(57)【要約】  簡便な構造で噴霧角度を変化させることができる燃料噴射装置を提供する。  弁体のリフト量が小さいときは、燃料の流れが絞り部１２を通過すると流路拡大部１３に従って流れは流路一面に広がって流れる。ここで、ノズル終端部は弁体終端部よりも噴射の方向に突出しているため、噴射孔先端部では弁体側の流路壁が存在しない。そのため、コアンダ効果により燃料の流れはノズル側テーパ面に沿った流れ１８となって噴射される。  一方、弁体のリフト量が大きいときは、燃料の流れは絞り部１２を通過し、流路拡大部１３ではノズル側テーパ面１１で剥離が生じる。これにより、流れは弁体側テーパ面９に偏るため、噴射される燃料は弁体側テーパ面９に沿った流れ１９となって噴射される。
2010055927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体と、
前記弁体の径方向の周囲に設けられたノズルと、
前記弁体と前記ノズルとの間に配置され、燃料が流れる燃料流路と、
前記燃料が噴射される環状の噴射孔とを備え、
前記弁体は当該弁体の軸方向に前記ノズルに対して相対的に可動である燃料噴射装置において、
前記ノズルは、前記弁体のリフト量に応じて燃料の流量を調整する絞り部を備え、
前記軸方向を含む断面における前記絞り部より燃料の流れの下流側の燃料流路が、前記燃料の流れが下流になるにつれて拡大する燃料流路拡大部を有することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料の流れの方向に向かって、前記ノズルの終端部が前記弁体の終端部に対して、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線方向に突き出ていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料流路拡大部のノズル側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度は、前記絞り部より燃料の流れの上流側の燃料流路のノズル側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記燃料流路拡大部のノズル側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度は、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記弁体側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度は、前記絞り部より燃料の流れの上流側の燃料流路のノズル側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記燃料流路拡大部は、前記絞り部より下側の前記ノズルのテーパ面に前記ノズルの終端部へ向けて大きくなる角度を設けることを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記絞り部より下流側の前記ノズル側テーパ面に、少なくとも１つのテーパ、もしくは、少なくとも１つの曲率を含むテーパを有することを特徴とする、請求項６に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記絞り部より下流側の前記ノズル側テーパ面に、少なくとも１つのテーパ及び少なくとも１つの曲率を含むテーパを有することを特徴とする、請求項６に記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
前記絞り部より燃料の流れの上流側の燃料流路のノズル側に形成された曲率を有するテーパを有することを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項１０】
弁体と、
前記弁体の径方向の周囲に設けられたノズルと、
前記弁体と前記ノズルとの間に配置され、燃料が流れる燃料流路と、
前記燃料が噴射される環状の噴射孔とを備え、
前記弁体は当該弁体の軸方向に前記ノズルに対して相対的に可動である燃料噴射装置において、
前記ノズルは、前記弁体に接触可能な絞り部を有し、
前記絞り部より下流側の前記ノズルのテーパ面のテーパ角は、前記弁体のテーパ面のテーパ角よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項１１】
前記絞り部より上流側の前記ノズルのテーパ面のテーパ角は、前記弁体のテーパ面のテーパ角よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の燃料噴射装置。
【請求項１２】
前記弁体が前記ノズルに前記絞り部で接触した状態では、前記燃料の流れの方向に向かって、前記ノズルの終端部が前記弁体の終端部に対して、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線方向に突き出ているとともに、
