JP7031020B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本願は、燃料噴射装置に関するものである。

近年、自動車に搭載される内燃機関に対する排出ガス規制が強化されており、その一環として、内燃機関の燃料噴射装置から噴射される燃料噴霧の微粒化が求められており、旋回流れを利用して微粒化を図る方式に関して様々な検討がなされている。

特許文献１に開示された従来の燃料噴射装置は、内燃機関制御モジュールからの制御信号に応答して可動する弁体と、この弁体が着座又は離反する弁座と、燃料の流通方向に対する弁座の下流側の直近に設置された燃料噴射器用ノズルとを備え、燃料噴射器用ノズルには、中心部で互いに連通する複数の溝形の流路と、各々の流路の下流側に連通する複数の渦流室とが設けられ、各渦流室には、燃料を噴出させる噴孔が設けられている。

特許文献１に開示された従来の燃料噴射装置によれば、弁座から燃料噴射用ノズルの中央部に流れ込んだ燃料は、複数の溝形の流路に均等に流れ込み、その流路で整流化されて渦流室に流入し、旋回流を生じながら噴孔へ流れ込む。噴孔に流れ込んだ燃料は、噴孔の内部においても旋回流が保たれ、噴孔の内壁に沿った薄い液膜を形成する。噴孔の内壁に形成された薄い液膜は、噴孔から中空円錐状に内燃機関の燃焼室内に噴射されることで微粒化され、燃料の微粒化が促進される。

特開２００２－９８０２８号公報

近年、内燃機関の吸気ポート内で燃料の噴射を行う方式において、燃費改善を目的として、内燃機関の吸気行程で燃料の噴射を行うケースが増えている。周知のように、吸気行程での燃料の噴射は、吸気弁が開弁した状態で燃料噴射を行い、燃料噴霧を内燃機関の燃焼室内に直接流入させ、燃焼室内での気化冷却効果を高めて耐ノック性を向上させ、内燃機関の圧縮比を増加させることで、燃費改善を可能にする手法である。

前述の特許文献１に開示された従来の燃料噴射装置は、燃料噴霧の微粒化性能は良好であるが燃料噴霧の貫徹力（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）が小さいため、内燃機関の吸気行程での燃料噴射時に吸気ポート内に生じる吸気流の影響で、燃料噴霧が吸気ポートの天井部側に流されて燃料噴霧の一部分が吸気ポートの天井部の内壁面に付着し、燃焼室内への燃料噴霧の流入量が少なくなることがある。このため、燃焼室内の気化冷却効果が不十分となり、耐ノック性が向上させることができず、内燃機関の圧縮比を増加することができないので、十分な燃費改善効果を得ることができないという課題があった。

また、前述の従来の燃料噴射装置には、吸気弁が閉弁した状態で燃料噴射する排気行程噴射の場合であっても、多気筒の内燃機関の各吸気ポート間に発生する吸気脈動の影響、及び噴射量が多く噴射期間が長い場合等に於いて、排気行程で必要量の燃料を噴射しきれずに燃料噴射動作の後半が吸気行程に移行してしまい、吸気流の影響を受けて燃料噴霧が吸気ポートの天井部に流されて吸気ポートの天井部の内壁への付着が生じ易くなり、燃費の改善が阻害されるという課題があった。

本願は、前述のような従来の燃料噴射装置に於ける課題を解消するためになされたものであり、吸気ポートの内壁への燃料の付着を低減させて燃費の改善を促進させることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本願による燃料噴射装置は、
弁座を開閉するための弁体を有し、制御装置より動作信号を受けて前記弁体を動作させることにより、燃料が前記弁体と弁座シート部の間を通過後、弁座下流側の弁座開口部に装着された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から噴射される燃料噴射装置であって、
前記噴孔プレートの上流側端面には、前記弁座開口部の径方向外側に複数配置され、燃料に旋回力を付与する旋回室と、前記弁座開口部から中央部に燃料を流入し、端部に接合される前記旋回室に燃料を流出する燃料通路を有し、前記旋回室に開口し燃料を外部へ噴射する前記噴孔を備えており、
前記弁座開口部の中心軸方向に上流側から前記噴孔プレートの上流側端面を見た場合、複数の前記旋回室および前記噴孔は、前記燃料通路の中心に対して点対称に配置され、前記燃料通路の中心軸が前記弁座開口部の中心に対してオフセットしており、
前記複数の噴孔のうち、少なくとも１つの噴孔は前記燃料通路の中心軸に対して前記弁座開口部の中心側にオフセットして設けられ、かつ、少なくとも１つの噴孔は前記燃料通路の中心軸に対して前記弁座開口部の中心の反対側にオフセットして設けられている、
ことを特徴とする。

