段階で、磁気吸引力がコイルばね３９の付勢力よりも小さくなると、可動子２７が閉弁方向へ移動を開始する。弁体１７が弁座１５ｂに当接すると、弁体１７は弁部７を閉弁して静止した状態に至る。

なお、可動鉄心２７ａと固定鉄心２５との間に作用するスクイズ力を低減するために、可動鉄心２７ａの固定鉄心２５と対向する端面に突起を設ける場合がある。このような場合は、弁体１７の移動距離（ストローク）はギャップδから突起高さを差し引いた大きさになる。また、可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とが接触する前に、可動子２７の開弁方向への移動を制限するストッパを設ける場合もある。

次に、図２Ａ、図２Ｂ及び図３を参照して、弁部７及び噴射部２１について、詳細に説明する。図２Ａは、弁部７及び噴射部２１を拡大して示す断面図である。図２Ｂは、図２Ａに示す噴射部２１を矢印IIB方向から見た外観図（平面図）である。図３は、噴射孔プレート２１ｂの基端側端面（上面）を示す平面図（図２ＡのIII−III矢視図）であり、図２Ｂに示す面の裏面側を示している。

噴射部２１は、中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂとが中心軸線１ａ方向に積層された２重プレート構造となっている。噴射孔プレート２１ｂは中間プレート２１ａに対して先端側に配置されている。中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂとはステンレス等の金属板によって形成されている。また、中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂとはほぼ等しい半径を有する円形をしており、それぞれの外周が筒状体５の内周面に当接し、中間プレート２１ａ及び噴射孔プレート２１ｂの外周と筒状体５の内周面との間に隙間が形成されないようにしている。

弁部７を構成する弁座部材１５の、弁座１５ｂが形成された円錐面の下流側端部（先端側端部）には、中心軸線１ａを中心軸とする半径Ｒａの円筒面（内周面）１５ｅによって形成された貫通孔が接続されている。円筒面１５ｅにより、弁座部材１５の先端側端面に開口面１５ｆが形成される。また、円筒面１５ｅは中間プレート２１ａの上流側に燃料室５１を形成している。

噴射孔プレート２１ｂの中央部には、中心軸線１ａ上に中心をもつ半径Ｒｃの範囲に膨出部５２が形成されている。膨出部５２は中間プレート２１ａの先端側端面（下面）と噴射孔プレート２１ｂの内面（上面）との間に燃料室５３を形成している。図２Ａに示すように、膨出部５２は中間プレート２１ａとは反対側に突出する球状面として形成されている。膨出部５２が形成された範囲の半径Ｒｃは、円筒面１５ｅの半径Ｒｄに等しいか、半径Ｒｄよりも大きい。噴射孔プレート２１ｂは膨出部５２の外周側に形成された平坦部（平面部）５２ａが中間プレート２１ａに接触しており、この平坦部５２ａで中間プレート２１ａとともに弁座部材１５に溶接接合されている。

中間プレート２１ａの中央部には、中間プレート２１ａの上流側の燃料室５１と下流側の燃料室５３とを連通する連通孔５４が形成されている。連通孔５４は燃料室５１から燃料室５３に燃料を供給する燃料供給口（燃料導入口）５４を構成する。燃料供給口５４は中心軸線１ａ上に中心をもつ半径がＲａで直径がφの円形に形成されている。図２Ａに示すように、燃料供給口５４の半径Ｒａは膨出部５２の半径Ｒｃよりも小さい。

燃料供給口５４の開口面に対向する噴射孔プレート２１ｂの内壁面には、上側（燃料供給口５４の開口面側）に向けて凸となる逆突状面５７が形成されている。本実施例では、この逆突状面５７を球状面で構成している。逆突状面５７は、燃料室５３の中心から、燃料供給口５４の開口縁の直下Ｐａよりも外周側に及ぶ範囲に設けられている。すなわち、逆突状面５７は中心軸線１ａに中心をもつ半径Ｒｂの範囲に形成され、この半径Ｒｂは燃料供給口５４の半径Ｒａよりも大きい。したがって、逆突状面５７によって形成される傾斜面の外周は、複数の噴射孔５６の入口側開口面の半径位置Ｒｏよりも径方向内側にあり、燃料導入口５４の半径位置Ｒａよりも外側にある。

