(57)【要約】【課題】板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材、弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体、及びこの弁体駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、噴射孔近傍で効果的に微粒化性能を向上させ、さらにそれを搭載した内燃機関を提供する。【解決手段】燃料通路内にあるプレート部材１１１面上の各楕円状の噴射孔１０７を横切るように、複数個の同軸状の突起２０１を設置して、この突起２０１間に渦流２０５を作り、さらに部分的に削除した部位２０２の作用により噴射孔１０７内での縮流部４０２の形成を得て、噴射孔出口部における燃料流速を大きくする効果により、微粒化性能をよくする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、前記プレート部材の上流側に弁座と、前記弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、前記弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、
前記燃料通路内にある前記プレート部材面上の各噴射孔を楕円形状とし、この楕円形状の噴射孔の長円方向を複数回横切る様に、同軸的に複数個の突起を設置したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記請求項１に記載した燃料噴射弁において、前記プレート部材面上に設置した該同軸状の突起を、噴射孔間において部分的に削除するように加工したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
シリンダと、このシリンダの中で往復運動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを備えた内燃機関において、前記燃料噴射弁として、請求項１乃至２のいずれかに記載された複数個の偏平状の噴霧を生々可能な燃料噴射弁を備えたことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に係り、微粒化に優れた燃料噴霧を形成する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジン等に用いられる燃料噴射弁は、軸方向に燃料通路が設けられた筒状のノズル部と、該ノズル部の先端部内周側に設けられたオリフィスを囲んで内周側に弁座が設けられた弁座部材と、前記ノズル部の燃料通路内に挿通して設けられた基端側が吸着部となり先端側が弁部となった弁体と、前記ノズル部の基端側に設けられて通電することによって該弁体の吸着部を吸引し該弁体を開弁する電磁アクチュエータとから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
燃料噴射弁では燃料消費量の低減、燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量の低減、エンジンの安定した運転性能の観点から燃料の微粒化が重要な要素の１つである。
【０００４】
このような従来技術による燃料噴射弁では、ノズル部の先端部に位置して弁座部材を覆うプレート部材が設けられ、その中央側には、弁座部材のオリフィスから流出する燃料を微粒化して噴射する複数の噴射孔が形成されている。そして、弁体の開弁時には、ノズル部内に供給される燃料が各噴射孔からエンジンの吸気ポート等に向けて噴射される。この場合、燃料通路内のプレート部材面上に多数の突起物を設置することにより、燃料が噴射孔に到達する前に擾乱を発生させ、噴霧粒径を小さくするなどの制御を行っている。
【特許文献１】
特開平０８−２９６５３２号公報（第３頁乃至第４頁、図３及び図４）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来技術の燃料噴射弁のような、プレート部材面上に設置した多数の突起物による燃料流れの撹乱作用により噴霧の粒径を小さくするが、さらに微粒化を促進することが望まれる傾向にある。また燃料噴射弁を搭載した内燃機関では、さらなる燃料消費量の低減、および燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量の低減が要求されている。
【０００６】
