JPH0378562A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関の燃料供給に用いられる燃料噴射弁
に関する。

（従来の技術） 内燃機関に従来用いられている燃料噴射弁は、ホール弁
、スロットル弁等である。これらの弁は噴霧角の大きさ
、噴霧の分散及び微粒化は不十分であり、これらの改善
が試みられている。その−例として多孔ホール弁のスリ
ット状噴孔を長円状にしたものがある。（実開昭６ｌ−
１１８９６９）しかし、この燃料噴射弁はスリット状噴
孔の幅及び長手方向に沿った長さに着目したものではな
く、噴霧角が小さく、噴霧の分散及び微粒化においては
従来の燃料噴射弁と同程度で不十分であり、これらの改
善が必要である。

また、この燃料噴射弁は、直接噴射式内燃機関に適用し
た場合、第１９図に示すように、燃料噴射弁から噴射さ
れた噴霧が分散していない燃焼室２２内のｄの領域へ吸
入空気のスワール４４によって噴霧を分散させ、噴霧の
分散が不足するのをスワールによって補う必要がある。

そのため、吸入空気にスワールを与えるヘリカルポート
等の吸気機構が必要になるとともに、この吸気機構によ
って吸気抵抗が増加し、出力の低下を招く。

さらにこの燃料噴射弁を直接噴射式内燃機関に適用した
場合、噴射された噴霧はシリンダ軸方向に厚みをもって
分散するため、燃焼室は深い形状となり、燃焼室をコン
パクト化することは無理である。

加えて、噴霧の分散が悪いこと及び噴霧の貫徹力も強い
ため、燃料の壁面付着が多く、燃焼の悪化を招き、排気
ガス中のすすおよび各種有毒成分の増加を招く。

吸気管に燃料を噴射供給する火花点火機関においても、
スリット状噴孔を長円状とし、ニードル先端のピンによ
って噴霧を２方向に分岐させたものがある（実開昭６３
−２６７６９）。

この技術は分岐した吸気管の仕切り壁への燃料付着の減
少を目的とするものであり、ニードル先端のピンによっ
て噴霧を２方向に分岐させることはできるものの、噴霧
の微粒化は不十分であり、噴霧の貫徹力は強く吸気管内
壁への燃料付着が多く、吸気管内の吸気流への噴霧の拡
散混合は不十分である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、従来の燃料噴射弁の噴霧角の大きさ、噴霧の
分散及び微粒化を改善するとともに、噴霧の貫徹力の適
切化を図ることを目的とするものである。

（発明の説明） （構成） 上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、弁
体に設けた弁孔に摺嵌された針弁と、該針弁の先端部が
当接する前記弁孔の弁座部と、該弁座部に連通ずるサッ
ク部と、該サック部に連通し且つ弁体先端に開口すると
共に噴射弁外周壁側に外端を有し噴射弁内周壁側に内端
を有するスリット状噴孔とから成り、前記内端の幅Ｗ、
該内端の長手方向に沿った長さＬＬが Ｌ１≧４．５−Ｗ と成るように構成されている。

（作用） 上記のように構成された燃料噴射弁は、前記スリット状
噴孔の内端の幅Ｗに対して内端の長手方向に沿った長さ
Ｌｌが４．５倍以上であるため、噴射された燃料は、ス
リット状噴孔近くでは非常に扁平で扇形の形状の液膜と
なり、該液膜は噴孔から遠ざかるにしたがってその厚み
を減少するとともに周囲の空気との接触面積を増大する
ため、周囲の空気によって液膜が引きちぎられ、急速に
微細な噴霧へと変化する。

加えて、前記液膜は非常に扁平で扇形の形状の液膜とな
るため、生じた噴霧は、第３図に示すように噴霧角を大
きくすることができる。また第４図に示すように噴射さ
れた噴霧は、扁平な形状をしているため、周囲の空気を
巻き込みやすい。更に、噴霧に巻き込んだ空気は噴霧の
運動量を奪うため、噴霧の飛翔速度の減衰は噴霧゛に巻
き込む空気の量によって太き（影響され、噴霧の到達距
離及び貫徹力も噴霧に巻き込む空気の量によって大きく
変わる。そのため、前記内端の幅Ｗと該内端の長手方向
に沿った長さＬｌの比によって噴霧の到達距離及び貫徹
力を適切なものに選ぶことができる。

