WO2013018135A1 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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義人 安川
安部　元幸
秀治 江原
石川　亨
石井　英二
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • F02M61/1833—Discharge orifices having changing cross sections, e.g. being divergent

Definitions

  • the present invention is a fuel injection valve used in an internal combustion engine such as a gasoline engine, wherein the valve body is in contact with the valve seat to prevent fuel leakage, and injection is performed by the valve body separating from the valve seat.
  • the present invention relates to a fuel injection valve.
  • the fuel that collides and adheres to the wall surface of the cylinder and the intake valve becomes unburned in a situation where the flame is difficult to propagate, Occurs by becoming locally rich.
  • the spray itself is shortened so that the spray does not collide with the wall surface in the cylinder, and the spray shape is configured so that the spray can be laid out so that the spray does not collide with the intake valve or the like. A high degree of freedom is required.
  • the flow of the fuel is caused to drift by decentering the central axis direction of the nozzle hole with respect to the central axis of the nozzle body, thereby diffusing the spray. It is possible. However, there is no sufficient description of the effect of eccentricity on fuel flow and spraying. In addition, since the spray layout in the cylinder is not sufficiently studied and the spray diffused around the fuel injection valve is configured, the spray may collide and adhere to the wall surface and the intake valve in the cylinder.
  • An object of the present invention is to reduce the amount of fuel adhering to the intake valve and the inner wall surface of the cylinder when the fuel is directly injected into the cylinder. It is to provide an injection valve.
  • the following technique is applied to the fuel injection hole that tends to increase the spray reach distance (penetration), thereby suppressing the spray reach distance and the intake valve. Prevents adhesion to the inner wall of the cylinder.
  • the fuel injection hole for injecting the first spray includes a nozzle hole axis connecting the center of the inlet and the center of the outlet of the fuel injection hole, and is a plane parallel to the center axis of the fuel injection valve.
  • a fuel injection valve can be provided.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2 according to the first embodiment of the present invention. It is the enlarged view which showed one of the fuel injection holes which concern on 1st Example of this invention. It is the figure which showed the spray shape of the fuel injection valve which concerns on 1st Example of this invention.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view parallel to the central axis of a fuel injection valve, showing an example of an electromagnetic fuel injection valve as an example of a fuel injection valve according to the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of the lower end portion of the nozzle body in the fuel injection valve according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 2, and is an enlarged view for explaining the configuration of the fuel injection hole (positional relationship between the inlet and the outlet).
  • FIG. 4 is an enlarged view of one fuel injection hole in FIG. 3, and is an enlarged view for explaining the flow in the vicinity of the fuel injection hole and the effect thereof.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view parallel to the central axis of a fuel injection valve, showing an example of an electromagnetic fuel injection valve as an example of a fuel injection valve according to the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of the lower end portion of the nozzle body in the fuel injection valve according to
  • FIG. 5 is a view for explaining the direction of the fuel injection hole axis (also referred to as the injection hole axis) and the spray shape formed when fuel is injected in the fuel injection valve according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the side surface of the virtual cone formed by the direction of the fuel injection hole axis in the fuel injection valve according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the effect of the fuel injection hole twist angle according to the first embodiment.
  • the electromagnetic fuel injection valve 100 shown in FIG. 1 is an example of an electromagnetic fuel injection valve for an in-cylinder direct injection gasoline engine, but the effect of the present invention is intended for a port injection gasoline engine. It is also effective in an electromagnetic fuel injection valve, and a fuel injection valve driven by a piezo element or a magnetostrictive element.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the fuel injection hole 201 provided at the tip of the valve body 101.
  • the valve body 101 keeps the fuel seal by contacting the valve seat surface 203 formed of a conical surface provided on the seat member 102 joined to the nozzle body 104 by welding or the like. It is like that.
  • the contact portion on the valve body 101 side is formed by the spherical surface 202, and the contact between the conical valve seat surface 203 and the spherical surface 202 is in a substantially line contact state.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of the seat member 102 shown in FIG. 2, excluding the valve body 101, and will be described in detail using the inlet and outlet of the fuel injection hole 201 disposed on the valve seat surface 203. It is a figure to do.
  • the fuel injection hole inlet 304a and the fuel injection hole outlet 305a on the valve seat surface 203 are characterized by having the following relationship.
  • a plane including a straight line 303a connecting the center point 302a at the fuel injection hole inlet 304a and the apex 301 of the valve seat surface 203 and the vertical center axis 204 of the fuel injection valve is a center point 302a at the fuel injection hole inlet 304a.
  • a plane parallel to the vertical central axis 204 of the fuel injection valve including a straight line 307a connecting the center point 306a at the fuel injection hole outlet 305a with an angle greater than 0 degrees (having a twist angle 308a Cross)
  • the vertical center axis 204 of the fuel injection valve coincides with the central axis of the nozzle body 104.
  • 302a to 307a have been described as representative examples, but 302b to 307b, 302c to 307c, 302d to 307d, 302e to 307e, and 302f to 307f in the present embodiment are similarly described.
