JP6594713B2 - 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２００３−３３６５６２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、弁座部材と、この弁座部材の前端面に接合されるインジェクタプレートとの間に、弁座の下流端に連通する横方向通路と、この横方向通路の下流端が接線方向に開口するスワール室とを形成し、このスワール室でスワールを付与された燃料を噴射させる燃料噴射孔をインジェクタプレートに穿設した燃料噴射弁において、燃料噴射孔をスワール室の中心から横方向通路の上流端側に所定距離オフセットして配置している（要約参照）。この燃料噴射弁では、上記構成により、噴射後の燃料の微粒化を促進すると共に、燃料の噴射応答性を向上させている。

また、特許文献１の燃料噴射弁では、横方向通路の上流端は弁座の下流端周縁部から軸方向に延びる側孔に接続され、この側孔と下流端に接続されるスワール室との間で、横方向通路は通路幅が一定（特許文献１の図６参照）又は漸減する形状（特許文献１の図１２参照）に形成されている。スワール室の内周面は、燃料の流れる方向に沿って、上流側から下流側に向かって曲率が大きくなる曲線やインボリュート曲線で構成されている。横方向通路は、スワール室の内周面の上流端に対して、内周面の接線方向に接続されている。

特開２００３−３３６５６２号公報

特許文献１の燃料噴射弁では、横方向通路の直線状に形成された側面が、スワール室内周面の上流端に対して、接線方向に接続されている。このため、横方向通路からスワール室に流入する燃料流れは、この接線方向に沿う流れとなる。しかし、横方向通路は幅方向にある程度の大きさを有しているため、スワール室内周面の上流端に接続される横方向通路側面とは反対側の側面は、スワール室に対して中心側を指向するように接続されることになる。スワール室内周面の上流端に接続される横方向通路側面側からスワール室に流入する燃料流れは、スワール室内周面に沿ってスワール室を旋回する流れを形成することができる。しかし、反対側の横方向通路側面側からスワール室に流入する燃料流れは、スワール室を十分に旋回しないまま燃料噴射孔に流入する流れを形成する可能性がある。スワール室を十分に旋回していない燃料流れは、燃料噴射孔内において均一な液膜を形成することができなくなる。このため、燃料噴射孔から噴射される噴霧の微粒化効果を得にくくなる。

本発明の目的は、微粒化性能を高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の周囲が内周壁によって囲まれ、前記燃料噴射孔の入口開口面と前記内周壁との間に燃料の旋回流路が形成された旋回室と、
一方の側壁が、燃料の旋回方向における前記内周壁の上流側端部に接続され、他方の側壁が、前記旋回方向における前記内周壁の下流側端部に接続されて前記旋回室に接続される横方向通路と、
前記横方向通路の前記一方の側壁の下流側端部に設けられ、上流側の通路部分に対して通路幅が拡幅された拡幅通路部と、
を備え、
前記拡幅通路部は、前記一方の側壁と前記他方の側壁とのうち前記一方の側壁の側で通路幅を拡幅するように設けられる。

本発明によれば、スワール室（旋回室）に流入する燃料が旋回室を旋回し易くなり、燃料噴射孔内で均一な液膜を形成することができ、燃料噴射弁の微粒化性能を高めることができる。

本発明に係る燃料噴射弁の弁軸心（中心軸線）に沿う断面を示す縦断面図である。 図１の燃料噴射弁の弁部及び燃料噴射部の近傍（ノズル部）を拡大して示す断面図（図３のII−II矢視断面図）である。 図１及び図２のIII−III方向から見たノズルプレートの平面図である。 横方向通路、旋回室及び燃料噴射孔を拡大して示す平面図（図３に示すIV部の拡大平面図）である。 本発明（ｂ）と比較例（ａ）との燃料流れの差異について説明する模式図である。 本発明（ｂ）と比較例（ａ）との燃料流れの解析結果を示す図である。 本発明に係る横方向通路の拡幅通路部の変更例（第一変更例）を示す平面図である。 本発明に係る横方向通路の拡幅通路部の変更例（第二変更例）を示す平面図である。 本発明に係る横方向通路の拡幅通路部の変更例（第三変更例）を示す平面図である。 本発明に係る横方向通路の拡幅通路部の変更例（第四変更例）を示す平面図である。 燃料噴射弁が搭載された内燃機関の断面図である。

