(57)【要約】  燃料噴射弁は、先端側にシート面を有するニードル弁と、前記シート面が着座するシート部を有すると共に前記シート部の下流側に噴孔を有するノズルボディと、前記噴孔から噴射される燃料を旋回させる螺旋溝を有する旋回流生成部と、を有する。前記シート面は第１の接点を含み、前記第１の接点は、閉弁時において、前記シート部に含まれる第２の接点と接触し、開弁時に、前記第１の接点と前記第２の接点とを結んで描かれる線分は、前記旋回流生成部を前記ニードル弁の中心軸を含む面で断面としたときに、前記断面において最も下流側に現れる第１の溝部の底部と、前記第１の溝部よりも一段上流側に現れる第２の溝部の底部とを通過する仮想直線と交差する。これにより、螺旋溝を通過することによって縮流される燃料は、ニードル弁との衝突を回避し、螺旋溝を通過して旋回する燃料の流速低下が抑制される。
2013121542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側にシート面を有するニードル弁と、
前記シート面が着座するシート部を有すると共に前記シート部の下流側に噴孔を有するノズルボディと、
前記噴孔から噴射される燃料を旋回させる螺旋溝を有する旋回流生成部と、
を有し、
前記シート面は第１の接点を含み、前記第１の接点は、閉弁時において、前記シート部に含まれる第２の接点と接触し、
開弁時に、前記第１の接点と前記第２の接点とを結んで描かれる線分は、
前記旋回流生成部を前記ニードル弁の中心軸を含む面で断面としたときに、前記断面において最も下流側に現れる第１の溝部の底部と、前記第１の溝部よりも一段上流側に現れる第２の溝部の底部とを通過する仮想直線と交差する
燃料噴射弁。
【請求項２】
前記旋回流生成部は、複数条の前記螺旋溝を有し、
前記第１の溝部と前記第２の溝部とは、異なる螺旋溝に包含される請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記螺旋溝の流路面積は、出口部において最小となる請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁に供給する燃料の圧力調整手段とを備え、
前記燃料噴射弁が備える前記噴孔は、
前記燃料噴射弁により噴射される燃料中に生成される気泡を所望の時間で圧壊させる条件を満たすとともに、設定燃圧が最も低くなる噴孔径に設定され、
前記燃料の圧力調整手段は、前記燃料噴射弁が装着されるエンジンの運転状態に応じて燃圧を変更する燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁及びこれを備えた燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ノズル本体の中空穴の壁面とニードル弁の摺動面との間に形成された螺旋状通路を備えた燃料噴射ノズルが知られている（例えば、特許文献１）。このような燃料噴射ノズルでは、螺旋状通路を通過した燃料が回転流となる。回転流となった燃料は、ニードル弁がリフトすることにより、ニードル弁とノズル本体との間に形成される隙間を通じて噴孔から噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１４１１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に開示された燃料噴射ノズルは、燃料の回転流を維持したまま噴孔から噴射されることにより、噴霧の拡散、空気と混合されることを狙っている。ところで、螺旋状通路を通過する燃料は、その螺旋状通路の断面形状に応じた燃料厚さ、すなわち、燃料流の断面寸法を維持した状態でニードル弁とノズル本体との間に供給される。このため、燃料厚さが、ニードル弁の最大リフト量よりも大きくなる場合、ニードル弁が、燃料の回転流維持を阻害するおそれがある。すなわち、燃料流がニードル弁の一部に衝突することに起因する燃料の旋回速度の低下が懸念される。【０００５】
