(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸（ＣＡ０）方向の一端に形成され燃料が噴射される複数の噴孔（３１、３２）、前記噴孔の周囲に形成される弁座（３４）、及び、前記噴孔への燃料が流通する燃料通路（１８）を有する筒状のハウジング（２０）と、
前記ハウジングに前記中心軸方向に往復移動可能に収容され、前記弁座に離間または当接すると前記噴孔を開閉するニードル（４０）と、
通電されると磁界を発生するコイル（３８）と、
前記ハウジング内で前記コイルが発生する磁界内に固定される固定コア（３５）と、
前記固定コアの前記弁座側に前記ハウジングの前記中心軸方向に往復移動可能に設けられ、前記コイルに通電されると前記固定コアの方向に吸引される可動コア（４７）と、
を備え、
前記ハウジングの外壁（３０４）に形成される前記噴孔の外側開口（３１４、３２４）の内径は、前記ハウジングの内壁（３０３）に形成される当該噴孔の内側開口（３１３、３２３）の内径より大きく、
前記弁座は、前記弁座を含む仮想面（ＶＰ３４１、ＶＰ３４２）を前記ハウジングの中心軸に向かって延ばすと前記外側開口と前記内側開口との間に前記内側開口から前記外側開口に向けて当該噴孔の断面積を広げるよう形成される噴孔内壁（３１１、３２１）と最初に交わるよう形成され、
前記噴孔内壁が前記仮想面と交わる複数の前記噴孔は、前記ハウジングの内壁上に設けられる内壁側中心点（ＩＰ３１、ＩＰ３２）と前記ハウジングの中心軸上の点とを通る噴孔軸（ＶＬ３１、ＶＬ３２）が前記ハウジングの中心軸と形成する角度である噴射角（α１、α２）が小さいほど前記内側開口の内径（ＩＤ３１、ＩＤ３２）が小さくなるよう形成されることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記噴孔内壁上に位置し前記外側開口と前記内側開口とを結ぶ一の直線（Ｌ３１１、Ｌ３２１）と前記噴孔軸を挟んで前記一の直線が位置する前記噴孔内壁とは反対側の噴孔内壁（３１２、３２２）上に位置する前記外側開口と前記内側開口とを結ぶ他の直線（Ｌ３１２、Ｌ３２２）とがなす角度である開き角は、１０〜２２°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】
前記噴孔から噴射される燃料の圧力は、１ＭＰａ以上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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（以下、「エンジン」という）に燃料を噴射供給する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハウジングに形成される噴孔をニードルの往復移動によって開閉しハウジングの内部の燃料を噴射する燃料噴射弁が知られている。例えば、特許文献１には、内燃機関に対して点火プラグが設けられる位置に応じて異なる内径の噴孔を複数有するハウジングを備える燃料噴射弁が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０８５３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の燃料噴射弁では、噴孔は、ハウジングの内壁に形成される噴孔の内側開口の内径とハウジングの外壁に形成される噴孔の外側開口の内径とが同じであり、内側開口から外側開口まで断面積が一定となるよう形成されている。一般に、内側開口から外側開口まで断面積が一定となるよう形成されている噴孔では、噴孔から噴射される燃料が到達する噴孔からの距離（以下、「噴霧長」という）は、噴孔の内径と噴孔が形成されている部材の厚みとの比によって決定される。このため、特許文献１に記載の燃料噴射弁では、それぞれの噴孔において噴霧長を調整しようとすると、噴孔に合わせて厚みを変更する加工が必要となる。また、燃料を微粒化するため噴孔の内側開口の内径を小さくすると、噴孔の内径と厚みとの比が大きくなるため噴霧長が長くなり、ピストンや燃焼室を形成するシリンダブロックに衝突し粒子状物質の生成量が増加するおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、製造工数を低減しつつ、燃料が燃焼するとき生成される粒子状物質の生成量を低減す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】
