(57)【要約】【課題】      内燃機関の運転状況に応じて燃料の噴射率を変えることができると共に、安定して燃料を噴射することができる燃料噴射弁を提供することを目的とする。【解決手段】  燃料噴射弁本体の噴孔に連結して形成された第１旋回流付与通路２１と、第１旋回流付与通路２１と並列に、且つ上記燃料噴射弁本体の噴孔に連結して形成され、第１旋回流付与通路２１より通路断面積が小さい第２旋回流付与通路２３と、第１旋回流付与通路２１を有する第１燃料供給経路を開閉する電磁弁と、第２旋回流付与通路２３を有する第２燃料供給経路を開閉する電磁弁とを備え、内燃機関の運転状況に応じて上記２つの電磁弁をそれぞれ開閉し、第１旋回流付与通路２１および第２旋回流付与通路２３の何れか一方または両方に燃料を流通させて、燃料の噴射量を調整するようにした。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁であって、
噴孔が形成された燃料噴射弁本体と、
上記噴孔を開閉するニードル弁と、
上記噴孔に連結して形成された第１燃料供給経路と、
上記第１燃料供給経路と並列に、且つ上記噴孔に連結して形成され、上記第１燃料供給経路より通路断面積が小さい第２燃料供給経路と、
上記第１燃料供給経路を開閉する第１開閉手段と、
上記第２燃料供給経路を開閉する第２開閉手段とを備えた
ことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１に記載された燃料噴射弁において、
上記第１及び第２燃料供給経路は上記噴孔から噴射させる燃料に旋回流を与える旋回流付与通路をそれぞれ有し、上記第１燃料供給経路の旋回流付与通路と上記第２燃料供給経路の旋回流付与通路とがそれぞれ複数設けられると共に、周方向に交互に配置されている
ことを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
省燃費且つ高出力を図った内燃機関として、燃焼室に直接燃料を噴射する筒内噴射内燃機関が知られている。このような筒内噴射内燃機関に適用される燃料噴射弁の噴孔近傍の構造の一例として、図５に示すようなものがある。この図に示すように、燃料噴射弁５０は、燃料噴射弁本体５１と、燃料噴射弁本体５１内に形成され、高圧ポンプ（図示せず）からの燃料が流通する燃料通路５２と、燃料通路５２と後述する噴孔５３とを連通し、燃料通路５２内の燃料を噴孔５３に案内する燃料案内流路５４が形成され、噴孔５３に向かう燃料に旋回流の成分を付与する旋回成分付与部材５５と、燃料噴射弁本体５１の先端に形成され、内燃機関の燃焼室（図示せず）に燃料を噴射する噴孔５３が形成された噴孔部材５６と、旋回成分付与部材５５を貫通して配置され、噴孔５３を開閉するニードル弁５７とを有する。
【０００３】
燃料案内流路５４は、図５及び図６に示すように、旋回成分付与部材５５の側部に、上下方向に形成される燃料導入路５４ａと、旋回成分付与部材５５の下面５５ａに、燃料導入路５４ａから噴孔５３近傍のニードル弁５７の先端部外周５７ａへ向かう接線方向に形成され、燃料導入路５４ａと噴孔５３とを連通する旋回成分付与通路５４ｂとを有する。この旋回成分付与通路５４ｂ内を燃料が通ることにより、燃料に旋回流の成分が与えられる。
【０００４】
上記のような燃料噴射弁が適用されている下記特許文献１には、燃料噴射量や噴射タイミングを変化させて、機関の運転状態に適した燃料噴霧を実現できるようにして、機関の性能を十分に引き出すことができるようにした筒内噴射式内燃機関が開示されている。この筒内噴射式内燃機関では、燃料を燃焼室に噴射する燃料噴射弁本体に形成された噴口を開閉するニードルバルブのリフト時間を調整して、燃料の噴射量を調整している。
【０００５】
【特許文献１】特許第３０８７３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した燃料噴射弁５０を用いることにより、燃料噴射弁５０内の燃料にかかる圧力、即ち、燃圧を上げると噴霧の微粒化が進むため、気化が促進され、噴霧燃料の燃焼特性が良好となる。