そこで、本明細書開示の燃料噴射弁は、螺旋溝を通過して旋回する燃料の流速低下を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された燃料噴射弁は、先端側にシート面を有するニードル弁と、前記シート面が着座するシート部を有すると共に前記シート部の下流側に噴孔を有するノズルボディと、前記噴孔から噴射される燃料を旋回させる螺旋溝を有する旋回流生成部と、を有し、前記シート面は第１の接点を含み、前記第１の接点は、閉弁時において、前記シート部に含まれる第２の接点と接触し、開弁時に、前記第１の接点と前記第２の接点とを結んで描かれる線分は、前記旋回流生成部を前記ニードル弁の中心軸を含む面で断面としたときに、前記断面において最も下流側に現れる第１の溝部の底部と、前記第１の溝部よりも一段上流側に現れる第２の溝部の底部とを通過する仮想直線と交差する。【０００７】
第１の接点と第２の接点とは、ニードル弁の閉弁時において接触している。そして、ニードル弁がリフトして開弁状態となると、第１の接点と第２の接点とを結ぶ線分が、ニードル弁の中心軸と平行して描かれる。このような線分が仮想直線と交差するように設定されることにより、螺旋溝を通過して旋回流となった燃料流れが、ニードル弁との衝突を回避することができる。この結果、燃料流の旋回速度の低下が抑制される。【０００８】
前記旋回流生成部は、複数条の前記螺旋溝を有し、前記第１の溝部と前記第２の溝部とは、異なる螺旋溝に包含されることができる。【０００９】
旋回流生成部が複数条の螺旋溝を備えることにより、必要な噴射量を確保しつつ、一条の螺旋溝の断面積を小さくすることができる。より具体的に、螺旋溝の深さを浅く設定し、燃料流れとニードル弁との衝突を回避し易くすることができる。【００１０】
前記螺旋溝の流路面積は、出口部において最小となるように設定することができる。螺旋溝の出口部に対して、螺旋溝の入口部の面積を大きく設定することができるため、燃料流れの圧損を低減することができる。この結果、低燃圧での燃料の噴射が可能となる。【００１１】
本明細書に開示された燃料噴射弁は、車両に搭載されるエンジンに装着することができる。この際、燃料噴射弁は、燃料噴射装置の一部となる。本明細書開示の燃料噴射装置は、前記の燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に供給する燃料の圧力調整手段とを備え、前記燃料噴射弁が備える前記噴孔は、前記燃料噴射弁により噴射される燃料中に生成される気泡を所望の時間で圧壊させる条件を満たすとともに、設定燃圧が最も低くなる噴孔径に設定され、前記燃料の圧力調整手段は、前記燃料噴射弁が装着されるエンジンの運転状態に応じて燃圧を変更する。【００１２】
エンジンの運転状態に応じて燃圧を変更することにより、例えば、燃料ポンプで消費されるエネルギを低減しつつ、燃料の微粒化の効果を維持することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本明細書開示の燃料噴射弁によれば、螺旋溝を通過して旋回する燃料の流速低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（Ａ）は実施例１の燃料噴射弁の先端部分を示す断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の断面位置を示す説明図である。
【図２】図２は実施例１の旋回流生成部を示す斜視図である。
【図３】図３は実施例１の燃料噴射弁のシート部近傍を示す説明図である。
【図４】図４は実施例１の燃焼噴射弁の螺旋溝の寸法及び仮想直線の作図について示す説明図である。
【図５】図５は他の仮想直線の作図について説明図である。
【図６】図６は第１の比較例のシート部近傍を示す説明図である。
【図７】図７（Ａ）は図３におけるＰ視を模式的に示す説明図であり、図７（Ｂ）は図６におけるＰ視を模式的に示す説明図である。
【図８】図８はシート部燃料厚さ／最大リフト量と微細気泡径、圧壊時間及び噴射流量との関係を示すグラフである。
【図９】図９（Ａ）は実施例１の螺旋溝の形状を示す説明図であり、図９（Ｂ）は第２の比較例の螺旋溝の形状を示す説明図である。