本発明の一実施例について、図面を用いて説明する。

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１９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部２３により、固定されている。レーザ溶接部２３は、燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４（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は板座部材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。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。本実施例では、可動鉄心２７ａと小径部（ロッド部）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。

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。これにより、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、弁軸心方向（中心軸線１ａに沿う方向）に離れた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１１参照）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、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の燃料噴射弁の弁部及び燃料噴射部の近傍（ノズル部）を拡大して示す断面図（図３のII−II矢視断面図）である。図３は、図１及び図２のIII−III方向から見たノズルプレートの平面図である。

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。また、本実施例では、可動子２７の中心軸線２７ｌが燃料噴射弁の中心軸線１ａと完全に重なった状態を示している。

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２１ｎｏ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２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４、旋回室（スワール室）２１２−１，２１２−２，２１２−３，２１２−４及び燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４が形成されている。

横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４及び燃料噴射孔２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４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２１０−１，２１０−２，２１０−３，２１０−４を構成する。

本実施例では、図３に示すように、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、旋回用通路２１０−４は横方向通路２１１−４と旋回室２１２−４とで構成される。そして、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、旋回用通路２１０−４と燃料噴射孔２２０−４とが一つの燃料通路を形成している。

本実施例では、旋回用通路と燃料噴射孔とからなる４組の燃料通路はそれぞれが同様に構成されるため、これらを区別せず、旋回用通路２１０、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。

旋回用通路２１０及び燃料噴射孔２２０は４組に限らず、２組或いは３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。

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、４組の横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４は上流端部がノズルプレート２１ｎ内において連通する構成であるが、各横方向通路２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４を独立して構成してもよい。

本実施例では、図２に示すように、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。

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、ノズルプレート２１ｎに、全部で４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。４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２１ｎｏ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、それぞれの燃料通路は周方向に９０°の角度間隔で形成されている。

さらに本実施例では、横方向通路２１１から旋回室２１２に流入する燃料流れの方向を改善し、燃料流れを旋回室２１２の周壁に向かわせる拡幅通路部２１１ｅ−１，２１１ｅ−２，２１１ｅ−３，２１１ｅ−４を設けている。

ここで、図４を参照して、旋回室２１２と燃料噴射孔２２０との関係について、詳細に説明する。図４は、横方向通路、旋回室及び燃料噴射孔を拡大して示す平面図（図３に示すIV部の拡大平面図）である。

横方向通路２１１は、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉの中心Ｏ１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。中心Ｏ１は旋回室２１２の中心でもある。このため、横方向通路２１１は、旋回室２１２の中心に対してもオフセットするようにして、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（内周面、側壁）２１２ｃに接続され、内周壁２１２ｃ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ｉ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２１２ｃと燃料噴射孔２２０の入口開口ｉ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、その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）２１１ｏ，２１１ｉ及び底面２１１ｂはノズルプレート２１ｎによって構成されている。また、横方向通路２１１の上面（天井面）２１１ｕ（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２１１ｏの下流端は、旋回室２１２の内周壁２１２ｃの始端部２１２ｃｓに接続されている。また、横方向通路２１１の側壁２１１ｉの下流端は、旋回室２１２の内周壁２１２ｃの終端部２１２ｃｅに接続されている。なお、側壁２１１ｏは、内周壁２１２ｃの始端部２１２ｃｓに対して、接線方向に接続されている。

始端部２１２ｃｓは、旋回室２１２において、燃料の旋回方向において上流側に位置する端部である。一方、終端部２１２ｃｅは旋回室２１２に流入した燃料が内周壁２１２ｃ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。

また、図４の平面上において、中心Ｏ１を通り、横方向通路２１１の幅方向に平行な線分Ｌ１を仮想する。このとき、側壁２１１ｉの延長線２１１ｉｌと線分Ｌ１とが交わる位置は、側壁２１１ｏと線分Ｌ１と交わる位置よりも、径方向において、中心Ｏ１側に位置する。すなわち、横方向通路２１１の側面２１１ｉは、側面２１１ｏよりも旋回室２１２の中心Ｏ１側を指向するように、旋回室２１２に接続される。

