(57)【要約】【課題】  エンジンのシリンダに直接燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁において、燃料噴射弁のシリンダに臨む部分がシリンダの燃焼ガスに曝されて高温となり、残留した燃料が炭化、付着して燃料噴射量の変化、燃料噴霧不均一等を引き起こすデポジット問題を解消するため、デポジット生成を抑制した燃料噴射弁を提供する。【解決手段】  シリンダに噴射するための噴射孔を有するノズルプレートに接して設けられた整流板の開口部の板厚方向断面が末広がり状で、平面プロフィールが最も外側配置の複数の噴射孔に対向して複数の凹部をなす。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダヘッドに装着される燃料噴射弁であって、前記燃料噴射弁のバルブボディ先端部には、燃料をシリンダに向けて噴射するための複数の噴射孔が配置されたノズルプレートと、該ノズルプレートに接して前記シリンダ側に設けられ、前記ノズルプレートの噴射孔から噴射される燃料噴霧を整流するための開口部を有する所定の板厚を有する整流板とが、前記バルブボディと一体化して設けられており、
前記ノズルプレートの前記シリンダに向かう噴射孔の中心線は、前記燃料噴射弁の中心線から離れるよう所定の角度を有して設定されており、
前記整流板開口部の板厚方向断面形状は、前記ノズルプレートに接する側から前記シリンダ側に向けて末広がりとなる壁面を有しており、前記整流板開口部の平面プロフィールは前記複数の燃料噴射孔の内、最も外側に配置された噴射孔と同じ数の複数でかつ、噴射孔に対向して凹部をなすよう形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記整流板開口部の凹部は、前記燃料噴射孔の縁から所定の距離を有する円または楕円をつなぐよう形成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】
前記整流板開口部の凹部は、前記燃料噴射孔の中心から所定の距離を有する同心円をつなぐよう形成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４】
前記整流板開口部の末広がりとなる壁面形状は、前記整流板の板厚方向において、前記燃料噴射孔の中心線と前記ノズルプレートに接する位置での前記壁面までの距離Ｌ１と、前記板厚方向の先端位置での前記壁面までの距離Ｌ２とが、Ｌ２＞Ｌ１の関係を有するよう設定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５】
前記整流板開口部は、前記ノズルプレートに設けられた複数の燃料噴射孔の配置に対応して、複数個所設けら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６】
前記整流板が前記バルブボディと分離可能な構成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７】
前記ノズルプレートと前記整流板との間には、断熱層が設けら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８】
前記整流板開口部壁面の背面に発熱体を設け、前記内燃機関の起動開始時の所定時間内、前記発熱体によって前記壁面を加熱す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９】
前記整流板開口部壁面に、撥水性の表面処理が施して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１０】
内燃機関のシリンダヘッドに装着される燃料噴射弁の取付構造であって、前記燃料噴射弁のバルブボディの先端部には、燃料をシリンダに向けて噴射するための複数の噴射孔が配置されたノズルプレートが設けられており、前記シリンダヘッドには開口部を有する所定の肉厚を有する整流部が設けられているとともに、該整流部に接して前記燃料噴射弁ノズルプレートが配置され、
前記ノズルプレートの前記シリンダに向かう噴射孔の中心線は、前記燃料噴射弁の中心線から離れるよう所定の角度を有して設定されており、
前記整流部開口部の肉厚方向断面形状は、前記ノズルプレートに接する側から前記シリンダ側に向けて末広がりとなる壁面を有しており、開口部の平面プロフィールは前記複数の燃料噴射孔の内、最も外側に配置された噴射孔と同じ数の複数でかつ、噴射孔に対向して凹部をなすよう形成されており、前記燃料噴射弁のノズルプレートの噴射孔から噴射される燃料噴霧を前記整流部によって整流するよう前記燃料噴射弁を前記シリンダヘッドに取り付けたことを特徴とする燃料噴射弁の取付構造。
【請求項１１】
前記整流部開口部の凹部は、前記燃料噴射孔の縁から所定の距離を有する円または楕円をつなぐよう形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料噴射弁の取付構造。
