JPH11351103A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 混合気の空間分布を効率良く的確に変えるこ
とができ、内燃機関の性能を大幅に向上することを可能
にすること。 【解決手段】 噴射弁本体１の内部に往復動自在に弁体
４を保持し、噴射弁本体１の先端部には噴射弁本体の軸
方向の異なった位置において、それぞれ噴射方向を異に
する複数の噴射孔８、９が開口するとともに、弁体の先
端部において、弁体の前記噴射弁本体の軸方向の位置に
よって前記噴射孔の少なくともいずれかと連通して燃料
を供給する燃料通路１０、１１、１１１が設けられ前記
弁体の前記噴射弁本体の軸方向の位置によって異なった
噴射方向の燃料噴霧を噴射するように構成されている燃
料噴射弁。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、噴射弁本体の先端
部には噴射弁本体の異なった位置において、それぞれ噴
射方向を異にする複数の噴射孔が開口するとともに、前
記噴射弁本体の内部に往復動自在に保持された弁体の先
端部において、弁体の前記噴射弁本体の位置によって前
記噴射孔の少なくともいずれかと連通して燃料を供給す
る燃料通路が設けられ、前記弁体の前記噴射弁本体の位
置によって異なった噴射方向の燃料噴霧を噴射すること
により、混合気の空間分布を効率良く的確に変えること
ができ、内燃機関の性能を大幅に向上することを可能に
する燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料噴射弁（特開平８−２６１１
１１）は、ニードル弁のリフト量に応じて燃料の噴孔の
有効面積を漸次増加させる燃料噴射ノズルであって、図
１４ないし図１６に示されるように複数の噴孔１Ｏ、２
Ｏをノズル本体Ｂの上下異なる位置に設けて、ニードル
弁Ｎのリフト量を制御することによって開口される噴孔
数すなわち噴孔開口面積を可変にして、初期噴射率を抑
制して燃料噴霧の粒径を小さくして空気との混合気生成
を促進するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】内燃機関の全運転領域
に渡って良好なトルク、燃費、排気エミッション性能を
得るには、負荷や回転数に応じて混合気形成状態を適切
に変化させることが望まれる。特に、筒内噴射式内燃機
関においては、運転条件に応じて燃料噴射方向を変化さ
せることによって、燃焼室内の混合気形成状態を大きく
変化させることが可能であり、これを実現することは機
関性能の向上に対して重要な要素の一つとなる。

【０００４】上記従来の燃料噴射弁は、前記噴射弁の噴
孔の開口面積を可変にする機構にすぎないものであっ
て、燃料噴射方向を可変にするものではなく、混合気の
空間分布を変えようとするものではないために、機関性
能の向上に制限があるという問題があった。

【０００５】そこで本発明者は、噴射弁本体の先端部に
は噴射弁本体の異なった位置において、それぞれ噴射方
向を異にする複数の噴射孔を開口させるとともに、前記
噴射弁本体の内部に往復動自在に保持された弁体の先端
部において、弁体の前記噴射弁本体の位置によって前記
噴射孔の少なくともいずれかと連通して燃料を供給する
燃料通路を設けて、前記弁体の前記噴射弁本体の位置に
よって異なった噴射方向の燃料噴霧を噴射するという本
発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結
果、混合気の空間分布を効率良く的確に変えることがで
き、内燃機関の性能を大幅に向上することを可能にする
という目的を達成する本発明に到達した。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記
載）の燃料噴射弁は、噴射弁本体の内部に往復動自在に
弁体を保持し、噴射弁本体の先端部には噴射弁本体の異
なった位置において、それぞれ噴射方向を異にする複数
の噴射孔が開口するとともに、弁体の先端部において、
弁体の前記噴射弁本体の位置によって前記噴射孔の少な
くともいずれかと連通して燃料を供給する燃料通路が設
けられ、前記弁体の前記噴射弁本体の位置によって異な
った噴射方向の燃料噴霧を噴射するように構成されてい
るものである。

【０００７】

【発明の作用および効果】上記構成より成る第１発明の
燃料噴射弁は、前記噴射弁本体の内部に往復動自在に保
持される前記弁体の前記噴射弁本体の位置によって、弁
体の前記噴射弁本体の位置によって前記噴射孔の少なく
ともいずれかと連通して燃料を供給する燃料通路を介し
て、噴射弁本体の先端部の噴射弁本体の異なった位置に
おいて、それぞれ異なる噴射方向に開口した複数の噴射
孔に燃料を供給するので、前記弁体の位置によって、異
なった噴射方向の燃料噴霧を噴射するため、混合気の空
間分布を効率良く的確に変えることができ、内燃機関の
性能を大幅に向上することを可能にするという効果を奏
する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき、
図面を用いて説明する。

