| 【発明の名称】 |
内燃機関用燃料噴射弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】土屋 富久
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| 【要約】 |
【課題】噴孔の形状に応じた断面扇形の噴霧形状を得ることができ、よって噴霧の微粒化を促進することができる内燃機関用燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】弁体１１内にニードル弁１５が往復動可能に配設され、弁体１１の先端部にはニードル弁１５が離着座する弁座１４と、弁座１４よりも先端側に半球状のサック部１２が形成されている。サック部１２にはスリット状に開口され、そのスリット長が弁体１１の先端部の外部側に向けて広がる断面扇形状の噴孔１３が形成されている。ニードル弁１５には同ニードル弁の開弁時において弁座１４とのシート部１７よりも先端部側にほぼサック部１２の中心Ｏに向かう案内面１９が形成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 筒状をなす弁体と、同弁体内に往復動可能に設けられたニードル弁と、前記弁体の先端部に形成され前記ニードル弁が離着座する弁座と、前記弁体において前記弁座よりも前記弁体の先端側にほぼ半球状に形成され前記ニードル弁の離座に伴って燃料通路に連通するサック部と、前記サック部にスリット状に開口され、そのスリット長が前記弁体の先端部の外部側に向けて広がる断面扇形状の噴孔とを備え、前記サック部内の燃料を前記ニードル弁の往復動作に基づいて前記噴孔から噴射するようにした内燃機関用燃料噴射弁において、前記ニードル弁は同ニードル弁の開弁時において前記弁座とのシート部よりも先端部側に前記サック部のほぼ中心に向かう案内面を備える内燃機関用燃料噴射弁。
【請求項２】 筒状をなす弁体と、同弁体内に往復動可能に設けられたニードル弁と、前記弁体の先端部に形成され前記ニードル弁が離着座する弁座と、前記弁体において前記弁座よりも前記弁体の先端側にほぼ半球状に形成され前記ニードル弁の離座に伴って燃料通路に連通するサック部と、前記サック部にスリット状に開口され、そのスリット長が前記弁体の先端部の外部側に向けて広がる断面扇形状の噴孔とを備え、前記サック部内の燃料を前記ニードル弁の往復動作に基づいて前記噴孔から噴射するようにした内燃機関用燃料噴射弁において、前記弁座は前記ニードル弁とのシート部よりも先端部側に前記サック部のほぼ中心に向かう案内面を備える内燃機関用燃料噴射弁。
【請求項３】 筒状をなす弁体と、同弁体内に往復動可能に設けられたニードル弁と、前記弁体の先端部に形成され前記ニードル弁が離着座する弁座と、前記弁体において前記弁座よりも前記弁体の先端側にほぼ半球状に形成され前記ニードル弁の離座に伴って燃料通路に連通するサック部と、前記サック部にスリット状に開口され、そのスリット長が前記弁体の先端部の外部側に向けて広がる断面扇形状の噴孔とを備え、前記サック部内の燃料を前記ニードル弁の往復動作に基づいて前記噴孔から噴射するようにした内燃機関用燃料噴射弁において、前記ニードル弁は同ニードル弁の開弁時において前記弁座とのシート部よりも先端部側に前記サック部のほぼ中心に向かう案内面を備え、前記弁座は前記ニードル弁とのシート部よりも先端部側に前記サック部のほぼ中心に向かう案内面を備える内燃機関用燃料噴射弁。
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【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供給するための燃料噴射弁に係り、詳しくはスリット状の噴孔を備えた内燃機関用燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関に設けられた燃料噴射弁はその先端部に形成された噴孔から吸気通路内部或いは燃焼室内部に向けて燃料を噴射する。