(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積を抑制し、たとえ噴孔壁面に燃焼生成物が堆積してしまったとしてもその堆積している燃焼生成物の剥離を促進する。【解決手段】少なくとも１つの燃料噴射孔３４を備えた内燃機関の燃料噴射弁２２に関する。この燃料噴射弁は、内部に空洞を備えたノズル３０と該ノズルの空洞内に移動可能に収容されるニードル３１とを具備する。ニードルの中心軸線を中心軸線としてニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れを形成する溝５０または突起がニードルの先端部の外壁面に設けられていると共に、燃料噴射孔がその入口に到来する燃料の流れの方向に対して鋭角をなす方向に延びるように形成されている。【選択図】図４
2012225285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃料噴射孔を備えた内燃機関の燃料噴射弁であって、内部に空洞を備えたノズルと該ノズルの空洞内に移動可能に収容されるニードルとを具備する燃料噴射弁において、ニードルの中心軸線を中心軸線としてニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れを形成する溝または突起がニードルの先端部の外壁面に設けられていると共に、燃料噴射孔がその入口に到来する燃料の流れの方向に対して鋭角をなす方向に延びるように形成されている燃料噴射弁。
【請求項２】
燃料噴射孔から燃料が噴射される位置に前記ニードルが位置決めされたときに該ニードルの先端部の外壁面が燃料噴射孔の入口に対面している請求項１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、内燃機関の燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料が燃焼室内に直接噴射されるように燃料噴射弁が配置された内燃機関が知られている。また、このような内燃機関では、燃料噴射弁の噴孔出口近傍壁面（すなわち、燃料噴射弁の燃料噴射孔の出口近傍の燃料噴射弁壁面）に燃焼生成物（すなわち、燃料の燃焼に関連して生成される物質）が堆積することも知られている。そして、このように噴孔出口近傍壁面に燃焼生成物が堆積すると、所期の量の燃料を燃料噴射弁に噴射させるための指令が燃料噴射弁に送られたとしても、燃料噴射弁から所期の量の燃料が噴射されないことがある。そして、燃料噴射弁から所期の量の燃料が噴射されない場合、内燃機関の出力特性や排気特性が低下することがある。
【０００３】
噴孔出口近傍壁面への燃焼生成物の堆積を抑制すると共に噴孔出口近傍壁面に堆積している燃焼生成物の剥離を促進する技術が特許文献１に記載されている。すなわち、この技術では、噴孔画成壁面（すなわち、燃料噴射孔を画成する燃料噴射弁壁面）と噴孔入口近傍壁面（すなわち、燃料噴射孔の入口近傍において噴孔画成壁面に隣接する燃料噴射弁壁面）との連結部分の曲率を調整することによって燃料噴射孔内にキャビテーションを発生させ、このキャビテーションによって噴孔出口近傍壁面への燃焼生成物の堆積を抑制すると共に噴孔出口近傍壁面に堆積している燃焼生成物の剥離を促進しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１４９２５号公報
【特許文献２】特表２００６−５００５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本願の発明者の研究により、燃料中の金属成分（例えば、亜鉛、カルシウム、マグネシウムなど）が燃焼ガスと反応することによって金属成分由来の燃焼生成物（例えば、低級カルボン酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩などであり、以下この燃焼生成物を「金属由来生成物」という）が生成され、この金属由来生成物も噴孔出口近傍壁面に堆積することが明らかとなった。また、本願の発明者の研究により、この金属由来生成物は噴孔画成壁面や噴孔入口近傍壁面にも堆積することが明らかとなった。
【０００６】
従来、噴孔画成壁面や噴孔入口近傍壁面には燃焼生成物が堆積することはないものと認識されていた。しかしながら、上述したように、噴孔出口近傍壁面だけでなく噴孔画成壁面や噴孔入口近傍壁面にも金属由来生成物の形態の燃焼生成物が堆積する。このように噴孔画成壁面や噴孔入口近傍壁面にも金属由来生成物が堆積する理由は以下のように推察される。すなわち、燃料噴射弁が燃料を燃焼室内に直接噴射するように、すなわち、燃料噴射弁の燃料噴射孔が燃焼室内部に露出するように燃料噴射弁が内燃機関に配置されている場合、燃焼ガスが燃料噴射孔に入り込み、この燃焼ガスが燃料噴射孔内およびその入口近傍において燃料と反応し、金属由来生成物が生成される。そして、この金属由来生成物の壁面への付着力が比較的強いことから、燃料噴射孔内およびその入口において強い燃料の流れがあるにも係わらず、噴孔画成壁面および噴孔入口近傍壁面に付着し堆積する。これが金属由来生成物が噴孔画成壁面や噴孔入口近傍壁面にも堆積する理由であると推察される。
