(57)【要約】【課題】構成の簡単な燃料噴射弁を提供する。【解決手段】先端部にピン４を有する針弁２と針弁２をリフトするアクチュエータ３とを備え、燃料噴射弁１のバルブボディ１ｄの底面に噴孔１２と、穴１ｂとピン４との隙間で形成する先端部噴孔１３とを有し、針弁２をリフトすることにより噴孔１２と先端部噴孔１３から噴射される燃料を調整する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブボディのシート面に着座自在でかつアクチュエータによってリフトされる針弁と、
シート面の中央に配置した第１噴孔及び、前記第１噴孔の周りのシート面の略同一円周上に複数設けた第２噴孔とを備え、
前記第１噴孔には前記針弁先端に設けたピン部が挿入され、前記針弁のリフト量に応じて前記第１噴孔と前記ピン部の隙間の大きさが変化し、
前記第１噴孔と、前記複数の第２噴孔との噴霧角度がそれぞれ異なって形成されることを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項２】
前記ピン部は先端になるに従いその径が大きくなる略円錐形状であり、前記針弁のリフトが大きくなるに従って、第１噴孔と前記ピン部の隙間が小さくなることを特徴とした請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記複数の第２噴孔からの噴霧角度が前記第１噴孔の噴霧角度よりも大きくなることを特徴とした請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記針弁のリフト量により、前記第１噴孔からの噴射量と前記第２噴孔からの噴射量がそれぞれ変化し、リフト量が小さいときは第１噴孔、大きいときは第２噴孔からの噴射量が多くなることを特徴とした請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記シート面には各第２噴孔の間に位置し、第１噴孔に連通する溝を設け、前記針弁の小リフト時に溝を介して第１噴孔に燃料が導かれることを特徴とした請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の燃料噴射弁シリンダ内に備え、
ピストンの冠面に径の小さい第１キャビティと、この第１キャビティの周囲にこれよりも径の大きい第２キャビティとを形成し、
圧縮行程の後半で前記燃料噴射弁から燃料を噴射させ、前記第１噴孔からの燃料が第１キャビティに、前記第２噴孔からの燃料が第２キャビティそれぞれ向かうようにしたことを特徴とした直噴式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は複数の噴孔を備えた燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁として、ニードルホルダ内に第１及び第２の燃料噴射通路を設け、ニードルのリフト位置によって第１及び第２の燃料噴射通路から噴射される燃料を制御し、噴霧角度を可変としたものが特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３０３９３６
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかし、上記の発明では、第１及び第２の燃料噴射通路は共通の流出口となっているためにニードルホルダが複雑な形状となり、また、第１及び第２の燃料噴射通路の各流入口がニードルホルダの側面に設けてあるために、各燃料噴射通路を選択する際に、ニードルのリフト量を大きく取らなければならないといった問題点がある。
【０００５】
本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、比較的簡単な構造で、低コストの燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】
本発明ではバルブボディのシート面に着座する針弁と、シート面の中央に第１噴孔と、第１噴孔の周りの同一円周上に複数の第２噴孔を備え、第１噴孔には針弁の先端に設けたピンが挿入され、第１噴孔とピンとの隙間から燃料を噴射し、第１噴孔と第２噴孔とはそれぞれ異なる噴霧角度で燃料噴射を行う。
【０００７】
【作用及び効果】
本発明によると、燃料噴射弁にそれぞれ噴霧角度の異なる第１、第２噴孔を設け、針弁のリフト量を制御することにより第１噴孔、第２噴孔から噴射される燃料噴霧量が変化するようにしたので、簡単な構成で噴孔からの燃料噴射方向を変えることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態の構成を図１、図２に示す。
【０００９】
