(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部が円錐状に形成された筒状のノズルボディと、前記ノズルボディの内周面から外周面まで貫通する噴孔と、ノズルボディ内に摺動自在に収容され、前記噴孔を開閉する弁体と、を備え、内燃機関の気筒内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁において、
前記噴孔は、前記ノズルボディの内周面側に位置する小径部と前記ノズルボディの外周面側に位置し前記小径部より大きな孔径を有する大径部とが段差を介して連通するように構成され、
前記小径部の孔径に対する前記大径部の孔径の比は、３．１以上且つ４．０以下であり、
前記小径部の長さに対する前記大径部の長さの比は、０．２５以上且つ０．５５以下であり、
前記大径部の孔径に対する前記大径部の長さの比は、０．４以上且つ１．６以下であることを特徴とする燃料噴射弁。
【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関し、特に内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁として、先端部が円錐状に形成された筒状のノズルボディと、ノズルボディの内周面から外周面まで貫通する噴孔と、ノズルボディ内に摺動自在に収容され、前記噴孔を開閉する弁体と、を備えたものにおいて、ノズルボディの内周面側に配置される小径部と、ノズルボディの外周面側に配置され前記小径部より孔径の大きな大径部と、が段差を介して連通するように、噴孔を形成するものが知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１０７４５９号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５１９４号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９９８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述した従来の技術では、噴射燃料の微粒化と噴霧角度については考慮されているものの、噴射燃料のペネトレーションについて考慮されていないため、噴孔の出口部分に大径部を設ける効果が十分に得られない可能性があった。そのため、噴孔の出口部分に大径部が設けられない燃料噴射弁に対して、排気エミッションを十分に向上させることができない可能性もあった。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小径部と大径部とが段差を介して連通するように構成された噴孔を有する燃料噴射弁において、排気エミッションを向上させることができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明は、先端部が円錐状に形成された筒状のノズルボディと、前記ノズルボディの内周面から外周面まで貫通する噴孔と、ノズルボディ内に摺動自在に収容され、前記噴孔を開閉する弁体と、を備え、内燃機関の気筒内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁において、
前記噴孔は、前記ノズルボディの内周面側に位置する小径部と前記ノズルボディの外周面側に位置し前記小径部より大きな孔径を有する大径部とが段差を介して連通するように構成され、
前記小径部の孔径に対する前記大径部の孔径の比は、３．１以上且つ４．０以下であり、
前記小径部の長さに対する前記大径部の長さの比は、０．２５以上且つ０．５５以下であり、
前記大径部の孔径に対する前記大径部の長さの比は、０．４以上且つ１．６以下であるように構成した。
【０００７】
このように構成された燃料噴射弁によれば、噴孔の出口部分に大径部が設けられない燃
料噴射弁（言い換えると、噴孔が小径部のみから構成される燃料噴射弁）に比べ、燃料噴射圧力が低く、且つ燃料噴射量が少ないときのペネトレーションを同等に抑えつつ、燃料噴射圧力が高く、且つ燃料噴射量が多いときのペネトレーションを長くすることができる。さらに、上記のように構成された燃料噴射弁によれば、噴孔の出口部分に大径部が設けられない燃料噴射弁に比べ、噴霧角度を大きくすることができる。
【０００８】
上記したような特性のペネトレーションを実現可能になると、燃料噴射圧力が低く、且つ燃料噴射量が少ないときに、噴射燃料がシリンダボア壁面に付着し難くなるため、内燃機関から排出される未燃燃料成分（たとえば、炭化水素（ＨＣ））の量が少なくなる。また、燃料噴射圧力が高く、且つ燃料噴射量が多いときは、噴射燃料が燃焼室内のより多くの空気と混合するようになるため、酸素不足の状態で燃焼される燃料が少なくなり、内燃機関から排出されるスモークの量が少なくなる。さらに、噴霧角度の拡大効果によって噴射燃料の霧化が促進されるため、燃料と空気との均質な混合が促進され、未燃燃料やスモークの排出量が一層少なくなる。
【０００９】
したがって、本発明の燃料噴射弁によれば、噴孔の出口部分に大径部が設けられない燃料噴射弁に比べ、排気エミッションを向上させることが可能になる。
【００１０】
