JP2002130084A

JP2002130084A - 燃料噴射弁およびこれを搭載した内燃機関

Info

Publication number: JP2002130084A
Application number: JP2000326993A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Miyajima; 歩宮島; Yoshio Okamoto; 良雄岡本; Yuzo Kadomukai; 裕三門向; Motoyuki Abe; 元幸安部; Hiromasa Kubo; 博雅久保; Toru Ishikawa; 石川　　亨
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2002-05-09

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１に設けられ、燃料を噴射する
噴射孔８の出口部において、噴射孔８を溝状に切り欠く
ことで、噴霧の流れを溝方向に開放し、側壁Ｂ１、Ｂ３
で拘束することで偏平噴霧を生成する。さらに、溝を形
成する２つの側壁Ｂ１、Ｂ３の弁体軸線Ｊからの距離を
一方が他方より長くなるように設定して、距離の長い側
に偏向した偏向噴霧を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、ピストンへの燃料粒子の付着を少なくさせると、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。これらの特性を考慮すると、点
火装置に直接到達させ、燃料噴霧をピストンに付着させ
ないことが望ましい。

【０００７】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。

【０００８】さらに、噴霧を直接点火装置に到達させる
と、筒内の空気流動の制御が不要、あるいは簡略化され
るので、コストの面で有効である。

【０００９】特に、筒内圧力の高い成層燃焼時におい
て、噴霧が圧力によって潰れることなく、点火装置に直
接到達させる事できれば、点火性、燃焼性、コストの面
で有効である。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、点火装置近傍に集中し、筒内の圧力変化に対して形
状が変化し難くい噴霧を生成する。このために、燃料噴
射弁の弁体軸線とピストン直動方向の軸を含む平面でみ
たときには、点火装置側に噴霧を偏平・偏向し、前記ピ
ストン直動方向に垂直な平面でみたときには、略２等辺
三角形状をなす噴霧を生成する。このとき、弁体軸線に
垂直な面で見た噴霧の分布は、中実状である。これによ
って、筒内圧力の変動に対して、噴霧形状を潰れにくく
する。

【００１３】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、噴射孔を溝状に切
り欠くことで、噴霧の流れを溝方向に開放し、側壁で拘
束して偏平噴霧を生成すると良い。さらに、溝を形成す
る２つの側壁の弁体軸線からの距離を一方が他方より長
くなるように設定して、距離の長い側に偏向した偏向噴
霧を形成するとよい。あるいは、燃料噴射方向下流に複
数の噴射孔、または、略弓状の噴射孔を繋合して設ける
ことにより、噴射孔の多い側あるいは、略弓状の噴射孔
の側に偏平・偏向した噴霧を生成すると良い。

【００１４】内燃機関では、点火装置側に噴霧が集中す
るように、上記の燃料噴射弁を配置するとよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１乃至図４
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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】次に、図２を参照しながら、本実施例の矩
形溝構造のノズル部材７について説明する。

【００２０】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に略平行な面Ｂ１、Ｂ３と軸線Ｊに直交
する面Ｂ２ととによって構成される矩形溝部が形成され
ている。このとき、切り欠かれた部分の噴射孔幅はＷ１
＋Ｗ２、噴射孔長さはＨｎ''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，Ｂ２と、これらの平面を繋ぐ軸線
Ｊに平行な面Ｂ１、Ｂ３で形成されている。ここで、軸
線Ｊと平面Ｂ１、Ｂ３との距離Ｗ１、Ｗ２はＷ２＞Ｗ１
で形成されている。

【００２１】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、溝を有して形成
されることになる。

【００２２】図２（ａ）の構成において、噴霧には次の
ような特徴がある。

【００２３】（イ）噴射孔８を形成する通路壁の溝の軸
線との距離が長い側では、噴霧の分布量（混合気の分布
量）が多い、（ロ）溝の拘束力によって、噴霧が偏平
し、噴霧横断面で見ると噴霧は均一に分布している。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】図２（ｂ）では、噴射孔の直径ｄo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Ｂ１、
Ｂ３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“ＰＩＳＴＯ
Ｎ”は、線Ｍに平行である。

【００２７】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。

【００２８】

【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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】次に、図３乃至図４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。

【００３２】図３（ａ）に示す内燃機関６０において、
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。

【００３３】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Ｊ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θｉは一般に１０°〜５０°
程度である。６９はピストンを示している。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。

