(57)【要約】【課題】シート絞り状態に限らず、噴孔絞り状態においても高分散噴霧を形成する。【解決手段】ノズルボディ１０は、ニードル弁２０の先端との間で空間を形成するサック室１４と、サック室１４の内壁面からノズルボディ１０の外壁面へ繋がる噴孔１２と、を有し、ニードル弁２０は、サック室１４の入口側内壁に対して略平行であり、ニードル着座時において一部がサック室１４内に位置し、所定のニードルリフト量以上においてサック室１４より上流側に位置する流れ制御部２２と、流れ制御部２２より先端側において先細り形状の先端傾斜部２３と、を有し、サック室１４は、入口側にノズル中心軸Ｎを中心とする円筒状内壁１４ｂと、円筒状内壁１４ｂより下流側において噴孔１２との接続部がノズル中心軸Ｎから円筒状内壁１４ｂの直径より離れた位置する転回室１４ａと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルボディと、前記ノズルボディ内に配置されたニードル弁と、を備え、
前記ノズルボディは、
前記ニードル弁の先端との間で空間を形成するサック室と、
前記サック室の内壁面から前記ノズルボディの外壁面へ繋がる噴孔と、
を有し、
前記ニードル弁は、
前記サック室の入口側内壁に対して略平行であり、ニードル着座時において一部が前記サック室内に位置し、所定のニードルリフト量以上において前記サック室より上流側に位置する流れ制御部と、
を備え、
前記サック室は、
上流側にノズル中心軸を中心とする軸対称形状の円筒状内壁と、
前記円筒状内壁より下流側において前記ノズル中心軸を中心とする軸対称形状であり、前記ノズル中心軸に対して前記円筒状内壁より外側に拡がる内壁を有する転回室と、
を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射装置であって、
前記転回室は、曲面状の内壁を有することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料噴射装置であって、
前記噴孔は、前記ノズル中心軸方向の長さが略一定であり、前記ノズル中心軸の周方向の幅が入口側から出口側に向かって拡大していることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置であって、
前記ノズルボディと前記ニードル弁との隙間であるシート部の流路面積が前記噴孔のすべての最小流路面積の総和より大きい噴孔絞り状態において、前記流れ制御部の一部が前記サック室内に位置することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置であって、
前記流れ制御部は、ニードル着座時において、前記ノズルボディのシート面を前記サック室の方向に延長した仮想面と交差することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射装置であって、
前記噴孔の入口部において、前記噴孔の噴孔中心軸が前記転回室の高さの１／２より上流側かつ前記噴孔の上壁が前記転回室内に位置することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料噴射装置であって、
前記ノズル中心軸の方向に沿った前記転回室の高さは、前記噴孔の入口部における長さの２倍以上であることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料噴射装置であって、
前記ノズル中心軸を中心とする前記転回室の最大直径は、前記円筒状内壁の直径より前記噴孔の入口部における長さの２倍以上大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のエンジンに対して燃料を噴射する燃料噴射装置において、噴孔から噴射させる燃料の噴霧状態を変更する技術が開発されている。
【０００３】
