(57)【要約】【課題】適正に燃料の微粒化を促進することができる燃料噴射弁及び内燃機関を提供する。【解決手段】燃料が通過可能な燃料通路が設けられたハウジングと、ハウジング内に移動自在に支持される弁体と、ハウジングの先端部６７に燃料通路と連通して設けられ弁体の移動に伴って燃料を噴射可能であると共に、波型のスリット形状に形成される噴射口６５とを備えることを特徴するので、燃料の微粒化促進とオイル希釈の低減とを適正に両立することができ、したがって、適正に燃料の微粒化を促進することができる。【選択図】図１
2009236056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が通過可能な燃料通路が設けられたハウジングと、
前記ハウジング内に移動自在に支持される弁体と、
前記ハウジングの先端部に前記燃料通路と連通して設けられ前記弁体の移動に伴って前記燃料を噴射可能であると共に、波型のスリット形状に形成される噴射口とを備えることを特徴する、
燃料噴射弁。
【請求項２】
前記噴射口は、前記スリットの中心に対して点対称な形状に形成され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】
前記噴射口は、前記スリットの厚みが一定に形成されることを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記噴射口は、前記波型の部分が一定の曲率を有した周期的な形状に形成されることを特徴とする、
請求項１乃至請求項３のいずれか1項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記噴射口は、前記波型の部分が一定の角度を有した周期的な形状に形成されることを特徴とする、
請求項１乃至請求項４のいずれか1項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、
前記燃料が通過可能な燃料通路が設けられたハウジングと、前記ハウジング内に移動自在に支持される弁体と、前記ハウジングの先端部に前記燃料通路と連通して設けられ前記弁体の移動に伴って前記燃料を前記燃焼室に直接噴射可能であると共に、波型のスリット形状に形成される噴射口とを有する燃料噴射手段とを備えることを特徴とする、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁及び内燃機関に関し、特に、燃焼室に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の燃料噴射弁及び内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料を吸気ポートではなく、燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁を有する内燃機関、いわゆる、筒内直接噴射式の内燃機関が知られている。このような従来の燃料噴射弁として、例えば、特許文献１に記載されている燃料噴射弁は、ノズルチップに燃料噴孔を穿設したディーゼル機関の燃料噴射弁において、この燃料噴孔（噴射口）を１個のスリット状噴孔に形成することで、燃料噴孔からの燃料噴霧をフラットで厚みの薄い噴霧として燃焼速度を早めてＮＯx の発生の低減を図っている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２７２４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載されている燃料噴射弁では、例えば、燃料の微粒化を促進するためにスリット状の噴射口の短辺方向の長さ（厚み）を短くすると共に、スリット状の噴射口にて必要な燃料流量、言い換えれば、必要な単位時間当たりの燃料噴射量を確保するためにスリット状の噴射口の長辺方向の長さ（幅）を長くすると、例えば、内燃機関のシリンダボアに付着する燃料が増加し、このシリンダボア下方に設けられるクランクケース底部に貯留されるオイルに燃料が流入し、この結果、オイル希釈をまねくおそれがあった。
【０００５】
そこで本発明は、適正に燃料の微粒化を促進することができる燃料噴射弁及び内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による燃料噴射弁は、燃料が通過可能な燃料通路が設けられたハウジングと、前記ハウジング内に移動自在に支持される弁体と、前記ハウジングの先端部に前記燃料通路と連通して設けられ前記弁体の移動に伴って前記燃料を噴射可能であると共に、波型のスリット形状に形成される噴射口とを備えることを特徴する。
【０００７】
請求項２に係る発明による燃料噴射弁では、前記噴射口は、前記スリットの中心に対して点対称な形状に形成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明による燃料噴射弁では、前記噴射口は、前記スリットの厚みが一定に形成されることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明による燃料噴射弁では、前記噴射口は、前記波型の部分が一定の曲率を有した周期的な形状に形成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明による燃料噴射弁では、前記噴射口は、前記波型の部分が一定の角度を有した周期的な形状に形成されることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明による内燃機関は、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室と、前記燃料が通過可能な燃料通路が設けられたハウジングと、前記ハウジング内に移動自在に支持される弁体と、前記ハウジングの先端部に前記燃料通路と連通して設けられ前記弁体の移動に伴って前記燃料を前記燃焼室に直接噴射可能であると共に、波型のスリット形状に形成される噴射口とを有する燃料噴射手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る燃料噴射弁によれば、ハウジングの先端部に燃料通路と連通して設けられ弁体の移動に伴って燃料を噴射可能であると共に、波型のスリット形状に形成される噴射口を備えるので、適正に燃料の微粒化を促進することができる。