前記燃料の流れの方向に向かって、前記弁体の終端部が前記ノズルの終端部に対して、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線方向に突き出る位置を取りうることを特徴とする請求項１０に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば筒内直接噴射ガソリンエンジン等において、直接エンジンのシリンダ内の燃焼室に高圧燃料を噴射し、最適な燃焼状態を得るための燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、エンジンの回転領域により適正な噴霧形状で燃料を噴射させることで燃費向上と高出力化を両立させるため、複数の噴霧形状での燃料噴射が可能な燃料噴射装置の開発が進められている。【０００３】
例えば、特開２００１−２４８５２６号公報記載の装置のように、複数の燃料流路を設けて弁体のリフト量を２段階で切り換え、弁体のリフト量を制御することで使用する燃料流路の数を変えることにより、噴霧形状を制御することを可能にした装置が提案されている。【０００４】
また、特開２００１−２６３２０１号公報記載の装置のように、断面積の異なる複数の燃料流路を設け、ロータリーバルブにより使用する燃料流路の数を変えることで使用する燃料流路を選択することにより、噴霧形状を制御することを可能にした装置が提案されている。【０００５】
さらに、特開２００６−１０５６０７号公報記載の装置のように、複数の弁体と、これらの弁体毎に噴孔を設け、弁体を個別に制御することにより、複数の噴孔を選択的に開閉することで、噴霧形状を制御することを可能にした装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２４８５２６公報
【特許文献２】特開２００１−２４８５２６公報
【特許文献３】特開２００６−１０５６０７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１〜３では、使用する燃料流路を切り換える構造となっているため、燃料流路や噴孔の数に応じた噴霧形状しか得ることが出来ず、連続的に噴霧形状を変化させることができない。さらに、より多くの噴霧形状を得るためには構造が複雑になり、また、部品点数の増加によって製造コストの増加を招いてしまう。【０００８】
そこで本発明は、上記課題を解決するために、連続的に噴霧形状を変化させることが可能であり、かつ、より簡便な構造で異なる噴霧形状を得ることができる燃料噴射装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、弁体と前記弁体の周囲に設けられたノズルとを備え、前記弁体と前記ノズルとの間に燃料が流れる燃料流路及び燃料が噴射される環状の噴射孔とを備え、前記ノズルは前記弁体のリフト量に応じて燃料の流量を調整する絞り部を備え、前記弁体は前記ノズルに対して弁体の軸方向に相対的に動く構造になっている燃料噴射装置において、前記絞り部より燃料の流れの下流側の燃料流路が、前記燃料の流れの方向に向かって拡大する燃料流路拡大部を有することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、弁体のリフト量を制御することにより燃料の噴霧角を制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置における、閉弁時の噴射孔の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置における、弁体１のリフト量が小さいときの噴射孔の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置における、弁体１のリフト量が大きいときの噴射孔の断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置の断面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置における、弁体側ガイド部の拡大図であり、（ｂ）は、弁体側ガイド部の断面図である。
【図６】弁体のリフト量と噴霧角との関係を表す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置が成層燃焼時に内燃機関内で形成する噴霧形状の断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置が均質燃焼時に内燃機関内で形成する噴霧形状の断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置において、弁体側テーパ角・ノズル下流テーパ角の角度差と可変噴霧角度幅の関係の説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の燃料噴射装置におけるノズル及び弁体構造の断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の燃料噴射装置におけるノズル及び弁体構造の断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態の燃料噴射装置におけるノズル及び弁体構造の断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態の燃料噴射装置におけるノズル及び弁体構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の各実施形態である燃料噴射装置について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
