JP7049133B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに対する燃料供給制御に用いられ、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

近年、自動車の排ガス規制が強化されてきている。この排ガス規制強化に対応して、自動車用内燃機関に搭載される燃料噴射弁の噴霧には、微粒化と、正確な噴射方向とが求められている。噴霧の微粒化により、自動車エンジンの低燃費化を実現できる。また、インテークマニホールド内に燃料を噴射する燃料噴射弁では、噴霧を狙い通りの位置へ噴射することで、インテークマニホールド壁面への噴霧の付着を抑制することができる。なお、噴霧は、吸気弁を狙い位置として、この吸気弁を指向する方向に噴射される形態が多く用いられている。また、吸気弁は一つの気筒に対して二つ設けられる形態が多く用いられ、この場合、燃料噴射弁から噴射される噴霧は、二つの吸気弁を指向する二つの噴霧（二方向の噴霧）により構成される。

例えば、特開２００３－３３６５６２号公報（特許文献１）には、噴射後の燃料の微粒化を効果的に促進することができる燃料噴射弁が開示されている。特許文献１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、弁座の下流側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孔（以下、噴孔と呼ぶ）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、噴孔を、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）。

例えば、特開２０１３－１８５５２２号公報（特許文献２）では、噴孔を楕円形状とする事で、噴孔内の液膜の厚みを制御して、噴霧形状を操作するアイデアが示されている（段落００１５－００１９参照）。

特開２００３－３３６５６２号公報 特開２０１３-１８５５２２号公報

特許文献１では燃料の微粒化を促進するために、燃料のスワール速度を高めることにより、燃料の旋回力を高めることに配慮している。噴孔から噴射された燃料は強い旋回力により微粒化が促進される効果はあるが、一方で噴霧は噴孔直下において強い旋回力により大きく広がり、噴霧角が大きくなる課題がある。即ち、噴霧が噴孔直下において大きく広がると、インテークマニホールド壁面に噴霧が付着する恐れが生じる。更に一つのノズルプレートに複数の噴孔を形成した場合、各噴孔から噴射された、噴霧角の大きな噴霧は互いに重なり合い、一つのノズルプレートから複数の方向へ噴霧を形成することが困難になる。

特許文献２では楕円の噴孔により噴霧を扁平化する事で、噴霧の特定方向への転向を実現するが、噴霧は円錐を横から潰したような形状となるため、方向によっては噴霧角が増大し、噴霧の壁面付着リスクが高まる可能性がある。

一般に、微粒化と狭角化にはトレードオフの関係が成立し、噴孔に流入する旋回力を強めると微粒化が促進されるが、噴霧角は広がり、逆に旋回力を弱めると噴霧角は狭角化するが、場合によっては噴孔流入部で生じた剥離が噴孔出口まで残るために粒子径が大きくなる傾向がある。

本発明の目的は、噴霧の広がりを抑制しつつ、微粒化を実現す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、
協働して燃料通路を開閉する弁体及び弁座と、
前記弁体及び前記弁座による燃料通路の開閉部の下流側に配置され、燃料に旋回速度を付与するスワール付与室と、
前記スワール付与室の上流側に配置され、前記スワール付与室に接続される連通路と、
前記スワール付与室の底面に開口し、前記スワール付与室で旋回速度を付与された燃料を外部に噴射する燃料噴射孔と、
を備え、
前記スワール付与室の側壁は、上流側から下流側に向かって渦中心からの距離が漸減する渦巻きを成す形状に形成され、
前記連通路は、直線状の中心線を有するように構成され、
前記燃料噴射孔は、入口開口面の中心が前記スワール付与室の前記側壁の渦中心と一致するように配置され、入口側から出口側に向かって断面積が拡大するように構成されると共に、当該燃料噴射孔の孔軸線が燃料噴射弁の弁軸線に対して傾斜しており、
前記弁軸線に垂直な平面上に前記スワール付与室、前記連通路及び前記燃料噴射孔を投影した投影図おいて、前記燃料噴射孔の前記入口開口面の中心を通り前記連通路の中心線に平行な第１の直線と、前記入口開口面の中心から前記側壁までの長さが最大となる第２の直線と、前記第２の直線を前記入口開口面の中心を越えて前記第２の直線と前記側壁との交点が位置する側とは反対側に延長した第３の直線と、を引き、前記スワール付与室を前記第１の直線によって第１の領域と第２の領域とに分けた場合に、
前記連通路は、前記スワール付与室の前記第１の領域に接続され、
前記第２の直線と前記側壁との前記交点は、前記第１の領域の側に配置され、
前記燃料噴射孔の出口開口面の中心は、前記第２の領域の側で前記第３の直線の上に配置される。

噴孔の断面積を入口から出口に向かって拡大する事で、噴孔内を流れる旋回燃料が噴孔壁面と接触しながら流下する経路長さが増大し、旋回燃料の摩擦損失が増えることにより旋回速度が減速する。その結果、噴霧角が低下する。一方で、噴孔半径が入口から出口に向かって増大するのに伴い、旋回燃料によって形成される液膜の厚みは入口から出口に向かって低減する。その結果、噴霧は微粒化する。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。

