JP6080087B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

従来、ディーゼルエンジンなどには、シリンダと気筒内に囲まれた燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている。かかる燃料噴射弁は、ノズルボディと、該ノズルボディの内部に設けられているノズルニードルとを備えており、ノズルボディの燃焼室側には、ノズルボディの内部と燃焼室とを連通する孔である通路孔が形成されている。また、燃料噴射弁には高圧に蓄圧した燃料を保持するコモンレールが接続されている。そして、コモンレールから燃料噴射弁に高圧に圧縮された燃料が供給され、供給された燃料が、通路孔から燃焼室に放出されることによって、燃料の噴射が実現される。

このような燃料噴射弁において、燃焼室とノズルボディの内部との通路孔に、燃料が通過する噴孔と、噴孔の燃焼室側に形成された座ぐりとを有したものが知られている。すなわち、通路孔内において、噴孔と、噴孔よりも径の大きい座ぐり部とが連通するように形成されており、噴孔と座ぐり部とが通路孔の途中で段形状になるように形成されている。例えば、特許文献１には、座ぐり部を有する通路孔を備えた燃料噴射弁が開示されている。このような通路孔において座ぐり部の各種寸法を規定することによって、燃料が通路孔内にてコーキングすることを抑制している。コーキングとは、内燃機関の燃焼分野において、噴孔から燃料を噴射する際に、一部の燃料が、燃焼熱などにより炭化し通路孔内に付着することを指す。特に、通路孔出口が広がっている座ぐりを有している場合には、座ぐりの空間内において、残留燃料が燃焼熱にさらされやすくなり、かつ噴射される燃料の流れによるコーキング除去が促進されないため、コーキングが促進されやすい。そして、コーキングが促進されることで座ぐりの空間を占領し、噴孔から流出する噴霧の流路を阻害する可能性があった。

このコーキングに対して、特許文献の発明では、各種寸法を規定することにより、座ぐり部の壁面と噴霧との間に周辺空気の渦流を生じさせている。これにより、残留燃料除去を実現し、コーキングを抑制するのである。

特表２００６−５１０８４９号公報

ここで、特許文献１に記載の発明は、渦流が生じるとともに、コアンダ効果により噴霧が座ぐりの壁面に引き寄せられる効果も生じる。コアンダ効果とは、燃料が流れる際に、周囲の空気または物体を流体に引き寄せる、または／及び、流体が物体に引き寄せられる現象である。座ぐりの壁面と噴霧との間にコアンダ効果が生じることにより、噴霧の周囲に空気の渦流を生じさせて該渦流が残留燃料を除去することができる。特に、このコアンダ効果は、噴射する燃料の圧力が高くなるほど顕著に現出する。したがって、特許文献１の発明では、噴霧燃料の圧力が所定の値よりも低い場合には、コーキングが抑制されるように噴霧が形成される一方で、噴霧燃料の圧力が所定の値よりも高い場合には、噴霧燃料がコアンダ効果により壁面に引き寄せられる現象が顕著に現出し、噴霧の噴射角が広がり、壁面に燃料が付着する可能性がある。その結果、渦流によって除去される残留燃料よりも、壁面に対する燃料の付着が進行し、コーキングが促進される可能性がある。これにより、通路孔を流れる燃料の流路を阻害し、燃料が噴射する際の形状である噴霧が不安定化する可能性があった。そして、この噴霧の不安定化は、燃料の拡散性、及び燃料を燃焼室内に放出する力（ペネトレーション）の制御を行なう際には特に大きな課題であった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、コーキング、及び噴霧形状の不安定化を抑制する燃料噴射弁を提供することにある。

