(57)【要約】【課題】第１の噴孔及び第２の噴孔の一方から燃料が噴射される場合及び双方から燃料が噴射される場合のいずれであっても所望のペネトレーションを実現し、燃料の微粒化を促進することを課題とする。【解決手段】燃料噴射弁１０は、第１噴孔１４と第２噴孔１５とを備えると共に内部に燃料流路が形成されるノズルボディ１２と、このノズルボディ１２内に摺動自在に設けられたニードル１３、ノズルボディ１２の軸中心側に向かって突出する突出部８を備えている。第１噴孔１４は、突出部８によって形成される負圧場内に開口し、第２噴孔１５は、第１噴孔１４に対してノズルボディ１２の軸線方向に移動して設けられる。さらに、第１噴孔１４と第２噴孔１５は、ノズルボディ１２の軸線１２ａ方向視におけるノズルボディ１２の軸線１２ａを中心軸とする放射線上にそれぞれ開口し、第１噴孔１４と第２噴孔１５とは異なる放射線上に開口する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１噴孔と第２噴孔とを備えると共に内部に燃料流路が形成されるノズルボディと、
当該ノズルボディ内に摺動自在に設けられたニードルと、
前記燃料流路内に負圧場を形成する負圧場形成手段と、を備え、
前記第１噴孔は、前記負圧場形成手段によって形成される負圧場内に開口し、
前記第２噴孔は、前記第１噴孔に対して前記ノズルボディの軸線方向に移動して設けられるとともに、
前記第１噴孔と前記第２噴孔は、前記ノズルボディの軸線方向視における前記ノズルボディの軸線を中心軸とする放射線上にそれぞれ開口し、前記第１噴孔と前記第２噴孔とは異なる放射線上に開口することを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項２】
前記負圧場形成手段は、前記ノズルボディの軸中心側に向かって突出する突出部であることを特徴とした請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記第１噴孔は、前記第２噴孔内に開口したことを特徴とする請求項請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記第１噴孔は、その軸線が、前記第２噴孔の軸線と交わらないように、前記第２噴孔に開口したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
内部に負圧場形成手段を備えた燃料噴射弁と、
前記負圧場形成手段によって前記燃料噴射弁内に発生したキャビテーション量を推定するキャビテーション量推定手段と、
前記キャビテーション量推定手段により取得したキャビテーション量が予め定められた閾値よりも多いときは、前記燃料噴射弁の噴射圧を減圧してキャビテーション量を低下させ、前記キャビテーション量推定手段により取得したキャビテーション量が予め定められた閾値よりも少ないときは、前記燃料噴射弁の噴射圧を昇圧させてキャビテーション量を増大させる制御部と、
を、備えたことを特徴する燃料噴射装置。
【請求項６】
前記燃料噴射弁は、
第１噴孔と第２噴孔とを備えると共に内部に燃料流路が形成されるノズルボディと、
当該ノズルボディ内に摺動自在に設けられたニードルと、
前記燃料流路内に負圧場を形成する前記負圧場形成手段と、を備え、
前記第１噴孔は、前記負圧場形成手段によって形成される負圧場内に開口し、
前記第２噴孔は、前記第１噴孔に対して前記ノズルボディの軸線方向に移動して設けられるとともに、
前記第１噴孔と前記第２噴孔は、前記ノズルボディの軸線方向視における前記ノズルボディの軸線を中心軸とする放射線上にそれぞれ開口し、前記第１噴孔と前記第２噴孔とは異なる放射線上に開口することを特徴とした請求項５記載の燃料噴射噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁及び燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料流路の下流に円錐状のシート面を有し、このシート面の下流に連続してサック室を有し、前記シート面に近い前記サック室の内壁面に開口する第１の噴孔をこの第１の噴孔より下流側に開口する第２の噴孔を有するノズルボディを備えた燃料噴射ノズル（燃料噴射弁）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は、ニードルが高リフト状態となったときに、第１の噴孔及び第２の噴孔から燃料を噴射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２２７４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記のような燃料噴射ノズルは、第１の噴孔と第２の噴孔から同時に燃料を噴射するときに、シート面の上流側から負圧によって第１の噴孔及び第２の噴孔の周辺に引き寄せられる燃料の流れに乱れが生じ、不均一なペネトレーションとなることが考えられる。また、燃料の微粒化が困難な場合も考えられる。
【０００５】
そこで、本発明は、第１の噴孔及び第２の噴孔の一方から燃料が噴射される場合及び双方から燃料が噴射される場合のいずれであっても所望のペネトレーションを実現し、燃料の微粒化を促進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、本明細書開示の燃料噴射弁は、第１噴孔と第２噴孔とを備えると共に内部に燃料流路が形成されるノズルボディと、当該ノズルボディ内に摺動自在に設けられたニードルと、前記燃料流路内に負圧場を形成する負圧場形成手段と、を備え、前記第１噴孔は、前記負圧場形成手段によって形成される負圧場内に開口し、前記第２噴孔は、前記第１噴孔に対して前記ノズルボディの軸線方向に移動して設けられるとともに、前記第１噴孔と前記第２噴孔は、前記ノズルボディの軸線方向視における前記ノズルボディの軸線を中心軸とする放射線上にそれぞれ開口し、前記第１噴孔と前記第２噴孔とは異なる放射線上に開口することを特徴としている。
