JP6392689B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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噴射を行なう、燃料噴射弁に関する。

特開２０１０−１５１０５３号公報（特許文献１）には、末広がりの噴孔を下流外向きの配置としたうえで、噴孔の上流側端面の中心軸からの最遠部と下流側端面の中心軸からの最近部との距離ｘと、噴孔の中心軸側壁面の長さLとの関係を、ｘ／Ｌ＜０．０５とすることで、燃料噴霧の微粒化と、噴射方向の制御性とを両立させる燃料噴射ノズルの発明が開示されている。

特開２００１−３１７４３１号公報（特許文献２）には、各噴孔が燃料噴射方向に向けノズルプレートの中心軸から離れるように形成されており、噴孔に流入する燃料は、噴孔内周面に案内され噴孔内周面と接触して広がり、液膜となって噴孔から噴射されることで、燃料噴霧を微粒化する流体噴射ノズルの発明が開示されている。

特開２００８−１６９７６６号公報（特許文献３）には、ノズルプレートに形成されている１８個の噴孔が２グループに分かれており、この２グループの噴孔群から２方向の噴霧流が形成される燃料噴射弁の発明が開示されている。この燃料噴射弁では、噴霧流は各噴孔の流路軸を燃料噴射方向に延長した仮想直線と、噴孔プレートから燃料噴射方向に所定距離離れ、噴孔プレートの噴射軸と直交する仮想平面との交点が、正八角形の頂点上に位置するような噴霧流を形成する。

特開２０１０−１５１０５３号公報 特開２００１−３１７４３１号公報 特開２００８−１６９７６６号公報

近年、自動車エンジンの低燃費/有害排出ガス低減が求められている。おり、このため、自動車エンジンへ供給される燃料噴霧の微粒化が重要になっている。さらに、噴射した燃料が吸気ポート壁面へ付着してしまうと、噴霧の微粒化効果が得られなくなる。そこで、壁面への燃料付着を低減するために、噴霧角度（噴霧の広がり）の制御性が重要になっている。噴霧角度の制御性については、特に噴霧角度が狭い噴霧を実現する燃料噴射弁が求められている。

特許文献１では、末広がりの噴孔を用いることで、流れのはく離を利用し、燃料噴射孔からの燃料噴射を馬蹄型状の噴流に形成して微粒化を促進する方法が開示されている。特許文献２では、最適な噴孔の寸法にすることで噴射方向を制御する方法が開示されている。特許文献３では、複数噴孔の傾斜角を設定することで噴射量の偏りを低減する方法が開示されている。しかし、いずれの文献に開示された方法も、噴霧の微粒化のためにノズルプレートの中心軸に対して、下流に向かって噴孔の中心軸が離れるように傾斜しており、各噴孔の傾斜方向に向かって噴霧はノズルプレートの外縁側に広がる。噴孔に流れこんだ燃料は噴孔の壁面に衝突し、噴孔の中心軸に対して垂直方向の面内に、大きい速度成分を持つ流れが誘起される。誘起された流れの半径方向の速度成分によって、噴孔下流で燃料が広がりやすくなるため、微粒化が促進される。このとき、燃料が流れ込む方向に対する噴孔の傾斜角度が大きいほど、より大きな衝突力を得ることができる。しかしながら、噴霧角度を狭くするためには噴孔の傾斜を小さくしなければならず、噴孔の傾斜を小さくした場合、衝突力が低減されることになり、粒径が悪化することが課題となる。

本発明の目的は、噴霧角度が狭い場合でも十分な微粒化を達成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、弁座を有するシート部材と、前記弁座に着座することにより閉弁し前記弁座から離れることによって開弁する弁体と、前記弁座よりも下流側に配置された燃料通路部と、前記燃料通路部よりも下流側に配置された燃料拡散室と、前記燃料拡散室の燃料を外部に噴射する複数の噴孔とを備え、前記燃料通路部から前記燃料拡散室に流入した燃料を前記燃料拡散室の中心側から外周側に拡散するように流して前記噴孔に流入させる燃料噴射弁において、
前記噴孔として、第１噴孔と、前記第１噴孔に対して少なくとも前記燃料拡散室の周方向に離間して設けられ前記周方向において前記第１噴孔の両隣りに隣り合う第２噴孔及び第３噴孔と、前記周方向において前記第３噴孔に対して前記第１噴孔の反対側に配置された第４噴孔と、を有し、
前記第１乃至第４噴孔は、
各噴孔の入口側開口の中心が前記燃料拡散室の中心を中心とする一つの配置円の上に配置されると共に、
前記第１噴孔の入口側開口の中心と前記第２噴孔の入口側開口の中心との間の距離が前記第１噴孔の入口側開口の中心と前記第３噴孔の入口側開口の中心との間の距離よりも大きく、
前記第３噴孔の入口側開口の中心と前記第４噴孔の入口側開口の中心との間の距離と前記第３噴孔の入口側開口の中心と前記第１噴孔の入口側開口の中心との間の距離とが等しくなるように配置され、
前記第１噴孔は、
出口側開口が、入口側開口の中心を通り前記配置円に接する接線に対して前記燃料拡散室の中心側の範囲内に配置され、且つ前記燃料拡散室の中心と前記入口側開口の中心とを通る線分に対して前記第２噴孔側の範囲内に配置されるように、
傾斜方向を設定され、
前記第３噴孔は、
出口側開口が、入口側開口の中心を通り前記配置円に接する接線に対して前記燃料拡散室の中心側の範囲内に配置され、且つ前記燃料拡散室の中心と前記入口側開口の中心とを通る線分の上に位置するように、
傾斜方向を設定されている。

