燃料噴射弁

【課題】簡易な構成で、噴霧状態が安定したホロコーン状の噴霧を形成可能とする。
【解決手段】噴孔２７−１〜２７−６は、中心がオリフィスプレート２３の中心と一致した同心円上に等間隔で配設される一方、噴孔２７−１〜２７−６は、それぞれの中心軸が、オリフィスプレート２３の中心を通り燃料噴射弁の軸に一致したＺ軸方向に対して所定の噴孔角θINCを以て傾くように形成されると共に、それぞれの噴孔２７−１〜２７−６の中心軸をオリフィスプレート２３へ投影した線が、それぞれの噴孔２７−１〜２７−６の中心軸がオリフィスプレート２３が位置する平面と交差する点と同心円の中心とを結ぶ線に対して所定の周方向傾き角θcirを以て形成されて、安定したホロコーン状の噴霧が可能となっている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁に係り、特に、ポート噴射式内燃機関に適する燃料噴射弁であって、ホロコーン状噴霧における噴霧形状の安定化等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料噴射弁としては、例えば、一つの燃料噴射弁から２つのポートへ、それぞれ別個に大凡コーン状の噴霧の形成可能とした燃料噴射弁が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
また、噴霧の微粒化のために、ホロコーン状の噴霧にスワールを付加できるよう構成された燃料噴射弁等も提案されている（例えば、特許文献２等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２５５９８号公報（第５−８頁、図１−図８）
【特許文献２】特表２０００−５０９４６２号公報（第６−９頁、図１−図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記前者の公報に開示された燃料噴射弁においては、噴霧形状がホロコーン状ではないために、噴霧の貫徹力（ペネトレーション）が未だ強く、必ずしも貫徹力の低減という要請に十分応えるものではないという問題がある。
また、上記後者の公報に開示された燃料噴射弁においては、噴霧の周縁に強力な旋回流（スワール）を発生させるために、噴孔よりも上流側にスワール発生装置を設ける必要があり、部品点数の増加、構造の複雑化を招くと共に、高価格化を招くという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、噴霧状態が安定したホロコーン状の噴霧形成を可能とした燃料噴射弁を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る燃料噴射弁は、
ポート噴射式内燃機関の燃料噴射弁であって、
複数の噴孔が穿設されるオリフィスプレートの前記燃料噴射弁内部側の面において、前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＸ軸、このＸ軸に直交する前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＹ軸、前記Ｘ軸及びＹ軸に対して直交する前記燃料噴射弁の中心軸をＺ軸と、それぞれ定め、
前記複数の噴孔は、前記Ｘ、Ｙ、及び、Ｚ軸の交点、又は、前記複数の噴孔への燃料の流入を可能とする範囲で前記Ｙ軸上の任意の点を中心とした同心円上に３個以上、等間隔で配設されると共に、前記複数の噴孔は、それぞれの噴孔の中心軸が、前記Ｚ軸方向に対して所定噴孔角を以て傾くように形成されると共に、それぞれの噴孔の中心軸を前記オリフィスプレートへ投影した線が、前記それぞれの噴孔の中心軸が前記オリフィスプレートが位置する平面と交差する点と前記同心円の中心とを結ぶ線に対して所定の周方向傾き角を以て形成されてなるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、新たな構成部品を増やすことなく、従来に比してより噴霧状態が安定したホロコーン状噴霧を形成することができるので、燃料消費量の低減と共に、噴霧の微粒化による噴霧の貫徹力が従来に比してさらに低減され、その結果、排気ガス中の炭化水素の低減を図ることができ、排ガス処理装置の触媒の小型化に寄与することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態における燃料噴射弁が用いられる内燃機関の縦断面図図である。
