(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁において、
前記燃料を噴射する噴孔がスリット状に形成されており、
前記噴孔の幅Ｗ、長さＬ、厚さｄが下記の式（１）〜式（３）を満たすことを特徴とする燃料噴射弁。ここで、当該式（２）、式（３）において、νは燃料の動粘度、Ｕは燃料の流速である。
Ｗ≧３ｄ                                                              …（１）
ｄ≦２０（（νＬ）／Ｕ）1/2                                           …（２）
Ｌ＜９．１４×１０4（ν／Ｕ）                                        …（３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁に関し、さらに詳しくは、燃料を噴射する噴孔の形状により、安定した噴霧を行うことができる燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、内燃機関への燃料の供給は、燃料噴射弁の噴孔より燃料を噴射することで行われる。この燃料噴射弁には、例えば円柱形状の噴孔が形成されたものや、特許文献１に示すようなスリット状の噴孔が形成されたものがある。ここで、スリット状に形成された噴孔から燃料を噴射した場合、噴霧に濃淡が発生し、複数本の筋状の噴霧形状となり、不安定な噴霧となる虞があった。これにより、燃料が燃焼する際の安定化を向上できず、エミッションの悪化の抑制などを図れないという問題があった。
【０００３】
そこで、上記特許文献１に示す燃料噴射ノズル（燃料噴射弁）のように、噴孔の入口側周縁部に傾斜面に形成したリード部を形成し、針弁（ニードル弁）の先端側に針弁外面とノズルチップの内壁面との間に針弁の逃げ部を形成したものがある。これにより、噴孔への燃料の流れを均一にでき、噴霧形状が複数本の筋状となることを抑制し、安定した噴霧を実現しようとするものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平５―２３１２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の燃料噴射弁においては、噴孔への燃料の流れを均一にしたのみであり、噴孔内を流れる燃料の均一化は図れていない。従って、燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧が均一ではなくなり、噴霧形状が複数本の筋状となることを十分に抑制することができないという虞がある。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧形状の均一化を図れ、安定した噴霧を行うことができる燃料噴射弁を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁において、前記燃料を噴射する噴孔がスリット状に形成されており、前記噴孔の幅Ｗ、長さＬ、厚さｄが下記の式（１）〜式（３）を満たすことを特徴とする。ここで、当該式（２）、式（３）において、νは燃料の動粘度、Ｕは燃料の流速である。
Ｗ≧３ｄ                                                            …（１）
ｄ≦２０（（νＬ）／Ｕ）1/2                                         …（２）
Ｌ＜９．１４×１０4（ν／Ｕ）                                      …（３）
【０００８】
この発明によれば、燃料が噴孔内を噴射方向に流れる際に、この燃料のこの噴射方向と直交する方向における速度分布の差を抑制することができる。従って、噴孔内における燃料の流れの均一化を図ることができるため、噴霧形状が複数本の筋状となることを十分に抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明にかかる燃料噴射弁は、スリット状に形成された噴孔の幅Ｗ、長さＬ、厚さｄを規定することにより、噴霧形状が複数本の筋状となることを十分に抑制することができ、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧形状の均一化を図れ、安定した噴霧を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例により、この発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。ここで、以下の実施例において、この発明にかかる燃料噴射弁は、内燃機関、すなわち乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどに燃料を供給するものでる。また、以下の実施例において、この発明にかかる燃料噴射弁は、内燃機関の筒内に形成された燃焼室に燃料を噴射する直噴用燃料噴射弁として用いられる場合について説明するがこれに限定されるものではなく、吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁として適用されても良い。