【図１０】図１０（Ａ−１）、（Ａ−２）は実施例１の燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧形状の変化を示す説明図であり、図１０（Ｂ−１）、（Ｂ−２）は第２の比較例の燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧形状の変化を示す説明図である。
【図１１】図１１は噴孔径と設定燃圧との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は燃圧変化と噴射流量及び微細気泡径との関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は実施例２における旋回流生成部の断面を示す説明図である。
【図１４】図１４は実施例３における旋回流生成部の断面を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。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描かれている場合もある。
【実施例１】
【００１６】
図１（Ａ）は、実施例１の燃料噴射弁１の先端部分を示す断面図である。図１（Ａ）は、図１（Ｂ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面として描かれている。図１（Ｂ）は、燃料噴射弁１に含まれる旋回流生成部３０を燃料噴射弁１の先端側からみた状態を示している。図２は旋回流生成部３０を示す斜視図である。【００１７】
まず、実施例１の燃料噴射弁１の詳細な構成について説明する前に、燃料噴射弁１によって実現される噴霧の状態について説明する。燃料噴射弁１は、後に詳述するように、旋回流生成部３０を備え、噴射される燃料に旋回流を付与する。旋回流を付与する目的として、燃料の良好な拡散や燃料の微粒化を上げることができる。実施例１は、このような旋回流を利用した燃料噴射を行う燃料噴射弁の一例であるが、燃料の微粒化を図る上で好適である。燃料の微粒化の原理は以下の如くである。燃料噴射弁内で旋回速度の速い旋回流が形成され、その旋回流が噴孔に導入されると、その強い旋回流の旋回中心に負圧が発生する。負圧が発生すると燃料噴射弁１の外部の空気が噴孔内に吸引される。これにより噴孔内に気柱が発生する。こうして発生した気柱と燃料との界面において気泡が生成する。生成した気泡は気柱の周囲を流れる燃料に混入し、気泡混入流として外周側を流れる燃料流とともに噴射される。【００１８】
このとき燃料流及び気泡混入流は、旋回流の遠心力により、中心から拡散するコーン状の噴霧が形成される。従って、噴孔から離れるほどコーン状の噴霧の径は大きくなるため、噴霧液膜が引き伸ばされて薄くなる。そして、液膜として維持できなくなり分裂する。この後、分裂後の噴霧は微細気泡の自己加圧効果によって径が小さくなり崩壊に至り超微細化噴霧となる。このように、燃料噴射弁１により噴射された燃料の噴霧が微粒化されるため、燃焼室内における速やかな火炎伝播が実現され、安定した燃焼が行われる。実施例１の燃料噴射弁１は、以上説明したような燃料噴射形態を採る。【００１９】
燃料噴射弁１は、燃料噴射装置１００に組み込まれ、車両に搭載されるエンジンに装着される。燃料噴射弁１は、先端側にシート面１１を有するニードル弁１０と、シート面１１が着座するシート部２１を有すると共にシート部２１の下流側に噴孔２２を有するノズルボディ２０を備える。噴孔２２は単噴孔であり、噴孔径は、φａに設定されている。また、ニードル弁１０の駆動制御を行う駆動機構を備える。駆動機構は、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弁１０へ適切な圧力を付与する弾性部材など、ニードル弁１０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。【００２０】