【０００６】
本発明は、燃料噴射弁であって、ハウジング、ニードル、コイル、固定コア、及び、可動コアを備える。ハウジングは、複数の噴孔と、噴孔の周囲に形成される弁座とを有する。本発明の燃料噴射弁は、ハウジングの外壁に形成される噴孔の外側開口の内径は、ハウジングの内壁に形成される当該噴孔の内側開口の内径より大きく、弁座を含む仮想平面をハウジングの中心軸に向かって延ばすと噴孔の外側開口と当該噴孔の内側開口との間に内側開口から外側開口に向けて当該噴孔の断面積を広げるよう形成される噴孔内壁と最初に交わるよう弁座が形成されることを特徴とする。また、本発明の燃料噴射弁では、噴孔内壁が仮想面と交わる複数の噴孔は、ハウジングの内壁上に設けられる内壁側中心点とハウジングの中心軸上の点とを通る噴孔軸がハウジングの中心軸と形成する角度である噴射角が小さいほど内側開口の内径が小さくなるよう形成されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の燃料噴射弁では、噴孔は、ハウジングの外壁に形成される噴孔の外側開口の内径は、ハウジングの内壁に形成される当該噴孔の内側開口の内径より大きく、また、噴孔の外側開口と当該噴孔の内側開口との間に形成される噴孔内壁は、内側開口から外側開口に向けて当該噴孔の断面積を広げるよう形成されている。
本発明の発明者らは、内側開口から外側開口に向けて当該噴孔の断面積を広げるよう噴孔内壁が形成されている噴孔では、内側開口から外側開口に向けて断面積が一定となるよう噴孔内壁が形成されている噴孔に比べ、内側開口の内径に対する厚みの比が変化しても噴霧長は大きく変化しないことを実験によって見いだした。これにより、複数の噴孔のそれぞれにおいて噴射される燃料の噴射状態に応じて噴孔の内側開口の内径を変化しても噴霧長に影響しないため、ハウジングの噴孔が形成される部位の厚みを調整する加工が不要となる。これによって、燃料噴射弁の製造工数を低減することができる。
【０００８】
また、本発明の燃料噴射弁では、弁座を含む仮想平面を中心軸方向に延ばすと噴孔を形成する噴孔内壁と最初に交わるよう弁座が形成されている。ニードルと弁座とが離間するとき、噴孔に向かって弁座の表面を流れる燃料がハウジングの他の部位に衝突することなく噴孔内壁に衝突する。噴孔内壁に衝突する燃料は、燃料通路を流れる燃料の圧力を維持したまま噴孔内壁に沿って流れるため、燃料が微粒化しやすくなる。
【０００９】
また、噴霧長が長くなりピストンやシリンダブロックに燃料が衝突すると、粒子状物質の生成量が増加するおそれがある。噴孔の噴射角が小さくなると弁座を含む仮想面と当該噴孔の噴孔内壁とがなす角度である衝突角が小さくなるため、噴孔内壁に沿って流れる燃料の流速は速くなるが、噴孔内壁に押し付けられる力は小さくなる。このため、燃料が微粒化しにくくなる。
そこで、本発明の燃料噴射弁では、噴射角が小さい噴孔は、内側開口の内径を噴射角が大きい噴孔に比べ小さくする。これにより、噴孔内壁に沿って流れる燃料の流速をさらに速くし、燃料がさらに微粒化しやすくなる。
また、本発明の発明者らは、噴孔の内側開口の内径が小さくなると微粒化し噴霧長が相対的に短くなることを実験によって見いだした。これにより、噴射角が小さい噴孔において流速が速い燃料が噴孔から噴射されてもピストンやシリンダブロックに衝突し粒子状物質の生成量が増加することを防止することができる。
【００１０】
