特開 2024-113720 燃料噴射装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113720

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】燃料噴射装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 61/18 20060101AFI20240816BHJP

   F02M 61/04 20060101ALI20240816BHJP

【ＦＩ】

F02M61/18 320C

F02M61/04 H

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018837

(22)【出願日】2023-02-10

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】弁理士法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】向井 寛

(72)【発明者】

【氏名】杉井 泰介

(72)【発明者】

【氏名】宮本 明靖

(72)【発明者】

【氏名】米谷 直樹

(72)【発明者】

【氏名】三宅 威生

【テーマコード（参考）】

3G066

【Ｆターム（参考）】

3G066AA02

3G066BA01

3G066BA23

3G066CC27

3G066CC48

(57)【要約】

【課題】複数の噴孔に加工を施すことなく、噴霧に旋回を付与することができる燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射装置１００の噴孔部材１０９は、複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆと、複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆに燃料を案内する複数の噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄとを有する。弁体１１０は、複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆを開閉する。噴孔間角度が最大である最大噴孔間角度をαｍａｘとしたとき、αｍａｘの範囲内に複数の噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄのうちの１つの噴孔上流側流路２０２ａの中心線（流路群対称軸３０３）が存在する。そして、１つの噴孔上流側流路２０２ａの中心線は、αｍａｘを構成する噴孔対２０１ｃ，２０１ｆから等距離に定義される対称軸（噴孔群対称軸３０２）に対して、角度γ変位している。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の噴孔と、前記複数の噴孔に燃料を案内する複数の噴孔上流側流路とを有する噴孔部材と、
前記噴孔部材に対して着座又は離座し、前記複数の噴孔を開閉する弁体と、を備え、
前記複数の噴孔及び前記複数の噴孔上流側流路は、それぞれ前記弁体の周方向に並んでおり、
前記周方向に隣接した噴孔対と前記噴孔部材の中心軸で定義される噴孔間角度が最大である最大噴孔間角度をαｍａｘとしたとき、前記αｍａｘの範囲内に前記複数の噴孔上流側流路のうちの１つの噴孔上流側流路の中心線が存在し、前記１つの噴孔上流側流路の中心線は、前記αｍａｘを構成する噴孔対から等距離に定義される対称軸に対して、角度γ変位している
燃料噴射装置。

【請求項2】

前記周方向に隣接した２つの噴孔上流側流路の中心と前記噴孔部材の中心軸で定義される噴孔上流側流路間の角度をβとした場合に、下記関係式が成立する
請求項１に記載の燃料噴射装置。
（数１）
γ≦（β－αｍａｘ／２）・・・（１）

【請求項3】

前記αｍａｘを除く噴孔間角度を構成する噴孔対の間に、前記複数の噴孔上流側流路の中心点が１つ存在する又は存在しない
請求項１に記載の燃料噴射装置。

【請求項4】

複数の噴孔と、前記複数の噴孔に燃料を案内する複数の噴孔上流側流路とを有する噴孔部材と、
前記噴孔部材に対して着座又は離座し、前記複数の噴孔を開閉する弁体と、を備え、
前記複数の噴孔及び前記複数の噴孔上流側流路は、それぞれ前記弁体の周方向に並んでおり、
前記周方向に隣接した噴孔対と前記噴孔部材の中心軸で定義される噴孔間角度が最大である最大噴孔間角度をαｍａｘ１、２番目に大きい噴孔間角度をαｍａｘ２としたとき、前記αｍａｘ１及び前記αｍａｘ２のそれぞれの範囲内に、前記複数の噴孔上流側流路のうちの１つの噴孔上流側流路の中心線が存在し、前記αｍａｘ１の範囲内に存在する１つの噴孔上流側流路と、前記αｍａｘ２の範囲内に存在する１つの噴孔上流側流路は、前記αｍａｘ１及び前記αｍａｘ２のそれぞれを構成する噴孔対から等距離に定義される対称軸に対して、非対称位置に配置されている
燃料噴射装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関には、シリンダ内に燃料を直接噴射する筒内噴射方式の燃料噴射装置が多く用いられている。燃料噴射装置では、噴孔から吐出する燃料の速度を増加させることで燃料噴霧の微粒化を促進して、燃焼効率を向上させている。そのため、近年の燃料噴射装置は、燃料供給圧力（以下，「燃圧」と略記する）が上昇する傾向にある。

【0003】

噴孔から吐出する燃料の速度を増大させると、燃料噴霧の到達距離が伸びる。しかし、噴霧の先端がシリンダの壁面に到達してしまうことがある。この場合は、噴霧が液膜に変化するため、燃焼不良が生じて排ガス性能が悪化してしまう。そこで、燃料噴霧に旋回を付与して、噴霧の到達距離を縮小することが考えられている。

【0004】

例えば、特許文献1に記載された燃料噴射弁は、ノズル本体の先端部に周上に並ぶように配置された一部ないし全部の噴孔において、噴孔出口の周縁に対し噴孔の配置方向に沿った切り欠き部を設けている。この切り欠き部は、シリンダ側から噴孔内に流入するガスの流れを周方向にガイドして、燃料噴霧に旋回を付与する。

【0005】

また、特許文献２には、噴孔の入口側にテーパー部を設けるとともに噴孔の内壁に螺旋溝が設けられた燃料噴射ノズルが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６－８９７７０号公報

