JP2006214292A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射弁による微粒化性能を向上と、噴霧形状の調整を可能にし、望ましい噴霧を実現する燃料噴射弁の供給。
【解決手段】燃料通路を介した燃料の噴射供給と燃料の噴射供給停止を行うため燃料通路を開閉制御する弁体と、該弁体の先端が密着して燃料の噴射供給停止が可能なシート部を設け、該弁体と該シート部の下流に燃料通路を介して供給される燃料を噴射する噴射孔を複数備る燃料噴射弁において，弁体の先端が密着して燃料の噴射供給停止が可能なシート部を、弁体の先端部に対向する弁座を備え、弁座より縮径された燃料導入孔を備えたノズルプレートにより構成し，ノズルプレートの燃料導入孔の下流燃料通路側に、凹部状に形成され、凹底部に同心円上に配置される複数個の燃料噴射孔を設けた燃料通路形成用プレートを設け，燃料通路形成用プレートの複数の噴射孔は、凹底部面内及び板厚方向において所望の傾斜角を有するように形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関で使用される燃料噴射弁に係り、特にその噴霧形態が筒内に直接噴射する場合にあって、有益な燃焼結果となるように構成してなる燃料噴射弁に関する。

内燃機関で使用される燃料噴射弁に関しては、従来、複数個の噴射孔より燃料を噴射して、噴霧の形状制御や微粒化を促進する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の燃料噴射ノズルは、ノズル前室全体が扁平になっており、燃料は、外周側から内周側に向かって水平方向に流れて、噴射孔の直上で等方的に衝突し、噴射の際の***を促すことにより微粒化が促進されるような構成となっている。

また、内燃機関で使用される燃料噴射弁において、扁平な噴霧形状を生成する手段が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２に記載の燃料噴射弁は、特定方向に扁平な燃料噴霧を形成する第１の噴孔部と、この第１の噴孔部によって形成される燃料噴霧と直交する方向のいずれか一方に偏った燃料噴霧を形成する第２の噴孔部を備えることにより、成層燃焼や均質燃焼に適した筒内噴射用の燃料噴霧を形成する構成となっている。

さらに、内燃機関で使用される燃料噴射弁において、点火プラグ周りに適度な混合気を生成可能な噴霧形状を生成する手段が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。この特許文献３に記載の燃料噴射弁は、点火プラグから離れた領域に噴射噴流の少なくとも１つの隙間が設けることにより、成層燃焼や均質燃焼に適した筒内噴射用の燃料噴霧を形成する構成となっている。
特開２００３−３１４４１１号（第５〜６頁 図１） 特開２００４−２８０７８号（第６〜７頁 図１） 特開２００３−５３４４８５号（第７〜８頁 図１）

複数個の噴射孔による燃料の微粒化は、噴射の際の燃料流速を噴射孔内において高く維持することが必要となる。

従来の特許文献１、２、３においては、ノズル前室全体が扁平になっており、燃料の外周側から内周側に向かう流れと、その後の、噴射孔の直上での衝突により***をし易くして微粒化が促進されるというもので、必ずしも噴孔内でさらに燃料流速を高める（例えば更なる高圧化）に好適な構成になっておらず、より優れた微粒化性能が得られるとは限らない。

近年、低燃費および高出力を狙ったエンジンとして、筒内直接噴射式ガソリンエンジン（以下、筒内噴射エンジンと称する）が実用化されている。この筒内噴射エンジンでは、燃焼方式、燃焼室形状、燃焼室の寸法などによって、それぞれに適した形状に形成された燃料の噴霧が必要とされる。

従来の特許文献２、３に開示された技術においては、成層燃焼や均質燃焼のいずれにも適した燃料噴霧をシリンダ内に噴射することができ、ピストンや吸気バルブへの燃料噴霧の衝突が抑えられることや（特許文献２）、点火プラグのくすぶり汚損がなく、安定した燃焼が可能な混合気を点火プラグ領域に形成して成層燃焼運転を可能としたことなど（特許文献３）、混合気形成にとって重要な係わりを持つ噴霧形状の形成法に関してその一例が示されている。

一方で、筒内噴射エンジンでは燃料の噴射から点火までの時間が短く、したがって燃料が蒸発するための時間は短い。このため、同量の燃料に対してより大きい表面積を得て蒸発を促進するために燃料の微粒化が必要とされている。このように、噴霧形状と燃料の微粒化は、エンジンの排気中の未燃燃料成分（以下ＨＣと称する）や窒素酸化物（以下ＮＯｘと称する）の量、及び燃費に影響を与える。

