(57)【要約】【課題】構造簡単でしかも燃料の微細化効果にも優れた燃料噴射ノズルを提供する。【解決手段】燃料噴射ノズル９はノズル本体１４とニードル１５とを有しており、ノズル本体１４には燃料噴射穴１６が形成されている。燃料噴射穴１６はオリフィス部１７と拡張室１８と噴射口１９とを有しており、オリフィス部１７にアシストガス通路２３が開口している。燃料の吐出によってアシストガス通路２３からアシストガスが自然吸引され、燃料はアシストガスで予備霧化されてから拡張室１８で微細に霧化し、更に、噴射口１９から燃焼室５に噴出する際の膨張でも微細化が促進される。アシストガスは圧送不要であるため構造は簡単である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧された燃料が通るノズル本体の先端部に、燃料を霧化して噴出させる燃料噴射穴が形成されており、前記燃料噴射穴に、アシストガス通路を横方向から開口させている構成であって、
前記燃料噴射穴には、断面積を狭めたオリフィス部と断面積を広げた拡張室とが、オリフィス部が拡張室よりもニードルの側に位置するようにして形成されており、前記オリフィス部に前記アシストガス通路を開口させている一方、前記拡張室に、霧化燃料を外部に噴出させる噴射口が連通している、
内燃機関用燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、直噴式ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関で使用する燃料噴射ノズル（インジェクタ）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガソリンエンジンでは燃料を燃焼室に直接噴射する直噴方式が普及している。この直噴方式エンジンでは、燃料は燃料噴射ノズルで霧化されて燃焼室に噴射されているが、直噴方式は気化器方式に比べて燃料粒子の微細化が劣る傾向にある。そこで、ノズル本体に設けた燃料噴射穴にアシストエア通路を開口して、燃料をアシストエアに混合させることで燃料の微細化を促進することが提案されている。
【０００３】
その一例として特許文献１には、燃料噴射穴の一部を容積が大きい旋回室と成して、この旋回室にアシストエア通路を開口させることが形成されている。この特許文献１では、燃料は旋回室においてアシストエアと一緒に旋回することで微細化し、微細化された燃料はアシストエアと一緒に噴出口から燃焼室に噴出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平２−１３２８５０号のマイクロフィルム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、特許文献１において、燃料噴射穴のうち旋回室の手前側（上流側）は窄まっているので、旋回室に入った燃料は膨張作用を受けて霧化し、霧化した燃料は、アシストエアの運動エネルギを受けて更に微細化が促進されると推測される。
【０００６】
しかし、燃料を旋回室で旋回させるためにはアシストエアは加圧した状態で旋回室に送らねばならず、すると、アシストエアの送気手段が複雑化する虞がある。特に、アシストエア通路は細くてエアの流れ抵抗が大きいため、燃料に運動エネルギを付与する程に加圧して送るのは、圧送機構がかなり複雑になると推測される。
【０００７】
また、霧化して旋回室に流入した燃料粒子が旋回室で更に微細化されるプロセスとしては、燃料同士が衝突したり燃料が旋回室の壁面に衝突したりして微細化すると推測されるが、運動エネルギ付与のみによる微細化には限度があり、燃料粒子微細化の効果はさほど高くないのではないかと懸念される。
【０００８】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、簡単な構造で燃料の微細化効果も高い燃料噴射ノズルを提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の燃料噴射ノズルは、加圧された燃料が通るノズル本体の先端部に、燃料を霧化して噴出させる燃料噴射穴が形成されており、前記燃料噴射穴に、アシストガス通路を横方向から開口させている構成において、前記燃料噴射穴には、断面積を狭めたオリフィス部と断面積を広げた拡張室とが、オリフィス部が拡張室よりもニードルの側に位置するようにして形成されており、前記オリフィス部に前記アシストガス通路を開口させている一方、前記拡張室に、霧化燃料を外部に噴出させる噴射口が連通している。
【００１０】
この場合、ノズル本体から燃料をピストンの動きに合わせて間欠的に圧送するには、燃料をプランジャで押し出すことも可能であるが、ガソリン直噴用燃料噴射ノズルの場合は、ノズル本体に燃料を加圧状態で収容して、ノズル本体の内部に設けたニードルを移動操作することで燃料噴射穴を開閉するのが好ましい。また、アシストガス通路は１つである必要はなく、複数のアシストガス通路を周方向に沿って飛び飛びに設けることも可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明では、アシストガス通路はオリフィス部に開口させているため、燃料噴射ノズルがオリフィス部を通過するに際して、アシストガス通路からアシストガスが負圧効果で自然に吸引される。従って、アシストガスは加圧することなく燃料噴射ノズルに混合させることができるのであり、このため、構造を著しく簡単化できる。