一方、燃料噴射弁５０の最適な噴射率、具体的には、噴孔５３を１ミリ秒開いた時の燃料の噴射量は、内燃機関の仕様、特に排気量により異なっている。これは、燃料噴射弁５０の最大噴射率を大きくすると、少量の燃料を安定して噴けなくなったり、最大噴射率を小さくすると噴射期間が長くなりすぎ、全開時の性能が低下したりするためである。さらに、使用最大燃圧を上げると、始動時など燃圧が上昇していない条件での燃料の噴射量が減るので、十分な燃料を供給できなくなり、内燃機関の始動性を悪化させてしまうという問題があった。また、始動時や全開時（全負荷時）、具体的には車両の急加速時などで要求される燃料の噴射率と、成層燃焼時、具体的には、車両の安定走行時などで要求される燃料の噴射率とは異なっている。そのため、燃料噴射弁５０を全開時の要求噴射率に最適な構造とすると、成層燃焼時の要求噴射率には適さない構造となり、逆に、燃料噴射弁５０を成層燃焼時の要求噴射率に最適な構造とすると、全開時の要求噴射率には適さない構造となり、どちらか一方の要求噴射率にしか適さない構造となってしまうという問題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、内燃機関の運転状況に応じて燃料の噴射率を変えることができると共に、安定して燃料を噴射することができる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】
【０００８】
上述した課題を解決する第１の発明に係る燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼室内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁であって、噴孔が形成された燃料噴射弁本体と、上記噴孔を開閉するニードル弁と、上記噴孔に連結して形成された第１燃料供給経路と、上記第１燃料供給経路と並列に、且つ上記噴孔に連結して形成され、上記第１燃料供給経路より通路断面積が小さい第２燃料供給経路と、上記第１燃料供給経路を開閉する第１開閉手段と、上記第２燃料供給経路を開閉する第２開閉手段とを備えたことを特徴とする。
上記第１開閉手段、および上記第２開閉手段としては、電磁弁や圧力弁などが挙げられる。
【０００９】
上述した課題を解決する第２の発明に係る燃料噴射弁は、第１の発明に記載された燃料噴射弁において、上記第１及び第２燃料供給経路が上記噴孔から噴射させる燃料に旋回流を与える旋回流付与通路をそれぞれ有し、上記第１燃料供給経路の旋回流付与通路と上記第２燃料供給経路の旋回流付与通路とがそれぞれ複数設けられると共に、周方向に交互に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明に係る燃料噴射弁によれば、内燃機関の燃焼室内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁であって、噴孔が形成された燃料噴射弁本体と、上記噴孔を開閉するニードル弁と、上記噴孔に連結して形成された第１燃料供給経路と、上記第１燃料供給経路と並列に、且つ上記噴孔に連結して形成され、上記第１燃料供給経路より通路断面積が小さい第２燃料供給経路と、上記第１燃料供給経路を開閉する第１開閉手段と、上記第２燃料供給経路を開閉する第２開閉手段とを備えるようにしたことにより、燃料が通る通路を切り替えることができ、この通路を切り替えて、燃料の噴射率を変えることができる。即ち、例えば始動時や全開時には、上記第１開閉手段および上記第２開閉手段がともに開かれるようにすれば、燃料が通過する断面積を最大にして、流路損失を減らすことができるので、噴射率が上がり、始動時に必要な噴射量、全開時に必要な噴射量をそれぞれ確保することができる。また、成層燃焼時には、内燃機関の負荷条件に応じて、上記第１開閉手段または上記第２開閉手段のどちらか一方だけを開くようにすれば、燃料が通過する通路の断面積を変えて、燃料の噴射率を最適化することができる。よって、運転条件に応じて噴射率を最適化できると共に、安定して燃料を噴射することができるので、燃焼特性が向上し、内燃機関の性能・燃費が向上する。また、排気ガス中のＨＣの排出量やスモークの排出量が低減する。
