JP3365147B2 - 内燃機関の燃料噴射弁 - Google Patents
内燃機関の燃料噴射弁Info
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Description
機関等に好適な内燃機関の燃料噴射弁、特に噴霧に旋回
成分を付与するようにした燃料噴射弁の改良に関する。
により噴霧に旋回成分を付与するようにしたいわゆるス
パイラル噴射弁と呼ばれる燃料噴射弁が従来から知られ
ている。例えば、特開昭60−142051号公報に
は、ボディ内を摺動する弁体の先端部に螺旋状の案内溝
を刻設し、弁体がリフトした際に、該弁体とボディ内周
との間を流れる燃料に旋回成分を付与する構成の燃料噴
射弁が示されている。この例では、ボディ先端部に開口
する噴孔は、噴射弁中心線に沿って断面真円形に貫通形
成されている。従って、噴孔先端の開口縁は、噴孔中心
線と直交する平面に沿った真円形のものとなる。
では、噴霧の噴射方向は、噴射弁中心線に沿った方向に
限定されてしまい、しかも噴霧断面形状が真円形(詳し
くは真円形の環状となる)に限られてしまう。従って、
例えばシリンダ内に向けて燃料噴射弁を配置する直接噴
射型ガソリン機関に適用しようとすると、吸気弁への燃
料の付着を避けることが難しい、等の不具合がある。
じて噴霧断面形状を真円形以外の形状に得ることができ
るが、断面真円形以外の噴孔の加工は非常に困難であ
る。
は、噴射弁先端部のサック部から斜めに噴孔を形成した
スパイラル型の噴射弁が開示されているが、このような
構成では、噴霧の噴射方向を任意に設定できるものの旋
回成分が弱められてしまい、燃料の微粒化に有効利用す
ることができなくなる。しかも、噴霧断面形状として
は、やはり真円形に限定されてしまう。
面真円形の噴孔が開口したボディ内に、弁体が軸方向に
沿って摺動可能に配置されるとともに、弁体外周とボデ
ィ内周との間で燃料に旋回成分を付与する旋回流発生手
段を備えてなる内燃機関の燃料噴射弁において、上記噴
孔は、その基端部が噴射弁中心線上に開口し、かつ先端
開口部の開口縁が、噴孔中心線を含む第1の断面で見る
と該噴孔中心線に直交する直線をなし上記第1の断面に
直交する第2の断面で見ると曲線をなす二次元曲面に沿
っていることを特徴としている。
縁が、噴孔中心線を含む第1の断面で見ると該噴孔中心
線に対し傾斜した直線をなし上記第1の断面に直交する
第2の断面で見ると曲線をなす二次元曲面に沿っている
ことを特徴としている。
射弁中心線に一致していることを特徴とする。
ときの曲線が、上記噴孔中心線を中心として左右対称を
なしていることを特徴とする。
ときの曲線が、上記噴孔中心線を中心として左右非対称
をなしていることを特徴とする。
に偏平に拡散するように噴孔の先端開口縁が沿う面の形
状を設定し、かつ一対の吸気弁の弁頭部とシリンダ側壁
面との間を通して噴霧を噴射するようにシリンダ内に向
けて配置されたことを特徴としている。
向に偏平に拡散するように噴孔の先端開口縁が沿う面の
形状を設定し、かつ一対の吸気弁の弁頭部の間を通して
噴霧を噴射するようにシリンダ内に向けて配置されたこ
とを特徴としている。
が、燃焼室に直接燃料を噴射するようにシリンダヘッド
に配置されるとともに、燃焼室に臨むボディ先端面が、
周囲の燃焼室壁面とほぼ同一面となるように噴孔中心線
に対し傾斜して形成され、この傾斜面に噴孔が開口して
いることを特徴としている。
の流速成分と旋回方向の流速成分とを有している。この
ため、上記のように噴孔先端の開口縁が噴孔中心線と直
交する平面に沿っていない場合には、噴孔先端の開口縁
の各点において、噴霧の広がりかたが不均一となる。そ
のため、噴孔の断面形状が真円形であっても、噴霧断面
形状が非円形となる。あるいは、噴霧断面形状が円形の
まま噴孔中心線に対し斜めに向かって噴霧が形成され
