(57)【要約】  燃料噴射弁は、噴孔が設けられたノズルボディと、ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料導入路を形成するとともに、前記ノズルボディ内のシート部に着座するニードルと、前記シート部よりも上流側に設けられ、前記燃料導入路から導入される燃料に前記ニードルの摺動方向に対して旋回する流れを付与する旋回流生成部と、前記シート部よりも下流側に設けられ、前記旋回流生成部において生成された旋回流の旋回速度を増大させる旋回増速部と、前記旋回増速部よりも下流側に設けられ、前記旋回増速部を通過することによって発生する気泡を貯留する気泡溜まり部と、を備える。前記噴孔は、前記気泡溜まり部に開口する。
2012086006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔が設けられたノズルボディと、
前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料導入路を形成するとともに、前記ノズルボディ内のシート部に着座するニードルと、
前記シート部よりも上流側に設けられ、前記燃料導入路から導入される燃料に前記ニードルの摺動方向に対して旋回する流れを付与する旋回流生成部と、
前記シート部よりも下流側に設けられ、前記旋回流生成部において生成された旋回流の旋回速度を増大させる旋回増速部と、
前記旋回増速部よりも下流側に設けられ、前記旋回増速部を通過することによって発生する気泡を貯留する気泡溜まり部と、を備え、
前記噴孔は、前記気泡溜まり部に開口することを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項２】
前記噴孔は、前記気泡溜まり部における前記ニードルの摺動軸から最も離れた点を含む領域に開口することを特徴とした請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ニードルの摺動軸及び前記噴孔の軸を含む断面に前記噴孔の第１縁部及び第２縁部を表したときに、前記第１縁部は、前記気泡溜まり部における前記ニードルの摺動軸から最も離れた点と一致し、前記第２縁部は前記第１縁部よりも前記摺動軸側に位置することを特徴とした請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記噴孔は、前記旋回流生成部によって生成された旋回流の旋回方向に沿う方向に延びる順方向噴孔と、前記旋回流の旋回方向に逆行する方向に延びる逆方向噴孔と、前記旋回流の旋回方向と交差する方向に延びる交差方向噴孔の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とした請求項１乃至３のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記旋回増速部に向かって、燃焼室内の既燃ガスを導入する気体導入孔を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記気体導入孔は、前記ノズルボディに装着された多孔質の筒状部材に形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記ニードルは、前記気体導入孔と対向する位置に貯気室を備えたことを特徴とする請求項５又は６記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関に関し、ＣＯ２低減及びエミッション低減のため、過給リーン、大量ＥＧＲ及び予混合自着火燃焼の研究が盛んに行われている。これらの研究によると、ＣＯ２低減及びエミッション低減の効果を最大限に引き出すには、より燃焼限界近傍において安定した燃焼状態を得る必要がある。また、石油燃料の枯渇化が進む中、バイオ燃料など多種の燃料でも安定して燃焼できるロバスト性が要求される。このような安定した燃焼を得るのに最も重要な点は混合気の着火ばらつきを低減することや膨張行程で燃料を燃やしきる速やかな燃焼が必要とされる。【０００３】
また、内燃機関の燃料供給において、過度応答性の向上、気化潜熱による体積効率向上や低温での触媒活性化用の大幅な遅角燃焼のために燃焼室内へ燃料を直接噴射する筒内噴射方式が採用されている。ところが、筒内噴射方式を採用することにより、噴霧燃料が液滴のまま燃焼室壁に衝突して起こるオイル希釈や、液状燃料で噴射弁の噴孔周りに生成されるデポジットによる噴霧悪化により燃焼変動が助長されていた。【０００４】
このような筒内噴射方式の採用により生じるオイル希釈や噴霧悪化の対策をするとともに、着火ばらつきを低減し安定した燃焼を実現するには、燃焼室内の燃料が速やかに気化するように、噴霧を微粒化することが重要となる。【０００５】
燃料噴射弁から噴射される噴霧の微粒化には薄膜化した液膜のせん断力によるもの、流れの剥離で発生するキャビテーションによるもの、超音波の機械的振動で表面に付着した燃料を微粒化するものなどが知られている。【０００６】
特許文献１には、ノズル本体の中空穴の壁面と針弁の摺動面との間に形成された螺旋状通路を通った燃料を環状チャンバである燃料溜まりにおいて回転流とする燃料噴射ノズルが提案されている。この燃料噴射ノズルは、燃料溜まり内で回転する燃料を燃料溜まりの下流に設けられ、末広のテーパ面を有する単噴孔から燃料を噴射する。噴射された燃料は分散され、空気との混合が促進される。【０００７】
特許文献２には、気泡発生流路と気泡保持流路との圧力差を利用して発生させた気泡を混合した燃料を噴射し、噴射後の燃料において気泡が崩壊するエネルギーにより燃料を微粒化する燃料噴射弁が記載されている。【０００８】
このように、燃料噴射ノズル、燃料噴射弁に対し、種々の提案がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１４１１８３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７７１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、燃料噴射弁の燃焼室への種々の装着態様を考慮すると、燃料噴射弁による燃料噴射方向は、自由度が高いことが望まれる。例えば、いわゆるサイド噴射弁とするときは、燃料噴射方向は、側方であることが望ましい。【００１１】
しかしながら、前記特許文献１に開示された燃料噴射ノズルにおける噴孔は、ニードルの摺動方向と一致しているため、所望の方向への燃料噴射に対応することが困難であると考えられる。【００１２】
そこで本発明は、燃料の微粒化を図りつつ、燃料を所望の方向へ噴射することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本明細書開示の燃料噴射弁は、噴孔が設けられたノズルボディと、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料導入路を形成するとともに、前記ノズルボディ内のシート部に着座するニードルと、前記シート部よりも上流側に設けられ、前記燃料導入路から導入される燃料に前記ニードルの摺動方向に対して旋回する流れを付与する旋回流生成部と、前記シート部よりも下流側に設けられ、前記旋回流生成部において生成された旋回流の旋回速度を増大させる旋回増速部と、前記旋回増速部よりも下流側に設けられ、前記旋回増速部を通過することによって発生する気泡を貯留する気泡溜まり部と、を備え、前記噴孔は、前記気泡溜まり部に開口することを特徴としている。【００１４】