【特許文献2】特開２０１０－４８２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された燃料噴射装置は、噴孔を通過する燃料に旋回を付与して噴霧の到達距離を縮小する。そのため、噴孔の出口もしくは噴孔の入口及び内壁に、燃料の流動を制御する機構が必要であった。したがって、製造時に噴孔周囲に微細な加工が必要となり、加工コストが増大してしまう。さらに、噴孔周囲の微細な構造は、摩耗や汚れの影響を受けやすいという問題がある。

【0008】

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、複数の噴孔に加工を施すことなく、噴霧に旋回を付与することができる燃料噴射装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の一態様である燃料噴射装置は、噴孔部材と、弁体とを備える。噴孔部材は、複数の噴孔と、複数の噴孔に燃料を案内する複数の噴孔上流側流路とを有する。弁体は、噴孔部材に対して着座又は離座し、複数の噴孔を開閉する。複数の噴孔及び複数の噴孔上流側流路は、それぞれ弁体の周方向に並んでいる。周方向に隣接した噴孔対と噴孔部材の中心軸で定義される噴孔間角度が最大である最大噴孔間角度をαｍａｘとしたとき、αｍａｘの範囲内に複数の噴孔上流側流路のうちの１つの噴孔上流側流路の中心線が存在する。そして、１つの噴孔上流側流路の中心線は、αｍａｘを構成する噴孔対から等距離に定義される対称軸に対して、角度γ変位している。

【発明の効果】

【0010】

上記構成の燃料噴射装置によれば、複数の噴孔に加工を施すことなく、噴霧に旋回を付与することができる。
なお、上述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る燃料噴射装置の構造を示す縦断面図である。

【図2】第１実施形態に係る燃料噴射装置の噴孔部材の軸方向に平行な断面を示す断面図である。

【図3】第１実施形態に係る燃料噴射装置の噴孔部材の軸方向に直交する断面を示す断面図である。

【図4】第１実施形態に係る燃料噴射装置の噴孔部材における燃料が流れる方向を模式的に示す説明図である。

【図5】第１実施形態に係る燃料噴射装置による噴霧の状況を模式的に示す説明図である。

【図6】第１実施形態に係る角度γ及び角度βを説明する図である。

【図7】第１実施形態に係る燃料噴射装置の噴霧の挙動を可視化して示す図である。

【図8】第１実施形態に係る燃料噴射装置の噴霧の平均到達距離を示す図である。

【図9】第２実施形態に係る角度γ及び角度βを説明する図である。

【図10】第２実施形態に係る燃料噴射装置の噴霧の平均到達距離を示す図である。

【図11】第１及び第２実施形態に係る噴孔上流流路構造の非対称配置例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

【0013】

１．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置について、図１～図８を参照して説明する。

【0014】

［燃料噴射装置の構成］
まず、第１実施形態に係る燃料噴射装置の構成について、図１を用いて説明する。
図１は、第１実施形態に係る燃料噴射装置の構造を示す縦断面図である。

【0015】

燃料噴射装置１００は、例えば、筒内直接噴射式のガソリンエンジン向けの燃料噴射装置である。燃料ポンプから供給された燃料は、マニホールド（本実施例では省略）を介して燃料噴射装置１００の後端部（図１において上部）に供給される。そして、燃料噴射装置１００は、開弁動作時に先端部（図１において下部）からシリンダ内に燃料を噴射する。

【0016】

燃料噴射装置１００は、概軸対称構造である。燃料噴射装置１００は、第１ハウジング１０１と、Ｏリング１０２と、第２ハウジング１０３と、ノズルホルダ１０７とを備える。また、燃料噴射装置１００は、コイル１０４と、磁気コア（固定子）１０５と、アンカー（可動子）１０６と、プランジャロッド１０８とを備える。

【0017】

第１ハウジング１０１は、内部が中空構造の筒状に形成されている。第１ハウジング１０１の軸方向の一端（上端）部は、不図示のマニホールドに接続される。Ｏリング１０２は、第１ハウジング１０１の軸方向の一端部に配置されている。Ｏリング１０２は、第１ハウジング１０１とマニホールドとの間に介在する。Ｏリング１０２は、第１ハウジング１０１とマニホールドとの間を封止して、燃料漏れを防ぐ。

【0018】

第２ハウジング１０３は、筒状に形成されている。第２ハウジング１０３の軸方向の一端（上端）部は、第１ハウジング１０１の軸方向の他端（下端）部に接続されている。第２ハウジング１０３は、第１ハウジング１０１に密着している。また、第２ハウジング１０３の外周部には、コイル１０４が巻回されている。

【0019】

コイル１０４は、コイル１０４の巻き始めと巻き終わりの端部は、不図示の配線を介してコネクタの電力供給用の端子に接続されている。コイル１０４は、外部から電流が供給されると、磁界を発生する。コイル１０４は、ノズルホルダ１０７に覆われている。

【0020】

ノズルホルダ１０７は、内部が中空構造の筒状に形成されている。ノズルホルダ１０７の軸方向の一端（上端）部は、第２ハウジング１０３の軸方向の他端（下端）部に接続されている。ノズルホルダ１０７の内部空間は、第２ハウジング１０３の内部空間と連通している。ノズルホルダ１０７の軸方向の他端（下端）部には、噴孔部材１０９が固定されている。

【0021】

磁気コア１０５は、磁性体により筒状に形成されている。磁気コア１０５は、第１ハウジング１０１の内周面に嵌合された状態で固定されており、第１ハウジング１０１の軸方向の他端部から突出している。磁気コア１０５の第１ハウジング１０１から突出した部分は、第２ハウジング１０３内に挿入されている。