【図２】図１に示された内燃機関の上部の横方向の断面を模式的に示した模式図である。
【図３】本発明の実施の形態における燃料噴射弁による噴射状態を、その側面側から模式的に示した模式図である。
【図４】本発明の実施の形態における燃料噴射弁による噴射状態を、ノズル部を正面に臨む側から模式的に示した模式図である。
【図５】本発明の実施の形態における燃料噴射弁のノズル部の縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態における燃料噴射弁に用いられるオリフィスプレートの平面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図６の縦断面図であって、図８（Ａ）は、図６のＢ−Ｂ線断面図、図８（Ｂ）は、噴孔付近の拡大縦断面図である。
【図９】本発明の実施の形態における燃料噴射弁において、θCIRを９０に設定し、噴霧同士の干渉部分のみを抽出したシミューレション結果を模式的に示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態における燃料噴射弁において、θCIRを０に設定し、噴霧同士の干渉部分のみを抽出したシミューレション結果を模式的に示す模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態における燃料噴射弁において、θCIRを０に、噴霧を図１０よりも太く設定し、噴霧同士の干渉部分のみを抽出したシミューレション結果を模式的に示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態における燃料噴射弁によるホロコーン状噴霧の先端部の噴霧状態の測定結果を模式的に示した模式図である。
【図１３】従来の燃料噴射弁によるホロコーン状噴霧の先端部の噴霧状態の測定結果を模式的に示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図１３を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における燃料噴射弁が用いられる内燃機関について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
図１に示された内燃機関１は、いわゆるポート噴射式のもので、その構成は、基本的に従来同様のものである。
かかる内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３と、ピストン４とを有しており、シリンダブロック２内部に、ピストン４が摺動可能に収納され、燃焼室５が形成されたたものとなっている（図１参照）。
燃焼室５には、シリンダヘッド３に形成された吸気管６と排気管７が連通するものとなっている。そして、シリンダヘッド３には、吸気管６と燃焼室５との連通を制御する２つの吸気弁８Ａ，８Ｂと、排気管７と燃焼室５との連通を制御する２つの排気弁９Ａ，９Ｂが、それぞれ設けられている（図１及び図２参照）。
【００１０】
また、吸気管６の上流側には、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０が配設されている。かかる燃料噴射弁２０は、吸気弁８Ａ，８Ｂに向けて後述するようなホロコーン状の噴霧（図１の二点鎖線部分、図３の二点鎖線部分、及び、図４の二点鎖線部分）が可能な適宜な位置に配設されている。また、シリンダヘッド３には、燃焼室５の上部中心部分に臨むように、点火プラグ１０が設けられている（図１参照）。
【００１１】
次に、燃料噴射弁２０のノズル部２１の構成について、図５乃至図８を参照しつつ説明することとする。
本発明の燃料噴射弁２０のノズル部２１の端部においては、弁体２２の端部にオリフィスプレート２３が固着されたものとなっており、弁体２２内に収納されたボール弁２４が、弁体２２に形成された弁座２５から離間せしめられることによって、燃料がボール弁２４と弁体２２との間隙を通過して、流出開口２６へ至り、噴孔２７へ流入可能に構成されたもとなっている（図５参照）。