なお、本発明の燃料噴射弁は、燃料噴射圧力が少なくとも４０Ｍｐａ〜１８０Ｍｐａの範囲で調整される内燃機関に好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小径部と大径部とが段差を介して連通するように構成された噴孔を有する燃料噴射弁において、排気エミッションを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用する燃料噴射弁の主要部の構成を示す図である。
【図２】噴孔の詳細な構成を示す図である。
【図３】内燃機関が特定の運転状態にあるときのＤｏｕｔ／Ｄｉｎとフィルタ排気煙濃度値との関係を示す図である。
【図４】内燃機関の全運転領域で使用される燃料噴射圧力の範囲内において、各燃料噴射圧力に対応した下限値ｄｄｍｉｎと上限値ｄｄｍａｘとを計測した結果を示す図である。
【図５】Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎと噴孔周辺の空気の流れとの相関を示す図である。
【図６】内燃機関が特定の運転状態にあるときのＬｏｕｔ／Ｌｉｎとフィルタ排気煙濃度値との関係を示す図である。
【図７】内燃機関の全運転領域で使用される燃料噴射圧力の範囲内において、各燃料噴射圧力に対応した下限値ｌｌｍｉｎと上限値ｌｌｍａｘとを計測した結果を示す図である。
【図８】Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎと噴孔周辺の空気の流れとの相関を示す図である。
【図９】内燃機関が特定の運転状態にあるときのＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔとフィルタ排気煙濃度値との関係を示す図である。
【図１０】内燃機関の全運転領域で使用される燃料噴射圧力の範囲内において、各燃料噴射圧力に対応した下限値ｌｄｍｉｎと上限値ｌｄｍａｘとを計測した結果を示す図である。
【図１１】燃料噴射圧力とペネトレーションとの関係を示す図である。
【図１２】燃料噴射圧力と噴霧角度との関係を示す図である。
【図１３】Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎと低負荷運転状態の内燃機関から排出される排気のＨＣ濃度との関係を示す図である。
【図１４】高負荷運転時のフィルタ排気煙濃度値と低負荷運転時のＨＣ濃度との関係を示す図である。
【図１５】Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎと低負荷状態の内燃機関から排出されるＮＯＸの量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１４】
本発明に係わる燃料噴射弁の主要部の構成を図１に示す。図１に示す燃料噴射弁１は、内燃機関の燃料である軽油やガソリンなどの液体燃料を気筒内へ噴射するものであり、内燃機関の出力（クランクシャフトの回転力）を利用して駆動される機械式ポンプから吐出された燃料を噴射するものである。
【００１５】
図１において、燃料噴射弁１は、先端が円錐状に形成された筒状のノズルボディ２を備えている。ノズルボディ２の先端近傍には、該ノズルボディ２の内周面から外周面まで貫通する噴孔３が複数設けられている。また、ノズルボディ２の内部には、噴孔３を開閉するためのニードル（弁体）４が摺動自在に収容されている。
【００１６】
ここで、噴孔３の詳細な構成を図２に示す。噴孔３は、燃料の流れ方向における入口側に配置された小径部３０と、燃料の流れ方向における出口側に配置され前記小径部３０より大きな孔径を有する大径部３１とを有し、それら小径部３０と大径部３１とが段差を介して連通している。なお、図２中のＤｉｎは、小径部３０の孔径を示し、図２中のＤｏｕｔは、大径部３１の孔径を示す。また、図２中のＬｉｎは、小径部３０の長さを示し、図２中のＬｏｕｔは、大径部３１の長さを示す。
【００１７】
ところで、噴孔３を構成する各部の寸法が不用意に定められると、噴孔３の出口部分に大径部３１を設けた効果を十分に得られず、小径部のみを備える噴孔（大径部が設けられない噴孔）を使用した場合に対して、排気エミッションを十分に向上させることができない可能性がある。
【００１８】
なお、噴孔３の出口部分に大径部３１を設ける目的は、小径部３０から燃料が噴射された際に大径部３１の外部（燃焼室）から内部へ流入する空気及びその空気の流れを有効に利用することで、排気エミッションを向上させることにある。そこで、本実施例では、大径部３１へ流入する空気の量及びその空気の流れが適当な量及び流れとなるように、噴孔３を構成する。具体的には、大径部３１へ流入する空気の量及びその空気の流れに相関する３つの寸法比が適当な範囲に収まるように噴孔３を構成する。ここでいう、３つの寸法比とは、小径部３０の孔径Ｄｉｎに対する大径部３１の孔径の比Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎと、小径部の長さＬｉｎに対する大径部３１の長さＬｏｕｔの比Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎと、大径部３１の孔径に対する大径部３１の長さの比Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔである。以下では、これら３つの比率の好ましい範囲について説明する。