る。従って、請求項3のように噴孔中心線を噴射弁中心
線に一致させた場合にも、噴射弁中心線以外の方向へ向
けて噴霧を形成できる。請求項3のように噴孔中心線と
噴射弁中心線とが一致していれば、噴孔上流側で付与さ
れた旋回成分が一層有効に利用される。
偏平つまり楕円形となる。
で見たときの曲線が、上記噴孔中心線を中心として左右
対称をなしていれば、噴霧の方向は噴孔中心線に沿った
ものとなり、請求項5のように、上記第2の断面で見た
ときの曲線が、上記噴孔中心線を中心として左右非対称
をなしていれば、噴霧の方向は噴孔中心線に対し斜めと
なる。
心線に対し斜めとなり、しかも噴霧断面形状が偏平つま
り楕円形となる。
弁頭部とシリンダ側壁面との間を通して偏平な扇形に噴
霧が形成され、吸気弁への付着が抑制される。
弁頭部の間を通して偏平な扇形に噴霧が形成され、同様
に吸気弁への付着が抑制される。
ディ先端部と周囲の燃焼室壁面との間に段差がなくな
り、噴射された燃料が堆積する凹部が生じない。
詳細に説明する。
的な構成および原理を説明する。図1および図2は、こ
の発明に係る燃料噴射弁1の先端部分を示している。こ
こで、図1と図2は、噴射弁中心線Lを含みかつ互いに
直交する2つの面に沿った断面であり、図3に示すX−
X面に沿った断面を図1に、Y−Y面に沿った断面を図
2に示してある。
噴孔3が開口形成されており、その上流側に円錐形のシ
ート面4が形成されている。このボディ2内には、弁体
5が軸方向に摺動可能に収容されている。この弁体5
は、軸部5aの先端側に大径部5bを有し、かつその先
端の円錐面5cが上記シート面4に着座して噴孔3をシ
ールするようになっている。なお、厳密には、円錐面5
cにおけるシート線6部分がシート面4に当接する。ま
た、この弁体5は、例えばソレノイド等の適宜な手段に
よってリフトするようになっている。
の間には、僅かな間隙が確保されており、かつ大径部5
b外周面に、旋回流発生手段として螺旋状に傾斜した案
内溝7が形成されている。この案内溝7は、周方向の複
数箇所例えば4ケ所に配置されている。この案内溝7に
よって、上流側から噴孔3へ向けて燃料が流れる際に、
燃料に旋回成分が付与される。なお、上記シート面4お
よび弁体5の軸中心が噴射弁中心線Lとなる。
Lに沿って形成されている。つまり、噴孔3の中心線が
噴射弁中心線Lに一致している。従って、その基端部3
aは噴射弁中心線L上に開口している。また、噴孔3先
端が開口するボディ2先端面8は、噴孔3中心線(噴射
弁中心線L)に対し傾斜した平面に形成されている。具
体的には、図1,図2に明らかなように、X−X面に沿
って傾斜しており、Y−Y面においては噴射弁中心線L
に直交している。そして、この傾斜した先端面8に噴孔
3が開口しているので、噴孔3の先端開口縁3bは、こ
の傾斜した平面である先端面8に沿って位置している。
フトすると、燃料が旋回しつつ噴孔3に流れ込み、かつ
その先端の開口から噴射されるが、その際に、開口縁3
bの位置が噴孔3の中心線に直交する平面に沿っていな
いため、噴霧の方向が噴孔3中心線に沿わずに、傾いた
ものとなる。
り、上部に噴孔3部分の断面を、下部に噴孔3開口縁3
bの噴孔3軸方向から見た投影を、それぞれ対比して示
してある。燃料は、噴孔3に螺旋状に流入するので、円
錐形のシート面4と噴孔3とが接続した同一高さ位置に
ある点A,B,C,Dから流れの流線を描くと、開口縁
3bでは、それぞれ点a,b,c,dに達し、かつ矢印
Sa,Sb,Sc,Sdで示す方向へ向かう速度成分を有す
る。そのため、全体としては、矢印S0で示す方向へ向
かって、つまり噴孔3入口から開口縁3bまでの長さが
短い方へ噴霧が曲げられることになる。なお、このよう
な幾何学的な原理に加えて燃料の粘性の影響によっても
噴霧の方向が曲げられる。
噴霧の中心線が、図1に符号Fで示すように、X−X面