本願による燃料噴射装置は、弁座を開閉するための弁体を有し、制御装置より動作信号を受けて前記弁体を動作させることにより、燃料が前記弁体と弁座シート部の間を通過後、弁座下流側の弁座開口部に装着された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から噴射される燃料噴射装置であって、前記噴孔プレートの上流側端面には、前記弁座開口部の径方向外側に複数配置され、燃料に旋回力を付与する旋回室と、前記弁座開口部から中央部に燃料を流入し、端部に接合される前記旋回室に燃料を流出する燃料通路を有し、前記旋回室に開口し燃料を外部へ噴射する前記噴孔を備えており、前記弁座開口部の中心軸方向に上流側から前記噴孔プレートの上流側端面を見た場合、複数の前記旋回室および前記噴孔は、前記燃料通路の中心に対して点対称に配置され、前記燃料通路の中心軸が前記弁座開口部の中心に対してオフセットしており、前記複数の噴孔のうち、少なくとも１つの噴孔は前記燃料通路の中心軸に対して前記弁座開口部の中心側にオフセットして設けられ、かつ、少なくとも１つの噴孔は前記燃料通路の中心軸に対して前記弁座開口部の中心の反対側にオフセットして設けられているので、吸気ポート壁への燃料の付着を低減させて燃費の改善を促進し得る燃料噴射装置を提供することができる。

実施の形態１による燃料噴射装置の縦断面図である。 実施の形態１による燃料噴射装置の一部分の縦断面図である。 図２のＡ－Ａ線に沿う断面を矢印方向から視た横断面図である。 実施の形態１による燃料噴射装置の噴孔プレートの上流側端面の説明図である。 実施の形態２による燃料噴射装置の噴孔プレートの上流側端面の説明図である。 実施の形態３による燃料噴射装置の一部分の縦断面図である。 図６のＢ－Ｂ線に沿う断面を矢印方向から視た横断面図である。 実施の形態３による燃料噴射装置の噴孔プレートの上流側端面を示す説明図である。 実施の形態４による燃料噴射装置を内燃機関の吸気ポートに設置した場合の説明図である。 図９のＣ－Ｃ線に沿う断面を矢印方向から視た実施の形態４による燃料噴射装置の噴孔プレートの上流側端面の説明図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による燃料噴射装置の縦断面図、図２は、実施の形態１による燃料噴射装置の一部分の縦断面図、図３は、図２のＡ－Ａ線に沿う断面を矢印方向から視た横断面図である。図１、図２、及び図３に於いて、燃料噴射装置１は、ソレノイド装置４と、弁装置９とにより構成されている。ソレノイド装置４は、軸方向の両端部に鍔部を備えた樹脂製の枠体７１と、枠体７１の外周部に巻回されたコイル７と、コイル７の外周部に配置されたヨークとしての金属製のハウジング５と、枠体７１の内周面とハウジング５の内周面に挿入された金属製の固定鉄心としてのコア６と、コイル７と枠体７１とコア６とハウジング５を内部に埋設した樹脂製の絶縁外被４１とにより構成されている。

弁装置９は、弁体１０と、磁性体である金属により構成されたアマチュア８と、弁座１２と、弁ホルダ１１と、噴孔プレート１３とを備えている。弁ホルダ１１は、コア６の軸方向の一端部の外周部に軸方向一端部が圧入された後、コア６に溶接により固定されている。弁ホルダ１１は、軸方向の一端部側の内周面に、内周面から突出する環状のガイド部１１ａを備えている。アマチュア８は、弁体１０の軸方向の一端部に圧入された後、弁体１０に溶接により固定されている。アマチュア８は、弁ホルダ１１のガイド部１１ａにより軸方向に摺動自在に支持されており、後述するようにコア６に吸引されたとき、軸方向に摺動してアマチュア８の端面８ａがコア６の端面に当接する。ボール１５は、弁体１０の軸方向の他端部に溶接により固定されており、複数の面取りにより形成された平坦面１５ａを備えている。

弁座１２は、軸方向の一端部が開放され、他端部が端壁部１２１により閉塞された中空の円筒形に形成されている。弁座１２の内部には、弁体１０の軸方向の他端部に溶接により固定された前述のボール１５が軸方向に移動可能に配置されている。弁座１２の端壁部１２１の内面には、ボール１５が着座する環状のシート部１２ａが形成されている。また、弁座１２の端壁部１２１の中央部には、端壁部１２１を貫通する弁座開口部１２ｂが設けられている。弁座開口部１２ｂは、弁座１２のシート部１２ａにボール１５が着座することにより閉塞され、シート部１２ａからボール１５が離反することにより閉塞から解放されて弁座１２の内部と外部とを連通させる。

皿状に形成された噴孔プレート１３は、その上流側端面が弁座１２の下流側に溶接により固定されている。溶接部５０はその溶接個所を示す。弁座１２の周縁部と噴孔プレート１３の周縁部は、弁ホルダ１１の軸方向の他端部の内周部に当接して固定されている。

図３に示すように、噴孔プレート１３には、第１の旋回室１８ａと、第２の旋回室１８ｂと、第１の旋回室１８ａと第２の旋回室１８ｂとに接続された燃料通路１７と、噴孔プレート１３をその板厚方向に貫通する第１の噴孔１４ａと、第２の噴孔１４ｂと、が設けられている。第１の旋回室１８ａと第２の旋回室１８ｂと燃料通路１７は、噴孔プレート１３の上流側端面を窪ませることにより形成されており、夫々の底面が実質的に同一平面をなして連続するように構成されている。噴孔プレート１３の構成の詳細については、後述する。

