(57)【要約】【課題】噴霧干渉を効果的に抑制して噴射孔方式の燃料噴射弁における微粒化を高める。【解決手段】燃料噴射弁は、弁体１５の離接により燃料通路の開閉がなされるノズル体１６を備えるとともに、燃料通路を流下した燃料を噴霧として噴射させる噴射孔が設けられた噴孔プレートを備える。このような燃料噴射弁について、その噴孔プレートに、プレート中心寄りに形成される中心側噴射孔４２、４３を設けるとともに、プレート外周寄りに形成される外周側噴射孔４４、４５を設けるようにしている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体の離接により燃料通路の開閉がなされるノズル体を備えるとともに、前記燃料通路を流下した燃料を噴霧として噴射させる噴射孔が設けられた噴孔プレートを備えた燃料噴射弁において、
前記噴孔プレートは、中心寄りに形成される中心側噴射孔が前記噴射孔として設けられるとともに、外周寄りに形成される外周側噴射孔が前記噴射孔として設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記噴孔プレートは、当該噴孔プレートに沿った燃料の横流れについて、中心側に向けて流れる中心側横流れと外周側に向けて流れる外周側横流れを生じるようにされ、そして前記中心側噴射孔は、前記中心側横流れの燃料を噴射させるようにされ、前記外周側噴射孔は、前記外周側横流れの燃料を噴射させるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記中心側噴射孔と前記外周側噴射孔が組みとなって１つの噴霧を噴射する１つの噴霧群を形成するようにされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記１つの噴霧群について、前記中心側噴射孔から噴射される単位噴霧の貫通力が前記外周側噴射孔から噴射される単位噴霧の貫通力より高くなるようにされていることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記噴孔プレートは、燃料の流れに関して上流側へ向けて突出するようにされた隆起部が中心部に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁が搭載された内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を供給するための燃料噴射弁およびそれを搭載した内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の排ガス規制が強化されてきており、内燃機関から排出される排ガス中の有害な炭化水素（ＨＣ）成分を低減することが要求されている。排ガス中のＨＣ成分の低減には、自動車の内燃機関に搭載される燃料噴射弁から噴霧状態で噴射される燃料の微粒化を促進することが有効であり、また燃料噴射弁から燃料を狙い通りの位置（吸気弁の位置）へ正確に指向させて噴射することで吸気管などへの燃料の壁面付着を抑制することが有効である。
【０００３】
噴射燃料の微粒化を促進し、また燃料噴射の指向性を高める燃料噴射弁として、噴射孔方式の燃料噴射弁がある。噴射孔方式の燃料噴射弁は、噴射孔が形成された板状の噴孔プレートを備え、その噴孔プレートに沿う流れである横流れを燃料に生じさせ、この横流れを経た燃料を噴射孔に流入させて噴出させるようにしており、これにより噴射燃料の微粒化促進と燃料噴射の高い指向性を得ている（例えば特許文献１〜特許文献３）。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１４０９０号公報
【特許文献２】特開平１１−２００９９８号公報
【特許文献３】特表２００６−５１３３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような噴射孔方式の燃料噴射弁では、燃料微粒化などの関係から噴射孔の孔径に上限がある。したがって所定の燃料噴射量を得るために複数の噴射孔を噴孔プレートに設けることになるのが一般的である。例えば吸気弁を２方向で備える内燃機関に搭載される燃料噴射弁では、２方向の吸気弁のそれぞれ対して燃料噴霧を噴射する必要があり、その各燃料噴霧について複数ずつ設けられている噴射孔から噴射される単位噴霧が合わさったものとして各燃料噴霧が形成される。
【０００６】