に沿って傾斜したものとなる。また、図5は、この噴霧
中心線Fに直交する平面であるA−A面における噴霧断
面形状を示している。この図5に示すように、噴霧断面
形状そのものは、略真円形を保っている。
の取付姿勢が他部品との関係等から制約される場合で
も、所望の方向へ向けて噴霧を形成することができる。
に、噴射弁1の先端面8全体を傾斜面として示してある
が、噴孔3の開口縁3bを囲む部分が同様の傾斜面とな
っていれば、全く同様の作用が得られる。
を示す。ここで、図6は前述したX−X面に沿った断面
を、図7はY−Y面に沿った断面を示している。この実
施例では、噴孔3が開口するボディ2先端面8は、噴孔
3中心線(噴射弁中心線L)に直交する二次元曲面をな
している。具体的には、図6,図7に明らかなように、
X−X面に沿って湾曲した円筒面をなしており、かつ、
Y−Y面においては噴射弁中心線Lに直交している。ま
た、この円筒面は、噴射弁1先端側へ膨らんだ形をなし
ているが、その円弧の中心点が噴射弁中心線L上にあ
る。つまり、図6のX−X面において、左右対称をなし
ている。そして、ここに噴孔3が開口しているので、噴
孔3の先端開口縁3bは、この円筒面に沿って位置して
いる。
形状をなしていれば良いのは、上述した参考例の場合と
同様である。
明した原理と同様の作用により、噴霧がX−X面に沿っ
て左右に広がろうとする。また、噴霧を部分的に曲げよ
うとする作用は、左右対称に生じるので、噴霧の中心線
は噴孔3の中心線と一致する。つまり、噴射方向は曲が
らない。そして、この噴霧中心線と直交する平面である
A−A面における噴霧断面形状を図8に示すように、上
述した左右に広がろうとする作用により、噴霧断面形状
は、X−X面に沿って引き伸ばされた偏平形状つまり楕
円形状となる。
断面形状を偏平化でき、燃料壁流の抑制等を考慮した形
で燃料噴射を行うことができる。また、噴霧断面形状が
真円形である場合に比較して噴霧断面積が同一であれ
ば、長径における噴霧角が広くなるため、燃料微粒化の
上でも有利となる。
例を示す。ここで、図9は前述したX−X面に沿った断
面を、図10はY−Y面に沿った断面を示している。こ
の実施例では、噴孔3が開口するボディ2先端面8が、
上記第1実施例と同様に、Y−Y面で噴孔3中心線(噴
射弁中心線L)に直交する二次元曲面、具体的にはX−
X面に沿って湾曲した円筒面をなしているが、その円弧
の中心点が噴射弁中心線Lから外れており、その結果、
図9のX−X面において、左右非対称をなしている。そ
して、ここに噴孔3が開口しているので、噴孔3の先端
開口縁3bは、この非対称の円筒面に沿って位置してい
る。
形状をなしていれば良いのは、上述した実施例の場合と
同様である。
例と同様に、噴霧がX−X面に沿って左右に広がろうと
するのと同時に、図1〜図4の例と同様に、噴霧全体が
X−X面に沿って傾斜する。つまり、噴霧中心線Fは、
図9に図示した方向となる。そして、この噴霧中心線F
と直交する平面であるA−A面における噴霧断面形状
は、図11に示すように、第1実施例と同様に、X−X
面に沿って引き伸ばされた偏平形状つまり楕円形状とな
る。
施例を示す。ここで、図12は前述したX−X面に沿っ
た断面を、図13はY−Y面に沿った断面を示してい
る。この実施例では、噴孔3が開口するボディ2先端面
8が、上記第2実施例と逆に凹面となっている。つまり
噴孔3中心線(噴射弁中心線L)にY−Y面で直交する
二次元曲面、具体的にはX−X面に沿って湾曲した円筒
形の凹面をなしている。また、その円弧の中心点が噴射
弁中心線Lから外れており、その結果、X−X面におい
て、左右非対称をなしている。
よる作用が第2実施例と逆に作用するので、噴霧がX−
X面に沿って左右に圧し縮められようとし、かつ同時
に、図1〜図4の例と同様に、噴霧全体がX−X面に沿
って傾斜する。つまり、噴霧中心線Fは、図12に図示