【００１３】
本発明に係る内燃機関によれば、ハウジングの先端部に燃料通路と連通して設けられ弁体の移動に伴って燃料を燃焼室に直接噴射可能であると共に、波型のスリット形状に形成される噴射口を有する燃料噴射手段を備えるので、適正に燃料の微粒化を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る燃料噴射弁及び内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る燃料噴射弁の噴射口の正面図（燃焼室側から見た図）、図２は、本発明の実施例１に係る燃料噴射弁を適用したエンジンを表す概略構成図、図３は、本発明の実施例１に係るエンジンの燃焼室を含む部分断面図、図４は、本発明の実施例１に係る燃料噴射弁を表す要部縦断面図、図５は、本発明の実施例１に係る燃料噴射弁の噴射口と比較例に係る燃料噴射弁の噴射口とを説明する正面図、図６は、本発明の実施例１に係る燃料噴射弁と比較例に係る燃料噴射弁とを比較するための模式図である。
【００１６】
本実施形態に係る燃料噴射弁４１は、図２、図３に示すように、内燃機関としてのエンジン１０に適用される。本実施例１に係るエンジン１０は乗用車、トラックなどの車両に搭載され、燃料噴射弁４１によって燃料噴霧４１ａ（図３参照）を燃焼室１８に直接噴射する多気筒筒内噴射式のエンジンであり、シリンダボア１３内に往復運動可能に設けられるピストン１４が２往復する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う、いわゆる４サイクルエンジンである。
【００１７】
このエンジン１０は、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。なお、このクランクケース１５の底部には、エンジン１０の各部に供給されるオイルが貯留されている。
【００１８】
燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面としての筒内天井部１２ａ（図３参照）とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部、すなわち、シリンダヘッド１２の下面としての筒内天井部１２ａの中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。燃焼室１８は、燃料と空気との混合気が燃焼可能であり、この燃焼室１８の上部である筒内天井部１２ａに吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図２にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。
【００１９】
なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。 
【００２０】
したがって、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。
【００２１】
また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ-ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ）２７，２８となっている。この可変動弁手段としての吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムシャフトスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角又は遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角又は遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。
【００２２】
吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の空気流動方向下流側にスロットル弁３９を有する負荷調節手段としての電子スロットル装置４０が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射する燃料噴射手段としての燃料噴射弁４１が装着されている。この燃料噴射弁４１は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜して配置されている。この燃料噴射弁４１は、燃焼室１８に生成される吸気流動に燃料が乗るようにピストン１４の頂面に向かって燃料を噴射可能である。各気筒に装着される燃料噴射弁４１は、デリバリパイプ４２に連結され、このデリバリパイプ４２には、高圧燃料供給管４３を介して高圧燃料ポンプ（燃料ポンプ）４４が連結されている。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ４５が装着されている。
【００２３】