本発明に係る実施例の燃料噴射弁１の軸線１ｘ方向に沿う断面図である。 図１の燃料噴射弁１のノズルプレート８付近の拡大断面図である。 図１の燃料噴射弁１のノズルプレート８を軸線１ｘ方向の一端側（上流側）から見た平面図である。 燃料噴射孔１内の燃料の状態を模擬的に示した図である。 燃料噴射孔１が傾斜している場合の燃料噴射孔１内の燃料の状態を模擬的に示した図である。 燃料噴射弁１のノズルプレート８付近の拡大断面図である。 ノズルプレート８を軸線方向の一端側（上流側）から見た平面図である。 連通路４５とスワール付与室４６との接続部を含む、スワール付与室４６の近傍を拡大して示す平面図である。 燃料噴射孔４４の軸線４４ｘに平行で、且つ軸線４４ｘを含む断面を示す断面図である。 燃料噴射弁１のノズルプレート８の変更例を示す図であり、軸線１ｘ方向の一端側（上流側）から見た平面図である。

以下、本発明に係る燃料噴射弁の実施例について、説明する
［実施例１］
図１は、本発明に係る実施例の燃料噴射弁１の軸線１ｘ方向に沿う断面図である。燃料噴射弁１の軸線（弁軸線）１ｘは燃料噴射弁１の中心を通る軸線であり、弁部材１５の軸線は軸線１ｘに一致するように配置される。また、磁性筒体２及び弁座部材７は、その中心線が軸線１ｘに一致するように配置される。

図１において、燃料噴射弁１の上端を基端と呼び、下端を先端と呼ぶ場合がある。基端及び先端という呼び方は、燃料の流れ方向或いは燃料配管に対する燃料噴射弁１の取り付け構造に基づいている。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を内燃機関に搭載した実装状態における上下方向とは関係がない。

燃料噴射弁1は、自動車用ガソリンエンジンに用いられるものであって、インテークマニホールドから吸気弁に向けて燃料を噴射する、低圧用の燃料噴射弁である。

燃料噴射弁1は、磁性筒体２と、磁性筒体２内に収容されるコア筒体３と、軸方向に摺動可能な弁体４と、弁体４と一体化された弁軸５と、閉弁時に弁体４により閉鎖される弁座６を有する弁座部材７と、弁座部材７の先端面に固定されたノズルプレート８と、通電時に弁体４を開弁方向に移動させる磁束線を発生させる電磁コイル９と、磁束線を誘導するヨーク１０と、を有している。

磁性筒体２は、例えば電磁ステンレス鋼等の磁性金属材料により形成された金属パイプ等からなり、深絞り等のプレス加工、研削加工等の手段を用いることにより、図１に示すように段付き筒状をなして一体に形成されている。磁性筒体２は、一端側（基端側）に形成された大径部１１と、大径部１１よりも小径であって他端側（先端側）に形成された小径部１２とを有している。

小径部１２には、一部を薄肉化した薄肉部１３が形成されている。小径部１２は、薄肉部１３より一端側にコア筒体３を収容するコア筒体収容部１４と、薄肉部１３より他端側に弁部材１５（弁体４、弁軸５、弁座部材７）を収容する弁部材収容部１６とに分けられている。なお弁体４及び弁軸５は、電磁コイル９により発生される磁束線により、弁座部材７に対して駆動される可動子を構成する。

薄肉部１３は、後述するコア筒体３と弁軸５とが磁性筒体２に収容された状態で、コア筒体３と弁軸５との間の隙間部分を取り囲むように形成されている。薄肉部１３は、コア筒体収容部１４と弁部材収容部１６との間の磁気抵抗を増大させ、コア筒体収容部１４と弁部材収容部１６との間を磁気的に遮断している。

大径部１１の一端部（基端部）は燃料供給口１７ａが設けられている。大径部１１の内径は弁部材１５に燃料を送る燃料通路１７ｂを構成しており、大径部１１の一端部に設けられた燃料供給口１７ａには燃料を濾過する燃料フィルタ１８が設けられている。燃料供給口１７ａにはポンプ４７が接続されている。このポンプ４７は、ポンプ制御装置５４により制御されている。燃料は、燃料通路１７ｂを通じて、燃料噴射弁１の基端部から先端部に向かって流れる。そのため、燃料噴射弁１の基端部は、燃料噴射弁１内に構成される燃料通路の上流側端部となり、先端部は下流側端部となる。

コア筒体３は中空部１９を有する円筒形に形成されており、磁性筒体２のコア筒体収容部１４に圧入されている。コア筒体３は固定コアと呼ぶ場合もある。中空部１９には、圧入等の手段により固定されたばね受２０が収容されている。このばね受２０の中心には軸方向に貫通した燃料通路１７ｃが形成されている。

弁体４の外形は略球体状に形成されており、周上に燃料噴射弁1の軸方向に対して並行に削られた燃料通路面２１を有している。弁軸５は、大径部２２と、外形が大径部２２より小径に形成された小径部２３と、を有している。小径部２３の先端には弁体４が溶接により一体に固定されている。大径部２２は固定コア３に対向する可動コア（アンカー）を構成する。また小径部２３は、可動コア２２と弁体４とを接続して一体化する軸部を構成する。なお図中の黒半円や黒三角は溶接箇所を示している。

