JP2023156127A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴霧される燃料がピストンやシリンダの壁面に付着することを抑制し、燃焼の安定性を向上させた燃料噴射装置を提供する。【解決手段】内燃機関のシリンダの内部に燃料を直接噴射する燃料噴射装置１であって、ノズル本体１０と、弁体シート形成部材Ｘ１と、噴射孔形成部材１２と、を備え、弁体シート形成部材Ｘ１の底部１２４には、燃料通路孔Ｘ３が設けられ、噴射孔形成部材１２は、燃料流路溝Ｘ４と、旋回室Ｘ５と、噴射孔Ｘ２と、を有し、噴射孔Ｘ２は、オリフィス孔Ｘ２ａと、オリフィス孔Ｘ２ａよりも直径が大きいザグリ穴Ｘ２ｂ（大径凹部）と、を含み、オリフィス孔Ｘ２ａは、旋回室Ｘ５と大径凹部Ｘ２ｂとの間に配置され、旋回室Ｘ５、オリフィス孔及び大径凹部Ｘ２ｂは、燃料が旋回室Ｘ５で旋回流となり旋回流を維持した状態でオリフィス孔Ｘ２ａ及び大径凹部Ｘ２ｂを通過しシリンダの内部に噴射されるように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料噴射装置に関する。

従来、内燃機関に設けられた燃料噴射装置としては、内燃機関のシリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射型のものが用いられている。

特許文献１には、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射装置であって、燃料の噴射と停止を行うために開閉可能な弁体と、該弁体と密着して燃料の噴射の停止を行うことが可能なシート部と、弁体とシート部の下流に配置され、燃料を噴射する複数の燃料噴射孔を有するオリフィスプレートを備え、オリフィスプレートは、燃料を噴射する燃料噴射孔と、燃料を旋回させる旋回室と、旋回室に燃料を導入する燃料流入通路を有するものが開示されている。

特開２００８－２８０９８１号公報

排気ガス規制の強化に伴い、未燃焼粒子（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：ＰＭ）の総量とその個数である未燃焼粒子数（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｎｕｍｂｅｒ：ＰＮ）を低減することが求められている。

ＰＭは、内燃機関のインジェクタから噴射された燃料が気筒内のピストンやシリンダ壁面に付着することで発生する。そのため、燃料噴射装置から噴射される噴霧の長さ（噴霧ペネトレーション）は、燃焼におけるＰＭ排出量へ影響を及ぼす。

また、内燃機関におけるシリンダ内に燃料を直接噴射する直噴用燃料噴射装置の作動圧力は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用燃料噴射装置の動作圧力よりもはるかに高い。そのため、特許文献１に記載の燃料噴射装置においては、旋回室を設けたオリフィスプレートが高い動作圧力に耐えられないおそれがある点で改善の余地がある。

本開示の目的は、噴霧される燃料がピストンやシリンダの壁面に付着することを抑制し、燃焼の安定性を向上させた燃料噴射装置を提供することにある。

本開示の燃料噴射装置は、内燃機関のシリンダの内部に燃料を直接噴射するものであって、ノズル本体と、弁体シート形成部材と、噴射孔形成部材と、を備え、弁体シート形成部材の底部には、燃料通路孔が設けられ、噴射孔形成部材は、燃料流路溝と、旋回室と、噴射孔と、を有し、噴射孔は、オリフィス孔と、オリフィス孔よりも直径が大きい大径凹部と、を含み、オリフィス孔は、旋回室と大径凹部との間に配置され、旋回室、オリフィス孔及び大径凹部は、燃料が旋回室で旋回流となり旋回流を維持した状態でオリフィス孔及び大径凹部を通過しシリンダの内部に噴射されるように構成されている。

本開示によれば、噴霧される燃料がピストンやシリンダの壁面に付着することを抑制し、燃焼の安定性を向上させた燃料噴射装置を提供することができる。

実施形態に係る燃料噴射装置を示す断面図である。 図１の燃料噴射装置１を備えた内燃機関を示す部分断面図 図１の燃料噴射装置１の先端部を示す拡大断面図である。 図３の噴射孔形成部材１２を示す下面図である。 図３の噴射孔形成部材１２を示す上面図である。