した方向となる。そして、この噴霧中心線Fと直交する
平面であるA−A面における噴霧断面形状は、図14に
示すように、X−X面に沿った方向が短径となった楕円
形状をなす。この実施例のように先端面8を凹面とすれ
ば、機械加工に際し加工性が良好となる。
施例を示す。ここで、図15は前述したX−X面に沿っ
た断面を、図16はY−Y面に沿った断面を示してい
る。この実施例では、噴孔3が開口するボディ2先端面
8は、噴孔3中心線(噴射弁中心線L)に対し傾斜した
二次元曲面をなしている。具体的には、図16に明らか
なように、Y−Y面に沿って湾曲した円筒面をなしてお
り、かつ、X−X面においては図15に明らかなように
噴射弁中心線Lに対し傾斜している。また、この円筒面
は、噴射弁1先端側へ膨らんだ形をなしているが、その
円弧の中心点が噴射弁中心線L上にある。つまり、図1
6のY−Y面において、左右対称をなしている。そし
て、ここに噴孔3が開口しているので、噴孔3の先端開
口縁3bは、この円筒面に沿って位置している。
形状をなしていれば良いのは、上述した各実施例の場合
と同様である。
よる作用によって、噴霧がY−Y面に沿って左右に広が
ろうとし、かつ同時に、図1〜図4の例と同様に、噴霧
全体がX−X面に沿って傾斜する。つまり、噴霧中心線
Fは、図15に図示した方向となる。そして、この噴霧
中心線Fと直交する平面であるA−A面における噴霧断
面形状は、図17に示すように、Y−Y面に沿って細長
く偏平となった楕円形状をなす。
こで、図18は前述したX−X面に沿った断面を、図1
9はY−Y面に沿った断面を示している。この参考例で
は、噴孔3が噴射弁中心線Lに対しX−X面に沿って傾
斜している。但し、噴孔3の基端部3aは噴射弁中心線
L上に開口している。そして、この噴孔3が開口するボ
ディ2先端面8は、噴孔3中心線Mに対し更にX−X面
に沿って傾斜した平面をなしている。そして、ここに噴
孔3が開口しているので、噴孔3の先端開口縁3bは、
この傾斜面に沿って位置している。
形状をなしていれば良いのは、上述した各実施例の場合
と同様である。
噴射弁中心線Lに対し傾斜しているので、その方向へ噴
霧が傾斜することに加えて、先端開口縁3bの傾斜によ
り第1実施例と同様に噴孔中心線Mに対し噴霧が曲げら
れるので、噴射弁中心線Lを基準とすると、非常に大き
な角度でもって噴霧を曲げることができる。そして、こ
の噴霧中心線Fと直交するA−A面における噴霧断面形
状は、図20に示すように、略円形に保たれる。また、
この例では、噴孔3が傾斜しているものの、燃料の旋回
流が流入する基端部3aが噴射弁中心線L上に位置して
いるので、旋回成分を強く保ったまま燃料が噴射され
る。
発明は、これらに限定されず、噴孔3の先端開口縁3b
が沿う面の形状を適宜に設定することにより、所望の方
向へ向けて所望の噴霧断面形状でもって噴霧を形成する
ことができる。
る燃料噴射弁1の内燃機関への適用例を示している。こ
の実施例は、直接噴射式ガソリン機関に本発明の燃料噴
射弁1を用いた例であり、シリンダヘッド10の吸気ポ
ート11より下方に、シリンダ12内へ向かって燃料を
噴射するように燃料噴射弁1が配置されている。この燃
料噴射弁1は、例えば上述した第3実施例に近似した構
成となっており、噴射弁中心線Lに対し下方へ傾斜した
方向へ噴霧fが向かうとともに、噴霧fが左右方向へ偏
平に拡散するように、噴孔3の先端開口縁3bが沿う面
の形状が設定されている。そして、この扇型に広がる噴
霧fが、一対の吸気弁13の弁頭部13aとシリンダ1
2側壁面との間を通してピストン14の頂面へ向かうよ
うになっている。
3aへの燃料の付着を抑制しつつ比較的広範囲に燃料を
噴射することができる。
積に残った燃料は、次回の噴射の際、噴射燃料に押し出
されるように噴射される。正規の噴射に先立って起こる
この初期噴射の噴霧液滴は、正規の噴射による噴霧液滴