燃料噴射弁１は、噴孔２２から噴射される燃料を旋回させる螺旋溝３２を有する旋回流生成部３０を備える。旋回流生成部３０は、ノズルボディ２０内に収容される部材で、先端部に形成された円錐状部に第１螺旋溝３２ａ、第２螺旋溝３２ｂ及び第３螺旋溝３２ｃの三条の螺旋溝を備えている。螺旋溝の条数は、三条に限定されないが、複数条設けられていることが望ましい。複数条の螺旋溝とすることにより、全体の噴射流量を確保しつつ、各螺旋溝（流路面積）の断面積を決定する自由度が増す。また、螺旋溝の入口部から出口部までの回転角は、１８０°以上に設定されていることが望ましい。回転角を１８０°以上とすることにより、噴孔２２に導入される燃料に旋回流を付与することができる。実施例１の燃料噴射弁１においても、第１螺旋溝３２ａの入口部３２ａ１から出口部３２ａ２までの回転角は１８０°以上に設定されている。同様に、第２螺旋溝３２ｂの入口部３２ｂ１から出口部３２ｂ２までの回転角は１８０°以上に設定されている。さらに、第３螺旋溝３２ｃの入口部３２ｃ１から出口部３２ｃ２までの回転角は１８０°以上に設定されている。【００２１】
第１螺旋溝３２ａは、入口部３２ａ１から出口部３２ａ２に向かうに従って、その深さが徐々に浅くなっている。そして、第１螺旋溝３２ａの流路面積は、入口部３２ａ１から出口部３２ａ２に向かうに従って、徐々に小さくなっている。第１螺旋溝３２ａの流路面積は、出口部３２ａ２で最小となっている。これらの点は、第２螺旋溝３２ｂ及び第３螺旋溝３２ｃにおいても同様である。【００２２】
図２を参照すると、旋回流生成部３０は、基端側から先端側に向かって延びる複数の燃料供給溝３３を備えている。この燃料供給溝３３は、ノズルボディ２０の内周壁面との間に燃料流路を形成する。また、旋回流生成部３０は、燃料供給溝３３の下流側に圧力室４４を備えている。燃料供給溝３３を通過した燃料は、一旦、圧力室４４内に導入され、その後、第１螺旋溝３２ａ〜第３螺旋溝３２ｃへ供給される。【００２３】
燃料噴射弁１には、燃料噴射装置１００に含まれる燃料ポンプＰｏを通じて燃料が供給される。燃料ポンプＰｏは、直列に接続された第１ポンプＰｏ１と第２ポンプＰｏ２を含んでいる。燃料ポンプＰｏはＥＣＵ（Electronic control unit）４０と電気的に接続されている。ＥＣＵ４０は、エンジンの運転状態に応じて、第１ポンプＰｏ１のみを駆動するのか、第１ポンプＰｏ１及び第２ポンプＰｏ２の双方を駆動するのかを選択する。すなわち、燃料ポンプＰｏとＥＣＵ４０は、燃料の圧力調整手段としての機能を有する。なお、燃料の圧力調整手段は、この形態に限定されるものではなく、例えば、レギュレータを採用する等、どのような態様であってもよい。【００２４】
以上説明したように、実施例１の燃料噴射弁１は、ニードル弁１０、ノズルボディ２０及び第１螺旋溝３２ａ〜第３螺旋溝３２ｃを有する旋回流生成部３０を備えるが、以下、これらの要素の関係について、さらに詳細に説明する。【００２５】
図３は実施例１の燃料噴射弁１のシート部２１近傍、具体的に、図１（Ａ）におけるＢ部を拡大して示す説明図である。シート面１１は第１の接点Ｐ１を含む。この第１の接点Ｐ１は、閉弁時において、シート部２１に含まれる第２の接点Ｐ２と接触する。第１の接点Ｐ１と第２の接点Ｐ２とは開弁時に離間する。そして、開弁時に、第１の接点Ｐ１と第２の接点Ｐ２とを結んで描かれる線分Ｌ１は、以下の条件を満たす。【００２６】
上述のように、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）におけるＡ−Ａ線断面図であるが、この断面図は、旋回流生成部３０をニードル弁１０の中心軸線ＡＸを含む面で断面としたものである。旋回流生成部３０をこのような断面としたときに、その断面には、最も下流側の第１の溝部と、その一段上流側に現れる第２の溝部が現れる。図１を参照すると、図１において中心軸線ＡＸよりも右側には、先端側より順に、第１螺旋溝３２ａ、第３螺旋溝３２ｃ、第２螺旋溝３２ｂが現れる。このため、実施例１において、第１螺旋溝３２ａが第１の溝部に相当し、第３螺旋溝３２ｃが第２の溝部に相当する。なお、どの螺旋溝が第１の溝部、第２の溝部に相当するかは、螺旋溝の条数や、螺旋溝の回転角の大きさによって異なる。本実施例においては第１の溝部と第２の溝部とは、異なる螺旋溝に包含されている。【００２７】
