(57)【要約】【課題】  更なる微粒化向上のために噴孔から噴射される燃料と空気との接触面積の増加が図れる燃料噴射弁を提供する。【解決手段】  燃料通路を形成する内周面１３に弁座１４を有する弁ボディ１２と、弁座１４の下流側に配置され、燃料通路から供給される燃料を噴射する複数個の噴孔２１を有する噴孔プレート２０と、弁座１４に着座することで噴孔２１からの燃料の噴射を遮断し、弁座１４から離座することで噴孔２１からの燃料の噴射を許容する弁部材３０とを備え、噴孔２１は、少なくとも３個の噴孔２１を一組として構成され、一組の噴孔２１に囲まれる噴孔プレート２０の非噴孔配置領域Ｓｏの面積を、一組の噴孔の総開口面積Ｓｄの２５倍以上とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、
前記弁座の下流側に配置され、前記燃料通路から供給される燃料を噴射する複数個の噴孔を有する噴孔プレートと、
前記弁座に着座することで前記噴孔からの燃料の噴射を遮断し、前記弁座から離座することで前記噴孔からの燃料の噴射を許容する弁部材とを備え、
前記噴孔は、少なくとも３個の噴孔を一組として構成され、
前記一組の噴孔に囲まれる前記噴孔プレートの非噴孔配置領域の面積を、前記一組の噴孔の総開口面積の２５倍以上とすることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
隣接する前記噴孔の噴孔軸間距離Δｊと噴孔径ｄとの比率Δｊ／ｄは、３以下であ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】
前記噴孔は、内周側噴孔群と外周側噴孔群とを有しており、
径方向に隣接する前記噴孔同士は、これらの噴孔から噴射された燃料が衝突する衝突点において前記噴孔間のほぼ二等分垂直面に液膜が広がるように、互いに交差する噴孔軸を有す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】
前記一組の噴孔は、ほぼ環状に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記噴孔は、前記燃料噴射弁の中心軸から離れる方向に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記非噴孔配置領域の最内周側の面積は、前記弁座に着座および離座する弁部材の当接部の断面積に比べて大きいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
燃料通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、
前記弁座の下流側に配置され、前記燃料通路から供給される燃料を噴射する複数個の噴孔を有する噴孔プレートと、
前記弁座に着座することで前記噴孔からの燃料の噴射を遮断し、前記弁座から離座することで前記噴孔からの燃料の噴射を許容する弁部材とを備え、
前記噴孔は、前記弁座に着座および離座する弁部材の当接部の外周側に、ほぼ環状に配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼室に臨んで吸気弁と排気弁の間に配置され、
前記燃料噴射弁の先端は、点火装置に隣接している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】
本発明は、燃料噴射弁に関し、例えば内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁としては、例えば内燃機関の燃焼室に直接あるいは間接的に燃料を噴射する燃料噴射弁が知られている。この種の燃料噴射弁から供給された燃料は、吸気管あるいは燃焼室において空気と混合され、燃焼室内に可燃混合気を形成する。燃焼室内の可燃混合気はピストン運動により圧縮された後、点火装置により着火燃焼し、内燃機関の動力として利用されている。
【０００３】
近年車両の排気ガス規制が強化されている。排気ガス中に含まれる有害成分を低減するために、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧を微粒化することが重要となっている。
【０００４】
特許文献１は、燃料噴射弁の先端に設けられた複数の微細な噴孔を有する噴孔プレート（オリフィスプレートとも呼ばれる）を開示している。なお、このオリフィスプレートに形成される噴孔は、各噴孔の中心から所定の直径の円で互いに接するように配置されている。
【特許文献１】特開平１１−７０３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、最近の国内外の排気規制強化に伴い更なる微粒化向上が要求されるようになっている。また、オリフィスプレートから噴射する噴霧の噴霧到達距離（ペネトレーション）が大きいと、噴霧が内燃機関のライナおよびピストンに衝突していわゆる燃料ウェットを形成しエミション悪化につながることから、低ペネトレーションの噴霧が要求されるようになってきており、従来技術の微粒化およびペネトレーションでは法規制を通らないようになってきた。
【０００６】