  • a plane that includes the straight line connecting the center point and the apex of the valve seat surface and the central axis in the vertical direction of the fuel injection valve forms a straight line connecting the center point of the fuel injection hole inlet and the center point of the fuel injection hole outlet.
  • the fuel injection valve intersects with a plane parallel to the central axis in the vertical direction at an angle larger than 0 degrees.
  • the fuel injection hole having the injection hole outlet 305f constitutes the first spray
  • a fuel injection hole having a fuel injection hole inlet 304e and a fuel injection hole outlet 305e are injected so as to form a second spray.
  • the second spray is injected around the first spray so as to surround the first spray. That is, the second spray constitutes the outer spray of the second spray.
  • the first spray and the second spray are both composed of a plurality of sprays injected from a plurality of fuel injection holes, and each spray is independently distributed in the circumferential direction.
  • the fuel injection holes for injecting each of the sprays constituting the first spray have a twist angle, thereby shortening the spray reach and suppressing adhesion to the intake valve and the cylinder inner wall surface. can do.
  • each fuel injection hole having 304b, 304d, and 304f is provided with a twist angle, and the effect thereof is the same as that of the fuel injection hole having the fuel injection hole inlet 304a.
  • FIG. 4 (a) is an enlarged view of one of the fuel injection holes, illustrating the fuel flow at the fuel injection hole inlet 304a and the fuel flow toward the fuel injection hole outlet 305a (upper left direction not shown).
  • FIG. 4B is a diagram illustrating the flow when the fuel injection holes are configured in a form that is not the present embodiment, in order to compare with FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating fuel spray injected by the fuel injection valve according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a virtual conical surface formed by the fuel injection hole shaft according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the influence of the twist angle on the reach of the fuel spray.
  • a straight line 303a connecting the apex 301 of the valve seat surface (lower right direction not shown) and the center point 302a at the fuel injection hole inlet 304a and the fuel injection valve, such as the fuel injection hole inlet 304a.
  • the plane including the central axis in the vertical direction includes a straight line 307a connecting the center point 302a at the fuel injection hole inlet 304a and the center point 306a (upper left direction not shown) at the fuel injection hole outlet 305a.
  • the fuel flow 410 toward the fuel injection hole inlet 304a forms a flow 411 twisted in the direction of the straight line 307a at the fuel injection hole inlet 304a, and flows toward a fuel injection hole outlet 305a (not shown) as a flow 412 in the fuel injection hole.
  • the fuel injection hole entrance 304a when the fuel is twisted, the fuel is pressed in the fuel injection hole to change the flow velocity distribution, so that the flow velocity distribution 410 'having no deviation becomes a flow velocity distribution 412' having deviation.
  • the flow having this bias is injected from the fuel injection hole outlet 305a to constitute the spray 501a shown in FIG.
  • the fuel having the bias in the flow velocity distribution due to the twist is twisted as compared with the case where the fuel is not twisted and the flow velocity distribution is not biased (422 ′ described below).
  • a velocity component is also present in the direction 413 in which the flow velocity distribution is biased, and it is easy to spread after being injected from the fuel injection hole, and a lot of air around the fuel injection hole outlet 305a is entrained in the spray. This increases the shear resistance of the fuel spray and shortens the reach of the fuel spray.
  • a plane including a central axis 204 in the vertical direction of the valve includes a straight line 407 connecting a center point 402 at the inlet of the fuel injection hole and a center point (upper left direction not shown) at the outlet of the fuel injection hole.
  • FIG. 7 shows a relationship line 701 with the twist angle as the horizontal axis and the spray reach distance as the vertical axis.
  • the effect obtained in this embodiment is due to a phenomenon that occurs because the flow velocity distribution is biased by the twist at the inlet of the fuel injection hole. Therefore, even if there is a difference in the fuel injection hole perforation position error, a fine twist angle is formed in the fuel injection hole in terms of structure, but the effect is not obtained with the small disturbance that occurs.
  • the spray reaching distance becomes shorter as indicated by 703. It has been found that this twist angle is preferably 5 degrees or more.
  • the above description relates to the fuel injection hole inlet 304a. However, the same effect can be obtained at each of the fuel injection hole inlets 304b to 304f.
  • the sprays 501b to 501f from the fuel injection hole outlets 305b to 305f also have a spray reach distance. It is getting shorter.
  • straight lines 307a to 307f connecting the center of the inlet of the fuel injection hole and the center of the outlet in the present embodiment are configured as follows.
  • Straight lines 307a, 307c, 307e connecting the center of the inlet and the outlet of the fuel injection hole are arranged along a virtual conical surface 602 having a vertex on the central axis 204 of the fuel injection valve
  • Straight lines 307b, 307d, and 307f that connect the center of the inlet and the outlet of the fuel injection hole are arranged along a virtual conical surface 601 that has a vertex on the center axis 204 of the fuel injection valve
  • Each straight line connecting the center of the inlet and the center of the outlet of each fuel injection hole is configured to be along one of the two virtual conical surfaces.
