(57)【要約】【課題】  直接燃料を燃焼室に噴射する燃料噴射弁において、噴射孔内の剥離を抑制し噴孔出口周辺への燃料の付着を抑制する燃料噴射弁の構成を提供する。【解決手段】  燃焼室に直接燃料を噴射する複数の噴射孔を備えた燃料噴射弁において、噴射孔の入口面の下流側端部が当該噴射孔の上流側底面と平行に形成される面に対して、噴射孔下流側に位置するように形成される。【選択図】  図３
2018141370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に直接燃料を噴射する複数の噴射孔を備えた燃料噴射弁において、
噴射孔の入口面の下流側端部が当該噴射孔の上流側底面と平行に形成される面に対して、噴射孔下流側に位置するように形成される燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
前記複数の噴射孔が形成される噴射孔形成部材の先端において先端側に凹む凹み部が形成され、
前記凹み部から前記噴射孔の入口面の下流側端部に至るまでの通路壁が弁体軸方向と直交する方向に形成された燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
前記複数の噴射孔を構成する噴射孔形成部材に、前記噴射孔の入口面の弁体中心軸側に重なるように、かつ下流側に凹むように燃料通路が形成された燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料噴射弁において、
前記噴射孔に重なる前記燃料通路は前記噴射孔の中心よりも内径側に形成された燃料噴射弁。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料噴射弁において、
前記噴射孔に重なる前記燃料通路は平坦もしくは噴射孔の下流側に向かって傾斜を有するように形成された燃料噴射弁。
【請求項６】
燃焼室に直接燃料を噴射する複数の噴射孔を備えた燃料噴射弁において、
噴射孔の入口面の下流側端部が当該噴射孔の上流側底面と平行に形成される面に対して、噴射孔下流側に位置するように形成され、
噴射孔形成部材の先端から前記噴射孔の入口中心に至る燃料通路の幅が、入口中心に向かって広くなるように構成された燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接燃焼室に燃料を噴射する内燃機関に搭載される燃料噴射弁において、複数孔の噴射孔を有する燃料噴射装置では、燃焼室内の意図する噴射方向に燃料を噴射孔毎に異なった方向に噴射することで、燃費・排気等の良好な燃焼状態を実現しており、意図しない燃料の付着を抑制することで、排気性能の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６６０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９９８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直接燃焼室に燃料を噴射する内燃機関においては、指向する方向や噴射孔毎の噴射量によって、燃焼室の壁面や点火プラグ、ピストン、吸気バルブ等に付着する燃料によって燃費、排気が悪化する懸念がある。また、燃料噴射弁から噴射した燃料自体が燃料噴射弁の噴射孔周辺に付着することで排気の悪化を招くことがある。特許文献１によれば、噴射孔をガイド領域と噴霧が拡散する拡散領域の２段で構成し、拡散領域での燃料の付着を避けるために噴射孔の中心軸から偏芯して構成することが開示されている。しかしながら特許文献１では、噴射孔内の剥離による噴霧の拡散は開示がなく、噴射する燃料の圧力が変化した際の剥離が広がった際には、噴射孔周辺に燃料が付着することが発生してしまう。
【０００５】
また、特許文献２によれば噴射孔の入口を異なる曲率を持たせることで噴孔内の剥離を抑制して噴射することができる。この剥離を抑制することができれば、噴射孔出口全体で燃料を噴射することができるため、高速で燃料を噴射し濡れ広がることが抑制できると考えられる。しかしながら、噴射孔毎に異なる曲率を持たせることは製造方法が難しく、噴射する方向を変更した際には曲率も変更しなければならない。
【０００６】