【０００７】
ところで、このように噴孔出口近傍壁面、噴孔画成壁面、および、噴孔入口近傍壁面（以下これら壁面をまとめて「噴孔壁面」という）に金属由来生成物を含む燃焼生成物（以下、この燃焼生成物には金属由来生成物が含まれるものとする）が堆積していると、この噴孔壁面に堆積している燃焼生成物（以下このように噴孔壁面に堆積している燃焼生成物を「デポジット」という）が燃料の流れを阻害してしまう。したがって、本来であれば要求されている量（以下この量を「要求燃料噴射量」という）の燃料を燃料噴射弁に噴射させることができる指令値が燃料噴射弁に与えられたとしても、要求燃料噴射量の燃料が燃料噴射弁から噴射されない可能性がある。そして、要求燃料噴射量の燃料が燃料噴射弁から噴射されない場合、内燃機関の出力特性や排気特性が低下してしまう可能性がある。
【０００８】
そして、特許文献１に記載の技術に従って噴孔画成壁面と噴孔入口近傍壁面との連結部分の曲率が調整されていたとしても、金属由来生成物からなる燃焼生成物は噴孔入口近傍壁面にも堆積するのだから、噴孔画成壁面と噴孔入口近傍壁面との連結部分の曲率が燃焼生成物の堆積によって変化してしまい、その結果、燃料噴射孔内に所望のキャビテーションが生成されないことになる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、噴孔画成壁面と噴孔入口近傍壁面との連結部分に燃焼生成物が堆積する可能性のある状況下においても噴孔壁面への燃焼生成物の堆積を抑制し、たとえ噴孔壁面に燃焼生成物が堆積してしまったとしてもその堆積している燃焼生成物の剥離を促進することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の発明は、少なくとも１つの燃料噴射孔を備えた内燃機関の燃料噴射弁に関する。そして、本発明の燃料噴射弁は、内部に空洞を備えたノズルと該ノズルの空洞内に移動可能に収容されるニードルとを具備する。そして、本発明では、ニードルの中心軸線を中心軸線としてニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れを形成する溝または突起がニードルの先端部の外壁面に設けられていると共に、燃料噴射孔がその入口に到来する燃料の流れの方向に対して鋭角をなす方向に延びるように形成されている。
【００１１】
本発明によれば、燃料噴射弁の噴孔壁面（すなわち、噴孔画成壁面、噴孔入口近傍壁面、および、噴孔出口近傍壁面の少なくとも１つから構成されるノズルの壁面）への燃焼生成物の堆積を抑制し、たとえ噴孔壁面に燃焼生成物が堆積してしまったとしてもその堆積している燃焼生成物の剥離を促進することができる。すなわち、本発明では、燃料噴射孔から燃料を噴射するためにニードルがノズルの空洞内で移動せしめられたとき、ニードルの先端部の外壁面に設けられた溝または突起によってニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れ、つまり、旋回流が形成される。そして、本発明では、燃料噴射孔がその入口に到来する燃料の流れの方向に対して鋭角をなす方向に延びるように形成されていることから、燃料噴射孔の入口に到達した燃料が急角度に流れの方向を変えて燃料噴射孔内に流入することになる。このように燃料が燃料噴射孔内に流入することによって、燃料噴射孔内だけでなく、噴孔入口近傍壁面周辺の領域、および、噴孔出口近傍壁面周辺の領域に強力なキャビテーションが生成される。このため、燃焼生成物が噴孔壁面に堆積しようとしても、この燃焼生成物の堆積はキャビテーションにおける強力なエロ−ジョンによって抑制される。また、たとえ、燃焼生成物が噴孔壁面に堆積してしまったとしても、この堆積した燃焼生成物はキャビテーションにおける強力なエロ−ジョンによって剥離される。したがって、本発明によれば、燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積を抑制し、たとえ噴孔壁面に燃焼生成物が堆積してしまったとしてもその堆積している燃焼生成物の剥離を促進することができるのである。
【００１２】
なお、上記溝または突起はニードルの中心軸線を中心軸線としてニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れを形成する限り如何なる形状であってもよい。したがって、上記溝または突起が直線的に延びる溝または突起であってもよいし、湾曲して延びる溝または突起であってもよい。
