(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒毎に複数の吸気ポートを有する内燃機関の吸気マニホールドに取り付けられる燃料噴射弁であって、バルブボデーの噴口部に、１つの気筒の複数の吸気ポートに対応してそれ以上の個数の噴孔を有する噴孔プレートを設け、各噴孔の傾斜角度を各々が目標とする吸気ポートに向けて燃料を噴射するように設定した燃料噴射弁において、
同一の吸気ポートに向けて噴射するグループの噴孔は、前記バルブボデーの中心軸を中心とする同一の円周線上に配列され、且つ、各グループ毎に該円周線の径が目標とする流量分配比に応じて設定されて各グループ毎に該円周線の径が異なることをことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
流量分配比が大きい方のグループの噴孔を配列する円周線の径を大きくし、流量分配比が小さい方のグループの噴孔を配列する円周線の径を小さく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３】
各気筒毎に複数の吸気ポートを有する内燃機関の吸気マニホールドに取り付けられる燃料噴射弁であって、バルブボデーの噴口部に、１つの気筒の複数の吸気ポートに対応してそれ以上の個数の噴孔を有する噴孔プレートを設け、各噴孔の傾斜角度を各々が目標とする吸気ポートに向けて噴射するように設定した燃料噴射弁において、
各噴孔毎に各々の傾斜角度に応じて前記バルブボデーの中心軸との間の距離が設定され、且つ、該傾斜角度が大きい方の噴孔の位置が外側に位置すると共に、各噴孔の位置が噴孔毎に異なることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
バルブボデーの噴口部に、複数の噴孔を有する噴孔プレートを設けた燃料噴射弁において、
各噴孔と前記バルブボデーの中心軸との間の距離が目標とする流量分配比に応じて設定され、且つ、前記複数の噴孔のうち、流量分配比を増やしたい噴孔の位置は、前記バルブボデーの中心軸との間の距離が大きくなる方向にずらし、流量分配比を減らしたい噴孔の位置は、前記バルブボデーの中心軸との間の距離が小さくなる方向にずらすことにより調整されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
全ての噴孔が同一の孔径に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バルブボデーの噴口部に、複数の噴孔を有する噴孔プレートを設けた燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高性能エンジンは、各気筒毎に複数の吸気ポート（複数の吸気バルブ）を有するものが多い。このようなエンジンの吸気マニホールドに取り付けられる燃料噴射弁１０は、例えば実開平３−６３７６３号公報（図４及び図５参照）に示すようにバルブボデー１１の噴口部に、複数の噴孔１２ａ，１２ｂを有する噴孔プレート１３を設け、各噴孔１２ａ，１２ｂの傾斜角度（噴射方向）を各々が目標とする吸気ポート１４ａ，１４ｂに向けて燃料を噴射するように設定したものがある。この場合、一方の吸気ポート１４ａに向けて噴射する噴孔１２ａのグループＡと、他方の吸気ポート１４ｂに向けて噴射する噴孔１２ｂのグループＢとの間の流量分配比は、同一の孔径の噴孔１２ａ，１２ｂの個数によって調整されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の燃料噴射弁１０は、グループＡの３個の噴孔１２ａが一直線上に配列されているが、このような配列では、同一の孔径であっても、各噴孔１２ａ間の流量分配比が同一とならない。つまり、バルブボデー１１内では、高圧の燃料がニードルバルブ（図示せず）の外周部の隙間から噴孔プレート１３上に流れ込んでその円周方向に旋回するように流れるため、噴孔プレート１３上の燃料の流速が径方向で違ってくる。しかも、噴孔プレート１３の外周側に近い領域では、ニードルバルブの外周部の隙間から斜め下向きに流れ込む燃料によって、燃料の流れに斜め下向きの流れ成分が含まれ、この斜め下向きの流れ成分が内側の位置になるほど小さくなる。従って、３個の噴孔１２ａが一直線上に配列されていると、各噴孔１２ａに流入する燃料の流速や流入角度に違いが生じて、各噴孔１２ａ間の噴射流量が違ってきてしまう。このため、グループＡ，Ｂ間の流量分配比を噴孔１２ａ，１２ｂの個数によって正確に調整することはできない。
