JP2023057220A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】先端部の表面に燃料が付着することを抑制し、燃焼の安定性の向上を図ることができる燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射装置は、ノズル本体と、噴射孔形成部材１２と、弁体２０と、を備えている。噴射孔形成部材１２は、シート面１２４ａを有するシート部１２４と、シート部１２４における先端部に形成されたサック室１２５と、を有している。そして、サック室１２５には、燃料を点火プラグに向けて噴射するサック室噴射孔１８が形成されている。サック室噴射孔１８の開始端部１２７は、シート面１２４ａを延長した際に形成される仮想円錐の頂点１２８よりも弁体２０側に位置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料噴射装置に関するものである。

従来、内燃機関として、燃料噴射装置によりシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射型の内燃機関が用いられている。従来の燃料噴射装置に関する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。

特許文献１には、弁体と弁体の先端側において燃料を噴射する複数の噴射孔が形成された噴射孔形成部とを備えた燃料噴射装置に関する技術が記載されている。そして、特許文献１では、噴射孔形成部には、噴射孔形成部の中心軸線と第１噴射孔軸線との交差角度がθ１となる第１噴射孔と、噴射孔形成部の中心軸線と第２噴射孔軸線との交差角度がθ１よりも大きいθ２となる第２噴射孔と、が形成されることが記載されている。

国際公開第２０１８／１０１１１８号

また、噴射中または噴射後の燃料は、燃料噴射装置の先端部に付着しやすい。しかしながら、特許文献１に記載された技術では、先端部に付着した燃料について考慮されていなかった。その結果、特許文献１に記載された技術では、先端部に付着した燃料が煤となることで、輝炎が発生しやすくなり、排ガス性能が悪化する、という問題を有していた。

本目的は、上記の問題点を考慮し、先端部の表面に燃料が付着することを抑制し、燃焼の安定性の向上を図ることができる燃料噴射装置を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するため、燃料噴射装置は、ノズル本体と、噴射孔形成部材と、弁体と、を備えている。ノズル本体は、点火プラグが配置された内燃機関のシリンダに設置される。噴射孔形成部材は、ノズル本体の先端部に設けられる。弁体は、噴射孔形成部材に設けたシート面に接触及び離反する弁体側シート面が形成されている。
噴射孔形成部材は、シート面を有するシート部と、シート部における先端部に形成されたサック室と、を有している。そして、サック室には、燃料を点火プラグに向けて噴射するサック室噴射孔が形成されている。サック室噴射孔における弁体の軸線方向の後端側の端部である開始端部は、シート面を延長した際に形成される仮想円錐の頂点よりも弁体側に位置する。

上記構成の燃料噴射装置によれば、先端部の表面に燃料が付着することを抑制し、燃焼の安定性の向上を図ることができる。

実施の形態例にかかる燃料噴射装置を示す断面図である。 実施の形態例にかかる燃料噴射装置を内燃機関に搭載した状態を示す模式図である。 実施の形態例にかかる燃料噴射装置の先端部を拡大して示す断面図である。 実施の形態例にかかる燃料噴射装置の先端部を示す正面図である。 実施の形態例にかかる燃料噴射装置から噴射される噴霧を示す外観斜視図である。 実施の形態例にかかる燃料噴射装置におけるサック室噴射孔及びシート部噴射孔から燃料が噴射される状態を拡大して示す説明図である。

以下、燃料噴射装置の実施の形態例について、図１～図６を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

１．実施の形態例
１－１．燃料噴射装置の構成
まず、実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかる燃料噴射装置の構成について図１を参照して説明する。
図１は、燃料噴射装置を示す分解斜視図である。

図１に示す燃料噴射装置は、内燃機関として、入行程、圧縮行程、燃焼（膨張）行程、排気行程の４行程を繰り返す４サイクルエンジンに用いられるものである。また、燃料噴射装置１は、各気筒のシリンダの中に燃料を噴射する筒内噴射型の内燃機関に適用されるものである。

図１に示すように、燃料噴射装置１は、ノズル本体１０と、弁体２０と、可動コア３０と、固定コア４０と、コイル５０と、ハウジング７０と、接続部８０と、フィルタ９０と、を備えている。また、燃料噴射装置１は、第１ばね６１と、第２ばね６３と、調整部材６２とを備えている。

［ノズル本体］
ノズル本体１０は、筒状に形成されている。ノズル本体１０の中心軸線ＡＸ１に沿う軸線方向Ｄａ「以下、単に「軸線方向Ｄａ」という」の一端部である先端部には、第１内部空間１３０が形成されている。また、ノズル本体１０の軸線方向Ｄａの他端部である後端部には、先端部よりも外径が大きい大径部１４が形成されている。この大径部１４には、第２内部空間１４０が形成されている。第１内部空間１３０と第２内部空間１４０は、ノズル本体１０の軸線方向Ｄａに沿って形成された連通孔１６によって連通している。

