(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔の上流に弁座部を設けたノズルボディと、
前記ノズルボディに往復摺動可能に支持され、前記弁座部に着座可能な当接部を有し、前記当接部が前記弁座部から離座ならびに前記弁座部に着座することにより燃料の遮断および流通を行うバルブニードルとを備えた燃料噴射ノズルであって、
前記噴孔の入口部の開口形状は、所定の方向から前記噴孔へ燃料を流し易い、前記噴孔の軸方向に対して非対称な形状であり、前記所定の方向は、燃料流れの方向と異なっているよう形成されており、
前記バルブニードルと前記噴孔の入口部との距離は、前記バルブニードルのリフト量に応じて変化する第１の領域と、前記バルブニードルのリフト量に関係なく変化しない第２の領域とを有することを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
前記入口部の開口形状は、前記噴孔の軸に対して偏心した円または楕円形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【請求項３】
前記入口部の開口形状は、前記弁座部の母線に対して非対称形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【請求項４】
前記入口部は、燃料の流れ易い側の内壁が燃料の流れ難い側の内壁よりも大きい半径で形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【請求項５】
前記バルブニードルと前記噴孔の入口部との距離は、前記噴孔内の燃料流れに旋回流が生成するときに予め設定された所定値に保持されることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【請求項６】
前記バルブニードルと前記噴孔の入口部との距離は、前記バルブニードルの最大リフト時において、前記噴孔内の燃料流れに旋回流が生成されない程度に大きく形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項記載の燃料噴射ノズルを加工する方法であって、
流体研削用の流体流れに旋回流を生成する旋回流形成部を備え、前記ノズルボディに嵌挿可能な加工用ニードルを用いて前記噴孔の入口部内壁を加工することを特徴とする燃料噴射ノズルの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射ノズルおよびその加工方法に関し、特に内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルおよびその加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ノズルボディにバルブニードルを往復移動可能に収容し、バルブニードルの当接部がノズルボディに形成した弁座部に着座ならびに弁座部から離座することにより、噴孔から噴射する燃料を断続するエンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルが知られている。
【０００３】
このような燃料噴射ノズルにおいては、燃料消費量の低減、排気エミッションの向上、エンジンの安定した運転性等の観点から、噴孔から噴射される「燃料の微粒化」が重要な要素であり、特に筒内直接噴射式エンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルの場合、「燃料の微粒化」は最も重要な要素の一つである。筒内直接噴射式エンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルとして、例えば▲１▼特開平８−２４７０００号公報に開示されるように、噴射通路の燃料入口側の端部が内壁に対して丸みを有しており、丸み上側の圧力室に近い方の入口範囲に大きな半径を形成し、下側の圧力室から遠い方の入口範囲に比較的小さな半径を形成した燃料噴射ノズルが知られている。また、▲２▼特開平１１−３２４８６６号公報に開示されるように、ノズルニードルあるいはノズルボディに旋回流を生成するスワール室を形成した燃料噴射ノズルが知られている。
【０００４】