例えば、噴霧の形状や燃料液滴の粗さによってはシリンダ内壁やピストン冠面に付着し、付着した燃料のうち蒸発しなかった分については燃焼せずに排出されてしまうために燃費を悪化させたりＨＣを増加させたりする。あるいは、吸気行程に噴射を行うような運転状態においては、開弁状態にある吸気弁と噴霧との干渉が起こる可能性がある。吸気弁に付着した燃料の一部は燃焼室に流入しないため，燃焼室内における空燃比の制御の正確性が損なわれる可能性がある。このように空燃比制御が正確に行われない場合、排気系にある酸素濃度センサなどからのフィードバック制御によって、燃料噴射弁に与えられる噴射量の指令値が大きくなりすぎ、結果としてＨＣ排出増加の原因となることがある。

また、燃料噴射弁を燃焼室の中心に置くレイアウトの場合には、噴霧と点火プラグの位置関係、および燃料の微粒化が重要となる。点火プラグに直接液体燃料や粗い燃料液滴が衝突すると、点火プラグのくすぶりの原因となることがある。

このように、筒内噴射エンジンの燃費および排気性能向上のためには、微粒化特性を改善することと、噴霧形状を最適に制御することが重要である。

本発明の目的は、燃料噴射弁による微粒化性能を向上することと、噴霧形状の調整を可能にして、エンジンにとって望ましい噴霧を実現する燃料噴射弁を供給することにある。

本発明に係る燃料噴射弁は、燃料通路を介した燃料の噴射供給と燃料の噴射供給停止を行うために燃料通路を開閉制御する弁体と、該弁体の先端が密着して燃料の噴射供給停止を行うことが可能なシート部を設け、該弁体と該シート部の下流に燃料通路を介して供給される燃料を噴射する噴射孔を複数備えてなる燃料噴射弁において，
前記弁体の先端が密着して燃料の噴射供給停止を行うことが可能なシート部を、前記弁体の先端部に対向する弁座を備え、該弁座より縮径された燃料導入孔を備えたノズルプレートによって構成し，
前記ノズルプレートの燃料導入孔の下流燃料通路側に、凹部状に形成され、凹底部に同心円上に配置される複数個の燃料噴射孔を設けた燃料通路形成用プレートを設け，
前記燃料通路形成用プレートの複数の噴射孔は、凹底部面内及び板厚方向において所望の傾斜角を有するように形成したことを特徴とするものである。

すなわち、燃料噴射弁のシート部から複数の噴射孔に至る燃料通路に、シート径より縮径した燃料導入孔と、その下流に、凹形状のオリフィスプレートを設け、このオリフィスプレートの凹底部外寄りに同心的に複数個の燃料噴射孔を配置する。この噴射孔に至る燃料流は、凹底部中心部に衝突した後、放射状に流れてそれぞれの噴射孔に至る。この際、放射状通路はテーパ形状で形成されており、外周部の燃料流速の著しい減衰が起こらない。これにより、高速の燃料流を形成できるので微粒化が促進される。また、それぞれの噴射孔は同心的に配置されるので燃料流速の均一化が図られ、それぞれの孔で良好な微粒化が実施される。さらに、オリフィスプレートは、機械的な強度を高めることが可能な凹部形状となっており、噴射燃料の高圧化が達成され、燃料流速の更なる高速化が図られて微粒化がより促進される。

一方、オリフィスプレートの凹底部外寄りに同心的に配置した複数個の燃料噴射孔は、面内及び板厚方向で所望の傾斜を有して設けられており、噴霧形状の調整を可能にしている。特に、それぞれの噴射孔より噴射される噴霧流の相互作用、例えば、互いに近接して設けることにより、周囲空気の導入を抑制して噴霧の到達距離を制御可能にする。逆に、遠ざけて設けることにより、それぞれの噴霧の干渉を避けて所望の方向に指向させ、扁平な燃焼室空間でも噴射可能となるような、ほぼ扁平な噴霧を生成することができる。

本発明に係る燃料噴射弁によると、燃料噴射弁による微粒化性能を向上することと、噴霧形状の調整を可能にして、エンジンにとって望ましい噴霧を実現することができる。

本発明は、燃料噴射弁の弁体の先端を密着して燃料の噴射供給停止を行えるシート部を弁体の先端部に対向する弁座より縮径された燃料導入孔を備えたノズルプレートによって構成し，ノズルプレートの燃料導入孔の下流燃料通路側に凹部状の底部に同心円上に配置される複数個の燃料噴射孔を設けた燃料通路形成用プレートを設け，複数の噴射孔は、凹底部面内及び板厚方向において所望の傾斜角を有するように形成することによって達成される。