燃料噴射ノズルのノズルボディの先端部に形成される複数の噴孔入口の開口形状が、噴孔のノズル軸方向の長さ＜噴孔の周方向の幅≦噴孔入口部を含むサック断面部の周長／噴孔数の関係を満たす構成が開示されている。これにより、複雑な加工工程を必要としない簡単な構造でありながらも、ニードルリフト量が低い状態の領域の時と、ニードルリフト量が高い状態の領域の時とで複数のスリット噴孔から燃焼室内に噴射される燃料の噴霧形状を変更することが可能となるとされている。これによって、シール部とシート面の燃料流路の面積が噴孔の総流路面積より小さいシート絞り状態の時とシール部とシート面の燃料流路の面積が噴孔の総流路面積より大きい噴孔絞り状態の時とで複数の噴孔から噴射される燃料の噴霧形状を変更することが可能となる。なお、シート絞り状態と噴孔絞り状態との切り換えはニードルリフト量可変機構で制御される。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１７２３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来技術は、シール部とシート面との間の燃料流路の面積と噴孔の総流路面積との関係（シート絞り状態又は噴孔絞り状態）を制御することによって噴霧状態を切り換えるものである。したがって、噴霧状態が切り換わるニードルリフト量は噴孔諸元に依存する。そのため、噴孔絞り時にシート絞り時のような高拡散噴霧状態を得ることができない。また、シート絞り状態時は燃料流量が小さいため、所望の噴射量を得るには噴射期間を長くする必要がある。したがって、特にエンジン回転数が高い場合には噴射期間が長すぎて良好な燃焼状態が得られなくなることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、ノズルボディと、前記ノズルボディ内に配置されたニードル弁と、を備え、前記ノズルボディは、前記ニードル弁の先端との間で空間を形成するサック室と、前記サック室の内壁面から前記ノズルボディの外壁面へ繋がる噴孔と、を有し、前記ニードル弁は、前記サック室の入口側内壁に対して略平行であり、ニードル着座時において一部が前記サック室内に位置し、所定のニードルリフト量以上において前記サック室より上流側に位置する流れ制御部と、を有し、前記サック室は、入口側にノズル中心軸を中心とする円筒状内壁と、前記円筒状内壁より下流側において前記噴孔との接続部が前記ノズル中心軸から前記円筒状内壁の直径より離れた位置する転回室と、を有することを特徴とする燃料噴射装置である。
【０００７】
ここで、前記転回室は、曲面状の内壁を有することが好適である。
【０００８】
また、前記噴孔は、前記ノズル中心軸方向の長さが略一定であり、前記ノズル中心軸の周方向の幅が入口側から出口側に向かって拡大していることが好適である。
【０００９】
また、前記ノズルボディと前記ニードル弁との隙間であるシート部の流路面積が前記噴孔のすべての最小流路面積の総和より大きい噴孔絞り状態において、前記流れ制御部の一部が前記サック室内に位置することが好適である。
【００１０】
また、前記流れ制御部は、ニードル着座時において、前記ノズルボディのシート面を前記サック室の方向に延長した仮想面と交差することが好適である。
【００１１】
また、前記噴孔の入口部において、前記噴孔の噴孔中心軸が前記転回室の高さの１／２より上流側かつ前記噴孔の上壁が前記転回室内に位置することが好適である。
【００１２】
また、前記ノズル中心軸の方向に沿った前記転回室の高さは、前記噴孔の入口部における長さの２倍以上であることが好適である。
【００１３】
また、前記ノズル中心軸を中心とする前記転回室の最大直径は、前記サック室の入口側の前記円筒状内壁の直径より前記噴孔の入口部における長さの２倍以上大きいことが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料噴射装置によれば、シート絞り状態に限らず、噴孔絞り状態においても高分散噴霧を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の噴孔の形状を示す横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の噴孔の形状を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の構成の好適な例を示す側面断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の構成の好適な例を示す側面断面図である。
