(57)【要約】  先端部（２ａ）に噴孔（３）が設けられたノズルボディ（２）を備え、ノズルボディ（２）内に導かれた燃料を噴孔（３）から噴射する燃料噴射弁（１）において、ノズルボディ内の燃料の一部を旋回させて第１旋回流（Ｆ１）を発生させる第１旋回部材（１３）と、ノズルボディ内の残りの燃料の少なくとも一部を旋回させて第２旋回流（Ｆ２）を発生させる第２旋回部材（１４）とを備え、第１旋回部材（１３）と第２旋回部材（１４）とは、噴孔（３）の中心線（ＣＬ２）の方向から見て第１旋回流（Ｆ１）が噴孔（３）の流入口（３ａ）の一方の側に位置するとともに第２旋回流（Ｆ２）が噴孔（３）の流入口（３ａ）の他方の側に位置し、かつ第１旋回流（Ｆ１）と第２旋回流（Ｆ２）とが噴孔（３）を挟んですれ違う対向流になるようにノズルボディ（２）内に設けられている。
2011010361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に噴孔が設けられたノズルボディを備え、前記ノズルボディ内に導かれた燃料を前記噴孔から噴射する燃料噴射弁において、
前記ノズルボディ内の燃料の一部を旋回させて第１旋回流を発生させる第１燃料旋回手段と、前記ノズルボディ内の残りの燃料の少なくとも一部を旋回させて第２旋回流を発生させる第２燃料旋回手段と、を備え、
前記第１燃料旋回手段と前記第２燃料旋回手段とは、前記噴孔の中心線の方向から見て前記第１旋回流が前記噴孔の流入口の一方の側に位置するとともに前記第２旋回流が前記噴孔の流入口の他方の側に位置し、かつ前記第１旋回流と前記第２旋回流とが前記噴孔を挟んですれ違う対向流になるように前記ノズルボディ内に設けられている燃料噴射弁。
【請求項２】
前記先端部には、前記噴孔が同一円周上に並ぶように複数設けられ、
前記第１燃料旋回手段は、前記第１旋回流が所定の旋回方向に旋回するとともに前記先端部の複数の噴孔よりも中心側に発生するように設けられ、
前記第２燃料旋回手段は、前記第２旋回流が前記第１旋回流と同じ方向に進行するとともに前記旋回方向とは反対の逆方向に旋回し、かつ前記複数の噴孔よりも外周側に発生するように設けられている請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ノズルボディの内部を前記噴孔の流入口において合流する第１燃料流路と第２燃料流路とに区分する隔壁をさらに備え、
前記第１燃料旋回手段が前記第１燃料流路に設けられ、前記第２燃料旋回手段が前記第２燃料流路に設けられている請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記先端部に前記噴孔が複数設けられ、それら複数の噴孔は一部が第１の円周上に並ぶように配置されて第１噴孔群を構成するとともに残りが前記第１噴孔群よりも外周側にて前記第１の円周と同心の第２の円周上に並ぶように配置されて第２噴孔群を構成し、
前記第１燃料旋回手段は、前記ノズルボディ内に導かれた燃料の一部である第１の燃料を所定の旋回方向に旋回させて前記第１噴孔群よりも中心側に前記第１旋回流が発生するように設けられ、
前記第２燃料旋回手段は、前記ノズルボディ内の残りの燃料の一部である第２の燃料を前記旋回方向とは反対の逆方向に旋回させて前記第１噴孔群よりも外周側かつ前記第２噴孔群よりも中心側に前記第１旋回流と同じ方向に進行する前記第２旋回流が発生するように設けられ、
前記ノズルボディ内に導かれた燃料のうち前記第１の燃料及び前記第２の燃料以外の残りの燃料を前記旋回方向に旋回させて前記第２旋回流の外側に前記第１旋回流と同じ方向に進む第３旋回流を発生させる第３燃料旋回手段と、前記ノズルボディの内部を前記第１旋回流が生成される第１燃料流路と残りの空間とに区分する第１隔壁と、前記ノズルボディ内の前記残りの空間を前記第２旋回流が生成される第２燃料流路と前記第３旋回流が生成される第３燃料流路とに区分する第２隔壁と、をさらに備えている請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記ノズルボディよりも上流側に設けられ、前記ノズルボディに形成された弁座に着座した状態からリフトすることにより前記ノズルボディ内に燃料を導く弁体と、前記弁体のリフト量に応じて前記第１燃料流路及び前記第２燃料流路の少なくともいずれか一方の流路面積を変更する流路面積変更手段と、をさらに備えている請求項３又は４に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記流路面積変更手段は、前記弁体のリフト量が大きくなるほど前記第１燃料流路及び前記第２燃料流路の少なくともいずれか一方の流路面積を大きくする請求項５に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記第１燃料流路は円筒状であり、
前記第１燃料流路には、前記流路面積変更手段として前記第１燃料流路と同軸、かつ軸線回りに回転可能なように第１はすば歯車が設けられるとともに、前記第１燃料旋回手段として前記第１はすば歯車と同軸かつ重なるように配置されて前記第１燃料流路に固定される前記第１はすば歯車と同じ形状の第２はすば歯車が設けられ、
前記弁体の直線運動を前記第１はすば歯車の回転運動に変換する運動変換機構をさらに備えている請求項５又は６に記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
各燃料流路は、それぞれ円筒状であり、
各燃料旋回手段は、生成した旋回流が流れる燃料流路の半径をその旋回流を生成した燃料旋回手段から前記噴孔までの距離で割った値が互いに等しくなるように前記ノズルボディ内にそれぞれ配置されている請求項３〜７のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
前記ノズルボディの内周面及び前記ノズルボディ内に設けられた隔壁の表面の少なくともいずれか一方には、これらの面と燃料との間の摩擦を低減する摩擦低減手段が設けられている請求項３〜８のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
前記摩擦低減手段は、燃料が旋回する方向に回転可能なように設けられた複数のコロである請求項９に記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
前記ノズルボディ内に設けられた隔壁は、燃料流れの下流側の端部に外周側に広がるテーパ部を備えており、
前記ノズルボディの前記先端部は、前記テーパ部が延びる方向と直交するように傾斜した傾斜面が設けられ、
前記噴孔は、前記傾斜面に設けられている請求項３〜１０のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
前記第１燃料旋回手段及び前記第２燃料旋回手段の少なくとのいずれか一方として、中心線に対して傾斜した歯を備えたはすば歯車が設けられている請求項１〜１１のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１３】
前記第１燃料旋回手段及び前記第２燃料旋回手段の少なくとのいずれか一方として、中心線に対する歯の傾斜角度が互いに異なる複数のはすば歯車が設けられ、
前記複数のはすば歯車は、下流側に配置されるものほど前記傾斜角度が大きくなるように重ねて配置されている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１４】
前記噴孔の内周面には、半径方向外側に凹む切り欠き部が前記噴孔の中心線に沿って設けられている請求項１〜１３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１５】
前記切り欠き部は、断面の形状が円である請求項１４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、内燃機関に設けられて気筒又は吸気ポートに燃料を供給する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルボディの先端部に複数の噴孔が設けられ、それら噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁が知られている。このような燃料噴射弁として、ノズルボディ内で燃料を旋回させて噴孔の入口に流れ込む燃料の流れを整流し、これにより噴孔の入口に流入する燃料の流速を高めて燃料の微粒化を促進させるものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜６が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−０５４５３２号公報