【００１３】
もちろん、上記溝と上記突起との両方がニードルの先端部に設けられていてもよい。
【００１４】
また、上記燃料噴射孔はその入口に到来する燃料の流れの方向に対して鋭角をなす方向に延びる限り如何なる形状であってもよい。したがって、上記燃料噴射孔が直線的に延びる燃料噴射孔であってもよいし、湾曲して延びる燃料噴射孔であってもよい。
【００１５】
また、燃料噴射孔から燃料が噴射される位置に上記ニードルが位置決めされたときの燃料噴射孔の入口に対する当該ニードルの位置は如何なる位置であってもよい。しかしながら、燃料噴射孔から燃料が噴射される位置に前記ニードルが位置決めされたときに該ニードルの先端部の外壁面が燃料噴射孔の入口に対面していると有利である。
【００１６】
これによれば、燃料噴射孔から燃料が噴射される位置にニードルが位置決めされたときにニードルの先端部の外壁面が燃料噴射孔の入口に対面しているのであるから、燃料噴射孔の入口に到達した燃料の急角度の流れの方向転換が確実に行われる。このため、燃料噴射孔内、噴孔入口近傍壁面周辺の領域、および、噴孔出口近傍壁面周辺の領域における強力なキャビテーションの生成が確実なものとなる。したがって、燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積をより確実に抑制し、たとえ噴孔壁面に燃焼生成物が堆積してしまったとしてもその堆積している燃焼生成物の剥離をより確実に促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の燃料噴射弁を備えた内燃機関の全体図である。
【図２】（Ａ）は図１に示された内燃機関に取り付けられる第１実施形態の燃料噴射弁の先端部分を示した縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿った同先端部分の横断面図である。
【図３】図２（Ａ）と同様な図であって、ニードルが全閉位置に位置決めされたときの燃料噴射弁の様子を示した図である。
【図４】（Ａ）は図２（Ａ）と同様な図であって、ニードルが全開位置に位置決めされたときの燃料噴射弁の様子を示した図であり、（Ｂ）は図２（Ｂ）と同様な図であって、ニードルが全閉位置に位置決めされていないときの燃料噴射弁の様子を示した図である。
【図５】図１に示された内燃機関に取り付けられる第２実施形態の燃料噴射弁の先端部分を示した縦断面図である。
【図６】図５と同様の図であって、ニードルが全閉位置に位置決めされたときの燃料噴射弁の様子を示した図である。
【図７】（Ａ）は図５と同様の図であって、ニードルが低リフト位置に位置決めされたときの燃料噴射弁の様子を示した図であり、（Ｂ）は図５と同様の図であって、ニードルが高リフト位置に位置決めされたときの燃料噴射弁の様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の燃料噴射弁の実施形態について説明する。まず、本発明の燃料噴射弁が適用される内燃機関の構成について説明する。この内燃機関が図１に示されている。図１において、１０は内燃機関の本体、１１はシリンダブロック、１２はシリンダヘッドをそれぞれ示している。シリンダブロック１１内には、シリンダボア１３が形成されている。シリンダボア１３内には、ピストン１４が配置されている。ピストン１４は、コンロッド１５を介してクランクシャフト１６に接続されている。一方、シリンダヘッド１２には、吸気ポート１７と排気ポート１８とが形成されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気ポート１７を開いたり閉じたりするための吸気弁１９と、排気ポート１８を開いたり閉じたりするための排気弁２０とが配置されている。また、ピストン１４の上壁面とシリンダボア１３の内周壁面とシリンダヘッド１２の下壁面とによって燃焼室２１が画成されている。
【００１９】
なお、吸気ポート１７は、吸気マニホルド（図示せず）を介して吸気管（図示せず）に接続され、吸気通路の一部を構成する。一方、排気ポート１８は、排気マニホルド（図示せず）を介して排気管（図示せず）に接続され、排気通路の一部を構成する。
【００２０】
また、シリンダヘッド１２には、本発明の燃料噴射弁２２が配置されている。燃料噴射弁２２は、燃焼室２１内に燃料を直接噴射するように燃料噴射弁を備えた先端部が燃焼室２１内に露出せしめられた状態でシリンダヘッド１２に配置されている。また、燃料噴射弁２２は、燃料供給通路２３を介して蓄圧室（すなわち、いわゆるコモンレール）２４に接続されている。蓄圧室２４は、燃料供給通路２５を介して燃料タンク（図示せず）に接続されている。蓄圧室２４には、燃料タンクから燃料供給通路２５を介して燃料が供給される。そして、蓄圧室２４には、高圧の燃料が貯留されている。また、燃料噴射弁２２には、蓄圧室２４から燃料供給通路２３を介して高圧の燃料が供給される。
