(57)【要約】【課題】ニードル弁のリフト量に応じて噴孔からの燃料の噴射方向を制御することができる燃料噴射装置を提供する。【解決手段】ニードル弁２０の先端との間で空間を形成するサック室１４と、サック室１４の内壁面からノズルボディ１０の外壁面へ繋がり、サック室１４の壁面に噴孔１２と、を有し、ニードル弁２０の先端は、サック室１４の入口側内壁に対して略平行な流れ制御部２２を備え、流れ制御部２２より先端側は先細り形状の先端傾斜部２３とされ、閉弁時には流れ制御部２２と先端傾斜部２３との交点はサック室１４内に位置し、噴孔１２は、入口側から出口側に向かって噴孔中心軸に対して垂直面内の面積が略一定であると共に、入口側から出口側に向かってノズル中心軸方向に沿った寸法が増加する形状とされている。【選択図】図１
2019090388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルボディと、前記ノズルボディ内に配置されたニードル弁と、を備え、
前記ノズルボディは、前記ニードル弁の先端との間で空間を形成するサック室と、
前記サック室の内壁面から前記ノズルボディの外壁面へ繋がり、前記サック室の内壁に噴孔と、を有し、
前記ニードル弁の先端は、前記サック室の入口側内壁に対して略平行な流れ制御部を備え、前記流れ制御部より先端側は先細り形状の先端傾斜部とされ、
閉弁時には前記流れ制御部と前記先端傾斜部との交点は前記サック室内に位置し、
前記噴孔は、入口側から出口側に向かって噴孔中心軸に対して垂直面内の面積が略一定であると共に、入口側から出口側に向かってノズル中心軸方向に沿った寸法が増加する形状とされていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射装置であって、
閉弁時において、前記流れ制御部が前記ノズルボディのシート面を前記サック室の方向に延長した仮想面と交差する構成とされていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料噴射装置であって、
前記噴孔の入口部の横断面積と出口部の横断面積の差は±２０％以内であることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射装置であって、
前記噴孔の入口部における前記ノズル中心軸方向に沿った長さＨ１とそれに直交する周方向の幅Ｗ１のアスペクト比（Ｗ１／Ｈ１）は０．６２以上であることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置であって、
前記ノズル中心軸方向への前記噴孔の広がり角（β）は７．５°以上であることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射装置であって、
前記流れ制御部と前記サック室の壁面との間の角度（ψ）は±１０°以内であることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のエンジンに対して燃料を噴射する燃料噴射装置において、噴孔から噴射させる燃料の噴霧状態を変更する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、燃料噴射ノズルのノズルボディの先端部に形成される複数の噴孔入口の開口形状が、噴孔のノズル軸方向の長さ＜噴孔の周方向の幅≦噴孔入口部を含むサック断面部の周長／噴孔数の関係を満たす構成が開示されている。これにより、複雑な加工工程を必要としない簡単な構造でありながらも、ニードルリフト量が低い状態の領域の時と、ニードルリフト量が高い状態の領域の時とで複数のスリット噴孔から燃焼室内に噴射される燃料の噴霧形状を変更することが可能となるとされている。（特許文献１）
【０００４】
また、噴孔の入口から出口までの断面形状が異なる燃料噴射弁であって、噴孔の入口から出口までの断面積が一定またはほぼ一定とされている燃料噴射弁が開示されている。また、噴孔の断面方向の寸法が噴孔の入口から出口にいくにしたがって大きくなる燃料噴射弁であって、断面方向と直交する断面方向の寸法が噴孔の出口から入口にいくにしたがって大きくなる燃料噴射弁が開示されている。（特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１７２３５７号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１１８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