以下、本開示に係る実施形態について、図１～図５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．実施形態
１－１．燃料噴射装置の構成
実施形態に係る燃料噴射装置は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程（膨張行程）及び排気行程の４行程を繰り返す４サイクルエンジン（内燃機関）に用いられるものである。また、燃料噴射装置は、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は、実施形態に係る燃料噴射装置を示す断面図である。

本図に示すように、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。ノズル本体１０（図中下部）と固定コア４０（図中上部）とが接続されている。そして、これらが接している部分は、ハウジング７０で覆われている。固定コア４０の外側は、大部分が接続部８０で覆われている。可動コア３０は、ノズル本体１０と固定コア４０との間に挟み込まれている。弁体２０は、ノズル本体１０、可動コア３０及び固定コア４０の連通した中空部に挿入されている。

弁体シート形成部材Ｘ１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底部１２４と、を有している。

以下、各部の詳細について更に説明する。

［ノズル本体］
図１に示すように、ノズル本体１０は、中空の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（図中下端部）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（図中上端部）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とは、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。第１内部空間１３０には、弁体シート形成部材Ｘ１及び噴射孔形成部材１２が挿入又は圧入により取り付けられている。弁体シート形成部材Ｘ１は、ノズル本体１０の凹部に圧入され、噴射孔形成部材１２によりノズル本体１０に固定されている。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に固定されている。噴射孔形成部材１２には、燃料を噴射する複数の噴射孔Ｘ２が形成されている。なお、噴射孔形成部材１２及び噴射孔Ｘ２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、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、可動コア３０と、固定コア４０の一部が配置されている。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と同心円状に形成されたばね収容部１４１とが形成されている。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。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］
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との間に位置する中間部２２と、を有している。先端部２３は、弁体２０の弁体シート形成部材Ｘ１側に配置されている。後端部２１は、弁体２０の軸線方向Ｄａの固定コア４０側に配置されている。

先端部２３は、弁体シート形成部材Ｘ１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、弁体シート形成部材Ｘ１の底部１２４に設けられた燃料通路孔Ｘ３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、ノズル本体１０の連通孔１６に配置されている。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。

後端部２１は、ノズル本体１０における第２内部空間１４０に配置されている。後端部２１は、外径が中間部２２よりも大きい略円柱状に形成されている。後端部２１は、固定コア４０の筒孔内に挿入されている。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と、が設けられている。

後端側摺動部２１１は、後端部２１の外周面である。後端側摺動部２１１は、固定コア４０の内周面４１に摺動可能に支持されている。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ている。

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、固定コア４０の内周面４１との間に燃料が通過する流路ＦＣを形成している。

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。係合部２１３は、弁体２０の開閉動作時に可動コア３０と係合する。

また、後端部２１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１４０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ている。

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及び偏心貫通孔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の中心軸を中心軸とする円柱形状の貫通孔である。そして、挿通孔３１には、弁体２０の中間部２２が挿通している。

一方、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と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を構成している。

可動コア３０の先端部側の端面には、第２ばね６３の他端部が当接している。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との間に配置されている。また、可動コア３０の後端部側の端面には、固定コア４０が当接している。

［固定コア］
固定コア４０は、可動コア３０を磁力によって引き付ける部材である。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の先端部側は、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とは、溶接により接合されている。

また、固定コア４０の先端部側は、第２内部空間１４０に配置された可動コア３０の後端部側の端面と対向する。固定コア４０の先端部側は、硬質クロムめっきや無電解ニッケルめっき等のめっきによって被覆することが望ましい。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の後端部側も、硬質クロムめっきや無電解ニッケルめっき等のめっきによって被覆することが望ましい。これにより、可動コア３０として比較的軟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の先端部側の反対側（図中上部。以下「後端部側」という。）は、ノズル本体１０の第２内部空間１４０から先端部側の反対方向（図中上方。以下「後端部方向」という。）に突出している。

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を中心軸とする円柱形状である。そして、貫通孔４２は、燃料が通過する流路ＦＣを構成している。また、固定コア４０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に向かってフィルタ９０が挿入されている。