第１の噴孔１４ａは第１の旋回室１８ａの中央部に形成され、第２の噴孔１４ｂは第２の旋回室１８ｂの中央部に形成されている。噴孔プレート１３の中心１３ｃと、弁座１２の弁座開口部１２ｂの中心１２ｃは、燃料噴射装置１の中心軸Ｘ上に位置している。コア６の内部に挿入された圧縮バネ１６は、一端部がコア６に固定され、他端部が弁体１０の軸方向の一端部に当接しており、弁体１０を常に弁座１２の方向に押圧している。

次に、実施の形態１による燃料噴射装置の動作について説明する。内燃機関の制御装置（図示せず）から燃料噴射装置１の駆動回路（図示せず）に動作信号が送られると、燃料噴射装置１のコイル7に電流が流され、アマチュア８、コア６、ハウジング５、弁ホルダ１１で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア８が圧縮バネ１６の押圧力に抗してコア６側へ吸引されて移動する。アマチュア８がコア６側へ吸引されて移動することで、アマチュア８に固定されている弁体１０のボール１５は、弁座１２のシート部１２ａから離反し、弁座開口部１２ｂがボール１５による閉塞から解放される。

弁座開口部１２ｂがボール１５による閉塞から解放されると、弁ホルダ１１の内部に満たされている高圧の燃料は、弁体１０のボール１５の平坦面１５ａと弁座１２の内周面との間の間隙と、弁座１２のシート部１２ａとボール１５の外周面との間の間隙と、弁座開口部１２ｂと、を介して噴孔プレート１３の燃料通路１７の中央部に流入する。燃料通路１７の中央部に流入した燃料は、燃料通路１７の中央部から分流して第１の旋回室１８ａと第２の旋回室１８ｂに流入し、第１の旋回室１８ａから第１の噴孔１４ａを介して内燃機関の吸気ポート内に噴射され、同時に、第２の旋回室１８ｂから第２の噴孔１４ｂを介して内燃機関の吸気ポート内に噴射される。

次に、内燃機関の制御装置から燃料噴射装置１の駆動回路に燃料噴射動作を停止させるための停止信号が送られると、コイル７の電流が遮断され、アマチュア８、コア６、ハウジング５、弁ホルダ１１で構成される磁気回路の磁束が減少し、アマチュア８は、圧縮バネ１６の押圧力により、弁ホルダ１１のガイド部１１ａの表面を摺動して弁座１２の方向に移動する。これにより、弁体１０のボール１５は、弁座１２のシート部１２ａに着座して弁座開口部１２ｂを閉塞する。その結果、第１の噴孔１４ａと第２の噴孔１４ｂからの燃料の噴射が停止される。

ここで、噴孔プレート１３の構成について更に詳しく説明する。図４は、実施の形態１による燃料噴射装置の噴孔プレートの上流側端面の説明図である。図４に示すように、噴孔プレート１３の上流側端面には、燃料に旋回力を付与する第１の旋回室１８ａと第２の旋回室１８ｂとが、弁座開口部１２ｂの径方向外側に形成されている。

そして、第１の旋回室１８ａの中央部に第１の噴孔１４aが設けられ、第２の旋回室１８ｂの中央部に第２の噴孔１４ｂが設けられている。また、噴孔プレート１３の上流側端面に、弁座開口部１２ｂと対峙する中央部を有する燃料通路１７が設けられている。弁座開口部１２ｂから流出した燃料は、燃料通路１７の中央部から燃料通路に流入してから燃料通路１７の両端部に接合された第1の旋回室１８ａと第２の旋回室１８ｂに分流するように構成されている。

また、弁座開口部１２ｂの中心を通る中心軸Ｘの上流側から噴孔プレート１３の上流側端面を視た場合に、弁座開口部１２ｂの中心１２ｃと噴孔プレート１３の中心１３ｃとが一致するように配置されている。そして、第１の旋回室１８ａと、第２の旋回室１８ｂとは、燃料通路１７の中心１７ｃに対して点対称となるように配置されている。また、第１の噴孔１４ａと第２の噴孔１４ｂとは、燃料通路１７の中心１７ｃに対して点対称となるように形成されている。

更に、燃料通路１７の中心軸４０は、弁座開口部の中心１２ｃ及び噴孔プレート１３の中心１３ｃに対して所定量だけオフセットするように設けられている。その結果、第１の旋回室１８ａに設けられた第１の噴孔１４ａは、燃料通路１７の中心軸４０に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃの側に所定量だけオフセットされ、且つ、第２の旋回室１８ｂに設けられた第２の噴孔１４ｂは、燃料通路１７の中心軸４０に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃとは反対側に所定量オフセットされている。