以下、図１〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態による燃料噴射装置の構成及び動作について説明する。【００１４】
図４は、燃料噴射装置の内部構造を示す断面図である。【００１５】
ノズル２は円筒状でその内部に弁体1が挿入されており、弁体1はノズル２に対して軸方向に動く構造になっている。そして、弁体１とノズル２には、弁体１の軸方向の動きを案内するための弁体側ガイド部５とノズル側ガイド部６が設けられている。弁体１はノズル２の内径よりも細くなっており、弁体１とノズル２との間の隙間が燃料流路４となっている。【００１６】
図５（ａ）は、弁体側ガイド部の拡大図を示しており、図５（ｂ）は、弁体側ガイド部の断面を示している。弁体側ガイド部５には４面カット２６が施されており、４面カット部２６とノズル側ガイド部６の間には隙間があるため、燃料流路４を流れる燃料の流れを妨げない構造になっている。【００１７】
燃料供給口８から供給された燃料は、燃料流路４を通って、噴射孔３へ送られる。通常、弁体１は閉弁用ばね７により引っ張られているため、弁体１とノズル２は絞り部１２において接触しているため、噴射孔３からは燃料は噴射されない。なお、弁体１の噴射孔３と軸方向の反対側には、弁体１の軸方向のリフト量を制御するための駆動部３０が設けられている。【００１８】
駆動部３０はコイル３１、コア３２、アンカー３３で構成され、アンカー３３は弁体１の燃料の流れの上流側端部において、弁体１と接触している。コイル３１に通電すると、コイル３１とコア３２、アンカー３３の間で磁場が形成され、前記磁場に応じてアンカー３３とコア３２の間に生じる力によって、アンカー３３はコア３２に引き付けられる。これにより、弁体１はアンカー３３により燃料の流れの下流方向に押し下げられて絞り部１２に間隙が生じ、噴射孔３より燃料が噴射される。【００１９】
次に、図１を用いて、噴射孔３の構造を説明する。図１は、閉弁時の噴射孔３の内部構造を示す断面図である。噴射孔３内では、ノズル２と弁体１とがそれぞれ略円錘表面状のテーパを有する。弁体側テーパ面９のテーパ角θ１（テーパ面とその反対にあるテーパ面がなす角度）は９０゜、ノズル上流側テーパ面１０のテーパ角θ２は８０゜、そしてノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３は１００゜である。すなわち、ノズル上流側テーパ面１０、弁体側テーパ面９、ノズル下流側テーパ面１１の順に、テーパ角が大きくなっていく。また、絞り部直径２０は３．８０ｍｍ、弁体終端部直径２１は４．２０ｍｍ、そしてノズル終端部直径２２は４．２３ｍｍである。さらに、弁体軸径２３は２．８ｍｍ、ノズル内径２４は３．６ｍｍ、ノズル外径２５は８．０ｍｍである。閉弁時は絞り部１２で弁体１とノズル２は接触しており、このときの弁体終端部に対するノズル終端部の突出し量１７は２０μｍである。【００２０】
燃料は弁体１とノズル２との隙間にある燃料流路４を通り絞り部１２に到達するが、このとき絞り部１２で弁体１とノズル２は接触しているため、絞り部１２において燃料の流れは遮断され、燃料は噴射されない。【００２１】
図２は、流量が小さい、すなわち弁体１のリフト量が小さいときの噴射孔の内部構造を示す断面図である。弁体１のリフト量が１０μｍであるとき、弁体１とノズル２との隙間にある燃料流路４を通ってきた燃料は、絞り部１２とノズル側テーパ面１１と弁体側テーパ面９で構成される流路拡大部１３を通り、燃料噴射装置の外部へ噴射される。一般に燃料噴射装置は略円筒形をしているため、燃料流路が外径側に向かう弁体付近では流路断面積は水平方向に拡大する。本実施例にかかる流路拡大部１３では、軸方向を含む断面における流路断面が、燃料流路下流に行くにしたがって拡大していく。すなわち、本実施例では、水平方向のみならず垂直方向にも流路が拡大するのである。このとき、流路拡大部１３の流路の広がり角は５゜と小さいため、燃料の流れは流路一面に広がって噴射孔へ進む。本実施例では、弁体１のリフト量が小さい（弁体１がノズル２に接触しているときも含む）ときには、噴射孔では、ノズル終端部は弁体終端部よりも噴射の方向に突き出ており、噴射孔先端部では弁体側の流路壁が存在しない。換言すれば、燃料の流れの方向(ノズル下流側テーパ面１１の稜線方向)に向かって、ノズル２の終端部２aが弁体１の終端部1aに対して、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線方向に突き出ている。一般に、コアンダ効果として知られているように、噴射される液体の近傍に壁面があると、液体はその壁面に沿って流れる性質がある。図２に示した状態では、コアンダ効果により噴射孔先端部で流れはノズル側テーパ面１１に偏り、噴射される燃料はノズル側テーパ部に沿った流れ１８となって噴射される。【００２２】
一方、図３は、流量が大きい、すなわち弁体１のリフト量が大きいときの噴射孔の内部構造を示す断面図である。【００２３】
弁体１のリフト量が４０μｍであるとき、弁体１とノズル２との隙間にある燃料流路４を通ってきた燃料は、絞り部１２とノズル側テーパ面１１と弁体側テーパ面９で構成される流路拡大部１３を通り、燃料噴射装置の外部へ噴射される。このとき、流量が大きい、すなわち流れが速く、絞り部１２で角度が変化するため、流路拡大部１３ではノズル側テーパ面１１で流体の剥離が生じる。これにより、燃料の流れは弁体側テーパ面９に偏るため、噴射される燃料は弁体側テーパ面９に沿った流れ１９となって噴射される。【００２４】