このように噴孔プレートに複数の噴射孔を設けるについて、従来の燃料噴射弁では、円板形の噴孔プレートの外周側に複数の噴射孔を配列するようにしている。このような構成の場合、噴孔プレートの有効サイズとの関係で各噴射孔間に十分な間隔をとることができない場合がある。そして各噴射孔間に十分な間隔をとることができないと、各噴射孔からの単位噴霧間で干渉を生じ、その干渉により燃料微粒が合体して粗大粒化する可能性があるという噴霧干渉問題を伴う。
【０００７】
こうした噴霧干渉は噴射孔方式における優れた微粒化性を損なうものであり、これを有効に抑制できるようにすることで、噴射孔方式の燃料噴射弁における微粒化性をより高めることが可能となる。したがって本発明の課題は、噴霧干渉を効果的に抑制して噴射孔方式の燃料噴射弁における微粒化をより高めることにあり、またそのようにした燃料噴射弁が搭載されることで排気中の有害成分をより低減できる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では上記課題を解決するために、弁体の離接により燃料通路の開閉がなされるノズル体を備えるとともに、前記燃料通路を流下した燃料を噴霧として噴射させる噴射孔が設けられた噴孔プレートを備えた燃料噴射弁において、前記噴孔プレートは、中心寄りに形成される中心側噴射孔が前記噴射孔として設けられるとともに、外周寄りに形成される外周側噴射孔が前記噴射孔として設けられていることを特徴としている。
【０００９】
このように噴孔プレートにおける噴射孔として中心側噴射孔と外周側噴射孔を設けたことにより、外周側噴射孔に相当する噴射孔だけを設け従来の構造に比べて、同じ燃料噴射量であれば、外周側噴射孔の数を少なくすることができ、したがって外周側噴射孔について噴射孔間隔を十分なものとすることができる。また中心側噴射孔は、外周側噴射孔に対して配置方向が異なる。このため中心側噴射孔についても十分な間隔をとることができる。この結果、噴霧干渉を効果的に抑制することができ、微粒化をより高めることが可能となる。
【００１０】
また本発明では上記のような燃料噴射弁について、前記噴孔プレートは、当該噴孔プレートに沿った燃料の横流れについて、中心側に向けて流れる中心側横流れと外周側に向けて流れる外周側横流れを生じるようにされ、そして前記中心側噴射孔は、前記中心側横流れの燃料を噴射させるようにされ、前記外周側噴射孔は、前記外周側横流れの燃料を噴射させるようにされていることを特徴としている。このような構成によれば、噴射孔を中心側噴射孔と外周側噴射孔に分けて設ける構造をより有効に活かすことができる。
【００１１】
噴射孔を中心側噴射孔と外周側噴射孔に分けて設ける構造を有効に活かす形態の１つは、前記中心側噴射孔と前記外周側噴射孔を組みとして１つの噴霧を噴射する１つの噴霧群を形成させるようにすることである。
【００１２】
このような形態については、前記１つの噴霧群について、前記中心側噴射孔から噴射される単位噴霧の貫通力を前記外周側噴射孔から噴射される単位噴霧の貫通力より高くする形態がさらに好ましいものとなる。このようにすることにより、大きな貫通力を有し指向性が高い中心側噴射孔からの単位噴霧に誘引させることで噴霧群による噴霧の指向性を高めることができ、狙った位置への噴射を高い精度で行えるようになる。
【００１３】
上記のような燃料噴射弁については、燃料の流れに関して上流側へ向けて突出するようにされた隆起部を前記噴孔プレートの中心部に設けるようにするのが好ましい。このようにすることにより、前記中心側横流れと外周側横流れをより効果的に発生させることがでるようになる。
【００１４】
また本発明では、上記課題を解決するために、内燃機関に上記のような燃料噴射弁を搭載するものとしている。このような内燃機関では、燃料噴射について微粒化性のよい高分散な噴霧が形成されるとともに、その噴霧が内燃機関の目的部位に高い指向性で狙い通りに噴射され、これによりＨＣなど有害成分の排出をより低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のような本発明によれば、噴霧干渉を効果的に抑制することができ、これにより噴射孔方式の燃料噴射弁における微粒化をより高めることが可能となり、また排気中の有害成分をより低減できる内燃機関が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に第１の実施形態による燃料噴射弁の全体構成を断面図にして示す。図１における燃料噴射弁１は、通常状態で閉じているマルチホールインジェクタで、例えば自動車のエンジンとして利用される内燃機関に燃料を供給するのに用いられるもので、ケーシング２を備えている。ケーシング２は、プレス加工や切削加工などにより全体として細長い円筒状に形成されており、その素材には例えばフェライト系ステンレス材料にチタンのような柔軟性のある材料を加えたものが用いられ、磁性を有している。