早期にパイロット噴射を行うとき、メイン噴射時と比較してピストンが下方に位置する。したがって、パイロット噴射の噴射時期が早過ぎると、図１４に示すように、燃料がシリンダの壁面に付着することによるオイルの希釈や未燃焼の炭化水素化合物（ＨＣ）の排出の原因となる。これを抑制するためには、パイロット噴射時にはメイン噴射時より下向きに燃料を噴射してピストンのキャビティ内に留めることが望まれる。
【０００７】
また、特許文献１に記載の技術では、噴孔のノズル軸方向の長さが噴孔の入口から出口に亘って略一定であるので、パイロット噴射時においてもメイン噴射時と同様に燃料が噴孔の中心線方向に噴射される。すなわち、ニードルのリフト量が小さいパイロット噴射においても燃料は下向きに噴射されない。また、特許文献２に記載の技術においても、パイロット噴射時に燃料を下向きに噴射することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、ノズルボディと、前記ノズルボディ内に配置されたニードル弁と、を備え、前記ノズルボディは、前記ニードル弁の先端との間で空間を形成するサック室と、前記サック室の内壁面から前記ノズルボディの外壁面へ繋がり、前記サック室の壁面に噴孔と、を有し、前記ニードル弁の先端は、前記サック室の入口側内壁に対して略平行な流れ制御部を備え、前記流れ制御部より先端側は先細り形状の先端傾斜部とされ、閉弁時には前記流れ制御部と前記先端傾斜部との交点は前記サック室内に位置し、前記噴孔は、入口側から出口側に向かって噴孔中心軸に対して垂直面内の面積が略一定であると共に、入口側から出口側に向かってノズル中心軸方向に沿った寸法が増加する形状とされていることを特徴とする燃料噴射装置である。
【０００９】
ここで、閉弁時において、前記流れ制御部が前記ノズルボディのシート面を前記サック室の方向に延長した仮想面と交差する構成とされていることが好適である。
【００１０】
また、前記噴孔の入口部の横断面積と出口部の横断面積の差は±２０％以内であることが好適である。
【００１１】
また、前記噴孔の入口部における前記ノズル中心軸方向に沿った長さＨ１とそれに直交する周方向の幅Ｗ１のアスペクト比（Ｗ１／Ｈ１）は０．６２以上であることが好適である。
【００１２】
また、前記ノズル中心軸方向への前記噴孔の広がり角（β）は７．５°以上であることが好適である。
【００１３】
また、前記流れ制御部と前記サック室の壁面との間の角度（ψ）は±１０°以内であることが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ニードル弁のリフト量に応じて噴孔からの燃料の噴射方向を制御し、オイルの希釈や未燃焼の炭化水素化合物（ＨＣ）の排出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の噴孔の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における燃料噴射装置が噴孔の形状を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態における燃料噴射装置が噴孔の形状を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態における燃料噴射装置が低リフト状態にあるときの燃料の噴射状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における燃料噴射装置が高リフト状態にあるときの燃料の噴射状態を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における燃料噴射装置のシート面と流れ制御部との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における燃料噴射装置における燃料の流れを計算した結果を示す図である。
【図９】従来の燃料噴射装置における燃料の流れを計算した結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における燃料噴射装置での噴孔の形状の変形例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の噴孔のアスペクト比と流量係数との関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の噴孔広がり角（β）と未燃焼の炭化水素（ＨＣ）との関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態における燃料噴射装置の流れ制御部とサック室間の角度を示す図である。