本実施例では、旋回室２１２は、始端部２１２ｃｓから終端部２１２ｃｅまでの間の内周壁２１２ｃが中心Ｏからの半径Ｒが一定となるように形成されている。すなわち、内周壁２１２ｃは正円又は真円を成す円周の一部によって構成される。これにより、燃料噴射孔２２０の入口開口縁２２０ｉと旋回室２１２の内周壁２１２ｃとの間に、燃料通路を構成する底面２１２ｂが形成される。

内周壁２１２ｃは、燃料を旋回させながら燃料噴射孔２２０の入口開口ｉ或いはその中心Ｏ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されてもよい。この場合、径方向における旋回流路の断面積は、下流側に向かって漸減する。なお、内周壁２１２ｃが螺旋曲線を成す場合は、旋回室の中心Ｏ１は螺旋曲線の旋回中心である。また、内周壁２１２ｃがインボリュート曲線を成す場合は、旋回室の中心Ｏ１は基礎円の中心である。

本実施例では、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉの開口面は、側壁２１１ｉを延長した延長線２１１ｉｌに対して、側壁２１１ｏとは反対側に位置している。従って、横方向通路２１１の上流側から旋回室２１２内を見た場合に、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉは側壁２１１ｉの陰に隠れて見通せない位置にある。

燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉは、その開口面の一部が側壁２１１ｉの延長線２１１ｉｌを越えて、側壁２１１ｏ側に配置されてもよい。すなわち、燃料噴射孔２２０の入口開口２２０ｉは、延長線２１１ｉｌを越えて、側壁２１１ｏ側にはみ出していてもよい。また、燃料噴射孔２２０の中心と旋回室２１２の中心とは、一致している必要はなく、両者が異なる位置に配置されてもよい。

内周壁２１２ｃの下流側端部２１２ｃｅには、傾斜部或いは丸味部などの面取り部が形成される。このような場合は、内周壁２１２ｃと側壁２１１ｉとをそれぞれ延長した仮想線が交差する交点を、下流側端部２１２ｃｅとして定めればよい。

本実施例では、側壁２１１ｏが旋回室２１２の内周壁２１２ｃと接続される横方向通路２１１の部位に、拡幅通路部２１１ｅが設けられている。拡幅通路部２１１ｅは、横方向通路２１１の幅を側壁２１１ｏ側で拡げるように、設けられる。拡幅通路部２１１ｅの上流側端部には、拡幅通路部２１１ｅを形成するため、上流側の側壁２１１ｏに対して燃料の流れる方向に対して傾斜した傾斜面２１１ｆが設けられている。傾斜面２１１ｆは、上流側の側壁２１１ｏと拡幅通路部２１１ｅを形成する側壁との間に、横方向通路２１１の幅方向に段差を形成する段差面２１１ｆを構成する。すなわち、段差面２１１ｆの上流側では、通路幅が拡幅通路部２１１ｅよりも狭い。

拡幅通路部２１１ｅ及び段差面２１１ｆは、横方向通路２１１と旋回室２１２とが接続される部位の、横方向通路２１１側に設けられる。横方向通路２１１と旋回室２１２との境界は、図４に示すように、内周壁２１２ｃを形成する円２１２ｃｏを、横方向通路２１１が内周壁２１２ｃに開口する部分に仮想することによって、定義することができる。また、内周壁２１２ｃが円形状に形成されない場合は、内周壁２１２ｃの始端部２１２ｃｓと終端部２１２ｃｅとを結ぶ直線２１２ｌを仮想し、この直線２１２ｌを境界として定義すればよい。

次に、図５を用いて、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。図５は、本発明（ｂ）と比較例（ａ）との燃料流れの差異について説明する模式図である。