大径部２２の端部にはばね挿入孔２４が穿設されている。このばね挿入孔２４の底部には、ばね挿入孔２４よりも小径に形成されたばね座り部２５が形成されるとともに、段部のばね受部（ばね座）２６が形成されている。小径部２３の内周には燃料通路孔２７が形成されている。この燃料通路孔２７はばね挿入孔２４と連通している。小径部２３の外周と燃料通路孔２７とは、小径部２３を構成する円筒部を貫通する燃料流出孔２８により連通されている。

弁座部材７は、略円錐状の弁座６と、弁座６より一端側に弁体４の径とほぼ同型に形成された弁体保持孔２９と、弁体保持孔２９から一端開口側に向かうにつれて大径に形成された上流開口部３０と、弁座６の他端側に開口する下流開口部４８（図２参照）と、が形成されている。

弁軸５および弁体４は、磁性筒体２に、軸線方向に摺動可能に収装されている。弁軸５のばね受部２６とばね受２０との間にコイルバネ３１が設けられ、弁軸５および弁体４を他端側に付勢している。弁座部材７は磁性筒体２に挿入され、溶接により磁性筒体２に固定されている。弁座６は弁体保持孔２９から下流開口部４８へ向かって径が小さくなるように形成され、閉弁時には弁体４が弁座６に着座するようになっている。弁体４が弁座６に対して離接することにより、弁体４及び弁座６は協働して燃料通路を開閉する。弁体４と弁座６とが接触する位置に、燃料通路の開閉部（シール部）が構成される。

磁性筒体２のコア筒体３の外周には電磁コイル９が挿嵌されている。すなわち、電磁コイル９はコア筒体３の外周（径方向外側）に配置されることとなる。電磁コイル９は、樹脂材料により形成されたボビン３２と、このボビン３２に巻回されたコイル３３と、から構成されている。コイル３３は、コネクタピン３４を介して電磁コイル制御装置５５に接続されている。

電磁コイル制御装置５５は、クランク角を検出するクランク角センサからの情報に基づいて計算した燃焼室側に燃料を噴射するタイミングに応じて、電磁コイル９のコイル３３に通電して燃料噴射弁１を開弁させる。

ヨーク１０は軸線１ｘに沿う方向に貫通する貫通孔を有し、一端開口側（基端側）に形成された大径部３５と、大径部３５より小径に形成された中径部３６と、中径部３６より小径に形成され他端開口側（先端側）に形成された小径部３７と、から構成されている。小径部３７は、弁部材収容部１６の外周に嵌合されている。中径部３６の内周には電磁コイル９が収装されている。大径部３５の内周には連結コア３８が配置されている。

連結コア３８は磁性金属材料等により略Ｃ字状に形成されている。ヨーク１０は、小径部３７および連結コア３８を介して磁性筒体２と接続されている。すなわちヨーク１０は、電磁コイル９の軸線１ｘ方向の両端部で磁性筒体２と磁気的に接続されていることとなる。ヨーク１０の他端開口側（先端側）の外周には、燃料噴射弁１をエンジンの吸気ポートと接続するためのＯリング３９が保持され、Ｏリング３９の更に先端側には磁性筒体２の先端を保護するためのプロテクタ５２が取り付けられている。

コネクタピン３４を介して電磁コイル９に給電されると磁界が発生し、この磁界の磁力によって、弁体４および弁軸５をコイルばね３１の付勢力に抗して開弁させる。

燃料噴射弁１の大部分は樹脂カバー５３により被覆されている。樹脂カバー５３に被覆されている部分は、磁性筒体２の大径部１１の一端部（基端部）を除いた部分から小径部１２の電磁コイル９設置位置までの部分、電磁コイル９とヨーク１０の中径部３６との間の部分、連結コア３８の外周と大径部３５との間の部分、大径部３５の外周の部分、中径部３６の外周の部分、およびコネクタピン３４の外周の部分である。コネクタピン３４の一端部（基端側端部）は樹脂カバー５３の開口部に露出しており、コントロールユニットのコネクタが差し込まれるようになっている。磁性筒体２の一端部外周にはＯリング４０設けられている。

ノズルプレート８の構成について、図２および図３を用いて説明する。図２は燃料噴射弁１のノズルプレート８付近の拡大断面図である。図３はノズルプレート８を軸線１ｘ方向の一端側（上流側）から見た平面図である。なお図２のノズルプレート８の断面は、図３に示すII－II断面を示しており、この断面は燃料噴射弁１の軸線１ｘに平行な断面である。

弁座部材７の他端側（先端側）にはノズルプレート８が溶接されている。本実施例では、ノズルプレート８は、その中心が燃料噴射弁１の軸線１ｘ上に位置するように、配置されている。

このノズルプレート８には、燃料にスワール（旋回流）を与えるスワール通路４１と、スワール通路４１に燃料を供給する中央室４２と、スワール通路４１においてスワール（旋回速度）が与えられた燃料が噴射される燃料噴射孔４４と、が形成されている。

