(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）で燃焼させる燃料を噴射する噴孔（２４）が形成されたボデー（２０）、及び前記ボデーの内部に収容されたニードル（３０）を備え、
前記ボデー内部に形成された着座面（２２）に前記ニードルのシート面（３２ａ）が着座することにより、前記ニードルと前記ボデーとの間に形成される燃料通路（２１）を遮断して、前記噴孔からの燃料噴射を停止し、
前記ニードルの開弁動作に伴って前記着座面から前記シート面が離座することにより、前記燃料通路が開通されて、前記噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁（１２）において、
前記燃料通路と前記噴孔とを接続し、前記燃料通路から流れ出て前記噴孔から噴射される燃料を貯留可能なサック室（２３）が、前記ボデーの内部に形成されており、
前記ニードルは、
前記シート面の下流端部から下流側に向けて延び、前記燃料通路が開通している状態で前記サック室において前記噴孔の流入口（２４ａ）に対向するガイド面（３５ａ）を有しており、
前記ニードルが着座した状態において、前記ガイド面の上流端部（３５ｂ）が前記サック室の上流端部（２６ｃ）よりも下流側に配置されており、
前記ニードルの中心線（Ｏａ）であるニードル軸と前記ガイド面との間のガイド角度（β）が、前記ニードル軸と前記シート面との間のシート角度（γ）より小さくなっており、
前記噴孔の中心線（Ｏｂ）と前記ガイド面との間の角度のうち、前記燃料通路側を向いている流入角度（θ）が、８０度以上で１０５度以下の範囲に設定されており、
前記ニードル軸と前記噴孔の中心線との間の角度のうち、前記燃料通路とは反対側を向いている噴孔角度（α）が、３０度以上で９０度以下の範囲に設定されており、
前記サック室の内周面（２６）は、半球体の空間を形成するように湾曲した底面（２６ｂ）を含んでおり、
前記流入口の全体が前記底面に配置されている燃料噴射弁。
【請求項２】
前記シート面が前記着座面から最も離間した状態において、前記ガイド面の上流端部が前記サック室の上流端部よりも上流側に配置されている請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記シート面が前記着座面から最も離間した状態における前記ガイド面の上流端部と前記サック室の上流端部との離間距離（Ｄｃ）が、前記ニードルが着座した状態における前記ガイド面の上流端部と前記サック室の上流端部との離間距離（Ｄｂ）より小さい請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記シート面が前記着座面から最も離間した状態では、前記噴孔の中心線が延びた方向において前記流入口の全体が前記ガイド面に対向している請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記ガイド角度（β）は、前記噴孔角度が大きいほど小さくなるように設定され、前記噴孔角度が小さいほど大きくなるように設定されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記ニードルは、前記ニードル軸に直交し且つ前記ガイド面の下流端部を周縁部として有するニードル端面（先端面３０ａ）を有しており、
前記シート面が前記着座面から最も離間した状態において、前記噴孔の中心線上での前記噴孔と前記ガイド面とのガイド離間距離（Ｌ１）が、前記ニードル軸上での前記ニードル端面と前記サック室の内周面（２６）との離間距離（Ｄｅ）より小さい請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記着座面からの前記シート面の離間距離が大きいほど前記ガイド離間距離が大きくなる請求項６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、内燃機関で燃焼させる燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁として、噴孔が形成されたボデーと、このボデーの内部に収容されたニードルとを有する構成が知られている。この構成では、ボデーがニードルを収納する収納室を有しており、この収納室においては、ボデーの内周面とニードルの外周面との間に燃料通路が形成されている。ボデーの内周面の一部は、ニードルの中心線の周りに環状に延びる着座面を形成している。燃料噴射弁においては、ニードルが着座面から離座することで噴孔から燃料が噴射され、ニードルが着座面に着座することで燃料噴射が停止される。
【０００３】
燃料噴射弁としては、ボデーが収納室よりも先端側に配置されたサック室を有する構成がある。この構成では、噴孔がサック室に通じており、ニードルが着座面から離座した場合に、燃料通路からサック室に流れ込んだ燃料が噴孔から噴射される。
【０００４】
例えば特許文献１では、ニードルが、着座面に着座するシート部と、シート部から下流側に向けて延びていることでサック室内に入り込むことが可能なエッジ部とを有している。シート部及びエッジ部は、いずれも下流側に向けて先細りしたテーパ状になっており、エッジ部の方がシート部より先細り度合いが大きくなっている。すなわち、エッジ部のテーパ角度がシート部のテーパ角度より大きくなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１４４８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、発明者らは、エッジ部のテーパ角度がシート部のテーパ角度より大きい構成について、噴孔から噴射される燃料のペネトレーションが低下しやすい、という知見を得た。この知見によれば、ニードルが着座面から離座した状態において、サック室の内周面において下流側に向けて噴孔に近付くにつれて、エッジ部の外周面がサック室の内周面から離れすぎた状態になる。