【０００９】（第１実施形態）本第１実施形態の燃料噴
射弁は、図１ないし図５に示されるように噴射弁本体１
の内部に往復動自在に弁体４を保持し、噴射弁本体１の
先端部には噴射弁本体の軸方向の異なった位置におい
て、それぞれ噴射方向を異にする複数の噴射孔８、９が
開口するとともに、弁体の先端部において、弁体の前記
噴射弁本体の軸方向の位置によって前記噴射孔の少なく
ともいずれかと連通して燃料を供給する燃料通路１０、
１１、１１１が設けられ前記弁体の前記噴射弁本体の軸
方向の位置によって異なった噴射方向の燃料噴霧を噴射
するように構成されているものである。

【００１０】以下、本第１実施形態の燃料噴射弁につい
て、詳細に説明する。図１には本第１実施形態の燃料噴
射ノズルのノズル本体１の断面が示される。図１におい
て、ノズル本体１は全体が筒状で、図中上端の基端部の
大径部２から階段状に縮径して先端部２１へ延び、該先
端部２１はさらに階段状に縮径して閉鎖されたサック部
３と延在する。ノズル本体１内はニードル弁４を上下に
摺動可能なように格納しており、その先端に形成する。
小径の噴孔選択制御部５が、前記サック部３の内周に接
して位置する。

【００１１】前記噴孔選択制御部５は、図２に示される
ようにその中間でさらに階段状に小径の小径部分６が形
成されており、該中間の小径部分６の上下に位置する大
径部７が、前記サック部３の外周の軸方向において異な
った位置に相当する複数箇所に貫通形成された燃料噴孔
８、９を閉鎖する。

【００１２】この噴孔８および９は、噴射方向がそれぞ
れ異なるようにノズル先端側と基端部側に一定の間隔を
おいて多段に配置する。本第１実施形態においては、前
記噴孔８は、ノズル本体１の軸方向に対して所定の角度
で傾斜して形成され、前記噴孔９は、ノズル本体１の水
平な半径方向に形成されている。この時の噴孔８および
９は、円周方向のθ方向に位相を変えても良い。

【００１３】前記噴孔選択制御部５の基端には水平方向
に燃料通路１０が貫通形成されるとともに、その中間位
置から先端へ向けて軸方向に延びる燃料通路１１および
水平に延在する水平燃料通路１１１が形成される。

【００１４】ニードル弁４は、電気的或いは油圧、機械
的駆動手段によって図中上方の基端方向に駆動され、前
記駆動手段の駆動が解除されるとスプリング１２によっ
て図中下方の先端方向へ付勢され、前記噴孔選択制御部
５に続く円錐台部１３がノズル本体１の内周のバルブシ
ート１４に圧接している。

【００１５】前記ニードル弁４の中間部１５の外周と前
記ノズル本体１の内周との空間によって上下に延びる燃
料流通間隙１５が形成され、その上端はノズル本体１の
大径部２内のニードル弁４の周囲に形成する燃料溜まり
１６に通じている。該燃料溜まり１６には上方から軸方
向に延在穿設された燃料供給路１７が到達連通してい
る。

【００１６】上述したような構造の燃料噴射ノズルにお
いて、図３に示されるようにニードル弁４が着座時の最
下降位置にある時、上述のように前記スプリング１２に
よって円錐台部１３がバルブシート１４に圧接して燃料
流通間隙１５と燃料通路１０との間を遮断するため、燃
料の噴射は行われない。

【００１７】図示されていない燃料ポンプによって昇圧
した燃料は、前記燃料供給路１７を経て、油溜まり１６
において蓄圧されており、前記ニードル弁４のリフトに
よって円錐台部１３とバルブシート１４の間に燃料通路
が形成されると、前記油溜まり１６から前記噴孔選択制
御部５内の燃料通路１０に流入する。

【００１８】図４に示されるように、前記ニードル弁４
のリフト制御によって、図位置までニードル弁４をリフ
トさせて噴射を行う場合は、前記噴孔選択制御部５の小
径部分６とサックとの間に形成される空間１８が、ノズ
ル先端側の傾斜して形成された前記噴孔８に連通し、一
方、基端側の水平に形成された前記噴孔９は、前記噴孔
選択制御部５の大径部７の外周が閉鎖する。すなわち、
燃料は、前記噴孔選択制御部５の内部を経てノズル先端
側の前記噴孔８からのみ噴出される。

