(57)【要約】【課題】燃料を噴射する噴孔が燃料流れの上下流方向に複数配置されたノズルボディを有する燃料噴射弁において、ノズル全体として均一な噴霧を実現する。【解決手段】燃料流れの下流側の噴孔２２の入口径（テーパ率）を上流側の噴孔２１の入口径（テーパ率）に対して大きく設定して下流側の噴孔２２の流量係数を大きくする。このようなノズル構造とすることにより、燃料流路２０内において燃料流れの下流側の噴孔入口燃圧が低くても、その下流側の噴孔２２の噴霧特性と上流側の噴孔２１の噴霧特性とを揃えることができ、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。これによって燃焼状態を良好にすることができ、燃費及び排気エミッションの向上をはかることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射に用いられる燃料噴射弁であって、燃料流路を通って供給される燃料を噴射する噴孔が燃料流れの上下流方向に複数配置されたノズルボディと、前記ノズルボディの内部に往復移動可能に配設され、前記燃料流路と前記噴孔との間を遮断または開放するニードルとを備えた燃料噴射弁において、
前記燃料流れの下流側の噴孔の入口径が上流側の噴孔の入口径に対して大きいことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記燃料流れの上流側及び下流側の噴孔が、それぞれ、入口から出口に向かうに従って径が縮小するテーパ孔であり、当該燃料流れの下流側の噴孔の入口径が上流側の噴孔の入口径に対して大きいことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記燃料流れの上流側の噴孔は径が一定のストレート孔であり、下流側の噴孔が入口から出口に向かうに従って径が縮小するテーパ孔であって、当該下流側の噴孔の入口径が上流側の噴孔の入口径に対して大きいことを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（エンジン）において燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンや筒内直噴式ガソリンエンジンなどの内燃機関においては、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁（燃料噴射ノズル）が用いられている。一般的な燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴孔を備えたノズルボディと、このノズルボディの内部に往復移動可能に配設され、前記噴孔からの燃料の噴射を断続するニードルとを備えている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
筒内噴射式のエンジンにおいて、燃料噴射弁からエンジンの燃焼室に噴射される燃料噴霧の微粒化及び貫徹力（噴霧到達距離）は、エンジン出力及び排出ガスなどに大きく影響する。すなわち、燃料噴霧の微粒化が促進され、十分な貫徹力が得られると、燃料の燃焼状態が良好となり、燃費（燃料消費率）が向上するとともに、排気エミッションを低減できる。
【０００４】
燃料噴射弁において燃料噴霧の微粒化等をはかる方法として、ノズルボディに形成する噴孔を小径化して燃料の噴射圧を高める方法がある。この場合、トータルの燃料噴射量を確保するために、例えば図５に示すように、ノズルボディ３０２に複数の噴孔（テーパ孔）３２１・・３２１を燃料流れの上下流方向に沿って設けている。なお、図５に示す燃料噴射弁３０１においては、ノズルボディ３０２の内部にニードル３０３が往復移動自在に収容されており、そのニードル３０３の往復移動により噴孔３２１・・３２１への燃料の流入または遮断（燃料噴射／停止）が行われる。
【特許文献１】特開２００３−１２０４７２号公報
【特許文献２】特開２００５−３１５１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料噴射弁では、例えば図６に示すように、ノズルボディ内の燃料流路において燃料流れの下流側に向かう（図５のＡからＢに向かう）ほど噴孔入口燃圧が低くなるため、図５に示すように、ノズルボディ３０２に同一諸元（入口径及びテーパ率が同一）の噴孔３２１，３２１を配置した構造の燃料噴射弁３０１の場合、燃料流れの下流側の噴孔３２１から噴出する噴霧は粒径が拡大し、貫徹力が低下する傾向になるため、ノズル全体として不均一な噴霧となりやすく、燃焼状態が悪化する可能性がある。
