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JP2008169766A - 噴孔部材およびそれを用いた燃料噴射弁 - Google Patents

噴孔部材およびそれを用いた燃料噴射弁 Download PDF

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JP2008169766A JP2007004354A JP2007004354A JP2008169766A JP 2008169766 A JP2008169766 A JP 2008169766A JP 2007004354 A JP2007004354 A JP 2007004354A JP 2007004354 A JP2007004354 A JP 2007004354A JP 2008169766 A JP2008169766 A JP 2008169766A
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Abstract

【課題】燃料噴霧の微粒化を促進し、かつ噴射量の分布の偏りを低減する噴孔部材およびそれを用いた燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】噴孔プレート20に形成されている18個の噴孔は2グループに分かれており、この2グループの噴孔群から2方向の噴霧流110が形成される。噴霧流110において、各噴孔の流路軸を燃料噴射方向に延長した仮想直線と、噴孔プレート20から燃料噴射方向に所定距離(L)離れ、噴孔プレート20の噴射軸300と直交する仮想平面310との交点を、112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g、112h、112iとすると、交点112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g、112iは正八角形の頂点上に位置し、この正八角形の内側の中心111に交点112hは位置している。
【選択図】図1

Description

本発明は、燃料が噴射される噴孔を有する噴孔部材およびそれを用いた燃料噴射弁に関する。
従来、板状の噴孔部材に複数の噴孔を形成し、複数の噴孔をグループ分けして2方向に燃料を噴射する燃料噴射弁が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このように、複数の噴孔を形成する噴孔部材においては、噴孔径が小さくなると燃料噴霧の微粒化が促進される。そして、噴孔径が小さくなり各噴孔からの噴射量が減少しても所定の噴射量を維持するためには、噴孔部材に形成する噴孔の数を増やす必要がある。
ただし、噴霧流同士の広がり角度、および噴霧流自体の広がり角度はそれぞれの要求性能に応じて決定されるので、噴孔の数が増加しても、噴霧流同士の広がり角度、および噴霧流自体の広がり角度は一定である。その結果、図16示すように、2方向に噴射された各噴霧流410において、噴孔400、402の流路軸を噴射方向に延ばした仮想直線、つまり各噴孔の傾斜角の延長線と仮想平面との交点412が多角形上または円上に位置する噴霧形状では、噴孔の数が増加するにしたがい交点412同士の距離が近づく。その結果、各噴孔から噴射される燃料噴霧同士が干渉し、燃料噴霧の微粒化が妨げられるという問題が発生する。
また、交点412が多角形上または円上に位置するので、噴霧流410の噴射量の分布については、交点412が位置する多角形上または円上の噴射量が多く、その内周側が少なくなっている。したがって、噴霧流410において、噴射量の分布が偏っているという問題がある。
また、図17に示すように、2方向に噴射された各噴霧流430において、噴孔420、422の流路軸を噴射方向に延ばした仮想直線と仮想平面との交点432が内側に凹んだ多角形上に位置する場合も、噴孔の数が増加するにしたがい交点432同士の距離が近づく。その結果、燃料噴霧の微粒化が妨げられるとともに、噴射量の分布が偏る。
このように、燃料噴霧の微粒化が妨げられ、噴射量の分布が偏ると、燃料と空気との混合が不十分になり、排ガス中に排出されるHC等の未燃成分が増加するという問題がある。
特開2000−104647号公報
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、燃料噴霧の微粒化を促進し、かつ噴射量の分布の偏りを低減する噴孔部材およびそれを用いた燃料噴射弁を提供することを目的とする。
請求項1から13に記載の発明によると、複数の噴霧流の少なくとも一つのグループにおいて、噴孔部材の噴射軸に直交し噴孔部材から噴射方向の所定距離に位置する仮想平面と、噴孔の流路軸を燃料噴射方向に延長した仮想直線との交点は、外側に凸状の多角形上または円上に位置する外側交点と、外側交点の内側に少なくとも一つ位置する内側交点とを有するように噴孔の傾斜角度設定されている。ここで、円とは、真円および楕円の両方を表している。
このように、外側に凸状の多角形上または円上に位置する外側交点だけでなく、その内側に少なくとも一つの内側交点が位置するように噴孔から燃料が噴射されるので、噴孔から噴射される燃料噴霧同士の距離を極力離すことができる。これにより、噴霧同士の干渉を避けることができるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。
さらに、外側交点の内側に少なくとも一つの内側交点が位置するように噴孔から燃料が噴射されるので、噴霧流の断面における噴射量の分布の偏りを低減できる。