▲１▼特開平８−２４７０００号公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、噴孔内の燃料の流れを噴孔軸に平行な均一な流れとして噴霧貫通力を増加させている。また、▲２▼特開平１１−３２４８６６号公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、ノズルニードルのリフト量に応じて噴孔入口に供給される旋回流強さを変化させることにより、噴孔から噴出する噴霧角を可変にし、噴霧特性の制御をするようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲１▼特開平８−２４７０００号公報に開示される燃料噴射ノズルでは、具体的な加工技術が開示されておらず、噴孔入口の縁部を上側と下側とで異なる半径に丸める方法が不明であり、さらに、エンジンの運転条件によらず一定の噴霧と流量になるという問題があった。
また、▲２▼特開平１１−３２４８６６号公報に開示される燃料噴射ノズルでは、ノズルニードルあるいはノズルボディに旋回流を生成するスワール室を形成しているので、旋回流形成部が複雑で、部品点数が増加し製造コストが上昇するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、エンジンの運転状態に応じた噴霧を供給し、ＮＯｘ、黒煙、ＨＣを低減し燃費、出力を向上させる燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことが可能な燃料噴射ノズルを提供することにある。
本発明の他の目的は、噴孔内に燃料が流入し易い形状に噴孔入口部を形成することが容易な燃料噴射ノズルの加工方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料噴射ノズルによると、噴孔の入口部の開口形状は、所定の方向から噴孔へ燃料を流し易い、噴孔の軸方向に対して非対称な形状であり、上記所定の方向は、燃料流れの方向と異なっているよう形成されている。このため、噴孔入口部の燃料の流れ易い側からの燃料の流量を噴孔入口部の燃料の流れ難い側からの燃料の流量よりも大きくすることができ、噴孔内に燃料流れの旋回流を生成することが可能となる。旋回流は、噴孔出口において噴孔径の接線方向に運動量をもつことから噴霧角を大きくすることができる。これにより、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進を図ることができる。したがって、ＮＯｘ、黒煙、ＨＣを低減し燃費、出力を向上させることができる。
さらに、バルブニードルに旋回流を生成するための摺動部を設ける必要がないので、バルブニードルの焼き付きを防止することができ、燃料噴射ノズルの耐久性が向上する。
また、バルブニードルと噴孔の入口部との距離は、バルブニードルのリフト量に応じて変化する第１の領域と、バルブニードルのリフト量に関係なく変化しない第２の領域とを有しているので、第１の領域において、バルブニードルのリフトに応じてバルブニードルと噴孔の入口部との距離が変化し、ノズルボディの内周を流れる燃料流れの成分が調整され、ノズルボディのシート面に沿った燃料流れの成分と、噴孔の軸上からの燃料流れの成分との比が調整される。そして、バルブニードルのリフトに応じて燃料の噴霧角が調整される。また、第２の領域において、燃料の噴霧角が所定の値に保持される。したがって、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができ、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことができる。以上のことより、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。
さらに、第１の領域と第２の領域とを任意に設定することにより、噴射初期から噴射後期まで、噴霧角を任意に選択することができる。したがって、様々な型のエンジン用の燃料噴射弁に簡便に対応することができる。
【０００８】
本発明の請求項２記載の燃料噴射ノズルによると、噴孔入口部の開口形状は、噴孔の軸に対して偏心した円または楕円形状に形成されているので、簡単な構成で容易に噴孔内に燃料流れの旋回流を生成することができる。
