(57)【要約】【課題】本発明は、噴射される燃料の微粒化促進と噴霧形状の狭角・高ペネトレーション化との両立により、燃料噴霧の微粒化と吸気ポート内壁面への燃料付着抑制とを両立することを目的とするものである。【解決手段】各噴孔５を弁座軸心３ｃに直交する平面に対して垂直に投影したとき、噴孔５の入口中心から噴孔５の出口中心へ向かう噴孔軸心は、弁座軸心３ｃから入口中心へ向かう放射状の直線１９に対して、集合噴霧の中心軸２１ａの方向へ内向き角β傾斜している。また、各噴孔群５ａにおいて、噴孔群５ａの中央部に配置された中央噴孔５−１の内向き角β１は、噴孔群５ａの両端部に配置された端部噴孔５−２の内向き角β２よりも小さい。さらに、中央噴孔５−１の径は、端部噴孔５−２の径よりも大きい。【選択図】図１
2015078603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が下流側へ向けて徐々に縮小されるように傾斜されているシート面と、前記シート面の下流側に設けられている弁座開口とを有している弁座、
前記シート面に当接されて前記弁座開口からの燃料の流出を阻止するとともに、前記シート面から離されて前記弁座開口からの燃料の流出を許容する弁体、及び
前記弁座の下流側端面に固定されており、前記弁座開口から流出された燃料を外部へ噴射する複数の噴孔を有している噴孔プレート
を備え、
前記噴孔プレートは、前記シート面を下流側へ延長した仮想円錐面と前記噴孔プレートの上流側端面とが交差して仮想円を形成するように配置されており、
前記噴孔は、前記弁座の最小内径である前記弁座開口よりも弁座軸心側に配置され、かつ２方向の集合噴霧を形成するように２つの噴孔群を形成しており、
前記噴孔を前記弁座軸心に直交する平面に対して垂直に投影したとき、前記噴孔の出口中心は入口中心に対して前記弁座軸心から離れた位置に配置されており、
前記入口中心から前記出口中心へ向かう噴孔軸心は、前記弁座軸心から前記入口中心へ向かう放射状の直線に対して、前記集合噴霧の中心軸の方向へ傾斜しており、
その傾斜角度を内向き角βとしたとき、各前記噴孔群の中央部に配置された前記噴孔である中央噴孔の内向き角β１は、各前記噴孔群の両端部に配置された前記噴孔である端部噴孔の内向き角β２よりも小さくなっており、
前記中央噴孔の径は、前記端部噴孔のうち少なくとも吸気ポートの天井内壁面側に配置された前記噴孔の径よりも大きいことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記中央噴孔の径は、全ての前記端部噴孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記吸気ポートの底部内壁面側に配置された前記端部噴孔の径は、前記吸気ポートの天井内壁面側に配置された前記端部噴孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
直径が下流側へ向けて徐々に縮小されるように傾斜されているシート面と、前記シート面の下流側に設けられている弁座開口とを有している弁座、
前記シート面に当接されて前記弁座開口からの燃料の流出を阻止するとともに、前記シート面から離されて前記弁座開口からの燃料の流出を許容する弁体、及び
前記弁座の下流側端面に固定されており、前記弁座開口から流出された燃料を外部へ噴射する複数の噴孔を有している噴孔プレート
を備え、
前記噴孔プレートは、前記シート面を下流側へ延長した仮想円錐面と前記噴孔プレートの上流側端面とが交差して仮想円を形成するように配置されており、
前記噴孔は、前記弁座の最小内径である前記弁座開口よりも弁座軸心側に配置され、かつ２方向の集合噴霧を形成するように２つの噴孔群を形成しており、
前記噴孔を前記弁座軸心に直交する平面に対して垂直に投影したとき、前記噴孔の出口中心は入口中心に対して前記弁座軸心から離れた位置に配置されており、
前記入口中心から前記出口中心へ向かう噴孔軸心は、前記弁座軸心から前記入口中心へ向かう放射状の直線に対して、前記集合噴霧の中心軸の方向へ傾斜しており、
その傾斜角度を内向き角βとしたとき、各前記噴孔群の中央部に配置された前記噴孔である中央噴孔の内向き角β１は、各前記噴孔群の両端部に配置された前記噴孔である端部噴孔の内向き角β２よりも小さくなっており、
前記中央噴孔は、噴孔本体と、前記噴孔本体の出口に部分的に重ねて形成された拡径部とを有しており、
前記拡径部の径は、前記噴孔本体の径よりも大きくなっており、
前記拡径部の中心は、前記噴孔本体の出口中心よりも前記弁座軸心から離れた位置に配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
前記端部噴孔のうち吸気ポートの底部内壁面側に配置された前記噴孔の出口にも前記拡径部が設けられていることを特徴とする請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記拡径部が設けられた前記噴孔の流路において、前記噴孔本体の入口から出口までの間に最小断面積となる円柱部分が設けられていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
２組の前記噴孔群の間隔は、前記噴孔群内における噴孔間距離よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
前記中央噴孔の流路面積の総和は、前記端部噴孔の流路面積の総和よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
前記噴孔プレートには、閉弁時に前記弁体の先端部との干渉を避けるため、下流側へ突出した凸部が設けられており、