【特許文献２】特開２００５−０４８６０４号公報
【特許文献３】特開２００２−３４９３９３号公報
【特許文献４】特開２００４−１７６６９０号公報
【特許文献５】特開平１０−１８４４８９号公報
【特許文献６】特開２００５−１８８３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料噴射弁から噴射された燃料の微粒化を促進させる方法の一つとして、噴孔から燃料を薄い膜状にして噴射させる方法がある。特許文献１の燃料噴射弁は、噴孔に流入する燃料の流速を高めることによって燃料の微粒化を促進させるものであり、このように噴孔内において燃料を薄い膜状にすることは考慮されていない。【０００５】
そこで、本発明は、噴孔から噴射される燃料の薄膜化を促進させることにより燃料の微粒化を促進することが可能な燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料噴射弁は、先端部に噴孔が設けられたノズルボディを備え、前記ノズルボディ内に導かれた燃料を前記噴孔から噴射する燃料噴射弁において、前記ノズルボディ内の燃料の一部を旋回させて第１旋回流を発生させる第１燃料旋回手段と、前記ノズルボディ内の残りの燃料の少なくとも一部を旋回させて第２旋回流を発生させる第２燃料旋回手段と、を備え、前記第１燃料旋回手段と前記第２燃料旋回手段とは、前記噴孔の中心線の方向から見て前記第１旋回流が前記噴孔の流入口の一方の側に位置するとともに前記第２旋回流が前記噴孔の流入口の他方の側に位置し、かつ前記第１旋回流と前記第２旋回流とが前記噴孔を挟んですれ違う対向流になるように前記ノズルボディ内に設けられている。【０００７】
本発明の燃料噴射弁によれば、噴孔の流入口の一方の側に生じた第１旋回流と流入口の他方の側に生じた第２旋回流とが噴孔を挟んですれ違うので、これら２つの旋回流で噴孔に流入する燃料を所定方向に旋回させることができる。この際、各旋回流は噴孔に流入する燃料をそれぞれ同じ方向に回転させるので、噴孔内に強い旋回流を生成することができる。これにより噴孔内において燃料に強い遠心力を作用させることができるので、燃料を下流側に移動させつつ遠心力によって噴孔の内面側に寄せることができる。そのため、噴孔内における燃料の薄膜化を促進させることができる。従って、噴孔から噴射された燃料の微粒化を促進することができる。【０００８】
本発明の燃料噴射弁の一形態において、前記先端部には、前記噴孔が同一円周上に並ぶように複数設けられ、前記第１燃料旋回手段は、前記第１旋回流が所定の旋回方向に旋回するとともに前記先端部の複数の噴孔よりも中心側に発生するように設けられ、前記第２燃料旋回手段は、前記第２旋回流が前記第１旋回流と同じ方向に進行するとともに前記旋回方向とは反対の逆方向に旋回し、かつ前記複数の噴孔よりも外周側に発生するように設けられてもよい。この場合、複数の噴孔に流入する燃料を第１旋回流及び第２旋回流でそれぞれ旋回させることができる。これによりノズルボディ内に収容すべき部品数を低減できるので、燃料噴射弁を小型化することができる。【０００９】
本発明の燃料噴射弁の一形態においては、前記ノズルボディの内部を前記噴孔の流入口において合流する第１燃料流路と第２燃料流路とに区分する隔壁をさらに備え、前記第１燃料旋回手段が前記第１燃料流路に設けられ、前記第２燃料旋回手段が前記第２燃料流路に設けられてもよい。この場合、各燃料流路内を通過している間は旋回流同士が互いに干渉し合うことを防止できる。そのため、第１旋回流及び第２旋回流をそれぞれ強めることができる。そして、これにより噴孔内で生成される旋回流を強くすることができるので、燃料の薄膜化をさらに促進させることができる。【００１０】
本発明の燃料噴射弁の一形態においては、前記先端部に前記噴孔が複数設けられ、それら複数の噴孔は一部が第１の円周上に並ぶように配置されて第１噴孔群を構成するとともに残りが前記第１噴孔群よりも外周側にて前記第１の円周と同心の第２の円周上に並ぶように配置されて第２噴孔群を構成し、前記第１燃料旋回手段は、前記ノズルボディ内に導かれた燃料の一部である第１の燃料を所定の旋回方向に旋回させて前記第１噴孔群よりも中心側に前記第１旋回流が発生するように設けられ、前記第２燃料旋回手段は、前記ノズルボディ内の残りの燃料の一部である第２の燃料を前記旋回方向とは反対の逆方向に旋回させて前記第１噴孔群よりも外周側かつ前記第２噴孔群よりも中心側に前記第１旋回流と同じ方向に進行する前記第２旋回流が発生するように設けられ、前記ノズルボディ内に導かれた燃料のうち前記第１の燃料及び前記第２の燃料以外の残りの燃料を前記旋回方向に旋回させて前記第２旋回流の外側に前記第１旋回流と同じ方向に進む第３旋回流を発生させる第３燃料旋回手段と、前記ノズルボディの内部を前記第１旋回流が生成される第１燃料流路と残りの空間とに区分する第１隔壁と、前記ノズルボディ内の前記残りの空間を前記第２旋回流が生成される第２燃料流路と前記第３旋回流が生成される第３燃料流路とに区分する第２隔壁と、をさらに備えてもよい。この形態では、第１噴孔群の各噴孔に流入する燃料を第１旋回流及び第２旋回流でそれぞれ旋回させることができる。また、第２噴孔群の各噴孔に流入する燃料を第２旋回流及び第３旋回流でそれぞれ旋回させることができる。これにより、複数の噴孔内にそれぞれ旋回流を生成することができるので、各噴孔内の燃料の薄膜化をそれぞれ促進させることができる。また、この形態では、ノズルボディの先端部に設けられた複数の噴孔が第１噴孔群と第２噴孔群とに分けられるので、これらの噴孔を全て同一円周上に設けた場合と比較して噴孔間のピッチを大きく取ることができる。そのため、噴孔から噴射された燃料が隣りの噴孔から噴射された燃料と衝突することを抑制できる。従って、噴孔の数を増加させて一回に噴射可能な燃料量を増加させつつ燃料の微粒化を促進することができる。【００１１】
隔壁によってノズルボディ内が複数の燃料流路に区分される本発明の燃料噴射弁の一形態においては、前記ノズルボディよりも上流側に設けられ、前記ノズルボディに形成された弁座に着座した状態からリフトすることにより前記ノズルボディ内に燃料を導く弁体と、前記弁体のリフト量に応じて前記第１燃料流路及び前記第２燃料流路の少なくともいずれか一方の流路面積を変更する流路面積変更手段と、をさらに備えてもよい。また、この形態において、前記流路面積変更手段は、前記弁体のリフト量が大きくなるほど前記第１燃料流路及び前記第２燃料流路の少なくともいずれか一方の流路面積を大きくしてもよい。弁体が弁座から離れた直後はノズルボディ内に流入する燃料が少量である。この形態の燃料噴射弁では、このような場合に燃料流路の流路面積を小さくするので、燃料の流速を高めて強い旋回流を生成できる。一方、弁体のリフト量が大きくなるに従ってノズルボディ内に流入する燃料は多くなる。この形態の燃料噴射弁では、このような場合は燃料流路の流路面積を大きくするので、燃料流路の圧力損失を低減できる。これにより、燃料の流速の無駄な低下を防止できるので、強い旋回流を生成できる。このようにこの形態の燃料噴射弁では、ノズルボディ内に流入する燃料に応じて流路面積を変更し、いずれの燃料量においても強い旋回流を生成することができる。そのため、噴孔内に強い旋回流を発生させて燃料の薄膜化を促進させることができる。【００１２】
また、前記第１燃料流路は円筒状であり、前記第１燃料流路には、前記流路面積変更手段として前記第１燃料流路と同軸、かつ軸線回りに回転可能なように第１はすば歯車が設けられるとともに、前記第１燃料旋回手段として前記第１はすば歯車と同軸かつ重なるように配置されて前記第１燃料流路に固定される前記第１はすば歯車と同じ形状の第２はすば歯車が設けられ、前記弁体の直線運動を前記第１はすば歯車の回転運動に変換する運動変換機構をさらに備えてもよい。この場合、第１はすば歯車を回転させて第１はすば歯車の歯と第２はすば歯車の歯との重なり具合を調整することにより、燃料流路の流路面積を変更することができる。また、運動変換機構によって弁体と第１はすば歯車とを連動して動かすことができるので、弁体のリフト量に応じて第１はすば歯車を回転させることができる。そのため、弁体のリフト量に応じて燃料流路の流路面積を変更することができる。【００１３】