それに起因して、燃料通路からサック室に流れ込んだ燃料が、噴孔に対して大回りしたり小回りしたりしやすくなる。ここで、サック室において、エッジ部の外周面に沿って流れた燃料は大回りしやすく、サック室の内周面に沿って流れた燃料は小回りしやすいと考えられる。燃料が大回りした場合は、噴孔に流れ込む燃料の流れが乱れやすく、燃料が小回りした場合は、燃料が噴孔に流れ込むために急旋回することで燃料の流れが遅くなりやすい。いずれの場合でも、噴孔に流れ込んだ燃料の平均流速が噴孔にて低下しやすく、燃料のペネトレーションが低下することになってしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、噴孔から噴射される燃料のペネトレーションを向上させることができる燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、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って、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００９】
開示される発明のひとつは、
内燃機関（１０）で燃焼させる燃料を噴射する噴孔（２４）が形成されたボデー（２０）、及びボデーの内部に収容されたニードル（３０）を備え、
ボデー内部に形成された着座面（２２）にニードルのシート面（３２ａ）が着座することにより、ニードルとボデーとの間に形成される燃料通路（２１）を遮断して、噴孔からの燃料噴射を停止し、
ニードルの開弁動作に伴って着座面からシート面が離座することにより、燃料通路が開通されて、噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁において、
燃料通路と噴孔とを接続し、燃料通路から流れ出て噴孔から噴射される燃料を貯留可能なサック室（２３）が、ボデーの内部に形成されており、
ニードルは、
シート面の下流端部から下流側に向けて延び、燃料通路が開通している状態でサック室において噴孔の流入口（２４ａ）に対向するガイド面（３５ａ）を有しており、
ニードルが着座した状態において、ガイド面の上流端部（３５ｂ）がサック室の上流端部（２６ｃ）よりも下流側に配置されており、
ニードルの中心線（Ｏａ）であるニードル軸とガイド面との間のガイド角度（β）が、ニードル軸とシート面との間のシート角度（γ）より小さくなっており、
噴孔の中心線（Ｏｂ）とガイド面との間の角度のうち、燃料通路側を向いている流入角度（θ）が、８０度以上で１０５度以下の範囲に設定されており、
ニードル軸と噴孔の中心線との間の角度のうち、燃料通路とは反対側を向いている噴孔角度（α）が、３０度以上で９０度以下の範囲に設定されており、
サック室の内周面（２６）は、半球体の空間を形成するように湾曲した底面（２６ｂ）を含んでおり、
流入口の全体が底面に配置されている。
【００１０】
この発明によれば、ニードルが着座面から離間した開位置にある場合に、ニードルのガイド面が噴孔に対向しているため、燃料通路からサック室に流れ込んだ燃料がガイド面に沿って流れることで、その燃料が噴孔から離れていくことが抑制される。しかも、ガイド角度がシート角度より小さくなっているため、サック室の内周面において噴孔に近付いた位置について、サック室の内周面からのガイド面の離間距離が大きくなり過ぎることが抑制される。このため、燃料が噴孔に対して大回りしたり小回りしたりすることが抑制され、燃料が噴孔に流れ込みやすくなる。
【００１１】
ここで、先細りした形状のニードルにおいては、ガイド面とシート面との境界部が上流側に配置されるほど、ガイド面がニードルの径方向外側に配置されることになる。このため、上記発明のように、ニードルが着座面に着座した閉位置にある場合に、ガイド面の上流端部がサック室の上流端部よりも下流側に配置されている構成であれば、サック室の内周面へのガイド面の近付き過ぎを抑制できる。この場合、ニードルが全開位置にある場合に、燃料通路からサック室に流れ込んだ燃料が噴孔に到達するまでの経路において、ガイド面とサック室の内周面との間で燃料が流れにくくなるということが生じにくい。したがって、サック室において噴孔に流れ込む燃料の流れが遅くなるということを抑制できる。
【００１２】
以上により、噴孔内において燃料の平均流速が低下しにくい構成が実現されるため、噴孔から噴射される燃料のペネトレーションを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態における内燃機関の構成を説明するための模式図。
【図２】ニードルが閉位置にある場合の燃料噴射弁の噴孔周辺の断面図。
【図３】ニードルが全開位置にある場合の燃料噴射弁の噴孔周辺の断面図。
【図４】図２の噴孔の流入口周辺の拡大図。
【図５】図３の噴孔の流入口周辺の拡大図。
【図６】試験結果としてペネトレーションの時間変化を示す図。
【図７】試験結果としてペネトレーションと流入角度との関係を示す図。
【図８】ニードルの開度と燃料の流れとの関係を示す図。
【図９】比較例１を示す図。
【図１０】比較例２を示す図。
【図１１】ガイド面が異なる位置に配置された構成を説明するための図。
【図１２】第２実施形態におけるニードルが閉位置にある場合の噴孔の流入口周辺の拡大図。
【図１３】ニードルが全開位置にある場合の噴孔の流入口周辺の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。
【００１５】
（第１実施形態）
図１に示す内燃機関１０は圧縮自着火式であり、燃焼室１１へ直接燃料を噴射する位置に燃料噴射弁１２が搭載されている。燃料噴射弁１２から噴射される燃料は、燃料ポンプ１４から圧送されてコモンレール１３で蓄圧された高圧の燃料である。この燃料の圧力は、例えば数百ＭＰａに至る。
【００１６】
