JP2002202031A - 燃料噴射弁及び燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ポート噴射式内燃機関において、高微粒化燃料
の２方向噴霧化を実現し、吸気管内壁面への噴霧の付着
量を低減する。 【解決手段】燃料通路を構成するフューエルインプレー
ト１３と燃料に旋回力を付与する燃料通路を構成するス
ワールプレート１４と燃料の噴射方向を決定するインジ
ェクションプレート１５とを積層して噴霧生成手段を構
成することにより、微粒化を高めた２方向噴霧を得る。
また、２方向に噴射される各噴霧の貫通力を異ならせ
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、燃料噴射弁に係わ
り、燃料を微粒化し、その噴射方向を制御する技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃費向上や排気ガス浄化に対
応するためには、燃料噴射弁から噴射される燃料の微粒
化促進と噴射方向の的確な制御が重要な課題とされてい
る。特開昭６１−２３４２６６号公報には、エンジンの
１つの燃焼室に対して開口され、第１吸気弁により開閉
される第１主吸気通路及び第２吸気弁により開閉される
第２主吸気通路と、主吸気通路内に配設され、低負荷時
には閉とされると共に高負荷時には開とされる開閉弁
と、この開閉弁よりも上流の主吸気通路より分岐されて
その出口端が第１吸気弁近傍において第１主吸気通路に
開口され、通路面積が主吸気通路の面積よりも小さくさ
れた補助吸気通路と、開閉弁よりも下流において主吸気
通路に配設され、第１、第２の噴孔を有して、第１の噴
孔の噴射路が第１吸気弁に、また第２噴孔の噴射路が第
２吸気弁に向かうように指向された燃料噴射弁とが記載
されている。さらにこの公報には、第１噴孔における噴
射路の拡散角度に対して第２噴孔における噴射路の拡散
角度を小さく設定し、第１噴孔からの燃料噴射量が第２
噴孔からの燃料噴射量よりも大きくすることが記載され
ている。またこの燃料噴射弁では、両噴孔からの燃料噴
射量を異ならせるために、両噴孔の開口面積を異ならせ
ている。特開平８−２１８９８６号公報には、内燃機関
の吸気弁の上流側の吸気管に設けられて燃料噴霧を吸気
管内に噴射する燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置におい
て、燃料噴射弁の噴射部が湾曲した略半円弧状の噴孔を
少なくとも１個有する構成、さらに噴霧の最外周部が吸
気ポートの壁面と噴射部とを結ぶ接線の範囲内で、かつ
吸気弁背面内に衝突するように燃料噴射弁を配置する構
成が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、１
つの燃焼室に設けられた２つの吸気ポートのそれぞれに
１つの噴霧が噴射されるように、１つの燃料噴射弁から
２つの噴霧が２方向に噴射されているが、このとき噴霧
を形成する燃料の微粒化については十分な配慮がなされ
ていない。また２方向に燃料を噴射する場合、吸気通路
の構造や形状に基づく吸気流量の片寄りや流路抵抗等に
よって、各噴霧が燃焼室に到達するまでの時間（以下、
輸送時間という）が同じになるとは限らない。または２
つの噴霧間で輸送時間を同じにしようとすることによっ
て吸気通路（吸気管）の構造や形状に制約を受けること
も考えられる。上記従来技術では、２つの噴霧間に生じ
る、燃焼室に到達するまでの時間的な遅れ（以下、輸送
遅れという）については配慮されていない。上記２つの
公報のうち前者においては、第１噴孔と第２噴孔とで噴
霧の拡散角度を異ならせているが、各噴霧の貫通力（ペ
ネトレーション）を変えることについては配慮されてい
ない。噴霧の貫通力は噴霧を構成する燃料の微粒化の度
合によって変化し、燃料噴射量、或いは噴射された燃料
の初期速度から噴霧の貫通力を一義的に決めることはで
きない。