隔壁によってノズルボディ内が複数の燃料流路に区分される本発明の燃料噴射弁の一形態において、各燃料流路は、それぞれ円筒状であり、各燃料旋回手段は、生成した旋回流が流れる燃料流路の半径をその旋回流を生成した燃料旋回手段から前記噴孔までの距離で割った値が互いに等しくなるように前記ノズルボディ内にそれぞれ配置されてもよい。旋回流は、燃料流路を形成する面との間に発生する摩擦によって減速される。この際の摩擦損失は、旋回流が旋回した距離（以下、旋回距離と称することがある。）に比例すると考えられる。旋回距離は、燃料旋回手段から噴孔の流入口までに旋回流が旋回する回数（以下、旋回回数と称することがある。）と、燃料流路の外周の長さとを掛けることにより算出できる。燃料流路の外周の長さは燃料流路の半径（以下、旋回半径と称することがある。）に比例する。また、旋回回数は、燃料流路の中心線に沿った方向の旋回流の流速を燃料旋回手段から噴孔の流入口までの距離（以下、旋回区間長さと称することがある。）で割った値に比例すると考えられる。ここで、各燃料流路における燃料流路の中心線に沿った方向の旋回流の流速が同じと仮定すれば、旋回距離は、旋回半径を旋回区間長さで割った値に比例すると考えられる。この形態では、旋回半径を旋回区間長さで割った値が各燃料旋回手段で互いに等しくなるように各燃料旋回手段を配置するので、各旋回流の摩擦損失をほぼ同じにすることができる。この場合、噴孔の一方の側の旋回流と他方の側の旋回流の強さを揃えることができるので、燃料がいずれかの側に偏りつつ噴孔に流入することを抑制できる。これにより噴孔の流入口の上流側で燃料を噴孔と同軸に回転させることができるので、噴孔内に強い旋回流を発生させることができる。そのため、燃料の薄膜化をさらに促進させることができる。【００１４】
隔壁によってノズルボディ内が複数の燃料流路に区分される本発明の燃料噴射弁の一形態において、前記ノズルボディの内周面及び前記ノズルボディ内に設けられた隔壁の表面の少なくともいずれか一方には、これらの面と燃料との間の摩擦を低減する摩擦低減手段が設けられてもよい。この場合、旋回流の流速が摩擦損失によって遅くなることを抑制できるので、燃料流路内を流れているときに旋回流の運動エネルギが無駄に消費されることを抑制できる。これにより噴孔の流入口の周囲まで強い旋回流を導くことができるので、噴孔内に強い旋回流を生成することができる。そのため、噴孔内の燃料の薄膜化を促進させることができる。【００１５】
この形態において、前記摩擦低減手段は、燃料が旋回する方向に回転可能なように設けられた複数のコロでもよい。周知のように燃料がコロを回転させるときの転がり摩擦の摩擦力は、平面と燃料との間に発生する滑り摩擦の摩擦力はよりも小さい。そのため、このようにノズルボディの内周面及び隔壁の表面にコロを設けることにより、燃料とこれらの面との間に発生する摩擦を低減できる。【００１６】
隔壁によってノズルボディ内が複数の燃料流路に区分される本発明の燃料噴射弁の一形態において、前記ノズルボディ内に設けられた隔壁は、燃料流れの下流側の端部に外周側に広がるテーパ部を備えており、前記ノズルボディの前記先端部は、前記テーパ部が延びる方向と直交するように傾斜した傾斜面が設けられ、前記噴孔は、前記傾斜面に設けられてもよい。この場合、噴孔は先端部の傾斜面に設けられているので、ノズルボディの中心線に対して燃料を外周側に傾けて噴射することができる。そのため、噴孔から噴射された燃料が隣りの噴孔から噴射された燃料と衝突することを抑制できる。これにより先端部に設けることが可能な噴孔の数を増加させることができる。また、隔壁に設けたテーパ部は、その延びる方向が傾斜面と直交するように設けられているので、旋回流は傾斜面と直交する方向に進行する。この場合、傾斜面において各燃料流路で生成された旋回流を対向させることができる。そのため、噴孔に流入する燃料をこれら旋回流で旋回させ、噴孔内に旋回流を形成することができる。このようにこの形態の燃料噴射弁によれば、噴孔の数を増加させて一回に噴射可能な燃料量を増加させつつ燃料の薄膜化を促進させることができる。【００１７】
本発明の燃料噴射弁の一形態においては、前記第１燃料旋回手段及び前記第２燃料旋回手段の少なくとのいずれか一方として、中心線に対して傾斜した歯を備えたはすば歯車が設けられていてもよい。周知のようにはすば歯車は規格品として市販されているので、このようなはすば歯車を燃料旋回手段として用いることによりコストを低減できる。【００１８】
本発明の燃料噴射弁の一形態においては、前記第１燃料旋回手段及び前記第２燃料旋回手段の少なくとのいずれか一方として、中心線に対する歯の傾斜角度が互いに異なる複数のはすば歯車が設けられ、前記複数のはすば歯車は、下流側に配置されるものほど前記傾斜角度が大きくなるように重ねて配置されていてもよい。このように下流側ほど傾斜角度の大きいはすば歯車を配置することにより、１枚のはすば歯車で流れ方向を変更する場合と比較して燃料の流れを滑らかに周方向に変化させることができる。そのため、流速の低下を抑制しつつ燃料を旋回させることができる。【００１９】
本発明の燃料噴射弁の一形態において、前記噴孔の内周面には、半径方向外側に凹む切り欠き部が前記噴孔の中心線に沿って設けられていてもよい。この形態では、噴孔内に生成された旋回流の燃料の一部が切り欠き部内に流入し、切り欠き部内に渦が形成される。このようにうずが形成されると噴孔内よりも切り欠き部内の方が圧力が低下するので、噴孔内の旋回流の燃料を切り欠き部内に取り込もうとする吸引力を発生させることができる。そのため、遠心力及び吸引力の両方によって噴孔内の燃料を内周面に寄せることができる。従って燃料の薄膜化をさらに促進させることができる。【００２０】
この形態において、前記切り欠き部は、断面の形状が円でもよい。この場合、切り欠き部内の燃料を滑らかに旋回させることができる。そのため、切り欠き部内に強い渦を発生させ、吸引力を強くすることができる。従って、燃料の薄膜化をさらに促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の形態に係る燃料噴射弁を示す図。
【図２】図１において破線で囲んだ部分の断面を拡大して示す図。
【図３】図２のIII−III線における燃料噴射弁の断面を示す図。
【図４】図２のIV−IV線における燃料噴射弁の断面を示す図。
【図５】図２のV−V線における燃料噴射弁の断面を示す図。
【図６】図２のVI−VI線における燃料噴射弁の断面を示す図。
【図７】図２のVII−VII線における燃料噴射弁の断面を示す図。
【図８】ノズルボディの内部の斜視図。
【図９】図７において破線で囲んだ部分の拡大図。
【図１０】本発明の第２の形態に係る燃料噴射弁の第２旋回部材を拡大して示す図。
【図１１】本発明の第３の形態に係る燃料噴射弁の噴孔を拡大して示す図。
【図１２】図１１において破線で囲んだ部位を拡大して示す図。
【図１３】本発明の第３の形態に係る燃料噴射弁の変形例の噴孔を拡大して示す図。
【図１４】図１３において破線で囲んだ部位を拡大して示す図。
【図１５】本発明の第４の形態に係る燃料噴射弁の旋回部の断面図。
【図１６】図１５のXVI−XVI線における燃料噴射弁の断面図。
【図１７】図１５のXVII−XVII線における燃料噴射弁の断面図。
【図１８】図１５のXVIII−XVIII線における燃料噴射弁の断面図。
【図１９】図１５の矢印XVIIII方向から見た燃料噴射弁を示す図。
【図２０】図１９のXX−XX線における燃料噴射弁の断面を示す図。
【図２１】本発明の第５の形態に係る燃料噴射弁の旋回部の断面図。
【図２２】図２１の矢印XXII方向から見た燃料噴射弁を示す図。
【図２３】図２２のXXIII−XXIII線における燃料噴射弁の断面を示す図。
【図２４】本発明の第６の形態に係る燃料噴射弁の旋回部の断面図。