なお、詳しくは、従来技術のオリフィスプレートから噴射された燃料は、各噴孔から噴射された燃料噴流が下流側空間で互いの重複を抑制されつつ、その外周が干渉する程度の噴霧群が形成されており（図１２（ｂ）参照）、その噴霧群内では周囲空気との接触面積が小さい。その結果、ペネトレーションが比較的大きくなる。この比較的大きなペネトレーションを有する燃料噴流群の内部エネルギーを利用して空気との衝突により燃料の微粒化を促進する。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、更なる微粒化向上のために噴孔から噴射される燃料と空気との接触面積の増加が図れることを目的とする。
【０００８】
また、別の目的は、更なる微粒化向上のために噴孔から噴射される燃料と空気との接触面積の増加が図れるとともに、低ペネトレーションの実現が可能な燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１によると、燃料通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、弁座の下流側に配置され、燃料通路から供給される燃料を噴射する複数個の噴孔を有する噴孔プレートと、弁座に着座することで噴孔からの燃料の噴射を遮断し、弁座から離座することで噴孔からの燃料の噴射を許容する弁部材とを備え、噴孔は、少なくとも３個の噴孔を一組として構成され、一組の噴孔に囲まれる噴孔プレートの非噴孔配置領域の面積を、一組の噴孔の総開口面積の２５倍以上とすることを特徴とする。
【００１０】
これによると、複数個の噴孔を有する噴孔プレートには、少なくとも３個の噴孔を一組として、この一組の噴孔に囲まれる非噴孔配置領域の面積が、一組の噴孔の総開口面積の２５倍以上に確保して設けられているので、従来技術の噴霧群内の空間に比べてその空間が大きくとれ、噴霧群の回りの周囲空気との接触面積を増やすことができる。
【００１１】
さらに、この空間には、噴霧群の周りの周囲空気を導くことが可能であるので、噴霧群内の燃料と、導かれた周囲空気の空気流れとの摩擦が生じて、燃料の微粒化が促進される。従来技術の噴霧群と内部エネルギーが同じものの場合において、噴霧群内でも燃料の微粒化が促進されるため、噴霧到達距離を短くできるつまり低ペネトレーション化が図れる。
【００１２】
なお、噴射された燃料と空気は摩擦によるせん断が生じて渦流が発生するため、噴霧の拡散つまり燃料の微粒化が促進される。
【００１３】
本発明の請求項２によると、隣接する噴孔の噴孔軸間距離Δｊと噴孔径ｄとの比率Δｊ／ｄは、３以下であることを特徴とする。
【００１４】
噴霧の微粒化、低ペネトレーションを実現するためには、渦流つまり燃料と空気とのせん断を効果的に発生することが好ましい。しかしながら、隣接する噴孔の離間間隔が大きいと、隣接する噴孔からそれぞれ噴射される燃料の噴流同士の隙間が大きくなり、その隙間を通して、燃料噴霧群の内部側に配置された非噴孔配置領域の空間へ流れる周囲空気は、流れる空気量の割には、燃料をせん断する効果が低く、渦流の発生が抑制されるおそれがある。
【００１５】
これに対して、請求項２に記載の燃料噴射弁では、噴孔の離間間隔を、噴孔軸間距離Δｊと噴孔径ｄとの比率Δｊ／ｄで表すとすると、比率Δｊ／ｄを３以下に設定することにより、燃料をせん断する効果を保持して渦流の増加が可能である。例えば、燃料噴射弁
から噴射する燃料量が同じになるように総開口面積は同じとする条件とした場合において、噴孔数を増やす等することで、比率Δｊ／ｄを３以下に設定される。その結果、隣接する噴孔の離間間隔を、渦流の増加を妨げない大きさにすることができる。
【００１６】
本発明の請求項３によると、噴孔は、内周側噴孔群と外周側噴孔群とを有しており、径方向に隣接する噴孔同士は、これらの噴孔から噴射された燃料が衝突する衝突点において噴孔間のほぼ二等分垂直面に液膜が広がるように、互いに交差する噴孔軸を有することを特徴とする。
【００１７】
これによると、噴霧群の内側に非噴孔配置領域を形成する一組の噴孔構成として、例えば非噴孔配置領域を中心とする二重環状に噴孔が配置されている場合において、径方向に隣接する噴孔の噴孔軸は互いに交差し、その交差度合いは、噴孔から噴射された燃料が衝突する衝突点において、噴孔間から噴射される燃料噴流のほぼ二等分垂直面に広がる程度の交差であることが好ましい。これにより、径方向に隣接する噴孔から噴射された燃料噴流には、ほぼ周方向に広がる液膜を形成することが可能である。したがって、環状に配置され、周方向に隣接する噴孔同士から噴射された燃料噴流は、噴孔間の離間間隔がある程度大きい場合であっても、互いに周方向に広がる燃料の液膜で繋ぐことができる。その結果、噴孔間の離間間隔がある程度大きい場合であっても、渦流の増加を促進することが可能である。
【００１８】
本発明の請求項４によると、一組の噴孔は、ほぼ環状に配置されている噴孔プレートを有する燃料噴射弁に適用して好適である。例えば環状に配置された噴孔で非噴孔配置領域を囲むことによって、渦流の発生の活発化が図れるので、噴霧の拡散つまり微粒化が向上する。
【００１９】
本発明の請求項５によると、噴孔は、燃料噴射弁の中心軸から離れる方向に向かって傾斜している噴孔プレートを有する燃料噴射弁に適用して好適である。例えば非噴孔配置領域を中心として、噴霧群がほぼ中空円錐状等の液膜状体に形成でき、空気との接触面積の拡大化が図れる。
【００２０】
本発明の請求項６によると、非噴孔配置領域の最内周側の面積は、弁座に着座および離座する弁部材の当接部の断面積に比べて大きいことを特徴とする。