【０００７】
負圧場が負圧場形成手段によって形成され、負圧場となり、燃料の流れが淀む範囲内に第１噴孔を開口する。これにより、燃料流路を流れてくる燃料が第１噴孔に流れ込むことが抑制される。燃料流路内の燃料圧力（噴射圧）が高くなると、負圧場の範囲が大きくなる。負圧場の範囲が大きくなると、第１噴孔の開口が負圧場に覆われ、第１噴孔からの燃料噴射が行われない。すなわち、第２噴孔からのみ燃料噴射が行われる。このように燃料噴射が行われる噴孔数が減少し、少量の噴孔から集中して燃料が噴射されることにより、高圧噴射時のペネトレーションが増す。
【０００８】
一方、低圧噴射時は、負圧場が第１噴孔の開口を覆うことがなく、第１噴孔と第２噴孔の双方から燃料が噴射される。このように、多噴孔化するとき、各噴孔径を小径とすることができる。小径の噴孔から噴射される燃料は微粒化される。
【０００９】
負圧場は、燃料流路面積を急激に拡大することによって形成することができる。燃料流路面積が急激に拡大すると、当該箇所でキャビテーションが生じ、燃料を微粒化することができる。
【００１０】
前記第２噴孔を、前記第１噴孔に対して前記ノズルボディの軸線方向に移動して設けることにより、第２噴孔が負圧場内に開口することを回避することができる。このように第１噴孔と第２噴孔をノズルボディの軸線方向にずらし、さらに、前記ノズルボディの軸線方向視における前記ノズルボディの軸線を中心軸とする放射線上にそれぞれ開口させる。そして、前記第１噴孔と前記第２噴孔とは異なる放射線上に開口させる。これにより、第１噴孔と第２噴孔が、中心軸となす角がひねりとして作用し、燃料の干渉に起因して噴射される燃料が第１噴孔と第２噴孔のいずれかに偏ることを抑制することができる。すなわち、第１噴孔と第２噴孔とによる燃料の奪い合いを抑制することができる。そして、安定して均一なペネトレーションを実現することができる。また、第１噴孔と第２噴孔の噴射方向が異なることになるので、燃焼室内の所望の位置に混合気を形成するための噴霧を供給することも可能となる。
【００１１】
前記のような負圧場を形成する前記負圧場形成手段は、前記ノズルボディの軸中心側に向かって突出する突出部とすることができる。突出部は燃料流路面積を狭めるため、突出部を通過した後の燃料は、容積の大きい領域に流れ込む。そして、突出部を通過する燃料の流速と、突出部下流の燃料流速とに流速差が生じ、この流速差がキャビテーションを発生させる。そして、負圧場を発生させることができる。第１噴孔は、このような突出部の燃料流通方向下流側に開口する。負圧場の領域は、突出部の上流側と下流側との燃料の流速差が大きいほど拡大する。
【００１２】
前記第１噴孔は、前記第２噴孔内に開口した構成とすることができる。第１噴孔は、前記のように負圧場内に開口する。このため、第１噴孔は、ノズルボディの外部との圧力差に応じて、ノズルボディの外部から空気を取り入れることができる。第１噴孔から取り入れられた空気が第２噴孔に流入する燃料と混合されて、燃料の微粒化を促進することができる。
【００１３】
ここで、前記第１噴孔は、その軸線が、前記第２噴孔の軸線と交わらないように、前記第２噴孔に開口した構成とすることもできる。第１噴孔の軸線と第２噴孔の軸線とをずらすことにより、外部から第１噴孔を通じて導入される空気が第２噴孔に合流するときに燃料に旋回成分を付与することができる。この旋回成分は、負圧場の領域をらせん状として、負圧場の面積を拡大することができる。この結果、燃料と空気との混合が促進される。
【００１４】
本明細書開示の燃料噴射装置は、内部に負圧場形成手段を備えた燃料噴射弁と、前記負圧場形成手段によって前記燃料噴射弁内に発生したキャビテーション量を推定するキャビテーション量推定手段と、前記キャビテーション量推定手段により取得したキャビテーション量が予め定められた閾値よりも多いときは、前記燃料噴射弁の噴射圧を減圧してキャビテーション量を低下させ、前記キャビテーション量推定手段により取得したキャビテーション量が予め定められた閾値よりも少ないときは、前記燃料噴射弁の噴射圧を昇圧させてキャビテーション量を増大させる制御部と、を、備えたことを特徴する。燃料噴射弁は、上記のような特徴を備えた燃料噴射弁を採用することができる。
【００１５】
キャビテーション量を燃料の噴射圧に基づいて制御することによって、ニードルのリフト量に依存することなく、噴霧の微粒化と均一なペネトレーションを実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本明細書開示の燃料噴射弁によれば、第１の噴孔及び第２の噴孔の一方から燃料が噴射される場合及び双方から燃料が噴射される場合のいずれであっても所望のペネトレーションを実現し、燃料の微粒化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例１における燃料噴射弁の先端部の断面図である。
【図２】図２は、実施例１におけるノズルボディの先端部の断面図である。
【図３】図３は、実施例１におけるノズルボディに設けられた第１噴孔と第２噴孔との配列を示す説明図である。
