JP6416564B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射孔の上流で旋回燃料を生成し、旋回燃料を燃料噴射孔から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２０１２−２１５１３５号公報（特許文献１）に記載された燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁は、摺動可能に設けられた弁体と、閉弁時に前記弁体が座る弁座が形成されると共に、下流側に開口部を有する弁座部材と、内部で燃料を旋回させて旋回力を付与するスワール付与室と、スワール付与室の底部に形成され外部に貫通する噴射孔と、スワール付与室と弁座部材の開口部とを連通する連通路と、を備えた燃料噴射弁において、スワール付与室の径をＤ、連通路の幅をＷとしたときに、Ｗ／Ｄが０．１５以上で、かつ０．５よりも小さい範囲となるように、スワール付与室と連通路とを形成している（要約参照）。

また、この燃料噴射弁では、スワール付与室はノズルプレートに有底凹状に形成されており、内側面と底部とが垂直に交わる角部を有している（段落００１５、図２参照）。また、スワール付与室の底部に開口する噴射孔はスワール付与室の底部と垂直に交わり、噴射孔の開口縁部にスワール付与室の底部と噴射孔の内周面とが交差する角部が形成されている（段落００１５、図２参照）。

特開２０１２−２１５１３５号公報

特許文献１のような燃料噴射弁では、燃料噴射量は、噴射孔の径、連通路の流路断面積及びスワール付与室（以下、旋回室という）の径等の因子によって変化する。噴射量を調整する際に上記因子を変化させると、噴霧形状も変化するため、噴射量の調整には相当の労力が必要となる。

また、噴射される燃料の微粒化性能を向上させるために、燃料の旋回速度を高めることが要求される。この場合、旋回室の径を拡大して燃料の旋回速度を高めるのが一般的な手法である。しかし、旋回室の径を拡大すると、旋回室が形成されるノズルプレート内に大きなデッドボリュームが形成されることになり、負圧下における燃料噴射量の変化が大きくなる。

本発明の目的は、負圧下における燃料噴射量の変化が小さく、流量調整の容易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、本発明の燃料噴射弁は、弁体が接離する弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔と、前記燃料噴射孔の入口が開口する底面と前記底面の周囲を囲む内周面とを有し前記燃料噴射孔の入口開口の周囲に燃料の旋回流路が形成された旋回室と、前記旋回室の内周面に開口し前記旋回室に燃料を供給する横方向通路とを有する燃料噴射弁において、
前記旋回室の内周面と前記旋回室の底面との接続部に前記旋回室の内側に凹状を成して形成された第１の曲面部と、前記旋回室の底面と前記燃料噴射孔の内周面との接続部に前記旋回室の内側に向かって凸状を成して形成された第２の曲面部と、前記第１の曲面部と前記第２の曲面部との間に形成された平面部と、を備え、
前記第１の曲面部及び前記第２の曲面部を前記旋回室の底面と平行な平面に投影した場合に、前記第１の曲面部における前記旋回室の内周面からの形成幅に対して、前記第２の曲面部における前記燃料噴射孔の内周面からの形成幅の方が大きく、
前記第１の曲面部及び前記第２の曲面部は円弧面で構成され、前記第１の曲面部の曲率半径に対して前記第２の曲面部の曲率半径のほうが大きく、
前記旋回室の内周面は螺旋形状或いはインボリュート曲線により構成され、
前記平面部の幅は前記旋回流路の上流側から下流側に向かって狭くなり、前記第１の曲面部を成す円弧面と前記第２の曲面部を成す円弧面とが連続して接続される位置で消滅することを特徴とする。

本発明によれば、第１の曲面部と第２の曲面部とにより、燃料噴射孔に流れ込む燃料の流速を向上することができ、旋回流路に構成されるデッドボリュームを小さくすることができる。これにより、負圧下における燃料噴射量の変化が小さく、流量調整の容易な燃料噴射弁を提供することができる。

