WO2020013065A1

WO2020013065A1 - 燃料噴射弁

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Publication number: WO2020013065A1
Application number: PCT/JP2019/026562
Authority: WO
Inventors: 知幸保坂; 一樹吉村; 石井　英二; 前川　典幸
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2020-01-16
Also published as: JP2020012377A; JP7032256B2; DE112019002551T5

Abstract

噴射孔内の剥離を低減し、噴霧の安定性を高める。そのため本発明の燃料噴射弁は、噴射孔軸（３２ｃ、３３ｃ、３５ｃ、３６ｃ）が、弁体中心軸３０５と噴射孔入口（３２ａ、３３ａ、３５ａ、３６ａ）の中心とを結ぶ直線とは異なる方向にねじれて構成されたねじれ噴射孔（３２、３３、３５、３６）を備え、ねじれ噴射孔（３２、３３、３５、３６）とねじれ方向（３２ｅ、３３ｅ、３５ｅ、３６ｅ）に隣接するねじれ方向側噴射孔（３３、３４、３４、３５）との間のピッチ角（Ａ２３、Ａ３４、Ａ４５、Ａ５６）が、ねじれ噴射孔（３２、３３、３５、３６）とねじれ方向（３２ｅ、３３ｅ、３５ｅ、３６ｅ）とは逆方向に隣接する反ねじれ方向側噴射孔（３１、３２、３６、３１）との間のピッチ角（Ａ１２、Ａ２３、Ａ５６、Ａ６１）よりも小さくする。

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に関する。

　近年、自動車におけるガソリンエンジンは燃費改善の要求が高まっており、燃費に優れたエンジンとして、燃焼室内に燃料を直接噴射し、噴射された燃料と吸入空気との混合気を点火プラグで点火して爆発させる筒内噴射式エンジンが普及してきている。筒内噴射式エンジンに用いられる燃料噴射弁においては、燃料の噴射時に飛散する燃料液滴が先端に付着すると、不完全燃焼によって粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）の発生要因となることが課題となっている。

　これに対し、特許文献１では、噴霧と燃料噴射孔開口部の壁面を遠ざけるような形状とすることで、燃料の付着を抑制し、ＰＭの生成を抑制する技術が開示されている。

特許第５６９６９０１号

　特許文献１には、燃料噴射弁先端への燃料付着を抑制する壁面形状に関する技術が記載されている。一方で、燃料噴射弁先端に付着する燃料量を低減するための最適な噴霧の形成方法については考慮されていない。

　以上を鑑みて、本発明の目的は、噴射孔内の剥離を低減し、噴霧の安定性を高める燃料噴射弁を提供することである。

　上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁において、噴射孔入口の中心と噴射孔出口の中心とを繋ぐ噴射孔軸が、弁体中心軸と前記噴射孔入口の中心とを結ぶ直線とは異なる方向にねじれて構成されたねじれ噴射孔を備え、前記ねじれ噴射孔とねじれ方向に隣接するねじれ方向側噴射孔との間のピッチ角が、前記ねじれ噴射孔と前記ねじれ方向とは逆方向に隣接する反ねじれ方向側噴射孔との間のピッチ角よりも小さくなるように構成された。

　本発明によれば、噴射孔内の剥離を低減し、噴霧の安定性を高める燃料噴射弁を提供できる

本発明に係る内燃機関を示した図である。本発明に係る燃料噴射弁の断面を示した図である。本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁下端部の拡大断面図である。本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁下端部の噴射孔入口配置の上流側からの視点を示した図である。本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁下端部の噴射孔入口配置の上流側からの視点と、噴射孔の断面を示した図である。本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁下端部の噴射孔入口配置の上流側からの視点と、噴射孔の断面を示した図である。本発明の第１実施例に係る内燃機関の噴霧方向と、噴射孔の関係を示した図である。本発明の第１実施例に係る燃料噴射弁下端部の噴射孔入口配置の上流側からの視点と、噴射孔の断面を示した図である。本発明の第２実施例に係る燃料噴射弁下端部の噴射孔入口配置の上流側からの視点を示した図である。本発明の第３実施例に係る燃料噴射弁下端部の噴射孔入口配置の上流側からの視点を示した図である。

　以下、図面を用いて本発明に係る実施例を説明する。

　本発明の第１の実施例に係る内燃機関および燃料噴射弁について、図１と図２を用いて以下説明する。

　図１は、筒内噴射式エンジンの構成の概要を示した図である。図１を用いて筒内噴射式エンジンの基本的な動作を説明する。図１において、シリンダヘッド１０１とシリンダブロック１０２、シリンダブロック１０２に挿入されたピストン１０３により燃焼室１０４が形成され、燃料室１０４に向けて吸気管１０５と排気管１０６がそれぞれ２つに分岐して接続されている。吸気管１０５の開口部には吸気弁１０７が、排気管１０６の開口部には排気弁１０８がそれぞれ設けられ、カム動作方式により開閉するように動作する。

　ピストン１０３はコンロッド１１４を介してクランク軸１１５と連結されており、クランク角センサ１１６によりエンジン回転数を検知できる。回転数の値はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１１８に送られる。クランク軸１１５には図示しないセルモータが連結され、エンジン始動時にはセルモータによりクランク軸１１５を回転させ始動することができる。シリンダブロック１０２には水温センサ１１７が備えられ、図示しないエンジン冷却水の温度を検知できる。エンジン冷却水の温度はＥＣＵ１１８に送られる。

　図１は１気筒のみの記述だが、吸気管１０５の上流には図示しないコレクタが備えられ、気筒ごとに空気を分配する。コレクタの上流には図示しないエアフローセンサとスロットル弁が備えられ、燃料室１０４に吸入される空気量をスロットル弁の開度によって調節できる。