このとき、燃料拡散室の中心側から噴孔に向かって流れる燃料流れは、噴孔の傾斜面に衝突し、噴孔の中心軸に対して垂直な面内方向において大きな速度成分を有する流れが誘起される。これにより、噴孔出口下流で燃料が広がりやすくなり、微粒化が促進される。

本発明によれば、噴霧角度を狭くすることで燃料が吸気ポート壁面に付着する量を低減しつつ、微粒化を促進することが可能となり、排気性能を高めた内燃機関を実現する燃料噴射弁を提供できる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る燃料噴射弁の実施例を示す断面図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の弁体先端の近傍を拡大した断面図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁のノズルプレートを弁体側から見た図である。 本発明の第１実施例に係るノズルプレートに設置された噴孔の傾斜方向についての説明図である。 本発明の第１実施例に係る、任意の噴孔における象限の定義についての説明図である。 本発明の第１実施例に係る、噴孔を傾斜させた具体例についての説明図である。 本発明の第１実施例に係るノズルプレート内部での燃料流れ場について説明した図である。 本発明における、燃料の微粒化メカニズムの説明図である。 本発明との比較例である燃料噴射弁のノズルプレートを弁体側から見た図である。 本発明との比較例である燃料噴射弁の噴孔近傍の流れ場についての説明図である。 本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁の噴孔近傍を拡大した断面図である。 本発明の第３実施例に係る燃料噴射弁のノズルプレートを弁体側から見た図である。 本発明の第４実施例に係る燃料噴射弁のノズルプレートを弁体側から見た図である。

以下、本発明に係わる実施例を説明する。

本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁について、図１乃至図８を用いて以下説明する。

図１に示した燃料噴射弁１は、ポート噴射式のガソリンエンジン向けの燃料噴射弁の例であるが、本発明の効果は、筒内直接噴射式のガソリンエンジン向けの燃料噴射弁や、ピエゾ素子や磁歪素子で駆動される燃料噴射弁においても有効である。

[噴射弁基本動作説明]
図１は、本発明に係る燃料噴射弁の一実施例を示す断面図である。図１に示す燃料噴射弁１の基本的な構成は、後述する第２〜４実施例にも適用される。また、以下の説明において、上下方向は図１に基づいて定義される。この上下方向は、燃料噴射弁１のエンジンへの実装状態における上下方向を意味するものではない。

図１において、燃料噴射弁１は、例えば自動車のエンジンとして利用される内燃機関に燃料を供給するものである。ケーシング２は、プレス加工や切削加工等により細長い円筒状に形成される。ケーシング２は、薄肉部、厚肉部、小
径部及び大径部が一体に形成された段差付の構造を有する。素材はフェライト系ステンレス材料にチタンのような柔軟性のある材料を加えたもので、磁性特性を有している。ケーシング２の一端部には燃料供給口２ａが設けられ、他端部にはノズル体５が設けられている。ノズル体５の下端面（先端面）には、ノズルプレート６が固着される。ノズルプレート６には、複数の貫通孔７（図２、図３参照）が設けられている。複数の貫通孔７は、燃料を噴射する燃料噴射孔７（以後、噴孔と呼ぶ）を構成する。

ケーシング２の外側には、電磁コイル１４と電磁コイル１４を包囲する磁性材のヨーク１６とが設けられている。ケーシング２の内側には、コア１５と、アンカー４と、弁体３と、ノズル体５と、ノズルプレート６とが設けられている。コア１５は、ケーシング２内に挿入された後に電磁コイル１４の内側に位置するように配置される。アンカー４は、コア１５の先端側の端面（下端面）に間隙を介して対面し、燃料噴射弁の中心軸１００方向に動くことが可能なように取り付けられている。アンカー４は、磁性材料からなる金属粉末をMIM（Metal Injection Molding）等の工法により射出成形することにより、製造される。弁体３は、アンカー４に保持されて軸方向に延材する中空の部材である。弁体３の先端部には、球体部３Ａが設けられている。ノズル体５は、弁体３の先端側（下端側）でケーシング２に固設されている。ノズル体５には、弁体３の先端部に設けられた球体部３Ａが離接する台座（弁座）が設けられている。ノズルプレート６は、ノズル体５の先端面側に配設されている。このノズルプレート６には、厚み方向に貫通して形成された複数の噴孔７が設けられている。ノズルプレート６はノズル体５と接する面を溶接により接合されている。ノズル体５はケーシング２と溶接により接合されている。