本発明の請求項３記載の燃料噴射ノズルによると、噴孔入口部の開口形状は、弁座部の母線に対して非対称形状に形成されているので、簡単な構成で容易に噴孔内に燃料流れの旋回流を生成することができる。
本発明の請求項４記載の燃料噴射ノズルによると、噴孔入口部は、燃料の流れ易い側の内壁が燃料の流れ難い側の内壁よりも大きい半径で形成されているので、簡単な構成で容易に噴孔内に燃料流れの旋回流を生成することができる。
【００１０】
本発明の請求項５記載の燃料噴射ノズルによると、バルブニードルと噴孔の入口部との距離は、噴孔内の燃料流れに旋回流が生成するときに予め設定された所定値に保持されるので、バルブニードルと噴孔の入口部との距離が上記所定値にあるとき、噴孔内に燃料流れの旋回流を生成することにより、エンジンの中低速、中低負荷時において、燃料と空気の混合を微粒化した噴霧で可燃混合気を成層化した最適な状態を形成し、燃料消費率、排気エミッション、騒音を改善することができる。
【００１１】
本発明の請求項６記載の燃料噴射ノズルによると、バルブニードルと噴孔の入口部との距離は、バルブニードルの最大リフト時において、噴孔内の燃料流れに旋回流が生成されない程度に大きく形成されているので、バルブニードルの最大リフト時に噴孔内の燃料流れに旋回流を生成せず、噴霧角を小さくすることができる。したがって、エンジンの高負荷運転時に噴霧の到達距離が拡大し、高拡散噴霧が形成されて出力を向上することができる。
【００１２】
本発明の請求項７記載の燃料噴射ノズルの加工方法によると、請求項１〜６のいずれか一項記載の燃料噴射ノズルを加工する方法であって、流体研削用の流体流れに旋回流を生成する旋回流形成部を備え、ノズルボディに嵌挿可能な加工用ニードルを用いて噴孔の入口部内壁を加工する。このため、流体研削用の流体を旋回流形成部の上流から供給し、流体流れに周方向成分を与えて旋回流を生成して噴孔から流出させることにより、噴孔入口部の旋回流上流側内壁が下流側内壁よりも多量に研削される。したがって、噴孔入口部の形状を噴孔内に燃料が所定の方向から流入し易い非対称形状に容易に形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
ディーゼルエンジン用燃料噴射弁のノズル部に本発明の燃料噴射ノズルを適用した第１実施例を図１〜図１３に示す。
【００１４】
図２に示す燃料噴射弁１００は、図示しないディーゼルエンジンの燃焼室内へ段階的に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、エンジンの回転数、負荷、あるいは燃料、吸入空気、冷却水の温度、圧力等の入力にしたがいＥＣＵにより演算されコントロールされた高圧ポンプからの高圧燃料によって駆動される。燃料噴射弁１００には、ニードルリフトを制御する第１の付勢手段としての第１ばね１１５および第２の付勢手段としての第２ばね１１６、アーマチャ室１３４、ならびに噴霧角の変化あるいは開口噴孔を変更可能な燃料噴射ノズルとしてのノズル部１が構成されている。
【００１５】
燃料噴射弁１００は、ノズル部１をホルダ１１１にリテーニングナット１１４で締結した構成になっている。ノズル部１のノズルボディ３の内径部３４には、ニードル２が摺動自在に嵌挿されている。バルブニードルとしてのニードル２は、第１ばね１１５によってピストン１２０を介してノズルボディ３の弁座部としてのシート面３２に押接されている。第１ばね１１５は、磁気駆動部１３０のコア１３３の内部に設けられたばね室１１５ａに嵌挿されている。図１および図２に示すように、ニードル２がシート面３２に着座しているとき、ニードル２の肩部２５はノズルボディ３の上端面より距離ｈ１だけ、すなわちニードル２の第１リフト量ｈ１の分だけ凹んでいる。
【００１６】