【0022】

アンカー１０６は、磁性体により筒状に形成されている。アンカー１０６の軸孔には、プランジャロッド１０８が嵌合している。本実施形態では、アンカー１０６がプランジャロッド１０８に締結されている。アンカー１０６は、ノズルホルダ１０７の内部空間及び第２ハウジング１０３の内部空間に配置されている。

【0023】

アンカー１０６の軸方向の一端部は、磁気コア１０５の軸方向の他端部と対向している。アンカー１０６の外周面とノズルホルダ１０７及び第２ハウジング１０３の内周面との間には、微小な間隙が形成されている。アンカー１０６には、軸方向に延びる偏心貫通孔（不図示）が形成されている。この偏心貫通孔は、燃料が通過する流路となる。

【0024】

プランジャロッド１０８は、円柱状に形成されている。プランジャロッド１０８は、ノズルホルダ１０７の内部空間及び第２ハウジング１０３の内部空間において、ノズルホルダ１０７及び第２ハウジング１０３の軸方向に移動可能に配置されている。

【0025】

プランジャロッド１０８の軸方向の他端（下端）部には、弁体１１０が固定されている。すなわち、本実施形態において、アンカー１０６、プランジャロッド１０８、弁体１１０は、一体化されており、ノズルホルダ１０７及び第２ハウジング１０３に摺動可能に支持されている。

【0026】

噴孔部材１０９は、燃料の通り道となる複数の噴孔２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ，２０１ｅ，２０１ｆと、複数の噴孔上流側流路２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄを有する。また、噴孔部材１０９は、プランジャロッド１０８が摺動する複数の摺動部２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ（図３参照）と、弁体１１０が着座又は離座するシート部２０４（図２参照）を有する。

【0027】

弁体１１０は、複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆを開閉する。弁体１１０がシート部２０４に着座すると、燃料が複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆを通過不可能になり、燃料噴射装置１００は、閉弁状態になる。また、弁体１１０がシート部２０４から離座すると、燃料が複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆを通過可能になり、燃料噴射装置１００は、開弁状態になる。

【0028】

第１ハウジングの軸孔には、調整部材１１２が配置されている。調整部材１１２は、第１ハウジングの軸孔に圧入されており、第１ハウジングの内部に固定されている。調整部材１１２は、筒状に形成されている。調整部材１１２の軸孔は、燃料が通過する流路となる。

【0029】

調整部材１１２の軸方向の一端（上端）部は、第１ハウジング１０１の一端部の開口と対向している。調整部材１１２の軸方向の他端（下端）部は、プランジャロッド１０８の軸方向の一端部と対向している。調整部材１１２の軸方向の他端部とプランジャロッド１０８の軸方向の一端部との間には、スプリング１１１が配置されている。

【0030】

スプリング１１１の一端（上端）は、調整部材１１２の軸方向の他端部に当接し、スプリング１１１の他端（下端）は、プランジャロッド１０８の軸方向の一端部に当接している。スプリング１１１は、プランジャロッド１０８を噴孔部材１０９側（ノズルホルダ１０７の他端側）へ付勢する。これにより、弁体１１０は、噴孔部材１０９のシート部２０４（図２参照）に押し付けられる。

【0031】

燃料噴射装置１００が閉弁状態において、燃料噴射装置１００に供給された燃料は、第１ハウジング１０１、第２ハウジング１０３、ノズルホルダ１０７、噴孔部材１０９、弁体１１０で構成されたハウジング内空間内に満たされている。

【0032】

コイル１０４に通電されていない状態では、スプリング１１１の付勢力が、プランジャロッド１０８及び弁体１１０を噴孔部材１０９側に付勢する。これにより、弁体１１０が噴孔部材１０９のシート部２０４（図２参照）に接触（着座）して、複数の噴孔２０１を閉じる。その結果、燃料噴射装置１００は、閉弁状態を維持する。

【0033】

コイル１０４に電流を流す（通電する）と、コイル１０４、磁気コア１０５、アンカー１０６を通る磁路が形成される。その結果、磁気コア１０５とアンカー１０６との間に、電磁力（磁気吸引力）が生じる。磁気吸引力が、スプリング１１１の付勢力を超えると、アンカー１０６は、磁気コア１０５に向かって移動する。これにより、弁体１１０が噴孔部材１０９のシート部２０４から離れる（離座する）。その結果、弁体１１０が複数の噴孔２０１を開いて、燃料噴射装置１００は、開弁状態となる。そして、ハウジング内空間の燃料が複数の噴孔２０１からシリンダ内に噴射される。

【0034】

［噴孔部材の構成］
次に、噴孔部材１０９の構成について、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、噴孔部材１０９の軸方向に平行な断面を示す断面図である。図３は、噴孔部材１０９の軸方向に直交する断面を示す断面図である。

【0035】

図２に示すように、噴孔部材１０９は、ノズルホルダ１０７（図１参照）の内周面に圧入される筒部２０５と、筒部２０５の軸方向の一端に連続するシート部２０４とを有している。

【0036】

図３に示すように、筒部２０５の内周面には、プランジャロッド１０８が摺動する４つの摺動部２０３ａ～２０３ｄが設けられている。４つの摺動部２０３ａ～２０３ｄは、噴孔部材１０９の周方向に等間隔で形成されている。４つの摺動部２０３ａ～２０３ｄは、プランジャロッド１０８を噴孔部材１０９の中心軸方向（図２では上下方向）に移動可能に支持する。