一方、排気ポート２０には、排気マニホールド４６を介して排気管４７が連結されており、この排気管４７には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する三元触媒４８，４９が装着されている。また、エンジン１０には、クランキングを行うスタータモータ５０が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。
【００２４】
ところで、車両にはマイクロコンピュータを中心として構成されエンジン１０の各部を制御可能な電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、燃料噴射弁４１や点火プラグ４５などを制御可能となっている。すなわち、吸気管３７の空気流動方向上流側にはエアフローセンサ５２及び吸気温センサ５３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ５４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力している。ここで、ＥＣＵ５１は、検出されたスロットル開度や吸入空気量に基づいて内燃機関負荷としてのエンジン負荷（負荷率）を算出することができる。アクセルポジションセンサ５６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ５１に出力している。更に、エンジン１０のクランク角度を検出するクランク角度検出手段としてのクランク角センサ５７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト１６の回転速度に対応し、このクランクシャフト１６の回転速度が高くなれば、クランクシャフト１６の回転数、すなわち、エンジン１０のエンジン回転数も高くなる。
【００２５】
また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５８が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ５１に出力している。また、各燃料噴射弁４１に連通するデリバリパイプ４２には燃料圧力を検出する燃圧センサ５９が設けられており、検出した燃料圧力をＥＣＵ５１に出力している。一方、排気管４７には、三元触媒４８の排気ガス流動方向上流側にエンジン１０の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ６０、排気ガス流動方向下流側に酸素センサ６１が設けられている。Ａ／Ｆセンサ６０は、三元触媒４８に導入される前の排気ガスの排気ガス空燃比を検出し、検出した空燃比をＥＣＵ５１に出力し、酸素センサ６１は、三元触媒４８から排出された後の排気ガスの酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をＥＣＵ５１に出力している。このＡ／Ｆセンサ６０により検出された空燃比（推定空燃比）は、吸入空気と燃料とからなる混合ガスの空燃比（理論空燃比）をフィードバック制御するために用いられる。すなわち、Ａ／Ｆセンサ６０は、排気ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度から排気空燃比をリッチ域からリーン域までの全域にわたり検出し、これをＥＣＵ５１にフィードバックすることにより燃料噴射量を補正し、燃焼を運転状態に合わせた最適な燃焼状態に制御可能となる。
【００２６】
したがって、ＥＣＵ５１は、検出した燃料圧力に基づいてこの燃料圧力が所定圧力となるように高圧燃料ポンプ４４を駆動すると共に、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射期間）、噴射時期、点火時期などを決定し、燃料噴射弁４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ５１は、検出した排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。
【００２７】
また、ＥＣＵ５１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時、エンジン始動時、アイドル運転時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９又は燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。更に、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。 
【００２８】
上記のように構成されるエンジン１０では、ピストン１４がシリンダボア１３内を下降することで、吸気ポート１９を介して燃焼室１８内に空気が吸入され（吸気行程）、このピストン１４が吸気行程下死点を経てシリンダボア１３内を上昇することで空気が圧縮される（圧縮行程）。このとき、吸気行程又は圧縮行程にて燃料噴射弁４１から燃焼室１８内へ燃料が噴射され、この燃料と空気とが混合して混合気を形成する。そして、ピストン１４が圧縮行程上死点付近に近づくと点火プラグ４５により混合気に点火され、該混合気が燃焼し、その燃焼圧力によりピストン１４を下降させる（膨張行程）。燃焼後の混合気は、ピストン１４が膨張行程下死点を経て吸気行程上死点に向かって再び上昇することで排気ポート２０を介して排気ガスとして放出される（排気行程）。このピストン１４のシリンダボア１３内での往復運動は、コネクティングロッド１７を介してクランクシャフト１６に伝えられ、ここで回転運動に変換され、出力として取り出されると共に、このピストン１４は、カウンタウェイトと共にクランクシャフト１６が慣性力によりさらに回転することで、このクランクシャフト１６の回転に伴ってシリンダボア１３内を往復する。このクランクシャフト１６が２回転することで、ピストン１４はシリンダボア１３を２往復し、この間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行い、燃焼室１８内で１回の爆発が行われる。