なお、図５は、２つの噴孔２７がオリフィスプレート２３の直径方向に位置する部位での縦断面図である（図６参照）。
【００１２】
本発明の実施の形態におけるオリフィスプレート２３は、全体外観形状が蓋体状、すなわち、換言すれば、扁平の有底筒状に形成されてなるもので（図６及び図７参照）、その円板状に形成された底部２３ａに複数の噴孔、すなわち、本発明の実施の形態においては、６個の噴孔２７−１〜２７−６が次述するように穿設されたものとなっている（図６参照）。なお、以下の説明においては、各噴孔２７−１〜２７−６に共通する事項の説明においては、適宜、噴孔２７と記述して説明することとする。
【００１３】
まず、以下の説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸による３次元の直線直交座標を定義する。すなわち、例えば、図６に示されたオリフィスプレート２３の底部２３ａの燃料噴射弁２０の内部側の面において、オリフィスプレート２３の径方向に沿う一つの軸をＸ軸、このＸ軸に直交し、かつ、オリフィスプレート２３の径方向に沿う一つの軸をＹ軸、これらＸ軸、Ｙ軸に対して直交する燃料噴射弁２０の中心軸をＺ軸と、それぞれ定義する。
図６においては、紙面左右方向にＸ軸、紙面上下方向にＹ軸、紙面表裏方向にＺ軸とし、Ｚ軸は、オリフィスプレート２３の中心を通るものとする。すなわち、本発明の実施の形態においては、オリフィスプレート２３の中心は、燃料噴射弁２０の中心軸に一致したものとなっている。
【００１４】
かかる前提の下、本発明の実施の形態における噴孔２７−１〜２７−６は、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸の交点を中心とした仮想の同心円（図６において一点鎖線の円参照）上に、等間隔に配設されたものとなっている（図６参照）。本発明の実施の形態においては、上述の仮想の同心円の中心は、オリフィスプレート２３の中心に一致したものとなっているが、必ずしも、オリフィスプレート２３の中心と一致する必要はない。すなわち、上述の仮想の同心円の中心は、燃料がボール弁２４と弁体２２との間隙を通過して噴孔２７−１〜２７−６へ確実に流入する範囲であればＹ軸上の任意の点としても良いものである。
【００１５】
各噴孔２７−１〜２７−６は、噴孔角θINC、及び、周方向傾き角θCIRを有するものとなっている。
まず、噴孔角θINCについて説明すれば、噴孔角θINC、は、噴孔２７−１〜２７−６の中心を通る仮想的な軸、すなわち、中心軸（図８（Ｂ）の一点鎖線の直線参照）のＺ軸に対する傾き角である（図８（Ａ）及び図８（Ｂ）参照）。
噴孔角θINCは、各噴孔２７−１〜２７−６からの噴霧の相互の距離に主に影響を与えるものであり、噴孔角θINCが大きくなるにつれて、各噴孔２７−１〜２７−６からの噴霧の相互の間隔が拡がり、噴霧間の干渉が少なくなるので、各噴霧の適度な拡がりを確保できる大きさを選定する必要がある。
【００１６】
この噴孔角θINCによる各噴孔２７−１〜２７−６からの噴霧の相互間の拡がりは、最終的には、ホロコーン状の噴霧全体のＹ軸方向での拡がり決定する要素となっている。
なお、噴孔２７の直径は、燃料噴射弁２０の最大噴射量などの具体的な条件によって種々異なるものであるので、試験、シミューレション等に基づいて、適切な値が選定されるべきものである。
【００１７】
次に、周方向傾き角θCIRについて説明すれば、周方向傾き角θCIRは、噴孔２７−１〜２７−６の中心軸がオリフィスプレート２３が位置する面と交差する点と、同心円（図６の一点鎖線円）の中心とを結ぶ線に対して、噴孔２７−１〜２７−６の中心軸をオリフィスプレート２３に投影した線がなす角として定義されるものである（図６参照）。
かかる周方向傾き角θCIRは、特に、ホロコーン状噴霧の安定化を図るための要素となるものである。
【００１８】
