(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料通路を形成する内壁に弁座を有する弁ボディと、
前記燃料通路を流れる燃料の流れ方向において前記弁座の下流側に形成され、前記燃料通路と前記弁ボディの外部である内燃機関の燃焼室内空間とを連通する噴孔と、
前記燃料通路内に移動自在に配置され、前記弁座に着座することにより前記燃料通路における前記弁座の上流側部分と前記噴孔との連通を遮断し、前記弁座から離座することにより前記燃料通路における前記弁座の上流側部分と前記噴孔との連通を開放して前記噴孔から燃料を噴射させる弁部材と、
前記噴孔に連通し且つ前記噴孔内へ気体を噴出する気体導入通路と、を備え、
前記燃料通路は、前記弁ボディの外側から内側に向かって燃料を前記噴孔へ流入させて前記噴孔の内壁に衝突させるように形成され、
前記噴孔は、上流側から下流側へ向かうに連れて前記弁ボディの内側から外側に向かって傾いており、かつ、上流側から下流側へ向かうに連れて直径が徐々に大きくなる形状であり、
前記気体導入通路は、前記噴孔の前記弁ボディの外周側のみに開口していることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
燃料通路を形成する内壁に弁座を有する弁ボディと、
前記燃料通路を流れる燃料の流れ方向において前記弁座の下流側に形成され、前記燃料通路と前記弁ボディの外部である内燃機関の燃焼室内空間とを連通する噴孔と、
前記燃料通路内に移動自在に配置され、前記弁座に着座することにより前記燃料通路における前記弁座の上流側部分と前記噴孔との連通を遮断し、前記弁座から離座することにより前記燃料通路における前記弁座の上流側部分と前記噴孔との連通を開放して前記噴孔から燃料を噴射させる弁部材と、
前記噴孔に連通し且つ前記噴孔内へ気体を噴出する気体導入通路と、を備え、
前記燃料通路は、前記弁ボディの外側から内側に向かって燃料を前記噴孔へ流入させて前記噴孔の内壁に衝突させるように形成され、
前記噴孔は、上流側から下流側へ向かうに連れて前記弁ボディの内側から外側に向かって傾いており、かつ、直径が一様に形成された小径部と、前記小径部の下流側に隣接して直径が前記小径部よりも大きく一様に形成された大径部とから構成され、
前記気体導入通路は、前記大径部のうち前記弁ボディの外周側のみに開口していることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
前記弁部材は、前記燃焼室に近づく方向に移動して前記弁座に着座し、且つ前記燃焼室から遠ざかる方向に移動して前記弁座から離座することを特徴とする請求項１または請求項２のどちらか一つに記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記気体導入通路から噴出される気体に押されて、燃料が円筒状に形成されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料噴射弁として、たとえば、内燃機関の燃焼室に対して一定圧力で開く弁を介して連通するノズル室と、ノズル室へ燃料を噴射する燃料噴射弁と、ノズル室へ空気を噴射する空気噴射弁と、を備え、燃料噴射弁からノズル室へ噴射された燃料を、空気噴射弁からノズル室へ噴射された空気によりノズル室から燃焼室へ噴出させる構成としたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７７８１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている燃料噴射弁では、燃料噴射弁からノズル室へ噴射された燃料は、空気噴射弁からノズル室へ噴射された空気とともにノズル室内を流れて、ノズル室の燃焼室側端部の一方弁を開弁させて燃焼室内へ噴出される。
【０００５】
ところで、内燃機関の燃焼改善、つまり排気浄化および熱効率向上を同時に実現するためには、燃焼室内へ噴出した燃料の蒸発促進や最適な分布状態の実現が重要課題である。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている燃料噴射弁の場合、ノズル室長さが長い、つまり、空気噴射弁の噴射口から燃焼室側端部の一方弁までの長さが長いため、混合気がノズル室内を流れる際の圧力損失が大きくなり、燃焼室へ噴出する際の圧力が低下して、燃焼室内へ噴出した燃料の蒸発促進や最適な分布状態の実現が困難になる可能性がある。また、混合気がノズル室内を流れる際に混合気中の燃料微粒子がノズル室壁面に付着し、燃焼室内へ噴出される燃料量が変動する可能性がある。
【０００７】