第１内部空間１３０は、ノズル本体１０の先端部から軸線方向Ｄａの内側に向けて凹んだ凹部である。この第１内部空間１３０には、噴射孔形成部材１２が挿入又は圧入により取り付けられている。また、噴射孔形成部材１２は、ノズル本体１０における先端部の開口部の内周縁において全周に亘って溶接されることで、ノズル本体１０に固定される。噴射孔形成部材１２には、燃料を噴射する複数の噴射孔１８、１９が形成されている。なお、噴射孔形成部材１２及び噴射孔１８、１９の詳細な構成については、後述する。

また、ノズル本体１０における先端部側の外周面には、複数（本例では２つ）の溝１３１が形成されている。溝１３１は、ノズル本体１０の外周面の周方向に沿って連続して形成されている。溝１３１には、シール部材１５がはめ込まれている。シール部材１５は、燃料噴射装置１が内燃機関のシリンダ３０１（図２参照）に取り付けられた際に、シリンダ３０１と燃料噴射装置１との隙間を密閉する。

第２内部空間１４０は、大径部１４の後端側が開口し、軸線方向Ｄａの先端側に向けて凹んだ有底の凹部である。第２内部空間１４０には、後述する可動コア３０と、固定コア４０の一部が配置される。第２内部空間１４０における底部の中央部には、第２内部空間１４０と同心円上に形成されたばね収容部１４１が形成されている。ばね収容部１４１は、第２内部空間１４０の底部から先端部に向けて円筒状に凹んだ凹部である。このばね収容部１４１には、第２ばね６３の一端部が収容される。

［弁体］
このノズル本体１０の内部には、弁体２０が軸線方向Ｄａに沿って移動可能に配置されている。弁体２０は、円柱状に形成されている。弁体２０は、後端部２１と、先端部２３と、後端部２１と先端部２３の中間を示す中間部２２とを有している。先端部２３は、弁体２０の軸線方向Ｄａの先端側に形成され、後端部２１は、弁体２０の軸線方向Ｄａの後端側に形成されている。

先端部２３は、ノズル本体１０の先端部に設けた噴射孔形成部材１２に収容されている。先端部２３は、弁体２０が軸線方向Ｄａに沿って移動することで、噴射孔形成部材１２に設けた噴射孔１８、１９を開閉する。なお、先端部２３の詳細な構成については、後述する。

中間部２２は、先端部２３における軸線方向Ｄａの後端側から連続して設けられている。中間部２２は、ノズル本体１０の連通孔１６に配置される。中間部２２の外周面２２１と、連通孔１６の内周面との間には、間隙Ｇ１が形成されている。中間部２２における軸線方向Ｄａの後端側からは、後端部２１が連続して設けられている。

後端部２１は、ノズル本体１０における第２内部空間１４０に配置される。後端部２１は、中間部２２の外径よりも大きな略円柱状に形成されている。後端部２１は、後述する固定コア４０の筒孔内に内挿される。後端部２１には、後端側摺動部２１１と、複数の流路形成部２１２と、係合部２１３が設けられている。

後端側摺動部２１１は、後端部２１における外周面に形成されている。後端側摺動部２１１は、後述する固定コア４０の内周面４１に摺動可能に支持される。これにより、弁体２０は、固定コア４０により軸線方向Ｄａに沿って移動可能に支持される。

複数の流路形成部２１２は、後端部２１の外周面を軸線方向Ｄａに沿って複数切り欠くことで形成されている。そして、流路形成部２１２は、後述する固定コア４０の内周面４１との間に燃料が通過する流路ＦＣを形成する。

係合部２１３は、後端部２１に設けた流路形成部２１２よりも軸線方向Ｄａの先端部側に設けられている。そして、係合部２１３は、後端部２１の外周面から径方向の外側に向けて張り出している。この係合部２１３は、弁体２０の開閉弁動作時に後述する可動コア３０と係合する。

また、後端部２１における軸線方向Ｄａの後端部側の端面には、第１ばね６１の一端部が当接されている。弁体２０は、第１ばね６１により軸線方向Ｄａの先端部側（閉弁側）に向けて付勢されている。

上述した構成を有する弁体２０は、ＳＵＳ等の金属材料等で形成されている。

［可動コア］
次に、可動コア３０について説明する。可動コア３０は、ノズル本体１０の第２内部空間１４０において、弁体２０の後端部２１と第２内部空間１４０の底部との間に配置されている。また、可動コア３０の外周面と第２内部空間の内周面との間には、微小な間隙Ｇ３が形成されている。そのため、可動コア３０は、第２内部空間１４０内において軸線方向Ｄａに沿って移動可能に配置される。

可動コア３０は、円筒状に形成されている。可動コア３０には、挿通孔３１と、偏心貫通孔３２が形成されている。挿通孔３１及び偏心貫通孔３２は、可動コア３０における軸線方向Ｄａの一端部から他端部にかけて貫通する貫通孔である。挿通孔３１は、可動コア３０の中心軸上に形成されている。そして、挿通孔３１には、弁体２０の中間部２２が挿通している。

偏心貫通孔３２は、可動コア３０の中心軸から偏心した位置に形成されている。偏心貫通孔３２は、流路形成部２１２と固定コア４０の内周面４１によって形成された流路ＦＣに連通している。そして、偏心貫通孔３２は、燃料が通過する流路ＦＣを形成する。