本発明の第一実施例に係る燃料噴射弁１の中心軸線１ａに沿う断面を示す縦断面図である。 図１に示す燃料噴射弁１の弁部７及び燃料噴射部２１の近傍を拡大して示す縦断面図（図３のII−II矢視断面に対応する縦断面図）である。 図１及び図２に示すIII−III矢視方向におけるノズルプレート２１ｎの平面図である。 図３に示すIV−IV矢視方向における旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０の断面図である。 旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０を拡大して示す平面図である。 本発明に係る第二実施例における旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０の断面図である。 本発明に係る第三実施例におけるノズルプレート２１ｎの上端面を示す平面図である。 本発明に係る第三実施例における旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０の断面図である。 燃料噴射弁が搭載された内燃機関の断面図である。

本発明の実施例について、図１乃至図９を用いて説明する。

本発明に係る第一実施例について説明する。

図１を用いて、燃料噴射弁１の全体構成について説明する。図１は、本実施例に係る燃料噴射弁１の中心軸線１ａに沿う断面を示す縦断面図である。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（弁軸心）に一致し、後述する筒状体５の中心軸線に一致している。また、中心軸線１ａは、後述する弁座１５ｂの中心線とも一致している。

燃料噴射弁１には、上端部から下端部まで延設された金属材製の筒状体５が設けられている。この筒状体５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。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。基端部（基端側）及び先端部（先端側）という呼び方は、燃料の流れ方向に基づいている。すなわち、燃料の流れ方向において、基端部が上流側となり、先端部が下流側となる。また、本明細書において説明される上下関係は図１を基準とするもので、燃料噴射弁１の内燃機関への実装状態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が設けられている。この燃料供給口２に、燃料フィルタ１３が取り付けられている。燃料フィルタ１３は燃料に混入した異物を取り除くための部材である。

筒状体５の基端部にはＯリング１１が配設されている。Ｏリング１１は燃料噴射弁１が燃料配管に連結される際に、シール材として機能する。

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収容孔１５ａが形成されている。弁体収容孔１５ａの途中に円錐面が形成されており、この円錐面上に弁座１５ｂが構成される。弁体収容孔１５ａの弁座１５ｂよりも上流側（基端側）の部分には、中心軸線１ａに沿う方向に弁体１７の移動を案内するガイド面１５ｃが形成されている。弁座１５ｂと弁体１７とは協働して、燃料通路の開閉を行う。弁体１７が弁座１５ｂに当接することにより、燃料通路は閉じられる。また、弁体１７が弁座１５ｂから離間することにより、燃料通路は開かれる。

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。弁体収容孔１５ａは、中心軸線１ａに沿う方向に、弁座部材１５を貫通している。弁座部材１５の下端面（先端面）にはノズルプレート２１ｎが取り付けられている。ノズルプレート２１ｎは弁体収容孔１５ａによって形成された弁座部材１５の開口を塞いでいる。

本実施例では、弁座部材１５とノズルプレート２１ｎとによって旋回燃料を噴射する燃料噴射部２１が構成される。ノズルプレート２１ｎは、弁座部材１５に対してレーザ溶接により、固定されている。レーザ溶接部２３は、燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３（図３参照）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と対向する部位には、周方向に間隔を置いて複数の切欠き面１７ａが設けられている。この切欠き面１７ａは弁座部材１５の内周面との間に隙間を形成する。この隙間によって燃料通路が構成される。なお、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、ニードル弁を用いてもよい。

本実施例において、弁座部材１５及び弁体１７を含む弁部７とノズルプレート２１ｎとは燃料を噴射するためのノズル部を構成する。弁部７が構成されるノズル部本体側の先端面に、後述する燃料噴射孔２２０や旋回用通路２１０（横方向通路２１１及び旋回室２１２）が形成されたノズルプレート２１ｎが接合される構成である。

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、固定鉄心２５と、可動子（可動部材）２７と、電磁コイル２９と、ヨーク３３とによって構成されている。

固定鉄心２５は、磁性金属材料からなり、筒状体５の長手方向中間部の内側に圧入固定されている。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、筒状体５の内部において、固定鉄心２５よりも先端側に配置されている。可動子２７の基端側には、可動鉄心２７ａが設けられている。可動鉄心２７ａは、固定鉄心２５と微小ギャップδを介して対向する。可動子２７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。本実施例では、可動鉄心２７ａと小径部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。小径部２７ｂは可動鉄心２７ａと弁体１７とを接続する接続部を構成する。可動子２７は弁体１７を備え、弁体１７を開閉弁方向に変位させる。可動子２７は、弁体１７が弁座部材１５と接触し、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、中心軸線１ａに沿う方向（開閉弁方向）における移動を弁軸心方向の２点で案内される。

