JP2004270676A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】機関運転状態に関わらず燃料と吸気ガスとが最適に混合されるような燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】ノズルボディ２と、ノズルボディの内壁面７から外壁面１０へと貫通する少なくとも一つの噴孔９を具備する燃料噴射弁において、噴孔の入口部の縁を切り取った切欠部１５をノズルボディ内壁面に設けると共に、ノズルボディ内部の燃料を噴孔を介してノズルボディ外部へ噴霧するときに上記切欠部を介さずに噴孔に流入する燃料の流量に対する上記切欠部を介して噴孔に流入する燃料の流量の比率を変える比率制御手段を設けた。
【選択図】 図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関において最適な燃焼を行うためには、吸気ガス（空気）と燃料とが最適に混合した混合気を生成する必要がある。このような混合気を生成するために、内燃機関が如何なる状態で運転されていても、噴射する燃料と吸気ガスとが最適に混合されるように燃料を噴射する燃料噴射弁が必要とされている。
【０００３】
このような燃料噴射弁としては、燃料の噴射形態を切替えることができるものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された燃料噴射弁は、燃料を噴射するための複数の噴孔を有し、機関運転状態に応じて、燃料が噴射される噴孔の数を増減させる。例えば、内燃機関が低負荷・低回転で運転されているときには、燃料が噴射される噴孔の数を減らし、これにより噴射圧が高圧化されて燃料の微粒化が促進され、燃料の気化が促される。一方、内燃機関が高負荷・高回転で運転されているときには、燃料が噴射される噴孔の数を増やし、これにより多くの噴孔から燃料が噴射されることで燃料噴射弁周りの領域に燃料が分散される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−９３６０１号公報
【特許文献２】
特開平１０−１４１１７９号公報
【特許文献３】
特開平５−９９０９９号公報
【特許文献４】
特開２００１−１２３３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来から、機関運転状態に関わらず燃料噴射弁から噴射される燃料と吸気ガスとが最適に混合されるような燃料噴射弁に対する要請がある。このような要請は、上述した特許文献１に記載された燃料噴射弁によってもなお完全に満たされるものではなく、現在でも引き続きそのような要請が続いている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、従来とは全く異なる方法で機関運転状態に関わらず燃料と吸気ガスとが最適に混合されるような燃料噴射弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、ノズルボディと、該ノズルボディの内壁面から外壁面へと貫通する少なくとも一つの噴孔を具備する燃料噴射弁において、上記噴孔の入口部の縁を切り取った切欠部を上記ノズルボディの内壁面側に設けると共に、上記ノズルボディ内部の燃料を上記噴孔を介してノズルボディ外部へ噴射するときに上記切欠部を介さずに噴孔に流入する燃料の流量に対する該切欠部を介して噴孔に流入する燃料の流量の比率を変える比率制御手段を設けた。
上記切欠部を有する燃料噴射弁では、この切欠部を介さずに噴孔に流入する燃料の流量に対する該切欠部を介して噴孔に流入する燃料の流量の比率（以下、「切欠部流入比率」と称す）を変えることにより、噴孔から噴射される燃料の噴射形態が変わる。例えば、切欠部流入比率が大きくなると、噴孔内を通る燃料に乱流または渦流が発生しやすくなり、よって各噴孔から噴射される燃料の広がり度合い（噴霧角度）が大きくなり、噴射方向において燃料が単位時間当たりに到達する到達距離が短くなる。一方、切欠部流入比率が小さくなると、各噴孔内を通る燃料に乱流または渦流が発生しにくくなり、よって各噴孔からの噴霧角度が小さくなり、到達距離が長くなる。