本発明は、筒状のノズルボディ（２）と、ノズルボディの内部を軸方向に移動するノズルニードル（３）と、ノズルニードルとノズルボディとの間に形成されて燃料が流入する空間である圧力室（５）と、ノズルボディの内燃機関の気筒側に形成され、圧力室と気筒内とを連通する通路孔（４）と、を備え、圧力室に流入した燃料を、通路孔から気筒内に噴射する燃料噴射弁であって、通路孔は、圧力室に開口する第１孔部（４１）と、該第１孔部に連通し第１孔部よりも径方向に拡がって気筒内に開口する第２孔部（４２）とを有し、第１孔部が第２孔部に開口している第１孔部出口（４１２）の外周部（４１３）から、第１孔部出口から気筒内に噴射される燃料の噴霧（Ｓｅ１）の外縁部と最も近接する第２孔部の内壁面（４２２）上の最近接点（４２３）までの、第１孔部の軸線に対する垂直方向においての最短距離をＲ（ｍｍ）、第１孔部出口から、最近接点までの第１孔部の軸中心線（Ａｘ１）に平行な距離をＬ（ｍｍ）、第１孔部の軸中心線に対して第１孔部出口から気筒内に噴射される燃料の噴霧の外縁部によって形成される角度のうち、小さい方の角度をθ（°）としたとき、通路孔は、燃料が通路孔から噴射している噴射期間中において、Ｒ／（Ｌ×ｔａｎθ）＞６．０の関係式を満たすように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１孔部出口（４１２）の外周部（４１３）から、第１孔部出口から気筒内に噴射される燃料の噴霧の外縁部（Ｓｅ１）と最も近接する第２孔部（４２）の内壁面（４２２）上の点である最近接点（４２３）までの、第１孔部の軸線に対する垂直方向においての最短距離（Ｒ）、第１孔部出口から、最近接点までの第１孔部の軸中心線Ａｘ１に対して平行な距離（Ｌ）、及び第１孔部の軸中心線に対して第１孔部出口から気筒内に噴射される燃料の噴霧の外縁部によって形成される角度のうち、小さい方の角度（θ）が所定の関係式を満たすように第１孔部及び第２孔部を設けることにより、第２孔部の内壁面と噴霧との間で生じるコアンダ効果のうち、噴霧が第２孔部の内壁面に引き寄せられる現象を抑制することができる。したがって、本発明によれば、コーキング、及び噴霧形状の不安定化を抑制することができる。

なお、特許請求の範囲、及び課題を解決するための手段に記載した括弧内の符号は、本発明の一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

第１実施形態における、燃料噴射弁の全体断面図である。 第１実施形態における、燃料噴射弁の先端（気筒側）の拡大断面図である。 第１実施形態における、ノズルボディに形成された通路孔の概要を示す拡大断面図である。 実験に用いられた座ぐり寸法と、実験結果を示した説明図である。 実験における噴射角θと特性値Ｘとの相関を示した説明図である。 第２実施形態における、ノズルボディに形成された通路孔の概要を示す拡大断面図である。 第３実施形態における、ノズルボディに形成された通路孔の概要を示す拡大断面図である。 変形例１における、ノズルボディに形成された通路孔の概要を示す拡大断面図である。 変形例２における、ノズルボディに形成された通路孔の概要を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、実施形態において対応する構成要素には、同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。また、実施形態の説明において、明示している構成の組み合わせだけでなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、実施形態及び変形例同士を組み合わせることも可能である。

なお、特に文章内にて言及がない場合には、燃料噴射弁の燃焼室側を「先端側」、該先端側とは反対側を「基端側」とする。

（第１実施形態）
以下、図１乃至図４を用いて、第１実施形態の燃料噴射弁１について詳述する。

図１、及び図２を用いて燃料噴射弁１の構成及び作動を説明する。燃料噴射弁１は、ノズルボディ２、ノズルニードル３、圧力制御部１０などからなる。圧力制御部１０により、ノズルボディ２とノズルニードル３との間に設けられる圧力室５内の圧力が制御されることによってノズルニードル３が上下動する。

ノズルボディ２は、鉄鋼材料などからなる円筒状の部材である。ノズルボディ２は、内部に空間を有しており、該空間にノズルニードル３が設けられている。そして、該空間に設けられたノズルニードル３と、ノズルボディ２との間の隙間には、燃料が流入する圧力室５が形成される。また、ノズルボディ２の内部の基端側には、該圧力室５の圧力を制御する圧力制御部１０が設けられている。またさらに、ノズルボディ２の先端側には、燃焼室側へ向けて圧力室５を突出させたサック部２１が形成されている。加えて、ノズルボディ２の先端側には、該サック部２１内の圧力室５と図示しない内燃機関の燃焼室とを連通するように、通路孔４が形成されている。また、ノズルボディ２の先端側の内壁には、ノズルニードル３と当接するシート部２１が形成されている。

ノズルニードル３は、円柱状の部材であり、軸方向中間部には、切欠き部３１が形成されている。また、ノズルニードル３は、ノズルボディ２の先端側に向けて、それぞれ径の異なる円柱状の部材が複数組み合わされて構成されている。このうち、切欠き部３１は、ノズルニードル３の径の大きい中央付近に設けられており、圧力室５内の燃料を基端側から先端側に流入させるべく、ノズルニードル３の外周面を軸方向に切欠くように三箇所形成されている。また、ノズルニードル３の基端側の外周には、ノズルニードル３の外周に沿って径方向へ突出した突起に係止される円環形状のシム６が設けられている。さらに、ノズルニードル３の基端側の端部は、先端側に向けて凹んでおり、ノズルニードル３の基端側端部の外周には、後述する圧力制御部１０のシリンダ部１１が設けられている。そして、シム６とシリンダ部１１との間には、ノズルニードル３を常時先端側に付勢する第１スプリング７１が挟まれるように設けられている。すなわち、ノズルニードル３の基端側は、端部をシリンダ部１１に覆われるともに、シリンダ部１１からシム６までの外周を第１スプリング７１に覆われている。