本発明の目的は、微粒化性能を向上した燃料噴射弁およびそれを搭載した内燃機関を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、板厚方向に貫通する複数の噴射孔を有するプレート部材と、該プレート部材の上流側に弁座と、該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、前記燃料通路内にある前記プレート部材面上の各噴射孔を楕円形状とし、この楕円形状の噴射孔の長円方向を複数回横切る様に、同軸的に複数個の突起を設置したことを特徴とする燃料噴射弁を構成する。
また前記プレート部材面上に設置した該同軸状の突起を、噴射孔間において部分的に削除するようにに加工するとよい。
以上のような構成とすることで、噴射された燃料の噴霧粒径を小さくすることが可能となり、該燃料噴射弁の多様な内燃機関への適合を容易ならしめるものである。多様な内燃機関への適合が容易となることで、内燃機関の効率を向上することができ、また内燃機関からの排出ガス中の未燃燃料成分などを抑制する効果が得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の最良の実施形態について図１〜図１３を参照しながら説明する。以下の説明において、弁体の軸線を含み、かつその軸線に平行な面を縦断面と呼ぶことにする。
【０００９】
図１は、本発明の燃料噴射弁の構造を示す縦断面図の一例として、通常時閉型の電磁式燃料噴射弁を示す。（但し、本発明の効果は電磁式燃料噴射弁に限定されるものではない。）
図１に示された本実施形態の燃料噴射弁は、電磁コイル１０９を取り囲む磁性体のヨーク１０５と、電磁コイル１０９の中心に位置し一端がヨーク１０５と接触したコア１０６と、前記電磁コイル１０９が励磁されると所定量リフトする弁体１０２と、この弁体１０２に対接するシート面１１０と、弁体１０２とシート面１１０の隙間を通って流れる燃料を噴射する燃料噴射室１０１、および燃料噴射室１０１の下に複数の噴射孔１０７を有するプレート部材１１１を備えている。
【００１０】
また、コア１０６の中心には、弁体１０２をシート面１１０に押圧する弾性部材としてのスプリング１０８を備えている。コイル１０９に通電されていない状態においては、弁体１０２とシート面１１０とが密着している。
【００１１】
燃料は図示しない燃料ポンプによって圧力を付与された状態で燃料供給口より供給され、弁体１０２とシート面１１０の密着位置まで燃料噴射弁の燃料通路１０４は燃料で満たされている。
【００１２】
コイル１０９に通電され、磁力によって弁体１０２が変位して、ノズル部１０３に設けたシート面１１０から離れると、燃料は燃料噴射室１０１で軸中心付近に集約されたのち、プレート部材１１１に沿って外周方向に放射流状に流れて、複数の噴射孔１０７よりエンジンの吸気ポート等に向けて噴射される構造になっている。
【００１３】
図２は実施例１のノズル部の縦断面図である。本実施例の特徴は、図３に示すように燃料通路内にあるプレート部材１１１の面上に、楕円状の噴射孔１０７の長円部を複数回横切るように同軸状に複数個の三角形状の突起２０１を設置していることである。そしてこの場合、突起２０１は面上において２０２部分を削除している。このような形状とすることにより燃料は、長円を横切る方向の接線方向流れ２０３と突起２０１間に生ずる渦流れ２０４、２０５（噴射孔１０７のＡ−Ａ断面を示す図４に示される）とにその流れを形成される。
【００１４】
突起２０１は図４に示した三角形状以外にも、図５に示すように矩形状の突起３０１としても構わない。また、同軸状としたのは加工の容易性を考慮したものであって、他の製造方法、例えば型物であれば、噴孔１０７の長円軸（Ａ−Ａ断面軸）に直交する方向の突起状にすることも可能であり差し支えない。さらには噴孔を取り囲むように独立して突起を設けてもなんら差し支えない。
【００１５】
これ以降に、本発明に係る燃料噴射弁における実施例の作用と効果を、図３から６を用いて説明する。
【００１６】
上述のような複数個の突起を形成することで、図３に示すように外周方向からきた燃料が、２０２部分から突起２０１間を通って各噴射孔１０７に接線方向より流れ込んで行く。また一方、図４および図５に示すように外周方向からきた燃料２０４（Ａ−Ａ断面方向の流れ）が突起２０１の谷間で渦流２０５（図５の場合は３０２）を形成する。この渦流２０５、３０２は、先の接線方向流れに混入して噴射孔１０７へと流れる。この際に、接線方向流れの量はＡ−Ａ断面方向の流れの量より多くなるように調整される。その後、図６に示すように接線方向の強い流れの効果により、燃料流れ２０３は、噴射孔１０７の単円径よりも若干小さい縮流流れを形成して噴射されていく。同図に噴射孔出口部での流速分布を示しているが、突起２０１を設置した場合、噴射孔出口部での流速分布４０２が、溝２０１がない場合の流速分布４０１に比べて、最大流速が大きくなり増速していることがわかる。この増速の効果により、燃料と空気の気液界面での乱れが促進され、噴霧粒子の粒径を小さくすることができる。