【００１９】
（Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎについて）
図３は、内燃機関がある特定の運転状態にある場合のＤｏｕｔ／Ｄｉｎと内燃機関から排出される排気のフィルタ排気煙濃度値（ＦＳＮ：Ｆｉｌｔｅｒ  Ｓｍｏｋｅ  Ｎｕｍｂｅｒ）との関係を示す図である。ここでいうフィルタ排気煙濃度値は、煤を含む排気が所定のフィルタを通過することにより、フィルタが黒色化される度合を示す値である。図３中の実線は、小径部３０と大径部３１とが段差を介して連通する噴孔３（以下、「段付き噴孔３」と称する）を有する燃料噴射弁１を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値を示す。また、図３中の一点鎖線は、小径部のみから構成される噴孔（以下、「ストレート噴孔
」と称する）を有する燃料噴射弁を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値を示す。
【００２０】
図３に示すように、段付き噴孔３を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値は、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎの変化に対して下に凸の二次関数的に変化する。そこで、段付き噴孔３を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値がストレート噴孔を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値（図３中の一点鎖線）と同等以下になる範囲を予め実験的に求めておき、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎがその範囲内に収まるように噴孔３を形成すればよい。具体的には、そのような範囲の下限値（図３中のｄｄｍｉｎ）と上限値（図３中のｄｄｍａｘ）とを予め実験的に求めておき、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが下限値ｄｄｍｉｎ以上、且つ上限値ｄｄｍａｘ以下となるように、噴孔３を形成すればよい。
【００２１】
なお、図３中の実線は、内燃機関がある特定の運転状態にある場合のフィルタ排気煙濃度値を示すものである。よって、内燃機関の全運転領域でフィルタ排気煙濃度値をストレート噴孔と同等以下にするためには、内燃機関の各運転領域においてフィルタ排気煙濃度値がストレート噴孔以下となるＤｏｕｔ／Ｄｉｎの範囲（下限値ｄｄｍｉｎ、上限値ｄｄｍａｘ）を測定し、それらの範囲の共通部分（積集合）を求める必要がある。
【００２２】
図４は、内燃機関の全運転領域で使用される燃料噴射圧力の範囲内において、各燃料噴射圧力に対応した下限値ｄｄｍｉｎと上限値ｄｄｍａｘとを計測した結果を示す図である。なお、本実施例では、内燃機関の全運転領域における燃料噴射圧力は、４０Ｍｐａ〜１８０Ｍｐａの範囲内で調整されるものとする。図４中の横軸は燃料噴射圧力（ＭＰａ）を示し、該横軸の一目盛りは１０ＭＰａに相当する。図４中の縦軸はＤｏｕｔ／Ｄｉｎを示し、該縦軸の一目盛りは１．０に相当する。また、図４中の実線は上限値ｄｄｍａｘの測定結果の回帰曲線を示し、図４中の一点鎖線は下限値ｄｄｍｉｎの測定結果の回帰曲線を示す。
【００２３】
図４において、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが上限値ｄｄｍａｘの最小値と下限値ｄｄｍｉｎの最大値との間の範囲（図４中の斜線で塗りつぶした範囲）内に設定されると、内燃機関の全運転領域におけるフィルタ排気煙濃度値をストレート噴孔が使用された場合と同等以下に抑えることができる。なお、図４に示すように、上限値ｄｄｍａｘの最小値は、“４．０”であり、下限値ｄｄｍｉｎの最大値は、“３．１”である。よって、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎは、３．１以上且つ４．０以下の範囲内で設定されればよい。
【００２４】
ここで、段付き噴孔３を有する燃料噴射弁１から燃料を噴射させた場合において、段付き噴孔３周辺の空気の流れを図５に示す。図５中（ａ）は、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが３．１より小さい場合の空気の流れを示す。図５中（ｂ）は、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが４．０より大きい場合の空気の流れを示す。図５中（ｃ）は、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが３．１以上且つ４．０以下に設定された場合の空気の流れを示す。
【００２５】
段付き噴孔３を有する燃料噴射弁１において、小径部３０の出口から燃料が噴射されると、大径部３１に存在していた空気が噴射燃料によって大径部３１の外部（燃焼室）へ持ち去れるため、大径部３１に負圧が発生する。大径部３１に負圧が発生すると、大径部３１の外部（燃焼室）から大径部３１へ空気が流入する。大径部３１へ流入した空気は、小径部３０から噴射された燃料に取り込まれつつ、大径部３１から流出する。このような空気の流れが発生しているときに、大径部３１から流出する空気と大径部３１へ流入する空気とが適度に干渉すると、適当な気流の乱れが発生し、噴霧に取り込まれる空気量が増加する。噴霧に取り込まれる空気量が増加すると、噴霧角度が拡大するとともに、燃料と空気との混合が促進される。