可動コア３０における軸線方向Ｄａの先端側の端面には、第２ばね６３の他端部が当接している。そのため、第２ばね６３は、可動コア３０とノズル本体１０のばね収容部１４１の間に介在される。また、可動コア３０における軸線方向Ｄａの後端側の端面には、固定コア４０が当接している。

［固定コア］
次に、固定コア４０は、可動コア３０を磁気吸引力によって吸引する部材である。固定コア４０は、外周面に凹凸を有する略円筒状に形成されている。固定コア４０における軸線方向Ｄａの先端部は、ノズル本体１０の大径部１４の内側、すなわち第２内部空間１４０内に圧入されている。そして、ノズル本体１０と固定コア４０は、溶接により接合される。れにより、ノズル本体１０と固定コア４０との間の隙間が密閉され、ノズル本体１０の内部の空間が密閉される。

また、固定コア４０の先端部は、第２内部空間１４０に配置された可動コア３０における軸線方向Ｄａの後端側の端面と対向する。固定コア４０における可動コア３０の対向する先端部を、硬質クロムメッキや無電解ニッケルメッキ等のメッキによって被覆してもよい。これにより、可動コア３０が衝突する固定コア４０の先端部の耐久性及び信頼性を向上させることができる。

同様に、可動コア３０における固定コア４０と対向する後端部を、硬質クロムメッキや無電解ニッケルメッキ等のメッキによって被覆してもよい。これにより、可動コア３０として比較的柔らかい軟磁性ステンレス鋼を適用した場合でも、可動コア３０の耐久性及び信頼性を確保することができる。

なお、固定コア４０における軸線方向Ｄａの後端部側は、ノズル本体１０の第２内部空間１４０から軸線方向Ｄａの後端に向けて突出している。

固定コア４０には、貫通孔４２が形成されている。貫通孔４２は、中心軸線ＡＸ１と同軸上に形成されている。そして、貫通孔４２は、燃料が通過する流路ＦＣを形成する。また、固定コア４０における軸線方向Ｄａの後端部には、貫通孔４２に連通する開口部４３が形成されている。この開口部４３から貫通孔４２に向けて燃料が導入される。また、開口部４３から貫通孔４２にかけてフィルタ９０が挿入されている。

さらに、貫通孔４２における軸線方向Ｄａの先端部側には、第１ばね６１及び調整部材６２が配置されている。第１ばね６１は、調整部材６２よりも貫通孔４２の先端部側に配置されている。調整部材６２は、貫通孔４２に圧入されて、固定コア４０の内部に固定されている。また、貫通孔４２の先端部からが、弁体２０の後端部２１が挿入される。第１ばね６１は、調整部材６２と弁体２０の後端部２１の間に介在される。そして、第１ばね６１は、弁体２０をノズル本体１０の先端部に向けて軸線方向Ｄａに付勢している。

また、調整部材６２における固定コア４０に対する固定位置を調整することで、第１ばね６１における弁体２０の付勢力を調整することができる。これにより、弁体２０の先端部２３がノズル本体１０の後述する噴射孔形成部材１２に設けたシート面１２４ａに押し付ける初期荷重を調整することができる。

ここで、第１ばね６１が弁体２０をノズル本体１０の先端部に向けて付勢する付勢力は、第２ばね６３が可動コア３０を固定コア４０に向けて付勢する付勢力よりも大きく設定されている。

［コイル］
次に、コイル５０について説明する。コイル５０は、円筒状のコイルボビン５１に巻回されている。そして、コイル５０は、コイルボビン５１に巻回されて、ノズル本体１０における大径部１４の外周面の一部及び固定コア４０の先端部の外周面の一部を覆うようにして配置される。コイル５０の巻き始めと巻き終わりの端部は、不図示の配線を介して後述する接続部８０のコネクタ８１の電力供給用の端子８１１に接続されている。コイル５０及びコイルボビン５１の外周には、ハウジング７０が固定されている。

［ハウジング］
ハウジング７０は、有底の円筒状に形成されている。ハウジング７０における軸線方向Ｄａの先端部である底部には、貫通孔７１が形成されている。貫通孔７１は、底部の中央部に形成されている。この貫通孔７１には、ノズル本体１０の大径部１４が挿入される。そして、貫通孔７１の開口縁とノズル本体１０の外周面との間は、例えば、全周にわたって溶接されている。これにより、ノズル本体１０は、ハウジング７０に固定される。

また、ハウジング７０は、固定コア４０の先端部側、コイルボビン５１及びコイル５０の外周を囲むようにして配置される。そして、ハウジング７０の内周面は、ノズル本体１０の大径部１４及びコイル５０と対向し、外周ヨーク部を形成する。このように、コイル５０の周りには、固定コア４０、可動コア３０、ノズル本体１０及びハウジング７０を含むトロダイル状の磁気通路が形成されている。

［接続部］
接続部８０は、樹脂により形成されている。そして、接続部８０は、固定コア４０、コイル５０、コイルボビン５１及びハウジング７０との間に充填される。また、接続部８０は、ハウジング７０よりも軸線方向Ｄａの後端側において、固定コア４０の後端部を除く外周面を覆う。そして、接続部８０は、電力供給用の端子８１１を有するコネクタ８１を形成するようにモールド成形されている。端子８１１は、不図示のプラグの接続端子に接続される。これにより、燃料噴射装置１は、高電圧電源又はバッテリ電源に接続される。そして、不図示のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）によってコイル５０に対する通電が制御される。