【図２５】本発明の第７の形態に係る燃料噴射弁の旋回部の断面図。
【図２６】図２５のXXVI−XXVI線における燃料噴射弁の断面図。
【図２７】図２６の破線で囲んだ部分を展開して示す図。
【図２８】本発明の第７の形態に係る燃料噴射弁の変形例の旋回部の断面図。
【図２９】図２８のXVIIII−XVIIII線における燃料噴射弁の断面図。
【図３０】図２９の破線で囲んだ部分を展開して示す図。
【図３１】本発明の第８の形態に係る燃料噴射弁の旋回部を示す図。
【図３２】図３１の実線で囲んだ部分を拡大して示す図。
【図３３】ニードルのリフト量及び第１はすば歯車が設けられた位置における第１燃料流路の流路面積の時間変化の一例を示す図。
【図３４】ニードルが全閉位置のときの第１はすば歯車及び第２はすば歯車の状態を示す図。
【図３５】ニードルがリフトされているときの第１はすば歯車及び第２はすば歯車の状態を示す図。
【図３６】ニードルが全開位置のときの第１はすば歯車及び第２はすば歯車の状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る燃料噴射弁を示している。なお、図１では燃料噴射弁の一部を断面で示す。この燃料噴射弁１は、燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射型内燃機関に搭載される燃料噴射弁として構成されている。燃料噴射弁１には、不図示の蓄圧室にて所定圧力に保持された燃料が供給される。図２は、図１において破線で囲んだ部分の断面を拡大して示している。この図に示したように燃料噴射弁１は、先端部２ａに１０個（図７参照）の噴孔３が設けられたノズルボディ２と、弁体としてのニードル４とを備えている。ニードル４は、燃料噴射弁１の中心線ＣＬ１の方向に移動可能なようにノズルボディ２内に収容されている。ノズルボディ２には、ニードル４が着座できる弁座２ｂが設けられている。ニードル４は、不図示のバネによって弁座２ｂと接触するように付勢されており、ニードル４が弁座２ｂに着座している場合は弁座２ｂよりも下流側への燃料の流入が阻止される。一方、ニードル４が燃料噴射弁１に設けられた不図示の電磁石によって図２の上方向に駆動されるとニードル４が弁座２ｂから離れ、燃料が弁座２ｂよりも下流側に送られて各噴孔３から噴射される。このように燃料噴射弁１では図２の上側から下側に向かって燃料が流れるので、以降では図２の上側を上流側、下側を下流側と称することがある。
【００２３】
図２〜図８を参照してノズルボディ２内の構造について詳しく説明する。なお、図３は図２のIII−III線における燃料噴射弁１の断面を示し、図４は図２のIV−IV線における燃料噴射弁１の断面を示している。また、図５は図２のV−V線における燃料噴射弁１の断面を示し、図６は図２のVI−VI線における燃料噴射弁１の断面を示し、図７は図２のVII−VII線における燃料噴射弁１の断面を示している。そして、図８はノズルボディ２の内部の斜視図を示している。図７に示したように１０個の噴孔３は、中心線ＣＬ１を中心とした同一円周上に等間隔で並ぶように設けられている。
【００２４】
図２に示したようにノズルボディ２には、弁座２ｂとニードル４との間を通過した燃料を旋回させるための旋回部５が設けられている。旋回部５には、円柱状のセンターコラム６と、センターコラム６とノズルボディ２の内周面２ｃとの間に配置される円筒状の隔壁７とが設けられている。この図に示したようにセンターコラム６は、燃料噴射弁１の中心線ＣＬ１上に設けられる。また、センターコラム６は、その外周面が１０個の噴孔３よりも中心側に位置し、かつ下流側において外側に徐々に広がるように構成されている。図３〜図６に示したように隔壁７は、センターコラム６の外周面とノズルボディ２の内周面２ｃとの間に第１燃料流路８及び第２燃料流路９が同軸に形成されるように設けられている。これらの図に示したように第１燃料流路８はセンターコラム６と隔壁７との間に形成され、第２燃料流路９は隔壁７とノズルボディ２との間に形成される。図２に示したように隔壁７は、ノズルボディ２を中心線ＣＬ１の方向から見たときに１０個の噴孔３と重なるように配置される。そのため、第１燃料流路８は１０個の噴孔３よりも中心側に形成され、第２燃料流路９は１０個の噴孔３よりも外周側に形成される。隔壁７は、その下流側端部７ａが先端部２ａに接しないように設けられている。そのため、第１燃料流路８と第２燃料流路９とは噴孔３の流入口３ａの周囲で合流する。
【００２５】
旋回部５の上流側の端には、旋回部５に流入する燃料を第１燃料流路８と第２燃料流路９とに分配するための分配プレート１０が設けられている。図３に示したように分配プレート１０には、第１燃料流路８に燃料を導く第１流入口１１と、第２燃料流路９に燃料を導く第２流入口１２とが設けられている。この図に示したように各流入口１１、１２は、同一円周上に所定の間隔を空けて等間隔で４個ずつ設けられている。また、この図に示したように各第２流入口１２は、第１流入口１１と半径方向に並ばないように第１流入口１１と第１流入口１１との間に位置するように設けられている。すなわち、第１流入口１１と第２流入口１２とは、周方向に交互に設けられている。
【００２６】
第１燃料流路８には、その内部に流入した燃料を右回りに旋回させる第１燃料旋回手段としての第１旋回部材１３が設けられている。また、第２燃料流路９には、その内部に流入した燃料を左回りに旋回させる第２燃料旋回手段としての第２旋回部材１４が設けられている。図４に示したように各旋回部材１３、１４は、外周に全周に亘って等間隔で並ぶ複数の歯１３ａ、１４ａを備えている。図２及び図８に示したように各歯１３ａ、１４ａは、各旋回部材１３、１４の中心線に対して同一方向に同一角度で傾いている。各旋回部材１３、１４としては、例えば公知のはすば歯車が用いられる。第１旋回部材１３と第２旋回部材１４とは、歯１３ａ、１４ａの傾く方向が互いに逆になるように設けられている。第１旋回部材１３は、センターコラム６と隔壁７との間に圧入されることによって固定される。第２旋回部材１４は、隔壁７とノズルボディ２との間に圧入されることによって固定される。
【００２７】
次に図２〜図９を参照して旋回部５内における燃料の流れについて説明する。なお、図９の上の図は、図７において破線で囲んだ部分の拡大図である。また、図９の下の図は、噴孔３内における燃料の状態を示している。燃料噴射弁１においてニードル４が図２の上方に駆動されてニードル４が弁座２ｂから離れると、図３に一例を示したように燃料が分配プレート１０に沿って外周から中心に向かって流れてくる。そして、燃料の一部が第２流入口１２に流入して第２燃料流路９に導かれ、残りの燃料が第１流入口１１に流入して第１燃料流路８に導かれる。第１燃料流路８に導かれた燃料は第１旋回部材１３を通過する。この際、図２に示したように第１旋回部材１３は、その燃料を右回りに旋回させて第１旋回流Ｆ１を生成する。第２燃料流路９に導かれた燃料は第２旋回部材１４を通過する。この際、第２旋回部材１４は、その燃料を左回りに旋回させて第２旋回流Ｆ２を生成する。これにより、図６に示したように第１燃料流路８と第２燃料流路９とに互いに異なる方向に旋回する一対の旋回流を発生させることができる。
【００２８】
上述したように第１燃料流路８と第２燃料流路９とは、噴孔３の流入口３ａの周囲で合流する。そのため、これら一対の旋回流Ｆ１、Ｆ２は、図７に示したように噴孔３の流入口３ａの周囲において噴孔３を挟んですれ違う対向流となる。各噴孔３には、各旋回流Ｆ１、Ｆ２の燃料が徐々に流入する。この場合、図９の上の図に示したように一対の旋回流Ｆ１、Ｆ２は、それぞれ噴孔３の流入口３ａに流れ込む燃料に左回りの回転運動を付与する。そのため、噴孔３内に左回りの旋回流Ｆｏｕｔを生成することができる。このように噴孔３内において燃料を旋回させることにより、図９の下の図に示したように遠心力Ｃで燃料Ｆｕｅｌを半径方向外側に徐々に寄せることができる。そのため、この図に示したように燃料は、噴孔３の流出口３ｂに向かうに従ってその厚さが徐々に薄くなる。そして、燃料は、薄い膜状に成形されて噴孔３から噴射される。
【００２９】