本実施例では、半径Ｒｃ／２の範囲の外側に噴射孔５６の入口側開口面を開口させている。なお、Ｒｃは上述したように膨出部５２が形成される噴射孔プレート２１ｂ上における膨出部５２の形成範囲の半径である。また、複数の噴射孔５６の入口側開口面は、傾斜面に開口している。この傾斜面は、燃料導入口（燃料供給口）５４と対向する燃料室５３の内壁面に形成され、外周側が中心側に対して燃料導入口５４の形成された燃料室内壁面に近づくように傾斜している。

逆突状面５７は燃料供給口５４から燃料室５３に流入し、噴射孔プレート２１ｂの内壁面にぶつかる流れを噴射孔５６が形成された外周側に向けて誘導する誘導面を構成する。このために、逆突状面５７は、外周側が中心側（内周側）に対して低くなるように形成されている。或いは、外周側が中心側（内周側）に対して先端側に位置するように傾斜した傾斜面を形成する。或いは、外周側が中心側（内周側）に対して燃料供給口５４から離れる側に下降するように傾斜した傾斜面を形成する。図２Ａでは、燃料供給口５４の開口縁の直下Ｐａで逆突状面５７に接する接平面（接線）Ｐｂが水平面Ｐｃとの間に成す角度をθ５７としている。この構成により、燃料供給口５４から中心軸線１ａに沿う方向に向かって燃料室５３に流入した流れは、径方向外側に向かう方向に速やかに向きを変えて流れる。これにより流速の低下が少なく、高速の横流れを噴射孔５６の入口開口面に供給することができる。

燃料供給口５４の開口縁と逆突状面５７との間の隙間δａによって形成される環状の燃料流路の断面積Ｓ５７は、燃料供給口５４の開口面積Ｓ５４よりも小さい（Ｓ５７＜Ｓ５４）。これにより、燃料供給口５４から燃料室５３に十分な量の燃料を供給できる。また、隙間δａによって形成される環状流路の絞り効果により、この環状流路から外周側に向かう燃料流れの流速を高めることができる。

また、逆突状面５７を設けたことにより、弁座１５ｂと噴射孔５６との間の燃料流路に形成されるデッドボリュームを小さくすることができる。本実施例では、特に燃料室５３のデッドボリュームを小さくすることができる。逆突状面５７球面状に形成したが、例えば円錐面状形成してもよい、このとき、頂点部分は形成せず、平坦面にしてもよい。

ここで、図４、図５及び図１０に、燃料室５３の形状を変更した例を示す。

図４は、図２Ａと同様な断面において、中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂのみを示した断面図である。本例では、中間プレート２１ａの燃料供給口５４の下流側開口縁に傾斜面（切欠き面）５８を形成している。この傾斜面５８により、燃料供給口５４から燃料室５３の外周側に向かって形成される燃料流路を、その断面積が漸減するように構成することができる。これにより、隙間δａによって形成される環状流路の絞り効果により流速を高めた燃料流れを、減速させることなく噴射孔５６の入口開口面に供給することができる。また、本例では、燃料供給口５４の下流側開口縁に傾斜面（切欠き面）５８を形成するだけでよいので、加工が容易であり、生産性を高めることができる。このためには、中間プレート２１ａの厚み寸法をある程度大きくすることが望ましく、噴射孔プレート２１ｂの厚み寸法よりも大きくすることが望ましい。

図５は、図２Ａと同様な断面において、中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂのみを示した断面図である。本例では、中間プレート２１ａに曲げ加工を加え、燃料供給口５４の開口縁の外周側に、基端側から見て、環状を成して谷折り状に曲げられた曲げ部５９を形成している。このとき、燃料供給口５４の上流側開口縁は、中心軸線１ａに沿う方向において、中間プレート２１ａの外周側の平坦部と同じ高さ位置になるようにしている。これにより、燃料室５３に形成される径方向外側に向かう燃料流路の断面積が、漸減するように構成している。これにより、隙間δａによって形成される環状流路の絞り効果により流速を高めた燃料流れを、減速させることなく噴射孔５６の入口開口面に供給することができる。本例では、径方向の広い範囲に亘って断面積を調整するのに都合がよい。また、曲げ部５９は燃料供給口５４とともにプレス加工によって加工することができる。