【００２９】
なお、本実施例１のエンジン１０は、運転条件に対応して２つの燃焼形態を利用している。この２つの燃焼形態は、圧縮行程時に燃料噴射を行うことで混合気を点火プラグ４５近傍に集中させ成層化し空燃比がリーン（酸素過多雰囲気）状態での運転を実現可能とする成層燃焼と、吸気行程時に燃料噴射を行い、十分な混合時間をとることで、燃焼室全体に噴霧を均質に分散させ空燃比がストイキ（理論空燃比）状態での運転を実現可能とする均質燃焼である。ここでは、エンジン１０は、ピストン１４の頂面の吸気側部分に成層燃焼を成立させるための凹状のキャビティ１４ａ（図３参照）が形成されている。このエンジン１０は、成層燃焼には、圧縮行程時に燃料噴射弁４１からこのキャビティ１４ａに向けて燃料を噴射することで、ピストン１４のキャビティ１４ａの壁に沿って燃料噴霧が案内され、この燃料噴霧の噴流に点火プラグ４５に向かう指向性が付加され、よって、点火プラグ４５まで混合気を案内することができ、この点火プラグ４５近傍に成層混合気を形成することができる。本実施例１のエンジン１０は、エンジン回転数とスロットル開度とに基づいて燃料噴射モードを決定しており、例えば、全運転条件の中で比較的低負荷及び低回転の運転領域にて成層燃焼を行う一方、比較的高負荷及び高回転の運転領域にて均質燃焼を行う。
【００３０】
このように構成されたエンジン１０に搭載された燃料噴射弁４１は、図４に示すように、ハウジング６２と、弁体としてのニードル弁６３と、燃料通路６４と、噴射口６５とを備えている。
【００３１】
ハウジング６２は、本体部６６と、先端部６７とを有する。本体部６６は、中空円筒形状をなす。先端部６７は、本体部６６の中心軸線と同軸の中空円筒形状をなし、中空部が本体部６６の中空部と連続するように形成される。この先端部６７は、本体部６６より小径に形成される。この先端部６７は、球面形状をなすサック部６８が形成されると共に、内部の中空部と連通するように外部に開口する噴射口６５が形成されている。
【００３２】
ニードル弁６３は、円盤形状をなすフランジ部６９から円柱形状をなす弁本体７０が一体に下方に延出して構成される。ニードル弁６３は、フランジ部６９の外周面がハウジング６２における本体部６６の内周面に嵌合し、且つ、軸線方向（図４にて上下方向）に沿って移動自在に支持されている。また、ニードル弁６３は、弁本体７０の外周面がハウジング６２における先端部６７の内周面に所定の隙間をもって挿入され、円錐形状をなす先端面７１が先端部６７の傾斜面７２に当接し、ここにシール部が形成されている。
【００３３】
したがって、ハウジング６２とニードル弁６３との間に燃料通路６４が形成されることとなり、この燃料通路６４の下端部側はサック部６８を介して噴射口６５に連通可能となっている。そして、ニードル弁６３の先端面７１がハウジング６２の傾斜面７２に当接することで燃料通路６４を遮断することができる一方、先端面７１が傾斜面７２から離れたときに燃料通路６４を開放し、燃料通路６４にある燃料をサック部６８を介して噴射口６５から外部（燃焼室１８）に噴射することができる。すなわち、この噴射口６５は、ハウジング６２の先端部６７に燃料通路６４と連通して設けられニードル弁６３の移動に伴って燃料を噴射可能である。
【００３４】
また、ハウジング６２内には、支持リング７３を介して支持板７４が固定されており、この支持板７４とニードル弁６３との間にはコイルスプリング７５が圧縮状態で介装されている。したがって、ニードル弁６３は、コイルスプリング７５の付勢力により先端面７１がハウジング６２の傾斜面７２に密着して燃料通路６４を遮断する方向に付勢されている。一方、ハウジング６２の壁内には、ニードル弁６３のフランジ部６９に対向し、且つ、若干上方に位置してソレノイド７６が内蔵されている。したがって、ソレノイド７６へ通電すると、吸引力が発生してコイルスプリング７５の付勢力に抗してニードル弁６３を上方に移動し、先端面７１がハウジング６２の傾斜面７２から離間することで、燃料通路６４を開放することができる。
【００３５】
なお、燃料噴射弁４１の基端部には、デリバリパイプ４２（図２参照）、高圧燃料供給管４３（図２参照）を介して高圧燃料ポンプ４４（図２参照）などが連結されており、ハウジング６２内を通して燃料通路６４の上流側に所定圧の燃料が供給されている。
【００３６】
ところで、上記のように構成される燃料噴射弁４１は、燃焼室１８に噴射した燃料の微粒化を促進するために噴射口６５をスリット状に形成しこのスリット形状の短辺方向の長さ（厚み）を短くすると共に、このスリット状の噴射口６５にて必要な所定の燃料流量、言い換えれば、必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を確保するためにスリット状の噴射口６５の長辺方向の長さ（幅）を長くすると、例えば、シリンダボア１３に付着する燃料が増加し、シリンダボア１３の壁面に付着した燃料がピストンリングを介してクランクケース１５の底部に貯留されるオイルに燃料が流入し、この結果、オイル希釈をまねき、エンジン品質の低下をまねくおそれがある。
【００３７】
すなわち、スリット状の噴射口６５の短辺方向の長さ（厚み）を短くした上で必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を確保するために長辺方向の長さ（幅）を長くすると、その分、燃料噴霧４１ａ（図３参照）も幅が広く広角な噴霧形状となり、このため、この燃料噴霧４１ａの外端部がシリンダボア１３の壁面に衝突するおそれがある。燃料噴霧４１ａの外端部がシリンダボア１３の壁面に衝突すると、シリンダボア１３に付着する燃料が増加し、この結果、シリンダボア１３の壁面に付着した燃料がピストンリングを介してクランクケース１５の底部に貯留されるオイルに燃料が流入し、オイル希釈をまねくおそれがある。