よりも粒径が大きく、貫徹力が強い。従って、仮にこの
初期噴射の噴霧液滴がピストン14頂面に対し大きな角
度でもって衝突すると、ピストン14頂面で大きくはね
返り、はね返った噴霧液滴が燃焼室の上壁面に付着して
排気エミッションを悪化させる恐れがある。しかしなが
ら、この実施例においては、正規の噴射は弁頭部13a
を避けるためにピストン14頂面に対し大きな角度でも
って噴射されるものの、初期噴射の燃料は旋回成分を持
たないため、噴孔3の中心線(つまり噴射弁中心線L)
上を直進し、ピストン14頂面に対し小さな角度でもっ
て衝突する。そのためピストン14頂面でのはね返りが
少なくなり、排気エミッションを悪化させるようなこと
がない。
る燃料噴射弁1の内燃機関への異なる適用例を示してい
る。この実施例は、やはり直接噴射式ガソリン機関に本
発明の燃料噴射弁1を用いた例であり、シリンダヘッド
10の吸気ポート11より下方に、シリンダ12内へ向
かって燃料を噴射するように燃料噴射弁1が配置されて
いる。この燃料噴射弁1は、例えば上述した第1実施例
あるいは第2実施例に近似した構成となっており、噴霧
fが上下方向へ偏平に拡散するように、噴孔3の先端開
口縁3bが沿う面の形状が設定されている。そして、こ
の上下に扇型に広がる噴霧fが、一対の吸気弁13の弁
頭部13aの間を通してピストン14の頂面へ向かうよ
うになっている。
例と同様に弁頭部13aへの燃料の付着を抑制すること
ができる。
1の内燃機関への取付構造の一例を示したものであり、
燃料噴射弁1は、直接噴射式ガソリン機関として、燃焼
室21へ向けて直接燃料を噴射するように、シリンダヘ
ッド10に側方から装着されている。この例では、燃料
噴射弁1は、図1,図2に示した例と同様の構成を有し
ており、噴孔3が開口するボディ2先端面8が傾斜面と
なっている。そして、この傾斜した先端面8を有するボ
ディ2先端の小径部2aが、シリンダヘッド10に形成
された貫通孔22に嵌合しているとともに、燃焼室21
に臨むその先端面8が、周囲の燃焼室21壁面21aと
ほぼ同一面となっている。なお、この例では、燃焼室2
1がいわゆるペントルーフ型に構成されており、貫通孔
22を有する部分の壁面21aは、傾斜した平面となっ
ている。そして、この例では、貫通孔22の下縁と小径
部21a下縁とが、互いに段差なく一致しているのに対
し、上縁部では、僅かに小径部21aが後退している。
21の壁面21aに完全に一致させた実施例を示してい
る。
ば、燃料噴射弁1が嵌合した貫通孔22の端部つまり燃
焼室21に開口する部分が、凹部となって残ることがな
く、噴射された燃料が付着,残留しにくい。従って、貫
通孔22の開口部分でのカーボンの堆積を防止できる。
い場合でも、周囲の壁面21aとほぼ同一面となるよう
に構成すれば、同様の効果を得ることができる。また、
燃焼室21の形状がペントルーフ型以外の場合、例えば
半球型等のものにおいても、同様に適用できる。
に係る燃料噴射弁においては、噴孔の軸方向や噴孔断面
形状に限定されずに、噴霧の形成方向や噴霧断面形状を
所望の方向や所望の断面形状に近づけることができる。
そのため、例えば不必要な箇所への噴霧の付着を抑制で
きる。また、噴孔の基端部は噴射弁中心線上に位置する
ので、旋回成分を弱めずに噴射できる。
状を偏平つまり楕円形とすることが できる。
を噴孔中心線に対し斜めとし、かつ同時に、噴霧断面形
状を偏平つまり楕円形とすることができる。
弁中心線とが一致していれば、噴孔上流側で付与された
旋回成分を一層有効に利用できる。
成することにより、直接噴射式ガソリン機関において、
吸気弁への燃料の付着を抑制できる。
室壁面に位置する燃料噴射弁先端部分に凹部が生じるこ
とがなくなり、噴射された燃料の付着,残留ひいてはカ
ーボンの堆積を防止できる。
面に沿った断面図。
面図。
面図。
X面に沿った断面図。