圧力制御部１０は、シリンダ部１１、オリフィスプレート８、及び第２スプリング７２からなる。シリンダ部１１は、円筒状の部材であり、シリンダ部１１の先端側が、ノズルニードル３の基端側を覆うように設けられ、シリンダ部１１の基端側がオリフィスプレート８を覆うように設けられている。オリフィスプレート８は、径を絞るオリフィス８１が軸方向に連通するように形成された板状の部材である。オリフィス８１は、図示しないコモンレールからの燃料通路と連通している。そして、該燃料通路に設けられている電磁弁によって、オリフィス８１に流れる燃料の量が調整される。

オリフィスプレート８と、ノズルニードル３との間には、第２スプリング７２が設けられている。該第２スプリング７２は、第１スプリング７１よりも径が小さい弾性部材であり、オリフィスプレート８を軸方向基端側に付勢している。また、シリンダ部１１、オリフィスプレート８、及びノズルニードル３の基端側の凹み部に囲まれた空間には、燃料がオリフィス８１から流入する制御室９が形成されている。制御室９へは、電磁弁によって調量された燃料が、オリフィス８１を通って流入する。すなわち、該電磁弁により、コモンレールから制御室９に流入する燃料の量が調整されて、制御室９内の圧力は制御される。

電磁弁の調量により、制御室９内に燃料を流入させない場合には、制御室９内の圧力は低圧になる。この場合には、圧力室５内の燃料の圧力により、ノズルニードル３は開弁方向に力を受けてシート部２１から離座する。一方で、制御室９内に燃料が流入し、制御室９内の圧力が高圧になる場合には、圧力室５内においてノズルニードル３に負荷される圧力と制御室９内の圧力とが釣り合い、第１スプリング７１、及び第２スプリング７２によって、ノズルニードル３は閉弁方向に力を受けてシート部２１に着座する。このように、圧力制御部１０によって、ノズルニードル３の上下動が制御され、ノズルニードル３の先端側は、シート部２１に離着する。このようにノズルニードル３が離着することによって、圧力室５と通路孔４と間の経路を形成、または封止することができる。

圧力室５は、ノズルボディ２と、ノズルニードル３との間に形成されている。そして、圧力室５の先端側は、サック部２１の内部まで達している。圧力室５には、シリンダ部１１とノズルボディ２との間に設けられた燃料経路入口５１から燃料が流入する。燃料経路入口５１は、図示しないコモンレールと接続されており、コモンレールから燃料が供給される。供給された燃料は、燃料経路入口５１から圧力室５を先端側に流れ、切欠き部３１を通過して先端側に至る。そして、ノズルニードル３がシート部２１から離座した際に、燃料は、サック部２１内の圧力室５に流入し、サック部２１内の圧力室５から通路孔４を介して燃料室に噴射される。

次に、図２、及び図３を用いて、ノズルボディ２に形成されている通路孔４について詳述する。なお、図３は、説明のための概要図であり、図示した噴射角の大きさや通路孔４の寸法は、実際の寸法とは異なる。通路孔４は、ノズルボディ２の先端側に互いに干渉しないように周方向に複数形成されている。また、複数の通路孔４は、ノズルボディ２の径方向に水平な断面において、それぞれ等間隔に設けられている。これにより、燃料をサック部２１内の圧力室５から燃焼室内に均一に噴射することが可能である。また、複数の通路孔４は、互いに独立して設けられている。すなわち、圧力室５に開口しているそれぞれの通路孔４は、燃焼室側に開口するまでの経路において、他の通路孔４と干渉しないように設けられている。

通路孔４は、座ぐり部４２と、噴孔４１とから構成されている。座ぐり部４２は、断面円形であり、通路孔４の燃焼室側の通路孔出口から、サック部２１内の圧力室５側に向けて凹むように形成されている。また、通路孔４には、一つの座ぐり部４２が形成されている。すなわち、通路孔４の軸方向断面において、通路孔４の内部に段部が一つのみ形成されるように座ぐり部４２は設けられている。
噴孔４１は、一方をサック部２１内の圧力室５に開口し、他方を座ぐり部４２に開口した孔である。すなわち、噴孔４１は、座ぐり部４２とサック部２１内の圧力室５とを連通させている。そして、噴孔４１は、座ぐり部４２と同じように、断面円形である。また、座ぐり部４２と噴孔４１とは、座ぐり部４２の軸中心線Ａｘ１と噴孔４１の軸中心線Ａｘ２とは同じ軸中心となるように設けられている。さらに、噴孔４１は、座ぐり部４２よりも小さい径で形成されている。すなわち、噴孔４１が第１孔部に相当し、座ぐり部４２が第２孔部に相当する。