本発明の他の特徴は、後述する実施の形態の中で記述する。

以下、本発明に係る燃料噴射弁の実施例について説明する。
図１、図２には、本発明に係る燃料噴射弁１００の第１の実施形態が示されている。
図１は、燃料噴射弁１００の全体構成断面図である。
図２は、図１に図示の燃料噴射弁１００の全体構成断面図である。

図１において、ノズル１３の下端部には、弁体６と、その内周面２２で弁体６を案内する燃料通路用部材１４と、ノズルプレート１が設けられており、このノズルプレート１の外周部は、溶接２３等の方法によりノズル１３に固定されている。

弁体６は、ガイドプレート１５の中央部に設けられる穴と燃料通路用部材１４の内周面２２とによって摺動案内されようになっている。この弁体６は、可動鉄心７と筒状部材８、ロッド９を溶接等の方法で結合してなる。
可動鉄心７の内部に設けられるダンパプレート１０は、筒状部材８の上端面によってその外周部が上下方向について支持されるように形成されている。

運動部材１２は、内側固定鉄心１１の内部において軸方向に摺動可能となるように支持されている。この運動部材１２の先端部は、ダンパプレート１０の内部に接触するように位置している。また、このダンパプレート１０は、その外周部が支持され内周部が軸方向にたわむことにより、板ばねとして機能している。

ノズル１３は、ノズルハウジング１６の内部に固定されている。このノズル１３の上端部には、弁体６のストロークを調整するためのリング１７が設けられている。

内側固定鉄心１１の内部には、スプリングピン２０が固定されており、スプリングピン２０の下端部を固定端として、スプリング２１が圧縮状態で設けられている。このスプリング２１のスプリング力は、運動部材１２及びダンパプレート１０を介して弁体６に伝達され、これに伴って、弁体６はノズルプレート１の弁座４に押し付けられる。この状態では、燃料通路が閉じられているため、燃料は、燃料噴射弁１００内部に留まり、複数個設けられている燃料噴射孔２９からの燃料噴射は行われない。

ノズルハウジング１６、可動鉄心７、内側固定鉄心１１、外側固定鉄心１８によって、コイル１９の周りを一巡する磁気回路が構成されている。

噴射パルスがオンの状態になると、コイル１９に電流が流れ、可動鉄心７は、内側固定鉄心１１に電磁力によって吸引され、弁体６は、その上端面が内側固定鉄心１１の下端面に接触する位置まで移動する。この開弁状態では弁体６と弁座２の間に隙間ができるため、燃料通路が開かれて複数個の燃料噴射孔２９から燃料が噴射される。

噴射パルスがオフの状態になると、コイル１９に電流が流れなくなり、電磁力が消滅するため、スプリング２１のスプリング力によって弁体６は、閉弁状態に戻り、燃料の噴射が終わる。

燃料噴射弁１００の動作は、以上説明したように、噴射パルスに従って、弁体６の位置を開弁状態と閉弁状態に切り替え、燃料供給量を制御することである。さらに、燃料噴射弁１００の動作は、複数個の燃料噴射孔２９より噴射することにより、燃料粒径の小さい、すなわち微粒化の良好な燃料噴霧を形成することである。

図２には、本発明の主要部分である図１に図示のノズルプレート１及びオリフィスプレート２５が形成されているノズル１３の下端部近傍を拡大した断面図が示されている。図２は、弁体６が上方にリフトした状態で、いわゆる、開弁状態を示している。

ノズル１３の下端部には、円筒状の燃料通路用部材１４、ノズルプレート１、オリフィスプレート２５の順に挿入されており、ノズルプレート１の外周縁部が溶接２３等によって固定されている。

ノズルプレート１には、弁座２とその径を細めてなる燃料導入孔３、さらにその下流に連なるテーパ状の拡径部（弁座）４が形成されている。また、このテーパ状の拡径部（弁座）４のさらに外寄りには、凹部状溝５が設けてあり、この部分にオリフィスプレート２５が挿入され、溶接２４等によってその外周縁部を固定されている。

燃料は、矢印で示すように、燃料通路用部材１４の外周通路から下部通路を経て、ノズルプレート１の燃料導入孔３に至り、さらにその下流に開口する複数個の燃料噴射孔２９に至り、所望の方向に制御されて噴射される。

