JP6892458B2

JP6892458B2 - 燃料噴射装置

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Publication number: JP6892458B2
Application number: JP2018553794A
Authority: JP
Inventors: 智飯塚; 石川　亨; 石川　　亨; 威生三宅; 一樹吉村
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2037-11-21
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Description

本発明は、例えば内燃機関に使用される燃料噴射装置に関するものである。

本技術分野の背景技術として、特開２００５―５４６７６号公報（特許文献１）がある。この特許文献１では複数の燃料噴霧点火プラグの近傍に噴霧を集中させて、点火プラグの電極周りに燃料が微粒化した混合気を形成し、燃焼室内を適正に成層化して着火性を向上させる方法が開示されている。

また、特開２０１４−１６６０号公報（特許文献２）には、「内燃機関（１）の燃焼室（２２）内に燃料を噴射する複数の噴射孔（１１２；２１２）を有する燃料噴射弁であって、前記複数の噴射孔の各々が、燃料を通過させて噴射する燃料量と噴射方向を決定するガイド領域（１１４；１４４；１７４；２１４）と、当該ガイド領域を通過した燃料を噴霧に変える拡散領域（１１６；１４６；１７６；２１６）と、を備える、燃料噴射弁（１０）において、前記複数の噴射孔のうち少なくとも１つは、前記拡散領域の中心軸（１１８ｂ；１４８ｂ；１７８ｂ；２１８ｂ）が、前記ガイド領域の中心軸（１１８ａ；１４８ａ；１７８ａ；２１８ａ）に平行であり、且つ、当該ガイド領域の当該中心軸よりも前記燃料噴射弁の中心軸（１２０；１５０；１８０；２２０）から遠い側に偏心して形成されている。（請求項１）」と開示されている。

特開２００５−５４６７６号公報特開２０１４−１６６０号公報

内燃機関の燃料噴射装置においては、低排気を実現するため、システム燃料圧力を高圧化し、噴射した燃料の粒子を微粒化することで空気との混合を促進させて未燃焼ガスを抑制する方法や、燃料噴霧のエンジン筒内での燃料の付着を抑制して未燃焼粒子を低減する方法が考案されている。

とくに微粒化を狙って高燃料圧力にする場合、燃料噴霧の貫徹力が増加するため、噴射した燃料噴霧の噴霧到達距離（以降、ペネトレーションと呼ぶ）が大きくなる。このため、吸気弁や筒内壁面に付着し、有害物質の排出量（以降ＰＮと呼ぶ）が増加する場合がある。そこで有害物質の排出を低減可能な噴霧到達距離の短い噴霧と有害物質の排出を低減可能な微細な微粒の噴霧を噴射可能な燃料噴射装置を提供することが検討されている。

例えば特許文献１のように、複数の噴射孔を有する燃料噴射装置において、空気流動の小さい領域の噴射孔を小さくし、空気流動の大きい領域の噴射孔を大きく構成することで、ペネトレーション増加による悪影響を低減することが可能となる。

しかしながら、ペネトレーションの低減を狙って噴射孔径を大きくした場合であっても高圧化等の理由によって燃料の流速が早い場合、燃料の流れが噴射孔壁面から剥離して、噴射孔出口での燃料流速が不均一となることで噴霧の到達距離が長くなる場合があった。
また、噴射孔のθ角によっては噴射孔入口での燃料流速が不均一となることでインジェクタが燃料を噴射開始直前と直後の非定常時の粗大粒子の燃料が発生する場合があった。

以上の理由により、これら開示されている方法では噴霧の到達距離を低減しかつ燃料噴射停止時に発生する粗大粒子低減についての開示が十分でなかった。

本発明は、上記の問題を解決することを目的とし、ＰＮ性能に優れた燃料噴射装置の提供が可能となる。

上記課題を解決するために本発明の燃料噴射装置では、弁体と前記弁体の先端側において燃料を噴射する複数の噴射孔が形成された噴射孔形成部とを備えた燃料噴射装置において、前記噴射孔形成部には、前記噴射孔形成部の中心軸線と第１噴射孔軸線との交差角度がθ１となる第１噴射孔と、前記噴射孔形成部の前記中心軸線と第２噴射孔軸線との交差角度が前記θ１よりも大きいθ２となる第２噴射孔と、が形成され、前記噴射孔形成部の中心軸線から前記第１噴射孔の第１入口面中心との第１最短距離が前記噴射孔形成部の中心軸線から前記第２噴射孔の第２入口面中心との第２最短距離よりも大きくなるように前記第１噴射孔及び前記第２噴射孔が形成され、かつ、前記第１噴射孔の前記第１噴射孔軸線のうち第１出口面から先の第１直線が、前記第２噴射孔の前記第２噴射孔軸線のうち第２出口面から先の第２直線と交わらないように形成された。

本発明の上記構成により、ＰＮ性能に優れた燃料噴射装置の提供が可能となる。本発明のその他の構成、作用、効果については以下の実施例で詳細に説明する。

本実施例の燃料噴射装置とＥＣＵ構成される燃料噴射システムと、燃料噴射装置の縦断面図を示した図である。エンジンの筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射方の内燃機関（直噴エンジン）の模式図である。図２のＡ−Ａ’断面から燃料噴射装置の方向にみた場合の燃料噴射装置２０４のオリフィスカップ１１６から噴射される燃料噴霧の投影図である。オリフィスカップ１１６を燃料噴射装置２０４の先端方向から見た図である。図４とは反対側の方向（上流方向）からオリフィスカップ１１６を見た図である。図５における第２の噴霧Ｄ２を形成する第２噴射孔５０２と第１の噴霧Ｄ１を形成する第１噴射孔５０１を通過する断面Ｂ−Ｂ’の断面拡大図である。図６における枠４０１１の拡大図である。図６における枠４０２１の拡大図である。図４とは反対側の方向（上流方向）からオリフィスカップ１１６を見た図である。は図９のＹ軸に沿って弁体軸方向における断面図で上から第２噴射孔と第１噴射孔の断面図を示す。実施例２の上流方向からオリフィスカップ１１６を見た図である。実施例３の上流方向からオリフィスカップ１１６を見た図である。実施例４の上流方向からオリフィスカップ１１６を見た図である。