【００２１】
これによると、非噴孔配置領域における噴孔プレートの燃料入口側面または燃料出口側面のうちの最内周側の面積を、弁部材の当接部つまりいわゆるシート径の断面積よりも大きく設定するので、従来技術の噴霧群内の空間に比べてその空間が大きくとれ、噴霧群の回りの周囲空気との接触面積を増やすことができる。
【００２２】
本発明の請求項７によると、燃料通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、弁座の下流側に配置され、燃料通路から供給される燃料を噴射する複数個の噴孔を有する噴孔プレートと、弁座に着座することで噴孔からの燃料の噴射を遮断し、弁座から離座することで噴孔からの燃料の噴射を許容する弁部材とを備え、噴孔は、弁座に着座および離座する弁部材の当接部の外周側に、ほぼ環状に配置されていることを特徴とする。
【００２３】
これによると、弁部材の当接部に対向する噴孔プレートの当接部直下には、噴孔が配置されることなく、当接部より外周側にほぼ環状に配置されるので、従来技術の噴霧群内の空間に比べてその空間が大きくとれ、噴霧群の回りの周囲空気との接触面積を増やすことができる。
【００２４】
本発明の請求項８によると、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼室に臨んで吸気弁と排気弁の間に配置され、燃料噴射弁の先端は、点火装置に隣接していることを特徴とする。
【００２５】
これによると、噴霧の微粒化、低ペネトレーションが図れるとともに、燃料噴射弁を、いわゆるセンターインジェクション配置にして、シリンダ壁等の壁を使わずに噴射された噴霧を直接点火するスプレーガイド燃焼を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の燃料噴射弁を、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁に適用して、具体化した実施形態を図面に従って説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係わる噴孔プレートを示す模式的斜視図である。図２は、本実施形態の燃料噴射弁の噴孔プレート周りを示す模式的部分断面図である。図３は、本実施形態の燃料噴射弁を示す断面図である。図４は、噴孔プレートにおける噴孔に囲まれる非噴孔配置領域の面積Ｓｏとこれら噴孔の総開口面積Ｓｄとの比率Ｓｏ／Ｓｄと、噴霧到達距離との関係を示すグラフである。図５は、隣接する噴孔の離間距離Δｗと噴孔径ｄとの比率Δｗ／ｄと、噴霧到達距離との関係を示すグラフである。図６は、本実施形態に係わる噴孔プレートから噴射された燃料の噴霧形状を示す模式的断面図である。なお、図１１は、本実施形態に係わる噴孔プレートを有する燃料噴射弁の取付け位置および燃焼室への噴霧状態を示す模式的断面図である。なお、図６において、矢印は周囲空気の空気の流れを示すものである。
【００２８】
燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ）１０は、例えば、従来技術のいわゆるセンターインジェクション方式のものと同様に、図１１に示すように、シリンダヘッド１０２に取付けられている。具体的には燃焼室１０６はシリンダブロック１００の内周面と、シリンダヘッド１０２の内周面と、ピストン１０４の上端面とで区画されおり、燃焼室１０６に臨んだ略中央上部位置にインジェクタ１０が取付けられている。インジェクタ１０は、吸気弁１０７と排気弁１０９との間に配置され、燃焼室１０６に直接燃料を噴射するものである。インジェクタ１０は、例えば吸気弁１０７が開いた状態で、燃料を所定の燃料噴射圧で噴射する。インジェクタ１０から燃焼室１０６内に噴射する燃料噴霧は、図１１および図６に示すように略中空円錐状の噴霧である。この噴霧は、図３に示すインジェクタ１０の弁部材（以下、ノズルニードルと呼ぶ）３０が弁座１４に着座する方向に沿ったインジェクタ１０の中心軸線（以下、軸線と呼ぶ）１０８から噴射方向に向かうに従い離れ、略中空円錐状等の薄液膜状体に形成されている。なお、薄液膜状体は、噴孔プレート２０に配置された複数の噴孔２１から噴射された噴流群によって形成されている。
【００２９】
図３に示すように、弁ボディ１２は弁ハウジング１６の燃料噴射側端部の内壁に溶接により固定されている。弁ボディ１２は燃料流れ方向の噴孔プレート２０側に向けて縮径する内周面としての円錐面１３を有している。円錐面１３には、弁部材としてのノズルニードル３０が離座および着座可能である。なお、ここで、円錐面１３は、ノズルニードル３０が離座および着座可能な弁座１４を構成する。具体的には、弁座１４には、ノズルニードル３０の当接部３１が離座、着座する。内周面１３はノズルニードル３０の外周との間に、噴孔２１へ燃料を供給する燃料通路を形成している。弁ボディ１２の先端には開口部１６ａが設けられており、噴孔２１は開口部１６ａの内周に配置されている。
【００３０】