なお、このとき弁体終端部1aはノズル終端部2aよりも噴射の方向(または弁体テーパ面９の稜線方向)に突出していること燃料の噴出を弁体テーパ面９に沿わせる上で望ましいが、これに限らず突出していなくても良い。弁体１とノズル１１の間隔がリフト量小の場合と比べて大きいため、弁体１のテーパ面９に沿った流れはノズル２のテーパ面１１の影響を受けにくいからである。【００２５】
これにより、流量が小さい、すなわち弁体１のリフト量が小さいときはノズルテーパ面に沿った噴霧角となり、流量が大きい、すなわち弁体１のリフト量が大きいときは弁体テーパ面に沿った噴霧角となるため、弁体１のリフト量を制御することで噴霧角を制御することが可能となる。【００２６】
図６に、上記の構造で構成された燃料噴射装置の弁体１のリフト量と噴霧角度との関係を示す。実線Ａで示すように、弁体１のリフト量が大きくなるにつれ、噴霧角が徐々に小さく変化していることがわかる。この結果から、噴霧角度は弁体１のリフト量を増加させるに従って連続的に小さくなっており、弁体１のリフト量を制御することで噴霧角度の制御が可能である。【００２７】
以上で説明した本実施形態の燃料噴射装置を一般的な筒内直接噴射ガソリンエンジンに適用すると、下記のようにエンジンの燃焼形態にとって望ましい効果が得られる。【００２８】
筒内直噴エンジンにおいて燃費を低減する手段として、点火プラグ近傍に可燃混合気を形成し、シリンダ全体としては非常に希薄な混合気だが低出力の燃焼を可能とする成層燃焼とすることで、エンジン低負荷域におけるスロットル絞りによる圧力損失を減らして燃費低減を実現できる。【００２９】
しかしながら、成層燃焼に適したプラグ近傍に混合気を形成するような噴霧形状を実現する燃料噴射弁装置では、高出力が必要な状況において、エンジン筒内全体に均質な可燃混合気を形成するには効率悪い。【００３０】
それに対して、燃費と高出力を両立させるために噴霧パターンを可変とすることにより、成層燃焼と均質燃焼の両燃焼方式を実現できる。すなわち、成層と均質燃焼の両燃焼方式を実現させるためには、成層燃焼時には、インテークバルブを避け点火プラグ近傍に可燃な混合気を形成し、均質燃焼時には、シリンダの壁面付着を避けエンジン筒内全体に均質な可燃混合気を形成する。【００３１】
そのため、本実施形態では、弁体と前記弁体の周囲に設けられたノズルとを備え、弁体とノズルとの間に燃料が流れる燃料流路及び燃料が噴射される環状の噴射孔とを備え、ノズルは前記弁体のリフト量に応じて燃料の流量を調整する絞り部を備え、弁体は前記ノズルに対して弁体の軸方向に相対的に動く構造になっている燃料噴射装置において、絞り部より燃料の流れの下流側の燃料流路が、燃料の流れの方向に向かって拡大する燃料流路拡大部を有するようにしている。従って、弁体のリフト量が小さいときには、絞り部も小さいため、燃料がノズル壁面に沿って噴射され、噴霧角度が比較的大きく噴霧距離（ペネト長）の短い噴霧によりプラグ近傍に可燃混合気が形成され、安定燃焼範囲の広い成層燃焼を実現する。また、弁体のリフト量が大きいときには、絞り部も大きいため、燃料が弁体壁面に沿って噴射され、噴霧角度が比較的小さく噴霧距離（ペネト長）の長い噴霧となるので、シリンダ全体に均質な可燃混合気が形成され、高出力が可能な均質燃焼を実現する。このように、安定燃焼範囲の広い成層燃焼による燃費低減と、均質燃焼による高出力を両立可能とするため、単一のノズル形状で噴霧形状を可変とする。【００３２】
すなわち、本実施形態の燃料噴射装置では、噴霧角を制御することで、エンジンの運転領域に応じた最適な噴霧パターンの形成が可能となり、成層燃焼と均質燃焼の異なる燃焼方式の実現が可能となる。【００３３】
図７及び図８は、エンジンの運転状態と噴霧角の関係を示している。図７及び図８に示すエンジン１０１において、シリンダ１０５の内部をピストン１０７が上下動する。シリンダ１０５の上部には、吸気弁１０３及び排気弁１０４が設けられている。シリンダ１０４の頂部に燃料噴射装置１００が配置され、シリンダ１０４の内部に直接燃料を噴射できる。燃料噴射装置１００の近傍の、シリンダ１０４の頂部付近に点火プラグ１０６が設けられている。【００３４】
図７は、成層燃焼時の燃料噴霧１２５の噴霧形状を示している。成層燃焼時には、燃料の流量が小さく、弁体１のリフト量が小さくして、燃料の噴霧角が大きくかつ噴霧距離（ペネト長）が短く、燃料を点火プラグ付近に噴射させることができる。これにより、成層燃焼に望ましい点火プラグ近傍での可燃混合気を形成する。そして、燃焼室内では、点火プラグ直下は混合気状態でそれ以外の領域には主に空気状態となる、成層混合気が形成される。これにより、燃料流量が小さいときに適した燃焼である希薄燃焼をさせることが出来るため、燃費向上の効果が得られる。【００３５】
図８は、均質燃焼時の燃料噴霧１２６の噴霧形状を示している。均質燃焼時には、燃料の流量が大きく、リフト量が大きくして、噴霧角が小さく噴霧距離が大きく、燃料を燃焼室内全体に噴射させることができる。これにより、均質燃焼に望ましいエンジン筒内全体に均質な可燃混合気を形成する。そして、シリンダへの壁面付着が少ない噴霧形状を形成できるため、ＨＣ等の排気を抑制することが可能となる。燃焼室内では、噴射された燃料が蒸発するときの気化潜熱により吸入空気が冷却されるため、高出力化の効果が得られる。【００３６】