　燃料は燃料タンク１０９に貯蔵され、フィードポンプ１１０によって高圧燃料ポンプ１１１に送られる。フィードポンプ１１０は燃料を０．３ＭＰａ程度まで昇圧して高圧燃料ポンプ１１１に送る。高圧燃料ポンプ１１１により昇圧された燃料はコモンレール１１２に送られる。高圧燃料ポンプ１１１は燃料を３０ＭＰａ程度まで昇圧してコモンレール１１２に送る。コモンレール１１２には燃圧センサ１１３が設けられ、燃料圧力（燃圧）を検知する。燃圧の値はＥＣＵ１１８に送られる。

　図２は、本発明の実施例１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図である。本実施例の燃料噴射弁１１９は内燃機関の燃焼室１０４に直接、燃料を噴射する。図２を用いて噴射装置の基本的な動作を説明する。図２において、燃料は燃料供給口２１２から供給され、燃料噴射弁の内部に供給される。図２に示す電磁式燃料噴射弁１１９は、通常時閉型の電磁駆動式であって、コイル２０８に通電がないときには、弁体２０１がスプリング２１０によって付勢され、ノズル体２０４に溶接などで接合されたシート部材２０２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、筒内噴射用燃料噴射弁では、供給される燃料圧力がおよそ１０ＭＰａから５０ＭＰａの範囲である。

　コイル２０８が通電されていない閉弁状態においては、コア２０７とアンカー２０６との間には弁体軸方向に所定の大きさの空隙が形成される。アンカー２０６は上面から下流側に向かって凹む凹み部２０６ａが形成され、アンカー２０６の凹み部２０６ａの底面と弁体２０１の大径部２０１ａの下面とが係合した状態になっている。アンカー２０６はアンカー付勢ばね２１３により下流側から上流側に向かって付勢されることで、閉弁状態における停止位置が決まる。

　コネクタ２１１を介してコイル２０８に通電されると、電磁弁の磁気回路を構成するコア（固定コア）２０７、ヨーク２０９、アンカー２０６に磁束密度が生じ、コア２０７とアンカー２０６の間に磁気吸引力を生じる。磁気吸引力が、スプリング２１０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、アンカー２０６がコア２０７に向かって吸引され、これによりアンカー２０６は上記した上記した弁体軸方向の空隙の大きさが０となるように移動する。このときアンカー２０６の凹み部２０６ａの底面が弁体２０１の大径部２０１ａの下面と係合し、これを押し上げる。これにより、弁体２０１のロッド部２０１ｂが下流側のガイド部材２０３、上流側の弁体ガイド２０５にガイドされながら上流方向（開弁方向）に駆動され、開弁状態となる。開弁状態となると、シート部材２０２のシート部３０４ａと弁体２０１の弁体側シート部２０１ｃとの間に隙間が生じ、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、燃料噴射弁下端部に空いた燃料噴射孔に至り噴射される。

　次に、図３は、燃料噴射弁下端部の拡大断面図であり、シート部材２０２と弁体２０１（ロッド部２０１ｂ）から構成されている。シート部材２０２は、ほぼ平面形状で全周に亘って弁体中心軸３０５から傾斜するように形成される弁座面３０４と、シート部３０４ａより下流側において弁座面３０４と同一平面上に入口部が形成された複数の燃料噴射孔（噴射孔）を有する。なお、図３ではその一つとして第１噴射孔３１を例に説明している。弁座面３０４及び弁体２０１は弁体中心軸３０５を中心に軸対称に延在している。弁体２０１がリフトしていないとき、弁体２０１の弁体側シート部２０１ｃがシート部材２０２の弁座面３０４のシート部３０４ａに線接触し、燃料の流れは遮断される。

　弁体２０１があるリフト量だけリフトしたとき、燃料は、シート部材２０２のシート部３０４ａと弁体２０１の弁体側シート部２０１ｃとの間の隙間を通り、矢印３１１の経路を通り、噴射孔３１から噴射される。シート部材２０２には複数の噴射孔３１よりも下流側の先端部において、下流方向に凹む凹み（サック室３０２）が形成される。燃料の一部はこのサック室３０２に回りこみ、矢印３１２の経路から噴射孔３１に流入する。

　図４は、本実施例における複数の噴射孔の入口部の配置を上流側から見た図である。本実施例では図４に示すようにシート部材２０２には弁体中心軸３０５を中心とするピッチ円４０１上に反時計回りに第１噴射孔３１、第２噴射孔３２、第３噴射孔３３、第４噴射孔３４、第５噴射孔３５、第６噴射孔３６と６つの噴射孔が形成される。但し、本発明は６つの噴射孔に限定されるわけではなく、３つ以上の複数の噴射孔に対して適用が可能である。それぞれの噴射孔の入口を第１噴射孔入口３１ａ、第２噴射孔入口３２ａ、第３噴射孔入口３３ａ、第４噴射孔入口３４ａ、第５噴射孔入口３５ａ、第６噴射孔入口３６ａと呼ぶ。

　それぞれの噴射孔入口（３１ａ～３６ａ）は噴射孔出口（３１ｂ～３６ｂ）に向かって穿孔されており、燃料は噴射孔入口（３１ａ～３６ａ）から流入し、噴射孔出口（３１ｂ～３６ｂ）から流出する。なお、図４では燃料は放射状に中心に向かって流れ方向４０２のように流れ、それぞれの噴射孔入口（３１ａ～３６ａ）に流れ込む。