このように、本発明の燃料噴射弁では、噴孔の噴孔内壁を内側開口から外側開口に向かって断面積が広がるよう形成し、噴霧長にあわせて噴孔を形成する部位の厚みを加工する工数を低減する。また、噴孔の噴射角が小さいほど当該噴孔の内側開口の内径が小さくなるよう噴孔を形成し、噴孔内壁と弁座を含む仮想平面とが交差するよう形成する。これにより、噴孔から噴射された燃料が微粒化しやすくなり、また、ピストンやシリンダブロックに衝突し粒子状物質が生成することを防止する。したがって、本発明の燃料噴射弁は、噴霧長を調整するために噴孔が形成される部位の厚みを調整する加工を不要とし、燃料を微粒化しつつ噴霧長を短くすることによって粒子状物質の生成量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【図２】図１のＩＩ部拡大図である。
【図３】燃料噴射弁における噴孔の内側開口の内径と噴射部の厚みとの比に対する噴霧長の変化を示す特性図である。
【図４】本発明の一実施形態による燃料噴射弁におけるテーパ角と噴霧長との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の一実施形態による燃料噴射弁におけるテーパ角と流量低下率との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１３】
（一実施形態）
本発明の一実施形態による燃料噴射弁１を図１、２に示す。なお、図１、２には、ニードル４０が弁座３４から離間する方向である開弁方向、及び、ニードル４０が弁座３４に当接する方向である閉弁方向を図示する。
【００１４】
燃料噴射弁１は、例えば図示しない直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射装置に用いられ、燃料としてのガソリンを高圧でエンジンに噴射供給する。燃料噴射弁１は、ハウジング２０、ニードル４０、可動コア４７、固定コア３５、コイル３８、スプリング２４、２６などを備える。
【００１５】
ハウジング２０は、図１に示すように、第一筒部材２１、第二筒部材２２、第三筒部材２３及び噴射ノズル３０から構成されている。第一筒部材２１、第二筒部材２２及び第三筒部材２３は、いずれも略円筒状に形成され、第一筒部材２１、第二筒部材２２、第三筒部材２３の順に同軸となるよう配置され、互いに接続している。
【００１６】
第一筒部材２１及び第三筒部材２３は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により形成され、磁気安定化処理が施されている。第一筒部材２１及び第三筒部材２３は、硬度が比較的低い。一方、第二筒部材２２は、例えばオーステナイト系ステンレス等の非磁性材料により形成されている。第二筒部材２２の硬度は、第一筒部材２１及び第三筒部材２３の硬度よりも高い。
【００１７】
噴射ノズル３０は、第一筒部材２１の第二筒部材２２とは反対側の端部に設けられている。噴射ノズル３０は、例えばマルテンサイト系ステンレス等の金属により有底筒状に形成されており、第一筒部材２１に溶接されている。噴射ノズル３０は、所定の硬度を有するよう焼入れ処理が施されている。噴射ノズル３０は、噴射部３０１及び筒部３０２から形成されている。
【００１８】
噴射部３０１は、燃料噴射弁１の中心軸と同軸のハウジング２０の中心軸ＣＡ０上の点を中心として球体の外郭状に形成されている。噴射部３０１の外壁３０４は、中心軸ＣＡ０の方向に突出するよう形成されている。噴射部３０１には、ハウジング２０の内部と外部とを連通する噴孔が複数形成されている。噴射部３０１の内壁３０３に形成されている噴孔の内部側の開口である内側開口の縁には、環状の弁座３４が形成されている。噴射ノズル３０の詳細な構造は後述する。
【００１９】
筒部３０２は、噴射部３０１の径方向外側を囲み、噴射部３０１の外壁３０４が突出する方向とは反対側に延びるように設けられている。筒部３０２は、一方の端部が噴射部３０１に接続し、他方の端部が第一筒部材２１に接続している。
【００２０】
ニードル４０は、例えばマルテンサイト系ステンレス等の金属により形成されている。ニードル４０は、所定の硬度を有するよう焼入れ処理が施されている。ニードル４０の硬度は、噴射ノズル３０の硬度とほぼ同等に設定されている。
【００２１】