以下、本発明に係る実施例について説明する。

最初に図１を用いて本発明に係る第一の実施例における燃料噴射装置の構成と動作について説明する。図１は、本実施例の燃料噴射装置とＥＣＵ構成される燃料噴射システムと、燃料噴射装置の縦断面図を示した図である。

燃料噴射装置の燃料の噴射はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１５４から送出される噴射パルスの幅によって制御されており、この噴射パルスは燃料噴射装置の駆動回路１５３に入力される。駆動回路１５３はＥＣＵ１５４からの指令に基づいて駆動電流波形を決定し、前記噴射パルスに基づく時間だけ燃料噴射装置に前記駆動電流波形を供給する。なお、駆動回路１５３は、ＥＣＵ１５４と一体の部品や基板として実装されている場合もある。本実施例では駆動回路１５４とＥＣＵ１５４が一体となった装置を駆動装置１５０と呼ぶ。

次に、燃料噴射装置及びその駆動装置の構成と基本的な動作を説明する。ＥＣＵ１５４では、エンジンの状態を示す信号を各種センサから取り込み、内燃機関の運転条件に応じて燃料噴射装置から噴射する噴射量を制御するための噴射パルスの幅や噴射タイミングの演算を行う。また、ＥＣＵ１５４には、各種センサからの信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器とＩ／Ｏポートが備えられている。ＥＣＵ１５４より出力された噴射パルスは、信号線１５１を通して燃料噴射装置の駆動回路１５３に入力される。駆動回路１５３は、ソレノイド１０５に印加する電圧を制御し、電流を供給する。ＥＣＵ１５４は、通信ライン１５２を通して、駆動回路１５３と通信を行っており、燃料噴射装置に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動回路１５３によって生成する駆動電流を切替えることや、電流および時間の設定値を変更することが可能である。

次に燃料噴射装置の構成と動作について説明する。図１における燃料噴射装置は、通常閉弁型の電磁式燃料噴射装置である。コイル１０５に通電されていない状態では、弁体１１４はスプリング１１０によって付勢され、弁座１１８に密着し閉状態となっている。この閉状態において可動子１０２は、ゼロスプリング１１２によって、弁体１１４に密着させられ、弁体１１４が閉じた状態で可動子１０２と磁気コア１０７との間に空隙を有している。燃料は燃料噴射装置の上部より供給され、弁座１１８で燃料をシールしている。閉弁時には、スプリング１１０による力および燃料圧力による力が弁体１１４に作用し、閉方向に押されている。

開閉弁のための電磁力を発生させる磁気回路は、磁気コア１０７と可動子１０２の外周側に配置された筒状部材であるノズルホルダ１０１と磁気コア１０７、可動子１０２、ハウジング１０３によって構成されている。コイル１０５に電流が供給されると、磁気回路中に磁束が発生し、可動部品である可動子１０２と磁気コア１０７との間に磁気吸引力が発生する。可動子１０２に作用する磁気吸引力がスプリング１１０による荷重と、燃料圧力によって弁体１１４に作用する力の和を超えると、可動子１０２が上方へ動く。

このとき弁体１１４は可動子１０２と共に上方へ移動し、可動子１０２の上端面が磁気コア１０７の下面に衝突するまで移動する。その結果、弁体１１４が弁座１１８より離間し、供給された燃料が、複数の噴射口１１９から噴射される。次に、可動子１０２の上端面が磁気コア１０７の下面に衝突した後、弁体１１４は可動子１０２から離脱し、オーバーシュートするが、一定の時間の後に弁体１１４は可動子１０２上で静止する。なお、本実施例では便宜上、図１を基準として上方向、下方向と呼ぶが、これは実際に電磁式燃料噴射装置が内燃機関に取り付けられた状態における上方向、下方向と必ずしも一致しなくても良い。

コイル１０５への電流の供給が切れると、磁気回路中に発生していた磁束が減少し、磁気吸引力が低下する。磁気吸引力がスプリング１１０による荷重と、燃料圧力によって弁体１１４および可動子１０２が受ける流体力を合わせた力よりも小さくなると、可動子１０２および弁体１１４は下方へ動く。弁体１１４が弁座１１８と衝突した時点で、可動子１０２は弁体１１４から離脱する。一方弁体１１４は弁座１１８と衝突した後に静止し、燃料の噴射が停止する。なお、可動子１０２と弁体１１４は同じ部材として一体成形するかもしくは、別部材で構成し、溶接もしくは圧入等の方法で結合されていてもよい。

複数の噴射孔１１９を有する円筒状のオリフィスカップ１１６はノズルホルダ１０１に結合されており、オリフィスカップ１１６は弁体１１４の径方向の動きを規制するガイド部１２０を有する。なお、図１ではオリフィスカップ１１６とガイド部１２０は一体に形成されているが、別部材としてもよい。弁体１１４は、下流側においてガイド部１２０により径方向の動きが規制される。また弁体１１４は上流側においてつば部１３０が磁気コア１０７の内径により径方向の動きが規制される。これにより弁体１１４は主として開・閉弁方向（上下方向）に動作できるように構成されている。可動子１０２と弁体が同じ部材である場合、ゼロスプリング１１２は構成上、必要なく、本発明はどちらの構造に対しても適用が可能である。

次に、図２から図８を用いて本実施例の構成と燃料噴射装置の課題について説明する。
図２はエンジンの筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射方の内燃機関（直噴エンジン）の模式図である。なお、図２には、燃料噴射装置のオリフィスカップ１１６の先端部から燃料が噴射された直後のエンジン筒内の燃料噴霧の状態を記載する。

図３は、図２のＡ−Ａ’断面から燃料噴射装置の方向にみた場合の燃料噴射装置２０４のオリフィスカップ１１６から噴射される燃料噴霧の投影図である。図４は、オリフィスカップ１１６を燃料噴射装置２０４の先端方向から見た図である。

図２に示すように直噴エンジンは、燃料噴射装置２０４、吸気バルブ２０５、点火プラグ２０３、排気バルブ２１１、吸気管２０７、排気管２１２、ピストン２０９、ピストン２０９を内包するシリンダ２２０により構成される。燃料噴射装置２０４は、シリンダ２０４の円筒面に取り付けられ、燃料噴射装置２０４を中心として吸気バルブ２０５は左右に２個取り付けられている。図２では説明の関係上、吸気バルブ２０５は燃料噴射装置と同一断面に取り付けられた図面で説明する。図３に噴霧と２つの吸気バルブ３０１、３０２との位置の関係を示す。