【図６】本発明の実施の形態における燃料噴射装置が低リフト状態にあるときの燃料の噴射状態を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における燃料噴射装置が低リフト状態にあるときの燃料の噴射状態を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における燃料噴射装置が高リフト状態にあるときの燃料の噴射状態を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態における燃料噴射装置が高リフト状態にあるときの燃料の噴射状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の構成の別例を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態における燃料噴射装置１００は、図１の部分拡大縦断面図に示すように、ノズルボディ１０及びニードル弁２０を備える。図２は、図１におけるラインＡ−Ａに沿った横断面図である。図１において、燃料は図面上側（以下、上流側という。）から図面下側（以下、下流側という。）へ供給される。
【００１７】
ノズルボディ１０は、略円筒状であり、内部にニードル弁２０を収納する空間を有する。ニードル弁２０は、ノズルボディ１０内に収納され、ノズル中心軸Ｎに沿って往復運動が可能に配置される。
【００１８】
ノズルボディ１０の外壁面側となる先端部は略円錐状に形成され、ノズルボディ１０の内壁面は、燃料の流れの上流側が円筒状とされ、下流側が略円錐状に形成される。内壁面の円錐状部はニードル弁２０が着座するシート面１１とされている。
【００１９】
また、ノズルボディ１０のニードル弁２０の先端部に対向する部分にはサック室１４が形成される。サック室１４は、ニードル弁２０の先端部において燃料溜まりとなる部分である。サック室１４の具体的な形状については後述する。
【００２０】
ニードル弁２０は、ノズルボディ１０の内壁面と対応する円錐形状に形成される。円錐形状部分の表面は、ノズルボディ１０のシート面１１に着座するシート部２１となる。すなわち、ニードル弁２０のシート部２１がノズルボディ１０のシート面１１に押しつけられることによって、ノズルボディ１０の内壁面とニードル弁２０の外周面とによって形成される燃料供給路からの燃料の供給を止めることができる。
【００２１】
ニードル弁２０の先端部は、ノズル中心軸Ｎを中心軸とした略円筒形状の流れ制御部２２が設けられる。また、ニードル弁２０の先端部の流れ制御部２２のさらに先には先細りの円錐台形状のニードル先端傾斜部２３が設けられる。ニードル先端傾斜部２３の傾斜角は、シート面１１の傾斜角と略等しくすることが好適である。
【００２２】
次に、サック室１４の形状について説明する。サック室１４は、上流側からシート面１１に対して連続する入口側にノズル中心軸Ｎを中心軸とする円筒状内壁１４ｂを有する。また、サック室１４は、円筒状内壁１４ｂより下流側に噴孔１２が設けられた転回室１４ａを有する。転回室１４ａは、ノズル中心軸Ｎを中心軸として円筒状内壁１４ｂより径が大きい形状を有する。燃料噴射装置１００では、転回室１４ａは、図１に示すように、断面が円弧状の曲面の内壁を有する。すなわち、サック室１４は、ノズルボディ１０の内壁面を半球状に加工して形成された下流側の転回室１４ａとその上流側に連続して設けられた円筒状内壁１４ｂとを組み合わせた形状を有する。また、流れ制御部２２は、サック室１４の上流側に設けられた円筒状内壁１４ｂの内壁と略平行な周壁を有する。
【００２３】
転回室１４ａには、噴孔１２が設けられる。噴孔１２は、燃料噴射装置１００から燃料を噴出させるために設けられる。噴孔１２は、サック室１４における転回室１４ａの内壁からノズルボディ１０の外壁面へ繋がる貫通穴である。噴孔１２の数は、特に限定されるものではないが、燃料を均一に噴射させるために複数設けることが好適である。燃料噴射装置１００では、図２に示すように、８つの噴孔１２を設けた構成としている。
【００２４】
噴孔１２は、図２に示すように、転回室１４ａの内壁の入口側からノズルボディ１０の外壁面の出口側に向けて周方向に沿った幅Ｗが広がる扇形状とされる。また、噴孔１２は、ノズル中心軸Ｎに沿った方向の長さＴは略一定にすることが好適である。
【００２５】
図３は、噴孔１２の出口部の断面形状の例を示す。噴孔１２は、ノズル中心軸Ｎに沿った方向の長さＴより周方向に沿った幅Ｗが広い扁平形状とされる。図３（ａ）は、周方向の端部が半円形に加工された長円形状の例である。図３（ｂ）は、周方向の端部の隅を丸めた矩形状の例である。図３（ｃ）は、周方向の端部の隅が丸められていない矩形状の例である。ただし、噴孔１２の断面形状は、これらの例に限定されるものではなく、所望の燃料の噴射特性が得られるように適宜選択すればよい。
