(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体と、前記弁体のシート角部が当接する環状テーパ形状のシート部と、前記シート部の直下流側に位置する燃料溜と、前記シート部の中心軸線から偏倚して前記燃料溜に連通する単一の噴孔、とを具備し、前記噴孔の偏倚によって前記燃料溜内における前記噴孔の偏倚側の空間より反偏倚側の空間が大きくなり、前記シート部と前記燃料溜との間における少なくとも前記反偏倚側には面取りが形成されると共に、前記弁体の前記シート角部より先端側部分には、最先端部に前記先端側部分を構成する面より前記弁体の軸線方向に突出する突出部が設けられ、前記シート部の前記反偏倚側を通過する燃料は、前記面取り及び前記弁体の前記突出部によって前記反偏倚側の空間の略中央部へ導かれることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な内燃機関の燃料噴射装置は、特開平１１−３０３７１０号公報に開示されているように、環状テーパ形状のシート部に当接する弁体と、シート部直下流側の燃料溜と、燃料溜に連通する噴孔とを有している。燃料噴射に際して弁体をシート部から離間させ、それにより、高圧の燃料がシート部を介して燃料溜内へ流入することによって、燃料溜内から噴孔を介して燃料が噴射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
噴孔がシート部の中心軸線上に形成されていれば、燃料溜内へ流入した燃料は、容易に噴孔内へ流入して噴射される。しかしながら、例えば、噴孔がシート部の中心軸線に対して偏倚して燃料溜に連通されているような場合には、燃料溜内における噴孔の反偏倚側に比較的広い空間が形成され、シート部の反偏倚側から燃料溜内へ流入した燃料が、この空間内で縦方向に旋回する渦を形成し易い。このような渦が形成されると、噴孔へ流入する燃料のエネルギ損失が発生するために、噴射された燃料の貫徹力が低下したり、また、噴孔内を通過する燃料の流速の不均衡が発生して意図する形状の燃料噴霧を形成することが困難となる。
【０００４】
従って、本発明の目的は、噴孔が弁体シート部の中心軸線から偏倚して燃料溜に連通している燃料噴射装置において、弁体シート部から燃料溜内へ流入する燃料が燃料溜内で渦を形成しないようにして、貫徹力の強い意図する形状の燃料噴霧を形成可能とすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、弁体と、前記弁体のシート角部が当接する環状テーパ形状のシート部と、前記シート部の直下流側に位置する燃料溜と、前記シート部の中心軸線から偏倚して前記燃料溜に連通する単一の噴孔、とを具備し、前記噴孔の偏倚によって前記燃料溜内における前記噴孔の偏倚側の空間より反偏倚側の空間が大きくなり、前記シート部と前記燃料溜との間における少なくとも前記反偏倚側には面取りが形成されると共に、前記弁体の前記シート角部より先端側部分には、最先端部に前記先端側部分を構成する面より前記弁体の軸線方向に突出する突出部が設けられ、前記シート部の前記反偏倚側を通過する燃料は、前記面取り及び前記弁体の前記突出部によって前記反偏倚側の空間の略中央部へ導かれることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による燃料噴射装置が取り付けられた筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内概略縦断面図であり、図２は図１のピストン平面図である。これらの図において、１は吸気ポートであり、吸気弁３を介して気筒内へ通じている。２は排気ポートであり、排気弁４を介して気筒内へ通じている。５はピストンであり、その頂面には凹状のキャビティ８が形成されている。
【０００８】
