JP2000320433A - 燃料噴射弁のノズル構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より多くの燃料噴射形態を提供する。 【解決手段】 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するた
めの燃料噴射弁のノズル構造において、燃料の噴射方向
が可変の第一の噴射孔と燃料の噴射方向が不変の第二の
噴射孔とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料噴射弁のノズル
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射弁から噴射された燃料を内燃機
関の燃料室内において良好に霧化する目的で内燃機関の
運転状態に応じて燃料の噴射形態を制御することが従来
から行われている。例えば特開平９−４９４７０号公報
では燃料噴射弁のノズル構造は燃料噴射弁の軸線に垂直
な平面に対して互いに異なる角度で燃料を噴射する第一
の噴射孔と第二の噴射孔とを有し、燃料を噴射すべき噴
射孔を内燃機関の運転状態に応じて選択することにより
燃料の噴射形態が制御される。具体的には機関運転が低
負荷状態にある時には第一の噴射孔のみから燃料が噴射
され、機関運転が高負荷状態にある時には第一の噴射孔
および第二の噴射孔から噴射される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平９−４９４
７０号公報に開示された燃料噴射弁では機関運転状態に
応じて二つの燃料噴射形態から一つの形態を選択するこ
とができる。しかしながらさらに多くの燃料噴射形態か
ら選択できることが好ましい。そこで本発明の目的はよ
り多くの燃料噴射形態を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に一番目の発明によれば内燃機関の燃焼室内に燃料を噴
射するための燃料噴射弁のノズル構造において、燃料の
噴射方向が可変の第一の噴射孔と燃料の噴射方向が不変
の第二の噴射孔とを有する。これによれば第一の噴射孔
からは状況に応じて異なる方向へ燃料が噴射され、第二
の噴射孔からは状況によらず常に同じ方向へ燃料が噴射
される。

【０００５】二番目の発明によれば一番目の発明におい
て前記第一の噴射孔と前記第二の噴射孔とをノズル構造
の周方向において交互に配置する。三番目の発明によれ
ば一番目の発明において燃料噴射弁の軸線に対して垂直
な平面に対する前記第一の噴射孔からの燃料噴射流の角
度と同平面に対する前記第二の噴射孔からの燃料噴射流
の角度とを等しくできる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明を４ストローク圧縮
着火式内燃機関に適用した場合を示している。図１を参
照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３は
シリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気
制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は
排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は
対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結
され、サージタンク１２は吸気ダクト１３およびインタ
ークーラ１４を介して過給機、例えば排気ターボチャー
ジャ１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コ
ンプレッサ１６の入口部は空気吸込管１７を介してエア
クリーナ１８に連結され、空気吸込管１７内にはステッ
プモータ１９により駆動されるスロットル弁２０が配置
される。また、スロットル弁２０上流の空気吸込管１７
内には吸入空気の質量流量を検出するための質量流量検
出器２１が配置される。

【０００７】一方、排気ポート１０は排気マニホルド２
２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２
３の入口部に連結され、排気タービン２３の出口部は排
気管２４を介して酸化機能を有する触媒２５を内蔵した
触媒コンバータ２６に連結される。排気マニホルド２２
内には空燃比センサ２７が配置される。触媒コンバータ
２６の出口部に連結された排気管２８とスロットル弁２
０下流の空気吸込管１７とは排気ガス再循環（以下、Ｅ
ＧＲと称す）通路２９を介して互いに連結され、ＥＧＲ
通路２９内にはステップモータ３０により駆動されるＥ
ＧＲ制御弁３１が配置される。また、ＥＧＲ通路２９内
にはＥＧＲ通路２９内を流れるＥＧＲガスを冷却するた
めのインタークーラ３２が配置される。図１に示される
実施例では機関冷却水がインタークーラ３２内に導か
れ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。

【０００８】一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３３を介
して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３４に連結さ
れる。このコモンレール３４内へは電気制御式の吐出量
可変な燃料ポンプ３５から燃料が供給され、コモンレー
ル３４内に供給された燃料は各燃料供給管３３を介して
燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３４にはコモ
ンレール３４内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ
３６が取付けられ、燃料圧センサ３６の出力信号に基づ
いてコモンレール３４内の燃料圧が目標燃料圧となるよ
うに燃料ポンプ３５の吐出量が制御される。