１－２．燃料噴射装置の動作例
次に、上述した構成を有する燃料噴射装置１の動作例について図１及び図２を参照して説明する。
図２は、燃料噴射装置１を内燃機関に搭載した状態を示す模式図である。

図２に示すように、燃料噴射装置１は、内燃機関を構成するシリンダ３０１の壁面に設置される。そして、燃料噴射装置１は、燃料を噴射する先端部であるノズル本体１０の先端部が、シリンダ３０１の内壁面とピストン３０２で形成される燃焼室３１０内に配置される。また、燃料噴射装置１におけるノズル本体１０の先端部は、点火プラグ３００に向けて配置される。

上述したように、第１ばね６１の付勢力は、第２ばね６３の付勢力よりも大きく設定されている。そのため、後述するコイル５０が通電されていない状態では、弁体２０の先端部２３は、後述する噴射孔形成部材１２のシート面１２４ａに押し付けられる。その結果、噴射孔１８、１９に至る流路ＦＣは、弁体２０に閉じられて閉弁状態となる。

次に、ＥＣＵによってコイル５０に通電されると、固定コア４０、可動コア３０、ノズル本体１０及びハウジング７０を含む磁気回路に磁束が流れる。そして、固定コア４０には、可動コア３０を吸引する磁気吸引力が発生する。固定コア４０の磁気吸引力が、第１ばね６１の付勢力、すなわち設定荷重を超えると、可動コア３０は、固定コア４０へ向けて移動する。可動コア３０は、固定コア４０と対向する端面、すなわち後端側端面が固定コア４０の先端側端面に衝突するまで移動する。

可動コア３０が移動する際に、弁体２０の後端部２１に設けた係合部２１３と可動コア３０が係合する。そのため、弁体２０は、可動コア３０と共に固定コア４０に向けて軸線方向Ｄａに沿って後端側に向けて移動する。

弁体２０が固定コア４０へ向けて移動することで、弁体２０の先端部２３が噴射孔形成部材１２から離反する。そのため、弁体２０と噴射孔形成部材１２との間に形成された噴射孔１８に至るまでの流路ＦＣが開通し、噴射孔１８、１９が開いた開弁状態となる。

弁体２０が開弁位置（開弁状態）にあるとき、フィルタ９０を介して、燃料が固定コア４０の開口部４３に導入される。そして、燃料は、固定コア４０の貫通孔４２を通ってノズル本体１０に向けて流れる。また、燃料は、貫通孔４２に配置された調整部材６２及び第１ばね６１を通過し、弁体２０の流路形成部２１２と固定コア４０の内周面４１との間に形成された流路ＦＣを流れる。そして、燃料は、可動コア３０の偏心貫通孔３２を介して、ノズル本体１０の第２内部空間１４０に流入する。

第２内部空間１４０に流入した燃料は、弁体２０とノズル本体１０の連通孔１６との間に形成された間隙Ｇ１を通過し、ノズル本体１０の第１内部空間１３０に流れる。そして、燃料は、弁体２０の先端部２３と噴射孔形成部材１２との間に形成された流路ＦＣを流れて、噴射孔１８、１９を介して燃焼室３１０内へ噴射される。

また、ＥＣＵによってコイル５０の通電が中断されると、固定コア４０、可動コア３０、ノズル本体１０及びハウジング７０を含む磁気回路を流れる磁束が消滅する。そして、可動コア３０を吸引する固定コア４０の磁気吸引力も消滅する。そのため、第１ばね６１における弁体２０をノズル本体１０の噴射孔形成部材１２に向けて付勢する弾性力が、第２ばね６３における可動コア３０を固定コア４０に向けて付勢する弾性力よりも大きい初期状態に戻る。

これにより、弁体２０は、第１ばね６１によってノズル本体１０の噴射孔形成部材１２に向けて付勢されて、軸線方向Ｄａに沿って先端部へ移動する。また、弁体２０の係合部２１３と係合する可動コア３０は、弁体２０と共に軸線方向Ｄａに沿って先端側に向けて移動する。これにより、弁体２０の先端部２３が後述する噴射孔形成部材１２のシート面１２４ａに押し付けられ、噴射孔１８、１９に至る流路ＦＣは、弁体２０に閉じられて閉弁状態となる。その結果、燃料噴射装置１による燃料の噴射が停止される。

２．噴射孔、噴射孔形成部材、及び弁体の先端部の詳細な構成
次に、噴射孔１８、１９、噴射孔形成部材１２及び弁体２０の先端部２３の詳細な構成について図１、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、燃料噴射装置１の先端部を拡大して示す断面図、図４は、燃料噴射装置１の先端部を示す正面図である。

図１、図３に示すように、オリフィスカップを示す噴射孔形成部材１２は、ノズル本体１０の第１内部空間１３０の内壁面に圧入される筒部１２２と、筒部１２２の軸線方向Ｄａの先端部側から連続するシート部１２４とを有している。