【請求項１２】
前記整流部開口部の凹部は、前記燃料噴射孔の中心から所定の距離を有する同心円をつなぐよう形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料噴射弁の取付構造。
【請求項１３】
前記整流部開口部の末広がりとなる壁面形状は、前記整流部の肉厚方向において、前記燃料噴射孔の中心線と前記ノズルプレートに接する位置での前記壁面までの距離Ｌ１と、前記肉厚方向の先端位置での前記壁面までの距離Ｌ２とが、Ｌ２＞Ｌ１の関係を有するよう設定されていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料噴射弁の取付構造。
【請求項１４】
前記整流部開口部は、前記ノズルプレートに設けられた複数の燃料噴射孔の配置に対応して、複数個所設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料噴射弁の取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のシリンダに直接燃料を噴射するためシリンダヘッドに取り付けられる筒内噴射用燃料噴射弁およびシリンダヘッドへの燃料噴射弁の取付構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から内燃機関用の燃料噴射弁、特にガソリンエンジンのシリンダに直接燃料を噴射する筒内噴射用燃料噴射弁においては、燃料噴射弁のシリンダに臨む部分がシリンダの燃焼ガスに曝され高温となり、燃料噴射孔に残留した燃料が炭化して燃料噴射孔内に付着し、燃料噴射量の変化、或いは燃料噴霧不均一等を引起し燃料噴射弁の信頼性を損なういわゆるカーボンデポジットの問題があった。
この問題の解決策の一例として、燃料噴射孔を低温に保つことによりデポジットの生成を抑制することを目的にノズルボディのシリンダ側の面と、ノズルボディの低温側とを互いに熱接触させることができる噴射窓を有する熱伝導プロテクタを設けることが示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、噴孔プレートの噴孔から燃料が噴射されても、エンジンの運転状態に応じて生じる吸気流速が高い場合には、その吸気流が燃料噴射によって形成される噴霧の広がりを部分的に阻害する場合があり、その阻害された噴霧の一部が燃料噴射弁の先端部に付着、残留するのを防止するため、波状に形成され８個の凸部を有する突起部材を付着燃料導入孔の延長上に設け、この付着燃料を噴射燃料に合流再び噴射することが示されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−２２２０５７号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−３２２０７０号公報（図５４，０２７０欄）
【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、前記特許文献１に示されたものは、燃料噴射孔へのデボジット付着を抑制することは可能であるが、燃料噴射孔以外の部分、特に噴射窓へのデポジットの付着抑制については何ら記載されてない。
また、前記特許文献２に示されたものは、突起部材に設けられた８個の凸部と、燃料噴射孔との位置関係が明確に示されてないため、燃料噴射孔からの燃料噴霧の通路とならない部分が存在し、この部分において燃料噴霧によるデポジット洗い流し効果が期待できず、デポジットが顕著に成長するという問題点がある。
【０００６】
このように、デポジット生成抑制を十分になされないエンジンであると、成長したデポジットと燃料噴霧とが干渉し、噴霧形状の変化を引き起こし、また、このデポジットがエンジンの振動等により一部が剥がれ落ちてしまうことにより、デポジット成長により変化した噴霧特性が急激に変化してしまう。例えは、エンジンの制御装置の学習制御等が行われている場合、噴霧特性が急激に変化するため、制御パラメータが変化し、エンジンの燃焼安定性が悪化するため、燃料噴射弁の信頼性を著しく損なうという問題がある。
【０００７】
この発明は、前記のような課題を解決するためのものであって、燃料噴射孔を有するノズルプレートに接して設けられた燃料噴霧を整流するための開口部を有する整流板を設け、この開口部の平面および断面形状を燃料噴射孔に対して適切に選定することによりデポジットの生成を抑制するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
内燃機関のシリンダヘッドに装着される燃料噴射弁のバルブボディ先端部には、燃料をシリンダに向けて噴射するための複数の噴射孔が配置されたノズルプレートと、該ノズルプレートに接してシリンダ側に設けられ、ノズルプレートの噴射孔から噴射される燃料噴霧を整流するための開口部を有する所定の板厚を有する整流板とが、バルブボディと一体化して設けられており、