請求項2に記載の発明によると、すべての内側交点は、外側交点が形成する外側に凸状の多角形または円の中心を通り仮想平面に沿った一つの中心線上に位置するので、内側交点が中心線を挟んで両側の外側交点の一方と近づき過ぎることを防止できる。これにより、外側交点に対応する燃料噴霧と内側交点に対応する燃料噴霧との干渉を避けることができるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。さらに、噴霧流の断面における噴射量の分布の偏りを低減できる。
請求項3に記載の発明によると、内側交点は一つであり、外側に凸状の多角形または円の中心に内側交点が位置するので、内側交点と外側交点との距離が等しくなる。これにより、外側交点に対応する燃料噴霧と内側交点に対応する燃料噴霧との干渉を避けることができるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。さらに、噴霧流の断面における噴射量の分布の偏りを低減できる。
請求項4に記載の発明によると、外側交点が形成する外側に凸状の多角形または円の中心を同じ中心とする多角形上または円上に内側交点が位置するので、内側交点と外側交点との距離のばらつきを低減できる。これにより、外側交点に対応する燃料噴霧と内側交点に対応する燃料噴霧との干渉を避けることができるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。さらに、噴霧流の断面における噴射量の分布の偏りを低減できる。
請求項5に記載の発明によると、周方向に隣接する外側交点の距離が等しいので、外側交点に対応する燃料噴霧同士の干渉を避けることができる。これにより、燃料噴霧の微粒化を促進できる。さらに、外側交点に対応する噴霧による噴射量の分布の偏りを低減できる。
請求項6に記載の発明によると、外側交点の数は内側交点の数の整数倍であり、内側交点の各点と、内側交点の各点に近接する整数倍に相当する数の外側交点との距離は、すべての内側交点について等しい。これにより、外側交点に対応する燃料噴霧と内側交点に対応する燃料噴霧との干渉を避けることができるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。さらに、噴霧流の断面における噴射量の分布の偏りを低減できる。
請求項7に記載の発明によると、二つの噴霧流の仮想平面における中心を通る中心間線に直交し外側に凸状の多角形または円の中心を通る直交線に対し、外側交点および内側交点はほぼ線対称に位置するので、直交線に対して両側の噴射量の分布が均一になる。
請求項8に記載の発明によると、正面方向から見るとき、仮想平面と噴孔の流路軸とがほぼ同じ位置で交わる交点グループに関し、噴孔部材の中心を板厚方向に通る噴射軸から遠い位置にある交点グループほど、交点グループに対応する流路軸が噴射方向に向けて噴射軸から離れる方向に傾斜する傾斜角度が大きい。これにより、噴孔から噴射される燃料噴霧同士が交差することを防止できるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。
請求項9に記載の発明によると、請求項8記載の発明において、正面方向から見るとき、隣接する流路軸の傾斜角度の差はほぼ等しいので、噴孔から噴射される燃料噴霧同士が交差することを防止できる。これにより、燃料噴霧の微粒化を促進できる。
請求項10に記載の発明によると、二つの噴霧流の仮想平面における中心を通る中心間線に対し、外側交点および内側交点はほぼ線対称に位置するので、中心間線に対して両側の噴射量の分布が均一になる。
請求項11に記載の発明によると、側面方向から見るとき、仮想平面と噴孔の流路軸とがほぼ同じ位置で交わる交点グループに関し、噴孔部材の中心を板厚方向に通る噴射軸から遠い位置にある交点グループほど、交点グループに対応する流路軸が噴射方向に向けて噴射軸から離れる方向に傾斜する傾斜角度が大きい。これにより、噴孔から噴射される燃料噴霧同士が交差することを防止できるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。
請求項12に記載の発明によると、請求項11記載の発明において、噴射軸を一つの流路軸とみなすと、側面方向から見るとき、隣接する流路軸の傾斜角度の差はほぼ等しいので、噴孔から噴射される燃料噴霧同士が交差することを防止できる。これにより、燃料噴霧の微粒化を促進できる。
以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による噴孔部材をガソリンエンジンの燃料噴射弁に用いた例を図3に示す。燃料噴射弁10は、吸気管に設置されており、燃焼室の吸気入口を開閉する2個の吸気弁に向けて燃料を2方向に向けて噴射する。
燃料噴射弁10のケーシング12は、磁性パイプ14、固定コア50、スプール60に巻回したコイル62等を覆うモールド樹脂である。弁ボディ16は磁性パイプ14とレーザ溶接等により結合している。弁部材としてのノズルニードル30は磁性パイプ14および弁ボディ16内に往復移動可能に収容されており、ノズルニードル30の当接部32は弁ボディ16の内周面17に形成した弁座18に着座可能である。内周面17は燃料通路として燃料通路70を形成する弁ボディ16の内周壁に円錐状に形成されており、燃料下流側に向け縮径している。
ノズルニードル30の先端面と、噴孔プレート20の燃料入口側端面との間に、扁平な略円板状の燃料室が形成されている。ノズルニードル30の当接部32と反対側に設けられた結合部34は可動コア40と結合している。固定コア50と非磁性パイプ52、非磁性パイプ52と磁性パイプ14とはそれぞれレーザ溶接等により結合している。