【００２６】
ところで、図５中（ａ）に示すように、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが３．１より小さくされると
、大径部３１から流出する空気が大径部３１へ流入する空気の流れを阻害するため、大径部３１へ取り込まれる空気量が少なくなると推測される。特に、燃料噴射圧力が低いときは、小径部３０から噴出した燃料の噴霧角度が大きくなるため、噴霧の外周部と大径部３１の内壁面との隙間が小さくなり、大径部３１へ取り込まれる空気量が一層少なくなると推測される。その結果、噴霧に取り込まれる空気の量が一層少なくなり、燃料が酸素不足の状態で燃焼され易くなると考えられる。
【００２７】
また、図５中（ｂ）に示すように、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが４．０より大きくされると、大径部３１へ流入する空気と大径部３１から流出する空気とが殆ど干渉せずにスムーズに流れるため、大径部３１へ流入する空気の量は多くなるものの、噴霧に取り込まれる空気の量が少なくなると推測される。特に、燃料噴射圧力が高いときは、小径部３０から噴出した燃料の噴霧角度が小さくなるため、噴霧の外周部と大径部３１の内壁面との隙間が一層大きくなり、大径部３１へ取り込まれる空気の量が一層多くなるものの、噴霧に取り込まれる空気の量が一層少なくなると推測される。その結果、燃料が酸素不足の状態で燃焼され易くなると考えられる。
【００２８】
これらに対し、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが３．１以上且つ４．０以下に設定されると、図５中の（ｃ）に示すように、大径部３１から流出する空気は、大径部３１への空気の流入を許容しつつ、大径部３１へ流入する空気と干渉して、適度な気流の乱れを発生させると推測される。そして、大径部３１へ流入する空気と前記した気流の乱れとの相乗効果によって、噴霧に取り込まれる空気の量が増加するとともに、噴霧角度が拡大すると推測される。その結果、噴射燃料と空気との均一な混合が促進され、燃料が酸素不足の状態で燃焼され難くなると考えられる。
【００２９】
（Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎについて）
図６は、内燃機関がある特定の運転状態にある場合のＬｏｕｔ／Ｌｉｎと内燃機関から排出される排気のフィルタ排気煙濃度値（ＦＳＮ）との関係を示す図である。なお、図６中の実線は、段付き噴孔３を有する燃料噴射弁１を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値を示す。また、図６中の一点鎖線は、ストレート噴孔を有する燃料噴射弁を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値を示す。
【００３０】
図６に示すように、段付き噴孔３を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値は、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎの変化に対して下に凸の二次関数的に変化する。そこで、段付き噴孔３を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値がストレート噴孔を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値（図６中の一点鎖線）と同等以下になる範囲（図６中の下限値ｌｌｍｉｎから上限値ｌｌｍａｘまでの範囲）を予め実験的に求めておき、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎがその範囲内に収まるように噴孔３を形成すればよい。
【００３１】
ただし、図６中の実線は、内燃機関がある特定の運転状態にある場合のフィルタ排気煙濃度値を示すため、前述のＤｏｕｔ／Ｄｉｎの場合と同様に、内燃機関の各運転領域においてフィルタ排気煙濃度値がストレート噴孔以下となるＬｏｕｔ／Ｌｉｎの範囲（下限値ｌｌｍｉｎ、上限値ｌｌｍａｘ）を測定し、それらの範囲の共通部分（積集合）を求める必要がある。
【００３２】
図７は、内燃機関の全運転領域で使用される燃料噴射圧力の範囲内において、各燃料噴射圧力に対応した下限値ｌｌｍｉｎと上限値ｌｌｍａｘとを計測した結果を示す図である。図７中の横軸は燃料噴射圧力（ＭＰａ）を示し、該横軸の一目盛りは１０ＭＰａに相当する。図７中の縦軸はＬｏｕｔ／Ｌｉｎを示し、該縦軸の一目盛りは０．１に相当する。また、図７中の実線は上限値ｌｌｍａｘの測定結果の回帰曲線を示し、図７中の一点鎖線は下限値ｌｌｍｉｎの測定結果の回帰曲線を示す。
【００３３】