【図４】図４は、燃料噴射弁内に形成される負圧場を説明する説明図である。
【図５】図５は、高噴射圧時の燃料噴射弁の動作を示す説明図である。
【図６】図６は、低噴射圧時の燃料噴射弁の動作を示す説明図である。
【図７】図７は、燃料噴射装置の概略構成図である。
【図８】図８は、燃料噴射弁におけるキャビテーション強度と第１噴孔の開口の閉塞状態との関係を示す説明図である。
【図９】図９は、燃料噴射装置において行われる制御の一例を示すフロー図である。
【図１０】図１０は、キャビテーション量を推定するための演算の一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、実施例２における燃料噴射弁の先端部の断面図である。
【図１２】図１２は、実施例２におけるノズルボディに設けられた第１噴孔と第２噴孔との配列を示す説明図である。
【図１３】図１３は、実施例２における第１噴孔と第２噴孔との間隔を示す説明図である。
【図１４】図１４は、実施例２における第１噴孔に流入する燃料が存在する範囲Ｒと第２噴孔に流入する燃料が存在する範囲Ｒを示す概念図である。
【図１５】図１５は、実施例２における第１噴孔と第２噴孔との間隔の決定手法の一例について示す説明図である。
【図１６】図１６は、実施例３における燃料噴射弁の先端部の断面図である。
【図１７】図１７は、実施例３の燃料噴射弁のニードルの動作を示す説明図である。
【図１８】図１８は、各噴孔のコーン角を示す説明図である。
【図１９】図１９は、実施例４における燃料噴射弁の先端部の断面図である。
【図２０】図２０は、実施例４の燃料噴射弁の動作を示す説明図である。
【図２１】図２１は、実施例４の他の燃料噴射弁の先端部の断面図である。
【図２２】図２２は、実施例５における第１噴孔と第２噴孔との配置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。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いる場合もある。
【実施例１】
【００１９】
図１は、実施例１における燃料噴射弁１の先端部の断面図である。図２は、ノズルボディ２の先端部の断面図である。図３は、ノズルボディ２に設けられた第１噴孔４と第２噴孔５との配列を示す説明図である。燃料噴射弁１は、ノズルボディ２と、このノズルボディ２内に摺動自在に設けられたニードル３を備える。ノズルボディ２は、図２、図３に詳細に示すように、第１噴孔４と第２噴孔５が設けられている。第１噴孔４と第２噴孔５は、それぞれ、１又は複数備えることができる。本実施例のノズルボディ２は、複数個の第１噴孔４、複数個の第２噴孔５を備えている。ノズルボディ２は、ニードル３との間に燃料流路６を形成する。また、先端部にサック室７を備える。
【００２０】
ノズルボディ２は、ノズルボディ２の軸中心側に向かって突出する突出部８を備えている。この突出部８は、燃料流路６内に負圧場を形成する負圧場形成手段の一例である。燃料流路６は、この突出部８の下流側で急激に拡大される。このため、突出部８を通過した燃料は、図３に示すように負圧場９を形成する。第１噴孔４は、この突出部８によって形成される負圧場９内に開口している。
【００２１】
ここで、負圧場９の形成について図４を参照しつつ説明する。燃料流路６の上流側から突出部８よりも下流側に流れ込む燃料は、図中のよどみ点Ｂには、流れ込まない。これは、流体の慣性によるものであり、燃料はそれまでの流れ方向に反してまで、Ｂ点側に流れることはないからである。また、Ｂ点の周辺の燃料は、突出部８を通過した燃料の流れ側に引き寄せられる。このため、Ｂ点周辺が低圧となり、負圧場９が形成される。第１噴孔４は、このような負圧場９に開口する。第２噴孔５は、この負圧場９の影響を受けることがない位置に開口する。具体的には、第２噴孔５は、第１噴孔４に対してノズルボディ２の軸線２ａ方向に移動して設けられている。
【００２２】
このような燃料噴射弁１の動作を燃料の噴射の様子と共に説明する。まず、高噴射圧時について説明する。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、高噴射圧時の燃料噴射弁１の動作を示す説明図である。高噴射圧時は、通常、高負荷であり、噴射期間は長い。図５（Ａ）は、ニードル３が、突出部８の上流側に位置するシート位置に着座し、閉弁した状態を示している。図５（Ｂ）は、ニードル３のリフト開始直後の様子を示している。ニードル３のリフト開始直後は、負圧場９がさほど大きく成長しておらず、第１噴孔４の開口は負圧場９に覆われていない。これは、ニードルのリフト開始直後は、突出部８の上流側と下流側とで、燃料の流速差が小さいことに起因する。この結果、第１噴孔４にも燃料が流れ込む。従って、第１噴孔４と第２噴孔５の双方から燃料の噴射が行われる。
【００２３】
図５（Ｃ）は、さらにニードル３がリフトした状態を示している。図５（Ｃ）に示す状態では、負圧場９の領域が拡大し、第１噴孔４の開口を覆っている。このため、燃料は第２噴孔５からのみ、燃料が噴射される。すなわち、燃料が噴射される噴孔数が減少する。図５（Ｄ）は、さらにニードル３がリフトした状態を示している。ニードル３のリフト量が増すことにより、噴射される燃料量が増す。多量の燃料が第２噴孔５のみから噴射されることにより、第２噴孔５へ流入する燃料の流速差が増大することでペネトレーションが増す。また、燃料は負圧発生に伴って生じるキャビテーションによって微粒化される。
【００２４】