（効果） 本発明の燃料噴射弁は、スリット状噴孔の内端の幅Ｗに
対して内端の長手方向に沿った長さＬｌが４．５倍以上
であるため、扇状で扁平な形状の噴霧が得られ、噴霧を
扁平で平面的に分散させることができる。

さらに、本発明の燃料噴射弁は、内端の幅Ｗに対して内
端の長手方向に沿った長さＬｌが４．５倍以上となって
いるため、噴射された噴霧が非常に扁平な形状となり、
噴霧に周囲の空気を巻き込み易く、噴霧の微粒化が促進
されるとともに、燃料噴射量が少ない場合においても、
従来の燃料噴射弁に比べ噴霧粒径の増加が少な（、常に
微細な噴霧を供給することができる。

加えて、噴霧の到達距離及び貫徹力も噴霧に巻き込む空
気の量によって太き（影響される。そのため、前記内端
の幅Ｗと該内端の長手方向に沿った長さＬＬの比によっ
て噴霧の到達距離及び貫徹力を適切なものに選択するこ
とができる。

（実施例） 次に、本発明の第１実施例について説明する。

第１実施例　（第１図乃至第４図参照）（構成） 本第１実施例の燃料噴射弁は、弁体２の基端面に穿設し
た弁孔６に針弁１を摺嵌し、針弁１の基端面にコイルば
ね５を弾接し、弁孔６の先端部に針弁ｌの円錐状の先端
部７が当接する円錐状の弁座部８を設け、弁座部８から
弁体２の先端面に開口するスリット状噴孔４を設け、ス
リット状噴孔４と弁座部８の間にサック部３を設け、連
通孔針弁１の円柱状本体部と円錐状先端部７の境界付近
のまわりに位置する弁体２に円環状の圧力室１２を形成
し、弁体２の基端面に穿設した燃料通路１１の先端部を
圧力室１２の外周面に連通させ、該圧力室１２に接続し
て針弁１と弁体２の間に環状の接続通路１３を設け、燃
料供給通路１１と接続通路１３を経て針弁の先端部７に
作用する燃料の圧力が上昇すると、針弁ｌがコイルばね
５に抗して弁孔の弁座部８から離脱し、針弁の先端部７
と弁孔の弁座部８間の隙間を経て圧力室１２が開口部１
０に連通して開弁するように装置し、燃料供給通路１１
、圧力室１２、接続通路１３、及び針弁の先端部７と弁
孔の弁座部８間の隙間によって、開弁時にスリット状噴
孔４に燃料を供給する通路を構成している。

また、本実施例の燃料噴射弁は、前記スリット状噴孔４
は弁体外周側の外端１０と弁体内周側、つまり前記サッ
ク部側の内端９を有し、前記外端１０と前記内端９は直
線状あるいは円弧状の通路で結ばれている。外端１０に
は必要に応じて面取りを施すこともできる。

本実施例において前記内端の幅Ｗに対して長手方向に沿
った長さＬｌは４．５倍以上である。また、前記外端の
長手方向に沿った長さＬ２は、前記内端の長手方向に沿
った長さＬｌより大きくなっていて、前記外端１０と内
端９を結ぶ直線状あるいは円弧状の通路は該内端から外
端に向かって広がっていて、前記幅Ｗを含む前記通路の
側面間の挟み角は６０°以上となっている。