図１において、コア１５の内部には、弾性部材としてのスプリング１２が配設されている。スプリング１２は、弁体３の先端をノズル体５に押し付ける力（付勢力）を与える。スプリング１２の上端部に連続して、スプリング１２による押し付け力を調整するスプリングアジャスタ１３が配設されている。また、燃料供給口２ａには、フィルタ２０が配設されている。フィルタ２０は、燃料に含まれる異物を除去する。さらに燃料供給口２ａの外周には、供給される燃料をシールするためのＯリング２１が取り付けられている。

樹脂カバー２２は、例えば樹脂モールド等の手段によりケーシング２とヨーク１６を覆うように設けられたものである。樹脂カバー２２には、電磁コイル１４に電力を供給するためのコネクタ２３が一体的に形成されている。プロテクタ２４は、燃料噴射弁１の先端部に設けられた、例えば樹脂材料等よりなる筒状部材である。プロテクタ２４は、ケーシング２の先端部の外周を覆う部材である。また、プロテクタ２４は、径方向外向きに突出する突出部２４Ａを有している。突出部２４Ａは、ヨーク１６と共に、コイル１４の下方に、Ｏリング２５を保持する環状溝を形成する。これにより、Ｏリング２５はケーシング２の先端側外周に装着されている。Ｏリング２５はヨーク１６とプロテクタ２４との間に抜き止め状態で配置される。Ｏリング２５は、例えばケーシング２の先端側を内燃機関の吸気管に設けられた取り付け部（図示しない）等に取り付けた場合に、吸気管と燃料噴射弁１との間をシールするものである。

燃料噴射弁１は、電磁コイル１４が非通電状態であるときはスプリング１２の押し付け力により付勢されて、弁体３の先端（球体部３Ａ）がノズル体５に密着する。このような状態では、弁体３とノズル体５との間に隙間、つまり燃料通路が形成されないので、燃料供給口２ａから流入した燃料はケーシング２内部に留まる。すなわち、弁体３は閉弁状態となる。

電磁コイル１４に噴射パルスとしての電流を印加すると、磁性材よりなるヨーク１６と、コア１５と、アンカー４とで形成された磁気回路に磁束が流れる。弁体３は、この磁束によってアンカー４とコア１５との間に発生する電磁力によって、アンカー４の上端面（コア１５との対向面）がコア１５の下端面に接触するまで移動する。弁体３がコア１５側に移動すると、弁体３とノズル体５との間に燃料通路が形成される。すなわち、弁体３は開弁状態となる。ケーシング２内の燃料は、弁体３（球体部３Ａ）の周辺より下流側に流れた後、燃料噴射孔７から噴射される。燃料噴射量の制御は、電磁コイル１４に間欠的に印加する噴射パルスに応じて、弁体３を軸方向に移動することにより、開弁状態と閉弁状態の切り替えのタイミングを調整することで行っている。

図２は、本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の弁体先端の近傍を拡大した断面図である。本発明に係わる主要部品について、図２を用いて、簡潔に説明する。

図２に示されるように、弁体３はボール弁を使用している。ボール（球体部３Ａ）には、例えば、JIS規格品の玉軸受用鋼球を用いている。このボールは、真円度が高く鏡面仕上げが施されており、シート性を高めるに好適であること、また、大量生産により低コストであること、等がその採用のポイントである。また、弁体として構成する場合は、ボールの直径は３〜４ｍｍ程度のものを使用する。その理由は、可動弁として機能するので軽量化を図るためである。

また、ノズル体５において、弁体３と密着するシート位置を含む傾斜面の角度は９０゜程度（８０゜〜１００゜）である。この傾斜角は、シート位置付近を研磨し、且つ真円度を高くするために最適な角度（研削機械をベストコンディションで使用できる）であり、上述した弁体３とのシート性を極めて高く維持できるものである。なお、シート位置を含む傾斜面５ｂを有するノズル体５は、焼入れによって硬度が高められている。また、ノズル体５は、脱磁処理により無用な磁気が除去されている。このような弁体構成により、燃料漏れのない噴射量制御が可能となる。また、コストパフォーマンスに優れた弁体構造を提供できる。

また、ノズルプレート６は、下凸形状にするために、凸面６Ａを形成するための製造工程においてパンチによる押し出しを行う。本実施例において、凸面６Ａは、下方（燃料噴射弁の外方）に向かって突状に形成された曲面部で構成されている。

燃料噴射弁１が閉弁状態にあるときには、弁体３はシート部材５ａに設けられた円錐面からなる弁座面５ｂと当接することによって、燃料のシールを保つようになっている。このとき、弁体３側の接触部は球面によって形成されており、円錐面の弁座面５ｂと球面との接触はほぼ線接触の状態になっている。弁体３が上昇して弁体３とシート部材５ａとの間に隙間が生じると、燃料は前記隙間を流れ出し、シート部材５ａの開口部５ｃにて矢印１７の方向からノズルプレート６の上面に衝突する。その後、矢印１８のようにノズルプレート６の中央からノズルプレート６の表面に沿って流れる。燃料は、噴孔７を通過後、液膜９を形成する。液膜９は、表面張力波による不安定性や空気との剪断力により液滴１０へと分裂して、燃料の微粒化が達成される。