吸気バルブ２０５が開いた後、吸気管２０７を通過した空気はエンジン筒内２０８に導かれ、流入した空気の流動に合わせて燃料噴射装置２０４から燃料を噴射する。噴射された燃料は、エンジン筒内２０８に導かれた空気の流動にのって、空気と混合され、混合気を形成する。その後、ピストン２０９が上死点に近づいたタイミングにおいて、点火プラグ２０３で混合気に着火することで、燃焼し、推進力を得る。

燃料噴射装置２０４は、流入空気と燃料の混合を促進させるため、吸気バルブ２０５に近いエンジン筒内壁面２１０に取り付けられる。また、燃料噴射装置２０４の取り付け角度は、吸気バルブ２０５との干渉を防ぐために、燃料噴射装置２０４の中心軸２０１がエンジンの筒内の水平軸２０２に対して５〜３０ｄｅｇに取り付けられる。吸気バルブ２０５を高くすると、吸気管の圧損が増加するため、吸気管の角度を小さくする必要があり、吸気管２０７の角度に応じて、燃料噴射装置２０４の取り付け角度を決定している。したがって、吸気管２０７との干渉を防ぐために、燃料噴射装置２０４の中心軸がエンジン筒内の水平軸２０２に対して角度が小さくなるように配置するとよい。

燃料噴射装置２０４から噴射される燃料噴霧は図３のＤ１〜Ｄ６のように形成される。
１つの第１の噴霧Ｄ１は複数の噴射孔のうち、点火プラグ２０３の先端側を最も指向するように形成される。第２の噴霧Ｄ２は複数の噴射孔のうち、最もピストン２０９の上面側を指向するように形成される。第３の噴霧Ｄ３、Ｄ５は複数の噴射孔のうち、吸気バルブ３０１、３０２の最も近傍方向に噴射され、かつ、噴霧Ｄ３が一方の吸気バルブ３０１の側に傾斜し、噴霧Ｄ５が他方の吸気バルブ３０１の側に傾斜するように形成される。第４の噴霧Ｄ４、Ｄ６は２番目にピストン２０９の上面側を指向するように形成され、かつ噴霧Ｄ４がピストン２０９の上面の一方の外径側に向かい、噴霧Ｄ６がピストン２０９の上面の他方の外径側に向かうように形成される。

なお、図４において第１噴射孔４０１が噴霧Ｄ１に、第２噴射孔４０２が噴霧Ｄ２、第３噴射孔４０３が噴霧Ｄ３、第４噴射孔４０４が噴霧Ｄ４、第５噴射孔４０５が噴霧Ｄ５、第６噴射孔４０６が噴霧Ｄ６に対応する。

燃料噴射装置２０４の取り付け位置と、点火プラグ２０３の取り付け位置の関係上、点火プラグ２０３の先端側を最も指向するように形成される第１の噴霧Ｄ１の中心軸２０６は、燃料噴射装置２０４の中心軸２０１に対して０〜十数度程度の角度となる。

次に、燃料噴射装置２０４のオリフィスカップ１１６の構成について、図５、６、７、８を用いて説明する。図５は、図４とは反対側の方向（上流方向）からオリフィスカップ１１６を見た図である。噴射孔入口面４０１Ｅ−４０６Ｅは図４の第１噴射孔−第６噴射孔（４０１−４０６）のそれぞれの入口面（上流側面）を示す。噴射孔入口面４０１Ｅ−４０６Ｅの中心（重心）を噴射孔入口面中心４０１Ｃ−４０６Ｃで示す。

図６は、図５における第２の噴霧Ｄ２を形成する第２噴射孔５０２と第１の噴霧Ｄ１を形成する第１噴射孔５０１を通過する断面Ｂ−Ｂ’の断面拡大図である。図７、８は、図６における枠４０１１とＦ４０２１の拡大図であり、それぞれ第１噴射孔４０１と第２噴射孔４０２の燃料の流れを示した図である。

弁体１１４と接して燃料をシールする弁座１１８を形成するシート面６０１は、略円錐状の形状であり、弁体１１４の球面部６１０と接することで燃料をシールしている。噴射孔は、オリフィスカップ中心点５０８を持つＰ．Ｃ．Ｄ．上に噴射孔中心点４０１Ｃ、４０２Ｃ、４０３Ｃ、４０４Ｃ、４０５Ｃ、４０６Ｃをもつ噴霧Ｄ１〜Ｄ６を形成する第１噴射孔−第６噴射孔（４０１−４０６）から構成される。噴射孔５０１から５０６の先端部（下流側）には、噴射孔より内径が大きいザグリ部４０１Ｂ、４０２Ｂ、４０３Ｂ、４０４Ｂ、４０５Ｂ、４０６Ｂが形成される。第２噴射孔４０２の噴射孔入口面４０２Ｅの噴射孔中心点４０２Ｃとオリフィスカップ中心点５０８とを接続する直線を４０２Ｌ、またそれぞれの噴射孔の入口面中心とオリフィスカップ中心点５０８とを接続する直線を同様に４０１Ｌ、４０３Ｌ、４０４Ｌ、４０５Ｌ、４０６Ｌと定義する。たとえば、隣接する第２噴射孔４０２と第６噴射孔４０６とで形成される直線４０２Ｌと４０６Ｌとの交差角度θ２６と、隣接する第４噴射孔４０４と第２噴射孔４０２とで形成される直線４０４Ｌと４０２Ｌとの交差角度θ４２は均一角度にて配置されている。

ここで図６に示すように燃料噴射装置２０４の中心軸２０１と第１噴射孔の噴射孔軸４０１２との交差角度θ４０１は中心軸２０１と第２噴射孔の噴射孔軸４０２２との交差角度θ４０２よりも小さくなる。したがって、第１噴射孔４０１においては交差角度θ４０１が小さいことで図７に示す様に、噴孔入り口でサック室（先端ボリューム）の側からの下流側からの燃料の流れ４０１Ｄが上流側からの燃料の流れ４０１Ｕに対して支配的になり、下流側からの流れ込みが大きくなる。したがって、燃料の流れとしては４０１Ｆに表示するようになることで燃料の後ダレが発生する。