燃料噴射弁１は、針弁２と針弁２をリフトするアクチュエータ３と燃料を噴射するための複数の噴孔１２と先端部噴孔１３とを備える。燃料噴射弁１のバルブボディ１ｄの底部中心に穴部１ｂを形成し、穴部１ｂと燃料噴射弁１の燃料室１ｅとはシート面１ａによりつながっている。シート面１ａには図２に示すように、穴部１ｂと同心円の同一円周上に複数の噴孔１２が等間隔で設けられ、この複数の噴孔１２は噴孔先端が燃料噴射弁１の軸から外側を向くように配置されている。針弁２は先端部に円錐形のピン４を有しており、穴部１ｂに挿入されるこのピン４は先端に行くほど、径が大きくなっている。これらピン４と穴部１ｂとの隙間によって先端部噴孔１３は形成されている。複数の噴孔１２による燃料噴射角度θｈと先端部噴孔１３の燃料噴射角度θｐは、噴孔１２の燃料噴射角度θｈの方が広い開き角度となっている。針弁２はピン４との接続部に燃料噴射弁１のシート面１ａに着座するテーパ面２ａを設け、シート面１ａとテーパ面２ａの対峙面は平行、もしくは数度の角度をなしている。針弁２はアクチュエータ３の駆動によって燃料噴射弁１の軸方向へ針弁ガイド６に沿ってリフトされる。燃料噴射弁１のボディ内には隔壁８によって燃料室１ｅが形成され、隔壁８と燃料噴射弁１のボディ内周間にシーリング９を介することにより燃料がアクチュエータ３内に入らないようになっている。また、アクチュエータ３は信号線１０によって外部のコントローラ１４とつながっており、コントローラ１４からの信号を受け針弁２を動作させる。
【００１０】
この燃料噴射弁１を直憤式内燃機関に取り付けたのが図６（ａ）であり、これについて説明すると、シリンダ２２には燃料噴射弁１と点火栓２４が設けられ、ピストン２１の冠面には円形形状で大径キャビティ２６と、その内側に小径キャビティ２５を有している。小径キャビティ２５の開口端は傾斜した大径キャビティ底部２６ａと接続しており、大径キャビティ底部２６は小径キャビティ２５の開口端側、すなわちキャビティ中心側の高さが高くなっている。燃料噴射弁１の噴孔１２から噴射される燃料が小径キャビティ２５内に、また先端部噴孔１３から噴射される燃料が大径キャビティ２６内の傾斜底面２６ａに衝突するように、先端部噴孔１３からの噴射角度θｐと噴孔１２からの噴射角度θｈが設定している。
【００１１】
次に第１の実施形態の動作について説明する。
【００１２】
燃料を噴射しない時は、針弁２はリフトされておらず、燃料噴射弁１のシート面１ａと針弁２のテーパ面２ａが着座することにより、燃料通路は完全に遮断され、燃料は噴孔１２と先端部噴孔１３から噴射されない。
【００１３】
図３はアイドリング、もしくは低負荷運転時であり、アクチュエータ３の動作による針弁２のリフト量が低い状態である。このとき針弁２がリフトされることにより、燃料噴射弁１のシート面１ａと針弁２のテーパ面２ａとの間には微少のシート隙間１１を持っており、針弁２のピン４と穴部１ｂとで形成される先端部噴孔１３は比較的に広くなっている。また、噴孔１２の流量係数は非常に低いので、高圧でシート隙間１１に流れてきた燃料は噴孔１２からではなく、先端部噴孔１３から主に噴射される。このため燃料噴射弁１から噴射される燃料の噴霧形状は噴霧角度θｐの狭い噴射が主体となる。
【００１４】
図４は中負荷運転時であり、アクチュエータ３の動作による針弁２のリフト量が一番高い状態である。このときは燃料噴射弁１のシート面１ａと針弁２のテーパ面２ａによって形成されるシート隙間１１は広くなっており、針弁２の先端のピン４と穴部１ｂとで形成される先端部噴孔１３は非常に狭くなっている。このため噴孔１２から噴射される燃料が先端部噴孔１３から噴射される燃料よりも流量が大きくなり、燃料噴射弁１から噴射される燃料の噴霧形状は噴霧角度θｈの広い噴射が主体となる。
【００１５】
ある一定の燃料を、一定の圧力と一定の噴射時間で噴射を行うときの針弁２のリフト量と、噴孔１２からの噴射量と先端部噴孔１３からの噴射量と全体の噴射量との関係を図５に示す。針弁２のリフト量が低い場合では、噴孔１２からの噴射量は少なく、リフト量が高い場合では多くなる。一方、先端部噴孔１３からの噴射量は、針弁２のリフト量が低いときは多くなるが、リフト量が高くなると少なくなる。針弁２のリフト量が最大になった場合でも、先端部噴孔１３からの噴射量は０とならないが、これは燃料噴射弁１を組み立ての関係から、針弁２のピン４の径を穴部１ｂよりも大きくできないためである。リフト量に関わらず、噴孔１２と先端部噴孔１３からの合計噴射量はほぼ一定となり、理想的な噴射量分布となる。
【００１６】
針弁２をリフトするアクチュエータ３はコントローラ１４からの駆動信号により、所定のリフト量を超える前に針弁２のリフトを中止し、その後コントローラ１４からの駆動信号により針弁２を少量動かし、この動作を繰り返すことにより所定のリフト量を必ず超えないようにする。
【００１７】
次にアイドリング、低負荷、中負荷時の成層燃焼について図６を用いて説明する。
【００１８】
アイドリングの燃料噴射特性を図６（ａ）に示す。アイドリングにおいて、燃料噴射弁１から噴射される燃料は極少量で、噴射時間も短い。この場合では針弁２は少量リフトされ、燃料噴射弁１より噴射される燃料は、噴孔１２から噴射される燃料よりも、先端部噴孔１３から噴射される燃料が多く、噴射された燃料の噴霧形状は噴霧角度の狭い形状が支配的となる。噴射された燃料の噴射圧力は低いので燃料噴射弁１の近傍で空気と混じり、混合気を生成し、燃料噴射弁１の近くに設けられた点火栓２４により点火される。
【００１９】