【０００４】本発明の目的は、２方向に噴射される燃料
の微粒化を向上することにある。本発明の他の目的は、
燃料噴射弁から噴射された２つの燃料噴霧の間で、燃焼
室に到達するまでの時間的な遅れを解消することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】２方向に噴射される燃料
の微粒化を向上するために、以下の構成を有する燃料噴
射弁および燃料噴射装置とする。弁座及びこの弁座と接
離可能に設けられた弁体と、弁座の下流側に設けられた
２つの燃料噴射孔と、前記燃料噴射孔の上流側で前記弁
座の下流側に各燃料噴射孔に対応してそれぞれ設けら
れ、燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段とを備え、
２つの燃料噴射孔から２方向に燃料を噴射するようにし
たものである。このとき、前記旋回力付与手段は、板状
部材の上流側端面から下流側端面まで貫通する貫通孔
と、この貫通孔の中心に対してオフセットした方向を指
向して前記貫通孔に燃料を導入する燃料通路とを有して
前記燃料噴射孔の上流側に位置する板状部材に構成さ
れ、この板状部材の面方向に並べて設けられるとよい。
また、上流側端面から下流側端面まで、相互に異なる方
向を指向するように貫通し、上流側端面及び下流側端面
の面方向に独立して並設された２つの貫通孔によって構
成される前記２つの燃料噴射孔を有する第１の板状部材
と、上流側端面から下流側端面まで貫通し、上流側端面
及び下流側端面の面方向に独立して並設された２つの貫
通孔と、各貫通孔に設けられ、貫通孔の中心に対してオ
フセットした方向を指向して連通する燃料通路とによっ
て構成される前記２つの旋回力付与手段を有する第２の
板状部材とを備え、燃料流れの下流側から、前記第１の
板状部材、第２の板状部材の順で、前記第２の板状部材
の前記２つの貫通孔のそれぞれが前記第１の板状部材の
前記２つの燃料噴射孔のそれぞれに連通するように各板
状部材を積層するとよい。このとき、上流側端面から下
流側端面まで連通する燃料通路を構成する通路壁面が形
成された第３の板状部材を有し、前記弁座の下流側に、
下流側から、前記第１の板状部材、第２の板状部材、第
３の板状部材の順で、前記第３の前記燃料通路が前記第
２の板状部材の前記燃料通路に連通し、前記第２の板状
部材の前記２つの貫通孔のそれぞれが前記第１の板状部
材の前記２つの燃料噴射孔のそれぞれに連通するように
各板状部材を積層するとよい。また上記の各構成におい
て、前記２つの旋回力付与手段の間で燃料に付与される
旋回力を異ならせることにより、前記２つの燃料噴射孔
から噴射される燃料噴霧の貫通力を異ならせるとよい。
燃料噴射弁から噴射された噴霧が燃焼室に到達するまで
の時間的な遅れを解消することが可能な燃料噴射弁の構
造を提供できる。内燃機関へ空気を供給する吸気管と、
この吸気管内を流れる空気の流れを制御する吸気流制御
装置と、前記吸気管内の前記吸気流制御装置よりも下流
側に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた燃料噴射装置
において、前記燃料噴射弁は、弁座及びこの弁座と接離
可能に設けられた弁体と、弁座の下流側に設けられた２
つの燃料噴射孔と、前記燃料噴射孔の上流側で前記弁座
の下流側に各燃料噴射孔に対応してそれぞれ設けられ、
燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段とを備え、２つ
の燃料噴射孔から２方向に燃料を噴射するようにする。
また、２方向に噴射される燃料噴霧の間で、燃焼室に到
達するまでの時間的な遅れを解消することが可能な燃料
噴射弁および燃料噴射装置として、以下の構成とする。
燃料噴射弁において、弁座及びこの弁座と接離可能に設
けられた弁体と、弁座の下流側に設けられ２方向に燃料
を噴射する燃料噴射孔と、各方向に噴射される燃料噴霧
の間で貫通力を異ならせる手段を備える。また、内燃機
関へ空気を供給する吸気管と、この吸気管内を流れる空
気の流れを制御する吸気流制御装置と、前記吸気管内の
前記吸気流制御装置よりも下流側に燃料を噴射する燃料
噴射弁とを備えた燃料噴射装置において、前記燃料噴射
弁を、２方向に燃料を噴射する燃料噴射弁とし、各方向
に噴射される燃料噴霧の間で貫通力を異ならせる手段を
備える。また前記吸気流制御装置は、前記燃料噴射弁か
ら２方向に噴射される２つの燃料噴霧のそれぞれに供給
する空気流量を変えることができるようにするとよい。
また、前記吸気流制御装置の開閉弁の回転軸と前記燃料
噴射弁の弁軸を平行に配置し、前記燃料噴射弁は、前記
回転軸と前記弁軸とを含む面を境にして一方の側に前記
２つの燃料噴霧のうち一方の燃料噴霧を指向させ、前記
面を境にして他方の側に前記２つの燃料噴霧のうち他方
の燃料噴霧を指向させて燃料を噴射するようにするとよ
い。また、貫通力を異ならせる前記手段として、１つの
燃料噴霧を形成するための燃料噴射用の微細孔の数を、
前記２つの燃料噴霧の貫通力が異なるように、前記２つ
の燃料噴霧の間で異なる数に設定するとよい。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明に係る燃
料噴射弁及びその燃料噴射方法について詳細に説明す
る。

【０００７】図１は、本発明に係る実施形態例である電
磁式燃料噴射弁を多気筒内燃機関の吸気管へ装着した状
態を示す図であって、図(ａ)はその部分断面図である。
また、図(ｂ)はＳ方向より視た図で吸気弁と電磁式燃料
噴射弁１の位置関係を示す図である。

【０００８】１０１は多気筒内燃機関の気筒の１つを示
しており、１０２は燃焼室、１０３は吸気ポート１０４
を開閉する吸気弁、１０５は吸気ポート１０４を分離す
る中央隔壁１０５ａを有し上流側において連通する吸気
通路、１０６は吸気管、１０７は吸気流制御装置、１０
８は吸気の流れ、１０９は電磁式燃料噴射弁１側の内壁
面に対向する吸気通路１０５の内壁面、１００ａは電磁
式燃料噴射弁１から噴射される噴霧の模式図である。

【０００９】吸気流制御装置１０７は回転軸１１０ａを
回転中心として回転駆動される開閉弁１１０を持つ。吸
気ポート１０４は１つの燃焼室１０２に対して２つ並設
され、２つの噴霧（２方向噴霧）がそれぞれ各吸気ポー
ト１０４の中心に向かって噴射される。本実施形態で
は、燃料噴射方式として、電磁式燃料噴射弁１が１つの
燃焼室１０２に対して吸気弁１０３の上流側に１つずつ
配設されるマルチポイントインジェクション(ＭＰＩ)シ
ステムを採用している。