燃料による旋回流を増速させることによって、旋回流の中心部に気柱を発生させることができる。発生した気柱と燃料との境界において微細気泡が発生する。発生した微細気泡は、噴孔から噴射され、その後、破裂して噴霧燃料を微細化する。このように、噴霧燃料の微粒化が図られる。ノズルボディ内で生成された気泡は、一旦気泡溜まり部に貯留される。噴孔は、この気泡溜まり部に開口していればよく、所望の方向に向けて設けることができ、燃料噴射方向の自由度が高い。すなわち、噴孔の軸（噴孔軸）とニードルの摺動方向（摺動方向に延びる摺動軸）とをずらすことができるため、燃料噴射方向の自由度が高くなる。【００１５】
前記噴孔は、前記気泡溜まり部における前記ニードルの摺動軸から最も離れた点を含む領域に開口することが望ましい。一旦、気泡溜まり内に貯留された気泡は、気泡溜まり内で旋回することにより、その気泡径に応じて分離される。すなわち、径の大きい気泡が気泡溜まり部の中心部に集まり、径の小さい気泡は気泡溜まりの外側に追いやられる。径の小さい気泡が集まる部位に噴孔を開口させることにより、径の小さい微細気泡を噴射し、微細な噴霧とすることができる。【００１６】
前記ニードルの摺動軸及び前記噴孔の軸を含む断面に前記噴孔の第１縁部及び第２縁部を表したときに、前記第１縁部は、前記気泡溜まり部における前記ニードルの摺動軸から最も離れた点と一致し、前記第２縁部は前記第１縁部よりも前記摺動軸側に位置することができる。【００１７】
気泡溜まり部内の旋回流の速度分布は、ニードルの摺動軸からの距離に応じて異なる。このため、噴孔が旋回流の速度が異なる領域にまたがって開口することにより、噴孔内においても旋回流を生じさせることができる。すなわち、燃料の噴孔への流入速度が開口の縁部の位置によって不均一となることにより、噴孔内へ流入する燃料によって旋回流が形成される。噴孔内で旋回流が形成されると、その遠心力により、噴霧角が拡大する。噴霧角が大きくなると、噴射された気泡が密集した状態で含まれる燃料の層が薄くなって、その後の噴霧の分裂が促進される。【００１８】
前記噴孔は、前記旋回流生成部によって生成された旋回流の旋回方向に沿う方向に延びる順方向噴孔と、前記旋回流の旋回方向に逆行する方向に延びる逆方向噴孔と、前記旋回流の旋回方向と交差する方向に延びる交差方向噴孔の少なくともいずれか一つを含むことができる。【００１９】
順方向噴孔は、燃料の旋回流の動圧によって貫徹力が強化される。逆方向噴孔から噴射された噴霧の貫徹力は抑制される。交差方向噴孔により噴射された噴霧の貫徹力は、順方向噴孔による噴霧と逆方向噴孔による噴霧との間とすることができる。【００２０】
本明細書開示の燃料噴射弁は、前記旋回増速部に向かって、燃焼室内の既燃ガスを導入する気体導入孔を備えることができる。【００２１】
燃料噴射弁内で燃料の旋回流を発生させ、効率よく気泡を発生させるためには、燃料噴射弁内、特に、旋回増速部に向かって気体を供給することが望ましい。燃料噴射弁内に気体を導入するために、ニードル内に気体供給通路を設けることもできるが、構造が複雑となることが懸念される。そこで、燃焼室内の既燃ガスを燃料噴射弁内に導入することにより、簡素な構成で、効率的に気泡を発生させることができる。【００２２】
前記気体導入孔は、前記ノズルボディに装着された多孔質の筒状部材に形成することができる。多孔質部材を気体が通過することにより、燃料の気泡を効率よく生成することができる。これにより大量の気泡を生成し、燃料中に混入することができる。【００２３】
前記ニードルは、前記気体導入孔と対向する位置に貯気室を備えることができる。燃料は、旋回することにより、負圧を発生させ、気柱を形成することができる。そして、この気柱の界面、すなわち、気体と燃料との境界において、気泡を発生させることができる。貯気室を設けることにより、気体導入孔から導入された既燃ガスと貯気室内の気体とが合流して気柱が長くなる。気柱が長くなると、その分、界面の面積が大きくなり、気泡の発生量を増加させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本明細書に開示された燃料噴射弁によれば、噴孔を気泡溜まり部に開口させるようにしたので、燃料噴射方向の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、実施例の燃料噴射弁を搭載したエンジンシステムの一構成例を示す説明図である。
【図２】図２は、実施例の燃料噴射弁の要部を断面として示した説明図である。
【図３】図３は、実施例の燃料噴射弁の先端部分を示した説明図であり、図３（Ａ）は開弁状態を示す図であり、図３（Ｂ）は下面視を示す図面である。
【図４】図４は、気泡溜まり部の最外部を示す説明図である。
【図５】図５は、他の燃料噴射弁の先端部分を示した説明図である。
【図６】図６は、他の実施例の燃料噴射弁の先端部を示した説明図であり、図６（Ａ）は、開弁状態を示す図であり、図６（Ｂ）は、下面視である。
【図７】図７は、他の実施例の燃料噴射弁の先端部を示した説明図であり、図７（Ａ）は、開弁状態を示す図であり、図７（Ｂ）は、下面視である。
【図８】図８は、他の実施例の燃料噴射弁の先端部を示した説明図であり、図８（Ａ）は、開弁状態を図８（Ｂ）におけるＢ−Ｂ線で断面として示す図であり、図８（Ｂ）は、下面視である。
【図９】図９は、他の燃料噴射弁のニードルの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されている場合もある。
【実施例１】
【００２７】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の燃料噴射弁３０を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジン１０００の一部の構成のみが示されている。【００２８】
図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１０００を備えており、エンジン１０００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０を備えている。エンジンシステム１は、エンジン１０００の燃焼室１１内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３０を備えている。エンジンＥＣＵ１０は、制御部の機能を備える。エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ  Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。【００２９】
