JP2000329036A - 燃料噴射弁およびこれを搭載した内燃機関 - Google Patents
燃料噴射弁およびこれを搭載した内燃機関Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】内燃機関の点火性を良好とし、燃焼の未燃ガス
成分の排出量を低減するのに適した噴霧を実現する。 【解決手段】燃料噴射弁に設けられる噴射孔の出口部に
おいて、噴射孔を形成する壁面の一部を取り除く（Ａ
１，７Ｂ）ことにより、噴霧の流れの拘束を解き、拘束
を解いた側で濃く、拘束した側で希薄な偏向噴霧を形成
する。
成分の排出量を低減するのに適した噴霧を実現する。 【解決手段】燃料噴射弁に設けられる噴射孔の出口部に
おいて、噴射孔を形成する壁面の一部を取り除く（Ａ
１，７Ｂ）ことにより、噴霧の流れの拘束を解き、拘束
を解いた側で濃く、拘束した側で希薄な偏向噴霧を形成
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に燃料を
噴射する燃料噴射弁に係り、点火性および燃焼性に優れ
た燃料噴霧を形成する技術に関する。
噴射する燃料噴射弁に係り、点火性および燃焼性に優れ
た燃料噴霧を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの吸気管内に燃料を噴射する吸
気管内燃料噴射装置に対して、燃焼室内に直接燃料を噴
射する筒内燃料噴射装置が知られている。
気管内燃料噴射装置に対して、燃焼室内に直接燃料を噴
射する筒内燃料噴射装置が知られている。
【０００３】このような、筒内噴射ガソリンエンジンと
して、特開平6−146886 号公報に記載されたものがあ
る。この従来技術では、燃料噴射弁の取付け位置に対す
る配慮と、吸気開口端から上方に延びる吸気ポートによ
り燃焼室内に縦渦の吸気流れ（タンブル流）を形成する
構成として、理論混合気よりも希薄な燃料で燃焼を安定
して行い、燃費を改善するというものである。
して、特開平6−146886 号公報に記載されたものがあ
る。この従来技術では、燃料噴射弁の取付け位置に対す
る配慮と、吸気開口端から上方に延びる吸気ポートによ
り燃焼室内に縦渦の吸気流れ（タンブル流）を形成する
構成として、理論混合気よりも希薄な燃料で燃焼を安定
して行い、燃費を改善するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術では、
以下に述べるような、点火性（着火性）と燃焼性（未燃
ガス排出量低減）を共に向上させ得るような噴霧形状或
いは噴霧構造に対しては、必ずしも十分な配慮がなされ
ていなかった。
以下に述べるような、点火性（着火性）と燃焼性（未燃
ガス排出量低減）を共に向上させ得るような噴霧形状或
いは噴霧構造に対しては、必ずしも十分な配慮がなされ
ていなかった。
【０００５】燃料噴射弁より噴射される噴霧の最適化に
は、以下の様な特性を考慮する必要がある。第一は噴霧
形状であり、噴霧の広がり角度や到達距離が因子とな
る。第二は噴霧粒径であり、大粒子の個数をできるかぎ
り少なくして粒径分布の均一化を図る必要がある。第三
は噴霧構造であり、噴霧される燃料粒子の空間的分布を
適正化する必要がある。
は、以下の様な特性を考慮する必要がある。第一は噴霧
形状であり、噴霧の広がり角度や到達距離が因子とな
る。第二は噴霧粒径であり、大粒子の個数をできるかぎ
り少なくして粒径分布の均一化を図る必要がある。第三
は噴霧構造であり、噴霧される燃料粒子の空間的分布を
適正化する必要がある。
【０００６】これらの噴霧特性が内燃機関の燃焼特性に
どのように関与するかについて、実験解析により検討し
た結果、以下のことが明らかになった。点火性向上のた
めには、点火装置回りの燃料粒子分布を多くして、可燃
濃度の混合気の分布を高くすることが有効である。一
方、ピストン方向への燃料粒子分布を少なくさせると、
燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）が減少する傾向にあ
り、燃焼性が向上する。さらに、エンジン回転数の低回
転から高回転までの広い領域で燃焼安定性を得るには、
筒内の圧力変化によって噴霧形状が変化しないことが望
ましい。なぜならば、インジェクタと点火装置の幾何学
的な位置関係は固定されているため、常に点火装置へ適
切な濃度の噴霧を供給するためには、噴霧の広がりは一
定である事が重要だからである。言い換えれば、従来の
インジェクタが噴射する噴霧は、筒内圧力が低い時には
噴霧が広がり、筒内圧が増加すると噴霧が潰れる傾向が
あった。この場合、筒内圧が比較的高い状態を基準にし
て、インジェクタと点火装置の配置を決めると、筒内圧
が低い時に、筒内のシリンダ上面や側面あるいは、ピス
トンヘッドに燃料が付着し易くなり、一方、筒内圧が比
較的低い状態を基準にすると、筒内圧が高くなった時に
点火装置に燃焼に適切な噴霧が到達し難くなる傾向があ
った。
どのように関与するかについて、実験解析により検討し
た結果、以下のことが明らかになった。点火性向上のた
めには、点火装置回りの燃料粒子分布を多くして、可燃
濃度の混合気の分布を高くすることが有効である。一
方、ピストン方向への燃料粒子分布を少なくさせると、
燃焼の未燃ガス成分（ＨＣ、ＣＯ）が減少する傾向にあ
り、燃焼性が向上する。さらに、エンジン回転数の低回
転から高回転までの広い領域で燃焼安定性を得るには、
筒内の圧力変化によって噴霧形状が変化しないことが望
ましい。なぜならば、インジェクタと点火装置の幾何学
的な位置関係は固定されているため、常に点火装置へ適
切な濃度の噴霧を供給するためには、噴霧の広がりは一
定である事が重要だからである。言い換えれば、従来の
インジェクタが噴射する噴霧は、筒内圧力が低い時には
噴霧が広がり、筒内圧が増加すると噴霧が潰れる傾向が
あった。この場合、筒内圧が比較的高い状態を基準にし
て、インジェクタと点火装置の配置を決めると、筒内圧
が低い時に、筒内のシリンダ上面や側面あるいは、ピス
トンヘッドに燃料が付着し易くなり、一方、筒内圧が比
較的低い状態を基準にすると、筒内圧が高くなった時に
点火装置に燃焼に適切な噴霧が到達し難くなる傾向があ
った。
【０００７】本発明では、内燃機関の点火性を良好と
し、燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減するのに適した
噴霧を実現することを目的とする。
し、燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減するのに適した
噴霧を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、筒内の圧力変化に対して形状の変化し難い噴霧を生
成する。このために、点火装置方向へ混合気を収斂し、
ピストン方向への燃料粒子を希薄にした噴霧を生成す
る。このとき、燃料粒子が希薄になった（場合によって
は、燃料分子がなくなった）部分から、噴霧外の空気を
噴霧内に誘引することができる。これによって、噴霧内
外の圧力差を小さくすることができ、噴霧を潰れにくく
する。
に、筒内の圧力変化に対して形状の変化し難い噴霧を生
成する。このために、点火装置方向へ混合気を収斂し、
ピストン方向への燃料粒子を希薄にした噴霧を生成す
る。このとき、燃料粒子が希薄になった（場合によって
は、燃料分子がなくなった）部分から、噴霧外の空気を
噴霧内に誘引することができる。これによって、噴霧内
外の圧力差を小さくすることができ、噴霧を潰れにくく
する。
【０００９】具体的には、燃料噴射弁に設けられ、燃料
を噴射する噴射孔の出口部において、噴射孔を形成する
壁面の一部を取り除くことにより、噴霧の流れの拘束を
解き、拘束を解いた側で濃く、拘束した側で希薄な偏向
噴霧を形成するとよい。このとき、拘束力を非線形に変
化させることが望ましい。
を噴射する噴射孔の出口部において、噴射孔を形成する
壁面の一部を取り除くことにより、噴霧の流れの拘束を
解き、拘束を解いた側で濃く、拘束した側で希薄な偏向
噴霧を形成するとよい。このとき、拘束力を非線形に変
化させることが望ましい。
【００１０】内燃機関では、点火装置側に濃い噴霧が形
成され、ピストン側に薄い噴霧が形成されるように、上
記の燃料噴射弁を配置するとよい。
成され、ピストン側に薄い噴霧が形成されるように、上