【００１０】開閉弁１１０は、回転軸１１０aの軸方向
が電磁式燃料噴射弁１から噴射される２つの噴霧の噴射
方向に仮想される２つの中心軸線を含む平面と略平行
で、かつ電磁式燃料噴射弁１の弁体の駆動方向に一致す
る弁軸（または弁軸心或いは中心軸線）方向と略垂直と
なるように構成されている。

【００１１】尚、本実施形態では、吸気ポート１０４が
２つの場合について説明しているが、吸気ポート１０４
を３つ以上もつ構成も可能である。

【００１２】気筒内の混合気の質や形成状態の向上を図
るために、噴霧１００ａは微粒化度が高められるが、さ
らに、吸気管１０６や吸気通路１０５の内壁面への燃料
付着を低減するために、噴霧の方向性や形状や、さらに
は噴射時期の最適化が図られている。なお、吸気流制御
装置１０７は図示しているように、その閉止時に吸気管
１０６の通路面積を狭くして吸気流れの速度を高めてタ
ンブル流を生成するというものである。

【００１３】電磁式燃料噴射弁１から噴射される個々の
燃料噴霧は、吸気管１０６及び吸気通路１０５の通路
壁、さらに中央隔壁１０５ａへの付着を避けるような狭
い噴射角度で、吸気弁１０３の皿部１０３ａ、１０３ｂ
を指向するように生成される。すなわち、噴霧１００ａ
は中心部が薄くその外方部が濃い中空円錐状（ホローコ
ーン状）になっており、吸気弁１０３の皿部１０３ａの
表面上に均質に分散される。いわゆるホローコーン状の
微粒化の良い２方向噴霧が生成され壁面付着を抑制して
いる。

【００１４】内燃機関の燃焼試験を実施したところ、排
ガス性能の向上や燃費の向上が図られており、係る電磁
式燃料噴射弁１によって、吸気管内壁面への燃料付着が
抑制されて混合気の質や形成状態の向上が図られること
が確認された。

【００１５】図２は、本実施形態の電磁式燃料噴射弁を
異なる形態の多気筒内燃機関の吸気管へ装着した状態を
示す図である。

【００１６】同様に、１２０は多気筒内燃機関の気筒の
１つを示しており、１２１は燃焼室、１２２は吸気ポー
ト１２３を開閉する吸気弁、１２４はシリンダ、１２５
はピストン、１２６は点火プラグである。また、１２７
は吸気通路、１２８は吸気管、１２９は吸気流制御装
置、１３０は吸気の流れ、吸気流制御装置１２９は開閉
弁１３１を持つ。吸気ポート１２３は２つ並設され、こ
の実施例の場合、この吸気ポート１２３方向に向かって
噴霧は噴射される。本実施形態においても、マルチポイ
ントインジェクション(ＭＰＩ)システムを構成してい
る。

【００１７】この多気筒内燃機関の特徴は、吸気流制御
装置１２９の下流の噴霧が流れる範囲に吸気通路１２７
を仕切る板１３２が設けてあることで、この仕切り板１
３２によって吸気流速の高い流れが生成される。目的は
微粒化された噴霧と混合を促進させながら輸送遅れを解
消するというものであり、噴射時期の最適化を行うこと
によって、気筒内の混合気の質や形成状態の向上が図ら
れている。

【００１８】電磁式燃料噴射弁１から噴射される燃料噴
霧は、図１の実施形態と同様に、吸気管１２８の内壁面
への付着を避け、吸気弁１２２の皿部１２２ａに指向す
るように生成される。すなわち、また、噴霧は中心部が
薄くその外方部が濃いホローコーン状になっており、吸
気弁１２２の皿部１２２ａの表面上に均質に分散され
る。

【００１９】この実施形態の内燃機関においても燃焼試
験を実施したところ、点火性が良好で燃焼の安定範囲が
拡大し、排ガス性能の向上や燃費の向上が図られること
が確認された。

【００２０】図３は、本実施形態の別なる噴霧形態を有
する電磁式燃料噴射弁を図１と同種の多気筒内燃機関の
吸気管へ装着した状態を機関の上方より眺めた状態を示
す模式図である。

【００２１】同様に、１４０は多気筒内燃機関の気筒の
１つを示しており、１４１は燃焼室、１４２は吸気弁、
１４３は中央隔壁、１４４は点火プラグ、１４５は排気
弁である。一方、１４６は吸気通路で、１４７はこの吸
気通路１４６内に配置される吸気流制御装置である。１
４８，１４９は吸気の流れを示しており、吸気流制御装
置１４７がどちらかに傾いた場合に、一方の気流の速度
が高められるように配置されている。

【００２２】吸気流制御装置１４７は、その開閉弁１４
７ａの回転軸１４７ｂの軸方向が、吸気通路１４６を形
成する壁の電磁式燃料噴射弁１の取り付け側を向くよう
に構成されている。或いは、電磁式燃料噴射弁１の弁体
の駆動方向に一致する弁軸（または弁軸心或いは中心軸
線）と回転軸１４７ｂが同一平面内にあるように構成さ
れている。或いは、回転軸１４７ｂの軸方向が、電磁式
燃料噴射弁１から噴射される２つの噴霧の噴射方向に仮
想される２つの中心軸線を含む平面と略垂直となるよう
に構成されている。そして電磁式燃料噴射弁１は、回転
軸１４７ｂと電磁式燃料噴射弁１の弁軸とを含む面を境
にして一方の側に２つの燃料噴霧のうち一方の燃料噴霧
を指向させ、前記面を境にして他方の側に２つの燃料噴
霧のうち他方の燃料噴霧を指向させて燃料を噴射するよ
うにする。さらに吸気流制御装置１４７は、電磁式燃料
噴射弁１から２方向に噴射される２つの燃料噴霧１５
０、１５１のそれぞれに供給する空気流量を変えること
ができるように配置されている。