前記噴孔プレートの前記凸部の周囲には、平板状の噴孔プレート平坦部が設けられており、
前記噴孔は、前記噴孔プレート平坦部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
前記弁体の先端部には、閉弁時に前記噴孔プレートとの干渉を避けるため、前記噴孔プレートに平行又はほぼ平行な平坦部が設けられており、
前記平面に対して垂直に投影したとき、前記平坦部は、前記噴孔の入口よりも内径側に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車の内燃機関などへの燃料供給に使用される燃料噴射弁に係り、特に噴霧特性における微粒化促進と噴霧形状の狭角・高ペネトレーション化との両立を図った燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車のガソリン内燃機関では、シリンダ内への燃料供給の制御性向上のため、燃料噴射弁が１気筒あたり１本搭載されている。また、出力向上及び燃費向上の両立を図るため、吸気ポートが１気筒あたり２つ設けられている場合が殆どである。そして、この場合の燃料噴射弁では、それぞれの吸気ポートへ向けて２方向に燃料が噴射され、また、吸気ポート内壁面への燃料噴霧の付着抑制が要求される。
【０００３】
その一方で、燃費向上及び排ガス低減のため、燃料噴霧の微粒化も要求される。微粒化の手段としては、広角噴霧（すなわち低ペネトレーション噴霧）にするのが効果的である。しかし、吸気ポートへの燃料噴霧付着を抑制するためには、狭角噴霧（即ち高ペネトレーション噴霧）とする必要があるため、噴霧角の操作だけでは、微粒化と狭角・高ペネトレーション噴霧との両立は難しい。
【０００４】
これに対して、従来の燃料噴射弁では、噴孔径Ｄに対する噴孔長さＬの比（噴孔Ｌ／Ｄ）を噴孔毎に変えることで、広角・低ペネトレーション噴霧と狭角・高ペネトレーション噴霧とが混在する集合噴霧が形成されている。また、吸気バルブのシリンダ中心側を狙った狭角・高ペネトレーション噴霧（但し、粒径は悪化）の牽引効果により、狭角・高ペネトレーション噴霧を取り囲むようにしてシリンダ外周側を狙った広角・低ペネトレーション噴霧（粒径は良化）の飛散を抑制することにより、シリンダ外周側の吸気ポート内壁面への噴霧付着抑制が図られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
また、他の従来の燃料噴射弁では、複数の噴孔が、弁座部材の弁孔軸線を含む一平面を境として２組の噴孔群に分けられて、弁座部材下流の燃料拡散室に配置されている。また、２組の噴孔群の間隔が、各噴孔群内における噴孔間距離よりも大きくされている。さらに、各噴孔群における中央部の噴孔の径が、その両側の噴孔の径よりも大きくされている。さらにまた、中央部の噴孔の総面積が、両側の噴孔の総面積よりも小さくされている。
【０００６】
このような構成により、天地方向の輪郭がシャープでペネトレーション性が高い噴霧が実現され、シリンダ外周側のうち、天地方向の吸気ポート内壁面への噴霧付着抑制が図られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２３８７５号公報
【特許文献２】特開２００５−２０７２９１号公報
【特許文献３】特開２００９−７９５９８号公報
【特許文献４】特許第４１３８７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜３に示された従来の燃料噴射弁では、狭角・高ペネトレーション噴霧の牽引効果により、広角・低ペネトレーション噴霧の飛散を抑制しているが、それだけでは広角・低ペネトレーション噴霧の飛散を十分に抑制できなかった。また、仮にある程度の抑制効果が得られるとしても、その効果が得られるのは、噴霧分裂が進んで噴霧粒径及び噴霧速度が小さい噴霧下流側に限られており、噴霧分裂途中で噴霧粒径及び噴霧速度が大きい噴霧上流側では、牽引効果は期待できない。
【０００９】
一方、近年の自動車の内燃機関では、吸気流速を上げてシリンダ内での吸気タンブル流れを強化するために、吸気ポートの通路面積を最小限としており、燃料噴射弁の先端から吸気ポートまでを繋ぐ燃料噴霧用の通路の面積も最小限となっており、噴霧上流側では噴霧と噴霧用通路内壁面との隙間が小さい。
【００１０】
従って、特許文献１〜３に示された従来の燃料噴射弁では、噴霧用通路内壁面への燃料噴霧の付着抑制は困難である。しかも、噴霧用通路内壁面は、シリンダから離れており、壁面温度が低くいため、ここに燃料噴霧が付着すると、気化しにくく、シリンダ内への燃料供給の制御性が悪化するという問題があった。
【００１１】
また、吸気ポートは、吸気タンブル流れを強化するため、天地方向（上下方向）に湾曲している場合が殆どであり、その場合、吸気ポート内の天地方向において、直進する噴霧と湾曲する吸気ポート内壁面との隙間の確保が難しい。さらに、燃費向上を目的として吸気行程で燃料噴射する場合は、吸気流れによって燃料噴霧が流されるため、吸気ポートの天井内壁面に噴霧が付着しやすくなる。
【００１２】
このため、特許文献１〜３に示された従来の燃料噴射弁を用い、吸気行程で燃料噴射する場合、シリンダ外周側を狙った広角・低ペネトレーション噴霧は吸気流れに流されやすく、吸気ポートの天井内壁面に噴霧が付着しやすくなる問題があった。
【００１３】
これに対して、特許文献４に示された従来の燃料噴射弁では、天地方向の噴霧は高ペネトレーション噴霧であるため、吸気行程で燃料噴射する場合でも吸気流れに燃料噴霧が流されることはない。また、天地方向の高ペネトレーション噴霧の壁に挟まれた低ペネトレーション噴霧も吸気流れに流されないため、吸気ポート内壁面の天井及び底面への燃料噴霧付着の抑制は可能である。