弁座１２の弁座開口部１２ｂから噴孔プレート１３の上流側端面に流入した燃料は、弁座開口部１２ｂの中心１２ｃを中心として放射状に燃料通路１７の中央部に流入するが、第１の旋回室１８ａに設けられた第１の噴孔１４ａは、燃料通路１７の中心軸４０に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃの方向にオフセットしているので、燃料通路１７を通じて第１の旋回室１８ａに設けられた第１の噴孔１４ａに流入する燃料の流れの主流３０ａは、燃料通路１７の中心１７ｃに対して第１の噴孔１４ａとは反対側の燃料通路１７の側壁１７ｗの方向に向かって流れる。このため、第１の噴孔１４ａに燃料が直入し難くなり、第１の旋回室１８ａの内部で燃料の強い第１の旋回流３０ａ１が発生し、貫徹力が小さく十分に微粒化された燃料噴霧が形成され、その燃料噴霧が第１の噴孔１４ａから内燃機関の吸気ポート内に噴射される。

一方、第２の旋回室１８ｂに設けられた第２の噴孔１４ｂは、燃料通路１７の中心軸４０に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃとは反対側にオフセットされているので、燃料通路１７を通じて第２の旋回室１８ｂに設けられた第２の噴孔１４ｂの方向に流入する燃料の流れの主流３０ｂは、第２の噴孔１４ｂの方向に向かって流れ、第２の噴孔１４ｂに燃料が直接的に流入し易くなる。従って、前述の第１の旋回流３０ａ１より弱い第２の旋回流３０ｂ１が第２の旋回室１８ｂの内部に発生することとなり、貫徹力が大きな燃料噴霧が形成され、この燃料噴霧が第２の噴孔１４ｂから内燃機関の吸気ポート内に噴射される。

このように、弁座開口部から旋回室へ流れ込んだ燃料は、旋回流を生じながら噴孔へ流れ込み、噴孔内部に於いても旋回流れが保たれることで、噴孔内壁に沿った薄い液膜が形成され、薄い液膜を噴孔から中空円錐状に噴射することで燃料の微粒化が促進される。

実施の形態１による燃料噴射装置は、１つの噴孔プレートに於いて、弁座開口部から燃料通路を通じて旋回室内に設けられた噴孔に流入する燃料流れの主流の方向を噴孔に向かう方向と噴孔から離れる方向の２方向に設定が可能となり、旋回室内に弱い旋回流れと強い旋回流れの２種類を発生させることができるので、貫徹力の大きい燃料噴霧と貫徹力が小さく微粒化が良い燃料噴霧の２種類の燃料噴霧を形成することが可能となる。従って、吸気ポート内に吸気流動があるときに燃料噴射を行う場合でも、吸気流によって燃料噴霧が流され難くなり、吸気ポート壁への燃料噴霧付着を低減することが可能となる。従って、燃料噴霧の燃焼室内への直入率を向上することができ、燃焼室内の気化冷却効果を高め、耐ノック性を向上し圧縮比を増加することが可能となり、燃費を改善できる。

これに対して、前述の特許文献１に開示された従来の燃料噴射装置の場合は、弁座開口部の中心と噴孔プレートの上流側端面に設けられ放射状に広がる複数の燃料通路の中心が一致しており、弁座開口部から各々の燃料通路に流入して噴孔へ向かう燃料の流れの主流の方向が燃料通路の中心軸に対して実質的に平行となり、夫々の旋回室で同じような強さの燃料の旋回流が発生し、各噴孔から同様の貫徹力の燃料噴霧が噴射される。従って、本願の実施の形態１による燃料噴射装置による前述のような効果を得ることができない。

また、一般的な燃料の旋回流を利用した燃料の微粒化方式の燃料噴射装置に於いて、１つの噴孔プレートにより貫徹力の異なる燃料噴霧を形成させる場合、その貫徹力の異なる燃料噴霧の各々に対応した異なる形状の噴孔、旋回室、燃料通路等を１つの噴孔プレートに形成する必要があり、燃料の流路構造が複雑化し加工性が悪化するのに対して、本願の実施の形態１による燃料噴射装置によれば、燃料噴霧の異なる貫徹力に対応する噴孔、旋回室、燃料通路は同じ形状であり、弁座開口部の中心に対して、燃料通路の中心軸をオフセットするだけでよいので、燃料の流路構造を簡易化でき、加工性を改善することができる。

実施の形態２．
次に、本願の実施の形態２による燃料噴射装置について説明する。実施の形態１による燃料噴射装置では、噴孔プレートの上流側端面に２つの噴孔を設けていたが、実施の形態２による燃料噴射装置では、噴孔プレートの上流側端面に４つの噴孔を設けたものである。図５は、実施の形態２による燃料噴射装置の噴孔プレートの上流側端面の説明図である。