また、ホルダ１１１には磁気駆動部１３０がナット１１２で締結されている。磁気駆動部１３０は、第１ばね１１５、ピストン１２０、コイル１３１、アーマチャ１３２、コア１３３、ボディ１３５、および、燃料通路１３７を有するプレート１３６で構成される。ピストン１２０は、ホルダ１１１の内径部１１３に摺動自在に嵌挿され、上部にアーマチャ１３２が設けられている。ピストン１２０は、肩部１２５がプレート１３６に当接することにより最大リフト量を（ｈ１＋ｈ２）に保つように規定されている。したがって、ニードル２が上方にリフト可能な最大リフトは（ｈ１＋ｈ２）となる。コイル１３１はコア１３３に巻回され、コイル１３１に外部からの電流が供給されたとき、すなわちコイル１３１の通電時にコア１３３とアーマチャ１３２とボディ１３５とで磁気回路を形成する。また、図２に示すように、コイル１３１の非通電時にアーマチャ１３２は、ニードル２の最大リフト量（ｈ１＋ｈ２）に最終空隙を加えた距離を保ってコア１３３に対面している。なお、プレート１３６に形成される燃料通路１３７は上述のアーマチャ室１３４に開口している。
【００１７】
図３に示すように、ピストン１２０とニードル２は、ニードルの球形部１４９がピストン１２０の球面部１２６と円錐部１２７に保持され、球形部１４９の球心を中心として相互に回転可能に連結されている。図２に示すように、第２ばね１１６は、ホルダ１１１の内径部に設けられたばね室１１６ａに嵌挿され、ばね座４をノズルボディ３に押接している。第２ばね１１６は、ニードル２が第１リフト量ｈ１だけリフトしたときにニードル２の肩部２５に作用する。
【００１８】
ホルダ１１１の内径部１１３とピストン１２０との間の高圧流路１６３は、燃料コネクタ１６０内に設けられるフィルタ１６１および高圧通路１６２を経由して高圧燃料を蓄圧している図示しないコモンレールに連通している。燃料通路１６３は、ピストン１２０の多面カット部１１７および燃料通路１３７を経由してアーマチャ室１３４に連通するとともに、ばね室１１６ａ、ニードル２のガイド部２３に形成された多面カット部２４を経由して油溜まり室３５、ならびにニードル２とノズルボディ３の内径部３３との間の燃料通路３６を経由してニードル２のシート２１まで連通している。したがって、図示しない高圧ポンプより供給される高圧燃料は、コモンレール、高圧流路１６３および燃料通路３６を経由して噴孔３１へ供給されるとともに、燃料通路１３７を経由してアーマチャ室１３４へ供給される。
【００１９】
次に、ノズル部１についてその構成を、図４〜図８を用いて説明する。なお、図４は、ニードル２の当接部としてのシート２１がノズルボディ３のシート面３１に着座している閉弁時の状態を示し、図５は、ニードル２がノズルボディ３のシート面３１から離座した開弁初期の状態を示し、図６は、ニードル２が第１リフト量ｈ１だけリフトした状態を示している。
【００２０】
図４、図５および図６に示すノズル部１は、ノズルボディ３と、このノズルボディ２の内部に軸方向に往復摺動可能に収容されるニードル２とから構成される。ニードル２は、ノズルボディ３のシート面３２に当接可能な円形状のシート２１と、このシート２１の下流側に形成される円錐部２５、円柱部２６および円錐部２７とを有している。ニードル２のシート２１は、図２に示す第１ばね１１５によって閉弁されノズルボディ３のシート面３２に当接し、噴射圧力により第１ばね１１５に抗して押し上げられ開弁する。円錐部２５および円錐部２７の壁面は、ノズルボディ３のシート面３２よりも大きな円錐角を有し、流路を構成している。図５および図６に示すように、ニードル２のリフトにしたがい、噴孔３１に対向する面が円錐部２５の壁面、円柱部２６の壁面、円錐部２７の壁面へと移動する。
【００２１】
ノズルボディ３のシート面３２の下流側に形成される噴孔３１の入口部３１ａは、ノズルボディ３の軸に対して傾斜した所定の方向から噴孔３１内に燃料が流れ易い非対称形状に形成されており、シート面３２の母線に対して非対称な形状である。すなわち、図７および図８に示すように、噴孔３１の入口部３１ａの開口形状は、噴孔３１の軸方向に対して非対称形状であり、上記所定の方向は、燃料流れの方向と異なっているよう形成されている。また、噴孔３１の入口部３１ａの開口形状は、噴孔３１の軸に対して偏心した楕円形状に形成されており、燃料の流れ易い上流側内壁３１ｂが燃料の流れ難い下流側内壁３１ｃよりも大きい半径で形成されている。これにより、入口部３１ａの燃料の流れ易い側からの燃料の流量を燃料の流れ難い側からの燃料の流量よりも大きくすることができ、噴孔３１内を通過する燃料に周方向の旋回力を加えることが可能である。ここで、入口部３１ａの上流側内壁３１ｂおよび下流側内壁３１ｃは燃料流路を構成している。
【００２２】