筒部１２２の内周面１２１には、弁体２０の先端部２３に設けた先端側摺動部２３１が摺動する。また、筒部１２２には、複数の切り欠き部１２３が形成されている。複数の切り欠き部１２３は、筒部１２２の内周面１２１の周方向に等間隔に形成されている。そして、切り欠き部１２３と先端側摺動部２３１との間には、燃料が通過する流路ＦＣが形成される。そして、流路ＦＣは、シート部１２４に向けて延在している。

シート部１２４は、筒部１２２における軸線方向Ｄａの先端部側の開口を塞ぐようにして筒部１２２に連続して形成されている。シート部１２４は、軸線方向Ｄａの先端側に向けて突出する略半球状の凹部である。シート部１２４における内部には、後述する弁体２０の球面部２３０が接触及び離反するシート面１２４ａが形成されている。シート面１２４ａは、軸線方向Ｄａの先端側に向かうに従い縮径する円錐台形状に形成されている。

また、シート部１２４における軸線方向Ｄａの先端部には、サック室１２５が形成されている。サック室１２５は、シート面１２４ａにおける軸線方向Ｄａの先端部に形成され、シート面１２４ａからさらに軸線方向Ｄａの先端部側に向けて略半球状凹んだ凹部である。シート面１２４ａを研削加工する際に、凹部からなるサック室１２５により研削加工を行うツールの逃げを設けることができる。また、サック室１２５は、燃料噴射装置１の中心軸線ＡＸ１上に形成されている。このサック室１２５には、後述する弁体２０における球面部２３０の凸部２３３の少なくとも一部が挿入される。

弁体２０の先端部２３は、球面部２３０と、先端側摺動部２３１とを有している。先端側摺動部２３１は、噴射孔形成部材１２における筒部１２２の内周面１２１を摺動する。先端側摺動部２３１よりも軸線方向Ｄａの先端部側には、球面部２３０が連続して形成されている。

球面部２３０は、略半球状に形成されている。球面部２３０は、弁体側シート面２３２と、凸部２３３とを有している。弁体側シート面２３２は、シート部１２４のシート面１２４ａに対向し、シート面１２４ａに対して接近及び離反する。そして、弁体側シート面２３２がシート面１２４ａに接触した際に、後述する噴射孔１８、１９に至る流路ＦＣが閉じられる。また、弁体側シート面２３２がシート面１２４ａから離反すると、弁体側シート面２３２とシート面１２４ａとの間に燃料が通過する流路ＦＣが形成され、後述する噴射孔１８、１９から燃料が噴射される。弁体側シート面２３２とシート面１２４ａが接触した際に、凸部２３３の一部は、サック室１２５に挿入に挿入される。

また、サック室１２５には、サック室噴射孔１８が形成されており、シート面１２４ａには、複数（本例では、５つ）のシート部噴射孔１９が形成されている。

サック室噴射孔１８は、噴霧を形成するオリフィス孔１８ａと、平面形成用のザグリ穴１８ｂの２段形状に形成されている。オリフィス孔１８ａは、サック室１２５の内壁面から外周面１２０に向けて延在している。

また、図２及び図３に示すように、サック室噴射孔１８における燃料を噴射する方向であるオリフィス孔１８ａの軸方向（以下、「噴射軸」という）Ｆａは、点火プラグ３００を向いている。より詳細には、サック室噴射孔１８の噴射軸Ｆａは、点火プラグ３００において火花が発生する点火領域３００ａに向けられている。そのため、サック室噴射孔１８から噴射される（以下、「サック室噴霧」という）噴霧Ｆ１は、点火領域３００ａに向かう。

ザグリ穴１８ｂは、外周面１２０からオリフィス孔１８ａに向けて凹んだ凹部であり、オリフィス孔１８ａの周囲を囲むようにして形成される。ザグリ穴１８ｂの開口径は、オリフィス孔１８ａの開口径よりも大きく設定されている。また、ザグリ穴１８ｂにおける外周面１２０からオリフィス孔１８ａまでの長さは、オリフィス孔１８ａにおけるサック室１２５の内壁面からザグリ穴１８ｂまでの長さよりも短く設定される。

シート部噴射孔１９は、噴霧を形成するオリフィス孔１９ａと、ザグリ穴１９ｂと、平面形成用の面押し穴１９ｃの３段形状に形成されている。オリフィス孔１９ａは、シート面１２４ａから外周面１２０に向けて延在している。ザグリ穴１９ｂは、オリフィス孔１９ａを囲むようにして形成されており、オリフィス孔１９ａにおける外周面１２０側の端部から外周面１２０に向けて延在している。また、面押し穴１９ｃは、外周面１２０からザグリ穴１９ｂに向けて凹んだ凹部であり、ザグリ穴１９ｂの周囲を囲むようにして形成されている。

なお、シート部噴射孔１９は、噴射孔形成部材１２における曲面部に形成されている。そのため、シート部噴射孔１９には、オリフィス孔１９ａの長さを調整するために、ザグリ穴１９ｂを設けている。これに対して、サック室噴射孔１８は、噴射孔形成部材１２における先端部に形成されている。そのため、シート部１２４におけるサック室１２５での厚さを調整することで、サック室噴射孔１８におけるオリフィス孔１８ａの長さを容易に調整することができる。