【0037】

また、筒部２０５の内周面には、４つの噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄが設けられている。４つの噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄは、隣り合う摺動部２０３ａ～２０３ｄ間に形成されている。４つの噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄは、シート部２０４に向けて延在しており、燃料をシート部２０４に案内する。

【0038】

シート部２０４は、筒部２０５の軸方向の一端部側の開口を塞ぐ。シート部２０４は、筒部２０５と反対側（以下、「先端側」とする）に向けて突出する略半球のカップ状に形成されている。シート部２０４の内側には、弁体１１０が接触及び離間するシート面２０４ａが形成されている。シート面２０４ａは、先端側に向かうにつれて縮径する円錐台形状（テーパー状）に形成されている。閉弁状態において、弁体１１０は、シート面２０４ａに接触しており、燃料を封止している。

【0039】

シート部２０４のシート面２０４ａよりも先端側には、複数（本例では、６つ）の噴孔２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ，２０１ｅ，２０１ｆが設けられている。５つの噴孔２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｅ，２０１ｆは，噴孔部材１０９の中心軸に対して、概同一半径の円周上に配置されている。また、噴孔２０１ｄの中心は、噴孔部材１０９の中心軸と略一致している。

【0040】

本実施形態の５つの噴孔２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｅ，２０１ｆは、噴孔部材１０９の中心軸と、５つの噴孔２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｅ，２０１ｆのうち周方向に隣接する噴孔とで定義される噴孔間角度は、均一ではない。本実施形態では、噴孔部材１０９の中心軸と噴孔２０１ｃと噴孔２０１ｅとで定義される噴孔間角度が最大となっている。

【0041】

上述したように、コイル１０４に電流を流す（通電する）と、燃料噴射装置１００が開弁状態になる。このとき、燃料は、燃料噴射装置１００の一端部（上部）から供給され、ハウジング内空間、噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄ、弁体１１０とシート面２０４ａ間に生じた間隙を経て、噴孔２０１ａ～２０１ｆを通ってシリンダ内に噴射される。

【0042】

［噴孔部材における燃料の流れ］
次に、噴孔部材１０９における燃料の流れについて、図４を参照して説明する。
図４は、噴孔部材１０９における燃料が流れる方向を模式的に示す説明図である。

【0043】

図４に示す矢印３０１ｂ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄは、噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄから流入するガソリンの流れを模式的に示している。補助線３０２は、便宜上設けたものであり、噴孔部材１０９の中心軸を通る直線である。噴孔２０１ａ～２０１ｆは、補助線３０２を対称軸として、線対称に配置されている。以下、補助線３０２を、「噴孔群対称軸３０２」とする。なお、噴孔群対称軸３０２は、噴孔２０１ｃ，２０１ｅから等距離の直線である。

【0044】

補助線３０３は、噴孔部材１０９の中心軸、噴孔上流側流路２０２ａの中心、及び噴孔上流側流路２０２ｃの中心を通る直線である。噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄは、補助線３０３を対称軸として、線対称に配置されている。以下、補助線３０３を、「流路群対称軸３０３」とする。なお、流路群対称軸３０３は、噴孔上流側流路２０２ａ，２０２ｃの中心線でもある。噴孔群対称軸３０２は、流路群対称軸３０３と一致せずに、流路群対称軸３０３から角度γ変位している（γ＞０）。

【0045】

矢印３０４ａは、５つの噴孔２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｅ，２０１ｆの内側（以下、「噴孔群の内側」とする）の燃料の流れを模式的に示している。噴孔上流側流路２０２ａから流入した燃料の流れ３０１ａは、噴孔２０１ｃと噴孔２０１ｅの間を通過して、噴孔群の内側に浸入する。

【0046】

流路群対称軸３０３（噴孔上流側流路２０２ａの中心線）が、噴孔群対称軸３０２に対して角度γで傾斜している。そのため、噴孔群の内側に浸入する燃料の流れ３０４ａは、噴孔２０１ｃ側（図４において右方向）へ向かう速度成分を有している。その結果、噴孔群の内側には、図４において右回りの燃料の旋回流が生じる。矢印３０４ａに沿う燃料の旋回流は、噴孔２０１ｄに流入する。これにより、噴孔２０１ｄ内の燃料の流速に旋回成分が付与される。

【0047】

噴孔上流側流路２０２ｂから流入した燃料の流れ３０１ｂの殆どは、噴孔２０１ｃからシリンダ内に噴出される。すなわち、燃料の流れ３０１ｂの殆どは、噴孔群の内側に到達しない。これと同様に、噴孔上流側流路２０２ｃから流入した燃料の流れ３０１ｃと、噴孔上流側流路２０２ｄから流入した燃料の流れ３０１ｄは、噴孔群の内側に到達しない。このため、噴孔群の内側には、矢印３０４ａに沿う燃料の旋回流が安定して生成される。

【0048】

一方、噴孔２０１ｃ付近には、矢印３０４ａに沿う燃料の旋回流によって励起された矢印３０５ｃに沿う旋回流が発生する。そして、矢印３０５ｃに沿う燃料の旋回流は、噴孔２０１ｃに流入する。これにより、噴孔２０１ｃ内の燃料の流速に旋回成分が付与される。