【００２１】
また、シリンダブロック１１内には、冷却水を流すための冷却水通路２７が形成されている。冷却水通路２７は、シリンダボア１３を包囲するように形成されている。したがって、少なくとも、冷却水通路２７内を流れる冷却水によって燃焼室２１内部が冷却される。
【００２２】
また、内燃機関は、電子制御装置４０を有する。電子制御装置４０は、マイクロコンピュータからなり、双方向バス４１によって互いに接続されたＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）４３、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４４、バックアップＲＡＭ４５、および、インターフェース４６を有する。インターフェース４６は、燃料噴射弁２２に接続されている。電子制御装置４０は、燃料噴射弁２２の動作を制御する。
【００２３】
図２に第１実施形態の燃料噴射弁の先端部が示されている。燃料噴射弁２２は、ノズル３０とニードル３１とを有する。ノズル３０はその内部に空洞（以下「内部空洞」という）を備える。ニードル３１はノズル３０の内部空洞内にノズル３０の中心軸線（すなわち、燃料噴射弁２２の中心軸線）ＣＡに沿って移動可能に収容されている。また、ニードル３１の先端部は、テーパ形状にされている。そして、ニードル３１がノズル３０の内部空洞内に収容されたとき、ノズル３０の内周壁面（すなわち、ノズル３０の内部空洞を画成する壁面）とニードル３１の外周壁面との間に燃料を通すための燃料通路３２が形成される。また、ノズル３０の先端部における燃料通路３２は、いわゆるサック３３を形成している（以下、燃料通路３２とは、サック３３を除いた燃料通路を指す）。さらに、ノズル３０の先端部には、複数の燃料噴射孔３４が形成されている。これら燃料噴射孔３４は、ノズル３０内（すなわち、燃料噴射弁２２内）のサック３３とノズル３０の外部（すなわち、燃料噴射弁２２の外部）とを連通している。
【００２４】
ニードル３１の先端部のテーパ形状の外周壁面に複数の溝５０が設けられている。各溝５０はニードル３１の中心軸線ＣＡと交差しない方向に延在する。つまり、各溝５０の延在方向とニードル３１の中心軸線ＣＡとは交差しない。また、各燃料噴射孔３４はニードル３１の中心軸線ＣＡと交差しない方向に延在する。つまり、各燃料噴射孔３４の延在方向とニードル３１の中心軸線ＣＡとは交差しない。
【００２５】
そして、図３に示されているように、ニードル３１のテーパ形状の先端部の外周壁面がノズル３０の先端部の内周壁面に当接するようにニードル３１がノズル３０内に位置決めされたとき（すなわち、ニードル３１が全閉位置に位置決めされ、したがって、燃料噴射弁２２が全閉状態になったとき）、サック３３と燃料通路３２との間の連通が遮断される。このときには燃料噴射弁２２の燃料噴射孔３４から燃料は噴射されない。
【００２６】
一方、図４に示されているように、ニードル３１のテーパ形状の先端部の外周壁面がノズル３０の先端部の内周壁面から離れるようにニードル３１がノズル３０内において移動せしめられると（すなわち、ニードル３１が全閉位置から全開位置に向かって移動せしめられ、したがって、燃料噴射弁２２が全閉状態から開弁状態に移行すると）、サック３３と燃料通路３２とが互いに連通し、燃料通路３２からサック３３に燃料が流入する。このとき、図４に矢印で示されているように、ニードル３１の溝５０によって、ニードル３１の中心軸線ＣＡを中心軸線としてニードル３１の先端部周りを回りながら燃料噴射孔３４の入口に向かう燃料の流れ、つまり、旋回流が形成される。そして、斯くして燃料噴射孔３４の入口に到達した燃料は、急角度に流れの方向を変えて燃料噴射孔３４内に流入する。そして、燃料噴射孔３４内に流入した燃料はその出口から噴射される。
【００２７】
次に、第１実施形態の燃料噴射弁から得られる効果について説明する。なお、以下の説明において「噴孔画成壁面」は「燃料噴射弁の燃料噴射孔を画成する燃料噴射弁壁面」であり、「噴孔入口近傍壁面」は「燃料噴射弁の燃料噴射孔の入口近傍において噴孔画成壁面に隣接する燃料噴射弁壁面」であり、「噴孔出口近傍壁面」は「燃料噴射弁の燃料噴射孔の出口近傍において噴孔画成壁面に隣接する燃料噴射弁壁面」である。また「燃焼生成物」は「燃料の燃焼に関連して生成される物質」であり、「燃焼ガス」は「燃焼室内で燃料が燃焼することによって発生するガス」である。
【００２８】