【００３８】
そこで、本実施例の燃料噴射弁４１は、図１に示すように、噴射口６５を波型のスリット形状に形成することで、適正に燃料の微粒化を促進している。
【００３９】
この噴射口６５は、波型のスリット形状に形成されることで、例えば、噴射口６５を直線的なスリット形状に形成する場合と比較して、スリットの全長Ｌ（以下、「スリット全長Ｌ」という。）を相対的に長く確保することができる。このため、噴射口６５は、波型のスリット形状に形成されることで、スリット状の短辺方向の長さ、すなわち、スリットの厚みｔ（以下、「スリット厚みｔ」という。）を燃料の微粒化を良好に促進できる程度に薄く設定すると共に、スリット状の長辺方向の長さ、すなわち、スリットの幅Ｗ（以下、「スリット幅Ｗ」という。）を燃料噴霧４１ａの外端部がシリンダボア１３の壁面に衝突しない程度に狭く設定した上で、スリット全長Ｌを長くすることができる。この結果、燃料噴射弁４１は、このスリット状の噴射口６５にて、スリット幅Ｗを広くすることなくスリット全長Ｌを長くすることができることから、スリット厚みｔを薄く設定した上で、必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を噴射できる噴射口面積（スリット面積）を確保することができる。これにより、燃料噴射弁４１は、スリット状の噴射口６５を波型に形成することで、噴射口６５にて必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を確保することができると共に、スリット厚みｔを薄く設定することで、燃料噴霧４１ａのペネトレーション（貫徹力）を低く抑え燃料の微粒化を促進することができ、かつ、スリット幅Ｗを所定よりも狭く設定することで、シリンダボア１３への燃料付着を抑制しオイル希釈を低減することができる。つまり、燃料噴射弁４１は、スリット状の噴射口６５を波型に形成することで、燃料の微粒化促進とオイル希釈の低減とを適正に両立することができ、したがって、適正に燃料の微粒化を促進することができる。
【００４０】
ここで、スリット厚みｔは、波型スリット形状の噴射口６５にて、互いに対向する一対の波型状の波型端部６５ａ間の距離に相当する。スリット幅Ｗは、波型スリット形状の噴射口６５にて、一対の波型端部６５ａの両端に位置する一対の外端部６５ｂ間の距離である。また、このスリットの幅方向（すなわち、長辺方向）は、噴射口６５から噴射される偏平な燃料噴霧４１ａの長手方向（偏平方向）となる。スリットの全長Ｌは、波型スリット形状の噴射口６５にて、スリット厚みｔ方向の中心を通る中心線に沿った一方の外端部６５ｂから他方の外端部６５ｂまでの長さである。
【００４１】
そして、この噴射口６５は、スリットの中心Ｏ（以下、「スリット中心Ｏ」という。）に対して点対称な形状に形成される。これにより、燃料噴射弁４１は、噴射口６５がスリット中心Ｏに対して点対称な形状に形成されることで、燃焼室１８内で燃料噴霧４１ａに偏りが生じることを抑制することができる。なお、このスリット中心Ｏは、噴射口６５にて、スリットの幅方向の中心線とスリット幅方向に直交する方向の中心線とが交差する点であり、ここでは、先端部６７の中心軸線Ａ（図４参照）とほぼ一致した位置に設定されている。
【００４２】
また、この噴射口６５は、スリット厚みｔが一定に形成される。これにより、燃料噴射弁４１は、噴射口６５のスリット厚みｔが一定に形成されることで、噴射口６５から噴射される燃料噴霧４１ａにムラが発生することを抑制することができる。
【００４３】
さらに、この噴射口６５は、波型の部分が一定の曲率を有した周期的な形状に形成される。すなわち、噴射口６５の一対の波型端部６５ａは、それぞれ、一定の曲率を有した周期的な形状に形成され、スリット幅方向に直交する方向への振幅が一定の波型に形成される。これにより、燃料噴射弁４１は、噴射口６５の波型の部分が一定の曲率を有した周期的な形状に形成されることでも、噴射口６５から噴射される燃料噴霧４１ａにムラが発生することを抑制することができる。なお、ここでは、噴射口６５は、３周期分程度の曲面波型形状に形成されるものとして図示しているが、これに限らず、例えば、２つ以上の曲面部（波型部分）を含んだ１周期分程度の曲面波型形状であってもよい。
【００４４】
上記のように構成される燃料噴射弁４１は、図１、図４に示すように、ニードル弁６３がコイルスプリング７５の付勢力により燃料通路６４を閉止している状態から、ソレノイド７６へ通電すると、ニードル弁６３がコイルスプリング７５の付勢力に抗して上方（先端部６７から離間する方向）に移動することで燃料通路６４を開放し、燃料通路６４の燃料がサック部６８に供給され、このサック部６８から噴射口６５を通して燃焼室１８に噴射される。そして、所定期間が経過すると、ソレノイド７６への通電が停止され、ニードル弁６３がコイルスプリング７５の付勢力により下方（先端部６７に接近する方向）に移動することで燃料通路６４を閉止し、燃料通路６４からサック部６８への燃料供給が停止され、噴射口６５からの燃料噴射が終了する。
【００４５】
このとき、燃料噴射弁４１は、噴射口６５が波型のスリット形状に形成されることで、スリット厚みｔを薄く設定した上で、スリット幅Ｗを広くすることなく十分なスリット全長Ｌが確保され十分な噴射口面積が確保されることから、噴射口６５にて必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を確保できると共に、燃料の微粒化を促進することができ、かつ、シリンダボア１３への燃料付着を抑制しオイル希釈を低減することができる。
【００４６】