この第１の形態の燃料噴射弁１によれば、第１旋回流Ｆ１及び第２旋回流Ｆ２のそれぞれから噴孔３に流入する燃料に左回りの回転運動が付与されるので、噴孔３内に強い旋回流Ｆｏｕｔを発生させることができる。これにより噴孔３内の燃料Ｆｕｅｌに強い遠心力Ｃを作用させることができるので、燃料Ｆｕｅｌの薄膜化を促進させることができる。薄膜化した燃料は噴孔３から外部に噴射されると速やかに拡散するので、燃料の微粒化を促進することができる。
【００３０】
第１旋回流Ｆ１と第２旋回流Ｆ２とは噴孔３の流入口３ａの周囲に到達するまで隔壁７で分離されるので、これらの旋回流Ｆ１、Ｆ２が干渉し合うことを防止できる。そのため、各旋回流Ｆ１、Ｆ２の回転エネルギの減少を抑制し、噴孔３の流入口３ａの周囲に強い対向流を発生させることができる。
【００３１】
分配プレート１０には、第１流入口１１と第２流入口１２とが周方向に交互に設けられている。このように各流入口１１、１２を配置することにより、分配プレート１０上を外周から中心に向かって流れてくる燃料のほぼ半分を第１流入口１１に流入させることができる。そのため、第１燃料流路８に導かれる燃料と第２燃料流路９に導かれる燃料とをほぼ同量にすることができる。
【００３２】
第１旋回部材１３及び第２旋回部材１４には、公知のはすば歯車を用いることができる。周知のようにはすば歯車は規格品として市販されているので、各旋回部材１３、１４を新たに設計する必要がない。そのため、コストを抑えることができる。
【００３３】
（第２の形態）
図１０を参照して本発明の第２の形態に係る燃料噴射弁について説明する。図１０は、この形態の燃料噴射弁の第２旋回部材を拡大して示している。第２の形態では、各旋回部材１３、１４が複数のはすば歯車で構成される点が第１の形態と異なり、それ以外は第１の形態と同じである。そのため、第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図１０に示したように第２旋回部材１４は、３枚のはすば歯車２１、２２、２３で構成されている。各はすば歯車２１〜２３はそれぞれ同数の歯２１ａ、２２ａ、２３ａを備え、それら歯２１ａ、２２ａ、２３ａが中心線ＣＬ回りに同じ方向に捩られるように配置される。はすば歯車２２、２３は、それぞれの歯２２ａ、２３ａが上流側のはすば歯車の歯と並ぶように配置される。そして、各はすば歯車２１〜２３は、下流側に配置されるものほど歯２１ａ、２２ａ、２３ａの中心線ＣＬに対する傾斜角度（以下、ねじれ角と称することがある。）が漸次大きくなるように設けられている。この場合、図に示したように燃料Ｆ２は、その流れ方向を各はすば歯車２１〜２３を通過する毎に徐々に周方向に変化させる。図示は省略したが第１旋回部材１３も第２旋回部材１４と同様に３枚のはすば歯車で構成されている。なお、第１旋回部材１３は、各はすば歯車の歯のねじれ方向が逆になっている。
【００３４】
第２の形態の燃料噴射弁によれば、第２旋回部材１４をこのように３枚のはすば歯車２１〜２３で構成したので、燃料の流れ方向を徐々に周方向に変化させることができる。そのため、１枚のはすば歯車で燃料の流れ方向を変化させる場合と比較して圧力損失を低減できる。これにより、燃料の流速を殆ど低下させることなく燃料を旋回させることができるので、強い第２旋回流Ｆ２を生成できる。また、第１旋回部材１３も同様に構成されているため、強い第１旋回流Ｆ１を生成できる。この場合、噴孔３内により強い旋回流Ｆｏｕｔを生成できるので、燃料の薄膜化をさらに促進することができる。なお、各旋回部材を構成するはすば歯車の枚数は３枚に限定されず、２枚又は４枚以上でもよい。
【００３５】
（第３の形態）
次に図１１及び図１２を参照して本発明の第３の形態に係る燃料噴射弁について説明する。図１１はこの形態の燃料噴射弁の噴孔３を拡大して示している。なお、図１１の上の図は噴孔３を流入口３ａ側から見た図であり、図１１の下の図は噴孔３の断面図である。図１２は図１１において破線で囲んだ部位を拡大して示している。図１１に示したようにこの形態では、噴孔３に切り欠き部３０が設けられている。なお、それ以外の部分は第１の形態と同じであるため図示は省略する。切り欠き部３０は、噴孔３の内周面３ｃから半径方向外側に凹むように設けられている。また、切り欠き部３０は、入口よりも内部の方が広くなるように設けられている。図１１の下の図に示したように切り欠き部３０は、流入口３ａから流出口３ｂまで真っ直ぐに設けられている。この場合、噴孔３内に旋回流Ｆｏｕｔが発生すると図１２に示したように旋回流Ｆｏｕｔの燃料の一部が切り欠き部３０に流入して渦Ｆｓが形成される。このように切り欠き部３０内に渦Ｆｓが形成されると噴孔３内よりも切り欠き部３０内の方が圧力が低下する。そのため、旋回流Ｆｏｕｔの燃料を切り欠き部３０内に取り込もうとする吸引力Ｓを発生させることができる。
【００３６】
この形態の燃料噴射弁によれば、噴孔３内の燃料Ｆｕｅｌに対して半径方向外側向きの吸引力Ｓを作用させることができる。この場合、燃料Ｆｕｅｌを遠心力Ｃ及び吸引力Ｓの両方によって内周面３ｃ側に寄せることができるので、燃料Ｆｕｅｌの薄膜化をさらに促進させることができる。なお、切り欠き部３０を設ける数は１つに限定されず、２つ以上設けてもよい。
【００３７】
図１３及び図１４を参照して第３の形態に係る燃料噴射弁の変形例を説明する。なお、図１３の上の図はこの変形例の噴孔３を流入口３ａ側から見た図であり、図１３の下の図は噴孔３の断面図である。図１４は図１３において破線で囲んだ部位を拡大して示している。図１３の上の図に示したようにこの変形例の切り欠き部３１は、断面が円状になるように設けられている。この変形例においても図１４に示したように切り欠き部３１内に旋回流Ｆｏｕｔの燃料を導いて渦Ｆｓを形成することができる。この際、切り欠き部３１の断面が円状であるため、燃料は切り欠き部３１内を滑らかに旋回する。そのため、切り欠き部３１内に強い渦Ｆｓを発生させることができる。この場合、渦Ｆｓによって発生する吸引力Ｓが強くなるため、燃料Ｆｕｅｌの薄膜化をさらに促進させることができる。
【００３８】
（第４の形態）
図１５〜図２０を参照して本発明の第４の形態に係る燃料噴射弁を説明する。図１５は、この形態に係る燃料噴射弁１の旋回部５の断面図である。図１６は、図１５のXVI−XVI線における燃料噴射弁１の断面図であり、図１７は図１５のXVII−XVII線における燃料噴射弁１の断面図である。また、図１８は図１５のXVIII−XVIII線における燃料噴射弁１の断面図であり、図１９は燃料噴射弁１を図１５の矢印XVIIII方向から見た図である。なお、この形態において図１５に示した部分以外の構造は第１の形態と同じである。この形態において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
図１９に示したようにこの形態では、１８個の噴孔３が同心に設けられた２つの円周上に分けて配置されている。一方の円周上には、６個の噴孔３が周方向に等間隔で並べて配置されている。以下、これらの噴孔３を第１噴孔群と称することがある。他方の円周上には、１２個の噴孔３が周方向に等間隔で並べて配置されている。以下、これらの噴孔３を第２噴孔群と称することがある。この図に示したように第１噴孔群は、第２噴孔群の内側に配置されている。
【００４０】
図１５に示したようにセンターコラム６とノズルボディ２の内周面２ｃとの間には、第１隔壁４１及び第２隔壁４２が設けられている。センターコラム６、第１隔壁４１、及び第２隔壁４２は同軸に設けられている。これらの隔壁４１、４２は、それぞれ円筒状に構成される。この場合、センターコラム６と第１隔壁４１との間に第１燃料流路８を、第１隔壁４１と第２隔壁４２との間に第２燃料流路９を、第２隔壁４２とノズルボディ２との間に第３燃料流路４３をそれぞれ設けることができる。第１隔壁４１は、ノズルボディ２を中心線ＣＬ１の方向から見たときに第１噴孔群と重なるように配置される。一方、第２隔壁４２は、ノズルボディ２を中心線ＣＬ１の方向から見たときに第２噴孔群と重なるように配置される。そのため、第１燃料流路８は第１噴孔群よりも中心側に設けられる。また、第２燃料流路９は、第１噴孔群より外周側かつ第２噴孔群より中心側に設けられる。そして、第３燃料流路４３は、第２噴孔群より外周側に設けられる。各隔壁４１、４２は、それぞれ下流側端部４１ａ、４２ａがノズルボディ２の先端部２ａと接しないように設けられている。そのため、これらの燃料流路８、９、４３は、噴孔３の流入口３ａの周囲で合流する。