図２、図３は、燃料噴射弁１２の先端部分を示す断面図であり、燃料噴射弁１２は、複数の噴孔２４が形成されたボデー２０と、ボデー２０の内部に収容されたニードル３０と、を備えて構成されている。ボデー２０のうち噴孔２４が形成された先端部分は、燃焼室１１に露出するように配置されており、噴孔２４から噴射された燃料は燃焼室１１で燃焼する。
【００１７】
燃料噴射弁１２に搭載された電動アクチュエータの作動を、図１に示す電子制御装置で制御することにより、ニードル３０をボデー２０内でリフトアップさせて開弁作動させると、噴孔２４から燃料が噴射される。一方、ニードル３０をボデー２０内でリフトダウンさせて閉弁作動させると、噴孔２４からの燃料噴射が停止される。なお、電動アクチュエータは、例えば電磁コイルやピエゾ素子である。また、ＥＣＵ１５は、電子制御装置に相当する。
【００１８】
より詳細に説明すると、ボデー２０は円筒形状に形成され、ニードル３０はボデー２０の軸方向に延びる円柱形状に形成されている。この場合、ニードル３０の中心線Ｏａはボデー２０の中心線に一致しており、ニードル３０は、中心線Ｏａに沿ってボデー２０の軸方向に、そのボデー２０に対して相対的に移動する。なお、中心線Ｏａがニードル軸に相当する。
【００１９】
そして、図２の如くニードル３０を軸方向にリフトダウンさせると、ボデー２０の内周面に形成された着座面２２に、ニードル３０の外周面が着座する。この場合、ニードル３０が閉位置Ｐａにあることになる。ここで、ボデー２０の内部には、ニードル３０を収納する収納室２０ａが設けられており、この収納室２０ａにおいては、ニードル３０とボデー２０との間に環状の燃料通路２１が形成されている。また、収納室２０ａの内周面が着座面２２を形成している。
【００２０】
ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合、燃料通路２１が遮断され、噴孔２４からの燃料噴射が停止される。一方、図３の如くニードル３０を軸方向にリフトアップさせると、着座面２２からニードル３０の外周面が離座することにより燃料通路２１が開通して、噴孔２４から燃料が噴射される。この場合、ニードル３０が開位置にあることになる。なお、図３には、ニードル３０が最大限にリフトアップした全開位置Ｐｂにある状態を示している。ニードル３０の開位置には、全開位置Ｐｂに加えて、リフトアップ量が全開位置Ｐｂの半分程度である半開位置Ｐｃ（図８参照）が含まれている。
【００２１】
ボデー２０の内部においては、燃料通路２１にて環状に分布する燃料を集合させて噴孔２４へと導くサック室２３が、収納室２０ａの先端側に形成されている。サック室２３は、収納室２０ａに連通しており、燃料通路２１の下流側に配置されている。ボデー２０のうちサック室２３を形成する部分に、複数の噴孔２４がある規則をもって形成されている。噴孔２４は、上流端部である流入口２４ａと、下流端部である流出口２４ｂとを有している。噴孔２４においては、その内部空間が円柱状になっており、流入口２４ａの直径と流出口２４ｂの直径とが同じになっている。
【００２２】
ニードル３０は、円柱状の本体部３１と、ボデー２０の着座面２２に着座可能なシート部３２と、サック室２３において燃料を噴孔２４に向けて案内するガイド部３５とを有している。シート部３２は、本体部３１の下流端部から下流側に向けて延びており、ガイド部３５は、シート部３２の下流端部から下流側に向けて延びている。
【００２３】
シート部３２は、本体部３１に接続された第１シート部分３３と、ガイド部３５に接続された第２シート部分３４とを有しており、これらシート部分３３，３４は、互いに接続されている。第１シート部分３３は、本体部３１の下流端部から下流側に向けて延びており、第２シート部分３４は、本体部３１の下流端部から下流側に向けて延びている。
【００２４】
シート部分３３，３４及びガイド部３５は、いずれも下流側に向けて先細りしたテーパ状になっている。本実施形態では、先細りする角度をテーパ角度と呼び、テーパ角度が小さいほど先細りする度合いが小さいと定義する。第２シート部分３４は、第１シート部分３３に比べて先細り度合い及びテーパ角度が大きくなっており、ガイド部３５は、第２シート部分３４に比べて先細り度合い及びテーパ角度が小さくなっている。この場合、ガイド部３５においては、ニードル３０の中心線Ｏａとガイド面３５ａとの間の角度であるガイド角度βが、第２シート部分３４において中心線Ｏａとシート面３２ａとの間の角度であるシート角度γより小さくなっている。なお、本体部３１は、円柱形状であることに起因して先細りも先太りもしていない。また、第２シート部分３４のシート角度γは、例えば３０度になっている。
【００２５】
シート部３２の外周面は、着座面２２にニードル３０が着座した図２の状態でボデー２０の着座面２２に接触可能なシート面３２ａになっている。シート面３２ａにおいては、第１シート部分３３と第２シート部分３４との境界部が着座面２２に接触することになる。ガイド部３５の外周面は、ニードル３０が着座面２２に着座しているか否かに関係なく噴孔２４に対向しているガイド面３５ａになっている。
【００２６】
ボデー２０の内周面は、ボデー２０の先端部に向けて凹んでおり、その凹部の内部空間によりサック室２３が形成されている。この凹部の内周面は、サック室２３を形成するサック面２６になっている。サック面２６には、円柱の空間を形成するように中心線Ｏａに沿って延びた側面２６ａと、半球体の空間を形成するように湾曲した底面２６ｂとが含まれている。側面２６ａは、着座面２２の下流端部から下流側に向けて延びており、底面２６ｂは、側面２６ａの下流端部から下流側に向けて延びている。
【００２７】
収納室２０ａにおいては、下流側に向けて着座面２２が徐々に縮径しているのに対して、サック室２３においては、側面２６ａが下流側に向けて縮径も拡径もしていない。このため、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合に、シート面３２ａは着座面２２に接触する一方で、側面２６ａには接触しないようになっている。
【００２８】