つぎに、低噴射圧時について説明する。図６（Ａ）〜（Ｃ）は、低噴射圧時の燃料噴射弁１の動作を示す説明図である。低噴射圧時は、通常、低負荷であり、噴射期間は短い。図６（Ａ）は、ニードル３が、突出部８の上流側に位置するシート位置に着座し、閉弁した状態を示している。図６（Ｂ）は、ニードル３のリフト開始直後の様子を示している。ニードル３のリフト開始直後は、負圧場９がさほど大きく成長しておらず、第１噴孔４の開口は負圧場９に覆われていない。これは、ニードルのリフト開始直後は、突出部８の上流側と下流側とで、燃料の流速差が小さいことに起因する。この結果、第１噴孔４にも燃料が流れ込む。従って、第１噴孔４と第２噴孔５の双方から燃料の噴射が行われる。
【００２５】
図６（Ｃ）は、さらにニードル３がリフトした状態を示している。低圧噴射時は、図６（Ｃ）に示す状態では、突出部８を通過する燃料の単位時間当たり流量が少ない。このため、突出部８の上両側と下流側とで、燃料の流速差は小さいまま維持される。この結果、負圧場９の領域も小さいままとなり、第１噴孔４の開口が塞がれることがない。図６（Ｄ）は、再びニードル３が、突出部８の上流側に位置するシート位置に着座し、閉弁した状態を示している。
【００２６】
このように、低圧噴射時は、噴射期間の全域に亘って多噴孔噴射が行われる。これにより、燃料の微粒化が図られる。
【００２７】
つぎに、図７を参照しつつ、燃料噴射装置１００の概略構成について説明する。図７は、燃料噴射装置１００の概略構成図である。燃料噴射装置１００は、燃料タンク５０と燃料パイプ５２で接続された燃料ポンプ５１を備えている。燃料ポンプ５１は、燃料ポンプコントローラ５１ａを備えている。燃料ポンプコントローラ５１ａは、制御部に相当するＥＣＵ（Electronic control unit）５３と接続さている。ＥＣＵ５３は、後に詳述するキャビテーション量の推定や、推定されたキャビテーション量に基づくニードル速度、ニードルリフト量、噴射圧力の補正を行う機能を備える。ＥＣＵ５３は、ＥＤＵ（Electronic drive unit）５４を介して燃料噴射弁１が備えるニードル駆動用のアクチュエータ５６と接続されている。燃料噴射弁は、負圧場形成手段を備えていればよく、前記のような突出部８を備えた燃料噴射弁１を採用することができる。
【００２８】
燃料ポンプ５１は、高圧燃料パイプ５６を通じて燃料噴射弁１と接続されている。高圧燃料パイプ５６には、圧力センサ５７が配置されている。圧力センサ５７は、ＥＣＵ５３と接続されている。圧力センサ５７は、キャビテーション量推定手段の一例であり、Ｉ−ＡＲＴ（Intelligent Accuracy Refinement Technology）等の燃料圧力検出手段を採用することもできる。燃料噴射装置１００は、圧力センサ５７により取得された圧力値をキャビテーションパラメータとして採用する。圧力センサ５７は、できるだけニードル近傍に配置し、圧力伝搬の影響を抑えることが望ましい。
【００２９】
つぎに、このような燃料噴射装置１００の制御の一例について説明する。図８は、燃料噴射弁におけるキャビテーション強度と第１噴孔の開口の閉塞状態との関係を示す説明図である。図８中の中間領域は、図８（Ｂ）に示すように、第１噴孔４の一部を塞ぐ負圧場９を創出するキャビテーション強度となる領域である。この中間領域では、噴射される燃料の流速が低下し、噴霧が悪化し、ばらつきが生じる。そこで、燃料噴射装置１は、キャビテーション強度ができるだけこのような中間領域に入らないように噴射圧や、ニードル速度、ニードルリフト量を制御する。
【００３０】
ここで、噴射圧については、以下の要領で制御を行う。燃料噴射装置１は、圧力センサ５７より取得したデータに基づいて算出したキャビテーション量が予め定められた閾値よりも多いときは、燃料噴射弁１の噴射圧を減圧してキャビテーション量を低下させる。一方、燃料噴射装置１は、圧力センサ５７より取得したデータに基づいて算出したキャビテーション量が予め定められた閾値よりも少ないときは、燃料噴射弁の噴射圧を昇圧させてキャビテーション量を増大させることができる。また、噴射圧の制御は、ニードル開弁速度やニードルリフト量が所定値以上となってしまうときに有効である。ニードル開弁速度やニードルリフト量を大きく変更してしまうと、燃料噴射量に影響を及ぼし、所望の燃料噴射量を実現することができなくなるおそれがある。このような場合に、噴射圧を制御すれば、所望の燃料噴射量と、所望の負圧場領域の形成を実現することができる。すなわち、所望の燃料噴射量と、良好なペネトレーション及び噴霧の微粒化を実現することができる。
【００３１】
このような燃料噴射装置１の制御の一例について図９に示すフロー図を参照しつつ説明する。燃料噴射装置１における制御は制御部に相当するＥＣＵ５３によって行われる。ＥＣＵ５３は、燃料噴射されていない状態、すなわち、キャビテーション量が０であるときに出力信号のキャリブレーションを行っておく。
【００３２】
まず、ＥＣＵ５３は、ステップ１において、圧力センサ５７より圧力脈動データを取得する。そして、ステップＳ２において、キャビテーション量を推定するための演算を行う。図１０は、キャビテーション量を推定するための演算の一例を示す説明図である。図１０には、噴射率のグラフと、キャビテーション量のグラフを示している。噴射率は、圧力センサ５７より取得した圧力脈動データに基づいて算出できる。噴射率のグラフにおいて、破線で示しているのは、キャビテーションが発生していない状況での基準となる噴射率（基準データ）を示している。これに対し、実線は、圧力センサ５７により取得された圧力脈動データにもとづいて算出された噴射率を示している。この破線で示され基準データの数値と、実線で示された数値を比較することによって、キャビテーション量を推定することができる。すなわち、噴射成分でない周波数は、キャビテーション発生によるものと判断する。