【００１２】
また、燃料はオリフィス部でアシストと混合することで予備的に霧化しており、これが拡張室での膨張作用によって更に霧化作用を受けることになり、このため、拡張室でのアシストガスとの混合性が向上して微細化が著しく促進されると言える。
【００１３】
更に、燃料は噴射口から燃焼室（又は吸気通路）に噴出するに際しての膨張作用で更に微細化されるが、特許文献１ではアシストエアが加圧されていることから燃料の膨張率は低くならざるを得ず、このため燃焼室等に噴出するに際しての微細化作用も高くないと推測されるのに対して、本願発明では、アシストガスは負圧効果で吸引されるに過ぎず、単位体積当たりに含まれる燃料の量は特許文献１より多いため、燃焼室等に噴出して最終的に膨張するに際しての微細化作用も高いと言える。
【００１４】
従って、本願発明では、簡単な構造でありながら、燃料の微細化を著しく促進することができる。これにより、構造の複雑化を招来することなく燃費向上に貢献できる。また、燃料粒子を微細化できることにより、機関の温度が低いときに燃料がシリンダボアの内面に付着する現象も防止又は著しく抑制できるのであり、これにより、低温時での始動性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本願発明の実施形態を適用した内燃機関の要部断面図である。
【図２】（Ｂ）は第１実施形態の要部縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。
【図３】第１実施形態の噴射状態を示す図である。
【図４】（Ａ）は第２実施形態の要部縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視部分断面図である。
【図５】第３実施形態の要部縦断面図である。
【図６】第４実施形態の要部縦断面図である。
【図７】第５実施形態の要部縦断面図である。
【図８】図７の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜３に示す第１実施形態を説明する。
【００１７】
内燃機関の基本構成は従来と同様であり、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とを主要要素として機関本体が構成されている。シリンダブロック１にはピストン３が摺動自在に嵌まったシリンダボア４を形成しており、シリンダヘッド２とシリンダブロック１とピストン３とで囲われた空間が燃焼室５になっている。
【００１８】
シリンダヘッド２には、吸気弁（図示せず）で開閉される吸気口６と、排気弁（図示せず）で開閉される排気口７とがクランク軸の軸心方向からみて左右に振り分けて形成されている。本実施形態の内燃機関はガソリン直噴タイプであり、シリンダヘッド２のうち燃焼都５に望む内底面に、点火プラグ８と燃料噴射ノズル９との先端部が露出している。
【００１９】
本実施形態では、点火プラグ８と燃料噴射ノズル９とはシリンダボア４の軸心１０を挟んで両側に配置しており、このため、点火プラグ８の軸心と燃料噴射ノズル９の軸心１１とは、シリンダボア４の軸心１０に対して傾斜している。もとより、点火プラグ８をシリンダボア４の軸心１０と同心に配置して燃料噴射ノズル９だけを傾斜姿勢にしたり、逆に、燃料噴射ノズル９をシリンダボア４の軸心１０と同心に配置して点火プラグ８だけを傾斜させることも可能である。また、燃料噴射ノズル９は吸気口６の終端部に望ませてもよい。
【００２０】
図２に示すように、燃料噴射ノズル９は内部を燃料収容空間１３と成した筒状のノズル本体１４を有しており、ノズル本体１４の内部には、先端を頭部１５ａと成したニードル１５が同心に配置されている。ノズル本体１４の先端部には、燃料収容空間１３に連通した燃料噴射穴１６が形成されており、燃料噴射穴１６をニードル１５でノズル本体１４の内側から塞ぐことで燃料の噴射が制御される。
【００２１】
ニードル１５の後退量を調節することで、燃料の噴射量を調節することができる。このため、燃料収容空間１３のうちニードル１５の頭部１５ａが当たる部分は先窄まりのテーパ面１３ａになっている。なお、ニードル１５を棒状に形成して、その先端部を先窄まりのテーパ状に形成することも可能である。
【００２２】
燃料噴射穴１６は、断面積を狭めたオリフィス部１７と、オリフィス部１７に連通した大きい断面積の拡張室１８と、拡張室１８に連通して燃焼室に開口した噴射口１９とを有している。拡張室１８は膨張室又は容積室とは呼ぶことも可能である。オリフィス部１７は拡張室１８よりも燃料収容空間１３の側に位置しており、従って、燃料はオリフィス部１７から拡張室１８を通って噴射口１９に至り、噴射口１９から燃焼室５に噴出される。オリフィス部１７は上下対称で内面を円弧面と成した砂時計形状になっており、オリフィス部１７と燃料収容空間１３とはストレート状の上段部２０を介して連続し、オリフィス部１７と拡張室１８とはストレート状の下段部２１を介して連続している。
【００２３】