可動鉄心２７ａには、固定鉄心２５と対向する端面に凹部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２７ｅが形成されている。ばね座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。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、固定鉄心２５に形成された燃料通路３と弁部７とを連通する燃料流路３が構成される。

電磁コイル２９は、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａ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ている。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。

ヨーク３３は、磁性を有する金属材料でできている。ヨーク３３は、電磁コイル２９の外周側で、電磁コイル２９を覆うように配置され、燃料噴射弁１のハウジングを兼ねる。また、ヨーク３３は、その下端部が可動鉄心２７ａの外周面と筒状体５を介して対向しており、可動鉄心２７ａ及び固定鉄心２５と共に、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。

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（調整子）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。

筒状体５の先端部には、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１０９ａ（図５参照）の内周面とヨーク３３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の部分は、樹脂カバー４７がモールドされ、樹脂によって被覆されている。樹脂カバー４７の先端側端部はヨーク３３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の通電を打ち切ると、磁気吸引力が減少し、やがて消失する。磁気吸引力が減少する段階で、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。

次に、図２及び図３を用いて、弁部７及び燃料噴射部２１の構造について、詳細に説明する。図２は、図１に示す燃料噴射弁１の弁部７及び燃料噴射部２１の近傍（ノズル部）を拡大して示す縦断面図（図３のII−II矢視断面に対応する縦断面図）である。図３は、図１及び図２に示すIII−III矢視方向におけるノズルプレート２１ｎの平面図である。

なお、図３の平面図は、ノズルプレート２１ｎを燃料噴射孔の入口側から見た平面図であり、ノズルプレート２１ｎの上端面２１ｎｕ側の平面図である。上端面２１ｎｕは弁座部材１５の先端面１５ｔと対向する面である。上端面２１ｎｕに対して反対側の端面を下端面２１ｎｂと呼ぶ。

本実施例では、図２に示すように、ノズルプレート２１ｎは両端面が平面で構成された板状部材で構成され、上端面２１ｎｕと下端面２１ｎｂとは平行である。すなわち、ノズルプレート２１ｎは板厚が均一な平板で構成されている。なお、本実施例では、中心軸線１ａがノズルプレート２１ｎと中心Ｏ２１ｎ（図３参照）で交差するように、燃料噴射弁１が構成されている。

弁座部材１５の先端面（下端面）１５ｔは、中心軸線１ａに垂直な平らな面（平坦面）で構成されている。弁座部材１５の先端面１５ｔにはノズルプレート２１ｎが接合されており、先端面１５ｔはノズルプレート２１ｎの上端面２１ｎｕと当接している。

ノズルプレート２１ｎには、図３に示すように、横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３、旋回室（スワール室）２１２−１，２１２−２，２１２−３及び燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３が形成されている。３組の旋回用通路２１０−１，２１０−２，２１０−３と燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３とはそれぞれが同様に構成されるため、これらを区別せず、横方向通路２１１、旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０として、説明する。各組で構成を変える場合は、適宜説明する。なお、横方向通路２１１及び旋回室２１２は、燃料に旋回力を付与して、燃料噴射孔２２０から旋回燃料を噴射するための旋回用通路２１０を構成する。

図２に示すように、弁座部材１５には、円錐状の弁座面１５ｂが下流側に向かって縮径するように形成されている。弁座面１５ｂの下流端は燃料導入孔３００に接続されている。燃料導入孔３００の下流端は弁座部材１５の先端面１５ｔに開口している。燃料導入孔３００は旋回用通路２１０に燃料を導入する燃料通路を構成する。

旋回用通路２１０は、燃料導入孔３００から燃料の供給を受けるために、横方向通路２１１の上流端部が燃料導入孔３００の開口面に対向して設けられている。本実施例では、図３に示すように、３組の横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３は上流端部が連通する構成であるが、各横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３をそれぞれ独立させて構成してもよい。

