(57)【要約】【課題】噴霧内における当量比のばらつきを少なくしつつ、大きな噴霧幅が得られるようにする。【解決手段】噴孔７１２は、燃料の流れを整流する整流領域７１２ａと、整流領域７１２ａの燃料流れ下流側に連続して形成され、燃料流れ下流側に向かって通路面積が漸増し、終端から燃料が噴射される拡大領域７１２ｂとを備え、整流領域７１２ａの終端の通路面積をＳ１、拡大領域７１２ｂの終端の通路面積をＳ２、Ｓ２／Ｓ１を形状特性値Ｘとしたとき、形状特性値Ｘを、１．０を超え４．０以下に設定する。【選択図】図３
2015200214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を内燃機関の燃焼室（５）に噴射するための噴孔（７１２）を有するノズルボデー（７１）と、
前記ノズルボデーの中心軸方向に往復動して前記噴孔を開閉するノズルニードル（７２）とを備え、
前記噴孔は、燃料の流れを整流する整流領域（７１２ａ）と、前記整流領域の燃料流れ下流側に連続して形成され、燃料流れ下流側に向かって通路面積が漸増し、終端から燃料が噴射される拡大領域（７１２ｂ）とを備え、
前記整流領域の終端の通路面積をＳ１、前記拡大領域の終端の通路面積をＳ２、Ｓ２／Ｓ１を形状特性値Ｘとしたとき、
形状特性値Ｘが１．０を超え４．０以下であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記整流領域と前記拡大領域は、同軸であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記拡大領域は、円錐形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記拡大領域は、四角形または楕円のスリットであることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記スリットの長軸と前記ノズルボデーの中心軸とのなす角が０〜９０°であることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記整流領域は、断面形状が円形で且つ通路面積が一定であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記整流領域は、燃料流れ下流側に向かって通路面積が漸減する円錐形状であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つ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、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料噴射弁の噴孔形状として、内径が一定の形状、または燃料流れ下流側に向かって径が小さくなる円錐形状が、多く採用されている。
【０００３】
また、他の従来の燃料噴射弁では、螺旋状の凸部を噴孔の内壁面に形成して噴孔内を通過する燃料を渦流にし、渦流を維持したまま燃料を噴射することにより大きな噴霧幅が得られるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３１５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前者の従来の燃料噴射弁は、噴霧幅が狭いため噴霧が燃焼室全体に拡散しにくく、したがって、燃焼室内における当量比のばらつきが大きくなるという問題があった。また、噴霧幅が狭い反面、噴霧の貫徹力は大きくなるため、噴霧が燃焼室壁面に多く衝突して冷却され、熱効率が低下するという問題があった。
【０００６】
一方、後者の従来の燃料噴射弁は、渦流を維持したまま燃料を噴射するため、噴霧の外縁部付近では噴霧内に燃焼室内の空気が多く取り込まれてリーン混合気になる。一方、噴霧の中心部付近では、外縁部付近よりも噴霧内に燃焼室内の空気が取り込まれ難いため、リッチ混合気になる。したがって、噴霧内における当量比のばらつきが大きくなるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、噴霧粒子径のばらつきを小さくすることで当量比のばらつきを少なくしつつ、大きな噴霧幅が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、燃料を内燃機関の燃焼室（５）に噴射するための噴孔（７１２）を有するノズルボデー（７１）と、ノズルボデーの中心軸方向に往復動して噴孔を開閉するノズルニードル（７２）とを備え、噴孔は、燃料の流れを整流する整流領域（７１２ａ）と、整流領域の燃料流れ下流側に連続して形成され、燃料流れ下流側に向かって通路面積が漸増し、終端から燃料が噴射される拡大領域（７１２ｂ）とを備え、整流領域の終端の通路面積をＳ１、拡大領域の終端の通路面積をＳ２、Ｓ２／Ｓ１を形状特性値Ｘとしたとき、形状特性値Ｘが１．０を超え４．０以下であることを特徴とする。
【０００９】
ここで、図７に示すように、形状特性値Ｘが１．０を超え４．０以下の領域では、形状特性値Ｘが大きくなるのに伴って噴霧幅指標Ｒｗ（すなわち、噴霧幅）が漸増し、形状特性値Ｘが４．０を超える領域では、噴霧幅指標Ｒｗは殆ど増加しないことが分かった。一方、形状特性値Ｘが大きくなるのに伴って、噴霧内の当量比のばらつきが小さくなる傾向になる。
【００１０】