【００３４】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、吸気のタイミングに合
わせて直接燃焼室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。噴霧は、矢印“ＰＬＵＧ”側
に偏平・偏向する。着火直前において、噴霧の角度θsv
は、噴射孔８と点火装置６５とを結ぶ線と弁体軸線Ｊと
のなす角θpよりも大きくなる。すなわち、θsv＞θpの
関係となる。

【００３５】また、図４に示すように、着火直前におけ
るθp方向の噴霧到達距離Ｌspは、噴射孔８と点火装置
６５との距離Ｌpよりも大きくなる。すなわち、Ｌsp＞
Ｌpの関係となる。噴霧８０のＡ−Ａ横断面は、“ＰＬ
ＵＧ”側に偏平・偏向して分布し、噴霧内部の密度は、
ほぼ均一である。

【００３６】すなわち、内燃機関６０の燃料は、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６
７内へ噴射され、着火の直前には領域８０のように分布
する。点火装置６５側に偏平・偏向している噴霧は、点
火装置６５に直接到達することが可能である。また一
方、ピストン６９の冠面への噴霧の付着は抑制される。
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。噴霧内部の密度がほぼ
均一であるために、、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。

【００３７】本実施例では、溝深さ（Ｈｎ―Ｈｎ''）、
溝幅Ｗ１、Ｗ２、溝長さＤ１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。実質的な噴霧構造（噴霧角θsv、広
がり角度θsh、到達距離Ｌsp）を得るためには、（１）
（Ｈｎ―Ｈｎ''）は、少なくとも０よりも大きな段差で
設けられること、（２）Ｗ１＜Ｗ２に設定すること、
（３）Ｗ１、Ｗ２＜ｄ０に設定すること、（４）Ｄ１＞
ｄ０に設定すること、が好ましく、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、（Ｈｎ―Ｈｎ''）は、０＜（Ｈｎ―Ｈ
ｎ''）／ｄ０≦１の範囲に設定されることが好ましい。

【００３８】本実施例では、ノズル部材７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い。しかし、突起部７Ａを設
けることにより、大きな段差（Ｈｎ''−Ｈｎ）を構成
し、広がり角θshをより大きくすることができる。

【００３９】さらに、噴射孔幅Ｗ１、Ｗ２を調節するこ
とで、噴霧角θsv及び広がり角θshをを調整することが
できる。すなわち、Ｗ１に比べてＷ２を大きくしていく
ことでθsvを大きくし、Ｗ１、Ｗ２をともに小さくする
ことでθshをを大きくすることができる。

【００４０】他の実施例を、図５を用いて説明する。

【００４１】図５（ａ）に示す内燃機関６０では、タン
ブル流８３を用いて点火装置６５に噴霧を到達し易くす
るように、キャビティ６９Ｂを設けている。図５（ｂ）
は、ピストン６９の平面図である。キャビティ６９Ｂ
は、ピストン６９の径方向において、ほぼ吸気弁６４直
下からほぼ排気弁６６直下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６９Ｂの曲面に沿って流れ、吸気弁６４
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。

【００４２】また、図５（ｃ）に示すように、ノズル部
材７'の長さＬｉを径Ｄｉに対して大きくすると良い。
この場合、取付け角θiを小さくすることが可能であ
り、ピストン側への噴霧分布量を抑制して、燃焼性を向
上させることに有効である。なお、実用的には、１＜Ｌ
ｉ／Ｄｉ＜５に設定されることが好ましい。

【００４３】ノズル部材７１部は、図６に示すような構
成にしてもよい。

【００４４】ノズル部材７１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７３とは別部材で構成されている。
側壁部７３は、ノズル部材７１をガイドするノズルガイ
ド体を構成する。ノズル部材７１は接合部７１Ｄに沿っ
て側壁部７３（ノズルガイド体）に溶接されている。噴
射孔８の出口開口部には、軸線Ｊに略平行な面Ｂ１１、
Ｂ１３と軸線Ｊに直交する面Ｂ１１とによって構成され
る矩形溝部が形成されている。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。さらに、本実施例のノズ
ル部材７１は、Ｗ１＝Ｗ２とし、側壁Ｂ１１の高さを
（Ｈｎ−Ｈｎ''）に、側壁Ｂ１３の高さを（Ｈｎ'−Ｈ
ｎ''）にしている。これにより、偏向の強い噴霧を生成
することが可能であるため、ピストン側への噴霧分布量
を抑制して、燃焼性を向上させることに有効である。