開口部５ｃは、弁体３と弁座面との間に構成されるシート部から、ノズルプレート６の凸面６Ａの内側に形成される燃料室（燃料拡散室）６Ｂに燃料を導入する燃料通路部（燃料導入孔）を構成する。燃料室６Ｂは、燃料通路部５ｃから流入した燃料を中心側から外周側に拡散するように流して噴孔７に流入させる。

[詳細形状と効果の説明]
噴孔の詳細形状について図３乃至図８を用いて説明する。

図３は、本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁のノズルプレートを弁体側から見た図である。図３は、図２のIII−III断面である。

矢印１１は噴孔７の傾斜方向を示している。配置円１０１は、噴孔７の入口側開口１０５の中心１０５Ａを通る、ノズルプレート６の中心軸１０２を中心とした円である。なお、本実施例では、ノズルプレート６の中心軸１０２は燃料噴射弁の中心軸１００に一致する。また、ノズルプレート６の中心軸１０２は燃料拡散室６Ｂの中心を通る。

本実施例では、各噴孔７の傾斜方向は、下方内向きに設定されている。すなわち、各噴孔７の傾斜方向は、矢印１１が配置円１０１の内方を向くように設定される。この場合、各噴孔７の傾斜方向は、中心軸１０２に垂直な平面に投影した投影図（図３）上において、矢印１１が、噴孔７の入口側開口１０５の中心１０５Ａの両側に引かれる接線１０４上を含み、接線１０４に対して中心軸１０２側の範囲に向かうように設定される。すなわち、噴孔７の出口側開口１０６の中心１０６Ａは、接線１０４上を含み、接線１０４に対して中心軸１０２側の範囲に位置する。このとき、噴孔７の出口側開口１０６の中心１０６Ａは、入口側開口１０５の中心１０５Ａからずれた位置に設けられている。

噴孔７の傾斜方向について、図４Ａおよび図４Ｂを用いて詳しく説明する。図４Ａは、本発明の第１実施例に係るノズルプレートに設置された噴孔の傾斜方向についての説明図である。図４Ｂは、本発明の第１実施例に係る、任意の噴孔における象限の定義についての説明図である。なお、図４Ａは、ノズルプレート６に設置された、複数の噴孔７ａ〜７ｅの拡大図である。また、図４Ａ及び図４Ｂは、中心軸１０２に垂直な平面にノズルプレート６を投影した投影図である。

各噴孔７（７ａ〜７ｅ）は隣り合う噴孔とＬ１〜Ｌ４の間隔で設置されている。図４Ａにおいて、例えば、噴孔７ａと、最も近接して隣り合う噴孔７ｂ、７ｃとの距離Ｌ１、Ｌ２は、Ｌ１＝Ｌ２となっている。このとき、噴孔７ａは、噴孔の配置円１０１よりも内側（噴孔７ａを基準とした第３象限と第４象限）の範囲θａで噴孔を傾斜させる。

象限については、図４Ｂで示すように、各噴孔７の入口１０５の噴孔中心１０５Ａを基準として、ノズルプレート６の外縁側を＋ｙ方向、ノズルプレート６の中心軸１０２側を−ｙ方向としたときに形成される第１象限、第２象限、第３象限、第４象限によって定義される。

例えば、噴孔７ｂに最も近接して隣り合う噴孔７ａと噴孔７ｂとの距離Ｌ１と、噴孔７ａの次に噴孔７ｂに近接して隣り合う噴孔７ｄと噴孔７ｂとの距離Ｌ４とは、Ｌ１＜Ｌ４となっている。このとき、噴孔７ｂは、噴孔の配置円１０１よりも内側かつ、噴孔間距離が長いＬ４側の象限（第４象限）の範囲θbで噴孔を傾斜させる。

例えば、噴孔７ｃに最も近接して隣り合う噴孔７ａと噴孔７ｃとの距離Ｌ２と、噴孔７ａの次に噴孔７ｃに近接して隣り合う噴孔７ｅと噴孔７ｃとの距離Ｌ３とは、Ｌ２＜Ｌ３となっている。このとき、噴孔７ｃは噴孔の配置円１０１よりも内側かつ、噴孔間距離が長いＬ３側の象限（第３象限）の範囲θcで噴孔を傾斜させる。この場合も、第３象限側の接線１０４上を含むものとする。また、噴孔７ｂの入口側開口１０５の中心１０５Ａと中心軸１０２とを結ぶ線分（ｙ軸）１０７上を含む。

図４Ｃを用いて、噴孔７ａ、７ｂ、７ｃの傾斜方向の具体例について説明する。図４Ｃは、本発明の第１実施例に係る、噴孔を傾斜させた具体例についての説明図である。また、図４Ｃは、中心軸１０２に垂直な平面にノズルプレート６を投影した投影図である。図４Ｃの噴孔７（７ａ〜７ｃ）の配置は、図４Ａの噴孔７（７ａ〜７ｃ）の配置と同じである。