ノズルプレートのシリンダに向かう噴射孔の中心線は、燃料噴射弁の中心線から離れるよう所定の角度を有して設定されており、
整流板開口部の板厚方向断面形状は、ノズルプレートに接する側からシリンダ側に向けて末広がりとなる壁面を有しており、整流板開口部の平面プロフィールは複数の燃料噴射孔の内、最も外側に配置された噴射孔と同じ数の複数でかつ、噴射孔に対向して凹部をなすよう形成されているものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の燃料噴射弁は、ノズルプレートの複数の噴射孔から噴射される燃料噴霧を整流するための開口部を有する整流板が設けられ、ノズルプレートのシリンダに向かう噴射孔の中心線が、燃料噴射弁の中心線から離れるよう所定の角度を有して設定され、整流板開口部の板厚方向断面形状は、ノズルプレートに接する側からシリンダ側に向けて末広がりとなる壁面を有し、平面プロフィールは最も外側に配置された噴射孔と同じ数の複数でかつ噴射孔に対して凹部をなすよう形成されているので、開口部において燃料噴霧の澱む部分が少なくなり、その結果デポジットの付着を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、内燃機関用の燃料噴射弁１００の主要部拡大断面図である。燃料噴射弁１００は、バルブボディ１と弁の役割をするプランジャ２とバルブシート３と、複数の燃料噴射孔４が設けられたノズルプレート５と、前記燃料噴射孔４から噴射された燃料噴霧を澱みなく通過させる開口部６を備えた所定の板厚を有する整流板７とで構成されている。
なお、前記プランジャ２以外の構成要素部品は、例えば溶接等により一体化された構造である。このような構成の燃料噴射弁１００は、例えばガソリンエンジンのシリンダヘッド２０に図示省略の固定機構により固定され、シリンダ２１内で燃焼した燃焼ガスがシリンダ２１より外部に漏れ出ないようスプリングワッシャ８にてシールを行っている。なお、整流板７の開口部６の板厚方向の断面形状は前記整流板７がノズルプレート５に接する側からシリンダ２１側に向けて末広がりとなる壁面９を有している。また、ノズルプレート５の燃料噴射孔４の中心線は、燃料噴射弁の中心線から離れるよう所定の角度を有して設定されている。この開口部６、噴射孔４の形状の詳細は後述する。
【００１１】
図２は図１に示した燃料噴射弁１００のノズルプレート５と整流板７をシリンダ２１側から見た斜視図であり、整流板７に設けられた開口部６およびノズルプレート５に設けられた複数の燃料噴射孔４を図示している。複数の燃料噴射孔４はここでは１０個の例を示している。整流板７の開口部６の板厚と直交する方向の平面プロフィールは、ノズルプレート５に設けられた複数の燃料噴射口４のうち、最も外側に配置された燃料噴射口４ａと同じ個数、ここでは６個の凹部１０が前記燃料噴射口４に対向して形成されている。また、整流板７の開口部６の板厚方向の断面形状は、図１に示したノズルプレート５に接する側から、シリンダ２１側に向けて末広がりとなる壁面９を形成している。
図３（ａ）（ｂ）に、整流板７に設けられた凹部１０の１実施例を示す。図３（ａ）に示すシリンダ側からみた正面図の整流板７の凹部１０は、ノズルプレート５の最も外側に配置された燃料噴射口４ａに対向して形成されている。図３（ａ）の凹部１０ａは、図３（ｂ）に示すノズルプレート５に接する側の凹部プロフィールであり、同じく図３（ａ）の凹部１０ｂは図３（ｂ）に示すシリンダ２１側の凹部プロフィールを示し、この間は前記末広がりの壁面９を形成している。なお複数の凹部１０ａ間をつなぐ円弧１０ｃは、前記最も外側に配置された噴射口４ａを少なくとも包含するような円の一部分である。
【００１２】
図３に示すように、ノズルプレート５に設けられた最も外側に配置された燃料噴射口４ａの縁と、凹部１０ａの距離Ｌが一定となるよう凹部１０を形成しているので、従来は噴射孔縁からの距離が一定でないため、噴射孔からの距離差により遠い部位にデポジットが付着していたが、この実施の形態１ではデポジットの発生が抑制され燃料噴射孔４ａから噴射される燃料噴霧が澱むことなくシリンダ２１に導入される。
なお、前記距離Ｌは最も外側の燃料噴射孔４ａから噴射された燃料噴霧が干渉しない、かつ燃料噴霧と離れすぎて澱み部を形成しないように設定されるものであり、ノズルプレート５の燃料噴射孔４の位置、角度、および前記整流板７の凹部の距離Ｌ等をパラメータとして、シミュレーション、実験等によって決定されるものである。
なお、図３（ａ）に示す凹部１０のプロフィールに代替して、噴射孔４の位置や、距離Ｌとの相関により、図４に示すように複数の凹部が噴射孔４ａの中心から距離Ｌｃを有する円を結んだプロフィールであってもよい。さらに、最も外側の燃料噴射孔の縁から等しい距離Ｌとなるような楕円形であってもよい。