図５に於いて、噴孔プレート１３の上流側端面に、第１の燃料通路１７と、第２の燃料通路１７１と、が夫々に共通する中心１７ｃで交叉し、互いに直交するように設けられている。第１の燃料通路１７の一方の端部には第１の旋回室１８aが接続され、第１の燃料通路１７の他方の端部には第２の旋回室１８ｂが接続されている。第２の燃料通路１７１の一方の端部には第３の旋回室１８ｃが接続され、第２の燃料通路１７１の他方の端部には第４の旋回室１８ｄが接続されている。第１の旋回室１８ａと、第２の旋回室１８ｂと、第３の旋回室１８ｃと、第４の旋回室１８ｄは、夫々、弁座開口部１２ｂの径方向外側に形成されている。

第１の燃料通路１７と、第２の燃料通路１７１と、第１の旋回室１８ａと、第２の旋回室１８ｂと、第３の旋回室１８ｃと、第４の旋回室１８ｄは、前述の噴孔プレート１３の上流側端面を窪ませて形成されており、夫々の底面が実質的に同一平面をなして連続するように形成されている。

第１の旋回室１８ａの中央部には、噴孔プレート１３を板厚方向に貫通する第１の噴孔１４ａが開口し、第２の旋回室１８ｂの中央部には、噴孔プレート１３を板厚方向に貫通する第２の噴孔１４ｂが開口し、第３の旋回室１８ｃの中央部には、噴孔プレート１３を板厚方向に貫通する第３の噴孔１４ｃが開口し、第４の旋回室１８ｄの中央部には、噴孔プレート１３を板厚方向に貫通する第４の噴孔１４ｄが開口している。

また、弁座開口部１２ｂの中心１２ｃを通る中心軸Ｘの上流側から噴孔プレート１３の上流側端面を視た場合、弁座開口部１２ｂの中心１２ｃと噴孔プレート１３の中心１３ｃが一致している。そして、第１の旋回室１８ａと、第２の旋回室１８ｂは、第１の燃料通路１７と第２の燃料通路１７１の共通の中心１７ｃに対して点対称となるように配置され、第１の噴孔１４ａと第２の噴孔１４ｂは、第１の燃料通路１７と第２の燃料通路１７１の共通の中心１７ｃに対して点対称となるように配置されている。また、第３の旋回室１８ｃと、第４の旋回室１８ｄは、第１の燃料通路１７と第２の燃料通路１７１の共通の中心１７ｃに対して点対称となるように配置され、第３の噴孔１４ｃと第４の噴孔１４ｄは、第１の燃料通路１７と第２の燃料通路１７１の共通の中心１７ｃに対して点対称となるように配置されている。

更に、第１の燃料通路１７の中心軸４０と第２の燃料通路１７１の中心軸４０１は、弁座開口部１２ｂの中心１２ｃに対して所定量だけオフセットして設けられている。また、第１の旋回室１８ａに設けられた第１の噴孔１４ａと、第３の旋回室１８ｃに設けられた第３の噴孔１４ｃは、各々、第１の燃料通路１７の中心軸４０と第２の燃料通路１７１の中心軸４０１に対して、弁座開口部１２ｂの中心１２ｃの方向に所定量だけオフセットするように設けられ、且つ、第２の旋回室１８ｂに設けられた第２の噴孔１４ｂと、第４の旋回室１８ｄに設けられた第４の噴孔１４ｄは、各々、第１の燃料通路１７の中心軸４０と第２の燃料通路１７１の中心軸４０１に対して、弁座開口部１２ｂの中心１２ｃとは反対側の方向に所定量だけオフセットするように設けられている。

弁座開口部１２ｂから噴孔プレート１３の上流側端面に流入した燃料は、弁座開口部１２ｂの中心１２ｃを中心として放射状に第１の燃料通路１７と第２の燃料通路１７１との中央部に流入するが、第１の旋回室１８ａに設けられた第１の噴孔１４ａは、第１の燃料通路１７の中心軸４０に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃの方向にオフセットしているので、第１の燃料通路１７を通じて第１の旋回室１８ａに設けられた第１の噴孔１４ａに流入する燃料の流れの主流３０ａは、第１の燃料通路１７の中心軸４０に対して第１の噴孔１４ａとは反対側の第１の燃料通路１７の側壁１７ｗの方向に向かって流れる。このため、第１の噴孔１４ａに燃料が直入し難くなり、第１の旋回室１８ａの内部で燃料の強い第１の旋回流３０ａ１が発生し、貫徹力が小さく十分に微粒化された燃料噴霧が形成されて第１の噴孔１４ａから内燃機関の吸気ポート内に噴射される。

また、同様に、第３の旋回室１８ｃに設けられた第３の噴孔１４ｃは、第２の燃料通路１７１の中心軸４０１に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃの方向にオフセットしているので、第２の燃料通路１７１を通じて第３の旋回室１８ｃに設けられた第３の噴孔１４ｃに流入する燃料の流れの主流３０ｃは、第２の燃料通路１７１の中心軸４０１に対して第３の噴孔１４ｃとは反対側の第２の燃料通路１７１の側壁１７１ｗの方向に向かって流れる。このため、第３の噴孔１４ｃに燃料が直入し難くなり、第３の旋回室１８ｃの内部で燃料の強い第３の旋回流３０ｃ１が発生し、貫徹力が小さく十分に微粒化された燃料噴霧が形成されて第３の噴孔１４ｃから内燃機関の吸気ポート内に噴射される。