【００１７】
なお、２０６は燃料の流出方向を示しており、２０７は噴射された噴霧形態で複数個の偏平状噴霧となっている。
【００１８】
図８に本発明に係る燃料噴射弁における実施例２のノズル部の縦断面図を示す。この実施例においては、突起部を設ける代わりに複数個の燃料通路孔５０２を有するプレート部材５０１を、噴射孔１０７を有するプレート部材５０５の上流側に設けたというものである。燃料通路孔５０２はプレス加工によって成形されるため任意形状が低価格で作られる点にメリットがある。
【００１９】
図７に２枚のプレート部材を合わせた状態を示している。噴射孔１０７の上流に設ける燃料通路孔５０２によって、この噴射孔１０７の接線方向より流入する燃料流れ５０３、５０４が作られる。この接線方向の強い流れによって、噴射孔１０７の単円径よりも若干小さい縮流流れが生成されて微粒化の良い噴霧が噴射されていく。
【００２０】
図９から１１は、本発明の燃料噴射弁のプレート部材１１１よりも上流の構造をそれぞれ、放射流型、衝突流型、フラット弁型にした実施例のノズル部の縦断面図を示している。
【００２１】
図９の放射流型では弁体１０２とシート面１１０の隙間を通って流れる燃料を一度縮流する燃料縮流部６０１があり、この燃料縮流部６０１の下に燃料を外周方向に流す燃料外周放射室６０２、および燃料外周放射室６０２の下に複数の噴射孔１０７を有するプレート部材１１１を備えているのが特徴である。
【００２２】
図１０の衝突流型はプレート部材７０１の各噴射孔７０３を介して外部に噴射される燃料が互いに衝突点７０４で衝突させてから噴霧方向を２方向に分けていることが特徴である。楕円噴孔の縮流流れによって噴出流速が高められるので、より衝突効果が引き出されて、衝突後の噴霧の微粒化が促進される。
【００２３】
図１１のフラット弁型は弁体８０１が前述の図２および図１０に示したボール弁型ではなくフラット型にしており、さらに弁体８０１が上下して燃料をシートするシート面８０２が弁体８０１とプレート部材１１１の間にあるのが特徴である。フラット弁とすることによって、弁内部での流れ損失が極めて小さくなり噴射孔１０７に至るまでの燃料流速がより高められるという効果が引き出せる。
【００２４】
このように放射流型、衝突流型、フラット弁型のいずれの型も図２に示した燃料噴射弁と比較して同等あるいはそれ以上の微粒化性能を出すことが可能である。
【００２５】
図１２は、図１に示した本発明にかかる燃料噴射弁１２０１を、内燃機関に搭載した一例を示すものである。燃料噴射弁は前記実施例に示したものと同様の電磁式燃料噴射弁を用いているので、その構成要素の説明は省略する。図１２に示した内燃機関は、シリンダヘッド１２０２、吸気弁１２０３、燃料と空気との混合気に点火する点火プラグ１２０４、ピストン１２０５、シリンダ１２０６、排気弁１２０７、シリンダ１２０６内に空気を導入する吸気ポート１２０８、燃焼ガスをシリンダ１２０６内から排気する排気ポート１２０９から構成されている。また、燃料噴射弁１２０１には、噴射弁を駆動するための電流を供給するためのコネクタ１２１０が設置されている。
【００２６】
なお、図１２において、吸気弁１２０３は閉弁した状態で示してある。しかしながら、実際には、燃料噴射弁１２０１から燃焼室１２１１に対して燃料が噴霧状に噴射される際、吸気弁１２０３は開弁している。ここで、燃料噴射弁１２０１の噴射開始時期は、吸気弁１２０３が実際に開弁しているタイミングでも良いが、燃料の飛行時間を考慮して吸気弁１２０３が実際に開弁を開始する前でも良い。この場合噴射開始時の燃料は吸気弁１２０３が実際開弁するタイミングで吸気弁１２０３に到達するよう飛行時間が設定される。更に、許容できる範囲内であれば、噴射開始時の燃料が吸気弁１２０３が実際に開弁を開始する前に吸気弁１２０３に到達するように噴射開始時期を設定することもできる。なお、上記実施例では、電磁式燃料噴射弁について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本実施例と同等の作用効果が得られる範囲で、電磁式以外の燃料噴射弁に汎用的にも適用されるものである。
【００２７】