図１０は、図２Ａと同様な断面において、中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂのみを示した断面図である。図１０に示すように、燃料供給口５４をベルマウス状に形成してもよい。これにより、燃料供給口５４の上流側から燃料流れが燃料室５３にスムースに流れ込むようになり、燃料室５３内の燃料流れの流速が速くなる。

噴射孔５６の入口側開口面が形成された膨出部５２の少なくとも内壁面（上面）は、径方向に湾曲した曲面で構成されている。この曲面は、例えば、球面にしてもよい。この球面は椀状の面を成す。このため、図３のＦｆで示す燃料流れは、噴射孔５６の入口開口面上において、椀状面によって案内されなくなる。椀状面によって案内されなくなった流れは、噴射孔５６の内周面（内壁面）のうち、外周側に位置する半円部分（図７ＡのＲＡで示す範囲）に衝突し、噴射孔５６への流入を促される。この燃料流れの噴射孔５６内での挙動については、後で詳述する。

図２Ｂに示すように、噴射部２１の先端面（噴射孔プレート２１ｂの先端側端面）には、噴射孔５６−１〜５６−６の出口側開口面５６−１ｂ〜５６−６ｂが６個形成されている。図２Ｂでは、円筒面１５ｅ及び燃料供給口５４を二点鎖線で、また噴射孔５６−１〜５６−６の入口側開口面を破線で示している。噴射孔５６−１〜５６−６の入口側開口面は半径Ｒｏの円周上に配置されている。なお、図２Ｂに示す中心Ｏａは、中心軸線１ａが噴射孔プレート２１ｂと交差する交点であり、噴射部２１の先端面における中心を表している。

ここで、図２Ｂ及び図３を参照して、噴射部２１について、さらに詳細に説明する。

膨出部５２には、複数の噴射孔５６（５６−１〜５６−６）が形成されている。図３では、噴射孔５６−１〜５６−６の入口側開口面５６−１ａ〜５６−６ａが中心軸線１ａ上に中心Ｏｂをもつ半径Ｒｏの円周上に配置されている。図３には、噴射孔５６−１〜５６−６の出口側開口面５６−１ｂ〜５６−６ｂを破線で示している。

本実施例では、噴射孔５６−１〜５６−３は、図４上において、左側に向けて燃料を噴射する。また、噴射孔５６−４〜５６−６は、図４上において、右側に燃料を噴射する。噴射孔５６の個数については、本実施例の個数（６個）に限定される必要はなく、例えば、４，８，１２個、或いはその他の個数にしてもよい。

本実施例では、噴射孔５６−２及び５６−５は、中心線ＣＬａに対して垂直方向（中心線ＣＬａに対して平行な方向）に燃料を噴射するように（図２Ｂ参照）、入口側開口面５６−２ａ及び５６−５ａに対して出口側開口面５６−２ｂ及び５６−５ｂが径方向外側（径方向外周側）にずれた位置に配置されている。噴射孔５６−１及び５６−４は、中心線ＣＬｃに対して中心線ＣＬｂ側に傾いた方向に燃料を噴射するように（図２Ｂ参照）、入口側開口面５６−１ａ及び５６−４ａに対して出口側開口面５６−１ｂ及び５６−４ｂが径方向外側（径方向外周側）にずれた位置で、かつ中心線ＣＬａから離れる方向にずれた位置に配置されている。噴射孔５６−３及び５６−６は、中心線ＣＬｄに対して中心線ＣＬｂ側に傾いた方向に燃料を噴射するように（図２Ｂ参照）、入口側開口面５６−１ａ及び５６−４ａに対して出口側開口面５６−１ｂ及び５６−４ｂが径方向外側（径方向外周側）にずれた位置で、かつ中心線ＣＬａから離れる方向にずれた位置に配置されている。

これにより、噴射孔５６−２及び５６−５の中心軸線は、中心線ＣＬｂ上に重なる。また、噴射孔５６−１，５６−３，５６−４，５６−６の中心軸線ＣＬ５６−１，ＣＬ５６−３，ＣＬ５６−４，ＣＬ５６−６は、図３に示すような傾きを有する。噴射孔５６−１，５６−３，５６−４，５６−６は、その中心軸線ＣＬ５６−１，ＣＬ５６−３，ＣＬ５６−４，ＣＬ５６−６を、中心線ＣＬｂに平行になるように傾斜させてもよい。