図７において、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが上限値ｌｌｍａｘの最小値と下限値ｌｌｍｉｎの最大値との間の範囲（図７中の斜線で塗りつぶした範囲）内に設定されると、内燃機関の全運転領域におけるフィルタ排気煙濃度値をストレート噴孔が使用された場合と同等以下に抑えることができる。なお、図７に示すように、上限値ｌｌｍａｘの最小値は、“０．５５”であり、下限値ｌｌｍｉｎの最大値は、“０．２５”である。よって、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎは、０．２５以上且つ０．５５以下の範囲内で設定されればよい。
【００３４】
ここで、段付き噴孔３を有する燃料噴射弁１から燃料を噴射させた場合において、段付き噴孔３周辺の空気の流れを図８に示す。図８中（ａ）は、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが０．２５より小さい場合の空気の流れを示す。図８中（ｂ）は、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが０．５５より大きい場合の空気の流れを示す。図８中（ｃ）は、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが０．２５以上且つ０．５５以下に設定された場合の空気の流れを示す。
【００３５】
図８中（ａ）に示すように、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが０．２５より小さくされると、Ｌｏｕｔが短くなる。その場合、大径部３１へ流入する空気と大径部３１から流出する空気とが殆ど干渉せずにスムーズに流れるため、大径部３１へ流入する空気量は多くなるものの、噴霧に取り込まれる空気の量が少なくなると推測される。その結果、燃料が酸素不足の状態で燃焼され易くなると考えられる。
【００３６】
また、図８中（ｂ）に示すように、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが０．５５より大きくされると、Ｌｏｕｔが長くなるため、噴霧が大径部３１の内周面と接触する。その場合、大径部３１へ空気が流入しなくなり、噴霧に取り込まれる空気の量が少なくなると推測される。その結果、燃料が酸素不足の状態で燃焼され易くなると考えられる。
【００３７】
これらに対し、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが０．２５以上且つ０．５５以下に設定されると、小径部３０から噴出した噴霧の外周部と大径部３１の内周面との隙間が適度な大きさになる。その場合、大径部３１から流出する空気は、大径部３１への空気の流入を許容しつつ、大径部３１へ流入する空気と干渉して、適度な気流の乱れを発生させると推測される。そして、大径部３１へ流入する空気と前記した気流の乱れとの相乗効果によって、噴霧に取り込まれる空気の量が増加するとともに、噴霧角度が拡大すると推測される。その結果、噴射燃料と空気との均一な混合が促進される推測され、燃料が酸素不足の状態で燃焼され難くなると考えられる。
【００３８】
（Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔについて）
図９は、内燃機関がある特定の運転状態にある場合のＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔと内燃機関から排出される排気のフィルタ排気煙濃度値（ＦＳＮ）との関係を示す図である。なお、図９中の実線は、段付き噴孔３を有する燃料噴射弁１を使用した場合であって、Ｄｏｕｔを一定の大きさに固定しつつＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔを変更した場合のフィルタ排気煙濃度値を示す。また、図９中の一点鎖線は、段付き噴孔３を有する燃料噴射弁１を使用した場合であって、Ｌｏｕｔを一定の長さに固定しつつＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔを変更した場合のフィルタ排気煙濃度値を示す。そして、図９中の二点鎖線は、ストレート噴孔を有する燃料噴射弁を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値を示す。
【００３９】
図９に示すように、段付き噴孔３を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値は、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔの変化に対して下に凸の二次関数的に変化する。そこで、段付き噴孔３を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値がストレート噴孔を使用した場合のフィルタ排気煙濃度値（図９中の二点鎖線）と同等以下になる範囲を予め実験的に求め、その範囲内でＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔを設定すればよい。
【００４０】