【００１３】
次に、図５はノズルプレート５に設けられた最も外側の複数の燃料噴射孔４ａと、整流板７の開口部６を含む燃料噴射弁１００の拡大断面図であり、燃料噴射弁１００の中心線１００ａと最も外側の燃料噴射孔４ａの中心線４ｂ、および整流板７の板厚方向における開口部６の壁面９との関係を示している。ここで燃料噴射孔４ａの中心線４ｂは燃料噴射弁１００の中心線１００ａに対して、外側に離れていくよう所定の角度θを有するよう設定されている。
前記最も外側に配置された燃料噴射孔４ａの中心線４ｂと壁面９との距離は、整流板７のノズルプレート５に接している側の距離Ｌ１と整流板７の板厚方向先端位置での距離Ｌ２との関係をＬ２＞Ｌ１となるよう設定されている。
このように整流板７の凹部１０の壁面９と燃料噴射孔中心線４ｂとの距離をＬ２＞Ｌ１とする理由は、燃料噴射孔４ａから噴射される燃料噴霧が燃料噴射孔４ａの出口から遠ざかるに従いその流路が広がっていくが、その広がりに合わせてＬ２＞Ｌ１となる末広がりの壁面９とした。従って、燃料流路と壁面９との干渉が少ない。
【００１４】
また、前記壁面９にはフッ素系の撥水性の表面処理を施すことにより、壁面９に付着する燃料の撥水効果を奏することができる。
【００１５】
以上説明したように、この実施の形態１において燃料噴射孔４ａの縁から凹部１０の壁面までの距離Ｌを一定となるように構成することにより、燃料噴霧と壁面９の距離が一定となり特定の部分でのデポジットの蓄積又は成長が抑制される。また、距離Ｌを小さくするにしたがって、燃料噴霧と壁面９の距離が縮まりデポジット付着抑制効果が高くなる。
さらに燃料噴射孔４ａの中心線４ｂと壁面９との距離が燃料噴射孔４の出口から整流板７の先端部に向かって末広がりとなるように構成することにより、壁面９と噴霧の干渉を抑制し、壁面９へのデポジット付着を抑制する効果がある。
また、壁面９に撥水性の表面処理を施すことにより、壁面９にデポジットが付着しにくくなり、デポジット付着抑制効果を高める効果を有する。
【００１６】
実施の形態２．
次に実施の形態２を図６に基づいて説明する。
図６は実施の形態２による燃料噴射弁１００のシリンダ２１側から見た整流板７を示す図であり、この実施の形態２では、整流板７に開口部６ａを２個所に設けたものである。複数の噴射孔４を備えたマルチホール式燃料噴射弁１００は燃料噴射孔４の配置や数を自由に設定できる特徴を有し、図６の例では、６個の燃料噴射孔４が等間隔ではなく、二つのグループに分かれて配置されている。二つの燃料噴射孔４のグループの間には距離があるため、整流板７の開口部６ａがそれぞれのグループごとに設けられ、開口部６ａは合計２個設けられているが、この数に限定されるものではなく燃料噴射孔４の配置によって適宜個数を選定してもよい。
この実施の形態２において、燃料噴射孔４が二つのグループに分かれている理由として、例えば片側を点火プラグ方向に向け、もう一方をシリンダ中心に向けるようにしてエンジンの燃焼性向上のため、噴霧を二分割にするためである。
それぞれの噴霧は互いに交わらないように噴射するため、燃料噴射孔４の間に大きな澱み部分が発生する。そのため、澱み部分を削減するために、それぞれの燃料噴射孔４のグループごとに開口部６ａを設けた。この時、開口部６ａの凹部１０は燃料噴射孔４全体の外周部に設けてもよく、また最も外側に配置された噴射孔に対向して設けてもよい。このことによりデポジット付着を抑制することができる。
このように、燃料噴射孔４の配置や数に応じて開口部６ａを複数設けることにより、燃料噴射孔４の配置や数によらず、デポジットが付着しやすい澱み部分を小さくでき、開口部６ａが１個の場合である上記実施の形態１と比較して、開口部６ａの壁面９へのデポジット付着抑制効果を高める効果を有する。
【００１７】
実施の形態３．
図７は実施の形態３による燃料噴射弁１００ａの要部断面形状であり、この実施の形態３においては、開口部６を有する整流板７ａを燃料噴射弁１００ａとは別個に構成したものである。開口部６の凹部１０と燃料噴射孔４との位置関係が前記実施の形態１と同様となるように、別個に構成した開口部６を有する整流板７ａをシリンダヘッド２０と燃料噴射弁１００ａとの間に挟み込み燃料噴射弁１００ａをシリンダヘッド２０に組み込み固定する。このように構成し、整流板７ａの材質や形状を最適化することにより、燃焼ガスをシールする機能を付加することが可能である。
この実施の形態３の図７に示すように、開口部６を有する整流板７ａを燃料噴射弁１００ａとは別個に構成とすることにより、前記実施の形態１と同様の効果を有するとともに、整流板７ａに燃焼ガスシールさせることにより、図１に示した燃焼ガスをシールするスプリングワッシャ８を省略することができ、部品点数を削減する効果を有する。
【００１８】
実施の形態４．