【００４５】次に、図７、図８を参照して、燃料噴射弁
の他の実施例を説明する。

【００４６】図７に示すノズル部材７''部では、噴射孔
８の出口部下流に複数個の噴射孔８１、８０Ａ，８０
Ｂ、８０Ｃを設けたプレート部材７０が繋合されてい
る。噴射孔８１は、噴射孔８の径ｄ０よりも径の大きな
第２の旋回通路となっている。燃料は、さらに下流の噴
射孔８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃを通り、“ＰＬＵＧ”側に
偏平・偏向した噴霧として噴射される。図８（ａ）は、
プレート部材７０の斜視図であり、矢印Ｙ１の向きを定
義している。図８（ｂ）は、プレート部材７０をＹ１か
ら見た平面図、図８（ｃ）は断面図である。第２の旋回
通路８１の半径をｄ１とすると、ｄ１＞ｄ０の関係が成
り立っている。破線Ｃｏは、噴射孔８の外形を便宜上示
している。先に、図３、４で説明した、噴霧の角度θs
v、θsh、到達距離Ｌspを調整するには、噴射孔８０
Ａ、８０Ｂ、８０Ｃの径、深さＬｏ、弁体軸線Ｊからの
距離Ｌ１、Ｌ２、線Ｋからの距離Ｄ２、などで調整する
と良い。特に、θsvの大きな噴霧を得るためには、Ｌ２
＞ｄ０／２となるように設定するとよい。また、噴射孔
の数は必ずしも３つでなくても良い。本実施例では、噴
射孔の数、径を調整することで、噴霧横断面の分布を精
度良く制御することが可能であり、点火性、燃焼性の向
上に有効である。

【００４７】また、図９に示すように、プレート部材７
０'に、略弓状の噴射孔８４を設けることで、シェル状
の噴霧を生成しても良い。本プレート部材を用いると、
噴霧横断面に濃度ムラの少ない、均質な噴霧を生成する
ことが可能であり、着火性の向上に有効である。プレー
ト部材７０'は、プレス加工等の塑性加工を用いると良
い。

【００４８】さらに、図１０に示すように、噴射孔８に
直接繋がるプレート部材７４に、複数の噴射孔を設けて
もよい。この場合、線Ｋを境に、“ＰＬＵＧ"側に設け
た噴射孔８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃは弁体軸線Ｊに平行に
し、“ＰＩＳＴＯＮ"側に設けた噴射孔８２Ｄ、８２
Ｅ、８２Ｆは弁体軸線Ｊに対してθorの傾斜角をもって
形成すると良い。本実施例のプレート部材を用いると、
プレート部材の小型化が容易であり、コスト低減に有効
である。

【００４９】さらに、電磁式燃料噴射弁１のノズル部材
７５部は、図１１に示すような構成にしてもよい。図１
１は、電磁式燃料噴射弁１のノズル部材７５部の拡大図
を示しており、（ａ）はノズル部材７５部の縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のノズル部材７５部を矢印Ｎ方向から見
た平面図を示している。ノズル部材７５部の底面は、軸
線Ｊに直交する面７５Ｂおよび突起部７５Ａによって構
成されている。噴射孔のＶ溝型切り欠き面Ａ１、Ａ２
は、噴射孔出口面が弁体の軸線（弁軸心）Ｊ及び燃料噴
射孔８の中心軸（噴射方向）に対して傾斜角ａ１、ａ２
をなすように形成され、Ｖ溝の長さはＷ１で形成されて
いる。このとき、切り欠かれた部分のオリフィス長さは
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７５の先端面は軸線Ｊに垂直な１つの平面と、こ
の平面を繋ぐ２つの傾斜面で形成されている。

【００５０】本実施例においては、ノズル部材７の先端
面の燃料噴射孔８の出口部に突起部７５Ａを形成してい
るが、この突起部７５Ａは必ずしも設ける必要はない。
しかし、突起部７Ａを設けることにより、大きな傾斜角
ａ１、ａ２を構成することができる。

【００５１】また、溝長さＷ１は突起部７５Ａ内に止ま
らなくてもよく、底面７５ＢにＶ溝が延長されていても
良い。この場合には、矢印Ｒ方向への噴霧の偏平の度合
いを強めることができる。

