(57)【要約】【課題】気筒の内圧を利用しつつ従来とは異なる手法で燃料噴射方向を変更することができる内燃機関の燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料を溜めることができるサック部１９から噴孔２０まで延びる燃料通路２１が形成されたノズルボディ１５を備え、そのノズルボディ１５が気筒２内に臨むようにして内燃機関１Ａに設けられた内燃機関１Ａの燃料噴射弁１３Ａにおいて、ノズルボディ１５に形成されて燃料通路２１に開口する副室２２と、摺動可能な状態で副室２２に収容されて副室２２の燃料通路２１側に位置する通路側開口部２３を開閉する副ピストン２４と、を備え、副室２２は、副ピストン２４を挟んで通路側開口部２３と反対側に位置して気筒２に開口する連通路２５を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を溜めることができるサック部から噴孔まで延びる燃料通路が形成されたノズルボディを備え、前記ノズルボディが気筒内に臨むようにして内燃機関に設けられた内燃機関の燃料噴射弁において、
前記ノズルボディに形成されて前記燃料通路及び前記気筒のそれぞれに開口する副室と、前記副室の前記燃料通路側に位置する通路側開口部を開閉できるように前記副室内で変位できる開閉部材と、を備え、前記副室の前記気筒側に位置する気筒側開口部が、前記開閉部材を挟んで前記通路側開口部の反対側に位置していることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルボディが気筒内に臨むようにして内燃機関に設けられた内燃機関の燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射式内燃機関において、燃焼状態の改善などを目的として燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更することが周知である。例えば、テーパ面を有するスペーサを燃料噴射弁の噴射口近くに設け、そのスペーサの位置をアクチュエータで調整することでテーパ面のコアンダ効果により燃料噴射弁の燃料噴射方向を変更する内燃機関が知られている（特許文献１参照）。また、気筒内に位置する先端部材と針弁が接触する本体部材との間に弾性率が不均一な弾性体を介在させ、気筒の内圧で弾性体を変形させて先端部材を所定の方向に傾けることにより燃料噴射方向を変更する燃料噴射弁が知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２８５２０４号公報
【特許文献２】特開２０００−１８６６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の内燃機関では、スペーサの位置調整にアクチュエータを用いているので、構成が複雑化する。また、特許文献２の燃料噴射弁では、弾性体の変形により燃料噴射方向を変更しているので、気筒の内圧が僅かに変動しただけで燃料噴射方向が変動するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、気筒の内圧を利用しつつ従来とは異なる手法で燃料噴射方向を変更することができる内燃機関の燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料噴射弁は、燃料を溜めることができるサック部から噴孔まで延びる燃料通路が形成されたノズルボディを備え、前記ノズルボディが気筒内に臨むようにして内燃機関に設けられた内燃機関の燃料噴射弁において、前記ノズルボディに形成されて前記燃料通路及び前記気筒のそれぞれに開口する副室と、前記副室の前記燃料通路側に位置する通路側開口部を開閉できるように前記副室内で変位できる開閉部材と、を備え、前記副室の前記気筒側に位置する気筒側開口部が、前記開閉部材を挟んで前記通路側開口部の反対側に位置しているものである（請求項１）。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の燃料噴射弁によれば、通路側開口部が開かれるように開閉部材を変位させることで燃料通路を流れる燃料を副室に滞留させることができる。これにより、副室の近くを流れる燃料の流速が低下するので、燃料通路の燃料が全体的に流速の低い側に引きずられる。よって、副室側に傾いた状態で燃料が噴射される。一方、通路側開口部が閉じられるように開閉部材を変位させることで燃料通路から副室への燃料の滞留を阻止することができる。これにより、燃料通路を流れる燃料の流速が均一に保たれるので、燃料通路の燃料の流れ方向に燃料が噴射される。また、開閉部材には気筒の内圧と燃料通路を流れる燃料の圧力とが向かい合うようにして作用するので、開閉部材を変位させるために専用の駆動手段を設けなくても気筒の内圧の高低に応じて通路側開口部が開閉されるように開閉部材を変位させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の形態）