本発明では、比較的簡便に製造できる方法で剥離を抑制可能な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】
【０００７】
上記目的を解決するために本発明では、燃焼室に直接燃料を噴射する複数の噴射孔を備えた燃料噴射弁において、噴射孔の入口面の下流側端部が当該噴射孔の上流側底面と平行に形成される面に対して、噴射孔下流側に位置するように形成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の燃料噴射弁によれば、比較的簡便に製造できる方法で燃料噴射弁の噴射孔内で発生する剥離を抑制することができる燃料噴射弁を提供することができる。  
前記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施例の燃料噴射弁が適用されるエンジンシステムの構成図である。
【図２】本実施例の燃料噴射弁の構成図である。
【図３】本発明の第１の実施例における燃料噴射弁の噴射孔の構成図
【図４】本発明の第１の実施例において燃料噴射弁の上流側から噴孔に向かって見た図である。
【図５】本発明の第２の実施例における燃料噴射弁の噴射孔の構成図である。
【図６】本発明の第３の実施例における燃料噴射弁の噴射孔の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に関する燃料噴射弁の実施例を図面に基づき詳細に説明する。本実施例では、噴射孔の入口に曲率を設けずに比較的簡便に製造できる方法で剥離を抑制する手段を提供する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の実施例について図を用いて説明する。図１は本実施例を適用するエンジンシステムの構成例である。本実施例は１気筒以上のエンジンを想定しているが、図示する気筒は１気筒で説明する。まず、エンジン１の基本動作について説明する。エンジン１に吸入される空気はエアクリーナを通り、吸入される。吸入空気は吸気ダクトに取付けられた図示しないエアフロセンサにより空気量が計測される。エンジン１に吸入される空気量はスロットル弁４で制御される。吸気コレクタ５は図示しない他気筒へ空気を分配するためのもので、その後、各気筒の吸気管に空気が分配され、吸気弁２５を通じて燃焼室２２に空気が吸入される。吸気管６の途中には、空気流に指向性を持たせるための図示しない空気流動制御弁を用いても良い。燃料の通路としては、燃料タンク７から燃料配管を図示しない低圧の燃料ポンプの突出によって加圧輸送された燃料がコモンレール８に輸送される。それに伴い吸気カムシャフト９に取り付けられた高圧燃料ポンプ１０によってさらに加圧、蓄圧される。
【００１２】
エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ）１１はエンジン１に取付けられた各種センサからの信号を基に、ＥＣＵ１１内部でエンジン１の運転状況を判定し、その運転状況に相応しい指令値を各種アクチュエータに出力する。ここで各種センサの例としては、前記エアフロセンサ３、コモンレール８に設定された燃料の圧力を検出する燃圧センサ１２、吸気カム９の位相を検出するフェーズセンサ１３、排気カム１４の位相を検出するフェーズセンサ１５、クランク軸１６の回転数を検出するクランク角センサ１７、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ１８、ノッキングを検出する（図示しない）ノックセンサ、排気管１９内の排気ガス濃度を検出する排ガスセンサ（排気Ａ／Ｆセンサ２０、排気Ｏ２センサ２１）などである。また、各種アクチュエータの例としては、燃料噴射弁２３  、高圧燃料ポンプ１０、スロットル弁４、空気流動制御弁（図示しない）、吸気および排気のカム位相を制御する（図示しない）位相制御弁、点火コイル２８などである。
【００１３】
ここで、エンジン１の作動構成を考えると、エアフロセンサ３により計測された空気量、および排気Ａ／Ｆセンサ２０および排気Ｏ２センサ２１の信号を取り込み、ＥＣＵ１１の制御部（マイコン）は燃料噴射弁２３の燃料噴射量を算出する。またＥＣＵ１１の制御部（マイコン）は、高圧ポンプ１０によって加圧された燃料の燃圧を燃圧センサ１２によって検出し、算出した燃料噴射弁２３の燃料噴射量と検出した燃圧に基づいて、燃料噴射弁２３の噴射期間（噴射パルス幅）を決定する。ＥＣＵ１１から図示しない燃料噴射弁２３の駆動回路に噴射パルス信号が送られ、燃料噴射弁２３の駆動回路から燃料噴射弁２３に駆動電流を出力することで燃料を噴射する。