スワール通路４１と中央室４２とは、ノズルプレート８の一端面（基端側端面）８ａに形成されている。スワール通路４１は連通路（横方向通路）４５とスワール付与室（旋回室）４６とから構成されている。ノズルプレート中央には中央室４２が形成されており、中央室４２に連通路４５が接続されている。連通路４５の先（下流）にはスワール付与室４６が形成され、連通路４５はスワール付与室４６の接線方向に接続されている。スワール付与室４６は螺旋形状の内側面（スワール付与室側壁）４６ａと平坦な底部４６ｂとを有する有底凹状に形成されており、底部４６ｂには他端面（先端側端面）８ｂに貫通する貫通孔として形成された燃料噴射孔４４が形成されている。

燃料噴射孔４４は円錐台形状（図４参照）に形成されており、噴射孔入口４４ｉから噴射孔出口（出口開口面）４４ｏに向かって燃料噴射孔４４の断面積が拡大するように形成されている。このため燃料噴射孔４４は、噴射孔入口（入口開口面）４４ｉの断面積に対して噴射孔出口（出口開口面）４４ｏの断面積が大きくなるように形成されている。ここで、噴射孔入口４４ｉおよび噴射孔出口４４ｏの断面積は、燃料噴射孔４４の軸線（中心線、孔軸線）４４ｘに垂直な断面積である。本実施例では、軸線４４ｘはスワール付与室４６の底部（底面）４６ｂおよびノズルプレート８の先端側端面８ｂに垂直であるため、噴射孔入口４４ｉの断面積は底面４４ｂの開口面の面積に等しく、噴射孔出口４４ｏの断面積は先端側端面８ｂにおける燃料噴射孔４４の開口面の面積に等しい。

本実施例では、燃料噴射孔４４の軸線４４ｘは、燃料噴射弁１の軸線１ｘと同一平面上で平行に配置される。燃料噴射孔４４は、噴射孔入口４４ｉ（上流端）から噴射孔出口４４ｏ（下流端）まで、断面が円形であり、且つ噴射孔入口４４ｉから噴射孔出口４４ｏまで、断面積が単調に増加する。すなわち燃料噴射孔４４は、上流側から下流側に向かって拡径する形状を成す。言い換えれば、燃料噴射孔４４は、直円錐の円錐面（側面）の底面側の一部（円錐台の側面）４４ｓ（図４参照）によって、内周面が構成されている。

次に、燃料噴射孔４４内における燃料流れについて、図４および図５を用いて説明する。図４は燃料噴射孔４４内の燃料の状態を模擬的に示した図である。

燃料噴射孔４４内の燃料は、旋回しつつ噴射孔出口４４ｏ側へ流れるが、噴射孔入口４４ｉに対して噴射孔出口４４ｏ側の半径が増大するため壁面に接している距離が延長され、その分旋回エネルギが奪われる。その結果、旋回速度が低下して、燃料噴射孔４４から噴射される燃料の噴霧角が低下（狭角化）する。同時に、燃料噴射孔４４は、上流側から下流側に向かって軸線４４ｘ方向長さに対する内周面４４ｓの表面積の割合が大きくなるため、燃料が広がって液膜ＬＦの厚みが低下する。その結果、微粒化が促進される。

燃料噴射孔４４の軸線４４ｘは、スワール付与室４６の底部（底面）４６ｂおよびノズルプレート８の先端側端面８ｂに対して９０度（垂直）ではなく、軸線１ｘに対して傾斜していてもよい。すなわち、軸線４４ｘと軸線１ｘとの間に０°よりも大きな角度が設けられている。図５は燃料噴射孔が傾斜している場合の燃料の状態を模擬的に示した図である。

図５（斜円錐）の場合も図４（直円錐）の場合と同様に、旋回速度の低下と液膜の厚みが下がることで、噴霧の狭角化と微粒化が促進される。

本実施例では、スワール通路４１は１つ設けているが、複数設けてもよい。この場合、複数のスワール通路４１を中央室４２に接続し、中央室４２から各スワール通路４１に燃料を分配する。

［実施例２］
本発明に係る第２実施例を、図６乃至図９を用いて説明する。

図６は燃料噴射弁1のノズルプレート８付近の拡大断面図である。なお図６のノズルプレート８の断面は、図７に示すVI－VI断面を示している。すなわち図６は、燃料噴射弁１の軸線１ｘに平行な断面である。実施例１と同様な構成には同じ符号を付し、一部説明を省略する。

ノズルプレート８の一端面８ａには、複数のスワール通路４１と１つの中央室４２とが形成されている。本実施例では、複数のスワール通路４１が中央室４２に接続されている構成（図７参照）が、実施例１と異なる。各スワール通路４１の構成は実施例１と同様である。なお本実施例では、燃料噴射孔４４の軸線４４ｘは、軸線１ｘに対して傾斜した構成にしている。すなわち、軸線４４ｘと軸線１ｘとの間に０°よりも大きな角度が設けられている。