【００１７】
ケーシング２は、基端側に燃料供給部３が設けられる一方で、先端側に燃料噴射部４が設けられ、そして燃料供給部３から燃料噴射部４の間を樹脂カバー５で覆われている。
【００１８】
燃料供給部３は、外部から供給される燃料を流入させるためにケーシング２の基端部に設けられた燃料供給口１１、燃料に含まれる異物を除去するために燃料供給口１１の下流に設けられたフィルタ１２、および燃料供給口１１に流入するシールするため燃料供給口１１の周囲に取り付けられたＯリング１３を含んでいる。
【００１９】
燃料噴射部４は、駆動機構１４、弁体１５、ノズル体１６、および噴孔プレート１７を含んでおり、樹脂材などで筒状に形成されたプロテクタ１８でその周囲を覆うことで保護されている。
【００２０】
駆動機構１４は、ノズル体１６に対して行う弁体１５の進退動を電磁的に駆動するものであり、ケーシング２の外周に取り付けられた電磁コイル２１、電磁コイル２１を囲むヨーク２２、電磁コイル２１に位置対応させてケーシング２の内部に設けられた円筒状のコア２３、弁体１５を先端方向に押圧付勢するようにしてコア２３の内部に設けられたスプリング２４、スプリング２４の弁体１５に対する押圧力を調整するスプリングアジャスタ２５、および燃料噴射弁１を内燃機関に取り付ける際にその取付け位置でのシールに機能するＯリング２６を含んでいる。
【００２１】
弁体１５は、ボール弁構造とされており、全体として細長い中空棒状に形成され、基端部にアンカ部２７を有し、先端部にボール部２８を有し、さらに中間部に燃料通孔２９を有している。この弁体１５は、電磁コイル２１が非通電である状態、つまりスプリング２４の付勢力で押圧されてボール部２８をノズル体１６にシートさせている弁閉状態ではアンカ部２７の基端面とコア２３の先端面の間に一定の隙間が空く状態になるようにしてケーシング２の内部に組み込まれている。
【００２２】
アンカ部２７は、磁性金属粉末をＭＩＭ（Metal Injection Molding）法などの加工法により形成されるもので、電磁コイル２１に噴射パルスとしての電流が印加された際にヨーク２２やコア２３とともに磁気回路を形成し、それによりコア２３から吸引力を受けてアンカ部２７がコア２３に押接するまで弁体１５を後退させるのに機能する。
【００２３】
ボール部２８は、実質的な弁として作用する弁作用部であり、金属球を用いて形成されている。その金属球には、例えばＪＩＳ規格品の玉軸受用鋼球を用いることができる。ＪＩＳ規格品の玉軸受用鋼球は、真円度が高くて鏡面仕上げが施されていることからノズル体１６に対するシート性を高めるに好適であり、また大量生産品であることから低コストでもあり、ボール部２８用の金属球として特に適している。こうしたボール部２８の直径、つまり金属球の直径は３〜４ｍｍ程度とするのが弁体１５の軽量化を図る上で好ましい。
【００２４】
燃料通孔２９は、コア２３の中空内部を通って弁体１５の中空内部に流入した燃料を弁体１５の周囲空間に流出させてノズル体１６に向けて流下させるのに機能する。
【００２５】
ノズル体１６は、焼入れによって硬度を高めるとともに脱磁処理された金属材で形成されており、図２に示すように、シート面（弁座面）３１とノズル孔３２が設けられ、さらにテーパ部３３が設けられている。なお図２は、図３中のＡ−Ａ線に沿う断面に相当している。
【００２６】
シート面３１は、弁体１５のボール部２８を離接（シートと非シート）させて弁開状態と弁閉状態を得るために機能するもので、所定の傾斜角を有し、ノズル体１６の先端側に先細りとなる円錐面として形成されている。その傾斜角は、円錐面における円錐の頂角が８０〜１００度となる範囲とするのが好ましく、特に９０度程度とするのが好ましい。この傾斜角は、シート面３１におけるシート位置（弁座位置）３４の付近を研磨したりシート位置３４の真円度を高くしたりする加工のために最適な角度、つまり研削装置をベストコンディションで使用するのに適した角度である。したがってこのような傾斜角とすることにより、ボール部２８のシート性を大幅に高めることができる。
