(57)【要約】【課題】安定して燃料の微粒化を得ることができる燃料噴射弁を提供する。【解決手段】複数の噴孔１４が形成されたサック部１２を先端に有するインジェクションノズル１０と、インジェクションノズル１０の内部にガイド部材３０に案内されて往復動可能に設けられたニードル弁２０と、インジェクションノズル１０のサック部１２の基部に形成された弁シート部１６の上流側に設けられた負圧発生部４０とを備える。【選択図】図１
2012132393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の噴孔が形成されたサック部を先端に有するインジェクションノズルと、
該インジェクションノズルの内部にガイド部材に案内されて往復動可能に設けられたニードル弁と、
前記インジェクションノズルの前記サック部基部に形成された弁シート部の上流側に設けられた負圧発生構造を具備することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記ガイド部材は径方向内方に突出する複数の案内部を有し、該複数の案内部の周方向における側面及び底面と前記ニードル弁の外周面との間にそれぞれ複数の燃料通路が形成されている環状部材であり、前記負圧発生構造が、前記燃料通路を下流側に向けて絞ることにより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】
前記燃料通路において、前記環状部材の上流端における入口部の総断面積をＳ１、前記環状部材の下流端における出口部の総断面積をＳ２、前記噴孔の総断面積をＳ３とするとき、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記サック部の底面中心位置と前記弁シート部への入口位置とを結ぶ線の延長線上に、前記ガイド部材の前記負圧発生構造を形成する下流端が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記複数の噴孔及び前記複数の燃料通路は、それぞれ、燃料噴射弁の中心軸を含む同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁、特に燃料の微粒化を促進するようにした燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車用の内燃機関等においては、燃焼室内に空気と燃料との混合ガスを得るために、燃焼室内に吸入された空気に対し燃料を噴射する燃料噴射弁が搭載されている。燃料噴射弁から噴射された燃料が空気と混合することにより形成される混合ガスは、燃焼室での点火ないしは着火を確実に行うためにも、空気に対して均等に燃料が混合されていることが好ましい。そのために従来、例えばノズルの内部で燃料の旋回流を強制的に発生させ、その状態で燃料を噴射することによって燃料の微粒化の向上を図るようにした技術も提案されている。
【０００３】
また、噴孔を複数個設け、それらの噴孔から噴射された燃料同士を互いに衝突させることにより、微粒化の向上を図ることも提案されている。
【０００４】
一方、複数個の噴孔を有する燃料噴射弁においては、噴孔の入口部における燃料流れ内での局部的な圧力低下に起因して、燃料噴射弁の周囲空気が噴孔内に入り込み竜巻状のキャビテーションが発生することが知られている。そして、１つの噴孔で発生したキャビテーションが他の噴孔で発生したキャビテーションと繋がり、いわゆるストリングキャビテーションが形成されることが知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＳＡＥ  ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ  ＰＡＰＥＲ  ＳＥＲＩＥＳ  ２００７−０１−１４１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上述した非特許文献１に記載された燃料噴射弁では、ストリングキャビテーションが発生してもすぐに消滅してしまうために、燃料の微粒化向上に寄与させることは難しい。それは、発生したストリングキャビテーションが安定して持続できるような燃料流れが、燃料噴射弁内で得られていないことが原因の１つとして考えられる。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、安定して燃料の微粒化を得ることができる燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明に係る燃料噴射弁の一形態は、複数の噴孔が形成されたサック部を先端に有するインジェクションノズルと、該インジェクションノズルの内部にガイド部材に案内されて往復動可能に設けられたニードル弁と、前記インジェクションノズルの前記サック部基部に形成された弁シート部の上流側に設けられた負圧発生構造を具備することを特徴とする。