【００４１】
第１燃料流路８には第１旋回部材１３が設けられ、第２燃料流路９には第２旋回部材１４が設けられている。この形態では、第１旋回部材１３は燃料を左回りに旋回させるように設けられる。また、第２旋回部材１４は、燃料を右回りに旋回させるように設けられる。第３燃料流路４３には、第３燃料旋回手段としての第３旋回部材４４が設けられている。第３旋回部材４４は、第３燃料流路４３に流入した燃料を左回りに旋回させるように設けられている。すなわち、これら旋回部材１３、１４、４４は、隣り合う燃料流路の燃料が互いに逆方向に旋回するように設けられている。第３旋回部材４４には例えば公知にはすば歯車が用いられる。第３旋回部材４４は、第２隔壁４２とノズルボディ２との間に圧入されることによって固定される。
【００４２】
図１６に示したように分配プレート１０には、第１燃料流路８に燃料を導く第１流入口１１と、第２燃料流路９に燃料を導く第２流入口１２と、第３燃料流路４３に燃料を導く第３流入口４５とが設けられている。この図に示したように第１流入口８は、同一円周上に所定の間隔を空けて等間隔で４個設けられている。第２流入口９及び第３流入口４３も同様にそれぞれ同一円周上に所定の間隔を空けて等間隔で４個ずつ設けられている。また、第１流入口１１と第２流入口１２と第３流入口４５とは、互いに半径方向に並ばないように配置されている。
【００４３】
次に図１５、１７、及び図１８を参照して旋回部５内における燃料の流れについて説明する。この形態の燃料噴射弁１では、図１５に一例を示したようにニードル４が弁座２ｂから離れると各流入口１１、１２、４５を介して各燃料流路８、９、４３にそれぞれ燃料が流入する。これにより、図１７に示したように第１燃料流路８には左回りの第１旋回流Ｆ１が、第２燃料流路９には右回りの第２旋回流Ｆ２が、第３燃料流路４３には左回りの第３旋回流Ｆ３がそれぞれ生成される。そして、図１８に示したように第１旋回流Ｆ１と第２旋回流Ｆ２とは、旋回部５の下流の端において第１噴孔群の各噴孔３を挟んですれ違う対向流となる。また、第２旋回流Ｆ２と第３旋回流Ｆ３とは、旋回部５の下流の端において第２噴孔群の各噴孔３を挟んですれ違う対向流となる。この場合、第１噴孔群の各噴孔３に流入する燃料には、第１旋回流Ｆ１及び第２旋回流Ｆ２からそれぞれ右回りの回転運動が付与される。一方、第２噴孔群の各噴孔３に流入する燃料には、第２旋回流Ｆ２及び第３旋回流Ｆ３からそれぞれ左回りの回転運動が付与される。そのため、各噴孔３内にそれぞれ旋回流Ｆｏｕｔを生成することができる。
【００４４】
以上に説明したように、この形態の燃料噴射弁１においても各噴孔３内に旋回流Ｆｏｕｔを生成することができる。そのため、遠心力Ｃによって噴孔３内の燃料Ｆｕｅｌの薄膜化を促進させることができる。従って、燃料の微粒化を促進することができる。また、この形態の燃料噴射弁１では、１８個の噴孔３を２つの円周上に分けて配置したので、１８個の噴孔３を同一円周上に並べた場合と比較して噴孔３間のピッチを大きくすることができる。これにより、図２０に示したように噴孔３から噴射された燃料が隣りの燃料と衝突するまでに進む距離を長くできる。なお、図２０は、図１９のXX−XX線における燃料噴射弁１の断面を示している。この場合、図２０の実線で囲んだ部分のように燃料の殆どを隣りの燃料と衝突する前に気化させることができる。そのため、噴孔３の数を増加させても、噴射後の燃料の粒径が大きくなることを抑制できる。これにより、噴孔３の数を増加させて一回に噴射可能な燃料量を増加させつつ、燃料の微粒化を促進することができる。なお、この形態において複数の噴孔３を分けて配置する円周の数は２つに限定されない。複数の噴孔３を、同心に設けられた３つ以上の円周上に分けて配置してもよい。この場合、旋回部５内には、各円周上の各噴孔の内側と外側に互いに逆方向に旋回する旋回流が形成されるように隔壁及び旋回部材が設けられる。
【００４５】
（第５の形態）
図２１〜図２３を参照して第５の形態に係る燃料噴射弁について説明する。図２１は、この形態に係る燃料噴射弁１の旋回部５の断面図である。図２２は、燃料噴射弁１を図２１の矢印XXII方向から見た図である。この形態において図２１に示した部分以外の構造は第１の形態と同じである。この形態において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図２１に示したようにこの形態では、ノズルボディ２の先端部２ａの形状が第１の形態と異なる。この図に示したように先端部２ａの外周部分には、傾斜面５１が設けられている。傾斜面５１は、先端部２ａの外周に全周に亘って同じ角度で設けられている。複数の噴孔３は、この傾斜面５１に設けられている。図２２に示したように噴孔３は、同一円周上に等間隔で並ぶように設けられている。そのため、各噴孔３は、図２１に示したようにそれぞれの中心線ＣＬ２が燃料噴射弁１の中心線ＣＬ１に対して所定角度θ傾くように設けられている。
【００４７】
旋回部５におけるノズルボディ２の内周面２ｃは、各噴孔３にそれぞれ燃料が送られるように途中から外周側に漸次広がるように形成されている。隔壁７は、ノズルボディ２の内周面２ｃと同様に外周側に漸次広がるテーパ部５２を備えている。テーパ部５２は、傾斜面５１と直交する方向に漸次広がっている。そのため、この形態では第１燃料流路８及び第２燃料流路９がそれらの途中から外周側に漸次広がるように設けられている。各燃料流路８、９のうち外周側に漸次広がる部分をテーパ流路８ａ、９ａと称する。ノズルボディ２の内周面２ｃ及びテーパ部５２のそれぞれの角度は、例えば上述した噴孔３の所定角度θと同じ値が設定される。図に示したように第１旋回部材１３及び第２旋回部材１４は、それぞれ燃料流路８、９のうちテーパ流路８ａ、９ａの部分に設けられている。このような位置に設けるため、これら旋回部材１３、１４としては、例えば公知のまがりばかさ歯車が用いられる。
【００４８】
この形態の燃料噴射弁１によれば、各燃料流路８、９にそれぞれテーパ流路８ａ、９ａを設けたので、第１旋回流Ｆ１を噴孔３の内側に、第２旋回流Ｆ２を噴孔３の外側にそれぞれ導くことができる。また、第１旋回流Ｆ１と第２旋回流Ｆ２とを噴孔３の中心線ＣＬ２と直交する仮想平面Ｐ（図２１参照）上で対向させることができる。そのため、噴孔３を傾けて設けても、その噴孔３内に旋回流Ｆｏｕｔを発生させることができる。従って、燃料の薄膜化を促進させることができる。図２３は、図２２のXXIII−XXIII線における断面を示している。この図に示したように第５の形態では各噴孔３の中心線ＣＬ２がそれぞれ傾いているため、各噴孔３から噴射される燃料の拡がり角αよりも隣り合う噴孔３の中心線ＣＬ２同士が形成する角度βの方を大きくすることにより噴射された燃料の衝突を十分に抑制することができる。また、角度βの方が角度αより小さい場合でも、噴孔３から出てから隣りの燃料に衝突するまでに燃料が進む距離を長くできる。この場合、この場合、図２３の実線で囲んだ部分のように燃料の殆どを隣りの燃料と衝突する前に気化させることができる。そのため、先端部２ａに設ける噴孔３の数を増加させて１回に噴射可能な燃料量を増加させつつ、燃料の微粒化を促進することができる。
【００４９】
（第６の形態）
図２４を参照して第６の形態に係る燃料噴射弁について説明する。図２４は、この形態に係る燃料噴射弁１の旋回部５の断面図である。なお、この形態において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。各燃料流路８、９を流れる燃料とノズルボディ２の内周面２ｃとの間には摩擦が発生する。そのため、各旋回流Ｆ１、Ｆ２もこの摩擦の影響を受ける。そこで、各旋回流Ｆ１、Ｆ２の摩擦損失が同じになるように第１旋回部材１３及び第２旋回部材１４の位置を調整する。
【００５０】
旋回流の摩擦損失は、旋回流が旋回した距離（旋回距離）に比例すると考えられる。第１旋回流Ｆ１の旋回距離Ｌ１は、図２４に示した旋回半径Ｒ１、及び第１旋回部材１３を通過してから噴孔３に到達するまでに燃料が旋回した回数（旋回回数）Ｎ１にて、
Ｌ１＝２πＲ１Ｎ１  ・・・（１）
と示すことができる。同様に第２旋回流Ｆ２の旋回距離Ｌ２は、図２４に示した旋回半径Ｒ２、及び第２旋回部材１４を通過してから噴孔３に到達するまでに燃料が旋回した回数（旋回回数）Ｎ２を用いて、