【００２３】図３では吸気の流れ１４８が流速の高い流
れになっており、逆に１４９が流速の低い流れになって
いる。吸気弁１４２は２つ並設され、この実施例の場合
でも、この吸気ポート１４２方向に向かって噴霧は噴射
される。本実施形態においても、電磁式燃料噴射弁１は
吸気弁１４２の上流側に１つずつ配設されており、マル
チポイントインジェクション(ＭＰＩ)システムを構成し
ている。

【００２４】本実施形態の特徴は、電磁式燃料噴射弁１
からの燃料噴霧の形状にある。噴霧生成に関する具体的
な手法は後述するが、吸気通路１４６内に生成される、
流速の高い吸気流れ１４８側には微粒化した貫通力の弱
い中空状の噴霧を、流速の低い吸気流れ１４９側には貫
通力の強い中空状の噴霧をそれぞれ生成する。このよう
に、気流の流れと噴霧の形態を最適化することによっ
て、燃料噴霧の輸送遅れが解消されるとともに、燃焼室
１４２内に生成される混合気の質（混合気の成層化）が
改善されて燃焼が安定化する。

【００２５】この実施形態の内燃機関においても燃焼試
験を実施したところ、点火性が良好で燃焼の安定範囲が
希薄燃焼側に拡大し、排ガス性能の向上や燃費の向上が
図られることが確認された。

【００２６】次に、このような噴霧を生成可能な燃料噴
射弁１の構造及びその動作について、図４乃至図８を用
いて説明する。

【００２７】図４は、本発明に係る電磁式燃料噴射弁１
の縦断面図である。以下、構造及び動作について説明す
る。

【００２８】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、弁座部の開閉を行うことにより燃料を噴射する。

【００２９】磁気回路は、一方の開口端２ａに燃料導入
部を有し、他方の開口端２ｂを有するコアとして働くほ
ぼ筒状の管２と、この筒状管２の開口端２ｂ付近の外周
部にその一端を挿入固定される薄厚状の円筒部材７に、
その一部を固定され、強磁性材よりなり、少なくとも部
分的に電磁コイル５を取り囲むように構成されるヨ−ク
としての機能を有する管状片３と、この管状片３の一方
端を閉じる栓体部４と、コアとして働く筒状管２の開口
端２ｂの端面に空隙を隔てて対面する筒状のアンカー６
とから構成される。

【００３０】弁体１０は、このアンカ６の内周面に、部
分的に開口部８ａを有する板状部材を丸めて成形される
とロッド８と、このロッド８の他方の開口端部に溶接止
めされてなるボ−ル９とよりなる。この弁体１０は、ア
ンカ６及びボール９の外周部分によってガイドされてい
る。ボール９には、燃料を通過させるための複数個のカ
ット面９ａが設けてある。ボール９は弁座部材１１に形
成された弁座面１２に当接している。尚、弁座部材１１
の内径部には、ボール９をガイドするガイド面が形成さ
れている。

【００３１】この弁座部材１１は、非磁性材あるいは弱
磁性材よりなる薄厚状円筒部材７の一方端の内周面７ａ
に圧入されており、さらに下流には、微粒化の役割をな
す燃料旋回機構付きプレートと噴射方向及び噴霧パター
ンを制御する所望の形状（大きさを含む）の穴（貫通
孔）を有するプレートとが圧入固定されている。燃料旋
回機構付きプレートはフューエルインプレート１３およ
びスワールプレート１４とで構成されており、噴射方向
及び噴霧パターンを制御する穴を有するプレートはイン
ジェクションプレート１５で構成されている。本実施の
形態では、フューエルインプレート１３、スワールプレ
ート１４及びインジェクションプレート１５が弁座部材
１１の下流側に、上流側からこの順番で、薄厚状円筒部
材７に圧入固定されている。

【００３２】上記各プレートは厚さ方向寸法（電磁式燃
料噴射弁１に組み込まれた状態における弁軸方向の寸
法）が厚さ方向と直交する方向の寸法（径方向寸法）に
対して非常に小さい値を有する板状部材である。

【００３３】１６は、レーザ等の溶接部位であり、この
場合、インジェクションプレート１５の外周部に相当す
るが、燃料の外部へのリークを防止している。

【００３４】弁体１０は、この弁座部材１１、フューエ
ルインプレート１３、スワールプレート１４及びインジ
ェクションプレート１６を圧入固定する際に、弁体１０
のアンカ６端面とコアとして働く筒状管２の開口端２ｂ
端面との隙間を調整される。すなわち、この隙間は、弁
体１０の軸方向の移動量として形成される。また、弁体
１０は、リターンスプリング１７によって、弁座部材１
１の弁座面１２に押圧されてなり、その押圧力は板材を
ロール状に成形した巻きブッシュ１８の軸方向位置によ
って調整される。