【００２７】
ノズル孔３２は、ボール部２８がシート面３１に対して非シート状態（図２の状態）になった際にボール部２８とシート面３１の間に形成される燃料通路を通って流入する燃料を噴孔プレート１７に向けて流下させるとともに、その流下燃料に噴孔プレート１７に沿った横流れを形成させるのに機能するもので、シート面３１から連続する状態で燃料噴射弁１の中心軸Ａに平行になるようにされた内壁面３５を有する円孔状に形成されている。ここで、噴孔プレート１７に沿った燃料の横流れには、シート面３１の延長面が噴孔プレート１７と交差する部位（図２中に黒点Ｐで示し、図３中に点線の円Ｐｃで示す部位）を境にして中心側に向けて流れる中心側横流れと外周側に向けて流れる外周側横流れを生じる。
【００２８】
テーパ部３３は、上記の外周側横流れに適切な流下距離を与えるためにノズル体１６と噴孔プレート１７の間に外周側横流れ用の燃料通路を形成するのに機能するもので、所定のテーパ角を有し、ノズル体１６の後端側に先細りとなる円錐面をノズル孔３２の内壁面３５から連続する状態でノズル体１６の先端面３６に設けることで形成されている。そのテーパ角、つまりテーパ部３３を与える円錐面がノズル孔３２の先端縁に対してなす角度は、１０〜３０度とするのが好ましく、特に２０度程度とするのが、外周側横流れ用の燃料通路の最適化の上で、好ましい。
【００２９】
噴孔プレート１７は、図２に示すように、ノズル体１６の円形の先端面３６に対応して円板状に形成されており、ノズル体１６の先端面３６に溶接などにより固着するようにして取り付けられている。この噴孔プレート１７には、隆起部４１が設けられるとともに、図３に示すような配置にして、噴射孔４２〜４５が設けられている。
【００３０】
隆起部４１は、ノズル体１６の側、つまり燃料の流れに関して上流側へ向けてドーム状に突出するようにされ、噴孔プレート１７の中心部に設けられている。
【００３１】
噴射孔４２と噴射孔４３は、噴孔プレート１７の中心寄り（具体的には上述の交差部位Ｐよりも中心側）に設けられる中心側噴射孔であり、図の例では隆起部４１の途中に１つずつ設けられている。このような中心側噴射孔４２、４３は、上述の中心側横流れとなった燃料を噴射させるのに機能する。
【００３２】
一方、噴射孔４４と噴射孔４５は、噴孔プレート１７の外周寄り（具体的には上述の交差部位Ｐよりも外周側）に設けられる外周側噴射孔であり、図の例では隆起部４１から一定以上の離れた位置にそれぞれ５つずつ外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅと外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅとして設けられている。このような外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅと外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅは、上述の外周側横流れとなった燃料を噴射させるのに機能する。
【００３３】
これらの噴射孔は、中心側噴射孔４２と外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅが組みとなって１つの噴霧群（第１の噴霧群）となる一方で、中心側噴射孔４３と外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅが組となって他の噴霧群（第２の噴霧群）となるようにされている。具体的にいうと、噴孔プレート１７の中心を通る２分線Ｓ（図３）で噴孔プレート１７を２分することで設定される第１のエリア４６と第２のエリア４７について、第１の噴霧群の外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅは第１のエリア４６に配置され、第１の噴霧群の中心側噴射孔４２は第２のエリア４７に配置され、また第２の噴霧群の外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅは第２のエリア４７に配置され、第２の噴霧群の中心側噴射孔４３は第１のエリア４６に配置されている。
【００３４】
