(57)【要約】【課題】エンジン等に対する燃料の噴霧状態を変更でき、製造コストを低減させた燃料噴射装置を提供する。【解決手段】噴孔１２を有するノズルボディ１０と、ノズルボディ１０内に配置されたニードル弁２０と、を備え、ノズルボディ１０は、シート面１１に掛かる内壁に全周溝１３が形成され、全周溝１３内に噴孔１２の入口が形成されている燃料噴射装置１００とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔を有するノズルボディと、
前記ノズルボディ内に配置されたニードル弁と、
を備え、
前記ノズルボディは、前記ニードル弁の外周面が着座するシート面に掛かる内壁に全周溝が形成され、前記全周溝内に前記噴孔の入口が形成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射装置であって、
前記ノズルボディのシート面を延長した仮想線（Ｓ）と前記噴孔の中心軸（Ｈ）の交点（Ｑ）が、前記全周溝の最大径位置からノズル中心軸（Ｎ）に対して平行に延長した仮想線（Ｖ）と前記全周溝の最下端からノズル中心線（Ｎ）に対して垂直に延長した仮想線（Ｌ）の交点（Ｐ）から仮想線（Ｌ）に対して角度θ＝４５±１５°の角度範囲内にあることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料噴射装置であって、
前記噴孔の中心軸（Ｈ）がノズル中心軸（Ｎ）からオフセットしていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料噴射装置であって、
前記噴孔の中心軸（Ｈ）と、ノズル中心軸（Ｎ）を含み前記中心軸（Ｈ）に対して垂直な仮想面（Ｍ）と、の交点（Ｇ）が、前記仮想面（Ｍ）内において前記全周溝の最大径位置からノズル中心軸（Ｎ）に対して平行に延長した仮想線（Ｖ）と前記全周溝の最下端からノズル中心線（Ｎ）に対して垂直に延長した仮想線（Ｌ）の交点（Ｐ）から仮想線（Ｌ）に対して角度θ＝４５±１５°の角度範囲内にあることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置であって、
前記ニードル弁の外周面又は前記ノズルボディの内周面にノズル中心軸（Ｎ）に対して旋回する旋回溝が設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴霧形状を変更できる燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のエンジンに対して燃料を噴射する燃料噴射装置において、噴孔から噴射させる燃料の噴霧状態を変更する技術が開発されている。
【０００３】
例えば、複数の噴孔を備えるノズルボディとノズボディ内に配置されたニードル弁とを備えたノズルにおいて、ニードル弁の周囲に燃料を旋回させるための溝である燃料旋回部とそこに燃料を導く案内溝を設けた構成が開示されている（特許文献１）。噴孔と燃料旋回部との一部がオーバーラップする位置では燃料を拡散噴霧状態となり、オーバーラップしない位置では柱状噴霧状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１８４９３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、ニードル弁の外周面に噴孔の一部とオーバーラップする燃料旋回部のような溝を設ける場合、ノズルボディに対してニードル弁が適切な位置までリフトアップされたときに噴孔と燃料旋回部の溝とがオーバーラップするような適切な位置に溝を形成する必要がある。このような位置に燃料旋回部となる溝を加工することは非常に高い加工精度が必要とされ、加工コストが高くなる。特に、近年の排気ガス規制の条件を満たすためには噴孔を０．１ｍｍ以下まで小径化する場合があり、このように小さな径の噴孔に対して適切な位置に溝を加工することは難しく、さらなるコストアップの原因となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディ内に配置されたニードル弁と、を備え、前記ノズルボディは、前記ニードル弁の外周面が着座するシート面に掛かる内壁に全周溝が形成され、前記全周溝内に前記噴孔の入口が形成されていることを特徴とする燃料噴射装置である。
【０００７】
