JP6339628B2

JP6339628B2 - 燃料噴射弁

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Publication number: JP6339628B2
Application number: JP2016123768A
Authority: JP
Inventors: 義人安川; 清隆小倉; 威生三宅; 石井　英二; 英二石井; 安部　元幸; 元幸安部; 石川　亨; 石川　　亨
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2032-03-26
Also published as: JP2016183676A

Description

本発明は、ガソリンエンジン等の内燃機関に用いられる燃料噴射弁であって、弁体が弁座と当接することで燃料の漏洩を防止し、弁体が弁座から離れることによって燃料を筒内に直接噴射する、燃料噴射弁に関する。

燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁では、たとえば燃料の噴霧特性が内燃機関の出力特性や燃費、環境に対する負荷等に影響を与える。そこで、たとえば燃料の噴射孔の形状を適宜変更することで噴霧特性を変更することが知られている（特許文献１参照）。

特開平１０−３３１７４７号公報

上述した特許文献に記載の燃料噴射弁は、ディーゼルエンジン用の燃料噴射弁である。そして、上述した特許文献に記載の燃料噴射弁では、噴射燃料の高速化による燃料の微細化を図っている。しかし、上述した特許文献に記載の燃料噴射弁では、燃料の到達距離（噴霧長さ）が長くなって、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面へ燃料が付着するおそれがある。

請求項１の発明による火花点火式筒内燃料噴射弁は、燃料の噴射孔が複数設けられた部材と、弁座に当接又は離間する弁体と、を少なくとも備える火花点火式筒内燃料噴射弁であって、噴射孔は、部材の内側に開口する噴射孔入口と、部材の外側に開口する噴射孔出口とを備え、噴射孔は、噴射孔入口と噴射孔出口の中心とを結ぶ噴射孔軸を含み弁体の軸芯と平行な第１の平面が、噴射孔入口の開口部の中心と弁体の軸芯とを含む第２の平面との間で非零の狭角をなすように、構成され、さらに複数の噴射孔は、狭角が互いに異なる噴射孔を含んで構成され、噴射孔入口の開口縁には丸面取り部が形成され、丸面取り部は、弁体の軸芯から遠い側の部位における曲率半径が、弁体の軸芯から近い側の部位における曲率半径よりも大きくなるように、構成され、噴射孔の入口開口に平行な断面積は、噴射孔入口から噴射孔出口に向かうに従って小さくなるよう構成され、噴射孔の断面は、長径および短径を有する楕円形状または３辺を有する三角形状であり、弁座の上流から噴射孔入口に流入する燃料の流れに対して、長径または３辺のうち１辺が略直交することを特徴とする。

本発明によれば、燃料が筒内噴射される時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を抑制できる。

第１の実施の形態の電磁式燃料噴射弁の断面図である。電磁式燃料噴射弁の先端近傍を拡大した断面図である。図２に示すシート部材のＡ−Ａ断面矢視図である。噴孔形状及び燃料の流れについて説明する図である。（ａ）は燃料噴射孔を電磁式燃料噴射弁の中心軸と平行に切断した断面図であり、（ｂ）は燃料噴射孔出口における燃料噴射孔の径方向へ広がる速度成分を模式的に示した図である。各噴射孔軸の向きについて説明する図である。燃料の面内広がり力について説明する図である。燃料噴射孔の直径Ｄと燃料噴射孔の延在長さＬとの関係がＬ／Ｄ＞３となる場合について説明する図である。燃料噴射孔入口に丸面取り部が設けられていない場合について説明する図である。第２の実施の形態の電磁式燃料噴射弁について説明する図である。第３の実施の形態の電磁式燃料噴射弁について説明する図である。第４の実施の形態の電磁式燃料噴射弁について説明する図である。第５の実施の形態の電磁式燃料噴射弁について説明する図である。第６の実施の形態の電磁式燃料噴射弁について説明する図である。Ｌ／Ｄによる整流効果を説明する図である。

−−−第１の実施の形態−−−
図１〜９を参照して、本発明による火花点火式筒内噴射弁の第１の実施の形態を説明する。図１は、本実施の形態の火花点火式筒内噴射弁の例として、電磁式燃料噴射弁の例を示す断面図である。この電磁式燃料噴射弁１００は、筒内直接噴射式のガソリンエンジンに用いられる、通常時閉型の電磁駆動式の燃料噴射弁である。したがって、コイル１０８への通電が絶たれると、スプリング１１０の付勢力によって弁体１０１がシート部材１０２に押し付けられ、燃料がシールされる。このような状態を閉弁状態と呼ぶ。

燃料は、燃料供給口１１２から電磁式燃料噴射弁１００の内部に供給される。なお、電磁式燃料噴射弁１００のような筒内噴射用燃料噴射弁では、供給される燃料の圧力がおおよそ１ＭＰａ乃至４０ＭＰａの範囲である。

図２は、電磁式燃料噴射弁１００の先端に設けられた燃料噴射孔の近傍を拡大した断面図である。ノズル体１０４の先端にはシート部材１０２が溶接などで接合されている。シート部材１０２の内側は円錐面であり、後に詳述する燃料噴射孔２０１が複数設けられている。燃料噴射孔２０１よりも図２における図示上方の円錐面は、弁座面２０３である。閉弁状態では、弁体１０１は、シート部材１０２の弁座面２０３と当接して燃料をシールする。なお、弁体１０１側の弁座面２０３との接触部（以下、球面部と呼ぶ）２０２は球面によって形成されている。そのため、円錐面の弁座面２０３と球面部２０２とは線接触する。なお、弁体１０１の軸芯は電磁式燃料噴射弁１００の中心軸２０４と一致している。