次に、ノズル部１の加工方法について、図９、図１０および図１１を用いて説明する。なお、図９は、加工用ニードル１０の旋回流形成部１１がノズルボディ３の内径部３３に嵌挿されている状態を示している。
図９に示すように、加工用ニードル１０は旋回流形成部１１を備えており、この旋回流形成部１１には斜め溝１２が形成されている。旋回流形成部１１の下流側には、ノズルボディ３のシート面３２と円錐部１３の壁面との間に旋回室１４が形成されている。加工用ニードル１０のシート部１５は、ノズルボディ３のシート面３２に噴孔３１よりも下流側で当接する。砥粒が混入された研削流体を旋回流形成部１１の上流側から供給すると、研削流体は斜め溝１２で周方向速度成分が与えられ、旋回室１４で旋回流となり噴孔３１に向かって流れていく。図１０に示すように、噴孔３１の入口部３１ａには、ノズルボディ３の軸に対して傾斜した角度で砥粒が流れ込み、旋回流流入側である入口部３１ａの上流側内壁３１ｂから噴孔３１内に下流側内壁３１からよりも多量に流入する。その結果、図１１に示すように、入口部３１ａの上流側内壁３１ｂが下流側内壁３１よりも多く研削され、上流側内壁３１ｂの半径が下流側内壁３１の半径よりも大きくなり、噴孔３１内に燃料が流入し易い非対称形状に入口部３１ａが形成される。
【００２３】
次に、燃料噴射弁１００の作動について、図１２および図１３を用いて説明する。なお、図１２および図１３に点線で示す比較例は、図５および図６の点線で示すように、第１実施例のニードル２の円柱部２６および円錐部２７を廃止したものである。
【００２４】
(1) 高圧ポンプからコモンレールを経由して所定量の燃料が所定の時期に圧送され、高圧燃料が燃料配管を経由して燃料コネクタ１６０に供給される。この高圧燃料は、高圧通路１６２および高圧流路１６３を経由してノズル部１内に供給され、多面カット部２４および燃料通路３６を経由してニードル２のシート２１まで充填される。このとき、シート２１の面積分に燃料圧力が作用し、ニードル２にシート２１でノズルボディ３のシート面３２に押接する力が働く。さらに、第１ばね１１５の設定荷重が加わり、ニードル２は図２の下方に押し下げられている。
【００２５】
(2) 図示しない、ＥＣＵにより磁気駆動部１３０のコイル１３１に第１の電流値で通電されると、ニードル２にシート２１に負荷される油圧力と第１ばね１１５の設定荷重に打ち勝つような吸引力がコア１３３とアーマチャ１３２との間の磁気回路に発生する。これにより、アーマチャ１３２がピストン１２０およびニードル２と一体に上昇し、シート２１がノズルボディ３のシート面３２から離座して燃料を噴孔３１へ供給する。このときの第１の電流値では、第２ばね１１６にニードル２の肩部２５が当接したときに作用する第２のばね１１６の設定荷重に打ち勝ってアーマチャ１３２を吸引するだけの磁力が発生しないため、ニードル２は第１リフトｈ１で停止する。図５および図６に示すように、ニードル２の上昇にしたがい噴孔３１の入口部３１ａと対向するニードル２の壁面が移動し、第１リフトｈ１において、噴孔３１の入口部３１ａは円柱部２６の壁面に対向する。円錐部２５および２７の壁面と噴孔３１の入口部３１ａとの距離Ｌ１およびＬ３はニードル２のリフトにしたがい変化する（第１の領域）。ところが、円柱部２６の壁面と噴孔３１の入口部３１ａとの距離Ｌ２はニードル２のリフトによって変化しない（第２の領域）。この距離Ｌ２は噴孔３１に流れ込む燃料がノズルボディ３のシート面３２に沿った流れが主流となるように小さい値に設定されている。ここで、図５は図１２および図１３に示すニードルリフトが（０−ａ）の間の状態を示し、図６は図１２および図１３に示すニードルリフトがｈ１の状態を示している。ニードルリフトがｈ１のとき、図７に示すように、燃料はノズルボディ３の軸方向と平行に上流から直線的に噴孔３１内に流れ込む。このとき、噴孔３１の入口部３１ａは、上流側内壁３１ｂが下流側内壁３１ｃよりも大きい半径で形成されており、入口部３１ａの開口形状は、噴孔３１の軸に対して偏心した楕円形状に形成されているので、入口部３１ａの燃料の流れ易い側からの燃料の流量が燃料の流れ難い側からの燃料の流量よりも大きくなり、噴孔３１内を通過する燃料に旋回流が発生する。この旋回流は噴孔３１内の流れの速度係数を低下させ、結果として図１２に示すように、流量係数を小さく保持する。