オリフィスプレート２５の板厚、噴射孔は、切削またはプレスにて加工され、加工後に噴射孔出口部を研磨することで、噴射孔出口部をシャープエッジ形状とすることができる。

図３には、ノズルプレート１とオリフィスプレート２５を結合した部組状態が示されている。このオリフィスプレート２５は、凹形状に形成されており、その外周凸面部２７が、ノズルプレート１の凹部状溝５に挿入されている。また、凹面底部２６には、複数個の燃料噴射孔２９が開口している。このオリフィスプレート２５が凹形状に形成されているのは、機械的な強度を著しく高め、噴射燃料の高圧化に好適な形状であるからである。このような形状において、特に、接合部の高さＨは、０．４ｍｍ以上が好ましく、燃料噴射孔２９への溶接歪の影響を抑制することができる。また、薄肉部ｈは、０．２５ｍｍ以上が好ましく、耐圧、溶接歪の影響、孔加工の容易性などに関して有益である。

図１１には、横軸に板厚比Ｈ／ｈ、縦軸に応力と変位を示したグラフが示されている。

図１１において、グラフに示す通り、Ｈ／ｈを大きくすると、応力と変位は、減少することがわかり、１．６以上で耐圧強度上問題とならない。ただし、Ｈ／ｈを大きくとりすぎると穴加工が困難となったり、シート下流での残留燃料ボリュームが大きくなるなどの問題がでてくるため注意が必要である。

また、オリフィスプレート２５において同心的に配置される該複数個の噴射孔の孔間ピッチをｄ２、該凹形状の燃料通路形成用プレートの板厚ｔとしたとき、
４＜ｄ２／ｔ＜８
で値を４に近づけると応力は低下し、耐圧強度は増すが、ｄ２／ｔを小さくしすぎると孔あけ加工が困難となるため注意が必要である。

燃料噴射量の管理は、低圧時にオリフィスプレート２５単品、または、ノズルプレート１とオリフィスプレート２５を結合した部組状態にて確認することが可能であり、後工程の不良率を低減することが重要である。

燃料噴射孔２９は、図４（ａ）に示すように、同心的に配置されている。

このような配置によって、それぞれの孔には、均等の燃料を供給することができるため、流量バラツキが抑えられて的確な噴射が得られる。また、燃料噴射孔２９の数の設定にについては、加工面や噴霧性能の面から種々検討した結果、最適設計値として６個を選択している。例えば、孔数を減ずると、流量を確保するために孔径を大きくするので微粒化性能が悪化する。

逆に、孔数を増すと、流量を同一にするために孔径を小さくするが、幾何学的な寸法制約から、密な配置になってしまう。このために、微粒化した噴霧の相互干渉や再結合が生じ、結果として、微粒化や形状の両面で好ましくない噴霧となってしまう。幾何学的な寸法制約とは、耐圧性の確保に必要な寸法や、噴射制御に必要のない空間容積を極力小さくする寸法、とする必要性などがあげられる。

また、燃料噴射孔２９が開口する他方面部２８は、１μｍ以下の面粗さとなっている。これによって、燃料噴射孔２９の開口端をシャープエッジとするとができ、孔出口での液滴の余分な飛散が押さえられて、噴射燃料を狙った方向に確実に導くことができることや、燃料の切れ性が良くなって微粒化性能の向上するなどの有益な構造となっている。

さらに、燃料噴射孔２９は、図４（ｂ）に示するように、他方面部２８にあって所望の角度を持って開口している。

図４（ｂ）においては、孔３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、それぞれの孔２９の同一符号に対応している。図示してないが、さらに板厚方向においても、それぞれ異なる所望の角度を持って開口している。

例えば、図４（ｂ）のＸ軸に対して、孔３０ａは０゜方向に、そして板厚方向に４６゜程度傾斜している。また孔３０ｂは２６゜程度、そして板厚方向に２０゜程度傾斜している。また孔３０ｃ孔は１３゜程度、そして板厚方向に２６゜程度傾斜している。

なお、３１は、ケガキやパンチ加工を施すなどして形成される印で、孔加工後に行なわれる。オリフィスプレートの取付け位置や燃料の噴射方向を明らかにするものであり、エンジン装着時などに有益である。

また、上記のような加工性や、機械的強度等を考慮すると、オリフィスプレートの素材にはフェライト系ステンレスを使用することが好ましい。

上記のようなノズル構成における噴射形態について、以下に示す。

燃料は、径を細めてなる燃料導入孔３から流入し、オリフィスプレート２５の凹部底面２６に衝突した後、放射状に流れる。この際、ノズルプレート１のテーパ状拡径部（弁座）４が燃料流速の減速を防止しているので、同心的に配置される複数個の燃料噴射孔２９には、高速の（高圧の）エネルギーを維持したまま燃料が供給される。