【実施例】
【００１１】
図１は、この発明にかかる燃料噴射弁の断面図を示す図である。また、図２は、噴孔の形状を示す図である。図３は、噴霧形状の比較を示す図である。図１に示すように、図示しない内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁１は、ノズルホルダ２と、バルブボディ３と、ニードル弁４とにより構成されている。
【００１２】
ノズルホルダ２は、円筒形状に形成されており、バルブボディ３がその中空部２１のうち燃料室側まで挿入され、固定されている。このノズルホルダ２は、その一部がシリンダヘッド１００の燃料噴射空間である燃焼室Ａまで連通する取付穴１０１に挿入され、図示しない内燃機関のシリンダヘッド１００に固定部材７、例えばフッ素樹脂製の軸シールなどにより固定される。これにより、この燃料噴射弁１がシリンダヘッド１００に固定される。
【００１３】
バルブボディ３は、燃料室側の先端部に燃料貯留空間部３１が形成されており、この空間部３１から外部までを連通する噴孔６が形成されている。
【００１４】
ニードル弁４は、円筒形状であり、バルブボディ３などにより、その軸方向に摺動自在に支持されている。このニードル弁４の燃焼室側の先端部４１と、バルブボディ３の燃料室側の先端部の内壁面３２とは、同じあるいはほぼ同じ円錐形状である。このニードル弁４は、図示しない磁気回路の作動、非作動により、軸方向に摺動する。この磁気回路の非作動時には、先端部４１がバルブボディ３の内壁面３２に当接し、燃料噴射弁１の外部からの燃料が供給される燃料供給空間部５と燃料貯留空間部３１とが連通しない。従って、噴孔６への燃料の流入が禁止され、燃料噴射弁１により燃焼室Ａへの燃料の噴射が行われない。一方、磁気回路の作動時には、先端部４１がバルブボディ３の内壁面３２から離脱し、燃料が供給される燃料供給空間部５と燃料貯留空間部３１とが連通する。従って、噴孔６への燃料の流入が許容され、燃料噴射弁１により燃料室Ａへの燃料の噴射が行われる。なお、燃焼噴射弁１から図示しない内燃機関に供給する燃料の燃料供給量、すなわち燃料噴射弁１から燃焼室Ａに噴射される燃料噴射量は、内燃機関の運転状態に応じて図示しない制御装置により決定される。そして、この制御装置は、この決定された燃料噴射量に基づいて、磁気回路への通電時間などを制御する。
【００１５】
この噴孔６は、図２に示すように、スリット状に形成されている。このスリット状の噴孔６は、その噴射方向と直交する方向における断面の長手方向の長さである幅Ｗ、噴射方向の長さである長さＬ、この断面の短手方向の長さである厚さｄにより決定される。なお、図２に示す噴孔６は、その噴射方向と直交する方向における断面形状が長方形となっているが、通常、燃料噴射弁１にスリット状の噴孔６を形成するとこの噴孔６は、その噴射方向と直交する方向における断面形状が円弧形状となる。この図２は、通常の燃料噴射弁１に形成されたスリット状の噴孔を展開した模式図となっている。従って、幅Ｗは、噴射方向と直交する方向における断面形状が円弧形状の場合、円弧の長さとなる。
【００１６】
ここで、発明者らは、燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧形状が複数本の筋状となるのは、噴孔内を噴射方向に流れる燃料の不安定性に起因していると考えた。一般に、平板上を流体が流れる際には、この平板に対する流体の境界層が乱流に遷移する。この乱流に遷移するまでの流体の境界層では、平板に対して流体が流れる方向と直交する方向にＴ−Ｓ(Tollmien-Schlicthing)波（平板に対して流体が流れる方向に振幅を有する波）と呼ばれている正弦波に近似した速度分布が現れる。つまり、従来の燃料噴射弁の噴孔の形状では、噴孔内を流れる燃料においてその噴射方向と直交する方向にこのＴ−Ｓ波（噴射方向に振幅を有する波）の速度分布（噴射方向における速度差）が現れ、この噴孔から噴射された燃料においてすでに噴射方向と直交する方向における速度分布（噴射方向における速度差）に差があると考えられる。そこで、スリット状の噴孔の形状（幅Ｗ、長さＬ、厚さｄ）を決定する際に、噴孔内を流れる燃料においてこのＴ−Ｓ波の速度分布が現れないように決定することで、噴射された燃料のこの噴射方向と直交する方向における速度分布の差を抑制することができることとなる。
【００１７】
平板に対する流体の境界層におけるレイノズル数Ｒｅと、流体（燃料）の流速Ｕと、流体（燃料）の粘度（動粘度）νとの関係は、下記の式（４）となる。なお、δ*は排除厚さである。
Ｒｅδ*≡Ｕδ*／ν                                                  …（４）
【００１８】
平板に対する流体の境界層は、上記式（４）のうちＲｅδ*が変化することで、乱流に遷移する。ここで、Ｒｅδ*が５２０未満であると、微少攪乱が発生しても減衰するようになり、Ｒｅδ*が５２０となるとＴ−Ｓ波が発生するが知られている（「工科系流体力学」，１９８５，中村ほか，共立出版などを参照）。つまり、Ｒｅδ*を５２０未満とすることで、Ｔ−Ｓ波の発生を抑制することができため、上記式（４）は、下記の式（５）とする。
５２０＞Ｕδ*／ν                                                    …（５）