ニードル４０は、ハウジング２０内に往復移動可能に収容されている。ニードル４０は、軸部４１、シール部４２、及び、大径部４３などから形成されている。軸部４１、シール部４２、及び、大径部４３は、一体に形成される。
【００２２】
軸部４１は、円筒棒状に形成されている。軸部４１のシール部４２近傍には、摺接部４５が形成されている。摺接部４５は、略円筒状に形成され、外壁４５１の一部が面取りされている。摺接部４５は、外壁４５１の面取りされていない部分が噴射ノズル３０の内壁と摺接可能である。これにより、ニードル４０は、弁座３４側の先端部での往復移動が案内される。軸部４１には、軸部４１の内壁と外壁とを接続する孔４６が形成されている。
【００２３】
シール部４２は、軸部４１の弁座３４側の端部に弁座３４に当接可能に設けられている。ニードル４０は、シール部４２が弁座３４から離間または弁座３４に当接することにより噴孔を開閉し、ハウジング２０の内部と外部とを連通または遮断する。
【００２４】
大径部４３は、軸部４１のシール部４２とは反対側に設けられている。大径部４３は、その外径が軸部４１の外径より大きくなるよう形成されている。大径部４３の弁座３４側の端面は、可動コア４７に当接している。
【００２５】
ニードル４０は、摺接部４５が噴射ノズル３０の内壁により支持され、また、軸部４１が可動コア４７を介して第二筒部材２２の内壁により支持されつつ、ハウジング２０の内部を往復移動する。
【００２６】
可動コア４７は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により略円筒状に形成され、表面には例えばクロムめっきが施されている。可動コア４７は、磁気安定化処理が施されている。可動コア４７の硬度は比較的低く、ハウジング２０の第一筒部材２１及び第三筒部材２３の硬度と概ね同等である。可動コア４７の略中央には貫通孔４９が形成されている。貫通孔４９には、ニードル４０の軸部４１が挿通されている。
【００２７】
固定コア３５は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により略円筒状に形成されている。固定コア３５は、磁気安定化処理が施されている。固定コア３５の硬度は可動コア４７の硬度と概ね同等であるが、可動コア４７のストッパとしての機能を確保するために表面に例えばクロムめっきを施し、必要な硬度を確保している。固定コア３５は、ハウジング２０の第三筒部材２３と溶接され、ハウジング２０の内側に固定されるよう設けられている。
【００２８】
コイル３８は、略円筒状に形成され、主に第二筒部材２２及び第三筒部材２３の径方向外側を囲むよう設けられている。コイル３８は、電力が供給されると磁界を発生する。コイル３８の周囲に磁界が発生すると、固定コア３５、可動コア４７、第一筒部材２１及び第三筒部材２３に磁気回路が形成される。これにより、固定コア３５と可動コア４７との間に磁気吸引力が発生し、可動コア４７は、固定コア３５に吸引される。このとき、可動コア４７の弁座３４側とは反対側の面に当接しているニードル４０は、可動コア４７とともに固定コア３５側、すなわち、開弁方向へ移動する。
【００２９】
スプリング２４は、一端が大径部４３のスプリング当接面４３１に当接するよう設けられている。スプリング２４の他端は、固定コア３５の内側に圧入固定されたアジャスティングパイプ１１の一端に当接している。スプリング２４は、軸方向に伸びる力を有している。これにより、スプリング２４は、ニードル４０を可動コア４７とともに弁座３４の方向、すなわち閉弁方向に付勢している。
【００３０】
スプリング２６は、一端が可動コア４７の段差面４８に当接するよう設けられている。スプリング２６の他端は、ハウジング２０の第一筒部材２１の内壁に形成された環状の段差面２１１に当接している。スプリング２６は、軸方向に伸びる力を有している。これにより、スプリング２６は可動コア４７をニードル４０とともに弁座３４とは反対の方向、すなわち開弁方向に付勢している。
本実施形態では、スプリング２４の付勢力は、スプリング２６の付勢力より大きく設定されている。これにより、コイル３８に電力が供給されていない状態では、ニードル４０のシール部４２は、弁座３４に着座した状態、すなわち閉弁状態となる。