図１に示すコイル１０８に通電されると、電磁式燃料噴射弁１００の磁気回路を構成するコア１０７、ヨーク１０９、アンカー１０６に磁束が生じ、空隙のあるコア１０７とアンカー１０６の間に磁気吸引力を生じる。この磁気吸引力が、スプリング１１０の付勢力と前述の燃料圧力による力との合力よりも大きくなると、弁体１０１は、ガイド部材１０３、弁体ガイド１０５にガイドされながらアンカー１０６によってコア１０７側に吸引され、図示上方に移動する。このような状態を開弁状態と呼ぶ。

電磁式燃料噴射弁１００が開弁状態となると、弁座面２０３と弁体１０１の球面部２０２との間に隙間を生じ、燃料の噴射が開始される。燃料の噴射が開始されると、燃料圧力として与えられたエネルギが運動エネルギに変換されて燃料が燃料噴射孔２０１に至り、不図示のガソリンエンジンの筒内に直接噴射される。

−−−燃料噴射孔２０１の形状について−−−
図３は、図２に示すシート部材１０２のＡ−Ａ断面矢視図である。なお、図３では説明の便宜上、弁体１０１の記載を省略している。本実施の形態では、図３に示すように、シート部材１０２に設けられた燃料噴射孔２０１の数が６である場合を例として説明する。以下の説明では、弁座面２０３の頂点３０１を中心として、図３における略１０時の位置に設けられた燃料噴射孔２０１から図示反時計方向に向かって順に、符号末尾にアルファベットのａ〜ｆを付す。また、燃料噴射孔２０１同士でそれぞれ同じ部位、同じ点（位置）等には同じ数字の符号を付し、さらに燃料噴射孔２０１毎に対応するアルファベットのａ〜ｆを符号末尾に付す。

燃料噴射孔２０１は、燃料噴射孔入口３０４と燃料噴射孔出口３０５とを有する。燃料噴射孔入口３０４の開口縁は曲面状に面取りされている。燃料噴射孔入口３０４における面取り部分を丸面取り部１３０４と呼ぶ。なお、図２に示すように燃料噴射孔出口３０５がシート部材１０２の外側よりも奥まった位置に配設されている。したがって、噴射される燃料との干渉を防止するために、燃料噴射孔出口３０５の外側（燃料噴射孔出口３０５の図示下方）のシート部材１０２は、切り欠かれている。

燃料噴射孔２０１ａにおける燃料噴射孔入口３０４ａと燃料噴射孔出口３０５ａとの位置関係を説明する。ここで、燃料噴射孔入口３０４ａの中心点３０２ａと燃料噴射孔出口３０５ａの中心点３０６ａとを結んだ直線（以下、噴孔軸または噴射孔軸と呼ぶ）３０７ａを含み、電磁式燃料噴射弁１００の中心軸２０４と平行な平面を第１の平面１１ａと呼ぶ。そして、燃料噴射孔入口３０４ａの中心点３０２ａと弁座面２０３の頂点３０１（すなわち円錐面の頂点）とを結んだ直線３０３ａと、電磁式燃料噴射弁１００の中心軸２０４とを含んだ平面を第２の平面１２ａと呼ぶ。燃料噴射孔２０１ａでは、第１の平面１１ａと第２の平面１２ａとが交差するように、燃料噴射孔入口３０４ａと燃料噴射孔出口３０５ａとが配設されている。換言すると、電磁式燃料噴射弁１００の中心軸２０４と噴射孔軸３０７ａとは、ねじれの位置関係となっている。図３において符号３０８ａは、第１の平面１１ａと第２の平面１２ａとのなす角（挟角）を示している。

燃料噴射孔２０１ｂ，２０１ｄ，２０１ｅにおける燃料噴射孔入口３０４ｂ，３０４ｄ，３０４ｅと燃料噴射孔出口３０５ｂ，３０５ｄ，３０５ｅとの位置関係は、燃料噴射孔２０１ａにおける燃料噴射孔入口３０４ａと燃料噴射孔出口３０５ａとの位置関係と同じである。したがって、燃料噴射孔２０１ｂでは、第１の平面１１ｂと第２の平面１２ｂとが交差し、燃料噴射孔２０１ｄでは、第１の平面１１ｄと第２の平面１２ｄとが交差し、燃料噴射孔２０１ｅでは、第１の平面１１ｅと第２の平面１２ｅとが交差する。すなわち、噴射孔軸３０７ｂ，３０７ｄ，３０７ｅはそれぞれ、電磁式燃料噴射弁１００の中心軸２０４とねじれの位置関係となっている。