中心線ＣＬａよりも左側に配置された噴射孔５６−１〜５６−３から噴射される各燃料噴霧の噴射方向Ｄｓ１〜Ｄｓ３は、中心軸線１ａに直交する平面（例えば図２Ｂ上）に投影した場合、それぞれが概ね左方向を指向する。一方、中心線ＣＬａよりも右側に配置された噴射孔５６−４〜５６−６から噴射される各燃料噴霧の噴射方向Ｄｓ４〜Ｄｓ６は、中心軸線１ａに直交する平面（例えば図２Ｂ上）に投影した場合、それぞれが概ね右方向を指向する。噴射孔５６−１〜５６−３から噴射される各燃料噴霧と噴射孔５６−４〜５６−６から噴射される各燃料噴霧とは、中心線ＣＬａを境として反対方向に噴射される。噴射孔５６−１〜５６−３から噴射される各燃料噴霧がまとまって一方向に噴射される燃料噴霧を形成し、噴射孔５６−４〜５６−６から噴射される各燃料噴霧がまとまって他方向に噴射される燃料噴霧を形成し、二方向に噴射される燃料噴霧（二方向噴霧）を形成する。

図３において、中心線ＣＬａ，ＣＬｂ，ＣＬｃ及びＣＬｄは、中心Ｏｂを通る。このとき、中心線ＣＬｂ，ＣＬｃ及びＣＬｄの間に形成される角度は均等（６０°）に設けているが、各中心線の間の角度を異ならせてもよい。例えば中心線ＣＬｃとＣＬｄとの間の角度を、中心線ＣＬｂとＣＬｃとの間の角度及び中心線ＣＬｂとＣＬｄとの間の角度よりも大きくしてもよい。

図２Ｂ及び図３では、二方向に噴射される燃料噴霧を形成する場合の構成を説明したが、一方向に噴射される燃料噴霧を形成する場合は、噴射孔５６−１，５６−３，５６−４，５６−６を次のように形成してもよい。噴射孔５６−１及び５６−４はその中心軸線ＣＬ５６−１及びＣＬ５６−４が中心線ＣＬｃに平行になるように形成する。噴射孔５６−３及び５６−６は、その中心軸線ＣＬ５６−３及びＣＬ５６−６が中心線ＣＬｄに平行になるように形成する。これにより、噴射孔５６−１，５６−３，５６−４，５６−６から噴射される燃料の噴射方向は、中心Ｏａ（図２Ａ）から放射状に描かれる。

本実施例では、噴射部２１を中間プレート２１ａと噴射孔プレート２１ｂとで構成したが、中間プレート２１ａの機能を弁座部材１５で兼ねることもできる。

図６、図７Ａ〜図７Ｄ及び図８を参照して、噴射孔５６内における燃料流れの挙動について説明する。図６は、図２Ａにおける噴射孔５６−５の部分を拡大して示した断面図である。図７Ａは、図６のＡ−Ａ矢視面における燃料流れを示す模式図である。図７Ｂは、図６のＢ−Ｂ矢視断面における燃料流れを示す模式図である。図７Ｃは、図６のＣ−Ｃ矢視断面における燃料流れを示す模式図である。図７Ｄは、図６のＤ−Ｄ矢視面における燃料流れを示す模式図である。図８は、噴射部２１を先端側から見た図であり、各噴射孔５６から噴射される燃料噴霧とともに描いた平面図である。

図７Ａにおいて、燃料室５３の中心側から径方向外側（外周方向）へ流れる燃料流れＦｆａは、噴射孔５６に流入する。また、燃料室５３の中心側から径方向外側へ向けて流れる燃料流れＦｆａのうち、噴射孔５６に流入しなかった流れは、燃料室５３の径方向端部に衝突して径方向内側に流れの向きを変える。この径方向内側に向きを変えた燃料流れは、噴射孔５６の入口開口面に流れ着き、ＲＡで示す範囲から噴射孔５６に流入する。

上述したように、噴射孔５６の内周面（内壁面）のうち、外周側に位置する半円部分（ＲＡで示す範囲）に衝突した流れは、噴射孔５６への流入を促される。このとき、燃料流れは、矢印Ｆｆ１で示すように、燃料流れＦｆａの流線方向と直交する方向の両端部から噴射孔５６の内周面に沿って旋回し、燃料流れＦｆａの流入側から最も遠い内周面位置５６Ｃに集中するように流れる。