さらに、図７にて説明したように、本実施形態では、噴霧角を連続的に変えることができる。前述のように、成層燃焼をするためには、点火プラグの近傍に可燃混合気を形成する必要がある。燃料噴射弁や点火プラグは、燃焼室の頂上部に配置されるが、エンジンの種類によって、燃料噴射弁や点火プラグの位置は少しずつ異なる。このような場合でも、リフト量が小さい状態で、そのリフト量を僅かに変更することで、噴霧角を変え、燃料噴射弁や点火プラグの位置が変わっても、点火プラグ近傍に最適な可燃混合気を形成することができる。また、均質燃焼をするためには、エンジン筒内全体に均質な可燃混合気を形成する必要がある。シリンダのボア径やストロークは、エンジンの種類によって異なるため、燃焼室の形状も異なる。このような場合でも、リフト量が大きい状態で、そのリフト量を僅かに変更することで、噴霧角を変え、燃焼室の形状がが変わっても、エンジン筒内全体に均質な可燃混合気を形成することができる。【００３７】
次に、図９を用いて、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１とノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３の角度差と，弁体１のリフト量が小さい時の噴霧角度とリフト量が大きい時の噴霧角度の差である可変噴霧角度との関係を表した結果について説明する。図９のグラフからわかるように，ノズル側テーパ面１１と弁体側テーパ面９との角度差により可変噴霧角度は変わり，図２に示す弁体１のリフト量が小さいときの噴射孔の内部構造の断面図において、ノズル側テーパ面１１と弁体側テーパ面９との角度差を３０°以下とすることで、コアンダ効果の効力が強く得られ、ノズル下流側テーパ面１１から燃料流れの剥離が起きなくなり，可変噴霧角度の幅が広くなることがわかる。【００３８】
なお、図１に示した例は、図９において、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１とノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３の角度差が２０°の場合である。なお、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１とノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３の角度差を２０°とする例としては、例えば、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１（テーパ面とその反対にあるテーパ面がなす角度）は６０゜とし、そのとき、ノズル上流側テーパ面１０のテーパ角θ２は５０゜、そしてノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３は７０゜とすることもできる。【００３９】
また、ノズル下流側テーパ面１１の稜線方向に向かって、弁体１の終端部１aがノズル２の終端部２aに対して、前記ノズルのノズル下流側テーパ面の稜線方向に突き出す場合、弁体のリフト量が小さいときであっても、ノズル下流側テーパ面１１から燃料が剥離し、噴霧角度が安定しない。一方で、燃料の流れの方向(ノズル下流側テーパ面１１の稜線方向)に向かって、ノズル２の終端部２aが弁体１の終端部１aに対して、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線方向に突き出すことで、弁体のリフト量の小さいときに、コアンダ効果により、燃料の流れがノズル下流側テーパ面１１に安定的に沿う。【００４０】
なお、弁体１のリフト量を制御するための駆動部は、図４における駆動部３０の他に、ピエゾアクチュエータを用い、印加電圧を変えることによって連続的にリフト量を可変とする方法でもよい。また、駆動部に電磁弁を二つないし複数使用することによって、弁体１のリフト量を可変とすることも可能である。【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、弁体のリフト量を制御することにより燃料の噴霧角を制御することが可能となる。従って、燃料の噴霧角を制御することで、エンジン運転領域に応じて成層・均質燃焼、それぞれの燃焼方式実現に最適な噴霧パターンを形成し、燃費低減と高出力といった要求を両立することが可能となる。
【実施例２】
【００４２】
次に、図１０を用いて、本発明の第２の実施形態による燃料噴射装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による燃料噴射装置の内部構造は、図４に示したものと同様である。そして、図１〜図３と同一符号は同一部分を示している。【００４３】
本実施形態では、図２に示した同じ構成において、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１と、ノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３を維持しつつ、テーパ面１１に前記ノズルの終端部へ向けて段階的に大きくなるようなテーパを設けることで、噴霧角度を広げるようにしている。【００４４】