【００１４】
しかし、中央部の噴孔から噴射される燃料は、燃料拡散室内における放射方向の流れ成分の影響を受けて噴射方向に噴霧が拡散するものの、両側の狭角・高ペネトレーション噴霧によって噴射方向の噴霧拡散を抑制することができないため、噴射方向の吸気ポート内壁への燃料付着を抑制できないという問題があった。
【００１５】
また、微粒化を狙った中央噴孔の総断面積が両側噴孔よりも小さいため、小さい粒径の粒子よりも大きい粒径の粒子の方が多くなり、噴霧全体の粒径が悪化するという問題もあった。
【００１６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、噴射される燃料の微粒化促進と噴霧形状の狭角・高ペネトレーション化との両立により、燃料噴霧の微粒化と吸気ポート内壁面への燃料付着抑制とを両立することができる燃料噴射弁を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る燃料噴射弁は、直径が下流側へ向けて徐々に縮小されるように傾斜されているシート面と、シート面の下流側に設けられている弁座開口とを有している弁座、シート面に当接されて弁座開口からの燃料の流出を阻止するとともに、シート面から離されて弁座開口からの燃料の流出を許容する弁体、及び弁座の下流側端面に固定されており、弁座開口から流出された燃料を外部へ噴射する複数の噴孔を有している噴孔プレートを備え、噴孔プレートは、シート面を下流側へ延長した仮想円錐面と噴孔プレートの上流側端面とが交差して仮想円を形成するように配置されており、噴孔は、弁座の最小内径である弁座開口よりも弁座軸心側に配置され、かつ２方向の集合噴霧を形成するように２つの噴孔群を形成しており、噴孔を弁座軸心に直交する平面に対して垂直に投影したとき、噴孔の出口中心は入口中心に対して弁座軸心から離れた位置に配置されており、入口中心から出口中心へ向かう噴孔軸心は、弁座軸心から入口中心へ向かう放射状の直線に対して、集合噴霧の中心軸の方向へ傾斜しており、その傾斜角度を内向き角βとしたとき、各噴孔群の中央部に配置された噴孔である中央噴孔の内向き角β１は、各噴孔群の両端部に配置された噴孔である端部噴孔の内向き角β２よりも小さくなっており、中央噴孔の径は、端部噴孔のうち少なくとも吸気ポートの天井内壁面側に配置された噴孔の径よりも大きい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の燃料噴射弁によれば、噴孔を弁座軸心に直交する平面に対して垂直に投影したとき、噴孔の出口中心は入口中心に対して弁座軸心から離れた位置に配置されており、入口中心から出口中心へ向かう噴孔軸心は、弁座軸心から入口中心へ向かう放射状の直線に対して、集合噴霧の中心軸の方向へ傾斜しており、その傾斜角度を内向き角βとしたとき、各噴孔群の中央部に配置された噴孔である中央噴孔の内向き角β１は、各噴孔群の両端部に配置された噴孔である端部噴孔の内向き角β２よりも小さくなっており、中央噴孔の径は、端部噴孔のうち少なくとも吸気ポートの天井内壁面側に配置された噴孔の径よりも大きいので、噴射される燃料の微粒化促進と噴霧形状の狭角・高ペネトレーション化との両立により、燃料噴霧の微粒化と吸気ポート内壁面への燃料付着抑制とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による燃料噴射弁の軸線に沿う断面図である。
【図２】図１の弁座、噴孔プレート及びボールの拡大図と、噴孔プレートの中央部分を示す平面図とを組み合わせて示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】図１の弁座、噴孔プレート及びボールの拡大図と、各噴孔からの噴霧の状態を示す平面図とを組み合わせて示す図である。
【図６】図１の燃料噴射弁による燃料噴射時の噴霧粒径の時間変化を示すグラフである。
【図７】この発明の実施の形態２による燃料噴射弁を吸気ポートに取り付けた状態を示す断面図である。
【図８】図７の噴孔プレートを燃料噴射弁の下流側から矢印ＶＩＩＩ方向に沿って見た図である。
【図９】この発明の実施の形態３による燃料噴射弁の要部断面図と、噴孔プレートの中央部分を示す平面図とを組み合わせて示す図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態４による燃料噴射弁を吸気ポートに取り付けた状態を示す断面図である。
【図１３】図１２の噴孔プレートを燃料噴射弁の下流側から矢印ＸＩＩＩ方向に沿って見た図である。
【図１４】この発明の実施の形態５による燃料噴射弁の中央噴孔を拡大して示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態６による燃料噴射弁の要部断面図と、噴孔プレートの中央部分を示す平面図と、各噴孔からの噴霧の状態とを組み合わせて示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態６による燃料噴射弁の要部断面図と、噴孔プレートの中央部分を示す平面図とを組み合わせて示す図である。
【図１７】図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図１８】図１６のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁の軸線に沿う断面図であり、燃料は図１の燃料噴射弁の上端から下方へ流れる。図において、磁性パイプ１の上端部には、円筒状の固定鉄心２が固定されている。磁性パイプ１及び固定鉄心２は、同軸に配置されている。また、磁性パイプ１は、固定鉄心２の下流側端部に圧入されて溶接されている。