【００３５】また、本実施形態では、コアとして働く筒
状管２の下端面が開弁動作時にアンカ６を受け止めるス
トッパとしての役割をなしている。このため、筒状管２
の下端面やアンカ６の上端面には、クロムメッキ等が電
解メッキ法等で処理されていることが好ましい。

【００３６】磁気回路を励磁するコイル５はボビン１９
に巻かれている。コイル５の端子２１は、図示しないコ
ントロ−ルユニットの端子と結合される。

【００３７】コアとして働く筒状管２及びヨ−クとして
の機能を有する管状片３の外周部は、射出成形されたプ
ラスチック成形体２０によって取り囲まれている。この
場合、コイル端子２１も一緒に一体成形される。また、
プラスチック成形体２０の一端面２０ａ側と、円筒部材
７の端部７ａに挿入固定されるブッシュ２２との間に
は、気体シール用のＯリング２３が設けられている。さ
らに、他方端２０ｂ側には燃料シール用のＯリング２４
が設けられている。なお、２５はフィルターであり、燃
料中のゴミや異物がボール９と弁座面１２との間の、い
わゆるバルブ弁座面側への侵入を防ぐために設けられて
いる。

【００３８】以上のように構成された、電磁式燃料噴射
弁１の動作を説明する。電磁コイル５に与えられる電気
的なＯＮ−ＯＦＦ信号により、弁体１０を軸方向に上下
動させてボール９と弁座面１２の隙間の開閉を行い、そ
れによって燃料の噴射制御を行う。電気信号がコイル５
に与えられると、コアとして働く筒状管２、ヨ−クとし
ての機能を有する管状片３、アンカ６で磁気回路が形成
され、アンカ６が筒状管２側に吸引される。アンカ６が
移動すると、これと一体になっているボ−ル９も移動し
て弁座部材１１の弁座面１２から離れ、フューエルイン
プレート１３の上流側で燃料通路が開放される。

【００３９】燃料は、フィルタ２５から電磁式燃料噴射
弁１の内部に流入し、筒状管２の内部通路、アンカ６の
内部及びアンカ６に結合されるロッド８の開口部を経て
下流に至り、弁座部材１１の弁座面１２からフューエル
インプレート１３の外周部分を経て、さらに下流のスワ
ールプレート１４で旋回力を付与され、インジェクショ
ンプレート１５から噴射される。

【００４０】ここに、フューエルインプレート１３、ス
ワールプレート１４、インジェクションプレート１５の
構成について、図６乃至図８を用いて説明する。

【００４１】図６は各プレートの正面図である。図６
(ａ)は、フューエルインプレート１３を示しており、Ｄ
カット面１３ａ，１３ａを有する。このＤカット面１３
ａ，１３ａによってフューエルインプレート１３の上流
側端面から下流側端面まで連通する燃料通路の通路壁面
が形成される。図６(ｂ)は、スワールプレート１４を示
している。このスワールプレート１４には、上流側端面
から下流側端面まで貫通し、上流側端面及び下流側端面
の面方向に独立して並設された２つの貫通孔（スワール
室１４ａ）と、各スワール室１４ａに設けられ、各スワ
ール室１４ａの中心に対してオフセットした方向を指向
するようにスワール室１４ａに連通する燃料通路（オフ
セット通路１４ｂ）とが形成されている。スワール室１
４ａは弁軸に垂直な断面が円形に形成されている。本実
施形態では、オフセット通路１４ｂは各スワール室１４
ａに対して１対（２本）設けられ、スワール室１４ａの
接線方向に接続されている。オフセット通路１４ｂは通
過する燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段としての
燃料通路を構成している。スワール室１４ａを旋回力付
与手段に含めて考えてもよい。図６(ｃ)は、インジェク
ションプレート１５を示しており、上流側端面から下流
側端面まで、相互に異なる方向を指向するように貫通
し、上流側端面及び下流側端面の面方向に独立して並設
された２つの貫通孔によって構成される２つの燃料噴射
孔１５ａが形成されている。２つの燃料噴射孔１５ａの
それぞれは２つのスワール室１４ａのそれぞれの中心に
対応する位置に設けられている。これらのプレート１
３，１４，１５は、薄厚板状(厚さで0.08ｍｍ〜0.5ｍｍ
程度)の金属部材より形成されるが、その加工は、プレ
ス成形、エッチング成形等に基づくものであり、大量に
バラツキなく生産することができる。

【００４２】なお、フューエルインプレート１３に設け
た軸方向通路であるＤカット面１３ａは、燃料通路を構
成する機能を有するものであって、下流のオフセット通
路１４ｂに対応する位置に弁軸方向に貫通する穴（孔）
等で形成しても良い。

【００４３】図７は、インジェクションプレート１５に
形成される燃料噴射孔１５ａの構造例を示しており、図
６(ｃ)のＸ-Ｘ断面である。２つの燃料噴射孔１５ａの
中心線は下流側になるほど相互の間隔が開くように５°
〜１０°程度傾斜しており、その挟み角度θhは、後に
説明する２吸気弁タイプの内燃機関における、各々の吸
気弁中心位置に噴霧中心が向かうような角度以内に設定
されている。