  • the number of virtual conical surfaces is two, but each straight line connecting the center of the inlet and the center of the outlet of each fuel injection hole (hereinafter also referred to as the fuel injection hole axis or simply the injection hole axis). May be configured so as to be along any one of the three or more virtual conical surfaces. Further, the apexes of the virtual conical surfaces 601 and 602 may be appropriately shifted from the center axis 204 of the fuel injection valve, thereby further improving the fuel spray layout.
  • the internal combustion engine parts are configured by making the distance between the inner cylinder upper and lower surfaces and the side surfaces and the twist angles 308a to 308f proportional to each other.
  • the distance to the fuel is short, increasing the twist angle of the target fuel injection hole makes the spray reach distance shorter than others, and sprays the internal combustion engine without colliding with parts. Is possible and even better.
  • the fuel injection hole 201 is cylindrical.
  • the fuel injection hole inlets 304a to 304f on the seating surface are configured to be equidistant from the central axis 204 of the fuel injection valve. Even if the distance from the shaft 204 and the interval between the fuel injection holes are different, the operational effects of the present embodiment are not impaired.
  • the number of fuel injection holes is six. However, even when the number of fuel injection holes is different, the same effect is obtained and the effect is not impaired. Similarly, even when different spray shapes are formed with the same number of fuel injection holes, the effects obtained by the present invention are not impaired.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the structure of the fuel injection hole of the fuel injection valve in the present embodiment, and those assigned the same numbers as those in FIG. 3 have the same or equivalent functions as those in the first embodiment. Therefore, explanation is omitted.
  • FIG. 9 is a diagram showing a spray shape constituted by the present embodiment.
  • the difference from the first embodiment is that the spray 901a corresponding to the straight line 307a ′ connecting the inlet center and the outlet center of the fuel injection hole is injected to the center side, and at the center point and the outlet at the inlet of the other fuel injection holes. That is, sprays 901b to 901g respectively corresponding to straight lines 307b 'to 307g' connecting the center point are sprayed so as to surround the outer edge. That is, the sprays 901b to 901g constitute an outer spray of the spray 901a.
  • the center 302a ′ of the fuel injection hole inlet has a distance from the plane including the fuel spray symmetry axis 903 and the fuel injection valve central axis 204 (extending in the direction penetrating the paper surface). ing.
  • a plane including a straight line 303a ′ connecting the center point 302a ′ at the inlet of the fuel injection hole and the apex 301 of the valve seat surface 203 and the central axis 204 in the vertical direction of the fuel injection valve is the surface of the fuel injection hole.
  • the reach of the spray can be shortened by a mechanism similar to that of the first embodiment. Since the number of fuel injection holes is larger than that in the first embodiment, it is possible to reduce the diameter of the fuel injection holes when the fuel flow rate equivalent to that in the first embodiment is injected, and to promote atomization of the fuel spray. It becomes possible.
  • the spray 901a constitutes the first spray
  • the sprays 901b, 901c, 901d, 901e, 901f, and 901g constitute the second spray.
  • the first spray is composed of one spray injected from one fuel injection hole
  • the second spray is composed of a plurality of sprays injected from a plurality of fuel injection holes
  • the sprays are independently distributed in the circumferential direction.
  • the fuel injection hole for injecting the spray 901a constituting the first spray has a twist angle, thereby shortening the reach (penetration) of the spray 901a and preventing the fuel from adhering to the intake valve or the cylinder inner wall surface. Can be suppressed.
  • the case where the fuel injection hole has a cylindrical shape has been described.
  • the inlets of the fuel injection holes on the seat surface are configured at equal distances from the central axis of the fuel injection valve at substantially equal intervals. Even if the distance and the interval between the fuel injection holes are different, the operational effects of the present embodiment are not impaired.
  • the spray shape comprised in a present Example differs, the effect obtained by this invention is not impaired.