拡張室１８は、断面円形で直径に対して軸方向の長さが小さい偏平状のストレート状空間になっている。もとより、直径と長さの比率は任意に設定できる。タマネギ形や太鼓形のように膨れた形態も採用できる。噴射口１９は完全な環状に形成することはできないので、周方向に沿って等間隔を隔てたブリッジ部２２で分断されている。すなわち、拡張室１８の底面を構成する部分は、その外側の部分にブリッジ部２２で繋がっている。本実施形態では噴射口１９は拡張室１８の周縁部に連通しているが、燃料噴射ノズル９を軸心１１と同心に形成することも可能である。
【００２４】
オリフィス部１７のうち最も狭まった部分に、１本のアシストガス通路２３の終端が開口している。燃料噴射穴１６のうちオリフィス部１７に開口した傾斜端部２３ａは、燃料噴射ノズル９の軸心１１と夾角を成すように傾斜しており、この傾斜端部２３ａの始端に、ノズル本体１４の壁部に形成されたストレート部２３ｂが連通している。ストレート部２３ｂの始端は吸気系に接続してもよいし、動弁室等に開口させただけでもよい（オイル飛沫の混入防止のためには、吸気系に開口させるのが好ましいと言える。）。
【００２５】
なお、アシストガス通路２３の傾斜部２３ａはノズル本体１４の外周面に開口させている。これはドリル加工のためであるが、傾斜端部２３ａはシリンダヘッド２で外側から塞がれているので、プラグのような封止手段は必要ない。
【００２６】
以上の構成において、図３に示すように、ニードル１５を後退させると加圧されている燃料がオリフィス部１７に吐出され、拡張室１８及び噴射口１９を経て燃焼室５に噴出する。そして、燃料はオリフィス部１７から拡張室１８に至ったときの膨張作用によって霧化し、更に、噴射口１９から燃焼室５に噴出された時の膨張作用によって更に微細化する。
【００２７】
そして、燃料はオリフィス部１７にアシストガスが混入することで予備的に霧化されており、これが拡張室１８に至って更に微細化されるため、燃料微細化の効果が高い。アシストガスは燃料の通過による負圧効果によって燃料に吸引・混合されるが、実施形態のようにアシストガス通路２３の傾斜端部２３ａをノズル本体１４の軸心１１に対して夾角になるように傾斜させると、アシストガスがフムースに引かれるため、混合効率に優れている利点がある。また、本実施形態のように噴射口１９を拡張室１８の終端部に設けると、燃料はアシストガスと十分に混合した状態で燃焼室５に噴出するため、燃焼室５に噴出して膨張することによる微細化をより一層促進できる利点がある。
【００２８】
(2).他の実施形態
次に、図４以下に示す他の実施形態を説明する。図４に示す第２実施形態は第１実施形態の変形例であり、第１実施形態との相違点は、アシストガス通路２３を周方向に沿って複数本設けている点と、アシストガス通路２３のストレート部２３ｂをノズル本体１４の外周に溝として形成している点である。ストレート部２３ｂを溝として形成しても、これはシリンダヘッド２で塞がれるため、特段の問題はない。
【００２９】
アシストガス通路２３の本数は任意であり、図示の例は周方向に１８０°間隔で２本形成しているが、１２０°間隔で３本形成したり、９０°間隔で４本形成したりすることもできる。複数のアシストガス通路２３を形成するにおいて、ノズル本体１４の軸心１１方向から見てスパイラル姿勢と成すことにより、混合ガスに螺旋の流れ（旋回龍）を付与することも可能である。
【００３０】
図５に示す第３実施形態は、アシストガス通路２３の始端を燃焼室５に開口させている。すなわち、アシストガス通路２３に、燃焼室５に開口した排ガス導入路２３ｃを設けている。従って、本実施形態ではアシストガスに排気ガスが使用されている。この実施形態では構造がごく簡単になると共に、熱により燃料の霧化促進効果も高い利点がある。
【００３１】
図６に示す第４実施形態は第３実施形態の変形例であり、排ガス導入路２３ｃを燃料噴射ノズル９の外周面に溝として形成している点に特徴を有する。
【００３２】
図７，８に示す第５実施形態では、ニードル１５にアシストガス通路２３を設けている。この実施形態では、ニードル１５は基本的にはストレート状で先端部を先窄まりのテーパ部１５ｂに形成しており、アシストガス通路２３は、ニードル１５と同心に形成したメイン通路２３ｄと、テーパ部１５ｂの箇所で複数に分岐した枝通路２３ｅとで構成されている。枝通路２３ｅは、先端に行くにつれてオリフィス部１７に近づくように傾斜しており、従って、アシストガスはスムースに吸引される。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本願発明は内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  シリンダブロック
２  シリンダヘッド
３  ピストン
４  シリンダボア
５  燃焼室
６  吸気口
７  排気口
８  点火プラグ
９  燃料噴射ノズル
１３  燃料収容空間
１４  ノズル本体
１５  ニードル
１６  燃料噴射穴
１７  オリフィス部
１８  拡張室
１９  噴射口
２０，２１  段部
２３  アシストガス通路
２３ａ  傾斜部
【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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