【０００９】
ここで、上記一形態において、前記ガイド部材は径方向内方に突出する複数の案内部を有し、該複数の案内部の周方向における側面及び底面と前記ニードル弁の外周面との間にそれぞれ複数の燃料通路が形成されている環状部材であり、前記負圧発生構造が、前記燃料通路を下流側に向けて絞ることにより形成されていることが好ましい。
【００１０】
また、上記形態の燃料通路において、前記環状部材の上流端における入口部の総断面積をＳ１、前記環状部材の下流端における出口部の総断面積をＳ２、前記噴孔の総断面積をＳ３とするとき、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３であることが好ましい。
【００１１】
さらに、上記形態において、前記サック部の底面中心位置と前記弁シート部への入口位置とを結ぶ線の延長線上に、前記ガイド部材の前記負圧発生構造を形成する下流端が配置されていることが好ましい。
【００１２】
加えて、上記形態において、前記複数の噴孔及び前記複数の燃料通路は、それぞれ、燃料噴射弁の中心軸を含む同一平面内に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記本発明に係る燃料噴射弁の一形態によれば、インジェクションノズルの内部にガイド部材に案内されて往復動可能に設けられたニードル弁がインジェクションノズルのサック部基部に形成された弁シート部から離間されることにより、インジェクションノズルの先端のサック部に形成された複数の噴孔から燃料が噴射される。このとき、噴孔の出口から入口に向って竜巻状のストリングキャビテーションが発生すると、このストリングキャビテーションは弁シート部の上流側に設けられた負圧発生構造によって発生される負圧により弁シート部の上流側にまで引き寄せられる。この結果、弁シート部の上流側から噴孔に至る比較的長い距離の燃料流れ内に、ストリングキャビテーションが消滅することなく安定して維持されるので、ストリングキャビテーションの旋回エネルギーにより燃料の微粒化向上に寄与させることができる。
【００１４】
ここで、前記ガイド部材は径方向内方に突出する複数の案内部を有し、該複数の案内部の周方向における側面及び底面と前記ニードル弁の外周面との間にそれぞれ複数の燃料通路が形成されている環状部材であり、前記負圧発生構造が、前記燃料通路を下流側に向けて絞ることにより形成されている形態によれば、既存の環状部材からなるガイド部材に形成される燃料通路を下流側に向けて絞るという単純な構成で負圧発生構造を形成することができる。
【００１５】
また、前記燃料通路において、前記環状部材の上流端における入口部の総断面積をＳ１、前記環状部材の下流端における出口部の総断面積をＳ２、前記噴孔の総断面積をＳ３とするとき、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３である形態によれば、環状部材の上流端における入口部から下流端における出口部までの燃料通路が、ガイド部材の上流から噴孔までの燃料流れにおいて大きな絞りになることが防止される。
【００１６】
さらに、前記サック部の底面中心位置と前記弁シート部への入口位置とを結ぶ線の延長線上に、前記ガイド部材の前記負圧発生構造を形成する下流端が配置されている形態によれば、噴孔に発生したストリングキャビテーションが当該結ぶ線の延長線上に配置された負圧発生構造を形成するガイド部材の下流端にまで延び易くなる。したがって、弁シート部の上流側から噴孔に至る比較的長い距離の燃料流れ内にストリングキャビテーションが消滅することなく維持され、燃料の微粒化が安定して得られる。
【００１７】