第１の溝部に相当する第１螺旋溝３２ａの底部と、第２の溝部に相当する第３螺旋溝３２ｃの底部とを通過する仮想直線Ｌ２を描くとき、線分Ｌ１は、仮想直線Ｌ２と交差する。このような条件を満たすことにより、シート部燃料厚さＳｆは、ニードル弁１０のリフト量に相当する線分Ｌ１の長さ、すなわち、開弁時の第１の接点Ｐ１から第２の接点Ｐ２までの距離ＳＬよりも、小さい値をとる。この結果、螺旋溝を通過し、旋回流となった燃料流れが、ニードル弁１０に衝突することが回避される。これにより、燃料の流速低下が抑制される。なお、シート部燃料厚さＳｆは、第２の接点Ｐ２から線分Ｌ１と仮想直線Ｌ２との交点Ｐ３までの距離と定義することができる。【００２８】
ここで、実施例１における仮想直線Ｌ２の設定について説明する。図４を参照すると、第１の溝部に相当する第１螺旋溝３２ａにおいて、最も深い深さＤ１となる箇所と、第２の溝部に相当する第３螺旋溝３２ｃにおいて最も深い深さＤ２となる部分を通過するように設定されている。このようにして描かれる仮想直線Ｌ２と中心軸線ＡＸとがなす底面角θ２は、中心軸線ＡＸとシート部２１の傾斜面とがなす角であるシート角θ１よりも小さい。底面角θ２を調整することにより、線分Ｌ１と仮想直線Ｌ２とを交差させることができる。上述のように、第１螺旋溝３２ａは、入口部３２ａ１から出口部３２ａ２に向かうに従って、その深さが徐々に浅くなっている。このため、断面に現れる第１螺旋溝３２ａにおいて、最も溝深さがある箇所は、最も上流となる。第３螺旋溝３２ｃも同様である。実施例１では、このように、溝深さが最も深い箇所を通過する仮想直線Ｌ２を採用している。【００２９】
仮想直線Ｌ２に代えて、他の基準を用いて描いた仮想直線を用いることもできる。例えば、図５を参照すると、中心軸線ＡＸから各螺旋溝までの最短距離となる点を通過する仮想直線Ｌ３を採用することもできる。【００３０】
以上のような燃料噴射弁１の効果につき、比較例と共に説明する。図６は、第１の比較例である燃料噴射弁２００のシート部近傍を示す説明図である。図６はニードル弁２１０がリフトした開弁状態を示している。図７（Ａ）は、図３におけるＰ視を模式的に示す説明図であり、図７（Ｂ）は図６におけるＰ視を模式的に示す説明図である。図６を参照すると、実施例１と同様の手法で描かれた仮想直線Ｌ４は、ニードル弁２１０と交差している。この結果、シート部燃料厚さＳｆがリフト量ＳＬよりも小さい値となっている。このため、図７（Ｂ）に示すように有効燃料流路の一部が閉塞された状態となる。このため、燃料流れが阻害され、燃料の流速、旋回速度、流量が低下する。これに対し、図７（Ａ）に示すように、実施例１の燃料噴射弁１では、有効燃料流路が阻害されることなく確保されている。この結果、燃料の流速、旋回速度、流量の低下が抑制されている。【００３１】
実施例１の燃料噴射弁１は、旋回流生成部３０を通過した燃料を噴射する。旋回流生成部３０を通過し、旋回流となった燃料は、その遠心力によって、ノズルボディ２０の内周面に押し付けられるような力を受ける。さらに、燃料噴射弁１は、線分Ｌ１と仮想直線Ｌ２とが交差する関係を有する。このため、ニードル弁１０のリフト量が小さい開弁初期からニードル弁１０とノズルボディ２０との隙間を燃料が通過し易い状態となる。【００３２】
第１螺旋溝３２ａ、入口部３２ａ１出口部３２ａ２に向かって、その断面積を縮小させている。このため、第１螺旋溝３２ａを通過する燃料は、圧縮流とされる。出口部３２ａ２から噴出された後もその旋回に起因する遠心力による縮流効果を維持し、さらに、燃料厚さの縮小を継続してシート面１１とシート部２１と間を通過する。そして、旋回流の速度を維持したまま、噴孔２２へ導入される。第２螺旋溝３２ｂ、第３螺旋溝３２を通過する燃料も同様に圧縮流とされ、噴孔２２へ導入される。【００３３】