このため、混合気がノズル室内を流れる際の圧力損失を補償し燃焼室内へ噴出する際の圧力を所望の圧力とするために、空気噴射弁へ供給する圧縮空気の圧力を高める必要が生じる。これは、空気圧縮機や空気溜容器の容量増大、大型化を招くことになる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、圧縮空気の圧力を増大させることなく、噴孔から噴射される燃料の微粒化・蒸発を促進することができる燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に記載の燃料噴射弁は、燃料通路を形成する内壁に弁座を有する弁ボディと、燃料通路を流れる燃料の流れ方向において弁座の下流側に形成され、燃料通路と弁ボディの外部である内燃機関の燃焼室内空間とを連通する噴孔と、燃料通路内に移動自在に配置され、弁座に着座することにより燃料通路における弁座の上流側部分と噴孔との連通を遮断し、弁座から離座することにより燃料通路における弁座の上流側部分と噴孔との連通を開放して噴孔から燃料を噴射させる弁部材と、噴孔に連通し且つ噴孔内へ気体を噴出する気体導入通路と、を備え、燃料通路は、弁ボディの外側から内側に向かって燃料を噴孔へ流入させて噴孔の内壁に衝突させるように形成され、噴孔は、上流側から下流側へ向かうに連れて弁ボディの内側から外側に向かって傾いており、かつ、上流側から下流側へ向かうに連れて直径が徐々に大きくなる形状であり、気体導入通路は、噴孔の弁ボディの外周側のみに開口していることを特徴としている。
本発明の請求項２に記載の燃料噴射弁は、燃料通路を形成する内壁に弁座を有する弁ボディと、燃料通路を流れる燃料の流れ方向において弁座の下流側に形成され、燃料通路と弁ボディの外部である内燃機関の燃焼室内空間とを連通する噴孔と、燃料通路内に移動自在に配置され、弁座に着座することにより燃料通路における弁座の上流側部分と噴孔との連通を遮断し、弁座から離座することにより燃料通路における弁座の上流側部分と噴孔との連通を開放して噴孔から燃料を噴射させる弁部材と、噴孔に連通し且つ噴孔内へ気体を噴出する気体導入通路と、を備え、燃料通路は、弁ボディの外側から内側に向かって燃料を噴孔へ流入させて噴孔の内壁に衝突させるように形成され、噴孔は、上流側から下流側へ向かうに連れて弁ボディの内側から外側に向かって傾いており、かつ、直径が一様に形成された小径部と、小径部の下流側に隣接して直径が小径部よりも大きく一様に形成された大径部とから構成され、気体導入通路は、大径部のうち弁ボディの外周側のみに開口していることを特徴としている。
【００１０】
上述の請求項１または請求項２に記載の構成においては、燃料は燃料通路から噴孔内へ流入し、さらに噴孔内を流れて燃焼室内へ噴射される。燃料が燃料通路から噴孔内へ流入するときに、燃料の流れ方向が変わる。このとき、燃料は、先ず噴孔の内壁に衝突した後、噴孔に沿って流れていく。燃料が噴孔の内壁に衝突すると燃料の圧力が高くなるため、燃料の圧力は噴孔の径方向において外周部が高く中心部は低くなる。このため、気体導入通路に供給する気体圧力が従来の燃料噴射弁における気体圧力より低い圧力であっても、確実に燃料中、すなわち燃料流れの中心部に気体を流入させることができる。また、噴孔に連通する気体導入通路から噴孔内へ噴射された気体は、噴孔内の燃料流れの中心部に流入し、その圧力により、燃料流れを内側から外側へ向かって押圧する。これにより、燃料は噴孔内壁に沿いパイプ状となって流れ、噴孔の開口からパイプ状のまま燃焼室内へ流出する。パイプ状の燃料流れの厚さ、すなわち液膜厚さは、気体導入通路から噴孔内への気体噴射の有無により変わり、気体噴射有りのときにおける液膜厚さは、気体噴射無しのときにおける液膜厚さよりも薄くなる。また、気体の運動エネルギを受けて燃料が噴孔から燃焼室へ流出する速度が高くなる。したがって、噴孔から燃焼室へ噴射された燃料の微粒化が促進され蒸発が促進されるので、従来の燃料噴射弁の場合よりも、燃料の蒸発に要する時間を短縮することができる。さらに、燃料の噴孔からの流出速度が高いことから、噴射された燃料の進行方向のばらつきが小さくなるので、燃料噴霧の分布領域精度を高めることができる。以上から、本発明の請求項１または請求項２に記載の発明によれば、圧縮気体の圧力を増大させることなく、噴孔から噴射される燃料の微粒化・蒸発を促進でき、さらに確実に燃料噴霧を所望の領域に分布させることができる燃料噴射弁を提供することができる。
【００１２】
さらに、本発明の請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁によれば、燃料が燃料通路から噴孔内へ流入することにより燃料の流れ方向が変わる。燃料は、先ず噴孔の内壁に衝突した後、噴孔に沿って流れていく。ここで、噴孔の軸方向が弁ボディの軸方向と平行な場合と比べると、噴孔が上流側から下流側へ向かうに連れて弁ボディの内側から外側に向かって傾いている場合のほうが、燃料が噴孔の内壁に衝突したときの力が大きくなるので、燃料が噴孔に沿って流れるときの燃料の液膜厚さがより薄くなる。これにより、燃料の微粒化が促進されて燃料の蒸発が促進される。