【００１９】また、図５に示される位置までニードル弁
４をリフトさせて噴射を行う場合は、前記噴孔選択制御
部５内の小径部分６とサックとの間に形成される前記空
間１８が基端側の噴孔９と連通し、前記噴孔選択制御部
５の先端の大径部７がノズル先端側の前記噴孔８を閉鎖
する。ここで、前記の通り、前記噴孔８および噴孔９
は、噴射方向が異なるように位置するため、図４の場合
とは異なった方向に燃料を前記噴孔９より噴射すること
ができる。

【００２０】なお、前記空間１８および前記噴孔８、９
の位置関係を変えることによって、前記噴孔８および９
の開口が、オーバラップする場合としない場合が可能で
ある。このようにして本第１実施形態の燃料噴射弁は、
前記ニードル弁４のリフト量を制御することで、燃料の
噴射方向を切り替えることが可能である。

【００２１】上記作用を奏する本第１実施形態の燃料噴
射弁は、前記弁体の軸方向の位置によって、異なった噴
射方向の燃料噴霧を噴射するため、混合気の空間分布を
効率良く的確に変えることができ、内燃機関の性能を大
幅に向上することを可能にするという効果を奏する。

【００２２】（第２実施形態）本第２実施形態の燃料噴
射弁は、前記第１実施形態における前記噴孔選択制御部
５の前記小径部６の形状を、図６ないし図８に示される
ように変更する点が相違点であり、以下相違点を中心に
説明する。

【００２３】本第２実施形態の燃料噴射弁は、図７に示
される小リフト噴射時と図８に示される大リフト噴射時
に選択する噴孔を、前記第１実施形態の場合と逆にする
ことが可能になり、用途を拡大することができるという
効果を奏する。

【００２４】（第３実施形態）本第３実施形態の燃料噴
射弁は、前述の実施形態がニードル弁のリフト量を制御
することで燃料噴射方向を切り替える構造であるのに対
して、図９ないし図１１に示されるようにニードル弁を
回転させることによって噴孔を選択して燃料噴射方向を
切り替えるもので、リフト量とは無関係に燃料噴射方向
を可変にする点が相違点であり、以下相違点を中心に説
明する。

【００２５】本第３実施形態の基本構造は、図９に示さ
れるように上述した実施形態と同様に、噴射方向の異な
るように基端部側とノズル先端側とに配置した二つの噴
孔８、９を有し、ニードル弁４の先端の噴孔選択制御部
５は先端には噴孔側に、中間部には噴孔と反対側にそれ
ぞれ切り欠き１９、２０が形成され、中間部の切り欠き
２０には燃料通路２１を先端に延びる燃料通路１１に連
通する。該ニードル弁４を円周方向のθ方向に回転させ
ることによってこの切り欠き位置を変えるように構成さ
れている。

【００２６】図９はニードル弁４が着座時の状態が示さ
れ、前記噴孔選択制御部５内の燃料通路１０、１１に燃
料は供給されないので、前記噴孔８および９のどちらか
らも燃料は噴射されない。

【００２７】図１０は前記噴孔８を開口する場合であ
り、前記サック部３と切り欠き１９とが形成する間隙２
２が、前記噴孔８と連通する。一方前記噴孔９は、前記
選択制御部５によって塞がれているので前記噴孔８から
のみ燃料は噴射される。

【００２８】図１１は前記噴孔９を開口する場合が示さ
れ、前記ニードル弁４を回転して、前記切り欠き２０と
サックが成す前記間隙２３と噴孔９を連通し、前記噴孔
８は連通しない状態でニードル弁４をリフトさせること
で、前記噴孔９からのみ燃料が噴射される。

【００２９】上記作用を奏する本第３実施形態の燃料噴
射弁は、前記弁体の円周方向の位置によって、異なった
噴射方向の燃料噴霧を噴射するため、混合気の空間分布
を効率良く的確に変えることができ、内燃機関の性能を
大幅に向上することを可能にするという効果を奏する。

【００３０】また本第３実施形態の燃料噴射弁は、前記
弁体の円周方向の回転によって異なった噴射方向の燃料
噴霧を噴射を切り換え制御するので、軸方向に往復動さ
せる前記実施形態に比べて、リフト量を小さくできるの
で振動および騒音が低減されるという効果を奏する。

【００３１】さらに第３実施形態の燃料噴射弁は、ニー
ドル弁４の着座時に全ての噴孔を塞ぐように噴孔選択制
御部を図９のθ方向に回転させておくことで、エンプテ
ィングを防止することが可能である。

