(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブが摺動可能に設けられるバルブ孔と、
前記バルブが着座するシート部と、
前記シート部の下流に設けられたほぼ長細四角形状の開口断面を有しかつそのシート部の内面側の孔入口からその外面側の孔出口にわたって所定の開口角度をもってほぼ扇形状に開口された噴孔と
を備え、
前記噴孔の長辺側の対向壁面を、孔入口から孔出口にわたって、該噴孔の開口断面における長辺方向の両端部の開口幅に比べてその中央部の開口幅を大きくする湾曲状に形成し、
前記噴孔の長辺側の対向壁面を、孔入口側の幅に比べて孔出口側の幅を大きくする所定の幅方向開口角度のテーパー状の傾斜面で形成した
燃料噴射ノズル。
【請求項２】
前記噴孔の孔入口部における長辺側の対向壁面に、その軸方向に平行をなしかつその下流側の長辺側の対向壁面に連続する加工仕上面を形成するように調量加工が施されている請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として内燃機関のシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射式（直噴式ともいう。）のガソリンエンジンに用いられる燃料噴射弁の燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料噴射ノズルを図面に基づいて説明する。図１１に燃料噴射ノズルの正面図、図１２に燃料噴射ノズルの先端部分の側断面図が示されている。図１２に示すように、燃料噴射ノズル１００には、バルブ１０８が摺動可能に設けられるバルブ孔１０２と、前記バルブ１０８が着座するシート部１０３と、前記シート部１０３の下流に設けられたほぼ半球状の凹面１０５ａを有するサック部１０５と、前記サック部１０５に所定の開口角度θをもってほぼ扇形状に開口する噴孔１０６（図１１参照）とを備えたものがある（例えば、特開平９−１２６０９５号公報参照）。
【０００３】
図１３に噴孔１０６を出口側から見た端面図、図１４に図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図が示されている。図１３および図１４に示すように、前記噴孔１０６は、長辺方向（図１３において縦方向）に一定の開口幅Ｗをなすほぼ長細四角形状の開口断面を有している。
【０００４】
上記燃料噴射ノズル１００によると、燃料はバルブ孔１０２およびシート部１０３を通りバルブ１０８の開弁によって噴孔１０６から、図１５の説明図に示すように、ほぼ扇形板状の噴霧分布（符号、Ｓを付す。）をもって噴射される。なお、上記燃料噴射ノズル１００は、直噴式のガソリンエンジンにおけるシリンダ内に燃料を直接噴射する。
【０００５】
【表１】
0003620630.tif 000002
【０００６】
また直噴式のガソリンエンジンでは、表１に示すように、運転モードに応じて燃料噴射時期を変えることにより適切な燃焼形態を得ることが分かっている。すなわち、運転モードが低負荷時には成層燃焼をさせ、また、運転モードが中負荷時および高負荷時（中高負荷時ともいう。）には均質燃焼させることが望ましい。このため、前記低負荷時すなわち成層燃焼時には、燃料噴射時期を圧縮行程とし、加圧雰囲気に燃料を噴霧して層状混合気とする。これにより、点火プラグ付近に局所的に可燃混合気を形成して低負荷時の成層燃焼の安定性を確保する。また、前記中高負荷時すなわち均質燃焼時には、燃料噴射時期を吸気行程とし、エンジンのシリンダ内に吸入される空気の流れによって噴霧分布を撹乱させることにより均一混合気を形成して均質燃焼させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃料噴射ノズル１００によると、前に述べたように、噴孔１０６が長辺方向に一定の開口幅Ｗをなすほぼ長細四角形状の開口断面を有しているため、前記噴霧分布Ｓは広がり方向に均一の噴霧量となる。
【０００８】
ここで、従来の燃料噴射ノズル１００（従来品ともいう。）による噴霧分布Ｓの外側分布率（符号、Ｄｐを付す。）を求めたところ次の結果が得られた。なお外側分布率Ｄｐは、図１５に示す噴霧分布Ｓの広がり方向（図１５において左右方向）の幅を図の左端から各区分ａ，ｂ，ｃ，ｄに４等分し、各区分に分布する燃料量Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを測定したとき、
