(57)【要約】【課題】燃料噴射弁の噴孔出口側の拡径部の周辺へのデポジットの付着を抑制する。【解決手段】燃料が噴射される空間には常温の空気が存在し、且つ、燃料噴射圧力が４０（ＭＰａ）、燃料が噴射される空間の圧力が０．８８（ＭＰａ）、燃料噴射量が２０（ｍｍ３／ｓｔ）である所定の条件下での燃料噴霧角をＴＨ（ｄｅｇ）とし、さらに、拡径部の中心軸方向の高さをＨＡ（μｍ）とし、噴孔の中心軸から拡径部の内周面までの最短距離から噴孔の半径を減算した値をＸＡ（μｍ）とした場合に、２．９５・ＴＨ＋１４２＜ＸＡ−０．１２・ＨＡの関係を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する噴孔を有する燃料噴射弁において、
前記噴孔の出口部を拡径した拡径部を備え、
燃料が噴射される空間には常温の空気が存在し、且つ、燃料噴射圧力が４０（ＭＰａ）、燃料が噴射される空間の圧力が０．８８（ＭＰａ）、燃料噴射量が２０（ｍｍ３／ｓｔ）である所定の条件下での燃料噴霧角をＴＨ（ｄｅｇ）とし、さらに、前記拡径部の中心軸方向の高さをＨＡ（μｍ）とし、前記噴孔の中心軸から前記拡径部の内周面までの最短距離から前記噴孔の半径を減算した値をＸＡ（μｍ）とした場合に、
２．９５・ＴＨ＋１４２＜ＸＡ−０．１２・ＨＡ
の関係を有する燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料噴射弁の噴孔の出口側を拡径させることにより、燃料の噴霧角度が変化することを抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６１２７１号公報
【特許文献２】特開２０１５−２２７６２２号公報
【特許文献３】特開２００９−２７０４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
噴孔の出口側を拡径した拡径部では、拡径部より外側の空間よりも、燃料噴射時に圧力が低くなり得る。このため、拡径部より外側の空間から拡径部内や拡径部の周りに向かう気流が生じるため、拡径部より外側の空間に存在していた燃料が拡径部内や拡径部の周りに付着し易くなる。そして、拡径部の周りに付着した燃料がデポジットとして堆積すると、燃料の噴霧に干渉する虞がある。このようにして燃料の噴霧がデポジットに干渉すると、燃料の噴霧角度が変化したり、噴孔周辺の気流が変化したりして、所望の状態の燃料噴霧を形成することができなくなるため、所望の燃焼状態を得られなくなる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射弁の噴孔出口側の拡径部の周辺へのデポジットの付着を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、燃料を噴射する噴孔を有する燃料噴射弁において、前記噴孔の出口部を拡径した拡径部を備え、燃料が噴射される空間には常温の空気が存在し、且つ、燃料噴射圧力が４０（ＭＰａ）、燃料が噴射される空間の圧力が０．８８（ＭＰａ）、燃料噴射量が２０（ｍｍ３／ｓｔ）である所定の条件下での燃料噴霧角をＴＨ（ｄｅｇ）とし、さらに、前記拡径部の中心軸方向の高さをＨＡ（μｍ）とし、前記噴孔の中心軸から前記拡径部の内周面までの最短距離から前記噴孔の半径を減算した値をＸＡ（μｍ）とした場合に、２．９５・ＴＨ＋１４２＜ＸＡ−０．１２・ＨＡの関係を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料噴射弁の噴孔出口側の拡径部の周辺へのデポジットの付着を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例に係る燃料噴射弁の噴孔の断面図である。