噴孔プレート２０は、図３に示すように、有底筒状に形成されており、弁ハウジング１６の底部の内壁と弁ボディ１２の底部の内壁との間に挟持されている。噴孔プレート２０には、図１に示すように、複数（本実施例では、図１に示す２０個）の噴孔２１がほぼ等間隔に環状に配置されている。２０個の噴孔２１は、噴孔プレート２０の中心軸を中心として略円周上に並ぶように配置されている。なお、具体的には２０個の噴孔２１は、図１に示す二点鎖線で囲まれる領域（以下、非噴孔配置領域と呼ぶ）Ｓｏの外側に配置されている。なお、噴孔２１がこの非噴孔配置領域Ｓｏの外側に配置されるものであれば、他の領域内の内側円周と外側円周に、それぞれ周方向に横並びする噴孔２１同士の間隔が略等間隔に配置されるものであってもよい。なお、弁ボディ１２の先端側には、図２に示すように、噴孔２１の燃料入口部に対向して段差部１９が形成されていることが好ましい。この段差部１９と噴孔プレートとで区画される空間は、燃料室が形成される。この燃料室の内周つまり段差部１９の内周面は、これら噴孔２１の最外周側より大きく形成されている。この燃料室は、内周面１３とともに、噴孔２１へ燃料を供給する燃料通路を構成している。
【００３１】
２０個の噴孔２１は、要求される燃料の噴霧の形状、方向、数などに応じて、その大きさ、噴孔軸２１ｊの方向、噴孔配列等が決定される。また、これら噴孔の総開口面積Ｓｄは、開弁時の流量を規定する。したがって、インジェクタ１０の燃料噴射量は、噴孔の総開口面積Ｓｄと、開弁期間とによって計量される。なお、以下本実施形態で説明する噴孔２１の形状は、噴孔径が一定のストレート孔（ストレート状の円筒）とする。なお、噴孔形状は、ストレート状の円筒に限らず、噴射方向に先細のテーパ状の円筒、あるいは先太のテーパ状の円筒等の円筒状であってもよい。噴孔２１は、例えばプレス加工、レーザ加工または放電加工等により形成されている。
【００３２】
なお、本実施形態では、非噴孔配置領域Ｓｏの面積は、総開口面積Ｓｄの所定の倍数（本実施例では２５倍）以上に設定されている（図４参照）。なお、非噴孔配置領域Ｓｏの面積をＳｏ、２０個の噴孔の総開口面積をＳｄとし、比率Ｓｏ／Ｓｄを２５以上に設定されている（Ｓｏ／Ｓｄ≧２５）。なお、総開口面積Ｓｄは、ストレート孔の開口面積（π×ｄ２／４）と噴孔個数ｎとを乗算したものである（Ｓｄ＝π×ｄ２／４×ｎ）。
【００３３】
さらになお、本実施形態では、隣接する噴孔２１の離間距離Δｗを、噴孔径ｄとの関係で表すと、比率Δｗ／ｄを２以下（Δｗ／ｄ≦２）に設定されている（図５参照）。なお、詳しくは、隣接する噴孔２１の離間距離Δｗを、隣接する噴孔２１の噴孔軸間距離Δｊで表すると、Δｗ／ｄ＝Δｊ／ｄ−１となる（Δｗ／ｄ≦２は、Δｊ／ｄ≦３である）。
【００３４】
図２に示すように、噴孔２１の噴孔軸２１ｊは、軸線１０８（詳しくは、噴孔プレート２０の中心軸９０）に対して噴孔軸２１ｊが所定の傾斜角θ（図２参照）を有する。これにより、各噴孔から噴射された噴流は、噴霧形状としての略中空円錐状等の薄液膜状体に集合する。
【００３５】
ノズルニードル３０が弁座１４に着座すると噴孔２１からの燃料の噴射が遮断され、ノズルニードル３０が弁座１４から離座すると噴孔２１からの燃料の噴射が許容され燃料が噴射される。図２に示すように、ノズルニードル３０の先端部（詳しくは、噴孔プレート２０側の端面３２）は平坦である。端面３２と噴孔プレート２０の燃料入口側面（以下、ノズルニードル側端面と呼ぶ）２６とで区画される燃料空間８０は扁平である。
【００３６】
図３に示すように、筒部材４０は弁ハウジング１６の反噴孔側の内周壁に挿入され、溶接により弁ハウジング１６に固定されている。筒部材４０は、噴孔プレート２０側から第１磁性筒部４２、非磁性筒部４４、および第２磁性筒部４６により構成されている。非磁性筒部４４は第１磁性筒部４２と第２磁性筒部４６との磁気的短絡を防止する。この磁気的短絡防止により、コイル６０の通電により発生する電磁力による磁束を、アーマチャ５０と吸引部材５４に効率的に流れるようにしている。
【００３７】
可動コア（以下、アーマチャと呼ぶ）５０は磁性材料で略円筒状に形成されており、ノズルニードル３０の反噴孔側の端部３４と溶接により固定されている。アーマチャ５０はノズルニードル３０とともに往復移動する。アーマチャ５０の筒壁を貫通する流出孔５２は、アーマチャ５０の筒内外を連通する燃料通路を形成している。
【００３８】
固定コア（以下、吸引部材と呼ぶ）５４は磁性材料で略円筒状に形成されている。吸引部材５４は筒部材４０内に挿入されており、筒部材４０と溶接により固定されている。吸引部材５４はアーマチュア５０に対し反噴孔側に設置されアーマチャア５０に向きあっている。
【００３９】
アジャスティングパイプ５６は吸引部材５４の内周に圧力され、内部に燃料通路を形成している。スプリング５８は一端部でアジャスティングパイプ５６に係止され、他端部でアーマチャ５０に係止されている。アジャスティングパイプ５６の圧入量を調整することにより、アーマチャ５０に付勢するスプリング５８の荷重が変更される。スプリング５８の付勢力によりアーマチャ５０およびノズルニードル３０は弁座１４に向けて付勢されている。
【００４０】
コイル６０はスプール６２に巻回されている。ターミナル６５はコネクタ６４にインサート成形されており、コイル６０と電気的に接続している。コイル６０に通電すると、アーマチャ５０と吸引部材５４との間に磁気吸引力が働き、スプリング５８の付勢力に抗してアーマチャ５０は吸引部材５４側に吸引される。
【００４１】
フィルタ７０は吸引部材５４の燃料上流側に設置されており、インジェクタ１０に供給される燃料中の異物を除去する。吸引部材５４内にフィルタ７０を通して流入した燃料は、アジャスティングパイプ５６内の燃料通路、アーマチャ５０内の燃料通路、流出孔５２、弁ハウジング１６の内周壁とノズルニードル３０の外周壁との間を順次通過する。ノズルニードル３０が弁座１４との間に形成される開口流路を燃料が通過し噴孔２１に導かれる。