各燃料噴射孔４４は、斜円錐による円錐台形状に形成されている。本実施例においては、燃料噴射孔４４は、噴射孔入口４４ｉ（上流端）から噴射孔出口４４ｏ（下流端）まで、スワール付与室４６の底部（底面）４６ｂおよびノズルプレート８の先端側端面８ｂに平行な断面が円形であり、且つ噴射孔入口４４ｉから噴射孔出口４４ｏまで、断面積が単調に増加する。すなわち燃料噴射孔４４は、上流側から下流側に向かって拡径する形状を成す。言い換えれば、燃料噴射孔４４は、斜円錐面（側面）の底面側の一部（円錐台の側面）によって、内周面が構成されている。

なお、直円錐は斜円錐の特殊な一形態であり、直円錐を含めて斜円錐、又は単に円錐と呼ぶ。従って円錐台は、直円錐を含む斜円錐（図５）の底面側の一部によって構成される。本実施例の燃料噴射孔４４は、斜円錐の円錐面（側面）の底面側の一部（円錐台の側面）４４ｓ（図５参照）によって、内周面が構成されている。

なお、燃料噴射孔４４は、軸線４４ｘに垂直な断面を円形として、噴射孔入口４４ｉから噴射孔出口４４ｏまで、断面積が単調に増加するようにしてもよい。

図７はノズルプレート８を軸線方向の一端側（上流側）から見た平面図である。ノズルプレート８の基端側端面８ａおよび先端側端面８ｂは燃料噴射弁１の軸線１ｘに垂直であり、図７は中央室４２、燃料噴射孔４４、連通路４５およびスワール付与室４６を軸線１ｘに垂直な平面に投影した投影図である。なお、実線はノズルプレート８の基端側端面８ａ上に現れる構成を示している。

以下、図７の投影図に基づいて説明する。

本実施例では、ノズルプレート８上に４つ（４組）のスワール通路４１が設けられ、各スワール通路４１は連通路４５の上流側端部が中央室４２に接続されている。各スワール通路４１は、ノズルプレート８上に、実施例１と同様な形態で設けられている。

図７の紙面上で、左側の２つのスワール通路４１は左方向を指向する噴霧を噴射し、右側の２つのスワール通路４１は右方向を指向する噴霧を噴射する。左側の２つのスワール通路４１では、噴射孔出口４４ｏの中心４４ｏｏ（図８参照）は噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏ（図８参照）に対して左方向にずれた位置に配置されている。一方、右側の２つのスワール通路４１では、噴射孔出口４４ｏの中心４４ｏｏ（図８参照）は噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏ（図８参照）に対して右方向にずれた位置に配置されている。

左側の２つのスワール通路４１において、各連通路４５は１８０°異なる方向（図７の上下方向）に延設されている。右側の２つのスワール通路４１において、各連通路４５は１８０°異なる方向（図７の上下方向）に延設されている。左側の２つのスワール通路４１と右側の２つのスワール通路４１とは、軸線１ｘを通り上下方向に延びる直線Ｌｄに対して、線対称な形状で配置されている。また、左側の２つのスワール通路４１における各連通路４５の中心線ＣＬ４５は一直線上に配置され、右側の２つのスワール通路４１における各連通路４５の中心線ＣＬ４５も一直線上に配置されている。さらに、左側の２つのスワール通路４１における連通路４５の中心線ＣＬ４５と右側の２つのスワール通路４１における連通路４５の中心線ＣＬ４５とは、平行である。

燃料噴射孔４４、連通路４５およびスワール付与室４６を図７のように配置することで、連通路４５からスワール付与室４６に流入する燃料流れに効率よく旋回速度を付与することができる。さらに、スワール付与室４６で旋回速度を付与された燃料流れは、軸線１ｘに対して傾斜した各燃料噴射孔４４（４４ｉ，４４ｏ）に、燃料噴射孔４４（４４ｉ，４４ｏ）の内周面からの剥離を抑制した状態で流入することができる。剥離の抑制について、以下詳細に説明する。

スワール通路４１の燃料流れについて、図８及び図９を用いて説明する。図８は、連通路４５とスワール付与室４６との接続部を含む、スワール付与室４６の近傍を拡大して示す平面図である。図９は、燃料噴射孔４４の軸線４４ｘに平行で、且つ軸線４４ｘを含む断面を示す断面図である。なお図８は、燃料噴射孔４４、連通路４５およびスワール付与室４６を、燃料噴射弁１の軸線１ｘに垂直な平面に投影した投影図であり、実線はノズルプレート８の基端側端面８ａ上に現れる構成を示している。また図９は、図８のIX－IX断面であり、IX－IX断面は軸線１ｘに平行な断面である。

以下、図８の投影図に基づいて説明する。

本実施例では、図８上において、スワール付与室４６の側壁４６ａは、螺旋曲線又はインボリュート曲線のような渦巻き状に形成されている。すなわち側壁４６ａは、軸心１ｘに垂直な平面上で渦巻きを成す形状に形成されている。側壁４６ａは、上流側から下流側に向かって、半径（渦中心と側壁４６ａとの距離）Ｒが漸減する。このため、スワール付与室４６の噴射孔入口（入口開口面）４４ｉの周りに形成される旋回流路（底面４４ｂに構成される流路面）は、連通路４５に接続される上流側から下流側に向かって、旋回方向に垂直な断面の面積および流路幅Ｗ４６ｂが漸減する。