【００２１】
磁性パイプ１内の下端部には、弁座３と噴孔プレート４とが固定されている。噴孔プレート４には、燃料を噴射する複数の噴孔５が設けられている。噴孔５は、噴孔プレート４を板厚方向に貫通している。
【００２２】
また、噴孔プレート４は、第１の溶接部４ａで弁座３の下流側端面に固定された状態で、磁性パイプ１に挿入された後、第２の溶接部４ｂで磁性パイプ１に固定されている。
【００２３】
磁性パイプ１内には、弁体であるボール６と、ボール６に溶接固定されたニードルパイプ７と、ニードルパイプ７の上流側端部（ボール６と反対側の端部）に固定されたアマチュア（可動鉄心）８とが挿入されている。アマチュア８は、ニードルパイプ７の上流側端部に圧入されて溶接されている。
【００２４】
アマチュア８は、磁性パイプ１内で軸方向へ摺動可能となっている。磁性パイプ１の内周面には、アマチュア８の摺動を案内するガイド部１ａが設けられている。アマチュア８が摺動することにより、ニードルパイプ７及びアマチュア８も軸方向へ一体に移動する。これにより、ボール６は、弁座３に着座・離座される。また、アマチュア８の上端面は、固定鉄心２の下端面に接離される。ボール６の外周には、面取り部６ａが設けられている。
【００２５】
固定鉄心２内には、ボール６を弁座３に押し付ける方向へニードルパイプ７を押圧する圧縮ばね９が挿入されている。また、固定鉄心２内には、圧縮ばね９の荷重を調整するアジャスタ１０が固定されている。さらに、燃料の導入部となる固定鉄心２の上端部には、フィルタ１１が挿入されている。
【００２６】
固定鉄心２の下流側端部（アマチュア８側端部）の外周には、電磁コイル１２が固定されている。電磁コイル１２は、樹脂製のボビン１３と、その外周に巻線されているコイル本体１４とを有している。磁性パイプ１と固定鉄心２との間には、磁気回路のヨーク部である金属板（磁気回路構成部材）１５が溶接固定されている。
【００２７】
磁性パイプ１、固定鉄心２、電磁コイル１２及び金属板１５は、樹脂製ハウジング１６に一体成型されている。樹脂製ハウジング１６には、コネクタ部１６ａが設けられている。コネクタ部１６ａ内には、コイル本体１４に電気的に接続されたターミナル１７が引き出されている。
【００２８】
図２は図１の弁座３、噴孔プレート４及びボール６の拡大図と、噴孔プレート４の中央部分を示す平面図（燃料流路に露出している部分をボール６側から矢印ＩＩに沿って見た図）とを組み合わせて示す図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【００２９】
弁座３内には、ボール６が接離されるシート面３ａが設けられている。シート面３ａは、その直径が下流側へ向けて徐々に縮小されるように傾斜している。また、シート面３ａの下流側で弁座３の下流側端部の中央には、噴孔プレート４に臨む円形の弁座開口３ｂが設けられている。
【００３０】
ボール６は、シート面３ａに当接して弁座開口３ｂからの燃料の流出を阻止するとともに、シート面３ａから離されて弁座開口３ｂからの燃料の流出を許容する。噴孔プレート４は、シート面３ａを下流側へ延長した仮想円錐面１８ａと噴孔プレート４の上流側端面とが交差して仮想円１８ｂを形成するように配置されている。
【００３１】
各噴孔５は、噴孔プレート４を弁座軸心３ｃに沿って見たとき、弁座３の最小内径部である弁座開口３ｂよりも弁座軸心３ｃ側に形成された弁座軸心を中心とする１つの円（噴孔配置円）１８ｃ上に配置されている。
【００３２】
また、噴孔５は、２方向の集合噴霧２１（図５）を形成するように２つの噴孔群５ａを形成している。図２の噴孔プレート４の平面図では、右側の４つの噴孔５により一方の噴孔群５ａが構成され、左側の４つの噴孔５により他方の噴孔群５ａが構成されている。
【００３３】
また、各噴孔群５ａは、各噴孔群５ａにおける円１８ｃの円周方向の中央部に配置された複数（図２では２つ）の中央噴孔５−１と、円１８ｃの円周方向の両端部に配置された複数（図２では２つ）の端部噴孔５−２とにより構成されている。
【００３４】
各噴孔５を弁座軸心３ｃに直交する平面に対して垂直に投影したとき、噴孔５の入口中心５ｂに対して噴孔の出口中心５ｃは弁座軸心３ｃから離れた位置に配置されている。即ち、噴孔５は、下流へ向かうに従って噴孔プレート４の径方向外側へ進むように傾斜している。
【００３５】
また、各噴孔５を弁座軸心３ｃに直交する平面に対して垂直に投影したとき、噴孔５の入口中心５ｂから噴孔５の出口中心５ｃへ向かう噴孔軸心５ｄは、弁座軸心３ｃから入口中心５ｂへ向かう放射状の直線１９に対して、集合噴霧２１の中心軸２１ａの方向へ内向き角β傾斜している。さらに、各噴孔群５ａにおいて、中央噴孔５−１の内向き角β１は、端部噴孔５−２の内向き角β２よりも小さい。
【００３６】
さらにまた、中央噴孔５−１の径は、端部噴孔５−２の径よりも大きい。即ち、端部噴孔５−２の径は、中央噴孔５−１の径よりも小さい。この例では、中央噴孔５−１の径が全ての端部噴孔５−２の径よりも大きい。なお、図３は中央噴孔５−１の噴孔軸心５ｄに沿う断面、図４は端部噴孔５−２の噴孔軸心５ｄに沿う断面を示している。
【００３７】
噴孔プレート４の中央には、ボール６の先端部と平行（又はほぼ平行）に下流側へ突出するように湾曲された凸部４ｃが設けられている。凸部４ｃ周囲には、平板状の噴孔プレート平坦部４ｄが設けられている。噴孔５は、噴孔プレート平坦部４ｄに設けられている。
【００３８】
次に、燃料噴射弁の動作について説明する。エンジンの制御装置から燃料噴射弁の駆動回路に動作信号が送られると、ターミナル１７を介して電磁コイル１２に電流が流され、アマチュア８、固定鉄心２、金属板１５及び磁性パイプ１で構成される磁気回路に磁束が発生する。
【００３９】