図７Ｂに示すように、内周面位置５６Ｃに集中する燃料流れは、噴射孔５６の軸方向に流れるに従い、噴射孔５６の内壁面から中心側に向かう燃料流れＦｆ２となる。

図７Ｃでは、矢印Ｆｆ３で示すように、噴射孔５６の中心部を通りぬけ噴射孔５６を径方向に横断するように流れる。

図７Ｂ及び図７Ｃに示すような、噴射孔５６を径方向に横断する燃料流れは、燃料が噴射孔５６の軸方向に流れるに従って、縦方向（噴射孔５６の軸方向）に旋回する流れを生じるために発生する。

その結果、図７Ｄに示すように、燃料噴霧ＳＰはその断面（横断面）が偏平に形成される。燃料室５３内の横流れの流速を高めるほど、流れは噴射孔５６の内壁面に強く押し付けられ、図７Ａ〜図７Ｄに示す挙動が顕著になる。また、上述したように、横流れの流線が噴射孔５６の内周面（図７ＡのＲＡで示す範囲）に衝突するようにして、燃料流れの噴射孔５６への流入を促進することにより、流れは噴射孔５６の内壁面に強く押し付けられ、図７Ａ〜図７Ｄに示す挙動が顕著になる。なお、偏平な燃料噴霧ＳＰの長軸方向ＡＸａおよび短軸方向ＡＸｂは、燃料流れＦｆａの流れ方向のみならず、噴射孔５６の傾き方向の影響を受けるものと考えられる。

噴射孔５６−１，５６−２，５６−３，５６−４，５６−５，５６−６から噴射される各燃料噴霧が偏平な横断面形状を有することにより、図８に示すように、噴射孔５６−１，５６−２，５６−３から噴射される燃料噴霧ＳＰ−１，ＳＰ−２、ＳＰ−３同士の干渉が起こりにくく、また、噴射孔５６−４，５６−５，５６−６から噴射される燃料噴霧ＳＰ−４，ＳＰ−５、ＳＰ−６同士の干渉が起こりにくい。このため、噴霧が干渉することによって粒径が拡大すること防ぐことができる。これによって、微粒化された燃料噴霧を形成することができる。

図９を参照して、本発明に係る燃料噴射弁を搭載した内燃機関について説明する。図７は、燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。

内燃機関１００のエンジンブロック１０１にはシリンダ１０２が形成されおり、シリンダ１０２の頂部に吸気口１０３と排気口１０４とが設けられている。吸気口１０３には、吸気口１０３を開閉する吸気弁１０５が、また排気口１０４には排気口１０４を開閉する排気弁１０６が設けられている。エンジンブロック１０１に形成され、吸気口１０３に連通する吸気流路１０７の入口側端部１０７ａには吸気管１０８が接続されている。

燃料噴射弁１の燃料供給口２には燃料配管１１０が接続される。

吸気管１０８には燃料噴射弁１の取付け部１０９が形成されており、取付け部１０９に燃料噴射弁１を挿入する挿入口１０９ａが形成されている。挿入口１０９ａは吸気管１０８の内壁面（吸気流路）まで貫通しており、挿入口１０９ａに挿入されて吸気管１０８に取り付けられた燃料噴射弁１から噴射された燃料は吸気流路内に噴射される。上述した二方向噴霧の場合、エンジンブロック１０１に吸気口１０３が二つ設けられた形態の内燃機関を対象として、それぞれの燃料噴霧が各吸気口１０３（吸気弁１０５）を指向して噴射される。

本発明に係る燃料噴射弁の第二実施例について、図１１を用いて説明する。図１１は、第二実施例について、弁部７及び噴射部２１を拡大して示す断面図である。

本実施例では、膨出部５２に逆突状面５７を形成しない構成とした。しかし、本実施例においても第一実施例と同様に膨出部５２を形成していることにより、燃料導入口（燃料供給口）５４と対向する燃料室５３の内壁面に、外周側が中心側に対して、燃料導入口５４が形成された燃料室内壁面に近づくように傾斜した傾斜面が形成されている。

複数の噴射孔５６の入口側開口面を、噴射孔プレート２１ｂの中心と膨出部５２によって形成される傾斜面の外周位置との間の距離の半分の大きさの半径位置よりも、径方向外側に開口させている。傾斜面の外周の半径は、噴射孔プレート２１ｂ上における膨出部５２の形成範囲の半径Ｒｃにほぼ一致する。従って、複数の噴射孔５６の入口側開口面は、噴射孔プレート２１ｂの中心から半径Ｒｃ／２の範囲の外側に開口する。