図の矢印１１は噴孔の傾斜方向を示す。矢印１１の始端は、噴孔７（７ａ〜７ｃ）の入口側開口１０５の中心１０５Ａに位置し、終端（矢の先）は噴孔７の出口側開口１０６の中心１０６Ａ（図３参照）が位置する方向を示す。

噴孔７ａは、噴孔７ａを基準とした第３及び第４象限の範囲θａ内で傾斜している。噴孔７ａの矢印１１は、噴孔７ａの入口側開口１０５の中心１０５Ａを始端とする。矢印１１の終端（矢の先）は、第３及び第４象限の範囲内に位置する。この第３及び第４象限の範囲は、噴孔７ａの入口側開口１０５の中心１０５Ａの両側に引かれる接線１０４上を含み、接線１０４に対して中心軸１０２側の範囲である。すなわち、噴孔７ａの出口側開口１０６の中心１０６Ａ（図３参照）は、接線１０４上を含み、接線１０４に対して中心軸１０２側の範囲に位置する。

特に本実施例では、噴孔７ａは、中心軸１０２に向けて傾斜させている。この場合、矢印１１は、入口側開口１０５の中心１０５Ａと中心軸１０２とを結ぶ線分（ｙ軸）１０７上に重なる。

噴孔７ｂは、噴孔７ｂを基準とした第４象限の範囲θｂ内で傾斜している。噴孔７ｂの矢印１１は、噴孔７ｂの入口側開口１０５の中心１０５Ａを始端とする。矢印１１の終端は、第４象限の範囲内に位置する。この第４象限の範囲は、噴孔７ｂの入口側開口１０５の中心１０５Ａから第４象限側に引かれる接線１０４上と、入口側開口１０５の中心１０５Ａと中心軸１０２とを結ぶ線分（ｙ軸）１０７上とを含む。また、第４象限の範囲は、線分１０７に対して噴孔７ｄ側（噴孔７ａとは反対側）の範囲である。噴孔７ｂの出口側開口１０６の中心１０６Ａ（図３参照）は、この第４象限の範囲内に位置する。

噴孔７ｃは、噴孔７ｃを基準とした第３象限の範囲θｃ内で傾斜している。噴孔７ｃの矢印１１は、噴孔７ｃの入口側開口１０５の中心１０５Ａを始端とする。矢印１１の終端は、第３象限の範囲内に位置する。この第３象限の範囲は、噴孔７ｃの入口側開口１０５の中心１０５Ａから第３象限側に引かれる接線１０４上と、入口側開口１０５の中心１０５Ａと中心軸１０２とを結ぶ線分（ｙ軸）１０７上とを含む。また、第３象限の範囲は、線分１０７に対して噴孔７ｅ側（噴孔７ａとは反対側）の範囲である。噴孔７ｃの出口側開口１０６の中心１０６Ａ（図３参照）は、この第３象限の範囲内に位置する。

以上のように、噴孔間の距離によって噴孔の傾斜方向を定める理由を、図５と図６を用いて説明する。図５は、本発明の第１実施例に係るノズルプレート内部での燃料流れ場について説明した図である。図６は、本発明における、燃料の微粒化メカニズムの説明図である。なお、図５は、中心軸１０２に垂直な平面にノズルプレート６を投影した投影図である。

図５はノズルプレート内部（燃料室６Ｂ内）の、各噴孔７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅに対して主流となる燃料の流れ方向１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅを矢印で表している。噴孔間の距離が大きいＬ３やＬ４の範囲には多く燃料が流れるために、噴孔７ｂ、７ｃに対する燃料の主流１８ｂ、１８ｃは、ノズルプレート６の中心軸１０２から噴孔の中心に向かう放射方向に対して、Ｌ３、Ｌ４側から斜めに流入することになる。一方で、噴孔７aの場合は、噴孔間の距離がＬ１＝Ｌ２であるため、噴孔７aに対しては、放射方向に均等な燃料流れ１８ａが主流となる。

図６は噴孔７の近傍の拡大図（断面図）である。図のように、燃料通路部の開口部５ｃでの燃料流れ１７は、ノズルプレート６の上面に衝突し、ノズルプレート６の壁面に沿って速い、主流方向の流れ１８となる。主流方向に対向する方向に噴孔７が傾斜している場合、噴孔７に流れ込む燃料１０３ａは噴孔の壁面７２に衝突し、噴孔７の中心軸７３に対して垂直方向の面内に、大きい速度成分を持つ流れ１０３ｂが誘起される。これにより燃料が噴孔下で液膜９を形成した際に、液滴１０に分裂しやすくなり、微粒化が促進される。さらに、本実施例では噴孔７が、噴孔入口から噴孔出口にかけて、燃料の主流方向１８、つまりノズルプレート６の中心軸１０２の方向に向かうように傾斜しているため、ノズルプレート６の外縁側への噴霧の広がりを抑えることができ、噴霧角度を小さくすることが可能となる。

