(57)【要約】【課題】可変燃圧制御を行う場合に、燃料の噴霧角を変化させることができる筒内噴射用の燃料噴射弁を得る。【解決手段】中空状の弁ボディ１０と、この弁ボディ１０の一端に固定され噴射孔を有する弁座１１と、弁ボディ１０内を移動し弁座１１に離接して噴射孔を開閉するニードル弁（弁体）１２と、弁ボディ１０内に配置されニードル弁１２を摺動可能に支持し、噴射孔に向けて流入する燃料に旋回運動を与える燃料旋回通路１３ｇを有するスワラ１３とを備えた燃料噴射弁であって、燃料噴射弁に供給する燃料の圧力変化に応じて燃料旋回通路１３ｇの断面積を変化させる薄板部材からなる仮想壁１５ａを設け、圧力が上昇すると断面積が小さくなり、圧力が下降すると断面積が大きくなるように構成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状の弁ボディと、この弁ボディの一端に設けられ中心に噴射孔を有する弁座と、前記弁ボディ内を移動し前記弁座に離接して前記噴射孔を開閉する弁体と、前記弁ボディ内に配置されて前記弁体を摺動可能に支持し前記噴射孔に向けて流入する燃料に旋回運動を与える燃料旋回通路を有するスワラとを備え、内燃機関の筒内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁において、
前記燃料噴射弁に供給する燃料の圧力の変化に応じて前記燃料旋回通路の断面積を変化させる機構を設け、前記圧力が上昇すると前記断面積が小さくなり、前記圧力が下降すると前記断面積が大きくなるように構成したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射弁において、前記機構は、前記燃料旋回通路の上流側が狭まるように、弾性を有する薄板部材を前記燃料旋回通路内に配置して構成したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項２記載の燃料噴射弁において、前記燃料旋回通路は溝状であり、前記薄板部材の板面を、前記燃料旋回通路の前記溝の底面に垂直方向に向けて配置したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項２記載の燃料噴射弁において、前記燃料旋回通路は溝状であり、前記薄板部材の板面を、前記燃料旋回通路の前記溝の側面に垂直方向に向けて配置した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】
この発明は、主に内燃機関の燃料供給系に使用され、燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴射用の燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、筒内直接噴射の内燃機関では、あらゆる走行状況において理想空燃比に近づける燃料噴射制御を目指しており、低負荷から高負荷まで安定した燃焼を達成できるように、運転条件に合わせて必要となる噴霧形状を得られる燃料噴射弁が要求されている。
電磁式の燃料噴射弁は、ソレノイド装置への通電時間により燃料の噴射量を調整している。しかし、高回転域では十分な通電時間を確保できないことや弁体の摺動応答性には限界があることから、近年では、燃圧（燃料圧力）を変化させる可変燃圧制御を併用し噴射可能範囲を拡大する方法が一般的となっている。
【０００３】
従来の筒内噴射用の燃料噴射弁として、例えば図５に示すようなものがある。図は燃料噴射弁の弁装置の先端部分を示すもので、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は（ａ）を矢印ｂ−ｂから見た断面図である。図のように、燃料噴射弁３０は、燃料噴射弁本体３１と、その先端部に設けられて中心に燃料噴射孔３２ａを有する弁座３２と、ソレノイド装置（図示せず）の駆動によって弁座３２に離接して燃料噴射孔３２ａを開閉するニードル弁３３と、ニードル弁３３を案内すると共に径方向内向きに燃料噴射孔３２ａに流れ込もうとする燃料に旋回運動を与える旋回溝３４ａを有する旋回体３４とを備えている。
【０００４】
高圧ポンプ（図示せず）からの燃料は、燃料噴射弁本体３１の中心部を通り先端部まで導かれ、矢印で示すように、旋回体３４の側面に形成された燃料導入路３４ｂから旋回溝３４ａへ流入し、燃料噴射孔３２ａから内燃機関の燃焼室（図示せず）に噴射されるようになっている。
燃料は、旋回溝３４ａにより旋回を与えられているので、燃料噴射孔３２ａ内では空洞が生じ、噴霧は中空のホロコーン状に噴射される。
旋回の強さは旋回溝３４ａの通路断面積とオフセット量（図５（ｂ）参照）で決定されるため、旋回溝３４ａの通路断面積が小さくなるほど、またオフセット量が大きくなるほど旋回の強さは増加し、燃料噴射孔３２ａから噴射される燃料の噴霧角は大きくなる（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−４７２０８号公報（第４−５頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