【０００４】
そこで、図６に示すように、噴孔プレート１５の同一円周線上に同一の孔径の噴孔▲１▼〜▲５▼を形成したものがある。この場合も、各噴孔▲１▼〜▲５▼の傾斜角度（噴射方向）は、各々が目標とする吸気ポートに向けて燃料を噴射するように設定されている。
【０００５】
このように、各噴孔▲１▼〜▲５▼を同一円周線上に配置すると、各噴孔１２▲１▼〜▲５▼に流入する燃料の流速や流入角度が同一となるが、各噴孔▲１▼〜▲５▼の傾斜角度が異なるため、同一の孔径であっても、図７に示すように、傾斜角度の相違によって各噴孔▲１▼〜▲５▼間の流量分配比に違いが生じ、目標とする流量分配比が得られない。
【０００６】
ここで、各噴孔▲１▼〜▲５▼の傾斜角度の相違によって流量分配比に違いが生じる理由を説明する。図８に示すように、ニードルバルブ１６とバルブボデー１１との隙間から噴孔プレート１５上に流れ込んだ燃料が各噴孔▲１▼〜▲５▼に流れ込む過程で縮流が発生する。この縮流は、燃料の流れの方向転換に伴う慣性力により発生するため、噴孔▲１▼〜▲５▼の傾斜角度が大きくなるほど、縮流が大きくなる。このため、図７に示すように、噴孔▲１▼〜▲５▼の傾斜角度が大きくなるほど、縮流によって噴射流量が少なくなる。従って、図６のように、同一の孔径の噴孔▲１▼〜▲５▼を同一円周線上に配置しても、傾斜角度の相違によって各噴孔▲１▼〜▲５▼間の流量に違いが生じ、目標とする流量分配比が得られない。尚、図７は、傾斜角度が３０°の噴孔▲５▼の流量を「１００」として、噴孔の傾斜角度と流量比との関係を表したものである。
【０００７】
尚、各噴孔▲１▼〜▲５▼間の流量分配比の調整は、各噴孔▲１▼〜▲５▼の孔径を個々に変えることで行うことができるが、各噴孔▲１▼〜▲５▼毎に孔径を変える加工は、手間がかかりすぎて加工コストが高くなり、低コスト化の要求を満たすことができない。
【０００８】
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、従ってその目的は、各グループ毎の流量分配比又は各噴孔毎の流量分配比の調整を、コストアップの少ない簡単な方法で実現することができる燃料噴射弁を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述したように、同一円周線上に位置する噴孔は、傾斜角度が大きくなるほど、縮流が大きくなって噴射流量が少なくなる。また、噴孔プレートの外周側に近い領域では、ニードルバルブの外周部の隙間から斜め下向きに流れ込む燃料によって、燃料の流れに斜め下向きの流れ成分が含まれ、この斜め下向きの流れ成分が内側の位置になるほど小さくなる。従って、噴孔の位置が内側になるほど、燃料が噴孔に横方向から流入する傾向が強くなって、縮流が大きくなり、噴射流量が少なくなる。
【００１０】
本発明は、このような噴孔の傾斜角度と位置と流量分配比との関係に着目してなされたものであり、請求項１では、同一の吸気ポートに向けて噴射するグループの噴孔を、バルブボデーの中心軸を中心とする同一の円周線上に配列し、且つ、各グループ毎に該円周線の径を、目標とする流量分配比に応じて設定して各グループ毎に該円周線の径を異ならせるようにしたものである。
【００１１】