【図１４】従来の燃料噴射装置の課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態における燃料噴射装置１００は、図１の部分拡大縦断面図に示すように、ノズルボディ１０及びニードル弁２０を備える。図２は、図１におけるラインＡ−Ａに沿った断面図である。図１において、燃料は図面上側（以下、上流側という。）から図面下側（以下、下流側という。）へ供給される。
【００１７】
ノズルボディ１０は、略円筒状であり、内部にニードル弁２０を収納する空間を有する。ニードル弁２０は、ノズルボディ１０内に収納され、ノズル中心軸Ｎに沿って往復運動が可能に配置される。
【００１８】
ノズルボディ１０の外壁面側となる先端部は略円錐状に形成され、ノズルボディ１０の内壁面は、燃料の流れの上流側が円筒状とされ、下流側が略円錐状に形成される。内壁面の円錐状部はニードル弁２０が着座するシート面１１とされている。
【００１９】
また、ノズルボディ１０のニードル弁２０の先端部に対向する部分にはサック室１４が形成される。サック室１４は、ニードル弁２０の先端部において燃料溜まりとなる部分である。サック室１４は、例えば、ノズルボディ１０の内壁面を半球状に加工して形成された下流側の半球形状部分１４ａとその上流側に連続して設けられた円筒形状部分１４ｂとを組み合わせた形状を有する。
【００２０】
ニードル弁２０は、ノズルボディ１０の内壁面と対応する円錐型状に形成される。円錐形状部分の表面は、ノズルボディ１０のシート面１１に着座するシート部２１となる。すなわち、ニードル弁２０のシート部２１がノズルボディ１０のシート面１１に押しつけられることによって、ノズルボディ１０の内壁面とニードル弁２０の外周面とによって形成される燃料供給路からの燃料の供給を止めることができる。
【００２１】
ニードル弁２０の先端部は、ノズル中心軸Ｎを中心軸とした略円筒形状の流れ制御部２２が設けられる。流れ制御部２２は、サック室１４の上流側に設けられた円筒形状部分１４ｂの内壁と略平行な周壁を有する。また、ニードル弁２０の先端部の流れ制御部２２のさらに先には先細りの円錐台形状のニードル先端傾斜部２３が設けられる。
【００２２】
本実施の形態では、シート部２１と流れ制御部２２とが直線的に交わる交点ａを有する。なお、直線的に交わる交点ａとせず、燃料のスムーズな流れが形成されるように曲面Ｒを設ける構成としてもよい。また、流れ制御部２２とニードル先端傾斜部２３とが直線的に交わる交点ｂを有する。また、ニードル弁２０のシート部２１がノズルボディ１０のシート面１１に着座した状態では、交点ｂはサック室１４内に位置する。
【００２３】
ノズルボディ１０のサック室１４には、噴孔１２が形成される。本実施の形態では、サック室１４の下流側の半球形状部分１４ａに噴孔１２が設けられる。噴孔１２は、ノズルボディ１０の内壁面とニードル弁２０の外壁面との間隙を通って供給される燃料を噴霧するための孔である。
【００２４】
噴孔１２は、図２の横断面図に示すように、ノズルボディ１０の周方向に沿ってノズル中心軸Ｎから放射状に複数（例えば６〜１２個）設けることが好適である。図２では、４５°毎に合計８つの噴孔１２を設けた例を示している。噴孔１２は、サック室１４の内壁面に入口が位置し、ノズルボディ１０の外周面に出口が位置するように形成される。
【００２５】
噴孔１２は、その入口側から出口側に亘って噴孔中心軸Ｘに対して垂直面内の横断面積は略一定である。後述する噴孔１２内での燃料の流れ制御を好適に行うためには、噴孔１２の入口部と出口部での横断面積の差は±２０％以内、より好適には±１０％以内に設定することが好適である。なお、流量係数を大きくするために噴孔１２の入口部（サック室１４と噴孔１２との接続部）を曲面加工してもよい。この場合、曲面加工された部分を除いた範囲内の横断面積が略一定となるようにすればよい。
【００２６】
また、噴孔１２は、入口側から出口側に向かってノズル中心軸方向に沿った方向の寸法が増加する形状とされている。すなわち、図３の縦断面拡大図に示すＢ−Ｂライン、Ｃ−Ｃライン及びＤ−Ｄラインに沿った噴孔１２の断面は、図４に示すように、噴孔１２の入口側から出口側に向かってノズル中心軸方向に沿った方向（図３中、ノズル中心軸方向と示す）の長さが大きくなり、燃料噴射装置１００の周方向（図２中、周方向と示す）の幅が小さくなる。
【００２７】