燃料が燃焼室内に直接噴射されるように燃料噴射弁が配置されている内燃機関では、燃料噴射弁の噴孔出口近傍壁面に燃焼生成物が堆積することが知られている。これに関連して、本願の発明者の研究により、燃料中の金属成分（例えば、亜鉛、カルシウム、マグネシウムなど）が燃焼ガスと反応することによって金属成分由来の燃焼生成物（例えば、低級カルボン酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩などであり、以下この燃焼生成物を「金属由来生成物」という）が生成され、この金属由来生成物も噴孔出口近傍壁面に堆積することが明らかとなった。さらに、本願の発明者の研究により、この金属由来生成物は噴孔画成壁面や噴孔入口近傍壁面にも堆積することも明らかとなった。
【００２９】
従来、噴孔画成壁面や噴孔入口近傍壁面には燃焼生成物が堆積することはないものと認識されていた。しかしながら、上述したように、噴孔出口近傍壁面だけでなく噴孔画成壁面や噴孔入口近傍壁面にも金属由来生成物の形態の燃焼生成物が堆積する。このように噴孔画成壁面や噴孔入口近傍壁面にも金属由来生成物が堆積する理由は以下のように推察される。すなわち、燃料噴射弁が燃料を燃焼室内に直接噴射するように、すなわち、燃料噴射弁の燃料噴射孔が燃焼室内部に露出するように燃料噴射弁が内燃機関に配置されている場合、燃焼ガスが燃料噴射孔に入り込み、この燃焼ガスが燃料噴射孔内およびその入口近傍において燃料と反応し、金属由来生成物が生成される。そして、この金属由来生成物の壁面への付着力が比較的強いことから、燃料噴射孔内およびその入口において強い燃料の流れがあるにも係わらず、噴孔画成壁面および噴孔入口近傍壁面に付着し堆積する。これが金属由来生成物が噴孔画成壁面や噴孔入口近傍壁面にも堆積する理由であると推察される。
【００３０】
ところで、このように噴孔出口近傍壁面、噴孔画成壁面、および、噴孔入口近傍壁面（以下これら壁面をまとめて「噴孔壁面」という）に金属由来生成物が堆積していると、この噴孔壁面に堆積している金属由来生成物（以下このように噴孔壁面に堆積している金属由来生成物を「デポジット」という）が燃料の流れを阻害してしまう。したがって、本来であれば要求されている量（以下この量を「要求燃料噴射量」という）の燃料を燃料噴射弁に噴射させることができる指令値が燃料噴射弁に与えられたとしても、要求燃料噴射量の燃料が燃料噴射弁から噴射されない可能性がある。そして、要求燃料噴射量の燃料が燃料噴射弁から噴射されない場合、内燃機関の出力特性や排気特性が低下してしまう可能性がある。
【００３１】
ここで、第１実施形態の燃料噴射弁では、燃料噴射孔から燃料を噴射するためにニードルがノズルの空洞内で移動せしめられたとき、ニードルの先端部の外壁面に設けられた溝によってニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れ、つまり、旋回流が形成される。そして、第１実施形態の燃料噴射弁では、燃料噴射孔がその入口に到来する燃料の流れの方向に対して鋭角をなす方向に延びるように形成されていることから、燃料噴射孔の入口に到達した燃料が急角度に流れの方向を変えて燃料噴射孔内に流入することになる。このように燃料が燃料噴射孔内に流入することによって、燃料噴射孔内だけでなく、噴孔入口近傍壁面周辺の領域、および、噴孔出口近傍壁面周辺の領域に強力なキャビテーションが生成される。このため、燃焼生成物が噴孔壁面に堆積しようとしても、この燃焼生成物の堆積はキャビテーションにおける強力なエロ−ジョンによって抑制される。また、たとえ、燃焼生成物が噴孔壁面に堆積してしまったとしても、この堆積した燃焼生成物はキャビテーションにおける強力なエロ−ジョンによって剥離される。したがって、第１実施形態の燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積を抑制し、たとえ噴孔壁面に燃焼生成物が堆積してしまったとしてもその堆積している燃焼生成物の剥離を促進することができる。
【００３２】
また、第１実施形態の燃料噴射弁では、燃料噴射孔内、噴孔入口近傍壁面周辺の領域、および、噴孔出口近傍壁面周辺の領域に生成される強力なキャビテーションによって、燃料噴射孔から噴射される燃料の微粒化が促進される。このため、燃料の燃焼に起因するスモークの生成量が少なくなる。
【００３３】
なお、第１実施形態のニードルの溝は、その作用を考慮すれば、ニードルの中心軸線を中心軸線としてニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れを形成するように設けられた溝であるとも言える。また、第１実施形態の燃料噴射孔は、そこに到来する燃料の流れの方向を考慮すれば、ニードルの中心軸線を中心軸線としてニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に到来する燃料の流れの方向に対して鋭角をなす方向に延びるように形成された燃料噴射孔であるとも言える。