Ｌ２＝２πＲ２Ｎ２  ・・・（２）
と示すことができる。
【００５１】
第１旋回流Ｆ１と第２旋回流Ｆ２との摩擦損失を等しくするためには、これら旋回距離Ｌ１、Ｌ２を等しくすればよい。第１旋回回数Ｎ１は、中心線ＣＬ１に沿った方向の燃料の流速Ｖ１を図２４に示した旋回区間長さＨ１で割ったものＶ１／Ｈ１と比例すると考えられる。同様に第２旋回回数Ｎ２は、燃料の中心線ＣＬ１に沿った方向の流速Ｖ２を図２４に示した旋回区間長さＨ２で割ったものＶ２／Ｈ２と比例すると考えられる。そのため、各旋回流Ｆ１、Ｆ２の旋回距離Ｌ１、Ｌ２を等しくするには、
２πＲ１×Ｖ１／Ｈ１＝２πＲ２×Ｖ２／Ｈ２  ・・・（３）
が満たされればよい。ここで、Ｖ１＝Ｖ２と仮定すれば、以下の（４）式が満たされれば、各旋回流Ｆ１、Ｆ２の旋回距離Ｌ１、Ｌ２が等しくなる。
Ｒ１／Ｈ１＝Ｒ２／Ｈ２  ・・・（４）
また、この（４）式を変形すると以下の（５）式となる。
Ｒ１×Ｈ２＝Ｒ２×Ｈ１  ・・・（５）
【００５２】
そして、この（５）式が満たされるように第１旋回部材１３及び第２旋回部材１４をそれぞれ配置することにより、第１旋回流Ｆ１と第２旋回流Ｆ２との摩擦損失をほぼ等しくすることができる。また、この（５）式を用いることにより第１旋回流Ｆ１の流れの強さと第２旋回流Ｆ２の流れの強さとの間に大きさ差を生じさせることなく各燃料流路８、９の長さを低減できる。例えば、第１旋回流の旋回区間長さＨ１を長さΔＨ１削減する場合、第２旋回流の旋回区間長さＨ２から削減すべき長さΔＨ２の長さは、
ΔＨ２＝Ｈ２−（Ｈ１−ΔＨ１）Ｒ２／Ｒ１  ・・・（６）
と、算出できる。
【００５３】
以上に説明したように、第６の形態の燃料噴射弁１によれば、上述した（５）式が満たされるように第１旋回部材１３及び第２旋回部材１４を配置するので、第１旋回流Ｆ１と第２旋回流Ｆ２との摩擦損失をほぼ等しくすることができる。そのため、噴孔３に流入する燃料を中心側又は外周側に偏らせることなく旋回させることができる。そのため、噴孔３内に強い旋回流Ｆｏｕｔを形成し、燃料の薄膜化を促進させることができる。また、上述した（６）式を用いて各燃料流路８、９の長さを調整することにより、それぞれの燃料流路の摩擦抵抗をバランスさせつつ各燃料流路８、９を短くすることができる。
【００５４】
（第７の形態）
図２５〜図２７を参照して第７の形態に係る燃料噴射弁について説明する。図２５は、この形態の燃料噴射弁１の旋回部５の断面図である。図２６は、図２５のXXVI−XXVI線における燃料噴射弁１の断面図である。図２７は、図２６の破線で囲んだ部分を展開した図である。なお、この形態において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図２５及び図２６に示したようにこの形態の燃料噴射弁１では、ノズルボディ２の内周面２ｃ及び隔壁７にそれぞれコロ６１、６２が設けられている点が異なり、それ以外は第１の形態と同じである。
【００５５】
ノズルボディ２の内周面２ｃには、複数のコロ６１が設けられている。各コロ６１はそれぞれ円柱状に構成されている。また、各コロ６１は、それぞれ中心軸回りに自転可能なようにノズルボディ２に支持されている。図２６に示したようにこれらのコロ６１は、全周に亘って等間隔で設けられている。また、各コロ６１は、その一部が第２燃料流路９に露出するようにノズルボディ２に設けられている。隔壁７にも同様に複数のコロ６２が設けられている。これらのコロ６２もそれぞれ円柱状に構成され、中心軸回りに自転可能なように隔壁７に支持されている。これらのコロ６２も全周に亘って等間隔で設けられている。また、各コロ６２は、その一部が第１燃料流路８及び第２燃料流路９のそれぞれに露出するように設けられている。コロ６１及びコロ６２は、公知のころ軸受を用いれば容易に設けることができる。例えばコロ６１は、内輪無しのころ軸受をノズルボディ２に組み込むことにより設けることができる。また、例えばコロ６２は、内輪及び外輪の両方が無く、コロが保持器に保持されただけのころ軸受を隔壁７に組み込むことにより設けることができる。
【００５６】
第１燃料流路８に第１旋回流Ｆ１が発生すると、その旋回流Ｆ１は図２７に示したように第１燃料流路８内を旋回する際にコロ６２を回転させる。周知のように平面と燃料との間に発生する滑り摩擦の摩擦力よりも燃料がコロ６２を回転させるときの転がり摩擦の摩擦力の方が小さい。そのため、このようにコロ６２を設けることにより、第１旋回流Ｆ１の摩擦損失を低減できる。同様に第２旋回流Ｆ２は旋回時にコロ６１及びコロ６２を回転させるので、この旋回流Ｆ２の摩擦損失も低減できる。
【００５７】
このように第７の形態の燃料噴射弁１によれば、各旋回流Ｆ１、Ｆ２の摩擦損失をそれぞれ低減できるので、各旋回流Ｆ１、Ｆ２の流速の低下を抑制できる。これにより各旋回流Ｆ１、Ｆ２をそれぞれ強めることができる。そのため、噴孔３内の旋回流Ｆｏｕｔを強めて燃料の薄膜化を促進させることができる。
【００５８】
図２８〜図３０を参照して第７の形態に係る燃料噴射弁の変形例を説明する。なお、図２８はこの変形例の旋回部５の断面図であり、図２９は図２８のXVIIII−XVIIII線における燃料噴射弁１の断面図である。また、図３０は、図２９の破線で囲んだ部分を展開した図である。図２８及び図２９に示したようにこの変形例では、センターコラム６にも複数のコロ６３が設けられている。これらのコロ６３は、中心軸回りに自転可能なようにセンターコラム６に支持されている。また、これらのコロ６３は、全周に亘って等間隔で配置されている。これら複数のコロ６３の外周側には円筒状の第１外壁６４がコロ６３上を転がるように設けられている。隔壁７には、円筒状の第１内壁６５及び第２外壁６６が設けられている。第１内壁６５は、複数のコロ６２の内側にそれらコロ６２上を転がるように設けられている。一方、第２外壁６６は、複数のコロ６２の外側にそれらコロ６２上を転がるように設けられている。ノズルボディ２の内周面２ｃには、円筒状の第２内壁６７が設けられている。この第２内壁６７は、複数のコロ６１の内側にそれらコロ６１上を転がるように設けられている。これらコロ６１〜６３、内壁６５、６７、及び外壁６４、６６は、公知のころ軸受を用いればよい。この際、外壁６４、６６にはころ軸受の外輪を、内壁６５、６７にはころ軸受の内輪をそれぞれ用いればよい。
【００５９】
この変形例では、第１燃料流路８に第１旋回流Ｆ１が発生すると、その旋回流Ｆ１は図３０に示したように摩擦力によって第１外壁６４及び第１内壁６５をそれぞれ回転させる。上述したように第１外壁６４はコロ６３上を転がり、第１内壁６５はコロ６２上を転がる。そのため、第１外壁６４及び第１内壁６５と第１旋回流Ｆ１との間に生じる滑り摩擦の摩擦力は、静止している壁面と燃料との間で生じる滑り摩擦の摩擦力よりも小さくなる。また、外壁６４及び内壁６５は慣性力でも回転する。そのため、第１旋回流Ｆ１の摩擦損失を低減できる。同様に第２旋回流Ｆ２は、第２外壁６６及び第２内壁６７を回転させるので、この第２旋回流Ｆ２の摩擦損失も低減できる。
【００６０】
この変形例の燃料噴射弁１によれば、ノズルボディ２の内周面２ｃ及び隔壁７の表面を滑らかにできる。燃料の粘性が高い場合、コロ以外の静止している壁面が燃料流路８、９内にあるとその壁面での滑り摩擦による摩擦損失が大きくなる。この変形例では、コロの内側に内壁を、外側に外壁をそれぞれ設けたので、このような粘性の高い燃料でも各旋回流Ｆ１、Ｆ２の摩擦損失を低減することができる。そのため、各旋回流Ｆ１、Ｆ２をそれぞれ強め、噴孔３内に強い旋回流Ｆｏｕｔを生成することができる。そのため、燃料の薄膜化を促進させることができる。
【００６１】
なお、この形態において、摩擦損失を低減する方法はコロに限定されない。例えば、ノズルボディ２の内周面２ｃ及び隔壁７の表面にそれぞれ複数の細かな凹凸、いわゆるディンプルを設けて摩擦損失を低減してもよい。
【００６２】
（第８の形態）