燃料噴射孔２０１ｃ，２０１ｆにおける燃料噴射孔入口３０４ｃ，３０４ｆと燃料噴射孔出口３０５ｃ，３０５ｆとの位置関係は次のとおりである。すなわち、燃料噴射孔２０１ｃでは、第１の平面１１ｃと第２の平面１２ｃとが一致し、燃料噴射孔２０１ｆでは、第１の平面１１ｆと第２の平面１２ｆとが一致する。したがって、第１の平面１１ｃと第２の平面１２ｃとの挟角、および第１の平面１１ｆと第２の平面１２ｆとの挟角は０度である。噴射孔軸３０７ｃ，３０７ｆはそれぞれ、電磁式燃料噴射弁１００の中心軸２０４と交差する。なお、上述した挟角が０度でない燃料噴射孔２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｄ，２０１ｅと、上述した挟角が０度である燃料噴射孔２０１ｃ，２０１ｆとで、後に述べる作用効果に相違はない。

図４は、燃料噴射孔２０１ａを例に挙げて、噴孔形状及び燃料の流れについて説明する図である。図５（ａ）は、燃料噴射孔２０１ａを例に挙げて、燃料噴射孔２０１ａを電磁式燃料噴射弁１００の中心軸２０４と平行に切断した断面図であり、燃料噴射孔２０１ａの内部での燃料の流れ模式的に示す図である。図５（ｂ）は、燃料噴射孔出口３０５ａにおける燃料の速度成分のうち、燃料噴射孔２０１ａの径方向へ広がる速度成分を模式的に示した、図５（ａ）のＣ−Ｃ断面矢視図である。図６は、本実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００で各噴射孔軸３０７ａ〜３０７ｆの向きについて説明する図である。図７は噴射孔長さを孔径で除した値と、後に説明する面内広がり力との関係を説明する図である。図８および図９は、従来技術について説明する図であり、本実施の形態における図５に相当する図である。

ここで、第１の平面１１ａと第２の平面１２ａとのなす角である挟角３０８ａを２等分する平面を仮想平面４１３ａと呼ぶ（図４参照）。燃料噴射孔２０１ａに関し、燃料噴射孔入口３０４ａにおける丸面取り部１３０４ａと仮想平面４１３ａとが交差する２カ所の部位を点４１４ａおよび点４１５ａで示す。この２カ所の部位のうち、後述する燃料の流れに関して上流側となる点４１４ａで表す部位の曲率半径は、燃料の流れに関して下流側となる点４１５ａで表す部位の曲率半径よりも大きい。
この実施形態では、燃料噴射孔２０１の入口開口縁の全周に丸面取りを形成し、上流側の点４１４ａの曲率半径が下流側の点４１５ａの曲率半径よりも大きくなるようにした。燃料噴射孔２０１の入口開口縁の全周に丸面取りを形成する必要はなく、燃料流の剥離が許容できないほど大きい箇所にのみ、適宜、丸面取りを形成してもよい。したがって、開口縁の上流側のみ丸面取りを形成してもよく、本発明では、噴射孔入口開口縁の少なくとも上流側に丸面取り部を形成すればよい。

燃料噴射孔２０１ａのように、第１の平面１１ａと第２の平面１２ａとの挟角３０８ａが０度でない場合、燃料は以下に述べるように流れる。図４では不図示であるが、燃料供給口１１２から電磁式燃料噴射弁１００の内部に供給された燃料は、開弁状態となって弁座面２０３と弁体１０１の球面部２０２との間に生じた隙間から弁座面２０３に沿って燃料噴射孔入口３０４ａへ向かって流れる。この燃料の流れに符号４１０ａを付す。

燃料噴射孔入口３０４ａへ向かう燃料の流れ４１０ａは、燃料噴射孔入口３０４ａにおいて、燃料噴射孔出口３０５ａへ向かう方向、すなわち燃料噴射孔入口３０４ａの中心点３０２ａと燃料噴射孔出口３０５ａの中心点３０６ａを結んだ噴射孔軸３０７ａの方向に捻られる。この燃料の流れに符号４１１ａを付す。その後、燃料は燃料噴射孔２０１ａの内部を図４において不図示の燃料噴射孔出口３０５ａに向かって流れる。この燃料の流れに符号４１２ａを付す。

上述した燃料の流れ４１０ａ〜４１２ａに関し、上述した点４１４ａにおいて燃料は最も急激に曲がり、燃料の燃料噴射孔２０１ａの内壁面から離れる方向への慣性力が最も大きい。そのため、点４１４ａにおいて燃料が燃料噴射孔２０１ａの内壁面から最も剥離し易くなる。また、上述した燃料の流れ４１０ａ〜４１２ａに関し、上述した点４１５ａでは点４１４ａに比べて燃料は緩やかに曲がる。したがって、点４１５ａでは、点４１４ａに比べて燃料が燃料噴射孔２０１ａの内壁面から剥離し難い。

上述したように、燃料噴射孔入口３０４ａにおける丸面取り部１３０４ａでは、燃料の流れに関して上流側となる点４１４ａで表す部位の曲率半径が、燃料の流れに関して下流側となる点４１５ａで表す部位の曲率半径よりも大きい。したがって、燃料噴射孔２０１ａへの燃料の流れ込み方に応じて、燃料噴射孔２０１ａの内壁面からの燃料の剥離を抑制できる。