噴孔４１は、噴孔４１の圧力室５側の開口である噴孔入口４１１の径と、噴孔４１の座ぐり部４２側の開口である噴孔出口４１２の径とが、同一の径となるように形成されている。また、噴孔４１内の径は、噴孔入口４１１から噴孔出口４１２に亘って、噴孔入口４１１、及び噴孔出口４１２の径と同一の径となるように形成されている。すなわち、噴孔入口４１１から噴孔出口４１２まで同一の径で噴孔４１は形成されている。このように形成することによって、径を変化させることで噴孔４１の整流効果を制御することが可能となる。

通路孔４に流入した燃料は、噴孔４１から座ぐり部４２に達すると、自身の圧力によって広がるように噴射される。該燃料が噴射期間中に噴射される際、自身が高圧であることにより霧状となるため、以降、噴孔出口４１２から噴射されて座ぐり部４２を通り、燃焼室内に噴射される燃料を噴霧と呼ぶ。

噴霧は、座ぐり部４２において所定の噴射角θ１を有している。噴射角θ１は、噴孔４１の軸中心に対して噴霧の外縁部Ｓｅ１とで形成される角度のうち、小さい方（すなわち、鋭角の方）をさす。ここで、この噴射角θ１は、噴射圧力や、噴孔４１の軸方向長さによって変化するが、該噴射角θ１が広くなるほど、噴霧の外縁部Ｓｅ１は座ぐり部４２の内壁面４２２に近接する。ここで、座ぐり部４２の断面において、座ぐり部４２の内壁面４２２と噴霧の外縁部Ｓｅ１との間の距離が最も近い距離にある点を便宜上、最近接点４２３と呼ぶ。この最近接点４２３は、座ぐり部４２が一つ形成されている場合においては、通路孔出口の外周部上、すなわち、座ぐり部出口（第２孔部出口）４２４の外周部上に現出することとなる。

また、通路孔４の噴孔４１、及び座ぐり部４２は、噴孔出口４１２の外周部４１３から、最近接点４２３までの噴孔４１の軸線に対する垂直方向においての最短距離をＲとし、噴孔出口４１２から、最近接点４２３までの噴孔４１の軸線に対する最短距離をＬとしたときに、噴孔４１、及び座ぐり部４２は、Ｒ／（Ｌ×ｔａｎθ１）＞６．０（以下、関係式と呼ぶ）となるように形成されている。特に、ディーゼルエンジンに用いられる燃料噴射弁１においては、燃料が、例えば２５ＭＰａから２５０ＭＰａの範囲の高圧に印加されるために、噴射角θ１が大きくなりやすい。本実施形態では、そのような２５ＭＰａから２５０Ｍｐａの圧力において燃料を噴射しても、上記の関係式が満たされるように、噴孔４１、及び座ぐり部４２が設けられている。

次に、図３を用いて、本実施形態の作用効果について詳述する。

一般的に、噴射する燃料の圧力が大きくなるに従って、噴霧が広がる力も大きくなるために、噴孔４１から噴射された噴霧の噴射角θ１は大きくなる。これにより、噴霧の外縁部Ｓｅ１と、最近接点４２３との間の距離が小さくなる。この噴霧の外縁部Ｓｅ１と最近接点４２３との間の距離が小さくなることによって、噴霧と座ぐり部の内壁面４２２との間には、コアンダ効果が生じる。噴霧は、コアンダ効果によって、壁面に引き寄せられ、噴霧の形状が変わる（例えば、図３に示す噴霧の外縁部Ｓｅ２）。コアンダ効果は、噴霧の外縁部Ｓｅ１と、最近接点４２３との間の距離が小さくなるほど影響が大きくなり、噴霧が、最近接点４２３に対して引っ張られるようになる。特に、通路孔４の径は非常に小さいために、噴射期間中にも該コアンダ効果によって噴霧の外縁部Ｓｅ１が最近接点４２３に引っ張られやすい傾向がある。