これにより、サック室噴射孔１８では、オリフィス孔１８ａの長さの調整用の穴を設ける必要がなくなる。その結果、サック室噴射孔１８を形成するための加工時間を削減することができる。

さらに、ザグリ穴１８ｂは、平面を形成できればよいため、その長さを最小化することができる。その結果、サック室噴射孔１８から噴射された噴霧Ｆ１がザグリ穴１８ｂの壁面に付着することを抑制することができる。

また、燃焼の安定性の向上のためには、サック室噴射孔１８内に空気を混入させず、噴霧Ｆ１の形状を安定させることが求められている。これにより、噴射孔形成部材１２の先端部に燃料が付着することを抑制でき、燃焼の安定性を向上させることができる。そして、そして、噴霧Ｆ１の形状を安定させるためには、サック室噴射孔１８の内圧を高めることが好ましい。このサック室噴射孔１８の内圧を高めるためには、サック室噴射孔１８の噴孔長さＬ／噴孔径Ｄを大きくする必要がある。

しかしながら、サック室噴射孔１８の噴孔長さＬを長くするためには、オリフィスカップである噴射孔形成部材１２のシート部１２４の肉厚を厚くする必要がある。そして、シート部１２４を全体的に厚くする場合、サック室噴射孔１８を形成する際に用いる穴あけパンチが破損するリスクが高まるだけでなく、他のシート部噴射孔１９の加工面にも影響が出ていた。さらに、シート部１２４の先端部のみを厚くした場合でも、シート部１２４の他の箇所の厚みにも影響がでるため、同様に、シート部噴射孔１９の加工面にも影響が発生し、シート部噴射孔１９を所望の寸法で形成することが困難になっていた。

これに対して、本例の燃料噴射装置１では、サック室噴射孔１８におけるオリフィスアナ１８ａの開始位置、すなわち軸線方向Ｄａの後端側の開始端部１２７は、シート面１２４ａに沿った仮想延長線１２６と中心軸線ＡＸ１との交点１２８よりも軸線方向Ｄａの後端側に位置している。すなわち、サック室噴射孔１８の開始端部１２７は、シート面１２４ａで形成される仮想円錐の頂点を示す交点１２８よりも弁体２０における球面部２３０の凸部２３３側に形成されている。これにより、サック室噴射孔１８におけるオリフィス孔１８ａの噴孔長さＬを噴射孔形成部材１２の内側に向けて伸ばすことができる。

このように、本例の燃料噴射装置１では、噴射孔形成部材１２の外側の形状を変更することなく、サック室噴射孔１８の噴孔長さＬを長くすることができる。その結果、サック室噴射孔１８の内圧を高めることができ、噴霧Ｆ１の形状を安定させることができる。

なお、本例では、サック室噴射孔１８が形成されるサック室１２５をシート部１２４のシート面１２４ａの先端部からさらに軸線方向Ｄａの先端部側に向けて略半球状凹んだ凹部として形成した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、シート部１２４におけるシート面１２４ａの先端部に凹部を設けることなく、シート面１２４ａの先端部を錐状ではなく略半球状に形成してもよい。そして、シート面１２４ａの半球状の先端部をサック室１２５としてもよい。すなわち、サック室１２５は、シート面１２４ａから滑らかにつながる。このとき、弁体２０の球面部２３０における凸部２３３は削除することが好ましい。

この構成においてサック室１２５にサック室噴射孔１８を形成した場合、サック室噴射孔１８の開始端部１２７は、シート面１２４ａで形成される円錐の頂点を示す交点１２８よりも弁体２０の凸部２３３側に形成される。このような構成においても、サック室噴射孔１８の噴孔長さＬを長くすることができ、サック室噴射孔１８の内圧を高めることができる。

ここで、サック室噴射孔１８の開始端部１２７が、交点１２８よりも弁体２０の球面部２３０の凸部２３３側に形成されていても、凸部２３３と開始端部１２７の距離が大きくなると、サック室１２５の体積が増加する。そして、サック室１２５の体積が増加すると、弁体側シート面２３２とシート面１２４ａが接触した後に、サック室噴射孔１８から噴射される速度の遅い噴霧の量が多くなる。速度の遅い噴霧は、微粒化しづらく、燃焼の安定性を低下させる。そのため、サック室噴射孔１８から噴射される速度の遅い噴霧の量を低減するためには、開始端部１２７と凸部２３３の距離を短くすることが好ましい。そして、弁体側シート面２３２とシート面１２４ａが接触した状態で、凸部２３３の先端と、サック室噴射孔１８の開始端部１２７との距離は、サック室噴射孔１８の開始端部１２７と交点１２８との距離の１．７倍以下となることが望ましい。

なお、本例では、サック室噴射孔１８を２段形状とし、シート部噴射孔１９を３段形状とした例を説明したが、サック室噴射孔１８及びシート部噴射孔１９の段数は、これに限定されるものではない。例えば、サック室噴射孔１８を３段以上に形成し、シート部噴射孔１９を４段以上に形成してもよく、サック室噴射孔１８及びシート部噴射孔１９を、オリフィス孔１８ａ、１９ａのみの１段形状としてもよい。なお、サック室噴射孔１８の加工時間を削減させるために、サック室噴射孔１８の段数は、シート部噴射孔１９の段数よりも少なく設定することが好ましい。