なお、図４に示すように、第１の平面１１ａと第２の平面１２ａとのなす角には、挟角３０８ａの他に、挟角３０９ａも存在し、挟角を２等分する平面は、仮想平面４１３ａの他に、挟角３０９ａを２等分する仮想平面４１６ａも考えられる。そして、点４１７ａおよび点４１８ａで示した、丸面取り部１３０４ａと仮想平面４１６ａとが交差する２カ所の部位も考えられる。しかし、丸面取り部１３０４ａの曲率半径を設定するに当たり、少なくとも燃料が燃料噴射孔２０１ａの内壁面から最も剥離し易い部位と最も剥離しにくい部位とが特定できればよい。そこで、本実施の形態では、挟角３０９ａおよび仮想平面４１６ａについては特に言及しない。

ここで、図５（ａ）に示すように、燃料噴射孔２０１ａの延在長さＬを噴射孔軸３０７ａの長さとし、燃料噴射孔２０１ａの直径Ｄを噴孔軸３０７ａと平行となる燃料噴射孔２０１ａの内面５０１ａにおける直径とする。図５（ａ）において、弁座面２０３に沿って流れ、燃料噴射孔入口３０４ａの丸面取り部１３０４ａによって剥離が抑制されて燃料噴射孔２０１ａの内部に流入した燃料に符号５０８ａを付す。

本実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、燃料噴射孔２０１ａの延在長さＬと燃料噴射孔２０１ａの直径Ｄとの関係が、Ｌ／Ｄ≦３となることが好ましい。Ｌ／Ｄを３以下とすることで、燃料噴射孔２０１ａの内部に流入した燃料５０８ａは、燃料噴射孔２０１ａの内部で整流されきることなく燃料噴射孔出口３０５ａから噴射される。そのため、図５（ｂ）に示すように、燃料噴射孔出口３０５ａにおける燃料の速度成分のうち、燃料噴射孔２０１ａの径方向へ広がる速度成分５０９ａを大きくすることが可能となる（燃料の面内広がり力が大きくなる）。したがって、燃料噴射孔出口３０５ａにおける燃料の速度成分のうち、噴射孔軸方向の速度成分を小さくすることが可能となる。これにより、燃料噴射孔出口３０５ａからの燃料の噴射速度が遅くなるので、噴霧された燃料の到達距離（噴霧長さ）を短くすることが可能となる。

図１５に発明者等によるシミュレーション結果を示す。図１５（ａ）は燃料噴射孔２１０ａの延在長さＬと噴射孔入口３０４の径Ｄとの関係Ｌ／ＤがＬ／Ｄ＝1、（ｂ）はＬ／Ｄ＝３でのシミュレーション結果である。
図示しない各図中右上の燃料のシール部より、噴射孔入口３０４へ流れこんできた燃料は、丸面取り部１３０４ａを通り燃料噴射孔を流れる。この際、Ｌ／Ｄが１程度であると、１５００ａに示されるように噴射孔内で整流されることなく、噴射されていることがわかる。Ｌ／Ｄが３の場合においても、Ｌ／Ｄが１に相当する付近での燃料の流れ１５００ｂは整流されきれてはいないが、Ｌ／Ｄが大きくなるにつれ、１５００ｃ、１５００ｄと徐々に流れが整流されてきていることがわかる。この流れが整流されてしまうと、噴射孔内における径方向に広がる速度成分が小さくなり、噴霧長さが長くなってしまう。
すなわち、燃料噴射孔入口３０４から燃料が噴射孔２０１に流れ込んで出口３０５から筒内に噴射されるとき、噴射孔内で燃料が整流されきらない数値の上限値がＬ／Ｄ≦３であると考えられる。

たとえば、図８（ａ）に示すように、燃料噴射孔２０１’の直径Ｄ（噴孔軸３０７’と平行となる燃料噴射孔２０１’の内面８０１における直径）に対して、燃料噴射孔２０１’の延在長さＬ’が長い場合、すなわち、Ｌ’／Ｄ＞３の場合について説明する。なお、上述したように、図８（ａ）は図５（ａ）に対応する図であり、図８（ｂ）は図５（ｂ）に対応する図である。

Ｌ’／Ｄが３を超した場合には、弁座面２０３に沿って流れ、燃料噴射孔入口３０４’の丸面取り部１３０４’によって剥離が抑制されて燃料噴射孔２０１’の内部に流入した燃料８０８には、燃料噴射孔２０１’の内部を流れる間に整流効果が働いてしまう。すなわち、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）におけるＣ’断面として噴射孔出口３０５ａ’における径方向へ広がる速度成分８０９は小さくなる（燃料の面内広がり力が小さくなる）。そのため、燃料の有する噴射軸方向の速度成分が大きくなるため噴射孔出口３０５ａからの噴射速度が速くなり、噴霧長さが長くなってしまう。

図７には、Ｌ／Ｄを横軸にとり、燃料の面内広がり力を縦軸にとった、燃料の面内広がり力を表す曲線７０１を示している。燃料の面内広がり力は、噴射孔出口３０５における径方向へ広がる速度成分に依存する。噴射孔出口３０５における径方向へ広がる速度成分は、燃料噴射孔２０１に流れ込んできた燃料が燃料噴射孔２０１の内部で整流されきらないことで生じる速度成分である。そのため、Ｌ／Ｄを３以下にすることで、燃料を整流させきらずに、噴射孔出口３０５から噴射することが可能となる。これにより、噴霧長さを短縮できる。