これにより、アマチュア８が固定鉄心２側へ吸引され、一体構造であるアマチュア８、ニードルパイプ７及びボール６が図２の上方へ移動する。そして、ボール６が弁座３から離れ、ボール６と弁座３との間に間隙が生じると、燃料は、ボール６の面取り部６ａと弁座３との隙間を通って、噴孔５からエンジン吸気ポートに噴射される。
【００４０】
次に、エンジンの制御装置から燃料噴射弁の駆動回路に動作の停止信号が送られると、電磁コイル１２への通電が停止され、磁気回路中の磁束が減少し、圧縮ばね９のばね力によりアマチュア８、ニードルパイプ７及びボール６が図２の下方へ移動する。これにより、ボール６と弁座３との間の隙間が閉じられ、燃料噴射が終了する。
【００４１】
このような燃料噴射弁では、燃料噴射時に噴孔５の入口へ向かう燃料流れを弁座軸心３ｃに直交する平面に対して垂直に投影したとき、シート面３ａから噴孔５の入口中心５ｂへ直接向かう燃料流れの主流は、図２の平面図に示すように、弁座軸心３ｃへ向かう流れ２０ａとなっている。その一方で、噴孔５は、下流側に行くにつれて弁座軸心３ｃから離れる方向へそれぞれ傾斜している。このため、燃料流れは噴孔５の入口で剥離され、噴孔５の内壁の弁座軸心３ｃ側に燃料が衝突した後、燃料の液膜が噴孔５の内壁に沿って薄く広げられる流れ２０ｄが形成される。
【００４２】
特に、内向き角β１が小さい中央噴孔５−１は、上記の平面において燃料の主流２０ａとほぼ正対する方向となるため、図３に示すように燃料が内壁に衝突した後、燃料の液膜が内壁に沿って薄く広げられる流れ２０ｄがより強化される。また、中央噴孔５−１は、径が大きいため、内壁で液膜をより薄く広げることができる。
【００４３】
従って、中央噴孔５−１から噴射される燃料は、効率良く薄膜化され、微粒化を促進することができる。そして、噴霧形状については、噴孔Ｌ／Ｄを小さくすることにより（例えば噴孔Ｌ／Ｄ＜１）、噴射方向に対して直交する方向（側面方向）に拡散する広角・低ペネトレーション噴霧となる。
【００４４】
一方、内向き角β２が大きい端部噴孔５−２は、上記の平面において燃料の主流２０ａと正対しないため、図４に示すように内壁での液膜形成は弱められる。また、端部噴孔５−２は、径が小さいため、噴孔Ｌ／Ｄを大きくすることにより（例えば噴孔Ｌ／Ｄ＞１）、噴孔５−２内を充満しながら流れて出口から中実噴霧となって噴射され、噴霧形状が狭角・高ペネトレーションとなる。
【００４５】
図５は図１の弁座３、噴孔プレート４及びボール６の拡大図と、各噴孔５からの噴霧の状態を示す平面図（ボール６側から矢印Ｖに沿って見た図）とを組み合わせて示す図である。
【００４６】
図５に示すように、各噴孔５から噴射された噴霧が干渉し合うところでは、端部噴孔５−２からの狭角・高ペネトレーション噴霧２１ｃが壁となって、中央噴孔５−１からの広角・低ペネトレーション噴霧（微粒化噴霧）２１ｂが側面方向に拡散し過ぎるのが抑制される。その一方で、中央噴孔５−１からの広角・低ペネトレーション噴霧２１ｂは、噴射方向（正面方向）には拡散し過ぎないため、側面方向及び正面方向ともに狭角噴霧となり、吸気ポート内壁面への燃料噴霧の付着を抑制することができる。
【００４７】
また、実施の形態１では、中央噴孔５−１の流路面積の総和を端部噴孔５−２の流路面積の総和よりも大きくしたので、微粒化度が低い狭角・高ペネトレーション噴霧２１ｃよりも、微粒化度の高い広角・低ペネトレーション噴霧２１ｂの量が多くなり、噴霧全体の平均粒径を小さくすることができる。
【００４８】
さらに、噴射開始時は、シート面３ａよりも下流側の弁座３の内壁と噴孔プレート４の上流側端面とボール６の先端部とで囲まれた空間（デッドボリューム）内の燃料が噴孔５から排出されるため、ボール６の開弁動作完了後の定常噴射時に比べると噴射速度が小さく、このため、噴射開始時の初期噴霧では、定常噴射時に比べて噴霧粒径が大きくなる傾向にある。
【００４９】
これに対して、実施の形態１では、シート面３ａを下流側へ延長した仮想円錐面１８ａと噴孔プレート４の上流側端面とが交差して仮想円１８ｂを形成するように噴孔プレート４を配置することにより、デッドボリュームを小さくしている。このため、粒径が大きい初期噴霧の噴射量を少なくし、図６に示すように、初期噴霧と定常噴霧とを合わせた全体の噴霧の粒径を小さくすることができる。
【００５０】
また、デッドボリュームが小さいため、高温負圧下の噴射休止中におけるデッドボリューム内の燃料蒸発量も少なくなり、温度及び雰囲気圧の変化に伴う噴射量（静的流量・動的流量）の変化を小さくすることができる。
【００５１】
さらに、シート面３ａから下流の燃料流れには、図２の平面図に示すように、シート面３ａから噴孔５の入口に直接流れ込む燃料の主流２０ａの他に、噴孔５間を通り過ぎる燃料の流れ２０ｂが含まれる。また、流れ２０ｂは、噴孔プレート４の中央で反対側から流れてきた燃料と衝突し、噴孔５へ向かうＵターン流れ２０ｃとなる。
【００５２】
実施の形態１では、ボール６の先端部と平行に下流側へ突出するように湾曲された凸部４ｃが噴孔プレート４の中央に設けられているため、図３に示すように、Ｕターン流れ２０ｃが、凸部４ｃに沿った流れとなり、凸部４ｃの外側の噴孔プレート平坦部４ｄに設けられ噴孔５には流れ込みにくくなる。
【００５３】
一方、燃料の主流２０ａは、Ｕターン流れ２０ｃの下に潜り込み、噴孔５の内壁の上流側に衝突しやすくなる。これにより、液膜を広げるために必要な噴孔５の内壁の実効的な長さを大きくすることができ、燃料を効率良く薄膜化することができ、微粒化を促進することができる。
【００５４】
また、図２の断面図に示すように、閉弁時におけるボール６の先端部と噴孔プレート４との干渉を回避しつつ、シート面３ａと噴孔プレート４の上流側端面の弁座軸心３ｃ付近との距離を短くすることができ、仮想円１８ｂを大きくすることができる。