Ｄｐ＝｛（Ａ＋Ｄ）÷（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）｝×１００
で算出される。
【０００９】
上記測定による外側分布率Ｄｐの測定結果を図１６に示すように、従来品では、約４９％であり噴霧分布Ｓが広がり方向にほぼ均一化していることが分かる。
【００１０】
また、エンジンの成層燃焼時には、前にも述べたように、圧縮行程のシリンダ内で加圧される空気抵抗の大きい加圧雰囲気に燃料が噴霧される。ここで、従来品により加圧雰囲気に噴射された噴霧分布Ｓの広がり角度縮小率（符号、θｃを付す。）を求めたところ次の結果が得られた。なお広がり角度縮小率θｃは、図１７に説明図で示すように、大気雰囲気に噴射したときの噴霧分布Ｓの広がり角度をθａ、加圧雰囲気に噴射したときの噴霧分布Ｓの広がり角度θｐとしたとき、
θ＝（θｐ÷θａ）×１００
で算出される。
【００１１】
上記測定による広がり角度縮小率θｃの測定結果を図１８に示すように、従来品は約９５％であり、広がり角度θａがほとんど縮小していないことが分かった。したがって、従来品では層状混合気が形成されにくく成層燃焼効率が悪いといった問題が残る。
【００１２】
なお、エンジンの均質燃焼時には、吸気行程で燃料が噴霧されることにより、エンジンのシリンダ内に吸入される空気の流れによって噴霧分布Ｓが撹乱されることから、均一混合気が形成されやすく高い均質燃焼効率が得られるため問題は生じない。
【００１３】
本発明の目的は、エンジンの均質燃焼時の燃焼効率を悪化させることなく、成層燃焼時の燃焼効率を向上することのできる燃料噴射ノズルを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する請求項１の発明は、
バルブが摺動可能に設けられるバルブ孔と、
前記バルブが着座するシート部と、
前記シート部の下流に設けられたほぼ長細四角形状の開口断面を有しかつそのシート部の内面側の孔入口からその外面側の孔出口にわたって所定の開口角度をもってほぼ扇形状に開口された噴孔と
を備え、
前記噴孔の長辺側の対向壁面を、孔入口から孔出口にわたって、該噴孔の開口断面における長辺方向の両端部の開口幅に比べてその中央部の開口幅を大きくする湾曲状に形成し、
前記噴孔の長辺側の対向壁面を、孔入口側の幅に比べて孔出口側の幅を大きくする所定の幅方向開口角度のテーパー状の傾斜面で形成した
燃料噴射ノズルである。
【００１５】
このように構成すると、燃料はバルブ孔およびシート部を通りバルブの開弁によって噴孔からほぼ扇形板状の噴霧分布をもって噴射される。このとき、噴孔の開口断面における長辺方向の両端部の開口幅に比べて中央部の開口幅が大きく形成されているので、噴霧分布の両側部の噴霧量に比べて中央部の噴霧量が多くなる。
【００１６】
これにより、エンジンの成層燃焼時には、圧縮行程のシリンダ内で加圧される空気抵抗の大きい加圧雰囲気に燃料が噴霧されることにより、噴霧分布の噴霧量の少ない両側部の噴霧が噴霧量の多い中央部の噴霧に引き寄せられ、噴霧分布の広がり角度が縮小することから、層状混合気が形成されやすく成層燃焼効率を向上することができる。また、エンジンの均質燃焼時には、吸気行程で燃料が噴霧されることにより、エンジンのシリンダ内に吸入される空気の流れによって噴霧分布が撹乱されることから、均一混合気が形成されやすく高い均質燃焼効率が得られる。したがって、均質燃焼時の燃焼効率を悪化させることなく、成層燃焼時の燃焼効率を向上することができる。
また、前記噴孔の長辺側の対向壁面を、孔入口側の幅に比べて孔出口側の幅を大きくする所定の幅方向開口角度のテーパー状の傾斜面で形成するとよい。
【００１７】
請求項２の発明は、前記噴孔の孔入口部における長辺側の対向壁面に、その軸方向に平行をなしかつその下流側の長辺側の対向壁面に連続する加工仕上面を形成するように調量加工が施されている請求項１記載の燃料噴射ノズルである。
【００１８】
このように構成すると、噴孔の孔入口部における長辺側の対向壁面に調量加工により形成された加工仕上面とその下流側に連続する長辺側の対向壁面とが段差を生じることなくなだらかに連続される。これにより、扇形板状の噴霧分布の厚さ方向の広がり角度に与える悪影響を軽減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