すなわち、図１０に示すように、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１と、ノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３を維持しつつ、絞り部１２の下流側に、第１のノズル側テーパ面１１と、第２のノズル側テーパ面１１aを構成する。第２のノズル側テーパ面１１ａのテーパ角θ４は、例えば、θ3+４０゜である。なお、第２のノズル側テーパ面１１ａのテーパ角θ４は、第１のノズル側テーパ面１１の長さに応じて変わるものである。【００４５】
上記のような構成とすることで，弁体１のリフト量が小さいときには，ノズル２と弁体１の間を流れる燃料はテーパ１１aに沿って流れ易くなるため、テーパ１１aからの燃料の剥離を抑制でき、噴霧が安定化されると共に、図２におけるノズル側テーパ部に沿った流れ１８を、図１０におけるノズル下流側多段テーパ面１１aに沿った流れ１８aとできるため、噴霧角度が更に拡大する。【００４６】
上記の構造で構成された燃料噴射装置の弁体１のリフト量と噴霧角度との関係は、図６に破線Ｂで示している。【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、弁体のリフト量を制御することにより燃料の噴霧角を制御することが可能となる。従って、燃料の噴霧角を制御することで、エンジン運転領域に応じて成層・均質燃焼、それぞれの燃焼方式実現に最適な噴霧パターンを形成し、燃費低減と高出力といった要求を両立することが可能となる。
【実施例３】
【００４８】
次に、図１１を用いて、本発明の第３の実施形態による燃料噴射装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による燃料噴射装置の内部構造は、図４に示したものと同様である。そして、図１〜図３と同一符号は同一部分を示している。【００４９】
本実施形態では、図２に示した同じ構成において、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１と、ノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３を維持しつつ、テーパ面１１に前記ノズルの終端部へ向けて段階的に大きくなるような曲率設けることで、噴霧角度を広げることが可能となる。上記を実現する方法として，以下の構成が考えられる。【００５０】
すなわち、図１１に示すように、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１と、ノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３を維持しつつ、絞り部１２以下にノズル側テーパ面１１を下流方向へ拡大する曲率を有するテーパ面１１bを構成する。【００５１】
ここで、テーパ面１１ｂの曲率半径Ｒ１は、例えば、？？ｍｍとしている。【００５２】
上記のような構成とすることで，弁体１のリフトが小さいときには，ノズル２と弁体１の間を流れる燃料はテーパ１１ｂに沿って流れ易くなるため、テーパ１１ｂからの燃料の剥離を抑制でき、噴霧が安定化されると共に、図２におけるノズル側テーパ部に沿った流れ１８を図１１におけるノズル下流側多段曲率面１１bに沿った流れ１８ｂとできるため、噴霧角度が更に拡大する。【００５３】
上記の構造で構成された燃料噴射装置の弁体１のリフト量と噴霧角度との関係は、図６に一点鎖線Ｃで示している。【００５４】
以上説明したように、本実施形態によれば、弁体のリフト量を制御することにより燃料の噴霧角を制御することが可能となる。従って、燃料の噴霧角を制御することで、エンジン運転領域に応じて成層・均質燃焼、それぞれの燃焼方式実現に最適な噴霧パターンを形成し、燃費低減と高出力といった要求を両立することが可能となる。
【実施例４】
【００５５】
次に、図１２を用いて、本発明の第４の実施形態による燃料噴射装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による燃料噴射装置の内部構造は、図４に示したものと同様である。そして、図１〜図３と同一符号は同一部分を示している。【００５６】
本実施形態では、図２に示した同じ構成において、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１と、ノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３を維持しつつ、テーパ面１１に前記ノズルの終端部へ向けて段階的に大きくなるようなテーパ面及び曲率設けることで、噴霧角度を広げることが可能となる。上記を実現する方法として，以下の構成が考えられる。【００５７】
すなわち、図１２に示すように、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１と、ノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３を維持しつつ、絞り部１２以下のノズル側テーパ面１１に、テーパ角θ３のテーパ面と、その下流において下流方向に拡大する曲率半径Ｒ２を有するテーパを形成したテーパ面１１ｃとしている。なお、ここで、テーパ角θ３のテーパ面をさらに複数の角度の異なるテーパ面から構成し、また、曲率半径Ｒ２を有するテーパをさらに複数の曲率の異なる曲率半径を有するテーパとを組み合わせたテーパ面１１ｃとすることもできる。【００５８】