弁ボディ16の燃料下流側に薄い円板状に形成された噴孔部材としての噴孔プレート20が配設されている。噴孔プレート20は、弁ボディ16の底部外壁面と当接しており、弁ボディ16とレーザ溶接されている。図1の(A)に示すように、噴孔プレート20には、噴孔プレート20の中心を板厚方向に通る噴射軸300を中心として外周円周上に噴孔100a、100b、100c、100d、100e、100fが2個ずつ合計12個形成されている。そして、その内側の内周円上に噴孔102a、102b、102cが2個ずつ合計6個形成されている。つまり、噴孔プレート20には合計18個の噴孔が形成されている。これら18個の噴孔は、噴射軸300を通る直線を挟んで両側に、噴孔100a、100b、100c、100d、100e、100fと噴孔102a、102b、102cとの合計9個の噴孔がそれぞれグループ化されて2グループを形成している。これら2グループの噴孔群において同一符号の噴孔同士は、図1の(A)に示すように、噴射軸300を通る直線302に対しほぼ線対称の位置に形成されている。また、18個の噴孔は、燃料噴射方向に向かうにしたがい噴射軸300から離れる方向に傾斜するように形成されている。このように形成された2グループの噴孔群から2方向に燃料が噴射され、2グループの噴霧流110が形成される。噴孔プレート20の噴射軸300は、18個の噴孔が噴孔プレート20に形成されている箇所の中心軸でもある。
図3に示すアジャスティングパイプ54は、固定コア50に圧入されている。スプリング56は、一端を可動コア40に当接し、他端をアジャスティングパイプ54に当接している。固定コア50へのアジャスティングパイプ54の圧入量を調整することにより、可動コア40に加わるスプリング56の荷重が調整される。
スプール60は磁性パイプ14、固定コア50および非磁性パイプ52の外周を取り囲んでいる。スプール60に巻回されたコイル62はターミナル64と電気的に接続されており、ターミナル64からコイル62に駆動電流が供給される。
次に、噴孔プレート20に形成された噴孔と、噴孔から噴射される燃料噴霧とについて詳細に説明する。
グループ化された噴孔100a、100b、100c、100d、100e、100f、102a、102b、102cから噴射される燃料により、図1に示すように、2方向の噴霧流110が形成される。そして、噴霧流110を形成する噴孔100a、100b、100c、100d、100e、100f、102a、102b、102cの流路軸を燃料噴射方向に延長した仮想直線(図1では、各噴孔から矢印で示されており、各噴孔の傾斜角の延長線に相当する。)と、噴孔プレート20から燃料噴射方向に所定距離(L)離れ、噴射軸300と直交する仮想平面310との交点を、それぞれ112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g、112h、112iとすると、交点112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g、112iは正八角形の頂点上に位置し、交点112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g、112iが形成する正八角形の内側の中心111に交点112hは位置している。第1実施形態では、中心111は噴霧流110の中心でもある。交点112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g、112iは、特許請求の範囲に記載した外側交点に相当し、交点112hは特許請求の範囲に記載した内側交点に相当する。
上記のように配置された18個の噴孔の噴孔間の距離、対称性、各噴孔から噴射される燃料噴霧について、以下の(1)〜(4)に説明する。
(1)図2に示すように、正八角形の頂点上に位置している交点112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g、112iにおいて、周方向に隣接している交点の距離は等しい。交点112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g、112iが構成する外側交点の数は8個であり、内側交点である交点112hの数は1個である。つまり、第1実施形態では、外側交点の数は内側交点の8倍である。そして、内側交点である交点112hと外側交点である交点112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g、112iとの距離は等しい。
(2)また、図2の(A)に示すように、2グループの噴霧流110の中心を通る中心間線320に直交し、かつ外側交点である交点112a、112b、112c、112d、112e、112f、112g、112iが形成する正八角形の中心111を通り、仮想平面310に沿った直交線322に対し、交点112b、112c、112d、112eと、交点112a、112g、112i、112fとはほぼ線対称の関係にある。
また、図2の(B)に示すように、中心間線320に対し、交点112c、112b、112a、112gと、交点112d、112e、112f、112iとはほぼ線対称の関係にある。
このように、正八角形の頂点上に交点112a、112b、112c、112d、112e、112f、112gが位置し、その内側に交点112hが位置するとともに、上記(1)、(2)に記載した位置に各交点が配置されるように各噴孔の傾斜角度が設定されているので、各噴孔から噴射される燃料噴霧同士の干渉を避けることができる。これにより、燃料噴霧の微粒化が促進される。さらに、噴霧流110の仮想平面310における噴射量の分布は、偏ることなく均一に分布する。