しかし、旋回流は噴孔３１の出口において噴孔径の接線方向に運動量をもつことから、図８および図１３に示すように、噴霧角θは大きくなる。このように、ニードル２の第１リフトｈ１時には、噴射率が低く、噴霧角θが大きい噴射噴霧特性が得られる。したがって、第１リフトｈ１は、エンジンの中低速、中低負荷時に使用され、燃料と空気の混合を微粒化した噴霧で可燃混合気を成層化した最適な状態を形成し、燃料消費率、排気エミッション、騒音を改善する。これに比べて図１２および図１３の点線で示す比較例では、ニードルリフトがｈ１のとき、ニードルの壁面と噴孔入口部との距離がｈ１によって大きく変動するために所定値に保持することができないので、エンジンの中低速、中低負荷時において噴霧特性を制御することが困難である。
【００２６】
(3) 磁気駆動部１３０のコイル１３１に第２の電流値が流れるように高電圧が印加されると、コア１３３がアーマチャ１３２を吸引する力が第２ばね１１６の設定荷重に打ち勝ち、ニードル２をさらに引き上げ、１２０の肩部１２５がプレート１３６に当接するまでニードル２が上昇し、最大リフト量（ｈ１＋ｈ２）となる。図１２および図１３に示すように、ニードルリフトはｈ１からｂ、ｃ、（ｈ１＋ｈ２）と変化する。第２リフト（ｈ１＋ｈ２）では、噴孔３１の入口部３１ａはニードル２の円錐部２７の壁面と対向し、噴孔３１の入口部３１ａと円錐部２７の壁面との距離は、円柱部２６との距離Ｌ２よりも小さい最小距離Ｌ３となる。ニードルリフトが（ｈ１＋ｈ２）のときの距離Ｌ３は、噴孔３１の入口部３１ａの上流に充分な距離を形成し、噴孔３１内に流れ込む燃料は、ノズルボディ３のシート面３２に沿った流れよりも噴孔３１の軸上からの流れが主流となる。この結果、噴孔３１内には噴孔壁面に沿った旋回流が低減して軸方向流が主となり、噴霧角が小さくなるとともに流量係数が増加して噴射率が高くなる。したがって、噴霧の到達距離が拡大して高拡散噴霧が形成され、高負荷運転での燃焼を改善、出力を向上する。
【００２７】
(4) コイル１３１への通電が停止されると、磁力が消滅してコア１３３がアーマチャ１３２を吸引継続することができず、ピストン１２０は第１および第２ばね１１５および１１６の付勢力により下方に移動し、ニードル２のシート２１がノズルボディ３のシート面３２に着座して燃料噴射を終了する。
【００２８】
以上説明した本発明の第１実施例においては、バルブリフトを第１リフトｈ１および第２リフト（ｈ１＋ｈ２）の２段階に制御できる燃料噴射弁１００において、噴孔３１の入口部３１ａは、ノズルボディ３の軸に対して傾斜した所定の方向から噴孔３１内に燃料が流れ易い非対称形状に形成されており、シート面３２の母線に対して非対称な形状であって、噴孔３１の入口部３１ａの開口形状は、噴孔３１の軸方向に対して非対称形状であり、上記所定の方向は、燃料流れの方向と異なっているよう形成されている。また、噴孔３１の入口部３１ａの開口形状は、噴孔３１の軸に対して偏心した楕円形状に形成されており、燃料の流れ易い上流側内壁３１ｂが燃料の流れ難い下流側内壁３１ｃよりも大きい半径で形成されている。このため、噴孔３１の上流側入口からの燃料の流量を下流側入口からの燃料の流量よりも大きくすることができ、噴孔３１内に燃料流れの旋回流を生成することが可能となる。旋回流は、噴孔３１の出口において噴孔径の接線方向に運動量をもつことから噴霧角θを大きくすることができるため、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進を図ることができる。したがって、ＮＯｘ、黒煙、ＨＣを低減し燃費、出力を向上させることができる。また、ニードル２に旋回流を生成するための摺動部を設ける必要がないので、ニードル２の焼き付きを防止することができ、ノズル部１の耐久性が向上する。さらに、ノズルボディ３の先端に設けられるサック部を閉弁時にニードル２が閉塞することにより、噴射終了後の燃料後だれによるデポジットの発生を防止することができる。
【００２９】