【００４２】
なお、ここで、弁ボディ１２とノズルニードル３０とは燃料噴射を断続する弁部を構成する。噴孔プレート２０は燃料を微粒化し、噴霧を形成する燃料噴霧形成手段を構成する。コイル６０とアーマチャ５０と吸引部材５４と筒部材４０とスプリング５８とは弁部を駆動する電磁駆動部を構成する。弁ボディ１２とノズルニードル３０の弁部構造は、弁ボディ１２がノズルニードル３０を往復移動可能に収容され、ノズルニードル３０が弁ボディ１２内で弁座１４に離座および着座するいわゆる内開弁である。
【００４３】
上述の構成を有するインジェクタ１０の作動について以下説明する。コイル６０に通電すると、コイル６０には電磁力が生じる。したがって、アーマチャ５０は吸引部材５４に向けて引きつけられ、ノズルニードル３０が弁座１４から離座する。よって、インジェクタ１０は開弁し、燃料が噴孔２１を通して噴射される。噴孔２１から噴射された燃料（燃料噴流）の先端側は、その噴流の内部エネルギーに応じて下流空間の空気と摩擦を生じて、先端側の燃料とその燃料に接する空気との摩擦によるせん断が発生する。その結果、せん断によって渦流が発生し、燃料噴流つまり噴霧が先端ほど（図６中に示す燃料噴流の濃淡で表す淡い部分）拡散して、微粒化される。一方、コイル６０への通電が停止されると、コイル６０に生じていた電磁力が消失する。ノズルニードル３０が、スプリング５８により弁座１４に向けて押付けられ、インジェクタ１０は閉弁し、燃料噴霧が遮断される。コイル６０への通電期間を調節することにより、インジェクタ１０から噴射される燃料噴霧の燃料噴射量が調節される。
【００４４】
噴孔２１の噴孔軸２１ｊは、インジェクタ１０の軸線１０８に対して噴孔軸２１ｊが所定の傾斜角θ（図２参照）を有しており、軸線１０８から離れる方向に向かって傾斜しているので、各噴孔から噴射された燃料（燃料噴流）は、ほぼ中空円錐状の薄液膜状に集合する。そして集合した燃料噴流は、略中空円錐状の薄液膜状体の噴霧となる。その結果、噴霧は広げられ、空気との接触面積が増加する。
【００４５】
さらに、非噴孔配置領域Ｓｏを噴孔プレート２０に設定することで、噴孔プレート２０の燃料下流直下に、燃料噴流が存在する下流空間とは別に、非噴孔配置領域の面積Ｓｏと噴孔２１の総開口面積Ｓｄの比率Ｓｏ／Ｓｄに応じた燃料噴流の存在しない空間（以下、周囲空気を導く内部空間とも呼ぶ）が形成される。この内部空間が小さいと、燃料噴流の先端の回りの周囲空気は燃料噴流の接触により下流空間側へ持ち去られてしまって、周囲空気を導く効果が低くなるおそれがある（図１２（ｂ）参照）。比率Ｓｏ／Ｓｄを大きくしてこの空間を増加させると、燃料噴流の先端の回りの周囲空気のうち、燃料噴流から離れる軸線１０８側の周囲空気が、燃料噴流により下流空間側へ持ち去られなくなる。噴霧内側に燃料噴流によって持ち去られない周囲空気が形成されると、軸線１０８側に沿ってこの内部空間に導かれる周囲空気の流れが発生する。一方、噴孔２１から噴射される燃料は、開弁期間中つまり要求される燃料噴射量が噴射されるまで、連続的に噴孔２１から流出している。このため、この内部空間に導かれた周囲空気は、噴孔プレート２０の燃料出口側面に向かって上昇し、この燃料出口側面に沿って外周側に向かって流れて噴孔２１の燃料出口端に達すると、開弁期間中は噴孔２１から連続的に噴射されている燃料によって内部空間の下流側に持ち去られる流れが形成される。その結果、噴霧内側に周囲空気の流れと接触する接触面が形成され、その接触面にて噴霧の拡散つまり微粒化が促進される。促進された噴霧内側の空気接触面は、図６中に示す燃料噴流の濃い部分の液膜の厚さが薄くなり、燃料噴流の先端側に比べて、さらに薄液膜状となる。なお、噴霧内側の空気接触面でも、噴孔２１から噴射された燃料と導入された周囲空気とで摩擦を生じて渦流が発生する。
【００４６】
なお、ここで、比率Ｓｏ／Ｓｄと噴霧到達距離（ペネトレーション）Ｌｐとの関係を、図４に従って説明する。図４は、横軸に比率Ｓｏ／Ｓｄを、縦軸にペネトレーションＬｐを示したものであり、従来技術の噴孔プレートの噴孔配置のもの（図１２（ａ）参照）では比率Ｓｏ／Ｓｄは約５程度であった。ここで、従来技術の噴孔プレートのものと、比率Ｓｏ／Ｓｄを変えたものとは、同一の燃料噴射量を得るため、総開口面積Ｓｄは同じものとし、噴孔２１の数を増やすことで、比率Ｓｏ／Ｓｄを大きくした。これにより、内燃機関の出力となる燃料噴射量は同じ条件で、エミッションに影響するペネトレーションＬｐの増減を評価した。図４に示すように、従来技術の噴孔プレートの噴孔配置のものでは、比率Ｓｏ／Ｓｄが小さいため、噴霧内側では周囲空気を導いて燃料と空気との接触による微粒化が行われることなく、主に燃料噴流つまり噴霧の先端側と、噴霧の外側とで空気との接触が図られており、噴霧内側で微粒化が行われない分、燃料噴流の内部エネルギーは空気とのせん断による消耗が少なく、ペネトレーションＬｐが比較的大きく形成される。比率Ｓｏ／ＳｄをＳｏ／Ｓｄ＝５から徐々に大きくしていくと、燃料噴流の先端の回りの周囲空気のうち、燃料噴流から離れる軸線１０８側の周囲空気が、燃料噴流により下流空間側へ持ち去られなくなり、噴霧内側に導かれる周囲空気が増えて、噴霧内側での空気接触面が増加していく。