また、放射状に流入した燃料が、燃料噴射孔２９の外周壁に沿う流れとなるために、Ｃ型状の速度分布を持った噴流を形成する。このＣ型状噴流は、通常の縮流型に比べて周囲空気とのエネルギー交換が活発となるので、***が促進されて微粒化の良い噴霧となる。また、このＣ型状の速度分布をより確実に生成するためには、燃料導入孔３の径ｄと燃料噴射孔の中心間距離ｄｏとの比ｄｏ／ｄは、２以上が好ましい。

図５は、ストロボ光やレーザ光を利用した噴霧の光学撮影によって得られた噴霧写真を基に、噴霧３１を３方向から模式的に示したものである。

図５（ａ）は、図４（ｂ）に示す燃料噴射孔２９に対してＣ方向より見た噴霧の模式図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）を横方向より見た噴霧の模式図である。また、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＤ−Ｄ断面図である。

図５（ａ）において、噴霧３１は、α方向に偏向すると共に、略Ｖ型状の扁平噴霧となっている。この図５（ａ）に図示の噴霧３１は、オリフィスプレート２５の出口側噴孔の、それぞれ孔３０ａ、３０ｂ、３０ｃに対応している。また、図５（ａ）に図示の噴霧３１ａは、３１ｂ、３１ｃに比べて到達距離が大きい。これは、孔３０ａが互いに並行に、やや近接して配置されているためで、相対する側で噴霧の密度が濃くなって周囲空気の進入が抑制され、噴霧液滴の持つエネルギーの周囲空気への置換が行われず、液滴のエネルギーが維持される。したがって、液滴はより遠くへ飛翔する。

また、図５（ａ）に図示の噴霧３１は、α方向に傾いている。この傾き角αは、エンジン搭載時のレイアウトに依存して決められるもので、本実施例では、点火プラグ方向に向くように設定されている。

図５（ａ）に示される噴霧３１は、図１２に示すようなエンジンに使用すると良い。

図１２（ａ）は、筒内噴射ガソリンエンジンの断面図である。図１２（ａ）に示したエンジンは、燃料噴射弁１００を吸気ポート近傍に設け、点火プラグを燃焼室中央に配置した吸気２弁式のエンジンであり、圧縮行程に燃料を噴射し、燃焼室内に燃料の濃い部分と薄い部分とを形成して着火させる、成層燃焼を行うコンセプトの筒内噴射ガソリンエンジンの例である。また図１２（ｂ）は、吸気弁装置を機関上部より視た概略図である。

このように燃料噴射弁１００の噴霧形状は、扁平な形状となる。また、燃料噴射弁１００の取り付け角度に対して噴霧３１が傾いており、点火プラグ１１０の方向へ向かうようになっている。圧縮行程噴射では、筒内圧が高くなるので噴射される噴霧のエネルギーが減速し易いが、本発明の噴霧３１の点火プラグ１１０方向に向かう噴霧３１ａの到達距離は十分確保されている。この結果、点火プラグ１１０の近傍に燃料液滴もしくは蒸発した燃料と空気との混合気が滞在する時間が長くなり、燃焼安定性が向上する。燃焼安定性が向上することで、点火タイミングおよび噴射タイミングの設定の自由度が向上し、より熱効率の高いタイミングで点火させることが可能となる。この結果として、エンジンの熱効率が向上し、燃費が低減される。また、このようなエンジンを自動車に搭載した場合には、燃焼安定性が高いためにエンジンの負荷および回転数の広い範囲にわたって成層燃焼をおこなわせることができ、燃費を低減することができる。

一方で、噴霧が扁平になっていることにより、燃料とピストン１０３との衝突を軽減し、未燃燃料成分の排出を押さえることができる。圧縮行程で燃料噴射を行う場合には燃料噴射弁１００とピストンの１０３の距離が短く、また噴射後の時間の経過と共にピストンは近づくので、ピストン１０３方向に向かう燃料は少ないほうが良い。また、到達距離も小さい方が良い。

一般的な筒内噴射ガソリンエンジンでは、燃焼安定性を確保するためにピストンに燃料を衝突させて点火プラグへ混合気を導く方法が採られているが、図５に示すような燃料噴射弁を用いれば、ピストンへの燃料の衝突を回避しながら燃焼安定性を高めることができる。