図１は、本発明に係る燃料噴射弁が適用された内燃機関の要部を示した図である。内燃機関１Ａは、複数（図では１つ）の気筒２が形成されたシリンダブロック３と、それらの気筒２を塞ぐようにシリンダブロック３の上部に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２内にタンブル流を形成する吸気ポート５と、気筒２内の排気が導かれる排気ポート６とを備えている。吸気ポート５にはこれを開閉する吸気弁７が、排気ポート６にはこれを開閉する排気弁８がそれぞれ設けられている。気筒２の天井面略中央には点火プラグ９が設けられている。気筒２には、ピストン１０が往復動可能な状態で挿入されている。ピストン１０の上面には、タンブル流を損なわないように形成された凹部１１と、その凹部１１の縁から吸気側の縁まで延びた傾斜部１２とが形成されている。吸気ポート５の外周側には燃料噴射弁１３Ａが設けられている。燃料噴射弁１３Ａは、その中心線（以下、バルブ中心線と呼ぶことがある。）ＣＬが気筒２の排気側に向くように位置している。
【０００９】
図２は、図１の燃料噴射弁１３Ａとその周囲を拡大して示した図である。燃料噴射弁１３Ａは、内部に弁室１４が形成されたノズルボディ１５と、弁室１４に挿入されたニードル弁１６とを備えている。ノズルボディ１５は、気筒２内に臨むようにしてシリンダヘッド４に設けられている。ニードル弁１６は、バルブ中心線ＣＬと同軸に配置され、燃料噴射弁１３Ａに設けられた不図示の電磁コイルが発生する電磁力によりバルブ中心線ＣＬの方向に往復駆動される。ニードル弁１６の先端には先細りのテーパ部１７が形成され、弁室１４にはそのテーパ部１７に対応して弁座１８が形成されている。ニードル弁１６が先端側（図２の右斜め下方向）に駆動されるとテーパ部１７が弁座１８と密着して弁室１４が先端側に対して閉じられ、ニードル弁１６が後退側（図２の左斜め上方向）に駆動されるとテーパ部１７が弁座１８から離れて弁室１４が先端側に対して開かれる。ノズルボディ１５には、弁室１４の先端側に設けられたサック部１９と、バルブ中心線ＣＬよりも吸気ポート５側（図２の上方）に位置して気筒２に開口する噴孔２０と、サック部１９から噴孔２０まで延びる燃料通路２１とが形成されている。サック部１９は、弁室１４から噴孔２０に向かう燃料を溜めることができるように構成されている。燃料通路２１の噴孔２０に近い部分は、噴孔２０に向かうに従ってバルブ中心線ＣＬ側に徐々に広がるように形成されている。
【００１０】
ノズルボディ１５には、燃料通路２１よりもシリンダブロック３側（図２の下方）に配置されて燃料通路２１に開口する副室２２と、摺動可能な状態で副室２２に収容されて副室２２の燃料通路２１側の開口部（以下、通路側開口部と呼ぶことがある。）２３を開閉する開閉部材としての副ピストン２４とが設けられている。副室２２は、副ピストン２４を挟んで通路側開口部２３と反対側に位置して気筒２に開口する連通路２５を有している。副ピストン２４は、内燃機関１Ａの圧縮行程後半時に気筒２側から受ける力が燃料通路２１側から受ける力よりも大きくなるように、気筒２側の面積が燃料通路２１側の面積よりも大きく構成されている。
【００１１】
本形態の内燃機関１Ａでは、吸気行程中に燃料噴射弁１３Ａの燃料を噴射する均質燃焼と圧縮行程中に燃料噴射弁１３Ａの燃料を噴射する成層燃焼とが運転状態に応じて適宜に行われる。図３は均質燃焼時の副ピストン２４の状態を説明するための図であり、図４は均質燃料時の燃料噴射方向を示す図である。なお、図４の燃料噴射弁１３Ａから延びる矢印は燃料噴射方向を示している。均質燃焼が行われる場合、副ピストン２４が燃料通路２１の燃料に押されて通路側開口部２３が開かれるので、燃料通路２１を流れる燃料が副室２２内に滞留する。これにより、副室２２の近くを流れる燃料の流速が低下するので、燃料通路２１の燃料が全体的に流速の低い側に引きずられる。よって、副室２２側（図３の下方）に傾いた状態で燃料が噴射される。つまり、気筒２の半径方向と燃料噴射方向とのなす角度Ｖ（以下、Ｖ角と呼ぶことがある。）が大きくなる。従って、図４に示すように、吸気行程中に燃料噴射弁１３Ａから噴射された燃料が吸気弁７に付着することを防止することができる。その結果、粒子状物質（ＰＭ）の増加を抑制することができる。
【００１２】
図５は成層燃焼時の副ピストン２４の状態を説明するための図であり、図６は成層燃料時の燃料噴射方向を示す図である。成層燃焼が行われる場合、副ピストン２４が気筒２の内圧に押されて通路側開口部２３が閉じられるので、副室２２の燃料の滞留が阻止される。これにより、燃料通路２１を流れる燃料の流速が均一に保たれるので、燃料通路２１の燃料の流れ方向に燃料が噴射されてＶ角が小さくなる。従って、図６に示すように、燃料噴射弁１３Ａから噴射された燃料がピストン１０の傾斜部１２に衝突し、跳ね上げられて点火プラグ９に導かれる。よって、燃料噴射弁１３Ａから噴射された燃料を点火プラグ９に導くためのキャビティをピストン１０の上面に形成しなくても、成層燃焼を実現できる。つまり、ピストン１０の上面に凹部１１を形成させてタンブル流が損なわれることを抑えつつ、成層燃焼も行うことができる。また、成層燃焼時に点火プラグ９の大幅遅角点火によるノッキング防止を行うこともできる。