【００３４】
また、第１実施形態において、ニードルに上記溝を設ける代わりに或いは上記溝を設けるのに加えて、ニードルの中心軸線を中心軸線としてニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れを形成することができる突起をニードルの先端部のテーパ形状の外周壁面に設けてもよい。
【００３５】
次に、第２実施形態の燃料噴射弁について説明する。図５に第２実施形態の燃料噴射弁の先端部が示されている。燃料噴射弁２２は、ノズル３０とニードル３１とを有する。ノズル３０はその内部に空洞（以下「内部空洞」という）を備える。ニードル３１はノズル３０の内部空洞内にノズル３０の中心軸線（すなわち、燃料噴射弁２２の中心軸線）ＣＡに沿って移動可能に収容されている。また、ニードル３１の先端部は、テーパ形状にされた部分を有する。そして、ニードル３１がノズル３０の内部空洞内に収容されたとき、ノズル３０の内周壁面（すなわち、ノズル３０の内部空洞を画成する壁面）とニードル３１の外周壁面との間に燃料を通すための燃料通路３２が形成される。また、ノズル３０の先端部における燃料通路３２は、いわゆるサック３３を形成している（以下、燃料通路３２とは、サック３３を除いた燃料通路を指す）。さらに、ノズル３０の先端部には、複数の燃料噴射孔３４が形成されている。これら燃料噴射孔３４は、ノズル３０内（すなわち、燃料噴射弁２２内）のサック３３とノズル３０の外部（すなわち、燃料噴射弁２２の外部）とを連通している。
【００３６】
ニードル３１の先端部のテーパ形状の外周壁面に複数の溝５０が設けられている。各溝５０はニードル３１の中心軸線ＣＡと交差しない方向に延在する。つまり、各溝５０の延在方向とニードル３１の中心軸線ＣＡとは交差しない。また、各燃料噴射孔３４はニードル３１の中心軸線ＣＡと交差しない方向に延在する。つまり、各燃料噴射孔３４の延在方向とニードル３１の中心軸線ＣＡとは交差しない。
【００３７】
また、ニードル３１の先端は、サック３３の径よりも若干短い径の円筒形の部分であって、ニードル３１がノズル３０の内部空洞内に収容されたときにサック３３内に収容される部分（以下この部分を「先端円筒部分」という）５１によって構成されている。
【００３８】
そして、図６に示されているように、ニードル３１のテーパ形状の先端部の外周壁面がノズル３０の先端部の内周壁面に当接するようにニードル３１がノズル３０内に位置決めされたとき（すなわち、ニードル３１が全閉位置に位置決めされ、したがって、燃料噴射弁２２が全閉状態になったとき）、サック３３と燃料通路３２との間の連通が遮断される。このときには燃料噴射弁２２の燃料噴射孔３４から燃料は噴射されない。
【００３９】
一方、図７（Ａ）に示されているように、ニードル３１のテーパ形状の先端部の外周壁面がノズル３０の先端部の内周壁面から比較的短い距離だけ離れるようにニードル３１がノズル３０内において移動せしめられると（すなわち、ニードル３１が全閉位置から全開位置に向かって移動せしめられ、したがって、燃料噴射弁２２が全閉状態から開弁状態に移行すると）、サック３３と燃料通路３２とが互いに連通し、燃料通路３２からサック３３に燃料が流入する。このとき、図７（Ａ）に矢印で示されているように、ニードル３１の溝５０によって、ニードル３１の中心軸線ＣＡを中心軸線としてニードル３１の先端部（具体的には、先端円筒部分５１）周りを回りながら燃料噴射孔３４の入口に向かう燃料の流れ、つまり、旋回流が形成される。そして、斯くして燃料噴射孔３４の入口に到達した燃料は、急角度に流れの方向を変えて燃料噴射孔３４内に流入する。そして、燃料噴射孔３４内に流入した燃料はその出口から噴射される。
【００４０】
なお、図７（Ａ）に示された燃料噴射弁の状態では、ニードル３１のテーパ形状の先端部の外周壁面がノズル３０の先端部の内周壁面から比較的短い距離だけ離れるようにニードル３１がノズル３０に対して位置決めされていることから、以下このニードルの位置を「低リフト位置」と称する。また、ニードル３１が低リフト位置に位置決めされたとき、ニードル３１の先端円筒部分５１の外周壁面は各燃料噴射孔３４の入口に対面している。つまり、ニードル３１の先端円筒部分５１の外周壁面が各燃料噴射孔３４の入口に対面しなくなるまでニードル３１を移動させていない位置が低リフト位置であると言える。また、ニードル３１が低リフト位置に位置決めされたとき、ニードル３１の先端円筒部分５１は各燃料噴射孔３４の入口と干渉している。したがって、このことを考慮すれば、ニードル３１の先端部は、ニードル３１が低リフト位置に位置決めされたときに燃料噴射孔３４の入口と干渉する先端円筒部分５１によって構成されているとも言える。
【００４１】