さらに、貫通孔４２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、固定コア４０の内部に固定されている。また、貫通孔４２の先端部側には、弁体２０の後端部２１が挿入されている。第１ばね６１は、調整部材６２と弁体２０の後端部２１との間に配置されている。そして、第１ばね６１は、弁体２０を弁体シート形成部材Ｘ１の底部１２４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による弁体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から底部１２４にかかる付勢力を調整することができる。

ここで、第１ばね６１により弁体２０に加わる付勢力は、第２ばね６３から可動コア３０に加わ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及びコイルボビン５１は、ノズル本体１０の大径部１４の外周面及び固定コア４０の先端部の外周面を部分的に覆うようにして配置されている。コイル５０の巻き始め及び巻き終わりの端部は、不図示の配線を介して接続部８０のコネクタ８１に設けられた電力供給用の端子８１１に接続されている。コイル５０及びコイルボビン５１の外周部は、ハウジング７０に覆われている。

［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の底部には、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が挿入されている。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。このようにして、ノズル本体１０は、ハウジング７０に固定されている。

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の外周部を囲むようにして配置されている。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を構成する樹脂は、固定コア４０、コイル５０、コイルボビン５１及びハウジング７０との間に充填されている。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っている。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
次に、上述した構成を有する燃料噴射装置の動作について、図１及び図２を参照して説明する。

図２は、図１の燃料噴射装置１を備えた内燃機関を示す部分断面図である。

本図においては、内燃機関は、シリンダ３０１と、これに挿入されたピストン３０２と、を有する。シリンダ３０１の内部には、シリンダ３０１の内壁面とピストン３０２とで囲まれた燃焼室３１０が形成されている。シリンダ３０１の上部には、点火プラグ３００が取り付けられている。また、シリンダ３０１の上部には、それぞれ弁を有する吸気管及び排気管が接続されている。

燃料噴射装置１は、シリンダ３０１の側壁の吸気管の近傍に設置されている。そして、燃料噴射装置１のノズル本体１０（図１）の先端部は、燃焼室３１０内に配置され、点火プラグ３００の先端部近傍の点火領域３００ａに燃料が噴射されるように設置されている。

燃料噴射装置１から燃焼室３１０内に噴射される噴霧Ｆ１は、噴射軸Ｆａを中心軸として点火プラグ３００による点火領域３００ａに到達する。

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、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、後述する弁体シート形成部材Ｘ１の弁座１２４ａ（図３参照）に押し付けられる。その結果、燃料通路孔Ｘ３及び噴射孔Ｘ２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が弁体シート形成部材Ｘ１から離反する。そのため、燃料通路孔Ｘ３から燃料流路溝Ｘ４を介して噴射孔Ｘ２に至るまでの流路ＦＣが開通し、噴射孔Ｘ２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と弁体シート形成部材Ｘ１との間に形成された流路ＦＣを流れて、燃料通路孔Ｘ３及び噴射孔Ｘ２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の弁体シート形成部材Ｘ１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が弁体シート形成部材Ｘ１の弁座１２４ａに押し付けられ、噴射孔Ｘ２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Ｘ２、弁体シート形成部材Ｘ１、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、図４及び図５を参照して説明する。

図３は、図１の燃料噴射装置１の先端部を示す拡大断面図である。

図３に示すように、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、底部１２４の弁座１２４ａに達している。

底部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。底部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。底部１２４における内部には、弁体２０の球面部２３０が接触及び離反する弁座１２４ａが形成されている。弁座１２４ａは、軸線方向Ｄａの先端部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、底部１２４における軸線方向Ｄａの先端部には、燃料通路孔Ｘ３が形成されている。燃料通路孔Ｘ３は、弁座１２４ａにおける軸線方向Ｄａの先端部に形成され、弁体シート形成部材Ｘ１及び噴射孔形成部材１２の接触面Ｘ６までに至る孔である。また、燃料通路孔Ｘ３は、燃料噴射装置１の中心軸線ＡＸ１上に形成されている。この燃料通路孔Ｘ３には、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、弁体シート形成部材Ｘ１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、弁体側弁座２３２と、凸部２３３と、を有している。弁体側弁座２３２は、底部１２４の弁座１２４ａに対向し、弁座１２４ａに対して接近及び離反する。