記の燃料噴射弁を配置するとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１乃至図６
を参照して説明する。以下の説明において、弁軸線（弁
軸心）を含み、かつ弁軸線に平行な面を縦断面と呼び、
弁軸線に直行する平面を横断面と呼ぶこととする。
を参照して説明する。以下の説明において、弁軸線（弁
軸心）を含み、かつ弁軸線に平行な面を縦断面と呼び、
弁軸線に直行する平面を横断面と呼ぶこととする。
【００１２】電磁式燃料噴射弁１は、コントロ−ルユニ
ットにより演算されたデュ−ティのＯＮ−ＯＦＦ信号に
よりシ−ト部の開閉を行うことにより燃料を噴射する。
磁気回路は、ヨ−ク３、ヨ−ク３の開口端を閉じる栓体
部２ａとヨ−ク３の中心部に延びる柱状部２ｂとからな
るコア２及びコア２に空隙を隔てて対面するアンカー４
とからなる。柱状部２ｂの中心には、磁性材料製のアン
カー４とロッド５とこのロッド５に接合されたボ−ル６
とからなる弁体４０を、シ−ト面９に押圧するように挿
入した、弾性部材としてのスプリング１０を保持するた
めの穴４Ａが設けてある。シート面９は噴射孔８と共
に、かつ噴射孔８の上流側に位置するようにノズル部材
７に形成されている。スプリング１０の上端は、セット
荷重を調整するためにコア２の中心に挿通されたスプリ
ングアジャスタ１１の下端に当接している。コア２の柱
状部２ｂ側とヨ−ク３の弁体４０側で対面する隙間部に
は、コイル１４側へ燃料が流出するのを防ぐために、両
者間に機械的に固定されるシ−ルリング１２が設けられ
ている。磁気回路を励磁するコイル１４はボビン１３に
巻かれ、その外周をプラスチック材でモ−ルドされてい
る。これらから成るコイル組立体１５の端子１７は、コ
ア２の栓体部（つば）２ａに設けた穴１６に挿入されて
いる。この端子１７は、図示しないコントロ−ルユニッ
トの端子と結合される。
ットにより演算されたデュ−ティのＯＮ−ＯＦＦ信号に
よりシ−ト部の開閉を行うことにより燃料を噴射する。
磁気回路は、ヨ−ク３、ヨ−ク３の開口端を閉じる栓体
部２ａとヨ−ク３の中心部に延びる柱状部２ｂとからな
るコア２及びコア２に空隙を隔てて対面するアンカー４
とからなる。柱状部２ｂの中心には、磁性材料製のアン
カー４とロッド５とこのロッド５に接合されたボ−ル６
とからなる弁体４０を、シ−ト面９に押圧するように挿
入した、弾性部材としてのスプリング１０を保持するた
めの穴４Ａが設けてある。シート面９は噴射孔８と共
に、かつ噴射孔８の上流側に位置するようにノズル部材
７に形成されている。スプリング１０の上端は、セット
荷重を調整するためにコア２の中心に挿通されたスプリ
ングアジャスタ１１の下端に当接している。コア２の柱
状部２ｂ側とヨ−ク３の弁体４０側で対面する隙間部に
は、コイル１４側へ燃料が流出するのを防ぐために、両
者間に機械的に固定されるシ−ルリング１２が設けられ
ている。磁気回路を励磁するコイル１４はボビン１３に
巻かれ、その外周をプラスチック材でモ−ルドされてい
る。これらから成るコイル組立体１５の端子１７は、コ
ア２の栓体部（つば）２ａに設けた穴１６に挿入されて
いる。この端子１７は、図示しないコントロ−ルユニッ
トの端子と結合される。
【００１３】ヨ−ク３には、弁体４０を受容するプラン
ジャ受容部１８が開けられており、さらにプランジャ受
容部１８の径より大径でそこにストッパ１９及びノズル
部材７を受容するノズル受容部２０がヨ−ク３先端まで
貫設されている。ロッド５のアンカー４側には燃料の通
過を許す空洞部５Ａが設けてある。この空洞部５Ａには
燃料の流出口５Ｂが設けてある。弁体４０はアンカー４
の外周がシ−ルリング１２の内周に当接することでその
軸方向の動きを案内されるとともに、ボ−ル６又はロッ
ド５のボ−ル６側端部近傍を、燃料旋回素子２２の内周
面２３でガイドされている。燃料旋回素子２２はノズル
部材７が形成する中空部に挿入され、シート面９の上流
側で、内壁２１と接して位置決めされている。本実施例
では、ノズル部材７を円筒状の側壁部（周壁部）７２と
端面（底面）７１とを有するように一つの部材で構成し
ている。この場合、ノズル部材７は燃料旋回素子及び弁
体の一部を収納するハウジングを構成する。
ジャ受容部１８が開けられており、さらにプランジャ受
容部１８の径より大径でそこにストッパ１９及びノズル
部材７を受容するノズル受容部２０がヨ−ク３先端まで
貫設されている。ロッド５のアンカー４側には燃料の通
過を許す空洞部５Ａが設けてある。この空洞部５Ａには
燃料の流出口５Ｂが設けてある。弁体４０はアンカー４
の外周がシ−ルリング１２の内周に当接することでその
軸方向の動きを案内されるとともに、ボ−ル６又はロッ
ド５のボ−ル６側端部近傍を、燃料旋回素子２２の内周
面２３でガイドされている。燃料旋回素子２２はノズル
部材７が形成する中空部に挿入され、シート面９の上流
側で、内壁２１と接して位置決めされている。本実施例
では、ノズル部材７を円筒状の側壁部（周壁部）７２と
端面（底面）７１とを有するように一つの部材で構成し
ている。この場合、ノズル部材７は燃料旋回素子及び弁
体の一部を収納するハウジングを構成する。
【００１４】また、弁体４０のストロ−ク（図１では軸
上方への移動量）は、ロッド５の首部の受け面５Ｃとス
トッパ１９間の空隙の寸法で設定される。なお、フィル
タ−２４は燃料中や配管中のゴミや異物がボール６とシ
ート面９との間のバルブシ−ト側への侵入を防ぐために
設けられている。
上方への移動量）は、ロッド５の首部の受け面５Ｃとス
トッパ１９間の空隙の寸法で設定される。なお、フィル
タ−２４は燃料中や配管中のゴミや異物がボール６とシ
ート面９との間のバルブシ−ト側への侵入を防ぐために
設けられている。
【００１５】次に、図２を参照しながら、本実施例のＬ
型切り欠き面構造のノズル部材７について説明する。
型切り欠き面構造のノズル部材７について説明する。
【００１６】噴射孔８は、その中心が弁体の軸線（弁軸
心）Ｊと一致し、かつ壁面が軸線Ｊと平行に形成されて
いる。噴射孔８の出口開口が形成されるノズル先端面７
Ａには、軸線Ｊに直交する面７Ｂと軸線Ｊに略平行な面
Ａ１とによって構成されるＬ型切り欠き部が形成されて
いる。このとき、切り欠かれた部分の噴射孔幅はＷ、噴
射孔長さは最も深く切り欠かれた部分でＬ、切り欠かれ
ていない（最も切り欠きの少ない）部分でＬ′に形成さ
れ、ノズル部材７の先端面は噴射孔８を挟むように形成
された軸線Ｊに垂直な２つの平面７Ａ，７Ｂと、これら
の平面を繋ぐ軸線Ｊに平行な面Ａ１で形成されている。
心）Ｊと一致し、かつ壁面が軸線Ｊと平行に形成されて
いる。噴射孔８の出口開口が形成されるノズル先端面７
Ａには、軸線Ｊに直交する面７Ｂと軸線Ｊに略平行な面
Ａ１とによって構成されるＬ型切り欠き部が形成されて
いる。このとき、切り欠かれた部分の噴射孔幅はＷ、噴
射孔長さは最も深く切り欠かれた部分でＬ、切り欠かれ
ていない（最も切り欠きの少ない）部分でＬ′に形成さ
れ、ノズル部材７の先端面は噴射孔８を挟むように形成
された軸線Ｊに垂直な２つの平面７Ａ，７Ｂと、これら
の平面を繋ぐ軸線Ｊに平行な面Ａ１で形成されている。
【００１７】上記構成によれば、噴射孔８の出口開口面
は、段差を有する平面７Ａ，７Ｂ上に、段差を有して形
成されることになる。
は、段差を有する平面７Ａ，７Ｂ上に、段差を有して形
成されることになる。
【００１８】上記の切り欠き部は、噴射孔８の周方向
で、噴霧の拘束力を非線形に変化させる（ステップ状に
変化させる）ことが望ましい。このために、本実施例の
燃料噴射弁は、以下の構成を有すると言える。
で、噴霧の拘束力を非線形に変化させる（ステップ状に
変化させる）ことが望ましい。このために、本実施例の
燃料噴射弁は、以下の構成を有すると言える。
【００１９】（１）噴射孔８の中心軸線を含みかつ中心
軸線に平行な断面と、噴射孔８の出口開口を形成する縁
との２つの交点を、中心軸線に沿う方向にずらすと共
に、一方の交点から他方の交点に至る途中で、出口開口
を形成する縁に段差が形成されている、（２）このと
き、２つの交点から段差部に至るまでの間で、出口開口
を形成する２つの縁は、上記の断面に垂直な方向から見
たときに、互いに平行になっている、（３）また、出口
開口を形成する縁は、段差部で、中心軸線に沿う方向に
変化するように形成されている、（４）噴射孔８の出口
開口面は、噴射孔８の中心軸線方向に段差を有するよう