(3)また、中心間線320に直交し仮想平面310に沿った図1の(B)に示す正面方向から噴霧流110を見るとき、仮想平面310と各噴孔の流路軸とがほぼ同じ位置で交わる交点を同じ交点グループとすると、交点112c、dと、交点112b、112eと、交点112hと、交点112a、112fと、交点112g、112iとはそれぞれ同じグループを構成する。そして、図1の(B)に示す正面方向から見るとき、各交点グループに対応する噴孔から燃料噴射方向に延ばした矢印で示す流路軸の延長線が燃料噴射方向に向かうにしたがい噴射軸300から離れる方向に傾斜する傾斜角度は、噴射軸300から遠い位置にある交点グループほど大きくなっている。交点112c、112dが最も噴射軸300から離れ、交点112g、112iが最も噴射軸300に近い。そして、交点112c、112dと、交点112b、112eと、交点112hと、交点112a、112fと、交点112g、112iとは、この順番で噴射軸300から離れている。
交点112c、dに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度をα1、交点112b、112eに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度をα2、交点112hに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度をα3、交点112a、112fに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度をα4、交点112g、112iに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度をα5とすると、α1>α2>α3>α4>α5である。ただし、各交点グループに対応する傾斜角度α1〜α5は各グループにおいて同じとは限らず、α1>α2>α3>α4>α5を満たす範囲で値に多少の幅がある。そして、図1の(B)に示す正面方向から見るとき、隣接する流路軸の傾斜角度の差はほぼ等しい。つまり、α1−α2≒α2−α3≒α3−α4≒α4−α5である。
(4)また、中心間線320に沿った図1の(C)に示す側面方向から噴霧流110を見るとき、仮想平面310と各噴孔の流路軸とがほぼ同じ位置で交わる交点を同じ交点グループとすると、交点112a、112bと、交点112e、112fと、交点112c、112gと、交点112d、112iと、交点112hとはそれぞれ同じグループを構成する。そして、図1の(C)に示す側面方向から見るとき、各交点グループに対応する噴孔から燃料噴射方向に延ばした矢印で示す流路軸の延長線が、燃料噴射方向に向かうにしたがい噴射軸300から離れる方向に噴射軸300と傾斜する傾斜角度は、噴射軸300から遠い位置にある交点グループほど大きくなっている。
交点112a、112bおよび交点112e、112fは、交点112c、112gおよび交点112d、112iよりも噴射軸300から離れている。そして、交点112a、112bおよび交点112e、112fが噴射軸300と形成する傾斜角度は同じβ1であり、交点112c、112gおよび交点112d、112iが噴射軸300と形成する傾斜角度は同じβ2であり、β1>β2である。交点112hに対応する噴孔の流路軸の延長は、図1の(C)の側面方向から見ると噴射軸300と一致するので、傾斜角度は0°である。そして、図1の(C)に示す側面方向から見るとき、隣接する流路軸の傾斜角度の差は等しい。
上記(3)、(4)に記載したように、各噴孔から噴射される燃料噴霧の傾斜角度を設定することにより、燃料噴霧同士が交差し、干渉することを避けることができる。これにより、燃料噴霧の微粒化が促進される。
本実施形態では、上記(1)〜(4)に記載した構成を採用することにより、燃料噴霧の微粒化が促進され、噴射量の分布を均一にすることができる。これにより、燃料噴霧と空気との混合が向上するので、排ガス中に排出されるHC等の未燃成分が減少する。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図4および図5に示す。第2実施形態では、噴孔プレート80以外の燃料噴射弁の構成は、第1実施形態と実質的に同一である。尚、第1実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
図4の(A)に示すように、噴孔プレート80には、噴孔プレート80の噴射軸300を中心として外周円周上に噴孔120a、120b、120c、120d、120e、120f、120g、120hが2個ずつ合計16個形成されている。そして、その内側の内周円上に噴孔122a、122b、122c、122dが2個ずつ合計8個形成されている。つまり、噴孔プレート80には合計24個の噴孔が形成されている。これら24個の噴孔は、噴射軸300を通る直線を挟んで両側に、噴孔120a、120b、120c、120d、120e、120f、120g、120hと、噴孔122a、122b、122c、122dとの合計12個の噴孔がそれぞれグループ化されて2グループを形成している。これら2グループの噴孔群において同一符号の噴孔同士は、図4の(A)に示すように、噴射軸300を通る直線302に対しほぼ線対称の位置に形成されている。また、24個の噴孔は、燃料噴射方向に向かうにしたがい噴射軸300から離れる方向に傾斜するように形成されている。これら2グループの噴孔群から2方向に燃料が噴射され、2グループの噴霧流130が形成される。
次に、噴孔プレート80および噴孔から噴射される燃料噴霧について詳細に説明する。