【0049】

これと同様に、各噴孔２０１ｂ，２０１ａ，２０１ｆ，２０１ｅの周りに燃料の旋回流が発生する。そして、各旋回流に関する燃料が、各噴孔２０１ｂ，２０１ａ，２０１ｆ，２０１ｅに流入する。これにより、各噴孔２０１ｂ，２０１ａ，２０１ｆ，２０１ｅ内の燃料の流速に旋回成分が付与される。

【0050】

［旋回成分が付与された噴霧］
次に、噴孔内の燃料の流速に旋回成分が付与された場合の噴霧について、図５を参照して説明する。
図５は、燃料噴射装置１００による噴霧の状況を模式的に示す説明図である。

【0051】

図５に示すように、噴孔２０１ａ内の燃料の流速に旋回成分が付与されると、噴孔２０１ａから噴射される燃料噴霧４０１には、旋回成分が生じる。旋回成分が生じる場合の燃料噴霧４０１は、遠心力により噴孔２０１ａの中心軸に対して半径方向に広がる。その結果、燃料噴霧４０１の到達距離を短縮することができる。このように、本実施形態では、複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆに加工を施すことなく、燃料噴霧に旋回を付与することができる。

【0052】

なお、図４に示す角度γが０（ゼロ）の場合は、噴孔群の内側に旋回流が生成されず、噴孔２０１ａ～２０１ｆ内の燃料の流速に旋回成分が付与されることは無い。したがって、噴霧の到達距離の短縮効果を得ることができない。

【0053】

噴孔２０１ａ～２０１ｆ内の燃料の流速に付与される旋回成分の大きさは、図４に示す角度γを調整することで変更することができる。そして、噴孔２０１ａ～２０１ｆ内の燃料の流速に付与される旋回成分の大きさを調整することにより、噴霧の到達距離を変更することができる。

【0054】

［角度γと噴孔群の内側に生じる旋回流］
次に、角度γと噴孔群の内側に生じる旋回流の関係について、図６を参照して説明する。
図６は、角度γを説明する図である。

【0055】

噴孔群の内側に強い旋回流を生成するためには、以下の制約がある。燃料噴射装置１００の中心軸と隣接する噴孔とで定義される噴孔間角度αが最大となるαｍａｘに含まれる噴孔上流側流路は、１つであることが望ましい。

【0056】

本実施形態では、噴孔上流側流路２０２ａから流入する燃料の流れ３０１ａ（図４参照）により噴孔群の内側に旋回流を生成している。そして、噴孔群の内側の旋回流により各噴孔に流入する燃料の流速に旋回成分を付与している。この場合に、噴孔上流側流路２０２ｂの中心がαｍａｘの範囲外であれば、噴孔上流側流路２０２ｂから流入する燃料の流れ３０１ｂ（図４参照）は、噴孔群の内側への進行を噴孔２０１ｃに阻害される。その結果、燃料の流れ３０１ｂが燃料の流れ３０１ａに及ぼす影響は小さい。

【0057】

しかし、噴孔上流側流路２０２ｂの中心がαｍａｘの範囲内に存在する場合は、燃料の流れ３０１ｂは、噴孔群の内側への進行を噴孔２０１ｃに阻害されにくくなる。その結果、燃料の流れ３０１ｂが燃料の流れ３０１ａに及ぼす影響が大きくなり、燃料の流れ３０１ｂは、噴孔群の内側の旋回流を弱めることになる。

【0058】

噴孔上流側流路２０２ａの中心線、噴孔部材１０９の中心軸、及び噴孔上流側流路２０２ｂの中心線で定義される噴孔上流側流路間の角度を角度βとする。この場合に、角度γは、次の関係式（１）を満たす。

【0059】

［数１］
β－γ≧（αｍａｘ／２）
γ≦β－（αｍａｘ／２）・・・（１）

【0060】

また、理想的には、噴孔上流側流路２０２ａから流入する燃料の流れ３０１ａを阻害しないために、燃料の流れ３０１ａ以外の燃料の流れ３０１ｂ～３０１ｄは、周方向に並ぶ噴孔２０１ｃ，２０１ｂ，２０１ａ，２０１ｆ，２０１ｅに阻止されることが望ましい。このため、αｍａｘの範囲以外において隣接する噴孔間に対向する噴孔上流側流路の中心は、１カ所以下（１カ所又は存在しない）であることが望ましい。なお、αｍａｘの範囲以外において隣接する噴孔間は、噴孔２０１ｃ，２０１ｂ間、噴孔２０１ｂ，２０１ａ間、噴孔２０１ａ，２０１ｆ間、及び噴孔２０１ｆ，２０１ｅ間である。

【0061】

［噴霧の挙動及び到達距離］
次に、複数の噴孔２０１の位置に応じた燃料噴霧の挙動及び到達距離について、図７及び図８を参照して説明する。
図７は、燃料噴射装置の燃料噴霧の挙動を可視化して示す図である。図８は、燃料噴射装置の噴霧の平均到達距離を示す図である。

【0062】

図７に示す噴孔部材６０１の角度γは、０である（γ＝０）。燃料噴霧６１１は、噴孔部材６０１を用いて燃料の噴射を一定時間が経過するまで行った場合の噴霧の可視化画像である。噴孔部材６０１は、上方から下方に向けて燃料噴霧６１１を噴射している。

【0063】

噴孔部材６０２は、本実施形態の噴孔部材１０９と同じものである。噴孔部材６０２の角度γは、β－（αｍａｘ／２）以下である（γ≦β－（αｍａｘ／２））。燃料噴霧６１２は、噴孔部材６０２を用いて燃料の噴射を一定時間が経過するまで行った場合の噴霧の可視化画像である。噴孔部材６０２は、上方から下方に向けて燃料噴霧６１２を噴射している。