図１３は、図１２に示した内燃機関を上方より見た図であり、吸気弁１２０３及び排気弁１２０７、点火プラグ１２０４の配置関係を示している。燃料噴射弁１２０１より噴射される噴霧２０２は、複数個の偏平状で形成されている。そしてこの偏平状の噴霧２０２は、吸気弁１２０３のステム（弁軸）１２０３ａへの付着を避けられているので、内燃機関内部へ効果的に微粒化燃料が供給されることになる。
【００２８】
上記のことより本発明の燃料噴射弁を備えた実施例の内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧の微粒化性能が優れてており、しかも余分な部位への付着（吸気弁ステムや吸気管内壁面への付着）が抑制されているため、燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量を低減できる。
【００２９】
上記実施例の燃料噴射弁によれば、プレート部材面上に同軸的に設けた複数個のＶ型状の突起物を設置することにより突起物間に擾乱を発生させるとともに、この噴霧粒径を小さくする方法に加えて、さらにこの複数個のＶ型状の突起物を横切るように設けた複数個の楕円状の噴射孔と、この突起物を面上において部分的に削除することにより、楕円状の噴射孔の長円方向（接線方向）の燃料流れをつくり、この横方向流れが突起物間に生じる渦を抱合する流れとなって噴射孔内に流入するため、乱れを付加した縮流効果によりさらに噴射流速が高められて、微粒化性能を向上できるようにした燃料噴射弁およびそれを搭載した内燃機関を提供することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の燃料噴射弁においては、複数個の突起がある場所で渦流と、さらに楕円状の噴射孔内での縮流流れにより、噴射孔出口部での最大流速を大きくする効果が得られ、燃料と空気の気液界面での乱れが促進し、微粒化性能を良くすることができる。さらに、本発明の燃料噴射弁を搭載した内燃機関においては、燃料噴射弁から噴射された偏平状の燃料噴霧の微粒化性能が優れていることと、吸気弁への燃料付着を避けているため、燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量を低減できる。
【符号の説明】
１０１…燃料噴射室、１０２…弁体、１０３…ノズル部、１０４…燃料通路、１０５…ヨーク、１０６…コア、１０７…噴射孔、１０８…スプリング、１０９…コイル、１１０…シート面、１１１、５０５…プレート部材、２０１…突起、２０５…渦流れ、２０６…噴射方向、２０７…噴霧、４０１…突起がない場合の燃料の流速分布、４０２…突起がある場合の燃料の流速分布、５０２…燃料通路孔、６０１…燃料縮流部、６０２…燃料外周放射室、７０４…噴霧衝突点、８０１…弁体、８０２…シート面、１２０１…燃料噴射弁、１２０２…シリンダヘッド、１２０３…吸気弁、１２０４…点火プラグ、１２０５…ピストン、１２０６…シリンダ、１２０７…排気弁、１２０８…吸気ポート、１２０９…排気ポート、１２１０…コネクタ、１２１１…燃焼室。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料噴射弁の縦断面図である。
【図２】本発明の燃料噴射弁における実施例のノズル部の縦断面図である。
【図３】本発明の燃料噴射弁における実施例のプレート部材の噴射孔入口側から見た平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】突起の形状に係る他の実施形態を示した図である。
【図６】噴射孔廻りの流れの様子を示した図である。
【図７】本発明の燃料噴射弁における実施例２のプレート部材の燃料通路孔を示した図である。
【図８】本発明の燃料噴射弁における実施例２のノズル部の縦断面図である。
【図９】本発明の燃料噴射弁のプレート部材よりも上流の構造を放射流型にした実施例のノズル部の縦断面図である。
【図１０】本発明の燃料噴射弁のプレート部材よりも上流の構造を衝突流型にした実施例のノズル部の縦断面図である。
【図１１】本発明の燃料噴射弁のプレート部材よりも上流の構造をフラット弁型にした実施例のノズル部の縦断面図である。
【図１２】本発明の燃料噴射弁を内燃機関に搭載した実施例の部分断面図である。
【図１３】吸気弁への燃料付着を避けて噴射する噴霧形態の様子を示す図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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