【０００６】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、燃料流れの上下流方向に沿って複数の噴孔が配置されたノズルボディを有する燃料噴射弁において、ノズル全体として均一な噴霧を実現することが可能な構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関の燃料噴射に用いられる燃料噴射弁であって、燃料流路を通って供給される燃料を噴射する噴孔が燃料流れの上下流方向に複数配置されたノズルボディと、前記ノズルボディの内部に往復移動可能に配設され、前記燃料流路と前記噴孔との間を遮断または開放するニードルとを備えた燃料噴射弁を前提としており、このような燃料噴射弁において、前記燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定したことを特徴としている。
【０００８】
本発明の具体的な構成として、燃料流れの上流側及び下流側の噴孔が、それぞれ、入口から出口に向かうに従って径が縮小するテーパ孔であり、燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定するという構成を挙げることができる。
【０００９】
また、他の構成として、燃料流れの上流側の噴孔は径が一定のストレート孔であり、下流側の噴孔が入口から出口に向かうに従って径が縮小するテーパ孔であって、当該下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定するという構成を挙げることができる。
【００１０】
本発明によれば、燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きくしているので、ノズル全体の噴霧を均一にすることができる。すなわち、ノズルボディ（燃料流路）内において燃料流れの下流側の噴孔入口燃圧が低くても、燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定して下流側の噴孔の流量係数を大きくすることで、下流側の噴孔の噴射特性と上流側の噴孔の噴射特性とを揃えることが可能となり、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料を噴射する噴孔が燃料流れの上下流方向に複数配置されたノズルボディを有する燃料噴射弁において、燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定しているので、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。これによって燃焼状態を良好にすることができ、燃費及び排気エミッションの向上をはかることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
まず、本発明は、例えばディーゼルエンジンや筒内直噴式ガソリンエンジンなどの内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、燃料流れの上下流方向に沿って複数の噴孔が設けられたノズルボディと、そのノズルボディの内部に往復移動可能に配設され、前記噴孔からの燃料の噴射を断続するニードルとを備えた燃料噴射弁を前提としており、この構造の燃料噴射弁において、燃料流れの下流側の噴孔の入口径を上流側の噴孔の入口径に対して大きく設定することで、下流側の噴孔の噴射特性と上流側の噴孔の噴射特性とを揃える点に特徴がある。このような燃料噴射弁の具体的な構成（実施形態）について以下に説明する。
【００１４】
−実施形態１−
図１は本発明の燃料噴射弁の一例の要部構造を示す縦断面図である。
【００１５】
この例の燃料噴射弁１は、図示しないディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンという）の各気筒毎に対応して搭載され、図示しない燃料ポンプの加圧室内で加圧されて高圧化された高圧燃料を、エンジンの各気筒の燃焼室内に直接噴射するタイプの燃料噴射弁であって、図１に示すように、ノズルボディ２とニードル３とを備えている。
【００１６】