このように燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧特性、即ち噴霧形状、噴霧貫徹力、噴霧の均一性や微粒化度等々は噴孔形状によって大きく変化する。従って、噴孔形状を調整することにより上記噴霧特性の改善を図ることが可能である。噴霧特性の改善を図るために、例えば、特開平９−１２６０９５号公報や特開平９−１５８７３６号公報に記載される燃料噴射弁が提案されている。この燃料噴射弁の噴孔は弁体の先端部にスリット状に開口され、そのスリット長が弁体の先端部の外部側に向かって広がる断面扇形状をなす。この燃料噴射弁において、噴孔は弁体の先端部に形成されたサック部に開口するとともに、噴孔は弁体の軸線に対して所定の角度を持って形成されている。弁体内にはニードル弁が往復動可能に収容され、ニードル弁が弁座から離れると、燃料通路からサック部内に流れ込んだ燃料が噴孔から噴射される。そして、こうして噴射された燃料は機関ピストンの頂面を利用して点火プラグ周りに集められ、同点火プラグによって点火される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公報に記載された燃料噴射弁では、サック内圧力（燃料通路内の燃料圧力からニードル弁と弁座とのシート部での圧力損失を引いた圧力）や、ニードル弁の開弁時における燃料通路からサック部内への燃料流れを有効に利用しているとはいえず、燃料噴霧が所望する扁平扇形状にならず、微粒化（気化）の促進を図ることができないという問題があった。
【０００４】本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、噴孔の形状に応じた断面扇形の噴霧形状を得ることができ、よって噴霧の微粒化（気化）を促進することができる内燃機関用燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。請求項１に記載の発明は、筒状をなす弁体と、同弁体内に往復動可能に設けられたニードル弁と、前記弁体の先端部に形成され前記ニードル弁が離着座する弁座と、前記弁体において前記弁座よりも前記弁体の先端側にほぼ半球状に形成され前記ニードル弁の離座に伴って燃料通路に連通するサック部と、前記サック部にスリット状に開口され、そのスリット長が前記弁体の先端部の外部側に向けて広がる断面扇形状の噴孔とを備え、前記サック部内の燃料を前記ニードル弁の往復動作に基づいて前記噴孔から噴射するようにした内燃機関用燃料噴射弁において、前記ニードル弁は同ニードル弁の開弁時において前記弁座とのシート部よりも先端部側に前記サック部のほぼ中心に向かう案内面を備えることを要旨とする。
【０００６】上記構成によれば、ニードル弁が開弁してサック部が燃料通路に連通すると、燃料通路からサック部に供給される燃料の一部はニードル弁の案内面に従ってサック部のほぼ中心に導かれ、サック部の中心部の圧力が高くなる。サック部の中心部の圧力が高くなると、サック部の中心から径方向に作用する圧力が高くなるため、噴孔の形状に応じた断面扇形の噴霧形状を確実に得ることができ、よって噴霧の微粒化（気化）を促進することができる。
【０００７】請求項２に記載の発明は、筒状をなす弁体と、同弁体内に往復動可能に設けられたニードル弁と、前記弁体の先端部に形成され前記ニードル弁が離着座する弁座と、前記弁体において前記弁座よりも前記弁体の先端側にほぼ半球状に形成され前記ニードル弁の離座に伴って燃料通路に連通するサック部と、前記サック部にスリット状に開口され、そのスリット長が前記弁体の先端部の外部側に向けて広がる断面扇形状の噴孔とを備え、前記サック部内の燃料を前記ニードル弁の往復動作に基づいて前記噴孔から噴射するようにした内燃機関用燃料噴射弁において、前記弁座は前記ニードル弁とのシート部よりも先端部側に前記サック部のほぼ中心に向かう案内面を備えることを要旨とする。