【００１１】
第２の発明に係る燃料噴射弁によれば、第１の発明に記載された燃料噴射弁において、上記第１及び第２燃料供給経路は上記噴孔から噴射させる燃料に旋回流を与える旋回流付与通路をそれぞれ有し、上記第１燃料供給経路の旋回流付与通路と上記第２燃料供給経路の旋回流付与通路とがそれぞれ複数設けられると共に、周方向に交互に配置されていることにより、燃料が上記第１燃料供給経路の旋回流付与通路及び上記第２燃料供給経路の旋回流付与通路を流れるときに、燃料に旋回流の成分が与えられる。また、上記第１燃料供給経路の旋回流付与通路および上記第２燃料供給経路の旋回流付与通路を通って燃料が噴射される大噴射率、上記第１燃料供給経路の旋回流付与通路を通って燃料が噴射される中噴射率、および上記第２燃料供給経路の旋回流付与通路を通って燃料が噴射される小噴射率の何れに切り替えても、燃料に付与された旋回流により効率良くコーン型の燃料噴霧旋回流が形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る燃料噴射弁を実施するための最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の模式的な構成を示す断面図であり、図２は、図１における囲み線ＩＩを示し、（ａ）はそれを拡大した断面図であり、（ｂ）はそれを分解した分解図である。図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。図４は、本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の経路切替機構の説明図であり、（ａ）に小噴射率の状態、（ｂ）に中噴射率の状態、（ｃ）に大噴射率の状態を示す。図中の矢印は、燃料の流れを示している。
【００１４】
本発明の一実施例に係る燃料噴射弁は、例えば車両用の筒内噴射式内燃機関などの内燃機関に採用されるものである。図１に示すように、燃料噴射弁３０は、燃料噴射弁本体１と、燃料噴射弁本体１内に形成され、高圧ポンプ（図示せず）からの燃料が流通する燃料通路２と、燃料噴射弁本体１の先端近傍に形成され、内燃機関の燃焼室（図示せず）に開口して形成される噴孔４を有し、燃料通路２内からの燃料の経路を切り替える経路切替機構３と、噴孔４を開閉するニードル弁５とを有する。燃料通路２の上流には、フィルタ６が配置されている。フィルタ６は燃料に混じった不純物などを除去するものであり、フィルタ６を透過した燃料は燃料通路２に流入するようになっている。なお、燃料噴射弁３０内の燃料は、図示しない調圧弁により所定の圧力に調整されている。
【００１５】
ニードル弁５よりも上方に、電磁コイル７、リターンスプリング８が配置されている。電磁コイル７は、図示しない電子制御ユニット等から電気信号が入力されると、リターンスプリング８を収縮するように作用するものであり、リターンスプリング８はニードル弁５に接続されている。これによりリターンスプリング８の伸縮方向にニードル弁５が上下するようになっている。
【００１６】
即ち、電磁コイル７に電気信号が入力されると、この電磁コイル７の作用によりリターンスプリング８が収縮して、ニードル弁５を引き上げ、ニードル弁５の先端５ｂ（図２参照）と噴孔４とが離隔し、燃料噴射弁３０が開弁するようになっている（噴孔４が開くようになっている）。電磁コイル７への電気信号が切れると、リターンスプリング８が伸張して（元の形状に戻って）、ニードル弁５の先端５ｂと噴孔４とが接合し、燃料噴射弁３０が閉弁するようになっている（噴孔４が閉じるようになっている）。
【００１７】
経路切替機構３は、図２に示すように、燃料噴射弁本体１内に配置されている燃料流路分岐部材１１と、燃料流路分岐部材１１の下部に接合して配置されている燃料流区画部材１２と、燃料流区画部材１２の下部に接合して配置されている旋回成分付与部材１５とを有する。燃料流路分岐部材１１および旋回成分付与部材１５には、ニードル弁５が貫通する貫通穴１１ａ，１５ｂがそれぞれ形成されている。
【００１８】