【００１４】
ＥＣＵ１１から送られる駆動信号は主に噴射時期、噴射回数、噴射期間で構成される。燃焼室２２に供給された空気と燃料は、ピストン２４の上下動に伴い、燃焼室２２内で気化、混合して混合気を形成する。その後ピストン２４の圧縮動作により、温度と圧力が上昇する。ＥＣＵ１１はエンジン回転数、燃料噴射量などの情報から点火時期を算出し、点火コイル２７に点火信号を出力する。点火信号は主に点火コイル２７への通電開始時期、通電終了時期で構成されている。
【００１５】
これにより、ピストン２４の圧縮上死点の少し手前のタイミングで点火プラグ２８により点火が行われ、燃焼室２２内の混合気に着火し燃焼が起こる。点火のタイミングは、運転状態によって異なる為、圧縮上死点後の場合もある。燃焼により高まった圧力により、ピストン２４を下方向に押し返す力が働き、膨張行程でエンジントルクとしてクランク軸１６に伝達され、エンジン動力となる。燃焼終了後、燃焼室２２残留したガスは、排気弁２６を通り排気管１９に排出される。この排気ガスには人体に有害な成分が含まれることが多いので、排気管１９の途中に配置された触媒２９の作用により無害化され大気中に排出される。
【００１６】
次に本実施例の燃料噴射弁２３の詳細な構成について図２を用いて説明する。なお、図２にて説明に用いる燃料噴射弁は一例であり、本構成によって限定されるものではない。図２に示す燃料噴射弁２３において、弁本体２０２はノズルホルダ２０３とコア２０４とハウジング２０５から構成される。図１における高圧燃料ポンプ１０からの燃料は、燃料通路２０６を介して、複数の噴射孔を構成する部材（オリフィスカップ２１５）の各燃料噴射孔２０７を通って吐出される。オリフィスカップ２１５は、ノズルホルダ２０３の先端側の内周部に溶接又は圧入により固定される。
【００１７】
弁体２０８は、アンカー２０９を介して軸方向に摺動可能にノズルホルダ２０３内に収納されている。スプリング２１０は、弁体２０８とアジャスタピン２１１との間に配置され、アジャスタピン２１１によってスプリング２１０の上端部の位置が拘束される。スプリング２１０が弁体２０８をシート部材２１２のシート部２１３に押し付けることによって燃料噴射孔２０７は閉弁している。ソレノイド２１４は、アンカー２０９の上部に配置されソレノイド２１４に図１における駆動回路１１からの駆動電流を受けて、ソレノイド２１４に通電される、これにより、コア２０４が励磁されることで磁気吸引力を生じ、アンカー２０９を軸方向に引き上げる。それに伴い、弁体２０８がアンカー２０９によって軸方向に引き上げられる。このとき、弁体２０８がシート部２１３から離れ、ガイド２１５、２１６が弁体２０８を摺動方向にガイドする。そして複数の燃料噴射孔２０７が開き、図１における高圧燃料ポンプ１０によって加圧、圧送された燃料が燃料通路２０６を通過し、燃料を噴射する。
【００１８】
次に図３に本実施例を適用した燃料噴射弁の噴射孔の構造について説明する。３０１は噴孔全体を示し、３０２は噴射孔の上流側を示し、３０３は下流側の噴射孔を示している。３０４は弁体との干渉を避ける部位であり、オリフィスカップ２１５（噴射孔形成部材）の先端において先端側に凹むように構成される凹み部である。３０５は本実施例を構成する燃料通路であり、オリフィスカップ２１５において、凹み部３０４よりも外径が大きく形成される。また燃料通路３０５は凹み部３０４の外径側で、かつ、上流側噴射孔３０２よりも内径側に形成される。
【００１９】
３０６ａおよび３０６ｂは３０４から噴射孔３０２へ連通する燃料通路壁を示しており、斜線で示した３０６ａの通路壁によって構成される噴射孔に通じる燃料通路を構成する部位によって燃料通路が構成される。３０７は針弁の開弁位置を示しており、３０８、３０９ａおよび３０９ｂが燃料の流れ方向を示している。
【００２０】
本実施例では燃料通路３０５を複数の噴射孔の剥離が発生する噴射孔の燃料噴射弁の中心側に連通するように形成し、３０６ａの通路壁を３０６ｂの通路壁に変更する。なお、本実施例における通路壁３０６ｂは弁体軸方向（図２、図３における上下方向）と直交する方向に形成される。
【００２１】