【0064】

なお、燃料噴霧６１１，６１２の可視化画像は、視点を側方に設けているため、４本の燃料噴霧のみが示されている。また、噴孔部材６０１，６０２が開弁している時間は、同一である。したがって、噴孔部材６０１，６０２から噴射される燃料の量は同じである。

【0065】

図７に示すように、噴孔部材６０２から噴射された燃料噴霧６１２は、噴孔部材６０１から噴射された燃料噴霧６１１よりも到達距離が短くなっている。したがって、本実施形態の噴孔部材１０９を備える燃料噴射装置１００は、燃料噴霧に旋回を付与して、噴霧の到達距離を短縮することができる。

【0066】

また、４つの噴孔から噴射された４本の燃料噴霧のいずれにおいても、噴孔部材６０２から噴射されたものが、噴孔部材６０１から噴射されたものよりも到達距離が短い。これにより、本実施形態の噴孔部材１０９では、いずれの噴孔においても燃料の流速に旋回成分を付与することが分かる。

【0067】

図８に示す噴孔部材６０１の角度γは、０である（γ＝０）。図８に示す噴孔部材６０２の角度γは、β－（αｍａｘ／２）以下である（γ≦β－（αｍａｘ／２））。図８に示す噴孔部材６０３の角度γは、β－（αｍａｘ／２）より大きい（γ＞β－（αｍａｘ／２））。図８に示すグラフは、噴孔部材６０１，６０２，６０３に対して流れ解析を行った際に得られた、ある時刻における燃料噴霧の到達距離の平均値を示している。

【0068】

図８に示すように、噴孔部材６０１から噴射された燃料噴霧の到達距離の平均値を１００％とした場合に、噴孔部材６０２から噴射された燃料噴霧の到達距離の平均値は、８０％である。したがって、本実施形態の噴孔部材１０９を備える燃料噴射装置１００は、燃料噴霧に旋回を付与して、噴霧の到達距離を短縮することができる。

【0069】

また、噴孔部材６０１から噴射された燃料噴霧の到達距離の平均値を１００％とした場合に、噴孔部材６０３から噴射された燃料噴霧の到達距離の平均値は、約９５％である。したがって、角度γが０より大きければ（γ＞０）、燃料噴霧に旋回を付与して、噴霧の到達距離を短縮することができる。

【0070】

２．第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置について、図９及び図１０を参照して説明する。

【0071】

第２実施形態に係る燃料噴射装置７００は、第１実施形態に係る燃料噴射装置１００と同様の構成を備えている。第２実施形態に係る燃料噴射装置７００が、第１実施形態に係る燃料噴射装置１００と異なる点は、噴孔部材７０２である。そのため、ここでは、第２実施形態に係る噴孔部材７０２について説明し、重複する構成の説明を省略する。

【0072】

［噴孔部材の構成］
まず、噴孔部材７０２の構成について、図９を参照して説明する。
図９は、第２実施形態に係る角度γ及び角度βを説明する図である。

【0073】

図９に示すように、噴孔部材７０２は、ノズルホルダ１０７（図１参照）の内周面に圧入される筒部２０５と、筒部２０５の軸方向の一端に連続するシート部７０４とを有している。筒部２０５は、第１実施形態と同じである。

【0074】

シート部７０４は、筒部２０５の軸方向の一端部側の開口を塞ぐ。シート部７０４は、筒部２０５と反対側（以下、「先端側」とする）に向けて突出する略半球のカップ状に形成されている。シート部７０４の内側には、弁体１１０が接触及び離間するシート面が形成されている。シート面は、先端側に向かうにつれて縮径する円錐台形状（テーパー状）に形成されている。閉弁状態において、弁体１１０は、シート部７０４のシート面に接触しており、燃料を封止している。

【0075】

シート部７０４のシート面よりも先端側には、複数（本例では、６つ）の噴孔７０１ａ，７０１ｂ，７０１ｃ，７０１ｄ，７０１ｅ，７０１ｆが設けられている。６つの噴孔７０１ａ～７０１ｆは，噴孔部材７０２の中心軸に対して、概同一半径の円周上に配置されている。

【0076】

本実施形態の６つの噴孔７０１ａ～７０１ｆは、噴孔部材７０２の中心軸と、６つの噴孔７０１ａ～７０１ｆのうち周方向に隣接する噴孔とで定義される噴孔間角度は、均一ではない。本実施形態では、噴孔部材７０２の中心軸と噴孔７０１ｃと噴孔７０１ｄとで定義される噴孔間角度と、噴孔部材７０２の中心軸と噴孔７０１ａと噴孔７０１ｆとで定義される噴孔間角度が最大となっている。

【0077】

以下、噴孔部材７０２の中心軸と噴孔７０１ｃと噴孔７０１ｄとで定義される噴孔間角度をαｍａｘ１とする。また、噴孔部材７０２の中心軸と噴孔７０１ａと噴孔７０１ｆとで定義される噴孔間角度をαｍａｘ２とする。

【0078】

補助線３１２は、噴孔部材７０２の中心軸を通る直線である。噴孔７０１ａ～７０１ｆは、補助線３１２を対称軸として、線対称に配置されている。以下、補助線３１２を、「噴孔群対称軸３１２」とする。なお、噴孔群対称軸３１２は、噴孔７０１ｃ，７０１ｄから等距離の直線であり、噴孔７０１ａ，７０１ｆから等距離の直線でもある。