そこで、第一の発明では、比率制御手段を用いて切欠部流入比率を変えることによって、燃料の噴射形態を変更することができる。切欠部流入比率を機関運転状態に応じて行えば、吸気ガスと燃料とを適切に混合することができる。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において、上記切欠部は、上記噴孔の入口部の縁の一部を切り取って形成された形状であって、上記噴孔の中央軸線から該噴孔に流入する燃料全体の巨視的流れ方向上流に向かって延びる直線を軸線として延びる幾何形状とは異なる形状である。
第２の発明によれば、切欠部の形状が噴孔の中央軸線から該噴孔に流入する燃料全体の巨視的流れ方向上流に向かって延びる直線を軸線として延びる幾何形状でないため、切欠部を介して噴孔に流入する燃料によって発生する噴孔内での渦流が大きくなる。よって、切欠部流入比率が大きくなった場合における各噴孔からの燃料の噴霧角度がより大きくなる。なお、噴孔に流入する燃料全体の巨視的流れ方向とは、実際には様々な方向から噴孔に流入する燃料を巨視的に見た場合の燃料の流れ方向を意味し、後述する実施形態における、下流側環状流路１４において燃料が流れる方向（図３における方向Ｄ）を指す。
【０００９】
第３の発明では、第１または第２の発明において、上記切欠部は、上記噴孔に隣接した該切欠部の位置に向かって、上記ノズルボディの内壁面と平行な軸線に沿って、該軸線に垂直な切欠部の断面積が徐々に大きくなるかまたは均一であると共に該軸線と垂直な方向の切欠部の幅も徐々に大きくなるかまたは均一であるように形成される。
なお、第３の発明における軸線は直線状であってもよいし曲線状であってもよい。また、軸線と垂直な方向の切欠部の幅とは、ノズルボディ内壁面上であって上記軸線とは垂直な方向における切欠部の長さである。
第４の発明では、第３の発明において、上記切欠部の軸線は上記噴孔の中央軸線を中心とした円の接線方向に延びる。
第５の発明では、第１の発明において、前記切欠部は、該切欠部を介して上記噴孔に流入しようとする燃料のほとんどが上記噴孔の軸線に向かう方向とはずれた方向に向かって流れるような形状である。
【００１０】
第６の発明では、第１〜第５の発明において、上記ノズルボディ内でニードル弁が移動することにより上記噴孔が開閉され、上記噴孔が開かれたときには燃料がノズルボディとニードル弁との間に環状に形成される環状流路を通って流れ、上記比率変更手段は、該環状流路のうち、各噴孔に流入する燃料の大部分が通る流通範囲を変える範囲変更手段によって上記比率を変更する。
なお、第６の発明における環状流路のうち各噴孔に流入する燃料の大部分が通る流通範囲とは、環状流路の一部分であり、少なくともノズルボディ周方向における幅と、噴孔に対する相対位置とから定まる範囲である。また、流通範囲は各噴孔毎に決まっており、或る噴孔に対応する流通範囲は他の噴孔に対応する流通範囲とほとんど重ならない。
【００１１】
第７の発明では、第６の発明において、上記噴孔の入口を塞ぐことなく上記ノズルボディ内壁面に少なくとも一カ所で当接可能な当接部材を具備し、上記範囲変更手段は当接部材とノズルボディ内壁面との相対関係を変えることによって上記流通範囲を変える。
なお、第７の発明における当接部材とノズルボディ内壁面との相対関係を変えることとは、当接部材とノズルボディ内壁面とが当接する場合において当接部材とノズルボディ内壁面とが当接する面積や相対位置を変えること、および当接部材とノズルボディ内壁面とが当接しない場合において当接部材とノズルボディ内壁面との間の距離や、当接部材とノズルボディ内壁面とが対面する面積を変えることを意味する。
【００１２】
第８の発明では、第７の発明において、上記範囲変更手段は当接部材をノズルボディ内壁面に当接させたり離したりすることで上記当接形態を変える。
第９の発明では、第７または第８の発明において、上記範囲変更手段は当接部材とノズルボディ内壁面との当接箇所を変えることで上記当接形態を変える。
【００１３】
第１０の発明では、第７〜第９のいずれか一つの発明において、上記ノズルボディ内部における燃料流れ方向に対して垂直な上記当接部材の断面積は、上記燃料流れの上流に向かって徐々に小さくなっている。