本実施例では、図８に示すように、噴射孔入口４４ｉの中心（本実施例では側壁４６ａの渦中心に一致する）４４ｉｏを通る中心線ＣＬ４４ｉ１，ＣＬ４４ｉ２と、噴射孔出口４４ｏの中心４４ｏｏを通る中心線ＣＬ４４ｏ１，ＣＬ４４ｏ２と、を引いている。中心線ＣＬ４４ｉ１および中心線ＣＬ４４ｏ１は、連通路４５の中心線ＣＬ４５に平行な中心線である。中心線ＣＬ４４ｉ２および中心線ＣＬ４４ｏ２は、連通路４５の中心線ＣＬ４５に垂直な中心線である。

本実施例では、スワール付与室４６の側壁４６ａの渦中心は、噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏと一致させているが、噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏから外れた位置に設けてもよい。側壁４６ａは、側壁４６ａの渦中心を中心とする中心角が略３６０°の範囲に形成されている。このため、側壁４６ａに接する接線Ｌｃを引いた場合、接線Ｌｃは方向ベクトルＶ４６ａを有する。なお、方向ベクトルＶ４６ａの方向は上流側から下流側に向かう方向とする。この接線Ｌｃの方向ベクトルＶ４６ａは、第１の方向成分Ｖ４６ａ１と、第２の方向成分Ｖ４６ａ２と、に分解される。第１の方向成分Ｖ４６ａ１は、連通路４５の中心線ＣＬ４５に平行な成分である。すなわち、接線Ｌｃの方向ベクトルＶ４６ａは連通路４５の中心線ＣＬ４５に平行な方向成分を有する。また、第２の方向成分Ｖ４６ａ２は、中心線ＣＬ４５に垂直な成分である。

連通路４５を流れる燃料は、中心線ＣＬ４５に沿う方向の速度成分（方向ベクトルＶ４５で示す速度成分）を有する。方向ベクトルＶ４５の方向は上流側から下流側に向かう方向である。スワール付与室４６を流れる燃料は、旋回流路の下流側で、第１の方向ベクトル成分Ｖ４６ａ１で示す方向の速度成分を有する。

第２の直線Ｌ１は、噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏから、スワール付与室４６の側壁４６ａまでの長さが最大となる直線である。第２の直線Ｌ１の一端は噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏにあり、他端は側壁４６ａとの交点Ｐ１にある。交点Ｐ１は側壁４６ａの上流側端部（始端部）に位置し、交点Ｐ１においてスワール付与室４６の側壁４６ａと連通路４５の側壁４５ａとが接続される。本実施例では、第２の直線Ｌ１は中心線ＣＬ４４ｉ２および中心線ＣＬ４４ｏ２と重なる。

燃料噴射孔４４は、噴射孔出口４４ｏの中心４４ｏｏが、中心線ＣＬ４４ｉ１を境界として、交点Ｐ１の側とは反対側に位置するように、燃料噴射弁の軸線１ｘに対して傾斜した燃料噴射孔として形成される。これは、噴射孔出口４４ｏの中心４４ｏｏが、噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏに対して、交点Ｐ１とは反対側に位置することを意味する。さらには、スワール付与室４６を中心線ＣＬ４４ｉ１（連通路４５の中心線ＣＬ４５に平行な直線：第１の直線）によって２つの領域Ｄ１，Ｄ２に分けた場合に、噴射孔出口４４ｏの中心４４ｏｏは、連通路４５が接続される領域（第１の領域）Ｄ１とは反対側の領域（第２の領域）Ｄ２の側に位置する。

すなわち、入口開口面４４ｉの中心４４ｉｏから側壁４６ａまでの長さが最大となる直線（第２の直線）Ｌ１を引いた場合に、直線Ｌ１と側壁４６ａとの交点Ｐ１は、第１の領域Ｄ１に配置され、出口開口面４４ｏの中心４４ｏｏは直線Ｌ１を入口開口面４４ｉの中心４４ｉｏを越えて、交点Ｐ１が位置する側とは反対側に延長した直線（第３の直線）Ｌ２上に配置される。

連通路４５からスワール付与室４６に流入する燃料流れは、図８に矢印Ｆで示すように、側壁４６ａに沿って流れ、旋回速度を付与される。遠心力で側壁４６ａに押し付けられるように流れた燃料の多くは、旋回流路の下流側（領域Ｄ１側）で燃料噴射孔４４に流入する。この燃料噴射孔４４への流入流れを矢印Ｆ１で示す。一方、旋回流路の中間部で燃料噴射孔４４に流入する燃料流れを矢印Ｆ２で示す。旋回流路の中間部で燃料噴射孔４４に流入する燃料流れは、旋回流路の下流側（領域Ｄ１側）で燃料噴射孔４４に流入する燃料流れ比較すると、それほど多くない。すなわち、燃料流れの主流は、矢印Ｆ，Ｆ１で示すように、燃料噴射孔４４に流入する。