【0079】

補助線３１３は、噴孔部材７０２の中心軸、噴孔上流側流路２０２ａの中心、及び噴孔上流側流路２０２ｃの中心を通る直線である。噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄは、補助線３１３を対称軸として、線対称に配置されている。以下、補助線３１３を、「流路群対称軸３１３」とする。

【0080】

なお、流路群対称軸３１３は、噴孔上流側流路２０２ａ，２０２ｃの中心線でもある。噴孔群対称軸３１２は、流路群対称軸３１３と一致せずに、流路群対称軸３１３から角度γ変位している（γ＞０）。すなわち、噴孔上流側流路２０２ａと噴孔上流側流路２０２ｃは、噴孔群対称軸３１２に対して、非対称位置に配置されている。

【0081】

噴孔上流側流路２０２ａから流入した燃料の流れは、噴孔７０１ｃと噴孔７０１ｄの間を通過して、噴孔群の内側に浸入する。また、噴孔上流側流路２０２ｃから流入した燃料の流れは、噴孔７０１ａと噴孔７０１ｆの間を通過して、噴孔群の内側に浸入する。

【0082】

流路群対称軸３１３（噴孔上流側流路２０２ａ，２０２ｃの中心線）が、噴孔群対称軸３１２に対して角度γで傾斜している。そのため、噴孔上流側流路２０２ａから噴孔群の内側に浸入する燃料の流れは、噴孔２０１ｃ側（図９において右方向）へ向かう速度成分を有している。また、噴孔上流側流路２０２ｃから噴孔群の内側に浸入する燃料の流れは、噴孔２０１ｆ側（図９において右方向）へ向かう速度成分を有している。その結果、噴孔群の内側には、図９において右回りの燃料の旋回流が生じる。

【0083】

噴孔上流側流路２０２ｂから流入した燃料の流れの殆どは、噴孔７０１ｂ，７０１ｃからシリンダ内に噴出される。すなわち、噴孔上流側流路２０２ｂから流入した燃料の殆どは、噴孔群の内側に到達しない。これと同様に、噴孔上流側流路２０２ｄから流入した燃料の流れは、噴孔群の内側に到達しない。このため、噴孔群の内側には、燃料の旋回流が安定して生成される。

【0084】

一方、噴孔７０１ｃの周りには、噴孔群の内側に生成された燃料の旋回流によって励起された旋回流が発生する。この旋回流に関する燃料は、噴孔７０１ｃに流入する。これにより、噴孔７０１ｃ内の燃料の流速に旋回成分が付与される。

【0085】

これと同様に、各噴孔７０１ｂ，７０１ａ，７０１ｆ，７０１ｅ，７０１ｄの周りを旋回する旋回流が発生する。そして、各旋回流に関する燃料が、各噴孔７０１ｂ，７０１ａ，７０１ｆ，７０１ｅ，７０１ｄに流入する。これにより、各噴孔７０１ｂ，７０１ａ，７０１ｆ，７０１ｅ，７０１ｄ内の燃料の流速に旋回成分が付与される。

【0086】

噴孔部材７０２において、噴孔群の内側に強い旋回流を生成するためには、αｍａｘ１及びαｍａｘ２に含まれる噴孔上流側流路は、１つであることが望ましい。これにより、噴孔上流側流路２０２ｂ，２０２ｄから流入した燃料の流れが、噴孔上流側流路２０２ａ，２０２ｃから流入して噴孔群の内側に旋回流を生成する燃料の流れに及ぼす影響を小さくすることができる。

【0087】

［噴霧の挙動及び到達距離］
次に、複数の噴孔７０１ａ～７０１ｆの位置に応じた燃料噴霧の到達距離について、図１０を参照して説明する。
図１０は、燃料噴射装置の噴霧の平均到達距離を示す図である。

【0088】

図１０に示す噴孔部材７１１の角度γは、０である（γ＝０）。図１０に示す噴孔部材７０２の角度γは、０よりも大きい（γ＞０）。噴孔部材７０２は、図９を参照して説明したものである。図１０に示すグラフは、噴孔部材７１１，７０２に対して流れ解析を行った際に得られた、ある時刻における燃料噴霧の到達距離の平均値を示している。

【0089】

図１０に示すように、噴孔部材７１１から噴射された燃料噴霧の到達距離の平均値を１００％とした場合に、噴孔部材７０２から噴射された燃料噴霧の到達距離の平均値は、約９０％である。したがって、本実施形態の噴孔部材７０２を備える燃料噴射装置７００は、燃料噴霧に旋回を付与して、噴霧の到達距離を短縮することができる。