燃料噴射装置１００は、ニードル弁２０をノズル中心軸Ｎに沿って移動させるためのニードル移動機構（図示しない）を備える。ノズルボディ１０内を下流方向にニードル弁２０を移動させるとシート部２１がシート面１１に接触する。これによって、燃料噴射装置１００は閉弁状態となる。閉弁状態からニードル弁２０を上流方向に移動させると、シート部２１とシート面１１とが離間され、シート部２１とシート面１１との間隙を通じて燃料がサック室１４に供給される。これによって、燃料噴射装置１００は開弁状態となる。
【００２８】
以下、ニードル移動機構によって、シート部２１がシート面１１から十分に離れた状態までニードル弁２０が移動（リフト）された状態を高リフト状態と称し、シート部２１とシート面１１とが近い状態を低リフト状態と称する。
【００２９】
以下、図５及び図６を参照して、パイロット噴射時及びメイン噴射時における燃料噴射装置１００の作用を説明する。
【００３０】
（１）ニードル弁２０のリフト量が小さく、低リフト状態である場合、燃料噴射装置１００はパイロット噴射状態となる。パイロット噴射時の燃料の噴射量は通常１〜２ｍｍ３と微量である。通常、ニードル弁２０が数十μｍだけリフトして開弁した状態においてパイロット噴射が行われる。
【００３１】
パイロット噴射の期間中は、図５に示すように、ノズルボディ１０のシート面１１とニードル弁２０のシート部２１との間に形成される流路面積がすべての噴孔１２の最少流路面積の総和よりも小さい状態、すなわち「シートチョーク状態」で燃料が噴射される。なお、図５において、燃料の流れは太矢印で示している。
【００３２】
図５に示すように、パイロット噴射時には流れ制御部２２とニードル先端傾斜部２３との交点ｂがサック室１４内に位置する。したがって、シート面１１に沿う燃料の流れは流れ制御部２２によってサック室１４の円筒形状部分１４ｂの内壁に沿う流れとなって噴孔１２に流入する。このとき、燃料の慣性によってサック室１４内の内壁に沿う流れが噴孔１２の噴孔中心軸Ｘの方向に急変できないので、噴孔１２の入口の上側で壁面から剥離し、噴孔１２の下側壁面に沿う流れが形成される。噴孔１２に流入した燃料は出口まで略一定流速で流れる。このとき、噴孔中心軸Ｘに対して垂直面内における燃料の横断面積は略一定であるので、噴孔１２の入口で上側壁面から剥離した燃料は噴孔１２の全域を満たすことなく、噴孔１２の下側壁面に沿う流れを維持したまま噴孔１２の出口から下向きに燃料が噴射される。
【００３３】
すなわち、パイロット噴射時において、燃料の噴射半角は後述するメイン噴射時に比べて小さくなる。ここで、噴射半角とは、噴孔１２の出口部における燃料の噴出方向とノズル中心軸Ｎの間の角度である。
【００３４】
なお、図７に示すように、閉弁状態においてシート面１１をサック室１４の方向に延長した仮想面Ｍが流れ制御部２２と交差するような構成とすることが好適である。これによって、シート面１１からサック室１４内に流入する燃料の大部分が流れ制御部２２によってサック室１４の内壁に沿う流れとなり、噴孔１２の入口から下側内壁に向かう燃料の流れを確実に形成できる。
【００３５】
（２）ニードル弁２０のリフト量が大きく、高リフト状態である場合、燃料噴射装置１００はメイン噴射状態となる。メイン噴射状態では、パイロット噴射状態に比べて燃料の噴射量は多くなる。
【００３６】
メイン噴射の期間中は、図６に示すように、ノズルボディ１０のシート面１１とニードル弁２０のシート部２１との間に形成される流路面積がすべての噴孔１２の最少流路面積の総和より大きい状態、すなわち「噴孔絞り状態」で燃料が噴射される。なお、図６において、燃料の流れは太矢印で示している。
【００３７】
図６に示すように、メイン噴射時にはニードル弁２０のリフト量が大きく、流れ制御部２２とニードル先端傾斜部２３との交点ｂがサック室１４の外に位置する。このとき、シート面１１に沿う燃料の流れは流れ制御部２２によって大きく変えられることなく、慣性によって噴孔１２に対して噴孔中心軸Ｘ方向に流入する。そのため、パイロット噴射状態のように噴孔１２の内壁に沿う流れが強い場合と比べて、噴孔１２の上側に流入する燃料の曲がりが緩やかとなり、噴孔１２の入口の略全域から燃料が流入する。噴孔１２の入口から出口に亘って噴孔中心軸Ｘに対して垂直面内の横断面積が略一定であり、噴孔１２内を流れる燃料の速度も略一定であるので、噴孔１２の入口から出口に至るまでの略全域が燃料で満たされた状態で流れる。噴孔１２は、上記説明のように、入口から出口に向かってノズル中心軸方向に拡大しており、これに伴って燃料もノズル中心軸方向に拡がりながら噴孔１２の出口から噴出される。したがって、燃料室内においてノズル中心軸方向に高分散化された燃料の噴霧が形成される。
【００３８】