本実施例では、噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏおよび噴射孔出口４４ｏの中心４４ｏｏが上述したように配置されているため、円錐台となる燃料噴射孔４４の側面（内周面）４４ｓとスワール付与室底面４６ｂとのなす角（燃料噴射孔４４の入口角度）は、図９のθ１およびθ２のような角度になる。θ１は領域Ｄ１側の入口角度（第１の入口角度）であり、本実施例では中心４４ｉｏと交点Ｐ１とを結ぶ線分上に構成される入口角度である。θ２は領域Ｄ２側の入口角度（第２の入口角度）であり、本実施例では直線Ｌ１を、中心４４ｉｏを越えて領域Ｄ２側に延長した延長線上に構成される入口角度である。

直線Ｌ１側の入口角度（第１の入口角度）θ１は９０度よりも大きく、延長線側の入口角度（第２の入口角度）θ２は９０度よりも小さい。また、燃料噴射孔４４は上流側から下流側に向かって拡径する形状を成すため、θ１とθ２との和は１８０度未満であるように構成する。θ１は入口角度の最大値であり、θ２は入口角度の最小値である。従って、本実施例では、入口角度の最大値θ１は９０度よりも大きく、入口角度θ２は９０度よりも小さく、最大値θ１と最小値θ２との和は１８０度未満である。なお、入口角度の最大値θ１と最小値θ２とは、噴射孔入口４４ｉの円周方向に離間した位置であって、噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏを挟んで対向する位置（反対側）に構成される。

入口角度θ１の部分又はその近傍で燃料噴射孔４４に流入する燃料流れＦ１は、燃料噴射孔４４の内周面４４ｓから剥離する領域ＢＡ１を小さくすることができる。一方、入口角度θ２の部分又はその近傍で燃料噴射孔４４に流入する燃料流れＦ２は、燃料噴射孔４４の内周面４４ｓから剥離する領域ＢＡ２が大きくなる。本実施例では、スワール付与室４６を流れる燃料の主流は、燃料流れＦ１となるため、燃料噴射孔４４の内周面４４ｓからの剥離領域を小さくすることができる。

本実施例では、噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏと噴射孔出口４４ｏの中心４４ｏｏとを通る燃料噴射孔４４の軸線４４ｘは、図８上において、中心線ＣＬ４４ｉ２および中心線ＣＬ４４ｏ２と重なり、直線Ｌ１と一直線上に並ぶ。本実施例では、側壁４６ａは中心角が略３６０°の範囲に形成されているため、このような配置とすることで、スワール付与室４６を流れる燃料主流の、燃料噴射孔４４の内周面４４ｓからの剥離領域を小さくすることができる。

図７乃至図９で説明した構成および燃料流れを整理すると、本実施例は以下の構成を備える。

スワール通路４１はノズルプレート８上に４組設けられている。弁軸線１ｘと交差する直線（第４の直線）Ｌｄによりノズルプレート８を第３の領域Ｄ３と第４の領域Ｄ４とに分割した場合に、４組のスワール通路４１のうち、２組のスワール通路４１は第３の領域Ｄ３に配置され、他の２組のスワール通路４１は第４の領域Ｄ４に配置されている。

第３の領域Ｄ３に配置された２組のスワール通路４１は、それぞれの連通路４５が１８０°異なる方向に延設されている。第４の領域Ｄ４に配置された２組のスワール通路４１は、それぞれの連通路が１８０°異なる方向に延設されている。

第３の領域Ｄ３に配置された２組のスワール通路４１および第４の領域Ｄ４に配置された２組のスワール通路４１は、それぞれの連通路４５の中心線ＣＬ４５が相互に平行になるように構成されると共に、スワール付与室４６の第１の領域Ｄ１が第２の領域Ｄ２に対して第４の直線Ｌｄに近い側に配置されている。

図１０は、燃料噴射弁１のノズルプレート８の変更例を示す図であり、軸線１ｘ方向の一端側（上流側）から見た平面図である。

図１０に示すように、中央室４２を設けない構成であってもよい。この場合、スワール通路４１が複数設けられる構成にあっては、各スワール通路４１はそれぞれが独立しており、中央室４２を介して連通されない構成になる。スワール通路４１は、その上流端が直接、弁座部材７の下流開口部４８に連通される。

上述した構成により、本実施例では、旋回力を弱めることにより噴霧の広がりを抑制して噴霧角を小さくした２方向噴霧を形成することができる。さらに液膜を薄くすることができるので噴霧の微粒化を向上することができる。さらに剥離領域を小さくすることにより燃料噴射孔４４内の薄く安定した液膜を形成することができるので、噴霧の微粒化をより向上することができる。

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、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。