（作用・効果） 本第１実施例の燃料噴射弁は、前記内端の幅Ｗに対して
前記内端の長手方向に沿った長さＬｌは４．５倍以上で
あり、また、前記外端の長手方向に沿った長さＬ２は、
前記内端の長手方向に沿った長さＬｌより大きく前記挟
み角は６０’以上となっているため、噴射された燃料は
、スリット状噴孔近くでは非常に扁平な扇形の形状の液
膜となり、該液膜は噴孔から遠ざかるにしたがってその
厚みを減少するとともに周囲の空気との接触面積を増大
するため、該液膜は周囲の空気との接触面積が大きくな
り、周囲の空気によって液膜が引きちぎられ、急速に微
細な噴霧へと変化し、第１７図に示すように、噴霧の微
粒化が促進される。

加えて、前記液膜が微粒化されて生じた噴霧は、第３図
に示すように噴霧角を大きくすることができる。また第
３図及び第４図に示すように扁平な形状をしているため
、周囲の空気を巻き込みゃすく、噴霧に巻き込んだ空気
は噴霧の運動量を奪うため、噴霧の飛翔速度の減衰は噴
霧に巻き込む空気の量によって大きく影響され、噴霧の
到達距離及び貫徹力も噴霧に巻き込む空気の量によって
大きく変わる。

そのため、前記内端の幅Ｗによって噴霧の到達距離及び
貫徹力を適切なものに選ぶことができる。

この幅Ｗは、第１７図に示すように使用する噴射量によ
って最適値が変化するため、使用する噴射量に合わせて
決定する必要がある。

さらに、外端１０の長手方向に沿った長さＬ２が充分大
きい場合は、内端９の幅Ｗに対する内端９の長手方向に
沿った長さＬｌの倍率を変えることによって、第１５図
に示すように噴霧角を所定の大きさにすることができる
。前記倍率を４．５倍以上にすることによって噴霧角を
６０°以上とすることができ、この倍率を６．４倍以上
にすることによって噴霧角を９０°以上とすることがで
きる。

また、外端１０の長手方向に沿った長さＬ２が小さい場
合は、外端１αと内端９を結ぶ前記通路の前記挟み角の
角度によって噴霧角を所定の大きさにすることができる
。

加えて、外端１０に施した面取りによって、外端ＩＯの
目づまりを防止することができる。

第２実施例 次に、第２実施例について説明する。

第５図及び第６図に示す本発明の第２実施例の燃料噴射
弁は、弁座部８から弁体２の先端面に開口するスリット
状噴孔４の両端部に丸穴■５を設けた構成となっている
ことが特徴である。

スリット状噴孔と前記丸穴の両方から燃料を噴射するこ
とによって、スリット状噴孔で噴射燃料を広く分散させ
つつ、前記丸穴からの噴射燃料によって燃料濃度の濃い
混合気を局所的に形成し、燃料の点火のしやすい条件を
作り、点火源とすることができる。

第３実施例 第７図及び第８図に示す本発明の第３実施例の燃料噴射
弁は、スリット状噴孔４を複数設けたことに特徴がある
。

この複数のスリット状噴孔４によって、第７図に示す燃
料噴射弁は噴射燃料を２次元的、また第８図に示す燃料
噴射弁は３次元的に分散させ、燃料噴霧と空気との混合
を促進することができる。

応用例　（第９図乃至第１４図） 第１実施例の燃料噴射弁を用いた第１応用例の往復動式
内燃機関について、第９図及び第１０図に基づいて説明
する。

本第１応用例の往復動式内燃機関は、圧縮着火式内燃機
関であり、吸入スワールを発生しない吸気ポート２７、
吸気弁２８および図示しない排気ポート、排気弁を備え
たシリンダヘッド２５に、第１実施例の燃料噴射弁２３
を燃焼室に臨ませて、燃焼室端部に配設し、シリンダブ
ロック２６に設けられたシリンダ２４には、ピストン２
１が往復動可能に巻装されている。ピストン２１には側
面にピストンリング２９が複数設けられていて燃焼室か
らのガスの吹き抜けを防止している。また、ピストン２
１の直径は８５ｍｍであり、上面には直径６０ｍｍ、深
さ７ｍｍの非常に浅いキャビティ２２が燃料噴射弁２３
からの燃料噴霧を均等に分散させることができるように
設けられている。