に沿った断面図。
面図。
X面に沿った断面図。
面に沿った断面図。
断面図。
−X面に沿った断面図。
面に沿った断面図。
す断面図。
−X面に沿った断面図。
面に沿った断面図。
す断面図。
図。
す断面図。
リン機関に適用した例を示す構成説明図。
リン機関に適用した他の例を示す構成説明図。
付構造の一例を示す内燃機関要部の断面図。
付構造の他の例を示す内燃機関要部の断面図。
Claims (8)
- 【請求項1】 先端部に断面真円形の噴孔が開口したボ
ディ内に、弁体が軸方向に沿って摺動可能に配置される
とともに、弁体外周とボディ内周との間で燃料に旋回成
分を付与する旋回流発生手段を備えてなる内燃機関の燃
料噴射弁において、上記噴孔は、 その基端部が噴射弁中心線上に開口し、 かつ先端開口部の開口縁が、噴孔中心線を含む第1の断
面で見ると該噴孔中心線に直交する直線をなし上記第1
の断面に直交する第2の断面で見ると曲線をなす二次元
曲面に沿っていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射
弁。 - 【請求項2】 先端部に断面真円形の噴孔が開口したボ
ディ内に、弁体が軸方向に沿って摺動可能に配置される
とともに、弁体外周とボディ内周との間で燃料に旋回成
分を付与する旋回流発生手段を備えてなる内燃機関の燃
料噴射弁において、上記噴孔は、 その基端部が噴射弁中心線上に開口し、 かつ先端開口部の開口縁が、噴孔中心線を含む第1の断
面で見ると該噴孔中心線に対し傾斜した直線をなし上記
第1の断面に直交する第2の断面で見ると曲線をなす二
次元曲面に沿っていることを特徴とする内燃機関の燃料
噴射弁。 - 【請求項3】 上記噴孔の中心線が噴射弁中心線に一致
していることを特徴とする請求項1または請求項2に記
載の内燃機関の燃料噴射弁。 - 【請求項4】 上記第2の断面で見たときの曲線が、上
記噴孔中心線を中心として左右対称をなしていることを
特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の
燃料噴射弁。 - 【請求項5】 上記第2の断面で見たときの曲線が、上
記噴孔中心線を中心として左右非対称をなしていること
を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関
の燃料噴射弁。 - 【請求項6】 噴霧が左右方向に偏平に拡散するように
噴孔の先端開口縁が沿う面の形状を設定し、かつ一対の
吸気弁の弁頭部とシリンダ側壁面との間を通して噴霧を
噴射するようにシリンダ内に向けて配置されたことを特
徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の燃
料噴射弁。 - 【請求項7】 噴霧が上下方向に偏平に拡散するように
噴孔の先端開口縁が沿う面の形状を設定し、かつ一対の
吸気弁の弁頭部の間を通して噴霧を噴射するようにシリ
ンダ内に向けて配置されたことを特徴とする請求項1ま
たは請求項2に記載の内燃機関の燃料噴射弁。 - 【請求項8】 燃焼室に直接燃料を噴射するようにシリ
ンダヘッドに配置されるとともに、燃焼室に臨むボディ
先端面が、周囲の燃焼室壁面とほぼ同一面となるように
噴孔中心線に対し傾斜して形成され、この傾斜面に噴孔
が開口していることを特徴とする請求項1記載の内燃機
関の燃料噴射弁。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12354595A JP3365147B2 (ja) | 1994-05-23 | 1995-05-23 | 内燃機関の燃料噴射弁 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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