したがって、請求項１に記載の発明によると、噴霧内の当量比のばらつきを少なくしつつ、大きな噴霧幅を得ることができる。
【００１１】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁を搭載した内燃機関の要部構成を示す正面断面図である。
【図２】図１の燃料噴射弁の要部を示す正面断面図である。
【図３】図２のＡ部の拡大断面図である。
【図４】図３のＢ矢視図である。
【図５】図７における噴霧幅指標を説明するために用いる、従来の燃料噴射弁の噴霧形状を示す図ある。
【図６】図７における噴霧幅指標を説明するために用いる、第１実施形態の燃料噴射弁の噴霧形状を示す図ある。
【図７】第１実施形態に係る燃料噴射弁の噴霧特性の説明に供する図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁における噴孔を、燃料噴出部側から見たときの形状を示す図である。
【図９】図８のIX−IX断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。
【００１５】
図１に示すように、内燃機関（より詳細には、圧縮着火式内燃機関）１は、シリンダヘッド２、シリンダブロック３、およびピストン４によって、燃焼室５が形成されている。
【００１６】
シリンダブロック３の内周部には、シリンダライナ６が配置されている。ピストン４の頂部には、燃焼室５の一部をなすキャビティ４１が形成されている。
【００１７】
シリンダヘッド２には、燃焼室５における径方向中心部に臨む位置に、燃料噴射弁７が配置されている。この燃料噴射弁７は、高圧燃料を蓄えるコモンレール（図示せず）に接続されており、コモンレールから供給される高圧燃料を燃焼室５（より詳細には、キャビティ４１）内に噴射するようになっている。
【００１８】
図２に示すように、燃料噴射弁７は、略円筒状のノズルボデー７１と、略円柱状のノズルニードル７２とを備えている。
【００１９】
ノズルボデー７１は、コモンレールから供給される高圧燃料の通路となる高圧燃料通路７１１、および高圧燃料通路７１１よりも燃料流れ下流側に形成されて、高圧燃料を内燃機関１の燃焼室５に噴射するための噴孔７１２を有する。また、噴孔７１２は、ノズルボデー７１の周方向に沿って複数個（例えば４個）配置されており、噴霧は放射状に噴出されるようになっている。
【００２０】
ノズルニードル７２は、ノズルボデー７１内に配置され、ノズルボデー７１の中心軸ｚ方向に往復動して噴孔７１２を開閉するようになっている。
【００２１】
図３、図４に示すように、噴孔７１２は、燃料の流れを整流する整流領域７１２ａと、整流領域７１２ａの燃料流れ下流側に連続して形成され、燃料流れ下流側に向かって通路面積が漸増し、終端から燃料が噴射される拡大領域７１２ｂとを備えている。
【００２２】
整流領域７１２ａは、燃料流れ方向に沿って見たときの断面形状が円形で、且つ通路面積が一定になっている。
【００２３】
拡大領域７１２ｂは、燃料流れ方向に沿って見たときの断面形状が円形で、且つ燃料流れ下流側に向かって一定の割合で拡径する円錐形状（すなわち、テーパー率が一定の線形テーパー）になっている。なお、整流領域７１２ａと拡大領域７１２ｂは、同軸に形成されている。
【００２４】
次に、吸入空気と燃料の混合について説明する。拡大領域７１２ｂを流れる燃料のうち最外周部の燃料は、拡大領域７１２ｂを形成する拡大領域壁面に沿って進む。これにより、燃料は拡大領域７１２ｂ内で拡がりつつ進み、燃焼室５において噴霧は幅広く拡散される。
【００２５】
ここで、整流領域７１２ａの終端（すなわち、整流領域７１２ａにおける燃料流れ最下流部）の通路面積をＳ１、拡大領域７１２ｂの終端（すなわち、拡大領域７１２ｂにおける燃料流れ最下流部。換言すると、燃料噴出部）の通路面積をＳ２、Ｓ２／Ｓ１を形状特性値Ｘとする。因みに、整流領域７１２ａの終端の径をｄ０、拡大領域７１２ｂの終端の径をｄ１とすると、Ｓ１＝π／４・（ｄ０）２ であり 、Ｓ２＝π／４・（ｄ１）２ である。
【００２６】
また、図５に示すように、整流領域７１２ａのみにて構成された噴孔７１２を備える従来の燃料噴射弁において、燃料噴射開始後１ｍｓ経過時点での噴霧Ｃの最大噴霧幅をＷ１とする。また、図６に示すように、整流領域７１２ａおよび拡大領域７１２ｂにて構成された噴孔７１２を備える第１実施形態の燃料噴射弁において、燃料噴射開始後１ｍｓ経過時点での噴霧Ｃの最大噴霧幅をＷ２とする。さらに、Ｗ２／Ｗ１を噴霧幅指標Ｒｗとする。
【００２７】
そして、図７に示すように、形状特性値Ｘが１．０を超える領域では、噴霧幅指標Ｒｗが１を超える（すなわち、第１実施形態の燃料噴射弁の最大噴霧幅Ｗ２は従来の燃料噴射弁の最大噴霧幅Ｗ１よりも大きくなる）ことが分かった。
【００２８】
また、形状特性値Ｘが１．０を超え４．０以下の領域では、形状特性値Ｘが大きくなるのに伴って噴霧幅指標Ｒｗが漸増し、形状特性値Ｘが４．０を超える領域では、噴霧幅指標Ｒｗは殆ど増加しないことが分かった。
【００２９】
一方、形状特性値Ｘが大きくなるのに伴って、噴霧内の当量比のばらつきが小さくなる傾向になる。
【００３０】
また、形状特性値Ｘが４．０を超える領域では噴霧幅指標Ｒｗは殆ど増加しない。これは拡大部において燃料流れの剥離が発生することに起因しており、すなわち噴霧内の粒子径のばらつきも悪化し噴霧内の当量比もばらつくことから形状特性値Ｘが４．０を超える領域を採用するメリットはない。したがって、形状特性値Ｘが１．０を超え４．０以下の領域を採用することにより、噴霧内における当量比のばらつきを少なくしつつ大きな噴霧幅を得ることができる。