低負荷条件の燃料噴射特性を図６（ｂ）に示す。低負荷条件において、針弁２は少量リフトされ、燃料噴射弁１より噴射される燃料は、噴孔１２から噴射される燃料よりも、先端部噴孔１３から噴射される燃料が多く、噴射された燃料の噴霧形状は噴霧角度の狭い形状が支配的となる。先端部噴孔１３から噴射された燃料は小径キャビティ２５内で成層化し、噴孔１２から噴射された燃料は大径キャビティ２６内で成層化し、それぞれ空気と混じりながら上方に巻き上がる混合気の循環流を形成し、点火栓２４にて点火される。
【００２０】
燃料噴射時間が長くなる中負荷条件の燃料噴射特性を図６（ｃ）に示す。中負荷条件では針弁２は一番高い位置までリフトされ、燃料噴射弁１より噴射される燃料は、先端部噴孔１３から噴射される燃料よりも、噴孔１２から噴射される量が多く、噴射された燃料の噴霧形状は噴霧角度の広い形状が支配的となる。先端部噴孔１３から噴射された燃料は小径キャビティ２５内で成層化し、噴孔１２から噴射された燃料は大径キャビティ２６内で成層化し、それぞれ空気と混じり混合気を生成し、上方へ巻き上がる循環流を形成し点火栓２４にて点火される。このように容積の大きい大径キャビティ２６を利用して混合気層を形成するので、燃料が増えても混合気が過濃とならず、安定した燃焼が確保できる。
【００２１】
高負荷条件では、均質燃焼に切り換えられ、針弁は一番高い位置までリフトされ、吸気行程時に燃料を主に噴孔１２から噴射することにより、噴霧された燃料は燃焼室内でに広角に拡散し、空気と良く混じり、均質な混合気を生成し均質燃焼を行う。
【００２２】
第１の実施形態の効果について説明する。
【００２３】
燃料噴射弁１のバルブボディ１ｄの底部に穴部１ｂを設け、その穴部１ｂに針弁２のピン４を挿入することで先端部噴孔１３を形成し、シート面１ａには先端部噴孔１３の周りに複数の噴孔１２を設け、かつ先端部噴孔１３と噴孔１２からのそれぞれの噴霧角度を異なって設定し、針弁２のリフト量に応じて先端部噴孔１３の開口面積が小さくなるようにしたので、燃料噴射量の変化つまり様々な負荷条件においても、リフト量を制御することにより、燃料噴霧方向を変化することができる。また、簡単な構成の燃料噴射弁で正確な燃料噴射を行うことができ、コストを削減することができる。
【００２４】
第２の実施形態を図７、８示す。ここでは第１の実施形態との相違点について説明する。
【００２５】
第１の実施形態では燃料噴射弁１のシート面１ａは図１に示すように、全周で同一の角度θｓｈｅｅｔとなっている。第２の実施形態では噴孔１２付近では第１の実施形態と同様に角度θｓｈｅｅｔとなっているが、噴孔１２の各穴の間では、図８に示すように燃料噴射弁１のシート面１ａ’と針弁２のテーパ面２ａとのなす角度θ’ｓｈｅｅｔがθｓｈｅｅｔよりも大きくなる。このような構造にすることにより、各溝１ｃを通じて針弁２のリフト量が少ない場合に、先端部噴孔１３からの燃料噴射量を増やすことができる。このためシート面１ａには、穴１ｂを中心として放射状に複数の溝１ｃが形成される。ただし、溝１ｃは針弁２がシート面１ａに着座したときには完全に閉じられるようになっている。
【００２６】
第２の実施形態の効果について説明する。
【００２７】
第２の実施形態では噴孔１２間に設けたシート面１ａ’と針弁２のテーパ面２ａとの角度を噴孔１２付近のシート面１ａと針弁２のテーパ面２ａとの角度より大きくすることによって、針弁２のリフト量が少ない場合に先端部噴孔１３に高圧の燃料を圧送することができる。
【００２８】
なお、低負荷時に針弁２のリフト量を小さく保つために、電磁コイルなどのアクチュエータへの駆動信号をリフト量が大きくなる前に停止させ、これを繰り返すことにより、所定の低リフト量を維持するようにすることもできる。
【００２９】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成図である。
【図２】第１の実施形態の底面図である。
【図３】第１の実施形態の針弁の低リフト状態である。
【図４】第１の実施形態の針弁のフルリフト状態である。
【図５】第１の実施形態の針弁リフト量と各噴孔及び全体の燃料噴射量の関係図である。
【図６】第１の実施形態の噴射及び混合気挙動である。（ａ）アイドル状態、（ｂ）低負荷状態、（ｃ）中負荷状態
【図７】第２の実施形態の底面図である。
【図８】第２の実施形態のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１    燃料噴射弁
１ａ  シート面
１ｂ  穴部
１ｃ  溝
１ｄ  バルブボディ
１ｅ  燃料室
２    針弁
２ａ  テーパ面
３    アクチュエータ
４    ピン
６    針弁ガイド
７    燃料供給孔
８    隔壁
９    シールリング
１０  信号線
１１  シート部
１２  噴孔（第２噴孔）
１３  先端部噴孔（第１噴孔）
１４  コントローラ
２１  ピストン
２２  シリンダ
２４  点火栓
２５  小径キャビティ
２６  大径キャビティ
【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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