たとえば、Ｌｏｕｔを一定の長さに固定しつつＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔを変更した場合において、フィルタ排気煙濃度値がストレート噴孔を使用した場合と同等以下になる範囲を求める。また、Ｄｏｕｔを一定の孔径に固定しつつＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔを変更した場合において、フィルタ排気煙濃度値がストレート噴孔を使用した場合と同等以下になる範囲を求める。そして、２つの範囲が重複する範囲（図９中の範囲Ａ）を求め、その範囲内でＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔを設定する方法が考えられる。
【００４１】
ところで、段付き噴孔３を有する燃料噴射弁１を製造する場合は、Ｄｉｎ、Ｄｏｕｔ、Ｌｉｎ、Ｌｏｕｔの少なくとも１つの寸法を予め決めておき、その寸法と前述した寸法比とに基づいて、他の部位の寸法が決定されることになる。たとえば、内燃機関の最高出力は、高負荷運転時に小径部３０を流れる燃料の流速（単位時間あたりの流量）に相関するため、小径部３０の孔径Ｄｉｎは、内燃機関の最高出力に応じて決定されてもよい。また、噴射燃料のペネトレーションは、シリンダボア径に応じた長さになることが好ましいため、ペネトレーションとの相関が強い小径部３０の長さＬｉｎは、シリンダボア径に応じて決定されてもよい。このようにＤｉｎ、Ｄｏｕｔ、Ｌｉｎ、Ｌｏｕｔの少なくとも１つが決定されている場合に、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔが前記した範囲Ａに制限されると、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが前述した３．１以上且つ４．０以下の範囲に収まり、且つＬｏｕｔ／Ｌｉｎが前述した０．２５以上且つ０．５５以下の範囲に収まるように、各部の寸法を調整する作業が煩雑になる可能性がある。
【００４２】
これに対し、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔの範囲を規定しない方法が考えられる。しかしながら、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ及びＬｏｕｔ／Ｌｉｎが上記の範囲内に設定された際に、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔが過小になると、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが過小になった場合（図８中の（ａ））と同様に、大径部３１へ流入する空気量が多くなるものの、噴霧に取り込まれる空気量が少なくなる可能性がある。また、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ及びＬｏｕｔ／Ｌｉｎが上記の範囲内に設定された際に、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔが過大になると、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが過大になった場合（図８中の（ｂ））と同様に、大径部３１へ空気量が流入しなくなり、噴霧に取り込まれる空気が少なくなる可能性がある。
【００４３】
そこで、本実施例においては、Ｌｏｕｔを一定の長さに固定した場合の範囲、又はＤｏｕｔを一定の孔径に固定した場合の範囲の少なくとも一方の範囲（図９中の下限値ｌｄｍｉｎ〜上限値ｌｄｍａｘの範囲）内でＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔを設定することで、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔが適正な範囲から大幅にずれないようにしつつ、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ及びＬｏｕｔ／Ｌｉｎの設定自由度を高めるようにした。
【００４４】
なお、図９中の実線及び一点鎖線は、内燃機関がある特定の運転状態にある場合のフィルタ排気煙濃度値を示すものであるため、前述のＤｏｕｔ／Ｄｉｎ、及びＬｏｕｔ／Ｄｉｎの場合と同様に、内燃機関の各運転領域において下限値ｌｄｍｉｎ及び上限値ｌｄｍａｘを求め、それら下限値ｌｄｍｉｎと上限値ｌｄｍａｘとによって特定される範囲の共通部分（積集合）を求める必要がある。
【００４５】
図１０は、内燃機関の全運転領域で使用される燃料噴射圧力の範囲内において、各燃料噴射圧力に対応した下限値ｌｄｍｉｎと上限値ｌｄｍａｘとを計測した結果を示す図である。図１０中の横軸は燃料噴射圧力（ＭＰａ）を示し、該横軸の一目盛りは１０ＭＰａに相当する。図１０中の縦軸はＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔを示し、該縦軸の一目盛りは０．１に相当する。また、図１０中の実線は上限値ｌｄｍａｘの測定結果の回帰曲線を示し、図１０中の一点鎖線は下限値ｌｄｍｉｎの測定結果の回帰曲線を示す。
【００４６】
図１０において、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔは、上限値ｌｄｍａｘの最小値と下限値ｌｄｍｉｎの最大値との間の範囲（図１０中の斜線で塗りつぶした範囲）内に設定されるものとす