ガイド部３５は、ニードル３０が閉位置Ｐａ及び開位置のいずれにある場合でも、サック室２３に入り込んだ状態になっており、ガイド面３５ａが噴孔２４の流入口２４ａに対向している。ここで、ガイド面３５ａとシート面３２ａとの境界部には、ガイド面３５ａの上流端部３５ｂが含まれている。この上流端部３５ｂは、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合にサック室２３内に配置されている一方で、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合にサック室２３よりも上流側に配置されている。また、ニードル３０が閉位置Ｐａ及び開位置のいずれにある場合でも、ガイド面３５ａの下流端部３５ｃは、ボデー２０の軸方向において噴孔２４の流入口２４ａよりも先端側に配置されている。この場合、流入口２４ａの全体がガイド面３５ａに対向した状態になっている。
【００２９】
ニードル３０は、中実であることで先端面３０ａを有しており、この先端面の周縁部が下流端部３５ｃになっている。また、この先端面３０ａは、ニードル３０の中心線Ｏａ上においてサック室２３の底面２６ｂに対向している。このように、ニードル３０が先端面３０ａを有していると、ニードル３０が閉位置Ｐａに移行した場合に、サック室２３に貯留される燃料が極力少なくなる。このため、サック室２３に残った燃料が噴孔２４から漏れ出るということが抑制される。なお、先端面３０ａがニードル端面に相当する。
【００３０】
図３に示すように、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合、燃料通路２１からサック室２３に燃料が流れ込む。この場合、燃料の流れＦ１は、ガイド面３５ａにより噴孔２４の流入口２４ａに向けて曲がり、流入口２４ａに流れ込みやすくなっている。このため、燃料は、ボデー２０の軸方向において、ガイド部３５や流入口２４ａよりも先端側に回り込みにくく、噴孔２４に流れ込みやすくなる。噴孔２４に燃料が流れ込みやすいと、噴孔２４内での燃料の平均流速が大きく保持され、噴孔２４から噴射される燃料のペネトレーションが向上しやすくなる。なお、ペネトレーションを貫徹力と称することもできる。
【００３１】
本実施形態では、噴孔２４に流れ込む燃料の流速が低下しにくくなるように、噴孔２４に対するガイド面３５ａの位置が設定されている。ここでは、噴孔２４とガイド面３５ａとの位置関係について、図４、図５を参照しつつ説明する。
【００３２】
図４に示すように、ボデー２０の軸方向において、シート部３２からのガイド部３５の延出寸法Ｈａは、サック室２３の深さ寸法Ｈｂより小さくなっている。これにより、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合でも、ガイド部３５の先端部をサック室２３の底面２６ｂに接触させないことが可能になっている。サック室２３では、ボデー２０の軸方向において、側面２６ａの長さ寸法Ｈｃと底面２６ｂの長さ寸法Ｈｄとの合計が深さ寸法Ｈｂになっており、底面２６ｂの長さ寸法Ｈｄが側面２６ａの長さ寸法Ｈｃより大きくなっている。なお、底面２６ｂの長さ寸法Ｈｄは、底面２６ｂが形成する半球体の半径になっている。
【００３３】
底面２６ｂが形成する半球体は、ニードル３０の中心線Ｏａに配置された中心Ｃを有しており、噴孔２４は、その中心線Ｏｂが中心Ｃを通る位置及び角度で配置されている。噴孔２４の中心線Ｏｂは、ニードル３０の中心線Ｏａに直交しているのではなく、燃料通路２１から離れる向きに斜めに延びている。この場合、中心線Ｏａ，Ｏｂの間の角度のうち、燃料通路２１とは反対側を向いた噴孔角度αは、燃焼方式や燃焼室形状に応じ３０度以上で９０度以下の範囲に設定されている。本実施形態においては、噴孔角度αが、噴孔２４の流入口２４ａがサック面２６において側面２６ａにはみ出ずに底面２６ｂに配置される角度になっている。
【００３４】
なお、ガイド部３５においては、その下流端部の半径Ｒａが上流端部の半径Ｒｂより小さくなっている。また、これら半径Ｒａ，Ｒｂは、サック室２３の底面２６ｂの長さ寸法Ｈｄよりも小さくなっている。これにより、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合に、ガイド部３５の全体がサック室２３内に収納可能になっている。さらに、ガイド部３５においては、半径Ｒａ，Ｒｂがいずれも延出寸法Ｈａより小さくなっている。
【００３５】
上述したようにニードル３０がボデー２０の軸方向に移動するため、ニードル３０の位置に関係なく、噴孔２４に対するガイド面３５ａの流入角度θが所定角度で保持される。流入角度θは、サック室２３において噴孔２４への燃料の流入しやすさを規定する角度であって、噴孔２４の中心線Ｏｂとガイド面３５ａとの間の角度のうち、燃料通路２１を向いた角度である。この場合、ニードル３０の中心線Ｏａよりも噴孔２４側において、θ＝１８０−（α＋β）度の関係式が成り立つ。このように、燃料噴射弁１２の設計に際して、流入角度θを所望の角度に設定する場合、噴孔角度αが小さいほどガイド部３５のガイド角度βが大きくなるように設定する必要がある。
【００３６】
図５に示すように、サック面２６においては、その上流端部２６ｃを側面２６ａが形成している。サック面２６の上流端部２６ｃ及びガイド面３５ａの上流端部３５ｂは、いずれもニードル３０の中心線Ｏａに直交しており、この直交状態は、ニードル３０の移動に際しても保持される。
【００３７】