図４に示すように、複数のシート部噴射孔１９は、サック室噴射孔１８の周囲における一部を除いて略等間隔に形成される。具体的には、複数のシート部噴射孔１９は、噴射孔形成部材１２においてサック室噴射孔１８よりも点火プラグ３００側に形成されていない。すなわち、サック室噴射孔１８は、複数のシート部噴射孔１９よりも点火プラグ３００側に配置される。

図５は、燃料噴射装置１から噴射される噴霧を示す外観斜視図である。
上述したように、サック室噴射孔１８の噴射軸Ｆａが点火プラグ３００を向いおり、サック室噴射孔１８は、複数のシート部噴射孔１９よりも点火プラグ３００側に配置される。そのため、図２及び図５に示すように、サック室噴霧Ｆ１は、複数のシート部噴射孔１９から噴射される噴霧（以下、「シート部噴霧」という）Ｆ２よりも点火プラグ３００に最も接近する。

さらに、複数のシート部噴射孔１９は、サック室噴射孔１８を周囲の全てを囲まないように配置されている。そのため、サック室噴霧Ｆ１と複数のシート部噴霧Ｆ２が互いに干渉する、いわゆる噴霧シュリンクの発生を防止することができる。これにより、互いに噴霧Ｆ１、Ｆ２が互いに干渉して、噴射孔形成部材１２の外周面１２０から噴霧の液滴が到達するまでの長さである噴霧の長さ（ペネトレーション）が増加することを防止することができる。

なお、サック室噴射孔１８の噴射軸Ｆａと、複数のシート部噴射孔１９の噴射軸との角度を大きくすることができれば、複数のシート部噴射孔１９をサック室噴射孔１８における周囲の全てを囲むように配置してもよい。すなわち、サック室噴射孔１８よりも点火プラグ側にシート部噴射孔１９を配置してもよい。

しかしながら、ベルヌーイの定理により、複数のシート部噴霧Ｆ２が、サック室噴霧Ｆ１に引き寄せられるおそれがある。そのため、本例の燃料噴射装置１のように、複数のシート部噴射孔１９は、サック室噴射孔１８を周囲のうち一部には、配置されないようにして、サック室噴射孔１８の周囲の全てを囲まないように配置することが望ましい。

図６は、サック室噴射孔１８及びシート部噴射孔１９から燃料が噴射される状態を拡大して示す説明図である。
ここで、噴射中または噴射後の燃料は、噴射孔形成部材１２の外周面１２０において中心軸線ＡＸ１上に集結する。そのため、噴射孔形成部材１２の外周面１２０における中心軸線ＡＸ１上は、燃料が最も付着しやすい箇所である。これに対して、本例の燃料噴射装置１では、噴射孔形成部材１２における中心軸線ＡＸ１上にサック室噴射孔１８を形成している。

そして、サック室噴射孔１８から燃料が噴射されると、ベルヌーイの定理によりサック室噴霧Ｆ１付近の気体の圧力が下がる。そのため、外周面１２０に付着した燃料には、サック室噴霧Ｆ１に引き寄せられる力が働く。これにより、外周面１２０に付着した燃料は、サック室噴霧Ｆ１に引き寄せられ、サック室噴霧Ｆ１と共に外周面１２０から除去される。その結果、噴射孔形成部材１２の先端部に燃料が付着することを抑制し、燃焼の安定性の向上を図ることができる。

さらに、サック室噴射孔１８は、オリフィス孔１８ａとザグリ穴１８ｂの２段形状となっており、ザグリ穴１８ｂの開口径をオリフィス孔１８ａの開口径よりも大きく形成している。さらに、ザグリ穴１８ｂの長さをオリフィス孔１８ａの長さよりも短く形成している。これにより、上述したベルヌーイの定理によりサック室噴霧Ｆ１が外周面１２０に付着した燃料を引き寄せる力を大きくすることができ、外周面１２０から燃料をより効率的に除去することができる。

さらに、流路ＦＣを燃料が通過する際に、燃料にキャビテーションと呼ばれる気泡Ｓ１が発生する。なお、気泡Ｓ１は、流路ＦＣが狭くなることで流速が早くなり、燃料の飽和蒸気圧以下まで低下することで発生する。また、弁体側シート面２３２とシート面１２４ａとの間の流路ＦＣは、燃料噴射装置１において最も狭くなる箇所である。そのため、気泡Ｓ１は、噴射孔形成部材１２におけるシート部１２４の近傍から先端部側である弁体側シート面２３２とシート面１２４ａとの間に形成された流路ＦＣで発生する。

この気泡Ｓ１は、燃料と共に流路ＦＣを通過して、燃料噴射装置１の中心軸線ＡＸ１上にあるサック室１２５まで流れる。そして、気泡Ｓ１は、サック室１２５内で崩壊する。この気泡Ｓ１の崩壊によって生じる崩壊エネルギーＴ１によって、サック室１２５内の燃料の微粒化を促進させることができる。その結果、サック室１２５に設けたサック室噴射孔１８から燃料をより微粒化した状態で噴射させることができる。