【００３１】
第三筒部材２３の第二筒部材２２とは反対側の端部には、略円筒状の燃料導入パイプ１２が圧入及び溶接されている。燃料導入パイプ１２の内側には、フィルタ１３が設けられている。フィルタ１３は、燃料導入パイプ１２の導入口１４から流入した燃料に含まれる異物を捕集する。
【００３２】
燃料導入パイプ１２及び第三筒部材２３の径方向外側は、樹脂によりモールドされている。当該モールド部分にコネクタ１５が形成されている。コネクタ１５には、コイル３８へ電力を供給するための端子１６がインサート成形されている。また、コイル３８の径方向外側には、コイル３８を覆うよう筒状のホルダ１７が設けられている。
【００３３】
燃料導入パイプ１２の導入口１４から流入する燃料は、固定コア３５の径内方向、アジャスティングパイプ１１の内部、ニードル４０の大径部４３及び軸部４１の内側、孔４６、第一筒部材２１とニードル４０の軸部４１との間の隙間を流通し、噴射ノズル３０の内部に導かれる。すなわち、燃料導入パイプ１２の導入口１４から第一筒部材２１とニードル４０の軸部４１との間の隙間までが噴射ノズル３０の内部に燃料を導入する燃料通路１８となる。一実施形態による燃料噴射弁では、燃料通路１８を流れる燃料の圧力は、１ＭＰａ以上となるよう設定されている。
【００３４】
一実施形態による燃料噴射弁１は、噴射ノズル３０に形成される噴孔が設けられる位置及び噴孔の形状に特徴がある。ここでは、中心軸ＣＡ０を通る燃料噴射弁１の断面図である図２を参照して噴孔の位置及び形状を説明する。
【００３５】
最初に、噴孔３１の形状について説明する。
噴孔３１は、噴射部３０１の内壁３０３上であって中心軸ＣＡ０から所定の距離Ｒ１の位置に設けられる内壁側中心点ＩＰ３１と中心軸ＣＡ０上の点とを通る「噴孔軸」としての仮想線ＶＬ３１と中心軸ＣＡ０とがなす角度が、噴射角α１となるよう形成される。
【００３６】
また、噴孔３１は、仮想線ＶＬ３１に垂直な断面形状が円形状となるよう形成されている。外壁３０４に形成される外側開口３１４の内径ＯＤ３１は、内壁３０３に形成される内側開口３１３の内径ＩＤ３１より大きい。すなわち、噴孔３１は、燃料噴射弁１の外部側からみて噴射ノズル３０の内部に向かうにつれて細くなるすり鉢状に形成されている。
【００３７】
噴孔３１は、内側開口３１３と外側開口３１４との間に内側開口３１３から外側開口３１４に向けて噴孔３１の断面積が広がるよう形成されている噴孔内壁が開き角β１をなすよう形成されている。
開き角β１について、中心軸ＣＡ０及び仮想線ＶＬ３１を通る燃料噴射弁１の断面図である図２を参照して具体的に説明する。ここでは、便宜的に、仮想線ＶＬ３１より中心軸ＣＡ０側の噴孔３１の噴孔内壁を噴孔内壁３１１とし、仮想線ＶＬ３１より中心軸ＣＡ０側とは反対側の噴孔３１の噴孔内壁を「噴孔軸を挟んで一の直線が位置する噴孔内壁とは反対側の噴孔内壁」としての噴孔内壁３１２とする。このとき、図２に示される噴孔内壁３１１上の「一の直線」としての断面線Ｌ３１１と噴孔内壁３１２上の「他の直線」としての断面線Ｌ３１２とがなす角度が開き角β１となる。一実施形態では、噴孔３１の開き角β１は、１０〜２２°の間の角度となるよう形成されている。
【００３８】
また、弁座３４の一部であって噴孔３１からみて中心軸ＣＡ０がある方向とは反対の方向に位置する弁座３４１は、弁座３４１を含む仮想平面ＶＰ３４１を中心軸ＣＡ０に向かって延ばすと、仮想平面ＶＰ３４１は噴孔内壁３１１と最初に交わるよう形成されている。
【００３９】
次に、噴孔３２の形状について説明する。
噴孔３２は、噴射部３０１の内壁３０３上であって中心軸ＣＡ０から所定の距離Ｒ２の位置に設けられる内壁側中心点ＩＰ３２と中心軸ＣＡ０上の点とを通る「噴孔軸」としての仮想線ＶＬ３２と中心軸ＣＡ０とがなす角度が、噴射角α１より小さい噴射角α２となるよう形成される。
【００４０】