エンジン１０００は、車両に搭載されるエンジンであって、燃焼室１１を構成するピストン１２を備えている。ピストン１２は、エンジン１０００のシリンダに摺動自在に嵌合されている。そして、ピストン１２は、コネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフトに連結されている。【００３０】
吸気ポート１３から燃焼室１１内へ流入した吸入空気は、ピストン１２の上昇運動により燃焼室１１内で圧縮される。エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサからのピストン１２の位置、および吸気カム角センサからのカム軸回転位相の情報に基づき、燃料噴射タイミングを決定し燃料噴射弁３０に信号を送る。燃料噴射弁３０は、エンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された噴射タイミングで燃料を噴射する。燃料噴射弁３０より噴射された燃料は、霧化して圧縮された吸入空気と混合される。そして、吸入空気と混合された燃料は、点火プラグ１８によって点火されることで燃焼し、燃焼室１１内を膨張させてピストン１２を下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフトの軸回転に変更されることにより、エンジン１０００は動力を得る。【００３１】
燃焼室１１には、それぞれ燃焼室１１と連通する吸気ポート１３と、吸気ポート１３に連結し、吸入空気を吸気ポート１３から燃焼室１１へと導く吸気通路１４とが接続されている。更に、各気筒の燃焼室１１には、それぞれ燃焼室１１と連通する排気ポート１５と、燃焼室で発生した排気ガスをエンジン１０００の外部へと導く排気通路１６が接続されている。吸気通路１４には、サージタンク２２が配置されている。【００３２】
吸気通路１４には、エアフロメータ、スロットルバルブ１７およびスロットルポジションセンサが設置されている。エアフロメータおよびスロットルポジションセンサは、それぞれ吸気通路１４を通過する吸入空気量、スロットルバルブ１７の開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気ポート１３および燃焼室１１へ導入される吸入空気量を認識し、スロットルバルブ１７の開度を調整することで吸入空気量を調節する。【００３３】
排気通路１６には、ターボチャージャ１９が設置されている。ターボチャージャ１９は、排気通路１６を流通する排気ガスの運動エネルギーを利用してタービンを回転させ、エアクリーナーを通過した吸入空気を圧縮してインタークーラーへと送り込む。圧縮された吸入空気は、インタークーラーで冷却された後に一旦サージタンク２２に貯留され、その後、吸気通路１４へと導入される。この場合、エンジン１０００は、ターボチャージャ１９を備える過給機付エンジンに限られず、自然吸気（Ｎａｔｕｒａｌ  Ａｓｐｉｒａｔｉｏｎ）エンジンであってもよい。【００３４】
ピストン１２は、その頂面にキャビティを有する。キャビティは、燃料噴射弁３０の方向から点火プラグ１８の方向へと連続するなだらかな曲面によってその壁面が形成されており、燃料噴射弁３０から噴射された燃料を壁面形状に沿って点火プラグ１８近傍へと導く。この場合、ピストン１２は、その頂面の中央部分に円環状にキャビティが形成されるリエントラント型燃焼室等、エンジン１０００の仕様に応じて任意の位置・形状でキャビティを形成することができる。【００３５】
燃料噴射弁３０は、吸気ポート１３下部の燃焼室１１に装着されている。燃料噴射弁３０は、エンジンＥＣＵ１０の指示に基づいて、燃料ポンプから燃料流路を通じて高圧供給された燃料をノズルボディ３１先端部に設けられた噴孔３３より燃焼室１１内へ直接噴射する。噴射された燃料は、燃焼室１１内で霧化し吸入空気と混合されつつキャビティの形状に沿って点火プラグ１８近傍へと導かれる。燃料噴射弁３０のリーク燃料は、リリーフ弁からリリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。【００３６】
この燃料噴射弁３０は、吸気ポート１３下部に限られず燃焼室１１の任意の位置に設置することができる。例えば、燃焼室１１の中央上側から噴射するように配置することもできる。【００３７】
なお、エンジン１０００は、ガソリンを燃料とするガソリンエンジン、軽油を燃料とするディーゼルエンジン、ガソリンとアルコールとを任意の割合で混合した燃料を使用するフレキシブルフューエルエンジンのいずれでもよい。また、その他、燃料噴射弁によって噴射可能などのような燃料を用いるエンジンであってもよい。エンジンシステム１は、エンジン１０００と複数の電動モータとを組み合わせたハイブリッドシステムであってもよい。【００３８】
次に、本発明の一実施例である燃料噴射弁３０の内部構成について詳細に説明する。図２は、実施例１の燃料噴射弁３０の要部を断面として示した説明図である。図３は、実施例の燃料噴射弁３０の先端部分を示した説明図であり、図３（Ａ）は開弁状態を示す図であり、図３（Ｂ）は下面視を示す図面である。図４は、気泡溜まり部４７の最外部を示す説明図である。【００３９】
燃料噴射弁３０は、ノズルボディ３１、ニードル３２、駆動機構４５を備えている。駆動機構４５はニードル３２の摺動動作を制御する。駆動機構４５は、圧電素子、電磁石などを用いたアクチュエータやニードル３２へ適切な圧力を付与する弾性部材など、ニードル３２が動作するのに適する部品を備えた従来から知られる機構である。以下の説明において、先端側とは図面中の下側を示し、基端側とは図面中の上側を示すこととする。【００４０】
ノズルボディ３１は、本体部３１ａとその先端部に装着されるノズルプレート３１ｂとに分割することができる。ノズルボディ３１の先端部、具体的には、ノズルプレート３１ｂには噴孔３３が設けられている。噴孔３３は、ニードル３２の摺動軸Ａｘ１と交差する噴孔軸Ａｘ２に沿って穿設されている。ノズルボディ３１の内部には、ニードル３２が着座するシート部３４が形成されている。ニードル３２は、ノズルボディ３１内に摺動自在に配置されることによって、ノズルボディ３１との間に燃料導入路３６を形成する。そして、ノズルボディ３１内のシート部３４に着座することによって燃料噴射弁３０を閉弁状態とする。ニードル３２は、駆動機構４５により上方に引き上げられ、シート部３４から離座することによって開弁状態となる。シート部３４は、噴孔３３から奥まった位置に設けられている。【００４１】
燃料噴射弁３０は、シート部３４よりも上流側に設けられ、燃料導入路３６から導入される燃料にニードル３２の摺動軸Ａｘ１に沿う方向（摺動方向）に対して旋回する流れを付与する旋回流生成部３２ａを備えている。旋回流生成部３２ａは、ニードル３２の先端部に設けられている。旋回流生成部３２ａは、ニードル３２の基端側と比較して径が拡大されている。旋回流生成部３２ａの先端部分がシート部３４に着座する。このように、旋回流生成部３２ａは、開弁時及び閉弁時にシート部３４よりも上流側に位置する。【００４２】
旋回流生成部３２ａは、螺旋溝３２ｂを備えている。燃料導入路３６から導入される燃料がこの螺旋溝３２ｂを通過することによって、燃料の流れに旋回成分が付与され、燃料の旋回流が生成される。【００４３】