　図４において第２噴射孔入口３２ａの中心と第２噴射孔出口３２ｂの中心とを繋ぐ第２噴射孔軸３２ｃは、弁体中心軸３０５と第２噴射孔入口３２ａの中心とを結ぶ直線３２ｄとは異なるように、ねじれて設定されている。本実施例においては、このように、ねじれた方向の噴射軸３２ｃをもつ噴射孔３２が、少なくともひとつ設定されている。また、直線３２ｄと第２噴射孔軸３２ｃのなす角度をねじれ角３２ｅ、直線３２ｄに対して第２噴射孔軸３２ｃが形成される方向をねじれ方向３２ｆと呼ぶ。なお、本実施例では第２噴射孔３２以外に第３噴射孔３３、第５噴射孔３５、第６噴射孔３６において、噴射孔軸（３３ｃ、３５ｃ、３６ｃ）が、弁体中心軸３０５と噴射孔入口（３３ａ、３５ａ、３６ａ）の中心とを結ぶ直線（３３ｄ、３５ｄ、３６ｄ）とは異なるように、ねじれて設定されている。燃料噴射弁においては、最適な混合気を得るために、噴射方向を適切に設定する必要があり、ねらいの方向に燃料を噴射するためにねじれ角を有する噴射孔が必要となる。

　図５（ａ）は、図４と同じ視点における、第２噴射孔入口３２ａへの流れ込みを示した図である。また、図５（ｂ）は第２噴射孔入口３２ａの中心を接点とするピッチ円４０１の接線４０３と、第２噴射孔軸３２ｃを通る断面を示した図である。図５を用いて、本実施例の効果について説明する。図５（ｂ）において、弁体軸３０５に対し、第２噴射孔軸３２ｃが傾いている。そのため、噴射孔入口では、流入傾斜角が急峻な縁部４０４と、流入傾斜角が緩やかな縁部４０５が形成される。噴射孔に流入する流れの経路は、流入傾斜角が急峻な縁部４０４の周囲では、大きく回りこんで流入する経路４０７をとる。一方で、流入傾斜角が緩やかな縁部４０５の周囲では、第２噴射孔軸３２ｃに近い角度で流入する経路４０６をとる。

　つまり図５（ｂ）において、弁体軸３０５に対する第２噴射孔軸３２ｃの傾斜方向（図５（ｂ）右方向）の側の縁部４０４は、第２噴射孔３２の近くにおける弁座面３０４と、傾斜方向側内径部３２ｇとで形成される流入傾斜角が鋭角に形成される。また図５（ｂ）において、弁体軸３０５に対する第２噴射孔軸３２ｃの傾斜方向と反対方向（図５（ｂ）左方向）の側の縁部４０５は、第２噴射孔３２の近くにおける弁座面３０４と、反傾斜方向側内径部３２ｈとで形成される流入傾斜角が鈍角に形成される。

　図５（ａ）においては、接線４０３に水平に流れ込む経路４０７および４０６がそれぞれ対応した流れの経路である。ここで、図５（ｂ）には、流れの経路４０７により、流れの剥離４０８が形成されやすい。噴霧の安定性を高めて燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制するためには、剥離を低減する必要がある。ここで本実施例においては、弁体中心軸３０５と第２噴射孔入口３２ａの中心とを結ぶ直線３２ｄと、弁体中心軸３０５と第３噴射孔入口３３ａの中心とを結ぶ直線３３ｄとで形成される角度を第２噴射孔３２と第３噴射孔３３との間のピッチ角と呼ぶ。そして本実施例では、ねじれ角を有する第２噴射孔３２と、第２噴射孔３２のねじれ方向３２ｆの側に隣接する第３噴射孔３３との間のピッチ角Ａ２３に対し、第２噴射孔３２のねじれ方向３２ｆとは反対側に隣接する第１噴射孔３１との間のピッチ角Ａ１２を大きくする。

　これにより、流入傾斜角が緩やかな流入経路４０６の流れを、流入傾斜角が急峻な流入経路４０７に対し強めることができる。これは、流れ経路４０７と流れ経路４０６を通る流れの強弱関係が、経路４０７＜経路４０６となるためである。ピッチ角の大小関係により、噴射孔上流の経路断面積に大小関係ができ、流れ込みの強弱を生むことができる。本実施例により、流入傾斜角が緩やかな流入経路４０６の流れを、流入傾斜角が急峻な流入経路４０７に対し強めることができ、剥離４０８を抑制することができる。すなわち、ピッチ角Ａ１２がピッチ角Ａ２３よりも大きくなるように構成することで、噴射孔内の剥離を低減し、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　なお、ねじれ方向３２ｆは必ずしも図５（ａ）の下方向、すなわち第３噴射孔３３側である必要はなく、上方向、すなわち第１噴射孔３１側でもよい。その場合には、ピッチ角Ａ１２とピッチ角Ａ２３の大小関係を逆にし、ピッチ角Ａ１２＜ピッチ角Ａ２３とすることで、所望の効果を得ることができる。また、第１噴射孔入口３１ａ、第２噴射孔入口３２ａ、第３噴射孔入口３３ａのそれぞれの中心が全て同一のピッチ円４０１上にある必要はなく、いずれかの噴射孔入口の中心が異なるピッチ円上に設定されていても良い。その場合には、流れ経路４０７と流れ経路４０６を通る流れの強弱関係が、本実施例と一致している必要がある。すなわち、噴射孔の上流側において経路４０７の流路断面積に対し経路４０６の流路断面積が大きくなる範囲においては、本実施例の効果を得ることができる。

　図６（ａ）は、図５（ａ）と同じ視点における、第２噴射孔入口３２ａに隣接する第３噴射孔入口３３ａへの流れ込みを示した図である。また、図６（ｂ）は第３噴射孔入口３３ａの中心を接点とするピッチ円４０１の接線４２０と、第３噴射孔軸３３ｃを通る断面を示した図である。図６を用いて、本実施例に係る燃料噴射弁の、図５で示した噴射孔とは別の噴射孔に対する流れ込みを説明する。図６（ａ）では、図５（ａ）の第２噴射孔入口３２ａと同様に、第３噴射孔入口３３ａの中心と第３噴射孔出口３３ｂの中心とを繋ぐ第３噴射孔軸３３ｃが、弁体中心軸３０５と第３噴射孔入口３３ａの中心とを結ぶ直線３３ｄとは異なるようにねじれて構成される。第３噴射孔軸３３ｃと直線３３ｄとのねじり角は３３ｅ、であり、図６（ａ）の下向きのねじれ方向３３ｆとなるように形成される。