一方で第２噴射孔４０２においては交差角度θ４０２が大きいことで図８に示す様に、噴孔入り口で上流側からの燃料の流れ４０２Ｕがサック室（先端ボリューム）の側からの下流側からの燃料の流れ４０２Ｄに対して支配的になり、上流側からの流れ込みが大きくなる。したがって、燃料の流れとしては４０２Ｆに表示するようになることで剥離領域が大きくなり、ペネトが大きくなる。

シート面６０１の法線方向の線６０２と各噴射孔の中心軸との噴射孔角度が大きい場合、燃料が噴射孔の入口で剥離して、噴射孔内の燃料が剥離した逆側の面に偏って流れる。
例えば噴射孔５０１では、シート面の法線方向の線６０２と噴射孔４０１の中心軸４０１２とのなす角度が噴射孔角度６０４となり、燃料噴射装置２０４の取り付け上、他の噴射孔に対して大きいため、上記で説明した通り噴射孔間角度が均一角度の場合、弁体１１４の先端のボリューム６０５から流れてきた燃料が、噴射孔入口で噴射孔下流側壁面から剥離し、燃料がシート側の壁面側に沿って流れ、噴射孔出口での燃料噴霧の流速分布は不均一となり、噴射孔出口での噴射孔中心軸方向の速度ベクトルの最大値が大きくなる。

燃料の剥離によって、噴射孔内が燃料で満たされていない場合、実質的に噴射孔の内径が小さくなる効果に相当する。したがって、噴射孔から噴射される燃料の単位時間当たりの流量をＱｏ、噴射孔から噴射される燃料の流速をｖ_ｏ、噴射孔の断面積をＤ_ｏとすると、流速ｖ_ｏは式（１）の関係で求められる。

ｖ _ｏ＝Ｑｏ／Ｄｏ（１）
式（１）より、噴射孔径Ｄ_ｏが小さくなると、流速ｖ_ｏが大きくなる。その結果、噴霧の貫徹力が大きくなるため、燃料噴霧の到達距離（ペネトレーション）は長くなる。ペネトレーションが長くなることで、燃料噴霧の筒内壁面２１０、ピストン２０９、排気バルブ２１１への燃料付着が増加する。筒内壁面２１０やピストン２０９に付着した燃料は気化しにくいため、ＰＮが増加する場合がある。

とくに、噴射孔４０１は、上述で説明したとおりに、噴射孔角度６０４が大きくなるため、ペネトレーションが長くなり易く、筒内壁面２１０に付着し易い課題があった。

燃料の噴射が停止する直前と直後では弁体１１４と弁座１１８の間に形成される燃料通路を狭くなるため、流れが不安定となる。よって弁座に設けられている噴射孔への燃料流れ込が不安定となるため、噴射される燃料の粒子径が粗大となる。この粗大粒子を含む燃料が噴射されることで燃料は気化しにくいためＰＮが増加する場合がある。

次に、図９、１０を用いて本実施例の構成について説明する。図９は、図４とは反対側の方向（上流方向）からオリフィスカップ１１６を見た図である。図１０は図９のＹ軸に沿って弁体軸方向における断面図で上から第２噴射孔と第１噴射孔の断面図を示す。本実施例の燃料噴射装置２０４は、第１噴射孔９０１と、第２噴射孔９０２と、第３噴射孔９０３、第４噴射孔９０４、第５噴射孔９０５、第６噴射孔９０６を有している。ここで図１０に示すように燃料噴射装置２０４の中心軸２０１と第１噴射孔９０１の噴射孔軸９０１２との交差角度θ９０１は中心軸２０１と第２噴射孔９０２の噴射孔軸９０２２との交差角度θ９０２よりも小さくなる。なお、交差角度θ９０２は図示していないその他の噴射孔（９０３、９０４、９０５、９０６）の噴射孔軸（９０３２、９０４２、９０５２、９０６２）と中心軸２０１との交差角度（θ９０３、θ９０４、θ９０５、θ９０６）噴射孔角度θは、第４の噴射孔９０４よりもその他の噴射孔の方が大きくなるよう構成する。

図７では、交差角度θ４０１が他に比べて小さく、下流側（サック室から流入する流れ）の流速が支配的になる。その結果、下流側（サック室）内からの流れ込みが大きくなり、後ダレが発生する。

本実施例１による構成によれば、噴射孔角度θが大きい第２噴射孔９０２のＰ．Ｃ．Ｄ．（pitch circle diameter）９１１を他の噴射孔のＰ．Ｃ．Ｄ．９１２、９１３より小さくする。なお、Ｐ．Ｃ．Ｄ．は図９のように弁体軸方向の上流側から見て、オリフィスカップ（噴射孔形成部）の中心９１４から各噴射孔（９０１−９０６）の入口面（９０１Ｅ−９０６Ｅ）の中心（９０１Ｃ−９０６Ｃ）までの距離で定義される。これによりオリフィスカップの中心９１４に対して燃料の流れ込み入口から見た噴射孔入口９０２Ｅの中心９０２Ｃまでの距離を他の噴射孔（９０１、９０３−９０６）における対応する距離よりも小さくできる。よって図８で示したような流速が大きくなる噴射孔入口９０２のシート部近傍部をシート部（上流側）から離し、先端のボリューム６０５内からの流れの影響を受けやすくすることが可能となる。

その結果、図５の構成にくらべてシート部からの流れの影響を小さくでき、噴射孔入口での剥離を低減し、噴射孔の出口面での流速を抑制可能となる。

また図８では、交差角度θ４０２が他に比べて大きく、上流側の流速が支配的になる。
その結果、剥離領域が大きくなり、ペネトが大きくなる。本実施例による構成によれば、上述したように先端のボリューム６０５からの流れやすさが改善されるため、噴射孔入口の流れ込みが安定する。