６は気筒上部略中心に配置された点火プラグであり、７は気筒上部周囲から気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射装置、すなわち、燃料噴射弁である。燃料噴射弁７は、燃料のベーパを防止するために、気筒内において吸気流により比較的低温度となる吸気ポート側に配置されている。
【０００９】
また、燃料噴射弁７は、スリット状の噴孔を有し、燃料を厚さの薄い略扇形状に噴射するものである。成層燃焼を実施するためには、図１に示すように、圧縮行程後半において燃料をピストン５の頂面に形成されたキャビティ８内へ噴射する。斜線で示す噴射直後の燃料は液状であるが、幅方向に拡がりながら気筒内を飛行する際に気筒内の高圧高温の吸気と十分に接触するために気化し易く、また、キャビティ８の底壁８ａに沿って進行して幅方向に拡がる際に底壁８ａの広範囲部分から熱吸収するために気化し易い。こうして気化しつつある燃料は、対向側壁８ｂによって上方向に偏向させられる。
【００１０】
図２に示すように、対向側壁８ｂは、平面視において円弧形状を有している。それにより、キャビティ８の底壁８ａ上を進行して気化しつつある燃料は、対向側壁８ｂの円弧形状によって中央部へ集合し、点火プラグ６近傍においてドットで示す一塊の可燃混合気となる。こうして、この可燃混合気を着火燃焼させることにより希薄燃焼として成層燃焼が実現可能である。このように、燃料噴霧は、自身慣性力によって点火プラグ近傍へ導かれるために、良好な可燃混合気を形成するためには比較的強い貫徹力が必要である。また、強い貫徹力は飛行中における吸気との摩擦力を大きくし燃料を気化させるにも好ましい。
【００１１】
本筒内噴射式火花点火内燃機関は、このような成層燃焼だけでなく、吸気行程で燃料を噴射することにより、点火時点において気筒内に均質混合気を形成し、この均質混合気を着火燃焼させる均質燃焼も実現可能である。このような均質燃焼は、燃料噴射期間が圧縮行程後半に限られる成層燃焼とは異なり、多量の燃料噴射が可能となるために、主には高回転高負荷時に実施される。均質燃焼時において、比較的厚さの薄い略扇形状の燃料噴霧は、気筒内を飛行中において幅方向に拡がり、円錐形状燃料噴霧の中央部のように気筒内の吸気と接触し難い部分がなく噴霧全体が吸気と十分に接触するために気化し易く、良好な均質混合気を形成するにも有利である。また、燃料噴霧の貫徹力が強ければ、成層燃焼時と同様に、吸気との摩擦力が大きくなるために、さらに燃料が気化し易くなる。
【００１２】
図３は、燃料噴射弁７の先端部の断面図である。燃料噴射弁７の先端部には、弁体７１が当接する環状テーパ形状のシート面７２が形成され、また、このシート面７２の下流側には、キャップ形状の燃料溜７３が形成されている。燃料溜７３のキャップ形状は、シート面７２に接する円柱形状と、この円柱形状と同一半径を有する半球形状とから成っている。燃料噴射弁７の先端部には、さらに、燃料溜７３に連通するスリット状の噴孔７４が形成されている。
【００１３】
図４は図３のＡ−Ａ断面図であり、図３及び図４に示すように、噴孔７４は、略扇形状の燃料噴霧の厚さ方向に離間して互いに略平行な二つの厚さ方向壁と、燃料噴霧の幅方向に所定夾角Ｂを持って離間する二つの幅方向壁とを有している。一点鎖線で示す二つの幅方向壁の厚さ方向中心線は、燃料溜７３の半球形状中心Ｃにおいて交差するようになっている。尚、この厚さ方向中心線は、半球形状中心Ｃから多少ずれてシート面の中心軸線と交差するようにしても良い。
【００１４】
図１に示すように、燃料噴射弁７は、取り付けスペースの関係でシリンダヘッドとシリンダブロックとの間の境界面に対して比較的小さな角度で取り付けられる。しかしながら、このように取り付けられた燃料噴射弁７の軸線方向に燃料を噴射したのでは、ピストン５頂面のキャビティ８内へ燃料を噴射することが難しいために、図１に示すように、軸線方向に対して所定角度Ｄで燃料を噴射するようになっている。そのために、噴孔７４の二つの厚さ方向壁は、燃料噴射弁７の軸線に対して所定角度Ｄで傾斜して形成されている。