ニードル３０が閉位置Ｐａと全開位置Ｐｂとの間を移動する場合、ニードル３０の移動量はフルリフト量Ｄａになる。ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合、ガイド面３５ａの上流端部３５ｂは、サック面２６の上流端部２６ｃよりも離間距離Ｄｂだけ下流側に配置される。一方、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合、ガイド面３５ａの上流端部３５ｂは、サック面２６の上流端部２６ｃよりも離間距離Ｄｃだけ上流側に配置される。ニードル３０については、サック面２６の上流端部２６ｃを基準とした場合に、最大リフトダウン量が最大リフトアップ量より大きくなっている。すなわち、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合の離間距離Ｄｂが、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合の離間距離Ｄｃより大きくなっている。
【００３８】
ニードル３０の中心線Ｏａ上にて、ガイド面３５ａの下流端部３５ｃとサック面２６の底面２６ｂとの離間距離については、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合のＤｄがニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合のＤｅより小さい。また、ボデー２０の軸方向において、ガイド面３５ａの下流端部３５ｃは、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合でも噴孔２４の流入口２４ａより先端側にあり、その離間距離Ｄｆと称する。このため、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合はもちろんのこと、全開位置Ｐｂにある場合でも、噴孔２４の流入口２４ａの全体がガイド面３５ａに対向した状態になっている。ここで、噴孔２４においては、その内周面の延長線Ｑが中心線Ｏｂと平行に延びており、この延長線Ｑは、ニードル３０が閉位置Ｐａ及び開位置のいずれにある場合でもガイド面３５ａに交差した状態になっている。
【００３９】
噴孔２４の中心線Ｏｂ上において、噴孔２４とガイド面３５ａとの離間距離Ｌ１は、ニードル３０のリフトアップ量が大きくなるほど大きくなる。これは、ニードル３０の中心線Ｏａに対してガイド面３５ａが傾斜しているためである。この離間距離Ｌ１は、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合に、ニードル３０の中心線Ｏａ上でのガイド部３５とサック面２６との離間距離Ｄｅより小さくなっている。また、この離間距離Ｌ１は、ガイド離間距離に相当する。
【００４０】
発明者らは、流入角度θを８０度以上で１０５度以下の範囲に設定することで、噴孔２４から噴射される燃料のペネトレーションが向上しやすくなる、という知見を試験等により得た。発明者らは、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合について、流入角度θを複数の値に設定して、それぞれの値に対する燃料のペネトレーションを測定した。この測定結果では、図６に示すように、流入角度θが８０度以下である７２．５度の場合、及び１０５度以上である１１６．５度の場合のいずれよりも、流入角度θを９０度に設定した場合がペネトレーションが大きくなっている。
【００４１】
なお、図６においては、横軸を燃料噴射の開始からの経過時間とし、縦軸をペネトレーションの大きさとしている。また、流入角度θが７２．５度、８０度、１１６．５度のいずれに設定された場合でも、ペネトレーションは、所定の第１基準値Ｎａより大きくなっている。この第１基準値Ｎａの説明は後述する。
【００４２】
また、発明者らは、燃料噴射の開始から所定時間が経過したタイミングについて、複数の流入角度θに応じたそれぞれのペネトレーションを測定した。この測定結果では、流入角度θが８０度以上で１０５度以下の範囲に設定された場合に、第１基準値Ｎａより大きい所定の第２基準値Ｎｂ，第３基準値Ｎｃより更に大きくなっている。例えば、図７に示すように、燃料の噴射開始後の経過時間が０．３ｍｓのタイミングについては、流入角度θが８０度以上で１０５度以下の範囲に設定された場合に、ペネトレーションが第３基準値Ｎｃより大きくなっている。特に、流入角度θが８５度以上で１００度以下の範囲に設定された場合には、ペネトレーションが第３基準値Ｎｃより明らかに大きくなっている。なお、第２基準値Ｎｂ、第３基準値Ｎｃの説明は後述する。
【００４３】
流入角度θが８０度以上で１０５度以下の範囲に設定されている場合にペネトレーションが向上しやすい理由について、簡単に説明する。例えば、流入角度θが１０５度より大きい構成では、下流に向かうほどガイド面３５ａとサック面２６の側面２６ａとの離間距離が大きくなる。このため、燃料が噴孔２４の流入口２４ａを通過してガイド面３５ａの下流端部３５ｃまで達しやすくなる。この場合、流入口２４ａやガイド面３５ａを通り過ぎた燃料は、上流側に向けて逆流することで流入口２４ａに戻ってくることになるため、図３、図８に示す燃料の流れＦ１に比べて噴孔２４に対して大回りすることになる。このように遠回りする燃料が多いと、サック室２３内や噴孔２４内で燃料の流れに乱れが生じやすく、噴孔２４内での燃料の平均流速が低下しやすい。
【００４４】
一方、流入角度θが８０度より小さい構成では、ガイド面３５ａが流入口２４ａに近付くことになり曲り損失が増加して流体エネルギーを損失し、流入口２４ａへの燃料の流入速度が低下し、その結果、噴孔２４内での燃料の平均流速が低下しやすくなる。流入速度が低下する原因としては、ガイド面３５ａに沿って流れる燃料が流入口２４ａに流れ込むために急旋回を伴って小回りすることや、ガイド面３５ａと側面２６ａとの隙間が狭すぎて燃料が流れにくくなり、流体エネルギーを損失することなどが考えられる。
【００４５】
これに対して、本実施形態のように、流入角度θが８０度以上で１０５度以下の構成では、ガイド面３５ａと流入口２４ａとの位置関係が遠過ぎず近過ぎず適正に保たれる。この場合、燃料の大回りや小回りなどが生じにくく、ガイド面３５ａと側面２６ａとの隙間においても燃料が流れやすい状態が保たれる。このため、噴孔２４内において燃料の平均流速が低下することが抑制され、燃料のペネトレーションが向上しやすくなる。