また、中心軸２０１との噴射孔軸の交差角度の小さい第１噴射孔９０１の噴射孔入口面９０１ＥのＰ．Ｃ．Ｄ．９１３を他の噴射孔（９０２−９０６）のＰ．Ｃ．Ｄ．９１１、９１２より大きくする。つまりオリフィスカップの中心９１４に対して燃料の流れ込み入口から見た噴射孔入口面９０１Ｅの中心９０１Ｃまでの距離を他の噴射孔（９０２−９０６）の対応する距離よりも大きくする。これにより噴射孔入口９０２の先端側部（下流側部）を先端のボリューム６０５の側から離すことができ、シート部からの流れを受けやすくすることが可能となる。その結果、図５の構成に比べて先端のボリューム６０５からの流れの影響を小さくでき噴射孔入口での剥離を低減し、噴射孔の噴射孔出口面の出口面での流速を抑制可能となる。これにより同様に噴射孔出口での流れが安定する。

燃料の流れ込み入口から見て、つまり図９のように弁体軸上流方向から見て、それ以外の噴射孔（９０３−９０６）は、第２噴射孔９０２の噴射孔入口面９０２Ｅの中心９０２とオリフィスカップの中心９１４までの距離（Ｐ．Ｃ．Ｄ９１１）と第１噴射孔９０１の噴射孔入口面９０１Ｅの中心９０１とオリフィスカップの中心９１４までの距離（Ｐ．Ｃ．Ｄ９１３）との間のＰ．Ｃ．Ｄ９１２となるように、それぞれの噴射孔入口面（９０３Ｅ、９０４Ｅ、９０５Ｅ、９０６Ｅ）が形成される。

また、それぞれの噴射孔（９０１、９０２、９０３、９０４、９０５、９０６）の噴射孔軸（９０１２、９０２２、９０３２、９０４２、９０５２、９０６２）と中心軸２０１との交差角度（θ９０１、θ９０２、θ９０３、θ９０４、θ９０５、θ９０６）が大きいほど、上記のようにＰ．Ｃ．Ｄを小さく設定する。これにより、他の噴射孔に対しても噴射孔入口の流れ込みを安定することが可能となる。

また、噴射孔のオリフィスカップの中心９１４に対して燃料の流れ込み入口から見た噴射孔中心までの距離を変更することによって噴射孔間の距離が各噴射孔で変化する。このため、噴射孔間の距離の最適化が必要となる。

隣接する第２噴射孔９０２と第６噴射孔９０６とで形成される直線９０２Ｌと９０６Ｌとの交差角度θ２６と、隣接する第４噴射孔９０４と第２噴射孔９０２とで形成される直線９０４Ｌと９０２Ｌとの交差角度θ４２とは均一角度にて配置されている。一方で、隣接する第１噴射孔９０１と第５噴射孔９０５とで形成される直線９０１Ｌと９０５Ｌとの交差角度θ５１と、隣接する第１噴射孔９０１と第３噴射孔９０３とで形成される直線９０１Ｌと９０３Ｌとの交差角度θ１３とは均一角度にて配置されている。ここで、交差角度θ２６及び交差角度θ４２は交差角度θ５１及び交差角度θ１３に対して小さくなるように設定されると良い。

このように交差角度θ２６及び交差角度θ４２を小さくすることで、第２噴射孔９０２と第６噴射孔９０６、及び第２噴射孔９０２と第４噴射孔９０４の噴射孔間の距離が小さくなる。噴射孔間の距離が小さくなることで噴射孔入口に流れ込む流体がお互いの噴射孔に対して干渉しやすくなるため、流れ込みにくくなる。よってシート部上流側１００１からの流速が小さくなり、結果としてペネトレーションが抑制でき、ＰＮ低減が可能となる。また先端のボリューム６０５側からの流れ込が安定するため、粗大粒子発生を抑制できる。

なお、本実施例において噴射孔間の距離は、噴射孔上流側１００１と噴射孔内での流体抵抗に依存するため、互いの噴射孔（９０１−９０６）の入口面（９０１Ｅ−９０６Ｅ）の中心（９０１Ｃ−９０６Ｃ）を接続した直線の長さと定義する。

また第１噴射孔９０１と第５噴射孔９０５とで形成される直線９０１Ｌと９０５Ｌとの交差角度θ５１、及び第１噴射孔９０１と第３噴射孔９０３とで形成される直線９０１Ｌと９０３Ｌとの交差角度θ１３が他の噴射孔同士でなす交差角度（θ６５、θ２６、θ４２、θ３４）の何れよりも大きくなるように構成することが望ましい。このように三つの噴射孔中心（９０１Ｃ、９０３Ｃ、９０５Ｃ）と中心９１４がなす交差角度（θ５１、θ１３）を大きくすることで噴射孔間の距離を大きくできる。噴射孔間の距離が大きくなることで噴射孔入口に流れ込む流体が他の噴射孔の干渉を受けにくくなるため、流れ込みやすくなる。このため、噴射孔下流側１００２からの流速が小さくなり、噴射孔上流１００１が安定するため、ペネトレーションが抑制でき、ＰＮ低減が可能となる。

以上のように本実施例の燃料噴射装置は、弁体１１４と弁体１１４の先端側において燃料を噴射する複数の噴射孔（９０１−９０６）が形成された噴射孔形成部（オリフィスカップ）とを備えた。そして噴射孔形成部には、噴射孔形成部の中心軸線２０１と第１噴射孔軸線９０１２との交差角度がθ１（θ９０１）となる第１噴射孔９０１と、噴射孔形成部の中心軸線２０１と第２噴射孔軸線９０２２との交差角度がθ１（θ９０１）よりも大きいθ２（θ９０２）となる第２噴射孔９０２と、が形成される。そして、噴射孔形成部の中心軸線２０１から第１噴射孔９０１の第１入口面中心９０１Ｃとの第１最短距離が噴射孔形成部の中心軸線２０１から第２噴射孔９０２の第２入口面中心９０２Ｃとの第２最短距離よりも大きくなるように第１噴射孔９０１及び第２噴射孔９０２が形成される。ここで最短距離とは図面９の中心９１４とそれぞれの噴射孔の中心との距離のことで水平方向に形成される。そして、第１噴射孔９０１の第１噴射孔軸線９０１２のうち第１出口面から先の第１直線が、第２噴射孔９０２の第２噴射孔軸線９０２２のうち第２出口面から先の第２直線と交わらないように形成される。つまりそれぞれの噴射孔出口から先において互いに交わらないように構成される。