【００５２】さらに、電磁式燃料噴射弁１のノズル部材
７６部は、図１２に示すような構成にしてもよい。図１
２は、電磁式燃料噴射弁１のノズル部材７６部の拡大図
を示しており、（ａ）はノズル部材７６部の縦断面図、
（ｂ）は（ａ）のノズル部材７６部を矢印Ｎ方向から見
た平面図を示している。図１２（ａ）、（ｂ）に示す電
磁式燃料噴射弁１のノズル部材７６部が、図２で説明し
た電磁式燃料噴射弁１のノズル部材７部と異なる点は、
ノズル７６部の底面の外周部に肉厚部７６Ｃを設けてい
ることである。すなわち、本構成においては、肉厚部７
６Ｃ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。

【００５３】さらに、電磁式燃料噴射弁１のノズル部材
７７部は、図１３に示すような構成にしてもよい。図１
３は、電磁式燃料噴射弁１のノズル部材７７部の拡大図
を示しており、（ａ）は、ノズル部材７７部の縦断面
図、（ｂ）は（ａ）のノズル部材７７部を矢印Ｎ方向か
ら見た平面図を示している。本実施例では、燃料噴射孔
８の出口部に軸線Ｊに平行あるいは、略平行な面Ｂ２
１、Ｂ２２、Ｂ２３と、軸線Ｊに直交する面Ｂ２４，Ｂ
２５とによって構成される段付き矩形型溝が形成されて
いる。また、段付き矩形溝のオリフィス長さＬ'''をＬ
より大きくすることで、“ＰＬＵＧ”側に噴霧を偏向さ
せることが可能である。その他の構成は、本発明の第１
の実施例と同じである。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、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
溝状に切り欠くことで、噴霧の流れを溝方向に開放し、
側壁で拘束することで偏平噴霧を生成できる。さらに、
溝を形成する２つの側壁の弁体軸線からの距離を一方が
他方より長くなるように設定して、距離の長い側に偏向
した偏向噴霧を形成できる。あるいは、燃料噴射方向下
流に複数の噴射孔、または、略弓状の噴射孔を繋合して
設けることにより、噴射孔の多い側あるいは、略弓状の
噴射孔の側に偏平・偏向した噴霧を生成できる。いずれ
の場合も、噴霧横断面は噴霧分布が均一であるために、
筒内圧力の変動に対して噴霧を潰れにくくした、偏平・
偏向噴霧を形成できる。

【００５５】さらに、内燃機関では、点火装置側に噴霧
が集中するように、上記の燃料噴射弁を配置して、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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図３】（ａ）は、本発明に係る燃料噴射弁を、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、（ｂ）は燃焼室を吸気弁側から見た模
式図、である。

【図４】本発明に係る燃料噴射弁から噴射される噴霧の
縦断面と横断面を点火装置との関係において模式的に示
したものである。

【図５】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
ッドを吸気弁側から見た模式図、（ｃ）は燃料噴射弁で
ある。

【図６】本発明に係る他の実施例における、ノズル部材
７１の拡大図を示しており、（ａ）、はノズル部材７１
の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル部材７１を矢印Ｎ
方向から見た平面図を示している。

【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）、はノズル部材７''
の縦断面図、（ｂ）は（ａ）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、プレート部
材７０の拡大図を示しており、（ａ）はプレート部材７
０の斜視図、（ｂ）は（ａ）のプレート部材７０をＹ１
方向から見た平面図、（ｃ）は断面図を示している。

【図９】本発明に係る他の実施例における、プレート部
材７０の平面図を示している。

【図１０】本発明に係る他の実施例における、ノズル部
材７''とプレート部材７４の拡大図を示しており、
（ａ）、はノズル部材７''の縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のプレート部材７４を矢印Ｎ方向から見た平面図を示し
ている。

【図１１】本発明に係る他の実施例における、ノズル部
材７５の拡大図を示しており、（ａ）、はノズル部材７
５の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル部材７５を矢印
Ｎ方向から見た平面図を示している。

【図１２】本発明に係る他の実施例における、ノズル部
材７６の拡大図を示しており、（ａ）、はノズル部材７
６の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル部材７５を矢印
Ｎ方向から見た平面図を示している。