【００４６】
例えば、図３、図８に示すように、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合の燃料の流れＦ１、及びニードル３０が半開位置Ｐｃにある場合の燃料の流れＦ２のいずれについても、燃料の大回りや小回りなどが生じにくくなっている。特に、ニードル３０が半開位置Ｐｃにある場合、着座面２２に対するシート面３２ａの離間距離が小さくて燃料通路２１が薄くなっていることに起因して、燃料通路２１での燃料の流れが速くなりやすい。この場合でも、流入角度θが８０度以上で１０５度以下の範囲に設定されていることで、流入口２４ａへの燃料の流入が促され、燃料の大回りが発生しにくくなっている。
【００４７】
ここで、従来構成を比較例として説明する。従来構成としては、図９に示す比較例１と、図１０に示す比較例２とが挙げられる。
【００４８】
図９に示すように、比較例１においては、ニードル３０が、ガイド部３５ではなくガイド部１０１を有している。このガイド部１０１においては、ガイド面１０１ａがシート面３２ａから下流に向けて延びているものの、ガイド角度βが第２シート部分３４のシート角度γより小さくなっている。この構成では、ガイド部１０１が円錐状になっており、その頂点にガイド面１０１ａの下流端部１０１ｃが配置されている。また、ニードル３０が閉位置Ｐａ及び開位置のいずれにある場合でも、ガイド面１０１ａの上流端部１０１ｂがサック面２６の上流端部２６ｃよりも上流側に配置されている。
【００４９】
比較例１においては、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合、燃料通路２１が薄くなり過ぎていないため、燃料通路２１での燃料の流れが過剰に速くなるということが生じにくい。このため、サック室２３において燃料がガイド面１０１ａから離れて側面２６ａに沿って流れやすい。この場合、燃料の流れＦ１１のように、燃料の小回りが発生しやすく、噴孔２４内において燃料の平均流速が低下することが懸念される。
【００５０】
一方、ニードル３０が半開位置Ｐｃにある場合、燃料通路２１が薄くなっていることに起因して、燃料通路２１での燃料の流れが速くなりやすい。この場合、サック室２３に流れ込んだ燃料がガイド面１０１ａに沿って流れることで、燃料の流れＦ１２のように、燃料の大回りが発生しやすく、噴孔２４内において燃料の平均流速が低下することが懸念される。
【００５１】
図１０に示すように、比較例２のニードル３０において、第２シート部分３４がガイド部３５としての役割を果たしている。この構成では、第２シート部分３４の外周面がガイド面１０２ａを形成し、その外周面の各端部がガイド面１０２ａの上流端部１０２ｂ及び下流端部１０２ｃを形成している。この場合、第２シート部分３４のシート角度γがガイド角度βになっており、ニードル３０の先端面の周縁部が下流端部１０２ｃを形成している。
【００５２】
比較例２においては、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合、燃料通路２１が薄くなり過ぎていないことで、燃料通路２１での燃料の流れが過剰に速くはなっていないが、比較例１に比べてガイド角度βが小さいことに起因して、サック室２３において燃料がガイド面１０２ａに沿って流れやすい。この場合、ガイド面１０２ａに沿って流れていた燃料が急旋回して流入口２４ａに流れ込むことで、燃料の流れＦ１３に示すように、燃料の小回りが発生しやすく、噴孔２４内において燃料の平均流速が低下することが懸念される。
【００５３】
一方、ニードル３０が半開位置Ｐｃにある場合、比較例１と同様に、燃料通路２１が薄くなっていることに起因して、燃料通路２１での燃料の流れが速くなりやすい。このため、燃料の流れＦ１４のように、燃料の大回りが発生しやすく、噴孔２４において燃料の平均流速が低下することが懸念される。
【００５４】
なお、比較例１，２のいずれにおいても、本実施形態と同様に、噴孔角度α及びガイド角度βを設定することで、流入角度θを所望の値に設定することができる。比較例１，２においては、ガイド角度βの制限が大きいことからして、流入角度θを所望の値になるように、噴孔角度αの値を適宜設定することが現実的であると考えられる。
【００５５】
また、図６、図７において、比較例１においてニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合に、試験により得られた燃料噴霧のペネトレーションを基準として、本実施形態の燃料噴射弁１２のペネトレーションの比を縦軸に示している。この場合、比較例１のペネトレーションが１．０として第１基準値Ｎａになっている。また、比較例２を対象とした試験により得られた燃料のペネトレーションを、第２基準値Ｎｂ、第３基準値Ｎｃとしている。これら基準値Ｎｂ，Ｎｃも、比較例１のペネトレーションを基準とした比になっており、第２基準値Ｎｂは、比較例２の試験によるペネトレーションの平均値である。一方、比較例２の試験においては、ペネトレーションのばらつきも測定しており、ばらつき範囲の最大値を第３基準値Ｎｃとしている。このため、図７において、流入角度θが８０度以上で１０５度以下の範囲において、本実施形態のペネトレーションが比較例２のペネトレーションより大きい可能性が非常に高くなっている。
【００５６】
さらに、図１１に破線で示すように、ニードル３０がガイド部３５ではなくガイド部１０３を有する構成を想定する。この構成では、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合に、ガイド部１０３のガイド面１０３ａの上流端部１０３ｂが、サック面２６の上流端部２６ｃより上流側にある。この場合、ガイド面１０３ａが側面２６ａから離間し過ぎ、燃料通路２１からサック室２３に流れ込んだ燃料がガイド面１０３ａに沿って流れやすくなる。これにより、燃料の大回りが発生しやすくなり、噴孔２４内において燃料の平均流速が低下することが懸念される。