ノズルボディ２は、有底の略中空円筒状に形成されており、このノズルボディ２の略中央にニードル３が収容されている。これらノズルボディ２の内周面２ａとニードル３の外周面３ａとの間に燃料流路２０が形成されている。
【００１７】
ノズルボディ２には複数の噴孔２１，２２が燃料流れの上下流方向に沿って設けられている。これら燃料流れの上流側の噴孔２１及び下流側の噴孔２２は、それぞれ、ノズルボディ２の周方向の複数箇所（例えば８〜１０箇所）に配置されている。なお、噴孔２１，２２の詳細については後述する。
【００１８】
ニードル３は中実円筒状の部材であって、円柱部３１、円錐台部３２及び円錐部３３を有する。ニードル３はノズルボディ２の内部に軸方向に移動自在に配設されており、図示しないアクチュエータ（例えば、ソレノイド及び圧縮コイルばね等）によって往復移動される。そして、そのアクチュエータによってニードル３が噴孔２１，２２に対して離間する方向に移動すると、燃料流路２０と噴孔２１，２２とが連通し、燃料流路２０内の燃料が各噴孔２１，２２から噴射される。一方、ニードル３が噴孔２１，２２に接近する方向に移動すると、ニードル３の先端部（円錐台部３２）がノズルボディ２の内周面２ａ（シート部）に当接し、これによって燃料流路２０と噴孔２１，２２との間が遮断されて燃料噴射が停止される。
【００１９】
次に、ノズルボディ２の噴孔２１，２２について説明する。
【００２０】
この例では、ノズルボディ２に、異なる諸元の２種類の噴孔２１と噴孔２２とが燃料流れの上下流方向に沿って配置されている。上流側の噴孔２１と下流側の噴孔２２とは、それぞれ、入口２１ａ，２２ａから出口２１ｂ，２２ｂに向かうに従って径が漸次縮小する円錐テーパ孔である。
【００２１】
これら上流側の噴孔２１の出口２１ｂの径と下流側の噴孔２２の出口２２ｂの径とは同じ（もしくは略同じ）であるが、下流側の噴孔２２の入口２２ａの径（入口径）は、上流側の噴孔２１の入口２１ａの径（入口径）に対して大きく設定されている。つまり、下流側の噴孔２２のテーパ率が上流側の噴孔２１のテーパ率に対して大きく設定されており、下流側の噴孔２２の流量係数が上流側の噴孔２１の流量係数よりも大きくなっている。
【００２２】
そして、このようなノズル構造を採用することにより、例えば図６に示すような燃料流路内の燃圧分布を考慮し、上流側の噴孔２１に対し下流側の噴孔２２の入口燃圧が低くなる分を補償するように、下流側の噴孔２２の流量係数（入口径）を上流側の噴孔２１の流量係数よりも大きく設定することで、例えば図２の模式図に示すように、上流側の噴孔２１と下流側の噴孔２２との噴霧特性（微粒化・貫徹力）を揃えることができ、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。これによって燃焼状態を良好にすることができ、燃費及び排気エミッションの向上をはかることができる。
【００２３】
−実施形態２−
図３は本発明の燃料噴射弁の別の例の要部構造を示す縦断面図である。
【００２４】
この例の燃料噴射弁１０１は、上記した実施形態と同様に、有底の略中空円筒状のノズルボディ１０２と、このノズルボディ１０２の内部に軸方向に沿って往復移動可能に配設された中実円筒状のニードル３とを備えており、これらノズルボディ１０２の内周面とニードル３の外周面との間に燃料流路１２０が形成されている。
【００２５】
ノズルボディ１０２には、異なる諸元の２種類の噴孔１２１と噴孔１２２とが燃料流れの上下流方向に沿って配置されている。
【００２６】
燃料流れの上流側の噴孔１２１はストレート孔であって、入口１２１ａの径と出口１２１ｂの径とが同じである。一方、下流側の噴孔１２２は、入口１２２ａから出口１２２ｂに向かうに従って径が漸次縮小する円錐テーパ孔である。これら上流側の噴孔１２１の出口１２１ｂの径と下流側の噴孔１２２の出口１２２ｂの径とは同じ（もしくは略同じ）であるが、下流側の噴孔１２２の入口１２２ａの径（入口径）は、上流側の噴孔１２１の入口１２１ａの径（入口径）に対して大きく設定されており、下流側の噴孔１２２の流量係数が上流側の噴孔１２１の流量係数よりも大きくなっている。
【００２７】
そして、この例においても、例えば図６に示すような燃料流路内の燃圧分布を考慮し、燃料流れの上流側の噴孔１２１に対し下流側の噴孔１２２の入口燃圧が低くなる分を補償するように、下流側の噴孔１２２の流量係数（入口径）を上流側の噴孔１２１の流量係数よりも大きく設定することにより、上流側の噴孔１２１と下流側の噴孔１２２との噴霧特性（微粒化・貫徹力）を揃えることができ、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。これによって燃焼状態を良好にすることができ、燃費及び排気エミッションの向上をはかることができる。