これにより、以下のような現象が生じるおそれがある。第１に、コアンダ効果によって、噴霧が座ぐり部４２の内壁面４２２に引き寄せられることにより、噴霧の一部が座ぐり部４２の中に残留する。また、噴霧が座ぐり部４２の内壁面４２２に引き寄せられた結果、噴霧が座ぐり部４２の内壁面４２２に接触し易くなる。このような場合、コアンダ効果によって座ぐり部４２の噴霧が通らない空隙部４２１で生じた渦流により、残留した燃料の一部は除去される一方で、除去される残留燃料と溜まっていく残留燃料とを比較して後者が大きくなると、引き寄せられた一部の燃料、または接触している一部の燃料が、座ぐり部４２の空隙部４２１に溜まり続けることになり、燃料が通路孔４に付着するコーキングが生じるおそれがある。第２に、コアンダ効果によって、噴霧が座ぐり部４２の内壁面４２２に引き寄せられると、通路孔４から噴射される噴霧の形状が変化する。噴霧の形状が変化することにより、燃焼室内にて、所望の箇所に燃料を噴射する際の噴霧の噴射方向の力であるペネトレーションや、拡散性が変化するため、燃料室内の噴霧を圧力などによって制御することが困難となる。

以上の現象が生じるおそれがあるため、本出願人は、コアンダ効果により、噴霧が座ぐり部４２の内壁面４２２に引き寄せられる現象を抑制するような各種寸法で通路孔４を設けることにより、噴霧が通路孔４の影響を受けずに形状が変化せず、噴霧を効果的に制御することできるという知見を得た。すなわち、噴孔４１から噴射された噴霧の外縁部Ｓｅ１と最近接点４２３との距離と、噴孔４１と最近接点４２３との距離との割合が所定の割合以上となった際に、コアンダ効果により座ぐり部４２の内壁面４２２に引き寄せられる効果が生じるため、該効果を抑制するように、上記噴孔４１から噴射された噴霧の外縁部Ｓｅ１と最近接点４２３とにおいて噴孔４１の軸方向に対する垂直方向の距離と、噴孔４１と最近接点４２３との距離との割合を、所定の割合より小さくなるように通路孔４を設けている。これにより、燃料が通路孔４に詰まるコーキングを抑制することができるとともに、噴霧形状の不安定化を抑制することができる。

次に、本実施形態の効果を検証するべく、対象Ａ乃至対象Ｈの座ぐり部４２を設けた通路孔４を用意し、噴射圧力Ｐｒを２５Ｍｐａから２５０Ｍｐａの範囲内において、一つの対象につきＴｅｓｔ１乃至Ｔｅｓｔ４まで計測した。本実験結果について、図４及び図５を用いて説明する。本実験では、各対象Ａ乃至対象Ｈの寸法Ｒ、及び寸法Ｌを変化させ、各々に対して噴射角θを計測し、該結果に対してＲ／Ｌ×ｔａｎθ（以下、特性値Ｘと呼ぶ）を算出している。なお、Ｔｅｓｔ１乃至Ｔｅｓｔ４は、それぞれ計測する順番を示しており、Ｔｅｓｔ１が最も圧力が小さく、その値からＴｅｓｔ２、Ｔｅｓｔ３、Ｔｅｓｔ４と実験を重ねる毎に、噴射圧力Ｐｒを上昇させている。すなわち、Ｔｅｓｔ１乃至Ｔｅｓｔ４の中では、Ｔｅｓｔ４が最も高い圧力である。

図４に示されるように、噴射角θは、噴射圧力Ｐｒを大きくするほど、大きくなる傾向があるが、Ｔｅｓｔ２とＴｅｓｔ３とを比較して分かるように、高い圧力の場合でも噴射角θが小さくなる場合がある。しかし、対象Ａ、対象Ｃ、及び対象Ｄについては、Ｔｅｓｔ１乃至Ｔｅｓｔ４のいずれも、コーキングが生じていなかった。これに対して、対象Ｇ、Ｈでは、Ｔｅｓｔ１乃至Ｔｅｓｔ４の全てにおいて、コーキングが生じていた。また、対象Ｂについては、Ｔｅｓｔ３、Ｔｅｓｔ４の高圧側ではコーキングが生じておらず、Ｔｅｓｔ１、Ｔｅｓｔ２の噴射圧力Ｐｒが低圧側では、コーキングが生じていた。また、対象Ｅ、Ｆにおいては、Ｔｅｓｔ１及びＴｅｓｔ２では、噴射圧力Ｐｒが低圧側ではコーキングが生じていなかったが、Ｔｅｓｔ３ではコーキングが生じていた。