さらに、本発明の請求項１または請求項２に記載の構成によれば、気体導入通路から噴射される気体の噴出方向は、ほぼ噴孔の径方向となるので、容易に燃料流れの径方向の中心部に到達でき、それにより、燃料流れを中心から噴孔内壁に向かって押圧して液膜厚さを薄くし、噴孔から噴射される燃料の微粒化・蒸発を促進することができる。
【００１４】
さらに、本発明の請求項１に記載の構成によれば、上流側から下流側に向かうに連れて噴孔の断面積が増大している。これにより、燃料が噴孔中を流れる際、下流に向かうに連れて燃料流の噴孔径方向中心部の圧力を確実に低下させることができ、気体導入通路に供給する気体圧力を、従来の燃料噴射弁における気体圧力より低い圧力としつつ、確実に燃料中に気体を流入させることができる。したがって、圧縮気体の圧力を増大させることなく、燃焼室内に噴射されるときの燃料液膜厚さをより薄くして、燃料の蒸発速度を高めることができる。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の燃料噴射弁は、弁部材は、燃焼室に近づく方向に移動して弁座に着座し、且つ燃焼室から遠ざかる方向に移動して弁座から離座することを特徴としている。
【００１９】
上述の構成によれば、噴孔は弁座よりも下流側に配置されることから、弁部材は、噴孔に近づく方向に移動して着座し、且つ噴孔から遠ざかる方向に移動して弁座から離座するとも言えることになる。すなわち、弁座を備える弁ボディおよび弁部材からなる弁構造は、燃焼室に燃料が噴射されるときの燃料流れの上流側に弁部材が動いて開弁するいわゆる内開弁である。つまり、燃料は、弁座および弁部材の隙間を通過した後に噴孔に至る。このため、燃料が弁座および弁部材の隙間を通過するときの流れの乱れを燃料が噴孔に至るまでに減衰させることができ、噴孔を流れる燃料流れを安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態によるインジェクタ１の断面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１中のＩＩＩ部拡大断面図である。
【図４】図１中のＩＩＩ部拡大断面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】噴孔の円周方向における燃料の液膜厚さ分布を示すグラフである。
【図７】噴孔の円周方向における燃料の流速分布を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態によるインジェクタ１の部分断面図である。
【図９】図８中のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態によるインジェクタ１の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る燃料噴射弁の実施形態を、内燃機関であるエンジン１００に搭載されるインジェクタ１に適用した場合を例に図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるインジェクタ１は、図１に示すように、内燃機関であるガソリンエンジン１００の燃焼室Ｃに臨んでシリンダヘッド１０１に取り付けられている。
【００２３】
インジェクタ１は、図１に示すように、燃料を噴射する燃料噴射部１０と、気体である空気を噴射する空気噴射部３０とを備えている。
【００２４】
燃料噴射部１０は、図１に示すように、ハウジング１１、弁ボディであるバルブボディ１２、弁部材であるニードル１３、ニードル１３と一体的に固定される可動コア１４、固定コア１５、磁性筒部材１６、磁性筒部材１６とハウジング１１の間に介在される非磁性筒部材１７、コイル１８、ヨーク１９、スプリング２０を備えている。
【００２５】
ハウジング１１は、磁性金属から形成されている。は筒状に形成されている。
【００２６】
バルブボディ１２は、金属材料から、略有底円筒状に形成されている。バルブボディ１２の内周には、後述するニードル１３がバルブボディ１２と同軸上に配置され、バルブボディ１２の内周面とニードル１３の外周面との間の円環状の空間が燃料通路Ａを形成している。バルブボディ１２の内壁には、図１に示すように、弁座１２ａが設けられている。弁座１２ａの下流側、つまり図１中において下方には、噴孔１２ｂが形成されている。噴孔１２ａは、燃料通路Ａとエンジン１００の燃焼室Ｃとを連通する断面円形の貫通孔として形成されている。本発明の第１実施形態によるインジェクタ１においては、噴孔１２ｂは、図２に示すように、バルブボディ１２の周方向において等角度間隔で６個、つまり６０度間隔で６個設けられている。噴孔１２ｂは、図１に示すように、上流側である弁座１２ａ側から下流側である燃焼室Ｃ側に向かうに連れて、バルブボディ１２の内側から外側に向かって傾斜している。さらに、噴孔１２ｂは、図１に示すように、上流側である弁座１２ａ側から下流側である燃焼室Ｃ側に向かうに連れて、その直径が徐々に大きくなるように形成されている。バルブボディ１２の外周には、図１に示すように、バルブボディ１２の最大直径よりも小さい直径の小径部１２ｃが、バルブボディ１２と同軸上に形成されている。バルブボディ１２には、一端が噴孔１２ｂの円周方向壁面に開口するとともに、他端がバルブボディ１２の小径部１２ｃに開口する気体導入通路としての空気導入通路１２ｄが形成されている。気体導入通路１２ｄは、６個の噴孔１２ｂそれぞれに対して設けられている。