グループ化された12個の噴孔120a、120b、120c、120d、120e、120f、120g、120h、122a、122b、122c、122dから噴射される燃料により、図4に示すように、2方向の噴霧流130が形成される。そして、噴霧流130を形成する噴孔120a、120b、120c、120d、120e、120f、120g、120h、122a、122b、122c、122dの流路軸を燃料噴射方向に延長した仮想直線(図4では、各噴孔から矢印で示されており、各噴孔の傾斜角の延長線に相当する。)と仮想平面310との交点を、それぞれ132a、132b、132c、132d、132e、132f、132g、132h、132i、132j、132k、132mとすると、交点132a、132b、132c、132d、132e、132f、132g、132hは正八角形の頂点上に位置している。交点132i、132j、132k、132mは、交点132a、132b、132c、132d、132e、132f、132g、132hが形成する正八角形の内側に、この正八角形の中心131を同じ中心131として真円上に位置している。第2実施形態では、中心131は噴霧流130の中心でもある。交点132a、132b、132c、132d、132e、132f、132g、132hは、特許請求の範囲に記載した外側交点に相当し、交点132i、132j、132k、132mは特許請求の範囲に記載した内側交点に相当する。
上記のように配置された24個の噴孔の噴孔間の距離、対称性、各噴孔から噴射される燃料噴霧について、以下の(5)〜(8)に説明する。
(5)図5に示すように、正八角形の頂点上に位置している交点132a、132b、132c、132d、132e、132f、132g、132hにおいて、周方向に隣接している交点の距離は等しい。また、同一円周上に位置している交点132i、132j、132k、132mにおいて、周方向に隣接している交点の距離は等しい。
交点132a、132b、132c、132d、132e、132f、132g、132hが構成する外側交点の数は8個であり、交点132i、132j、132k、132mが構成する内側交点の数は4個である。つまり、第2実施形態では、外側交点の数は内側交点の2倍である。そして、内側交点である交点132i、132j、132k、132mと各内側交点に近接しているそれぞれ2個の交点132a、132b、交点132c、132d、交点132e、132f、交点132g、132hとの距離はすべて等しい。
(6)また、図5の(A)に示すように、2グループの噴霧流130の中心を通る中心間線320に直交し、かつ外側交点である交点132a、132b、132c、132d、132e、132f、132g、132hが形成する正八角形の中心131を通り、仮想平面310に沿った直交線322に対し、交点132c、132d、132e、132f、132j、132kと、交点132b、132a、132h、132g、132i、132mとはほぼ線対称の関係にある。
また、図5の(B)に示すように、中心間線320に対し、交点132d、132c、132b、132a、132j、132iと、交点132e、132f、132g、132h、132k、132mとはほぼ線対称の関係にある。
このように、正八角形の頂点上に交点132a、132b、132c、132d、132e、132f、132g、132hが位置し、その内側の真円上に交点132i、132j、132k、132mが位置するとともに、上記(5)、(6)に記載した位置に各交点が配置されるように各噴孔の傾斜角度が設定されているので、各噴孔から噴射される燃料噴霧同士の干渉を避けることができる。これにより、燃料噴霧の微粒化が促進される。さらに、噴霧流130の仮想平面310における噴射量の分布が偏ることなく均一に分布する。
(7)また、中心間線320に直交し仮想平面310に沿った図4の(B)に示す正面方向から噴霧流130を見るとき、仮想平面310と各噴孔の流路軸とがほぼ同じ位置で交わる交点を同じ交点グループとすると、交点132d、132eと、交点132c、132f、132j、132kと、交点132b、132g、132i、132mと、交点132a、132hとはそれぞれ同じグループを構成する。そして、図4の(B)に示す正面方向から見るとき、各グループに対応する噴孔から燃料噴射方向に延ばした矢印で示す流路軸の延長線が燃料噴射方向に向かうにしたがい噴射軸300から離れる方向に傾斜する傾斜角度は、噴射軸300から遠い位置にある交点グループほど大きくなっている。交点132d、132eが最も噴射軸300から離れ、交点132a、132hが最も噴射軸300に近い。そして、交点132d、132eと、交点132c、132f、132j、132kと、交点132b、132g、132i、132mと、交点132a、132hとは、この順番で噴射軸300から離れている。
交点132d、132eに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度をα1、交点132c、132f、132j、132kに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度をα2、交点132b、132g、132i、132mに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度をα3、交点132a、132hに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度をα4とすると、α1>α2>α3>α4である。ただし、各交点グループに対応する傾斜角度α1〜α4は各グループにおいて同じとは限らず、α1>α2>α3>α4を満たす範囲で値に多少の幅がある。そして、図4の(B)に示す正面方向から見るとき、隣接する流路軸の傾斜角度の差は等しい。つまり、α1−α2≒α2−α3≒α3−α4である。
(8)また、中心間線320に沿った図4の(C)に示す側面方向から噴霧流130を見るとき、仮想平面310と各噴孔の流路軸とがほぼ同じ位置で交わる交点を同じ交点グループとすると、交点132b、132cと、交点132f、132gと、交点132a、132d、132i、132jと、交点132e、132h、132k、132mとはそれぞれ同じ交点グループを構成する。そして、図4の(C)に示す側面方向から見るとき、各グループに対応する噴孔から燃料噴射方向に延ばした矢印で示す流路軸の延長線が、燃料噴射方向に向かうにしたがい噴射軸300から離れる方向に噴射軸300と傾斜する傾斜角度は、噴射軸300から遠い位置にある交点グループほど大きくなっている。
