(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関に燃料を噴射するノズルにおいて、噴孔が存在する先端部が高温の燃焼ガスに繰り返し曝されてもデポジットの形成を抑制する。【解決手段】ノズルは、ノズルボディ３の外壁面に錐状の隆起２３を有し、噴孔１１は、外側の開口１１ｂを隆起２３の頂部２３ａに有している。これにより、開口縁１１ｂｅの周囲の外壁面は錐状に傾斜する。このため、開口縁１１ｂｅにおいて燃料に作用する表面張力σの内、固気界面の方向に作用する表面張力σａのベクトルは、噴孔１１から燃料が漏れ出す方向と反対の方向に分力成分を持つようになり、噴孔１１からの燃料の漏れ出しが抑制される。この結果、噴孔１１が存在する先端部が高温の燃焼ガスに繰り返し曝されてもデポジットの形成を抑制することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のノズルボディ（３）と、このノズルボディ（３）の内周に軸方向に移動可能となるように収容されるニードル（２）とを備え、前記ニードル（２）が前記ノズルボディ（３）の内周で軸方向に移動することで燃料の噴射を開始または停止する燃料噴射ノズル（１）において、
前記ノズルボディ（３）の内壁の一部であり、前記ニードル（２）に設けられたシート部（１３）が離着するシート位置（１０）と、
前記シート位置（１０）よりも軸方向の先端側で前記ノズルボディ（３）の内壁に開口し、前記シート部（１３）が前記シート位置（１０）から離座することで前記ノズルボディ（３）の内周から前記ノズルボディ（３）の外部に燃料を導く噴孔（１１）とを備え、
前記ノズルボディ（３）の外壁面には、少なくとも先端部が錐状である隆起（２３）が設けられ、
前記噴孔（１１）は、外側の開口（１１ｂ）を前記隆起（２３）の頂部（２３ａ）に有していることを特徴とする燃料噴射ノズル（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射ノズル（１）において、
前記隆起（２３）の先端部は円錐（２４）であり、この円錐（２４）の頂部に前記外側の開口（１１ｂ）が形成され、
前記円錐（２４）の母線と前記円錐（２４）の軸とのなす角度（φ）が０°＜φ≦６０°であることを特徴とする燃料噴射ノズル（１）。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料噴射ノズル（１）において、
前記隆起（２３）の先端部は円錐（２４）であり、前記隆起（２３）の頂部（２３ａ）は円形であって前記噴孔（１１）は前記円錐（２４）と同軸の円筒であり、
前記円錐（２４）の底における半径と前記隆起（２３）の頂部（２３ａ）の半径との差（Δｒ）は０．０３ｍｍよりも大きいことを特徴とする燃料噴射ノズル（１）。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の燃料噴射ノズル（１）において、
前記隆起（２３）は、前記外側の開口（１１ｂ）の周囲に窪み（２５）を形成することで設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を噴射する燃料噴射ノズル（以下、略してノズルと呼ぶことがある。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、内燃機関に燃料を噴射して供給する燃料噴射弁では、燃料を噴射するノズルと、このノズルを開弁駆動または閉弁駆動するアクチュエータとを備えるものが周知である。また、燃料噴射弁に用いられるノズル（燃料噴射ノズル）では、円筒状のノズルボディと、ノズルボディの内周に軸方向に移動可能となるように収容されるニードルとを備えるものが公知である。そして、このノズルは、ニードルがノズルボディの内周で軸方向に移動することで燃料の噴射を開始または停止する。
【０００３】
つまり、ノズルボディの内壁には、ニードルの軸方向の先端近傍に設けられたシート部が離着するシート位置が設けられ、さらに、シート位置よりも軸方向の先端側の内壁には、燃料の噴孔が複数開口している。そして、シート部がシート位置から離座することで、噴孔を通じてノズルボディの内周から外部に燃料が導かれて噴射される。
【０００４】
ところで、ノズルでは、シート部がシート位置に着座して噴射が停止されると、シート位置よりも先端側に残った燃料が噴孔から漏れてノズルボディの外側の表面に付着する。このため、例えば、ノズルを筒内噴射に用いた場合、噴孔が存在するノズルの先端部が高温の燃焼ガスに繰り返し曝され、漏れ出た燃料がデポジットになる。
【０００５】