【００５７】
また、図１１に二点差線で示すように、ニードル３０がガイド部３５ではなくガイド部１０４を有する構成を想定する。この構成では、ニードル３０が半開位置Ｐｃにある場合に、ガイド部１０４のガイド面１０４ａの上流端部１０４ｂが、サック面２６の上流端部２６ｃより下流側にある（図示略）。この場合、ガイド面１０４ａが側面２６ａに近付き過ぎ、燃料通路２１からサック室２３に流れ込んだ燃料が、ガイド面１０４ａと側面２６ａとの間を流れにくくなる。これにより、噴孔２４に流れ込む燃料の流れが遅くなり、噴孔２４内において燃料の平均流速が低下することが懸念される。
【００５８】
本実施形態によれば、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合でもガイド面３５ａが流入口２４ａに対向しているため、ガイド面３５ａと側面２６ａとの間を下流に向けて流れてきた燃料が噴孔２４に流れ込みやすくなっている。しかも、ガイド角度βがシート角度γより小さくなっているため、燃料がガイド面３５ａ及び側面２６ａの中央付近を流れやすくなっている。これにより、燃料が噴孔２４に流れ込む際に、燃料の大回りや小回りが生じにくくなっている。さらに、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合にガイド面３５ａの上流端部３５ｂがサック面２６の上流端部２６ｃより下流側に配置される。これは、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合にガイド面３５ａが側面２６ａに近付き過ぎることを抑制するための構成であり、これらガイド面３５ａと側面２６ａとの間を燃料が適度に流れやすくなっている。
【００５９】
以上により、噴孔２４内において燃料の平均流速が低下しにくいため、燃料噴霧のペネトレーションを向上させることができる。この様に、燃料噴霧のペネトレーションが向上することで、燃焼室内の空気利用率を向上でき、スモークが増加することなどにより排気エミッションが悪化するということを抑制できる。
【００６０】
本実施形態によれば、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合にガイド面３５ａの上流端部３５ｂがサック面２６の上流端部２６ｃより上流側に配置される。これは、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合にガイド面３５ａが側面２６ａから離間し過ぎることを抑制するための構成であり、ガイド面３５ａに沿った燃料の大回りや、側面２６ａに沿った燃料の小回りを抑制できる。
【００６１】
本実施形態によれば、サック面２６の上流端部２６ｃを基準とした場合に、ニードル３０の最大リフトダウン量が最大リフトアップ量より大きくなっている。すなわち、離間距離Ｄｂが離間距離Ｄｃより大きくなっている。この場合、最大リフトアップ量が小さめに設定されることになるため、ニードル３０のリフトアップに伴ってガイド面３５ａが側面２６ａから離間し過ぎることを抑制できる。また、サック室２３へのガイド部３５の入り込み量が大きめに設定されることになるため、ガイド面３５ａが流入口２４ａの全体に対向する構成を実現できる。
【００６２】
本実施形態によれば、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合に、ガイド面３５ａが流入口２４ａの全体に対向しているため、ガイド面３５ａに沿って流れる燃料が流入口２４ａに流入しやすくなる。仮に、流入口２４ａの下流側部分がガイド面３５ａに対向していない構成では、ガイド面３５ａを通過した燃料が、流入口２４ａから離れる向きに流れやすくなることが懸念される。
【００６３】
本実施形態によれば、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合に、噴孔２４とガイド面３５ａとの離間距離Ｌ１が、ガイド面３５ａの下流端部３５ｃとサック面２６の底面２６ｂとの離間距離Ｄｅより小さくなっている。この関係は、ガイド面３５ａが側面２６ａから離れすぎないことの目安とすることができ、これにより、燃料の大回りを発生しにくくすることができる。
【００６４】
本実施形態によれば、噴孔２４とガイド面３５ａとの離間距離Ｌ１が、ニードル３０のリフトアップ量が大きくなるほど大きくなる。この場合、ニードル３０のリフトアップ量が小さいほど、すなわち燃料通路２１からサック室２３に流れ込む燃料の流れが速いほど、ガイド面３５ａが燃料を流入口２４ａに案内しやすい状態が整えられていることになる。このため、ニードル３０の開度に関係なく、燃料が流入口２４ａに流れ込みやすい構成を実現できる。
【００６５】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、ニードル３０の中心線Ｏａに対してガイド面３５ａが傾斜していたが、第２実施形態では、図１２、図１３に示すように、ニードル３０の中心線Ｏａに対してガイド面３５ａが平行になっている。すなわち、ガイド角度βが０度になっている。この構成では、ニードル３０の中心線Ｏａに対する噴孔２４の中心線Ｏｂの角度が流入角度θになっている。
【００６６】
また、噴孔２４の中心線Ｏｂ上において、噴孔２４とガイド面３５ａとの離間距離Ｌ１は、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合と開位置にある場合とで同じになっている。すなわち、離間距離Ｌ１は、ニードル３０の移動に関係なく所定距離に保持される。このため、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合に、ガイド面３５ａが噴孔２４の流入口２４ａから離間し過ぎず、燃料が大回りしにくくなっている。したがって、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合に、噴孔２４内において燃料の平均流速が低下しにくく、燃料のペネトレーションが向上しやすくなっている。