【図２】底辺長ＸＡと、噴霧からデポジットまでの距離ＹＡと、の関係を示した図である。
【図３】拡径部高さＨＡと、噴霧からデポジットまでの距離ＹＡと、の関係を示した図である。
【図４】ＸＡ−０．１２・ＨＡと、ＹＡとの関係を示した図である。
【図５】拡径部の負圧と、デポジットの高さＨＢと、の関係を示した図である。
【図６】ＸＡ−０．１２・ＨＡと、デポジットの高さＨＢと、の関係を示した図である。
【図７】ＸＡ−０．１２・ＨＡと、デポジットの高さＨＢと、干渉高さＨＣと、の関係を示した図である。
【図８】デポジットの高さＨＢと干渉高さＨＣとが等しいときの、噴霧角ＴＨと、ＸＡ−０．１２・ＨＡと、の関係を示した図である。
【図９】燃料噴射弁の中心軸の延長線上から燃料噴射弁の噴霧を見た図である。
【図１０】図９に示した複数の噴霧のうちの１つの噴霧を拡大した図である。
【図１１】実施例に係る燃料噴射弁の噴孔を示した第二の断面図である。
【図１２】実施例に係る燃料噴射弁の噴孔を示した第三の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１０】
＜実施例＞
図１は、本実施例に係る燃料噴射弁１の噴孔２の断面図である。図１に示す燃料噴射弁１は、ディーゼル機関の気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。噴孔２は複数設けられているが、何れも同形状のため１つの噴孔２で説明する。
【００１１】
噴孔２の出口側には、該噴孔２よりも拡径されている拡径部３が設けられている。図１に示した燃料噴射弁１では、共に断面が円形の噴孔２及び拡径部３が、同一の中心軸４周りに形成されている。噴孔２の半径をＲ１（μｍ）とし、拡径部３の半径をＲ２（μｍ）とする。なお、噴孔２の中心軸４から拡径部３の内周面３Ａまでの最短距離から噴孔２の半径Ｒ１を減算した値を底辺長ＸＡとする。図１においては、噴孔２と拡径部３との中心軸４が同一のため、拡径部３の半径Ｒ２から噴孔２の半径Ｒ１を減算した値が、底辺長ＸＡとなる。すなわち、拡径部３の内周面３Ａから噴孔２の内周面２Ａまでの最短距離を底辺長ＸＡとする。また、拡径部３の中心軸４方向の高さをＨＡ（以下、拡径部高さＨＡともいう。）としている。すなわち、燃料噴射弁１の外面１Ａから拡径部３の底面３Ｂまでの距離を拡径部高さＨＡとする。また、噴孔２から噴射された燃料の噴霧５の噴霧角をＴＨ（ｄｅｇ）で示している。噴霧角ＴＨは、噴孔２から燃料が噴射されたときの燃料が広がる角度である。なお、本実施例では、燃料が噴射される空間には常温の空気が存在し、燃料噴射圧力が４０（ＭＰａ）、燃料が噴射される空間の圧力が０．８８（ＭＰａ）、燃料噴射量が２０（ｍｍ３／ｓｔ）である所定の条件下で求められる噴霧角を、本実施例に係る噴霧角ＴＨとしている。
【００１２】
上記のような燃料噴射弁１を用いて内燃機関の気筒内に燃料を噴射させ、この燃料を燃焼させた場合には、拡径部３の形状によっては、燃料噴射時に該拡径部３が負圧になる。このため、噴孔２から噴射された燃料が拡径部３側に引き寄せられて、拡径部３やその周辺に付着し易くなる。そうすると、拡径部３やその周辺にデポジット６が堆積し易くなる。ここで、図１において、中心軸４方向のデポジット６の高さをＨＢ（μｍ）で示している。デポジットの高さＨＢが高くなって、燃料の噴霧５に干渉すると、燃料濃度や燃料の微粒化、噴霧５の形状に影響を与えるため、所望の燃焼状態を得られなくなり、例えばスモークが発生する虞がある。なお、デポジット６が噴霧５に達したときの中心軸４方向のデポジット６の高さをＨＣ（μｍ）で示している。以下では、ＨＣを干渉高さという。