また、噴孔３２は、仮想線ＶＬ３２に垂直な断面形状が円形状となるよう形成されている。外壁３０４に形成される外側開口３２４の内径ＯＤ３２は、内壁３０３に形成される内側開口３２３の内径ＩＤ３２より大きい。すなわち、噴孔３２は、燃料噴射弁１の外部側からみて噴射ノズル３０の内部に向かうにつれて細くなるすり鉢状に形成されている。
また、内径ＩＤ３２は、内径ＩＤ３１より大きい。
【００４１】
噴孔３２は、内側開口３２３と外側開口３２４との間に内側開口３２３から外側開口３２４に向けて噴孔３２の断面積が広がるよう形成されている噴孔内壁が開き角β２をなすよう形成されている。
開き角β２について、中心軸ＣＡ０及び仮想線ＶＬ３２を通る燃料噴射弁１の断面図である図２を参照して具体的に説明する。ここでは、便宜的に、仮想線ＶＬ３２より中心軸ＣＡ０側の噴孔３２の噴孔内壁を噴孔内壁３２１とし、仮想線ＶＬ３２より中心軸ＣＡ０側とは反対側の噴孔３２の噴孔内壁を「一の直線が位置する噴孔内壁とは反対側の噴孔内壁」としての噴孔内壁３２２とする。このとき、図２に示される噴孔内壁３２１上の「一の直線」としての断面線Ｌ３２１と噴孔内壁３２２の「他の直線」としての断面線Ｌ３２２とがなす角度が開き角β２となる。一実施形態では、噴孔３２の開き角β２は、１０〜２２°の間の角度となるよう形成されている。
【００４２】
また、弁座３４の一部であって噴孔３２からみて中心軸ＣＡ０がある方向とは反対の方向に位置する弁座３４２は、弁座３４２を含む仮想平面ＶＰ３４２を中心軸ＣＡ０に向かって延ばすと、噴孔３２の噴孔内壁３２１と最初に交わるよう形成されている。
【００４３】
ここでは、図２に示されている二つの噴孔３１、３２のみについて、噴射角と内側開口の内径との大小関係、一つの噴孔における内側開口の内径と外側開口の内径との大小関係、開き角の大きさ、及び、弁座と噴孔内壁との位置関係を説明したが、噴射ノズル３０に形成されている他の噴孔との間においても同じ関係を有する。
すなわち、一実施形態による燃料噴射弁１では、全ての噴孔において、外側開口の内径は内側開口の内径より大きく、噴孔内壁は内側開口から外側開口に向かって噴孔の断面積
を広げるよう形成されている。また、複数の噴孔の間での比較において、噴射角が小さい噴孔は、内側開口の内径が小さい。また、一実施形態による燃料噴射弁１では、弁座を含む仮想平面を中心軸の方向に延ばすと噴孔内壁に最初に衝突し、噴孔が有する開き角は、１０〜２２°である。
【００４４】
（実験結果１）
発明者らは、噴孔の内側開口の内径と噴孔が形成される部位の厚みとの比の変化に対する噴霧長の変化に関する実験を行った。その実験結果を図３に示す。図３では、横軸に噴孔の内側開口の内径と噴孔が形成される部位の厚み（図２の厚みＬ３０１に相当）との比Ｌ／Ｄを示し、縦軸に当該噴孔から噴射される燃料が到達する噴孔からの距離である噴霧長ＳＤを示す。図３には、内側開口の内径が外側開口の内径より大きく形成され断面積が広がるよう噴孔内壁が形成されている噴孔において、内側開口の内径が異なる三個の噴孔について実験結果を示している。具体的には、内側開口の内径が比較的大きい噴孔の実験結果を結ぶ仮想線を実線ＶＬ１、内側開口の内径が比較的小さい噴孔の実験結果を結ぶ仮想線を実線ＶＬ３、内側開口の内径が比較的中程度の噴孔の実験結果を結ぶ仮想線を実線ＶＬ２として示す。また、図３には、比較例として、外側開口の内径と内側開口の内径とが同じ大きさであり、断面積が一定である噴孔についての実験結果を結ぶ仮想線を点線ＶＬ０で示す。
【００４５】
図３に示すように、比Ｌ／Ｄが大きくなるほど噴霧長ＳＤは長くなる。このとき、断面積が広がるよう噴孔内壁が形成されている噴孔における比Ｌ／Ｄと噴霧長ＳＤとの関係は、比較例の燃料噴射弁が有する噴孔における比Ｌ／Ｄと噴霧長ＳＤとの関係に比べ、比Ｌ／Ｄの変化に対する噴霧長ＳＤの変化が小さい。すなわち、断面積が広がるよう噴孔内壁が形成されている噴孔は、比較例の噴孔に比べ、比Ｌ／Ｄが変化しても噴霧長ＳＤはそれほど変化しないことが明らかとなった。また、図３より、断面積が広がるよう噴孔内壁が形成されている噴孔のうち、内側開口の内径が小さい噴孔ほど噴霧長は短くなることが明らかとなった。
【００４６】
（実験結果２）