ここで、図４の実験結果を用いて、図５に示すように、噴射角θと特性値Ｘとの相関を求め、近似線Ｎｒを作成した。これによれば、特性値Ｘが所定の値よりも小さい範囲では噴射角θが大きくなっており、特性値Ｘが所定の値よりも大きい範囲であれば、特性値Ｘを大きくしても噴射角θが大きくなっていない。これは、座ぐり部４２の内壁面４２２に噴霧が引き寄せられておらず、コアンダ効果が抑制されているからであると考えられる。そして、実験結果によれば、コアンダ効果が抑制されている点は、近似線Ｎｒの傾きが小さくなる点であり、閾線Ｔｈで示した対象ＡのＴｅｓｔ１の特性値Ｘである６．０であると考えられる。すなわち、特性値Ｘが６．０以上であれば、コアンダ効果を抑制し、噴射角θが大きくならずに、コーキングを抑制できることが分かった。そして、コアンダ効果が抑制されていることによって、噴射角θが特性値Ｘが６．０以上の範囲で大きくなることなく所定の噴射角θに収束していき、噴霧形状の不安定化が抑制されていることが分かる。

このように、図５によれば、特性値Ｘを６．０以上の範囲となるように、各種寸法を設けることで、２５Ｍｐａから２５０Ｍｐａの範囲内の圧力においては、特性値Ｘを緩やかに上昇側に推移させても、噴射角θが大きくならずにコアンダ効果を抑制することができる。すなわち、特性値Ｘが６．０以上であれば、コアンダ効果によって引き寄せられる現象を抑制した噴霧を形成することができ、燃料が座ぐり部４２の内壁面４２２に付着することを抑制することができる。また、このような特性値Ｘを有していることによって、噴射角が大きくばらつくことがない。したがって、燃料が通路孔に詰まるコーキングを抑制することができるとともに、噴霧形状の不安定化を抑制することができる。

また、本実施形態では、圧力室５に流入し、通路孔４から噴射される燃料の圧力が２５ＭＰａから２５０ＭＰａであるような燃料噴射弁１に上述した関係式を満たすように形成した通路孔４を設けている。これによれば、燃料の圧力が高い場合であっても、噴霧が座ぐり部４２の内壁面４２２に対して引き寄せられる現象を抑制することができ、効果的にコーキングを抑制することができる。さらに、特にディーゼルエンジンなどの自然着火型の内燃機関では、燃料室内にどのように燃料を噴射するかにより、燃焼特性が変化するため、該燃焼特性を効果的に制御するべく、噴霧形状が意図せず変化することを抑制することが望まれる。このため、噴霧の形状が不安定化することを抑制することによって、効率的な燃焼を実現することができる。

さらに、本実施形態では、通路孔４はノズルボディ２の周方向に複数形成されており、通路孔４の座ぐり部４２は、ノズルボディ２に形成された複数の通路孔４同士が互いに通路孔４出口にて接続されないように形成されている。すなわち、通路孔４は、燃焼室側に開口するまでの経路において、他の通路孔４と干渉しないように設けられている。これにより、ノズルボディ２に座ぐり部４２を設けたことによって、ノズルボディ２の強度が低下することを抑制することができる。また、通路孔４を干渉しないように設けることによって、噴霧同士が衝突して噴霧形状が不安定化することを抑制することができる。

またさらに、本実施形態では、噴孔４１が圧力室５に開口している噴孔入口４１１の径は、噴孔出口４１２の径と同じ大きさで形成されている。圧力室５を通過して通路孔４に流入した燃料は、流路径が小さくなるために流速が早くなる。このために、通路孔４に流入する燃料の流れは、大きく乱れて乱流となる。これに対して、本実施形態のように、噴孔４１が圧力室５に開口している噴孔入口４１１の径が、噴孔出口４１２の径と同じ大きさで形成されていることにより、噴孔４１で燃料が層流に整流されて乱流を抑制し、径を変化させることで噴孔４１の整流効果を制御することが可能となる。これにより噴霧の変化を抑え、噴霧の形状の不安定化を抑制することができる。

加えて、本実施形態において、座ぐり部４２の内壁面４２２は、噴孔４１の軸中心線Ａｘ１と平行に形成された壁面であり、通路孔４は、一つの座ぐり部４２を有するとともに最近接点４２３が通路孔出口の外周部に設けられるように形成されている。これによれば、通路孔４出口に設けられる一つの座ぐり部４２の凹みの深さと径とを定めることによって、容易に関係式を満たすような座ぐり部４２を設けることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、説明する。第２実施形態では、図６に示されているように、第１実施形態と比較して、噴孔４３の構造が異なる。なお、図６は、第１実施形態と同様に説明のための概要図であり、図示した噴射角の大きさや通路孔４の寸法は、実際の寸法とは異なる。