【００３３】
ステップＳ３では、ステップＳ２で推定したキャビテーション量が予め定めた所定値範囲内であるか否かを判断する。ここで所定範囲とは、所望する噴射形態に応じて決定される。例えば、高噴射圧であり、第１噴孔４を塞いだ噴射形態としたい場合であるのか、低噴射圧であり、第１噴孔４と第２噴孔５とから噴射する多噴霧形態としたいのかによって決定される。
【００３４】
ステップＳ３においてＹＥＳと判断したときは、ステップＳ４〜ステップＳ６の処理を行うことなく、ステップＳ７の処理を行う。ステップＳ３でＮＯと判断したときは、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、補正ニードル開弁速度と、補正ニードルリフト量を算出する。キャビテーション量を増量させたいときはニードルリフト量を増大させる。これにより、突出部８を通過する燃料量が増大し、燃料の流速が速くなる。燃料の流速が速まることにより、キャビテーション量を増大させることができる。
【００３５】
一方、キャビテーション量を減量したいときはニードルリフト量を低下させる。これにより、突出部８を通過する燃料量が減少し、燃料の流速が遅くなる。燃料の流速が遅くなることにより、キャビテーション量を減量させることができる。
【００３６】
ここで、ニードル開弁速度の制御方針について説明する。例えば、全負荷状態のときのように、キャビテーションを最初から発生させたい運転条件の場合は、ニードル開弁速度を速くすることで、噴射初期から第１噴孔４を負圧場９で覆い、第１噴孔４からの燃料の噴射を回避し、第２噴孔５のみの噴射とすることができる。このとき、第１噴孔４を通じて負圧場９に外部からの空気を導入することができる。また、キャビテーションを一連の燃料噴射サイクルの一部（例えば、多段噴射における後続噴射）だけで発生させたい場合は、ニードル開弁速度を遅くする。これにより、突出部８を通過する燃料の流速を制限する。この結果、第１噴孔４への燃料の流入を促進し、多噴孔化することができる。その後の後続噴射（例えば、メイン噴射）では、キャビテーションによる負圧場を積極的に利用して第２噴孔５からのみ燃料を噴射させることができる。
【００３７】
ステップＳ５では、ステップＳ４で算出した補正ニードル開弁速度、補正ニードルリフト量が所定以下であるか否かの判断を行う。ステップＳ５でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ７へ進む。一方、ステップＳ５でＮＯと判断したときは、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、噴射圧を変更する。ニードルリフト量の変化が大きすぎる場合や、ニードル開弁速度の変化が大きすぎる場合は、所望の噴射量を所望時間内に噴射することが困難となる。このような場合、すなわち、ニードル開弁速度やニードルリフト量の変更では所望のキャビテーション量を実現することが困難な場合は、噴射圧を変更する。噴射圧を昇圧させることにより、突出部８を通過する燃料の流量を増量することができる。燃料の流量を増量することにより、燃料の流速が速くなる。燃料の流速が速まることにより、キャビテーション量を増大させることができる。噴射圧を減圧させることにより、突出部８を通過する燃料の流量を減量することができる。燃料の流量を減量することにより、燃料の流速が遅くなる。燃料の流速が遅くなることにより、キャビテーション量を減量させることができる。
【００３８】
なお、ニードル開弁速度やニードルリフト量を変更することなく、噴射圧のみを制御対象として、所望のキャビテーション量を実現するようにしてもよい。
【００３９】
ステップＳ３でＹＥＳと判断した場合及びステップＳ５でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、ＥＣＵ５３は、決定したニードル開弁速度、ニードルリフト量、噴射圧に基づいて噴射指令を発する。以上のルーチンが繰り返し行われる。
【００４０】
以上のような燃料噴射装置１００によれば、所望のペネトレーションと噴霧の微粒化を実現することができる。
【実施例２】
【００４１】
つぎに、実施例２について図１１乃至図１５を参照しつつ説明する。図１１は、実施例２における燃料噴射弁１０の先端部の断面図である。燃料噴射弁１０は、ノズルボディ１２とニードル３を備える。図１２は、実施例２におけるノズルボディ１２に設けられた第１噴孔１４と第２噴孔１５との配列を示す説明図である。実施例２が実施例１と異なる点は、燃料噴射弁の構成である。特に、図１２に示すように軸線１２ａを備えるノズルボディ１２に設けられた第１噴孔１４と第２噴孔１５の配置が実施例１における第１噴孔４と第２噴孔５の配置と異なっている。すなわち、実施例１では、図３に示すように、一の第１噴孔４は、ノズルボディ２の軸線２ａに対するある放射線上に配置され、同一の放射線上に一の第２噴孔５が配置されている。これに対し、実施例２では、一の第１噴孔１４は、ノズルボディ１２の軸線１２ａに対するある放射線上に配置され、他の放射線上に第２噴孔１５が配置されている。
【００４２】
より具体的には、第２噴孔１４は、第１噴孔１５に対してノズルボディ１２の軸線１２ａ方向に移動して設けられている。さらに、第１噴孔１４と第２噴孔１４は、ノズルボディ１２の軸線１２ａ方向視におけるノズルボディ１２の軸線１２ａを中心軸とする放射線上にそれぞれ開口している。そして、第１噴孔１４と第２噴孔１５とは異なる放射線上に開口している。図１２に示す例では、放射線１６ａ上に第１噴孔１４が開口し、放射線１６ｂ上に第２噴孔１５が開口している。