　このとき、図６（ｂ）に示す断面では、図５（ｂ）と同様、流入傾斜角が急峻な縁部４２４と流入傾斜角が緩やかな縁部４２５が形成される。噴射孔に流入する流れの経路は、流入傾斜角が急峻な縁部４２４の周囲では、大きく回りこんで流入する経路４２６をとり、一方、流入傾斜角が緩やかな縁部４２５の周囲では、第３噴射孔軸３３ｃに近い角度で流入する経路４２７をとる。図６（ａ）においては、接線４２０に水平に流れ込む経路４２４および経路４２５がそれぞれ対応した流れの経路である。

　ここで、図６（ｂ）には、流れの経路４２６により、流れの剥離４２８が形成される。噴霧の安定性を高めて燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制するためには、剥離を低減する必要がある。そこで本実施例では、ねじれ角を有する第３噴射孔３３と、第３噴射孔３３のねじれ方向３３ｆ側に隣接する第４噴射孔３４との間のピッチ角Ａ３４に対し、ねじれ角を有する噴射孔３３と、ねじれ方向３３ｆとは反対側に隣接する噴射孔３２との間のピッチ角Ａ２３を大きくする。これにより、流入傾斜角が緩やかな流入経路４２５の流れを、流入傾斜角が急峻な流入経路４２４に対し強めることができ、剥離４２８を抑制することができる。すなわち、ピッチ角Ａ２３をピッチ角Ａ３４よりも大きくなるように構成することで、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　図５（ａ）における第２噴射孔３２が、図６（ａ）における第３噴射孔３３と対応し、図５（ａ）における第３噴射孔３３が、図６（ａ）における第４噴射孔３４と対応する。また、図５（ａ）におけるピッチ角Ａ２３と、図６（ａ）におけるピッチ角Ａ３４が対応する。

　すなわち、上記したように本実施例ではピッチ角Ａ１２がピッチ角Ａ２３よりも大きく構成される。そしてねじれ角を有する第３噴射孔３３と、第３噴射孔３３のねじれ方向３３ｆとは反対側に隣接する第２噴射孔３２との間のピッチ角Ａ２３が第３噴射孔３３と、第３噴射孔３３のねじれ方向３３ｆの側に隣接する第２噴射孔３２との間のピッチ角Ａ３４よりも大きくなるように構成される。

　以上の通り、本実施例の燃料噴射弁は、噴射孔入口（３２ａ、３３ａ、３５ａ、３６ａ）の中心と噴射孔出口（３２ｂ、３３ｂ、３５ｂ、３６ｂ）の中心とを繋ぐ噴射孔軸（３２ｃ、３３ｃ、３５ｃ、３６ｃ）が、弁体中心軸３０５と噴射孔入口（３２ａ、３３ａ、３５ａ、３６ａ）の中心とを結ぶ直線とは異なる方向にねじれて構成されたねじれ噴射孔（３２、３３、３５、３６）を備えている。そして、ねじれ噴射孔（３２、３３、３５、３６）とねじれ方向（３２ｅ、３３ｅ、３５ｅ、３６ｅ）に隣接するねじれ方向側噴射孔（３３、３４、３４、３５）との間のピッチ角（Ａ２３、Ａ３４、Ａ４５、Ａ５６）が、ねじれ噴射孔（３２、３３、３５、３６）とねじれ方向（３２ｅ、３３ｅ、３５ｅ、３６ｅ）とは逆方向に隣接する反ねじれ方向側噴射孔（３１、３２、３６、３１）との間のピッチ角（Ａ１２、Ａ２３、Ａ５６、Ａ６１）よりも小さくなるように構成される。

　これにより、第２噴射孔３２と第３噴射孔３３のそれぞれにおいて、流入傾斜角が緩やかな方向（４０６、４２７）からの流れ込みを強めることができ、噴射孔内の剥離を抑制することができる。これにより、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　図７（ａ）に、本実施例に係る内燃機関の中心断面と、燃料噴射弁から噴射される噴霧側面の概観を示す。燃料噴射装置１１９は内燃機関の側面に設置され、燃料噴射弁の複数の噴射孔から噴射される。噴射された燃料は、噴射孔の中心軸の方向に噴霧を形成する。本実施例に係る燃料噴射弁は、点火プラグ１２０を指向する噴霧Ｓ１と、内燃機関の壁面方向を指向する噴霧Ｓ２、噴霧Ｓ３、噴霧Ｓ４を形成する。

　図７（ｂ）は、図５（ａ）と同じ視点における、噴射孔と噴霧の関係を示した図である。図７（ｂ）の第１噴射孔３１は、図７（ａ）の噴霧Ｓ１を形成する。第１噴射孔３１と隣接する第２噴射孔３２と、第２噴射孔３２と反対側において第１噴射孔３１と隣接する第６噴射孔３６とが噴霧Ｓ２を形成する。また、第１噴射孔３１と反対側において第２噴射孔３２と隣接する第３噴射孔３３と、第１噴射孔３１と反対側において第６噴射孔３６と隣接する第５噴射孔３５とが噴霧Ｓ３を形成する。さらに第３噴射孔３３と第５噴射孔３５との間に配置される第４噴射孔３４が噴霧Ｓ４を形成する。なお、本実施例において第１噴射孔入口３１ａ及び第４噴射孔入口３４ａの中心が直線５００の上になるように配置される。また、第２噴射孔入口３２ａ及び第６噴射孔入口３６ａ、第３噴射孔入口３３ａ及び第５噴射孔入口３５ａはそれぞれ直線５００を中心に線対称に配置されている。また、図７（ａ）は噴霧の側面からの視点であり、第２噴射孔入口３２ａ及び第６噴射孔入口３６ａからの噴霧Ｓ２は重なって示されている。同様に、第３噴射孔入口３３ａ及び第５噴射孔入口３５ａからの噴霧Ｓ３も重なって示されている。