上記の構成とすることで、弁体１のリフト量が小さいときに，ノズル２と弁体１の間を流れる燃料はノズル下流側多段テーパ面と多段曲率面１１cに沿って流れ易くなるため、ノズル下流側多段テーパと多段曲率面１１cからの燃料の剥離を抑制でき、噴霧が安定化されると共に、図２におけるノズル側テーパ部に沿った流れ１８を図１０におけるノズル下流側多段テーパ面と多段曲率面１１cに沿った流れ１８ｃとできるだめ、噴霧角度が更に拡大する。【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、弁体のリフト量を制御することにより燃料の噴霧角を制御することが可能となる。従って、燃料の噴霧角を制御することで、エンジン運転領域に応じて成層・均質燃焼、それぞれの燃焼方式実現に最適な噴霧パターンを形成し、燃費低減と高出力といった要求を両立することが可能となる。
【実施例５】
【００６０】
次に、図１３を用いて、本発明の第５の実施形態による燃料噴射装置の構成及び動作について説明する。本実施形態による燃料噴射装置の内部構造は、図４に示したものと同様である。そして、図１〜図３と同一符号は同一部分を示している。【００６１】
本実施形態では、図２に示した同じ構成において、弁体側テーパ面９のテーパ角θ１と、ノズル下流側テーパ面１１のテーパ角θ３を維持しつつ、テーパ面１１に前記ノズルの終端部へ向けて段階的に大きくなるようなテーパ面及び曲率設けることで、噴霧角度を広げることが可能となる。上記を実現する方法として，以下の構成が考えられる。【００６２】
本実施形態では、図１３に示すように、絞り部１２より下流のノズル側テーパ面１１ｂが図9と同様に下流方向へ拡大する曲率（曲率半径Ｒ３）を有するテーパ１１ｂを有し、かつ絞り部１２より上流の図１におけるノズル側テーパ面１０が曲率を有するテーパ１０aとなるような構成とする。【００６３】
すなわち、上記のような構成とすることで，弁体１のリフト量が小さいときに，絞り部１２への燃料の流れがより下流方向へ拡大する曲率を有するテーパ１１bに沿って流れやすくなるため、曲率を有するテーパ面１１bからの燃料の剥離を抑制でき、噴霧が安定化されると共に、図２におけるノズル下流側テーパ部に沿った流れ１８を図１１におけるノズル上流側曲率面１０aとノズル下流側多段曲率面１１bに沿った流れ１８dとできるため、噴霧角度が更に拡大する。【００６４】
以上説明したように、本実施形態によれば、弁体のリフト量を制御することにより燃料の噴霧角を制御することが可能となる。従って、燃料の噴霧角を制御することで、エンジン運転領域に応じて成層・均質燃焼、それぞれの燃焼方式実現に最適な噴霧パターンを形成し、燃費低減と高出力といった要求を両立することが可能となる。【００６５】
以上説明した各実施形態の燃料噴射装置を、筒内直接噴射ガソリンエンジンに適用すると、下記のようにエンジンの燃焼形態にとって望ましい効果が得られる。【００６６】
噴霧角を制御することで、エンジンの運転領域に応じた最適な噴霧パターンの形成が可能となり、成層燃焼と均質燃焼の異なる燃焼方式の実現が可能となる。成層燃焼時は点火プラグ近傍に可燃な混合気を形成するために，図７に示すように噴霧角度が大きく、噴霧距離（ペネト長）が短い噴霧を形成することが可能となる。また、均質燃焼時はエンジン筒内全体に均質な可燃混合気を形成するために、図８に示すように噴霧角度が狭く、噴霧距離（ペネト長）が長い噴霧をシリンダ内に形成することが可能となる。また，リフト量が大きいときの狭角噴霧によりシリンダへの壁面付着が少ない噴霧形状を形成できるため、ＨＣ等の排気を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００６７】
１…弁体
２…ノズル
３…噴射孔
４…燃料流路
５…弁体側ガイド部
６…ノズル側ガイド部
７…閉弁用ばね
８…燃料供給口
９…弁体側テーパ面
１０…ノズル上流側テーパ面
１０ａ… ノズル上流側曲率面
１１…ノズル下流側テーパ面
１１ａ…ノズル下流側多段テーパ面
１１ｂ…ノズル下流側多段曲率面
１１ｃ…ノズル下流側多段テーパ面と多段曲率面
１２…絞り部
１３…流路拡大部
θ１…弁体側テーパ面のテーパ角
θ２…ノズル上流側テーパ面のテーパ角
θ３…ノズル下流側テーパ面のテーパ角
１７…閉弁時における弁体終端部に対するノズル終端部の突出し量
１８…ノズル側テーパ面に沿った流れ
１８ａ…ノズル下流側多段テーパ面に沿った流れ
１８ｂ…ノズル下流側多段曲率面に沿った流れ
１８ｃ…ノズル下流側多段テーパ面と多段曲率面に沿った流れ
１８ｄ… ノズル上流側曲率面とノズル下流側多段曲率面に沿った流れ
１９…弁体側テーパ面に沿った流れ
２０…絞り部直径
２１…弁体終端部直径
２２…ノズル終端部直径
２３…弁体軸径
２４…ノズル内径
２５…ノズル外径
２６…弁体側ガイド部の４面カット部
３０…駆動部
３１…コイル
３２…コア
３３…アンカー
１００…燃料噴射弁
１０１…内燃機関（エンジン）
１０３…吸気弁
１０４…排気弁
１０５…シリンダ
１０６…点火プラグ
１０７…ピストン
１２５，１２６…燃料噴霧
【図１】
2010055927.tif 000003
【図２】
2010055927.tif 000004
【図３】