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Abstract

　内燃機関に用いる燃料噴射弁において、噴霧到達距離を短くする。　弁体と接して燃料をシートする円錐形状の弁座面と、前記弁座面上に形成された入口開口を有する複数の燃料噴射孔とを有し、前記複数の燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧が、少なくとも一つの燃料噴射孔から噴射される噴霧によって構成される第一の噴霧と、前記第一の噴霧の外周に噴射される複数の噴霧によって構成される第二の噴霧とを有する燃料噴射弁において、　前記第一の噴霧を噴射する燃料噴射孔は、前記燃料噴射孔の入口の中心と出口の中心とを結ぶ噴孔軸を含み燃料噴射弁の中心軸に平行な平面が、前記燃料噴射孔の入口の中心と前記弁座面を形成する円錐形状の頂点とを通る直線と燃料噴射弁の前記中心軸とを含む平面に０度よりも大きな傾斜角を持って交わるように構成されたことを特徴とする燃料噴射弁。

Description

燃料噴射弁
　本発明は、ガソリンエンジン等の内燃機関に用いられる燃料噴射弁であって、弁体が弁座と当接することで燃料の漏洩を防止し、弁体が弁座から離れることによって噴射を行う、燃料噴射弁に関する。
　噴孔の中心軸方向をノズルボディの中心軸に対して偏心させることにより、燃料の流れに偏流を発生させることで噴霧を拡散させる燃料噴射弁が知られている（特許文献１参照）。この燃料噴射弁では、噴孔の中心軸方向がノズルボディの中心軸に対して偏心しているので、ノズルボディの内壁面に現れる噴孔の入口部分の形状が楕円形状となり、真円に近い場合と比較して、噴孔内へ進入する燃料の流れに偏流を発生させることができる。偏流となった燃料は噴孔内で旋回流となり、噴孔の出口部分での燃料の噴霧形状を拡散状態とすることができる。
特開２００７－１０７４５９号公報
　排出ガスに含まれるＨＣ（炭化水素）やすすなどの粒子状物質は、筒内の壁面や吸気弁等に衝突付着した燃料が、火炎が伝播しにくい状況の中で未燃状態となったり、局所的にリッチになることによって発生する。これらを抑制するためには、筒内の壁面に噴霧が衝突しないように噴霧自体を短くすることと、吸気弁等に噴霧が衝突しないように噴霧をレイアウトできるようにするために噴霧形状の構成自由度が高いことが必要である。
　上記特許文献１に開示された燃料噴射弁では、噴孔の中心軸方向をノズルボディの中心軸に対して偏心させることにより、燃料の流れに偏流を発生させており、これにより噴霧を拡散させることは可能である。しかしながら、偏心が燃料の流れや噴霧に与える影響に関する十分な記述は無い。また、筒内における噴霧のレイアウトに関する検討が十分ではなく、燃料噴射弁を中心に拡散した噴霧が構成されるため、筒内の壁面や吸気弁に噴霧が衝突付着する可能性がある。
　本発明の目的は、筒内に燃料を直接噴射した場合に吸気弁や筒内壁面に付着する燃料を低減できるようにするため、噴霧形状の構成自由度が高く、噴霧の到達距離の短い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では、噴霧の到達距離（ペネトレーション）が長くなりやすい燃料噴射孔に対して下記技術を適用することにより、噴霧の到達距離を抑え、吸気弁や筒内壁面への付着を防止する。
　すなわち、弁体と接して燃料をシートする円錐形状の弁座面と、前記弁座面上に形成された入口開口を有する複数の燃料噴射孔とを有し、前記複数の燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧が、少なくとも一つの燃料噴射孔から噴射される噴霧によって構成される第一の噴霧と、前記第一の噴霧の外周に噴射される複数の噴霧によって構成される第二の噴霧とを有する燃料噴射弁において、前記第一の噴霧を噴射する燃料噴射孔は、前記燃料噴射孔の入口の中心と出口の中心とを結ぶ噴孔軸を含み燃料噴射弁の中心軸に平行な平面が、前記燃料噴射孔の入口の中心と前記弁座面を形成する円錐形状の頂点とを通る直線と燃料噴射弁の前記中心軸とを含む平面に０度よりも大きな傾斜角を持って交わるように構成される。
　本発明によれば、噴霧の到達距離を短くすることが可能になると同時に噴霧のレイアウト性を高め筒内での吸気弁等への付着を無くすことができ、排気性能を高めた内燃機関を実現する燃料噴射弁を提供できる。
本発明に係る燃料噴射弁の実施例を示す、燃料噴射弁の中心軸に平行な縦断面図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁のノズル先端の近傍を拡大した縦断面図である。 本発明の第１実施例に係る図２のＡ－Ａ断面図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射孔の１つを示した拡大図である。 本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁の噴霧形状を示した図である。 本発明の第１の実施例に係る燃料噴射弁における、燃料噴射孔軸の方向が形成する仮想円錐の側面について説明する図である。 本発明の第１の実施例に係る燃料噴射孔ひねり角度の効果を説明するための図である。 本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁の燃料噴射孔の構成について示した図である。 本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁の噴霧形状について示した図である。