　ここで本実施例では、図７において、点火プラグを指向する噴霧Ｓ１を形成する第１噴射孔３２を１段目噴射孔と呼ぶ。また１段目噴射孔に隣接し噴霧Ｓ２を形成する第２噴射孔３２及び第６噴射孔３６を２段目噴射孔と呼ぶ。また２段目噴射孔に隣接し噴霧Ｓ３を形成する第３噴射孔３３及び第５噴射孔３５を３段目噴射孔と呼ぶ。３段目噴射孔に隣接し噴霧Ｓ４を形成する第４噴射孔３５を４段目噴射孔と呼ぶ。

　１段目噴射孔は、燃料噴射装置１１９の設置位置と点火プラグ１２０の設置位置が図７（ａ）の同じ断面上にあることから、ねじり角を有さない噴射孔となる。２段目噴射孔と３段目噴射孔は、燃焼室内に広く燃料を分散させる目的で、ピストン１０３側（つまりピストン軸方向の下側）に指向するようにねじり角を有するように構成される。すなわち、２段目噴射孔と３段目噴射孔の噴射方向は、４段目噴射孔の方向にねじり方向が必要となる。４段目噴射孔は、直線５００上に配置されており、燃焼室内に均一に噴霧を形成させる必要があるため、ねじり角を有さない。

　本実施例では上記したように、１段目噴射孔と２段目噴射孔の間のピッチ角を、２段目噴射孔と３段目噴射孔の間のピッチ角Ａ２３に対して大きくなるように構成する。つまり上記したようにピッチ角Ａ１２＞ピッチ角Ａ２３にするとともに、ねじれ角を有する第６噴射孔３６と、第６噴射孔３６のねじれ方向３６ｆの側に隣接する第５噴射孔３５との間のピッチ角Ａ５６に対し、第６噴射孔３６のねじれ方向３６ｆとは反対側に隣接する第１噴射孔３１との間のピッチ角Ａ６１を大きくする。

　また、３段目噴射孔と４段目噴射孔の間のピッチ角に対してピッチ角を大きくなるように構成する必要がある。つまり上記したようにピッチ角Ａ２３＞ピッチ角Ａ３４にするとともに、ねじれ角を有する第５噴射孔３５と、第５噴射孔３５のねじれ方向３５ｆの側に隣接する第４噴射孔３４との間のピッチ角Ａ４５に対し、第５噴射孔３５のねじれ方向３５ｆとは反対側に隣接する第６噴射孔３６との間のピッチ角Ａ５６を大きくする。

　これにより噴射孔内の剥離を低減し、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。なお、本実施例の燃料噴射弁は、６つの噴射孔からなる燃料噴射弁に限らず、３つ以上の噴射孔を有する噴射孔のピッチ角を同様に設定することで、所望の効果を得られる。
また、本実施例の効果は、燃料の流路のうち噴射孔が最小断面積となる構成でより好適に得ることができる。より具体的には、アンカー２０６がコア２０７に衝突するまで弁体２０１がリフトした場合においてシート部材２０２のシート部３０４ａと弁体２０１の弁体側シート部２０１ｃとの間のシート断面積に対し、噴射孔入口（３１ａ～３６ａ）の総面積が小さくなるように構成されたことが望ましい。

　このように構成することで、噴射孔入口の上流で流速が落ち、ピッチ角の最適化による剥離の低減効果をより好適に得ることができる。ただし、本実施例は噴射孔が流路の最終断面積となる構成に限らず、たとえば、シート部３０４が流路の最小断面積となるように構成しても良い。また、噴射孔の入口にＲを設けてもよい。このように設定することで、噴射孔内の剥離をより好適に低減し、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。また、噴射孔の入口断面積に対し噴射孔出口の断面積を小さくしてもよい。このように設定することで、噴射孔内の剥離をより好適に低減し、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　次に、図８において本実施例に係る燃料噴射弁の１段目噴射孔（第１噴射孔３１）と４段目噴射孔（第４噴射孔３４）を含むピッチ角と噴射孔への流れ込みの関係について述べる。図８（ａ）は図５（ａ）と同じ断面における、ねじれ角を有さない噴射孔への流れ込みを示した図である。本実施例では、１段目噴射孔（第１噴射孔３１）と４段目噴射孔（第１噴射孔３４）がねじれを有さない噴射孔であり、どちらも直線５００上に配置されている。第１噴射孔３１に隣接する２段目噴射孔（第２噴射孔３２及び第６噴射孔３６）は、図の左右に配置されており、それぞれピッチ角Ａ１２とピッチ角Ａ６１を形成する。

　本実施例においては、ピッチ角Ａ１２とピッチ角Ａ６１の大きさが等しくなるように構成されている。同様に、４段目噴射孔（第４噴射孔３４）に隣接する３段目噴射孔（第３噴射孔３３及び第５噴射孔３５）は図の左右に配置されており、それぞれピッチ角Ａ３４とピッチ角Ａ４５を形成する。本実施例においては、ピッチ角Ａ３４とピッチ角Ａ４５の大きさが等しくなるように構成されている。ねじれ角を有さない噴射孔に対しては、左右の流れ込みを均等にし、流れの偏りを少なくするようにするのが望ましい。

　図８（ｂ）は、直線５００上の断面における噴射孔近傍の拡大図である。図左半分は第４噴射孔３４の断面図であり、図右半分は第１噴射孔３１の断面図である。第４噴射孔３４の中心軸３４ｃは弁体中心軸３０５から角度５０５だけ傾いており、第１噴射孔３１の第１中心軸３１ｃは弁体中心軸から角度５０６だけ傾いている。本実施例では、第４噴射孔３４の第４中心軸３４ｃの傾き角５０５は、第１噴射孔３１の第１中心軸３１ｃの傾き角５０６よりも大きくなるように設定されている。このとき、第１噴射孔３１は、傾斜の緩やかな縁部５０７を上流側に、傾斜の急峻な縁部５０８をサック室３０２側に形成する。一方、第４噴射孔３４は、縁部５０９の傾斜が急峻になり、縁部５１０の傾斜は緩やかになる。