筒内噴射式の内燃機関において、燃料噴霧の特性を決定づける要素の一つとして、燃焼室内に燃料を噴霧したときの噴霧角が挙げられる。燃料の噴霧角が大きい場合は混合気が拡散する傾向にあり、小さい場合は混合気が凝集する傾向にある。
内燃機関では運転条件により筒内での最適な噴霧角は異なる。例えば、高負荷時に燃料が過度に集中し過ぎてスモークが増大するのを抑えたい場合には噴霧角は大きいことが望ましく、また、低負荷時に少ない燃料が筒内で拡散して着火性が悪化するのを抑えたい場合には噴霧角は小さいことが望ましい。
特許文献１に示す従来の燃料噴射弁は、旋回体や弁座、燃料噴射孔の形状を規定することにより最適な噴霧形態を実現するものであるが、旋回溝の形状や断面積は一定であり旋回の強さを制御する機構が無いことから、噴霧角は一義的に決まるため、噴霧角を運転条件に応じて可変に制御することは難しかった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、可変燃圧制御を行う場合に、噴射される燃料の噴霧角を変化させ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】
【０００８】
この発明に係わる燃料噴射弁は、中空状の弁ボディと、この弁ボディの一端に設けられ中心に噴射孔を有する弁座と、弁ボディ内を移動し弁座に離接して噴射孔を開閉する弁体と、弁ボディ内に配置されて弁体を摺動可能に支持し噴射孔に向けて流入する燃料に旋回運動を与える燃料旋回通路を有するスワラとを備え、内燃機関の筒内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁において、燃料噴射弁に供給する燃料の圧力の変化に応じて燃料旋回通路の断面積を変化させる機構を設け、圧力が上昇すると断面積が小さくなり、圧力が下降すると断面積が大きくなるように構成したものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁に供給する燃料の圧力変化に応じてスワラの燃料旋回通路の断面積を変化させる機構を設けたので、高燃圧時にはスワラの燃料旋回通路の通路断面積が小さくなり旋回の強さが増加するため、噴霧角は大きくなる。逆に、低燃圧時には燃料旋回通路の通路断面積は大きくなって旋回の強さは低下するため、噴霧角は小さくなる。従って、可変燃圧制御を利用して噴霧角を変化させることができる燃料噴射弁を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による燃料噴射弁を示す縦断面図である。図２は、図１の燃料噴射弁の弁装置先端部に使用するスワラ部分の斜視図であり、（ａ）は分解図、（ｂ）は組立図である。また、図３は、図１のIII−III断面から見た弁装置先端部の部分断面図である。
【００１１】
先ず、図１によって燃料噴射弁全体について説明する。
図において、燃料噴射弁１はソレノイド装置２を備えており、ソレノイド装置２は磁気回路のヨーク部分であるハウジング３と、磁気回路の固定鉄心部分であり中心部が燃料通路となっているコア４と、コア４の外側にあってボビンに巻回されたコイル５と、磁気回路の可動鉄心部分であるアマチュア６と、アマチュア６に接合された後述のニードル弁１２を付勢するばね７と、ハウジング３と一体になって弁装置９を固定するホルダ８とを備えている。このソレノイド装置２は、弁装置９を開閉動作させる作動装置である。
【００１２】
弁装置９は、ハウジング３の先端側に収納されホルダ８で固定されている中空状の弁ボディ１０と、弁ボディ１０の一端に設けられ中心に噴射孔１１ａを有する弁座１１と、弁ボディ１０内を軸方向に移動し弁座１１に離接して噴射孔１１ａを開閉する弁体であるニードル弁１２と、弁ボディ１０内に配置されてニードル弁１２を摺動可能に支持し噴射孔１１ａに向けて流入する燃料に旋回運動を与えるスワラ１３と、ニードル弁１２の移動を制限するストッパ１４とを備えている。スワラ１３の詳細については後述する。
【００１３】
このように構成された燃料噴射弁１の動作は次のようになる。
ソレノイド装置２の端子に外部より動作信号が送られてコイル５に電流が通電されると、コア４，アマチュア６及びハウジング３で構成される磁気回路に磁束が発生し、アマチュア６はコア４側へ吸引され、アマチュア６と一体構造であるニードル弁１２が弁座１１から離れて噴射孔１１ａが開孔する。これにより、図示しない燃料供給管から供給される高圧の燃料は、コア４の中空部４ａを通り、アマチュア６内周部及びニードル弁１２外周部に形成した燃料通路からスワラ１３の燃料通路（詳細は後述する）を経由する過程で旋回運動を与えられて、弁座１１の噴射孔１１ａから図示しない内燃機関のシリンダー内に噴射される。コイル５への給電が遮断されると、ばね７の付勢力によってニードル弁１２が弁座１１側に移動し噴射孔１１ａを閉孔する。