2010055927.tif 000005
【図４】
2010055927.tif 000006
【図５】
2010055927.tif 000007
【図６】
2010055927.tif 000008
【図７】
2010055927.tif 000009
【図８】
2010055927.tif 000010
【図９】
2010055927.tif 000011
【図１０】
2010055927.tif 000012
【図１１】
2010055927.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年6月15日(2011.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体と、
前記弁体の径方向の周囲に設けられたノズルと、
前記弁体と前記ノズルとの間に配置され、燃料が流れる燃料流路と、
前記燃料が噴射される環状の噴射孔とを備え、
前記弁体は当該弁体の軸方向に前記ノズルに対して相対的に可動である燃料噴射装置において、
前記ノズルは、前記弁体のリフト量に応じて燃料の流量を調整する絞り部を備え、
前記軸方向を含む断面における前記絞り部より燃料の流れの下流側の燃料流路が、前記燃料の流れが下流になるにつれて拡大する燃料流路拡大部を有することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料の流れの方向に向かって、前記ノズルの終端部が前記弁体の終端部に対して、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線方向に突き出ていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料流路拡大部のノズル側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度は、前記絞り部より燃料の流れの上流側の燃料流路のノズル側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記燃料流路拡大部のノズル側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度は、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記弁体側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度は、前記絞り部より燃料の流れの上流側の燃料流路のノズル側テーパ面の稜線が前記弁体の軸方向となす角度よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記燃料流路拡大部は、前記絞り部より下側の前記ノズルのテーパ面に前記ノズルの終端部へ向けて大きくなる角度を設けることを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記絞り部より下流側の前記ノズル側テーパ面に、少なくとも１つのテーパ、もしくは、少なくとも１つの曲率を含むテーパを有することを特徴とする、請求項６に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記絞り部より下流側の前記ノズル側テーパ面に、少なくとも１つのテーパ及び少なくとも１つの曲率を含むテーパを有することを特徴とする、請求項６に記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
前記絞り部より燃料の流れの上流側の燃料流路のノズル側に形成された曲率を有するテーパを有することを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項１０】
弁体と、
前記弁体の径方向の周囲に設けられたノズルと、
前記弁体と前記ノズルとの間に配置され、燃料が流れる燃料流路と、
前記燃料が噴射される環状の噴射孔とを備え、
前記弁体は当該弁体の軸方向に前記ノズルに対して相対的に可動である燃料噴射装置において、
前記ノズルは、前記弁体に接触可能な絞り部を有し、
前記絞り部より下流側の前記ノズルのテーパ面のテーパ角は、前記弁体のテーパ面のテーパ角よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項１１】
前記絞り部より上流側の前記ノズルのテーパ面のテーパ角は、前記弁体のテーパ面のテーパ角よりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の燃料噴射装置。
【請求項１２】
前記弁体が前記ノズルに前記絞り部で接触した状態では、前記燃料の流れの方向に向かって、前記ノズルの終端部が前記弁体の終端部に対して、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線方向に突き出ているとともに、
前記燃料の流れの方向に向かって、前記弁体の終端部が前記ノズルの終端部に対して、前記弁体の弁体側テーパ面の稜線方向に突き出る位置を取りうることを特徴とする請求項１０に記載の燃料噴射装置。
【国際調査報告】
2010055927.tif 000016
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