燃料噴射弁２３は、第１実施例の燃料噴射弁を用いてい
て、噴射方向はピストン面にそった方向であり、第１０
図に示すようにシリンダ２４の中心軸に垂直な面内で扇
形に噴霧を噴射することができる。

ピストン２１の上死点前３０〜２０度で燃料噴射弁２３
から燃料が噴射されると、ピストンキャビティ１２を中
心に燃焼室全体に燃料が広がる。

本第１応用例の往復動式内燃機関は、燃料の分散が良い
ため吸入スワールを必要とせず、吸入スワールを用いな
くても空気利用率が格段に高（なり、また燃料噴霧の貫
徹力が適度であるため、着火前に燃焼室壁面に燃料が付
着することがなく、急速燃焼が実現される。

本第１応用例の往復動式内燃機関は、圧縮着火式のみな
らず火花点火式内燃機関とすることもできる。この場合
、点火栓をシリンダヘッドに取りつけ、キャビティの中
心付近に臨ませた構成とする。点火栓をキャビティの中
心付近に臨ませた構成としているため、着火が確実とな
り、火炎の伝播もすみやかに行なわれる。

次に、第３実施例の燃料噴射弁を用いた第２応用例の往
復動式内燃機関について、第１１図及び第１２図を用い
て説明する。

本第２応用例の往復動式内燃機関は、火花点火式内燃機
関であって、吸入スワールを発生しない吸入ポート３Ｌ
吸気弁３２を備え、ペントルーフ型の燃焼室を形成する
シリンダヘッド２５に、第３実施例の燃料噴射弁２３を
燃焼室に臨ませて、燃焼室中央に設けている。ピストン
２１の直径は８５ｍｍであり、上面には直径６０ｍｍ、
深さ２馴の非常に浅いキャビティ２２が設けられている
。燃料噴射弁２３は、第３実施例の燃料噴射弁であり、
第１１図及び第１２図に示すように圧縮行程の初期にお
いてシリンダ軸に垂直な面内にほぼ１８００の噴霧角を
持つ噴霧ａ及びｂを噴射することによって、点火栓２３
付近に濃い混合気を形成するとともに、シリンダ軸を含
む面内に扇形に広がる噴霧Ｃによって、燃焼室２２内の
シリンダ軸方向に、シリンダヘッドからピストンに向か
って徐々に希薄な混合気を形成し、混合気のシリンダ軸
方向の成層化を実現することができる。

ピストンの上昇に伴って、噴霧は拡散し混合するが、シ
リンダ軸方向の混合気濃度がシリンダヘッドからピスト
ンに向かって徐々に希薄である傾向は残存する。

これによって本第２応用例はシリンダ軸方向に緩やかな
濃度差を形成し、層状燃焼を行なうことができる。また
、本第２応用例は筒内の混合気形成を吸入スワールに頼
る事無く行なうことができるため、燃料噴射量及び機関
回転速度等の運転条件の変化に影響を受ける事無く、常
に混合気形成を適切に行なうことができ、確実で安定し
た着火及び燃焼が実現される。

次に、第１実施例の燃料噴射弁を用いた第３応用例の往
復動式内燃機関について、第１３図及び第１４図に基づ
いて説明する。

本第３応用例の往復動式内燃機関は、シリンダヘッド２
５に設けられた吸気ポート２７又は吸気管３３の吸気弁
２８の開口部を臨む位置ｅ又はｆに第１実施例の燃料噴
射弁２３を配設し、シリンダブロック２６に設けられた
シリンダ２４には、ピストン２１が往復動可能に摺嵌さ
れている。ピストン２１には側面にピストンリング２９
が複数設けられていて燃焼室からのガスの吹き抜けを防
止している。また、シリンダヘッド２５の下面は球面状
の浅い凹所が形成されていて、この部分の中央の燃焼室
２２に臨む位置に点火栓３０が設置されている。