【００２７】
ニードル１３は、金属材料から、略有円柱状に形成されている。ニードル１３の外周には、図１に示すように、ガイド突起１３ｂが設けられている。本発明の第１実施形態によるインジェクタ１においては、ガイド突起１３ｂは、図３に示すように、ニードル１３の周方向において等角度間隔で４個設けられている。ガイド突起１３ｂは、バルブボディ１２の内周孔に嵌合しており、ニードル１３がバルブボディ１２の内周孔内を軸方向に移動しても、ガイド突起１３ｂにより常に円環状の燃料通路Ａが確実に形成される。ニードル１３の噴孔１２ｂ側端部には、図１に示すように、シート部１３ａが形成されている。ニードル１３が燃料通路Ａ内を噴孔１２ｂへ向かって移動し、シート部１３ａが弁座１２ａに当接、つまり着座すると、燃料通路Ａと噴孔１２ｂとの連通が遮断され、ニードル１３が燃料通路Ａ内を噴孔１２ｂから遠ざかる方向に移動し、シート部１３ａが弁座１２ａから離れる、つまり離座すると、燃料通路Ａと噴孔１２ｂとの連通が開放される。
【００２８】
ニードル１３の軸方向において噴孔１２ｂと反対側端部には、図１に示すように、可動コア１４が固定されている。可動コア１４は、磁性金属から形成されており、可動コア１４とニードル１３は一体的に軸方向に移動する。バルブボディ１２、ニードル１３および可動コア１４は、ハウジング１１に設けられた保持孔１１ａ内に収容されている。バルブボディ１２は保持孔１１ａに嵌合した状態でバルブボディ１２の噴孔１２ｂ側端部に、図１に示すように、キャップ２１が装着され、キャップ２１がハウジング１１に固定されることにより、バルブボディ１２はハウジング１１に固定される。
【００２９】
ハウジング１１における保持孔１１ａのキャップ２１と反対側端部には、図１に示すように、非磁性筒部材１７が保持孔１１ａと同軸上に固定され、さらに非磁性筒部材１７と直列且つ同軸上に磁性筒部材１６が固定されている。ハウジング１１の保持孔１１ａの外周、非磁性筒部材１７および磁性筒部材１８の外周に亘って、図１に示すように、コイル１８が同軸上に嵌挿されている。さらに、コイル１８の外周には、磁性材料からなるヨーク１９がコイルと同軸上に嵌合されている。非磁性筒部材１７および磁性筒部材１６の内周側には、図１に示すように、固定コア１５が嵌合固定されている。固定コア１５は磁性材料から円筒状に形成されている。固定コア１５の内周側には、セット部材２２が装着されている。ニードル１３の軸方向において可動コア１４とセット部材２２との間には、図１に示すように、スプリング２０が配置されている。スプリング２０は、コイルスプリングとして形成され、ニードル１３が弁座１２ａに着座したときに圧縮状態で装着されている。コイル１３に電流が流れるとコイル１３は磁力を発生し、その磁束の作用により可動コア１４が固定コア１５へ引き付けられ、スプリング２０の弾性力に抗して固定コア１５側へ移動し、それによりニードル１３が弁座１２ａから離座し、燃料が噴孔１２ｂから噴射される。
【００３０】
磁性筒部材１６の非磁性筒部材１７と反対側の端部には、図１に示すように、ニップル２３が固定されている。ニップル２３は、図示しない配管により図示しない燃料供給システムに接続され、燃料噴射部１０へは、ニップル２３を介して図示しない燃料供給システムから、大気圧力よりも高い所定圧力に調整された圧力の燃料が供給される。ニップル２３から固定コア１５内へ供給された燃料は、可動コア１４の孔１４ａおよびニードル１３の孔１３ｃを経て燃料通路Ａへ導入される。すなわち、燃料通路Ａには、エンジン１００の作動中、大気圧力よりも高い所定圧力に調整された圧力の燃料が常時供給されており、図示しない燃料噴射制御装置によりコイル１８に電圧が印加されて電流が流れると、ニードル１３が離座して燃料通路Ａと噴孔１２ｂが連通し、噴孔１２ｂから燃料が噴射される。そして、コイル１８への電圧印加が停止されると、ニードル１３はスプリング２０の付勢力を受けて着座し噴孔１２ｂからの噴射が停止する。
【００３１】
次に、インジェクタ１の空気噴射部３０について説明する。
【００３２】
空気噴射部３０は、図１に示すように、燃料噴射部１０と共通のハウジング１１に組みつけられており、その基本構造は燃料噴射部１０と類似している。すなわち、空気噴射部３０は、弁ボディであるバルブボディ３２、弁部材であるニードル３３、ニードル３３と一体的に固定される可動コア３４、固定コア３５、磁性筒部材３６、磁性筒部材３６とハウジング１１の間に介在される非磁性筒部材３７、コイル３８、ヨーク３９、スプリング３１を備えている。