そしてこのような配置において、第１の噴霧群の外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅは、それぞれの中心軸が噴孔プレート１７の中心軸Ａ（これは燃料噴射弁１の中心軸Ａでもある）に対して所定の角度で交差するような傾斜状態で設けられることにより、第１のエリア４６にあって噴孔プレート１７の外周側へ傾いた方向で単位噴霧を噴射するようにされ、第１の噴霧群の中心側噴射孔４２は、外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅと同一の傾斜状態で設けられることにより、第２のエリア４７にあって外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅと同一の方向（図２中の矢印Ｘで示す方向）で単位噴霧を噴射するようにされており、一方、第２の噴霧群の外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅは、それぞれの中心軸が中心軸Ａに対して所定の角度で外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅとは逆の方向から交差するような傾斜状態で設けられることにより、第２のエリア４７にあって噴孔プレート１７の外周側へ傾いた方向で単位噴霧を噴射するようにされ、第２の噴霧群の中心側噴射孔４３は、外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅと同一の傾斜状態で設けられることにより、第１のエリア４６にあって外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅと同一の方向（図２中の矢印Ｙで示す方向）で単位噴霧を噴射するようにされている。
【００３５】
以上のことは、外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅそれぞれの中心軸と外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅそれぞれの中心軸が噴孔プレート１７よりも上流側で互いに交差し、一方、中心側噴射孔４２の中心軸と中心側噴射孔４３の中心軸が噴孔プレート１７よりも下流側で互いに交差する状態なっていると言い換えることができる。本実施形態では外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅと外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅ、それに中心側噴射孔４２と中心側噴射孔４３をそれぞれ２分線Ｓに関して対称な配置としており、したがってそれぞれの中心軸の交差は中心軸Ａ上でなされることになっている。ここで、噴射孔の中心軸の中心軸Ａに対する交差や噴射弁の中心軸同士の交差は、噴射孔の中心軸や中心軸Ａを同一の平面上に投影した状態で生じる交差を意味している。
【００３６】
以上のような噴射孔４２〜４５は、その孔径を適切に設定することが重要になる。噴射孔４２〜４５は、孔径が小さいほうが微粒化の促進によい。ただ孔径を小さくすると、必要な燃料の噴射量を確保するために噴射孔の数が増え、加工コストが上昇することになる。こうした相反する要求の下で上記のように１２個の噴射孔を設ける本実施形態の場合、１００〜２００μｍ程度とするのが適切である。
【００３７】
樹脂カバー５は、例えば樹脂モールド法などによりケーシング２とヨーク２２の一部を覆うように設けられるものであり、コネクタ部４８が突設され、このコネクタ部４８に電磁コイル２１へ電力を供給するためのコネクタ４９が設けられている。
【００３８】
以上が第１の実施形態における燃料噴射弁１の構成である。以下ではこうした燃料噴射弁１の動作について説明する。電磁コイル２１が非通電である状態にあっては、スプリング２４の付勢を受けて弁体１５がそのボール部２８をノズル体１６のシート面３１にシート位置３４でシート（密接）させて弁閉となっている。この弁閉状態では、弁体１５とノズル体１６のボール部２８の間に燃料通路が形成されておらず、つまり燃料通路が開いておらず、燃料供給口１１から流入した燃料はケーシング２の内部に留まっている。
【００３９】