　このとき、第１噴射孔３１においては、傾斜が急峻なサック側縁部５０８に剥離ができやすい。そのため、上流側からの流れ５１１が強く、サック室側の剥離を小さくすることが望ましい。一方で、第４噴射孔３４においては、上流側縁部５０９の傾斜が急峻なため、上流側に剥離ができやすい。そのため、上流側からの流れ５１２が弱く、上流側の剥離を小さくすることが望ましい。

　そのため、弁体中心軸３０５からの第４噴射孔軸３４ｃの傾き５０５が大きい第４噴射孔３４に対しては、隣接する第３噴射孔３４及び第５噴射孔３５とのピッチ角Ａ３４とピッチ角Ａ４５を狭める。これにより上流側からの流れ込み５１２を弱め、上流側に形成される剥離を抑制することができる。一方、弁体中心軸からの第１噴射孔軸３１ｃの傾き５０６が小さい第１噴射孔３１に対しては、隣接する第２噴射孔３１及び第６噴射孔３６とのピッチ角Ａ１２とピッチ角Ａ６１を広げるように構成する。これにより、上流側からの流れ込み５１１を強め、サック室側に形成される剥離を抑制することができる。

　すなわち、本実施例の燃料噴射弁１１９は、噴射孔入口（３１ａ、３４ａ）の中心と噴射孔出口（３１ｂ、３４ｂ）の中心とを繋ぐ噴射孔軸（３１ｃ、３４ｃ）が、弁体中心軸３０５と噴射孔入口（３１ａ、３４ａ）の中心とを結ぶ直線（３１ｄ、３４ｄ）と同じ方向に構成された複数の噴射孔（３１，３４）を備える。そして複数の噴射孔（３１，３４）のうち、弁体中心軸３０５と噴射孔軸（第１噴射孔軸３１ｃ）のなす角５０６が小さい小傾斜噴射孔（第１噴射孔３１）と小傾斜噴射孔（第１噴射孔３１）に隣接する噴射孔（第２噴射孔３２、第６噴射孔３６）との間のピッチ角（Ａ１２、Ａ６１）が、弁体中心軸３０５と噴射孔軸（第４噴射孔軸３４ｃ）のなす角が大きい大傾斜噴射孔（第４噴射孔３４）と大傾斜噴射孔（第４噴射孔３４）に隣接する噴射孔（第３噴射孔３３、第５噴射孔３５）とのピッチ角（Ａ３４、Ａ４５）よりも大きくなるように構成される。これにより、噴射孔内の剥離を低減し、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　また、本実施例においては、弁体中心軸３０５からの第４噴射孔軸３４ｃの傾きが大きい第４噴射孔３４はピストン１０３の側を指向しており、弁体中心軸３０５からの第１噴射孔軸３１ｃの傾きが小さい第１噴射孔３１は、点火プラグ１２０の先端部の側を指向している。すなわち、点火プラグを指向する噴射孔とその噴射孔に隣接する噴射孔との間のピッチ角が、ピストン側を指向する噴射孔とその噴射孔に隣接する噴射孔とのピッチ角よりも大きくなるように構成する。

　つまり本実施例の燃料噴射弁１１９は、点火プラグ１２０の先端部を指向するプラグ向き噴射孔（第１噴射孔３１）とプラグ向き噴射孔（第１噴射孔３１）に隣接する噴射孔（第２噴射孔３２、第６噴射孔３６）との間のピッチ角（Ａ１２、Ａ６１）が、ピストン１０３の上面中心部を指向するピストン向き噴射孔（第４噴射孔３４）とピストン向き噴射孔（第４噴射孔３４）に隣接する噴射孔（第３噴射孔３３、第５噴射孔３５）とのピッチ角（Ａ３４、Ａ４５）よりも大きくなるように構成される。

　以上の通り本実施例の燃料噴射弁は、複数の噴射孔を上流側から見た水平方向断面図（図４、５（ａ）、６（ａ）、７（ｂ）、８（ａ））において、点火プラグ１２０の先端部を指向する第１噴射孔３１と、第１噴射孔３１に隣接する第２噴射孔３２と、第１噴射孔３１とは別体でかつ第１噴射孔３１と反対側において第２噴射孔３２に隣接する第３噴射孔３３と、ピストン１０３の上面中心部を指向する第４の噴射孔３４と、第１噴射孔３１と弁体中心軸３０５とを通る中心線に対し、第３噴射孔３３と反対側に形成される第５噴射孔３５と、中心線３０５に対し、第２噴射孔３２と反対側に形成される第６噴射孔３６と、を有する。そして、第１噴射孔３１と第２噴射孔３２との間のピッチ角Ａ１２は、第２噴射孔３２と第３噴射孔３３との間のピッチ角Ａ２３よりも大きくなるように構成される。

　また、第２噴射孔３２と第３噴射孔３３との間のピッチ角Ａ２３は、第３噴射孔３３と第４噴射孔３４との間のピッチ角Ａ３４よりも大きくなるように構成されることが望ましい。また、第１噴射孔３１と第６噴射孔３６との間のピッチ角Ａ６１は、第５噴射孔３５と第６噴射孔３６との間のピッチ角Ａ５６よりも大きくなるように構成されることが望ましい。また第５噴射孔３５と第６噴射孔３６との間のピッチ角Ａ５６は、第４噴射孔３４と第５噴射孔３５との間のピッチ角Ａ４５よりも大きくなるように構成されることが望ましい。以上の構成により、噴射孔内の剥離を低減し、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　図９に、図５と同じ視点における、実施例２に係る燃料噴射弁の噴射孔配置を示す。実施例２に係る燃料噴射弁１１９は、弁体中心軸３０５を中心として第２噴射孔入口３２ａ、第３噴射孔入口３３ａ、第５噴射孔入口３５ａ、第６噴射孔入口３６ａのそれぞれの中心を通るピッチ円４０１と、第１噴射孔入口３１ａ、第４噴射孔入口３４ａのそれぞれの中心を通るピッチ円６００の２つを有する。また、ピッチ円６００の半径は、ピッチ円４０１の半径よりも小さくなるように構成されている。残りの構成は第１の実施例と同じである。本実施例においては、ねじれ角を有さない第１噴射孔３１と第４噴射孔３４がピッチ円６００上に配置され、残りの噴射孔がピッチ円４０１上に配置されている。