【図１３】本発明に係る他の実施例における、ノズル部
材７７の拡大図を示しており、（ａ）、はノズル部材７
７の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル部材７７を矢印
Ｎ方向から見た平面図を示している。

【符号の説明】

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、Ｂ１…矩
形溝切り欠き面、７０…プレート部材、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、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 61/18 ３４０Ｆ０２Ｍ 61/18 ３４０Ｃ３６０３６０ＪＦ０２Ｂ 23/10 Ｆ０２Ｂ 23/10 ＤＭＦ０２Ｍ 61/14 ３１０Ｆ０２Ｍ 61/14 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)発明者安部元幸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Ｆターム(参考） 3G023 AA00 AA01 AA04 AB01 AC05 AD01 AD08 AD29 3G066 AA02 AA03 AB02 AD12 BA14 BA26 CC06U CC14 CC15 CC24 CC26 CC32 CC37 CC41 CC48 CD29 CE22

Claims

【特許請求の範囲】

【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、前記噴射孔の出口部で、噴射孔を形成する壁面の一部を
溝状に切り欠き、前記溝を構成する２つの側壁と弁体軸
線との距離を一方が他方より長くなるように設けたこと
を特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】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、前記噴射孔に、燃料噴射方向下流に複数の噴射孔を繋合
したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】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、前記噴射孔に、燃料噴射方向下流に内径の異なる燃料旋
回通路を繋合し、さらに下流に、複数の噴射孔を繋合し
たことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】請求項３に記載の燃料噴射弁において、前
記複数の噴射孔を、弁体軸線に対して非対称に配置した
ことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】請求項３に記載の燃料噴射弁において、前
記複数の噴射孔の中心位置が最上流の噴射孔の縁よりも
弁体軸線に対して外側にあることを特徴とする燃料噴
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、前記噴射孔に、燃料噴射方向下流に内径の異なる燃料旋
回通路を繋合し、さらに下流に、略弓状の噴射孔を設け
たことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項７】請求項１〜３、６のいずれか１項に記載の
燃料噴射弁において、該燃料噴射弁への燃料入口部で、
燃料に0.5〜２５ＭＰａ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８】請求項１〜３、６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、弁体
軸線に対して片側に偏平かつ偏向し、前記噴射孔の中心軸線を含み、前記断面と直行する断面
において、前記噴射孔を頂点とした略２等辺三角形状を
なし、該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、ほぼ均一に分布する噴霧を噴射
することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項９】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、前記噴射孔に溝状の切り欠きを設け、前記溝を形成する
２つの側壁のうち前記弁体との距離が長い側に、噴霧を
偏平かつ偏向させ、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、ほぼ均一に分布する噴霧を噴射す
ることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項１０】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、前記噴射孔下流に複数の噴射孔を設け、噴射孔が多い側
に噴霧を偏平かつ偏向させ、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、ほぼ均一に分布する噴霧を噴射す
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、前記噴射孔下流に略弓状の噴射孔を設け、前記弓状の噴
射孔側に噴霧を偏平かつ偏向させ、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、ほぼ均一に分布する噴霧を噴射す
ることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項１２】請求項１〜３、６、９〜１１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１３】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及び９に記載された燃
料噴射弁を備え、前記溝を設けたことにより、前記溝を
形成する側壁の弁体軸線との距離が長くなった部分が、
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１４】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２、３及び１０に記載さ
れた燃料噴射弁を備え、前記複数の噴射孔を多く設けた
側が、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６及び１１に記載された
燃料噴射弁を備え、前記略弓状の噴射孔を設けた側が、
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１〜１２に記載された燃
料噴射弁を備え、偏平かつ偏向した噴霧が前記点火装置
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】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１〜１２に記載された燃
料噴射弁を備え、点火時に、前記燃料噴射弁の弁体軸線
と前記点火装置とのなす角よりも、噴霧の広がり角が大
きくなるように、また、噴霧が前記点火装置に到達する
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１８】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、噴霧を点火装置の側に偏平かつ偏向させ、噴霧断面をみ
た場合に、ほぼ均一に分布する噴霧を噴射する燃料噴射
弁を備え、点火時に、前記燃料噴射弁の弁体軸線と前記
点火装置とのなす角よりも、噴霧の広がり角が大きくな
るように、また、噴霧が前記点火装置に到達するよう
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。