ここで、前記ノズルボディのシート面を延長した仮想線（Ｓ）と前記噴孔の中心軸（Ｈ）の交点（Ｑ）が、前記全周溝の最大径位置からノズル中心軸（Ｎ）に対して平行に延長した仮想線（Ｖ）と前記全周溝の最下端からノズル中心線（Ｎ）に対して垂直に延長した仮想線（Ｌ）の交点（Ｐ）から仮想線（Ｌ）に対して角度θ＝４５±１５°の角度範囲内にあることが好適である。
【０００８】
また、前記噴孔の中心軸（Ｈ）がノズル中心軸（Ｎ）からオフセットしていることが好適である。
【０００９】
また、前記噴孔の中心軸（Ｈ）と、ノズル中心軸（Ｎ）を含み前記中心軸（Ｈ）に対して垂直な仮想面（Ｍ）と、の交点（Ｇ）が、前記仮想面（Ｍ）内において前記全周溝の最大径位置からノズル中心軸（Ｎ）に対して平行に延長した仮想線（Ｖ）と前記全周溝の最下端からノズル中心線（Ｎ）に対して垂直に延長した仮想線（Ｌ）の交点（Ｐ）から仮想線（Ｌ）に対して角度θ＝４５±１５°の角度範囲内にあることが好適である。
【００１０】
また、前記ニードル弁の外周面又は前記ノズルボディの内周面にノズル中心軸（Ｎ）に対して旋回する旋回溝が設けられていることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、エンジン等に対する燃料の噴霧状態を変更でき、製造コストを低減させた燃料噴射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態における燃料噴射装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】第１の実施の形態における燃料噴射装置の構成を示す平面断面図である。
【図３】第１の実施の形態における燃料噴射装置の全周溝の位置を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態における低リフト時の燃料の流れの例を示す図である。
【図５】第１の実施の形態における低リフト時の燃料の流れの例を示す図である。
【図６】第１の実施の形態における高リフト時の燃料の流れの例を示す図である。
【図７（ａ）】第１の実施の形態における燃料の噴射状態を示す図である。
【図７（ｂ）】第１の実施の形態における燃料の噴射状態を示す図である。
【図８】第１の実施の形態における燃料噴射装置の変形例を示す側面断面図である。
【図９】第２の実施の形態における燃料噴射装置の構成を示す側面断面図である。
【図１０】第２の実施の形態における燃料噴射装置の構成を示す平面断面図である。
【図１１】第２の実施の形態における燃料噴射装置の全周溝の位置を説明する図である。
【図１２】第２の実施の形態における燃料噴射装置の全周溝の位置を説明する図である。
【図１３】第２の実施の形態における低リフト時の燃料の流れの例を示す図である。
【図１４】変形例における燃料噴射装置の構成を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
本発明の実施の形態における燃料噴射装置１００は、図１の部分拡大断面図に示すように、ノズルボディ１０及びニードル弁２０を備える。ノズルボディ１０は、略円筒状であり、内部にニードル弁２０を収納する空間を有する。ニードル弁２０は、ノズルボディ１０内に収納され、ノズル中心軸Ｎに沿って往復運動が可能に配置される。
【００１４】
ノズルボディ１０のノズル側となる先端部は略円錐状に形成され、ノズルボディ１０の内壁面は、燃料の流れの上流側が円筒状とされ、下流側が円錐状に形成される。内壁面の円錐状部はニードル弁２０が着座するシート面１１とされている。
【００１５】
シート面１１よりも下流側に噴孔１２が設けられる。噴孔１２は、ノズルボディ１０の内壁面とニードル弁２０の外壁面との間隙を通って供給される燃料を噴霧するための孔である。噴孔１２の径は、これに限定されるものではないが、０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下程度の大きさにすることが好適である。噴孔１２は、図２の平面断面図に示すように、ノズル中心軸Ｎから放射状に複数（例えば６〜１２個）設けられる。なお、図２は、図１のラインＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄに沿った断面図である。すなわち、噴孔１２は、ノズルボディ１０の半径方向に向いており、ノズルボディ１０の周方向に沿って所定間隔で配置される。
【００１６】