に形成されている、（５）噴射孔８を形成する通路壁の
長さが、噴射孔８の周方向で非線形に変化する部分を有
して変化するように、噴射孔８の出口開口部に段差が設
けられている、（６）噴射孔８の出口開口には、噴射孔
の中心軸線に略平行な切れ込みが形成され、この切れ込
みから片側の壁面が取り除かれることにより、段差が形
成されている、（７）噴射孔８の出口開口が形成される
ノズル先端面に段差が形成されることにより、出口開口
面に段差が形成されている、（８）噴射孔８を形成する
通路壁面長さが噴射孔８の周方向で変化するように、噴
射孔８の出口開口を形成する縁に、噴射孔８の中心軸線
方向の段差が形成され、燃料噴射弁への燃料入口部で、
燃料に１．０〜２０ＭＰａの圧力を付与して噴射する。
軸線に平行な断面と、噴射孔８の出口開口を形成する縁
との２つの交点を、中心軸線に沿う方向にずらすと共
に、一方の交点から他方の交点に至る途中で、出口開口
を形成する縁に段差が形成されている、（２）このと
き、２つの交点から段差部に至るまでの間で、出口開口
を形成する２つの縁は、上記の断面に垂直な方向から見
たときに、互いに平行になっている、（３）また、出口
開口を形成する縁は、段差部で、中心軸線に沿う方向に
変化するように形成されている、（４）噴射孔８の出口
開口面は、噴射孔８の中心軸線方向に段差を有するよう
に形成されている、（５）噴射孔８を形成する通路壁の
長さが、噴射孔８の周方向で非線形に変化する部分を有
して変化するように、噴射孔８の出口開口部に段差が設
けられている、（６）噴射孔８の出口開口には、噴射孔
の中心軸線に略平行な切れ込みが形成され、この切れ込
みから片側の壁面が取り除かれることにより、段差が形
成されている、（７）噴射孔８の出口開口が形成される
ノズル先端面に段差が形成されることにより、出口開口
面に段差が形成されている、（８）噴射孔８を形成する
通路壁面長さが噴射孔８の周方向で変化するように、噴
射孔８の出口開口を形成する縁に、噴射孔８の中心軸線
方向の段差が形成され、燃料噴射弁への燃料入口部で、
燃料に１．０〜２０ＭＰａの圧力を付与して噴射する。
【００２０】図２（ａ）の構成において、噴霧には次の
ような特徴がある。
ような特徴がある。
【００２１】（イ）噴射孔８を形成する通路壁の切り欠
かれた側では、噴霧の分布量（混合気の分布量）が多
い、（ロ）切り欠かれた側から噴射される噴霧は運動エ
ネルギーが大きいため、噴霧の粒径が小さくなる。
かれた側では、噴霧の分布量（混合気の分布量）が多
い、（ロ）切り欠かれた側から噴射される噴霧は運動エ
ネルギーが大きいため、噴霧の粒径が小さくなる。
【００２２】上記（イ）及び（ロ）の効果により、着火
性が良くなり、燃費が向上する。
性が良くなり、燃費が向上する。
【００２３】上記の構造において、切り欠き面Ａ１等に
おける「切り欠き」とは加工方法を限定するものではな
く、一部が除かれた形状を意味するものである。型材を
用いたプレス加工（塑性加工）や鋳造等の加工方法を用
いてもよい。これは以下の実施例においても同様であ
る。また、ボール６は、必ずしも球状でなくても良い。
すなわち、円錐状の針弁であってもよい。
おける「切り欠き」とは加工方法を限定するものではな
く、一部が除かれた形状を意味するものである。型材を
用いたプレス加工（塑性加工）や鋳造等の加工方法を用
いてもよい。これは以下の実施例においても同様であ
る。また、ボール６は、必ずしも球状でなくても良い。
すなわち、円錐状の針弁であってもよい。
【００２４】図２（ｂ）では、噴射孔の直径ｄoとシー
ト角度θと矢印“ＰＬＵＧ”と矢印“ＰＩＳＴＯＮ”と
線Ｋ、Ｍを定義する。線Ｋは、噴射孔８の中心を通り切
り欠き面Ａ１に平行な線、線Ｍは噴射孔８の中心を通り
Ｋに直交する線であり、 矢印“ＰＬＵＧ”と矢印“Ｐ
ＩＳＴＯＮ”は、線Ｍに平行である。
ト角度θと矢印“ＰＬＵＧ”と矢印“ＰＩＳＴＯＮ”と
線Ｋ、Ｍを定義する。線Ｋは、噴射孔８の中心を通り切
り欠き面Ａ１に平行な線、線Ｍは噴射孔８の中心を通り
Ｋに直交する線であり、 矢印“ＰＬＵＧ”と矢印“Ｐ
ＩＳＴＯＮ”は、線Ｍに平行である。
【００２５】また図２において、燃料旋回素子２２に
は、燃料旋回素子２２の外周部を平面セットした軸方向
溝２５と径方向溝２６が設けてある。本実施例では、軸
方向溝２５は平面で形成しているが、環状通路等他の形
状であっても良い。かかる軸方向溝２５と径方向溝２６
は、燃料旋回素子２２上方より導入される燃料通路であ
るが、軸方向溝２５を通過した燃料は径方向溝２６にて
軸中心より偏心導入して、燃料に旋回を付与し、ノズル
部材７に設けた噴射孔８より噴射する際の微粒化を促進
する働きがある。ここで、燃料旋回素子２２により付与
される旋回強度（スワール数Ｓ）は次式で求められる。
は、燃料旋回素子２２の外周部を平面セットした軸方向
溝２５と径方向溝２６が設けてある。本実施例では、軸
方向溝２５は平面で形成しているが、環状通路等他の形
状であっても良い。かかる軸方向溝２５と径方向溝２６
は、燃料旋回素子２２上方より導入される燃料通路であ
るが、軸方向溝２５を通過した燃料は径方向溝２６にて
軸中心より偏心導入して、燃料に旋回を付与し、ノズル
部材７に設けた噴射孔８より噴射する際の微粒化を促進
する働きがある。ここで、燃料旋回素子２２により付与
される旋回強度（スワール数Ｓ）は次式で求められる。
【００２６】
【数１】 Ｓ＝（角運動量）／（（噴射軸方向の運動量）×（噴射孔半径）） ＝（２・ｄo・Ｌｓ）／（ｎ・ｄｓ2・cos （θ／２）） ここに、ｄo：噴射孔の直径 Ｌｓ：溝の偏心量（弁軸心と溝（幅）中心間の距離） ｎ ：溝の数 θ ：弁座の角度 ｄｓ：流れ学的等価直径で溝幅Ｗと溝高さＨを用いて表
される ＝２・Ｗ・Ｈ／Ｗ＋Ｈ である。このスワール数を大きくすると、微粒化が促進
され噴霧が分散される。
される ＝２・Ｗ・Ｈ／Ｗ＋Ｈ である。このスワール数を大きくすると、微粒化が促進
され噴霧が分散される。
【００２７】本実施例の燃料噴射弁１の動作を説明す
る。電気信号がコイル１４に与えられると、コア２、ヨ
−ク３、アンカー４で磁気回路が形成され、アンカー４
がコア２側に吸引される。アンカー４が移動すると、ボ
−ル６がシ−ト面９から離れ、燃料通路が開放される。
る。電気信号がコイル１４に与えられると、コア２、ヨ
−ク３、アンカー４で磁気回路が形成され、アンカー４
がコア２側に吸引される。アンカー４が移動すると、ボ
−ル６がシ−ト面９から離れ、燃料通路が開放される。
【００２８】燃料は、フィルタ２４から燃料噴射弁１の
内部に流入し、コア２の内部通路、アンカー４の外周部
及びアンカー４内に設けた燃料の通過を許す空洞部５Ａ
から燃料の流出口５Ｂを経て下流に至り、ストッパ１９
とロッド５の隙間、軸方向燃料通路２５、径方向燃料通
路２６を通ってシ−ト部へ旋回供給される。
内部に流入し、コア２の内部通路、アンカー４の外周部
及びアンカー４内に設けた燃料の通過を許す空洞部５Ａ
から燃料の流出口５Ｂを経て下流に至り、ストッパ１９
とロッド５の隙間、軸方向燃料通路２５、径方向燃料通
路２６を通ってシ−ト部へ旋回供給される。
【００２９】次に、図３乃至図６を用いて、本実施例の
燃料噴射弁１によって得られる噴霧構造を説明する。
燃料噴射弁１によって得られる噴霧構造を説明する。
【００３０】図５は、本実施例の燃料噴射弁１が噴射す
る噴霧を撮影した実験結果の一例である。実験条件は、
大気圧下、燃料圧力は７Ｍｐａ程度である。縦断面の噴
霧撮影は、レーザのシート光が弁体軸線Ｊを含む平面と
なるように設定して、噴霧に照射し、燃料噴射後約２〜
３msの噴霧の映像をカメラにて撮影した。同様に、噴霧
横断面は、レーザのシート光が弁体軸線に垂直なＸ−Ｘ
面となるように設定して撮影した。図に示すように、本
実施例の燃料噴射弁１から噴射される噴霧の縦／横断面
は、矢印“ＰＬＵＧ”側に偏向し、偏向側で可燃濃度の
混合気が濃く、矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側で可燃濃度の混
合気が希薄とな領域８０Ａのような分布となる。
る噴霧を撮影した実験結果の一例である。実験条件は、
大気圧下、燃料圧力は７Ｍｐａ程度である。縦断面の噴
霧撮影は、レーザのシート光が弁体軸線Ｊを含む平面と
なるように設定して、噴霧に照射し、燃料噴射後約２〜
３msの噴霧の映像をカメラにて撮影した。同様に、噴霧
横断面は、レーザのシート光が弁体軸線に垂直なＸ−Ｘ