すなわち、噴孔角θINCは、噴孔の加工精度のばらつきによっては、必ずしも安定した精度で形成することが確保されるとは限らない。ホロコーン状噴霧の形成のため、各噴孔２７−１〜２７−６からの噴霧を確実に干渉させるためには、噴孔角θINCのばらつきによる噴霧のばらつきが生じにくい噴霧の上流側、すなわち、燃料噴射弁２０により近い位置で、各噴孔２７−１〜２７−６からの噴霧を干渉させることが必要である。そのため、噴孔角θINCを小さくすると、各噴孔２７−１〜２７−６からの噴霧を上流部分で干渉させることができるが、各噴孔２７−１〜２７−６から生ずる噴霧間の干渉領域が大きくなり、ホロコーン状噴霧が得にくくなり、噴霧粒径を小さくできなくなる。
【００１９】
そこで、本願発明者は、種々試験、研究の結果、周方向傾き角θCIRを付加することで、噴孔角θINCを小さくすることなく、各噴孔２７−１〜２７−６からの噴霧を上流部分で干渉させながらも、従来と異なり、噴霧間の干渉領域を必要以上に大きくすることなく、安定したホロコーン状噴霧を得ることができることを見出すに至ったものである。
【００２０】
例えば、図９乃至図１１には、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０、及び、従来の燃料噴射弁における各噴孔からの噴霧状態のシミュレーション結果が模式的に示されており、以下、これらの図を参照しつつ、周方向傾き角θCIRを設けることの意義について説明する。
まず、前提として、図９乃至図１１いずれも噴孔数を６個として同心円上に等間隔で配設したものとする。
【００２１】
また、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０におけるシミュレーション結果を示す図９の場合、周方向傾き角θCIRは９０度に設定したものとしてある。図１０及び図１１の従来の燃料噴射弁においては、勿論、本発明の実施の形態と異なり、噴孔に周方向傾き角θCIRは与えられておらず、噴孔角の調整のみでホロコーンを形成可能としたものである。
【００２２】
かかる前提の下、周方向傾き角θCIRを考慮した本発明の実施の形態の燃料噴射弁２０の場合、各噴孔２７−１〜２７−６からの噴霧が（図９参照）、従来の燃料噴射弁の場合（図１０参照）に比して、各噴霧の干渉領域がより上流（燃料噴射弁側）まで広がることが確認できるものとなっている。
周方向傾き角θCIRを与えずとも、各噴射孔からの噴霧を太くすることで、各噴霧の干渉領域を上流まで広げることは可能（図１１参照）であるが、干渉領域の体積が大きくなり（図１１参照）、その結果、ペネトレーションが大きくなったり、また、噴霧における粒径が大きくなってしまうという欠点を招く。
【００２３】
本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０のように周方向傾き角θCIRを与えることによって、燃料噴射弁２０と各噴孔２７−１〜２７−６からの噴霧の上流側の端部との距離Ｌｐ（図９参照）は、周方向傾き角θCIRを有しない従来の燃料噴射弁における各噴孔からの噴霧の上流側の端部と燃料噴射弁との距離ＬCONV1に比して確実に小さな値が確保できるものとなっている。
なお、各噴孔からの噴霧を太くした従来の燃料噴射弁（図１１参照）の場合には、燃料噴射弁と各噴霧の上流側の端部との距離ＬCONV2は、Ｌｐより僅かに長い程度まで小さくはなるが、上述したように干渉領域の体積が大きくなり、ホロコーン状態の噴霧を得ることはできない（図１１参照）。
【００２４】
上述のような周方向傾き角θCIRによる噴霧のばらつき低減効果は、図１２及び図１３に示されたホロコーン状噴霧の先端部の測定結果によっても確認することができる。
図１２は、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０によるホロコーン状噴霧の先端部の噴霧状態を、図１３は、従来の燃料噴射弁によるホロコーン状噴霧の先端部の噴霧状態を、それぞれ測定した一例を示すものである。
いずれも噴孔の大きさ、噴孔角の大きさは同一としてある。
また、いずれの図においても、斜線部分は、噴霧レベル（噴霧量の大きさ）が最も強い領域を、黒塗り部分は、斜線部分より噴霧レベルの小さい領域を、それぞれ表している。なお、白抜き部分は、噴霧がほとんど無い部分を表している。
【００２５】