　このとき、第１噴射孔３１においては、図８（ｂ）に示す、サック側縁部５０８に剥離ができやすい。そのため、上流側からの流れ５１１が強く、サック室側の剥離を小さくすることが望ましい。また、本実施例では第１噴射孔３１と第２噴射孔３２の間のピッチ角Ａ１２、第１噴射孔３１と第６噴射孔３６の間のピッチ角Ａ６１が大きくなるように設定されている。そのため、上流の流速が大きい場合にはサック室への流れ込み６０１が大きくなりやすい。そこで本実施例では、ピッチ円半径が小さいピッチ円６００上に第１噴射孔入口３１ａ、及び第４噴射孔入口３４ａの中心を配置することで、流速の速いシート部３０４ａから第１噴射孔３１を離し、サック室３０２への流れ６０１を抑制することができる。これにより、第１噴射孔３１内の剥離を低減し、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　一方、第４噴射孔３４においては、図８（ｂ）に示す、上流側縁部５０９の傾斜が急峻なため、上流側に剥離ができやすい。そのため、上流側からの流れ５１２が弱く、上流側の剥離を小さくすることが望ましい。また本実施例では、第３噴射孔３３及び第５噴射孔３５と第４噴射孔３４の間のピッチ角（Ａ３４、Ａ４５）は小さくなるように設定されているため、サック室への流れ込み６０２は少ない。そこで本実施例では、ピッチ円半径が小さいピッチ円６００上に第４噴射孔入口３４ａを配置する。つまり弁体中心軸３０５を中心とし噴射孔入口を通る円をピッチ円とするとき、ねじれ角を有する噴射孔（３２、３３、３５、３６）の位置するピッチ円４０１の半径が、ねじれ角を有さない噴射孔（３１、３４）の位置するピッチ円６００の半径よりも大きくなるように構成される。これにより、上流側からの流れ５１２を弱め、第４噴射孔３４の内部の剥離を低減することができる。これにより、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　図１０に、図５と同じ視点における、実施例３に係る燃料噴射弁の噴射孔配置を示す。実施例３に係る燃料噴射弁は、点火プラグ１２０の先端部の方向を指向する第１噴射孔Ｈ１と、第１噴射孔Ｈ１に隣接する２段目噴射孔（第２噴射孔Ｈ２、第５噴射孔Ｈ５）と、２段目噴射孔（第２噴射孔Ｈ２、第５噴射孔Ｈ５）に隣接する３段目噴射孔（第３噴射孔Ｈ３、第４噴射孔Ｈ４）の、５つの噴射孔からなる。その他の構成は実施例１に係る燃料噴射弁と同じである。

　２段目噴射孔（第２噴射孔Ｈ２、第５噴射孔Ｈ５）は、噴射孔軸（第２噴射孔軸Ｈ２ｃ、第５噴射孔軸Ｈ５ｃ）がねじれ方向（Ｈ２ｆ、Ｈ５ｆ）に傾いている。そのため、２段目噴射孔（第２噴射孔Ｈ２、第５噴射孔Ｈ５）と、ねじれ方向（Ｈ２ｆ、Ｈ５ｆ）に隣接する３段目噴射孔（第３噴射孔Ｈ３、第４噴射孔Ｈ４）の間のピッチ角（ＡＨ２３、ＡＨ４５）が、２段目噴射孔Ｈ２（第２噴射孔Ｈ２、第５噴射孔Ｈ５）と、ねじれ方向（Ｈ２ｆ、Ｈ５ｆ）とは逆側に隣接する１段目噴射孔（第１噴射孔Ｈ１）の間のピッチ角（ＡＨ１２、ＡＨ５１）よりも小さくなるように構成する。これにより、第１噴射孔入口２ａ及び第５噴射孔入口５ａの傾斜が緩やかな流れを強め、第１噴射孔２及び第５噴射孔５の内部の剥離を低減することができる。それにより、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　すなわち、本実施例の燃料噴射弁は、ねじれ角（Ｈ２ｅ、Ｈ５ｅ）を有する噴射孔（第２噴射孔Ｈ２、第５噴射孔Ｈ５）と、ねじれ方向（Ｈ２ｆ、Ｈ５ｆ）に隣接する噴射孔（第３噴射孔Ｈ３、第４噴射孔Ｈ４）の間のピッチ角（ＡＨ２３、ＡＨ４５）を、上記噴射孔（第２噴射孔Ｈ２、第５噴射孔Ｈ５）と、ねじれ方向（Ｈ２ｆ、Ｈ５ｆ）とは逆方向に隣接する噴射孔（第１噴射孔Ｈ１）の間のピッチ角（ＡＨ１２、ＡＨ５１）よりも小さくなるように構成する。これにより、噴射孔内の剥離を低減し、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　また、３段目噴射孔の第３噴射孔Ｈ３は、第３噴射孔軸Ｈ３ｃがねじり方向Ｈ３ｆにねじり角度Ｈ３ｅだけ傾いている。そのため本実施例では、第３噴射孔Ｈ３と、ねじり方向Ｈ３ｆの側に隣接するもうひとつの３段目噴射孔の第４噴射孔Ｈ４との間に形成されるピッチ角ＡＨ３４が、第３噴射孔Ｈ３と、ねじり方向Ｈ３ｆとは逆側に隣接する第２噴射孔Ｈ２の間のピッチ角ＡＨ２３よりも小さくなるように構成する。これにより、噴射孔入口の傾斜が緩やかな流れを強め、第３噴射孔Ｈ３の内部の剥離を低減することができる。それにより、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