また、第１実施例においては、ニードル２の壁面と噴孔３１の入口部３１ａとの距離が、ニードル２のリフト量に応じて変化する第１の領域と、ニードル２のリフト量に関係なく変化しない第２の領域とを有しているので、第１の領域において、ニードル２のリフトに応じてニードル２の壁面と噴孔３１の入口部３１ａとの距離が変化し、ノズルボディ３の内周を流れる燃料流れの成分が調整され、ノズルボディ３のシート面３２に沿った燃料流れの成分と、噴孔３１の軸上からの燃料流れの成分との比が調整される。そして、バルブニードルのリフトに応じて燃料の噴霧角が調整される。また、第２の領域において、燃料の噴霧角が所定の値に保持される。したがって、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができ、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことができる。以上のことより、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。さらに、第１の領域と第２の領域とを任意に設定することにより、噴射初期から噴射後期まで、噴霧角を任意に選択することができる。したがって、様々な型のエンジン用の燃料噴射弁に簡便に対応することができる。
【００３０】
さらに、第１実施例においては、ニードル２の壁面と噴孔３１の入口部３１ａとの距離は、噴孔３１内の燃料流れに旋回流が生成するニードルリフト量ｈ１のときに予め設定された所定値Ｌ２に保持されるので、ニードル２の円柱部２６の壁面と噴孔３１の入口部３１ａとの距離がＬ２であるニードルリフト量ｈ１のとき、噴孔３１内に燃料流れの旋回流を生成することにより、エンジンの中低速、中低負荷時において、燃料と空気の混合を微粒化した噴霧で可燃混合気を成層化した最適な状態を形成し、燃料消費率、排気エミッション、騒音を改善することができる。
【００３１】
さらにまた、第１実施例においては、ニードル２の壁面と噴孔３１の入口部３１ａとの距離は、最大ニードルリフト（ｈ１＋ｈ２）時において、噴孔３１内の燃料流れに旋回流が生成されない程度に大きく形成されているので、最大ニードルリフト（ｈ１＋ｈ２）時に噴孔３１内の燃料流れに旋回流を生成せず、噴霧角を小さくすることができる。したがって、エンジンの高負荷運転時に噴霧の到達距離が拡大し、高拡散噴霧が形成されて出力を向上することができる。
【００３２】
さらにまた、第１実施例においては、研削流体の流れに旋回流を生成する旋回流形成部１１を備え、ノズルボディ３に嵌挿可能な加工用ニードル１０を用いて噴孔３１の入口部３１ａの内壁を加工するため、研削流体を旋回流形成部１１の上流から供給し、流体流れに周方向成分を与えて旋回流を生成して噴孔３１から流出させることにより、噴孔３１の入口部３１ａの上流側内壁３１ｂが下流側内壁３１ｃよりも多量に研削される。したがって、噴孔３１内に燃料が流入し易い非対称形状に入口部３１ａを容易に形成することができる。
【００３３】
なお、第１実施例においては、燃料に旋回流を生成するスワール室を形成したニードルと組み合わせることで、さらに大きい効果を得ることができる。その場合、噴孔入口部の開口形状は、旋回流の流れ方向と異なる所定の方向から噴孔へ燃料を流し易い非対称形状とすることによりさらに効果的となる。
上記第１実施例では、バルブリフトを第１リフトｈ１および第２リフト（ｈ１＋ｈ２）の２段階に制御する燃料噴射弁１００のノズル部１に本発明の燃料噴射ノズルを適用したが、本発明では、バルブリフトを第１リフトおよび第２リフトのいずれか一方のみに制御する燃料噴射弁のノズル部に適用可能なことはいうまでもない。
【００３４】
また、第１実施例では、ノズルボディ３のシート面３２の下流側円錐面に噴孔３１の入口部３１ａを形成したが、本発明では、ノズルボディ先端のサック部の内壁面に噴孔の入口部を形成してもよい。
さらにまた、第１実施例では、ディーゼルエンジン用の燃料噴射弁１００のノズル部１に本発明の燃料噴射ノズルを適用したが、ガソリンエンジン用の燃料噴射弁のノズル部に本発明を適用してもよい。
【００３５】
（第２実施例）
第２実施例によるノズル部の加工方法について、図１４を用いて説明する。図９に示す第１実施例のノズル部１の加工方法と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。なお、図１４は、加工用ニードル５０の旋回流形成部５１がノズルボディ３の内径部３３に嵌挿されている状態を示している。
【００３６】