また、発明者らは、噴孔の開き角と噴霧長との関係について実験を行った。その実験結果を図４に示す。図４では、横軸に開き角ＯｐＡを示し、縦軸に噴霧長ＳＤを示す。図４には、複数の異なる噴射角における複数の開き角ＯｐＡにおける噴霧長ＳＤを示す。具体的には、噴射角０°、２０°、４０°、４５°のそれぞれの噴孔において開き角０°、１０°、２０°、２５°、３０°であるときの噴霧長ＳＤの実験結果をプロットしている。図４には、噴射角０°の実験結果を結ぶ仮想線を実線ＶＬ４１、噴射角２０°の実験結果を結ぶ仮想線を実線ＶＬ４２、噴射角４０°の実験結果を結ぶ仮想線を実線ＶＬ４３、噴射角４５°の実験結果を結ぶ仮想線を実線ＶＬ４４で示す。また、図４には、噴霧長ＳＤの上限値ＳＤ０を示す。噴霧長ＳＤの上限値ＳＤ０とは、噴孔から噴射された燃料がエンジンの燃料室を形成するピストンやシリンダブロックの内壁に衝突する噴霧長を示している。具体的には、噴霧長ＳＤが上限値ＳＤ０より長くなると、噴射された燃料がピストンやシリンダブロックの内壁に衝突し、粒子状物質の生成量が増加する。
【００４７】
図４に示すように、開き角０°の場合、噴霧長ＳＤが上限値ＳＤ０より長くなるため、粒子状物質の生成量が増加する。一方、開き角１０°、２０°、２５°、３０°の場合、噴霧長ＳＤは上限値ＳＤ０より短くなることが明らかとなった。
また、同じ開き角ＯｐＡにおける噴射角の違いについては、大きな差異は認められなかったが、噴射角が大きいほど噴霧長ＳＤは短くなる。
【００４８】
（実験結果３）
また、発明者らは、燃料噴射弁１について噴孔の開き角と流量低下率との関係について実験を行った。その実験結果を図５に示す。図５では、横軸に噴孔の開き角ＯｐＡを示し、縦軸に流量低下率Ｆ０を示す。ここで、「流量低下率Ｆ０」とは、内側開口から噴孔に流入した燃料の量から外側開口から噴射された燃料の量を引いた値を内側開口から噴孔に流入した燃料の量で割った値であって、流量低下率Ｆ０が大きいと噴孔を形成する部位の外壁に燃料が付着している量が多いことを示す。図５には、開き角０°、１０°、２０°、２５°の噴孔においてそれぞれ４回実験を行い、得られた実験結果の平均を結んだ仮想線を実線ＶＬ５１で示している。また、図５には、流量低下率Ｆ０の上限値として流量低下率ＦＬ０を示す。
【００４９】
図５に示す実線ＶＬ５１と流量低下率ＦＬ０との関係から開き角が１０°から２２°において流量低下率Ｆ０が流量低下率ＦＬ０を下回ることが明らかとなった。図４に示した実験結果より噴霧長ＳＤが比較的短くなる開き角２２°以上の噴孔では、噴孔における燃料の剥離が効率的に行われないため、外壁に付着する燃料の量が多くなり、流量低下率Ｆ０が流量低下率ＦＬ０を上回るものと思われる。
【００５０】
一実施形態による燃料噴射弁１では、噴孔３１の外側開口３１４の内径ＯＤ３１が噴孔３１の内側開口３１３の内径ＯＤ３１より大きくなるよう噴孔３１が形成されている。また、噴孔３１の噴孔内壁３１１、３１２は、断面積が広がるよう形成されている。
噴孔の断面積が広がるよう噴孔内壁を形成すると、図３に示したように、内側開口から外側開口に向けて断面積が一定となるよう噴孔内壁が形成されている場合に比べ、比Ｌ／Ｄの変化に応じた噴霧長ＳＤの変化が小さくなる。これにより、噴孔を流れる燃料の量や噴孔の噴射角の設定などによって比Ｌ／Ｄが変化しても噴霧長ＳＤがそれほど変化しなくなる。したがって、噴霧長が変化しないように噴孔が形成される部位の厚みを調整する加工が不要となり、燃料噴射弁１の製造工数を低減することができる。
【００５１】
また、燃料噴射弁１では、噴孔３１、３２は、噴孔３１、３２を形成する噴孔内壁のうち中心軸ＣＡ０側の噴孔内壁３１１、３２１と弁座３４１、３４２を含む仮想平面ＶＰ３４１、ＶＰ３４２とが交差するよう形成されている。ニードル４０と弁座３４とが離間するとき、噴孔３１、３２に向かって弁座３４１、３４２の表面を流れる燃料がハウジング２０の他の部位に衝突することなく噴孔３１、３２を形成する噴孔内壁３１１、３２１に衝突する。噴孔内壁３１１、３２１に衝突した燃料は、燃料通路１８における圧力を維持したまま噴孔内壁３１１、３２１に押さえ付けられつつ流れる。これにより、燃料が噴孔内壁３１１、３２１上において液膜を形成する一方、噴孔内壁３１２、３２２上には気相が形成されるため、燃料の液膜表面から燃料が微粒化しやすくなる。したがって、燃料の微粒化が促進され、粒子状物質の生成量を低減することができる。