【００５５】
これにより、凸部４ｃの外側の噴孔プレート平坦部４ｄに配置された噴孔５の入口中心５ｂを、仮想円１８ｂの内側に配置することができ、噴孔５の内壁に沿って液膜を広げようとする流れをより強化することができる。従って、燃料を効率良く薄膜化することができ、微粒化を促進することができる。
【００５６】
さらに、閉弁時におけるボール６の先端部と噴孔プレート４との干渉を回避しつつ、上記のデッドボリュームをさらに縮小できるので、粒径が大きい初期噴霧の噴射量をさらに少なくし、初期噴霧と定常噴霧とを合わせた全体の噴霧の粒径をさらに小さくすることができる。
【００５７】
実施の形態２．
次に、図７はこの発明の実施の形態２による燃料噴射弁を吸気ポート２２に取り付けた状態を示す断面図、図８は図７の噴孔プレート４を燃料噴射弁の下流側から矢印ＶＩＩＩ方向に沿って見た図である。
【００５８】
吸気行程で燃料噴射する場合は、吸気流れによって燃料噴霧が流されるため、吸気ポート２２の天井内壁面２２ａ及び燃料噴霧用通路２２ｃに噴霧が付着しやすくなる課題がある。
【００５９】
これに対して、実施の形態２では、端部噴孔５−２のうち、天井内壁面２２ａ側に配置された噴孔５の径を小さくし、吸気ポート２２の底部内壁面２２ｂ側に配置された噴孔５の径を大きくしている。即ち、底部内壁面２２ｂ側に配置された端部噴孔５−２の径は、天井内壁面２２ａ側に配置された端部噴孔５−２の径よりも大きい。
【００６０】
この例では、底部内壁面２２ｂ側に配置された端部噴孔５−２の径は、中央噴孔５−１の径と同じ、又はほぼ同じである。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００６１】
これによって、吸気行程で噴射する場合でも、天井内壁面２２ａ及び燃料噴霧用通路２２ｃへの噴霧付着を抑制しつつ、噴霧の中央部及び底部内壁面２２ｂの方向への噴霧は、広角・低ペネトレーション微粒化噴霧とし、噴霧全体の微粒化を促進することができる。このとき、底部内壁面２２ｂの方向への噴霧は、低ペネトレーション微粒化噴霧であるため、吸気行程噴射では吸気流れに燃料噴霧が流され、底部内壁面２２ｂへの噴霧付着は抑制される。
【００６２】
従って、微粒化噴霧をシリンダ内へ直入させることができ、燃費向上を目的とした吸気行程噴射に適した噴霧にすることができる。
【００６３】
実施の形態３．
次に、図９はこの発明の実施の形態３による燃料噴射弁の要部断面図と、噴孔プレート４の中央部分を示す平面図（燃料流路に露出している部分をボール６側から矢印ＩＸに沿って見た図）とを組み合わせて示す図、図１０は図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図１１は図９のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図である。
【００６４】
実施の形態３では、各中央噴孔５−１が、実施の形態１の中央噴孔５−１と同様の噴孔本体５ｅと、噴孔本体５ｅの出口部分に部分的に重ねて形成された拡径部（大径部）５ｈとから構成されている。噴孔本体５ｅと拡径部５ｈとは、１対１で対応している。
【００６５】
各拡径部５ｈは、噴孔プレート４に直角（弁座軸心３ｃに平行）な軸を中心とする円柱形である。また、拡径部５ｈの中心５ｉは、噴孔本体５ｅの出口中心５ｃよりも弁座軸心３ｃから離れた位置に配置されている。中央噴孔５−１以外の構成は、実施の形態１又は２と同様である。
【００６６】
このような燃料噴射弁では、噴孔本体５ｅから拡径部５ｈに燃料が流れ込むことで、図１０に示すように液膜が拡径部５ｈの内壁の曲率に沿ってさらに薄く広げられるので、微粒化をさらに促進しつつ、実施の形態１と同様に吸気ポート内壁面への噴霧付着を抑制することができる。
【００６７】
実施の形態４．
次に、図１２はこの発明の実施の形態４による燃料噴射弁を吸気ポート２２に取り付けた状態を示す断面図、図１３は図１２の噴孔プレート４を燃料噴射弁の下流側から矢印ＸＩＩＩ方向に沿って見た図である。
【００６８】
実施の形態４では、端部噴孔５−２のうち、吸気ポート２２の底部内壁面２２ｂ側に配置された噴孔５の出口に拡径部５ｈが設けられている。他の構成は、実施の形態３と同様である。
【００６９】
このような燃料噴射弁では、底部内壁面２２ｂ側に配置された端部噴孔５−２に拡径部５ｈを設けたので、実施の形態２と同様に、燃費向上を目的とした吸気行程噴射に適した噴霧にすることができる。
【００７０】
実施の形態５．
次に、図１４はこの発明の実施の形態５による燃料噴射弁の中央噴孔５−１を拡大して示す断面図である。実施の形態５では、中央噴孔５−１の流路において、噴孔本体５ｅの入口から出口までの間に最小断面積となる円柱部分５ｊが設けられている。他の構成は、実施の形態３と同様である。
【００７１】
このような燃料噴射弁において、中央噴孔５−１における燃料の流量は円柱部分５ｊの断面積によって決まるため、噴孔本体５ｅと拡径部５ｈとの位置のばらつきによる流量ばらつきを抑制することができる。
【００７２】
なお、実施の形態４の底部内壁面２２ｂ側の端部噴孔５−２の噴孔本体５ｅに円柱部分５ｊを設けてもよい。即ち、実施の形態４、５を組み合わせてもよい。
また、実施の形態３〜５では、必ずしも中央噴孔５−１の径を端部噴孔５−２の径よりも大きくしなくてもよい。
【００７３】
実施の形態６．
次に、図１５はこの発明の実施の形態６による燃料噴射弁の要部断面図と、噴孔プレート４の中央部分を示す平面図（燃料流路に露出している部分をボール６側から矢印ＸＶに沿って見た図）と、各噴孔５からの噴霧の状態とを組み合わせて示す図である。
【００７４】