【００１３】
そこで本実施例では、燃料噴射時に拡径部３の負圧が小さくなるように該拡径部３を形成する。このため、以下の関係を満たすように拡径部３を形成する。
２．９５・ＴＨ＋１４２＜ＸＡ−０．１２・ＨＡ・・・式１
【００１４】
ここで、図２は、底辺長ＸＡと、噴霧からデポジットまでの距離ＹＡと、の関係を示した図である。この図２の関係は、底辺長ＸＡのみを変化させて実験により求めた。ここでいうデポジットは、燃料噴射を十分に長い時間行って高さＨＢが収束したときのデポジットである。ここで、噴霧からデポジットまでの距離をＹＡとすると、図２から以下の近似式が得られる。
ＹＡ＝ＸＡ−１５３．１２・・・式２
【００１５】
また、図３は、拡径部高さＨＡと、噴霧からデポジットまでの距離ＹＡと、の関係を示した図である。この図３の関係は、拡径部高さＨＡのみを変化させて実験により求めた。ここでいうデポジットは、燃料噴射を十分に長い時間行って高さＨＢが収束したときのデポジットである。ここで、噴霧からデポジットまでの距離をＹＡとすると、図３から以下の近似式が得られる。
ＹＡ＝−０．１２・ＨＡ＋７２．７１７・・・式３
【００１６】
式２及び式３から、ＸＡ−０．１２・ＨＡと、ＹＡとに相関関係があると判断できる。ここで、図４は、ＸＡ−０．１２・ＨＡと、ＹＡとの関係を示した図である。この関係から、以下の近似式が得られる。
ＹＡ＝０．０２５９・（ＸＡ−０．１２・ＨＡ）２−９．３７４４・（ＸＡ−０．１２・ＨＡ）＋８９６・・・式４
【００１７】
そして、噴霧からデポジットまでの距離ＹＡと、拡径部３の負圧とには、相関関係があるため、噴霧からデポジットまでの距離ＹＡに基づいて、拡径部３の負圧を算出することができる。そして、拡径部３の負圧とデポジットの高さＨＢとには相関関係があるため、図５に示した関係を得ることができる。図５は、拡径部３の負圧と、デポジットの高さＨＢと、の関係を示した図である。
【００１８】
このように、（ＸＡ−０．１２・ＨＡ）に基づいて、噴霧からデポジットまでの距離ＹＡ、拡径部３の負圧、デポジットの高さＨＢを求めることができる。すなわち、（ＸＡ−０．１２・ＨＡ）と、デポジットの高さＨＢと、には相関関係があることが分かる。以上より、（ＸＡ−０．１２・ＨＡ）と、デポジットの高さＨＢと、には以下の関係がある。図６は、ＸＡ−０．１２・ＨＡと、デポジットの高さＨＢと、の関係を示した図である。この図６から、以下の式が得られる。
ＨＢ＝−４．０８７３・（ＸＡ−０．１２・ＨＡ）＋１２２３・・・式５
【００１９】
ここで、図４に示した関係から、干渉高さＨＣを求めることができる。干渉高さＨＣは以下の式により求めることができる。
ＨＣ＝ＹＡ／ｔａｎ（ＴＨ／２）・・・式６
【００２０】
そして、式６により求まる干渉高さＨＣと、図６との関係を１つの図で示すと以下のようになる。図７は、ＸＡ−０．１２・ＨＡと、デポジットの高さＨＢと、干渉高さＨＣと、の関係を示した図である。干渉高さＨＣは、噴霧角ＴＨを１６度から２０度まで変化させた複数のパターンを示した。
【００２１】
ここで、デポジットの高さＨＢよりも、干渉高さＨＣが高い場合には、噴霧５がデポジット６に干渉しないが、デポジットの高さＨＢよりも、干渉高さＨＣが低い場合には、噴霧５がデポジット６に干渉する。したがって、各噴霧角ＴＨについて噴霧５がデポジット６に干渉しないように、デポジットの高さＨＢよりも、干渉高さＨＣが高くなるように、拡径部３を形成すればよい。
【００２２】