第２実施形態の噴孔４３は、噴孔入口４１１の径が、噴孔出口４１２の径よりも大きく形成されており、噴孔４１の内壁面は、噴孔入口４１１から噴孔出口４１２にかけて傾くように設けられている。このように噴孔４３を設けても、噴孔出口４１２の外周部４１３から、最近接点４２３までの噴孔４３の軸線に対する垂直方向においての最短距離をＲとし、噴孔出口４１２から、最近接点４２３までの軸方向の軸線上の最短距離をＬ、噴射角θ２としたときに、噴孔４３、及び座ぐり部４２のＲ／（Ｌ×ｔａｎθ２）の値が６．０より大きい値となるように通路孔４を設けることにより、燃料が通路孔４に詰まるコーキングを抑制することができるとともに、噴霧形状の不安定化を抑制することができる。

また、噴孔入口４１１の径が、噴孔出口４１２の径よりも大きく形成されていることにより、圧力室５から流入した燃料が噴孔出口４１２に向かって通過する断面積が小さくなるため、通路孔４内において流速が上昇する。これにより、噴孔出口４１２から座ぐり部４２を通って燃料室に至る噴霧の速度と力が上昇する。故に、ペネトレーションが向上して、燃料室内において、燃料を遠くまで噴射させることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、説明する。第３実施形態では、図７に示されているように、第１実施形態と比較して、座ぐり部４４の構造が異なる。なお、図７は、第１実施形態と同様に説明のための概要図であり、図示した噴射角の大きさや通路孔４の寸法は、実際の寸法とは異なる。

第３実施形態の座ぐり部４４は、座ぐり部４４の軸中心線Ａｘ２が、噴孔４１の軸中心線Ａｘ１に対してオフセットされるように設けられている。このように座ぐり部４４を設けると、座ぐり部４４の軸線Ａｘ２を噴孔４１の軸線Ａｘ１に対してオフセットした側の座ぐり部４４の内壁面４２２には、最近接点４２３が生じない。また、噴孔４１の軸線Ａｘ１と座ぐり部４４の軸線Ａｘ２とをオフセットしたことにより、噴霧の中心軸と、座ぐり部４４の中心軸とも異なるために、噴霧の径と座ぐり部の径とが異なることになる。これにより、最近接点４２３は座ぐり部４４の内壁面４２２において一点のみ現われることとなるために、噴孔出口４１２の外周部４１３から、最近接点４２３までの噴孔４１の軸線に対する垂直方向においての最短距離をＲとし、噴孔出口４１２から、最近接点４２３までの軸方向の軸線上の最短距離をＬとしたときの特性値Ｘの算出が容易となる。また、座ぐり部４４の径が大きいために、燃料が空隙部に溜まっても目詰まりを起こし難い。したがって、燃料が通路孔４に詰まるコーキングを抑制することができるとともに、噴霧形状の不安定化を抑制することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明のそれぞれの実施形態について説明したが、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において種々の実施形態に適用することができる。なお、図８、及び図９は説明のための概要図であり、図示した噴射角の大きさや、通路孔４の寸法は、実際の寸法とは異なる。

例えば、図８に示される変形例１では、座ぐり部４５の内壁面４２２を通路孔４の出口に向けて径が大きくなるようなテーパ状に形成している。このように設けても、噴孔出口４１２の外周部４１３から最近接点４２３までの、噴孔４１の軸線に対する垂直方向においての最短距離Ｒ、噴孔出口４１２から、最近接点４２３までの噴孔４１の軸線上の最短距離Ｌ、及び噴孔４１の軸中心に対して噴孔出口４１２から噴射される噴霧の外縁部Ｓｅ１によって形成される角度のうち、小さい方の角度θ４が第１実施形態乃至第３実施形態に示されるような関係式を満たすように噴孔４１、及び座ぐり部４５を設けることにより、座ぐり部４５の内壁面４２２と噴霧との間で生じるコアンダ効果のうち、噴霧が座ぐり部４５の内壁面４２２に引き寄せられる現象を抑制することができる。

また、例えば、図９に示される変形例２では、径の異なる複数の座ぐり部１４２、２４２、３４２を一つの通路孔に設けている。このように設けた場合には、最近接点４２３が、最も噴孔４１に近い第１座ぐり部１４２と、第１座ぐり部１４２に連通する第２座ぐり部２４２との間の角部に現出する。

このように設けても、第１実施形態乃至第３実施形態のように第１実施形態乃至第３実施形態に示されるような関係式を満たすように噴射角θ５や、所定の寸法を有した噴孔４１と複数の座ぐり部１４２、２４２、３４２とが設けられることにより、座ぐり部１４２、２４２、３４２の内壁面と噴霧の間で生じるコアンダ効果のうち、噴霧が座ぐり部１４２、２４２、３４２の内壁面４２２に引き寄せられる現象を抑制することができる。