一方、第２の旋回室１８ｂに設けられた第２の噴孔１４ｂは、第１の燃料通路１７の中心軸４０に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃとは反対側の方向にオフセットしているので、第１の燃料通路１７を通じて第２の旋回室１８ｂに設けられた第２の噴孔１４ｂの方向に流入する燃料の流れの主流３０ｂは、第２の噴孔１４ｂの方向に向かって流れ、第２の噴孔１４ｂに燃料が直接的に流入し易くなる。従って、前述の第１の旋回流３０ａ１より弱い第２の旋回流３０ｂ１が第２の旋回室１８ｂの内部に発生することとなり、貫徹力が大きな燃料噴霧が形成されて第２の噴孔１４ｂから内燃機関の吸気ポート内に噴射される。

同様に、第４の旋回室１８ｄに設けられた第４の噴孔１４ｄは、第２の燃料通路１７１の中心軸４０１に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃとは反対の方向にオフセットしているので、第２の燃料通路１７１を通じて第４の旋回室１８ｄに設けられた第４の噴孔１４ｄの方向に流入する燃料の流れの主流３０ｄは、第４の噴孔１４ｄの方向に向かって流れ、第４の噴孔１４ｄに燃料が直接的に流入し易くなる。従って、前述の第３の旋回流３０ｃ１より弱い第４の旋回流３０ｄ１が第４の旋回室１８ｄの内部に発生することとなり、貫徹力が大きな燃料噴霧が形成されて第４の噴孔１４ｄから内燃機関の吸気ポート内に噴射される。

以上述べたように、実施の形態２による燃料噴射装置によれば、噴孔の数が４つ設けられており、１つの噴孔プレートに、貫徹力の異なる２種類の燃料噴霧、即ち、貫徹力の大きい燃料噴霧と、貫徹力が小さく良好に微粒化された燃料噴霧と、の２種類の燃料噴霧を形成することが可能となり、実施の形態１の燃料噴射装置と同様の効果を得ることができる。

また、貫徹力が小さく良好に微粒化された燃料噴霧を形成する第１の噴孔１４ａと第３の噴孔１４ｃは互いに近接して一塊に配置されるとともに、貫徹力の大きい燃料噴霧を形成する第２の噴孔１４ｂと第４の噴孔１４ｄは互いに近接して一塊に配置され、そして、第１の噴孔１４ａと第３の噴孔１４ｃと、第２の噴孔１４ｂと第４の噴孔１４ｄとは、第１の燃料通路１７と第２の燃料通路１７１の共通の中心１７ｃに対して線対称に分離して配置されているので、各々の噴孔から噴射される燃料噴霧が相互に干渉し難くなり、微粒化の悪化を抑制することができる。

尚、以上述べた実施の形態２による燃料噴射装置では、噴孔数が４つの場合を示したが、噴孔数を更に増やしてもよく、貫徹力の異なる複数の燃料噴霧を形成することで前述と同様の効果を得ることができ、多噴孔化による噴射流量の拡大が可能となり、燃料噴射装置に対する要求流量が大流量の場合でも対応可能となる。

実施の形態３．
次に、本願の実施の形態３による燃料噴射装置について説明する。前述の実施の形態１による燃料噴射装置では、燃料通路の中心が噴孔プレートの中心と一致せず、燃料通路の中心が噴孔プレートの中心に対してオフセットして設けられていたが、実施の形態３による燃料噴射装置では、弁座開口部の中心を通る中心軸の上流側から噴孔プレートの上流側端面を視た場合に、噴孔プレートの中心と燃料通路の中心を一致させ、弁座開口部の中心に対して噴孔プレートの中心及び燃料通路の中心をオフセットさせるようにしたものである。その他の構成は、実施の形態１による燃料噴射装置と同様である。

図６は、実施の形態３による燃料噴射装置の一部分の縦断面図、図７は、図６のＢ－Ｂ線に沿う断面を矢印方向から視た横断面図、図８は、実施の形態３による燃料噴射装置の噴孔プレートの上流側端面の説明図である。図６、図７、及び図８に於いて、燃料通路１７の中心１７ｃは、噴孔プレート１３の中心１３ｃと一致しており、噴孔プレート１３に設けられた第１の噴孔１４ａ、第２の噴孔１４ｂ、第１の旋回室１８ａ、第２の旋回室１８ｂ、及び燃料通路１７が、噴孔プレートの中心１３ｃ及び燃料通路の中心１７ｃに対して点対称に配置されている。噴孔プレート１３は、フラットな円板形状に形成され、また、噴孔プレート１３の外径は、弁座１２の外径よりも小さく形成されている。