【００４３】
このように、第１噴孔１４と第２噴孔１５とを軸線方向視においてβの角度をつけ、捻りを加えて配置するのは、第１噴孔１４と第２噴孔１５に流入する燃料が干渉することを回避して均一なペネトレーションを実現するためである。なお、第１噴孔１４が負圧場９内に開口している点は、実施例１の場合と同様である。また、負圧場形成手段としての突出部８を備えている点も実施例１の場合と同様である。共通する構成要素についてはその詳細な説明を省略する。
【００４４】
ここで、図１３、図１４を参照しつつ、第１噴孔１４と第２噴孔１５の配置について説明する。図１３は、第１噴孔１４と第２噴孔１５との間隔を示す説明図である。図１４は、第１噴孔１４に流入する燃料が存在する範囲Ｒと第２噴孔１５に流入する燃料が存在する範囲Ｒを示す概念図である。
【００４５】
図１３に示すように三次元上に配置される第１噴孔１４と第２噴孔１５との距離αは、以下の式により算出される。
2011247171.tif 000003
α：第１噴孔と第２噴孔との距離
α１：第１噴孔と第２噴孔の周方向距離（但し、Ｋ＞＞α１であるためα１は直線と近似）
α２：第１噴孔と第２噴孔との軸線方向距離
Ｄ：各噴孔の直径
Ｋ：ノズルの軸線から噴孔入口までの距離
【００４６】
第１噴孔１４、第２噴孔１５は、それぞれ燃料が流入する範囲Ｒが規定される。この範囲Ｒ内の燃料がその噴孔に流入する。範囲Ｒの半径をｒとするとき、図１４に示すように、ｒ×２＞αとなって、両噴孔の範囲Ｒが重なると燃料を奪い合うことになり、均一なペネトレーションを得難くなる場合がある。第１噴孔１４と第２噴孔１５とが燃料を奪い合う範囲は、図１５に示すように、噴射圧が高くなるに連れて２×ｒすなわち範囲Ｒは拡大する。そこで、実際の使用噴射圧範囲内においてα＜２×ｒとなるように各寸法、角度を設定する。
【００４７】
このように第１噴孔１４と第２噴孔１５を備えた燃料噴射弁を用いることにより、各噴孔に流入する燃料の流速が安定し、負圧場９の発生、キャビテーションの発生が阻害されることがない。この結果、安定したペネトレーションを実現することができる。また、このような第１噴孔１４と第２噴孔１５とを備えた燃料噴射弁を実施例１と同様の燃料噴射装置１００に装備することができる。
【実施例３】
【００４８】
つぎに、実施例３について、図１６、図１７を参照しつつ説明する。実施例３の燃料噴射弁２０は、ＶＡＮ（Variable Flow Area Nozzle）であり、ノズルボディ２１内にアウタニードル２２とインナニードル２３を備えている。ノズルボディ２１は、アウタニードル２２によって開閉される第３噴孔２４及び第４噴孔２５を備えている。また、ノズルボディ２１は、インナニードル２３によって開閉される第５噴孔２６、第６噴孔２７を備えている。
【００４９】
燃料噴射弁２０は、ノズルボディ２１の軸中心側に向かって突出する突出部２８及び突出部２９を備えている。また、燃料噴射弁２０は、ノズルボディ２２の軸中心側に向かって突出する突出部３０及び突出部３１を備えている。これらの突出部２８〜３１は、ノズルボディ２１内の燃料流路３２、３３内に負圧場を形成する負圧場形成手段の一例である。
【００５０】
実施例１や実施例２と異なり、複数の突出部が設けられているのは、ＶＡＮでは、燃料がノズルボディ２１の基端側からだけでなく、先端側から噴孔に流れ込むことがあることを考慮したものである。すなわち、突出部２８は、ノズルボディ２１の基端側から燃料が第３噴孔２４、第４噴孔２５に流れ込む状態であるときに、負圧場を形成するものである。第３噴孔２４は、突出部２８が形成する負圧場に開口する。突出部２９は、ノズルボディ２１の先端側から燃料が第３噴孔２４、第４噴孔２５に流れ込む状態であるときに、負圧場を形成するものである。
【００５１】
すなわち、燃料がノズルボディ２１の基端側から流れ込むときは、突出部２８が実施例１における突出部８に相当する機能を有し、第３噴孔２４が実施例１における第１噴孔４に相当することになる。燃料がノズルボディ２１の先端側から流れ込むときは、突出部２９が実施例１における突出部８に相当する機能を有し、第４噴孔２４が実施例１における第１噴孔４に相当することになる。
【００５２】
また、同様に、突出部３０は、ノズルボディ２１の基端側から燃料が第５噴孔２６、第６噴孔２７に流れ込む状態であるときに、負圧場を形成するものである。第５噴孔２６は、突出部３０が形成する負圧場に開口する。突出部３１は、ノズルボディ２１の先端側から燃料が第５噴孔２６、第６噴孔２７に流れ込む状態であるときに、負圧場を形成するものである。
【００５３】
すなわち、燃料がノズルボディ２１の基端側から流れ込むときは、突出部３０が実施例１における突出部８に相当する機能を有し、第５噴孔２６が実施例１における第１噴孔４に相当することになる。燃料がノズルボディ２１の先端側から流れ込むときは、突出部３１が実施例１における突出部８に相当する機能を有し、第６噴孔２７が実施例１における第１噴孔４に相当することになる。
【００５４】
このような燃料噴射弁２０のアウタニードル２２、インナニードル２３の動作を、図１７を参照しつつ説明する。
【００５５】