１ｘ…燃料噴射弁１の軸線、８…ノズルプレート、４１…スワール通路、４２…中央室、４４…燃料噴射孔、４４ｉ…噴射孔入口（上流端）、４４ｏ噴射孔出口（下流端）、４４ｓ…燃料噴射孔４４の内周面、４４ｘ…燃料噴射孔４４の軸線、４５…連通路（横方向通路）、４６…スワール付与室、４６ａ…スワール付与室４６の側壁、４６ｂ…スワール付与室４６の底部（底面）、ＣＬ４４ｉ１，ＣＬ４４ｉ２…噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏを通る中心線、ＣＬ４４ｏ１，ＣＬ４４ｏ２…噴射孔出口４４ｏの中心４４ｏｏを通る中心線、ＣＬ４５…連通路４５の中心線、Ｄ１…スワール付与室４６を中心線ＣＬ４４ｉ１によって２つの領域に分けた場合の一方の領域、Ｄ２…スワール付与室４６を中心線ＣＬ４４ｉ１によって２つの領域に分けた場合の他方の領域、Ｄ３…弁軸線１ｘと交差する直線（第４の直線）Ｌｄによりノズルプレート８を分割した一方の領域（第３の領域）、Ｄ４…弁軸線１ｘと交差する直線（第４の直線）Ｌｄによりノズルプレート８を分割した他方の領域（第４の領域）、Ｌ１…噴射孔入口４４ｉの中心４４ｉｏからスワール付与室４６の側壁４６ａまでの長さが最大となる直線、Ｌｃ…側壁４６ａに接する接線、Ｐ１…直線Ｌ１と側壁４６ａとの交点、Ｖ４６ａ…接線Ｌｃの方向ベクトル、Ｖ４６ａ１…方向ベクトルＶ４６ａの第１の方向成分、Ｖ４６ａ２…方向ベクトルＶ４６ａの第２の方向成分、θ１…中心４４ｉｏと交点Ｐ１とを結ぶ線分上に構成される入口角度、θ２…直線Ｌ１を、中心４４ｉｏを越えて領域Ｄ２側に延長した延長線上に構成される入口角度。

Claims (5)

1. 協働して燃料通路を開閉する弁体及び弁座と、
   前記弁体及び前記弁座による燃料通路の開閉部の下流側に配置され、燃料に旋回速度を付与するスワール付与室と、
   前記スワール付与室の上流側に配置され、前記スワール付与室に接続される連通路と、
   前記スワール付与室の底面に開口し、前記スワール付与室で旋回速度を付与された燃料を外部に噴射する燃料噴射孔と、
   を備え、
   前記スワール付与室の側壁は、上流側から下流側に向かって渦中心からの距離が漸減する渦巻きを成す形状に形成され、
   前記連通路は、直線状の中心線を有するように構成され、
   前記燃料噴射孔は、入口開口面の中心が前記スワール付与室の前記側壁の渦中心と一致するように配置され、入口側から出口側に向かって断面積が拡大するように構成されると共に、当該燃料噴射孔の孔軸線が燃料噴射弁の弁軸線に対して傾斜しており、
   前記弁軸線に垂直な平面上に前記スワール付与室、前記連通路及び前記燃料噴射孔を投影した投影図おいて、前記燃料噴射孔の前記入口開口面の中心を通り前記連通路の中心線に平行な第１の直線と、前記入口開口面の中心から前記側壁までの長さが最大となる第２の直線と、前記第２の直線を前記入口開口面の中心を越えて前記第２の直線と前記側壁との交点が位置する側とは反対側に延長した第３の直線と、を引き、前記スワール付与室を前記第１の直線によって第１の領域と第２の領域とに分けた場合に、
   前記連通路は、前記スワール付与室の前記第１の領域に接続され、
   前記第２の直線と前記側壁との前記交点は、前記第１の領域の側に配置され、
   前記燃料噴射孔の出口開口面の中心は、前記第２の領域の側で前記第３の直線の上に配置される燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記燃料噴射孔の側面と前記スワール付与室の底面との間に形成される入口角度の最大値は９０度よりも大きく、入口角度の最小値は９０度よりも小さく、前記最大値と前記最小値との和が１８０度未満である燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記スワール付与室の前記側壁に接する接線を引いた場合に、前記接線の方向ベクトルは前記連通路の前記中心線に平行な方向成分を有する燃料噴射弁。
4. 請求項３に記載の燃料噴射弁において、
   前記スワール付与室及び前記連通路により構成されるスワール通路が形成されたノズルプレートを有し、
   前記スワール通路は前記ノズルプレートに４組設けられ、
   前記弁軸線と交差する第４の直線により前記ノズルプレートを第３の領域と第４の領域とに分割した場合に、
   ４組の前記スワール通路のうち、２組のスワール通路は前記第３の領域に配置され、他の２組のスワール通路は前記第４の領域に配置されており、
   前記第３の領域に配置された前記２組のスワール通路は、それぞれの連通路が１８０°異なる方向に延設され、
   前記第４の領域に配置された前記２組のスワール通路は、それぞれの連通路が１８０°異なる方向に延設され、
   前記第３の領域に配置された前記２組のスワール通路および前記第４の領域に配置された前記２組のスワール通路は、それぞれの連通路の中心線が相互に平行になるように構成されると共に、前記スワール付与室の前記第１の領域が前記第２の領域に対して前記第４の直線に近い側に配置されている燃料噴射弁。
5. 請求項４に記載の燃料噴射弁において、
   前記第３の領域に配置された前記２組のスワール通路と前記第４の領域に配置された前記２組のスワール通路とは、前記第４の直線に対して線対称な形状に構成されている燃料噴射弁。

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