第１噴射孔９０１の第１入口面中心９０１Ｃと第１噴射孔９０１の外周方向において隣に配置された噴射孔（９０３、又は９０５）の入口面中心（９０３Ｃ、又は９０５Ｃ）との距離Ｌ１が、第２噴射孔９０２の第２入口面中心９０２Ｃと第２噴射孔の外周方向において隣に配置された噴射孔（９０４、又は９０６）の入口面中心（９０４Ｃ、又は９０６Ｃ）との距離Ｌ２よりも大きくなるようにこれらの複数の噴射孔（９０１−９０６）が形成される。

また、第１噴射孔９０１の第１入口面中心９０１Ｃと噴射孔形成部の中心９１４とを結ぶ直線９０１Ｌと、第１噴射孔９０１の外周方向において隣に配置された噴射孔（９０３、又は９０５）の入口面中心（９０３Ｃ、又は９０５Ｃ）と噴射孔形成部の中心９１４とを結ぶ直線（９０３Ｌ、又は９０５Ｌ）との交差角度β１（θ１３、又はθ５１）が、第２噴射孔９０２の第２入口面中心９０２Ｃと噴射孔形成部の中心９１４とを結ぶ直線９０２Ｌと、第２噴射孔９０２の外周方向において隣に配置された噴射孔（９０４、又は９０６）の入口面中心（９０４Ｃ、又は９０６Ｃ）と噴射孔形成部の中心９１４とを結ぶ直線（９０４Ｌ、又は９０６Ｌ）との交差角度β２（θ２６、又はθ４２）よりも大きくなるように複数の噴射孔が形成された。

また第１噴射孔９０１の第１噴射孔軸線９０１２のうち第１出口面から先の第１直線が、第２噴射孔９０２の第２噴射孔軸線９０２２のうち第２出口面から先の第２直線と交わらないように形成されることが望ましい。また第１噴射孔９０１の上記した交差角度θ１（θ９０１）は、その他の複数の噴射孔（９０２−９０６）の噴射孔軸線（９０２２―９０６２）と噴射孔形成部の中心軸線２０１との交差角度（θ９０２−θ９０６）に対して最も小さくなるように構成されることが望ましい。

第１噴射孔９０１及び第２噴射孔９０２は噴射孔形成部を中心軸線方向（２０１）から見て径方向外側に配置され、噴射孔形成部の中心９１４を基準としてほぼ対称の位置に配置された。また当該燃料噴射装置２０４がエンジンに取り付けられた状態において複数の噴射孔（９０１−９０６）のうち第１噴射孔９０１が最も点火プラグ２０３の先端部を指向するように配置された。また噴射孔形成部には、噴射孔形成部の中心軸線２０１と第３噴射孔軸線９０３２との交差角度θ９０３がθ１（θ９０１）よりも大きくθ２（θ９０２）よりも小さいθ３（θ９０３）となる第３噴射孔９０３が形成される。そして、噴射孔形成部の中心軸線２０１から第３噴射孔９０３の第３入口面中心９０３Ｃとの第３最短距離が上記第１最短距離より小さく上記第２最短距離よりも大きくなるように第１噴射孔９０１、第２噴射孔９０２及び第３噴射孔９０３が形成されることが望ましい。

また第３噴射孔９０３の第３噴射孔軸線９０３２のうち第３出口面から先の第３直線が、第１噴射孔９０１の第１噴射孔軸線９０１２のうち第１出口面から先の第１直線、及び第２噴射孔９０２の第２噴射孔軸線９０２２のうち第２出口面から先の第２直線の何れとも交わらないように形成されることが望ましい。

また、第１噴射孔９０１及び第２噴射孔（９０３、又は９０５）が噴射孔形成部を中心軸線方向から見て径方向外側に配置され、外周方向に沿って並んで配置されるように構成される。この場合、噴射孔形成部には、噴射孔形成部を中心軸線方向から見て第１噴射孔９０１に対して第２噴射孔（９０３、又は９０５）と反対側に配置され、かつ、噴射孔形成部の中心軸線２０１と第３噴射孔軸線（９０４２、又は９０６２）との交差角度（θ９０４、又はθ９０６）がθ１（θ９０１）よりも大きいθ３（θ９０４、又はθ９０６）となる第３噴射孔（９０４、又は９０６）が形成される。そして、第３噴射孔（９０４、又は９０６）の第３噴射孔軸線（９０４２、又は９０６２）のうち第３出口面から先の第３直線が、上記第１直線（９０１の第１直線）及び第２直線（９０３、又は９０５の第３直線、又は第５直線）と交わらないように形成されることが望ましい。なお、この場合、交差角度θ２（θ９０３、又はθ９０５）と交差角度θ３（θ９０４、又はθ９０６）とは同一であることが望ましい。

また第１噴射孔９０１、第２噴射孔（９０３、又は９０５）、及び第３噴射孔（９０４、又は９０６）は噴射孔形成部を中心軸線方向から見て径方向外側に配置され、外周方向に沿って第２噴射孔（９０３、又は９０５）、第１噴射孔９０１、第３噴射孔（９０４、又は９０６）の順番に並んで配置される。

このような構成によって、弁体のシート側から流れる燃料が支配的となる噴射孔角度θに対してオリフィスカップの中心から噴射孔までに形成される弁体と弁座の隙間より流れる燃料の影響を強くすることで噴射孔出口の燃料流速を均一化しペネトレーションを短くすることが可能となる。またオリフィスカップの中心から噴射孔までに形成される弁体と弁座の隙間より流れる燃料が支配的となる変更角度θに対しては弁体のシート側から流れる燃料の影響を強くすることで噴射孔出口の燃料流速を均一化しペネトレーションを短くすることが可能となる。また流れ込によってオリフィスカップの中心に対して燃料の流れ込み入口から見た噴射孔中心までの距離を変更することで噴射停止時の燃料流れ込を安定化させることで早大粒子を低減することが可能となる。その結果、燃料の筒内壁面への付着と、燃料の微粒化によってＰＮ低減が可能となる。