さらに、前記複数の噴孔及び前記複数の燃料通路が、それぞれ、燃料噴射弁の中心軸を含む同一平面内に配置されている形態によれば、サック部の底面中心位置と弁シート部への入口位置とを結ぶ線が噴孔の中心軸に重なり、噴孔と当該結ぶ線の延長線上に配置された負圧発生構造とが燃料噴射弁の中心軸を含む同一平面内に存することになり、ストリングキャビテーションはより強く、負圧発生構造によって発生される負圧により弁シート部の上流側にまで引き寄せられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る燃料噴射弁の実施形態の要部を示す縦断面図である。
【図２】本発明に係る燃料噴射弁の実施形態のニードル弁とガイド部材の関係を示す横断面図であり、（Ａ）は図１のＡ−Ａ矢視断面図、（Ｂ）は同じくＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図３】図１に示す実施形態の一部の拡大図である。
【図４】本発明に係る燃料噴射弁の実施形態の噴孔と負圧発生構造との位置関係を説明するための、図１の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る燃料噴射弁の実施形態の要部を示す縦断面図であり、不図示のハウジング内に固定鉄心と可動鉄心とが同軸に配置され、不図示のソレノイド等の駆動装置により可動鉄心及びニードル弁が不図示のコイルスプリングに抗して移動されることにより噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁の先端部分のみが示されている。ここで、１０は、ハウジングの先端に取り付けられたほぼ円筒形状のインジェクションノズルであり、サック部１２を先端に有している。そして、サック部１２にはインジェクションノズル１０の中心軸Ｃを中心とする仮想円上に、周方向に等間隔に配置された複数個の噴孔１４（本実施形態では４つ）が形成されている。２０は、インジェクションノズル１０の内部に中心軸Ｃに沿って往復動可能に設けられ、上述の可動鉄心と共に移動するほぼ円柱形状のニードル弁である。ニードル弁２０とインジェクションノズル１０との間には燃料供給室１１が形成されている。そして、ニードル弁２０はインジェクションノズル１０の内部の燃料供給室１１に設けられた環状のガイド部材３０に案内され、その中心軸Ｃからのずれが抑制されて往復動される。また、ニードル弁２０の先端部は部分球形状を有し、上述のソレノイドの非励磁時にコイルスプリングに付勢されてその弁体肩部２２がサック部１２の基部に形成された弁シート部１６に当接するとき、燃料噴射弁の閉状態が得られるようにされている。
【００２１】
そして、本実施形態における環状のガイド部材３０は、図２(Ａ）及び（Ｂ）に示すように、径方向内方に周方向に等間隔に突出する複数個の案内部３２（本実施形態では４つ）を有し、これらの案内部３２の周方向における間隙に面する側面３２a及び底面３２bとニードル弁２０の外周面との間に燃料通路３４が形成されている。ここで、本実施形態における燃料通路３４は、環状のガイド部材３０の上端３０Ｕにおける入口部３４Ａの開口面積（これをｓ１とする）に比べ、同じく下端３０Ｌにおける出口部３４Ｂの開口面積（これをｓ２とする）が小さくなる、換言すると、燃料通路３４が下流側に向けて絞られて形成されている。具体的には、燃料通路３４を形成している環状のガイド部材３０の案内部３２の周方向における間隙に面する両側面３２a、３２a及び案内部３２に挟まれた底面３２bが共に、燃料の流れ方向に先細になるようなテーパ形状にされている。
【００２２】
このようにして、ニードル弁２０とインジェクションノズル１０との間で、環状のガイド部材３０の下流側に負圧発生部４０が形成されている。すなわち、図３に拡大して示すように、環状のガイド部材３０の下端３０Ｌにおいて、燃料通路３４の出口部３４Ｂを除く部分とインジェクションノズル１０の内面とに挟まれる直角断面部を含む空間が、いわゆる、管路における急拡大部を構成し、これによって負圧発生部４０（図３において、一点鎖線で囲まれた領域）が形成されている。なお、この負圧発生部４０は、図４に示すように、サック部１２の底面中心位置１２ｃと弁シート部１６への入口位置とを結ぶ線の延長線上に位置されるべく、ガイド部材３０がインジェクションノズル１０に対して配置されている。換言すると、負圧発生部４０を形成するガイド部材３０の下端３０Ｌとインジェクションノズル１０の内面とに挟まれる直角断面部が当該延長線上に位置されるように、ガイド部材３０がインジェクションノズル１０に対して配置されているのである。