図８はシート部燃料厚さ／最大リフト量と微細気泡径、圧壊時間及び噴射流量との関係を示すグラフである。図８において、横軸は、シート部燃料厚さ／最大リフト量である。縦軸は、微細気泡径、圧壊時間と燃料流量である。上述のように、燃料噴射弁１から噴射される燃料には微細気泡が包含され、この微細気泡が圧壊することにより、燃料の微細化が図られる。図８から明らかなように、シート部燃料厚さ／最大リフト量が１以下であるときは、微細気泡径、圧壊時間及び噴射流量は、それぞれほぼ一定値を示す。これは、燃料流とニードル弁１０との衝突が回避されているからである。これに対し、シート部燃料厚さ／最大リフト量が１よりも大きくなると、微細気泡径、圧壊時間及び噴射流量は、いずれも、悪化方向に変化する。すなわち、微細気泡径は大きくなり、これに伴って、圧壊時間は大幅に長期化している。また、燃料流量も低下している。これは、シート部燃料厚さ／最大リフト量の値が大きくなるほど、燃料流とニードル弁１０との干渉が大きくなり、燃料の流れが妨げられ、燃料の旋回速度、燃料流量が低下するからである。微細気泡径は、旋回速度の低下に起因してその径が大きくなる。【００３４】
このように、実施例１の燃料噴射弁では、線分Ｌ１と仮想直線Ｌ２とが交差し、シート部燃料厚さ／最大リフト量が１以下に設定されているため、良好な噴霧形態を実現することができる。【００３５】
実施例１の燃料噴射弁１では、旋回流の旋回速度の低下が抑制されるため、螺旋溝の長さを短くすることができる。燃料中に微細気泡を発生させるためには、燃料の旋回速度を高める必要がある。旋回速度を高めるためには、螺旋溝の長さを長くすることが考えられる。しかしながら、螺旋溝の長さが長くなると、圧損が増大する。これに対し、実施例１の燃料噴射弁は１、螺旋溝の長さを長くしなくても微細気泡を発生させるための燃料の旋回速度を維持することができる。この結果、螺旋溝における圧損を抑制し、低燃圧化を図ることができる。このため、高圧燃料ポンプを用いた際の駆動損失を低減することができ、低コスト化を図ることもできる。【００３６】
このように、高圧燃料ポンプを用いることなく、微細気泡を発生させることが可能となることから、電子制御燃料噴射装置（ＥＦＩ：Electric Fuel Injection）に適用することも可能となる。【００３７】
さらに、エンジン始動時のように、燃料ポンプの昇圧過程であって、燃圧が低い状態であっても、微細気泡を発生させる旋回流を発生させることができる。このため、エンジン始動直後から、微細気泡を包含する燃料を噴射することができ、燃料の微粒化を図ることができる。【００３８】
なお、実施例１の燃料噴射弁１は、第１螺旋溝３２ａ〜第３螺旋溝３２ｃまでの３条の螺旋溝を備えている。このように、複数条の螺旋溝を備えることにより、シート部２１の下流側への燃料の吹出箇所が多くなる。この結果、均質な旋回流を生成することができ、噴孔２２から噴射される燃料中の微細気泡の分布に粗密が生じにくい。また、波状噴射も抑制され、粒径分布の均一化が図られる。また、微細気泡も均一に拡散され、混合気の均質化が図られる。【００３９】
燃料噴射弁１の効果につき、さらに、第２の比較例と共に説明する。図９（Ａ）は実施例１の螺旋溝の形状を示す説明図であり、図９（Ｂ）は第２の比較例の螺旋溝の形状を示す説明図である。図１０（Ａ−１）、（Ａ−２）は実施例１の燃料噴射弁１から噴射された燃料の噴霧形状の変化を示す説明図であり、図１０（Ｂ−１）、（Ｂ−２）は第２の比較例の燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧形状の変化を示す説明図である。噴霧は、大気圧下で行った。図１０（Ａ−１）及び図１０（Ｂ−１）は、それぞれ、噴射後、０．５ｍｓの状態を示しており、図１０（Ａ−２）及び図１０（Ｂ−２）は、それぞれ、噴射後、１ｍｓの状態を示している。【００４０】
図９（Ａ）に示す実施例１では、螺旋溝の深さＤｎは徐々に縮小されている。螺旋溝の幅Ｗ０は一定である。一方、図９（Ｂ）に示す第２の比較例では、螺旋溝の幅Ｗ０が一定であるだけでなく、螺旋溝深さもＤ０で一定である。両者は、旋回速度が同一となるように設定されている。【００４１】