複数の噴射孔５６の入口側開口面の開口位置は前記傾斜面の外周縁よりも径方向内側にあり、燃料導入口５４の開口縁の半径位置よりも外側にあり、より好ましくは、傾斜面の外周の半径或いは膨出部５２の形成範囲の半径Ｒｃの二分の一の大きさの半径位置よりもさらに外側にある。

複数の噴射孔５６の入口側開口面を上記の範囲に形成したことにより、燃料導入口５４から噴射孔５６の入口側開口面までの距離を長くすることができる。これにより、燃料室５３に流入した燃料流れは、噴射孔５６の入口側開口面に到達するまでの間に整流される。噴射孔５６の入口側開口面に到達した燃料流れは、整流された状態で噴射孔５６に流入する。このとき、噴射孔５６の内壁面に沿って旋回する流れ（図７Ａ）や、縦方向に旋回する流れ（図７Ｂ及び図７Ｃ）が良好に形成される。これにより、断面（横断面）が偏平な燃料噴霧ＳＰを確実に形成することができる。この作用効果については、第一実施例においても、噴射孔５６の入口側開口面の位置を同様に設定することにより、得ることができる。

その他の構成については、実施例１と同様である。

上述した各実施例において、噴射孔５６の配置、個数及び角度や燃料噴霧の噴射方向および個数については、上述した形態に限られる訳ではなく、内燃機関の形態に合わせて適宜変更することができる。

１ａ…中心軸線、５…筒状体、７…弁部、１５…弁座部材、１５ａ…弁体用孔、１５ｂ…弁座、１５ｃ…ガイド面、１５ｄ…拡径部、１５ｅ…円筒面（内周面）、１５ｆ…開口面、２１…噴射部、２１ａ…中間プレート、２１ｂ…噴射孔プレート、５１…燃料室、５２…膨出部、５７…逆突状部、５３…燃料室、５４…燃料供給口（燃料導入口）、５６（５６−１〜５６−６）…噴射孔、５８…傾斜面（切欠き面）、５９…曲げ部。

Claims (5)

1. 中心軸線に沿う方向に駆動される弁体と、前記弁体が離接する弁座と、径方向を外周側に向かう燃料流れを形成する燃料室と、前記弁座を通過した燃料を前記燃料室に導入する燃料導入口と、前記燃料室に開口する複数の噴射孔と、前記弁座及び前記弁座の下流側に中心軸方向に貫通する貫通孔が形成された弁座部材と、前記燃料導入口が形成された中間プレートと、中心軸線に沿って先端側に膨出し前記複数の噴射孔が形成された膨出部を有する噴射孔プレートとを備え、前記中間プレートと前記噴射孔プレートとを中心軸線に沿う方向に積層して前記弁座部材の先端側端面に固定した燃料噴射弁において、
   前記噴射孔プレートは、前記燃料導入口と対向する前記燃料室の内壁面に、外周側が中心側に対して前記燃料導入口から離れる側に傾斜した傾斜面を備え、
   前記傾斜面の外周は、前記複数の噴射孔の入口側開口面の半径位置よりも径方向内側で、かつ前記燃料導入口の半径位置よりも外側にあり、
   前記中間プレートは、外周部に平坦部を有すると共に、前記燃料導入口の開口縁の外周側で、かつ前記平坦部よりも内周側に、基端側から見て環状を成して谷折り状に曲げられた曲げ部を有し、
   谷折り状に曲げられた前記曲げ部は、前記燃料導入口の上流側開口縁が中心軸線に沿う方向において前記平坦部と同じ高さ位置になるように形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記膨出部の少なくとも内壁面は径方向に湾曲した曲面で構成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記燃料導入口の開口縁と前記傾斜面との間に形成される環状の燃料流路の断面積は、前記燃料導入口の開口面積よりも小さいことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項３に記載の燃料噴射弁において、
   前記膨出部は球面状に形成され、前記傾斜面は前記燃料室内に突出するように球面状に形成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項４に記載の燃料噴射弁において、
   前記燃料導入口の下流側開口縁に傾斜面が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。

Images