実施の形態１を図面に基づいて説明する。図１に燃料噴射ノズルの正面図、図２に燃料噴射ノズルの先端部分の側断面図が示されている。図２に示すように、燃料噴射ノズル１０は、バルブ孔１２とシート部１３とサック部１５と噴孔１６とを同一軸線ＡＬ上に備えている。
【００２２】
なお、燃料噴射ノズル１０は鍛造（例えば、冷間鍛造）および／または切削加工等の機械加工により形成された金属製からなる。この燃料噴射ノズル１０の金属材料としては、例えば、ＳＵＳ４４０Ｃの棒材が使用されている。また、燃料噴射ノズル１０の基端部（図２において省略されている右端部。）は、直噴式エンジンに用いられる燃料噴射弁のボデーに取り付けられる。前記燃料噴射弁の燃料噴射圧力は、例えば１２０ｋｇ／ｃｍ２である。
【００２３】
前記バルブ孔１２には、ほぼニードル弁状のバルブ１８が軸方向（図２において左右方向）に摺動可能に設けられる。前記バルブ１８は前記シート部１３に着座する。前記サック部１５は、シート部１３の下流に位置するほぼ半球状の凹面１５ａを有している。また、前記噴孔１６は、前記サック部１５に所定の開口角度θをもってほぼ扇形状に開口している（図１参照）。
【００２４】
図３に噴孔を出口側から見た端面図、図４に図２のＩＶ−ＩＶ線断面図、図５に噴孔を入口側から見た端面図、図６に図２のＶＩ−ＶＩ線断面図が示されている。図３〜図６に示すように、前記噴孔１６は、詳しくは、ほぼ長細四角形状の開口断面を有している。さらに、前記噴孔１６の長辺側の対向壁面１６ａは、その噴孔１６の開口断面における長辺方向（図示上下方向）の両端部の開口幅Ｗ１に比べてその中央部の開口幅Ｗ２を大きくする湾曲状に形成されている。なお、図５に示すように、噴孔１６の入口側の端面開口において、長辺方向の両端部の開口幅Ｗ１とその中央部の開口幅Ｗ１と長辺方向の開口寸法Ｌは、例えば、
Ｗ１：Ｗ２：Ｌ＝１：１．４：３．５
の比率をもって設定されている。
【００２５】
なお、図６に示すように、噴孔１６の長辺側の対向壁面１６ａは、開口方向（図６において左右方向）に一定幅で形成されている。また前記開口角度θ（図２参照）は、例えば７０°に設定されている。また噴孔１６は、例えば、レーザー加工、放電加工、ワイヤーカット加工等の孔開け加工によって形成されている。
【００２６】
上記燃料噴射ノズル１０において、燃料はバルブ孔１２およびシート部１３を通りバルブ１８の開弁によって噴孔１６からほぼ扇形板状の噴霧分布Ｓ（図１５参照）をもって噴射される。このとき、噴孔１６の開口断面における長辺方向の両端部の開口幅Ｗ１に比べて中央部の開口幅Ｗ２が大きく形成されているので、噴霧分布Ｓの両側部の噴霧量に比べて中央部の噴霧量が多くなる。
【００２７】
ここで、本実施の形態における燃料噴射ノズル１０（発明品ともいう。）の噴霧分布Ｓの外側分布率Ｄｐを従来例で述べた方法と同様に求めたところ次の結果が得られた。すなわち、図１６に測定結果が示されるように、発明品では、外側分布率Ｄｐが従来品の約４９％に対し約３５％に減少しており、噴霧分布Ｓの両側部の噴霧量に比べて中央部の噴霧量が多いことが分かる。
【００２８】
このため、エンジンの成層燃焼時には、圧縮行程のシリンダ内で加圧される空気抵抗の大きい加圧雰囲気に燃料が噴霧されることにより、噴霧分布Ｓの噴霧量の少ない両側部の噴霧が噴霧量の多い中央部の噴霧に引き寄せられ、噴霧分布Ｓの広がり角度θａが縮小する。ここで、発明品の噴霧分布Ｓの広がり角度縮小率θｃを従来例で述べた方法と同様に求めたところ次の結果が得られた。すなわち、図１８に測定結果が示されるように、発明品では、広がり角度縮小率θｃが従来品の約９５％に対し約７５％となり広がり角度θａが縮小していることが分かる。したがって、発明品では、成層燃焼時に、噴霧分布Ｓの広がり角度θａがθｐに縮小することから、層状混合気が形成されやすく成層燃焼効率を向上することができる。
【００２９】
また、エンジンの均質燃焼時には、吸気行程で燃料が噴霧されることにより、エンジンのシリンダ内に吸入される空気の流れによって噴霧分布Ｓが撹乱されることから、従来と同様に、均一混合気が形成されやすく高い均質燃焼効率が得られる。
【００３０】