図２では、一枚の板状部材で構成したノズルプレート２１ｎに、横方向通路２１１、旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０の全てを形成している。ノズルプレート２１ｎは、例えば厚さ方向に分割するなどして、複数のプレートで構成することができる。例えば、横方向通路２１１及び旋回室２１２を一枚のプレートに形成し、燃料噴射孔２２０を別のプレートに形成する。そしてこれら二枚のプレートを積層して、ノズルプレート２１ｎを構成してもよい。ただし、後述するような旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０を構成するために、ノズルプレート２１ｎを一枚のプレートで構成することが好ましい。

また、本実施例では、図２に示すように、燃料噴射孔２２０は中心軸線１ａに平行に形成されているが、中心軸線１ａに対して０°よりも大きな角度で傾斜させてもよい。傾斜させる方向を異ならせることにより、複数の方向に燃料を噴射させるようにしてもよい。

本実施例では、図３に示すように、旋回用通路２１０−１と燃料噴射孔２２０−１とが一つの燃料通路を形成し、旋回用通路２１０−２と燃料噴射孔２２０−２とが一つの燃料通路を形成し、旋回用通路２１０−３と燃料噴射孔２２０−３とが一つの燃料通路を形成している。旋回用通路２１０−１は横方向通路２１１−１と旋回室２１２−１とで構成され、旋回用通路２１０−２は横方向通路２１１−２と旋回室２１２−２とで構成され、旋回用通路２１０−３は横方向通路２１１−３と旋回室２１２−３とで構成される。

本実施例では、ノズルプレート２１ｎに、全部で３組の旋回用通路２１０及び燃料噴射孔２２０からなる燃料通路が構成される。３組の燃料通路は、それぞれがノズルプレート２１ｎの中心２１ｎｏ側から外周に向かって放射状に形成されている。すなわち、横方向通路２１１は、ノズルプレート２１ｎの中心Ｏ２１ｎ側から外周側に向けて放射状に設けられ、ノズルプレート２１ｎの径方向に延設されている。また、それぞれの旋回用通路２１０−１，２１０−２，２１０−３は中心Ｏ２１ｎを中心として周方向に１２０°の角度間隔で形成されている。

旋回用通路２１０及び燃料噴射孔２２０は３組に限らず、２組或いは４組であってもよく、５組以上設けられてもよい。或いは、旋回用通路２１０及び燃料噴射孔２２０を１組だけにしてもよい。

ここで、図４及び図５を参照して、旋回室２１２の構成について、詳細に説明する。図４は、図３に示すIV−IV矢視方向における旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０の断面図である。図５は、旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０を拡大して示す平面図である。すなわち、図５は、旋回室２１２の底面２１２Ｂと平行な平面に、横方向通路２１１、旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０を投影した平面図である。

本実施例では、燃料噴射孔２２０の中心（中心軸線）と旋回室２１２の中心（中心軸線）とが一致しており、参照符号Ｏ２２０で示す。図５において、実線Ｌ６は燃料噴射孔２２０の内周面２２０Ａを示す。破線Ｌ１は旋回室２１２の内周面（側面）２１２Ａと底面１２１Ｂとの交差部（接続部）に形成された曲面部３０１の最内周側の端部を示す。すなわち、中心軸線Ｏ２２０に直交する平面に投影した平面図（図４）において、旋回室２１２の内周面２１２Ａから径方向内側に向かってＷ１の範囲に曲面部３０１が形成されている。破線Ｌ２は燃料噴射孔２２０の内周面２２０Ａと旋回室２１２の底２１２Ｂとの交差部（接続部）に形成された曲面部３０２の最外周側の端部を示す。すなわち、中心軸線Ｏ２２０に直交する平面に投影した平面図において、燃料噴射孔２２０の内周面２２０Ａを示す実線Ｌ６からから径方向外側に向かってＷ２の範囲に曲面部３０２が形成されている。また、破線Ｌ２は燃料噴射孔２２０の入口開口面の縁２２０Ｂを示すことになる。曲面部３０１と曲面部３０２との間には一定幅Ｄの平面部３０３が形成されている。すなわち、破線Ｌ１と破線Ｌ２との間に平面部３０３が環状を成すように構成されている。

本実施例では、図４に示すように、曲面部３０１は半径Ｒ１の円弧面で構成されている。曲面部３０１の円弧面は凹状に形成されるため、円弧面３０１の中心Ｏ１は旋回室２１２の内側に位置する。また、曲面部３０２は半径Ｒ２の円弧面で構成されている。曲面部３０２の円弧面は凸状に形成されるため、円弧面３０２の中心Ｏ２は旋回室２１２の外側に位置する。