【００２６】
噴孔１２の位置は、入口部における噴孔中心軸Ｘが転回室１４ａの高さＨの１／２（Ｈ／２）より上側かつ噴孔１２の入口部における噴孔１２の上壁側が転回室１４ａ内に位置する範囲内とすることが好適である。これにより、噴孔１２の入口部における転回室１４ａの内壁の接線方向と噴孔中心軸Ｘとなす角βを小さくすることができる。
【００２７】
図４は、噴孔１２の入口部における噴孔中心軸Ｘを転回室１４ａの高さの１／２（Ｈ／２）の位置に一致させた構成例を示す。また、図５は、噴孔１２の入口部における噴孔１２の下壁を転回室１４ａの高さの１／２（Ｈ／２）の位置に一致させた構成例を示す。
【００２８】
また、噴孔１２と転回室１４ａの内壁の接続部（噴孔１２の入口）は流体研磨等によって曲率Ｒの曲面に加工することが好適である。これによって、噴孔１２と転回室１４ａの内壁の接続部において燃料の流れがスムーズになり、高い流量係数を得ることができる。
【００２９】
なお、ノズル中心軸Ｎの方向に沿った転回室１４ａの高さＨは、噴孔１２の入口部における噴孔の長さＴの２倍以上とすることが好適であり、さらに３倍以上とすることがより好適である。また、転回室１４ａの最大直径Ｄｍａｘ（ノズル中心軸Ｎを中心とする径）は、円筒状内壁１４ｂの直径Ｄｔより噴孔１２の入口部における噴孔１２の長さＴの２倍以上大きくすることが好適であり、３倍以上大きくすることがより好適である。
【００３０】
［燃料噴射装置の作用］
以下、燃料噴射装置１００の作用について説明する。
【００３１】
（１）ニードル弁２０のリフト量が小さく、流れ制御部２２の一部がサック室１４内に位置する場合（図６）
燃料はシート面１１に沿って流れ込み、ニードル弁２０の流れ制御部２２とサック室１４の入口側の円筒状内壁１４ｂとの間の燃料流路によって、図６に示すように、円筒状内壁１４ｂの底部へ向かう流れが形成される。このようにして、燃料の大部分がサック室１４の円筒状内壁１４ｂの底面付近に到達する。燃料は、サック室１４の底面付近に到達すると、転回室１４ａの内壁に沿うような流れとなって噴孔１２の入口に流入する。このとき、燃料は、噴孔１２の下壁面側から剥離し、上壁面側に向かう流れとなって噴孔１２に流入する。したがつて、図７（Ａ−Ａ断面）に示すように、噴孔１２の上壁面側に衝突するような流れによって燃料は噴孔１２の幅Ｗ方向に拡がり、噴孔１２の出口からは噴孔の幅Ｗ方向に拡がって噴出される。このようにして、燃料の高分散噴霧が形成される。
【００３２】
ここで、ノズルボディ１０とニードル弁２０との隙間であるシート部２１の流路面積が全ての噴孔１２の最小流路面積の総和より大きい噴孔絞り状態において、流れ制御部２２の一部がサック室１４内に位置する構成とすることが好適である。このような構成とすることによって、前述の燃料の円筒状内壁１４ｂの底面への下向きの流れをより確実に形成できる。
【００３３】
また、図１に示すように、ニードル弁２０がシート面１１に接触しているニードル着座時において、シート面１１をノズルボディ１０の先端方向に延長した仮想面Ｚが流れ制御部２２と交差するように流れ制御部２２の交点ｂの位置を設定することが好適である。このような構成とすることによって、前述の燃料の円筒状内壁１４ｂの底面への下向きの流れをより確実に形成できる。
【００３４】
なお、流れ制御部２２とニードル弁２０のシート部２１よりノズル先端側のニードル弁２０の傾斜部との交点ａは直線的に交わる構成としてもよいが、燃料のスムーズな流れが形成されるように曲率を有する曲面としてもよい。
【００３５】
また、図５に示したように、噴孔１２の入口部における噴孔１２の下壁側を転回室１４ａの高さの１／２（Ｈ／２）より上側（上流側）、かつ噴孔１２の入口部における噴孔１２の上壁側が転回室１４ａ内に位置する範囲内にすると角βをより小さくでき、燃料は噴孔１２の下壁面側でより剥離しやすくなって噴孔１２の幅Ｗ方向により大きく拡がる。したがって、より高分散の燃料噴霧を実現することができる。なお、流体研磨等によって噴孔１２の入口に曲率Ｒを設けた場合、噴孔１２の位置は流体研磨前の状態を基準とすることが好適である。
【００３６】