【０００８】上記構成によれば、ニードル弁が開弁してサック部が燃料通路に連通すると、燃料通路からサック部に供給される燃料の一部は弁座の案内面に従ってサック部のほぼ中心に導かれ、サック部の中心部の圧力が高くなる。サック部の中心部の圧力が高くなると、サック部の中心から径方向に作用する圧力が高くなるため、噴孔の形状に応じた断面扇形の噴霧形状を確実に得ることができ、よって噴霧の微粒化（気化）を促進することができる。
【０００９】請求項３に記載の発明は、筒状をなす弁体と、同弁体内に往復動可能に設けられたニードル弁と、前記弁体の先端部に形成され前記ニードル弁が離着座する弁座と、前記弁体において前記弁座よりも前記弁体の先端側にほぼ半球状に形成され前記ニードル弁の離座に伴って燃料通路に連通するサック部と、前記サック部にスリット状に開口され、そのスリット長が前記弁体の先端部の外部側に向けて広がる断面扇形状の噴孔とを備え、前記サック部内の燃料を前記ニードル弁の往復動作に基づいて前記噴孔から噴射するようにした内燃機関用燃料噴射弁において、前記ニードル弁は同ニードル弁の開弁時において前記弁座とのシート部よりも先端部側に前記サック部のほぼ中心に向かう案内面を備え、前記弁座は前記ニードル弁とのシート部よりも先端部側に前記サック部のほぼ中心に向かう案内面を備えることを要旨とする。
【００１０】上記構成によれば、ニードル弁が開弁してサック部が燃料通路に連通すると、燃料通路からサック部に供給される燃料はニードル弁の案内面に従ってサック部のほぼ中心に導かれるとともに、弁座の案内面に従ってサック部のほぼ中心に導かれ、サック部の中心部の圧力が高くなる。サック部の中心部の圧力が高くなると、サック部の中心から径方向に作用する圧力が高くなるため、噴孔の形状に応じた断面扇形の噴霧形状をより確実に得ることができ、よって噴霧の微粒化（気化）を促進することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明を筒内噴射式内燃機関用の燃料噴射弁に適用した第１実施形態について図１〜図３を参照して説明する。
【００１２】図１は、この燃料噴射弁の先端部分の断面構造を示し、図２は図１の２−２線に沿った断面構造を示している。これら各図に示されるように、燃料噴射弁１０は、その内部に燃料が供給される筒状をなす弁体１１、同弁体１１の中心軸線Ｃに沿って往復動可能なニードル弁１５、弁体１１の先端部に形成されたサック部１２、同サック部１２に開口された噴孔１３等を備えて構成される。
【００１３】上記サック部１２は弁体１１の中心軸線Ｃ上にある点Ｏを中心とした略半球状に形成されている。弁体１１の内周面とニードル弁１５の外周面との間には、このサック部１２内に燃料を供給するための燃料通路２０が形成されており、同通路２０は図示しないデリバリパイプに接続されている。また、弁体１１の内壁にはニードル弁１５の先端部１６が離着座可能な弁座１４が上記燃料通路２０とサック部１２との間に位置して形成されている。なお、弁座１４の案内面１４ａは前記サック部１２の中心Ｏよりも内部側に向かうように形成されている。従って、ニードル弁１５の先端部１６が離座するとサック部１２が燃料通路２０と連通される。
【００１４】ニードル弁１５の先端部１６には前記弁座１４に当接するシート部１７が形成されている。ニードル弁１５の先端部１６にはシート部１７よりも先端部側に円錐状部１８が形成され、その外表面がニードル弁１５の開弁時において前記サック部１２の中心Ｏに向かう案内面１９となっている。すなわち、図１，２に示すようにニードル弁１５の閉弁時において円錐状部１８の先端位置はサック部１２の中心Ｏよりも内部側に位置する。図３に示すようにニードル弁１５の開弁時において円錐状部１８の先端位置はほぼサック部１２の中心Ｏに位置し、案内面１９は前記サック部１２の中心Ｏに向かうこととなる。
【００１５】噴孔１３は、燃料の通過する部分の断面形状が長方形を呈したスリット状の孔であり、図１に示されるように、前記サック部１２の中心Ｏを基準にして弁体１１の中心軸線Ｃに対して所定角度だけ傾斜した方向に沿って形成されている。因みに、このように噴孔１３の形成方向を傾斜させることで、同噴孔１３から噴射される燃料を機関ピストン（図示略）の頂面で跳ね返らせ、点火プラグ（図示略）の近傍に集めることが可能になる。