燃料流路分岐部材１１には、燃料通路２に連結する第１流路９と第２流路１０とがそれぞれ形成されている。上述したように燃料流区画部材１２を配置することにより、第１流路９を通った燃料の下流と第２流路１０を通った燃料の下流とが混じらないように区画される。
【００１９】
旋回成分付与部材１５には、第１流路９を通った燃料の下流における、燃料噴射弁本体１と燃料流区画部材１２とで形成される空間２４に結合する第３流路１３と、第２流路１０を通った燃料の下流における、ニードル弁５と燃料流区画部材１２とで形成される空間２５に結合する第４流路１４とが形成されている。さらに、旋回成分付与部材１５は、第３流路１３を通った燃料、および第４流路１４を通った燃料をそれぞれ噴孔４まで案内すると共に、噴孔４に向かう燃料に旋回流の成分を付与している。
【００２０】
即ち、第１燃料供給経路１６は、燃料分岐部材１１の第１流路９と、第１流路９に連結する空間２４と、上流側が空間２４に連結し、下流側が噴孔４に連結する旋回流付与部材１５の第３流路１３とからなっている。第２燃料供給経路１７は、燃料分岐部材１１の第２流路１０と、第２流路１０に連結する空間２５と、上流側が空間２５に連結し、下流側が噴孔４に連結する旋回流付与部材１５の第４流路１４とからなっている。第１燃料供給経路１６と第２燃料供給経路１７とは、並列に形成されている。
【００２１】
第１流路９内には、第１流路９を開閉する第１開閉手段である電磁弁１８が設けられている。第２流路１０内には、第２燃料供給経路１７を開閉する第２開閉手段である電磁弁１９が設けられている。電磁弁１８，１９の代わりに、圧力弁などを用いても良い。圧力弁を用いれば、燃圧に応じて、燃料の噴射率を変えることができる。
【００２２】
第３流路１３は、図２に示すように、空間２４に連結し、上下方向に延びる第１燃料導入路２０と、第１燃料導入路２０の下流と噴孔４とに連結し、旋回成分付与部材１５の下面１５ａに沿って形成される第１旋回流付与通路２１とからなっている。第１旋回流付与通路２１は、図３に示すように、ニードル弁５の外周５ａの接線方向に延びて形成されている。燃料がこのような第１旋回流付与通路２１内を流れるとき、燃料に旋回流の成分が与えられる。
【００２３】
第４流路１４は、図２に示すように、空間２５に連結し、上下方向に延びる第２燃料導入路２２と、第２燃料導入路２２の下流と噴孔４とに連結し、旋回成分付与部材１５の下面１５ａに沿って形成される第２旋回流付与通路２３とからなっている。第２旋回流付与通路２３は、図３に示すように、ニードル弁５の外周５ａの接線方向に延びて形成されている。燃料がこのような第２旋回流付与通路２３内を流れるとき、燃料に旋回流の成分が与えられる。ただし、第２旋回流付与通路２３の通路断面積Ｓ2は、第１旋回流付与通路２１の通路断面積Ｓ1よりも小さくなっている。
【００２４】
第１旋回流付与通路２１と第２旋回流付与通路２３とは、それぞれ複数、図示例では３つ設けられ旋回成分付与部材１５の周方向にそれぞれ交互に形成されている。よって、第１燃料供給経路１６の第１旋回流付与通路２１および第２燃料供給経路１７の第２旋回流付与通路２３を通って燃料が噴射される大噴射率、第１燃料供給経路１６の第１旋回流付与通路２１のみを通って燃料が噴射される中噴射率、および第２燃料供給経路１７の第２旋回流付与通路２３のみを通って燃料が噴射される小噴射率の何れに切り替えても、燃料に付与された旋回流により効率良くコーン型の燃料噴霧旋回流が形成される。
【００２５】
内燃機関の始動時や全開時には、電磁弁１８，１９がそれぞれ開かれて、燃料噴射弁３０は燃焼室に大量の燃料を噴射する大噴射率の状態となる。よって、燃料通路２内の燃料は、図２及び図４（ｃ）に示すように、第１燃料供給経路１６の第１燃料導入路２０から第１旋回流付与通路２１を通って噴孔４に流れると共に、第２燃料供給経路１７の第２燃料導入路２２から第２旋回流付与通路２３を通って噴孔４に流れ、噴孔４から燃焼室に噴射される。
【００２６】