図１０（Ｂ−１）を参照すると、棒状の噴霧が確認された。これは、ニードル弁が開弁する前は、螺旋溝内の燃料は静止しており、ニードル弁の開弁直後において、シート部に最も近い螺旋溝内の燃料が旋回するための助走区間が存在しないことに起因する。この結果、燃料は旋回することができないまま、噴孔より噴射され、棒状の噴霧となる。図１０（Ｂ−２）を参照すると、旋回流が安定し、円錐状の噴霧となることが確認できる。しかしながら、この状態となっても、未だ、噴霧の中央部付近には旋回不良に起因する棒状の噴霧も残存する。このように、開弁直後における旋回不良の状態で噴射された噴霧では、十分な微粒化が図れず、粗大液滴を発生させるおそれがある。【００４２】
一方、図１０（Ａ−１）を参照すると、開弁直後であっても円錐状の噴霧が確認され、さらに、図１０（Ａ−２）を参照すると、整った円錐形状の噴霧が確認できる。この理由として、まず、螺旋溝の断面積が、出口部において最も小さいため、旋回不良の対象となるシート部付近に貯留される燃料の体積が小さいことが挙げられる。さらに、出口部に向かって燃料が圧縮及び縮流効果を受け、助走区間が比較的短くても螺旋溝の出口部での流速が高くなることも理由となる。出口部近傍に貯留されていた燃料は、後続の燃料に押し出されて加速し、開弁直後より旋回することができる。このように、実施例１の燃料噴射弁１は、旋回速度自体を即座に高めることができる。実施例１の燃料噴射弁１は、燃料流れとニードル弁との衝突が回避されることと相俟って、燃料の流速低下が抑制される。【００４３】
つぎに、以上のような燃料噴射弁１を備えた燃料噴射装置１００について説明する。上述のように、燃料噴射弁１には、燃料噴射装置１００に含まれる燃料ポンプＰｏを通じて燃料が供給される。燃料噴射装置１００は、車両に搭載されるエンジンに組み込まれる。上述のように、燃料噴射装置１００は、燃料噴射弁１と、燃料の圧力調整手段に相当する燃料ポンプＰｏとＥＣＵ４０を備える。ここで、燃料噴射弁１が備える噴孔２２の噴孔径は、以下のように設定される。すなわち、噴孔径は燃料噴射弁１により噴射される燃料中に生成される気泡を所望の時間で圧壊させる条件を満たすとともに、設定燃圧が最も低くなるように設定される。そして、燃料ポンプＰｏとＥＣＵ４０は、燃料噴射弁１が装着されるエンジンの運転状態に応じて燃圧を変更する。【００４４】
ここで、図１１と図１２を参照しつつ、噴孔径と設定燃圧の一例について説明する。図１１は噴孔径と設定燃圧との関係を示すグラフである。図１２は燃圧変化と噴射流量及び微細気泡径との関係を示すグラフである。ここでは、燃料噴射弁１をポート噴射に適用可能なものとして考える。ポート噴射では、吸気弁の空気流に起因する気化促進効果と、ポート内での気化抑制（ηＶ向上）を考慮して、気泡の圧壊時間を長めの２０ｍｓとし、燃料流量を１１ｍｍ３／ｍｓとして設定燃圧が最も低くなる条件を求めることとする。噴孔径の大きさによって、飽和燃圧での燃料流量と燃圧はともに大きくなる。上記の圧壊時間（２０ｍｓ）と燃料流量（１１ｍｍ３／ｍｓ）を満足する設定燃圧は、噴孔径によって極小値が存在する。図１１を参照すると、噴孔径φ０．６３において、設定燃圧の極小値０．９５ＭＰａとなる。このように、噴孔径φ０．６３とすれば、１ＭＰａ以下での噴射が可能となる。そこで、実施例１では、噴孔径φ０．６３としている。【００４５】
ここで、０．９５ＭＰａは、電子制御燃料噴射装置の最高燃圧となる。以上のような設定としたとき、最高燃圧０．９５ＭＰａで、微細気泡径９．７μｍ、燃料流量１１ｍｍ３／ｍｓとなる。微細気泡径９．７μｍは、圧壊時間２０ｍｓに対応した値である。電子制御燃料噴射装置を用いた場合に、最高燃圧である０．９５ＭＰａ、または、これに近い状態で運転するときは、燃料ポンプＰｏは、第１ポンプＰｏ１及び第２ポンプＰｏ２の双方を駆動する。しかしながら、第１ポンプＰｏ１及び第２ポンプＰｏ２の双方が駆動されると、エネルギ消費量も増し、燃費悪化となる。【００４６】
そこで、多量の燃料流量が必要となる場合、例えば、ＷＯＴ（Wide Open Throttle）時や、気化促進が求められる冷間時のときに、最高燃圧、または、これに近い燃圧で駆動することとする。そして、パーシャル状態では、例えば、０．６ＭＰａの燃圧とする。これにより、エネルギ消費を抑制し、ひいては、燃費悪化を抑制することができる。【００４７】