次に、図５、図６を参照して実施例１に係る燃料噴射弁４１と比較例に係る燃料噴射弁とを比較する。
【００４７】
図５は、本発明の実施例１に係る燃料噴射弁４１の噴射口６５と比較例に係る燃料噴射弁の噴射口０６５、００６５とを説明する正面図である。
【００４８】
比較例１の燃料噴射弁は、噴射口０６５が直線的なスリット形状に形成され、スリット厚みｔがｔ１、スリット幅ＷがＷ１に設定されている。比較例２の燃料噴射弁は、噴射口００６５が直線的なスリット形状に形成され、スリット厚みｔがｔ１より薄いｔ２、スリット幅ＷがＷ１より広いＷ２に設定される。
【００４９】
これに対し、実施例１の燃料噴射弁４１は、上述したように、噴射口６５が波型のスリット形状に形成され、スリット厚みｔが比較例２の噴射口００６５と同等のｔ２、スリット幅Ｗが比較例１の噴射口０６５と同等のＷ１に設定されている。また、実施例１の燃料噴射弁４１は、上述したように、噴射口６５がスリット中心Ｏに対して点対称な形状に形成され、スリット厚みｔが一定に形成され、波型の部分が一定の曲率を有した周期的な形状に形成される。
【００５０】
図６は、本発明の実施例１に係る燃料噴射弁４１の噴射口６５と比較例に係る燃料噴射弁の噴射口０６５、００６５とを比較するための模式図である。本図は、スリット幅方向断面及びスリット幅方向に直交する方向の断面における噴射口６５、０６５、００６５と燃料噴霧４１ａの形状との関係を図示している。ここでは、比較例１、比較例２及び実施例１に関し、それぞれ、スリット幅方向及びスリット幅方向に直交する方向における模式的断面図を上段に、燃料噴霧４１ａの模式的な噴霧形状を下段に図示し、さらに、スリット幅方向断面の噴霧形状の模式図には、シリンダボア１３の平面図も模式的に図示している。
【００５１】
まず、比較例１の燃料噴射弁は、噴射口０６５が直線的なスリット形状に形成され、スリット幅ＷがＷ１に設定されており、噴射口０６５から噴射された燃料噴霧４１ａ（スリット幅方向に沿った幅Ｗ１’）は、外端部がシリンダボア１３の壁面にほとんど付着せず、このため、オイル希釈は抑制される。一方、噴射口０６５は、スリット厚みｔがｔ１に設定されており、噴射口０６５から噴射された燃料噴霧４１ａ（スリット厚み方向に沿った厚みｔ１’）は、微粒化が良好に促進できておらず、燃料の微粒化促進とオイル希釈の低減とを適正に両立できていない。
【００５２】
なお、比較例１の燃料噴射弁は、例えば、高圧燃料ポンプ４４の駆動を制御してデリバリパイプ４２内の燃料圧力を増加させるなどして噴射口０６５から噴射される燃料の流速を上げることで、燃料の微粒化を促進することもできる。しかしながらこの場合、燃料の流速を上げることで、噴射口０６５から燃料の噴射方向への燃料噴霧４１ａの長さ（燃料噴射方向に沿った噴射口０６５から燃料噴霧４１ａの噴霧先端部までの長さ）、いわゆる、噴霧長（図６参照）が長くなってしまい、結果的に、シリンダボア１３の壁面への燃料の付着が増加し、オイル希釈が増加し、やはり、適正に燃料の微粒化を促進することができないおそれがある。
【００５３】
次に、比較例２の燃料噴射弁は、噴射口００６５が直線的なスリット形状に形成され、スリット厚みｔがｔ１より薄いｔ２に設定されており、噴射口００６５から噴射された燃料噴霧４１ａ（スリット厚み方向に沿った厚みｔ２’＜ ｔ１’）は、微粒化が良好に促進される。また、噴射口００６５は、スリット幅ＷがＷ１より広いＷ２に設定されており、スリット幅Ｗを広くすることで比較例１の噴射口０６５よりスリット全長を長くし、必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を噴射できる噴射口面積を確保している。しかしながら、この場合、スリット幅Ｗを広くすることで、噴射口００６５から噴射された幅Ｗ２’の燃料噴霧４１ａは、相対的に広角となり、外端部がシリンダボア１３の壁面に衝突し、燃料の付着量が増加してしまうため、適正にオイル希釈の低減ができておらず、燃料の微粒化促進とオイル希釈の低減とを適正に両立できていない。
【００５４】
なお、比較例２の燃料噴射弁は、例えば、スリット厚みｔをｔ１より薄いｔ２に設定して燃料の微粒化を促進した上でスリット幅Ｗを比較例１の噴射口０６５と同等のＷ１とすることで、オイル希釈を低減することもできる。しかしながらこの場合、スリット幅ＷをＷ１とすることで、必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を噴射できる噴射口面積を確保できず、例えば、エンジン１０の高回転・高負荷運転時など、多量の燃料を短時間で噴射する必要があるような運転状態で、噴射口００６５から適正な量の燃料を噴射することができず、やはり、適正に燃料の微粒化を促進することができないおそれがある。
【００５５】
また、比較例２の燃料噴射弁は、例えば、スリット厚みｔをｔ１より薄いｔ２に設定して燃料の微粒化を促進した上でスリット幅Ｗを比較例１の噴射口０６５と同等のＷ１とすることでオイル希釈を低減し、さらに、この直線的なスリット形状の噴射口００６５をスリット厚み方向に２つ並べて設けることで、必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を噴射できる噴射口面積を確保することもできる。しかしながら、この場合、２つ噴射口００６５から噴射される燃料噴霧４１ａの厚みが増加してしまうために、燃料噴霧４１ａがピストン１４（図３参照）やシリンダヘッド１２（図３参照）に直撃することで、ピストン１４やシリンダヘッド１２に付着する燃料量が増加するおそれがあり、粒子状物質、いわゆる、パティキュレートマター（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）やスモークが増加するおそれがあり、やはり、適正に燃料の微粒化を促進することができないおそれがある。