ニードル弁２０の先端部は、ノズルボディ１０の内壁面と対応する円錐状に形成される。円錐状部の表面は、ノズルボディ１０のシート面１１に着座するシート部２１となる。
【００１７】
燃料噴射装置１００は、ニードル弁２０をノズル中心軸Ｎに沿って移動させるためのニードル移動機構（図示しない）を備える。ノズルボディ１０内を下流方向にニードル弁２０を移動させるとシート部２１がシート面１１に接触する。これによって、燃料噴射装置１００は閉弁状態となる。閉弁状態からニードル弁２０を上流方向に移動させると、シート部２１とシート面１１とが離間され、シート部２１とシート面１１との間隙を通じて燃料が噴孔１２に供給される。これによって、燃料噴射装置１００は開弁状態となる。
【００１８】
以下、ニードル移動機構によって、シート部２１がシート面１１から十分に離れた状態までニードル弁２０が移動（リフト）された状態を高リフト状態と称し、シート部２１とシート面１１とが近い状態を低リフト状態と称する。
【００１９】
本実施の形態では、ノズルボディ１０のシート面１１に燃料旋回部としての全周溝１３が設けられる。全周溝１３は、その内側に噴孔１２の入口が位置するように、シート面１１の内周面をノズル中心軸Ｎの周りを周回するように環状に切欠いて形成される。全周溝１３は、平面ではなく、曲面となるように形成することが好適である。
【００２０】
ここで、図３に示すように、ノズルボディ１０のシート面１１を延長した仮想線Ｓと噴孔１２の中心軸Ｈとの交点Ｑが、全周溝１３の最大径位置（ノズル中心軸Ｎから最も離れた位置）からノズル中心軸Ｎに対して平行に延長した仮想線Ｖと全周溝１３の最下端（最も下流側の端部）からノズル中心線Ｎに対して垂直に延長した仮想線Ｌの交点Ｐから仮想線Ｌに対して角度θ＝４５±１５°の角度範囲内となるようにすることが好適である。
【００２１】
ニードル弁２０のシート部２１が、ノズルボディ１０のシート面１１に着座しているときには噴孔１２への通路が閉じられる。この状態からリフト量の小さい低リフト位置にニードル弁２０を移動させると、ノズルボディ１０の内壁面とニードル弁２０のシート部２１との間に僅かな間隙が生じる。この状態において燃料噴射装置１００に燃料を供給すると、図４に示すように、ニードル弁２０の外表面に沿って燃料が全周溝１３内に流入し、全周溝１３内において縦渦３０が形成される。燃料は、縦渦３０となって全周溝１３内において旋回しながら噴孔１２の入口に流入する。図５に示すように、噴孔１２の入口の左右から螺旋状に燃料が流入するので、噴孔１２内ではそれぞれが異なる渦中心（図中、破線で示す）をもつ双子渦３２となって旋回しながら噴孔１２の出口から噴出される。噴孔１２の出口から噴射された燃料は双子渦３２の旋回する流れに起因する遠心力によって噴霧が半径方向に分散され、噴霧角が大きなものとなる。これによって、燃料の運動量が広範囲に分散するので貫徹力が小さくなる。
【００２２】
ニードル弁２０のリフト量が大きくなり、ニードル弁２０のシート部２１とノズルボディ１０のシート面１１との間隙が拡がると、図６に示すように、シート部２１とシート面１１との間の燃料の流路が拡がり、全周溝１３内での縦渦３０が弱く又は形成されなくなる。したがって、燃料は渦となって旋回することなく噴孔１２の出口まで流れる。したがって、噴霧角が小さな、貫徹力が大きい噴霧が形成される。
【００２３】
図７は、実際の燃料噴射装置１００の８倍のサイズに拡大した模型を用いて、ニードル弁２０のリフト量が小さい場合（図７（ａ））と大きい場合（図７（ｂ））の噴霧角の違いを観察した結果を示す。図７では、６方向に噴射された燃料の様子が観察されている。観察には、燃料の代わりに水を用いた。このときのレイノルズ数は実サイズを用いて１７０ＭＰａの噴射圧で燃料を噴射するときと一致するように噴射圧を０．５ＭＰａ（ゲージ圧）に設定し、大気圧場に噴射した。ニードル弁２０のリフト量が小さい状態では噴霧の広がりが大きいのに対して、リフト量が大きい状態では噴霧の広がりが小さくなる。
【００２４】
このように、本実施の形態における燃料噴射装置１００によれば、ニードル弁２０のリフト量が小さい状態では燃料の噴霧角が大きく、貫徹力が小さな噴霧が得られる。また、ニードル弁２０のリフト量が大きい状態では燃料の噴霧角が小さく、貫徹力が大きな噴霧が得られる。
【００２５】