また、図７（Ｂ）に示されているように、ニードル３１のテーパ形状の先端部の外周壁面がノズル３０の先端部の内周壁面から比較的長い距離だけ離れるようにニードル３１がノズル３０内において移動せしめられても（すなわち、ニードル３１が全閉位置から全開位置に向かって移動せしめられ、したがって、燃料噴射弁２２が全閉状態から開弁状態に移行すると）、サック３３と燃料通路３２とが互いに連通し、燃料通路３２からサック３３に燃料が流入する。このときにも、図７（Ｂ）に矢印で示されているように、ニードル３１の溝５０によって、ニードル３１の中心軸線ＣＡを中心軸線としてニードル３１の先端部（具体的には、先端円筒部分５１）周りを回りながら燃料噴射孔３４の入口に向かう燃料の流れ、つまり、旋回流が形成される。そして、斯くして燃料噴射孔３４の入口に到達した燃料は、急角度に流れの方向を変えて燃料噴射孔３４内に流入する。そして、燃料噴射孔３４内に流入した燃料はその出口から噴射される。
【００４２】
なお、図７（Ｂ）に示された燃料噴射弁の状態では、ニードル３１のテーパ形状の先端部の外周壁面がノズル３０の先端部の内周壁面から比較的長い距離だけ離れるようにニードル３１がノズル３０に対して位置決めされていることから、以下このニードルの位置を「高リフト位置」と称する。また、ニードル３１が高リフト位置に位置決めされたとき、ニードル３１の先端円筒部分５１の外周壁面は各燃料噴射孔３４の入口に対面していない。つまり、ニードル３１の先端円筒部分５１の外周壁面が各燃料噴射孔３４の入口に対面しなくなるまでニードル３１を移動させた位置が高リフト位置であると言える。また、ニードル３１が高リフト位置に位置決めされたとき、ニードル３１の先端円筒部分５１は各燃料噴射孔３４の入口と干渉していない。したがって、このことを考慮すれば、ニードル３１の先端部は、ニードル３１が高リフト位置に位置決めされたときに燃料噴射孔３４の入口と干渉しない先端円筒部分５１によって構成されているとも言える。
【００４３】
次に、第２実施形態の燃料噴射弁から得られる効果について説明する。第２実施形態の燃料噴射弁では、ニードルが低リフト位置に位置決めされたとき、ニードルの先端部の外壁面に設けられた溝によってニードルの先端部を回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れ、つまり、旋回流が形成される。そして、第２実施形態の燃料噴射弁では、燃料噴射孔がその入口に到来する燃料の流れの方向に対して鋭角をなす方向に延びるように形成されていることから、燃料噴射孔の入口に到達した燃料が急角度に流れの方向を変えて燃料噴射孔内に流入することになる。ここで、ニードルが低リフト位置に位置決めされたときには、ニードルの先端円筒部分が各燃料噴射孔の入口に対面している。つまり、ニードルの先端円筒部分が各燃料噴射孔の入口に干渉している。このため、燃料噴射孔の入口に到達した燃料の急角度の流れの方向転換が確実に行われる。このため、燃料が燃料噴射孔内に流入することによって、燃料噴射孔内だけでなく、噴孔入口近傍壁面周辺の領域、および、噴孔出口近傍壁面周辺の領域に強力なキャビテーションが確実に生成される。このため、燃焼生成物が噴孔壁面に堆積しようとしても、この燃焼生成物の堆積はキャビテーションにおける強力なエロ−ジョンによって確実に抑制される。また、たとえ、燃焼生成物が噴孔壁面に堆積してしまったとしても、この堆積した燃焼生成物はキャビテーションにおける強力なエロ−ジョンによって確実に剥離される。したがって、第２実施形態の燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積を確実に抑制し、たとえ噴孔壁面に燃焼生成物が堆積してしまっていたとしてもその堆積している燃焼生成物の剥離を確実に促進することができる。
【００４４】
なお、第２実施形態の燃料噴射弁では、ニードルが高リフト位置に位置決めされたときにも、ニードルの先端部の外壁面に設けられた溝によってニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れ、つまり、旋回流が形成される。したがって、このときにも、燃料噴射孔の入口に到達した燃料が急角度に流れの方向を変えて燃料噴射孔内に流入することになる。ここで、ニードルが高リフト位置に位置決めされたときには、ニードルの先端円筒部分が各燃料噴射孔の入口に対面していない。つまり、ニードルの先端円筒部分が各燃料噴射孔の入口に干渉していない。このため、ニードルが高リフト位置に位置決めされた場合、ニードルが低リフト位置に位置決めされた場合に比べて、燃料噴射孔の入口に到達した燃料がその流れを変える角度が小さいが、それでもなお、その角度は比較的急角度である。このため、ニードルが高リフト位置に位置決めされたときにも、燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積を抑制し、たとえ噴孔壁面に燃焼生成物が堆積してしまっていたとしてもその堆積している燃焼生成物の剥離を促進することができる。