図１１を用いて本発明に係る第二の実施例について説明する。図１１は本実施例におけるオリフィスカップ１１６の燃料入口側から見た噴射孔配置の拡大図である。

本実施例と実施例１との差異は、噴射孔角度θが最小となる噴射孔をそれぞれ複数有する点にある。噴射孔角度θが最小となる噴射孔同士１１０９、１１１０とオリフィスカップの中心９１４のなす角度は小さくする。これにより、噴射孔同士の干渉が増大するため、噴射孔下流側１００２から流れ込む流量が大きくなり、流速が大きくなる。よって噴射孔上流側１００１の流れ込によって発生する発生する剥離が減少するためペネトレーションを抑制できる。また噴射孔角度θが最大となる少なくとも１つ以上、ここでは第２の噴射孔１１０８と第５の噴射孔１１１１とオリフィスカップの中心９１４とその隣り合う噴射孔とがなす角度は大きくする。これにより噴射孔同士の干渉が減衰するため、噴射孔下流側１００２から流れ込む流量が小さくなり、流速が小さくなる。よって噴射孔下流側１００２の流れ込によって発生する発生する剥離が減少するためペネトレーションを抑制できる。

図１２を用いて本発明に係る第２の実施例について説明する。図は実施例２におけるオリフィスカップ１１６の燃料入口側から見た噴射孔配置の拡大図である
実施例３における実施例１との差異は、異孔径が構成されている点にある。図１２の様に径が最大となる噴射孔１２０２と１２０６に対しては噴射孔とオリフィスカップ中心点９１４がなす角度が大きくなるようにする。また径が最小となる噴射孔１２０４に対してはその逆に角度が小さくなるようにする。この構成とすることで上記のペネトレーションと粗大粒径を抑制する他に噴射孔入口に流れ込む流量を調整する事で狙いの流量分配を設計することが可能となる。

図１３を用いて本発明に係る第二の実施例について説明する。図１３は本実施例におけるオリフィスカップ１１６の燃料入口側から見た噴射孔配置の拡大図である
実施例４における実施例１との差異は、隣り合う第１の噴射孔１３０１と第６の噴射孔１３０６によってＹ軸上３０４に存在する噴霧Ｄ１とＤ４を狙う構成とされている点にある。第１の噴射孔１３０１と第６の噴射孔１３０６とオリフィスカップの中心９１４がなす角度は小さくする。その他の噴射孔に対しては狙いの流量分配率に応じて流量を大きくしたい噴射孔は噴射孔と中心点がなす角度が大きくなるようにし、流量を小さくしたい噴射孔は噴射孔とオリフィスカップの中心９１４がなす角度が小さくなるように構成する。
流量を小さくしたい噴射孔と流量を大きくしたい噴射孔が隣り合う場合、流量を大きくしたい噴射孔のもう片方側との噴射孔と中心点がなす角度が大きくなるようにし、流量を小さくしたい噴射孔をその逆となるように構成する。これにより上記記載のペネトレーションと粗大粒径を抑制する他に噴射孔入口に流れ込む流量を調整することで狙いの流量分配を設計することが可能となる。