周方向傾き角θCIRを有せず、噴孔角のみが与えられた噴孔を同心円上に配置した従来の燃料噴射弁の場合、図１３に示されたように、黒塗りで示された噴霧レベルがやや小さい大凡円環状の噴霧部分に、噴霧レベルがより高い部分（斜線部分）が複数点在した状態となる場合がある。
これに対して、本発明の実施の形態における燃料噴射弁２０においては、図１２に示されたように、ホロコーン状噴霧の先端部は、斜線で表されたほぼ円環状の噴霧レベルの高い噴霧部分が生じることが確認できるものとなっている。なお、図１２の例の場合、円環状の噴霧の内側と外側の周縁部分は、斜線部分よりも噴霧レベルが低いものとなっている。
なお、上述の噴霧状態の測定は、概略的には、例えば、燃料圧力を３００ｋＰa、測定チャンバ内の内圧を通常大気圧以下、測定チャンバ内の温度を２０ｄｅｇＣ、燃料温度を２０ｄｅｇＣに設定すると好適であるが、必ずしもこの条件に限定されるものではないことは勿論である。
【００２６】
このように本発明の実施の形態の燃料噴射弁２０においては、噴孔２７−１〜２７−６に周方向傾き角θCIRを与えることで、図４に模式的に示されたように、２つの吸気弁８Ａ，８Ｂの近傍に噴霧のばらつきが低減されたホロコーン状の噴霧状態が形成されることとなる。
かかるホロコーン状噴霧は、その先端の円環状の噴霧部分であって、大凡１８０度離れた部分の近傍に、それぞれ吸気弁８Ａ，８Ｂが位置する大きさとすることで、２つの吸気弁８Ａ，８Ｂを介し噴霧燃料の供給が可能となる。
【００２７】
上述の本発明の実施の形態においては、噴孔２７を６個設ける構成としたが、これに限定される必要はなく、少なくとも３個以上あれば、同様にホロコーン状噴霧の形成は可能である。
また、上述の本発明の実施の形態において、周方向傾き角θCIRは９０度に設定した構成を前提としたが、これに限定される必要はなく、例えば、４５度に設定しても好適である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
従来に比して、より噴霧状態の安定したホロコーン状噴霧が所望される燃料噴射弁に適する。
【符号の説明】
【００２９】
２０…燃料噴射弁
２３…オリフィスプレート
２７−１〜２７−６…噴孔

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポート噴射式内燃機関の燃料噴射弁であって、
複数の噴孔が穿設されるオリフィスプレートの前記燃料噴射弁内部側の面において、前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＸ軸、このＸ軸に直交する前記オリフィスプレートの直径方向に沿う一つの軸をＹ軸、前記Ｘ軸及びＹ軸に対して直交する前記燃料噴射弁の中心軸をＺ軸と、それぞれ定め、
前記複数の噴孔は、前記Ｘ、Ｙ、及び、Ｚ軸の交点、又は、前記複数の噴孔への燃料の流入を可能とする範囲で前記Ｙ軸上の任意の点を中心とした同心円上に３個以上、等間隔で配設されると共に、前記複数の噴孔は、それぞれの噴孔の中心軸が、前記Ｚ軸方向に対して所定噴孔角を以て傾くように形成されると共に、それぞれの噴孔の中心軸を前記オリフィスプレートへ投影した線が、前記それぞれの噴孔の中心軸が前記オリフィスプレートが位置する平面と交差する点と前記同心円の中心とを結ぶ線に対して所定の周方向傾き角を以て形成されてなることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記複数の噴孔の下流側において、前記オリフィスプレートを臨む位置に、ホロコーン状の噴霧を停留形成可能にしてなることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
噴孔角によって、前記複数の噴孔の下流側において、前記オリフィスプレートを臨む位置に形成されるホロコーン状の噴霧の、Ｙ軸方向における広がりを調整可能としてなることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
周方向傾き角によって、前記オリフィスプレートを臨む位置に形成されるホロコーン状の噴霧のばらつきを低減可能としてなることを特徴とする請求項３記載の燃料噴射弁。

【図１】