そこで、デポジットの形成を抑制するため、ノズルボディの外側の表面、および、噴孔の内周面に撥水性の被膜層を設けて燃料の付着を抑制する技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
しかし、皮膜層は、高温の燃焼ガスに繰り返し曝されて劣化するものと考えられ、燃料の付着抑制効果が低下する虞が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１８２６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいて、噴孔が存在するノズルの先端部が高温の燃焼ガスに繰り返し曝されてもデポジットの形成を抑制することができる構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の燃料噴射ノズル（ノズル）は、筒状のノズルボディと、ノズルボディの内周に軸方向に移動可能となるように収容されるニードルとを備え、ニードルがノズルボディの内周で軸方向に移動することで燃料の噴射を開始または停止する。
また、ノズルは、次のシート位置および噴孔を備える。まず、シート位置は、ノズルボディの内壁の一部であり、ニードルに設けられたシート部が離着する。噴孔は、シート位置よりも軸方向の先端側でノズルボディの内壁に開口し、シート部がシート位置から離座することでノズルボディの内周からノズルボディの外部に燃料を導く。そして、ノズルボディの外壁面には、少なくとも先端部が錐状である隆起が設けられ、噴孔は、外側の開口を隆起の頂部に有している。
【０００９】
これにより、噴孔の外側開口縁の周囲の外壁面は錐状に傾斜する。このため、噴孔の外側開口縁において燃料に作用する表面張力の内、固気界面の方向に作用する表面張力は、噴孔から燃料が漏れ出す方向と反対の方向に分力を持つようになり、噴孔からの燃料の漏れ出しが抑制される。この結果、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいて、噴孔が存在するノズルの先端部が高温の燃焼ガスに繰り返し曝されてもデポジットの形成を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ノズルの構成図である（実施例１）。
【図２】（ａ）はノズルの先端部を示す部分構成図であり、（ｂ）はノズルの要部を示す（ａ）の部分拡大図である（実施例１）。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である（実施例１）。
【図４】ノズルの先端部の外観図である（実施例１）。
【図５】噴孔の外側の開口縁における表面張力を示す説明図である（実施例１）。
【図６】噴孔の外側の開口縁における表面張力を示す説明図である（参考例）。
【図７】ノズルの要部を示す図２（ｂ）相当の部分拡大図である（実施例２）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態の燃料噴射ノズルを、以下の実施例１、２に基づき説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００１２】
〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料噴射ノズル１（以下、ノズル１と呼ぶ。）の構成を、図面を用いて説明する。
ノズル１は、開弁して燃料を噴射するものであり、ノズル１を開弁駆動または閉弁駆動するアクチュエータ（図示せず。）とともに燃料噴射弁を構成する。そして、燃料噴射弁は、例えば、内燃機関（図示せず。）に搭載され、１００ＭＰａを超える高圧の燃料を気筒内に直接噴射するために用いられる。
【００１３】
なお、アクチュエータは、例えば、ノズル１の弁体（後記するニードル２）に作用する背圧を増減して弁体を駆動するものであり、コイル（図示せず。）への通電により発生する磁気力を利用して背圧室（図示せず。）を開閉することで背圧を増減する。
そして、燃料噴射弁は、例えば、燃料を高圧化して吐出する燃料供給ポンプ（図示せず。）、および、燃料供給ポンプから吐出された燃料を高圧状態で蓄圧する蓄圧容器（図示せず。）とともに蓄圧式の燃料供給装置を構成し、蓄圧容器から高圧の燃料を分配されて気筒内に噴射する。
【００１４】
ノズル１は、図１に示すように、円筒状のノズルボディ３と、ノズルボディ３の内周に軸方向に移動可能となるように収容される弁体としてのニードル２とを備える。そして、ノズル１は、ニードル２がノズルボディ３の内周で軸方向に移動することで燃料の噴射を開始または停止する。
【００１５】