主流方向に対向する方向に噴孔７を傾斜させるために、噴孔７ａは接線１０４上を含まない第３及び第４象限の範囲θａ内で、かつ配置円１０１の内側で傾斜させることが好ましい。すなわち、噴孔７ａは、図４Ｃ上において、出口側開口１０６の中心１０６Ａが配置円１０１の内側に位置するように、配置することが好ましい。より好ましくは、噴孔７ａは、図４Ｃ上において、矢印１１が線分１０７と重なるように傾斜させるとよい。

また、噴孔７ｂは、接線１０４上及び線分１０７を含まない第４象限の範囲θｂ内で、かつ配置円１０１の内側で傾斜させることが好ましい。すなわち、噴孔７ｂは、図４Ｃ上において、出口側開口１０６の中心１０６Ａが配置円１０１の内側で、且つ線分１０７に対して噴孔７ｄ側（噴孔７ａとは反対側）の範囲内に位置するように、傾斜させることが好ましい。

また、噴孔７ｃは、接線１０４上及び線分１０７を含まない第３象限の範囲θｃ内で、かつ配置円１０１の内側で傾斜させることが好ましい。すなわち、噴孔７ｃは、図４Ｃ上において、出口側開口１０６の中心１０６Ａが配置円１０１の内側で、且つ線分１０７に対して噴孔７ｅ側（噴孔７ａとは反対側）の範囲内に位置するように、傾斜させることが好ましい。

次に、本発明との比較例として、噴孔の下流端を外向きに傾斜させた形態と比較する。図７は、本発明との比較例である燃料噴射弁のノズルプレートを弁体側から見た図である。図８は、本発明との比較例である燃料噴射弁の噴孔近傍の流れ場についての説明図である。

噴孔７０は、噴霧の干渉を避けるために噴孔入口から噴孔出口に向かって、ノズルプレート６０の中心軸１０２から離れる方向に傾斜していた。この場合、図８に示すように、主流方向１８に対して噴孔７０の傾斜方向が最適ではなく、噴孔７０に流れ込む燃料流れ１０３ｄの噴孔壁面に対する衝突力が弱くなる。このために、噴孔７０の中心軸７３ａに対して垂直な面内方向の流速成分が小さくなり、噴孔７０内では流れ１０３ｄのように中心軸７３ａ方向の速度成分が大きくなる。これにより噴孔７０内の半径方向の速度成分は小さくなり、噴孔７０の下流で燃料は広がりにくくなる。そのため、燃料噴霧の粒径が大きくなり、微粒化性能が悪化する。そこで本実施例では、噴孔間距離によって燃料の主流方向を定義し、噴孔間距離に応じた最適な噴孔の傾斜範囲を定義した。本実施例で説明した構成とすることで、噴霧角度を狭くしつつ、微粒化を促進することが可能となる。

本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁について、図９を用いて以下説明する。図９は、本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁の噴孔近傍を拡大した断面図である。実施例１の説明で使用した図と同一の番号が割り当てられているものは、実施例１と同一もしくは同等の機能を有するものであり説明を省略する。

図９は、実施例１の図２に対して、ノズルプレート６が曲面形状ではなく、平面形状で形成されている。本実施例でも第１実施例で説明した効果を得ることができる。

本発明の第３実施例に係る燃料噴射弁について、図１０を用いて以下説明する。図１０は、本発明の第３実施例に係る燃料噴射弁のノズルプレートを弁体側から見た図である。実施例１の説明で使用した図と同一の番号が割り当てられているものは、実施例１と同一もしくは同等の機能を有するものであり説明を省略する。

本実施例では噴孔配置のバリエーションについて説明する。

図１０のノズルプレート６では、複数の噴孔が２つの配置円１０１ａ、１０１ｂ上に配置されている。２つの配置円１０１ａ、１０１ｂ上に配置された噴孔７の間で実施例１と同様に、噴孔７の傾斜方向１１を定める。すなわち、ある噴孔と、この噴孔に最も近接している２つの噴孔との距離から、各噴孔の象限（図４（ｂ）参考）に基づいて噴孔の傾斜方向１１を定める。これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。

図１０においては、例えば、配置円１０１ａ上に配置された噴孔７ｈ、配置円１０１ｂ上に配置された噴孔７ｆ及び噴孔７ｇの間の噴孔間距離に基づいて、噴孔７ｆの傾斜方向を定める。噴孔７ｆと噴孔７ｇとの距離Ｌ６と、噴孔７ｆと噴孔７ｈとの距離Ｌ５とは、Ｌ６＞Ｌ５の関係にある。

この場合、噴孔７ｆは、第１実施例で説明した噴孔７ｂと同様に、噴孔７ｆを基準とした第４象限の範囲θｂ内で傾斜している。

本発明の第４実施例に係わる燃料噴射弁について、図１１を用いて以下説明する。図１１は、本発明の第４実施例に係る燃料噴射弁のノズルプレートを弁体側から見た図である。本実施例では一部の噴孔にのみ実施例１で説明した噴孔傾斜を適用する効果について説明する。実施例１の説明で使用した図と同一の番号が割り当てられているものは、実施例１と同一もしくは同等の機能を有するものであり説明を省略する。