つまり、同じグループ内の噴孔を同一の円周線上に配列することで、グループ内の各噴孔に流入する燃料の流速や流入角度を同一にして、グループ内の各噴孔間の流量分配比の差を少なくする。更に、グループ毎に噴孔配列円周線の径を調整することで、グループ毎に流量分配比を調整する。例えば、請求項２のように、グループの流量分配比を増やしたい場合には、当該グループの噴孔配列円周線の径を大きくして、当該グループの噴孔の位置を外側にずらせば、当該グループの噴孔に流入する燃料の流れに含まれる斜め下向きの流れ成分が増加するため、縮流が少なくなり、その分、当該グループの流量分配比が増加する。この場合、同じグループ内の噴孔を同一の円周線上に配列するので、各噴孔の位置設定、加工が容易である。
【００１２】
また、請求項３のように、各噴孔毎に各々の傾斜角度に応じてバルブボデーの中心軸との間の距離を設定して、該傾斜角度が大きい方の噴孔の位置を外側に位置させると共に、各噴孔の位置を噴孔毎に異ならせるようにしても良い。例えば、噴孔の傾斜角度が大きくなるほど、該噴孔の位置を外側にずらせば、全ての噴孔の流量分配比を同一にすることができる。
【００１３】
また、請求項４のように、各噴孔とバルブボデーの中心軸との間の距離を目標とする流量分配比に応じて設定し、且つ、各噴孔の流量分配比を該噴孔の位置を外側又は内側にずらすことにより調整するようにしても良い。ここで、「外側」とは、バルブボデーの中心軸との間の距離が大きくなる方向を意味し、「内側」とは、バルブボデーの中心軸との間の距離が小さくなる方向を意味する。つまり、流量分配比を増やしたい噴孔は、外側にずらし、反対に、流量分配比を減らしたい噴孔は、内側にずらせば良い。これにより、各噴孔毎の流量分配比の調整を簡単に行うことができる。
【００１４】
また、請求項５のように、全ての噴孔を同一の孔径に形成することが好ましい。これにより、噴孔プレートに噴孔を形成する加工が容易となり、加工コストを低減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の燃料噴射弁の構成を図１乃至図３に基づいて説明する。本実施形態の燃料噴射弁は、図示はしないが、各気筒毎に例えば２つの吸気ポート（２つの吸気バルブ）を有するエンジンの吸気マニホールドに取り付けられる。この燃料噴射弁は、図１に示すように、ニードルバルブ２０を収納するバルブボデー２１の下部に、テーパ状の弁座部２２が形成され、この弁座部２２の開口が噴口部２３となっている。この噴口部２３は、ニードルバルブ２０を電磁石（図示せず）で上下動させることで開閉される。バルブボデー２１の下端には、噴孔プレート２４が取り付けられている。
【００１６】
図２に示すように、噴孔プレート２４には、例えば５個の同一の孔径の噴孔▲１▼〜▲５▼が形成されている。各噴孔▲１▼〜▲５▼の傾斜角度（噴射方向）は、各々が目標とする吸気ポートに向けて燃料を噴射するように設定されている。５個の噴孔▲１▼〜▲５▼のうち、左側の３個の噴孔▲１▼〜▲３▼は、一方の吸気ポートに向けて燃料を噴射するグループＡに属し、右側の２個の噴孔▲４▼，▲５▼は、他方の吸気ポートに向けて燃料を噴射するグループＢに属する。グループＡの噴孔▲１▼〜▲３▼とグループＢの噴孔▲４▼，▲５▼は、それぞれ異なる径の噴孔配列円周線Ｃａ，Ｃｂ上に配列され、各噴孔配列円周線Ｃａ，Ｃｂの中心は、共にバルブボデー２１の中心軸２５に一致している。本実施形態では、グループＡ，Ｂの噴孔配列円周線Ｃａ，Ｃｂの半径の差（ピッチ差Ｐ）を調整することで、各グループＡ，Ｂの流量分配率をそれぞれ目標値である６０％と４０％とするように設定している。
【００１７】
ところで、従来は、図６に示すように、各噴孔▲１▼〜▲５▼を同一円周線上に配置していたため、噴孔▲１▼〜▲５▼の傾斜角度が大きくなるほど、噴孔▲１▼〜▲５▼内で生じる縮流が大きくなって噴射流量が少なくなり（図７参照）、目標とする流量分配比が得られない。
【００１８】