【００１５】
図３及び図４に示すように、弁体７１がリフトされて弁体７１のシート角部７１ａがシート面７２から離間すると、蓄圧室（図示せず）等に蓄えられた高圧燃料がシート面７２を介して燃料溜７３へ流入し、燃料溜７３内から噴孔７４を介して燃料が噴射される。こうして噴射される燃料が、噴孔７４の形状に沿った略扇状噴霧となって比較的強い貫徹力を有していれば、前述したように、成層燃焼時においては、容易に気化すると共に確実に点火プラグ近傍へ導かれ、良好な可燃混合気を形成可能となる。また、均質燃焼時においては、容易に気化して良好な均質混合気を形成可能となる。
【００１６】
図５は、一般的な燃料噴射弁７’の先端部の断面図である。図３と完全に同じ構成部分に関して同じ参照番号を付けており説明を省略する。環状テーパ形状のシート面７２は、燃料噴射を停止するために、弁体７１’のシート角部７１ａ’と当接して高圧燃料をシールすることとなる。このシールを完全なものとするためには、弁体７１’の軸線方向に作用する押圧力に対して十分な抗力を提供しなければならず、そのためには、シート面７２をその軸線Ｅに対して比較的大きな角度Ｆで傾斜させなければならない。本実施形態の燃料噴射弁７においても同様に、シート面７２は軸線Ｅに対して比較的大きな角度で傾斜している。
【００１７】
前述したように、噴孔７４は軸線Ｅに対して所定角度Ｄで傾斜している。それにより、噴孔７４は、軸線Ｅに対して、すなわち、シート部７２の中心軸線に対して偏倚して燃料溜７３に連通されることとなる。こうして、燃料溜７３は、噴孔７４の開口を境に考えた場合において、噴孔の偏倚側の空間７３ｂより反偏倚側の空間７３ａの方が大きくなり、反偏倚側の空間７３ａは比較的広いものとなる。
【００１８】
燃料噴射に際して、シート部７２を介して燃料が燃料溜７３内へ流入することとなるが、シート部７２は前述したように軸線Ｅに対して比較的大きな角度Ｆで傾斜しているために、図５に矢印で示すように、シート部７２の噴孔偏倚側から燃料溜７３内へ流入する燃料は燃料溜７３の偏倚側空間７３ｂの上部（弁体側）へ流入し、また、シート部７２の噴孔反偏倚側から燃料溜７３内へ流入する燃料は反偏倚側空間７３ａの上部へ流入し、次いで、これら二つの燃料流れは互いに衝突して軸線Ｅを通る垂直面（噴孔７４の幅方向中心平面に垂直な）近傍に沿って燃料溜７３の下方（噴孔側）へ進行する。
【００１９】
この時、燃料溜７３の偏倚側空間７３ｂは狭いために燃料流れが旋回するようなことはないが、反偏倚側空間７３ａは広く、燃料が、その周囲部を通過するようになるために、図５に矢印で示すように、燃料は縦方向に旋回する渦を形成し易い。このような渦が形成されると、噴孔へ流入する燃料のエネルギ損失が発生するために、噴射された燃料の貫徹力が低下したり、また、噴孔内を通過する燃料の流速の不均衡が発生して意図する形状の燃料噴霧を形成することが困難となる。
【００２０】
本実施形態の燃料噴射弁７では、図３に示すように、シート部７２と燃料溜７３との間にはテーパ形状の面取り７５が形成されている。それにより、図３に矢印で示すように、シート部７２の噴孔偏倚側から燃料溜７３内へ流入する燃料は、面取り７５によって燃料溜７３の偏倚側空間の略中央部へ導かれ、また、シート部７２の噴孔反偏倚側から燃料溜７３内へ流入する燃料は反偏倚側空間の略中央部へ導かれる。
【００２１】
こうして、本実施形態においても同様に燃料溜７３の反偏倚側空間は広いが、略中央部へ導かれた燃料流れが反偏倚側空間内で渦を形成することはなく、噴孔７４へ流入する燃料のエネルギ損失が発生することはないために、噴射された燃料の貫徹力は低下せず、また、噴孔内を通過する燃料の流速の不均衡が発生するようなことはないために、意図する形状の燃料噴霧を形成することが可能となる。