そして、燃料噴射装置１には、弁体側弁座２３２が弁座１２４ａに接触した際に、噴射孔Ｘ２に至る流路ＦＣが閉じられる。なお、弁体側弁座２３２と弁座１２４ａとが接触した際に、凸部２３３の一部は、燃料通路孔Ｘ３に挿入に挿入される。また、弁体側弁座２３２が弁座１２４ａから離反すると、弁体側弁座２３２と弁座１２４ａとの間に、燃料が通過する流路ＦＣが形成され、燃料が燃料流路溝Ｘ４に流れ、噴射孔Ｘ２からシリンダ内に燃料が直接噴射される。

なお、噴射孔Ｘ２から噴射される噴霧Ｆ１（図１）の長さは、燃焼におけるＰＭ排出量へ影響を及ぼす。噴霧Ｆ１の長さが長すぎる場合、シリンダ３０１の内壁面に付着する燃料が増加するおそれがある。シリンダ３０１の内壁面に付着した燃料は、不完全燃焼となる可能性が高く、ＰＭ排出量が増加する原因となり得る。そのため、噴霧Ｆ１の長さを抑制し、シリンダ３０１の内壁面に達しないようにすることにより、燃焼におけるＰＭ排出量を低減することができる。

弁体シート形成部材Ｘ１の下流側には、噴射孔形成部材１２が弁体シート形成部材Ｘ１と接触するように配置されている。噴射孔形成部材１２には、燃料流路溝Ｘ４、旋回室Ｘ５及び噴射孔Ｘ２が形成されている。

図４は、図３の噴射孔形成部材１２を示す下面図である。

図４においては、噴射孔形成部材１２の底面部Ｘ７には、噴射孔Ｘ２が設けられている。噴射孔Ｘ２は、噴霧を形成するオリフィス孔Ｘ２ａと、ザグリ穴Ｘ２ｂ（大径凹部）と、が連通した二段構造を有する。

図５は、図３の噴射孔形成部材１２を示す上面図である。

図５に示すように、噴射孔形成部材１２の接触面Ｘ６には、燃料流路溝Ｘ４、旋回室Ｘ５及び噴射孔Ｘ２が形成されている。燃料流路溝Ｘ４、旋回室Ｘ５及び噴射孔Ｘ２は、弁体シート形成部材Ｘ１（図３）が天井部分を構成する形で流路ＦＣとなる。これにより、燃料は、流路ＦＣとして燃料通路孔Ｘ３、燃料流路溝Ｘ４及び旋回室Ｘ５を通過し、噴射孔Ｘ２に至るようになっている。

なお、図３において一点鎖線で示す噴射軸Ｆａは、噴射孔Ｘ２において燃料を噴射する方向を表している。噴射軸Ｆａは、噴射孔形成部材１２の接触面Ｘ６及び底面部Ｘ７に対して垂直の方向となっている。

燃料の流れは、旋回室Ｘ５の壁に制約されるため、噴射孔Ｘ２が水抜き穴構造になり、流れ込めない燃料は、噴射軸Ｆａを中心に旋回室Ｘ５の中に旋回し、渦を形成する。言い換えると、燃料流路溝Ｘ４から旋回室Ｘ５に流入した燃料は、流れの向きが変えられる。噴射孔Ｘ２に流れ込める流量が限られているため、噴射孔Ｘ２に流れ込む過程で旋回流となる。

図５に示すように、旋回室Ｘ５の形状及び噴射孔Ｘ２の入り口の位置の調整により、渦の巻き具合及び旋回方向を調整することができる。なお、渦の発生により、噴射軸Ｆａに対して横流入運動量（流れの回転方向の運動量）が大きくなる。そして、角運動量保存の法則により、噴射孔Ｘ２から噴射される噴霧Ｆ１（図２）に作用する遠心力が大きくなる。その結果、噴射孔Ｘ２内に流れてくる燃料の旋回速度が上がり、軸方向の速度が下がる。そのため、噴射孔Ｘ２から噴射される噴霧Ｆ１の噴射軸方向の長さを抑制することができ、シリンダ内に付着する燃料を低減することができる。