この状態で電磁コイル２１に噴射パルスとして電流が印加されると、ヨーク２２やコア２３とともに弁体１５のアンカ部２７が磁気回路を形成し、これによりアンカ部２７がコア２３から吸引力を受けて弁体１５がアンカ部２７をコア２３に押接させるまで後退し、弁体１５がノズル体１６に対して非シート状態となって弁開となる。弁開状態になると、弁体１５とボール部２８の間に燃料通路が形成される、つまり燃料通路が開く。するとその燃料通路を通って燃料が噴孔プレート１７に向けて流下する。噴孔プレート１７に流下した燃料は、噴孔プレート１７に沿う上述のような横流れとなって噴射孔４２〜４５のそれぞれから単位噴霧として噴射され、これらの単位噴霧が上述の第１や第２の噴霧群ごとに合わさって、図４に示すような第１の噴霧５１や第２の噴霧５２として噴射され、２方向噴霧５０が得られる。なお図４の（ａ）は噴霧を側面から状態を示し、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿う断面を示している。
【００４０】
第１の噴霧５１は、中心側噴射孔４２からの中心側噴霧５１ａと外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅそれぞれの単位噴霧が合わさった外周側噴霧５１ｂからなる。第２の噴霧５２も同様に、中心側噴射孔４３からの中心側噴霧５２ａと外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅそれぞれの単位噴霧が合わさった外周側噴霧５２ｂからなる。
【００４１】
このような第１の噴霧５１や第２の噴霧５２にあっては、中心側噴霧５１ａや中心側噴霧５２ａと外周側噴霧５１ｂや外周側噴霧５２ｂの間で貫通力を異ならせるのが好ましい。このことは、上述のように中心側噴射孔４２と外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅが組みとなって第１の噴霧群を形成し、中心側噴射孔４３と外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅが組となって第２の噴霧群を形成する構成、つまり中心側噴射孔と外周側噴射孔を組にする構成においては、中心側噴射孔と外周側噴射孔それぞれからの単位噴霧の貫通力を異ならせるのが好ましい、と言い換えることができる。
【００４２】
単位噴霧の貫通力は横流れの流下距離（助走距離）に相関し、流下距離が短いほうが微粒化性は低くなるものの貫通力は大きくなる。本実施形態では、図２や図３に見られるように、交差部位Ｐ、Ｐｃ（これは上述のように中心側横流れと外周側横流れが分かれる部位でもある）から中心側噴射孔４２や中心側噴射孔４３までの距離を外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅや外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅまでの距離よりも短くしている。これにより中心側噴射孔４２や中心側噴射孔４３からの単位噴霧の貫通力が外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅや外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅからの単位噴霧の貫通力よりも大きくなるようにしている。このようにすることにより大きな貫通力を有し指向性が高い中心側噴射孔４２や中心側噴射孔４３からの単位噴霧に誘引させることで第１の噴霧５１や第２の噴霧５２の指向性を高めることができる。
【００４３】
以上のような燃料噴射における噴射量の制御は、電磁コイル２１に間欠的に印加する噴射パルスの印加タイミング、つまり開弁と閉弁の切替えタイミングを調整することで行われる。
【００４４】
図５に示すのは、外周側噴射孔４４（外周側噴射孔４４ｃ）の近傍における燃料の模式化した流れである。外周側噴射孔４４の近傍では燃料の外周側横流れ５３ａ、５３ｂ、５３ｃなどが生じており、これら外周側横流れ５３ａ、５３ｂ、５３ｃとして燃料が外周側噴射孔４４に流れ込む。このため外周側噴射孔４４に流れ込んだ燃料は、外周側噴射孔４４の内壁面に沿うように押し付けられることで矢印Ｍａの方向に広がる液膜５４aを形成しつつ外周側噴射孔４４から単位噴霧として噴射される。そしてその際に液膜５４ａは、外周側噴射孔４４への燃料の流入で発生する負圧による引込み空気流５５ａと接触することで活発に分裂し、これにより微粒化が促進される。これが噴射孔方式における燃料微粒化促進のメカニズムである。
【００４５】