　以下、本発明に係る実施例について説明する。
　本発明の第１の実施例に係る燃料噴射弁について、図１乃至図７を用いて以下説明する。
　図１は、本発明に係る燃料噴射弁の例として、電磁式燃料噴射弁の例を示す、燃料噴射弁の中心軸に平行な縦断面図である。図２は、第１の実施例に係る燃料噴射弁における、ノズル体の下端部を拡大した縦断面図である。図３は、図２のＡ―Ａ断面図であり、燃料噴射孔の構成（入口と出口等の位置関係）を説明するための拡大図である。図４は、図３における１つの燃料噴射孔の拡大図であり、燃料噴射孔近傍での流れ及びその効果を説明するための拡大図である。図５は、第１の実施例に係る燃料噴射弁における、燃料噴射孔軸（噴孔軸ともいう）の方向と燃料を噴射した際に形成される噴霧形状を説明する図である。図６は、第１の実施例に係る燃料噴射弁における、燃料噴射孔軸の方向が形成する仮想円錐の側面について説明する図である。図７は、第１の実施例に係る燃料噴射孔ひねり角度の効果を説明するための図である。
　なお、図１に示した電磁式燃料噴射弁１００は、筒内直接噴射式のガソリンエンジン向けの電磁式燃料噴射弁の例であるが、本発明の効果は、ポート噴射式のガソリンエンジン向けの電磁式燃料噴射弁や、ピエゾ素子や磁歪素子で駆動される燃料噴射弁においても有効である。
　《噴射弁基本動作説明》
　図１において、燃料は燃料供給口１１２から供給され、燃料噴射弁の内部に供給される。図１に示す電磁式燃料噴射弁１００は、通常時閉型の電磁駆動式であって、コイル１０８に通電がないときには、弁体１０１がスプリング１１０によって付勢されてシート部材１０２に押し付けられ、燃料がシールされるようになっている。このとき、筒内噴射用の燃料噴射弁では、供給される燃料圧力がおよそ１ＭＰａ乃至３５ＭＰａの範囲である。
　図２は弁体１０１の先端に設けられた燃料噴射孔２０１の近傍を拡大した断面図である。燃料噴射弁が閉弁状態にあるときには、弁体１０１はノズル体１０４に溶接などで接合されたシート部材１０２に設けられた円錐面からなる弁座面２０３と当接することによって燃料のシールを保つようになっている。このとき、弁体１０１側の接触部は球面２０２によって形成されており、円錐面の弁座面２０３と球面２０２の接触はほぼ線接触の状態になっている。図１に示したコイル１０８に通電されると、電磁弁の磁気回路を構成するコア１０７、ヨーク１０９、アンカー１０６に磁束密度を生じて、空隙のあるコア１０７とアンカー１０６の間に磁気吸引力を生じる。磁気吸引力が、スプリング１１０の付勢力と前述の燃料圧力による力よりも大きくなると、弁体１０１はガイド部材１０３、弁体ガイド１０５にガイドされながらアンカー１０６によってコア１０７側に吸引され、開弁状態となる。
　開弁状態となると、弁座面２０３と弁体１０１の球面２０２との間に隙間を生じ、燃料の噴射が開始される。燃料の噴射が開始されると、燃料圧力として与えられたエネルギは運動エネルギに変換されて燃料噴射孔２０１に至り噴射される。
　《孔配置説明》
　次に、シート部材１０２に構成される燃料噴射孔２０１及び流れ込む燃料による効果、噴霧形状、その効果について図３乃至図７を用いて詳細に説明する。
　図３は、図２に示されるシート部材１０２のＡ－Ａ断面において、弁体１０１を除いて表示し、弁座面２０３に配置される燃料噴射孔２０１の入口や出口等用いて詳細に説明する図である。
　弁座面２０３上にある燃料噴射孔入口３０４ａと燃料噴射孔出口３０５ａは以下に示す関係で構成されていることが特徴である。燃料噴射孔入口３０４ａにおける中心点３０２ａと弁座面２０３の頂点３０１とを結んだ直線３０３ａと燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸２０４とを含んだ平面が、燃料噴射孔入口３０４ａにおける中心点３０２ａと燃料噴射孔出口３０５ａにおける中心点３０６ａとを結んだ直線３０７ａを含み燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸２０４に平行な平面に０度よりも大きな角度を有して（ひねり角３０８ａを有して）交差している。尚、燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸２０４はノズル体１０４の中心軸と一致している。上記説明では、３０２ａ乃至３０７ａを代表的な例として説明したが、本実施例における、３０２ｂ乃至３０７ｂ、３０２ｃ乃至３０７ｃ、３０２ｄ乃至３０７ｄ、３０２ｅ乃至３０７ｅ、３０２ｆ乃至３０７ｆについても同様に燃料噴射孔入口の中心点と弁座面の頂点とを結んだ直線と燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸とを含む平面が、燃料噴射孔入口の中心点と燃料噴射孔出口の中心点とを結んだ直線を含み燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸に平行な平面に０度よりも大きな角度を有して交差している。