【００４４】図８は、フューエルインプレート１３、ス
ワールプレート１４、インジェクションプレート１５を
アセンブリして噴霧生成手段を構成した状態を示してい
る。図８（ａ）は弁軸方向上流側から見た正面図であ
り、図８（ｂ）は図８（ａ）の矢印ｂ方向から見た側面
図である。このアセンブリする手段は、前記したように
噴射弁１に組み込む際に行われるが、予め、図に示した
ように接着接合して形成しても良い。なお、フューエル
インプレート１３、スワールプレート１４については、
非金属材料を用いても良くその機能は十分満たされる。

【００４５】以下、燃料通路について説明する。フュー
エルインプレート１３のＤカット面１３ａより露出する
オフセット通路１４ｂに向かって上方から燃料が流入
し、そしてこの２対のオフセット通路１４ｂに連通する
スワール室１４ａ内に流れ込む。この際に、燃料に旋回
力が付与される。この旋回燃料は、スワール室１４ａの
中心下方に位置する燃料噴射孔１５ａに至り燃料噴射弁
１外に噴射される。

【００４６】図９に、噴射された噴霧の形態を示してい
る。噴霧は２方向化されている。それぞれの噴霧を生成
するための燃料の旋回強さを同一に設計した場合であ
る。噴霧１００ａは、外方（周辺）部が濃くて中心部が
薄くなるホローコーン状の噴霧形態となる。同図(ｂ)に
受け止め法によって調べた流量分布を示すが、流量中心
Ｏに対してほぼ対称形に分布している。この流量中心Ｏ
と噴射弁１の中心軸との間の距離Ｍと、電磁式燃料噴射
弁１の先端部から２つの吸気ポート１０４の中心を結ぶ
線分Ｙ−Ｙに下ろした垂線の長さＬとから幾何学的に求
められる角度θｓは、図７のθｈに相当する。噴霧１０
０ａは、吸気弁１０３の皿部１０３ａ，１０３ｂの中心
部を避けてその面上に均一に分散している。なお、この
噴霧角θｓは、１０°〜２０°に設定される。すなわ
ち、２吸気弁タイプの内燃機関における吸気弁の中心角
より、同等かもしくは小さくなる様に設定している。こ
のように設定しているのは、可視化実験によって、噴霧
液滴が吸気流によって外側へと誘引され、すなわち、吸
気管内壁面１０９ａ側に誘引されることが確認されたた
めである。

【００４７】図３に示したように２つの噴霧１５０、１
５１で貫通力（ペネトレーション）を異ならせるために
は、スワールプレート１４により生成される旋回燃料の
強さを異ならせるとよい。具体的には、オフセット通路
１４ｂの通路断面積やオフセット量などを調整すること
で対応可能である。オフセット量を小さくすると貫通力
は大きくなり、通路断面積を小さくすると貫通力は小さ
くなる。

【００４８】図１〜３に示した実施形態の電磁式燃料噴
射弁１の構成においては、以下のような配慮が為され、
またその特徴を呈している。

【００４９】（１）噴射燃料の微粒化向上については、
スワールプレート１４により燃料に旋回力を付与するこ
とによって実施する。上方（上流側）より導入された燃
料は、このスワールプレート１４の中心軸に対してオフ
セットされたオフセット通路１４ｂに至り、このオフセ
ット通路１４ｂによって旋回力を付与されてスワール室
１４ａに至る。上流のフューエルインプレート１３に形
成された軸方向通路１３ａ部からこのスワール室１４ａ
までは、所望の燃料の通過を許す損失のない流路空間と
してなるため、圧力エネルギが効果的に旋回のエネルギ
に変換されて、下流のインジェクションプレート１５に
形成される燃料噴射孔１５ａより噴射する際、微粒化が
促進される。

【００５０】（２）噴霧の方向制御については、このイ
ンジェクションプレート１５が行う。このインジェクシ
ョンプレート１５には、２つの傾斜する燃料噴射孔１５
ａ，１５ａが設けられている。上記各実施形態の場合、
噴射方向を２方向に、かつ吸気弁上に向けて噴射制御す
るというものである。燃料噴射孔１５ａは、上流のスワ
ールプレート１４に形成されるスワール室１４ａの中心
下方（下流側）に位置しており、旋回燃料を効果的に噴
射する。燃料噴射孔１５ａの傾きは、５°〜１０°であ
り２つの噴霧が干渉しない様に形成している。

【００５１】（３）噴射量の調整に際しては、直径に対
して厚みが非常に薄く形成された薄厚状（薄板状）のプ
レート１３，１４，１５によって精度良く製作される。
すなわち、フューエルインプレート１３に形成されるＤ
カット面１３ａや、スワールプレート１４に形成される
スワール室１４ａや、インジェクションプレート１５に
形成される燃料噴射孔１５ａは、プレス打ち抜き加工や
エッチング加工等により、バラツキなく製作されて噴射
弁１に組み付けられている。この組み付け時において
は、インジェクションプレート１５を介して組み付け荷
重を受けるために、上流に位置するフューエルインプレ
ート１３やスワールプレート１４は、大きな偏荷重を受
けない。なお、インジェクションプレート１５は、その
外周部１６をレーザ溶接等によって固着されるが、固着
位置が燃料噴射孔１５ａより遠い箇所のために、熱によ
る変形の影響も受け難い構造になっている。