図１２を参照すると、燃圧を０．６ＭＰａとした場合、微細気泡径は、概ね１３μｍとなるが、気泡を内包する膜厚約１．２μｍのバブル噴霧であるため、液的噴霧である場合と比較して、表面積／質量の比が大きく、気化促進が図れるものと考えられる。【００４８】
また、エンジンのアイドル状態では、燃圧は概ね０．４ＭＰａで、燃料流量は、最小の４．３ｍｍ３／ｍｓ、微細気泡径は、約１６μｍとなる。このようにアイドル状態では微細気泡径が大きくなるが、従来みられた気泡径が７０μｍであることを考慮すると、十分な微粒化が図れるものと考えられる。【００４９】
このような燃料噴射弁１を筒内直噴に用いる場合、燃圧を１．８ＭＰａまで上昇させることで微細気泡径を約６．６μｍとし、燃料流量を１５ｍｍ３／ｍｓとすることができる。
【実施例２】
【００５０】
つぎに、実施例２につき、図１３を参照しつつ説明する。図１３は、実施例２における旋回流生成部３３０の断面を示す説明図である。実施例２の旋回流生成部３３０が、実施例１の旋回流生成部３０と異なる点は、螺旋溝の形状である。すなわち、実施例１では、螺旋溝の断面形状は、ほぼ矩形であるが、実施例２では、螺旋溝は、円弧状の断面形状を有している。このような場合、実施例１における仮想直線Ｌ２に相当する仮想直線Ｌ５は以下のように定められる。すなわち、第１の溝部に相当する第１螺旋溝３２２ａと第２の溝部に相当する第３螺旋溝３２２ｃの接線を描き、これを仮想直線Ｌ５とする。仮想直線Ｌ５は、実施例１の場合と同様に、線分Ｌ１と交差する。【００５１】
このように、本明細書開示の燃料噴射弁は、旋回流生成部に設けられた螺旋溝の形状がどのようなものであっても適用することができる。すなわち、設計自由度が高い。螺旋溝の断面形状を種々調整することにより、燃料の縮流効果を調整することができる。例えば、ポート噴射弁のように低燃圧で作動させる燃料噴射弁では、入口部の面積を大きくし、縮流効果を大きくすると共に、圧損も小さくすることができる。この結果、低燃圧でも噴孔に十分な旋回速度を保った燃料を導入することができる。これにより、均一に微細気泡を含んだ燃料を噴射することができる。
【実施例３】
【００５２】
つぎに、実施例３につき、図１４を参照しつつ説明する。図１４は実施例３における旋回流生成部４３０の断面を示す説明図である。実施例３の旋回流生成部４３０が、実施例１の旋回流生成部３０と異なる点は、螺旋溝の配列である。すなわち、実施例１では、螺旋溝の底部は、ほぼ直線状に配列されていた。これに対し、実施例３では、図１４に示すように、曲線Ｒに沿って螺旋溝の底部が配列されている。このような場合、実施例１における仮想直線Ｌ２に相当する仮想直線Ｌ６は以下のように定められる。すなわち、第１の溝部に相当する第１螺旋溝４２２ａと第２の溝部に相当する第３螺旋溝４２２ｃの接線を描き、これを仮想直線Ｌ６とする。仮想直線Ｌ６は、実施例１の場合と同様に、線分Ｌ１と交差する。このように、螺旋溝の配列は種々変更することができる。【００５３】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００５４】
１  燃料噴射弁
１０  ニードル弁
１１  シート面
２０  ノズルボディ
２１  シート部
２２  噴孔
Ｗ１  シート径
３０  旋回流生成部
３１  摺動面
３２ａ  第１螺旋溝
３２ａ１  入口部
３２ａ２  出口部
３２ｂ  第２螺旋溝
３２ｂ１  入口部
３２ｂ２  出口部
３２ｃ  第３螺旋溝
３２ｃ１  入口部
３２ｃ２  出口部
３３  燃料供給溝
３４  圧力室
４０  ＥＣＵ
Ｐｏ１  第１ポンプ
Ｐｏ２  第２ポンプ
Ｌ１  線分
Ｌ２〜Ｌ６  仮想直線
【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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【国際調査報告】
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