面となるように設定して撮影した。図に示すように、本
実施例の燃料噴射弁１から噴射される噴霧の縦／横断面
は、矢印“ＰＬＵＧ”側に偏向し、偏向側で可燃濃度の
混合気が濃く、矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側で可燃濃度の混
合気が希薄とな領域８０Ａのような分布となる。
【００３１】図６は、本実施例の燃料噴射弁１が噴射し
た噴霧の流量分布の一例を示す図である。図６の（ａ）
は、流量分布を測定した噴霧断面の一例を示し、（ｂ）
は図（ａ）に定義する線ｍ上の流量分布、（ｃ）は線ｋ
上の流量分布を示す。実験条件は、図５と同等である。
図（ｂ）、（ｃ）の横軸は、線ｍ及びｋ上の測定ポイン
ト、縦軸は最大流量を１として無次元化している。図
（ｂ）に示すように、噴霧は“ＰＬＵＧ”側に多く分布
し、“ＰＩＳＴＯＮ”側で少なく分布している。また、
図（ｃ）に示すように、線ｋ上の分布はほぼ対称であ
る。
た噴霧の流量分布の一例を示す図である。図６の（ａ）
は、流量分布を測定した噴霧断面の一例を示し、（ｂ）
は図（ａ）に定義する線ｍ上の流量分布、（ｃ）は線ｋ
上の流量分布を示す。実験条件は、図５と同等である。
図（ｂ）、（ｃ）の横軸は、線ｍ及びｋ上の測定ポイン
ト、縦軸は最大流量を１として無次元化している。図
（ｂ）に示すように、噴霧は“ＰＬＵＧ”側に多く分布
し、“ＰＩＳＴＯＮ”側で少なく分布している。また、
図（ｃ）に示すように、線ｋ上の分布はほぼ対称であ
る。
【００３２】図３（ａ）に示すように、本実施例の燃料
噴射弁１から噴射される噴霧は、矢印“ＰＬＵＧ”側に
偏向角βで偏向し、偏向側で可燃濃度の混合気が濃く、
矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側で可燃濃度の混合気が希薄とな
る。噴射孔８の中心軸線からとった“ＰＬＵＧ”側噴霧
角α１と“ＰＩＳＴＯＮ”側噴霧角α２とは、α１＞α
２の関係にあり、領域８０のような分布となる。また、
矢印“ＰＬＵＧ”側、すなわち噴射孔８の出口を切り欠
いた側に噴射される燃料噴霧の到達距離の方が、矢印
“ＰＩＳＴＯＮ”側、すなわち噴射孔８の出口を切り欠
かなかった側に噴射される燃料噴霧の到達距離よりも長
くなる。ここで、弁軸線Ｊを含みＪに平行な面内の噴霧
の縦断面は、網目状のハッチングをした領域８０Ａとな
る。ここで、偏向角βは、次式で求められる。
噴射弁１から噴射される噴霧は、矢印“ＰＬＵＧ”側に
偏向角βで偏向し、偏向側で可燃濃度の混合気が濃く、
矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側で可燃濃度の混合気が希薄とな
る。噴射孔８の中心軸線からとった“ＰＬＵＧ”側噴霧
角α１と“ＰＩＳＴＯＮ”側噴霧角α２とは、α１＞α
２の関係にあり、領域８０のような分布となる。また、
矢印“ＰＬＵＧ”側、すなわち噴射孔８の出口を切り欠
いた側に噴射される燃料噴霧の到達距離の方が、矢印
“ＰＩＳＴＯＮ”側、すなわち噴射孔８の出口を切り欠
かなかった側に噴射される燃料噴霧の到達距離よりも長
くなる。ここで、弁軸線Ｊを含みＪに平行な面内の噴霧
の縦断面は、網目状のハッチングをした領域８０Ａとな
る。ここで、偏向角βは、次式で求められる。
【００３３】
【数２】β＝（α１−α２）／２ また、図３（ｂ）に示すように、矢印Ｎの方向から見た
噴霧のＸ−Ｘ横断面は、“ＰＬＵＧ”側に可燃濃度の混
合気が濃く、矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側では可燃濃度の混
合気が希薄、極端な場合には燃料粒子が存在しない状態
になる。すなわち、領域８０Ａに示すような、矢印“Ｐ
ＩＳＴＯＮ”側で噴霧の一部が切れたような分布とな
る。さらに、本実施例の燃料噴射弁１を、内燃機関６０
に対して、取り付け角γ、矢印“ＰＬＵＧ”と“ＰＩＳ
ＴＯＮ”の向きを図３（ｃ）に示す向きに取り付けた場
合、混合気は内燃機関６０に設けられた点火装置６５の
周辺に収斂し、一方、シリンダ６８内に往復可能に取り
付けたピストン６９のキャビティ６９Ａの周辺では希薄
となり、噴霧上端角αu、領域８０のような分布とな
る。すなわち、噴霧角は点火装置６５側に大きく、ピス
トン６９のキャビティ６９Ａ側に小さく、また可燃混合
気の濃度は点火装置６５側に濃く、ピストン６９のキャ
ビティ６９Ａ側に薄く、また到達距離は点火装置６５側
で長く、ピストン６９のキャビティ６９Ａ側で短くなっ
ている。ここで、噴霧上端角αuは、矢印θ方向を正と
する。図３（ｃ）においては、燃焼室内６７には噴霧以
外の気体の流動は無く筒内圧力は大気圧にほぼ等しいも
のとする。
噴霧のＸ−Ｘ横断面は、“ＰＬＵＧ”側に可燃濃度の混
合気が濃く、矢印“ＰＩＳＴＯＮ”側では可燃濃度の混
合気が希薄、極端な場合には燃料粒子が存在しない状態
になる。すなわち、領域８０Ａに示すような、矢印“Ｐ
ＩＳＴＯＮ”側で噴霧の一部が切れたような分布とな
る。さらに、本実施例の燃料噴射弁１を、内燃機関６０
に対して、取り付け角γ、矢印“ＰＬＵＧ”と“ＰＩＳ
ＴＯＮ”の向きを図３（ｃ）に示す向きに取り付けた場
合、混合気は内燃機関６０に設けられた点火装置６５の
周辺に収斂し、一方、シリンダ６８内に往復可能に取り
付けたピストン６９のキャビティ６９Ａの周辺では希薄
となり、噴霧上端角αu、領域８０のような分布とな
る。すなわち、噴霧角は点火装置６５側に大きく、ピス
トン６９のキャビティ６９Ａ側に小さく、また可燃混合
気の濃度は点火装置６５側に濃く、ピストン６９のキャ
ビティ６９Ａ側に薄く、また到達距離は点火装置６５側
で長く、ピストン６９のキャビティ６９Ａ側で短くなっ
ている。ここで、噴霧上端角αuは、矢印θ方向を正と
する。図３（ｃ）においては、燃焼室内６７には噴霧以
外の気体の流動は無く筒内圧力は大気圧にほぼ等しいも
のとする。
【００３４】図４の断面Ａ−Ａから、Ｂ−Ｂまでの区間
（区間Ａ−Ｂ）と、断面Ｂ−Ｂから、Ｃ−Ｃまでの区間
（区間Ｂ−Ｃ）とでの、燃料の開放部分と噴霧噴射状態
の比較について説明する。Ａ−Ｂ間では、噴射孔８全周
で燃料を拘束しているため、噴霧は噴射されない。一
方、Ｂ−Ｃ間では、燃料は、図示するように半円状に開
放されており、噴霧は“ＰＬＵＧ”側に噴射され、“Ｐ
ＩＳＴＯＮ”側には噴射されず、図に示すように噴霧の
一部が切れた、馬蹄形状の断面形状となる。従って、噴
霧は、ピストン６９の運動によって燃焼室内６７の圧力
が変化しても、噴霧内部と噴霧外部の圧力がバランスし
易く、噴霧が潰れにくく、形状が一定に保たれる。
（区間Ａ−Ｂ）と、断面Ｂ−Ｂから、Ｃ−Ｃまでの区間
（区間Ｂ−Ｃ）とでの、燃料の開放部分と噴霧噴射状態
の比較について説明する。Ａ−Ｂ間では、噴射孔８全周
で燃料を拘束しているため、噴霧は噴射されない。一
方、Ｂ−Ｃ間では、燃料は、図示するように半円状に開
放されており、噴霧は“ＰＬＵＧ”側に噴射され、“Ｐ
ＩＳＴＯＮ”側には噴射されず、図に示すように噴霧の
一部が切れた、馬蹄形状の断面形状となる。従って、噴
霧は、ピストン６９の運動によって燃焼室内６７の圧力
が変化しても、噴霧内部と噴霧外部の圧力がバランスし
易く、噴霧が潰れにくく、形状が一定に保たれる。
【００３５】本実施例では、段差（Ｌ'−Ｌ）はシリン
ダの内径、すなわちエンジンの容積と噴射弁の取付角に
よって適宜決められるものであるが、少なくとも０より
も大きな段差で設けられ、実質的な噴霧構造（広がり角
度、到達距離、空間的分布）の変化を得るためには、エ
ンジンの容積が２〜３リットル、噴射弁の取付角が１０
°〜５０°の通常の範囲において、（Ｌ'−Ｌ）は、０
＜（Ｌ'−Ｌ）／ｄ０≦１の範囲に設定されることが好
ましい。
ダの内径、すなわちエンジンの容積と噴射弁の取付角に
よって適宜決められるものであるが、少なくとも０より
も大きな段差で設けられ、実質的な噴霧構造（広がり角
度、到達距離、空間的分布）の変化を得るためには、エ
ンジンの容積が２〜３リットル、噴射弁の取付角が１０
°〜５０°の通常の範囲において、（Ｌ'−Ｌ）は、０
＜（Ｌ'−Ｌ）／ｄ０≦１の範囲に設定されることが好
ましい。
【００３６】本実施例では、ノズル部材７の先端面の噴
射孔８の出口部に突起部７Ａを形成しているが、この突
起部７Ａは必ずしも設ける必要はなく、突起部７Ａを設
けない構造においては切り欠かれていない（最も切り欠