図６に示すのは、中心側噴射孔４３の近傍における燃料の模式化した流れである。中心側噴射孔４３の近傍においては燃料の中心側横流れ５６ａ、５６ｂ、５６ｃなどが生じており、これら中心側横流れ５６ａ、５６ｂ、５６ｃとして燃料が中心側噴射孔４３に流れ込む。このため中心側噴射孔４３に流れ込んだ燃料は、中心側噴射孔４３の内壁面に沿うように押し付けられることで矢印Ｍｂの方向に広がる液膜５４ｂを形成しつつ中心側噴射孔４３から単位噴霧として噴射される。この場合も外周側噴射孔４４と同様に、液膜５４ｂが引込み空気流５５ｂと接触することで微粒化が促進される。
【００４６】
以上のような燃料噴射弁１では、各噴射孔からの単位噴霧間における噴霧干渉を効果的に抑制することができる。それは、中心側噴射孔４２や中心側噴射孔４３を設けたことによる。上述のように噴霧干渉は、複数で設けられる噴射孔の間隔に起因する。すなわち噴射孔方式では噴射孔のサイズに上限があり、そのために一定数の噴射孔を設けて燃料噴射量を確保する必要があり、その関係で噴射孔間隔が限定され、これにより噴射孔間隔が狭くなりすぎることにより噴霧干渉を招くことになるということである。
【００４７】
このような噴霧干渉の発生メカニズムにあって、中心側噴射孔４２や中心側噴射孔４３を設けることにより、外周側噴射孔４４や外周側噴射孔４５だけを設ける場合に比べて、同じ燃料噴射量であれば、外周側噴射孔４４や外周側噴射孔４５それぞれの数を少なくすることができる。つまり外周側噴射孔４４や外周側噴射孔４５について噴射孔間隔を広くすることができる。また中心側噴射孔４２や中心側噴射孔４３は、数が少なく、外周側噴射孔４４や外周側噴射孔４５に対して配置方向が異なる。このため中心側噴射孔４２や中心側噴射孔４３についても広い間隔をとることができる。
【００４８】
本発明の発明者等が行った実験によると、噴射孔から噴射される噴霧が内燃機関の燃料噴射受入れ部位に到達するまでに当該噴霧に生じる放射状の広がりは噴射孔の孔径に対して約４倍程度となる。このことから、噴射孔間隔を噴射孔の孔径に対して４倍以上とすれば効果的に噴霧干渉を抑制することができるといえる。つまり隣り合う噴射孔の最短の中心間距離をＬ、噴射孔の孔径をＤとしてＬ／Ｄを４以上となるようにすれば、噴霧干渉を効果的に抑制することができるということである。中心側噴射孔４２や中心側噴射孔４３を設ける本実施形態の場合には、この条件を十分に満足させることができ、噴霧干渉を効果的に抑制することができる。
【００４９】
ここで、噴射孔４２〜４５は、その長さが噴霧の形成に影響する。このため噴射孔４２〜４５の長さを適切に設定することが重要になる。噴射孔４２〜４５の長さは噴孔プレート１７の厚さで決まる。したがって噴孔プレート１７の厚さ適切に設定することが重要になる。噴孔プレート１７の厚さが厚いと、噴射孔４２〜４５が長くなって燃料の噴射方向に対するガイド性が高くなり、噴霧の指向性を高くすることができるが、その一方で図５や図６における液膜５４（５４ａ、５４ｂ）が薄くなる。液膜５４が薄くなると、燃料の噴射速度が遅くなり、そのために噴射後の分裂力が小さくなってしまう。また液膜５４が薄すぎる場合には、燃料が噴射孔４２〜４５の傾斜向きよりも内側に噴射されるようになり、そのために狙い通りの位置への噴射が難しくなる。こうした噴孔プレート１７の厚さに関するファクタを考慮すると、噴孔プレート１７は、ある一定の範囲の厚さとするのが望ましい。本実施形態では、７０〜１２０μｍを好ましいものとして採用している。
【００５０】
図７と図８に、第２の実施形態による燃料噴射弁の要部の構成を示す。なお図７は、図８中のＣ−Ｃ線に沿う断面に相当している。本実施形態の燃料噴射弁は、ノズル体６１と噴孔プレート６２それぞれの構成の一部において第１の実施形態の燃料噴射弁１と異なる。したがって以下ではノズル体６１と噴孔プレート６２について説明し、燃料噴射弁１と共通の構成や効果については上での説明を援用するものとし、共通する構成要素については図２や図３におけるのと同一の符号で示してある。
【００５１】
ノズル体６１は、その先端面６３がノズル孔３２の縁まで平坦にされている。つまり燃料噴射弁１のノズル体１６におけるテーパ部３３を省略した構成とされている。
【００５２】
噴孔プレート６２は、隆起部４１の周囲を囲むようにして湾曲部６４が設けられている。湾曲部６４は、隆起部４１の周囲を先端側に膨出させるようにして形成されており、ノズル体６１と噴孔プレート１７ｂの間に外周側横流れ用の燃料通路を形成するのに機能する。つまり湾曲部６４は、燃料噴射弁１のノズル体１６におけるテーパ部３３の機能を負っているということである。このような湾曲部６４を設ける場合でも、図８に示すように、中心側噴射孔４２、中心側噴射孔４３、外周側噴射孔４４ａ〜４４ｅ、外周側噴射孔４５ａ〜４５ｅそれぞれの配置構成は図３の場合と同様である。