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２２０ｉ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。燃料噴射孔２２０に流入した燃料流れは、旋回しながら薄い液膜を形成する。燃料噴射孔２２０内に形成される液膜は、燃料噴射孔２２０の周方向に均一な厚さで形成されることが望ましい。燃料噴射孔２２０から噴射された燃料は、旋回しながら液滴に分裂する。液膜が液滴に分裂する過程で、微粒化された燃料噴霧が形成される。

比較例の場合、図５（ａ）に示すように、横方向通路２１１の側壁２１１ｏ側から旋回室２１２に流入する燃料流れは、旋回室２１２の内周壁２１２ｃに沿って流れ、燃料噴射孔２２０の周囲を十分に旋回した後で、燃料噴射孔２２０に流入する。しかし、横方向通路２１１の側壁２１１ｉ側から旋回室２１２に流入する燃料流れは、内周壁２１２ｃから離れており、流れが指向する前方に燃料噴射孔２２０が開口しているため、燃料噴射孔２２０の周囲を十分に旋回することなく、燃料噴射孔２２０に流入する。

従って、比較例のような構成では、十分な旋回力を得ないまま燃料噴射孔２２０に流入する燃料流れが多くなる。このため、燃料噴射孔２２０内で周方向に均一な厚さを有する液膜を形成することができなくなり、微粒化性能を高めることができない。

一方、本実施例の場合、図５（ｂ）に示すように、横方向通路２１１から旋回室２１２に流入する燃料は、旋回室２１２の径方向外側に向かう速度成分を持つようになる。側壁２１１ｏ側を流れる燃料ほど、旋回室２１２の径方向外側に向かう大きな速度成分を持つ。旋回室２１２の径方向外側に向かう大きな速度成分をもつ燃料流れは、側壁２１１ｉ側を流れる燃料流れを径方向外側に向けて誘引する。

これにより、本実施例では、側壁２１１ｉ側を流れる燃料流れが燃料噴射孔２２０の周囲を十分に旋回しないまま燃料噴射孔２２０に流入するのを防ぐことができる。そして、側壁２１１ｉ側を流れる燃料流れは燃料噴射孔２２０の周囲を十分に旋回するようになり、燃料噴射孔２２０内で周方向に均一な厚さを有する液膜を形成することができる。

比較例の場合、微粒化性能を改善するためには、横方向通路の通路幅及び通路高さと、旋回室２１２の形状に係るすべての寸法の変更が必要になる。これに対して本実施例では、拡幅通路部２１１ｅの形状を変更することにより、微粒化性能を改善することができる。このため、本実施例では、旋回燃料通路２１０及び燃料噴射孔の２２０の設計に要する時間及びコストを低減することができる。

また、本実施例では、拡幅通路部２１１ｅの形状を変更することにより、燃料噴射孔２２０への燃料の流れ込み状態を変化させることができる。このため、拡幅通路部２１１ｅの形状を変更することにより、噴霧の広がり角度の調整を簡単に行うことができる。

次に、図６を用いて、燃料流れの解析結果について説明する。図６は、本発明（ｂ）と比較例（ａ）との燃料流れの解析結果を示す図である。図６では、流速のＸ方向成分と、Ｙ方向成分と、Ｘ方向成分及びＹ方向成分の総合流速とについて、解析結果を示している。

本実施例の解析結果（ｂ）では、拡幅通路部２１１ｅにおいて、燃料流れが旋回室２１２の径方向外側に向かう速度成分を持つことが分かる。また、本実施例の解析結果（ｂ）では、各図において指摘した位置の旋回流速が比較例の解析結果（ａ）に対して、速くなっていることが分かる。

図６より、本実施例では、拡幅通路部２１１ｅを設けたことにより、燃料の流れ方向及び旋回流速を改善できることが分かる。

図７を用いて、横方向通路２１１の拡幅通路部２１１ｅの変更例（第一変更例）を説明する。図７は、本発明に係る横方向通路の拡幅通路部の変更例（第一変更例）を示す平面図である。