【００１３】
本形態の燃料噴射弁１３Ａにおいては、連通路２５が副ピストン２４を挟んで通路側開口部２３と反対側に位置しているので、気筒２の内圧の高低に応じて通路側開口部２３が開閉されるように副ピストン２４を摺動させることができる。これにより、副ピストン２４を駆動させるための装置を設ける必要が無いので、燃料噴射弁１３Ａの構成が複雑化することを抑えることができる。
【００１４】
（第２の形態）
図７は本発明の第２の形態に係る燃料噴射弁１３Ｂとその周囲を拡大して示した図である。なお、図７は図２に対応しており、上述した図２と共通する部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。図７に示すように、本形態において、ノズルボディ２６には燃料通路２７及び噴孔２８がバルブ中心線ＣＬ上に位置するように形成されており、燃料通路２７の噴孔２８に近い部分が噴孔２８に向かうに従って吸気ポート７側（図７の上方）に徐々に広がるように形成されている。また、燃料通路２７に通路側開口部２９が形成された副室３０が燃料通路２７よりも吸気ポート７側に配置されている。副室３０には副ピストン３１が収容されており、その副ピストン３１は気筒２内のピストン１０が吸気行程の下死点に位置する時に気筒２側から受ける力が燃料通路２７側から受ける力よりも大きくなるように、気筒２側の面積が燃料通路２７側の面積よりも大きく構成されている。
【００１５】
本形態の燃料噴射弁１３Ｂは、内燃機関１Ｂの回転数が高い場合には吸気行程中に燃料が噴射され、その回転数が低い場合には気筒２内のピストン１０が吸気行程の下死点に位置する時に燃料が噴射されるように設定されている。図８は内燃機関１Ｂの回転数が高い時の副ピストン２９の状態を説明するための図であり、図９は内燃機関１Ｂの回転数が高い時の燃料噴射方向を示す図である。内燃機関１Ｂの回転数が高い場合、副ピストン３１が燃料通路２７の燃料に押されて通路側開口部２９が開かれるので、吸気ポート７側に傾いた状態で燃料が噴射されてＶ角が小さくなる。これにより、ピストン１０の上面に燃料が付着することを抑えることができる。また、燃料噴射弁１３Ｂから噴射された燃料がタンブル流の流れ方向と略直交する方向からタンブル流に衝突するので、気筒２の排気側壁面に燃料が付着する懸念も排除することができる。よって、燃費悪化を抑えることができる。
【００１６】
図１０は内燃機関１Ｂの回転数が低い時の副ピストン３１の状態を説明するための図であり、図１１は内燃機関１Ｂの回転数が低い時の燃料噴射方向を示す図である。内燃機関１Ｂの回転数が低い場合、副ピストン３１が気筒２の内圧に押されて通路側開口部２９が閉じられるので、バルブ中心線ＣＬに沿って燃料が噴射されてＶ角が大きくなる。これにより、燃料噴射弁１３Ｂから噴射された燃料がタンブル流の流れ方向に沿うので、タンブル流を強めることができる。よって、内燃機関１Ｂの回転数に応じて燃料噴射弁１３Ｂの燃料噴射方向が変更されるので、ピストン１０や気筒２への燃料の付着を抑えつつタンブル流を強めることができる。
【００１７】
本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。燃料噴射弁は、開閉部材として副ピストンを用いた例に限られない。その変形例として、副ピストンをダイヤフラムに代えて設けてもよい。この場合、ダイヤフラムは、通路側開口部が位置する第１室と連通路が位置する第２室とに副室を仕切るように副室内に固定される。これにより、ダイヤフラムは、気筒の内圧に押されたときに第１室側に膨らむように変形し、燃料通路の燃料に押されたときに第２室側に膨らむように変形する。従って、通路側開口部が開閉されるようにダイヤフラムを変位させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る燃料噴射弁が適用された内燃機関の要部を示す図。
【図２】図１の燃料噴射弁とその周囲を拡大して示した図。
【図３】均質燃焼時の副ピストンの状態を説明するための図。
【図４】均質燃料時の燃料噴射方向を示す図。
【図５】成層燃焼時の副ピストンの状態を説明するための図。
【図６】成層燃料時の燃料噴射方向を示す図。
【図７】本発明の第２の形態に係る燃料噴射弁とその周囲を拡大して示した図。
【図８】内燃機関の回転数が高い時の副ピストンの状態を説明するための図。
【図９】内燃機関の回転数が高い時の燃料噴射方向を示す図。
【図１０】内燃機関の回転数が低い時の副ピストンの状態を説明するための図。
【図１１】内燃機関の回転数が低い時の燃料噴射方向を示す図。
【符号の説明】
【００１９】
１Ａ、１Ｂ  内燃機関
２  気筒
１３Ａ、１３Ｂ  燃料噴射弁
１５、２６  ノズルボディ
１９  サック部
２０、２８  噴孔
２１、２７  燃料通路
２２、３０  副室
２３、２９  通路側開口部
２４、３１  副ピストン
２２  連通路
ＣＬ  燃料噴射弁の中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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