きの少ない）部分の噴射孔長さはＬ″になる。このと
き、噴射孔長さの大小関係はＬ′＞Ｌ″＞Ｌのようにな
る。しかし、突起部７Ａを設けることにより、突起部７
Ａのみの重量増によって、大きな段差（Ｌ'−Ｌ）を構
成し、より大きな噴霧角α１（図３の(a)）を実現する
ことができる。
射孔８の出口部に突起部７Ａを形成しているが、この突
起部７Ａは必ずしも設ける必要はなく、突起部７Ａを設
けない構造においては切り欠かれていない（最も切り欠
きの少ない）部分の噴射孔長さはＬ″になる。このと
き、噴射孔長さの大小関係はＬ′＞Ｌ″＞Ｌのようにな
る。しかし、突起部７Ａを設けることにより、突起部７
Ａのみの重量増によって、大きな段差（Ｌ'−Ｌ）を構
成し、より大きな噴霧角α１（図３の(a)）を実現する
ことができる。
【００３７】さらに、噴射孔幅Ｗを調節することで、噴
霧断面の広がりＷｓ（（図３の(ｂ））を調整すること
ができ、Ｗを小さくすることでＷｓを小さくし、Ｗを大
きくすることでＷｓを大きくすることができ、Ｗは０＜
Ｗ≦ｄ０の範囲で設定することができる。
霧断面の広がりＷｓ（（図３の(ｂ））を調整すること
ができ、Ｗを小さくすることでＷｓを小さくし、Ｗを大
きくすることでＷｓを大きくすることができ、Ｗは０＜
Ｗ≦ｄ０の範囲で設定することができる。
【００３８】上述のように、段差（Ｌ’−Ｌ）の大きさ
を調節することにより、噴霧の偏向量（図３（ａ）に示
す角度α１又はβ）を調節することができる。また、噴
射孔８の通路壁を取り除く範囲（通路壁を短くする範
囲）を噴射孔８の周方向において調節することによっ
て、噴霧の横断面の広がりＷｓを調節することができ
る。
を調節することにより、噴霧の偏向量（図３（ａ）に示
す角度α１又はβ）を調節することができる。また、噴
射孔８の通路壁を取り除く範囲（通路壁を短くする範
囲）を噴射孔８の周方向において調節することによっ
て、噴霧の横断面の広がりＷｓを調節することができ
る。
【００３９】ノズル部材７部は、図７に示すような構成
にしてもよい。
にしてもよい。
【００４０】図７（ａ）、（ｂ）に示すノズル部材７′
では、その底面部（端面部）７１の外周部に肉厚部７Ｃ
を設けている。すなわち、本構成においては、肉厚部７
Ｃによって、ボール６がシート面９に着座する際の振動
騒音を低減している。
では、その底面部（端面部）７１の外周部に肉厚部７Ｃ
を設けている。すなわち、本構成においては、肉厚部７
Ｃによって、ボール６がシート面９に着座する際の振動
騒音を低減している。
【００４１】また、図７（ｃ）、（ｄ）に示すように噴
射孔８中心から距離Ｂ１で、厚さ（Ｂ２−Ｂ１）の略環
状の肉圧部７Ｆによって、振動騒音低減をしても良い。
射孔８中心から距離Ｂ１で、厚さ（Ｂ２−Ｂ１）の略環
状の肉圧部７Ｆによって、振動騒音低減をしても良い。
【００４２】さらに、ノズル部材７′′′部は、図８に
示すような構成にしてもよい。
示すような構成にしてもよい。
【００４３】ノズル部材７′′′部は、燃料旋回素子及
び弁体の一部を収納するハウジングの底面部７１′のみ
によって構成され、側壁部７２′とは別部材で構成され
ている。側壁部７２′は、ノズル部材７′′′をガイド
するノズルガイド体を構成する。ノズル部材７′′′は
接合部７Ｄに沿って側壁部７２′（ノズルガイド体）に
溶接されている。すなわち、本構成においては、エンジ
ンの容積と噴射弁の取付角によって適宜変更する部分
を、ハウジングの底面部７１′のみに集約することで、
生産性を向上できる。
び弁体の一部を収納するハウジングの底面部７１′のみ
によって構成され、側壁部７２′とは別部材で構成され
ている。側壁部７２′は、ノズル部材７′′′をガイド
するノズルガイド体を構成する。ノズル部材７′′′は
接合部７Ｄに沿って側壁部７２′（ノズルガイド体）に
溶接されている。すなわち、本構成においては、エンジ
ンの容積と噴射弁の取付角によって適宜変更する部分
を、ハウジングの底面部７１′のみに集約することで、
生産性を向上できる。
【００４４】図９を用いて、内燃機関の実施例を説明す
る。
る。
【００４５】シリンダ６８内に往復動可能に設けられた
ピストン６９は、図示しないクランクシャフトの回転に
応じてシリンダ６８内を上下動する。シリンダ６８の上
部には、シリンダヘッド６３が取り付けられており、シ
リンダ６８と共に密閉空間を形成する。シリンダヘッド
６３には、スロットルバルブを内蔵した吸入空気量制御
装置６１を介して外部空気をシリンダ内に導く吸気マニ
ホールド６２と、シリンダ６８内で燃焼した燃焼ガスを
排気装置へ導く排気マニホールドとが形成されている。
ピストン６９は、図示しないクランクシャフトの回転に
応じてシリンダ６８内を上下動する。シリンダ６８の上
部には、シリンダヘッド６３が取り付けられており、シ
リンダ６８と共に密閉空間を形成する。シリンダヘッド
６３には、スロットルバルブを内蔵した吸入空気量制御
装置６１を介して外部空気をシリンダ内に導く吸気マニ
ホールド６２と、シリンダ６８内で燃焼した燃焼ガスを
排気装置へ導く排気マニホールドとが形成されている。
【００４６】シリンダヘッド６３の吸気マニホ−ルド６
２側には吸気弁６４が、中央部には点火装置６５が、そ
して吸気弁６４と反対側には排気弁６６がそれぞれ設け
られている。吸気弁６４および排気弁６６は燃焼室６７
内に延在して設けられている。ここで、燃料噴射弁１
は、シリンダヘッド６３の吸気マニホ−ルド６２結合部
付近に取り付けられており、燃料噴射弁１の軸線が燃焼
室６７内でやや下向きとなるように（点火装置６５が設
けられているのとは反対方向を向くように）設定されて
いる。その取り付け角度γは一般に１０°〜５０°程度
である。
２側には吸気弁６４が、中央部には点火装置６５が、そ
して吸気弁６４と反対側には排気弁６６がそれぞれ設け
られている。吸気弁６４および排気弁６６は燃焼室６７
内に延在して設けられている。ここで、燃料噴射弁１
は、シリンダヘッド６３の吸気マニホ−ルド６２結合部
付近に取り付けられており、燃料噴射弁１の軸線が燃焼
室６７内でやや下向きとなるように（点火装置６５が設
けられているのとは反対方向を向くように）設定されて
いる。その取り付け角度γは一般に１０°〜５０°程度
である。
【００４７】６９はピストンを示しており、６９Ａはピ
ストン６９に設けられたキャビティ（凹み）である。キ
ャビティ６９Ａは、ピストン６９の径方向において、排
気弁６６側から、点火装置６５の取り付け位置を越えて
吸気弁６４側（ほぼ噴射孔８の位置）までの範囲に設け
られている。噴射孔８はピストン６９に設けられるキャ
ビティ６９Ａに向けられている。図中の白抜きの矢印は
吸気の流れを示しており、ハッチングの矢印は排気の流
れをそれぞれ示している。
ストン６９に設けられたキャビティ（凹み）である。キ
ャビティ６９Ａは、ピストン６９の径方向において、排
気弁６６側から、点火装置６５の取り付け位置を越えて
吸気弁６４側（ほぼ噴射孔８の位置）までの範囲に設け
られている。噴射孔８はピストン６９に設けられるキャ
ビティ６９Ａに向けられている。図中の白抜きの矢印は
吸気の流れを示しており、ハッチングの矢印は排気の流
れをそれぞれ示している。
【００４８】内燃機関６０の燃料は、ポンプによって燃
料噴射弁１に加圧供給され、吸気のタイミングに合わせ
て燃料噴射弁１により直接燃焼室６７内へ噴射され、着
火の直前には領域８０のように分布する。噴射により霧
化した燃料は、燃焼室６７において吸気マニホールド６
２を経て導かれた空気の流れ（タンブル流）８２との混
合を促進する。
料噴射弁１に加圧供給され、吸気のタイミングに合わせ
て燃料噴射弁１により直接燃焼室６７内へ噴射され、着
火の直前には領域８０のように分布する。噴射により霧
化した燃料は、燃焼室６７において吸気マニホールド６
２を経て導かれた空気の流れ（タンブル流）８２との混
合を促進する。
【００４９】タンブル流は、シリンダヘッド側を排気弁
６６側に流れ、排気弁６６の下方でピストン側に向きを
変え、キャビティ６９Ａの曲面に沿って燃料噴射弁８側
に導かれ、噴霧を下側から持ち上げるように流れる。点
火装置６５側に偏向している噴霧は、タンブル流８２に
よって、さらに点火装置６５に向かうようになる。また
一方、キャビティ６９Ａの方向に向かう噴霧は、希薄と
なりピストン６９側に燃料噴霧を過剰に送ることがな
い。従って、燃料噴霧のピストンへの付着を低減でき