燃料と空気との接触面積の増加に伴い、燃料噴流の内部エネルギーは空気とのせん断による消耗が増加し、ペネトレーションＬｐが短くなる。さらに、比率Ｓｏ／Ｓｄを増加させて、燃料噴流の先端の回りの周囲空気のうち、燃料噴流により下流空間側へ持ち去られない空気量が所定の量に達すると、噴霧内側が噴霧先端を除いた部分でほぼ空気接触面となるため、それ以後は比率Ｓｏ／Ｓｄを増加させても、ペネトレーションＬｐがさらに短くなることはなく、ほぼ一定のペネトレーションＬｐとなる（以下、低ペネトレーション状態と呼ぶ）。本実施例では、比率Ｓｏ／Ｓｄを増加させてもそれ以降低ペネトレーション状態となる比率Ｓｏ／Ｓｄは、約２５である。なお、以上の評価より、噴射された燃料と空気が接触し摩擦によるせん断が生じると渦流が発生するため、噴霧内側でも空気との接触を活発に行われるようにすることで、噴霧の拡散つまり燃料の微粒化が促進されるとともに、低ペネトレーション化が図れる知見を得た。
【００４７】
なお、ここで、隣接する噴孔２１の離間間隔（詳しくは、図１に示す離間距離Δｗ）が大きいと、隣接する噴孔２１からそれぞれ噴射される燃料の噴流同士の隙間が大きくなり、その隙間を通して、燃料噴流群すなわち噴霧内側にある内部空間へ流れる周囲空気の流れが形成される。このとき、流れる空気量の割には、燃料をせん断する効果が低く、渦流の発生が抑制されるおそれがある。そこで、我々発明者は、隣接する噴孔２１の離間間隔とペネトレーションＬｐとの関係についても検証した。図５は、横軸に比率Δｗ／ｄを、縦軸にペネトレーションＬｐを示したものである。なお、従来技術の噴孔プレートの噴孔配置のものを特定するものはなく、要求される燃料の噴霧の形状等によって決定されるものであり、比率Δｗ／ｄの下限は、噴孔２１同士の間隔が狭くなり、噴射圧力に対して噴孔プレート２０の機械的強度の低下が問題とならない範囲とした。上限側はペネトレーションＬｐが増える側であり、本発明の目的に反するものとなるので、比率Δｗ／ｄ＝約３．５を超えるところまでそれ以上の評価を省略した。図５に示すように、比率Δｗ／ｄ＝約２を超えると、ペネトレーションＬｐは増加する傾向にある。また、比率Δｗ／ｄ＝約２以下では、ほぼ一定のペネトレーションＬｐとなり、低ペネトレーション状態が確保できる。
【００４８】
次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）本実施形態では、噴孔プレート２０に形成される全ての噴孔２１を一組として、全噴孔２１に囲まれる非噴孔配置領域Ｓｏの面積を、非噴孔配置領域Ｓｏを囲う全噴孔２１の総開口面積Ｓｄの２５倍以上（比率Ｓｏ／Ｓｄ≧２５）に確保して設けられているので、従来技術の噴霧内側の内部空間に比べて大きく形成できる。したがって、噴霧内側の内部空間が比較的大きくとれるので、各噴孔から噴射された燃料噴流が燃料噴流群として集合し、噴霧が形成さるとき、噴霧周りの周囲空気との接触面積を増やすことができる。
【００４９】
（２）さらに、この内部空間は、噴霧の周りの周囲空気を導くことが可能であるので、噴霧内側の燃料と、導かれた周囲空気の空気流れとの摩擦が生じて、燃料の微粒化が促進される。従来技術の噴霧と内部エネルギーが同じものの（詳しくは、本実施例では、総開口面積Ｓｄを同じにして比率Ｓｏ／Ｓｄを変えたもの同士）のもので比較した場合、噴霧内側でも燃料の微粒化が促進されるため、噴霧到達距離Ｌｐを短くできるつまり低ペネトレーション化が図れる。
【００５０】
（３）なお、噴孔２１から噴射された燃料（燃料噴流）と空気とは摩擦によるせん断が生じて渦流が効果的に発生するため、噴霧の拡散つまり微粒化が促進される。例えば、本実施形態では、従来技術の噴孔プレートの噴孔配置のものに比べて噴霧内側での微粒化も促進されることで、噴霧先端側を除く噴霧部分の液膜状体を、さらに薄い液膜状にしたほぼ中空円錐状の噴霧形状を形成することができる。
【００５１】
（４）噴霧の微粒化、低ペネトレーションを実現するためには、渦流つまり燃料と空気とのせん断を効果的に発生することが好ましい。しかしながら、隣接する噴孔２１の離間間隔（詳しくは、離間距離Δｗ）が大きいと、隣接する噴孔２１からそれぞれ噴射される燃料の噴流同士の隙間が大きくなり、その隙間を通して、燃料噴霧の内側に配置された非噴孔配置領域の内部空間へ流れる周囲空気は、流れる空気量の割には、燃料をせん断する効果が低く、渦流の発生が抑制されるおそれがある。
【００５２】
これに対して、本実施形態では、噴孔の離間間隔を、噴孔軸２１ｊ間距離Δｊと噴孔径ｄとの比率Δｊ／ｄで表すとすると、比率Δｊ／ｄを３以下に設定することにより、燃料をせん断する効果を保持して渦流の増加が可能である。なお、Δｗ／ｄ＝Δｊ／ｄ−１の関係が成立つため、比率Δｗ／ｄで示すと、比率Δｗ／ｄを２以下に設定することにより、燃料をせん断する効果を保持して渦流の増加が可能である。
【００５３】
なお、インジェクタ１０から噴射する燃料噴射量が同じになるように総開口面積Ｓｄは同じとする条件とした場合において、噴孔２１の数を増やす等することで、比率Δｊ／ｄを３以下に設定される。その結果、隣接する噴孔２１の離間間隔を、渦流の増加を妨げない大きさにすることができる。
【００５４】