【００５２】（４）加工組み立て上のメリット フューエルインプレート１３及びインジェクションプレ
ート１５は、極めて薄い板材を使用している。例えば、
0.1ｍｍ〜0.3ｍｍであり、その加工性は極めて容易であ
り、プレス打ち抜きやエッチング加工等の製法によって
製作される。このために、大量に製作しても寸法や形状
のバラツキを極めて小さくすることができる。また、大
量生産が可能となるために安価に製作される。

【００５３】さらに、フューエルインプレート１３やス
ワールプレート１４は、加工性の良い異種材料(例え
ば、非金属材料等)を用いても良く、これによって更に
生産性を高めることができる。

【００５４】図８に示すように、接着接合により一体的
に形成しておけば、燃料噴射弁本体への組み付けがより
容易に行える。これによって、製造ラインにおける部品
の取り扱いが容易になることは勿論であるが、加工後の
異物の付着防止や寸法管理においても取り扱いが容易に
なる。特に、部品レベルでのチェックができるので、噴
射弁を本体ごと滅却する必要がなくなり、コスト面での
メリットが大きい。

【００５５】次に、電磁式燃料噴射弁に関する他の実施
例について、図１０及び図１１を用いて説明する。

【００５６】図１〜３に示した実施形態に対して、図１
０に示すように、弁体にニードル弁３０を用いてもよ
い。

【００５７】本実施形態では、燃料は、弁体回りに流入
し、アンカ３３の縦通路３４から弁体ガイド部３２に設
けた燃料通路部３１を経て弁座面１２とニードル弁３０
との当接部に供給される。この構成においても、図１〜
３の実施形態と同様の作用効果が得られる。

【００５８】図１１は、噴霧形態の生成法として、微細
孔を複数個設けたインジェクションプレート４１を有す
る電磁式燃料噴射弁の弁先端部の縦断面図を示す。図に
おいて、（ｂ）図は、図（ａ）のＺ方向視図である。ボ
−ル９が駆動されて弁座面１２から離れ、フューエルイ
ンプレート４０の上流側で燃料通路が開放されると、燃
料は弁座面１２からフューエルインプレート４０の縦穴
４０ａ、４０ａを経て、さらに下流のインジェクション
プレート４１に至る。ここでインジェクションプレート
４１に設けられた複数個の微細孔４２，４３から噴射さ
れる。この場合、微細孔４２と微細孔４３は各々孔の個
数が異なって形成されており、噴射される噴霧の形態が
これによって異なる。すなわち、微細孔４２から噴射さ
れる噴霧の貫通力は強く、一方、微細孔４３から噴射さ
れる噴霧の貫通力は弱く微粒化された噴霧となる。この
ような噴霧形態は、図３に示した内燃機関に適してい
る。本実施形態においても、図１〜３に示した実施形態
と同様の作用効果が得られる。なお、この実施形態の場
合、孔径や孔数、孔の角度によって様々な噴霧形態を得
ることができるという利点を有している。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、弁座の下流側に設けら
れた２つの燃料噴射孔の上流側でかつ弁座の下流側に、
各燃料噴射孔に対応してそれぞれ、燃料に旋回力を付与
する旋回力付与手段を設けたことにより、２方向に噴射
される燃料の微粒化を向上することができる。また２方
向に噴射される燃料噴霧の間で貫通力を異ならせる手段
を備えたことにより、２つの燃料噴霧の間で、燃焼室に
到達するまでの時間的な遅れを解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関への適用例を示す図。

【図２】内燃機関への適用例を示す図。

【図３】内燃機関への適用例を示す図。

【図４】燃料噴射弁の縦断面図。

【図５】噴射ノズル部の拡大縦断面図。

【図６】各々のプレートの説明図。

【図７】インジェクションプレートの断面図。

【図８】プレートのアセンブリ図。

【図９】スプレーパターンを示す図。

【図１０】ニードル弁を用いたときの噴射ノズル部の縦
断面図。

【図１１】噴射ノズル部の他の実施形態を示す縦断面
図。

【符号の説明】

１…燃料噴射弁、２…コアとして働く筒状管、３…ヨー
クとして働く管状片 ６…アンカ、７…円筒部材、８…ロッド、９…ボール
弁、１２…弁座面、１３…フューエルインプレート、１
４…スワールプレート、１５…インジェクションプレー
ト、１６…レーザ溶接部位。

───────────────────────────────────────────────────── 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 69/04 Ｆ０２Ｍ 69/04 Ｐ (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 宮島 歩 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 永野 正美 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） 3G066 AA01 BA03 BA04 CC01 CC24 CC37 CC48 CE22