る。しかる後の混合気は、圧縮行程中に圧縮され、点火
装置６５にて安定して着火され、未然ガスの排出量が抑
制された安定した燃焼が実現される。噴霧の一部を切る
ことで、噴霧の内側と外側とで圧力差がなくなり、筒内
の圧力変動に対して噴霧形状が変化し難く、広いエンジ
ン回転数域で燃焼安定性の良い噴霧を提供できる。
６６側に流れ、排気弁６６の下方でピストン側に向きを
変え、キャビティ６９Ａの曲面に沿って燃料噴射弁８側
に導かれ、噴霧を下側から持ち上げるように流れる。点
火装置６５側に偏向している噴霧は、タンブル流８２に
よって、さらに点火装置６５に向かうようになる。また
一方、キャビティ６９Ａの方向に向かう噴霧は、希薄と
なりピストン６９側に燃料噴霧を過剰に送ることがな
い。従って、燃料噴霧のピストンへの付着を低減でき
る。しかる後の混合気は、圧縮行程中に圧縮され、点火
装置６５にて安定して着火され、未然ガスの排出量が抑
制された安定した燃焼が実現される。噴霧の一部を切る
ことで、噴霧の内側と外側とで圧力差がなくなり、筒内
の圧力変動に対して噴霧形状が変化し難く、広いエンジ
ン回転数域で燃焼安定性の良い噴霧を提供できる。
【００５０】上記の筒内噴射ガソリンエンジンは、燃焼
室内にタンブル流を生成するもので、従来エンジンのシ
リンダヘッドを大幅に変更することなく希薄燃焼を実現
することができる。
室内にタンブル流を生成するもので、従来エンジンのシ
リンダヘッドを大幅に変更することなく希薄燃焼を実現
することができる。
【００５１】上記の各実施例の燃料噴射弁によれば、噴
射孔の出口部で噴射孔を形成する壁面の一部を取り除く
ことにより、噴霧の流れの拘束を解き、拘束を解いた側
で可燃濃度の混合気が濃く、拘束した側で可燃濃度の混
合気が希薄な偏向噴霧を形成する。このため、噴射孔の
一部を遮蔽する場合のように噴霧の流れを阻害しにく
い。これは、燃料に旋回力を付与して噴射する燃料噴射
弁の場合に、付与した旋回エネルギーを損なうことが無
く、特に有効である。
射孔の出口部で噴射孔を形成する壁面の一部を取り除く
ことにより、噴霧の流れの拘束を解き、拘束を解いた側
で可燃濃度の混合気が濃く、拘束した側で可燃濃度の混
合気が希薄な偏向噴霧を形成する。このため、噴射孔の
一部を遮蔽する場合のように噴霧の流れを阻害しにく
い。これは、燃料に旋回力を付与して噴射する燃料噴射
弁の場合に、付与した旋回エネルギーを損なうことが無
く、特に有効である。
【００５２】また、上記の各実施例の燃料噴射弁は、噴
射孔の出口部で噴射孔を形成する壁面の一部を切り欠い
て、或いは、噴射孔の噴射孔長さが噴射孔の周方向で変
化するように、噴射孔の出口開口部に段差を設けて、或
いは、噴射孔を形成する壁面の一部を含むノズル先端面
に凹部を形成して実施することができる。これらの実施
例は見方を変えれば、噴射孔を形成する壁面の一部を他
の部分よりも下流側（ノズル体の先端側）に延長して設
けることになる。
射孔の出口部で噴射孔を形成する壁面の一部を切り欠い
て、或いは、噴射孔の噴射孔長さが噴射孔の周方向で変
化するように、噴射孔の出口開口部に段差を設けて、或
いは、噴射孔を形成する壁面の一部を含むノズル先端面
に凹部を形成して実施することができる。これらの実施
例は見方を変えれば、噴射孔を形成する壁面の一部を他
の部分よりも下流側（ノズル体の先端側）に延長して設
けることになる。
【００５３】内燃機関の他の実施例を、図１０を用いて
説明する。
説明する。
【００５４】図１０に示す内燃機関６０′では、タンブ
ル流８２を点火装置６５直下から立ち上げるように、キ
ャビティ６９Ｂを設けている。キャビティ６９Ｂは、ピ
ストン６９′の径方向において、点火装置６５の取り付
け位置（シリンダ中心部）よりも排気弁６６側からほぼ
点火装置６５の取り付け位置までの範囲に設けられてい
る。タンブル流８２は、シリンダヘッド側を排気弁６６
側に流れ、排気弁６６の下方でピストン側に向きを変
え、キャビティ６９Ａの曲面に沿って流れ、点火装置６
５直下から噴霧を持ち上げるように、点火装置６５に向
かう流れを作る。キャビティ６９Ｂが誘導するタンブル
流８２によって、可燃濃度の混合気８０の点火装置６５
への収斂性を高めることが可能である。
ル流８２を点火装置６５直下から立ち上げるように、キ
ャビティ６９Ｂを設けている。キャビティ６９Ｂは、ピ
ストン６９′の径方向において、点火装置６５の取り付
け位置（シリンダ中心部）よりも排気弁６６側からほぼ
点火装置６５の取り付け位置までの範囲に設けられてい
る。タンブル流８２は、シリンダヘッド側を排気弁６６
側に流れ、排気弁６６の下方でピストン側に向きを変
え、キャビティ６９Ａの曲面に沿って流れ、点火装置６
５直下から噴霧を持ち上げるように、点火装置６５に向
かう流れを作る。キャビティ６９Ｂが誘導するタンブル
流８２によって、可燃濃度の混合気８０の点火装置６５
への収斂性を高めることが可能である。
【００５５】キャビティの形状は、図１０（ｂ）の破線
６９Ｃに示すような略楕円状であってもよい。
６９Ｃに示すような略楕円状であってもよい。
【００５６】内燃機関の他の実施例を、図１１を用いて
説明する。
説明する。
【００５７】図１１に示す内燃機関６０′′では、キャ
ビティの無い、フラットピストン６９を設けている。図
２及び３で説明した、Ｌ、Ｌ'、Ｌ''、ｄo、Ｗを調整す
ることによって適切な噴霧角α１、α２、β及びαu、
噴霧広がりＷｓを設定し、タンブル流を用いずに、ある
いは、比較的弱いタンブル流で、可燃濃度の混合気８０
を点火装置６５に到達させることが可能である。
ビティの無い、フラットピストン６９を設けている。図
２及び３で説明した、Ｌ、Ｌ'、Ｌ''、ｄo、Ｗを調整す
ることによって適切な噴霧角α１、α２、β及びαu、
噴霧広がりＷｓを設定し、タンブル流を用いずに、ある
いは、比較的弱いタンブル流で、可燃濃度の混合気８０
を点火装置６５に到達させることが可能である。
【００５８】次に、図１２を参照して、燃料噴射弁の他
の実施例を説明する。図１２に示すノズル部材７部で
は、噴射孔８の出口部に噴霧の一部を遮蔽する部材７３
を設けている。上流側（図１２中で部材７３より上方）
の噴霧がいかなる形状であっても、部材７３によって強
制的に噴霧の一部を切ることが可能である。従って、ノ
ズル設計裕度の広がりが期待できる。部材７２は必ずし
も別体でなくて良い。
の実施例を説明する。図１２に示すノズル部材７部で
は、噴射孔８の出口部に噴霧の一部を遮蔽する部材７３
を設けている。上流側（図１２中で部材７３より上方）
の噴霧がいかなる形状であっても、部材７３によって強
制的に噴霧の一部を切ることが可能である。従って、ノ
ズル設計裕度の広がりが期待できる。部材７２は必ずし
も別体でなくて良い。
【００５９】さらに、図１３に示すように、噴射孔８内
部の一部に、突起部７Ｅを設けることで、燃料の一部を
遮断して噴霧の一部を切っても良い。突起部７Ｅは、プ
レス加工等の塑性加工を用いると良い。
部の一部に、突起部７Ｅを設けることで、燃料の一部を
遮断して噴霧の一部を切っても良い。突起部７Ｅは、プ
レス加工等の塑性加工を用いると良い。
【００６０】内燃機関の他の実施例を、図１４を用いて
説明する。
説明する。
【００６１】図１４に示す内燃機関６０′′′では、図
９で説明した実施例とは逆回転のタンブル流８３をガイ
ドするキャビティ６９Ｃを設けている。本実施例が上記
実施例と異なる点は、タンブル流８３がキャビティに案
内されて上昇して点火装置６５に向かう際に、混合気８
０と対抗するために、混合気８０の排気バルブ６６方向
への進行が抑制され、シリンダ６８壁面への燃料付着を
抑制することが可能である。また、タンブル流８３が混
合気８０とキャビティ６９Ｃの間を通過するために、ピ
ストン側への燃料付着を抑制するのにも有効である。
９で説明した実施例とは逆回転のタンブル流８３をガイ
ドするキャビティ６９Ｃを設けている。本実施例が上記
実施例と異なる点は、タンブル流８３がキャビティに案
内されて上昇して点火装置６５に向かう際に、混合気８
０と対抗するために、混合気８０の排気バルブ６６方向
への進行が抑制され、シリンダ６８壁面への燃料付着を
抑制することが可能である。また、タンブル流８３が混
合気８０とキャビティ６９Ｃの間を通過するために、ピ
ストン側への燃料付着を抑制するのにも有効である。
【００６２】
【発明の効果】本発明によれば、噴射孔の出口部で噴射
孔を形成する壁面の一部を取り除くことにより、この壁