（５）本実施形態では、噴孔２１の噴孔軸２１ｊは、インジェクタ１０の軸線１０８に対して噴孔軸２１ｊが所定の傾斜角θ（図２参照）を有しており、軸線１０８から離れる方向に向かって傾斜しているので、各噴孔から噴射された燃料（燃料噴流）は、ほぼ中空円錐状の薄液膜状に集合する。そして集合した燃料噴流は、略中空円錐状の薄液膜状体の噴霧となる。その結果、噴霧は広げられ、空気との接触面積が増加する。
【００５５】
（６）本実施形態では、全噴孔２１は、ほぼ環状に配置されているものであるので、環状に配置された噴孔２１で非噴孔配置領域Ｓｏを囲むことによって、渦流の発生の活発化が図れるので、噴霧の拡散つまり微粒化が向上する。
【００５６】
（７）本実施形態ではセンターインジェクション方式のものに適用した。これにより、噴霧の微粒化、低ペネトレーションが図れるとともに、インジェクタ１０を、いわゆるセンターインジェクション配置にして、シリンダ壁等の壁を使わずに噴射された噴霧を直接点火するスプレーガイド燃焼を良好に行うことができる。
【００５７】
（８）なお、本実施形態では、非噴孔配置領域Ｓｏの最内周側の面積は、弁座１４に着座および離座するノズルニードル３０の当接部３１の断面積に比べて大きく形成されている。これによると、非噴孔配置領域Ｓｏにおける噴孔プレート２０の燃料入口側面２６または燃料出口側面のうちの最内周側の面積を、ノズルニードル３０の当接部３１つまりいわゆるシート径の断面積よりも大きく設定するので、従来技術の噴霧内側の内部空間に比べて大きくとれ、噴霧の回りの周囲空気との接触面積を増やすことができる。
【００５８】
（９）さらになお、非噴孔配置領域Ｓｏにおける噴孔プレート２０の燃料入口側面２６または燃料出口側面のうちの最内周側の面積を、ノズルニードル３０の当接部３１の面積よりも大きく設定する方法として、噴孔２１は、当接部３１の外周側に、ほぼ環状に配置されて形成されているものであってもよい。これによると、当接部３１に対向する噴孔プレート２０の当接部３１直下には、噴孔２１が配置されることなく、当接部３１より外周側にほぼ環状に配置されるので、従来技術の噴霧内側の内部空間に比べて大きくとれ、噴霧の回りの周囲空気との接触面積を増やすことができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
以下、本発明を適用した他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては、第１の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰返さない。
【００６０】
第２の実施形態では、図７に示すように、噴孔２１を二重環状に配置している。図７は、本実施形態に係わる噴孔プレートを示す模式的斜視図である。
【００６１】
図１に示すように、内周側の噴孔２１ｉはほぼ等間隔に環状に配置され、外周側の噴孔２１ｏはほぼ等間隔に環状に配置されており、噴孔２１ｉと噴孔２１ｏとは、周方向の位置は互いにずらされ、いわゆる千鳥状に配置されている。非噴孔配置領域Ｓｏは、噴孔２１ｉに囲まれる内周側に、つまり噴孔２１ｉおよび噴孔２１ｏに囲まれる最内周側に配置されている。この非噴孔配置領域Ｓｏの面積は、噴孔２１ｉおよび噴孔２１ｏの全ての総開口面積Ｓｄの２５倍以上に設定されている。なお、隣接する噴孔２１ｉ同士の離間距離Δｗ１、および隣接する噴孔２１ｏ同士の離間距離Δｗ２は、噴孔２１ｉ、噴孔２１ｏの直径をｄとすると、ぞれぞれの比率Δｗ１／ｄ、Δｗ２／ｄが２以下であることが好ましい（Δｗ１／ｄ≦２、Δｗ２／ｄ≦２）。比率Δｗ１／ｄ、Δｗ２／ｄが２を超える場合であっても、互いに隣接する噴孔２１ｉと噴孔２１との離間距離が、噴孔２１ｉ、噴孔２１ｏの径ｄの２倍以下であればよい。
【００６２】
この様な構成にしても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。さらに、隣接する噴孔２１ｉ同士の離間距離Δｗ１、および隣接する噴孔２１ｏ同士の離間距離Δｗ２を、比較的大きく設定することが可能であるので、例えば噴射圧力等に対して、噴孔プレート２０の機械的強度の余裕の向上が図れる。
【００６３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第２の実施形態で説明した二重環状に配置した噴孔２１ｉ、２１ｏが、図８および図９に示すように、径方向に隣接する配置に形成されている。図８は、本実施形態に係わる噴孔プレートを示す模式的斜視図である。図９は、図８中の径方向に隣接する噴孔をＩＸ−ＩＸからみた断面図である。図１０は、本実施形態に係わる噴孔プレートから噴射された燃料を示す図であって、図１０（ａ）はその燃料の噴霧形状を示す模式的断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中の径方向に隣接する噴孔同士から噴射される燃料の衝突により形成される液膜を説明する模式図である。
【００６４】
図９に示すように、噴孔２１ｉおよび噴孔２１ｏは、それぞれの噴孔軸２１ｊがインジェクタ１０の軸線１０８に対して所定の傾斜角θ１、θ２を有しており、軸線１０８から離れる方向に向かって傾斜している。噴孔２１ｏの傾斜角θ２は、噴孔２１ｉの傾斜角θ１に比べて小さく形成され、互いに噴孔軸２１ｊが交差している。その交差度合いは、噴孔２１ｉ、２１ｏから噴射された燃料が衝突する衝突点において、噴孔２１ｉ、２１ｏ間から噴射される燃料噴流のほぼ二等分垂直面（図９参照）に薄液膜（図１０（ｂ）参照）が広がる程度の交差であることが好ましい。なお、衝突点は、図９に示すように、噴霧の噴霧到達距離（ペネトレーション）Ｌｐに比べれば、噴孔プレート２０の下流側直下の比較的近くに形成されている。