燃料噴射弁３０は、シート部４よりも下流側に設けられ、旋回流生成部３２ａにおいて生成された旋回流の旋回速度を増大させる旋回増速部３５を備えている。旋回増速部３５は、シート部３４よりも下流部に位置する最小絞り部に向かって内周径が縮径して形成されている。ここで、最小絞り部は、シート部３４よりも下流部において、最も内周径が小さい位置に相当する。【００４４】
燃料噴射弁３０は、旋回増速部３５に向かって、燃焼室１１内の既燃ガスを導入する気体導入孔３８を備えている。具体的には、ノズルプレート３１ｂに旋回増速部３５に向かって延びる凸状の筒状部が設けられ、この筒状部の内部に気体導入孔３８が設けられている。気体導入孔３８は旋回増速部３５と対向する開口３８ａを備えている。このように、本実施例の燃料噴射弁は、気柱ＡＰを形成するために燃料噴射弁３０内に気体を導入する各別な構造を備える必要がないため、簡易な構成とすることができ、コスト面でも有利である。【００４５】
旋回増速部３５は、シート部３４と噴孔３３との間に形成され、旋回流生成部３２ａを通過して旋回状態となった燃料の旋回速度を加速させる。旋回増速部３５は、旋回速度生成部３２ａで生成された旋回流の回転半径を徐々に狭める。旋回流は、縮径された狭い領域に流入することで、旋回速度が増す。旋回速度が増した旋回流は、図３（Ａ）に示すように気柱ＡＰを形成する。気柱ＡＰは、旋回増速部３５内で旋回流が加速し、その強い旋回流の旋回中心部に負圧が発生することによって形成される。負圧が発生するとノズルボディ３１の外部の空気が気体導入孔３８を通じて積極的にノズルボディ３１内に吸引される。これによりノズルボディ３１内に安定して気柱ＡＰが発生する。こうして発生した気柱ＡＰと燃料との界面において気泡が生成する。生成した気泡は一旦後述する気泡溜まり部３７内に貯留される。そして、その後、噴孔３３から噴射される。【００４６】
燃料噴射弁３０は、旋回増速部３５よりも下流側に設けられ、旋回増速部３５を通過することによって発生する気泡を貯留する気泡溜まり部３７を備えている。気泡溜まり部３７は、摺動軸Ａｘ１と平行する壁面を備えている。この壁面は、摺動軸Ａｘ１から最も離れた点を含んでいる。そして、噴孔３３は、この気泡溜まり部３７におけるニードル３２の摺動軸Ａｘ１から最も離れた点を含む領域に開口している。気泡溜まり部３７内において燃料は旋回を継続する。旋回増速部３５で生成され、燃料に含まれる気泡は、一旦、気泡溜まり部３７内に貯留された気泡は、気泡溜まり部３７内で旋回することにより、その気泡径に応じて分離される。すなわち、径の大きい気泡が気泡溜まり部３７の中心部に集まり、径の小さい気泡は気泡溜まり部３７の外側に追いやられる。径の小さい気泡が集まる部位に噴孔３３を開口させることにより、径の小さい微細気泡を噴射し、微細な噴霧とすることができる。【００４７】
本実施例の燃料噴射弁３０は、燃料の旋回流の遠心力によって噴霧角を広角とすることができる。これにより、燃料噴射弁３０は、空気との混合を促進することができる。また、噴霧に気泡、すなわち、圧縮性ガスを含むため、音が伝搬する臨界速度（音速）が小さくなる。燃料の流速は、音速を越えることができないという物理的性質のため、音速が遅くなると、燃料の流速が遅くなる。燃料の流速が遅くなると、ペネトレーションが小さくなってボア壁におけるオイル希釈が抑制されるという効果がある。また、気泡を含むことによって燃料の流速が遅くなると、同じ燃料噴射を確保するために噴孔径を大きく設定することになる。噴孔には、デポジットが堆積する。そして、このデポジット堆積に起因して噴射量が変化する。しかしながら、噴孔径が大きく設定され、噴射量が多くなると、デポジット堆積に起因する噴射量の変化（噴射変化量）に対する感度が低下する。すなわち、噴射量に対する噴射変化量の割合が低下することになるため、デポジット堆積に起因する噴射量の変化の影響が小さくなる。【００４８】
また、燃料噴射弁３０は、旋回増速部３５により旋回半径を徐々に縮径するため、安定して気柱ＡＰが発生する。安定して気柱ＡＰが発生すると気柱ＡＰの界面で発生する微細気泡の気泡径のバラツキが抑制される。また、微細気泡を含む燃料噴射の揺らぎが抑制される。この結果、噴射された微細気泡が圧壊（破裂）して形成される燃料粒の粒度分布が縮小し、均質な噴霧を得ることができる。また、気柱ＡＰが安定して形成されることにより、エンジン１０００のサイクル間で燃料の粒度の変動が少ない噴霧を得ることができる。これらは、ＰＭ低減、ＨＣ低減、熱効率向上に資する。さらに、エンジン１０００の燃焼変動の少ない安定した運転が可能となることから、燃費向上、有害排気ガス低減、ＥＧＲ（Exhaust  Gas  Recirculation）の増加、Ａ／Ｆ（空燃比）のリーン化が可能となる。【００４９】
以上のように構成された燃料噴射弁３０は、以下の利点を備える。まず、燃焼室１１内から既燃ガスを導入するため、ノズルボディ３１内へ気体を導入する大掛かりな構成が不要となる。また、最小絞り部は噴孔３３とは別途設けた旋回増速部３５としているため、最小旋回半径を噴孔径とは切り離して決定することができる。すなわち、噴射量等の要請により径の設定が制限を受ける噴孔３３とは別途旋回増速部３５を設けているため、最小絞り部の径、すなわち、最小旋回半径の設定の自由度が増している。最小旋回半径は、発生気泡径に影響を与える旋回周波数に影響を与える。最小旋回半径の設定自由度が増すことにより、旋回周波数を適用するエンジン毎に調整することが可能となるため、エンジン毎に適した噴霧特性を得ることができるようになる。例えば、ボア径の小さいエンジン１０００の場合、旋回増速部３５の径（最小絞り径Ｓｓｍｌ）を小さめに設定し、生成される気泡径を小さくする。これにより、気泡の圧壊時間が短くなり、気泡がボア壁へ衝突する以前に気泡を崩壊させることができる。この結果、ボア壁におけるオイル希釈が抑制される。一方、ボア径の大きいエンジン１０００の場合、旋回増速部３５の径（最小絞り径Ｓｓｍｌ）を大きめに設定し、生成される気泡径を大きくする、これにより、気泡の圧潰時間が長くなり、ペネトレーションを高めることができる。この結果、燃焼室１１内の広範囲に亘って噴霧を行き渡らせ、混合気の均質化を図ることができる。さらに、気泡溜まり部３７に噴孔３３を開口させることができるため、噴射方向の設定の自由度が高い。従って、燃料噴射弁３０の取り付け位置や、取り付け角度の自由度が高く、適用性が高い。【００５０】
このように、噴射後の所望の時期に気泡を破壊させ易いので、燃料噴霧の超微粒化を図り、燃料の気化促進を図ることができる。燃料の気化が促進されると、ＰＭ（Particulate  Matter）低減や、ＨＣ（炭化水素）低減、熱効率の改善を図ることができる。また、燃料噴射弁３０内でのエロージョンを抑制することができる。【００５１】