したがって、上記した燃料噴射ノズル１０によると、均質燃焼時の燃焼効率を悪化させることなく、成層燃焼時の燃焼効率を向上することができる。
【００３１】
〔実施の形態２〕
実施の形態２を図面に基づいて説明する。図７に燃料噴射ノズルの正面図、図８に燃料噴射ノズルの先端部の側断面図が示されている。図８に示すように、燃料噴射ノズル２０は、ほぼ円筒形状のバルブシート２１と、その下端面に接合されたほぼ平板形状のノズルチップ２４とからなる。
【００３２】
前記バルブシート２１は、バルブ孔２２とシート部２３とを有している。前記バルブ孔２２には、ほぼニードル弁状のバルブ２８が軸方向（図８において左右方向）に摺動可能に設けられる。前記バルブ２８は前記シート部２３に着座する。また、バルブシート２１は、鍛造（例えば、冷間鍛造）および／または切削加工等の機械加工により形成された金属製からなる。このバルブシート２１の金属材料としては、例えば、ＳＵＳ４４０Ｃの棒材が使用されている。さらに、バルブシート２１にはシート部２３の耐摩耗性向上のため焼き入れが施されている。なお、バルブシート２１の基端部（図８において省略されている右端部。）は、実施の形態１と同様に、直噴式エンジンに用いられる燃料噴射弁のボデーに取り付けられる。
【００３３】
図８に示すように、前記ノズルチップ２４には、サック部２５と噴孔２６とを備えている。サック部２５と噴孔２６は、前記バルブ孔２２およびシート部２３と同一軸線ＡＬ上に位置する。サック部２５は、ほぼ半球状の凹面２５ａを有している。また噴孔２６は、前記サック部２５に所定の開口角度θをもってほぼ扇形状に開口している（図７参照）。
【００３４】
図９に噴孔２６を出口側から見た端面図、図１０に図８のＸ−Ｘ線断面図が示されている。図９および図１０に示すように、噴孔２６は、詳しくは、ほぼ長細四角形状の開口断面を有している。さらに図９に示すように、前記噴孔２６の長辺側の対向壁面２６ａは、前記実施の形態１とほぼ同様に、その噴孔２６の開口断面における長辺方向の両端部の開口幅Ｗ１に比べてその中央部の開口幅Ｗ２を大きくする湾曲状に形成されている。さらに、図１０に示すように、噴孔２６の長辺側の対向壁面２６ａが、孔入口側の幅Ｗ３に比べて孔出口側の幅Ｗ４を大きくする幅方向開口角度θｔのテーパー状の傾斜面で形成されている。
【００３５】
前記ノズルチップ２４は、金属射出成形（ＭＩＭ成形とも呼ばれる。）で形成された金属製であり、その成形と同時に噴孔２６が形成されている。ノズルチップ２４を成形する金属射出成形の成形工程は、周知のように、金属材料の微粉末（パウダーともいう。）とバインダーとを混練する混練工程と、前記混練した材料を射出成形機で成形する成形工程と、脱脂炉で溶剤により前記成形体からバインダーを除く液体脱脂工程と、脱脂した成形体を焼結炉で焼結する焼結工程とからなる。このノズルチップ２４の金属材料としては、例えば、ＳＵＳ３１６の微粉末が使用される。なお、金属射出成形する際、噴孔２６を形成する入れ子には対向壁面２６ａに幅方向開口角度θｔ（図１０参照）を形成するため、出口側程広くなるテーパー状の傾斜面が付与される。
【００３６】
前記ノズルチップ２４は前記バルブシート２１と次にように接合される。すなわち、図８に示すように、前記ノズルチップ２４の接合面（図示右端面）には、前記バルブシート２１の先端面（図示左端面）が面接触状に突き合わせられ、その突き合わせ面の周縁部をレーザー溶接等により溶接（図に符号、２７を付す。）することにより、前記バルブシート２１とノズルチップ２４とが接合されている。なお、バルブシート２１とノズルチップ２４との接合後、前記シート部２３に研摩加工が施されることで燃料噴射ノズル２０が完成する。
【００３７】
上記した燃料噴射ノズル２０によっても、実施の形態１と同様に、均質燃焼時の燃焼効率を悪化させることなく、成層燃焼時の燃焼効率を向上する作用効果が得られる。
【００３８】
さらに、上記燃料噴射ノズル２０によると、バルブシート２１を鍛造および／または切削加工等の機械加工により形成したことにより、例えばバルブシートを金属射出成形により成形した場合と比べて、バルブ孔２２およびシート部２３の面粗度を容易に確保することができる。また、ノズルチップ２４を金属射出成形により形成したことにより、例えば、ノズルチップを鍛造および／または切削加工等の機械加工により形成した場合と比べて、金属射出成形の成形性を生かして噴孔２６の孔開け加工を廃止することができる。また、バルブシート２１およびノズルチップ２４が双方とも金属製であることから、バルブシート２１とノズルチップ２４とを溶接２７によって簡単に接合することができる。