交点132b、132cおよび交点132f、132gは交点132a、132d、132i、132jおよび交点132e、132h、132k、132mよりも噴射軸300から離れている。そして、交点132b、132cおよび交点132f、132gに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度は同じβ1であり、交点132a、132d、132i、132jおよび交点132e、132h、132k、132mに対応する噴孔の流路軸が噴射軸300と形成する傾斜角度は同じβ2であり、β1>β2である。そして、噴射軸300を一つの流路軸とみなすと、図4の(C)に示す側面方向から見るとき、隣接する流路軸の傾斜角度の差は等しい。
上記(7)、(8)に記載したように、各噴孔から噴射される燃料噴霧の傾斜角度を設定することにより、燃料噴霧同士が交差し、干渉することを避けることができる。これにより、燃料噴霧の微粒化が促進される。
本実施形態では、上記(5)〜(8)に記載した構成を採用することにより、燃料噴霧の微粒化が促進され、噴射量の分布を均一にすることができる。これにより、燃料噴霧と空気との混合が向上するので、排ガス中に排出されるHC等の未燃成分が減少する。
(第3〜12実施形態)
本発明の第3〜12実施形態を図6〜図15に示す。各実施形態では、噴孔プレート以外の燃料噴射弁の構成は、第1実施形態と実質的に同一である。尚、既述の実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
そして、第3〜12実施形態において、噴霧流は2方向に噴射されるとともに、各噴霧流において、外側に凸状の多角形上または円上に位置する外側交点と、外側交点の内側に少なくとも一つ位置する内側交点とが存在する。これにより、噴孔から噴射される燃料噴霧同士の距離を極力離すことができる。その結果、噴霧同士の干渉を避けることができるので、燃料噴霧の微粒化を促進できる。さらに、噴霧流の断面における噴射量の分布の偏りを低減できる。
(第3実施形態)
図6に示す第3実施形態では、噴霧流140の交点142a、142b、142c、142d、142e、142f、142g、142hは八角形の頂点上に位置して外側交点を構成し、交点142i、142j、142k、142mは真円上に位置して内側交点を構成する。
また、2グループの噴霧流140の中心141aを通る中心間線320に直交し、かつ外側交点である交点142a、142b、142c、142d、142e、142f、142g、142hが形成する八角形の中心141bを通り、仮想平面310に沿った直交線322に対し、交点142c、142d、142e、142f、142j、142kと、交点142b、142a、142h、142g、142i、142mとはほぼ線対称の関係にある。これにより、直交線322を挟んだ両側における噴霧流140において、噴射量の分布が均一になる。ただし、噴霧流140の12個の交点は、中心間線320に対して線対称ではない。また、交点142a、142b、142c、142d、142e、142f、142g、142hにおいて、八角形上で隣接している交点間の距離は均等ではない。第3実施形態では、噴霧流140の中心141aと外側交点の中心141bとの位置はずれている。
(第4実施形態)
図7に示す第4実施形態では、噴霧流150の交点152a、152b、152c、152d、152e、152f、152g、152hは八角形の頂点上に位置して外側交点を構成し、交点152i、152j、152k、152mは真円上に位置して内側交点を構成する。
2グループの噴霧流150の中心151aを通る中心間線320に対し、交点152d、152c、152b、152a、152j、152iと、交点152e、152f、15g、152h、152k、152mとはほぼ線対称の関係にある。これにより、中心間線320を挟んだ両側における噴霧流150において、噴射量の分布が均一になる。ただし、噴霧流150の12個の交点は、中心間線320に直交し、かつ外側交点である交点152a、152b、152c、152d、152e、152f、152g、152hが形成する八角形の中心151bを通り、仮想平面310に沿った直交線322に対し線対称ではない。また、交点152a、152b、152c、152d、152e、152f、152g、152hにおいて、八角形上で隣接している交点間の距離は均等ではない。第4実施形態では、噴霧流150の中心151aと外側交点の中心151bとの位置がずれている。
(第5実施形態)
図8に示す第5実施形態では、噴霧流160の交点162a、162b、162c、162d、162e、162f、162g、162h、162iは真円上に位置して外側交点を構成し、交点162j、162kは内側交点を構成する。交点162a、162b、162c、162d、162e、162f、162g、162h、162iにおいて、円周上で隣接する交点間の距離は均等ではない。
交点162j、162kは、外側交点である交点162a、162b、162c、162d、162e、162f、162g、162h、162の中心161を通る直交線322である中心線上に位置している。これにより、直交線322を挟んで両側の外側交点と直交線322上に位置している交点162j、162kとの距離が直交線322を挟んで一方側に偏ることを防止できる。その結果、噴霧流160における噴射量の分布を極力均一にすることができる。
(第6実施形態)