ここで、ニードル２は、ノズルボディ３により軸方向に摺動自在に支持される摺動軸部２ａ、および、実質的に弁部として機能する円錐状の先端部２ｂを有し、摺動軸部２ａと先端部２ｂとの間は軸方向に長い円柱部２ｃをなす。
ノズルボディ３の内周は、軸方向に長い円筒状をなし先端が閉じられている。また、ノズルボディ３の内周の一部は、局部的に径方向に拡大され、噴射すべき燃料が一時的に溜まる燃料溜まり４をなす。
【００１６】
そして、ノズルボディ３の内周の内、燃料溜まり４の軸方向後端側の領域は、摺動軸部２ａを摺動自在に支持するための摺動孔５をなし、燃料溜まり４の軸方向先端側の領域は、先端部２ｂおよび円柱部２ｃを収容して円環筒状の燃料通路６を形成する。なお、ノズルボディ３には、蓄圧容器から受け入れた燃料を燃料溜まり４に導くための燃料通路７が、別途、燃料溜まり４に接続している。
【００１７】
また、ノズル１は、次の、シート位置１０および噴孔１１を備える。
まず、シート位置１０は、ノズルボディ３の先端近傍の内壁の一部であり、先端部２ｂに設けられたシート部１３が離着する。
ここで、先端部２ｂの外周面は、図２に示すように、例えば、３つの異なる円錐面１４ａ、１４ｂ、１４ｃが先端から軸方向後端側に同軸に連続するものであり、円錐面１４ａ〜１４ｃは、それぞれの母線とニードル２の軸αとの間に形成される角度が先端側ほど大きくなっている。そして、円錐面１４ａ、１４ｂ同士の交線１５ａ、および円錐面１４ｂ、１４ｃ同士の交線１５ｂは軸αに垂直な円であり、交線１５ｂがシート部１３として機能し、シート位置１０は円形である。
【００１８】
また、ノズルボディ３の先端近傍の内壁は、以下の円錐面１７、円筒面１８および半球面１９を有し、ノズルボディ３の内周先端を袋状に閉じている。
円錐面１７は、ノズルボディ３の軸βと同軸に設けられ、軸方向先端側ほど小径であって先端が円２０である。そして、円錐面１７にシート位置１０が形成される。また、円筒面１８は、軸βと同軸に設けられ、円２０と同径であって円２０から円錐面１７に軸方向先端側に連続する。さらに、半球面１９は、円筒面１８と同径であり、軸方向先端側に凸を形成するように円筒面１８に連続する。
【００１９】
次に、噴孔１１は、シート位置１０よりも軸方向の先端側でノズルボディ３の内壁に開口し、シート部１３がシート位置１０から離座することでノズルボディ３の内周から外部に燃料を導く。つまり、シート部１３がシート位置１０から離座することで、シート部１３とシート位置１０との間に隙間が形成され、この隙間を通って燃料通路６から噴孔１１に燃料が導入されてノズルボディ３の外部に噴射される。なお、噴孔１１の軸γは直線であり、噴孔１１は円筒形状に設けられている。また、噴孔１１の内側の開口１１ａは、円筒面１８と半球面１９とに跨るように設けられている。
【００２０】
以下、ノズル１の特徴的な構成を、図２〜図４を用いて説明する。
ノズル１は、特徴的な構成として、ノズルボディ３の外壁面に錐状の隆起２３を有し、噴孔１１は、外側の開口１１ｂを隆起２３の頂部２３ａに有している。また、隆起２３は円錐２４であり、円錐２４の頂部に開口１１ｂが形成されている。ここで、円錐２４は噴孔１１と同軸であり、円錐２４の母線と円錐２４の軸（噴孔１１の軸γ）とのなす角度φは０°＜φ≦６０°である。
【００２１】
さらに、隆起２３の頂部２３ａは円形であって開口１１ｂが頂部２３ａのほぼ全領域を占める。つまり、開口１１ｂは円形であり、開口１１ｂの縁（以下、開口縁１１ｂｅと呼ぶ。）と頂部２３ａの周縁と隙間は０．０３ｍｍ以下であって略一致している。そして、隆起２３の底２３ｂ（つまり、円錐２４の底）の半径と頂部２３ａの半径との差Δｒは０．０３ｍｍよりも大きく、隆起２３は、頂部２３ａから底２３ｂに向って確実に錐状に広がっている。
なお、隆起２３は、開口１１ｂの周囲に窪み２５を形成することで設けられている。
【００２２】
〔実施例１の作用効果〕
実施例１のノズル１は、ノズルボディ３の外壁面に錐状の隆起２３を有し、噴孔１１は、外側の開口１１ｂを隆起２３の頂部２３ａに有している。
これにより、開口縁１１ｂｅの周囲の外壁面は錐状に傾斜する。このため、開口縁１１ｂｅにおいて燃料に作用する表面張力σの内、固気界面の方向に作用する表面張力σａのベクトルは、噴孔１１から燃料が漏れ出す方向と反対の方向に分力成分を持つようになり、噴孔１１からの燃料の漏れ出しが抑制される。
【００２３】
ここで、噴孔１１からの燃料の漏れ出しが抑制されるメカニズムを、図５および図６を用いて参考例の噴孔１００の外側の開口１００ｂとの比較により説明する（開口１００ｂの縁を開口縁１００ｂｅと呼ぶ。）。