本実施例では、半径Ｒ２を半径Ｒ１よりも大きくしている。すなわち、曲面部３０１の円弧面が成す曲率半径Ｒ１に対して、曲面部３０２の円弧面が成す曲率半径Ｒ２の方が大きい。曲面部３０１が設けられる範囲Ｗ１の大きさ（寸法）は半径Ｒ１に等しく、曲面部３０２が設けられる範囲Ｗ２の大きさ（寸法）は半径Ｒ２に等しい。従って、Ｗ２の大きさはＷ１の大きさよりも大きい。

本実施例では、旋回室２１２の直径を０．３〜０．５ｍｍ程度の大きさとし、Ｒ１を０．０４〜０．０６ｍｍ、Ｒ２を０．０８〜０．１２ｍｍ程度の大きさとしている。

図５では、燃料噴射孔２２０の出口側の開口縁部に形成される面取り部の最外周側の端部を二点鎖線Ｌ５で示している。すなわち、中心軸線Ｏ２２０に直交する平面に投影した平面図において、燃料噴射孔２２０の内周面２２０Ａから径方向外側に向かってＷ３の範囲に面取り部が形成されている。また、二点鎖線Ｌ５は燃料噴射孔２２０の出口開口面の縁２２０Ｃを示すことになる。図５において、燃料噴射孔２２０の内周面２２０Ａを示す実線Ｌ６と二点鎖線Ｌ５との間隔Ｗ３に比べて、半径Ｒ１（Ｗ１）及び半径Ｒ２（Ｗ２）はいずれも大きく形成されており、曲面部３０１と曲面部３０２とは旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０を流れる燃料の流れに対して影響を与えるように構成されている。

なお、旋回室２１２の内周壁２１２Ａ及び底面２１２Ｂは、ノズルプレート２１ｎに形成された凹部よって構成されている。旋回室２１２の上面（天井面）２１２ｃｅ（図２参照）は、弁座部材１５の下端面１５ｔで構成されている。

横方向通路２１１は、燃料噴射孔２２０及び旋回室２１２の中心Ｏ２２０に対してオフセットするように旋回室２１２に接続されている。横方向通路２１１の下流端は、旋回室２１２の内周壁（側壁）２１２Ａに接続され、内周壁２１２Ａに開口を形成する。旋回室２１２の内周壁２１２ｃは、横方向通路２１１から旋回室２１２に流入した燃料を旋回させるように、燃料噴射孔２２０の入口開口縁２２０Ｂの周囲に円周を成すように形成されている。すなわち、旋回室２１２の内周壁２１２Ａと燃料噴射孔２２０の入口開口縁２２０Ｂとの間に燃料の旋回流路が形成されている。

横方向通路２１１は延設方向或いは燃料の流れ方向に対して垂直な横断面が矩形状を成し、側壁（側面）２１１Ａ，２１１Ｂ及び底面２１１Ｃはノズルプレート２１ｎに形成された溝（凹部）よって構成されている。横方向通路２１１の上面（天井面）２１１ｃｅ（図２参照）は、弁座部材１５の下端面１５ｔで構成されている。

横方向通路２１１の側壁２１１Ａは下流端側で、旋回室２１２の内周壁２１２Ａの始端部２１２ＡＳに接続されている。また、横方向通路２１１の側壁２１１Ｂは下流端側で、旋回室２１２の内周壁２１２Ａの終端部２１２ＡＥに接続されている。

始端部２１２ＡＳは、旋回室２１２において、燃料が流入する側に位置する端部である。すなわち、始端部２１２ＡＳは、旋回燃料の流れ方向における上流側に位置する端部である。一方、終端部２１２ＡＥは旋回室２１２に流入した燃料が内周壁２１２Ａに沿って旋回室２１２を旋回しながら流下する側（下流側）に位置する端部である。本実施例では、一方の側壁２１１Ａが内周壁２１２Ａの旋回燃料の流れ方向における上流側２１２ＡＳに接続され、他方の側壁２１１Ｂが内周壁２１２Ａの下流側２１２ＡＥに接続されて、横方向通路２１１の下流端が内周壁２１２Ａに開口している。