【０００９】電子制御ユニット４０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備
する。質量流量検出器２１の出力信号は対応するＡＤ変
換器４７を介して入力ポート４５に入力され、空燃比セ
ンサ２７および燃料圧センサ３６の出力信号も夫々対応
するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力され
る。アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込
み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が
接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変
換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、
入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回
転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２
が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回
路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁制御用ステ
ップモータ１９、ＥＧＲ制御弁制御用ステップモータ３
０および燃料ポンプ３５に接続される。

【００１０】次に第一実施例の燃料噴射弁のノズル構造
を詳細に説明する。本実施例では図２に示したように燃
料噴射弁６の軸線周りに等角度間隔を開けて第一噴射孔
６２と第二噴射孔８２とがハウジング６０に交互に形成
される。これら噴射孔６２，８２はハウジング６０の径
方向へ延びており、燃料噴射弁の軸線、即ちハウジング
６０の中心軸線Ｃを中心とした各噴射孔間の角度は３０
度である。尚、図２は図３の線II−IIに沿った断面図で
ある。

【００１１】図３に示したように第一実施例の燃料噴射
弁６はハウジング６０と、このハウジング６０内に摺動
可能に収容される弁体６１とを具備する。ハウジング６
０は略円筒形である。第一噴射孔６２（図３では二つの
みを示した）はハウジング６０の略円錐台形状の先端部
に設けられる。第一噴射孔６２は予め定められた方向へ
延びる主通路６３と、この主通路６３とは異なる方向へ
延びる副通路６４とを有する。主通路６３は燃料をこの
主通路６３内に導入するための燃料導入口６３ａを有す
る。一方、副通路６４は燃料をこの副通路６４内に流入
するための燃料導入口６４ａを有する。また本実施例で
は主通路６３と副通路６４とは共通の燃料噴射口６５を
有する。即ちこれら主通路６３と副通路６４とは互いに
異なる位置で開口する燃料導入口と同じ位置で開口する
燃料噴射口とを有する。弁体６１は略円筒形である。ま
た弁体６１はハウジング６０の先端部の略円筒形の空間
に嵌合する略円筒形の先端部６６を有する。弁体６１の
外壁面６７とハウジング６０の内壁面６８との間には燃
料を貯留するための空間（以下、燃料貯留空間）６９が
形成される。また弁体６１の先端部６６は上記燃料貯留
空間６９と第一噴射孔６２とを連通するための燃料流通
路７０を備える。尚、弁体６１はハウジング６０内にお
いてハウジング６０の中心軸線Ｃに沿って移動可能であ
る。

【００１２】図２に示したように主通路６３の燃料導入
口６３ａのみが開放されるまで弁体６１が移動せしめら
れた時には燃料は主通路６３の延在方向、即ち図３の矢
印Ａの方向に噴射される。このとき僅かながら燃料が漏
れて弁体６１の先端部６６とハウジング６０の先端の内
壁面との間を通って副通路６４に流入してもこの燃料は
主通路６３内を流れる燃料にのって共通の燃料噴射口６
５から噴射される。このため燃料の漏洩が燃料噴射弁６
からの正規の燃料噴射流に与える影響は極めて小さく、
勿論、正規の燃料噴射流と別に燃料噴射流が形成される
こともない。従って本実施例によれば燃料は正確に正規
の方向へのみ噴射される。

【００１３】また図４に示したように主通路６３の燃料
導入口６３ａおよび副通路６４の燃料導入口６４ａが開
放されるまで弁体６１が移動せしめられた時には燃料は
図４の矢印Ｂの方向に噴射される。この矢印Ｂの方向は
主通路６３の延在方向と副通路６４の延在方向との間の
方向であり、主通路６３内を流れる燃料の流量が副通路
６４内を流れる燃料の流量に対して多いほど主通路６３
の延在方向に近く、少ないほど副流路６４の延在方向に
近くなる。従って主通路６３および副通路６４の通路径
および延在方向を調整することにより燃料噴射弁６から
噴射される燃料流の方向の可変範囲が決まる。