【００２８】
−実施形態３−
図４は本発明の燃料噴射弁の別の例の要部構造を示す縦断面図である。
【００２９】
この例の燃料噴射弁２０１は、上記した実施形態と同様に、有底の略中空円筒状のノズルボディ２０２と、このノズルボディ２０２の内部に軸方向に沿って往復移動可能に配設された中実円筒状のニードル３とを備えており、これらノズルボディ２０２の内周面とニードル３の外周面との間に燃料流路２２０が形成されている。
【００３０】
ノズルボディ２０２には、異なる諸元の２種類の噴孔２２１と噴孔２２２とが燃料流れの上下流方向に沿って配置されている。
【００３１】
燃料流れの上流側の噴孔２２１は、入口２２１ａ側のテーパ孔部（面取り部）２２１ｃと、出口２２１ｂ側のストレート孔部２２１ｄとによって構成されている。テーパ孔部２２１ｃはストレート孔部２２１ｄに向かうに従って径が漸次縮小している。下流側の噴孔２２２も、同様に、入口２２２ａ側のテーパ孔部（面取り部）２２２ｃと、出口２２２ｂ側のストレート孔部２２２ｄとによって構成されている。テーパ孔部２２２ｃはストレート孔部２２２ｄに向かうに従って径が漸次縮小している。
【００３２】
これら上流側の噴孔２２１のストレート孔部２２１ｄ（出口２２１ｂ）の径と下流側の噴孔２２２のストレート孔部２２２ｄ（出口２２２ｂ）の径とは同じ（もしくは略同じ）であるが、下流側の噴孔２２２のテーパ孔部２２２ｃのテーパ率（面取り深さ）が上流側の噴孔２２１に対して大きく設定されている。つまり、下流側の噴孔２２２の入口２２２ａの径（入口径）が上流側の噴孔２２１の入口２２１ａの径（入口径）に対して大きく設定されており、下流側の噴孔２２２の流量係数が上流側の噴孔２２１の流量係数よりも大きくなっている。
【００３３】
そして、この例においても、例えば図６に示すような燃料流路内の燃圧分布を考慮し、燃料流れの上流側の噴孔２２１に対し下流側の噴孔２２２の入口燃圧が低くなる分を補償するように、下流側の噴孔２２２の流量係数（入口径）を上流側の噴孔２２１の流量係数よりも大きく設定することにより、上流側の噴孔２２１と下流側の噴孔２２２との噴霧特性（微粒化・貫徹力）を揃えることができ、ノズル全体として均一な噴霧を実現することができる。これによって燃焼状態を良好にすることができ、燃費及び排気エミッションの向上をはかることができる。
【００３４】
ここで、以上の実施形態では、燃料流れ方向に沿って諸元が異なる２種類の噴孔を設けたノズルボディを有する燃料噴射弁について説明したが、これに限られることなく、燃料流れ方向に沿って諸元が異なる３種類以上の噴孔を設けたノズルボディを有する燃料噴射弁にも適用可能である。この場合、燃料流れ方向における最上流の噴孔の入口径を最小とし、この最上流の噴孔の下流側の各噴孔の入口径（流量係数）を、燃料流れ方向の下流側に向かうに従って順次大きくしていくことで、ノズルボディの全ての噴孔の噴霧特性を揃えるようにすればよい。
【００３５】
なお、本発明の燃料噴射弁は、ディーゼルエンジンや筒内直噴式ガソリンエンジンのほは、ポート噴射式エンジンに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の燃料噴射弁の一例の要部構造を示す縦断面図である。
【図２】図１の燃料噴射弁の燃料噴霧状態を模式的に示す図である。
【図３】本発明の燃料噴射弁の他の例の要部構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明の燃料噴射弁の別の例の要部構造を示す縦断面図である。
【図５】従来の燃料噴射弁の要部構造を示す縦断面図である。
【図６】ノズルボディの燃料流路内の燃圧分布を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  燃料噴射弁
２  ノズルボディ
２ａ  内周面
２０  燃料流路
２１  上流側の噴孔
２１ａ  入口
２１ｂ  出口
２２  下流側の噴孔
２２ａ  入口
２２ｂ  出口
３  ニードル
【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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