　本実施例では、燃料噴射孔入口３０４ｂと燃料噴射孔出口３０５ｂとを有する燃料噴射孔と、燃料噴射孔入口３０４ｄと燃料噴射孔出口３０５ｄとを有する燃料噴射孔と、燃料噴射孔入口３０４ｆと燃料噴射孔出口３０５ｆとを有する燃料噴射孔とが第一の噴霧を構成し、燃料噴射孔入口３０４ａと燃料噴射孔出口３０５ａとを有する燃料噴射孔と、燃料噴射孔入口３０４ｃと燃料噴射孔出口３０５ｃとを有する燃料噴射孔と、燃料噴射孔入口３０４ｅと燃料噴射孔出口３０５ｅとを有する燃料噴射孔とが第二の噴霧を構成するように噴射される。第二の噴霧は第一の噴霧の外周にこの第一の噴霧を囲むように噴射される。すなわち、第二の噴霧が第二の噴霧の外郭噴霧を構成している。
　本実施例では、第一の噴霧と第二の噴霧とは、共に複数の燃料噴射孔から噴射される複数の噴霧で構成されており、各噴霧は独立して周方向に分散配置されている。このとき、第一の噴霧を構成する各噴霧を噴射する燃料噴射孔について、ひねり角を持たせることにより、噴霧の到達距離（ペネトレーション）を短くし、吸気弁や筒内壁面への付着を抑制することができる。
　尚、本実施例では全ての燃料噴射孔にひねり角を持たせているので、燃料噴射孔入口３０４ａを有する燃料噴射孔についてひねり角を説明したが、噴霧の到達距離を短くしたい燃料噴射孔入口３０４ｂ、３０４ｄ、３０４ｆを有する各燃料噴射孔にひねり角を持たせており、その作用効果は燃料噴射孔入口３０４ａを有する燃料噴射孔と同様である。
　《流れ、効果説明》
　上記のように燃料噴射孔を構成することによる作用効果を、図４乃至図７を用いて説明する。図４（ａ）は燃料噴射孔の１つを拡大し、燃料噴射孔入口３０４ａにおける燃料の流れ込みと燃料噴射孔出口３０５ａ（図示していない左上方向）に向けた燃料流れについて説明した図である。図４（ｂ）は図４（ａ）と比較するために、本実施例ではない形態で燃料噴射孔を構成した場合の流れの様子を説明した図である。図５は、本実施例に係る燃料噴射弁が噴射する燃料噴霧を説明した図である。図６は、本実施例に係る燃料噴射孔軸が構成する仮想円錐面について説明した図である。図７はひねり角が燃料噴霧の到達距離に与える影響について説明した図である。
　図４（ａ）において、燃料噴射孔入口３０４ａのように、弁座面の頂点３０１（図示しない右下方向）と燃料噴射孔入口３０４ａにおける中心点３０２ａとを結んだ直線３０３ａと燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸とを含む平面が、燃料噴射孔入口３０４ａにおける中心点３０２ａと燃料噴射孔出口３０５ａにおける中心点３０６ａ（図示しない左上方向）とを結んだ直線３０７ａを含み燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸に平行な平面にひねり角３０８ａを有して交差している場合、燃料は以下の様に流れる。燃料噴射孔入口３０４ａへ向かう燃料流れ４１０は、燃料噴射孔入口３０４ａにおいて、直線３０７ａ方向に捻られた流れ４１１を構成し、燃料噴射孔内の流れ４１２として図示しない燃料噴射孔出口３０５ａに向かって流れる。この燃料噴射孔入口３０４ａにおいて、燃料は捻られる際に燃料噴射孔内で押しつけられ流速分布が変化し、偏りの無い流速分布４１０′から偏りを有した流速分布４１２′となる。この偏りを有した流れが燃料噴射孔出口３０５ａから噴射され図５に示される噴霧５０１ａを構成する。燃料噴射孔２０１から噴射される際、上記捻られたことにより流速分布に偏りを有した燃料は、捻られず流速分布に偏りが無い場合（下記に説明する４２２′）に比べて、捻られたことにより流速分布が偏った方向４１３へも速度成分を有することになり、燃料噴射孔から噴射された後に広がり易く、噴霧内に多くの燃料噴射孔出口３０５ａ周辺の空気を巻き込み空気と燃料とのせん断抵抗が増加し、燃料噴霧の到達距離を短くすることができる。
　例えば、図４（ｂ）に示される燃料噴射孔４０４のように、弁座面の頂点３０１（図示しない右下方向）と燃料噴射孔の入口における中心点４０２とを結んだ直線４０３と燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸２０４とを含む平面が、燃料噴射孔の入口における中心点４０２と燃料噴射孔の出口における中心点（図示しない左上方向）とを結んだ直線４０７を含み燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸２０４に平行な平面に一致する（すなわち、ひねり角が０度）場合、流入してくる燃料４２０の流速分布４２０′は、燃料噴射孔内を流れる流れ４２２となるが流速分布４２２′は変化しない。この場合、燃料流れに偏りが生じないため、噴射された燃料は広がりにくく、噴射後も噴霧内に多くの燃料噴射孔出口周辺の空気を巻き込めず空気とのせん断力が小さく、燃料噴霧の到達距離が長くなってしまう。