上流側噴射孔３０２の入口面の上流側に形成される上流側底面３１０はシート部２１３のシート面とほぼ平行に形成される。また、一般的に噴射孔３０２の入口面は上流側底面３１０と平行になるように、上流側端部３０２Ｕから下流側端部３０２Ｄを結ぶ直線が上流側底面３１０と平行に形成される。しかし、本実施例においては、上記した燃料通路３０５を形成することで、上流側噴射孔３０２（単に噴射孔と呼んでも良い）の入口面の下流側端部３０２Ｄ´が上流側底面３１０と平行に形成される面に対して、噴射孔下流側（噴射孔先端側）に位置するように上流側噴射孔３０２が形成される。
【００２２】
なお、凹み部３０４から上流側噴射孔３０２（噴射孔）の入口面の下流側端部３０２Ｄ´に至るまでの通路壁３０６ｂは弁体軸方向と直交する方向に形成される。
【００２３】
これにより凹み部３０４から通路壁３０６ｂを介して噴射孔３０２に至るまでの流路の角度変化を少なくすることができる。したがって、凹み部３０４からの流れを３０９ａに示す流れから３０９ｂに示す流れ方向に変更することが可能である。燃料噴射弁の中心軸側と噴射孔の中心軸側の端部に重なるように燃料噴射弁の中心側に燃料通路を有することで、燃料が３０２に流れ込んだ際の剥離を抑制することができ、３０２の出口端部全周に燃料を満たして噴射することができるため、噴射孔全体で流速を落とさずに噴射することができる。噴射孔から流出する噴霧の流速を速く保つことができるため、噴射孔を構成する部材表面から離れた位置で噴霧が広がり、噴射孔を構成する部位表面の濡れを抑制することができる。前記噴射孔の表面の燃料の濡れを抑制することで、付着燃料を基にした煤や浮遊粒子状物質の生成を抑制することができるため、排気性能を向上することができる。
【００２４】
次に図４を用いて燃料通路３０５の構造について説明する。図４に用いている記号は図３と同じ部位を示しており、図４は燃料噴射弁の上流側から噴孔に向かって見た図である。複数の噴射孔は、６孔で表現しているが、噴孔内の剥離が生じる噴孔に接するように燃料通路を形成すれば良いので噴孔数では限定されない。燃料通路３０５は簡単のために複数の噴射孔に接するように図示しているが、剥離を抑制したい噴射孔にのみ連通させることで構成されるため、複数の噴射孔に連通させる必要はない。
【００２５】
図３、４に示すように本実施例では、複数の噴射孔を構成するオリフィスカップ２１５（噴射孔形成部材）に、対象となる上流側噴射孔３０２（噴射孔）の入口面の弁体中心軸側に重なるように、かつ下流側に凹むように燃料通路を形成する。また、噴射孔に重なる燃料通路３０５は上流側噴射孔３０２の中心を跨がないよう構成されることが望ましい。つまり、燃料通路３０５の全てが上流側噴射孔３０２の中心よりも内径側に形成される。なお、ここでいう中心とは上流側噴射孔３０２の出口面の中心を意味する。また、複数の噴射孔の流量の分配のうち燃料通路と連通した噴射孔の流量を著しく増やさずに構成することができる。
【００２６】
また、上流側噴射孔３０２（噴射孔）に重なる燃料通路は平坦もしくは噴射孔に向かって傾斜を有することで、燃料噴射弁の中心から噴射孔３０２に向かう流れ３０９ｂの流れを妨げることなく燃料を導くことができる。また、複数の噴射孔のそれぞれへの流量の分担率を調整したい場合は、噴射孔の径によって調整することができる。
【００２７】
本燃料通路を加工する際は、例えば内側の部材を径方向に切削することで、一度に加工することが可能であるため、噴射孔それぞれに曲率を持たせることよりも容易に加工することができる。上述の実施形態では、３０２噴孔上流側、３０３噴孔下流側で構成されるが、３０３を有さずに構成されても良い。以上の本実施例の燃料噴射弁によれば、複数の噴射孔に曲率を持たせることなく噴射孔内の剥離を抑制することができ、前記噴射孔からの流速を高く保つことができるため、噴射孔を構成する部材表面から離れた位置で噴霧が広がり、噴射孔の出口に付着する燃料を抑制することができる。これにより前記の図３で説明した排気性能を向上した内燃機関とすることができる。
【実施例２】
【００２８】