成層燃焼時において、内燃機関が中程度の負荷で運転している時には、電磁弁１９を閉じる一方、電磁弁１８が開かれて、燃料噴射弁３０は中噴射率の状態となる。よって、燃料通路２内の燃料は、図２及び図４（ｂ）に示すように、第１燃料供給経路１６の第１燃料導入路２０から第１旋回流付与通路２１を通って噴孔４に流れ、噴孔４から燃焼室に噴射される。なお、燃料噴射弁３０の中噴射率の状態とは、大噴射率の状態で噴射される燃料よりも少なく、後述する小噴射率の状態で噴射される燃料よりも多い燃料を噴射する状態である。
【００２７】
成層燃焼時において、内燃機関が低負荷で運転している時には、電磁弁１８を閉じる一方、電磁弁１９が開かれて、燃料噴射弁３０は燃焼室に少量の燃料を噴射する小噴射率の状態となる。よって、燃料通路２内の燃料は、図２及び図４（ａ）に示すように、第２燃料供給経路１７の第２燃料導入路２２から第２旋回流付与通路２３を通って噴孔４に流れ、噴孔４から燃焼室に噴射される。
【００２８】
本発明の一実施例に係る燃料噴射弁３０によれば、第１流路９および第２流路１０に電磁弁１８，１９をそれぞれ設けて、燃料が通る通路を切り替えることにより、燃料の噴射率を容易に変えることができる。始動時や全開時には、電磁弁１８，１９をともに開き、燃料が通過する断面積を最大にして、流路損失を減らすことができるので、噴射率が上がり、始動時に必要な噴射量、全開時に必要な噴射量をそれぞれ確保することができる。成層燃焼時には、内燃機関の負荷条件に応じて、電磁弁１８，１９のどちらか一方のみを開き、燃料が通過する通路の断面積を変えて、燃料の噴射率を最適化することができる。
【００２９】
即ち、燃料噴射弁３０によれば、運転条件に応じて噴射率を最適化できると共に、安定して燃料を噴射することができるので、燃焼特性が向上し、内燃機関の性能・燃費が向上する。また、排気ガス中のＨＣの排出量やスモークの排出量が低減する。また、従来の燃料噴射弁では採用できないような大噴射率の燃料噴射弁も採用可能となる。高燃圧の燃料噴射弁を採用しても、良好な始動性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の模式的な構成を示す断面図である。
【図２】図１におけるＩＩ囲み線を示し、（ａ）はそれを拡大した断面図であり、（ｂ）はそれを分解した分解図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。
【図４】本発明の一実施例に係る燃料噴射弁の経路切替機構の説明図である。
【図５】従来の燃料噴射弁における噴孔近傍の断面図である。
【図６】図５におけるＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１              燃料噴射弁本体
２              燃料通路
３              経路切替機構
４              噴孔
５              ニードル弁
６              フィルタ
７              電磁コイル
８              リターンスプリング
９              第１流路
１０            第２流路
１１            燃料流路分岐部材
１２            燃料流区画部材
１３            第３流路
１４            第４流路
１５            旋回成分付与部材
１６            第１燃料供給経路
１７            第２燃料供給経路
１８，１９      電磁弁
２０            第１燃料導入路
２１            第１旋回流付与通路
２２            第２燃料導入路
２３            第２旋回流付与通路
３０            燃料噴射弁
【図１】
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【図２】
2006022712.tif 000004
【図３】
2006022712.tif 000005
【図４】
2006022712.tif 000006
【図５】
2006022712.tif 000007
【図６】
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