ここで、弁シート部１６への入口位置とは、ニードル弁２０がリフトされたときにニードル弁２０の弁体肩部２２とサック部１２の弁シート部１６との間に形成される弁通路の入口位置を意味し、ニードル弁２０のリフト量に対応した所定の幅を有しているので、上述のサック部１２の底面中心位置１２ｃと弁シート部１６への入口位置とを結ぶ線もこの所定の幅に対応する所定の角度幅内に複数存在し得る。図４には、ニードル弁２０が最大にリフトされた状態におけるニードル弁２０の弁体肩部２２と弁シート部１６との間の弁通路の入口位置において、ニードル弁２０の弁体肩部２２に近い側の入口位置とサック部１２の底面中心位置１２ｃとを結ぶ線及びその延長線が図示されている。しかし、後述するように、負圧発生部４０によって引き寄せられストリングキャビテーションがニードル弁２０や弁シート部１６に衝突して消滅してしまうのを防ぐためには、ニードル弁２０が最大にリフトされた状態における弁通路の入口位置におけるニードル弁２０の弁体肩部２２及び弁シート部１６の中間の位置と、サック部１２の底面中心位置１２ｃとを結ぶ線の延長線上に負圧発生部４０が形成されるのが好ましい。
【００２３】
なお、環状のガイド部材３０の上端における入口部３４Ａの開口面積ｓ１の総断面積をＳ１（＝４×ｓ１）、下端における出口部３４Ｂの開口面積ｓ２の総断面積をＳ２（＝４×ｓ２）、断面積ｓ３の噴孔１４の総断面積をＳ３（＝４×ｓ３）とするとき、これらは、Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３の関係を満たすように設定されている。これは、燃料通路３４が形成されたガイド部材３０が、ガイド部材３０の上流から噴孔１４までの燃料流れにおいて大きな絞りとならないようにするためである。
【００２４】
さらに、本実施形態では、４つの噴孔１４及び４つの燃料通路３４は、それぞれ、燃料噴射弁の中心軸Ｃを含む同一平面内に配置されている。
【００２５】
本実施形態による燃料噴射弁においては、不図示のソレノイドが励磁されてニードル弁２０がコイルスプリングに抗して移動され、その弁体肩部２２がサック部１２の基部に形成された弁シート部１６から離間されたとき、燃料噴射弁の開状態が得られる。この状態では、所定の圧力で燃料供給室１１に送り出された燃料が、ガイド部材３０の燃料通路３４、ニードル弁２０の弁体肩部２２とサック部１２の弁シート部１６との間の弁通路を介して圧送され、噴孔１４から噴射されるようになる。
【００２６】
そこで、本実施形態によれば、ガイド部材３０の燃料通路３４が下流側に向けて絞られて形成されていることから燃料通路３４を圧送される燃料流れは次第に流速が高められ、そして、ガイド部材３０の下端における出口部３４Ｂにおいて断面積が急拡大されることにより燃料流れに剥離が生じ、負圧発生部４０に負圧が生ずることになる。このとき、上述の噴孔１４からの燃料の噴射により噴孔１４の出口から入口に向って竜巻状のストリングキャビテーションＳＣが発生すると、このストリングキャビテーションＳＣは弁シート部１６の上流側に設けられた負圧発生部４０によって弁シート部１６の上流側にまで引き寄せられる。この結果、図４に示すように、弁シート部１６の上流側から噴孔１４に至る比較的長い距離の燃料流れ内に、ストリングキャビテーションＳＣが消滅することなく安定して維持される。したがって、弁シート部１６の上流側から噴孔１４に至る燃料流れ内に、その流れ方向に逆行する形態で竜巻状に旋回するストリングキャビテーションＳＣが比較的長い距離に亘り存在するので、この旋回エネルギーにより燃料の微粒化向上に寄与させることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０      インジェクションノズル
１２      サック部
１２ｃ    底面中心位置
１４      噴孔
１６      弁シート部
２０      ニードル弁
２２      弁体肩部
３０      ガイド部材
３０Ｕ    ガイド部材上端
３０Ｌ    ガイド部材下端
３２      案内部
３２a    案内部側面
３２b    底面
３４    燃料通路
３４Ａ    燃料通路入口部
３４Ｂ    燃料通路出口部
４０      負圧発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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