【００３３】
バルブボディ３２は、金属材料から、略有底円筒状に形成されている。バルブボディ３２の内周には、後述するニードル３３がバルブボディ３２と同軸上に配置され、バルブボディ３２の内周面とニードル３３の外周面との間の円環状の空間が空気通路Ｂを形成している。バルブボディ３２の内壁には、図１に示すように、弁座３２ａが設けられている。弁座３２ａの下流側、つまり図１中において下方には、噴孔３２ｂが形成されている。噴孔３２ｂは、図１に示すように、空気通路Ｂと燃料噴射部１０のバルブボディ１２の小径部１２ｃと保持孔１１ａとの隙間を経て燃料噴射部１０の空気導入通路１２ｄに連通している。
【００３４】
ニードル３３は、金属材料から、略有円柱状に形成されている。ニードル３３の外周には、図１に示すように、ガイド突起３３ｂが設けられている。本発明の第１実施形態によるインジェクタ１においては、ガイド突起３３ｂは、図３に示すように、ニードル３３の周方向において等角度間隔で４個設けられている。ガイド突起３３ｂは、バルブボディ３２の内周孔に嵌合しており、ニードル３３がバルブボディ３２の内周孔内を軸方向に移動しても、ガイド突起３３ｂにより常に円環状の空気通路Ｂが確実に形成される。ニードル３３の噴孔３２ｂ側端部には、図１に示すように、シート部３３ａが形成されている。ニードル３３が気体通路Ｂ内を噴孔３２ｂへ向かって移動し、シート部３３ａが弁座３２ａに当接、つまり着座すると、気体通路Ｂと噴孔３２ｂとの連通が遮断され、ニードル３３が空気通路Ｂ内を噴孔３２ｂから遠ざかる方向に移動し、シート部３３ａが弁座３２ａから離れる、つまり離座すると、空気通路Ｂと噴孔３２ｂとの連通が開放される。
【００３５】
ニードル３３の軸方向において噴孔３２ｂと反対側端部には、図１に示すように、可動コア３４が固定されている。可動コア３４は、磁性金属から形成されており、可動コア３４とニードル３３は一体的に軸方向に移動する。バルブボディ３２、ニードル３３および可動コア３４は、ハウジング１１に設けられた保持孔１１ｃ内に収容されている。
【００３６】
ハウジング１１における保持孔１１ｃのバルブボディ３２と反対側端部には、図１に示すように、リテーナ４２が固定されている。リテーナ４２のハウジング１１端部において、バルブボディ３２はリテーナ４２の内周孔に嵌合している。リテーナ４２のハウジング１１と反対側端部には、図１に示すように、非磁性筒部材３７が保持孔１１ｃと同軸上に固定され、さらに非磁性筒部材３７と直列且つ同軸上に磁性筒部材３６が固定されている。ハウジング１１の保持孔１１ｃの外周、非磁性筒部材３７および磁性筒部材３８の外周に亘って、図１に示すように、コイル３８が同軸上に嵌挿されている。さらに、コイル３８の外周には、磁性材料からなるヨーク３９がコイルと同軸上に嵌合されている。非磁性筒部材３７および磁性筒部材３６の内周側には、図１に示すように、固定コア３５が嵌合固定されている。固定コア３５は磁性材料から円筒状に形成されている。固定コア３５の内周側には、セット部材４０が装着されている。ニードル３３の軸方向において可動コア３４とセット部材４０との間には、図１に示すように、スプリング３１が配置されている。スプリング３１は、コイルスプリングとして形成され、ニードル３３が弁座３２ａに着座したときに圧縮状態で装着されている。コイル３３に電流が流れるとコイル３３は磁力を発生し、その磁束の作用により可動コア３４が固定コア３５へ引き付けられ、スプリング３１の弾性力に抗して固定コア３５側へ移動し、それによりニードル３３が弁座３２ａから離座し、空気が噴孔３２ｂから保持孔１１ｃ内へ噴射される。
【００３７】
磁性筒部材３６の非磁性筒部材３７と反対側の端部には、図１に示すように、ニップル４１が固定されている。ニップル４１は、図示しない配管により図示しない空気供給システムに接続され、空気噴射部１０へは、ニップル４１を介して図示しない燃料供給システムから、大気圧力よりも高い所定圧力に調整された圧力の空気が供給される。ニップル４１から固定コア３５内へ供給された燃料は、可動コア３４の孔３４ａおよびニードル３３の孔３３ｃを経て空気通路Ｂへ導入される。すなわち、空気通路Ｂには、エンジン１００の作動中、大気圧力よりも高い所定圧力に調整された圧力の空気が常時供給されており、図示しない燃料噴射制御装置によりコイル３８に電圧が印加されて電流が流れると、ニードル３３が離座して空気通路Ｂと噴孔３２ｂが連通し、噴孔３２ｂから空気が保持孔１１ｃ内へ噴射される。ハウジング１１には、図１に示すように、保持孔１１ｃと保持孔１１ａを連通する、詳しくは、保持孔１１ｃにおける噴孔３２ｂの外側空間と、保持孔１１ａの内周壁面とバルブボディ１２の小径部１２ｃ外周壁面とに囲まれる空間とを連通する連通孔１１ｂが設けられている。したがって、噴孔３２ｂから噴射された空気は、保持孔１１ｃ連通孔１１ｂ、保持孔１１ａを経て、燃料噴射部１０の空気導入通路１２ｄへ導かれ、噴孔１２ｂ内へ噴射される。一方、コイル３８への電圧印加が停止されると、ニードル３３はスプリング３１の付勢力を受けて着座し噴孔３２ｂからの空気噴射が停止する。