【００５３】
本実施形態によれば、例えばパンチ加工で湾曲部６４を形成する加工が増えるものの、この加工に比べて格段に手間のかかるテーパ加工を不要とすることができる。
【００５４】
図９と図１０に、一実施形態による内燃機関として、第１の実施形態による燃料噴射弁１を搭載した内燃機関の構成を示す。内燃機関１０１は、燃料を燃焼させる燃焼室１０２、燃焼室の混合気を圧縮するシリンダ１０３、圧縮された混合気に点火する点火プラグ１０４、外部から空気を取り込む経路となる吸気管１０５、燃料噴射弁１を取り付ける吸気ポート１０６、燃料噴射弁１が噴霧５０を噴射する吸気弁１０７、および燃料の燃焼で生じた排気ガスを排出するための開閉弁となる排気弁１０８を備えている。
【００５５】
図１０は図９中のＤ方向で見た燃料噴射弁１と吸気弁１０７の配置関係であり、この図に見られるように、燃料噴射弁１から噴射される指向性の高い第１の噴霧５１と第２の噴霧５２は、内燃機関１０１の吸気弁１０７の中心寄りに向けて噴射される。吸気弁１０７の中心寄りに噴霧を集める理由は、吸気弁１０７が開いた際に、流速の比較的速い内側の空気流に引き寄せられ、確実に点火プラグ１０４へ燃料が向かうと同時に、ポート壁面へ燃料が付着して燃焼時にリッチ混合気を形成してしまうことを抑制できるようにするためである。そのようにすると、内燃機関からの有害排出ガスＨＣの低減を図ることができると同時に、安定した内燃機関の駆動を実現できるようになる。
【００５６】
以上のような内燃機関によれば、燃料噴射について微粒化性のよい高分散な２方向噴霧が形成されるとともにその２方向噴霧のそれぞれが吸気弁の中央寄りに高い指向性で狙い通りに噴射され、これにより内燃機関からのＨＣなどの有害成分の排出をより低減することが可能となる。
【００５７】
以上、本発明を実施するための形態のいくつかについて説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明は、その趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば以上の実施形態では噴孔プレートに隆起部を設けるようにしていたが、噴孔プレートにおいて中心側横流れと外周側横流れを効果的に形成させることができれば、必ずしも隆起部を設ける必要はない。また以上の実施形態では噴射孔を１２個としていたが、これに限られるものでなく、噴射孔の数は適宜に選択できる。また以上の実施形態では、中心側噴射孔を中心側横流れの噴射に機能させるようにしていたが、これに限られるものでない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施形態による燃料噴射弁の全体構成を断面にして示す図である。
【図２】図１の燃料噴射弁の先端部の拡大図である。
【図３】図１の燃料噴射弁の噴孔プレートにおける噴射孔の配置状態を示す図である。
【図４】図１の燃料噴射弁から噴射される噴霧の様子を模式化して示す図である。
【図５】外周側噴射孔近傍における燃料の流れを模式化して示す図である。
【図６】中心側噴射孔近傍における燃料の流れを模式化して示す図である。
【図７】第２の実施形態による燃料噴射弁の先端部の拡大図である。
【図８】図７の燃料噴射弁の噴孔プレートにおける噴射孔の配置状態を示す図である。
【図９】一実施形態による内燃機関の構成を断面にして示す図である。
【図１０】図９中のＤ方向で見た燃料噴射弁と吸気弁の配置関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１      燃料噴射弁
１５    弁体
１６    ノズル体
１７、６２    噴孔プレート
４１    隆起部
４２、４３    中心側噴射孔
４４、４５    外周側噴射孔
５０    ２方向噴霧（噴霧）
５１    第１の噴霧（噴霧）
５２    第２の噴霧（噴霧）
１０１  内燃機関
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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