面の一部が取り除かれた側で噴霧の流れが拘束されず開
放されるため、この方向へ混合気が収斂し、また反対方
向への噴霧は噴射孔を形成する壁面によってその流れが
拘束されるため燃料粒子が希薄になり、噴霧内外の圧力
差を小さくして噴霧を潰れにくくした、偏向噴霧を形成
できる。
孔を形成する壁面の一部を取り除くことにより、この壁
面の一部が取り除かれた側で噴霧の流れが拘束されず開
放されるため、この方向へ混合気が収斂し、また反対方
向への噴霧は噴射孔を形成する壁面によってその流れが
拘束されるため燃料粒子が希薄になり、噴霧内外の圧力
差を小さくして噴霧を潰れにくくした、偏向噴霧を形成
できる。
【００６３】さらに、内燃機関において、点火装置方向
へ混合気を収斂し、ピストン方向への燃料粒子を希薄に
するように噴霧を形成することによって、内燃機関の点
火性を良好とし、燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減で
きる。
へ混合気を収斂し、ピストン方向への燃料粒子を希薄に
するように噴霧を形成することによって、内燃機関の点
火性を良好とし、燃焼の未燃ガス成分の排出量を低減で
きる。
【図１】本発明の一実施例である電磁式燃料噴射弁の縦
断面図である。
断面図である。
【図２】電磁式燃料噴射弁１のノズル部材７の拡大図を
示しており、（ａ）はノズル部材７部の縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のノズル部材７部を矢印Ｎ方向から見た
平面図を示している。
示しており、（ａ）はノズル部材７部の縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のノズル部材７部を矢印Ｎ方向から見た
平面図を示している。
【図３】（ａ）は、本発明に係る燃料噴射弁が、燃料を
大気中に噴射する場合の噴霧、（ｂ）は（ａ）の断面Ｘ
−Ｘにおける噴霧を矢印Ｎから見た横断面図、（ｃ）は
燃料を直接、燃焼室（シリンダ）内に噴射する内燃機関
に適用した様子を模式的に示した図である。
大気中に噴射する場合の噴霧、（ｂ）は（ａ）の断面Ｘ
−Ｘにおける噴霧を矢印Ｎから見た横断面図、（ｃ）は
燃料を直接、燃焼室（シリンダ）内に噴射する内燃機関
に適用した様子を模式的に示した図である。
【図４】本発明に係る燃料噴射弁の噴射孔部の拡大図
と、燃料開放部分の形状及び噴霧断面構造を模式的に示
したものである。
と、燃料開放部分の形状及び噴霧断面構造を模式的に示
したものである。
【図５】（ａ）は、本発明に係る燃料噴射弁が、燃料を
大気中に噴射する場合の噴霧縦断面の写真、（ｂ）は
（ａ）の断面Ｘ−Ｘにおける噴霧を矢印Ｎから見た横断
面図写真である。
大気中に噴射する場合の噴霧縦断面の写真、（ｂ）は
（ａ）の断面Ｘ−Ｘにおける噴霧を矢印Ｎから見た横断
面図写真である。
【図６】（ａ）は、本発明に係る燃料噴射弁が、燃料を
大気中に噴射する場合の噴霧横断面の写真、（ｂ）
（ｃ）は（ａ）に定義する線上の流量分布を示すグラフ
である。
大気中に噴射する場合の噴霧横断面の写真、（ｂ）
（ｃ）は（ａ）に定義する線上の流量分布を示すグラフ
である。
【図７】本発明に係る他の実施例における、ノズル部材
７の拡大図を示しており、（ａ）、（ｃ）はノズル部材
７の縦断面図、（ｂ）は（ａ）の、（ｄ）は（ｃ）のノ
ズル部材７を矢印Ｎ方向から見た平面図を示している。
７の拡大図を示しており、（ａ）、（ｃ）はノズル部材
７の縦断面図、（ｂ）は（ａ）の、（ｄ）は（ｃ）のノ
ズル部材７を矢印Ｎ方向から見た平面図を示している。
【図８】本発明に係る他の実施例における、ノズル部材
７の拡大図を示しており、（ａ）はノズル部材７部の縦
断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル部材７部を矢印Ｎ方向
から見た平面図を示している。
７の拡大図を示しており、（ａ）はノズル部材７部の縦
断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル部材７部を矢印Ｎ方向
から見た平面図を示している。
【図９】本発明に係る内燃機関の実施例を示しており、
（ａ）は縦断面図、（ｂ）は燃焼室を図（ａ）の矢印Ｐ
側から見た模式図、（ｃ）はピストンヘッドを矢印Ｐか
ら見た模式図である。
（ａ）は縦断面図、（ｂ）は燃焼室を図（ａ）の矢印Ｐ
側から見た模式図、（ｃ）はピストンヘッドを矢印Ｐか
ら見た模式図である。
【図１０】本発明に係る内燃機関の他の実施例を示して
おり、（ａ）は内燃機関の縦断面図、（ｂ）はピストン
ヘッドを矢印Ｐから見た模式図である。
おり、（ａ）は内燃機関の縦断面図、（ｂ）はピストン
ヘッドを矢印Ｐから見た模式図である。
【図１１】本発明に係る内燃機関の他の実施例を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図１２】本発明に係る燃料噴射弁の他の実施例におけ
る、ノズル部材７部の拡大図を示しており、（ａ）は縦
断面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｎ方向から見た平面図で
ある。
る、ノズル部材７部の拡大図を示しており、（ａ）は縦
断面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｎ方向から見た平面図で
ある。
【図１３】図９に係る他の実施例を示す図であり、噴射
孔の先端部と噴射孔の出口側から見た平面図を示してい
る。
孔の先端部と噴射孔の出口側から見た平面図を示してい
る。
【図１４】本発明に係る内燃機関の他の実施例を示す模
式図である。
式図である。
１…電磁式燃料噴射弁、４０…弁体、６…ボ−ル弁、８
…噴射孔、７…ノズル、７Ａ…ノズル突起部、Ａ１…Ｌ
型切り欠き面、Ａ２…テーパ状切り欠き面、８０…偏向
噴霧の分布形状、、２２…燃料旋回素子、２３…案内
孔、３２…軸方向燃料通路、３３…燃料旋回室、６０…
内燃機関、６９Ａ…ピストンキャビティ、７０…電磁式
燃料噴射弁。
…噴射孔、７…ノズル、７Ａ…ノズル突起部、Ａ１…Ｌ
型切り欠き面、Ａ２…テーパ状切り欠き面、８０…偏向
噴霧の分布形状、、２２…燃料旋回素子、２３…案内
孔、３２…軸方向燃料通路、３３…燃料旋回室、６０…
内燃機関、６９Ａ…ピストンキャビティ、７０…電磁式
燃料噴射弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０ Ｆ０２Ｍ 61/14 ３１０Ａ ３１０Ｓ (72)発明者 門向 裕三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 富樫 盛典 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 天羽 清 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 山門 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 石川 亨 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 久保 博雅 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 藤井 敬士 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 Ｆターム(参考） 3G023 AA01 AA02 AA04 AB01 AC05 AD03 AD06 AE01 AG01 AG02 3G066 AA02 AA05 AB02 AD12 BA03 BA14 BA17 BA26 CA08 CA09 CC06U CC14 CC15 CC20 CC21 CC32 CC34 CC43 CC48 CD03 CD26 CD29 CE22 CE31
Claims (18)
- 【請求項１】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔の中心軸線を含み、かつ前記中心軸線に平行
な断面と、前記噴射孔の出口開口を形成する縁との２つ
の交点を、前記中心軸線に沿う方向にずらすと共に、一
方の交点から他方の交点に至る途中で、前記縁に段差を