【００１６】また、噴孔１３は、そのスリット長Ｗ（図２参照）がサック部１２側から外部側に向けて徐々に長くなるように形成されている。このようにスリット長Ｗが設定されることにより、噴孔１３は、その形成方向に沿った断面形状が略扇形状となっている。
【００１７】更に、噴孔１３は、図２に示す断面において、サック部１２側の開口部（以下、「入口部」という）２１の周縁と外部側の開口部（以下、「出口部」という）２２の周縁とを結ぶ直線Ｌ１，Ｌ２が、サック部１２の中心Ｏで交わるように、上記入口部２１及び出口部２２がそれぞれ形成されている。因みに、サック部１２から噴孔１３に流れ込む燃料の量は、入口部２１の開口面積によって決定される。
【００１８】以上説明した本実施形態の燃料噴射弁１０において、図３に示すように、ニードル弁１５のシート部１７が弁座１４から離れると、燃料通路２０とサック部１２とが連通され、サック部１２には燃料通路２０から燃料が供給される。その結果、サック部１２内の燃料圧力が上昇する。燃料通路２０からサック部１２に供給される燃料の一部はニードル弁１５の案内面１９に従ってほぼサック部１２の中心Ｏに導かれるため、サック部１２の中心Ｏの圧力が最も高くなる。そして、サック部１２の中心から径方向に作用する圧力が高くなるため、サック部１２内の燃料は噴孔１３の形状に応じた断面扇形の噴霧形状にて機関燃焼室（図示略）内に噴射される。この結果、噴霧の微粒化（気化）が促進されるようになる。
【００１９】一方、ニードル弁１５の先端部１６が弁座１４に着座すると、燃料通路２０とサック部１２との連通が遮断され、同サック部１２内の燃料圧力が低下して燃料噴射も停止される。
【００２０】以上詳述したように、この実施形態にかかる燃料噴射弁１０によれば、以下に示すような優れた効果がある。
・ 噴孔１３の形状に応じた断面扇形の噴霧形状を確実に得ることができ、よって噴霧の微粒化（気化）を促進することができる。
【００２１】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態を図４に従って説明する。なお、重複説明を避けるため、図２において説明したものと同じ要素については、同じ参照番号が付されている。また、前述した第１実施形態の燃料噴射弁１０との相違点を中心に説明する。
【００２２】図４は、本実施形態の燃料噴射弁２５の噴孔１３付近における断面構造を示す。本実施形態において、燃料噴射弁２５のニードル弁２６の先端部２７には前記弁座１４に当接するシート部２８が形成されている。ニードル弁２６の先端部２７にはシート部２８よりも先端部側に円錐台部２９が形成されている。図４に二点鎖線で示すようにニードル弁２６の閉弁時においても円錐台部２９の先端位置はサック部１２の中心Ｏよりも外部側に位置するが、実線で示すニードル弁２６の開弁時において円錐台部２９の外周面が前記サック部１２の中心Ｏに向かう案内面３０となっている。
【００２３】燃料噴射弁２５のその他の構成は前記燃料噴射弁１０と同様である。以上説明した本実施形態の燃料噴射弁２５において、図４に実線で示すように、ニードル弁２６のシート部２８が弁座１４から離れると、燃料通路２０とサック部１２とが連通され、サック部１２には燃料通路２０から燃料が供給される。その結果、サック部１２内の燃料圧力が上昇する。燃料通路２０からサック部１２に供給される燃料の一部はニードル弁２６の案内面３０に従ってほぼサック部１２の中心Ｏに導かれるため、サック部１２の中心Ｏの圧力が最も高くなる。そして、サック部１２の中心から径方向に作用する圧力が高くなるため、サック部１２内の燃料は噴孔１３の形状に応じた断面扇形の噴霧形状にて機関燃焼室（図示略）内に噴射される。この結果、噴霧の微粒化（気化）が促進されるようになる。
【００２４】以上詳述したように、この実施形態にかかる燃料噴射弁２５によれば、以下に示すような優れた効果がある。
・ 噴孔１３の形状に応じた断面扇形の噴霧形状を確実に得ることができ、よって噴霧の微粒化（気化）を促進することができる。