【００１９】
ここで、平板に対する流体の境界層における排除厚さは、下記の式（６）となり、式（５）および式（６）から、噴孔６の長さＬを決定する式（７）が導き出される。なお、ｘは、平板の端部からの距離であるが、本発明では、平板に対する流体の境界層を噴孔６に対する燃料の境界層に置き換えるので、ｘ＝Ｌとする。
δ*＝１．７２（（νｘ）／Ｕ）1/2                                    …（６）
Ｌ＜９．１４×１０4（ν／Ｕ）                                        …（７）
【００２０】
ここで、スリット状の噴孔６の形状の決定に、この平板に対する流体の境界層において適用される上記式（７）を用いるためには、この噴孔６の噴射方向と直交する方向の断面がほぼ長方形であることが必要である。従って、噴孔６の幅Ｗを決定する際には、この幅Ｗと厚さｄとの関係が下記の式（８）を満たす必要がある。
Ｗ≧３ｄ                                                              …（８）
【００２１】
また、噴孔６に対する燃料の境界層が、この噴孔６の厚さｄに対して十分に小さい場合は、噴孔６内を流れる燃料にＴ−Ｓ波が発生しても、このＴ−Ｓ波が噴孔６から噴射された燃料の噴霧形状に与える影響は、小さいと考えられる。従って、噴孔６においては、噴孔６に対する燃料の境界層の厚さδ（Ｌ）が噴孔６の厚さｄとの関係で下記の式（９）を満たす必要がある。
δ（Ｌ）≧ｄ／４                                                      …（９）
【００２２】
一方の平板に対する流体の境界層の厚さδ（ｘ）と、流体（燃料）の粘度と、流体（燃料）の流速との関係は、下記の式（１０）となり、式（９）および式（１０）から、噴孔６の厚さｄを決定する式（１１）が導き出される。
δ（ｘ）≡５．０（（νｘ）／Ｕ）1/2                                …（１０）
ｄ≦２０（（νＬ）／Ｕ）1/2                                        …（１１）
【００２３】
燃料噴射弁１の噴孔６をスリット状とした際に、幅Ｗ、長さＬ、厚さｄが上記の式（７）、式（８）、式（１１）を満たす形状であることにより、燃料が噴孔６内を噴射方向に流れる際に、燃料の噴射方向と直交する方向における速度分布の差を抑制することができる。従って、噴孔６内における燃料の流れの均一化を図ることができるため、図３のＢに示す本発明にかかる燃料噴射弁１から噴射された燃料の噴霧形状は、同図のＣに示す従来の燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧形状と比較して、複数本の筋状となることを十分に抑制することができる。これにより、燃料噴射弁１から噴射される燃料の噴霧形状の均一化を図れ、安定した噴霧を行うことができる。
【００２４】
なお、噴孔６の形状によっては、図４に示すように、長さＬに対する厚さｄが一定でない場合がある。この場合においては、噴孔６の厚さｄを最小値ｄminとし、噴孔の長さＬを最小値ｄminからこの噴孔６の厚さが１．２倍、すなわち１．２ｄminとなるまでの距離とする。また、噴孔６の形状が燃料の噴射方向において扇型となる場合がある。この場合においては、噴孔６の幅Ｗを燃料が噴孔６に流入する側の円弧の長さとする。
【００２５】
上記実施例では、燃料噴射弁１として、ニードル弁４の先端部４１がバルブボディ３の内壁面３２から離脱することで燃料を噴射する内開弁に形成される噴孔６の形状について説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、外開弁、すなわちニードル弁がバルブボディの外壁面から離脱することで燃料を噴射する燃料噴射弁に形成される噴孔の形状であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上のように、この発明にかかる燃料噴射弁は、スリット状の噴孔が形成された燃料噴射弁に有用であり、特に、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧形状の均一化を図れ、安定した噴霧を行うのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明にかかる燃料噴射弁の断面図を示す図である。
【図２】噴孔の形状を示す図である。
【図３】噴霧形状の比較を示す図である。
【図４】噴孔の形状を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  燃料噴射弁
２  ノズルホルダ
２１  中空部
３  バルブボディ
３１  燃料貯留空間部
３２  内壁面
４  ニードル弁
４１  先端部
５  燃料供給空間部
６  噴孔
７  固定部材
１００  シリンダヘッド
１０１  取り付け穴
Ａ  燃焼室
Ｂ  本発明の燃料噴射弁による噴霧形状
Ｃ  従来の燃料噴射弁による噴霧形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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