図9に示す第6実施形態では、噴霧流170の交点172a、172b、172c、172d、172e、172f、172g、172h、172iは真円上に位置して外側交点を構成し、交点172j、172kは内側交点を構成する。交点172a、172b、172c、172d、172e、172f、172g、172h、172iにおいて、円周上で隣接する交点間の距離は均等ではない。
交点172j、172kは、2グループの噴霧流170の中心171を通る中心間線320である外側交点の中心線上に位置している。これにより、中心間線320を挟んで両側の外側交点と中心間線320上に位置している交点172j、172kとの距離が中心間線320を挟んで一方側に偏ることを防止できる。その結果、噴霧流170における噴射量の分布を極力均一にすることができる。
(第7実施形態)
図10に示す第7実施形態では、噴霧流180の交点182a、182b、182c、182d、182e、182f、182g、182hは真円上に位置して外側交点を構成し、交点182i、182j、182k、182mは真円上に位置して内側交点を構成する。交点182a、182b、182c、182d、182e、182f、182g、182hおよび交点182i、182j、182k、182mにおいて、円周上で隣接する交点間の距離は均等ではない。また、内側交点である交点182i、182j、182k、182mのそれぞれと近接する外側交点と各内側交点との距離は均等ではない。
(第8実施形態)
図11に示す第8実施形態では、噴霧流190の交点192a、192b、192c、192d、192e、192f、192g、192hは真円上に位置して外側交点を構成し、交点192i、192j、192k、192mは楕円上に位置して内側交点を構成する。交点192a、192b、192c、192d、192e、192f、192g、192hおよび交点192i、192j、192k、192mにおいて、円周上で隣接する交点間の距離は均等ではない。また、内側交点である交点192i、192j、192k、192mのそれぞれと近接する外側交点と各内側交点との距離は均等ではない。
(第9実施形態)
図12に示す第9実施形態では、噴霧流200の交点202a、202b、202c、202d、202e、202f、202g、202h、202iは真円上に位置して外側交点を構成し、交点202j、202kは内側交点を構成する。交点202a、202b、202c、202d、202e、202f、202g、202h、202iにおいて、円周上で隣接する交点間の距離は均等ではない。また、内側交点である交点202j、202kのそれぞれと近接する外側交点と各内側交点との距離は均等ではない。
(第10実施形態)
図13に示す第10実施形態では、噴霧流210の交点212a、212b、212c、212d、212e、212f、212g、212hは楕円上に位置して外側交点を構成し、交点212iは内側交点を構成する。交点212a、212b、212c、212d、212e、212f、212g、212hにおいて、円周上で隣接する交点間の距離は均等ではない。また、内側交点である交点212iと外側交点との距離は均等ではない。
(第11実施形態)
図14に示す第11実施形態では、2方向に噴霧流222を形成する噴孔プレート220は、噴射方向に向けて噴孔プレート220を凸状に湾曲させることにより、噴孔プレート220に形成される噴孔の傾斜角度を設定している。
(第12実施形態)
図15に示す第12実施形態では、2方向に噴霧流232を形成する噴孔プレート230は、噴孔が形成される噴孔プレート220の部分を噴射方向に向けて円錐凸状にすることにより、噴孔プレート230に形成される噴孔の傾斜角度を設定している。
(他の実施形態)
上記複数の実施形態では2方向噴射の両方の噴霧流において、外側に凸状の多角形上または円上に位置する外側交点と、外側交点の内側に少なくとも一つ位置する内側交点とが存在するように噴孔の傾斜角度を設定した。これに対し、一方の噴霧流については、図16、17に示すように、内側交点が存在しないように噴孔の傾斜角度を設定してもよい。また、燃料噴射の方向は2方向に限るものではなく、3方向以上に燃料を噴射し、3グループ以上の噴霧流を形成してもよい。
上記複数の実施形態では、ガソリンエンジンの燃料噴射弁に本発明の噴孔部材を用いた。これ以外にも、燃料を微粒化して噴射したいのであれば、どのような燃料噴射弁に本発明の噴孔部材を用いてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、上記各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
(A)は第1実施形態による噴孔プレートを噴孔出口側からみた図、(B)は(A)のB方向矢視図、(C)は(B)のC方向矢視図。 仮想平面と噴孔の流路軸との交点の位置を示す説明図。 第1実施形態の燃料噴射弁を示す断面図。 (A)は第2実施形態による噴孔プレートを噴孔出口側からみた図、(B)は(A)のB方向矢視図、(C)は(B)のC方向矢視図。 第2実施形態の仮想平面と噴孔の流路軸との交点の位置を示す説明図。 第3実施形態の仮想平面と噴孔の流路軸との交点の位置を示す説明図。 第4実施形態の仮想平面と噴孔の流路軸との交点の位置を示す説明図。 第5実施形態の仮想平面と噴孔の流路軸との交点の位置を示す説明図。 第6実施形態の仮想平面と噴孔の流路軸との交点の位置を示す説明図。 第7実施形態の仮想平面と噴孔の流路軸との交点の位置を示す説明図。 第8実施形態の仮想平面と噴孔の流路軸との交点の位置を示す説明図。 第9実施形態の仮想平面と噴孔の流路軸との交点の位置を示す説明図。 第10実施形態の仮想平面と噴孔の流路軸との交点の位置を示す説明図。 (A)は第11実施形態において噴霧流を正面から見た図、(B)は(A)のB方向矢視図。 (A)は第12実施形態において噴霧流を正面から見た図、(B)は(A)のB方向矢視図。 従来の噴孔プレートを噴孔出口側からみた図。 従来の他の噴孔プレートを噴孔出口側からみた図。