図１７（Ａ）は、アウタニードル２２がリフトされた状態を示している。この状態では、燃料はノズルボディ２２の基端側から流れ込む。高圧噴射時にこのような状態とすると、第３噴孔２４の開口が突出部２８によって形成された負圧場に覆われ、第４噴孔２５からのみ燃料を噴射することができる。第４噴孔２５から噴射される燃料は、キャビテーションの影響を受けて微粒化され、また、強いペネトレーションを実現することができる。なお、インナニードル２３を閉弁状態としているときのアウタニードル２２は、実施例１におけるニードル３が動作したときと類似の噴射形態を実現するものである。
【００５６】
図１７（Ｂ）は、インナニードル２３がリフトされた状態を示している。この状態では、燃料はノズルボディ２２の先端側から流れ込む。高圧噴射時にこのような状態とすると、第６噴孔２７の開口が突出部３１によって形成された負圧場に覆われ、第５噴孔２６からのみ燃料を噴射することができる。第５噴孔２６から噴射される燃料は、キャビテーションの影響を受けて微粒化され、また、強いペネトレーションを実現することができる。
【００５７】
図１７（Ｃ）は、アウタニードル２２をわずかにリフトさせ、インナニードル２３をリフトさせた状態を示している。この状態では、ノズルボディ２２の先端側から第３噴孔２４、第５噴孔２５へ流入する量が増す。高圧噴射時にこのような状態とすると、第４噴孔２５の開口が突出部２９によって形成された負圧場２覆われる。このとき、第３噴孔２４から噴射される燃料は、キャビテーションの影響を受けて微粒化され、また、強いペネトレーションを実現することができる。
【００５８】
このように、アウタニードル２２とインナニードル２３のリフト状態を変化させることにより、種々の噴射形態を実現することができる。このように、燃料噴射弁２０は、突出部２８〜３１によって形成される負圧場を利用することにより、噴射燃料の微粒化と安定したペネトレーションを実現することができる。なお、図示されていないが、ノズルボディ２２の先端側から燃料が流入するようにして、突出部３１によって負圧場を形成するようにすることもできる。この場合、第６噴孔２７の開口を負圧場で覆うことができる。
【００５９】
このような第３噴孔２４のコーン角θ１、第４噴孔２５のコーン角θ２は、図１８に示すようにθ１≧θ２とすることができる。ノズルボディ２２の基端側から燃料が流入するとき、突出部２８表面と第３噴孔２４の軸線とがなす角が所定値以下であると効率よく負圧場を発生させることができる。突出部２８表面と第３噴孔２４の軸線とがなす角を所定値以下とするということは、言い換えれば、コーン角θ１を所定値以上とするということである。一方、ノズルボディ２２の先端側から燃料が流入するとき、突出部２９表面と第４噴孔２５の軸線とがなす角が所定値以下であると効率よく負圧場を発生させることができる。突出部２９表面と第４噴孔２５の軸線とがなす角を所定値以下とするということは、言い換えれば、コーン角θ２を所定値以下とするということである。従って、θ１≧θ２とすることができる。
【００６０】
同様の理由によりに、第５噴孔２６のコーン各θ３、第６噴孔２７のコーン角θ４は、図１８に示すようにθ３≧θ４とすることができる。
【００６１】
第３噴孔２４と第４噴孔２５は、実施例１において、図１１、図１２を参照して説明した第１噴孔４と第２噴孔５との位置関係と同様の位置関係とすることができる。すなわち、第３噴孔２４と第４噴孔２５は、ノズルボディ２２の軸線２２ａ方向視におけるノズルボディ２２の軸線２２ａを中心軸とする放射線上にそれぞれ開口させる。そして、第３噴孔２４と第４噴孔２５とは異なる放射線上に開口させることができる。
【００６２】
同様に、第５噴孔２６と第６噴孔２７は、実施例１において、図１１、図１２を参照して説明した第１噴孔４と第２噴孔５との位置関係と同様の位置関係とすることができる。すなわち、第５噴孔２６と第６噴孔２７は、ノズルボディ２２の軸線２２ａ方向視におけるノズルボディ２２の軸線２２ａを中心軸とする放射線上にそれぞれ開口させる。そして、第５噴孔２６と第６噴孔２７とは異なる放射線上に開口させることができる。
【００６３】
各噴孔をこのようにずらして配置することにより流入する燃料の奪い合いを抑制し、安定したペネトレーションを実現することができる。また、このような第３噴孔２４〜第６噴孔２７とを備えた燃料噴射弁２０を実施例１と同様の燃料噴射装置１００に装備することができる。
【実施例４】
【００６４】
つぎに、実施例４について、図１９、図２０を参照しつつ説明する。図１９は、実施例４における燃料噴射弁３５の先端部の断面図である。図２０は、実施例４の燃料噴射弁３５の動作を示す説明図である。燃料噴射弁３５は、ノズルボディ３６とニードル３７を備えている。ノズルボディ３６は、第１噴孔３８と第２噴孔３９を備えている。第１噴孔３８は、第２噴孔３９内に開口している。ノズルボディ３６は、ノズルボディ３６の軸中心側に向かって突出する突出部４０を備えている。この突出部４０は、燃料流路６内に負圧場を形成する負圧場形成手段の一例である。
【００６５】
第１噴孔３８は、噴射圧力やニードル３７のリフト量に応じて変化する負圧場の大きさによって燃料の流入状態が変化する。負圧場の圧力がさらに低下すると、第１噴孔３８からの燃料の噴射が停止するだけでなく、第１噴孔３８を通じてノズルボディ３６の外部から空気が取り込まれるようになる。取り込まれた空気は、第２噴孔３７から噴射される燃料と混合されて噴射される。これにより燃料の微粒化が促進される。
【００６６】
図２０（Ａ）は、燃料噴射行程の極初期の燃料噴射弁３４の様子を示している。この状態では、燃料の流入速度が遅いため、突出部４０の下流で生じる負圧場４１は第１噴孔３８の開口を塞いでいない。このため、燃料は第１噴孔３８と第２噴孔３９の双方に流入し噴射される。このように、多噴孔から燃料が噴射されることにより、噴射初期の噴霧燃料の微粒化が図られる。