【００５６】
これに対し、実施例１の燃料噴射弁４１は、噴射口６５が波型のスリット形状に形成され、スリット厚みｔがｔ１より薄いｔ２に設定されており、噴射口６５から噴射された燃料噴霧４１ａ（スリット厚み方向に沿った厚みｔ２’＜ ｔ１’）は、微粒化が良好に促進される。また、噴射口６５は、スリット幅Ｗが比較例１と同等のＷ１に設定されており、噴射口６５から噴射されたスリット幅方向に沿った幅Ｗ１’の燃料噴霧４１ａは、外端部がシリンダボア１３の壁面にほとんど接触せず、このため、オイル希釈も抑制される。そして、噴射口６５は、波型のスリット形状に形成され、スリット幅Ｗを広くすることなく十分なスリット全長Ｌを確保し十分な噴射口面積を確保していることから、噴射口６５にて必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を確保でき、したがって、例えば、エンジン１０の高回転・高負荷運転時など、多量の燃料を短時間で噴射する必要があるような運転状態であっても、噴射口６５から適正な量の燃料を噴射することができる。
【００５７】
また、実施例１の燃料噴射弁４１は、例えば、高圧燃料ポンプ４４の駆動を制御してデリバリパイプ４２内の燃料圧力を増加させるなどして噴射口６５から噴射される燃料の流速を上げることで燃料の微粒化を促進する必要もないので、いわゆる、噴霧長が長くなることも防止することができる。さらに、実施例１の燃料噴射弁４１は、直線的なスリット形状の噴射口をスリット厚み方向に２つ並べて設けた場合と比較して、燃料噴霧４１ａの厚みが増加することもないので、燃料噴霧４１ａがピストン１４（図３参照）やシリンダヘッド１２（図３参照）に直撃し付着する燃料量が増加することも防止することができ、ＰＭやスモークが増加することを防止することもできる。
【００５８】
以上で説明した本発明の実施例に係る燃料噴射弁４１によれば、燃料が通過可能な燃料通路６４が設けられたハウジング６２と、ハウジング６２内に移動自在に支持されるニードル弁６３と、ハウジング６２の先端部６７に燃料通路６４と連通して設けられニードル弁６３の移動に伴って燃料を噴射可能であると共に、波型のスリット形状に形成される噴射口６５とを備える。
【００５９】
また、以上で説明した本発明の実施例に係るエンジン１０によれば、空気と燃料との混合気が燃焼可能な燃焼室１８と、燃料が通過可能な燃料通路６４が設けられたハウジング６２とハウジング６２内に移動自在に支持されるニードル弁６３とハウジング６２の先端部６７に燃料通路６４と連通して設けられニードル弁６３の移動に伴って燃料を燃焼室１８に直接噴射可能であると共に、波型のスリット形状に形成される噴射口６５とを有する燃料噴射弁４１とを備える。
【００６０】
したがって、燃料噴射弁４１の噴射口６５が波型のスリット形状に形成されることで、スリット厚みｔを薄く設定した上で、スリット幅Ｗを広くすることなく十分なスリット全長Ｌを確保し十分な噴射口面積を確保することができることから、噴射口６５にて必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を確保できると共に、燃料の微粒化を促進することができ、かつ、シリンダボア１３への燃料付着を抑制しオイル希釈を低減することができる。この結果、燃料の微粒化促進とオイル希釈の低減とを適正に両立でき、適正に燃料の微粒化を促進することができ、混合気の均質性を向上することができる。
【００６１】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る燃料噴射弁４１によれば、噴射口６５は、スリット中心Ｏに対して点対称な形状に形成される。したがって、燃料噴射弁４１は、燃焼室１８内で燃料噴霧４１ａに偏りが生じることを抑制することができ、混合気の空気と燃料との均質性が悪化することを抑制することができる。
【００６２】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る燃料噴射弁４１によれば、噴射口６５は、スリット厚みｔが一定に形成される。したがって、燃料噴射弁４１は、噴射口６５から噴射される燃料噴霧４１ａにムラが発生することを抑制することができ、混合気の空気と燃料との均質性が悪化することを抑制することができる。
【００６３】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る燃料噴射弁４１によれば、噴射口６５は、波型の部分が一定の曲率を有した周期的な形状に形成される。したがって、燃料噴射弁４１は、これによっても噴射口６５から噴射される燃料噴霧４１ａにムラが発生することを抑制することができ、混合気の空気と燃料との均質性が悪化することを抑制することができる。
【００６４】
なお、上述した本発明の実施例に係る燃料噴射弁及び内燃機関は、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、噴射口６５は、スリット中心Ｏに対して点対称な形状に形成され、スリット厚みｔが一定に形成され、波型の部分が一定の曲率を有した周期的な形状に形成されるものとして説明したが、これに限らない。例えば、噴射口６５は、スリット中心Ｏに対して非対称な形状に形成されてもよい。この場合、例えば、噴射口６５から噴射される燃料噴霧４１ａと吸気弁２１との干渉を避けるような形状に噴射口６５を形成することで、燃料の飛び散りを抑制しＰＭやスモークを効果的に抑制することも可能となる。
【実施例２】
【００６５】
図７は、本発明の実施例２に係る燃料噴射弁の噴射口の正面図（燃焼室側から見た図）である。実施例２に係る燃料噴射弁は、実施例１に係る燃料噴射弁と略同様の構成であるが、噴射口の形状の点で実施例１に係る燃料噴射弁とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。また、主要部分の構成については図２乃至図４を参照する。