　図７には、ひねり角を横軸、噴霧の到達距離を縦軸とした関係線７０１が示されている。本実施例で得られる効果は燃料流速が燃料噴射孔の入口での捻りによって流速分布が偏ったために発生する現象に起因している。そのため、燃料噴射孔の孔開け位置誤差程度の差が生じた場合でも、構造上は燃料噴射孔に微細なひねり角が構成されるが、発生する小さな擾乱では効果は得られないため、噴霧の到達距離の変わらない領域７０２があり一定以上ひねり角がついた後から７０３の様に噴霧到達距離が短くなる。なお、このひねり角は５度以上あることが望ましいことが分かっている。
　上記説明は、燃料噴射孔入口３０４ａに関する記載であるが、各燃料噴射孔入口３０４ｂ乃至３０４ｆにおいても同様の作用効果があり、燃料噴射孔出口３０５ｂ乃至３０５ｆからの噴霧５０１ｂ乃至５０１ｆも噴霧到達距離が短くなっている。
　なお、本実施例における燃料噴射孔の入口の中心と出口の中心とを結んだ直線３０７ａ乃至３０７ｆは、以下の様に構成されている。燃料噴射孔の入口の中心と出口の中心とを結んだ直線３０７ａ、３０７ｃ、３０７ｅは燃料噴射弁の中心軸２０４上に頂点を有して構成される仮想円錐面６０２に沿う様に配置され、燃料噴射孔の入口の中心と出口の中心とを結んだ直線３０７ｂ、３０７ｄ、３０７ｆは燃料噴射弁の中心軸２０４上に頂点を有して構成される仮想円錐面６０１に沿う様に配置され、各燃料噴射孔の入口の中心と出口の中心とを結んだ各直線は２つの仮想円錐面のうちいずれか一方の仮想円錐面に沿う様に構成されている。このことにより多様な噴霧形状を構成することが可能になり、内燃機関に燃料を噴射した時のレイアウト性に優れる。本実施例において、仮想円錐面は２つとしたが、各燃料噴射孔の入口の中心と出口の中心とを結んだ各直線（以下、燃料噴射孔軸、或いは単に噴孔軸ということもある）が３つ以上の仮想円錐面のうちいずれか一つの仮想円錐面に沿う様に構成してもよい。また、仮想円錐面６０１、６０２の頂点を燃料噴射弁の中心軸２０４上から適宜ずらしてもよく、これにより燃料噴霧のレイアウト性をさらに高めることができる。
　本実施例において、図５の噴霧対称軸５０２に対して対となる噴霧５０１ｂと５０１ｆ及び５０１ｃと５０１ｅに対するひねり角３０８ｂと３０８ｆ、３０８ｃと３０８ｅを等しくすることで、噴霧の到達距離が同程度となり、噴霧形状の対称性が向上し更に良い。
　また、本実施例において、内燃機関に燃料を噴射することを想定した場合、内燃機関内筒内上下面、側面との距離とひねり角３０８ａ乃至３０８ｆを比例させて構成することにより、内燃機関部品との距離が短い場合には対象となる燃料噴射孔のひねり角を大きくすることで、噴霧の到達距離が他と比べ更に短くなり、内燃機関内で噴霧が部品に衝突すること無く噴射することが可能であり更に良い。
　本実施例において、燃料噴射孔２０１は円筒状の場合を説明したが、燃料噴射孔が出口に向かい直線的または曲率を有し拡大縮小する場合においても、同様の作用効果が得られ、本実施例の効果が損なわれるものではない。また、本実施例においては座面にある燃料噴射孔入口３０４ａ乃至３０４ｆは燃料噴射弁の中心軸２０４から等距離に略等間隔に構成されているが、各燃料噴射孔入口の燃料噴射弁中心軸２０４からの距離、燃料噴射孔同士の間隔が異なったとしても本実施例における作用効果が損なわれるものではない。また、本実施例では燃料噴射孔の数を６つとして説明しているが、燃料噴射孔数が異なる場合でも同様の作用効果をもち効果が損なわれるものではない。同様に同じ燃料噴射孔数で異なる噴霧形状を構成する場合でも本発明により得られる作用効果が損なわれるものではない。
　本発明の第２の実施例に係る燃料噴射弁について、図８、図９を用いて以下説明する。図８は本実施例における燃料噴射弁の燃料噴射孔の構成を示す縦断面図であり、図３と同一の番号が割り当てられているものは、実施例１と同一もしくは同等の機能を有するものであり説明を省略する。図９は本実施例によって構成される噴霧形状を示す図である。
　第１の実施例と異なる点は、燃料噴射孔の入口中心と出口中心とを結ぶ直線３０７ａ′に対応した噴霧９０１ａが中央側に噴射され、他の燃料噴射孔の入口における中心点と出口における中心点とを結ぶ直線３０７ｂ′乃至３０７ｇ′にそれぞれ対応した噴霧９０１ｂ乃至９０１ｇが外縁を囲むように噴射されていることである。すなわち、噴霧９０１ｂ乃至９０１ｇが噴霧９０１ａの外郭噴霧を構成している。