そこで、本実施形態では、次のような噴孔▲１▼〜▲５▼の傾斜角度と位置と流量分配比との関係に着目して、グループＡ，Ｂの流量分配比を目標値に調整している。つまり、噴孔プレート２４の外周側に近い領域では、ニードルバルブ２０の外周部の隙間から斜め下向きに流れ込む燃料によって、燃料の流れに斜め下向きの流れ成分が含まれ、この斜め下向きの流れ成分が内側の位置になるほど小さくなる。このため、噴孔の位置が内側になるほど、燃料が噴孔に横方向から流入する傾向が強くなって、縮流が大きくなり、噴射流量が少なくなる。換言すれば、噴孔の位置が外側になるほど、燃料が噴孔に斜め上方から流入する傾向が強くなって、縮流が小さくなり、噴射流量が増加する。従って、流量分配比を増やしたい場合には、噴孔の位置を外側にずらせば良く、逆に、流量分配比を減らしたい場合には、噴孔の位置を内側にずらせば良い。
【００１９】
従来（図６）のように、同一の孔径の噴孔▲１▼〜▲５▼を同一円周線上に配置すると、グループＡ（噴孔▲１▼〜▲３▼）の流量分配率が６１％で、目標値（６０％）よりも多くなる。これは、グループＡの噴孔▲１▼〜▲３▼の平均傾斜角度がグループＢの噴孔▲４▼，▲５▼の平均傾斜角度よりも小さいためである。
【００２０】
そこで、本実施形態では、平均傾斜角度が大きいグループＢの噴孔▲４▼，▲５▼を外側の位置に配置し、平均傾斜角度が小さいグループＡの噴孔▲１▼〜▲３▼を内側の位置に配置することで、グループＡとグループＢの流量分配比を目標とする６０：４０に調整している。
【００２１】
本発明者は、グループＡ，Ｂ間のピッチ差Ｐ（２つの噴孔配列円周線Ｃｂ，Ｃａの半径の差）とグループＡの流量分配率との関係を測定したので、その測定結果を図３に示す。この測定結果からも明らかなように、ピッチ差Ｐが大きくなるほど、グループＡの流量分配率が減少し、ピッチ差Ｐが０．１ｍｍの時にグループＡの流量分配率がほぼ目標値（６０％）となる。
【００２２】
前述したように、同一円周線上に位置する噴孔は、傾斜角度が大きくなるほど、縮流が大きくなって噴射流量が少なくなる。
この点に着目し、各噴孔毎に各々の傾斜角度に応じてバルブボデー２１の中心軸２５との間の距離を設定しても良い。例えば、噴孔の傾斜角度が大きくなるほど、該噴孔の位置を外側にずらせば、全ての噴孔の流量分配比を同一にすることができ、グループＡ，Ｂの流量分配比が噴孔の個数に対応したものとなる。
【００２３】
一般に、複数の噴孔を有する噴孔プレートを設けた燃料噴射弁において、各噴孔の流量分配比を調整する場合には、各噴孔とバルブボデーの中心軸との間の距離を目標とする流量分配比に応じて設定すれば良い。つまり、前述した噴孔の位置と流量分配比との関係を考慮し、流量分配比を増やしたい噴孔は、外側にずらし、反対に、流量分配比を減らしたい噴孔は、内側にずらせば良い。これにより、各噴孔毎の流量分配比の調整を簡単に行うことができる。
【００２４】
尚、上記実施形態では、加工性の観点から全ての噴孔を同一径に形成したが、孔径の異なる噴孔を含むようにしても良い。
その他、本発明は、噴孔の個数は、５個に限定されず、複数個であれば良く、また、１つの気筒に設けられる吸気ポート（吸気バルブ）の数も２個に限定されず、３個以上であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すバルブボデー下部の縦断面図
【図２】図１のII−II線に沿って示す横断面図
【図３】グループＡ，Ｂ間のピッチ差ＰとグループＡの流量分配率との関係を示す図
【図４】従来の燃料噴射弁の噴霧形状を説明する図
【図５】従来の噴孔プレートの平面図
【図６】従来の改良した噴孔プレートの平面図
【図７】噴孔の傾斜角度と流量比との関係を示す図
【図８】噴孔内への燃料の流れ方を説明する噴孔周辺部分の拡大縦断面図
【符号の説明】
２０…ニードルバルブ、２１…バルブボデー、２２…弁座部、２３…噴口部、２４…噴孔プレート、２５…中心軸、▲１▼〜▲５▼…噴孔、Ａ，Ｂ…グループ、Ｃａ，Ｃｂ…円周線。
【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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