【００６７】
図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）に示す状態からさらに噴射状態が進行した状態を示している。この状態では、負圧場４１とその周囲の圧力差も増大し、負圧場４１の領域が増大するため、第１噴孔３８の開口が負圧場４１によって塞がれる。このように燃料噴射される噴孔数が減少すると、さらに燃料の流速が上昇し、負圧場４１の成長を助長する。この結果、キャビテーションがさらに増大し、燃料噴霧を微粒化することができる。
【００６８】
また、負圧場４１が成長することによって、第１噴孔３８を通じてノズルボディ３６の外部から空気が取り込まれるようになる。
【００６９】
図２０（Ｃ）は、図２０（Ｂ）からさらに噴射状態が進行した状態を示している。この状態では、負圧場４１とその周囲の圧力差がさらに増大する。このため、第１噴孔３８を通じてノズルボディ３６の外部から取り込まれる空気の量が増大する。そして、取り込まれた空気は第２噴孔３９へ流入する燃料と混合される。この結果、燃料の微粒化が促進される。
【００７０】
なお、図１９で示した例では、第１噴孔３８は、第２噴孔３９の開口に近い位置に開口した構成となっているが、図２１に示すような構成とすることもできる。すなわち、第２噴孔３９の開口から離れた奥側において第１噴孔３８が開口する構成とすることもできる。第１噴孔３８は、その開口が負圧場４１内に配置されていれば、所望の噴射方向に応じて、その軸線方向は自由に設定することができる。
また、突出部４０を備えていない場合であっても、燃料の流速差を創出することによって形成される負圧場が形成され、その負圧場によって第１噴孔３８の開口が覆われるようになっていればよい。
【実施例５】
【００７１】
つぎに、実施例５について図２２を参照しつつ説明する。図２２において、（Ａ−１）、（Ａ−２）は、実施例４における第１噴孔３８と第２噴孔３９の配置を模式的に示した図である。図２２において、（Ｂ−１）、（Ｂ−２）は、実施例５における第１噴孔４４と第２噴孔４５の配置を模式的に示した図である。第１噴孔４４が第２噴孔４５内に開口する点は、実施例４と実施例５は共通する。実施例５が実施例４と異なる点は、第１噴孔４４は、第１噴孔４４の軸線４４ａが、第２噴孔４５の軸線４５ａと交わらないように第２噴孔４５に開口している点である。
【００７２】
実施例４の場合は、図２２中、（Ａ−３）に模式的に示すように、第１噴孔３８から取り込まれた空気は、直線的に第２噴孔３９へ流入する。これに対し、実施例５の場合は、図２２中、（Ｂ−３）に示すように第２噴孔４５へ流入する空気は、第２噴孔の軸線に対して旋回成分を有している。このため、燃料の流れと空気の旋回流との合流により、負圧場がらせん状に発達する。この結果、負圧場の面積が増大し、燃料と空気との混合がより促進される。この結果、燃料の微粒化が促進される。
【００７３】
高圧噴射時は、キャビテーションが発生し易くなり、第１噴孔４４から空気が取り込まれやすくなる。また、第２噴孔４５を通過する燃料の流速が増す。そして、第２噴孔４５の内周面に沿ってらせん状に発達する負圧場が第２噴孔４５内で燃料流れを包み込む状態となる。この結果、燃料流れが第２噴孔４５の内周壁から剥離されたような状態となり、燃料流れの速度が上昇してペネトレーションが増大する。ペネトレーションが増大することにより、高負荷状態でのスモークを低減することができる。
【００７４】
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】
【００７５】
１、１０、２０、３５…燃料噴射弁
２、１２、２１、３６…ノズルボディ
２ａ、１２ａ…軸線
３、１３、３７…ニードル
４、１４、３８…第１噴孔
５、１５、３９…第２噴孔
６…燃料流路
７…サック室
８、４０…突出部
９…負圧場
２２…アウタニードル
２３…インナニードル
２４…第３噴孔
２５…第４噴孔
２６…第５噴孔
２７…第６噴孔
５０…燃料タンク
５１…燃料ポンプ
５１ａ…燃料ポンプコントロ−ラ
５２…燃料ポンプ
５３…ＥＣＵ
５４…ＥＤＵ
５５…アクチュエータ
５６…高圧燃料パイプ
５７…圧力センサ
【図１】
2011247171.tif 000004
【図２】
2011247171.tif 000005
【図３】
2011247171.tif 000006
【図４】
2011247171.tif 000007
【図５】
2011247171.tif 000008
【図６】
2011247171.tif 000009
【図７】
2011247171.tif 000010
【図８】
2011247171.tif 000011
【図９】
2011247171.tif 000012
【図１０】
2011247171.tif 000013
【図１１】
2011247171.tif 000014
【図１２】
2011247171.tif 000015
【図１３】
2011247171.tif 000016
【図１４】
2011247171.tif 000017
【図１５】
2011247171.tif 000018
【図１６】
2011247171.tif 000019
【図１７】
2011247171.tif 000020
【図１８】
2011247171.tif 000021
【図１９】
2011247171.tif 000022
【図２０】
2011247171.tif 000023
【図２１】
2011247171.tif 000024
【図２２】
2011247171.tif 000025