また、たとえば、図９（ａ）に示すように、本実施の形態における丸面取り部１３０４が燃料噴射孔入口３０４’’に設けられていない場合について説明する。なお、図９（ａ）における燃料噴射孔２０１’’の直径Ｄ（燃料噴射孔２０１’’の内面９０１における直径）と、燃料噴射孔２０１’’の延在長さＬとの関係は、上述した本実施の形態と同様にＬ／Ｄ≦３であるものとする。また、上述したように、図９（ａ）は図５（ａ）に対応する図であり、図９（ｂ）は図５（ｂ）に対応する図である。

Ｌ／Ｄが３以下であっても燃料噴射孔入口３０４’’に丸面取り部１３０４が設けられていない場合、図９（ａ）に示すように、燃料噴射孔２０１’’の内壁面９０１から燃料が剥離してしまう。なお、燃料の流れと燃料噴射孔２０１’’の内部空間との境界に符号９１０ａおよび符号９１０ｂを付している。燃料の流れの境界９１０ａ，９１０ｂと燃料噴射孔２０１’’の内壁面９０１との間の空間が燃料の剥離領域となる。

図９（ａ），（ｂ）に示す例では、Ｌ／Ｄが３以下であるので、燃料噴射孔２０１’’の内部に流入した燃料９０８は、燃料噴射孔２０１’’の内部で整流されきることなく燃料噴射孔出口３０５’’から噴射される。しかし、燃料噴射孔２０１’’の内部を流れる燃料９０８の断面積は、燃料噴射孔２０１’’の内部で生じた剥離領域の断面積分だけ燃料噴射孔２０１’’の断面積よりも小さくなる。そのため、燃料噴射孔出口３０５’’の面積（燃料噴射孔２０１’’の断面積）が実質的に小さくなるので、燃料の噴射速度が速くなる。すなわち、燃料の噴射孔軸方向の速度成分が大きくなって噴射孔出口３０５’’からの燃料の噴射速度が速くなるので、噴霧長さが長くなってしまう。したがって、Ｌ／Ｄを小さな値に設定するだけでは、噴霧長さは短くならない。
なお、図９（ｂ）において速度成分を表す矢印が噴射孔断面中心から偏って示されている。これは、図９（ａ）の剥離による燃料流の下流側境界面９０１ａと内面９０１までの距離と、上流側境界面９０１ｂと内面９０１までの距離の相違による。

−−−各噴射孔軸３０７ａ〜３０７ｆの向きについて−−−
図６を参照して、各噴射孔軸３０７ａ〜３０７ｆの向きについて説明する。本実施の形態では、各噴射孔軸３０７ａ〜３０７ｆは、頂点および軸を共有して異なる頂角を有する２つの仮想円錐のいずれかの母線に沿っている。説明の便宜上、２つの仮想円錐のうち、頂角が小さい方の仮想円錐に符号６０１を付し、他方の仮想円錐に符号６０２を付す。

噴射孔軸３０７ａ，３０７ｃ，３０７ｅは、電磁式燃料噴射弁１００の中心軸２０４（図６では不図示）上に頂点を有し、中心軸２０４を軸とする仮想円錐６０１の母線に沿っている。噴射孔軸３０７ｂ，３０７ｄ，３０７ｆは、仮想円錐６０１と頂点および軸を共有し、仮想円錐６０１の頂角よりも大きい頂角を有する仮想円錐６０２の母線に沿っている。このように、本実施の形態では、燃料噴射孔２０１の燃料噴射孔入口３０４の中心点３０２と燃料噴射孔出口３０５の中心点３０６を結んだ直線３０７は、２つの仮想円錐６０１，６０２の円錐面に沿っている。

−−−作用効果−−−
上述した本実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、次の作用効果を奏する。
（１）燃料噴射孔入口３０４に丸面取り部１３０４を設けるとともに、燃料噴射孔２０１ａの延在長さＬと燃料噴射孔２０１ａの直径Ｄとの関係が、Ｌ／Ｄ≦３となるように構成した。これにより、燃料噴射孔２０１の内部で生じる燃料の剥離を防止できるので、燃料噴射孔出口３０５の面積（燃料噴射孔２０１の断面積）が実質的に小さくなることを防ぎ、燃料の噴射速度の増加を防止できる。したがって、噴霧長さを効果的に抑制できるので、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を抑制できる。

（２）燃料噴射孔入口３０４における丸面取り部１３０４では、燃料の流れに関して上流側となる点４１４で表す部位の曲率半径が、燃料の流れに関して下流側となる点４１５で表す部位の曲率半径よりも大きくなるように構成した。これにより、燃料噴射孔２０１への燃料の流れ込み方に応じて、燃料噴射孔２０１の内壁面からの燃料の剥離を効果的に防止できる。したがって、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を効果的に抑制できる。

（３）挟角３０８を２等分する仮想平面４１３と丸面取り部１３０４とが交差する２カ所の部位を特定し、この２カ所の部位のうち、燃料の流れに関して上流側となる部位の曲率半径が、燃料の流れに関して下流側となる部位の曲率半径よりも大きくなるように構成した。これにより、丸面取り部１３０４における曲率半径を燃料の流れ込み方に対して適切に設定できるので、燃料噴射孔２０１の内部における燃料の剥離を確実に防止できる。したがって、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を確実に抑制できる。