本実施例の燃料噴射弁は、ノズルプレート６に複数の噴孔７１（７１ａ〜７１ｌ）を有している。本実施例では、噴霧形状を調整して狙いの噴霧形状とするために、一部の噴孔７１ｃ、７１ｄ、７１ｉ、７１ｊの傾斜方向を、第１実施例で説明した最適な傾斜方向とは異なる方向に設定している。

図１１において、噴孔７１ａ、７１ｂ、７１ｅ、７１ｆ、７１ｇ、７１ｈ、７１ｋ、７１ｌの傾斜方向は、第１実施例で説明した傾斜方向に設定されている。一方、噴孔７１ｃ、７１ｉについては、微粒化のために最適な傾斜方向は第３象限内であるが、狙いの噴霧形状とするために傾斜方向を第４象限内に設定している。また、噴孔７１ｄ、７１ｊについては、微粒化のために最適な傾斜方向は第４象限内であるが、狙いの噴霧形状とするために傾斜方向を第３象限内に設定している。

このように全ての噴孔を第１実施例で説明した噴孔傾斜方向とする必要はない。例えば、第１実施例で説明した傾斜方向を一部の噴孔７１ａ、７１ｂ、７１ｅ、７１ｆ、７１ｇ、７１ｈ、７１ｋ、７１ｌに限って設定した場合でも、一部の噴孔７１ａ、７１ｂ、７１ｅ、７１ｆ、７１ｇ、７１ｈ、７１ｋ、７１ｌにおいて、実施例１で説明した効果を得ることができる。

以下、上述した各実施例から導き出される本発明の特徴を説明する。

（Ａ）本発明の燃料噴射弁は、弁座１５ｂを有するシート部材１５ａと、前記弁座１５ｂに着座することにより閉弁し前記弁座１５ｂから離れることによって開弁する弁体３と、前記弁座１５ｂよりも下流側に配置された燃料通路部５ｃと、前記燃料通路部５ｃよりも下流側に配置された燃料拡散室６Ｂと、前記燃料拡散室６Ｂの燃料を外部に噴射する複数の噴孔７，７１とを備え、前記燃料通路部５ｃから前記燃料拡散室６Ｂに流入した燃料を前記燃料拡散室６Ｂの中心側から外周側に拡散するように流して前記噴孔７，７１に流入させる燃料噴射弁において、
前記噴孔７，７１として、第１噴孔７ｂ，７ｆ，７１ａと、前記第１噴孔７ｂ，７ｆ，７１ａに対して少なくとも前記燃料拡散室６Ｂの周方向に離間して設けられ、前記周方向において前記第１噴孔７ｂ，７ｆ，７１ａの両隣りで隣り合う第２噴孔７ｄ，７ｇ，７１ｌ及び第３噴孔７ａ，７ｈ，７１ｈとを有し、
前記第１噴孔７ｂ，７ｆ，７１ａの入口側開口１０５の中心１０５Ａと前記第２噴孔７ｄ，７ｇ，７１ｌの入口側開口１０５の中心１０５Ａとの間の距離Ｌ４，Ｌ６が、前記第１噴孔７ｂ，７ｆ，７１ａの入口側開口１０５の中心１０５Ａと前記第３噴孔７ａ，７ｈ，７１ｈの入口側開口１０５の中心１０５Ａとの間の距離Ｌ１，Ｌ５よりも大きい場合に、
前記第１噴孔７ｂ，７ｆ，７１ａは、
出口側開口１０６が、前記燃料拡散室６Ｂの中心１０２を中心とし入口側開口１０５の中心１０５Ａを通る配置円１０１，１０１ａ，１０１ｂと接する接線１０４を含み、前記接線１０４に対して前記燃料拡散室６Ｂの中心１０２側の範囲θａ内に配置され、且つ前記燃料拡散室６Ｂの中心１０２と前記入口側開口１０５の中心１０５Ａを通る線分１０７を含み、前記線分１０７に対して前記第２噴孔７ｄ，７ｇ，７１ｌ側の範囲θｂ内に配置されるように、
傾斜方向を設定されている。

（Ｂ）（Ａ）に記載の燃料噴射弁において、
前記第１噴孔７ｂ，７ｆ，７１ａの出口側開口１０６の中心１０６Ａは、前記配置円１０１，１０１ａ，１０１ｂの内側に配置されると共に、前記線分１０７よりも前記第２噴孔７ｄ，７ｇ，７１ｌ側の範囲内に配置されていることが望ましい。

（Ｃ）（Ｂ）に記載上記の燃料噴射弁において、
前記周方向において、前記第３噴孔７ａ，７１ｈに対して前記第１噴孔７ｂ，７１ａの反対側に配置された第４噴孔７ｃ，７１ｃを有し、
前記第３噴孔７ａ，７１ｈの入口側開口１０５の中心１０５Ａと前記第４噴孔７ｃ，７１ｃの入口側開口１０５の中心１０５Ａとの間の距離Ｌ２と、前記第３噴孔７ａ，７１ｈの入口側開口１０５の中心１０５Ａと前記第１噴孔７ｂ，７１ａの入口側開口１０５の中心１０５Ａとの間の距離Ｌ１とが等しい場合に、
前記第３噴孔７ａ，７１ｈは、
出口側開口１０６が、前記燃料拡散室６Ｂの中心１０２を中心とし入口側開口１０５の中心１０５Ａを通る配置円１０１と接する接線１０４を含み、前記接線１０４に対して前記燃料拡散室６Ｂの中心１０２側の範囲内に配置されるように、
傾斜方向を設定されていることが望ましい。