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁座及びこの弁座と接離可能に設けられた
   弁体と、弁座の下流側に設けられた２つの燃料噴射孔
   と、前記燃料噴射孔の上流側で前記弁座の下流側に各燃
   料噴射孔に対応してそれぞれ設けられ、燃料に旋回力を
   付与する旋回力付与手段とを備え、２つの燃料噴射孔か
   ら２方向に燃料を噴射するようにした燃料噴射弁。
2. 【請求項２】請求項１に記載の燃料噴射弁において、前
   記旋回力付与手段は、板状部材の上流側端面から下流側
   端面まで貫通する貫通孔と、この貫通孔の中心に対して
   オフセットした方向を指向して前記貫通孔に燃料を導入
   する燃料通路とを有して前記燃料噴射孔の上流側に位置
   する板状部材に構成され、この板状部材の面方向に並べ
   て設けられたことを特徴とする燃料噴射弁。
3. 【請求項３】請求項１に記載の燃料噴射弁において、 上流側端面から下流側端面まで、相互に異なる方向を指
   向するように貫通し、上流側端面及び下流側端面の面方
   向に独立して並設された２つの貫通孔によって構成され
   る前記２つの燃料噴射孔を有する第１の板状部材と、 上流側端面から下流側端面まで貫通し、上流側端面及び
   下流側端面の面方向に独立して並設された２つの貫通孔
   と、各貫通孔に設けられ、貫通孔の中心に対してオフセ
   ットした方向を指向して連通する燃料通路とによって構
   成される前記２つの旋回力付与手段を有する第２の板状
   部材とを備え、 燃料流れの下流側から、前記第１の板状部材、第２の板
   状部材の順で、前記第２の板状部材の前記２つの貫通孔
   のそれぞれが前記第１の板状部材の前記２つの燃料噴射
   孔のそれぞれに連通するように積層したことを特徴とす
   る燃料噴射弁。
4. 【請求項４】請求項１に記載の燃料噴射弁において、 上流側端面から下流側端面まで、相互に異なる方向を指
   向するように貫通し、上流側端面及び下流側端面の面方
   向に独立して並設された２つの貫通孔によって構成され
   る前記２つの燃料噴射孔を有する第１の板状部材と、 上流側端面から下流側端面まで貫通し、上流側端面及び
   下流側端面の面方向に独立して並設された２つの貫通孔
   と、各貫通孔に設けられ、貫通孔の中心に対してオフセ
   ットした方向を指向して連通する燃料通路とによって構
   成される前記２つの旋回力付与手段を有する第２の板状
   部材と、 上流側端面から下流側端面まで連通する燃料通路を構成
   する通路壁面が形成された第３の板状部材とを有し、 前記弁座の下流側に、下流側から、前記第１の板状部
   材、第２の板状部材、第３の板状部材の順で、前記第３
   の前記燃料通路が前記第２の板状部材の前記燃料通路に
   連通し、前記第２の板状部材の前記２つの貫通孔のそれ
   ぞれが前記第１の板状部材の前記２つの燃料噴射孔のそ
   れぞれに連通するように積層したことを特徴とする燃料
   噴射弁。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料噴
   射弁において、前記２つの旋回力付与手段の間で燃料に
   付与される旋回力を異ならせることにより、前記２つの
   燃料噴射孔から噴射される燃料噴霧の貫通力を異ならせ
   たことを特徴とする燃料噴射弁。
6. 【請求項６】内燃機関へ空気を供給する吸気管と、この
   吸気管内を流れる空気の流れを制御する吸気流制御装置
   と、前記吸気管内の前記吸気流制御装置よりも下流側に
   燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた燃料噴射装置にお
   いて、 前記燃料噴射弁は、弁座及びこの弁座と接離可能に設け
   られた弁体と、弁座の下流側に設けられた２つの燃料噴
   射孔と、前記燃料噴射孔の上流側で前記弁座の下流側に
   各燃料噴射孔に対応してそれぞれ設けられ、燃料に旋回
   力を付与する旋回力付与手段とを備え、２つの燃料噴射
   孔から２方向に燃料を噴射するようにしたことを特徴と
   する燃料噴射装置。
7. 【請求項７】弁座及びこの弁座と接離可能に設けられた
   弁体と、弁座の下流側に設けられ２方向に燃料を噴射す
   る燃料噴射孔と、各方向に噴射される燃料噴霧の間で貫
   通力を異ならせる手段を備えたことを特徴とする燃料噴
   射弁。
8. 【請求項８】内燃機関へ空気を供給する吸気管と、この
   吸気管内を流れる空気の流れを制御する吸気流制御装置
   と、前記吸気管内の前記吸気流制御装置よりも下流側に
   燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた燃料噴射装置にお
   いて、 前記燃料噴射弁は、２方向に燃料を噴射する燃料噴射弁
   であって、各方向に噴射される燃料噴霧の間で貫通力を
   異ならせる手段を備えたことを特徴とする燃料噴射装
   置。
9. 【請求項９】請求項８に記載の燃料噴射装置において、
   前記吸気流制御装置は、前記燃料噴射弁から２方向に噴
   射される２つの燃料噴霧のそれぞれに供給する空気流量
   を変えることができるように配置されていることを特徴
   とする燃料噴射装置。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の燃料噴射装置におい
    て、前記吸気流制御装置の開閉弁の回転軸と前記燃料噴
    射弁の弁軸を平行に配置し、前記燃料噴射弁は、前記回
    転軸と前記弁軸とを含む面を境にして一方の側に前記２
    つの燃料噴霧のうち一方の燃料噴霧を指向させ、前記面
    を境にして他方の側に前記２つの燃料噴霧のうち他方の
    燃料噴霧を指向させて燃料を噴射することを特徴とする
    燃料噴射装置。
11. 【請求項１１】請求項８に記載の燃料噴射装置におい
    て、貫通力を異ならせる前記手段として、１つの燃料噴
    霧を形成するための燃料噴射用の微細孔の数を、前記２
    つの燃料噴霧の貫通力が異なるように、前記２つの燃料
    噴霧の間で異なる数に設定したことを特徴とする燃料噴
    射装置。