（４）円錐面となるシート部材１０２の内側に燃料噴射孔入口３０４が設けられるように構成した。これにより、燃料噴射孔入口３０４へ向かう燃料の流れが円錐面に沿って整流されるため、丸面取り部１３０４の開口縁の場所毎の曲率半径の設定が容易となって、燃料噴射孔２０１への燃料の流れ込み方に応じて、燃料噴射孔２０１の内壁面からの燃料の剥離を効果的に防止できる。したがって、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を効果的に抑制できる。

（５）円錐面となるシート部材１０２の内側に弁座面２０３が設けられるように構成した。これにより、円錐面となるシート部材１０２の内側に燃料噴射孔入口３０４が設けられたことと相まって、燃料噴射孔入口３０４へ向かう燃料の流れが円錐面に沿って整流される。そのため、上述したように、燃料噴射孔２０１への燃料の流れ込み方に応じて、燃料噴射孔２０１の内壁面からの燃料の剥離を効果的に防止できる。したがって、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を効果的に抑制できる。

（６）各噴射孔軸３０７ａ〜３０７ｆが頂点および軸を共有して異なる頂角を有する２つの仮想円錐６０１，６０２のいずれかの母線に沿うように構成した。これにより、多様な噴霧形状を構成することが可能になり、内燃機関に燃料を噴射した時の噴霧のレイアウト性に優れる。

−−−第２の実施の形態−−−
図１０を参照して、本発明による火花点火式筒内噴射弁の第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。図１０は、第２の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００の構成を示す断面図であり、図５（ａ）に相当する図である。

第２の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００は、燃料噴射孔側面１００１が燃料噴射孔入口３０４から燃料噴射孔出口３０５にかけて断面積が徐々に大きくなるように構成されている。第２の実施の形態における燃料噴射孔２０１の直径Ｄは、燃料噴射孔入口３０４の丸面取り部１００７と燃料噴射孔側面１００１との境界（燃料噴射孔２０１の断面積が最も少なくなる位置）における直径１０１０である。

第２の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、弁座面２０３から丸面取り部１００７に沿って剥離することなく流れ込んできた燃料１００８が、燃料噴射孔２０１の内部で径方向に広がりながら流れた後に燃料噴射孔出口３０５から噴射される。そのため、径方向へ広がる燃料の速度成分を増加させて、噴射孔軸方向の速度成分を抑制できる。したがって、第１の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００と比べて、噴霧長さをさらに短縮できるので、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を効果的に抑制できる。
なお、以上説明した構成以外、第２の実施形態の燃料噴射弁の構成は第１の実施の形態の燃料噴射弁の構成と同様である。したがって、例えば、噴射孔２０１の入口開口縁には丸面取りが施され、上流側の点４１４ａ（図４参照）の曲率半径が下流側の点４１５ａ（図４参照）の曲率半径に比べて大きい。

−−−第３の実施の形態−−−
図１１を参照して、本発明による火花点火式筒内噴射弁の第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。図１１は、第３の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００の構成を示す断面図であり、図５（ａ）に相当する図である。

第３の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、燃料噴射孔入口３０４に丸面取り部１１０７が設けられ、燃料噴射孔出口３０５に丸面取り部１１０１が設けられている。そして、丸面取り部１１０７の下流側端部と丸面取り部１１０１の上流側端部とが一致している。第３の実施の形態における燃料噴射孔２０１の直径Ｄは、丸面取り部１１０７の下流側端部でもあり、丸面取り部１１０１の上流側端部でもある、丸面取り部１１０７と丸面取り部１１０１との境界（燃料噴射孔２０１の断面積が最も少なくなる位置）における直径１１１０である。
燃料噴射孔出口３０５の丸面取り部１１０１は、燃料噴射孔入口３０４の丸面取り部１１０７のように、燃料流に対する開口縁の位置ごとに曲率半径を適切に設定する必要はなく、一定の値でもよい。

第３の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、第２の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００と同様に、弁座面２０３から丸面取り部１１０７に沿って剥離することなく流れ込んできた燃料１１０８が、丸面取り部１１０８で径方向にさらに広がりながら流れた後に燃料噴射孔出口３０５から噴射される。そのため、径方向へ広がる燃料の速度成分を増加させて、噴射孔軸方向の速度成分を抑制できる。したがって、第１の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００と比べて、噴霧長さをさらに短縮できるので、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を効果的に抑制できる。

−−−第４の実施の形態−−−
図１２を参照して、本発明による火花点火式筒内噴射弁の第４の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。図１２は、第４の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００の構成を示す断面図であり、図５（ａ）に相当する図である。

第４の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、燃料噴射孔入口３０４から燃料噴射孔出口３０５にかけて燃料噴射孔側面１２０１の断面積が狭くなるように構成されている。第４の実施の形態における燃料噴射孔２０１の直径Ｄは、燃料噴射孔入口３０４の丸面取り部１２０７と燃料噴射孔側面１２０１との境界における直径１２１０である。第４の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、弁座面２０３から丸面取り部１２０７に沿って剥離することなく流れ込んできた燃料１２０８が、燃料噴射孔側面１２０１で径方向に絞られながら流れた後に燃料噴射孔出口３０５から噴射される。