さらに、シート部５４の下流に設けられる旋回増速部３５の絞り径が小さくすることにより、ニードル３２が着座するシート部３４のシート径を小さくすることが可能となる。このため、エンジン１０００の燃焼時の圧力によってニードル３２が押される力を小さくすることができる。これにより、ニードルが閉じているときの燃料シール（締め切り圧）を確保するためのニードル３２の取り付け荷重を小さくすることができる。この結果、燃料噴射弁３０の駆動が容易となり、駆動機構４５の駆動力を低減することができるのでコストの面でも有利となる。【００５２】
図４は、気泡溜まり部３７に代えて気泡溜まり部４７を備えた燃料噴射弁４０の先端部を示している。燃料噴射弁４０は、燃料噴射弁３０と同様に、ノズルプレート４１ｂ、噴孔４３、気体導入孔４８を備えている。燃料噴射弁４０の気泡溜まり部４７の形状は、燃料噴射弁３０の気泡溜まり部３７の形状と異なる。気泡溜まり部４７は、先端側の外径が摺動軸Ａｘ１と平行な直線状である気泡溜まり部３７に対して、先端側が膨らんだ形状を備えている。図中、参照符号４７ａは、ニードルの摺動軸Ａｘ１からの距離が最も遠い点、すなわち、摺動軸Ａｘ１から距離ｒｍａｘ離れた位置を示している。噴孔４３は、この点４７ａを含むように開口している。具体的には、噴孔軸Ａｘ２が点４７ａを通過するように設定されている。気泡溜まり部の形状が異なっている場合であっても、噴孔が摺動軸Ａｘ１から最も離れた点を含む領域に開口することにより、気泡溜まり部の壁面近傍に追いやられる微細な気泡を含んだ燃料を噴射することができる。
【実施例２】
【００５３】
つぎに、実施例２について図５を参照しつつ説明する。図５は、実施例２の燃料噴射弁３０の先端部分を示した説明図である。実施例１と実施例２が異なる点は、以下の通りである。すなわち、実施例２のニードル３２は、気体導入孔３８と対向する位置に貯気室３９を備えている。他の点は、実施例１と実施例２１は同様であるので、共通する構成要素には、図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。【００５４】
貯気室３９は、ニードル３２内に設けられた空胴部である。このように気体導入孔３８と対向する貯気室３９を設けることにより、以下の効果を得ることができる。【００５５】
旋回増速部３５内の旋回流が発生させた負圧によって外部（燃焼室側）から吸引した既燃ガスと貯気室３９内の残留ガスとが合体して気柱ＡＰが形成される。このため、気柱ＡＰの長さが増大する。この結果、気柱ＡＰの界面面積が増大し、気泡生成量が増加する。気泡生成量が増加すると噴霧中の気泡密度が高まり、燃料による気泡の膜圧が薄くなる。膜圧が薄くなれば、破裂時間（圧壊時間）が短縮される。また、噴霧粒径もさらに小さくなるとともに、均質化される。これにより燃焼室首位に液滴燃料が到達しないため、ノッキングが抑制される。【００５６】
さらに、気柱ＡＰ自体も安定して形成される。これによっても噴霧粒径の粒度分布が縮小し、均質化する。この結果、エンジン１０００のサイクル間で燃料の粒度の変動が少ない噴霧を得ることができる。これらは、ＰＭ低減、ＨＣ低減、熱効率向上に資する。さらに、エンジン１０００の燃焼変動の少ない安定した運転が可能となることから、燃費向上、有害排気ガス低減、ＥＧＲ（Exhaust  Gas  Recirculation）の増加、Ａ／Ｆ（空燃比）のリーン化が可能となる。【００５７】
また、ニードル３２に空胴部である貯気室３９を形成することにより、可動部品であるニードル３２の重量を低減することができる。ニードル３２が軽量化されると、ニードル３２の応答性が改善される。また、ニードル３２を駆動する駆動機構４５に要求される出力が低下するため、コストダウンとなる。
【実施例３】
【００５８】
つぎに、実施例３について図６を参照しつつ説明する。図６は、実施例３の燃料噴射弁５０の先端部を示した説明図であり、図６（Ａ）は、開弁状態を示す図であり、図６（Ｂ）は、下面視である。図６（Ａ）は、図６（Ｂ）におけるＡ−Ａ線断面図である。燃料噴射弁５０の基本的な構成は、実施例１の燃料噴射弁３０と共通する。すなわち、燃料噴射弁５０は、本体部５１ａとノズルプレート５１ｂを備えたノズルボディ５１、ニードル５２及びシート部５４を備える。また、燃料噴射弁５０には、燃料導入路５６が形成されている。さらに、燃料噴射弁５０は、旋回流生成部５２ａ、螺旋溝５２ｂを備える点においても燃料噴射弁３０と共通する。また、旋回増速部５５、気泡溜まり部５７を備える点も共通する。さらに、気体導入孔５８を備える点も共通する。【００５９】
燃料噴射弁３０と燃料噴射弁５０とは、以下の点で異なる。すなわち、燃料噴射弁５０が備える気体導入孔５８は、ノズルボディ５１、具体的にはノズルプレート５１ｂに装着された筒状の多孔質部材５９に形成されている。なお、ニードル５２は、実施例２のように貯気室を設けてもよい。なお、実施例３は、噴孔５３ａ、５３ｂを備えているが、実施例１や実施例２のように単一の噴孔を備えたものであってもよい。【００６０】
多孔質部材５９を設けることにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、多孔質部材５９に設けられた気体導入孔５８から多孔質部材５９内へ導入された既燃ガスが、多孔質部材５９の微細孔を通過して多孔質部材５９の外側で旋回する燃料に供給される。このため、効率よく微細気泡を発生させ、旋回流に微細気泡を混入することができる。【００６１】
なお、実施例３の多孔質部材５９の外形寸法は、気泡溜まり部の径の１／４以上に設定されている。これは、以下の理由による。実験によると、気柱ＡＰの直径の噴孔径に対する比率は、０．１２程度であった。一般に、多孔質部材５９の内側から微細孔を通過する気体は、多孔質部材５９の外側に気体が存在していると気体同士で即結合する。このため、気泡は形成されない。気泡を発生させるためには、多孔質部材５９の外側には液体が存在してなければならない。これを考慮すれば、多孔質部材５９の外径は気泡溜まり部５７において形成される気柱ＡＰの直径よりも大きくなければならない。この条件を満たすことができる寸法として、実施例３における多孔質部材５９の外径は、気泡溜まり部５７の径の１／４以上に設定されている。【００６２】
また、多孔質部材５９の外側に燃料が存在している場合であっても、その旋回速度が低下している場合は、多孔質部材５９の微細孔を通過する気体同士が結合し易くなることも考えられる。しかしながら、旋回中心に負圧が発生する程度の旋回流であれば、気体が結合する前に気泡は燃料中に分散されると考えられる。また、超微細気泡は、剛体球と同様に気泡同士の衝突や乱気流との相互作用に際しても変形や合体が起こらない。これは、実験によって確認されている。このため、燃料中に対象の微細気泡を混入することが可能である。
【実施例４】
【００６３】