図３１〜図３６を参照して第８の形態に係る燃料噴射弁について説明する。図３１は、この形態の燃料噴射弁の旋回部５を示している。図３２は、図３１の実線で囲んだ部分を拡大して示している。なお、この形態において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図３１に示したようにこの形態では、第１燃料流路８に流路面積変更手段としての第１はすば歯車７１が設けられている。また、第１燃料流路８には第１旋回部材として第２はすば歯車７２が設けられている。第１はすば歯車７１は、外周面に設けられた複数の外歯７１ａと、内周面に設けられた複数の内歯７１ｂ（図３２参照）とを備えている。内歯７１ｂも外歯７１ａと同様に中心線ＣＬ１に対して斜めに設けられている。第２はすば歯車７２は、外周面に設けられた複数の外歯７２ａを備えている。第２はすば歯車７２の外歯７２ａは、第１はすば歯車７１の外歯７１ａと個数及び形状が同じになるように設けられている。第２はすば歯車７２は、センターコラム６と隔壁７との間に回転不能に固定されている。一方、図３２に示したように第１はすば歯車７１は、スラスト軸受７３、７３を介してセンターコラム６に中心線ＣＬ１回りに回転可能なように支持されている。
【００６３】
図３１に示したようにセンターコラム６は中空に構成されている。ニードル４は、弁体部４ａと、円柱状の軸部４ｂとを備えている。軸部４ｂは、弁体部４ａに同軸に設けられている。分配プレート１０には、軸部４ｂが中心線ＣＬ１方向に移動可能なように挿入される挿入孔１０ａが設けられている。ニードル４は、軸部４ｂが挿入孔１０ａを介してセンターコラム６内に挿入されるように設けられている。図３２に示したように軸部４ｂには、第１はすば歯車７１の内歯７１ｂと噛み合う複数の外歯４ｃが設けられている。このように軸部４ｂに外歯４ｃを設けて第１はすば歯車７１の内歯７１ｂと噛み合わせることにより、これら外歯４ｃ及び内歯７１ｂでニードル４の直線運動を中心線ＣＬ１回りの回転運動に変換し、第１はすば歯車７１を回転させることができる。そのため、これら外歯４ｂ及び内歯７１ｂが本発明の運動変換機構に相当する。この場合、ニードル４と第１はすば歯車７１とを連動させることができる。
【００６４】
ニードル４は、開弁される場合に弁体部４ａが弁座２ｂに接する全閉位置から所定の全開位置までリフトされる。第１はすば歯車７１は、ニードル４が全閉位置の場合、言い換えるとニードル４のリフト量が０の場合、各外歯７１ａが第２はすば歯車７２の外歯７２ａ間の隙間を塞ぐように設けられている。この場合、中心線ＣＬ１の方向から見ると、第２はすば歯車７２の外歯７２ａ間に第１はすば歯車７１の外歯７１ａが配置されるため、第１旋回部材１３における燃料の流路面積が最小になる。軸部４ｂの外歯４ｃと第１はすば歯車７１の内歯７１ｂとは、ニードル４が全開位置までリフトされた場合に中心線ＣＬ１の方向から見て第１はすば歯車７１の外歯７１ａと第２はすば歯車７２の外歯７２ａとが重なるように設けられている。この場合、第１旋回部材１３における燃料の流路面積が最大になる。このようにこの形態の燃料噴射弁１では、ニードル４が全閉位置にある場合は第１旋回部材の流路面積が最小になり、ニードル４が全開位置に移動すると第１旋回部材の流路面積が最大になる。
【００６５】
次に図３３〜３６を参照してニードル４及び第１はすば歯車７１のそれぞれの動作について説明する。図３３は、ニードル４のリフト量及び第１はすば歯車７１が設けられた位置における第１燃料流路８の流路面積の時間変化の一例を示している。なお、図３３の実線がニードル４のリフト量の変化を示し、破線が第１燃料流路８の流路面積の変化を示している。図３４は、ニードル４が全閉位置のときの第１はすば歯車７１及び第２はすば歯車７２の状態を示している。図３５は、ニードル４がリフトされているときの第１はすば歯車７１及び第２はすば歯車７２の状態を示している。図３６は、ニードル４が全開位置のときの第１はすば歯車７１及び第２はすば歯車７２の状態を示している。図３４〜図３６における下の図は、それぞれの上の図のＡ−Ａ線における第１燃料流路８の断面を示している。また、図３４〜図３６においてはセンターコラム６の図示を省略している。
【００６６】
図３３においてニードル４のリフト量が０の期間、すなわちニードル４が全閉位置にある期間Ｐ１では第１はすば歯車７１及び第２はすば歯車７２が図３４に示した状態となるので、第１燃料流路８の流路面積が最小となる。この状態からニードル４がリフトされると、図３３の期間Ｐ２に示したように第１燃料流路８の流路面積は、ニードル４がリフトされるに従って漸次大きくなる。図３５は、この期間Ｐ２の時刻Ｔにおける第１はすば歯車７１及び第２はすば歯車７２の状態を示している。なお、軸部４ｂの外歯４ｃと第１はすば歯車７１の内歯７１ａとの間にはバックラッシュが設けられているため、ニードル４がリフトし始めてから第１燃料流路８の流路面積が変化し始めるまでの間には不感帯Ｄが生じる。そして、ニードル４のリフト量が最大値になる、すなわちニードル４が全開位置に移動すると図３６に示したように第１燃料流路８の流路面積が最大になる。この状態は、ニードル４が弁座２ｂ側に移動し始めて第１はすば歯車７１が回転し始めるまで、すなわち図３３の期間Ｐ３の間維持される。ニードル４が全開位置から弁座２ｂ側に移動する場合は、第１はすば歯車７１がニードル４がリフトするときと逆の方向に回転するので、第１燃料流路８の流路面積はニードル４が弁座２ｂ側に移動するに従って小さくなる。そして、ニードル４のリフト量が０になると第１はすば歯車７１及び第２はすば歯車７２は図３４に示した状態に戻る。以降、これらの動作が繰り返し行われる。
【００６７】
以上に説明したように第８の形態の燃料噴射弁によれば、ニードル４のリフト量が大きくなるに従って第１燃料流路８の流路面積を大きくすることができる。ニードル４がリフトし始めた直後は、旋回部５内に流入する燃料量が少ない。このような時期は第１燃料流路８の流路面積が小さいため、少ない燃料であっても第１旋回流Ｆ１の流速を高めることができる。そのため、強い第１旋回流Ｆ１を生成することができる。一方、ニードル４が全開位置に移動した場合は、旋回部５内に流入する燃料量が多くなる。このような場合には第１燃料流路８の流路面積が最大になるので、圧力損失を低減できる。そのため、この場合も強い第１旋回流Ｆ１を生成することができる。このように第８の形態の燃料噴射弁によれば、ニードル４がリフトし始めた直後からニードル４が全開位置に移動するまでの間、強い第１旋回流Ｆ１を生成することができるので、噴孔３内の旋回流Ｆｏｕｔを強めることができる。そのため、燃料の薄膜化を促進させ、燃料の微粒化を促進することができる。
【００６８】
なお、この形態では、第２燃料流路９にも流路面積が変更可能なように流路面積変更手段としての第１はすば歯車を設けてもよい。この第１はすば歯車は、上述した第１燃料流路８の第１はすば歯車と同様にニードル４がリフトされるに従って第２燃料流路９の流路面積が漸次大きくなるように設けられる。また、第１はすば歯車を回転させるための駆動手段は弁体に限定されない。モータなどの適宜の駆動手段を用いて回転させてよい。
【００６９】
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の燃料噴射弁は、気筒内に直接燃料を噴射する筒内直噴式内燃機関に適用してもよい。ノズルボディ内に２つの旋回流を生成することが可能であれば、隔壁は無くてもよい。各旋回部材は、隣り合う旋回流同士が互いに逆方向に回転するように設けられていればよい。上述した各形態では、噴孔の一方の側の旋回流と他方の側の旋回流とを中心が同じ位置になるように生成したが、これら旋回流の中心の位置は同じ位置でなくてもよい。例えば噴孔の一方の側に第１旋回流の中心が位置し、噴孔の他方の側に第２旋回流の中心が位置していてもよい。この場合、第１旋回流と第２旋回流は、噴孔を挟んですれ違う際に対向する向きに流れるように同じ方向に旋回させる。
【００７０】
上述した各形態は、互いに干渉しない範囲において適宜に組み合わせてもよい。例えば、旋回部材を複数のはすば歯車で構成するとともに噴孔内に切り欠き部を設け、かつノズルボディの内周面及び隔壁にコロを設けてもよい。このように上述した各形態を適宜に組み合わせることにより、燃料の薄膜化をさらに促進させることができる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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