第１０の発明によれば、当接部材の断面積が燃料流れの上流に向かって徐々に小さくなることにより、好ましくは当接部材が燃料流れに対して流線型状になっていることにより、ノズルボディ内壁面とニードル弁との間を燃料が通る際に、当接部材による燃料への流抵抗を最小限に抑えることができる。
【００１４】
第１１の発明では、第６の発明において、上記噴孔が複数設けられ、上記ニードル弁が移動して噴孔が開かれたときであっても燃料が少なくとも一つの噴孔からノズルボディ外部へ噴射されないように噴孔を閉塞する閉塞手段をさらに具備し、上記流路範囲変更手段は、上記閉塞手段によって噴孔が閉塞された状態と閉塞されていない状態とを切替えることで上記流通範囲を変える。
第１１の発明によれば、ノズルボディ外部へ燃料を噴射可能な噴孔の数を増減することによって、流通範囲を変え、切欠部流入比率を変える。特に、噴射可能な噴孔の数を増やすと噴霧角度が大きくなる。したがって、噴射可能な噴孔数を増やすと、多くの噴孔から燃料が噴射されることで燃料噴射弁周りの領域に燃料が分散されることに加えて、噴霧角度が大きくなることでさらに燃料が燃料噴射弁周りの領域において分散されることになり、より効果的に燃料を分散させることができる。
【００１５】
第１２の発明では、第１〜１１のいずれか一つの発明において、機関運転状態に応じて、上記比率変更手段で比率を変更することによって、上記噴孔から噴射される燃料の噴霧角度が変更される。
なお、機関運転状態を示す運転パラメータとしては、以下の第１７〜第２０の発明において示した運転パラメータの他に、当該燃料噴射弁に供給される燃料の圧力、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射量、機関回転数、内燃機関の各気筒の燃焼室内に流入する空気の量である吸入空気量、内燃機関の各気筒の燃焼室内に流入する吸気ガスの量（空気、ＥＧＲガス等の総量）である吸入吸気ガス量、当該燃料噴射弁の開弁時間、当該燃料噴射弁から噴射される燃料の温度、機関冷却水の水温、および内燃機関内の潤滑油の油温等の運転パラメータが挙げられる。
【００１６】
上記課題を解決するために、第１３の発明では、ノズルボディと、該ノズルボディの内壁面から外壁面へと貫通する噴孔を具備し、上記ノズルボディ内でニードル弁が移動することにより上記噴孔が開閉され、上記噴孔が開かれたときには燃料がノズルボディとニードル弁との間に形成される流路を通って流れる燃料噴射弁において、上記噴孔の入口を塞ぐことなく上記ノズルボディ内壁面に少なくとも一カ所で当接可能な当接部材と、該当接部材とノズルボディ内壁面との当接箇所を変える当接箇所変更手段とを具備する。
当接部材とノズルボディ内壁面との当接箇所を変えると、噴孔と当接部材との相対位置関係が変わる。噴孔と当接部材との相対位置関係が変わると、各噴孔に流入する燃料の流れが変わり、各噴孔から噴射される燃料の噴射形態が変わる。例えば、噴孔と当接部材との相対位置関係が、噴孔の中央軸線を通ってノズルボディの周方向に対して垂直な方向に延びる直線に対して対称になるような相対位置関係であれば、噴孔内を通る燃料に乱流または渦流が発生しにくくなり、よって各噴孔から噴射される燃料の噴霧角度が小さくなり、上記到達距離が長くなる。逆に、噴孔と当接部材との相対位置関係が、上記直線に対して非対称になるような相対位置関係であると、噴孔内を通る燃料に乱流または渦流が発生しやすくなり、よって各噴孔から噴射される噴霧角度が大きくなり、上記到達距離が短くなる。なお、噴孔と当接部材との相対位置関係を変えることによって、各噴孔から噴射される噴霧角度および到達距離を連続的に変えることができる。
【００１７】
第１４の発明では、第１３の発明において、機関運転状態に応じて、当接箇所変更手段で当接箇所を変えることによって、上記噴孔から噴射される燃料の噴霧角度が変更される。
【００１８】