【0090】

３．まとめ
（１）以上説明したように、上述した第１実施形態に係る燃料噴射装置１００は、噴孔部材１０９と、弁体１１０とを備える。噴孔部材１０９は、複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆと、複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆに燃料を案内する複数の噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄとを有する。弁体１１０は、噴孔部材１０９に対して着座又は離座し、複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆを開閉する。複数の噴孔２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｅ，２０１ｆ及び複数の噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄは、それぞれ弁体１１０の周方向に並んでいる。周方向に隣接した噴孔対と噴孔部材１０９の中心軸で定義される噴孔間角度が最大である最大噴孔間角度をαｍａｘとしたとき、αｍａｘの範囲内に複数の噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄのうちの１つの噴孔上流側流路２０２ａの中心線（流路群対称軸３０３）が存在する。そして、１つの噴孔上流側流路２０２ａの中心線は、αｍａｘを構成する噴孔対２０１ｃ，２０１ｆから等距離に定義される対称軸（噴孔群対称軸３０２）に対して、角度γ変位している。
これにより、噴孔上流側流路２０２ａから流入する燃料の流れ３０１ａを用いて、複数の噴孔２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｅ，２０１ｆにおける噴孔部材１０９の中心軸側（噴孔群の内側）に、燃料の旋回流を生じさせることができる。そして、複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆ内の燃料の流速に旋回成分を付与することができる。その結果、複数の噴孔２０１ａ～２０１ｆに加工を施すことなく、燃料噴霧に旋回を付与することができる。

【0091】

（２）上述した第１実施形態に係る周方向に隣接した２つの噴孔上流側流路２０２ａ，２０２ｂの中心と噴孔部材１０９の中心軸で定義される噴孔上流側流路間角度をβとした場合に、γ≦（β－αｍａｘ／２）が成立する。
これにより、噴孔上流側流路２０２ｂから流入する燃料の流れ３０１ｂが、噴孔上流側流路２０２ａから流入する燃料の流れ３０１ａに及ぼす影響を小さくすることができる。その結果、噴孔群の内側に燃料の旋回流を安定して生成させることができる。

【0092】

（３）上述した第１実施形態に係るαｍａｘを除く噴孔間角度を構成する噴孔対の間に、複数の噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄの中心線が１つ存在する又は存在しない。
これにより、噴孔上流側流路２０２ｂ～２０２ｄから流入する燃料の流れ３０１ｂ～３０１ｄが、噴孔上流側流路２０２ａから流入する燃料の流れ３０１ａを阻害しないようにすることができる。

【0093】

（４）上述した第２実施形態に係る燃料噴射装置７００は、噴孔部材７０２と、弁体１１０とを備える。噴孔部材７０２は、複数の噴孔７０１ａ～７０１ｆと、複数の噴孔７０１ａ～７０１ｆに燃料を案内する複数の噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄとを有する。弁体１１０は、噴孔部材７０２に対して着座又は離座し、複数の噴孔７０１ａ～７０１ｆを開閉する。複数の噴孔７０１ａ～７０１ｆ及び複数の噴孔上流側流路２０２ａ～２０２ｄは、それぞれ弁体１１０の周方向に並んでいる。周方向に隣接した噴孔対と噴孔部材７０２の中心軸で定義される噴孔間角度が最大である最大噴孔間角度をαｍａｘ１、２番目に大きい噴孔間角度をαｍａｘ２としたとき、αｍａｘ１の範囲内に噴孔上流側流路２０２ａの中心線が存在し、αｍａｘ２の範囲内に噴孔上流側流路２０２ｃの中心線が存在する。そして、噴孔上流側流路２０２ａと噴孔上流側流路２０２ｃは、αｍａｘ１及びαｍａｘ２のそれぞれを構成する噴孔対から等距離に定義される対称軸（噴孔群対称軸３１２）に対して、非対称位置に配置されている。
これにより、噴孔上流側流路２０２ａから流入する燃料の流れを用いて、複数の噴孔７０１ａ～７０１ｆにおける噴孔部材１０９の中心軸側（噴孔群の内側）に、燃料の旋回流を生じさせることができる。そして、複数の噴孔７０１ａ～７０１ｆ内の燃料の流速に旋回成分を付与することができる。その結果、複数の噴孔７０１ａ～７０１ｆに加工を施すことなく、燃料噴霧に旋回を付与することができる。

【0094】

以上、本発明の燃料噴射装置の実施形態について、その作用効果も含めて説明した。しかしながら、本発明の燃料噴射装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した第１及び第２実施形態では、噴孔部材が６つの噴孔を有する構成にした。しかし、本発明に係る噴孔部材の噴孔数は、噴孔上流側流路数に応じて適宜設定することができる。

【0095】

また、図２ないし図９において、噴孔上流側流路は、９０度間隔で配置された４個の流路２０２ａ～２０２ｄで構成されている。しかし、本発明に係る噴孔上流側流路の数は、４個である必要はなく、適宜設定することができる。図１１は、第１及び第２実施形態に係る噴孔上流流路構造の非対称配置例を示す図である。図１１に示すように、本発明に係る噴孔上流側流路の間隔は、一定である必要はない。

【0096】

また、上述した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0097】

なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。

【符号の説明】

【0098】

１００，７００…燃料噴射装置、 １０１…第１ハウジング、 １０２…Ｏリング、 １０３…第２ハウジング、 １０４…コイル、 １０５…磁気コア（固定子）、 １０６…アンカー（可動子）、 １０７…ノズルホルダ、 １０８…プランジャロッド、 １０９，６０２，６０３，７０２…噴孔部材、 １１０…弁体、 １１１…スプリング、 １１２…調整部材、 ２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ，２０１ｅ，２０１ｆ，７０１ａ，７０１ｂ，７０１ｃ，７０１ｄ，７０１ｅ，７０１ｆ…噴孔、 ２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ，２０２ｄ…噴孔上流側流路、 ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ，２０３ｄ…摺動部、 ２０４，７０４…シート部、 ２０４ａ…シート面、 ２０５…筒部、 ３０２，３１２…噴孔群対称軸、 ３０３，３１３…流路群対称軸、 ４０１，６１２…燃料噴霧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】