またさらに、例えば変形例３では、噴孔４１及び座ぐり部４２の径方向断面は、いずれかが楕円であっても良い。楕円に設けた場合でも、最近接点４２３は、噴霧の外縁部Ｓｅ１と内壁面４２２との距離が最も小さい楕円の短径側内壁面上の点となり、噴孔出口４１２から噴孔４１の軸線に対する垂直方向においての最短距離Ｒは、楕円の短径（すなわち、最も距離が短い）となる。そして、噴孔出口４１２から、最近接点４２３までの噴孔４１の軸線上の最短距離Ｌ、及び噴孔４１の軸中心に対して噴孔出口４１２から噴射される噴霧の外縁部Ｓｅ１によって形成される角度のうち、小さい方の角度θとしたときに、その関係が第１実施形態乃至第３実施形態に示す関係式となるように噴孔４１及び座ぐり部４２を設ければ良い。

１ 燃料噴射弁、２ ノズルボディ、２１ サック部、３ ノズルニードル、４ 通路孔、４１、４３ 噴孔（第１孔部）、４１１ 噴孔入口（第１孔部入口）、４１２ 噴孔出口（第１孔部出口）、４１３ 噴孔出口の外周部（第１孔部出口外周部）、４２、４４、４５、１４２、２４２，３４２ 座ぐり部（第２孔部）、４２１ 空隙部、４２２ 内壁面、４２３ 最近接点、５ 圧力室、６ シム、７１ 第１スプリング、７２ 第２スプリング、８ オリフィスプレート、８１ オリフィス、９ 制御室、１０ 圧力制御部、Ａｘ１ 噴孔の軸中心線、Ａｘ２ 座ぐり部の軸中心線、Ｎｒ 近似線。

Claims (7)

1. 筒状のノズルボディ（２）と、
   前記ノズルボディの内部を軸方向に移動するノズルニードル（３）と、
   前記ノズルニードルと前記ノズルボディとの間に形成されて燃料が流入する空間である圧力室（５）と、
   前記ノズルボディの内燃機関の気筒側に形成され、前記圧力室と前記気筒内とを連通する通路孔（４）と、を備え、
   前記圧力室に流入した燃料を、前記通路孔から前記気筒内に噴射する燃料噴射弁であって、
   前記通路孔は、前記圧力室に開口する第１孔部（４１）と、該第１孔部に連通し前記第１孔部よりも径方向に拡がって前記気筒内に開口する第２孔部（４２）とを有し、
   前記第１孔部が前記第２孔部に開口している第１孔部出口（４１２）の外周部（４１３）から、前記第１孔部出口から前記気筒内に噴射される燃料の噴霧（Ｓｅ１）の外縁部と最も近接する前記第２孔部の内壁面（４２２）上の最近接点（４２３）までの、前記第１孔部の軸中心線（Ａｘ１）に対する垂直方向においての最短距離をＲ（ｍｍ）、
   前記第１孔部出口から、前記最近接点までの前記第１孔部の前記軸中心線に平行な距離をＬ（ｍｍ）、
   前記第１孔部の前記軸中心線に対して前記第１孔部出口から気筒内に噴射される燃料の噴霧の前記外縁部によって形成される角度のうち、小さい方の角度をθ（°）としたとき、
   前記通路孔は、燃料が前記通路孔から噴射している噴射期間中において、
   Ｒ ／（Ｌ×ｔａｎθ）＞６．０
   の関係式を満たすように形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記圧力室に流入する燃料の圧力Ｐｒは、
   ２５ＭＰａ≦Ｐｒ≦２５０ＭＰａ
   であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記通路孔は、前記ノズルボディの周方向に複数形成されており、
   前記通路孔の前記第２孔部は、前記ノズルボディに形成された複数の通路孔同士が互いに第２孔部出口（４２４）にて接続されないように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記第１孔部が前記圧力室に開口している第１孔部入口（４１１）の径は、前記第１孔部出口（４１２）の径と同じ大きさであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載された燃料噴射弁。
5. 前記第１孔部が前記圧力室に開口している第１孔部入口（４１１）の径は、前記第１孔部出口（４１２）の径よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載された燃料噴射弁。
6. 前記第２孔部の前記内壁面は、前記第１孔部の前記軸中心線と平行に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の燃料噴射弁。
7. 前記第２孔部の軸中心線（Ａｘ２）は、前記第１孔部の前記軸中心線に対して径方向にオフセットされていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の燃料噴射弁。
   

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