つぎに、実施例４について図７を参照しつつ説明する。図７は、実施例４の燃料噴射弁７０の先端部を示した説明図であり、図７（Ａ）は、開弁状態を示す図であり、図７（Ｂ）は、下面視である。燃料噴射弁７０の基本的な構成は、実施例１の燃料噴射弁３０と共通する。すなわち、燃料噴射弁７０は、本体部７１ａ及びノズルプレート７１ｂを備えたノズルボディ７１、ニードル７２、噴孔７３及びシート部７４を備える。また、燃料噴射弁７０には、燃料導入路７６が形成されている。また、燃料噴射弁７０は、旋回流生成部７２ａ、螺旋溝７２ｂを備える点においても燃料噴射弁３０と共通する。さらに、気泡溜まり部７７を備える点も共通する。燃料噴射弁３０と燃料噴射弁７０とは、以下の点で異なる。まず、燃料噴射弁７０は、ニードル７２の摺動軸Ａｘ１及び噴孔７３の噴孔軸Ａｘ２を含む断面に噴孔７３の第１縁部７３ａ及び第２縁部７３ｂを表す。このとき、第１縁部７３ａは、気泡溜まり部７７におけるニードル７２の摺動軸Ａｘ１から最も離れた点と一致している。さらに、第２縁部７３ｂは第１縁部７３ａよりも摺動軸Ａｘ１側に位置している。第１縁部７３ａ近傍と第２縁部７３ｂ近傍では、燃料の旋回速度が異なる。【００６４】
第１縁部７３ａと第２縁部７３ｂとがこのような関係を備えることにより、以下の効果を得ることができる。すなわち、噴孔７３内に燃料の旋回流をもたらすことができる。そして、この旋回流によって噴霧角を大きくすることができる。微細気泡は、帯電により斥力が働くため分散する傾向にある。しかし、その一方で、気泡の液膜の表面張力によって互いに離れにくく、分裂が遅くなり、気泡の膜厚にバラツキが生じ、この結果、気泡崩壊後の微細燃料にも斑が生じ、燃料の粒度分布にバラツキが生じることがある。これを回避するためには、噴射後の微細気泡は、速やかに個々に分裂することが望ましい。【００６５】
そこで、第１縁部７３ａと第２縁部７３ｂとを上記のように位置させた噴孔７３とすることにより、噴孔７３内に旋回速度が異なる燃料を導入し、噴孔７３内に旋回流をもたらす。これにより、旋回流の遠心力により噴霧角が大きくなり、噴射された燃料の層が薄くなるので、微細気泡間の表面張力が弱められる。この結果、微細気泡を速やかに分裂させることができる。
【実施例５】
【００６６】
つぎに、実施例５について図８を参照しつつ説明する。図８は、実施例５の燃料噴射弁９０の先端部を示した説明図であり、図８（Ａ）は、開弁状態を図８（Ｂ）におけるＢ−Ｂ線で断面として示す図であり、図８（Ｂ）は、下面視である。燃料噴射弁９０の基本的な構成は、実施例１の燃料噴射弁３０と共通する。すなわち、燃料噴射弁９０は、ノズルボディ９１、ニードル９２、及びシート部９４を備える。また、燃料噴射弁９０には、燃料導入路９６が形成されている。また、燃料噴射弁９０は、旋回流生成部９２ａ、螺旋溝９２ｂを備える点においても燃料噴射弁３０と共通する。また、旋回増速部９５、気泡溜まり部９７を備える点も共通する。燃料噴射弁３０と燃料噴射弁９０とは、以下の点で異なる。すなわち、燃料噴射弁９０は、旋回流生成部９２ａによって生成された旋回流の旋回方向ｆｓに沿う方向に延びる順方向噴孔９３ａを備えている。さらに、燃料噴射弁９０は、旋回流の旋回方向ｆｓに逆行する方向に延びる逆方向噴孔９３ｂ及び旋回流の旋回方向ｆｓと交差する方向に延びる交差方向噴孔９３ｃを備えている。【００６７】
噴孔から噴射される際の噴霧速度は、燃料の音速によって制約される。従って、液状の燃料中に気泡が混入された気液２相流が噴孔より噴射される場合、そのボイド率による音速によって噴霧速度が制約を受ける。このため、実施例５の燃料噴射弁９０は、実施例１〜４の場合と同様に、噴霧速度は遅い。そして、噴霧微粒度も小さいため、噴霧のペネトレーションは低い。【００６８】
一方、燃料噴射弁を燃焼室１１の周辺部に装着し、いわゆるサイド噴射を行うエンジン１０００では、燃料噴射弁と対向するボア壁までの距離が遠い。その一方で、ピストン１２の頂面や燃焼室１１の壁までは近い。このような配置において、燃焼室１１内に満遍なく噴霧し、混合気の均質化を図るためには、ペネトレーションの調整が重要となる。【００６９】
そこで、対向するボア壁に向かう場合は、順方向噴孔９３ａとする。順方向噴孔９３ａは、旋回流の動圧を利用してペネトレーションを高めることができる。一方、ピストン１２の頂面や、燃焼室１１の壁に近い場合は、逆方向噴孔９３ｂとして旋回流の動圧の影響を極力受けないようにしてペネトレーションを弱める。ペネトレーションを弱めることにより、気泡が崩壊する前にピストン１２の頂面や燃焼室１１の壁に到達しないようにして、オイル希釈を抑制しつつ、混合気の均質化を図ることができる。これにより、ＰＭやＨＣを低減することができる。【００７０】
なお、交差方向噴孔９３ｃは、旋回流の動圧を一部受ける態様である。交差する角度を種々変更することにより、動圧の強さを変化させ、これにより、ペネトレーションを調整することができる。【００７１】
順方向噴孔９３ａ、逆方向噴孔９３ｂ及び交差方向噴孔９３ｃは、いずれも気泡溜まり部９７の最外部を含むように開口することが望ましい。これにより、気泡溜まり部９７の最外部に集中する径の小さい微細気泡を噴射することができる。【００７２】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。例えば、図９に示すようなニードル１０２を採用することもできる。ニードル１０２は、外部と通じる気体通路１０２ｃを備えている。気体通路１０２ｃは、気体導入孔３８とともに、又はこれに代えて設けることができる。【００７３】
さらに、旋回流を発生させる螺旋溝は、ニードル側に設けるだけでなく、ノズルボディの内壁側に設けることもできる。もちろん、ノズルボディの内壁側のみに螺旋溝を設けることもできる。
【符号の説明】
【００７４】
１  エンジンシステム
３０、４０、５０、７０、９０  燃料噴射弁
３１、４１、５１、７１、９１  ノズルボディ
３２、５２、７２、９２、１０２  ニードル
３２ａ、５２ａ、７２ａ、９２ａ  旋回流生成部
３２ｂ、５２ｂ、７２ｂ、９２ｂ  螺旋溝
３８、５８  気体導入孔
３９  貯気室
３３、３３ａ、３３ｂ、４３、５３ａ、５３ｂ、７３、９３  噴孔
５９  多孔質部材
７３ａ  第１縁部
７３ｂ  第２縁部
９３ａ  順方向噴孔
９３ｂ  逆方向噴孔
９３ｃ  交差方向噴孔
３４、５４、７４、９４  シート部
３５、５５、７５、９５  旋回増速部
３６、５６、７６、９６  燃料導入路
【図１】
2012086006.tif 000003
【図２】
2012086006.tif 000004
【図３】
2012086006.tif 000005
【図４】
2012086006.tif 000006
【図５】
2012086006.tif 000007
【図６】
2012086006.tif 000008
【図７】
2012086006.tif 000009
【図８】
2012086006.tif 000010
【図９】
2012086006.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月11日(2012.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔が設けられたノズルボディと、
前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料導入路を形成するとともに、前記ノズルボディ内のシート部に着座するニードルと、
前記シート部よりも上流側に設けられ、前記燃料導入路から導入される燃料に前記ニードルの摺動方向に対して旋回する流れを付与する旋回流生成部と、