そのため、上述した第１〜第３の実施の形態と比較して、燃料噴射孔２０１の径方向へ広がる速度成分がやや抑制される。しかし、Ｌ／Ｄを３以下としたことで、燃料噴射孔２０１の内部に流入した燃料１２０８は、燃料噴射孔２０１の内部で整流されきることなく燃料噴射孔出口３０５から噴射される。そのため、燃料噴射孔出口３０５における燃料の速度成分のうち、燃料噴射孔２０１の径方向へ広がる速度成分が大きくなり、噴射孔軸方向の速度成分が小さくなる。したがって、燃料噴射孔出口３０５からの燃料の噴射速度が遅くなるので、燃料の噴霧長さが短くなり、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を効果的に抑制できる。

また、第４の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、電磁式燃料噴射弁１００全体の流量を抑制できる。したがって、第４の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００を排気量が小さな内燃機関へ容易に用いることができる。

−−−第５の実施の形態−−−
図１３を参照して、本発明による火花点火式筒内噴射弁の第５の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。図１３は、第５の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００の構成を示す断面図であり、図５（ａ）に相当する図である。

第５の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、燃料噴射孔２０１の断面形状が楕円形状である。第５の実施の形態における燃料噴射孔２０１の直径Ｄは、燃料噴射孔入口３０４の丸面取り部１３０７と燃料噴射孔側面１３０１との境界（燃料噴射孔２０１の断面積が最も少なくなる位置）における楕円１３の断面積と等しい断面積となる円の直径１３１０である。なお、楕円１３は符号１３ａを付した長径と、符号１３ｂを付した短径とを有する。

第５の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、弁座面２０３の上流（図示右上）から流入する燃料の流れに対して長径１３ａが略直交するように、楕円形状を呈する燃料噴射孔入口３０４の向きが定められている。すなわち、弁座面２０３の上流から流入する燃料の流れに対して、燃料噴射孔入口３０４が大きく開口しているので、燃料噴射孔入口３０４の形状が真円である場合と比べて、燃料噴射孔２０１の内部での燃料の剥離を効果的に抑制できる。さらに、燃料噴射孔入口３０４の丸面取り部１３０７を剥離することなく流れ込んできた燃料１３０８が燃料噴射孔２０１の内部で径方向に広がりながら流れた後に燃料噴射孔出口３０５から噴射される。そのため、径方向へ広がる燃料の速度成分を増加させて、噴射孔軸方向の速度成分を抑制できる。したがって、燃料噴射孔側面が燃料噴射孔入口から燃料噴射孔出口にかけて断面積が徐々に大きくなるように構成された第２の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００と比較して、噴霧長さをさらに短縮できるので、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を効果的に抑制できる。

なお、本実施の形態において、第１の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００のように、燃料噴射孔２０１の径が一様であっても、上述した作用効果と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態において、第３の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００のように、燃料噴射孔入口に丸面取り部が設けられ、燃料噴射孔出口に丸面取り部が設けられた場合であっても、上述した作用効果と同様の作用効果を奏する。また、本実施の形態において、第４の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００のように、燃料噴射孔入口から燃料噴射孔出口にかけて燃料噴射孔側面の断面積が狭くなる場合であっても、上述した作用効果と同様の作用効果を奏する。

−−−第６の実施の形態−−−
図１４を参照して、本発明による火花点火式筒内噴射弁の第６の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。図１４は、第６の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００の構成を示す断面図であり、図５（ａ）に相当する図である。

第６の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、燃料噴射孔２０１の断面形状が略三角形状である。第６の実施の形態における燃料噴射孔２０１の直径Ｄは、燃料噴射孔入口３０４の丸面取り部１４０７と燃料噴射孔側面１４０１との境界（燃料噴射孔２０１の断面積が最も少なくなる位置）における三角形１４の断面積と等しい断面積となる円の直径１４１０である。なお、三角形１４は符号１４ａを付した辺を有する正三角形である。

第６の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００では、弁座面２０３の上流（図示右上）から流入する燃料の流れに対して辺１４ａが略直交するように、三角形状を呈する燃料噴射孔入口３０４の向きが定められている。すなわち、弁座面２０３の上流から流入する燃料の流れに対して、燃料噴射孔入口３０４が大きく開口しているので、燃料噴射孔入口３０４の形状が真円である場合と比べて、燃料噴射孔２０１の内部での燃料の剥離を効果的に抑制できる。さらに、燃料噴射孔入口３０４の丸面取り部１４０７を剥離することなく流れ込んできた燃料１４０８が燃料噴射孔２０１の内部で径方向に広がりながら流れた後に燃料噴射孔出口３０５から噴射される。そのため、径方向へ広がる燃料の速度成分を増加させて、噴射孔軸方向の速度成分を抑制できる。したがって、燃料噴射孔側面が燃料噴射孔入口から燃料噴射孔出口にかけて断面積が徐々に大きくなるように構成された第２の実施の形態の電磁式燃料噴射弁１００と比較して、噴霧長さをさらに短縮できるので、筒内噴射時の吸気弁や筒内壁面への燃料付着を効果的に抑制できる。

−−−変形例−−−
（１）電磁式燃料噴射弁１００と内燃機関の筒内の上下面や側面との距離を勘案し、内燃機関内筒内の上下面や側面へ向かう燃料の噴霧長さが適切となるように、燃料噴射孔入口３０４の開口縁の円周方向の位置に応じて丸面取り部１３０４の曲率半径を適宜設定してもよい。このようにすることで、吸気弁や筒内壁面への燃料付着を抑制しつつ、筒内における混合気の混合状態が良好となる。