ここで、上述のように、噴孔１２は、その入口側から出口側に亘って噴孔中心軸Ｘに対して垂直面内の横断面積は略一定とし、噴孔１２の入口部と出口部での横断面積の差は±２０％以内、より好適には±１０％以内に設定することが好適である。これは、例えば、噴孔１２の入口から出口に向かって横断面積が減少するような構成とした場合、メイン噴射時に噴孔１２の全域が燃料で満たされ易くなるが、パイロット噴射時においても噴孔１２内で燃料が上側に拡がり易くなってしまうからである。一方、噴孔１２の入口から出口に向かって横断面積が増加するような構成とした場合、反対にメイン噴射時には噴孔１２の上側で燃料の流れが剥離し易くなり、燃料の高分散化の効果が小さくなってしまうからである。これに対して、上記好適な条件では、パイロット噴射時における下向き噴射とメイン噴射時における広角噴射を併せて実現することができる。
【００３９】
なお、ノズルボディ１０の内壁と噴孔１２の入口との接続箇所が鋭角である場合、噴孔１２の入口部上側で燃料の流れが剥離し易くなる。そこで、上述のように、流量係数を大きくするために噴孔１２の入口部（サック室１４と噴孔１２との接続部）を曲面加工してもよい。これにより、噴孔１２の入口部上側で燃料の流れの剥離を抑制することができる。
【００４０】
このとき、噴孔１２の入口部における燃料の流れの剥離が小さい場合にはコアンダ効果により流れが噴孔１２の上側に再付着し、噴孔１２の出口全域から燃料を噴射させることができる。したがって、コアンダ効果が生ずる程度に噴孔１２の入口付近を曲面加工すれば、研磨に掛かる加工時間を短縮できると共に加工コストも削減することができる。なお、噴孔１２の入口部を曲面加工せず、鋭角のままにしたとしても、例えば噴孔１２の出口まで噴孔１２の上部から燃料の流れが剥離した状態であったとしても従来に比べて燃料はノズル中心軸方向に高分散化されて噴射される。
【００４１】
また、ニードル弁２０がノズルボディ１０に着座している状態において、流れ制御部２２とニードル先端傾斜部２３とが直線的に交わる交点ｂを含むノズル中心軸Ｎに対する垂直面が噴孔１２の入口の開口部と重ならないような構成とすることが好適である。ここで、噴孔１２の入口の開口部は曲面加工されていない部分を意味するものとする。これによって、噴孔１２の入口で燃料の流れが剥離するパイロット噴射状態を短く設定でき、メイン噴射時に要求される高分散化された噴霧の期間を長くすることができる。
【００４２】
図８（ａ）は、パイロット噴射時、すなわちニードル弁２０のリフト量が小さく、流れ制御部２２とニードル先端傾斜部２３との交点ｂがサック室１４内に位置する時における燃料の流れを示す。パイロット噴射時においては、噴孔１２の入口の上側で燃料の流れが壁面から剥離し、噴孔１２の下側の壁面に沿うような流れとなる。図８（ｂ）は、メイン噴射時、すなわちニードル弁２０のリフト量が大きく、流れ制御部２２とニードル先端傾斜部２３との交点ｂがサック室１４外に位置する時における燃料の流れを示す。メイン噴射時においては、噴孔１２の入口の略全域から燃料が流入し、噴孔１２の入口から出口に至るまでの略全域が燃料で満たされた状態で流れ、ノズル中心軸方向に拡がりながら噴孔１２の出口から燃料が噴出される。具体的には、噴孔１２の入口の上側に小さな流れの剥離がみられるものの、その下流において流れは壁面に再付着して噴孔１２の出口部の全域から燃料が流出している。その結果、高分散の噴霧を得ることができる。
【００４３】
なお、従来の燃料噴射装置では、ニードルのリフト量が小さいときには、図９に示すように、サック室の底面付近から噴孔の入口に向かう斜め上向きの燃料の流れができる。したがって、燃料は噴孔の上面に沿って流れて、そのまま上向きに噴射される。
【００４４】
次に、噴孔１２の好適な構成について説明する。図１０は、噴孔１２の断面形状の変形例を示す。図１０は、図３の縦断面拡大図に示すＢ−Ｂライン、Ｃ−Ｃライン及びＤ−Ｄラインに沿った噴孔１２の断面形状の変形例を示している。変形例１は端部が円形に加工された噴孔１２の例、変形例２は隅部が曲線に加工された噴孔１２の例、変形例３は楕円状に加工された噴孔１２の例である。いずれの変形例においても噴孔１２の入口側から出口側に向かってノズル中心軸方向に沿った方向（図３中、ノズル中心軸方向と示す）の長さが大きくなり、燃料噴射装置１００の周方向（図２中、周方向と示す）の幅が小さくなる。また、いずれの変形例においても噴孔１２の入口側から出口側に向かって横断断面積は略等しくされている。
【００４５】
噴孔１２の入口部の長さＨ１（ノズル中心軸方向）と幅Ｗ１（周方向）の比（アスペクト比＝Ｗ１／Ｈ１）について検討する。図１１は、ニードル弁２０のリフト量が十分に大きい噴孔絞り状態での噴孔１２の入口における噴孔１２の形状のアスペクト比（Ｗ１／Ｈ１）と流量係数との関係を示す。図１１の縦軸はアスペクト比＝１の場合の流量係数で正規化して表している。なお、流体研磨等で噴孔１２の入口部を曲面加工したものについては加工前の噴孔１２の入口形状でのアスペクト比で表している。流量係数は、噴孔１２の入口部に２０μｍの曲面加工を行った形状を対象にして数値計算した結果である。