前述の実施の形態１では噴孔プレート１３を皿状に形成していたが、実施の形態３では噴孔プレート１３はフラットな円板状に形成されている、従って、噴孔プレート１３の製造若しくは加工が容易となるメリットがある。また、実施の形態３では、弁座１２の外径に対して、噴孔プレート１３の外径が小さく形成されている。従って、弁座１２と噴孔プレート１３とが厳密に同心に固定されていなくても、弁ホルダ１１の内壁に噴孔プレート１３の外縁部が当接することがなく、弁座１２と弁ホルダ１１との組付けを容易にすることができる。

また、実施の形態３によれば、弁座１２の中心軸Ｘ上に設けられた弁座開口部１２ｂの中心１２ｃに対して、噴孔プレート１３の中心１３ｃ及び燃料通路１７の中心１７ｃが、燃料通路１７の中心軸４０に直交する方向に所定量オフセットして配置されている。

従って、弁座１２の弁座開口部１２ｂから噴孔プレート１３の上流側端面に流入した燃料は、弁座開口部１２ｂの中心１２ｃを中心として放射状に燃料通路１７の中央部に流入するが、第１の旋回室１８ａに設けられた第１の噴孔１４ａは、燃料通路１７の中心軸４０に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃの方向にオフセットしているので、燃料通路１７を通じて第１の旋回室１８ａに設けられた第１の噴孔１４ａに流入する燃料の流れの主流３０ａは、燃料通路１７の中心軸４０に対して第１の噴孔１４ａとは反対側の燃料通路１７の側壁１７ｗの方向に向かって流れる。このため、第１の噴孔１４ａに燃料が直入し難くなり、第１の旋回室１８ａの内部で燃料の強い第１の旋回流３０ａ１が発生し、貫徹力が小さく十分に微粒化された燃料噴霧が形成されて第１の噴孔１４ａから内燃機関の吸気ポート内に噴射される。

一方、第２の旋回室１８ｂに設けられた第２の噴孔１４ｂは、燃料通路１７の中心軸４０に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃとは反対側の方向にオフセットしているので、燃料通路１７を通じて第２の旋回室１８ｂに設けられた第２の噴孔１４ｂの方向に流入する燃料の流れの主流３０ｂは、第２の噴孔１４ｂの方向に向かって流れ、第２の噴孔１４ｂに燃料が直接的に流入し易くなる。従って、前述の第１の旋回流３０ａ１より弱い第２の旋回流３０ｂ１が第２の旋回室１８ｂの内部に発生することとなり、貫徹力が大きな燃料噴霧が形成されて第２の噴孔１４ｂから内燃機関の吸気ポート内に噴射される。

このように、実施の形態３による燃料噴射装置によれば、弁座開口部１２ｂから第１の噴孔１４ａ、及び第２の噴孔１４ｂに流れ込む燃料流を、実施の形態１の場合と同様に、噴孔に向かう方向の主流３０ｂと噴孔から離れる方向の主流３０ａの２方向に設定することが可能となり、貫徹力の大きい燃料噴霧、及び貫徹力が小さく十分に微粒化された燃料噴霧の２種類の燃料噴霧を形成することが可能となり、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

更に、実施の形態３による燃料噴射装置は、噴孔プレート１３の上流側端面に形成される燃料通路１７、第１の旋回室１８ａ、第２の旋回室１８ｂによる流路の形状を変更することなく、弁座１２の中心と噴孔プレート１３中心をずらして相互に固定することにより、弁座開口部の中心１２ｃに対する燃料通路１７の中心軸４０のオフセット量を調整するだけで、燃料が弁座開口部１２ｂから第１の噴孔１４ａ、及び第２の噴孔１４ｂに向かう燃料流の方向を調整することができるので、燃料噴霧を様々な内燃機関に対応した最適な貫徹力の大きさに調整することができる。従って、一般的な旋回流を利用した微粒化方式の燃料噴射装置に於いて、燃料噴霧の貫徹力を調整する際に、噴孔プレートの上流側端面に形成される燃料に旋回流を付与する噴孔、旋回室、燃料通路等の流路形状を変更して調整する場合よりも、その調整に要する設計工数を削減でき、更に噴孔プレートの金型変更などの費用が不要となりコストを削減することができる。

実施の形態４．
次に、本願の実施の形態４による燃料噴射装置について説明する。図９は、実施の形態４による燃料噴射装置を内燃機関の吸気ポートに設置した場合の説明図、図１０は、図９のＣ－Ｃ線に沿う断面を矢印方向から視た実施の形態３による燃料噴射装置の噴孔プレートの上流側端面を示す説明図である。図９に於いて、内燃機関の燃焼室６０に連通する吸気ポート７０の天井部７０ｂに、前述の実施の形態１から実施の形態３の何れかに記載の燃料噴射装置１が搭載され、内燃機関の吸気弁８０に向けて燃料噴射装置１から燃料が噴射される。