なお、図１に示した実施の形態では全周溝１３とサック部１４とが直接繋がった構成とされている。しかしながら、これに限定されるものではなく、図８に示すように、ノズルボディ１０のシート面１１に全周溝１３を形成し、シート面１１の一部を介して全周溝１３とサック部１４とが繋がった構成としてもよい。
【００２６】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態における燃料噴射装置２００は、図９の側面断面図及び図１０の平面断面図に示すように、噴孔１２の中心軸Ｈをノズル中心線Ｎからオフセットさせた構成とされている。なお、図１０は、図９のラインＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄに沿った断面図である。
【００２７】
噴孔１２は、図１０の平面断面図に示すように、ノズル中心軸Ｎからオフセットさせた位置から放射状に複数（例えば６〜１２個）設けられる。すなわち、噴孔１２は、ノズル中心軸Ｎからノズルボディ１０の半径方向に向かうラインから距離Ｘだけオフセットされた位置においてノズルボディ１０の半径方向に向けてノズルボディ１０の周方向に沿って所定間隔で配置される。
【００２８】
ここで、図１１に示すように、噴孔１２の中心軸Ｈと、ノズル中心軸Ｎを含み中心軸Ｈに対して垂直な仮想面Ｍ（図中、平面図への投影線として示す）と、の交点Ｇが、図１２に示すように、仮想面Ｍ内において全周溝１３の最大径位置からノズル中心軸Ｎに対して平行に延長した仮想線Ｖと全周溝１３の最下端からノズル中心線Ｎに対して垂直に延長した仮想線Ｌの交点Ｐから仮想線Ｌに対して角度θ＝４５±１５°の角度範囲内となるようにすることが好適である。
【００２９】
本実施の形態においても、図１３に示すように、全周溝１３の燃料が螺旋状に旋回しながら噴孔１２の入口から噴孔１２内に流入する。このとき、噴孔１２の延設方向（中心軸Ｈに沿った方向）からの流れ（図中、左側からの流れ）は噴孔１２に比較的スムーズに流入し、燃料はそのまま噴孔１２内において旋回しながら噴孔１２の出口から噴出される。一方、噴孔１２の延設方向（中心軸Ｈに沿った方向）に沿わない流れ（図中、右側からの流れ）も噴孔１２の延設方向（中心軸Ｈに沿った方向）の流れ（図中、左側からの流れ）に沿って流れを妨げることなく噴孔１２に流入する。これにより、噴孔１２内では１つの大きな旋回流が形成され、噴孔１２の出口では強い遠心力が作用して、大きな噴霧角の噴霧が形成される。なお、ニードル弁２０のリフト量が大きい状態では、第１の実施の形態と同様に、噴霧角が小さくなる。
【００３０】
＜変形例＞
図１４に示すように、上記実施の形態において、ニードル弁２０の外周面及びノズルボディ１０の内周面の少なくとも一方にノズル中心軸Ｎに対して螺旋状の旋回溝４０を設けることも好適である。
【００３１】
旋回溝４０を設けることによって、閉弁状態でのニードル弁２０の外周面とノズルボディ１０の内周面との間隙に燃料が供給されると、旋回溝４０に沿ってノズル中心軸Ｎに対して螺旋状の燃料の流れが生ずる。これにより、全周溝１３にも燃料が螺旋状に旋回しながら流入し、噴孔１２の左右のいずれか一方からの流れが主流となり、他方が副流となって噴孔１２内に流入する。その結果、噴孔１２内では１つの大きな旋回流が形成され、噴孔１２の出口では強い遠心力が作用して、大きな噴霧角の噴霧が形成される。
【００３２】
なお、図１４では、ニードル弁２０の外周面に旋回溝４０を設けた構成としたが、ノズルボディ１０の内周面に旋回溝４０を設けてもよいし、その両方に旋回溝４０を設けてもよい。また、本変形例は、上記複数の実施の形態のいずれにも適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ノズルボディ、１１  シート面、１２  噴孔、１３  全周溝、１４  サック部、２０  ニードル弁、２１  シート部、３０  縦渦、３２  双子渦、４０  旋回溝、１００，２００  燃料噴射装置。
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図７（ａ）】
2016061225.tif 000014
【図７（ｂ）】
2016061225.tif 000015
【図８】
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【図９】
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