図３及び図４に示した構成では、拡幅通路部２１１ｅを形成する傾斜面（段差面）２１１ｆの上流側では、側壁２１１ｏが直線状に形成され、横方向通路２１１の通路幅が一定である。これに対して第一変更例では、側壁２１１ｏから横方向通路２１１の中央部に向けて台形形状に突き出した凸形状部２１１ｇにより、拡幅通路部２１１ｅを形成している。すなわち、凸形状部２１１ｇは、側壁２１１ｏから横方向通路２１１の幅方向に突出している。第一変更例では、凸形状部２１１ｇの先端部と拡幅通路部２１１ｅの側壁２１１ｏとの間に、横方向通路２１１の通路幅を拡幅する傾斜面（段差面）２１１ｆが形成される。

この台形形状は、体外に平行な二辺のうち下底が側壁２１１ｏ側にあり、上底が横方向通路２１１の中央部に向けて突き出した形状である。下底は上底よりも長い。燃料の流れ方向において上流側に位置する下底の端部は、上流側に位置する上底の端部よりもさらに上流側に位置する。また、燃料の流れ方向において下流側に位置する下底の端部は、下流側に位置する上底の端部よりもさらに下流側に位置する。

凸形状部２１１ｇの位置では、横方向通路２１１の通路幅は狭く、凸形状部２１１ｇの下流側で通路幅が拡幅する。台形形状の脚を構成する二辺のうち、下流側に位置する脚が段差面２１１ｆを構成する。凸形状部２１１ｇの上流側の通路幅は、凸形状部２１１ｇの位置における通路幅よりも広く、凸形状部２１１ｇの位置で、通路幅が縮小する。

上述した凸形状部２１１ｇに係る構成以外は、図１乃至図４と同じ構成であり、第一変更例の拡幅通路部２１１ｅは上述した実施例と同様の作用効果を奏する。

図８を用いて、横方向通路２１１の拡幅通路部２１１ｅの変更例（第二変更例）を説明する。図８は、本発明に係る横方向通路の拡幅通路部の変更例（第二変更例）を示す平面図である。

第二変更例では、凸形状部２１１ｇの形状を、第一変更例の台形形状から半円形状に変更したものである。この形状は、半円形状に限らず、側壁２１１ｏから突出する凸形状部２１１ｇの側壁面を曲面で構成してもよい。第二変更例では、凸形状部２１１ｇの先端部と拡幅通路部２１１ｅの側壁２１１ｏとの間に、横方向通路２１１の通路幅を拡幅する段差面２１１ｆが形成される。

凸形状部２１１ｇを半円形状又は曲面で構成しても、第一変更例と同様の作用効果が得られる。第一変更例に対して、凸形状部２１１ｇが半円形状又は曲面で構成されることにより、凸形状部２１１ｇで燃料の剥離が生じ難い。上述した凸形状部２１１ｇに係る構成以外は、図１乃至図４と同じ構成であり、第二変更例の拡幅通路部２１１ｅは上述した実施例と同様の作用効果を奏する。

図９を用いて、横方向通路２１１の拡幅通路部２１１ｅの変更例（第三変更例）を説明する。図９は、本発明に係る横方向通路の拡幅通路部の変更例（第三変更例）を示す平面図である。

第三変更例では、第一変更例の段差面２１１ｆの下流側端部を直接、旋回室２１２の内周壁２１２ｃの始端部２１２ｃｓに接続している。すなわち、本実施例では、段差面２１１ｆが上流側から下流側に向かって横方向通路２１１の通路幅を緩やかに広げる。このため、段差面２１１ｆは旋回室２１２の内周壁２１２ｃの始端部２１２ｃｓにおける接線２１２ｍに対して傾斜した傾斜面で構成される。このとき傾斜面２１２ｆは、接線２１２ｍに対して、上流側端部が下流側端部よりも燃料噴射孔２２０側に位置する方向に傾斜している。

第三変更例では、拡幅通路部２１１ｅの上流側の側壁２１１ｏと内周壁２１２ｃの始端部２１２ｃｓとの間に、横方向通路２１１の通路幅を拡幅する段差面２１１ｆが燃料の流れる方向において傾斜した傾斜面により形成される。傾斜面２１１ｆによる横方向通路の長さ方向に対する拡幅率は、図３及び図４に示す実施例、第一変更例及び第２変更例よりも小さい。このように拡幅率を変えることにより、燃料噴射孔２２０への燃料の流れ込み状態を変化させることができる。これにより、噴霧の広がり角度の調整を行うことができる。