符号の説明
10:燃料噴射弁、16:弁ボディ、17:内周面、18:弁座、20、80、220、230:噴孔プレート(噴孔部材)、30:ノズルニードル(弁部材)、70:燃料通路、100a〜100f、102a〜102c、120a〜120h、122a〜122d:噴孔、110、130、140、150、160、170、180、190、200、210、222、232:噴霧流、112a〜112i(112hは除く)、132a〜132h、142a〜142h、152a〜152h、162a〜162i、172a〜172i、182a〜182h、192a〜192h、202a〜202i、212a〜212h:交点(外側交点)、112h、132i〜132m、142i〜142m、152i〜152m、162j、162k、172j、172k、182i〜182m、192i〜192m、202j、202k、212i:交点(内側交点)、31、141、151、161、171:中心、300:噴射軸、310:仮想平面、320中心間線、322:直交線

Claims (13)

  1. 燃料噴射弁に用いられ、グループ化された複数の噴霧流を異なる方向に噴射する複数の噴孔を有する板状の噴孔部材において、
    前記複数の噴霧流の少なくとも一つのグループにおいて、前記複数の噴孔が形成されている箇所の中心を前記噴孔部材の板厚方向に通る噴射軸に直交し前記噴孔部材から噴射方向の所定距離に位置する仮想平面と、前記噴孔の流路軸を燃料噴射方向に延長した仮想直線との交点が、外側に凸状の多角形上または円上に位置する外側交点と、前記外側交点の内側に少なくとも一つ位置する内側交点とを有するように前記噴孔の傾斜角は設定されていることを特徴とする噴孔部材。
  2. すべての前記内側交点は、前記外側交点が形成する前記外側に凸状の多角形または前記円の中心を通り前記仮想平面に沿った一つの中心線上に位置することを特徴とする請求項1に記載の噴孔部材。
  3. 前記内側交点は一つであり、前記内側交点は前記外側に凸状の多角形または前記円の中心に位置することを特徴とする請求項2に記載の噴孔部材。
  4. すべての前記内側交点は、前記外側交点が形成する前記外側に凸状の多角形または前記円の中心を同じ中心とする多角形上または円上に位置することを特徴とする請求項1に記載の噴孔部材。
  5. 周方向に隣接する前記外側交点の距離は等しいことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の噴孔部材。
  6. 前記外側交点の数は前記内側交点の数の整数倍であり、前記内側交点の各点と、前記内側交点の各点に近接する前記整数倍に相当する数の前記外側交点との距離は、すべての前記内側交点について等しいことを特徴とする請求項5に記載の噴孔部材。
  7. 前記噴霧流は2方向にグループ化され、二つの前記噴霧流の前記仮想平面における中心を通る中心間線に直交し前記外側に凸状の多角形または前記円の中心を通る直交線に対し、前記外側交点および前記内側交点はほぼ線対称に位置することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の噴孔部材。
  8. 前記噴霧流は2方向にグループ化され、二つの前記噴霧流の前記仮想平面における中心を通る中心間線に直交し前記仮想平面に沿った正面方向から前記外側交点および前記内側交点を有する前記噴霧流を見るとき、前記仮想平面と前記流路軸とがほぼ同じ位置で交わる交点グループに関し、前記噴射軸から遠い位置にある前記交点グループほど、前記交点グループに対応する前記流路軸が噴射方向に向けて前記噴射軸から離れる方向に傾斜する傾斜角度が大きいことを特徴とする請求項7に記載の噴孔部材。
  9. 前記正面方向から見るとき、隣接する前記流路軸の傾斜角度の差はほぼ等しいことを特徴とする請求項8に記載の噴孔部材。
  10. 前記噴霧流は2方向にグループ化され、二つの前記噴霧流の前記仮想平面における中心を通る中心間線に対し、前記外側交点および前記内側交点はほぼ線対称に位置することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の噴孔部材。
  11. 前記噴霧流は2方向にグループ化され、二つの前記噴霧流の前記仮想平面における中心を通る中心間線に沿った側面方向から前記外側交点および前記内側交点を有する前記噴霧流を見るとき、前記仮想平面と前記流路軸とがほぼ同じ位置で交わる交点グループに関し、前記噴射軸から遠い位置にある前記交点グループほど、前記交点グループに対応する前記流路軸が噴射方向に向けて前記噴射軸から離れる方向に傾斜する傾斜角度が大きいことを特徴とする請求項10に記載の噴孔部材。
  12. 前記側面方向から見るとき、前記噴射軸を一つの流路軸としてみなすと、隣接する前記流路軸の傾斜角度の差はほぼ等しいことを特徴とする請求項11に記載の噴孔部材。
  13. 燃料通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、
    前記弁座の燃料下流側に配置され前記燃料通路から流出する燃料を噴射する請求項1から12のいずれか一項記載の噴孔部材と、
    前記弁座に着座することにより前記燃料通路を閉塞し、前記弁座から離座することにより前記燃料通路を開放する弁部材と、
    を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
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