上記課題を解決するために、第１５の発明では、ノズルボディと、該ノズルボディの内壁面から外壁面へと貫通する噴孔を具備し、上記ノズルボディ内でニードル弁が移動することにより上記噴孔が開閉され、上記噴孔が開かれたときには燃料がノズルボディとニードル弁との間に形成される流路を通って流れる燃料噴射弁において、上記ノズルボディ内壁面と当接している当接部材を具備し、これら当接部材はノズルボディの周方向において各噴孔の両側に、両当接部材と該噴孔との間の距離が異なるように配置され、上記ニードル弁の目標リフト量を変更する目標リフト量変更手段を具備する。
一般に、噴孔へはノズルボディ内壁面に沿って流れてきた燃料とニードル弁表面に沿って流れてきた燃料とが流入すると考えると、ノズルボディとニードル弁との間隙が小さいときには、ニードル弁表面に沿って流れてきた燃料が噴孔に流入するときの燃料の流れの向きのうち噴孔の軸線に対して垂直な成分が大きく、噴孔内で乱流や渦流が発生しやすいが、ノズルボディとニードル弁との間隙が大きいときには、ニードル弁表面に沿って流れてきた燃料が噴孔に流入するときの向きのうち噴孔の軸線に対して垂直な成分が小さく、噴孔内で乱流や渦流が発生しにくい。第１５の発明の燃料噴射弁では、ノズルボディの周方向において各噴孔の両側で噴孔と当接部材との距離が異なるので、ニードル弁のリフト量が小さいとき、すなわちノズルボディとニードル弁との間隙が小さいときには、各噴孔の両側において噴孔に流入する燃料の流れが異なり、また、噴孔に流入する燃料の向きのうち噴孔の軸線に対して垂直な成分が大きいため、噴孔内で乱流または渦流が発生し、噴孔から噴射される燃料の噴霧角度は大きく、到達距離は短い。一方、ニードル弁のリフト量が大きいときには、すなわちノズルボディとニードル弁との間隙が大きいには、噴孔に流入する燃料の向きのうち噴孔の軸線に対して垂直な成分が小さいため、各噴孔の両側において噴孔に流入する燃料の流れが異なっていたとしても、噴孔内で乱流または渦流が発生しにくく、よって噴孔から噴射される燃料の噴霧角度は小さく、到達距離は長い。なお、目標リフト量を連続的に変えれば、各噴孔から噴射される噴霧角度および到達距離を連続的に変えることができる。
【００１９】
第１６の発明では、第１５の発明において、機関運転状態に応じて、リフト量変更手段によってリフト量を変更することによって、上記噴孔から噴射される燃料の噴霧角度が変更される。
【００２０】
第１７の発明では、第１２、１４および１６のいずれか一つの発明において、機関始動後から所定期間は噴霧角度が所定角度よりも大きくなるようにした。
機関始動時には、燃焼が不安定であるため、燃焼しやすい混合気、すなわち吸気ガスと燃料とが良好に混合した混合気を生成する必要がある。そこで、第１７の発明によれば、機関始動後から所定期間は噴霧角度が大きくされるので、吸気ガスと燃料とが良好に混合しやすくなる。さらに、噴霧角度が大きくなるのに伴って到達距離を短くすると、シリンダ壁面等に燃料が付着しにくくなり、効果的である。なお、冷間始動時には特に燃焼が不安定であるので、冷間始動後から所定期間に噴霧角度を所定角度よりも大きくすると、特に効果的である。
【００２１】
第１８の発明では、第１２、１４および１６のいずれか一つの発明において、内燃機関において予混合燃焼が行われているときには噴霧角度が所定角度よりも大きくなるようにした。
予混合燃焼が行われているときには、燃料噴射弁から噴射された燃料をできるだけ燃焼室内の吸気ガスと混合させる必要がある。ここで、第１８の発明では、内燃機関において予混合燃焼が行われているときには噴霧角度が大きくされるので、噴射された燃料が吸気ガスと混合しやすくなる。
【００２２】
第１９の発明では、第１２、１４および１６のいずれか一つの発明において、圧縮上死点近傍で行われるメインの噴射よりも早いタイミングでまたは遅いタイミングで行われる噴射における噴霧角度が所定角度よりも大きくなるようにした。
圧縮上死点近傍で行われるメインの噴射（以下、「メイン噴射」と称す）よりも早いタイミングで行われる噴射（以下、「パイロット噴射」と称す）においては、燃料噴射後すぐに燃焼が行われるわけではないため、燃料は微粒化して吸気ガスと混合されないと、ピストンやシリンダの壁面に付着してしまう。また、メイン噴射よりも遅いタイミングで行われる噴射（以下、「ポスト噴射」と称す）でも同様に、燃料が微粒化して排気ガスと混合されないと、ピストンやシリンダの壁面に付着してしまい、また、燃料が燃焼されにくくなる。そこで、第１９の発明では、パイロット噴射およびポスト噴射における噴霧角度を大きくし、到達距離を短くして、燃料の微粒化、混合を促進すると共に燃料がピストンやシリンダの壁面に付着してしまうことを防止する。