【００３８】
次に、以上説明したように構成される、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１の作動、すなわち燃料噴射および空気噴射、および効果について説明する。
【００３９】
図示しない燃料噴射制御装置は、マイクロコンピュータ等から構成され、図示しないエンジン回転センサ、図示しないスロットルバルブ開度センサ、図示しないエアフロメータ等の各種センサからの検出信号に基づいて算出された燃料量、噴射時期に燃料を噴射するようにインジェクタ１の燃料噴射部１０および空気噴射部３０を駆動している。
【００４０】
図示しない燃料噴射制御装置は、インジェクタ１を駆動する際には、先ず、空気噴射部３０のコイル３８に電圧を印加し、その後微少時間経過後、燃料噴射部１０のコイル１８に電圧を印加する。そして、燃料噴射を停止するときは、コイル３８およびコイル１８への通電を同時に停止する。
【００４１】
次に、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１の燃料噴射時における噴孔１２ｂ周辺の燃料流れの様子について、各図に基づいて説明する。
【００４２】
ニードル１３が燃焼室Ｃから遠ざかる方向へ、つまり図１において上方へ移動してニードル１３のシート部１３ａがバルブボディ１２の弁座１２ａから離れると、燃料は、燃料通路Ａから弁座１２ａシート部１３ａ間の隙間を通過した後、図３中において矢印で示すように、流れ方向を変えて噴孔１２ｂへ流入する。
【００４３】
先ず、空気導入通路１２ｄからの空気導入が無く、燃料のみが流れる場合について説明する。本発明の第１実施形態によるインジェクタ１においては、噴孔１２ｂの形状が、上流側である弁座１２ａ側から下流側である燃焼室Ｃ側に向かうに連れて、その直径が徐々に大きくなるように形成されている。つまり、噴孔１２ｂは上流側から下流側に向かって断面積が徐々に拡大するように形成されている。このため、燃料が噴孔１２ｂの上流から下流へ流れるに連れて噴孔１２ｂの径方向中心部の燃料圧力が低下し、それによって、燃料流れの様態は中実棒状から中心部が空洞になり円筒状に変わる。つまり、図３に示すように、燃料が噴孔１２ｂの内周壁面に沿い且つ中心部には空気が存在するようになる。
【００４４】
続いて、ニードル１３が開弁して燃料が噴孔１２ｂへ流入するとともに、空気導入通路１２ｄから噴孔１２ｂ内へ空気が導入される場合について説明する。空気導入通路１２ｄから噴孔１２ｂ内へ空気が導入されない場合には、上述したように、噴孔１２ｂの中心部には、図３に示すように、空気である気相が存在している。このような燃料流れに向かって空気導入通路１２ｄから空気が噴射されると、空気は、図５中の白抜き矢印で示すように噴出して、空気導入通路１２ｄの出口側の噴孔１２ｂ壁面に沿って流れる燃料膜（液膜）を貫通して燃料流れの中心部の気相部へ流入するので、噴孔１２ｂ内の液相および気相の分布は、図４に示すようになる。すなわち、図５に示すように、噴孔１２ｂの内周壁のうち空気導入通路１２ｄの開口近傍には気相が存在している。そして、燃料である液膜は、導入された空気の圧力により図５中の矢印で示す方向の力を受けて噴孔１２ｂの内周壁に向かって押圧される。これにより、噴孔１２ｂの内周壁面に沿う燃料流れの肉厚である液膜厚さが、空気が導入されないときに比べて薄くなる。
【００４５】
ところで、噴孔１２ｂ内を燃料が流れるときに空洞部として形成される気相は、圧力が低い。このため、空気導入通路１２ｄから噴出させる空気圧力は、従来の燃料噴射弁において実施される空気噴射の空気圧力よりも低い圧力でも、十分に燃料中の空洞部へ流入させることができる。これにより、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１においては、空気噴射用の空気圧力を従来の燃料噴射弁における空気噴射用の空気圧力よりも低くすることができる。したがって、加圧空気供給用の装置、たとえば空気圧縮機、空気溜容器等を小型化することができる。
【００４６】
また、燃料が噴孔１２ｂ内において流れの中心側から噴孔１２ｂの内周壁に向かって空気の圧力により押し付けられていることから、燃料は空気の乱れエネルギを付加されて、燃料の噴孔１２ｂから流出する際の燃料流速が高くなる。
【００４７】
さらに、燃料が噴孔１２ｂ内において流れの中心側から噴孔１２ｂの内周壁に向かって空気の圧力により押し付けられていることから、燃料流れ方向が噴孔１２ｂの内周壁面により強くガイドされることになり、それによって、燃焼室Ｃ内へ流出した際の燃料の流出方向が、確実に噴孔１２ｂの内周壁面の延長線上となる、言い換えると燃料噴射方向がより正確なもの、つまり噴孔１２ｂの内周壁面の延長上に沿ったものとなる。
【００４８】