１１６…オリフィスカップ、９０１−９０６…第１噴射孔−第６噴射孔、９０１２−９０６２…第１噴射孔軸−第６噴射孔軸。

Claims

弁体と前記弁体の先端側において燃料を噴射する複数の噴射孔が形成された噴射孔形成部とを備えた燃料噴射装置において、
前記噴射孔形成部には、前記噴射孔形成部の中心軸線と第１噴射孔軸線との交差角度がθ１となる第１噴射孔と、前記噴射孔形成部の前記中心軸線と第２噴射孔軸線との交差角度が前記θ１よりも大きいθ２となる第２噴射孔と、が形成され、
前記噴射孔形成部の中心軸線から前記第１噴射孔の第１入口面中心との第１最短距離が前記噴射孔形成部の中心軸線から前記第２噴射孔の第２入口面中心との第２最短距離よりも大きくなるように前記第１噴射孔及び前記第２噴射孔が形成され、かつ、
前記第１噴射孔の前記第１噴射孔軸線のうち第１出口面から先の第１直線が、前記第２噴射孔の前記第２噴射孔軸線のうち第２出口面から先の第２直線と交わらないように形成され、
前記噴射孔形成部には、前記噴射孔形成部の前記中心軸線と第３噴射孔軸線との交差角度が前記θ１よりも大きく前記θ２よりも小さいθ３となる第３噴射孔が形成され、
前記噴射孔形成部の中心軸線から前記第３噴射孔の第３入口面中心との第３最短距離が前記第１最短距離より小さく前記第２最短距離よりも大きくなるように前記第１噴射孔、前記第２噴射孔及び前記第３噴射孔が形成された燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記第３噴射孔の前記第３噴射孔軸線のうち第３出口面から先の第３直線が、前記第１噴射孔の前記第１噴射孔軸線のうち第１出口面から先の第１直線、及び前記第２噴射孔の前記第２噴射孔軸線のうち第２出口面から先の第２直線の何れとも交わらないように形成された燃料噴射装置。
弁体と前記弁体の先端側において燃料を噴射する複数の噴射孔が形成された噴射孔形成部とを備えた燃料噴射装置において、
前記噴射孔形成部には、前記噴射孔形成部の中心軸線と第１噴射孔軸線との交差角度がθ１となる第１噴射孔と、前記噴射孔形成部の前記中心軸線と第２噴射孔軸線との交差角度が前記θ１よりも大きいθ２となる第２噴射孔と、が形成され、
前記第１噴射孔の第１入口面中心と前記噴射孔形成部の中心とを結ぶ直線と、前記第１噴射孔の外周方向において前記噴射孔形成部の中心軸線まわりの角度位置が隣に配置された噴射孔の入口面中心と前記噴射孔形成部の中心とを結ぶ直線との交差角度β１が、前記第２噴射孔の第２入口面中心と前記噴射孔形成部の中心とを結ぶ直線と、前記第２噴射孔の外周方向において前記噴射孔形成部の中心軸線まわりの角度位置が隣に配置された噴射孔の入口面中心と前記噴射孔形成部の中心とを結ぶ直線との交差角度β２よりも大きくなるように前記複数の噴射孔が形成された燃料噴射装置。
請求項３に記載の燃料噴射装置において、
前記第１噴射孔の前記第１噴射孔軸線のうち第１出口面から先の第１直線が、前記第２噴射孔の前記第２噴射孔軸線のうち第２出口面から先の第２直線と交わらないように形成された燃料噴射装置。
請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料噴射装置において、
前記第１噴射孔の前記交差角度θ１は、その他の複数の噴射孔の噴射孔軸線と前記噴射孔形成部の前記中心軸線との交差角度に対して最も小さくなるように構成された燃料噴射装置。
請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料噴射装置において、
前記第１噴射孔及び前記第２噴射孔は前記噴射孔形成部を中心軸線方向から見て径方向外側に配置され、前記噴射孔形成部の中心を基準としてほぼ対称の位置に配置された燃料噴射装置。
請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料噴射装置において、
当該燃料噴射装置がエンジンに取り付けられた状態において前記複数の噴射孔のうち前記第１噴射孔が最も点火プラグの先端部を指向するように配置された燃料噴射装置。
請求項１〜４の何れか一項に記載の燃料噴射装置において、
前記第１噴射孔及び前記第２噴射孔は前記噴射孔形成部を中心軸線方向から見て径方向外側に配置され、外周方向において前記噴射孔形成部の中心軸線まわりに配置された燃料噴射装置。
弁体と前記弁体の先端側において燃料を噴射する複数の噴射孔が形成された噴射孔形成部とを備えた燃料噴射装置において、
前記噴射孔形成部には、前記噴射孔形成部の中心軸線と第１噴射孔軸線との交差角度がθ１となる第１噴射孔と、前記噴射孔形成部の前記中心軸線と第２噴射孔軸線との交差角度が前記θ１よりも大きいθ２となる第２噴射孔と、が形成され、
前記噴射孔形成部の中心軸線から前記第１噴射孔の第１入口面中心との第１最短距離が前記噴射孔形成部の中心軸線から前記第２噴射孔の第２入口面中心との第２最短距離よりも大きくなるように前記第１噴射孔及び前記第２噴射孔が形成され、かつ、
前記第１噴射孔の前記第１噴射孔軸線のうち第１出口面から先の第１直線が、前記第２噴射孔の前記第２噴射孔軸線のうち第２出口面から先の第２直線と交わらないように形成され、
前記第１噴射孔及び前記第２噴射孔は前記噴射孔形成部を中心軸線方向から見て径方向外側に配置され、
前記噴射孔形成部には、前記噴射孔形成部の前記中心軸線と第３噴射孔軸線との交差角度が前記θ１よりも大きく前記θ２とは異なるθ３となる第３噴射孔が形成され、
前記第３噴射孔の前記第３噴射孔軸線のうち第３出口面から先の第３直線が、前記第１直線及び前記第２直線と交わらないように形成された燃料噴射装置。
弁体と前記弁体の先端側において燃料を噴射する複数の噴射孔が形成された噴射孔形成部とを備えた燃料噴射装置において、
前記噴射孔形成部には、前記噴射孔形成部の中心軸線と第１噴射孔軸線との交差角度がθ１となる第１噴射孔と、前記噴射孔形成部の前記中心軸線と第２噴射孔軸線との交差角度が前記θ１よりも大きいθ２となる第２噴射孔と、が形成され、
前記第１噴射孔の第１入口面中心と前記第１噴射孔の外周方向において前記噴射孔形成部の中心軸線まわりの角度位置が隣に配置された噴射孔の入口面中心との距離Ｌ１が、前記第２噴射孔の第２入口面中心と前記第２噴射孔の外周方向において前記噴射孔形成部の中心軸線まわりの角度位置が隣に配置された噴射孔の入口面中心との距離Ｌ２よりも大きくなるように前記複数の噴射孔が形成され、
前記第１噴射孔及び前記第２噴射孔は前記噴射孔形成部を中心軸線方向から見て径方向外側に配置され、
前記噴射孔形成部には、前記噴射孔形成部の前記中心軸線と第３噴射孔軸線との交差角度が前記θ１よりも大きく前記θ２とは異なるθ３となる第３噴射孔が形成され、
前記第３噴射孔の前記第３噴射孔軸線のうち第３出口面から先の第３直線が、前記第１噴射孔の前記第１噴射孔軸線のうち第１出口面から先の第１直線、及び前記第２噴射孔の前記第２噴射孔軸線のうち第２出口面から先の第２直線と交わらないように形成された燃料噴射装置。
弁体と前記弁体の先端側において燃料を噴射する複数の噴射孔が形成された噴射孔形成部とを備えた燃料噴射装置において、
前記噴射孔形成部には、前記噴射孔形成部の中心軸線と第１噴射孔軸線との交差角度がθ１となる第１噴射孔と、前記噴射孔形成部の前記中心軸線と第２噴射孔軸線との交差角度が前記θ１よりも大きいθ２となる第２噴射孔と、が形成され、
前記第１噴射孔の第１入口面中心と前記噴射孔形成部の中心とを結ぶ直線と、前記第１噴射孔の外周方向において前記噴射孔形成部の中心軸線まわりの角度位置が隣に配置された噴射孔の入口面中心と前記噴射孔形成部の中心とを結ぶ直線との交差角度β１が、前記第２噴射孔の第２入口面中心と前記噴射孔形成部の中心とを結ぶ直線と、前記第２噴射孔の外周方向において前記噴射孔形成部の中心軸線まわりの角度位置が隣に配置された噴射孔の入口面中心と前記噴射孔形成部の中心とを結ぶ直線との交差角度β２よりも大きくなるように前記複数の噴射孔が形成され、
前記第１噴射孔及び前記第２噴射孔は前記噴射孔形成部を中心軸線方向から見て径方向外側に配置され、
前記噴射孔形成部には、前記噴射孔形成部の前記中心軸線と第３噴射孔軸線との交差角度が前記θ１よりも大きいθ３となる第３噴射孔が形成され、
前記第３噴射孔の前記第３噴射孔軸線のうち第３出口面から先の第３直線が、前記第１噴射孔の前記第１噴射孔軸線のうち第１出口面から先の第１直線、及び前記第２噴射孔の前記第２噴射孔軸線のうち第２出口面から先の第２直線と交わらないように形成された燃料噴射装置。
請求項１１に記載の燃料噴射装置において、
交差角度θ２と交差角度θ３とは同一である燃料噴射装置。
請求項９〜１１の何れか一項に記載の燃料噴射装置において、
前記第１噴射孔、前記第２噴射孔、及び前記第３噴射孔は前記噴射孔形成部を中心軸線方向から見て径方向外側に配置され、外周方向において前記噴射孔形成部の中心軸線まわりに前記第２噴射孔、前記第１噴射孔、前記第３噴射孔の順番に配置された燃料噴射装置。