【００２２】
また、本実施形態において、弁体７１の先端は、シート部７２の噴孔偏倚側から燃料溜７３内へ流入する燃料が偏倚側空間の略中央部へ導かれ易くすると共に、シート部７２の噴孔反偏倚側から燃料溜７３内へ流入する燃料が反偏倚側空間の略中央部へ導かれ易くするような突出部７１ｂによって突出している。
【００２３】
それにより、シート部７２の噴孔反偏倚側から燃料溜７３内へ流入する燃料は、さらに確実に反偏倚側空間の略中央部へ導かれ、燃料溜７３内で渦が発生することを確実に防止することが可能となる。
【００２４】
本実施形態において、面取り７５はシート部７２と燃料溜７３との間の全周に形成されている。それにより、シート部７２の噴孔反偏倚側から燃料溜７３内へ流入する燃料が反偏倚側空間の略中央部へ導かれること加えて、シート部７２の噴孔偏倚側から燃料溜７３内へ流入する燃料が偏倚側空間の略中央部へ導かれるようになっている。前述したように、燃料溜の偏倚側空間は狭いために、特に略中央へ燃料が導かれなくても燃料の渦が形成され難い。それにより、面取り７５をシート部７２と燃料溜７３との間の反偏倚側だけに形成するようにしても良い。しかしながら、本実施形態のようにすることで、燃料溜７３の偏倚側空間でも渦の生成を完全に防止することができる。また、弁体７１の突出部７１ｂに関しても同様のことが言える。
【００２５】
本実施形態において、噴孔７４は、略扇形状の燃料噴霧を形成するためのスリット噴孔となっている。これは本発明を限定するものではない。例えば、断面丸形状の噴孔がスリット状噴孔と同位置に形成されている場合においても、燃料溜７３の反偏倚側空間は同様に広くなり、ここで渦が形成されれば、噴孔へ流入する燃料のエネルギ損失が発生し、やはり、噴射された燃料の貫徹力が低下することとなる。従って、この場合においても本実施形態のような面取り７５及び突出部７１ｂを設けることは有効である。最後に、本実施形態において、シート部７２の環状テーパ形状は、実際的には切頭円錐形状であるが、切頭角錐形状等の任意の環状テーパ形状としても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の燃料噴射装置によれば、噴孔の偏倚によって燃料溜内における噴孔の偏倚側の空間より反偏倚側の空間が大きくなる場合に、シート部と燃料溜との間における少なくとも反偏倚側には面取りが形成されると共に、弁体のシート角部より先端側部分には、最先端部に先端側部分を構成する面より弁体の軸線方向に突出する突出部が設けられ、シート部の反偏倚側を通過する燃料は面取り及び弁体の突出部によって反偏倚側の空間の略中央部へ導かれるようになっている。それにより、渦が形成され易い大きな反偏倚側空間において渦の発生を防止することができ、燃料溜内における燃料のエネルギ損失が抑制されるために、貫徹力の強い意図する形状の燃料噴霧を形成可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射装置が取り付けられた筒内噴射式火花点火内燃機関の概略気筒内縦断面図である。
【図２】図１の筒内噴射式火花点火内燃機関のピストン頂面図である。
【図３】燃料噴射弁の実施形態を示す先端部の断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】一般的な燃料噴射弁の先端部の断面図である。
【符号の説明】
６…点火プラグ
７…燃料噴射弁
７１…弁体
７１ｂ…突出部
７２…シート面
７３…燃料溜
７４…噴孔
７５…面取り
【図１】
0003932853.tif 000002
【図２】
0003932853.tif 000003
【図３】
0003932853.tif 000004
【図４】
0003932853.tif 000005
【図５】
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