内燃機関の吸気行程で燃料を噴射する吸気行程噴射の場合には、吸気ポート７０の内部に燃料の流通方向の上流側から下流側に向けて吸気流９０が発生するが、前述の従来の燃料噴射装置では燃料噴霧の貫徹力が小さいため、吸気流９０によって燃料噴霧が吸気ポート７０の天井部７０ｂに流されて天井部７０ｂの内壁面に付着し、燃焼室６０内への燃料の流入量が少なくなるため、燃焼室６０内の気化冷却効果が不十分となり、耐ノック性が向上せず、圧縮比を増加できないので十分な燃費改善効果が十分に得られない。

実施の形態４による燃料噴射装置は、図１０に示すように、燃料通路１７の中心軸４０に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃの方向にオフセットしている第１の噴孔１４ａは、燃料通路１７の中心１７ｃに対して吸気ポートの底部７０ａに近い側Ｙ１となるように配置され、燃料通路１７の中心軸４０に対して弁座開口部１２ｂの中心１２ｃの反対方向にオフセットしている第２の噴孔１４ｂは、燃料通路１７の中心１７ｃに対して吸気ポートの天井部７０ｂに近い側Ｙ２に配置される。従って、貫徹力が小さく十分に微粒化された第１の燃料噴霧Ｆ１が第１の噴孔１４ａから吸気ポート７０の底部７０ａ側に向けて噴射され、第２の噴孔１４ｂから貫徹力が大きい第２の燃料噴霧Ｆ２が吸気ポート７０の天井部７０ｂ側に向けて噴射される。

実施の形態４によれば、吸気行程噴射の場合に生じる吸気流９０により、貫徹力が小さく十分に微粒化された第１の燃料噴霧Ｆ１が吸気ポート７０の天井部７０ｂへ流されて壁面付着するのを、貫徹力が大きな第２の燃料噴霧Ｆ２により抑制することができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

本願による燃料噴射装置は、内燃機関の分野、ひいては自動車産業の分野に利用することができる。

１ 燃料噴射装置、４ ソレノイド装置、５ ハウジング、６ コア、７ コイル、８ アマチュア、９ 弁装置、１０ 弁体、１１ 弁ホルダ、１２ 弁座、１２ｂ 弁座開口部、１３ 噴孔プレート、１４ａ 第１の噴孔、１４ｂ 第２の噴孔、１４ｃ 第３の噴孔、１４ｄ 第４の噴孔、１５ ボール、１６ 圧縮バネ、１７ 燃料通路、１７ 第１の燃料通路、１７１ 第２の燃料通路、１８ａ 第１の旋回室、１８ｂ 第２の旋回室、１８ｃ 第３の旋回室、 １８ｄ 第４の旋回室、５０ 溶接部、６０ 燃焼室、７０ 吸気ポート、８０ 吸気弁、９０ 吸気流、Ｆ１ 第１の燃料噴霧、Ｆ２ 第２の燃料噴霧

Claims (4)

1. 弁座を開閉するための弁体を有し、制御装置より動作信号を受けて前記弁体を動作させることにより、燃料が前記弁体と弁座シート部の間を通過後、弁座下流側の弁座開口部に装着された噴孔プレートに設けられた複数の噴孔から噴射される燃料噴射装置であって、
   前記噴孔プレートの上流側端面には、前記弁座開口部の径方向外側に複数配置され、燃料に旋回力を付与する旋回室と、前記弁座開口部から中央部に燃料を流入し、端部に接合される前記旋回室に燃料を流出する燃料通路を有し、前記旋回室に開口し燃料を外部へ噴射する前記噴孔を備えており、
   前記弁座開口部の中心軸方向に上流側から前記噴孔プレートの上流側端面を見た場合、複数の前記旋回室および前記噴孔は、前記燃料通路の中心に対して点対称に配置され、前記燃料通路の中心軸が前記弁座開口部の中心に対してオフセットしており、
   前記複数の噴孔のうち、少なくとも１つの噴孔は前記燃料通路の中心軸に対して前記弁座開口部の中心側にオフセットして設けられ、かつ、少なくとも１つの噴孔は前記燃料通路の中心軸に対して前記弁座開口部の中心の反対側にオフセットして設けられることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記複数の噴孔のうち、前記燃料通路の中心軸に対して前記弁座開口部の中心側にオフセットしている少なくとも２つの噴孔と、前記燃料通路の中心軸に対して前記弁座開口部の中心の反対側にオフセットしている少なくとも２つの噴孔は、各々一塊に近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記弁座開口部の中心軸方向に上流側から前記噴孔プレートの上流側端面を見た場合、前記噴孔プレートの中心と前記燃料通路の中心が一致しており、
   前記噴孔プレートの中心が前記弁座開口部の中心に対してオフセットしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
4. 内燃機関の燃焼室に連通する吸気ポートの天井側に設置される前記燃料噴射装置であって、
   前記複数の噴孔のうち、前記燃料通路の中心軸に対して前記弁座開口部の中心側にオフセットしている噴孔は前記噴孔プレート上の前記吸気ポートの底側に配置され、
   前記燃料通路の中心軸に対して前記弁座開口部の中心の反対側にオフセットしている噴孔は前記噴孔プレート上の前記吸気ポートの天井側に配置されることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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