（２）燃料噴射孔入口３０４の開口縁の円周方向に沿って徐々に変化するように面取り部１３０４の曲率半径を設定することが望ましい。しかし、少なくとも、燃料の流れに関する上流側と下流側とで面取り部１３０４の曲率半径に大小の差があればよく、開口縁の円周方向に沿って面取り部１３０４の曲率半径の変化が急激であったり不連続であったとしても、本発明の作用効果が損なわれるものではない。また、燃料噴射孔入口３０４の開口縁のうち、少なくとも燃料の流れに関する上流側に面取りを施せばよく、下流側に面取りを施すことが必須ではない。

（３）たとえば研磨材を分散させた液体を流通させることやブラスト処理などによって燃料噴射孔入口３０４の開口縁に丸面取り部１３０４を設けることができる。また、曲率半径を大きくしたくない部分にあらかじめ熱処理を施して硬度を上げることで耐摩耗性を向上させることにより、面取り加工の際に、熱処理を施していない部分との曲率半径の差が生じるようにしてもよい。

（４）上述の説明では、燃料噴射孔入口３０４の中心点３０２と電磁式燃料噴射弁１００の中心軸２０４との距離が燃料噴射孔２０１毎に異なるか否か、隣り合った燃料噴射孔２０１同士の間隔が等間隔であるか否かについて特に言及していない。しかし、燃料噴射孔入口３０４の中心点３０２と電磁式燃料噴射弁１００の中心軸２０４との距離が燃料噴射孔２０１毎に異なるか否かによって上述した作用効果が損なわれることはない。また、隣り合った燃料噴射孔２０１同士の間隔が等間隔であるか否かによって上述した作用効果が損なわれることはない。

（５）上述の説明では、シート部材１０２に設けられた燃料噴射孔２０１の数が６である場合を例として説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、シート部材１０２に設けられた燃料噴射孔２０１の数が６以外であっても上述した各実施の形態における作用効果と同様の作用効果を奏する。

（６）上述の説明では、各噴射孔軸３０７ａ〜３０７ｆの向きについて、仮想円錐６０１，６０２が２つである場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、仮想円錐の数が３以上であってもよい。
（７）上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

なお、本発明は、上述した実施の形態のものに何ら限定されず、各種の火花点火式筒内噴射弁に適用することができる。

１００電磁式燃料噴射弁１０１弁体
１０２シート部材２０１（２０１ａ〜２０１ｆ）燃料噴射孔
２０２球面部２０３弁座面
２０４弁体１０１の軸芯（電磁式燃料噴射弁１００の中心軸）
３０４（３０４ａ〜３０４ｆ）燃料噴射孔入口
３０５（３０５ａ〜３０５ｆ）燃料噴射孔出口
１３０４（１３０４ａ〜１３０４ｆ）丸面取り部

Claims

燃料の噴射孔が複数設けられた部材と、弁座に当接又は離間する弁体と、を少なくとも備える火花点火式筒内燃料噴射弁であって、
前記噴射孔は、前記部材の内側に開口する噴射孔入口と、前記部材の外側に開口する噴射孔出口とを備え、
前記噴射孔は、前記噴射孔入口と前記噴射孔出口の中心とを結ぶ噴射孔軸を含み前記弁体の軸芯と平行な第１の平面が、前記噴射孔入口の開口部の中心と前記弁体の軸芯とを含む第２の平面との間で非零の挟角をなすように、構成され、
さらに複数の前記噴射孔は、前記挟角が互いに異なる噴射孔を含んで構成され、
前記噴射孔入口の開口縁には丸面取り部が形成され、
前記丸面取り部は、前記弁体の軸芯から遠い側の部位における曲率半径が、前記弁体の軸芯から近い側の部位における曲率半径よりも大きくなるように、構成され、
前記噴射孔の入口開口に平行な断面積は、前記噴射孔入口から前記噴射孔出口に向かうに従って小さくなるよう構成され、
前記噴射孔の断面は、長径および短径を有する楕円形状または３辺を有する三角形状であり、
前記弁座の上流から前記噴射孔入口に流入する前記燃料の流れに対して、前記長径または前記３辺のうち１辺が略直交することを特徴とする火花点火式筒内燃料噴射弁。
請求項１に記載の火花点火式筒内燃料噴射弁において、
前記噴射孔の延在長さ（Ｌ）は、前記噴射孔の孔径（Ｄ）の3倍以下であることを特徴とする火花点火式筒内燃料噴射弁。
請求項１に記載の火花点火式筒内燃料噴射弁において、
前記噴射孔の断面の前記長径または前記１辺の長さは前記噴射孔入口から出口に向かうに従って、小さくなるように構成されることを特徴とする火花点火式筒内燃料噴射弁。
請求項１に記載の火花点火式筒内燃料噴射弁において、
前記噴射孔は、前記噴射孔入口の開口縁に前記丸面取り部と、前記噴射孔出口の開口縁に第２丸面取り部を有し、
前記丸面取り部の下流側終点から前記第２丸面取り部の上流側始点との間には、前記丸面取り部の下流側終点から前記第２丸面取り部の上流側始点に近づくにつれて前記断面積が徐々に小さくなる縮径部を有することを特徴とする火花点火式筒内燃料噴射弁。