（Ｄ）（Ｃ）に記載の燃料噴射弁において、
前記第３噴孔７ａ，７１ｈの出口側開口１０６の中心１０６Ａは、前記配置円１０１の内側に配置されることが望ましい。

（Ｅ）（Ａ）〜（Ｄ）に記載した各燃料噴射弁において、
前記第１噴孔７ｆ前記第２噴孔７ｇ又は前記第３噴孔７ｈのうち少なくとも一つの噴孔７ｆ，７ｇは、他の噴孔７ｈが配置された配置円１０１ｂとは異なる配置円１０１ａ上に配置されてもよい。

なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…燃料噴射弁、２…ケーシング、２ａ…燃料供給口、３…弁体、４…アンカー、５…ノズル体、５ａ…シート部材、５ｂ…弁座面、５ｃ…開口部、６…ノズルプレート、６Ａ…凸面（曲面部）、６Ｂ…燃料室（燃料拡散室）、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ…噴孔、８…ノズルプレート上面に衝突した燃料の速度分布、９、９ａ…燃料液膜、１０，１０ａ…液滴、１１…噴射孔の傾斜方向、１２…スプリング、１３…スプリングアジャスタ、１４…電磁コイル、１５…コア、１６…ヨーク、１７…弁部材よりも下流側に配置された燃料通路部の開口部での燃料流れ、１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…ノズルプレート上での主流となる燃料流れ、２０…フィルタ、２１…Ｏリング、２２…樹脂カバー、２３…コネクタ、２４…プロテクタ、２５…Oリング、６０…比較例のノズルプレート、７０…比較例のノズルプレート形状の噴孔、７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆ，７１ｇ，７１ｈ，７１ｉ，７１ｊ，７１ｋ…噴孔、７２、７２ａ…流れの噴孔への衝突面、７３、７３ａ…噴孔の中心軸、１０１，１０１ａ，１０１ｂ…噴孔の配置円、１０２…ノズルプレートの中心軸、１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ…噴孔近傍および噴孔内の流れ、１０４…配置円に接する接線、１０５…噴孔の入口側開口、１０５Ａ…噴孔の入口側開口の中心、１０６…噴孔の出口側開口、１０６Ａ…噴孔の出口側開口の中心、１０７…噴孔の入口側開口の中心とノズルプレートの中心軸を結ぶ線分。

Claims (1)

1. 弁座を有するシート部材と、前記弁座に着座することにより閉弁し前記弁座から離れることによって開弁する弁体と、前記弁座よりも下流側に配置された燃料通路部と、前記燃料通路部よりも下流側に配置された燃料拡散室と、前記燃料拡散室の燃料を外部に噴射する複数の噴孔とを備え、前記燃料通路部から前記燃料拡散室に流入した燃料を前記燃料拡散室の中心側から外周側に拡散するように流して前記噴孔に流入させる燃料噴射弁において、
   前記噴孔として、第１噴孔と、前記第１噴孔に対して少なくとも前記燃料拡散室の周方向に離間して設けられ前記周方向において前記第１噴孔の両隣りに隣り合う第２噴孔及び第３噴孔と、前記周方向において前記第３噴孔に対して前記第１噴孔の反対側に配置された第４噴孔と、を有し、
   前記第１乃至第４噴孔は、
   各噴孔の入口側開口の中心が前記燃料拡散室の中心を中心とする一つの配置円の上に配置されると共に、
   前記第１噴孔の入口側開口の中心と前記第２噴孔の入口側開口の中心との間の距離が前記第１噴孔の入口側開口の中心と前記第３噴孔の入口側開口の中心との間の距離よりも大きく、
   前記第３噴孔の入口側開口の中心と前記第４噴孔の入口側開口の中心との間の距離と前記第３噴孔の入口側開口の中心と前記第１噴孔の入口側開口の中心との間の距離とが等しくなるように配置され、
   前記第１噴孔は、
   出口側開口が、入口側開口の中心を通り前記配置円に接する接線に対して前記燃料拡散室の中心側の範囲内に配置され、且つ前記燃料拡散室の中心と前記入口側開口の中心とを通る線分に対して前記第２噴孔側の範囲内に配置されるように、
   傾斜方向を設定され、
   前記第３噴孔は、
   出口側開口が、入口側開口の中心を通り前記配置円に接する接線に対して前記燃料拡散室の中心側の範囲内に配置され、且つ前記燃料拡散室の中心と前記入口側開口の中心とを通る線分の上に位置するように、
   傾斜方向を設定されていることを特徴とする燃料噴射弁。

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