前記シート部よりも下流側に設けられ、前記旋回流生成部において生成された旋回流の旋回速度を増大させて気柱を発生させる旋回増速部と、
前記旋回増速部よりも下流側に設けられ、前記旋回増速部を通過することによって発生する気泡を貯留する気泡溜まり部と、を備え、
前記噴孔は、前記気泡溜まり部に開口することを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項２】
噴孔が設けられたノズルボディと、
前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料導入路を形成するとともに、前記ノズルボディ内のシート部に着座するニードルと、
前記シート部よりも上流側に設けられ、前記燃料導入路から導入される燃料に前記ニードルの摺動方向に対して旋回する流れを付与する旋回流生成部と、
前記シート部よりも下流側に設けられ、前記旋回流生成部において生成された旋回流の旋回速度を増大させる旋回増速部と、
前記旋回増速部よりも下流側に設けられ、前記旋回増速部を通過することによって発生する気泡を貯留する気泡溜まり部と、
前記旋回増速部に向かって、燃焼室内の既燃ガスを導入する気体導入孔とを備え、
前記気体導入孔は、前記ノズルボディに装着された多孔質の筒状部材に形成され、
前記噴孔は、前記気泡溜まり部に開口することを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項３】
前記噴孔は、前記気泡溜まり部における前記ニードルの摺動軸から最も離れた点を含む領域に開口することを特徴とした請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記ニードルの摺動軸及び前記噴孔の軸を含む断面に前記噴孔の第１縁部及び第２縁部を表したときに、前記第１縁部は、前記気泡溜まり部における前記ニードルの摺動軸から最も離れた点と一致し、前記第２縁部は前記第１縁部よりも前記摺動軸側に位置することを特徴とした請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記噴孔は、前記旋回流生成部によって生成された旋回流の旋回方向に沿う方向に延びる順方向噴孔と、前記旋回流の旋回方向に逆行する方向に延びる逆方向噴孔と、前記旋回流の旋回方向と交差する方向に延びる交差方向噴孔の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とした請求項１乃至４のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記噴孔は、前記旋回流生成部によって生成された旋回流の旋回方向に逆行する方向に延びる逆方向噴孔と、前記旋回流の旋回方向と交差する方向に延びる交差方向噴孔の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とした請求項１乃至４のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記旋回増速部に向かって、燃焼室内の既燃ガスを導入する気体導入孔を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
前記気体導入孔は、前記ノズルボディに装着された多孔質の筒状部材に形成されたことを特徴とする請求項７記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
前記ニードルは、前記気体導入孔と対向する位置に貯気室を備えたことを特徴とする請求項２、７又は８に記載の燃料噴射弁。
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月23日(2013.5.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
【図１】図１は、実施例の燃料噴射弁を搭載したエンジンシステムの一構成例を示す説明図である。
【図２】図２は、実施例の燃料噴射弁の要部を断面として示した説明図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、実施例の燃料噴射弁の先端部分を示した説明図であり、図３（Ａ）は開弁状態を示す図であり、図３（Ｂ）は下面視を示す図面である。
【図４】図４は、気泡溜まり部の最外部を示す説明図である。
【図５】図５は、他の燃料噴射弁の先端部分を示した説明図である。
【図６】図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、他の実施例の燃料噴射弁の先端部を示した説明図であり、図６（Ａ）は、開弁状態を示す図であり、図６（Ｂ）は、下面視である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、他の実施例の燃料噴射弁の先端部を示した説明図であり、図７（Ａ）は、開弁状態を示す図であり、図７（Ｂ）は、下面視である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、他の実施例の燃料噴射弁の先端部を示した説明図であり、図８（Ａ）は、開弁状態を図８（Ｂ）におけるＢ−Ｂ線で断面として示す図であり、図８（Ｂ）は、下面視である。
【図９】図９は、他の燃料噴射弁のニードルの一例を示す説明図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
次に、本発明の一実施例である燃料噴射弁３０の内部構成について詳細に説明する。図２は、実施例１の燃料噴射弁３０の要部を断面として示した説明図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、実施例の燃料噴射弁３０の先端部分を示した説明図であり、図３（Ａ）は開弁状態を示す図であり、図３（Ｂ）は下面視を示す図面である。図４は、気泡溜まり部４７の最外部を示す説明図である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
燃料噴射弁３０は、シート部３４よりも下流側に設けられ、旋回流生成部３２ａにおいて生成された旋回流の旋回速度を増大させる旋回増速部３５を備えている。旋回増速部３５は、シート部３４よりも下流部に位置する最小絞り部に向かって内周径が縮径して形成されている。ここで、最小絞り部は、シート部３４よりも下流部において、最も内周径が小さい位置に相当する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
旋回増速部３５は、シート部３４と噴孔３３との間に形成され、旋回流生成部３２ａを通過して旋回状態となった燃料の旋回速度を加速させる。旋回増速部３５は、旋回流生成部３２ａで生成された旋回流の回転半径を徐々に狭める。旋回流は、縮径された狭い領域に流入することで、旋回速度が増す。旋回速度が増した旋回流は、図３（Ａ）に示すように気柱ＡＰを形成する。気柱ＡＰは、旋回増速部３５内で旋回流が加速し、その強い旋回流の旋回中心部に負圧が発生することによって形成される。負圧が発生するとノズルボディ３１の外部の空気が気体導入孔３８を通じて積極的にノズルボディ３１内に吸引される。これによりノズルボディ３１内に安定して気柱ＡＰが発生する。こうして発生した気柱ＡＰと燃料との界面において気泡が生成する。生成した気泡は一旦後述する気泡溜まり部３７内に貯留される。そして、その後、噴孔３３から噴射される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