図３に示すように、オリフィス孔Ｘ２ａは、旋回室Ｘ５の底面からザグリ穴Ｘ２ｂに連通する流路である。

図４に示すように、ザグリ穴Ｘ２ｂは、底面部Ｘ７に設けられた凹部であり、オリフィス孔Ｘ２ａを囲むようにして形成されている。オリフィス孔Ｘ２ａから流出した燃料は、ザグリ穴Ｘ２ｂを通って旋回しながら噴射されるようになっている。

なお、上述した渦の発生が噴射孔Ｘ２から噴射される噴霧Ｆ１に及ぼす影響は、主にオリフィス孔Ｘ２ａの入り口に流れ込む燃料の横方向の運動量に影響される。また、上述したように、横方向の運動量は、燃料流路溝Ｘ４から旋回室Ｘ５への流入の量、及び旋回室Ｘ５の壁の制約に影響される。燃料流路溝Ｘ４及び旋回室Ｘ５の体積が大きすぎると、非対称流入が発生しにくくなり、旋回室Ｘ５において渦が生じない場合がある。燃料流路溝Ｘ４及び旋回室Ｘ５の噴射軸Ｆａ方向の高さを、オリフィス孔Ｘ２ａの入り口の直径に対して、約５倍以下に維持すると、燃料流路溝Ｘ４及び旋回室Ｘ５の体積を低減することができ、横運動量、すなわち、渦発生が噴射孔Ｘ２から噴射される噴霧Ｆ１に及ぼす影響は保つことができる。なお。本図においては１倍、すなわち、燃料流路溝Ｘ４及び旋回室Ｘ５の当該高さは、オリフィス孔Ｘ２ａの入り口の直径と等しい。

また、噴射孔Ｘ２から噴射される噴霧Ｆ１に作用する遠心力は、オリフィス孔Ｘ２ａの噴射軸Ｆａ方向の長さに影響される。オリフィス孔Ｘ２ａの入り口に横方向の運動量が大きくても、オリフィス孔Ｘ２ａの噴射軸Ｆａ方向の長さが長すぎると、燃料の流れは、オリフィス孔Ｘ２ａの出口に到達する前に、横方向の運動量が減少してしまう可能性がある。すなわち、オリフィス孔Ｘ２ａが長すぎると、噴射孔Ｘ２から噴射される噴霧Ｆ１に作用する遠心力が下がり、噴霧の長さは、噴射軸Ｆａ方向に長くなるおそれがある。

ただし、噴射孔形成部材１２が高圧噴射に耐えられるようにするため、十分な噴射軸Ｆａ方向の肉厚は必要である。より詳細には、噴射孔形成部材１２の接触面Ｘ６と底面部Ｘ７との間の距離だけでなく、旋回室Ｘ５の底面とザグリ穴Ｘ２ｂとの間の距離が、高圧噴射で耐えられる噴射軸Ｆａ方向の肉厚を有することが必要である。オリフィス孔Ｘ２ａの長さは、ザグリ穴Ｘ２ｂの深さよりも短くすることが望ましい。

図４においては、燃料流路溝Ｘ４が４つ設けられている。ただし、燃料流路溝Ｘ４の数は、これに限定されるものではなく、２つ、３つ、５つ又は６つであってもよい。

旋回室Ｘ５及び噴射孔Ｘ２が燃料流路溝Ｘ４と同数で形成されている場合、流量の方程式により、噴射孔Ｘ２に流れ込む燃料の量を減少させることができる。これにより、噴射孔Ｘ２から噴射される噴霧Ｆ１の噴射軸Ｆａ方向の長さが長くなることを抑制でき、シリンダ内に付着する燃料を低減できる。

また、上述した非対称流入の流れが実現できるために、燃料通路孔Ｘ３から噴射孔Ｘ２に至る流路ＦＣが形成される構造、すなわち噴射孔形成部材１２に形成される燃料流路溝Ｘ４及び旋回室Ｘ５、並びに噴射孔形成部材１２の接触面Ｘ６が燃料噴射装置１の組み立て作業中に変形しないようにしなければならない。このため、噴射孔形成部材１２は、図３に示す溶接部Ｘ８で溶接して、ノズル本体１０に固定することが望ましい。溶接部Ｘ８と接触面Ｘ６との距離を十分なものとし、溶接作業中における加熱による変形を防止するためである。ザグリ穴Ｘ２ｂを設ける利点として、当該距離を大きくすることが可能であることもある。