次に、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１の作動時、つまり燃料噴射時における噴孔内液膜厚さ、および噴孔出口部の燃料流速のシミュレーション結果を説明する。
【００４９】
図６は、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１における、空気噴射を伴う燃料噴射時の噴孔１２ｂ出口部における燃料液膜厚さを示すグラフである。図６中、縦軸は液膜厚さを、横軸は噴孔１２ｂの周方向角度位置を示し、周方向角度位置の０ｄｅｇ．および３６０ｄｅｇ．は、空気導入通路１２ｄの中心位置である。図６中において、実線は空気噴射有りの場合を示し、破線は空気噴射無しの場合を示す。図６に示すように、燃料液膜厚さは噴孔１２ｂの周方向角度位置によって変化しているが、空気噴射を実施することにより、燃料液膜厚さが噴孔１２ｂの周方向全域に亘り空気噴射無しの場合よりも小さくなっていることがわかる。
【００５０】
図７は、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１における、空気噴射を伴う燃料噴射時の噴孔１２ｂ出口部における燃料流速を示すグラフである。図７中、縦軸は流速を、横軸は噴孔１２ｂの周方向角度位置を示し、周方向角度位置の０ｄｅｇ．および３６０ｄｅｇ．は、空気導入通路１２ｄの中心位置である。図７中において、実線は空気噴射有りの場合を示し、破線は空気噴射無しの場合を示す。図７に示すように、燃料流速は噴孔１２ｂの周方向角度位置によって変化しているが、空気噴射を実施することにより、燃料流速が噴孔１２ｂの周方向ほぼ全域に亘り空気噴射無しの場合よりも小さくなっていることがわかる。
【００５１】
本発明の第１実施形態によるインジェクタ１の作用・効果をまとめると、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１では、燃料噴射時に噴孔１２ｂから噴射される燃料は、従来の燃料噴射弁の場合と比べて、円筒状の液膜厚さが薄く、流出速度が高くなるとともに、流出方向ばらつきがより小さいものとなっている。液膜厚さが薄く且つ流出速度が高いことにより、噴孔１２ｂから噴射された燃料はより短時間で微粒化されるので、蒸発がより短時間で完了する。また粒子が小さいことから噴霧到達距離は小さくなるものの、噴霧内の空気との混合濃度、いわゆる空燃費は噴霧内でより均一なものとなる。さらに、噴孔１２ｂからの噴出方向精度が向上することと相まって、可燃混合気の大きさ、つまり可燃混合気の存在領域の精度が向上する。すなわち、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１によれば、従来の燃料噴射弁に対して、可燃混合気形成である燃料蒸発が促進されるとともに、噴霧内の空燃費の均一化および可燃混合気存在領域精度向上を図ることができる。これにより、燃焼がより良好なものになるので、エンジン１００の熱効率向上および排気中の有害成分低減を図ることができる。
【００５２】
以上により、空気噴射部３０の体格、つまりインジェクタ１の体格を大型化することを抑制しつつ、燃料の蒸発を促進できるインジェクタ１を実現できる。
【００５３】
（第２実施形態）
図８に、本発明の第２実施形態によるインジェクタ１の部分断面図を示す。本発明の第２実施形態によるインジェクタ１は、先に説明した本発明の第１実施形態によるインジェクタ１に対して、噴孔内周壁面における空気導入通路の開口位置を変えたものである。すなわち、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１では、図１に示すように、空気導入通路１２ｄは、噴孔１２ｂにおけるバルブボディ１２の外周側に開口しているのに対し、本発明の第２実施形態によるインジェクタ１では、図８に示すように、空気導入通路１２ｄは、噴孔１２ｂにおけるバルブボディ１２の中心側壁面に開口している。
【００５４】
各噴孔１２ｂに開口して設けられた空気導入通路１２ｄは、図９に示すように、バルブボディ１２の中心軸Ｘ上で互いに交差し連通するとともに、バルブボディ１２の小径部１２ｃと空気導入通路１２ｄとを連通するように設けられた空気供給通路１２ｅとも互いに交差し連通している。なお、本発明の第２実施形態によるインジェクタ１においては、噴孔１２ｂは６個設けられ、それに対応して空気導入通路１２ｄも６個設けられているが、空気供給通路１２ｅは、図９に示すように、３個設けられている。空気噴射部３０が開弁してバルブボディ１２の小径部１２ｃ外周の円環状空間に導入された空気は、空気供給通路１２ｅから空気導入通路１２ｄを経て、噴孔１２ｂ内へ噴出する。
【００５５】
このような構成によっても、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１の場合と同様の効果、すなわち、インジェクタ１の体格を大型化することを抑制しつつ、噴孔内における燃料液膜を薄くして燃料の蒸発を促進できる、という効果が得られる。