本実施例では、旋回室２１２は、始端部２１２ＡＳから終端部２１２ＡＥまでの間の内周壁２１２Ａが中心Ｏからの半径が一定となるように形成されている。すなわち、内周壁２１２Ａは正円又は真円を成す円周の一部によって構成される。また、燃料噴射孔２２０も半径が一定の円形状を成している。そして、燃料噴射孔２２０と旋回室２１２とは同心に構成されている。これにより、燃料噴射孔２２０の内周面２２０Ａと旋回室２１２の内周壁２１２Ａとの間に、燃料通路を構成する曲面部３０２、平面部３０２（底面２１２ｂ）及び曲面部３０１が形成される。本実施例では、燃料噴射孔２２０の中心軸線を旋回室２１２の底面に垂直にしているが、燃料噴射孔２２０の中心軸線を旋回室２１２の底面に対して傾斜させてもよい。

旋回室２１２の内周面２１２Ａと底面１２１Ｂとの交差部（接続部）に形成した曲面部３０１に合わせて、横方向通路２１１の側壁２１１Ａにも曲面部３０４を形成している。破線Ｌ３は横方向通路２１１の側壁２１１Ａと底面２１１Ｃとの交差部（接続部）に形成された曲面部３０４の端部を示す。すなわち、横方向通路２１１の側壁２１１Ａから反対側の側壁２１１Ｂ側に向かってＷ１の範囲に曲面部３０４が形成されている。

また、横方向通路２１１の側壁２１１Ｂにも曲面部３０５を形成している。破線Ｌ４は横方向通路２１１の側壁２１１Ｂと底面２１１Ｃとの交差部（接続部）に形成された曲面部３０５の端部を示す。すなわち、横方向通路２１１の側壁２１１Ｂから反対側の側壁２１１Ａ側に向かってＷ１の範囲に曲面部３０５が形成されている。

曲面部３０４及び曲面部３０５は半径Ｒ１の凹状の円弧面で構成されている。曲面部３０４の円弧の半径と曲面部３０５の円弧の半径とが異なるようにしてもよい。

次に、旋回用通路２１０及び燃料噴射孔２２０の燃料流れについて説明する。

横方向通路２１１から旋回室２１２に流入した燃料流れは、旋回室２１２の内周壁２１２ｃに沿って流れ、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０Ｂの周囲を旋回する。この段階で、燃料には旋回力が付与される。旋回力を付与された燃料流れは、旋回しながら燃料噴射孔２２０に流入する。本実施例では、旋回室２１２の内周面２１２Ａと底面１２１Ｂとの交差部に曲面部３０１が形成され、燃料噴射孔２２０の内周面２２０Ａと旋回室２１２の底２１２Ｂとの交差部に曲面部３０２が形成されていることにより、旋回室２１２の内周面２１２Ａと燃料噴射孔２２０の内周面２２０Ａとの間の流路壁面が滑らかに接続される。これにより、燃料が旋回室２１２から燃料噴射孔２２０に流れ込む際の流体抵抗（圧力損失）を低減することができ、燃料の流速を高めることができる。燃料の流速が高まることにより、噴射量を増加させることができる。燃料噴射孔２２０から噴射される燃料は旋回力を維持したまま液膜を形成し、さらに旋回しながら液滴に分裂する。これにより、微粒化された燃料噴霧が形成される。上述したように、燃料の流速を高めることができるので、燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進することができる。

本実施例では、旋回室２１２の内周面２１２Ａと底面１２１Ｂとの交差部に形成された曲面部３０１の円弧の半径Ｒ１よりも、燃料噴射孔２２０の内周面２２０Ａと旋回室２１２の底２１２Ｂとの交差部に形成された曲面部３０２の円弧の半径Ｒ２を大きくしている。これにより、燃料が燃料噴射孔２２０にスムーズに流入するようにすることができる。そして、燃料噴射孔２２０内での燃料の流速を高めることができる。

本実施例では、上述したように、噴射量を増加させることができるので、流量の調整範囲が拡大し、設計効率を向上することができる。また、曲面部３０１及び曲面部３０２により、さらには曲面部３０４及び曲面部３０５により、ノズルプレート２１ｎに形成される空間の体積を減らすことができる。このため、ノズルプレート２１ｎ内のデッドボリュームを縮小することができ、負圧下における流量変動を抑制することができる。