【００６５】
なお、周方向に隣接する噴孔２１ｉ同士、もしくは噴孔２１ｏ同士の離間距離Δｗは、噴孔２１ｉ、噴孔２１ｏの直径をｄとすると、噴孔径ｄの２倍以下であることが好ましい。
【００６６】
上述の構成を有するインジェクタ１０から噴射される噴霧の形態について、図１０に従って説明する。図１０（ａ）に示すように噴孔２１ｉと噴孔２１ｏからそれぞれ噴射された燃料（燃料噴流）は、互いに噴孔軸が交差していることで衝突による衝突エネルギーを利用して燃料の微粒化が促進される。交差により合流した燃料噴流群は、第１および第２の実施形態で説明した噴霧内側に比較的大きな内部空間を形成したように、噴霧内側に大きな空間が形成される。なお、この内部空間は、非噴孔配置領域Ｓｏの面積が噴孔２１ｉおよび噴孔２１ｏの全ての総開口面積Ｓｄの２５倍以上に設定されることで形成されている。
【００６７】
これにより、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００６８】
さらに、噴孔２１ｉと噴孔２１ｏからそれぞれ噴射された燃料（燃料噴流）は、噴孔２１ｉ、２１ｏ間から噴射される燃料噴流のほぼ二等分垂直面（図９参照）に薄液膜が広がる程度に交差しており、図１０（ｂ）中の白抜きで示される薄液膜が二等分垂直面に沿って周方向に広げられる。なお、径方向に隣接する噴孔２１ｉと噴孔２１ｏを組として、週方向には、環状に形成された他の組の噴孔２１ｉ、２１ｏが配置されている。したがって、周方向に隣接する組が異なる噴孔同士から噴射された燃料噴流は、異なる組の噴孔２１ｉ、２１ｏ間の周方向の離間距離Δｗがある程度大きい場合であっても、互いに周方向に広がる燃料の薄液膜で繋ぐことができる。その結果、組が異なる噴孔２１ｉ、２１ｏ間の離間距離Δｗがある程度大きい場合であっても、渦流の増加を促進することが可能である。
【００６９】
（その他の実施形態）
以上説明した本実施形態では、インジェクタ１０の中心軸線１０８（詳しくは噴孔プレート２０の中心軸線９０）の中心軸線側に、非噴孔配置領域Ｓｏを形成し、非噴孔配置領域Ｓｏの周りを、全噴孔で囲む構成で説明したが、少なくとも３個の噴孔を一組として構成し、この一組の噴孔に囲まれる非噴孔配置領域の面積を、一組の噴孔の総開口面積の２５倍以上に設定する構成であってもよい。これにより、一組の噴孔から噴射された燃料噴流群で形成される噴霧内側に比較的大きな空間を形成できる。そして、噴孔プレート２０に形成された複数組の噴孔によって複数の噴霧群が形成され、その噴霧ごとにその内側に形成された比較的大きな内部空間を利用して、周囲空気との接触面積を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる噴孔プレートを示す模式的斜視図である。
【図２】第１の実施形態の燃料噴射弁の噴孔プレート周りを示す模式的部分断面図である。
【図３】第１の実施形態の燃料噴射弁を示す断面図である。
【図４】噴孔プレートにおける噴孔に囲まれる非噴孔配置領域の面積Ｓｏとこれら噴孔の総開口面積Ｓｄとの比率Ｓｏ／Ｓｄと、噴霧到達距離との関係を示すグラフである。
【図５】隣接する噴孔の離間距離Δｗと噴孔径ｄとの比率Δｗ／ｄと、噴霧到達距離との関係を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態に係わる噴孔プレートから噴射された燃料の噴霧形状を示す模式的断面図である。
【図７】第２の実施形態に係わる噴孔プレートを示す模式的斜視図である。
【図８】第３の実施形態に係わる噴孔プレートを示す模式的斜視図である。
【図９】図８中の径方向に隣接する噴孔をＩＸ−ＩＸからみた断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係わる噴孔プレートから噴射された燃料を示す図であって、図１０（ａ）はその燃料の噴霧形状を示す模式的断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）中の径方向に隣接する噴孔同士から噴射される燃料の衝突により形成される液膜を説明する模式図である。
【図１１】本発明の実施形態に係わる噴孔プレートを有する燃料噴射弁の取付け位置および燃焼室への噴霧状態を示す模式的断面図である。
【図１２】従来技術の噴孔プレートを示す図であって、図１２（ａ）は斜視図、図１２（ｂ）は噴孔プレートから噴射された燃料の噴霧形状を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  インジェクタ（燃料噴射弁）
１２  弁ボディ
１３  円錐面（内周面）
１４  弁座
１９  段差部
２０  噴孔プレート
２１  噴孔
２１ｊ  噴孔軸
３０  ノズルニードル（弁部材）
９０  （噴孔プレートの）中心軸
１０８  （インジェクタの）中心軸
【図１】
2005282420.tif 000003
【図２】
2005282420.tif 000004
【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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