【００３９】
また、噴孔２６の長辺側の対向壁面２６ａを孔入口側の幅Ｗ３に比べて孔出口側の幅Ｗ４を大きくするテーパー状の傾斜面で形成している（図１０参照）。このため、図９および図１０に二点鎖線で示すように、噴孔２６の孔入口部の内周面にその軸方向に平行な加工仕上面２６ｂを形成するように切削加工等による調量加工を施すことにより、噴孔２６の長辺側の対向壁面２６ａと前記加工仕上面２６ｂとが段差を生じることなくなだらかに連続される。これにより、前記調量加工が噴霧分布Ｓの厚さ方向（図１０において上下方向）の広がり角度に与える悪影響を軽減することができる。
【００４０】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、噴孔１６，２６の個数、形成位置および噴出方向等は、適宜選定されるものであり上記のものに限定されない。また、実施の形態１の燃料噴射ノズル１０は金属射出成形により形成することもできる。また、実施の形態２のノズルチップ２４は、例えば、鍛造および／または切削加工等の機械加工により形成することもできる。また、サック部１５，２５の有無や開口角度θの大小は、適宜選定されるもので限定されない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の燃料噴射ノズルによれば、エンジンの均質燃焼時の燃焼効率を悪化させることなく、成層燃焼時の燃焼効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の燃料噴射ノズルの正面図である。
【図２】燃料噴射ノズルの先端部分の側断面図である。
【図３】噴孔を出口側から見た端面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】噴孔を入口側から見た端面図である。
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】実施の形態２の燃料噴射ノズルの正面図である。
【図８】燃料噴射ノズルの先端部分の側断面図である。
【図９】噴孔を出口側から見た端面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】従来例を示す燃料噴射ノズルの正面図である。
【図１２】燃料噴射ノズルの先端部分の側断面図である。
【図１３】噴孔を出口側から見た端面図である。
【図１４】図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。
【図１５】噴霧分布の測定区分の説明図である。
【図１６】大気雰囲気での外側分布率を表す図表である。
【図１７】加圧雰囲気の広がり角度を示す説明図である。
【図１８】加圧雰囲気での噴霧分布の広がり角度縮小率を表す図表である。
【符号の説明】
１０，２０  燃料噴射ノズル
１２，２２  バルブ孔
１３，２３  シート部
１６，２６  噴孔
１８，２８  バルブ
Ｗ１  開口幅
Ｗ２  開口幅
【図１】
0003620630.tif 000003
【図２】
0003620630.tif 000004
【図３】
0003620630.tif 000005
【図４】
0003620630.tif 000006
【図５】
0003620630.tif 000007
【図６】
0003620630.tif 000008
【図７】
0003620630.tif 000009
【図８】
0003620630.tif 000010
【図９】
0003620630.tif 000011
【図１０】
0003620630.tif 000012
【図１１】
0003620630.tif 000013
【図１２】
0003620630.tif 000014
【図１３】
0003620630.tif 000015
【図１４】
0003620630.tif 000016
【図１５】
0003620630.tif 000017
【図１６】
0003620630.tif 000018
【図１７】
0003620630.tif 000019
【図１８】
0003620630.tif 000020