【００４５】
また、第１実施形態の燃料噴射弁では、燃料噴射孔内、噴孔入口近傍壁面周辺の領域、および、噴孔出口近傍壁面周辺の領域に生成される強力なキャビテーションによって、燃料噴射孔から噴射される燃料の微粒化が促進される。このため、燃料の燃焼に起因するスモークの生成量が少なくなる。
【００４６】
なお、第２実施形態のニードルの溝は、その作用を考慮すれば、ニードルの中心軸線を中心軸線としてニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れを形成するように設けられた溝であるとも言える。また、第２実施形態の燃料噴射孔は、そこに到来する燃料の流れの方向を考慮すれば、ニードルの中心軸線を中心軸線としてニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に到来する燃料の流れの方向に対して鋭角をなす方向に延びるように形成された燃料噴射孔であるとも言える。
【００４７】
また、第２実施形態において、ニードルに上記溝を設ける代わりに或いは上記溝を設けるのに加えて、ニードルの中心軸線を中心軸線としてニードルの先端部周りを回りながら燃料噴射孔の入口に向かう燃料の流れを形成することができる突起をニードルの先端部のテーパ形状の外周壁面に設けてもよい。
【００４８】
また、第２実施形態の燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積の抑制に対する要求、または、燃料噴射弁の噴孔壁面に堆積している燃焼生成物の剥離の促進に対する要求のレベルに応じて、燃料噴射弁からの燃料噴射の形態を適宜選択することができる。すなわち、燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積の抑制に対する要求、または、燃料噴射弁の噴孔壁面に堆積している燃焼生成物の剥離の促進に対する要求が高いときには、ニードルを低リフト位置に位置決めしつつニードルリフト時間（すなわち、ニードルを低リフト位置に維持している時間）を調整することによって所定の量の燃料を燃料噴射弁から噴射させる燃料噴射の形態を選択し、こうした要求が低いときには、ニードルを高リフト位置に位置決めしつつニードルリフト時間（すなわち、ニードルを高リフト位置に維持している時間）を調整することによって所定の量の燃料を燃料噴射弁から噴射させる燃料噴射の形態を選択することができる。このため、第２実施形態の燃料噴射弁によれば、燃料噴射弁からの燃料噴射の形態の選択自由度が高い。したがって、燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積の抑制に対する要求、または、燃料噴射弁の噴孔壁面に堆積している燃焼生成物の剥離の促進に対する要求だけでなく、内燃機関に要求される性能などを考慮して燃料噴射の形態を選択することができる。
【００４９】
また、要求燃料噴射量（すなわち、燃料噴射弁から噴射させることを要求されている燃料の量）が比較的多く、且つ、ニードルを低リフト位置に維持している時間に上限がある場合、１機関サイクル（すなわち、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、および、排気行程を行うサイクル）中にニードルを一回だけ低リフト位置に位置決めしたのでは、要求燃料噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射させることができないこともある。この場合において、燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積の抑制に対する要求、または、燃料噴射弁の噴孔壁面に堆積している燃焼生成物の剥離の促進に対する要求が高いときには、１機関サイクル中にニードルを複数回、低リフト位置に位置決めすることによって（つまり、複数回の燃料噴射によって）燃料噴射弁の噴孔壁面への燃焼生成物の堆積を確実に抑制し、或いは、燃料噴射弁の噴孔壁面に堆積している燃焼生成物の剥離を確実に促進することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０…内燃機関、２２…燃料噴射弁、３０…ノズル、３１…ニードル、３４…燃料噴射孔、５０…溝、５１…ニードルの先端円筒部分
【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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