上述した凸形状部２１１ｇに係る構成以外は、図１乃至図４と同じ構成であり、第三変更例の拡幅通路部２１１ｅは上述した実施例と同様の作用効果を奏する。

図１０を用いて、横方向通路２１１の拡幅通路部２１１ｅの変更例（第四変更例）を説明する。図１０は、本発明に係る横方向通路の拡幅通路部の変更例（第四変更例）を示す平面図である。

図３及び図４では、段差面２１１ｆと燃料導入孔３００との位置関係を明示していなかった。第四変更例では、段差面２１１ｆを、燃料導入孔３００の周縁部に対して、径方向内側に配置したものである。すなわち、段差面２１１ｆと燃料導入孔３００とを、中心軸線１ａに垂直な平面に投影した場合、段差面２１１ｆの投影図は燃料導入孔３００の周縁部の投影図に対して、径方向内側に描かれる。

第四変更例では、段差面２１１ｆの下流側に形成された拡幅通路部２１１ｅに、燃料導入孔３００から直接、燃料を供給することができる。このため、拡幅通路部２１１ｅの上流側に形成される挟幅の横方向通路部のみに燃料導入孔３００から燃料を供給する場合と比べて、第四変更例では燃料流量の減少を抑制することができる。

ただし、段差面２１１ｆを燃料導入孔３００の中心側に寄せすぎると、拡幅通路部２１１ｅによる、燃料の流れ方向及び旋回流速の改善効果が低下する可能性がある。このため、段差面２１１ｆの位置は、この改善効果が得られる範囲で設定するとよい。

この第四変更例は、第１乃至第三変更例と組み合わせてもよい。

図１１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１１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、２１０，２１０−１，２１０−２，２１０−３，２１０−４…旋回用通路、２１１，２１１−１，２１１−２，２１１−３，２１１−４…横方向通路、２１１ｂ…底面、２１１ｅ…拡幅通路部、２１１ｆ…段差面、２１１ｇ…凸形状部、２１１ｉ，２１１ｏ…側壁（側面）、２１１ｉｌ…側壁２１１ｉの延長線、２１２，２１２−１，２１２−２，２１２−３，２１２−４…旋回室（スワール室）、２１２ｂ…底面、２１２ｃ…内周壁（側面）、２１２ｃｅ…内周壁終端部、２１２ｃｓ…内周壁始端部、２２０，２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４…燃料噴射孔、２２０ｉ…燃料噴射孔２２０の入口開口、３００…燃料導入孔。

Claims (5)

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の周囲が内周壁によって囲まれ、前記燃料噴射孔の入口開口面と前記内周壁との間に燃料の旋回流路が形成された旋回室と、
   一方の側壁が、燃料の旋回方向における前記内周壁の上流側端部に接続され、他方の側壁が、前記旋回方向における前記内周壁の下流側端部に接続されて前記旋回室に接続される横方向通路と、
   前記横方向通路の下流側端部に設けられ、上流側の通路部分に対して通路幅が拡幅された拡幅通路部と、
   を備え、
   前記拡幅通路部は、前記一方の側壁と前記他方の側壁とのうち前記一方の側壁の側で通路幅を拡幅するように設けられた燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記一方の側壁は、前記拡幅通路部を形成する段差面を有する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、
   前記拡幅通路部は、前記横方向通路の前記一方の側面から前記横方向通路の幅方向に突出する凸形状部により形成されることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記弁座が形成された弁座部材を備え、
   前記弁座部材は、前記弁座の下流側で且つ前記横方向通路の上流側に、前記弁座を流下した燃料を前記横方向通路に供給する燃料導入孔を有し、
   前記拡幅通路部を形成するために前記一方の側面に形成された前記段差面は、前記燃料導入孔よりも径方向内側に位置することを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記段差面は、燃料が流れる方向に対して、前記横方向通路の通路幅を広げる方向に傾斜した傾斜面で構成されることを特徴とする燃料噴射弁。

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