【００６７】
（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００６８】
変形例１として、ニードル３０について、サック面２６の上流端部２６ｃを基準とした場合に、最大リフトダウン量が最大リフトアップ量より大きくなっていなくてもよい。すなわち、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合の離間距離Ｄｂが、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合の離間距離Ｄｃより大きくなっていなくてもよい。この場合でも、ニードル３０の位置にかかわらず、ガイド面３５ａが噴孔２４の流入口２４ａに対向していればよい。
【００６９】
変形例２として、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合にガイド面３５ａの上流端部３５ｂがサック面２６の上流端部２６ｃより下流側に配置されていてもよい。また、ニードル３０が閉位置Ｐａにある場合にガイド面３５ａの上流端部３５ｂがサック面２６の上流端部２６ｃより上流側に配置されていてもよい。この場合でも、ニードル３０の位置にかかわらず、ガイド面３５ａが噴孔２４の流入口２４ａに対向していればよい。
【００７０】
変形例３として、ニードル３０が全開位置Ｐｂにある場合、ガイド面３５ａが流入口２４ａの少なくとも上流端部に対向していればよく、流入口２４ａの全体に対向していなくてもよい。この場合でも、流入口２４ａへの燃料の流入をガイド面３５ａにより促進することができる。
【００７１】
変形例４として、噴孔２４の中心線Ｏｂ上において噴孔２４とガイド面３５ａとの離間距離Ｌ１が、ニードル３０の中心線Ｏａ上において先端面３０ａとサック面２６との離間距離Ｄｅより小さくなくてもよい。
【００７２】
変形例５として、サック面２６は、底面２６ｂを有していれば側面２６ａを有していなくてもよい。また、底面２６ｂは、湾曲していれば、半球体の空間を形成していなくてもよい。さらに、底面２６ｂは、円錐や角錐といったテーパ状の空間を形成する形状になっていてもよい。
【００７３】
変形例６として、サック面２６は、ボデー２０の先端部に向けて凹んだ面でなくてもよい。例えば、サック室２３がザグリ形状になった構成とする。この構成では、底面２６ｂがニードル３０の中心線Ｏａに直交する平坦面になっている。
【００７４】
変形例７として、ニードル３０は、シート部３２とガイド部３５との間に設けられ、これらシート部３２とガイド部３５とを接続する接続部を有していてもよい。ここで、接続部の外周面を接続面と称すれば、この接続面は、シート面３２ａ及びガイド面３５ａのそれぞれに対して連続した面になっている。例えば、接続面は、ニードル３０の中心線Ｏａに向けて凹んだ湾曲面になっている。この場合でも、ニードル３０が開位置にある場合において、ガイド面３５ａが噴孔２４の流入口２４ａに対向する構成になっていれば、流入口２４ａへの燃料の流入がガイド面３５ａにより促されることになる。
【００７５】
変形例８として、ニードル３０が開位置にある場合に噴孔２４の軸方向においてガイド面３５ａが流入口２４ａの少なくとも一部に重なる構成としてもよい。この場合でも、ガイド面３５ａが流入口２４ａに対向していることになり、サック面２６の側面２６ａに沿って流れる燃料が流入口２４ａから離れていくことが、ガイド面３５ａにより抑制される。
【００７６】
変形例９として、噴孔２４において、流入口２４ａと流出口２４ｂとで直径が異なっていてもよい。例えば、流出口２４ｂの直径が流出口２４ａの直径より小さくなっている構成とする。この構成では、流出口２４ａに向けて徐々に直径が小さくなっており、噴孔２４の内部空間がテーパ形状になっている。この構成でも、ニードル３０が開位置にある場合にガイド面３５ａが流出口２４ａに対向していることで、噴孔２４内の燃料の平均流速が低下しにくくなる。
【００７７】
変形例１０として、燃料噴射弁１２は、直噴コモンレール式燃料噴射装置として用いられるのではなく、ユニットインジェクタや、ガソリン用直噴インジェクタとして用いられてもよい。また、燃料噴射弁１２を駆動するためのアクチュエータは、ソレノイド式であってもよく、ピエゾ式であってもよい。さらに、図２等においては、燃料噴射弁１２の先端側を下側として図示しているが、内燃機関１０において燃料噴射弁１２が設置される向きは、必ずしも先端側を下側とされるとは限らない。
【符号の説明】
【００７８】
１０…内燃機関、２１…燃料通路、２２…着座面、２３…サック室、２４…噴孔、２６・・・内周面としてのサック面、２６ｂ・・・サック面の上流端部、３０・・・ニードル、３０ａ・・・ニードル端面としての先端面、３２ａ・・・シート面３５ａ・・・ガイド面、３５ｂ・・・ガイド面の上流端部、Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｅ・・・離間距離、Ｌ１・・・ガイド離間距離、Ｏａ・・・ニードル軸としての中心線、Ｏｂ・・・噴孔の中心線、α・・・噴孔角度、β・・・ガイド角度、γ・・・シート角度、θ・・・流入角度。
【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】
0006593244.tif 000008
【図８】
0006593244.tif 000009
【図９】
0006593244.tif 000010
【図１０】
0006593244.tif 000011
【図１１】
0006593244.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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