本第３応用例の往復動式内燃機関は、吸気ポート又は吸
気管に燃料を噴射する形式であるため、燃料噴射の圧力
は数ｋｇ／ｃｒｌと低圧でありζ噴霧の微粒化を最適に
するためには、噴射弁の内端の幅Ｗは、ＷＳ２．１ｍｍ
とすることが望ましい。

加えて、燃料噴霧の吸気ポート又は吸気管への付着を防
止するためには、噴射弁の内端の長手方向長さは、０．
９叩≦Ｌ１≦１．３　ｍｍとするのが望ましい。

本第３応用例は、吸気行程において、吸気管３３及び吸
気ポート２７内に吸気流りが形成されるのに同期して、
噴射弁２３から微細な燃料噴霧が、扁平で扇型の噴霧形
状で低い噴射速度で噴射される。噴射された噴霧は噴射
速度が低く貫徹力が弱いため、吸気管３３あるいは吸気
ポート２７の壁面に衝突する事無く、吸気流り中を浮遊
しながら吸気流りによって燃焼室２２内へ運ばれる。

本第３応用例は、噴射された噴霧は噴射速度が低く貫徹
力が弱いため、吸気管３３あるいは吸気ポート２７の壁
面に衝突する事無く、吸気流り中を浮遊しながら吸気流
りによって燃焼室２２内へ運ばれるため、吸入空気と燃
料がよく拡散混合し、燃焼室２２内の混合気が均一な燃
料濃度分布になり、希薄域においても混合気の着火及び
燃焼を第１８図に示すようにサイクル変動なく行なうこ
とができる。また、噴射弁２３の設置位置を、例えば吸
気ポート２７又は吸気管３３の吸気弁２８の開口部を臨
む位置ｅ又はｆのように自由に選ぶこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の第１実施例の燃料噴射弁
の縦断面図。第３図及び第４図は、本発明の第１実施例
の燃料噴射弁の噴霧形状の模式図。 第５図及び第６図は、本発明の第２実施例の燃料噴射弁
の縦断面図。第７図及び第８図は、本発明の第３実施例
の燃料噴射弁の縦断面図。第９図は、本発明の第１応用
例の往復動式内燃機関の縦断面図。第１０図は、本発明
の第１応用例の往復動式内燃機関の燃焼室部分の平面図
。第１１図は、本発明の第２応用例の往復動式内燃機関
の縦断面図。 第１２図は、本発明の第２応用例の往復動式内燃機関の
燃焼室部分の平面図。第１３図は、本発明の第３応用例
の往復動式内燃機関の縦断面図。第１４図は、本発明の
第３応用例の往復動式内燃機関の平面図。第１５図は、
本発明の燃料噴射弁の内端の長手方向長さＬｌと噴霧角
の関係を表す線図。第１６図は、本発明及び従来の燃料
噴射弁の燃料噴射量と噴霧平均粒径の関係を表す線図。 第１７図は、本発明の燃料噴射弁の内端の幅Ｗと噴霧平
均粒径の関係を表す線図。第１８図は、本発明及び従来
の燃料噴射弁を応用した往復動式内燃機関の機関性能を
表す線図。第１９図は、従来の燃料噴射弁を応用した往
復動式内燃機関の燃料噴霧の分布状態を表す平面図。 針弁　　　　　２・ サック部 スリット状噴孔 ばね 先端部 内端 燃料供給通路 圧力室 接続通路 丸穴 ６・・・弁孔 ８・・・弁座部 １０・・・外端 ・・弁体

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　弁体に設けた弁孔に摺嵌された針弁と、該針弁の先端
   部が当接する前記弁孔の弁座部と、該弁座部に連通する
   サック部と、該サック部に連通し且つ弁体先端に開口す
   ると共に噴射弁外周壁側に外端を有し噴射弁内周壁側に
   内端を有するスリット状噴孔とから成り、前記内端の幅
   Ｗ、該内端の長手方向に沿った長さＬ１が Ｌ１≧４．５・Ｗ であることを特徴とする燃料噴射弁。