【００１４】尚、第一実施例において弁体の移動度合を
制御することにより副通路の燃料導入口に流入する燃料
量を制御可能としてもよい。この場合には第一噴射孔か
らの燃料噴射流の方向をより細く制御することができ
る。第二噴射孔８２（図５では二つのみを示した）はハ
ウジング６０の略円錐台形状の先端部に設けられる。ま
た第二噴射孔８２は予め予められた方向へ延びる。さら
に第二噴射孔８２は燃料流通路７０を介して燃料貯留空
間６９に連通せしめられる。

【００１５】図２に示したように主通路６３の燃料導入
口６３ａのみが開放されるまで弁体６１が移動せしめら
れた時には燃料は第二噴射孔８２の延在方向、即ち図５
の矢印Ｄの方向に噴射される。そして図４に示したよう
に主通路６３の燃料導入口６３ａおよび副通路６４の燃
料導入口６４ａが開放されるまで弁体６１が移動せしめ
られた時にも燃料は図５の矢印Ｄの方向に噴射される。
即ち第二噴射孔８２からは弁体６１のリフト量に係りな
く常に一定の方向へ燃料が噴射される。尚、本実施例で
はハウジングの中心軸線Ｃに対して垂直な平面（以下、
横平面）に対する矢印Ｄの角度は同横平面に対する矢印
Ｂの角度に等しい。

【００１６】次に本実施例の燃料噴射弁の作動を詳細に
説明する。本実施例では内燃機関が低負荷状態にある時
には主通路６３の燃料導入口６３ａのみが開放されるま
で弁体６１が移動せしめられる。従ってこの時には第一
噴射孔６２からは矢印Ａの方向へ燃料が噴射せしめられ
ると共に第二噴射孔８２からは矢印Ｄの方向へ燃料が噴
射せしめられる。即ち燃料は横平面に対して異なる角度
で燃料噴射弁から噴射される。

【００１７】一方、内燃機関が高負荷状態にある時には
主通路６３の燃料導入口６３ａおよび副通路６４の燃料
導入口６４ａが開放されるまで弁体６１が移動せしめら
れる。従ってこの時には第一噴射孔６２からは矢印Ｂの
方向へ燃料が噴射せしめられると共に第二噴射孔８２か
らは矢印Ｄの方向へ燃料が噴射せしめられる。即ち燃料
は横平面に対して等しい角度で燃料噴射弁から噴射され
る。

【００１８】このように本発明によれば燃料の噴射方向
を変えることができる第一噴射孔と燃料の噴射方向が変
わらない第二噴射孔とを組み合わせることにより機関運
転状態に応じて選択できる燃料噴射弁からの燃料の噴射
形態の選択肢が多くなる。また上述したように第一噴射
孔の副通路の燃料導入口に流入する燃料量を制御可能と
し、第一噴射孔からの燃料噴射流の方向をより細く制御
することにより、燃料の噴射形態の選択肢がさらに多く
なる。

【００１９】また上述したように本発明では第一噴射孔
と第二噴射孔とは燃料噴射弁の周方向へ交互に配置され
ている。このため横平面に対する第一噴射孔からの燃料
噴射流の角度（以下、第一燃料噴射流角度）と横平面に
対する第二噴射孔からの燃料噴射流の角度（以下、第二
燃料噴射流角度）とが異なる時には燃料噴射弁の周方向
において隣り合う燃料噴射流の横平面に対する角度は異
なる。このため燃焼室内に形成される横方向旋回流（所
謂スワール）による燃料噴射流同志の干渉が回避され
る。即ち隣り合う燃料噴射流の横平面に対する角度が等
しいとこれら燃料噴射流がスワールの影響で互いに混ざ
り合ってしまう可能性があり、このことは燃焼室内にお
ける燃料の霧化の促進という観点からは好ましくない。
しかしながら本発明では隣り合う燃料噴射流の横平面に
対する角度が異なるため燃焼室内における燃料の霧化が
促進される。