【００５２】
また、燃料噴射弁１では、噴孔の噴孔の噴射角が小さいほど当該噴孔の内側開口の内径が小さくなるよう噴孔が形成されている。
噴孔から噴射された燃料の噴霧量が長くなると、噴射された燃料はピストンや燃焼室を形成するシリンダブロックに燃料が衝突する。ピストンやシリンダブロックに衝突した燃料は燃焼が不完全になりやすく、粒子状物質を生成するおそれがある。噴孔の噴射角が小さくなると、弁座を含む仮想面と当該噴孔の噴孔内壁とがなす角度である衝突角が小さくなるため、燃料が噴孔内壁に押し付けられる力は小さくなり、燃料が微粒化しにくくなる。一方で、噴孔における燃料の流速は比較的速くなるため、噴霧長が延びる傾向にある。このため、燃料が微粒化しにくく、かつ、噴霧長が長くなるため、粒子状物質の生成量が増加するおそれがある。
【００５３】
そこで、一実施形態による燃料噴射弁１では、噴射角α２より小さい噴射角α１を有する噴孔３１について、内側開口３１３の内径ＩＤ３１を噴射角α２を有する噴孔３２の内側開口３２３の内径ＩＤ３２より小さくする。これにより、図３に示したように、噴霧長が比較的短くなり、ピストンやシリンダブロックに燃料が衝突することを防止する。また、内側開口の内径ＩＤ３１を相対的に小さくすることによって燃料の流速をさらに速くし、燃料が微粒化しやすくなる。これにより、燃料を微粒化しつつ、ピストンやシリンダブロックに衝突し粒子状物質の生成量が増加することを防止することができる。
【００５４】
また、燃料噴射弁１では、噴孔３１、３２は、開き角β１、β２が１０°〜２２°の間となるよう形成されている。図４、５に示したように、噴孔の開き角ＯｐＡがこの角度の範囲にあると、噴霧長ＳＤを適度に短くしつつ流量低下率Ｆ０を低く抑えることができる。これにより、噴射部３０１の外壁３０４に付着する燃料の量を低減し、かつ、噴孔から噴射された燃料がピストンや燃焼室を形成するシリンダブロックに衝突することを防止する。したがって、開き角β１、β２を１０°〜２２°の間となるよう噴孔３１、３２を形成することによって、粒子状物質の生成量をさらに低減することができる。
【００５５】
（他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、噴孔の開き角は１０〜２２°であるとした。しかしながら、噴孔の開き角はこれに限定されない。０°より大きければよい。
【００５６】
（イ）上述の実施形態では、燃料通路を流れる燃料の圧力は、１ＭＰａ以上であるとした。しかしながら、燃料の圧力はこれに限定されない。エンジンの燃焼室に直接燃料を噴射可能な程度の圧力であればよい。
【００５７】
（ウ）上述の実施形態では、噴孔は、断面形状が円形状となるよう形成されるとした。しかしながら、噴孔の断面形状はこれに限定されない。
【００５８】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１        ・・・燃料噴射弁、
２０      ・・・ハウジング、
３１、３２・・・噴孔、
３１３、３２３・・・内側開口、
３１４、３２４・・・外側開口、
３１１、３２１・・・噴孔内壁（中心軸側の噴孔内壁）、
３４      ・・・弁座、
α１、α２・・・噴射角、
ＩＤ３１、ＩＤ３２・・・内径、
ＶＰ３４１、ＶＰ３４２・・・仮想平面、
ＶＬ３１、ＶＬ３２・・・噴孔軸。
【図１】
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【図２】
0006311472.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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