噴射孔形成部材１２には、弁体シート形成部材Ｘ１の側壁面を覆う側壁部Ｘ９を設けることが望ましい。これにより、シート形成部材Ｘ１の先端部側が噴射孔形成部材１２の側壁部Ｘ９に食い込むようにすることができる。これにより、溶接作業中に噴射孔形成部材１２が動くことを防止し、弁体シート形成部材Ｘ１と噴射孔形成部材１２の接触面Ｘ６との間に隙間が発生することを防止することができる。

以下、本開示に係る望ましい実施形態について、まとめて説明する。

噴射孔形成部材は、弁体シート形成部材の先端部を覆う側壁部を有する。

噴射孔形成部材の側壁部は、ノズル本体と底部との間に配置され、ノズル本体の先端部と噴射孔形成部材の先端部とが溶接により固定されている。

旋回室及び燃料流路溝の高さは、オリフィス孔の直径の５倍以下である。

噴射孔形成部材には、燃料流路溝、旋回室及び噴射孔の組が複数設けられている。

燃料流路溝には、燃料通路孔を通過した燃料が流入するように構成されている。

弁体を更に備え、燃料通路孔は、弁体の移動により開閉する構成を有する。

なお、本開示の内容は、上述しかつ図面に示す実施の形態に限定されるものではなく、本開示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、方向に関する記載をしているが、これらの記載は、厳密にその方向のみを意味するものではなく、その機能を発揮し得る範囲にある方向を許容する。

１：燃料噴射装置、１０：ノズル本体、１２：噴射孔形成部材、Ｘ１：弁体シート形成部、Ｘ２：噴射孔、Ｘ２ａ：オリフィス孔、Ｘ２ｂ：ザグリ孔、Ｘ３：燃料通路孔、Ｘ４：燃料流路溝、Ｘ５：旋回室、Ｘ６：接触面、Ｘ７：底面部、Ｘ８：溶接部、Ｘ９：側壁部、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：底部、１２４ａ：弁座、２３０：球面部、２３１：先端側摺動部、２３２：弁体側弁座、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：噴霧、Ｆａ：噴射軸。

Claims (7)

1. 内燃機関のシリンダの内部に燃料を直接噴射する燃料噴射装置であって、
   ノズル本体と、
   弁体シート形成部材と、
   噴射孔形成部材と、を備え、
   前記弁体シート形成部材の底部には、燃料通路孔が設けられ、
   前記噴射孔形成部材は、燃料流路溝と、旋回室と、噴射孔と、を有し、
   前記噴射孔は、オリフィス孔と、前記オリフィス孔よりも直径が大きい大径凹部と、を含み、
   前記オリフィス孔は、前記旋回室と前記大径凹部との間に配置され、
   前記旋回室、前記オリフィス孔及び前記大径凹部は、前記燃料が前記旋回室で旋回流となり前記旋回流を維持した状態で前記オリフィス孔及び前記大径凹部を通過し前記シリンダの前記内部に噴射されるように構成されている、燃料噴射装置。
2. 前記噴射孔形成部材は、前記弁体シート形成部材の先端部を覆う側壁部を有する、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 前記噴射孔形成部材の前記側壁部は、前記ノズル本体と前記底部との間に配置され、
   前記ノズル本体の先端部と前記噴射孔形成部材の先端部とが溶接により固定されている、請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 前記旋回室及び燃料流路溝の高さは、前記オリフィス孔の直径の５倍以下である、請求項１記載の燃料噴射装置。
5. 前記噴射孔形成部材には、前記燃料流路溝、前記旋回室及び前記噴射孔の組が複数設けられている、請求項１記載の燃料噴射装置。
6. 前記燃料流路溝には、前記燃料通路孔を通過した前記燃料が流入するように構成されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
7. 弁体を更に備え、
   前記燃料通路孔は、前記弁体の移動により開閉する構成を有する、請求項１記載の燃料噴射装置。

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