る。なお、図１０に示すように、上限値ｌｄｍａｘの最小値は、“１．６”であり、下限値ｌｌｍｉｎの最大値は、“０．４”である。よって、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔは、０．４以上且つ１．６以下の範囲内で設定されればよい。
【００４７】
このように、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔの範囲が定められると、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが前述した３．１以上且つ４．０以下の範囲に収まり、且つＬｏｕｔ／Ｌｉｎが前述した０．２５以上且つ０．５５以下の範囲に収まるように、各部の寸法を調整する作業を簡略化することができる。
【００４８】
（段付き噴孔の効果）
図１１は、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎ、及びＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔが前述の範囲に収まるように構成された段付き噴孔３を使用した場合において、各燃料噴射圧力におけるペネトレーションを計測した結果を示す図である。図１１中の実線は、段付き噴孔３を使用した場合の計測結果の回帰曲線である。また、図１１中の一点鎖線は、前記段付き噴孔３と同径の噴孔を有するストレート噴孔を使用した場合の計測結果の回帰曲線である。なお、ストレート噴孔の長さは、燃料噴射圧力が低くなる低負荷運転領域において、噴射燃料がシリンダボア壁面まで到達しない長さに設定されている。
【００４９】
図１１の計測結果は、燃料噴射圧力が高くなるときのペネトレーションがストレート噴孔を使用した場合より長くなり、且つ、燃料噴射圧力が低くなるときのペネトレーションがストレート噴孔を使用した場合と同等になることを示している。このような特性によると、燃料噴射圧力が低いときに、シリンダボア壁面に付着する燃料が少なくなるため、内燃機関から排出される炭化水素（ＨＣ）の量が少なくなる。一方、燃料噴射圧力が高いときは、、噴射燃料が燃焼室内のより多くの空気と混合されるため、酸素不足な状態で燃料が燃焼することが抑制され、スモークの発生量が少なくなる。
【００５０】
次に、図１２は、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎ、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎ、及びＬｏｕｔ／Ｄｏｕｔが前述の範囲に収まるように構成された段付き噴孔３を使用した場合において、各燃料噴射圧力における噴霧角度を計測した結果を示す図である。図１２中の実線は、段付き噴孔３を使用した場合の計測結果の回帰直線である。図１２中の一点鎖線は、前記段付き噴孔３と同径の噴孔を有するストレート噴孔を使用した場合の計測結果の回帰直線である。なお、ストレート噴孔の長さは、図１１の場合と同様に、燃料噴射圧力が低くなる低負荷運転領域において、噴射燃料がシリンダボア壁面まで到達しない長さに設定されている。
【００５１】
図１２の計測結果は、燃料噴射圧力が低くなる領域から燃料噴射圧力が高くなる領域までの全ての領域において、段付き噴孔３を使用した場合の噴霧角度がストレート噴孔を使用した場合より大きくなることを示している。このような特性によると、内燃機関の全運転領域において、燃料の微粒化、並びに噴射燃料と空気との混合が促進されると推測される。その結果、燃料が酸素不足の状態で燃焼することが抑制され、内燃機関から排出される炭化水素（ＨＣ）及びスモークの量が少なくなる。
【００５２】
したがって、上記したような段付き噴孔３を有する燃料噴射弁１によれば、ストレート噴孔を有する燃料噴射弁に比べ、燃料噴射圧力が低く且つ燃料噴射量が少ないときに内燃機関から排出される炭化水素（ＨＣ）の量を少なく抑えることができるとともに、燃料噴射圧力が高く且つ燃料噴射量が多いときに内燃機関から排出されるスモークの量を少なく抑えることができる。また、燃料噴射圧力が低いときにシリンダボア壁面に付着する燃料の量が少なくなると、燃焼に供される燃料の量が多くなり、燃料消費量を少なく抑えることも可能になる。さらに、燃料噴射圧力が高く、且つ燃料噴射量が多いときに内燃機関から排出されるスモークの量が少なくなると、内燃機関の排気系に配置されるパティキュレートフィルタの再生頻度を少なくすることができ、パティキュレートフィルタの再生に要
する燃料消費量を少なく抑えることも可能になる。
【００５３】
（変形例１）
内燃機関が低負荷運転状態にあるときは、内燃機関から排出される炭化水素（ＨＣ）の量が多くなりやすい。そこで、低負荷運転状態の内燃機関から排出される炭化水素（ＨＣ）がより確実に少なくなるように、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎの範囲を設定してもよい。
【００５４】
図１３は、内燃機関が低負荷運転状態にあるとき（たとえば、燃料噴射圧力が４３ＭＰａであるとき）のＬｏｕｔ／Ｌｉｎと排気中のＨＣ濃度（ｐｐｍｃ）との関係を示す図である。図１３中の実線は、段付き噴孔３が使用された場合のＨＣ濃度を示し、図１３中の一点鎖線は、ストレート噴孔が使用された場合のＨＣ濃度を示す。