【００６６】
本実施例の燃料噴射手段としての燃料噴射弁２４１は、上述の実施例１の燃料噴射弁４１と同様に、内燃機関としてのエンジン１０（図２参照）に適用され、燃料噴霧４１ａ（図３参照）を燃焼室１８に直接噴射するものである。
【００６７】
そして、燃料噴射弁２４１は、図７に示すように、先端部６７に波型のスリット形状に形成される噴射口２６５が設けられる。噴射口２６５は、スリット幅方向と直交する方向に互いに対向する一対の波型状の波型端部２６５ａと、波型端部２６５ａの両端に位置しスリット幅方向に互い対向する一対の外端部２６５ｂにより形成される。
【００６８】
そして、噴射口２６５は、波型の部分が一定の角度を有した周期的な形状に形成される。すなわち、噴射口２６５の一対の波型端部２６５ａは、それぞれ、各角部の角度が一定の角度θに設定された周期的な形状に形成され、スリット幅方向に直交する方向への振幅が一定の波型に形成される。これにより、燃料噴射弁２４１は、噴射口２６５の波型の部分が一定の角度θを有した周期的な形状に形成されることで、噴射口２６５の形状がより単純な形状となることから、先端部６７に噴射口２６５を設ける際の加工を容易化することができる。なお、ここでは、噴射口２６５は、４周期分程度の角状波型形状に形成されるものとして図示しているが、これに限らず、例えば、２つ以上の角部（波型部分）を含んだ１周期分程度の角状波型形状であってもよい。
【００６９】
以上で説明した本発明の実施例に係る燃料噴射弁２４１によれば、燃料噴射弁２４１の噴射口２６５が波型のスリット形状に形成されることで、スリット厚みｔを薄く設定した上で、スリット幅Ｗを広くすることなく十分なスリット全長Ｌを確保し十分な噴射口面積を確保することができることから、噴射口２６５にて必要な所定の単位時間当たりの燃料噴射量を確保できると共に、燃料の微粒化を促進することができ、かつ、シリンダボア１３への燃料付着を抑制しオイル希釈を低減することができる。この結果、燃料の微粒化促進とオイル希釈の低減とを適正に両立でき、適正に燃料の微粒化を促進することができ、混合気の均質性を向上することができる。
【００７０】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る燃料噴射弁２４１によれば、噴射口２６５は、波型の部分が一定の角度θを有した周期的な形状に形成される。したがって、燃料噴射弁２４１は、噴射口２６５の形状がより単純な形状となることから、先端部６７に噴射口２６５を設ける際の加工を容易化することができ、この結果、製造コストの上昇を抑制することができる。
【００７１】
なお、上述した本発明の実施例に係る燃料噴射弁及び内燃機関は、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上で説明した実施例では、燃料噴射弁４１、２４１が吸気ポート１９側に配置し、先端部を下方に所定角度傾斜して排気ポート２０側に向けて燃料を噴射可能としたが、この構成に限定されるものではない。すなわち、燃料噴射弁４１、２４１を排気ポート２０側に配置し、先端部を下方に所定角度傾斜し、吸気ポート１９側に向けて燃料を噴射可能としてもよい。また、燃料噴射弁４１、２４１を吸気ポート１９と排気ポート２０との間、つまり、燃焼室１８の中央上部に配置し、先端部を下方に向けてピストン１４のキャビティ１４ａに対して燃料を噴射可能としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明に係る燃料噴射弁及び内燃機関は、適正に燃料の微粒化を促進するものであり、燃焼室に直接燃料を噴射する種々の筒内直接噴射式の燃料噴射弁及び内燃機関に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料噴射弁の噴射口の正面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る燃料噴射弁を適用したエンジンを表す概略構成図である。
【図３】本発明の実施例１に係るエンジンの燃焼室を含む部分断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る燃料噴射弁を表す要部縦断面図である。
【図５】本発明の実施例１に係る燃料噴射弁の噴射口と比較例に係る燃料噴射弁の噴射口とを説明する正面図である。
【図６】本発明の実施例１に係る燃料噴射弁と比較例に係る燃料噴射弁とを比較するための模式図である。
【図７】本発明の実施例２に係る燃料噴射弁の噴射口の正面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０    エンジン（内燃機関）
１１    シリンダブロック
１２    シリンダヘッド
１３    シリンダボア
１４    ピストン
１４ａ    キャビティ
１８    燃焼室
４１、２４１    燃料噴射弁（燃料噴射手段）
４１ａ    燃料噴霧
４５    点火プラグ
６２    ハウジング
６３    ニードル弁（弁体）
６４    燃料通路
６５、２６５    噴射口
６５ａ、２６５ａ    波型端部
６５ｂ、２６５ｂ    外端部
６６    本体部
６７    先端部
６８    サック部
【図１】
2009236056.tif 000003
【図２】
2009236056.tif 000004
【図３】
2009236056.tif 000005
【図４】
2009236056.tif 000006
【図５】
2009236056.tif 000007
【図６】
2009236056.tif 000008
【図７】
2009236056.tif 000009