【００１４】
次に、本実施の形態の発明の特徴部分である、スワラ１３部分の詳細を図２に基づいて説明する。
図２（ａ）に示すように、スワラ１３は、その軸心にニードル弁１２が摺動可能な中心孔１３ａを有する中空筒状をしており、弁装置９内に組み込まれたとき、弁座１１に接する第１端面１３ｂと、弁座１１と反対側の第２端面１３ｃと、外周を構成する周面１３ｄとを備えている。この周面１３ｄは、弁ボディ１０の内周面に当接して弁ボディ１０に対する位置を規定する複数の外周面部分と、それら外周面部分の間に設けられた平坦面とからなり、平坦面と弁ボディ１０の内周面との間に形成される隙間が燃料の軸方向流路１６（図３参照）となる。
第２端面１３ｃには径方向に延びた通路溝１３ｅが形成されており、内周部から外周部に燃料が流れるようになっている。
【００１５】
第１端面１３ｂには、中心孔１３ａに隣接する内周辺に、所定幅の内周環状溝１３ｆが形成されている。そして、一端が周面１３ｄの平坦面に接続されて、そこからほぼ径方向内側に延びて、他端が内周環状溝１３ｆの接線方向に接続された燃料旋回通路１３ｇを有している。燃料旋回通路１３ｇは溝状であり、その断面は、図に示すように、スワラ１３の軸方向に垂直な底面と軸方向に平行な側面とでコの字状に形成されている。
【００１６】
上記の燃料旋回通路１３ｇの仮想壁を構成する薄板部材１５が、スワラ１３の周面１３ｄと燃料旋回通路１３ｇの側面に合わせて折り曲げて形成されている。薄板部材１５は、ばね性を有する材料から成っている。
この薄板部材１５をスワラ１３の第１端面１３ｂ側に組み合わせると図２（ｂ）のようになる。
組み合わせ後に仮想壁１５ａとなる部分は、燃料旋回通路１３ｇの底面とは垂直であり、かつ、燃料旋回通路１３ｇの上流側（周面１３ｄの平坦面に接続される側）の方が通路の断面積が小さくなるように配置されている。上流側では、仮想壁１５ａと燃料旋回通路１３ｇの溝の側面とは、わずかな隙間が形成され、下流側では密着して固定されている。すなわち、上流側がフリー、下流側が固定である。
図２（ｂ）のように組み合わせた状態で、第１端面１３ｂが弁座１１側になるように弁ボディ１０の先端部に組み込んで固定される。
【００１７】
このように構成されたスワラ１３の燃料旋回通路１３ｇの作用を、弁装置９先端部の部分断面図である図３によって説明する。
圧力を加えられて燃料噴射弁１に流入した燃料が、スワラ１３の周面に形成した軸方向流路１６から燃料旋回通路１３ｇに導入されて燃料に旋回運動が与えられ、内周環状溝１３ｆへ流れ込み旋回流となって弁座１１の噴射孔１１ａから外部へ噴霧される。
【００１８】
このとき、燃料は、仮想壁１５ａと燃料旋回通路１３ｇの側面との隙間にも入り込む。そこで、燃圧が上昇すると、図３（ｂ）に示すように、隙間に入った燃料に押されて仮想壁１５ａが弾性変形し、たわみ量が大きくなるため、結果的に、高圧時は燃料旋回通路１３ｇの通路断面積は小さくなることになる。これにより流速が速くなり旋回の強さが増加するため噴射孔内１１ａから噴射される燃料の噴霧角は大きくなる。また逆に、低圧時には、仮想壁１５ａが（ａ）に示す状態に戻り、燃料旋回通路１３ｇの通路断面積は大きくなり、流速が遅くなって旋回の強さが低下する。このため噴射孔１１ａから噴射される燃料の噴霧角は小さくなる。このように、可変燃圧制御を利用して噴霧角を可変とすることができる。
【００１９】
図２及び図３では、燃料旋回通路１３ｇの仮想壁１５ａを構成する薄板部材１５を、燃料旋回通路１３ｇの溝の底面に垂直方向となるように設けた場合について説明したが、次に別の例について説明する。
図４は、弁装置９の先端部に使用するスワラ１３部分の他の例を示す斜視図であり、（ａ）は分解図、（ｂ）は組立図である。
【００２０】
図２と同等部分は同一符号を付して説明は省略する。スワラ１３は図２と同等のものである。図４（ａ）に示すように、薄板部材１７は、燃料旋回通路１３ｇの溝の側面に対し垂直方向に向けて、かつ溝状の通路底面に合わせて形成されて仮想壁１７ａとなる部分と、それをスワラ１３に保持する保持部１７ｂとから成り、ばね性を有する、例えば薄板鋼板で構成されている。スワラ１３に組み合わせた状態で、仮想壁１７ａは、上流側の方が燃料旋回通路１３ｇの断面積が小さくなるように、溝の上流側へ向かうに従って底面と隙間ができる方向に折り曲げられている。上流側はフリーで下流側は固定である。
この薄板部材１７を、図４（ｂ）に示すようにスワラ１３に組み合わせ、第１端面１３ｂ側が弁座１１側になるように弁ボディ１０に組み付けて使用する。
【００２１】
このように構成されたスワラ１３の燃料旋回通路１３ｇの作用について説明する。