次に図５を用いて本発明の第２の実施例を示す。基本的な構造は実施例１と同様であるため、異なる点のみ説明する。５０１は噴射孔を構成する部材であり、５０２は実施例２における複数の噴射孔のうち５０３の燃料通路と連通する噴射孔の上流を示している。説明を簡単にするため、下流側の噴射孔は図示しない。また下流側の噴射孔は設けなくても良い。５０３は第１の実施例で示した燃料通路と同様に噴射孔に連通する燃料通路である。５０４は燃料噴射弁中央からの燃料の流れ方向を示しており、５０５は図３の３０４と同様に弁体と燃料噴射弁が干渉する部位を避けるための燃料通路である。
【００２９】
５０２の噴射孔へ流れ込む燃料は、５０３の燃料通路を設けることによって、複数の噴射孔の内、剥離が大きな噴孔への流れ５０４の流入時の角度変化を小さくすることができるため、実施例１と同様に噴射孔内の剥離を抑えて噴射孔５０２に燃料を流すことができる。そのため、実施例１と同様に剥離を抑えて噴射孔から燃料を噴射することができるため、前記噴射孔から流出する噴霧の流速を速く保つことができる。噴射孔から流出する噴霧の流速が速いため前記噴射孔を構成する部材表面から離れた位置で噴霧が広がり、噴射孔を構成する部位表面の濡れを抑制することができる。前記噴射孔の表面の燃料の濡れを抑制することで、付着燃料を基にした煤や浮遊粒子状物質の生成を抑制することができるため排気性能を向上することができる。
【実施例３】
【００３０】
次に図６を用いて本発明の第３の実施例を示す。基本的な構造は実施例１と同様であるため、異なる点のみ説明する。実施例３は実施例２における噴射孔に連通する燃料通路５０３を燃料通路６０３のように変更したものであり、その他の構成は同様である。簡単のために、噴射孔への連通する燃料通路を拡大した図で示す。燃料通路６０３は燃料噴射弁の中心軸側と噴射孔の中心軸側の端部に重なるように燃料噴射弁の中心側に燃料通路を有し、噴射孔から燃料噴射弁の中心に向かって該燃料通路幅が狭くなるように構成される。
【００３１】
つまり、本実施例では、噴射孔６０２の入口面の下流側端部が当該噴射孔６０２の上流側底面と平行に形成される面に対して、噴射孔下流側に位置するように形成され、噴射孔形成部材の先端から噴射孔６０２の入口中心に至る燃料通路の幅が、入口中心に向かって広くなるように構成される。
【００３２】
これによって、噴射孔６０２に流れ込む流量を調整することができる。燃料通路の幅によって噴射孔６０２に流れ込む流量を調整することができるため、噴射孔６０２から噴射した先の燃焼室への燃料の付着を低減することができる。そのため、燃焼室内に付着した燃料を起因とする煤や浮遊粒子状物質の生成を低減することができ、排気性能を向上することができる。また、流量を調整することができるため燃焼室内に噴射した燃料と空気の混合を適切な状態に近づけることができる。そのため、排気性能を更に向上させることができる。また、実施例１および実施例２と同様に噴射孔に連通するように燃料通路が構成されることで、噴射孔内の剥離を抑制し燃料を噴射することができる。これによって、噴射孔からの流出する噴霧の流速を速く保つことができ、実施例１および実施例２と同様に噴射孔を構成する部材表面から離れた位置で噴霧が広がるため、噴射孔を構成する部位表面の濡れを抑制することができる。前記噴射孔の表面の燃料の濡れを抑制することで、付着燃料を基にした煤や浮遊粒子状物質の生成を抑制することができるため排気性能を向上することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１１  エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１２  燃圧センサ
２３  燃料噴射弁
２０２  弁本体
２０４  コア
２０７  複数の燃料噴射孔
２０８  弁体
２０９  アンカー
２１０  スプリング
２１２  シート部材
２１３  シート部
２１４  ソレノイド
３０１  実施例１における噴射孔の構成部材
３０２  実施例１における上流側の噴射孔
３０５  実施例１における噴射孔へ連通する燃料通路
３０６ｂ  実施例１における噴射孔への燃料通路の構成部
３０９ｂ  実施例１における噴射孔への燃料の流れ方向
【図１】
2018141370.tif 000003
【図２】
2018141370.tif 000004
【図３】
2018141370.tif 000005
【図４】
2018141370.tif 000006
【図５】
2018141370.tif 000007
【図６】
2018141370.tif 000008