【００５６】
（第３実施形態）
図１０に、本発明の第３実施形態によるインジェクタ１の部分断面図を示す。本発明の第３実施形態によるインジェクタ１は、先に説明した本発明の第１実施形態によるインジェクタ１に対して、噴孔形状を変えたものである。すなわち、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１では、図１に示すように、噴孔１２ｂの形状を、上流側から下流側に向かうに連れて直径が徐々に大きくなるような形状、言い換えると円錐台状に設定している。これに対して、本発明の第３実施形態によるインジェクタ１では、図１０に示すように、噴孔１２ｂを、噴孔の上流側である弁座１２ａに近い方に位置し噴孔の軸方向において直径が一様に形成された小径部１２ｂ１と、小径部１２ｂ１の下流側に隣接して配置され噴孔の軸方向において直径が一様且つ直径が小径部１２ｂ１よりも大きい大径部１２ｂ２とから構成している。したがって、本発明の第３実施形態によるインジェクタ１においても、本発明の第１実施形態によるインジェクタ１の場合と同様に、噴孔１２ｂの形状は、上流側から下流側に向かうに連れて直径が拡大されている。空気導入通路１２ｄは、図１０に示すように、大径部１２ｂ２の外周壁面に開口している。
【００５７】
このような構成によっても、燃料が噴孔１２ｂの上流から下流へ流れるに連れて噴孔１２ｂの径方向中心部の燃料圧力が低下し、燃料流れの中心部には空気が存在するようになる。そして、このような円筒状の燃料流れに向かって空気導入通路１２ｄから空気が噴射されると、空気は、燃料流れの中心部へ至るので、燃料は、空気の圧力を受け手噴孔１２ｂの内周壁に向かって押圧され、燃料流れの肉厚である液膜厚さはさらに薄くなり、噴孔１２ｂから燃焼室Ｃ内へ噴射される燃料の液膜厚さがうすくなる。以上により燃料の蒸発が促進される。
【００５８】
なお、以上説明した本発明の第１実施形態によるインジェクタ１においては、空気導入通路１２ｄを、噴孔１２ｂにおけるバルブボディ１２の外周側に開口させ、本発明の第２実施形態によるインジェクタ１においては、空気導入通路１２ｄを、噴孔１２ｂにおけるバルブボディ１２の中心側に開口させている。すなわち、噴孔１２ｂにおける空気導入通路１２ｄの開口位置を、バルブボディ１２の外周側、あるいはバルブボディ１２の中心側のどちらか一方にそろえているが、そのようにする必要はなく、噴孔１２ｂのバルブボディ１２の外周側に開口する空気導入通路１２ｄと、バルブボディ１２の中心側に開口する空気導入通路１２ｄとが混在していてもよい。
【００５９】
また、以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態によるインジェクタ１においては、噴孔内を流れる燃料に向けて噴出される気体として空気を用いているが、空気以外の気体を用いても良い。たとえば、窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガス等であってもよい。あるいは、プロパンガス、メタンガス等の可燃性気体を用いても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１    インジェクタ（燃料噴射弁）
１０    燃料噴射部
１１    ハウジング
１１ａ    保持孔
１１ｂ    保持孔
１１ｃ    連通孔
１２    バルブボディ（弁ボディ）
１２ａ    弁座
１２ｂ    噴孔
１２ｂ１    小径部
１２ｂ２    大径部
１２ｃ    小径部
１２ｄ    空気導入通路（気体導入通路）
１３    ニードル（弁部材）
１３ａ    シート部
１３ｂ    ガイド突起
１３ｃ    孔
１４    可動コア
１４ａ    孔
１５    固定コア
１６    磁性筒部材
１７    非磁性筒部材
１８    コイル
１９    ヨーク
２０    スプリング
２１    キャップ
２２    セット部材
２３    ニップル
３０    空気噴射部
３１    スプリング
３２    バルブボディ（弁ボディ）
３２ａ    弁座
３２ｂ    噴孔
３３    ニードル（弁部材）
３３ａ    シート部
３３ｂ    ガイド突起
３３ｃ    孔
３４    可動コア
３４ａ    孔
３５    固定コア
３６    磁性筒部材
３７    非磁性筒部材
３８    コイル
３９    ヨーク
４０    セット部材
４１    ニップル
４２    リテーナ
１００    エンジン（内燃機関）
１０１    シリンダヘッド
Ａ    燃料通路
Ｂ    空気通路
Ｃ    燃焼室
Ｘ    中心軸
【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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