【００４６】
図１１によれば、アスペクト比（Ｗ１／Ｈ１）が１より小さくなると流量係数が大きく変化することが分かった。ニードル弁２０のリフト量が十分に大きい噴孔絞り状態では、噴射率（単位時間当たりの燃料噴射量）を高めるために大きな流量係数が望まれる。この観点から、アスペクト比（Ｗ１／Ｈ１）を０．６２以上に設定することが好適であり、１に設定した場合に比べて流量係数の低下は１０％以下に抑えることができる。さらに、流量係数の低下を５％以内に抑えるにはアスペクト比（Ｗ１／Ｈ１）を０．７８以上に設定することが好適である。
【００４７】
また、予混合圧縮自着火燃焼（ＰＣＣＩ燃焼：Premixed Charge Compression Ignition）では、従来の拡散燃焼時と比較して早期に燃料を噴射し、予混合化した後に燃焼させる。そのため、早期パイロット噴射時の場合と同様に燃料のシリンダ壁面への付着に起因するオイル希釈や未燃焼の炭化水素化合物（ＨＣ）の排出を抑制するには、従来の拡散燃焼の場合と比較して下向きに燃料を噴射することが望まれる。予混合圧縮自着火燃焼は、比較的にエンジンの運転負荷が小さい（燃料噴射量が比較的に少ない）領域で適用されるため、ニードル弁２０のリフト量が比較的に小さく、燃料噴射装置１００では下向きに燃料が噴射される。なお、さらに運転負荷が高い領域まで予混合圧縮自着火燃焼させるために、さらに多くの燃料噴射量を下向き噴射することが要求される場合には、下向き噴射が確保されるニードル弁２０のリフト量が小さい状態での噴射を複数回行う、又は、ニードル弁２０のリフト量が小さい状態で保持できる可変ニードルリフトインジェクタに燃料噴射装置１００を装着するとよい。
【００４８】
図１２は、噴射時期を−３５°ＡＴＤＣと−４０°ＡＴＤＣに設定した場合の予混合圧縮自着火燃焼におけるノズル中心軸方向への噴孔広がり角（β）と未燃焼の炭化水素（ＨＣ）との関係を示す。なお，図中の角度α２は従来のホールノズルを使用した場合の従来の拡散燃焼時に適した燃料噴射方向角度に設定した。噴射時期が−３５°ＡＴＤＣの場合と比較して−４０°ＡＴＤＣの場合の方が噴孔広がり角（β）に対する未燃焼の炭化水素化合物（ＨＣ）の変化が大きいが，噴孔広がり角（β）を増加させれば未燃焼の炭化水素化合物（ＨＣ）を抑制できることが分かった。この結果から、シリンダ壁面への燃料付着に起因する未燃焼の炭化水素化合物（ＨＣ）の低減に対して、噴孔広がり角（β）を７．５°以上に設定することが好適であり、さらには１５°以上に設定することが好適である。
【００４９】
流れ制御部２２とサック室１４内の壁の間の角度（図１３のψ）が大きくなると、燃料がサック室１４の底面付近まで流れ、そこから噴孔１２の入口に向かう斜め上向きの流れが強くなる。そこで、流れ制御部２２の角度（ψ）は±１０°以内とすることが好適であり、さらに±５°以内とすることがより好適であると推定される。
【００５０】
以上のように、本発明の実施の形態における燃料噴射装置１００によれば、ニードル弁２０のリフト量に応じて噴孔１２からの燃料の噴射方向を制御することができる。これによって、燃料のオイル希釈や未燃焼の炭化水素化合物（ＨＣ）の発生を抑制することができる。また、本発明の実施の形態における燃料噴射装置１００は、非常に簡単な構造であるため、高い加工精度を必要とすることなく、加工時間や製造コストを低減することができる。また、ニードル弁２０の機械的強度を損なうことなく、耐久性に優れた燃料噴射装置１００を提供することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ノズルボディ、１１  シート面、１２  噴孔、１４  サック室、１４ａ  半球形状部分、１４ｂ  円筒形状部分、２０  ニードル弁、２１  シート部、２２  流れ制御部、２３  ニードル先端傾斜部、１００  燃料噴射装置。
【図１】
2019090388.tif 000003
【図２】
2019090388.tif 000004
【図３】
2019090388.tif 000005
【図４】
2019090388.tif 000006
【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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