また、ニードル弁２０のリフト量が小さく、流れ制御部２２の一部がサック室１４内に位置する場合において、噴孔１２の入口部における噴孔１２の長さＴに対して転回室１４ａが小さすぎると、転回室１４ａの内壁に沿うような流れが形成されにくくなる。そこで、ノズル中心軸Ｎの方向に沿った転回室１４ａの高さＨを噴孔１２の入口部における噴孔の長さＴの２倍以上、より好ましくは３倍以上とすることによって、転回室１４ａの内壁に沿うような流れを効果的に得ることができる。また、転回室１４ａのノズル中心軸Ｎを中心とする最大直径Ｄｍａｘを円筒状内壁１４ｂの直径Ｄｔより噴孔１２の入口部における噴孔の長さＴの２倍以上大きく、より好ましくは３倍以上大きくにすることによって、転回室１４ａの内壁に沿うような流れを効果的に得ることができる。
【００３７】
（２）ニードル弁２０のリフト量が大きく、流れ制御部２２がサック室１４より上流側に位置する場合（図８）
燃料はシート面１１に沿って流れ込み、慣性によってノズル中心軸Ｎ方向にサック室１４に流入した後、噴孔１２に流入する。そのため、図８に示すように、噴孔１２の入口では噴孔中心軸Ｘに沿うような流れが形成される。そのため、（１）の状態と比較して、噴孔１２の上壁面に衝突するような流れは抑制され、図９（Ａ−Ａ断面）に示すように、燃料は噴孔１２の幅Ｗ方向にそれほど拡がらないで、そのままスムーズに噴孔１２の出口から噴出される。したがって、噴霧の拡がりが抑制され、（１）と比較して高貫徹力噴霧が形成される。
【００３８】
［変形例］
燃料噴射装置１００では、転回室１４ａは、図１に示すように、断面が円弧状の曲面の内壁を有する構造とした。転回室１４ａは、図１０に示すように、円弧状以外の断面を有する形状としてもよい。本変形例の燃料噴射装置１０２では、転回室１４ａの断面が直線で構成された矩形状である例を示している。このとき、転回室１４ａは、噴孔１２との接続部（噴孔１２の入口部）がノズル中心軸Ｎから円筒状内壁１４ｂの直径より離れた位置となるような構造とすればよい。
【００３９】
ニードル弁２０のリフト量が小さく、流れ制御部２２の一部がサック室１４内に位置する場合、転回室１４ａの下側角部には渦が形成され、断面形状が円弧状の場合と同様に噴孔１２の下壁面側で剥離し、上壁面側に向かう流れが形成される。そして、噴孔１２の上壁面側に衝突するような流れによって、燃料は噴孔１２の幅Ｗ方向に拡がり、噴孔１２の出口からは噴孔１２の幅Ｗ方向に拡がる高分散噴霧が形成される。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、高分散噴霧を形成できる燃料噴射装置を提供することができる。特に、噴孔絞り状態において流れ制御部２２の一部がサック室１４内に位置するような寸法諸元を設定することにより高分散噴霧を形成できる。そのため、噴孔１２の流路面積とニードル弁２０とシート面１１と間の流路面積との関係に依存することなく、噴霧状態を切り換えることが可能になる。
【００４１】
低・中負荷運転時には燃焼室のキャビティ内で大部分の燃料を燃焼させる。このとき、スモーク生成の要因となる過濃混合気の形成を抑制するために高分散噴霧が要求される。従来技術では、シート絞り状態時に高分散噴霧となる。シート絞り状態時は燃料流量が小さいため、所望の噴射量を得るには噴射期間を長くする必要があり、特にエンジン回転数が高い場合には噴射期間が長すぎて良好な燃焼状態が得られなくなる場合がある。これに対して、本実施の形態によれば、シート絞り状態時に限らず、噴孔絞り状態時においても高分散噴霧を形成することができ、エンジン回転数が高い場合も良好な燃焼状態を得ることができる。
【００４２】
一方、高負荷運転時には燃焼室全域に混合気を形成させるために、低・中負荷運転時より高貫徹力噴霧が要求される。高負荷運転時には噴射量が多く噴射期間が長いため、噴射初期に生じる高分散噴霧の状態を経た後、高貫徹力噴霧の状態になる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ノズルボディ、１１  シート面、１２  噴孔、１４  サック室、１４ａ  転回室、１４ｂ  円筒状内壁、２０  ニードル弁、２１  シート部、２２  流れ制御部、２３  ニードル先端傾斜部、１００  燃料噴射装置、１０２  燃料噴射装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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