形成したことを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項２】請求項１に記載の燃料噴射弁において、前
記２つの交点から前記段差部に至るまでの間で、前記出
口開口を形成する２つの縁は、前記断面に垂直な方向か
ら見たときに、互いに平行であることを特徴とする燃料
噴射弁。 - 【請求項３】請求項１又は２に記載の燃料噴射弁におい
て、前記縁は、前記段差部で、前記中心軸線に沿う方向
に変化することを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項４】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔の出口開口面は、前記噴射孔の中心軸線方向
に段差を有するように形成されたことを特徴とする燃料
噴射弁。 - 【請求項５】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔を形成する通路壁の長さが、前記噴射孔の周
方向で非線形に変化する部分を有して変化するように、
前記噴射孔の出口開口部に段差を設けたことを特徴とす
る燃料噴射弁。 - 【請求項６】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔の出口開口には、噴射孔の中心軸線に略平行
な切れ込みが形成され、該切れ込みから片側の壁面が取
り除かれることにより、段差が形成されていることを特
徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項７】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を駆
動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔の出口開口が形成されるノズル先端面に段差
を形成することにより、前記出口開口面に段差を形成し
たことを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項８】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、該
弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、前記弁体を
駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔を形成する通路壁面長さが前記噴射孔の周方
向で変化するように、前記噴射孔の出口開口を形成する
縁に、前記噴射孔の中心軸線方向の段差を形成し、該燃
料噴射弁への燃料入口部で、燃料に１．０〜２０ＭＰａ
の圧力を付与して噴射することを特徴とする燃料噴射
弁。 - 【請求項９】請求項１、４乃至８のいずれか１項に記載
の燃料噴射弁において、 前記噴射孔から噴射される噴霧が、前記噴射孔の中心軸
線を含み、かつ該中心軸線に平行な断面において、前記
噴射孔を頂点として仮想される２辺の周囲に濃い噴霧を
有し、 前記２辺のうち、一方の辺の周囲に噴射される噴霧の到
達距離が、他方の辺の周囲に噴射される噴霧の到達距離
よりも短く、 該到達距離の短い方の噴霧が届く範囲において、前記噴
射孔の中心軸線に垂直にとった噴霧断面が、希薄な部分
を有する噴霧を噴射することを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項１０】請求項１、４乃至８のいずれか１項に記
載の燃料噴射弁において、 前記噴射孔から噴射される噴霧が、前記噴射孔の中心軸
線を含み、かつ該中心軸線に平行な断面において、前記
噴射孔を頂点として仮想される２辺の周囲に濃い噴霧を
有し、 前記２辺のうち、一方の辺の周囲に噴射される噴霧の到
達距離が、他方の辺の周囲に噴射される噴霧の到達距離
よりも短く、 該到達距離の短い方の噴霧が届く範囲において、前記噴
射孔の中心軸線に垂直にとった噴霧断面が、希薄な部分
を有する噴霧を噴射することを特徴とする燃料噴射弁。 - 【請求項１１】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、
該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を
駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 前記噴射孔を形成する通路壁面長さを、前記噴射孔の周
方向に変化させることによって、前記通路壁面長さを長
くした側よりも短くした側で、前記噴射孔の中心軸線か
らとった噴霧角を大きく、かつ噴霧の到達距離を長くし
て、 最も到達距離の短い噴霧が届く範囲において、前記噴射
孔の中心軸線に垂直にとった噴霧断面が、１個所のみに
希薄な部分を有する噴霧を噴射することを特徴とする燃
料噴射弁。 - 【請求項１２】噴射孔と、該噴射孔の上流側に弁座と、
該弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体と、該弁体を
駆動する駆動手段とを備えた燃料噴射弁において、 噴霧を拘束する長さを、前記噴射孔の周方向で変化させ
ることによって、噴霧を長く拘束した側よりも短く拘束
した側で、前記噴射孔の中心軸線からとった噴霧角を大
きく、かつ噴霧の到達距離を長くして、 最も到達距離の短い噴霧が届く範囲において、前記噴射
孔の中心軸線に垂直にとった噴霧断面が、１個所のみに
希薄な部分を有する噴霧を噴射することを特徴とする燃
料噴射弁。 - 【請求項１３】請求項１、４〜８、１１、１２のいずれ
かに記載の燃料噴射弁において、前記弁座の上流側に燃
料に旋回力を付与する燃料通路を構成したことを特徴と
する燃料噴射弁。 - 【請求項１４】シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴
射弁と、この燃料噴射弁に燃料を加圧して供給するポン
プと、前記燃料噴射弁による燃料の噴射を制御する制御
装置とを備えた燃料噴射装置において、 前記燃料噴射弁として、請求項１、４〜８、１１〜１２
のいずれかに記載された燃料噴射弁を備えたことを特徴
とする燃料噴射装置。 - 【請求項１５】シリンダと、このシリンダの中で往復運
動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
備えた内燃機関において、 前記燃料噴射弁として、請求項１、４〜８のいずれかに
記載された燃料噴射弁を備え、前記段差を設けたことに
より、前記噴射孔を形成する通路壁の短くなった部分
が、前記点火装置側に向くように、前記燃料噴射弁を配
置したことを特徴とする内燃機関。 - 【請求項１６】シリンダと、このシリンダの中で往復運
動するピストンと、前記シリンダ内に空気を導入する吸
気手段と、燃焼ガスを前記シリンダ内から排気する排気
手段と、前記シリンダ内に直接燃料を噴射する燃料噴射
弁と、この燃料噴射弁に燃料タンクから燃料を供給する
燃料供給手段と、前記吸気手段によって前記シリンダ内
に導入した空気と前記燃料噴射弁によって前記シリンダ
内に噴射された燃料との混合気に点火する点火装置とを
備え、前記燃料噴射弁に、噴射孔と、該噴射孔の上流側
に弁座と、前記弁座との間で燃料通路の開閉を行う弁体
と、該弁体を駆動する駆動手段とを備えた内燃機関にお
いて、 前記燃料噴射弁として、請求項１１又は１２に記載され
た燃料噴射弁を備え、噴霧角の大きな噴霧が前記点火装
置側に、噴霧の希薄な部分が前記ピストン側に形成され
るように、前記燃料噴射弁を配置したことを特徴とする
内燃機関。 - 【請求項１７】請求項１５に記載の内燃機関において、
前記点火装置側に噴霧が濃く、前記ピストン側に噴霧が
希薄な偏向噴霧を形成することを特徴とする内燃機関。 - 【請求項１８】燃料噴射弁の噴射孔によって、噴霧を拘
束する長さを、前記噴射孔の周方向で変化させることに
より、噴霧を長く拘束した側よりも短く拘束した側で、
前記噴射孔の中心軸線からとった噴霧角が大きく、かつ
噴霧の到達距離が長くなるように、さらに、最も到達距
離の短い噴霧が届く範囲において、前記中心軸線に垂直
にとった噴霧断面が、１個所のみに希薄な部分を有する
ように、シリンダ内に燃料を噴射する燃料の噴射方法。
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