なお、図１２において、１０２は燃焼室、１０４はピストンに形成されるキャビティ、１０５はシリンダ、１０６はシリンダヘッド、１０７は吸気ポート１０８を開閉する吸気弁装置、１０９は排気弁装置、１１０は点火装置である。また、１１１は吸気ポート１０８を分離する中央隔壁を有し上流側において連通する吸気通路である。

図６及び図７には、本発明に係る第２の実施形態として、噴霧形状をほぼ扁平状とした例が示されている。

図６は、オリフィスプレート４０に配置した燃料噴射孔４１の孔配置を示したものである。

図７は、図６に図示のオリフィスプレート４０に配置した燃料噴射孔４１によって得られる噴霧４３の模式図である。

図６において、燃料噴射孔４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、同心的に配置されており、噴射孔出口で、対応する４２ａ、４２ｂ、４２ｃが所望の方向に傾斜されて設けられている。本実施例が図４に図示の実施例１と異なる点は、孔４２ａが互いに干渉しないように外側に傾いて形成されていることである。具体的には、図６（ｂ）において、Ｘ軸に対して、孔４２ａは１０゜程度、そして板厚方向に４０゜程度傾斜している。また孔４２ｂは３０゜程度、そして板厚方向に３０゜程度傾斜している。また孔４２ｃ孔は２０゜程度、そして板厚方向に３６゜程度傾斜している。

なお、図６（ｂ）中、４４は、ケガキやパンチ加工を施すなどして形成される印で、孔加工後に行なわれる。燃料の噴射方向を明らかにするものであり、エンジン装着時などに有益である。

噴霧４３は、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、ほぼ扁平状になっている。これは、それぞれの噴孔から噴射される噴霧４３の広がりが、ほぼ同一になることから周囲空気へのエネルギー置換もほぼ同一になるためで、到達距離がほぼ同じになる。いわゆる、噴霧４３の相互干渉が起こらないように設計されている。したがって、微粒化の良い噴霧となっている。また、このような噴霧は、圧縮行程で扁平状になる燃焼室空間に提供すると良い。Ｖ型状の噴霧であるために、吸気弁への燃料付着を避けることができる。これにより、燃焼安定性を高めることができる。

図８には、本発明に係る第３の実施形態として、濃度分布を持たせた扁平状噴霧とした例が示されている。この図８では、噴霧５３の断面を模式的に示してある。

図８において、噴霧５３ａ、５３ｃ、５３ｂは、濃さが順に、次第に薄くなっている。それぞれの孔は、入口孔径は同一であるが、形状が変えてある。対応する孔形状の一例を示すと、孔５３ａはストレート孔であり、孔５３ｃは所望広がりのテーパ孔、孔５３ｂはさらに広がりの大きいテーパ孔である。したがって、それぞれの噴霧の広がりは順次大きくなる。さらに、微粒化も順次促進され、これに伴って噴霧の到達距離も順次短くなる。このような噴霧は、ピストンへの燃料付着を避けることができるので、さらに燃焼安定性を高めることができる。

図９には、本発明に係る第４の実施形態として、コの字状の偏向噴霧とした例が示されている。この図９では、噴霧６０の断面を模式的に示してある。この図９に図示の噴霧６０は、ほとんど燃料が分布しない領域６１を持っているのが特徴である。

図９に示した噴霧６０は、図１３に示すようなエンジンに使用すると良い。図１３は、燃料噴射弁３００を燃焼室中央付近に配置した筒内噴射ガソリンエンジンの例である。このような配置によるエンジンは、主に燃焼安定性を向上して成層燃焼が可能な運転条件の範囲を広げて燃費を低減すると共に、可燃空燃比となっている混合気の領域中の均質度合いを高めて窒素酸化物などの排気を低減することが期待されている。

図１３に図示のように燃料噴射弁３００を燃焼室中央に配置した場合には、点火プラグ１１０と燃料噴射弁３００の距離が短くなる。点火プラグ１１０を配置する位置は、点火時の火炎伝播時間を短縮するために燃焼室中央に近いことが望ましい。しかしながら、点火プラグ１１０と燃料噴射弁３００の距離が接近しすぎると、燃料噴射弁３００から噴射された燃料が液体のまま点火プラグ１１０に衝突してしまい、点火プラグ１１０の汚損の原因となることがある。一方で、燃料の噴射方向の変更などにより点火プラグ１１０と異なる方向に燃料を噴射すると、混合気が点火プラグ近傍に形成され難くなり、燃焼安定性を確保することが困難となる。

本実施例における燃料噴射弁３００によれば、ほとんど燃料が分布しない領域６１を形成することができるので、点火プラグ１１０の汚損を防ぎながら点火プラグ１１０の近傍に混合気を形成させることが可能となり、燃焼安定性を高めることができる。