【００５５】
図１３に示すように、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが“０．４５” 以下に設定されると、段付き
噴孔３を使用した場合のＨＣ濃度がストレート噴孔を使用した場合のＨＣ濃度以下となる。そこで、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎは、０．２５以上且つ０．４５以下の範囲内で設定されてもよい。
【００５６】
Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが０．２５以上且つ０．４５以下の範囲内で設定されると、スモークの発生量をストレート噴孔が使用された場合と同等以下に抑えつつ、低負荷運転状態の内燃機関から排出される炭化水素（ＨＣ）の量をストレート噴孔が使用された場合と同等以下に抑えることが可能になる。
【００５７】
そして、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが３．１以上且つ４．０以下、且つ、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔが０．４以上且つ１．６以下に設定された場合において、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが０．２５以上且つ０．４５以下に設定されると、図１４に示すように、段付き噴孔３が使用された場合（図１４中の白丸印）の低負荷運転領域におけるＨＣ濃度及び高負荷運転領域におけるフィルタ排気煙濃度値を、ストレート噴孔が使用された場合（図１４中の黒丸印）より小さくすることができる。
【００５８】
（変形例２）
前述した実施例で述べたように、段付き噴孔３が使用されると、噴射燃料と空気との混合が促進されるため、燃料の燃焼速度が大きくなる。特に、低負荷運転領域において燃料の燃焼速度が大きくなると、内燃機関から排出されるＮＯＸの量がストレート噴孔を使用した場合より多くなる可能性がある。そこで、低負荷運転状態の内燃機関から排出されるＮＯＸ量の増加が抑制されるように、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎの範囲を設定してもよい。
【００５９】
図１５は、内燃機関が低負荷運転状態にあるとき（たとえば、燃料噴射圧力が４３ＭＰａであるとき）のＤｏｕｔ／Ｄｉｎと内燃機関から排出されるＮＯＸの量（ｇ／ｋＷｈ）との関係を示す図である。図１５中の実線は、段付き噴孔３を使用した場合のＮＯＸ量を示し、図１５中の一点鎖線は、ストレート噴孔を使用した場合のＮＯＸ量を示す。
【００６０】
図１５に示すように、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが“３．７”以下に設定されると、段付き噴孔３を使用した場合のＮＯＸ排出量がストレート噴孔を使用した場合のＮＯＸ排出量以下となる。そこで、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎは、３．１以上且つ３．７以下の範囲内で設定されてもよい。
【００６１】
そして、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが０．２５以上且つ０．５５以下、且つ、Ｌｏｕｔ／Ｄｏｕｔが０．４以上且つ１．６以下に設定された場合に、Ｄｏｕｔ／Ｄｉｎが３．１以上且つ３．７以下に設定されると、低負荷運転状態の内燃機関から排出されるＮＯＸ量の増加を抑制することができる。なお、Ｌｏｕｔ／Ｌｉｎが０．２５以上且つ０．４５以下の範囲
内で設定されると、低負荷運転状態の内燃機関から排出される炭化水素（ＨＣ）の量をより確実に少なく抑えつつ、低負荷運転状態の内燃機関から排出されるＮＯＸ量の増加を抑制することができる。
【００６２】
（その他の実施例）
前述した実施例では、小径部の孔径が一定にされる例について述べたが、孔径が徐々に変化するテーパ状の小径部を用いることもできる。その場合、小径部３０の孔径Ｄｉｎは、出口部分の孔径を用いればよい。
【符号の説明】
【００６３】
１     燃料噴射弁
２     ノズルボディ
３     噴孔（段付き噴孔）
３０   小径部
３１   大径部
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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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１】
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【図２】
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【図５】
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【図８】
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