さらに、本実施例では、燃料噴射孔２２０の入口開口縁２２０Ｂが、側壁２１１Ｂの延長線上を越えて、側壁２１１Ａ側にはみ出すように形成されている。これにより、横方向通路２１１から旋回室２１２に流入する燃料の一部がほとんど旋回室２１２を旋回しないまま燃料噴射孔２２０に流入する。すなわち、燃料が燃料噴射孔２２０に流入し易くなる。側壁２１１Ａ側へのはみ出し量を変えることにより、燃料噴射孔２２０への燃料流れの流入のし易さを調整することができ、燃料噴射孔２２０に流入する燃料の流量、すなわち噴射量を調整することができる。通常、側壁２１１Ａ側へのはみ出しを大きくするほど、燃料噴射孔２２０に流入する燃料の流量（噴射量）は増加する。

本発明に係る第二実施例を、図６を用いて説明する。図６は、本発明に係る第二実施例における旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０の断面図である。図６は図４と同様な断面図を示している。

本実施例では、曲面部３０１の円弧面と曲面部３０２の円弧面とが直接接続されるようにしたものである。すなわち、本実施例では、第一実施例における平面部３０３が存在せず、曲面部３０１の円弧面と曲面部３０２の円弧面とが連続している。

本実施例では、旋回室の径を縮小し、第一実施例よりもさらにノズルプレート２１ｎ内のデッドボリュームを縮小している。これにより、第一実施例よりもさらに負圧下における流量変動を抑制することができる。

本発明に係る第三実施例を、図７及び図８を用いて説明する。図７は、本発明に係る第三実施例におけるノズルプレート２１ｎの上端面を示す平面図である。図７は図３と同様な平面図を示している。図８は、第三実施例における旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０の断面図である。図８は図４と同様な断面図を示している。

本実施例では、旋回室２１２の内周面２１２−１ｃ，２１２−２ｃ，２１２−３ｃを、燃料を旋回させながら燃料噴射孔２２０の入口開口或いはその中心に近付けていくように、螺旋曲線或いはインボリュート曲線を描くように形成したものである。この場合、旋回流路の横断面積は下流側に向かって漸減する。なお、旋回室２１２の内周面が螺旋曲線を成す場合は、旋回室の中心は螺旋曲線の旋回中心である。また、内周面２１２−１ｃ，２１２−２ｃ，２１２−３ｃがインボリュート曲線を成す場合は、旋回室の中心Ｏは基礎円の中心である。

また、本実施例では、各横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３の上流側端部を接続せず、各旋回用通路２１０−１，２１０−２，２１０−３を独立させている。各横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３の上流側端部には、燃料導入孔３００から燃料を受ける燃料受け部２００−１，２００−２，２００−３が形成されている。燃料受け部２００−１，２００−２，２００−３は必ずしも設ける必要はない。

図８に示すように、燃料噴射孔２２０を挟んで一方の側では、曲面部（円弧部）３０１と曲面部（円弧部）３０２との間に平面部３０３が構成され、他方の側では、曲面部３０１と曲面部３０２とが直接接続されている。一方の側では、円弧面３０１の中心Ｏ１と円弧面３０２の中心Ｏ２とが旋回室２１２及び燃料噴射孔２２０の中心線Ｏ２２０から異なる距離にあるが、他方の側においては、円弧面３０１の中心Ｏ３と円弧面３０２の中心Ｏ４とが中心線Ｏ２２０から等距離にある。そして、他方の側においては、曲面部３０１の円弧面と曲面部３０２の円弧面とが平面部３０３を介することなく連続して形成されている。

本実施例では、燃料噴射孔２２０の入口開口縁に沿って、平面部３０３は燃料の旋回方向の上流側から下流側に向かって幅が狭くなる。本実施例では、下流側において曲面部３０１と曲面部３０２とが直接接続されるようにしているが、最も下流側においても平面部３０３が存在するようにしてもよい。曲面部３０１と曲面部３０２とを直接接続することにより、燃料の旋回方向の下流側において燃料噴射孔２２０への燃料の流れ込みをスムーズにして、燃料流速を向上することができる。