ここで、図８は、デポジットの高さＨＢと干渉高さＨＣとが等しいときの、噴霧角ＴＨと、ＸＡ−０．１２・ＨＡと、の関係を示した図である。図８から、以下の式が得られる。
２．９５・ＴＨ＋１４２＝ＸＡ−０．１２・ＨＡ・・・式７
したがって、前述の式１の関係を満たすように拡径部３を形成することで、噴霧がデポジットに干渉することを抑制できる。
【００２３】
なお、本実施例では、燃料が噴射される空間には常温の空気が存在し、燃料噴射圧力が４０（ＭＰａ）、燃料が噴射される空間の圧力が０．８８（ＭＰａ）、燃料噴射量が２０（ｍｍ３／ｓｔ）である所定の条件下で噴霧角ＴＨを定義している。図９は、燃料噴射弁１の中心軸４の延長線上から燃料噴射弁１の噴霧５を見た図である。噴霧５はカメラにより撮影される。また、図１０は、図９に示した複数の噴霧５のうちの１つの噴霧５を拡大した図である。噴霧角ＴＨは、画像内の最暗部を０とし、最明部を１００とした場合において、４０以上の範囲を噴霧５とする。そして、噴孔２から１０ｍｍ離れた位置で噴孔２を１つの点として噴霧角ＴＨを測定する。
【００２４】
また、本実施例に係る拡径部３の形状は図１に示されるが、これに代えて、以下のような拡径部を備えている場合についても同様に考えることができる。
【００２５】
図１１は、本実施例に係る燃料噴射弁１００の噴孔２０を示した第二の断面図である。図１１に示した燃料噴射弁１００では、噴孔２０の中心軸４が燃料噴射弁１００の外面１００Ａに対して０度よりも大きく且つ９０度よりも小さい角度を持っている。このため、拡径部３０を形成する内周面３０Ａの高さが場所によって異なる。このような場合には、拡径部３０の内周面３０Ａの高さが最も高い箇所を拡径部高さＨＡとし、この拡径部高さＨＡを用いて式１を適用する。すなわち、噴霧がデポジットに最も干渉し易いのは、拡径部３０の内周面３０Ａの高さが最も高い箇所であるため、この個所で噴霧がデポジットに干渉しないように拡径部３０を形成することにより、どの場所であっても噴霧がデポジットに干渉しないように拡径部３０を形成することができる。
【００２６】
また、図１２は、本実施例に係る燃料噴射弁１０１の噴孔２２を示した第三の断面図である。図１２に示した燃料噴射弁１０１では、噴孔２２の中心軸４０と、拡径部３１の中心軸４１とがずれている。このため、噴孔２２の内周面２２Ａから拡径部３１の内周面３１Ａまでの距離が場所によって異なる。このような場合であっても、噴孔２２の中心軸４０から拡径部の内周面までの最短距離Ｒ２から噴孔２２の半径Ｒ１を減算した値を底辺長ＸＡとし、この底辺長ＸＡを用いて式１を適用する。すなわち、噴霧がデポジットに最も干渉し易いのは、噴孔２２の内周面２２Ａから拡径部３１の内周面３１Ａまでの距離が最も短い個所であるため、この個所で噴霧がデポジットに干渉しないように拡径部３１を形成することにより、どの場所であっても噴霧がデポジットに干渉しないように拡径部３１を形成することができる。
【００２７】
このように、噴霧がデポジットに最も干渉し易い個所において式１を適用することにより、噴霧がデポジットに干渉することを抑制できる。
【００２８】
以上説明したように本実施例によれば、燃料噴射弁の噴孔周辺へのデポジットの付着を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  燃料噴射弁
１Ａ  外面
２  噴孔
２Ａ  内周面
３  拡径部
３Ａ  内周面
３Ｂ  底面
４  中心軸
５  噴霧
６  デポジット
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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