　なお、第４噴射孔軸Ｈ４ｃがねじり方向Ｈ４ｆにねじり角度Ｈ４ｅだけ傾いている場合には、上記と同様の理由により第４噴射孔Ｈ４と、ねじり方向Ｈ４ｆの側に隣接する第３噴射孔Ｈ３との間に形成されるピッチ角ＡＨ３４が、第４噴射孔Ｈ４と、ねじり方向Ｈ４ｆとは逆側に隣接する第５噴射孔Ｈ５の間のピッチ角ＡＨ４５よりも小さくなるように構成することが望ましい。すなわち、ねじれ角を有する噴射孔と、ねじれ方向に隣接する噴射孔の間のピッチ角を、上記噴射孔と、ねじれ方向とは逆方向に隣接する噴射孔の間のピッチ角よりも小さくなるように構成する。これにより、噴射孔内の剥離を低減し、噴霧の安定性を高め、燃料液滴の燃料噴射弁への付着を抑制することができる。

１０１…シリンダヘッド
１０２…シリンダブロック
１０３…ピストン
１０４…燃焼室
１０５…吸気管
１０６…排気管
１０７…吸気弁
１０８…排気弁
１０９…燃料タンク
１１０…フィードポンプ
１１１…高圧燃料ポンプ
１１２…コモンレール
１１３…燃圧センサ
１１４…コンロッド
１１５…クランク軸
１１６…クランク角センサ
１１７…水温センサ
１１８…ＥＣＵ
１１９…燃料噴射弁
１２０…点火プラグ
２０１…弁体
２０１ａ…低リフト状態での弁体位置
２０１ｂ…高リフト状態での弁体位置
２０２…シート部材
２０３…ガイド部材
２０４…ノズル体
２０５…弁体ガイド
２０６…アンカー
２０７…コア
２０８…コイル
２０９…ヨーク
２１０…スプリング
２１１…コネクタ
２１２…燃料供給口
３１、３２、３３、３４、３５、３６…噴射孔
３０２…サック室
３０４…弁座面
３０５…弁体中心軸
３１１…シート部側からの流れ込み
３１２…サック室側からの流れ込み
以下、本文中に記載

Claims

　内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁において、
　噴射孔入口の中心と噴射孔出口の中心とを繋ぐ噴射孔軸が、弁体中心軸と前記噴射孔入口の中心とを結ぶ直線とは異なる方向にねじれて構成されたねじれ噴射孔を備え、
　前記ねじれ噴射孔とねじれ方向に隣接するねじれ方向側噴射孔との間のピッチ角が、前記ねじれ噴射孔と前記ねじれ方向とは逆方向に隣接する反ねじれ方向側噴射孔との間のピッチ角よりも小さくなるように構成された燃料噴射弁。
　請求項１に記載の燃料噴射弁において、
　噴射孔入口の中心と噴射孔出口の中心とを繋ぐ噴射孔軸が、弁体中心軸と前記噴射孔入口の中心とを結ぶ直線と同じ方向に構成された複数の噴射孔を備え、
　前記複数の噴射孔のうち、前記弁体中心軸と噴射孔軸のなす角が小さい小傾斜噴射孔と前記小傾斜噴射孔に隣接する噴射孔との間のピッチ角が、前記弁体中心軸と噴射孔軸のなす角が大きい大傾斜噴射孔と前記大傾斜噴射孔に隣接する噴射孔とのピッチ角よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。
　請求項１に記載の燃料噴射弁において、
　点火プラグの先端部を指向するプラグ向き噴射孔と前記プラグ向き噴射孔に隣接する噴射孔との間のピッチ角が、ピストン上面中心部を指向するピストン向き噴射孔と前記ピストン向き噴射孔に隣接する噴射孔とのピッチ角よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。
　内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁において、
　複数の噴射孔を上流側から見た水平方向断面図において、点火プラグの先端部を指向する第１噴射孔と、前記第１噴射孔に隣接する第２噴射孔と、前記第１噴射孔とは別体でかつ前記第１噴射孔と反対側において前記第２噴射孔に隣接する第３噴射孔と、ピストンの上面中心部を指向する第４の噴射孔と、前記第１噴射孔と弁体中心軸とを通る中心線に対し、前記第３噴射孔と反対側に形成される第５噴射孔と、前記中心線に対し、前記第２噴射孔と反対側に形成される第６噴射孔と、を有し、
　前記第１噴射孔と前記第２噴射孔との間のピッチ角は、前記第２噴射孔と前記第３噴射孔との間のピッチ角よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。
　請求項４に記載の燃料噴射弁において、
　前記第２噴射孔と前記第３噴射孔との間のピッチ角は、前記第３噴射孔と前記第４噴射孔との間のピッチ角よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。
　請求項４に記載の燃料噴射弁において、
　前記第１噴射孔と前記第６噴射孔との間のピッチ角は、前記第５噴射孔と前記第６噴射孔との間のピッチ角よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。
　請求項４に記載の燃料噴射弁において、
　前記第５噴射孔と前記第６噴射孔との間のピッチ角は、前記第４噴射孔と前記第５噴射孔との間のピッチ角よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。
　請求項１又は４に記載の燃料噴射弁において、
　弁体中心軸を中心とし噴射孔入り口を通る円をピッチ円とするとき、ねじれ角を有する噴射孔の位置するピッチ円の半径が、ねじれ角を有さない噴射孔の位置するピッチ円の半径よりも大きくなるように構成された燃料噴射弁。