上述した第一実施例、第二実施例に本実施例の構成の全体或いは一部を適用することができる。

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８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（図１参照）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。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。

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、一部の構成の削除や、記載されていない他の構成の追加が可能である。また、実施例間において、各実施例に記載された構成の入れ替えや追加を行うことも可能である。

１…燃料噴射弁、１ａ…弁軸心（中心軸線）、２…燃料供給口、３…燃料流路、５…筒状体、７…弁部、９…駆動部、１１…Ｏリング、１３…燃料フィルタ、１５…弁座部材、１５ａ…弁体収容孔、１５ｂ…弁座、１５ｃ…ガイド面、１５ｔ…先端側端面、１７…弁体、１７ａ…切欠き面、１９…レーザ溶接、２１…燃料噴射部、２１ｎ…ノズルプレート、２１ｎｕ…上端面、２１ｎｂ…下端面、２３…レーザ溶接部、２５…固定鉄心、２５ａ…貫通孔、２７…可動子、２７ａ…可動鉄心、２７ｂ…小径部、２７ｃ…凹部、２７ｄ…開口部、２７ｅ…環状面、２７ｆ…貫通孔、２９…電磁コイル、３１…ボビン、３３…ヨーク、３５…アジャスタ（調整子）、３９…スプリング（コイルばね）、４１…コネクタ、４３…コネクタピン、４５…配線部材、４６…Ｏリング、４７…樹脂カバー、４９…プロテクタ、１００…内燃機関、１０１…エンジンブロック、１０２…シリンダ、１０３…吸気口、１０４…排気口、１０５…吸気弁、１０６…排気弁、１０７…吸気流路、１０７ａ…入口側端部、１０８…吸気管、１０９…燃料噴射弁１の取付け部、１０９ａ…挿入口、１１０…燃料配管、２１０，２１０−１，２１０−２，２１０−３…旋回用通路、２１１，２１１−１，２１１−２，２１１−３…横方向通路、２１１Ａ，２１１Ｂ…側壁（側面）、２１１Ｃ…横方向通路底面、２１１ｃｅ…横方向通路上面（天井面）、２１２，２１２−１，２１２−２，２１２−３…旋回室（スワール室）、２１２Ａ…旋回室内周壁（側面）、２１２Ｂ…旋回室底面、２１２ＡＥ…内周壁終端部、２１２ＡＳ…内周壁始端部、２２０，２２０−１，２２０−２，２２０−３…燃料噴射孔、２２０Ａ…燃料噴射孔内周面、３０１，３０１’，３０２，３０２’…曲面部（円弧面）、３０３，３０３’…平面部、３０４，３０５…曲面部。

Claims (1)

1. 弁体が接離する弁座の下流側に設けられた燃料噴射孔と、前記燃料噴射孔の入口が開口する底面と前記底面の周囲を囲む内周面とを有し前記燃料噴射孔の入口開口の周囲に燃料の旋回流路が形成された旋回室と、前記旋回室の内周面に開口し前記旋回室に燃料を供給する横方向通路とを有する燃料噴射弁において、
   前記旋回室の内周面と前記旋回室の底面との接続部に前記旋回室の内側に凹状を成して形成された第１の曲面部と、前記旋回室の底面と前記燃料噴射孔の内周面との接続部に前記旋回室の内側に向かって凸状を成して形成された第２の曲面部と、前記第１の曲面部と前記第２の曲面部との間に形成された平面部と、を備え、
   前記第１の曲面部及び前記第２の曲面部を前記旋回室の底面と平行な平面に投影した場合に、前記第１の曲面部における前記旋回室の内周面からの形成幅に対して、前記第２の曲面部における前記燃料噴射孔の内周面からの形成幅の方が大きく、
   前記第１の曲面部及び前記第２の曲面部は円弧面で構成され、前記第１の曲面部の曲率半径に対して前記第２の曲面部の曲率半径のほうが大きく、
   前記旋回室の内周面は螺旋形状或いはインボリュート曲線により構成され、
   前記平面部の幅は前記旋回流路の上流側から下流側に向かって狭くなり、前記第１の曲面部を成す円弧面と前記第２の曲面部を成す円弧面とが連続して接続される位置で消滅することを特徴とする燃料噴射弁。

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