点火プラグ１１０の汚損は、図１３（ｂ）に示すような噴射レイアウトで実施されるものである。また一方、点火安定性の確保及び燃焼安定性の確保は、ピストン１０３に設けられるキャビティ１０４が果たしている。すなわち、キャビティ１０４内に噴霧を取り込むことによって、燃焼可能な混合気を点火プラグ１１０に導くことができる。

このような実施形態により、燃料噴射弁３００を燃焼室中央付近に配置させたエンジンに対しても、適切な噴霧形状を形成する燃料噴射弁３００を供給することができる。この結果として、エンジンの燃焼安定性を高め，燃費を低減すると共に、排気の低減を実現することができる。

図１０（ａ）（ｂ）には、本発明に係る第５の実施形態として、オリフィスプレート６２に配置した燃料入口側噴射孔６３、６４の孔配置例が示されている。

図１０（ａ）（ｂ）において、燃料噴射孔６３ａ〜６３ｆ、６４ａ〜６４ｆは、同心的に配置されており、燃料噴射孔６３ａ〜６３ｆは、不均一なピッチで配置された噴射孔が示されている。また、燃料噴射孔６４ａ〜６４ｆは不均一なピッチかつ不均一孔径を示している。この燃料噴射孔６４ａ〜６４ｆを不均一ピッチで同心的に配置することで各孔から噴射される量を均一化し、かつ噴霧形状の自由度を増すことができるメリットがある。一方、燃料噴射孔６４ａ〜６４ｆを不均一ピッチで同心的に配置すること、かつ不均一孔径とすることで各孔から噴射される量を均一化し、噴霧形状の自由度を増すことおよび各孔位置での噴射量を可変にすることが可能となる。

本発明に係る燃料噴射弁の第１実施例の構造を示す断面図である。 図１に図示の燃料噴射弁のノズル孔近傍を拡大した断面図である。 図２に図示の燃料噴射弁のオリフィスプレートの作用を説明するための断面図である。 図２に図示の燃料噴射弁のオリフィスプレートの孔配置を示す視図である。 図２に図示の燃料噴射弁によって得られる偏平状噴霧の模式図である。 本発明に係る燃料噴射弁の第２実施例に係るオリフィスプレートの孔配置を示す視図である。 図６に図示の第２実施例の燃料噴射弁によって得られる偏平状噴霧の模式図である。 本発明に係る燃料噴射弁の第３実施例によって得られる偏平状噴霧の模式図である。 本発明に係る燃料噴射弁の第４実施例によって得られるコの字状噴霧の模式図である。 本発明に係る燃料噴射弁の第５実施例に係るオリフィスプレートの孔配置を示す斜視図である。 板厚比と応力、変位の関係およびｄ２／ｔと応力の関係を示すグラフである。 図１に図示の第１実施例の燃料噴射弁を筒内噴射式内燃機関に搭載した例を示す模式図である。 図９に図示の第４実施例の燃料噴射弁を筒内噴射式内燃機関に搭載した例を示す模式図である。

符号の説明

１………………ノズルプレート
２………………弁座
３………………燃料導入孔
４………………拡径部（弁座）
６………………弁体
１３……………ノズル
１４……………燃料通路用部材
２５……………凹形状のオリフィスプレート
２６……………オリフィスプレートの凹部底面
２７……………オリフィスプレートの凸部
２９……………燃料噴射孔
２９ａ、２９ｂ、２９ｃ……………入口側より見た孔
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ……………出口側より見た孔
３１、４３，５３，６０……………噴霧
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ……………出口側より見た孔
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，６３ｅ，６３ｆ
……………入口側より見た孔
６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄ，６４ｅ，６４ｆ
……………出口側より見た孔
１００、２００、３００……………燃料噴射弁
１０１……………筒内噴射式内燃機関
１０２……………燃焼室
１０３……………ピストン
１０４……………ピストンキャビティ
１０５……………シリンダ
１０６……………シリンダヘッド
１０７……………吸気弁装置
１０８……………吸気ポート
１０９……………排気弁装置
１１０……………点火プラグ
１１１……………吸気通路

Claims (9)