【００２５】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施形態を図５に従って説明する。なお、重複説明を避けるため、図２において説明したものと同じ要素については、同じ参照番号が付されている。また、前述した第１実施形態の燃料噴射弁１０との相違点を中心に説明する。
【００２６】図５は、本実施形態の燃料噴射弁３５の噴孔１３付近における断面構造を示す。本実施形態において、燃料噴射弁３５の弁体１１の内壁にはニードル弁１５の先端部１６が離着座可能な弁座３６が燃料通路２０とサック部１２との間に位置して形成されている。弁座３６にはニードル弁１５とのシート部よりも先端部側にほぼサック部１２の中心Ｏに向かう案内面３７が形成されている。
【００２７】なお、本実施形態において、ニードル弁１５の円錐状部１８の先端位置は同ニードル弁１５の閉弁状態においてもサック部１２の中心Ｏよりも外部側に位置している。
【００２８】燃料噴射弁３５のその他の構成は前記燃料噴射弁１０と同様である。以上説明した本実施形態の燃料噴射弁３５において、図５に二点鎖線で示すように、ニードル弁１５のシート部１７が弁座３６から離れると、燃料通路２０とサック部１２とが連通され、サック部１２には燃料通路２０から燃料が供給される。その結果、サック部１２内の燃料圧力が上昇する。燃料通路２０からサック部１２に供給される燃料の一部は弁座３６に連続する案内面３７に従ってほぼサック部１２の中心Ｏに導かれるため、サック部１２の中心Ｏの圧力が最も高くなる。そして、サック部１２の中心から径方向に作用する圧力が高くなるため、サック部１２内の燃料は噴孔１３の形状に応じた断面扇形の噴霧形状にて機関燃焼室（図示略）内に噴射される。この結果、噴霧の微粒化（気化）が促進されるようになる。
【００２９】以上詳述したように、この実施形態にかかる燃料噴射弁３５によれば、以下に示すような優れた効果がある。
・ 噴孔１３の形状に応じた断面扇形の噴霧形状を確実に得ることができ、よって噴霧の微粒化（気化）を促進することができる。
【００３０】（第４実施形態）次に、本発明の第４実施形態を図６，７に従って説明する。なお、重複説明を避けるため、図５において説明したものと同じ要素については、同じ参照番号が付されている。また、前述した第３実施形態の燃料噴射弁３５との相違点を中心に説明する。
【００３１】図６は、本実施形態の燃料噴射弁４０の噴孔１３付近における断面構造を示す。本実施形態において、燃料噴射弁４０の弁体１１の内壁にはニードル弁４１の先端部４２が離着座可能な弁座３６が燃料通路２０とサック部１２との間に位置して形成されている。弁座３６にはニードル弁４１とのシート部よりも先端部側にほぼサック部１２の中心Ｏに向かう案内面３７が形成されている。
【００３２】ニードル弁４１の先端部４２には前記弁座３６に当接するシート部４３が形成されている。ニードル弁４１の先端部４２にはシート部４３よりも先端部側に円錐状部４４が形成され、その円錐状部４４は中間部において括れている。円錐状部４４の外表面は外に凹となっており、ニードル弁４１の開弁時において前記サック部１２の中心Ｏに向かう案内面４５となっている。すなわち、図６に示すようにニードル弁４１の閉弁時において円錐状部４４の先端位置はサック部１２の中心Ｏよりも内部側に位置する。図７に示すようにニードル弁４１の開弁時において円錐状部４４の先端位置はほぼサック部１２の中心Ｏに位置し、案内面４５は前記サック部１２の中心Ｏに向かうこととなる。
【００３３】燃料噴射弁４０のその他の構成は前記燃料噴射弁３５と同様である。以上説明した本実施形態の燃料噴射弁４０において、図７に示すように、ニードル弁４１のシート部４３が弁座３６から離れると、燃料通路２０とサック部１２とが連通され、サック部１２には燃料通路２０から燃料が供給される。その結果、サック部１２内の燃料圧力が上昇する。燃料通路２０からサック部１２に供給される燃料はニードル弁４１の案内面４５に従ってほぼサック部１２の中心Ｏに導かれるとともに、弁座３６に連続する案内面３７に従ってほぼサック部１２の中心Ｏに導かれるため、サック部１２の中心Ｏの圧力が最も高くなる。そして、サック部１２の中心から径方向に作用する圧力が高くなるため、サック部１２内の燃料は噴孔１３の形状に応じた断面扇形の噴霧形状にて機関燃焼室（図示略）内に噴射される。この結果、噴霧の微粒化（気化）が促進されるようになる。