【００３１】
なお、噴孔７１２の加工精度を考慮すると、確実に大きな噴霧幅を得るためには、形状特性値Ｘは１．２以上が望ましい。
【００３２】
本実施形態によると、形状特性値Ｘが１．０を超え４．０以下の領域を採用することにより、噴霧内における当量比のばらつきを少なくしつつ大きな噴霧幅を得ることができるため、燃焼室全体に渡って均質な混合気を形成することが可能になり、その結果、熱効率をアップすることができるとともに、エミッションの排出を抑制することができる。
【００３３】
また、噴霧幅が拡がることにより噴霧の貫徹力が小さくなるため、噴霧が燃焼室壁面に衝突して冷却されることが抑制され、ひいては熱効率の低下が回避される。
【００３４】
また、整流領域７１２ａは断面形状が円形で且つ通路面積が一定であるため、その加工が容易である。
【００３５】
また、整流領域７１２ａと拡大領域７１２ｂは同軸に形成されているため、燃料が整流領域７１２ａから拡大領域７１２ｂに流入したときに、燃料は拡大領域７１２ｂ内で均一に拡がるため、噴霧内における当量比のばらつきが一層少なくなる。
【００３６】
なお、上記実施形態においては、拡大領域７１２ｂを、燃料流れ下流側に向かって一定の割合で拡径する円錐形状にしたが、拡大領域７１２ｂは、燃料流れ下流側に近づくのに伴って急激に拡径するラッパ形状にしてもよい。
【００３７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態における拡大領域７１２ｂの構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００３８】
図８、図９に示すように、拡大領域７１２ｂは、燃料流れ方向に沿って見たときの断面形状が長方形のスリットである。より詳細には、拡大領域７１２ｂは、長辺の長さが燃料流れ方向に沿って一定の割合で長くなり、短辺の長さは一定である。
【００３９】
また、拡大領域７１２ｂの終端における短辺の長さＬｙは、整流領域７１２ａの径ｄ０と等しく、拡大領域７１２ｂの終端における長辺の長さＬｘは、整流領域７１２ａの径ｄ０よりも大きく設定されている。因みに、拡大領域７１２ｂの終端の通路面積Ｓ２は、Ｓ２＝Ｌｘ・Ｌｙである。なお、拡大領域７１２ｂの隅部に、所定の曲率半径Ｒの曲面（但し、Ｒ＜Ｌｙ／２）を設けることにより、拡大領域７１２ｂを容易に加工することができる。
【００４０】
さらに、スリットの長軸ｘ（すなわち、拡大領域７１２ｂの長辺方向）とノズルボデー７１の中心軸ｚとのなす角は、９０°に設定されている。
【００４１】
上記構成において、拡大領域７１２ｂを流れる燃料は、拡大領域７１２ｂの長辺方向に拡がりつつ進み、燃焼室５において噴霧は幅広く拡散される。より詳細には、燃料噴出部側から見たとき、噴霧はノズルボデー７１の中心軸ｚに対して垂直方向に幅広く拡散される。
【００４２】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、スリットの長軸ｘとノズルボデー７１の中心軸ｚとのなす角を０〜９０°の範囲で変更することにより、噴霧の拡散方向を任意に調整することができる。具体的には、燃焼室５の形状に合わせて、スリットの長軸ｘとノズルボデー７１の中心軸ｚとのなす角を設定する。
【００４４】
なお、本実施形態では、拡大領域７１２ｂを長方形のスリットにしたが、拡大領域７１２ｂは、正方形のスリットでもよいし、楕円のスリットでもよい。
【００４５】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、本発明を圧縮着火式内燃機関の燃料噴射弁に適用したが、本発明は直噴ガソリン内燃機関の燃料噴射弁にも適用することができる。
【００４６】
また、上記各実施形態においては、整流領域７１２ａの通路面積を一定にしたが、整流領域７１２ａは、燃料流れ下流側に向かって通路面積が漸減する円錐形状にしてもよい。この場合、サック部から整流領域７１２ａへ燃料がスムーズに流入しやすい。換言すると、流量係数が大きくなり、通過燃料の流量を増加させることができる。
【００４７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００４８】
また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
【００４９】
また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００５０】
また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。
【００５１】
また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５２】
５        燃焼室
７１      ノズルボデー
７２      ノズルニードル
７１２    噴孔
７１２ａ  整流領域
７１２ｂ  拡大領域
【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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