【００２０】また本発明にはより多くの噴射孔を燃料噴
射弁に設けても適切な燃料噴射が行われるという利点が
ある。即ち一般的にはより多くの噴射孔を燃料噴射弁に
設けた場合、隣り合う噴射孔間の距離が狭くなるため各
噴射孔からの燃料噴射流同志が干渉する可能性が大きく
なる。しかしながら上述したように本発明では燃料噴射
流同志の干渉が回避されるのでより多くの噴射孔を設け
ても燃料噴射流同志が干渉せず、適切な燃料噴射が行わ
れる。

【００２１】また本発明では状況に応じて第一燃料噴射
流角度と第二燃料噴射流角度とを等しくすることができ
る。このことは横平面に対する燃料噴射弁からの燃料噴
射流の角度範囲をできるだけ狭くしたいという要求があ
る場合に利点がある。例えば本実施例では機関運転が高
負荷状態にある時に第一燃料噴射流角度と第二燃料噴射
流角度とが等しくされる。機関運転が高負荷状態にある
時には燃料噴射弁から噴射される燃料の総量は多くな
る。この場合には各燃料噴射流角度を等しくし、燃料室
の壁面に衝突させることにより燃料の霧化が促進され
る。従って各燃料噴射流角度を等しくできることには利
点がある。尚、機関運転が低負荷状態にある時には燃料
は燃焼室内においても十分霧化するので本実施例では各
燃料噴射流角度を異ならせている。

【００２２】さらに本発明では機関運転の状態に係らず
全ての噴射孔から燃料が噴射される。このことは燃料の
霧化を促進するという観点から好ましい。即ち燃料の霧
化を促進するためには一つの噴射孔からの燃料噴射流中
の燃料量はできるだけ少ないほうが都合が良い。従って
本発明のように全ての噴射孔から燃料を噴射することに
より一つの噴射孔からの燃料噴射流中の燃料量を少なく
することができる。

【００２３】また本実施例では機関運転が高負荷状態に
ある時には第一燃料噴射流角度は大きくされるが、図６
および図７のような実施例により機関運転が高負荷状態
にある時に第一燃料噴射流角度を小さくし、第二燃料噴
射流角度に等しくしてもよい。尚、機関運転が高負荷状
態にある時に第一燃料噴射流角度を小さくするか大きく
するかは燃料の噴射時期、ピストン形状、噴射圧力等を
考慮に適宜選択すればよい。

【００２４】

【発明の効果】一番目から三番目の発明によれば状況に
応じて燃料の噴射方向を変えることができる第一の噴射
孔と、状況によらず常に同じ方向へ燃料を噴射する第二
の噴射孔とを組み合わせたことにより燃料噴射弁からの
燃料の噴射形態の選択肢が増大せしめられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例の燃料噴射弁のノズル構造
を採用した内燃機関を示す図である。

【図２】本発明のノズル構造の横断面図である。

【図３】図２の線III −III に沿った本発明のノズル構
造の縦断面図である。

【図４】図３と同様であるが異なる作動状態にある本発
明のノズル構造の縦断面図である。

【図５】図２の線II−IIに沿った本発明のノズル構造の
縦断面図である。

【図６】本発明の第二実施例の図２と同様の図である。

【図７】本発明の第二実施例の図５と同様の図である。

【符号の説明】

６…燃料噴射弁 ６２…第一噴射孔 ８２…第二噴射孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AA11 AA13 AB02 AC01 AC09 AD12 BA00 BA02 BA03 CC18 CC23 CC28 CC30 CC48 DA00 DB08 DB09 DC04 DC05 DC11 DC18 DC24

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するた
   めの燃料噴射弁のノズル構造において、燃料の噴射方向
   が可変の第一の噴射孔と燃料の噴射方向が不変の第二の
   噴射孔とを有する燃料噴射弁のノズル構造。
2. 【請求項２】 前記第一の噴射孔と前記第二の噴射孔と
   をノズル構造の周方向において交互に配置した請求項１
   に記載の燃料噴射弁のノズル構造。
3. 【請求項３】 燃料噴射弁の軸線に対して垂直な平面に
   対する前記第一の噴射孔からの燃料噴射流の角度と同平
   面に対する前記第二の噴射孔からの燃料噴射流の角度と
   を等しくできる請求項１に記載の燃料噴射弁のノズル構
   造。