図１４に示すように、加工用ニードル５０は旋回流形成部５１を備えており、この旋回流形成部５１の内径部５１ａの底面には外壁に連通する複数の流出孔５２が形成されている。旋回流形成部５１の下流側には、ノズルボディ３のシート面３２と円錐部５３の壁面との間に旋回室５４が形成されている。加工用ニードル５０のシート部５５は、ノズルボディ３のシート面３２に噴孔３１よりも下流側で当接する。砥粒が混入された研削流体を旋回流形成部５１の内径部５１ａに供給すると、研削流体は流出孔５２で周方向速度成分が与えられ、旋回室５４で旋回流となり噴孔３１に向かって流れていく。そして、噴孔３１の入口部３１ａには、ノズルボディ３の軸に対して傾斜した角度で砥粒が流れ込み、第１実施例と同様に噴孔３１の入口部３１ａの上流側内壁が下流側内壁よりも多量に研削され、噴孔３１内に燃料が流入し易い非対称形状に入口部３１ａが形成される。
【００３７】
上記第２実施例においては、加工用ニードル５０の旋回流形成部５１の外壁に砥粒が混入された研削流体が流出しないため、研削加工後の砥粒洗浄をノズルボディ３のシート面３２に限定することができ、洗浄工程を簡略にし、加工工数を低減することができる。また、加工用ニードル５０の流出孔５２の加工が図９に示す第１実施例の加工用ニードル１０の斜め溝１２の加工よりも容易であるため、旋回流形成部５１の内径部５１ａの加工工数の増加を相殺でき、加工用ニードル５０を安価に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルを示す縦断面図である。
【図２】ディーゼルエンジン用の燃料噴射弁のノズル部に本発明の燃料噴射ノズルを適用した第１実施例を示す断面図である。
【図３】図２のIII部分拡大図である。
【図４】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルの主要部を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルの作動を説明するための縦断面図である。
【図６】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルの作動を説明するための縦断面図である。
【図７】図５のVII方向矢視図である。
【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。
【図９】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルの加工方法を説明するための縦断面図である。
【図１０】図９のＸ方向矢視図である。
【図１１】図１０のXI−XI線断面図である。
【図１２】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルのニードルリフトと噴孔上流流路面積および流量係数との関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルのニードルリフトと噴霧角との関係を示す特性図である。
【図１４】本発明の第２実施例による燃料噴射ノズルの加工方法を説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
１      ノズル部（燃料噴射ノズル）
２      ニードル（バルブニードル）
３      ノズルボディ
１０      加工用ニードル
１１      旋回流形成部
１２      斜め溝
１４      旋回室
２１      シート（当接部）
３１      噴孔
３１ａ    入口部
３１ｂ    上流側内壁
３１ｃ    下流側内壁
３２      シート面（弁座部）
５０      加工用ニードル
５１      旋回流形成部
５２      流出孔
５４      旋回室
１００      燃料噴射弁
【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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【図１３】
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【図１４】
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