1. 燃料通路を介した燃料の噴射供給と燃料の噴射供給停止を行うために燃料通路を開閉制御する弁体と、該弁体の先端が密着して燃料の噴射供給停止を行うことが可能なシート部を設け、該弁体と該シート部の下流に燃料通路を介して供給される燃料を噴射する噴射孔を複数備えてなる燃料噴射弁において，
   前記弁体の先端が密着して燃料の噴射供給停止を行うことが可能なシート部を、前記弁体の先端部に対向する弁座を備え、該弁座より縮径された燃料導入孔を備えたノズルプレートによって構成し，
   前記ノズルプレートの燃料導入孔の下流燃料通路側に、凹部状に形成され、凹底部に同心円上に配置される複数個の燃料噴射孔を設けた燃料通路形成用プレートを設け，
   前記燃料通路形成用プレートの複数の噴射孔は、凹底部面内及び板厚方向において所望の傾斜角を有するように形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁の開口部を吸気弁下の燃焼室内に設置し、該燃料噴射弁から点火プラグ方向に偏向するほぼＶ字状の扁平噴霧を噴射すると共に、該噴霧の中心部（頂点）の到達距離を長くすることにより点火プラグに混合気を到達させ、両サイドの噴霧の到達距離を短くすることによりピストン頂面への燃料付着を抑制するようにしたことを特徴とする筒内噴射式内燃機関。
3. 燃料通路を介した燃料の噴射供給と燃料の噴射供給停止を行うために燃料通路を開閉制御する弁体と、該弁体の先端が密着して燃料の噴射供給停止を行うことが可能なシート部を設け、該弁体と該シート部の下流に燃料通路を介して供給される燃料を噴射する噴射孔を複数備えてなる燃料噴射弁において，
   前記弁体の先端が密着して燃料の噴射供給停止を行うことが可能なシート部を、前記弁体の先端部に対向する弁座を備え、該弁座より縮径された燃料導入孔を備えたノズルプレートによって構成し，
   前記ノズルプレートの燃料導入孔の下流燃料通路側に、凹部状に形成され、凹底部に同心円上に配置される複数個の燃料噴射孔を設けた燃料通路形成用プレートを設け，
   前記燃料通路形成用プレートの前記複数個の噴射孔の出口方向を、凹底部に形成される複数個の燃料噴射孔の入口に対して該燃料通路形成用プレートの外面内及び板厚方向において所望の傾斜角をもたせて形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項３の燃料噴射弁において、前記燃料通路形成用プレートの前記複数個の噴射孔を介して噴射される燃料は、噴射弁軸に対して所望の角度偏向するとともに、ほぼＶ字型の扁平状となる噴霧形態を形成するものである燃料噴射弁。
5. 請求項４の燃料噴射弁において、ほぼＶ字型の扁平状は、噴霧燃料が中心（頂点）付近の密度が濃く、外側に向かって段階的に希薄な噴霧となるように、該複数個の噴射孔の形状を異ならせて形成したものである燃料噴射弁。
6. 燃料通路を介した燃料の噴射供給と燃料の噴射供給停止を行うために燃料通路を開閉制御する弁体と、該弁体の先端が密着して燃料の噴射供給停止を行うことが可能なシート部を設け、該弁体と該シート部の下流に燃料通路を介して供給される燃料を噴射する噴射孔を複数備えてなる燃料噴射弁において，
   前記弁体の先端が密着して燃料の噴射供給停止を行うことが可能なシート部を、前記弁体の先端部に対向する弁座を備え、該弁座より縮径された燃料導入孔を備えたノズルプレートによって構成し，
   前記ノズルプレートの燃料導入孔の下流燃料通路側に、凹部状に形成され、凹底部に同心円上に配置される複数個の燃料噴射孔を設けた燃料通路形成用プレートを設け，
   前記燃料通路形成用プレートの前記複数個の噴射孔は、入口に対して出口方向を、該燃料通路形成用プレートの外面内及び板厚方向において所望の傾斜角を持たせると共に、少なくとも一対の噴射孔が凹底部面内で傾斜方向が並行となるように配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
7. 請求項１乃至６の燃料噴射弁において、前記複数個の噴射孔は、その孔形状がストレート孔と異なるテーパ孔の組合せによって形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
8. 請求項１乃至７の燃料噴射弁において、前記凹形状の燃料通路形成用プレートにおける肩部の板厚をｔ０、底部細肉部の板厚ｔ１としたとき、ｔ０／ｔ１を１.６以上とすることを特徴とする燃料噴射弁。
9. 請求項１乃至７記載の燃料噴射弁において、前記燃料導入孔の孔径をｄ１、同心的に配置される該複数個の噴射孔の孔間ピッチをｄ２、該凹形状の燃料通路形成用プレートの板厚ｔとしたとき、
   ｄ２＝２ｄ１
   かつ
   ４ｔ＜ｄ２＜８ｔ
   とすることを特徴とする燃料噴射弁。

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