【００３４】以上詳述したように、この実施形態にかかる燃料噴射弁４０によれば、以下に示すような優れた効果がある。
・ 噴孔１３の形状に応じた断面扇形の噴霧形状をより確実に得ることができ、よって噴霧の微粒化（気化）を促進することができる。
【００３５】なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
（イ） 上記第１実施形態において、ニードル弁１５の閉弁時における円錐状部１８の先端位置は、図２に二点鎖線で示すように、サック部１２の中心Ｏよりもサック部１２の内部側になるように設定してもよい。この場合にも、第１実施形態とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００３６】（ロ） 上記第４実施形態において、ニードル弁４１の閉弁時における円錐状部４４の先端位置は、図６に二点鎖線で示すように、サック部１２の中心Ｏよりもサック部１２の内部側になるように設定してもよい。この場合にも、第４実施形態とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００３７】（ハ） 上記第４実施形態において、ニードル弁４１の円錐状部４４の先端を図７の二点鎖線の位置にて省略して円錐台状に形成してもよい。この場合にも、第４実施形態とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００３８】・ 上記第１〜第４実施形態及び上記（イ）、（ロ）、（ハ）では、噴孔１３を図１に示される位置（弁体１１の中心軸線Ｃに対して所定角度傾斜する位置）に設けたが、この位置は適宜、その位置を変更することができる。例えば、噴孔１３を上記中心軸線Ｃに沿って形成するようにしてもよい。
【００３９】・ 上記第１〜第４実施形態及び上記（イ）、（ロ）、（ハ）では、噴孔１３の入口部２１の周縁と出口部２２の周縁とを結ぶ直線Ｌ１，Ｌ２がサック部１２の中心Ｏで交わるように設定したが、直線Ｌ１，Ｌ２の交点位置はサック部１２の中心Ｏに規定されるものではなく適宜、その位置を変更することができる。例えば、噴孔１３の入口部２１の周縁と出口部２２の周縁とを結ぶ直線Ｌ１，Ｌ２がサック部１２の中心Ｏよりも外部側で交わるようにしてもよい。
【００４０】次に、上記各実施形態から把握できる他の技術的思想を、以下に記載する。
（１） 請求項１及び３のいずれかに記載の内燃機関用燃料噴射弁において、前記ニードル弁の先端部が円錐状に形成され、その先端位置が同ニードル弁の開弁時には前記サック部のほぼ中心に位置するように設定されている内燃機関用燃料噴射弁。
【００４１】（２） 請求項１、請求項３及び上記（１）のいずれかに記載の内燃機関用燃料噴射弁において、前記噴孔は前記サック部のほぼ中心を基準にして形成されている内燃機関用燃料噴射弁。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年８月２７日（１９９９．８．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６８７５５
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
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| 【公開番号】 |
特開２００１−６５４３１（Ｐ２００１−６５４３１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年３月１６日（２００１．３．１６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２４１８１９ |
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