図８は実施の形態４による燃料噴射弁１００ｂの要部断面形状であり、この実施の形態４においては、シリンダヘッド２０に整流部２０ａを設けたものである。整流部２０ａの開口部６の凹部１０とノズルプレート５の燃料噴射孔４との位置関係は前記実施の形態１と同様である。このような構成の燃料噴射弁１００ｂをシリンダヘッド２０に取り付ける構造を採用することにより、シリンダヘッド２０の開口部６の壁面９が燃焼室から受けた熱を効率的に図示省略した冷却機能を備えたシリンダヘッド２０に逃がすことができる。
このように実施の形態４では、整流部２０ａをシリンダヘッド２０に構成することにより、前記実施の形態１と同様の効果を有するとともに、部品点数を削減でき、さらに開口部６の壁面９の温度上昇を抑制し、壁面９へのデポジット付着抑制効果を高める効果を有する。
【００１９】
実施の形態５．
図９は実施の形態５による燃料噴射弁１００ｃの要部断面形状であり、この実施の形態５においては、実施の形態１の燃料噴射弁１００のノズルプレート５と整流板７との間に、セラミックや空気層などの金属材料に比べて熱伝導率の低い材料で形成した断熱層１５を設けたものである。なお、断熱層１５は例えばセラミック板をノズルプレート５と整流板７との間に全面的に介在するよう設けてもよく、また前記セラミック板をノズルプレート５と整流板７との間に部分的に設けることにより空気層を形成するようにしてもよい。このように構成することにより前記実施の形態１と同様の効果を有すると共に、エンジンの運転によるシリンダ２１からの熱に曝されノズルプレート５が高温になるのを防ぎ、燃料噴射孔４へのデポジット付着抑制効果を高める効果を合わせて有する。
【００２０】
実施の形態６．
図１０は実施の形態６による燃料噴射弁１００ｄの要部断面形状であり、この実施の形態６においては、整流板７ｂに設けられた開口部６の壁面９の背面に電熱式ヒータ等の発熱体１６を設け、この発熱体１６によって開口部６の壁面９が、一定温度まで暖められる構成となっている。
通常の運転状態では、開口部６の壁面９は燃焼ガスに曝されるため、高温となっているため、壁面９に付着しようとする燃料は蒸発するなどして付着しにくい。これに対して、エンジンの冷間始動時には、燃料噴射弁１００ｄ及びシリンダヘッド２０は外気温に近いエンジン周囲温度程度となっている。このままエンジンを始動した場合、燃料の一部は蒸発せず壁面９に付着する。この状態において燃焼ガスにより壁面９が熱せられ、付着した燃料はデポジットとなる。さらに、壁面９に付着した燃料の一部は燃焼せずにエンジンの排気行程中にシリンダ２１からＨＣ成分（未燃燃料）として排出され、大気汚染の一要因となる。このような状態にならないため、冷間始動前に別途用意されたコントローラにより所定時間内発熱体１６に通電して、壁面９を高温にあらかじめ維持し、始動時に壁面９へ付着する燃料を蒸発させる。
このように構成することにより前記実施の形態１と同様の効果を有すると共に、冷間始動時の開口部６の壁面９へのデポジット付着とＨＣ排出量を抑制する効果を合わせて有する。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明の実施の形態１〜６は、内燃機関に用いられる筒内噴射用燃料噴射弁に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１の燃料噴射弁の要部拡大図である。
【図２】この発明の実施の形態１の燃料噴射弁のシリンダ側から見た斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１の整流板のシリンダ側から見た凹部を示す正面図である。
【図４】この発明の実施の形態１の整流板のシリンダ側から見た凹部の他の実施例を示す正面図である。
【図５】この発明の実施の形態１の整流板とノズルプレートを示す拡大断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２の整流板の正面図である。
【図７】この発明の実施の形態３の燃料噴射弁の要部断面図である。
【図８】この発明の実施の形態４の燃料噴射弁の要部断面図である。
【図９】この発明の実施の形態５の燃料噴射弁の要部断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６の燃料噴射弁の要部断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  バルブボディ、４，４ａ  燃料噴射孔、５  ノズルプレート、６，６ａ  開口部、
７，７ａ，７ｂ  整流板、９  壁面、１０  凹部、１６  発熱体、
２０  シリンダヘッド、２０ａ  整流部、２１  シリンダ、
１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ  燃料噴射弁。
【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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