また、シート部１２４の３６０°全方位から燃料が流れ込むサック室噴射孔１８では、噴霧初期でのサック室噴霧Ｆ１の噴霧の長さが、シート部噴霧Ｆ２よりも長くなる。さらに、上述したように、サック室噴射孔１８の噴射軸Ｆａは、点火プラグ３００の点火領域３００ａに向けられている。そのため、シート部噴霧Ｆ２の噴霧の長さが短くなっても、ファストアイドルでの燃焼安定性を維持又は向上させることができる。

また、シート部噴射孔１９は、サック室噴射孔１８よりも点火プラグ３００側に配置されていない。そのため、シート部噴霧Ｆ２が内燃機関のシリンダヘッドや吸気バルブ、排気バルブ等に到達し、シリンダヘッドや吸気バルブ、排気バルブに燃料が付着することを防ぐことができる。

なお、上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。

１…燃料噴射装置、 １０…ノズル本体、 １２…噴射孔形成部材、 １８…サック室噴射孔（噴射孔）、 １８ａ、１９ａ…オリフィス孔、 １８ｂ、１９ｂ…ザグリ穴、 １９…シート部噴射孔、 １９ｃ…面押し穴、 ２０…弁体、 ２３…先端部、 ３０…可動コア、 ４０…固定コア、 ５０…コイル、 ７０…ハウジング、 ８０…接続部、 １２０…外周面、 １２１…内周面、 １２２…筒部、 １２３…切り欠き部、 １２４…シート部、 １２４ａ…シート面、 １２５…サック室、 １２６…仮想延長線、 １２７…開始端部、 １２８…交点（頂点）、 ２３０…球面部、 ２３１…先端側摺動部、 ２３２…弁体側シート面、 ２３３…凸部、 ３００…点火プラグ、 ３００ａ…点火領域、 ３０１…シリンダ、 ３０２…ピストン、 ３１０…燃焼室、 ＡＸ１…中心軸線、 Ｄａ…軸線方向、 Ｆ１…サック室噴霧、 Ｆ２…シート部噴霧、 Ｓ１…気泡、 Ｔ１…崩壊エネルギー

Claims (12)

1. 点火プラグが配置された内燃機関のシリンダに設置されるノズル本体と、
   前記ノズル本体の先端部に設けられた噴射孔形成部材と、
   前記噴射孔形成部材に設けたシート面に接触及び離反する弁体側シート面が形成された弁体と、を備え、
   前記噴射孔形成部材は、
   前記シート面を有するシート部と、
   前記シート部における先端部に形成されたサック室と、を有し、
   前記サック室には、燃料を前記点火プラグに向けて噴射するサック室噴射孔が形成されており、
   前記サック室噴射孔における前記弁体の軸線方向の後端側の端部である開始端部は、前記シート面を延長した際に形成される仮想円錐の頂点よりも前記弁体側に位置する
   燃料噴射装置。
2. 前記サック室は、前記シート面から先端部側に向けて凹んだ凹部である
   請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記サック室噴射孔の中心軸線は、前記ノズル本体の中心軸線に対して傾斜している
   請求項１に記載の燃料噴射装置。
4. 前記サック室噴射孔における前記燃料を噴射する方向である噴射軸は、前記点火プラグにおいて火花が発生する点火領域を向いている
   請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記弁体の先端位置は、閉弁状態において前記サック室に少なくとも一部が挿入され、
   前記シート面で形成される前記仮想円錐の頂点と前記サック室噴射孔の前記開始端部との距離に対して、前記弁体の先端位置と前記サック室噴射孔の前記開始端部の距離が１．７倍以下に設定される
   請求項２に記載の燃料噴射装置。
6. 前記サック室噴射孔は、
   前記サック室の内壁面から前記噴射孔形成部材の外周面に向けて延在するオリフィス孔と、
   前記外周面から前記オリフィス孔に向けて凹んだ凹部であるザグリ穴と、
   を有する請求項１に記載の燃料噴射装置。
7. 前記ザグリ穴の開口径は、前記オリフィス孔の開口径よりも大きく設定されている
   請求項６に記載の燃料噴射装置。
8. 前記ザグリ穴における前記外周面から前記オリフィス孔までの長さは、前記オリフィス孔における前記サック室の内壁面から前記ザグリ穴までの長さよりも短く設定されている
   請求項６に記載の燃料噴射装置。
9. 前記シート面には、前記燃料を噴射するシート部噴射孔が形成されている
   請求項１に記載の燃料噴射装置。
10. 前記シート部噴射孔は、前記シート面に複数形成され、
    複数の前記シート部噴射孔は、前記サック室噴射孔の周囲のうち少なくとも一部には、配置されない
    請求項９に記載の燃料噴射装置。
11. 前記サック室噴射孔は、前記噴射孔形成部材において前記シート部噴射孔よりも前記点火プラグ側に配置される
    請求項１０に記載の燃料噴射装置。
12. 前記サック室噴射孔及び前記シート部噴射孔は、複数段形状に形成されており、
    前記サック室噴射孔の段数は、前記シート部噴射孔の段数よりも少なく設定されている
    請求項１１に記載の燃料噴射装置。

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