【００３２】（第４実施形態）本第４実施形態の燃料噴
射弁は、図１２或いは図１３の様な構造にして、ニード
ル弁４の着座時に噴孔８、９を噴孔選択制御部５の大径
部７で塞ぐように構成することが、上述の実施形態との
相違点であり、以下相違点を中心に説明する。

【００３３】エンジンの膨張行程時にはサック室内圧力
と筒内圧力との差圧が大きくなる、すなわち噴孔が絞り
となって、クランク角度に応じた筒内圧力の変化に対し
てサック室内圧力の変化が遅れるために、一時的にサッ
ク室内圧力の方が筒内圧力より高くなり、これによって
サック室内の燃料が筒内に吸い出されるエンプティング
現象が起こる。このエンプティング現象に対して前記噴
孔８および９を噴孔選択制御部５の大径部７で塞ぐこと
で防止することができるという効果を奏する。

【００３４】この時期に吸い出された燃料は、膨張行程
であるためほとんど燃焼することなく、未燃ＨＣとして
排出されるが、本第４実施形態のような構造にすること
で、この未燃ＨＣの排出を防止することが可能であると
いう効果を奏する。

【００３５】（第５実施形態）本第５実施形態の燃料噴
射弁は、図１３に示されるように噴孔８と９の形状をた
とえばスリット状に形成することにより、開口する噴孔
の選択によって燃料噴霧角を可変する事ができるように
構成するものである。

【００３６】この場合、前記噴孔８の噴孔広がり角度α
１よりも前記噴孔９の広がり角度α２が大きいので、噴
孔８を開口して噴射する場合は分散度の小さい密集した
扇状偏平な噴霧２４を噴出し、噴孔９を開口する場合は
分散度の大きい扇状で偏平な噴霧２５を噴出する。

【００３７】また本第５実施形態の燃料噴射弁は、ノズ
ル軸線と前記噴孔８、９の中心軸との角度β１とβ２を
変えれば、それぞれ異なった方向に異なった形状の噴霧
を噴出することができるとともに、β１とβ２が等しけ
れば同一方向に形状の異なった噴霧を噴出することがで
きるという効果を奏する。なお、本実施例５では噴孔８
と９の形状を、それぞれスリット状に形成したが、これ
とは別に異なる噴孔形状の組み合わせも含むこととす
る。たとえばスリット状とホール状噴孔等。

【００３８】上述の実施形態は、説明のために例示した
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の燃料噴射弁を示す断面
図である。

【図２】本第１実施形態のニードルを示す部分断面図で
ある。

【図３】本第１実施形態の燃料噴射弁の先端部を示す断
面図である。

【図４】本第１実施形態における噴孔８から噴射される
状態を示す断面図である。

【図５】本第１実施形態における噴孔９から噴射される
状態を示す断面図である。

【図６】本発明の第２実施形態の燃料噴射弁を示す断面
図である。

【図７】本第２実施形態の燃料噴射弁の小リフト噴射時
を示す断面図である。

【図８】本第２実施形態の燃料噴射弁の大リフト噴射時
を示す断面図である。

【図９】本発明の第３実施形態の燃料噴射弁を示す断面
図および図９（Ａ）中Ａ−Ａ線ならびにＢ−Ｂ線に沿う
断面図である。

【図１０】本第３実施形態における噴孔８から噴射され
る状態を示す断面図である。

【図１１】本第３実施形態における噴孔９から噴射され
る状態を示す断面図である。

【図１２】本発明の第４実施形態および第５実施形態の
燃料噴射弁を示す断面図である。

【図１３】本第４およびの第５実施形態の燃料噴射弁の
先端部を示す断面図および図１３（Ａ）中Ａ−Ａ線なら
びにＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図１４】従来の燃料噴射弁の無リフト時を示す断面図
である。

【図１５】従来の燃料噴射弁の小リフト時を示す断面図
である。

【図１６】従来の燃料噴射弁の大リフト時を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 噴射弁本体 ４ 弁体 ８、９ 噴射孔 １０、１１、１１１ 燃料通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 噴射弁本体の内部に往復動自在に弁体を
   保持し、 噴射弁本体の先端部には噴射弁本体の異なった位置にお
   いて、それぞれ噴射方向を異にする複数の噴射孔が開口
   するとともに、 弁体の先端部において、弁体の前記噴射弁本体の位置に
   よって前記噴射孔の少なくともいずれかと連通して燃料
   を供給する燃料通路が設けられ、 前記弁体の前記噴射弁本体の位置によって異なった噴射
   方向の燃料噴霧を噴射するように構成されていることを
   特徴とする燃料噴射弁。