実施の形態６では、２組の噴孔群５ａの間隔γ３が、各噴孔群５ａ内における噴孔間距離γ１、γ２よりも小さくなっている。他の構成は、実施の形態１、２、３、４又は５と同様である。
【００７５】
このような燃料噴射弁では、噴孔群５ａの間隔γ３が各噴孔群５ａ内における噴孔間距離γ１、γ２よりも小さいので、噴孔間距離γ１、γ２を大きくとることができ、噴射直後で噴霧分裂前の液膜の段階において、各噴孔５から噴射される液膜同士が干渉するのを抑制することができる。
【００７６】
また、弁座軸心３ｃに直交する平面において、端部噴孔５−２の噴孔軸心５ｄの方向と燃料の主流２０ａとがなす角度β２がさらに大きくなるため、噴孔５内での液膜形成はさらに弱められ、狭角・高ペネトレーション噴霧をさらに強化することができる。
【００７７】
実施の形態７．
次に、図１６はこの発明の実施の形態６による燃料噴射弁の要部断面図と、噴孔プレート４の中央部分を示す平面図（燃料流路に露出している部分をボール６側から矢印ＸＶＩに沿って見た図）とを組み合わせて示す図、図１７は図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う断面図、図１８は図１６のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。
【００７８】
実施の形態１では、噴孔プレート４の中央に凸部４ｃを設けたが、実施の形態７では、噴孔プレート４の中央が平坦である。また、実施の形態７では、ボール６の先端部に、噴孔プレート４に平行（又はほぼ平行）なボール平坦部（弁体平坦部）６ｂが設けられている。
【００７９】
ボール平坦部６ｂは、噴孔プレート４の上流側端面の中央に対向している。弁座軸心３ｃに直交する平面に対して垂直に投影したとき、ボール平坦部６ｂは、全ての噴孔５の入口よりも内径側に設けられている。他の構成は、実施の形態１、２、３、４、５、又は６と同様である。
【００８０】
図１６の平面図において、噴孔５間を通り過ぎて噴孔プレート４の中央へ向かう燃料の流れ２０ｂの流路断面積は、ボール平坦部６ｂに対向する部分を通過する際に急激に縮小する。このため、圧力損失が増大し、流れ２０ｂの速度は、ボール平坦部６ｂに対向する部分で低下する。
【００８１】
これに伴いＵターン流れ２０ｃの速度も低下するため、Ｕターン流れ２０ｃは、噴孔５へは流れ込みにくくなる。このため、図１７に示すように、噴孔５の入口では、燃料の主流２０ａが、Ｕターン流れ２０ｃに打ち勝って、噴孔５の内壁の上流側に衝突することができる。
【００８２】
これによって、液膜を広げるために必要な噴孔５の内壁の実効的な長さを大きくすることができ、燃料を効率良く薄膜化することができ、微粒化をさらに促進することができる。
【００８３】
また、図１６の断面図に示すように、閉弁時におけるボール６の先端部と噴孔プレート４との干渉を回避しつつ、シート面３ａと噴孔プレート４の上流側端面との弁座軸心３ｃ方向の距離を短くすることができる。これにより、仮想円１８ｂを大きくして、噴孔５の入口中心５ｂを仮想円１８ｂの内側に配置することができる。従って、噴孔５の内壁に沿って液膜を広げようとする流れをより強化し、これによって燃料を効率良く薄膜化することができ、微粒化を促進することができる。
【００８４】
さらに、閉弁時にボール６の先端部と噴孔プレート４との干渉を回避しつつ、上記のデッドボリュームをさらに縮小することができる。これにより、粒径が大きい初期噴霧の噴射量をさらに少なくし、初期噴霧と定常噴霧とを合わせた全体の噴霧の粒径をさらに小さくすることができる。
【符号の説明】
【００８５】
３  弁座、３ａ  シート面、３ｂ  弁座開口、３ｃ  弁座軸心、４  噴孔プレート、４ｃ  凸部、４ｄ  噴孔プレート平坦部、５  噴孔、５ａ  噴孔群、５ｂ  入口中心、５ｃ  出口中心、５ｄ  噴孔軸心、５ｅ  噴孔本体、５ｈ  拡径部、５ｉ  拡径部の中心、５ｊ  円柱部分、５−１  中央噴孔、５−２  端部噴孔、６  ボール（弁体）、６ｂ  ボール平坦部（弁体平坦部）、１８ａ  仮想円錐面、１８ｂ  仮想円、１９  放射状の直線、２１  集合噴霧、２１ａ  集合噴霧の中心軸、２２  吸気ポート、２２ａ  天井内壁面、２２ｂ  底部内壁面。
【図１】
2015078603.tif 000003
【図２】
2015078603.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2015078603.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015078603.tif 000009
【図８】
2015078603.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2015078603.tif 000012
【図１１】
2015078603.tif 000013
【図１２】
2015078603.tif 000014
【図１３】
2015078603.tif 000015
【図１４】
2015078603.tif 000016
【図１５】
2015078603.tif 000017
【図１６】
2015078603.tif 000018
【図１７】
2015078603.tif 000019
【図１８】
2015078603.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月3日(2014.12.3)
【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】
直径が下流側へ向けて徐々に縮小されるように傾斜されているシート面と、前記シート面の下流側に設けられている弁座開口とを有している弁座、