なお、説明の便宜のため、実施例１、参考例ともに、開口１１ｂ、１００ｂは、それぞれ、噴孔１１、１００の軸γと垂直である円形とみなし、参考例の噴孔１００では、充分に平面とみなせる平坦面１０１に開口１００ｂが設けられ、平坦面１０１に開口１００ｂが含まれるものとする。また、実施例１、参考例ともに、軸γを中心軸（Ｚ軸）とする円柱座標系（ｒ、θ、Ｚ）を考え、Ｚ軸は噴孔１１、１００の外側に向かう方向を正の方向とし、ｒ軸は軸γから外周側に向かう方向を正の方向とする。
【００２４】
さらに、噴孔１１、１００から漏れ出そうとする燃料は外側に凸のメニスカスＸを形成し、メニスカスＸは、実施例１、参考例ともに同じ形状になり、開口縁１１ｂｅ、１００ｂｅにおける接触角ψも同じになるものとみなす。また、固気界面の方向に作用する表面張力σａ、気液界面の方向に作用する表面張力σｂ、および、固液界面の方向に作用する表面張力σｃの大きさも開口縁１１ｂｅ、１００ｂｅともに同じになるものとみなす。
【００２５】
以下、表面張力σに基づき、開口縁１１ｂｅ、１００ｂｅそれぞれのθ方向の微小長さｄＬに作用する力Ｆを、ｒ方向、Ｚ方向に分けて考える。
まず、参考例の開口縁１００ｂｅにおける微小長さｄＬのｒ方向、Ｚ方向それぞれの分力Ｆｒ０、ＦＺ０は、下記の数式１、２で表される。
〔数式１〕Ｆｒ０＝（σａ−σｂ・ｓｉｎψ）・ｄＬ
〔数式２〕ＦＺ０＝（σｂ・ｃｏｓψ−σｃ）・ｄＬ
【００２６】
次に、実施例１の開口縁１１ｂｅにおける微小長さｄＬのｒ方向、Ｚ方向それぞれの分力Ｆｒ、ＦＺは、下記の数式３、４で表される。
〔数式３〕Ｆｒ＝（σａ・ｓｉｎφ−σｂ・ｓｉｎψ）・ｄＬ
〔数式４〕ＦＺ＝（σｂ・ｃｏｓψ−σｃ−σａ・ｃｏｓφ）・ｄＬ
【００２７】
数式２、４を比較すると、実施例１の分力ＦＺは、参考例の分力ＦＺ０よりも、σａ・ｃｏｓφに係わる部分だけ小さくなる。そして、σａ・ｃｏｓφは、開口縁１１ｂｅの周囲の外壁面が錐状に角度φだけ傾斜していることにより生じる。
【００２８】
以上により、開口縁１１ｂｅの周囲の外壁面を錐状に傾斜させ、表面張力σａのベクトルにＺ軸の負の方向（噴孔１１から燃料が漏れ出す方向と反対の方向）に分力成分を持たせることで、噴孔１１からの燃料の漏れ出しを抑制することができる。
このため、噴孔１１が存在するノズル１の先端部が高温の燃焼ガスに繰り返し曝されてもデポジットの形成を抑制することができる。
【００２９】
また、角度φを０°＜φ≦６０°の範囲とすることにより、σａ・ｃｏｓφを確実にゼロよりも大きな数値に設定することができる。このため、確実に、表面張力σａのベクトルにＺ軸の負の方向に分力成分を持たせ、噴孔１１からの燃料の漏れ出しを抑制することができる。
【００３０】
また、隆起２３の底２３ｂ（円錐２４の底）の半径と隆起２３の頂部２３ａの半径との差Δｒは０．０３ｍｍよりも大きい。
開口縁１１ｂｅと頂部２３ａの周縁との間には、加工精度に応じて０．０３ｍｍ以下の範囲で環状の隙間が生じる可能性がある。そこで、差Δｒを０．０３ｍｍよりも大きく設定しておくことで、隆起２３を、頂部２３ａから底２３ｂに向って確実に錐状に広げることができる。
さらに、開口１１ｂの周囲に窪み２５を形成することで隆起２３を設けているので、隆起２３を簡易に設けることができる。
【００３１】
〔実施例２〕
実施例２のノズル１によれば、隆起２３は、図７に示すように、円錐２４と円柱２７とからなる。ここで、円柱２７は、円錐２４と同軸、かつ、円錐２４の底と同径であり、円錐２４の底の側に連続する。また、噴孔１１は、円錐２４および円柱２７の軸と同軸となるように隆起２３を貫通している。
このような態様でも、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３２】
〔変形例〕
ノズル１の態様は実施例に限定されず、種々の変形例を考えることができる。例えば、実施例１、２のノズル１によれば、隆起２３の先端部は円錐２４であったが、例えば角錐のように、円錐２４以外の錐状の形状に隆起２３を設けてもよい。
また、実施例１、２のノズル１によれば、隆起２３は開口１１ｂの周囲に窪み２５を形成することで設けられていたが、窪み２５を形成せず隆起２３を設けてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  ノズル（燃料噴射ノズル）  ２  ニードル  ３  ノズルボディ  １０  シート位置  １１  噴孔  １１ｂ  開口（外側の開口）  １３  シート部  ２３  隆起  ２３ａ  頂部
【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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