　このような構成であると噴霧９０１ａが外縁の噴霧９０１ｂ乃至９０１ｇに囲まれているため、空気抵抗を受けにくくなり、噴霧の到達距離が延びる場合がある。しかしながら、本実施例によると、燃料噴霧の対称軸９０３と燃料噴射弁の中心軸２０４（紙面を貫通する向きに伸びている）を含む平面から燃料噴射孔入口の中心３０２ａ′が距離を有している。それにより、燃料噴射孔の入口における中心点３０２ａ′と弁座面２０３の頂点３０１とを結んだ直線３０３ａ′と燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸２０４とを含んだ平面が、燃料噴射孔の入口における中心点３０２ａ′と燃料噴射孔の出口における中心点３０６ａ′とを結んだ直線３０７ａ′を含み燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸２０４に平行な平面にひねり角３０８ａ′を構成するため、実施例１と同様のメカニズムにより噴霧の到達距離を短くすることが可能となる。燃料噴射孔の数が実施例１に比べ多くなるために、実施例１と同等の燃料流量を噴射する場合の燃料噴射孔径を小さくすることが可能となり、燃料噴霧の微粒化を促進することが可能になる。
　本実施例では、噴霧９０１ａが第一の噴霧を構成し、噴霧９０１ｂ、９０１ｃ、９０１ｄ、９０１ｅ、９０１ｆ、９０１ｇが第二の噴霧を構成する。本実施例では、第一の噴霧は一つの燃料噴射孔から噴射される一つの噴霧で構成され、第二の噴霧は複数の燃料噴射孔から噴射される複数の噴霧で構成されており、各噴霧は独立して周方向に分散配置されている。このとき、第一の噴霧を構成する噴霧９０１ａを噴射する燃料噴射孔について、ひねり角を持たせることにより、噴霧９０１ａの到達距離（ペネトレーション）を短くし、吸気弁や筒内壁面への付着を抑制することができる。
　本実施例において、燃料噴射孔は円筒状の場合を説明したが、燃料噴射孔が出口に向かい直線的または曲率を有し拡大縮小する場合においても、同様の作用効果が得られ、本発明の効果が損なわれるものではない。また、本実施例においては座面にある燃料噴射孔の入口は燃料噴射弁の中心軸から等距離に略等間隔に構成されているが、各燃料噴射孔入口の燃料噴射弁中心軸からの距離、燃料噴射孔同士の間隔が異なったとしても本実施例における作用効果が損なわれるものではない。また、本実施例において構成する噴霧形状が異なったとしても本発明により得られる作用効果が損なわれるものではない。
１０１　弁体
１０２　シート部材
１０３　ガイド部材
１０４　ノズル体
１０５　弁体ガイド
１０６　アンカー
１０７　磁気コア
１０８　コイル
１０９　ヨーク
１１０　付勢スプリング
１１１　コネクタ
１１２　燃料供給口
２０１　燃料噴射孔
２０２　弁体の球面
２０３　弁座面
２０４　燃料噴射弁の鉛直方向の中心軸
３０１　弁座面の頂点
３０２ａ乃至３０２ｆ　燃料噴射孔入口中心点
３０３ａ乃至３０３ｆ　燃料噴射弁中心軸と燃料噴射孔入口中心を結ぶ直線
３０４ａ乃至３０４ｆ　燃料噴射孔入口
３０５ａ乃至３０５ｆ　燃料噴射孔出口
３０６ａ乃至３０６ｆ　燃料噴射孔出口中心点
３０７ａ乃至３０７ｆ　燃料噴射孔入口中心と出口中心を結ぶ直線
３０８ａ乃至３０８ｆ　ひねり角
４１０、４２０　燃料噴射孔流入前の燃料流れ
４１１、４２１　燃料噴射孔入口部での燃料流れ
４１２、４２２　燃料噴射孔内での燃料流れ
５０１ａ乃至５０１ｆ、９０１ａ乃至９０１ｇ　噴霧
５０２　噴霧対称軸
６０１、６０２　仮想円錐面
７０１　ひねり角と噴霧到達距離の関係線

Claims (6)

  1. 　弁体と接して燃料をシートする円錐形状の弁座面と、前記弁座面上に形成された入口開口を有する複数の燃料噴射孔とを有し、前記複数の燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧が、少なくとも一つの燃料噴射孔から噴射される噴霧によって構成される第一の噴霧と、前記第一の噴霧の外周に噴射される複数の噴霧によって構成される第二の噴霧とを有する燃料噴射弁において、
    　前記第一の噴霧を噴射する燃料噴射孔は、前記燃料噴射孔の入口の中心と出口の中心とを結ぶ噴孔軸を含み燃料噴射弁の中心軸に平行な平面が、前記燃料噴射孔の入口の中心と前記弁座面を形成する円錐形状の頂点とを通る直線と燃料噴射弁の前記中心軸とを含む平面に０度よりも大きな傾斜角を持って交わるように構成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 　請求項１に記載の燃料噴射弁において、
    　前記第二の噴霧は、一つの仮想円錐面に沿うように噴射され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、
    　前記第二の噴霧は、各燃料噴射孔から噴射される各噴霧が周方向に分散して噴射されることを特徴とする燃料噴射弁。
  4. 　請求項３に記載の燃料噴射弁において、
    　前記第１の噴霧は複数の燃料噴射孔から噴射される複数の噴霧からなることを特徴とする燃料噴射弁。
  5. 　請求項４に記載の燃料噴射弁において、
    　前記第１の噴霧を構成する複数の噴霧は、前記仮想円錐面とは異なる仮想円錐面に沿って周方向に分散して噴射されることを特徴とする燃料噴射弁。
  6. 　請求項３に記載の燃料噴射弁において、
    　前記第一の噴霧を噴射する燃料噴射孔の入口開口の中心は、前記第二の噴霧を対称に２分する対称面に接することなく離れていることを特徴とする燃料噴射弁。
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