燃料噴射弁３０は、旋回増速部３５よりも下流側に設けられ、旋回増速部３５を通過することによって発生する気泡を貯留する気泡溜まり部３７を備えている。気泡溜まり部３７は、摺動軸Ａｘ１と平行する壁面を備えている。この壁面は、摺動軸Ａｘ１から最も離れた点を含んでいる。そして、噴孔３３は、この気泡溜まり部３７におけるニードル３２の摺動軸Ａｘ１から最も離れた点を含む領域に開口している。気泡溜まり部３７内において燃料は旋回を継続する。一旦、気泡溜まり部３７内に貯留された気泡は、気泡溜まり部３７内で旋回することにより、その気泡径に応じて分離される。すなわち、径の大きい気泡が気泡溜まり部３７の中心部に集まり、径の小さい気泡は気泡溜まり部３７の外側に追いやられる。径の小さい気泡が集まる部位に噴孔３３を開口させることにより、径の小さい微細気泡を噴射し、微細な噴霧とすることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
つぎに、実施例２について図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照しつつ説明する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、実施例２の燃料噴射弁３０の先端部分を示した説明図である。実施例１と実施例２が異なる点は、以下の通りである。すなわち、実施例２のニードル３２は、気体導入孔３８と対向する位置に貯気室３９を備えている。他の点は、実施例１と実施例２１は同様であるので、共通する構成要素には、図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
旋回増速部３５内の旋回流が発生させた負圧によって外部（燃焼室側）から吸引した既燃ガスと貯気室３９内の残留ガスとが合体して気柱ＡＰが形成される。このため、気柱ＡＰの長さが増大する。この結果、気柱ＡＰの界面面積が増大し、気泡生成量が増加する。気泡生成量が増加すると噴霧中の気泡密度が高まり、燃料による気泡の膜厚が薄くなる。膜厚が薄くなれば、破裂時間（圧壊時間）が短縮される。また、噴霧粒径もさらに小さくなるとともに、均質化される。これにより燃焼室周囲に液滴燃料が到達しないため、ノッキングが抑制される。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
つぎに、実施例３について図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照しつつ説明する。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、実施例３の燃料噴射弁５０の先端部を示した説明図であり、図６（Ａ）は、開弁状態を示す図であり、図６（Ｂ）は、下面視である。図６（Ａ）は、図６（Ｂ）におけるＡ−Ａ線断面図である。燃料噴射弁５０の基本的な構成は、実施例１の燃料噴射弁３０と共通する。すなわち、燃料噴射弁５０は、本体部５１ａとノズルプレート５１ｂを備えたノズルボディ５１、ニードル５２及びシート部５４を備える。また、燃料噴射弁５０には、燃料導入路５６が形成されている。さらに、燃料噴射弁５０は、旋回流生成部５２ａ、螺旋溝５２ｂを備える点においても燃料噴射弁３０と共通する。また、旋回増速部５５、気泡溜まり部５７を備える点も共通する。さらに、気体導入孔５８を備える点も共通する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
つぎに、実施例４について図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照しつつ説明する。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、実施例４の燃料噴射弁７０の先端部を示した説明図であり、図７（Ａ）は、開弁状態を示す図であり、図７（Ｂ）は、下面視である。燃料噴射弁７０の基本的な構成は、実施例１の燃料噴射弁３０と共通する。すなわち、燃料噴射弁７０は、本体部７１ａ及びノズルプレート７１ｂを備えたノズルボディ７１、ニードル７２、噴孔７３及びシート部７４を備える。また、燃料噴射弁７０には、燃料導入路７６が形成されている。また、燃料噴射弁７０は、旋回流生成部７２ａ、螺旋溝７２ｂを備える点においても燃料噴射弁３０と共通する。さらに、気泡溜まり部７７を備える点も共通する。燃料噴射弁３０と燃料噴射弁７０とは、以下の点で異なる。まず、燃料噴射弁７０は、ニードル７２の摺動軸Ａｘ１及び噴孔７３の噴孔軸Ａｘ２を含む断面に噴孔７３の第１縁部７３ａ及び第２縁部７３ｂを表す。このとき、第１縁部７３ａは、気泡溜まり部７７におけるニードル７２の摺動軸Ａｘ１から最も離れた点と一致している。さらに、第２縁部７３ｂは第１縁部７３ａよりも摺動軸Ａｘ１側に位置している。第１縁部７３ａ近傍と第２縁部７３ｂ近傍では、燃料の旋回速度が異なる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
つぎに、実施例５について図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を参照しつつ説明する。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、実施例５の燃料噴射弁９０の先端部を示した説明図であり、図８（Ａ）は、開弁状態を図８（Ｂ）におけるＢ−Ｂ線で断面として示す図であり、図８（Ｂ）は、下面視である。燃料噴射弁９０の基本的な構成は、実施例１の燃料噴射弁３０と共通する。すなわち、燃料噴射弁９０は、ノズルボディ９１、ニードル９２、及びシート部９４を備える。また、燃料噴射弁９０には、燃料導入路９６が形成されている。また、燃料噴射弁９０は、旋回流生成部９２ａ、螺旋溝９２ｂを備える点においても燃料噴射弁３０と共通する。また、旋回増速部９５、気泡溜まり部９７を備える点も共通する。燃料噴射弁３０と燃料噴射弁９０とは、以下の点で異なる。すなわち、燃料噴射弁９０は、旋回流生成部９２ａによって生成された旋回流の旋回方向ｆｓに沿う方向に延びる順方向噴孔９３ａを備えている。さらに、燃料噴射弁９０は、旋回流の旋回方向ｆｓに逆行する方向に延びる逆方向噴孔９３ｂ及び旋回流の旋回方向ｆｓと交差する方向に延びる交差方向噴孔９３ｃを備えている。
【国際調査報告】
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2012086006.tif 000013
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