燃料旋回通路１３ｇに燃料が流れるとき、燃料は、仮想壁１７ａと燃料旋回通路１３ｇの底面との隙間にも入り込む。燃圧が高い場合は、この隙間が広げられるように仮想壁１７ａが弾性変形してたわみ量が大きくなり、結果的に、燃料旋回通路１３ｇの断面積は小さくなる。これにより流速が増し旋回の強さが増大するため、噴射孔１１ａから噴射される燃料の噴霧角も大きくなる。また、低圧時には、仮想壁１７ａのたわみが小さくなって、燃料旋回通路１３ｇの断面積は大きくなり旋回の強さが低下するため、噴射孔１３ａから噴射される燃料の噴霧角が小さくなる。
【００２２】
なお、スワラ１３に形成する燃料旋回通路１３ｇの個数は、６個に限定するものではなく、例えば４個や８個であっても良い。また、燃料旋回通路１３ｇのオフセット量（図５（ｂ）参照）も、図に限定するものではなく適宜設定すればよい。
更に、燃料旋回通路１３ｇの断面積を変化させる機構として、薄板部材からなる仮想壁を設けて構成したが、これに限定するものではなく、燃料の圧力変化に応じて断面積を変化させるものであれば、他の構造でも良い。
【００２３】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、燃料噴射弁に供給する燃料の圧力変化に応じてスワラの燃料旋回通路の断面積を変化させる機構を設けたので、高燃圧時にスワラの燃料旋回通路の通路断面積が小さくなり旋回の強さが増加するため噴射孔から噴射される燃料の噴霧角が大きくなる。逆に、低燃圧時には燃料旋回通路の通路断面積が大きくなり旋回の強さが低下するため、噴射孔から噴射される燃料の噴霧角が小さくなる。従って、燃圧に応じて噴霧角を変化させることができる燃料噴射弁を得ることができる。
このため、例えば、燃圧を高くした高負荷時には噴霧角は大きくなるので、燃料が過度に集中し過ぎてスモークが増大するのを抑制でき、また、燃圧の低い低負荷時には噴霧角は小さくなるので、燃料が拡散して点火プラグへの着火性が悪化するのを抑制でき、内燃機関の運転状況に適した噴霧角を提供できる。
【００２４】
また、燃料旋回通路の断面積を変化させる機構は、弾性を有する薄板部材を、燃料旋回通路の上流側が狭まるように燃料旋回通路内に配置して構成したので、上記機構を簡単な構成で容易に実現することができる。
【００２５】
また、燃料旋回通路を断面コの字状の溝状とし、薄板部材の板面を、溝の底面に垂直方向に向けて配置したので、燃料旋回通路の断面積を変化させる仮想壁を少ない材料で容易に実現できる。
【００２６】
更に、燃料旋回通路を断面コの字状の溝状とし、薄板部材の板面を、溝の側面に垂直方向に向けて配置したので、燃料旋回通路の断面積を変化させる仮想壁を燃料旋回通路の底面幅に合わせて大きくできるため、丈夫に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施の形態１における燃料噴射弁の縦断面図である。
【図２】図１の燃料噴射弁の弁装置先端部に使用するスワラ部分を示す斜視図であり、（ａ）は分解図、（ｂ）は組立図である。
【図３】図１のIII−III断面から見た弁装置先端部の部分断面図である。
【図４】図１の燃料噴射弁の弁装置先端部に使用するスワラ部分の他の例を示す斜視図であり、（ａ）は分解図、（ｂ）は組立図である。
【図５】従来の燃料噴射弁の弁装置先端部の部分断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  燃料噴射弁                    ２  ソレノイド装置
３  ハウジング                    ４  コア
４ａ  中空部                      ５  コイル
６  アマチュア                    ７  ばね
８  ホルダ                        ９  弁装置
１０  弁ボディ                    １１  弁座
１１ａ  噴射孔                    １２  ニードル弁（弁体）
１３  スワラ                      １３ａ  中心孔
１３ｂ  第１端面                  １３ｃ  第２端面
１３ｄ  周面                      １３ｅ  通路溝
１３ｆ  内周環状溝                １３ｇ  燃料旋回通路
１４  ストッパ                    １５  薄板部材
１５ａ  仮想壁                    １６  軸方向流路
１７  薄板部材                    １７ａ  仮想壁
１７ｂ  保持部。
【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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