前記シート面に当接されて前記弁座開口からの燃料の流出を阻止するとともに、前記シート面から離されて前記弁座開口からの燃料の流出を許容する弁体、及び
前記弁座の下流側端面に固定されており、前記弁座開口から流出された燃料を外部へ噴射する複数の噴孔を有している噴孔プレート
を備え、
前記噴孔プレートは、前記シート面を下流側へ延長した仮想円錐面と前記噴孔プレートの上流側端面とが交差して仮想円を形成するように配置されており、
前記噴孔は、前記弁座の最小内径である前記弁座開口よりも弁座軸心側に配置され、かつ２方向の集合噴霧を形成するように２つの噴孔群を形成しており、
前記噴孔を前記弁座軸心に直交する平面に対して垂直に投影したとき、前記噴孔の出口中心は入口中心に対して前記弁座軸心から離れた位置に配置されており、
前記入口中心から前記出口中心へ向かう噴孔軸心は、前記弁座軸心から前記入口中心へ向かう放射状の直線に対して、前記集合噴霧の中心軸の方向へ傾斜しており、
その傾斜角度を内向き角βとしたとき、各前記噴孔群の中央部に配置された前記噴孔である中央噴孔の内向き角β１は、各前記噴孔群の両端部に配置された前記噴孔である端部噴孔の内向き角β２よりも小さくなっており、
前記中央噴孔の径は、前記端部噴孔のうち少なくとも吸気ポートの天井内壁面側に配置された前記噴孔の径よりも大きくなっており、
前記端部噴孔のうち少なくとも前記吸気ポートの天井内壁面側に配置された前記噴孔から噴射される燃料噴霧が壁となって、前記中央噴孔から噴射される燃料噴霧の前記天井内壁面側への拡散を抑制することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記中央噴孔の径は、全ての前記端部噴孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記吸気ポートの底部内壁面側に配置された前記端部噴孔の径は、前記吸気ポートの天井内壁面側に配置された前記端部噴孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
直径が下流側へ向けて徐々に縮小されるように傾斜されているシート面と、前記シート面の下流側に設けられている弁座開口とを有している弁座、
前記シート面に当接されて前記弁座開口からの燃料の流出を阻止するとともに、前記シート面から離されて前記弁座開口からの燃料の流出を許容する弁体、及び
前記弁座の下流側端面に固定されており、前記弁座開口から流出された燃料を外部へ噴射する複数の噴孔を有している噴孔プレート
を備え、
前記噴孔プレートは、前記シート面を下流側へ延長した仮想円錐面と前記噴孔プレートの上流側端面とが交差して仮想円を形成するように配置されており、
前記噴孔は、前記弁座の最小内径である前記弁座開口よりも弁座軸心側に配置され、かつ２方向の集合噴霧を形成するように２つの噴孔群を形成しており、
前記噴孔を前記弁座軸心に直交する平面に対して垂直に投影したとき、前記噴孔の出口中心は入口中心に対して前記弁座軸心から離れた位置に配置されており、
前記入口中心から前記出口中心へ向かう噴孔軸心は、前記弁座軸心から前記入口中心へ向かう放射状の直線に対して、前記集合噴霧の中心軸の方向へ傾斜しており、
その傾斜角度を内向き角βとしたとき、各前記噴孔群の中央部に配置された前記噴孔である中央噴孔の内向き角β１は、各前記噴孔群の両端部に配置された前記噴孔である端部噴孔の内向き角β２よりも小さくなっており、
前記中央噴孔は、噴孔本体と、前記噴孔本体の出口に部分的に重ねて形成された拡径部とを有しており、
前記拡径部の径は、前記噴孔本体の径よりも大きくなっており、
前記拡径部の中心は、前記噴孔本体の出口中心よりも前記弁座軸心から離れた位置に配置されており、
前記端部噴孔のうち少なくとも前記吸気ポートの天井内壁面側に配置された前記噴孔から噴射される燃料噴霧が壁となって、前記中央噴孔から噴射される燃料噴霧の前記天井内壁面側への拡散を抑制することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
前記端部噴孔のうち吸気ポートの底部内壁面側に配置された前記噴孔の出口にも前記拡径部が設けられていることを特徴とする請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記拡径部が設けられた前記噴孔の流路において、前記噴孔本体の入口から出口までの間に最小断面積となる円柱部分が設けられていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
２組の前記噴孔群の間隔は、前記噴孔群内における噴孔間距離よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
前記中央噴孔の流路面積の総和は、前記端部噴孔の流路面積の総和よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
前記噴孔プレートには、閉弁時に前記弁体の先端部との干渉を避けるため、下流側へ突出した凸部が設けられており、
前記噴孔プレートの前記凸部の周囲には、平板状の噴孔プレート平坦部が設けられており、
前記噴孔は、前記噴孔プレート平坦部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
前記弁体の先端部には、閉弁時に前記噴孔プレートとの干渉を避けるため、前記噴孔プレートに平行又はほぼ平行な平坦部が設けられており、
前記平面に対して垂直に投影したとき、前記平坦部は、前記噴孔の入口よりも内径側に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。