【００２３】
第２０の発明では、第１２、１４および１６のいずれか一つの発明において、一回の噴射において噴射開始から所定期間における噴霧角度が、所定期間経過後から噴射終了までの間における噴霧角度よりも小さくなるようにした。
第２０の発明によれば、燃料噴射弁からの燃料の一回の噴射で、噴射開始から所定期間（以下、「噴射前半」と称す）において到達距離の長い噴射を行って燃料噴射弁から遠い燃焼室内の領域まで燃料を到達させると共に、所定期間経過後から噴射終了まで（以下、「噴射後半」と称す）の間において噴霧角度の大きい噴射を行って燃料噴射弁から近い燃料質内の領域に燃料を行き渡らせることで、燃焼室全体に満遍なく燃料を行き渡らせることができるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２を参照して本発明の燃料噴射弁１の実施形態について詳細に説明する。なお、図１は、内燃機関の燃焼室の壁面または内燃機関の燃焼室へと続く吸気ポートの壁面に配置される燃料噴射弁１の概略断面図であり、図２は燃料噴射弁１の先端部を拡大した断面図である。
【００２５】
図１および図２に示したように、燃料噴射弁１は、内部に中空空間３を有するほぼ円筒状のノズルボディ２と、このノズルボディ２の中空空間３内で摺動（移動）するほぼ円柱形のニードル弁４とを具備する。ノズルボディ２とニードル弁４とはこれらの軸線Ａが同軸になるように配置される。ノズルボディ２には中空空間３に通じる供給通路５がさらに設けられる。供給通路５は燃料噴射弁１の外部の燃料供給源（図示せず）に接続され、この供給通路５を介して中空空間３内に高圧の燃料が供給される。供給された燃料はニードル弁４とノズルボディ２の内壁面７との間に設けられた上流側環状流路６を介してノズルボディ２の先端部８へと流れる。
【００２６】
一方、ノズルボディ２の先端部８は円錐状であり、この先端部８には少なくとも一つ（本実施形態では六つ）の噴孔９が設けられる。噴孔９は、ノズルボディの周方向において等間隔に配置され、ノズルボディ２の内壁面７上に設けられた入口１１と外壁面１０上に設けられた出口１２との間で貫通し、ノズルボディ２の中空空間３とノズルボディ２の外部との間をつなぐ。したがって、噴孔９を介して、中空空間３内の高圧の燃料を噴孔９の出口１２からノズルボディ２の外部へと噴射することができる。また、ニードル弁４は中空空間３内で摺動して、ニードル弁４の先端部１３がノズルボディ２の先端部８の内壁面７と接触することにより、噴孔９の入口１１を開閉することができる。すなわち、図２に示したような、ニードル弁４の先端部１３とノズルボディ２の先端部８の内壁面７との間に下流側環状流路１４が形成されるような位置（以下、「噴孔開放位置」と称す）にニードル弁４があるときには、噴孔９が開かれ、この下流側環状流路１４および噴孔９を介して中空空間３内の燃料が噴孔９の出口１２から噴射される。一方、ニードル弁４の先端部１３とノズルボディ２の先端部８の内壁面７とが接触するような位置（以下、「噴孔閉鎖位置」と称す）にニードル弁４があるときには、これらの間に下流側環状流路１１が形成されず、ニードル弁４によって噴孔９が閉じられ、よって中空空間３内の燃料は噴射されない。ニードル弁４は、ソレノイドまたはピエゾ素子等の弁駆動手段（図示せず）によってノズルボディ２に対して摺動せしめられる。
【００２７】
本実施形態の燃料噴射弁１では、噴孔９の入口１１の縁の一部を切り取って形成された切欠溝（切欠部）１５が設けられる。切欠溝１５は各噴孔９毎に設けられ、よって切欠溝１５の数は噴孔９の数と等しい。以下、図３および図４を用いて、この切欠溝１５について説明する。ここで、図３（ａ）は、一つの噴孔９の入口１１近傍を拡大した図１および図２と同様な断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の線ＩＩＩ −ＩＩＩ から噴孔９の入口１１近傍を見た図である。また、図４は、図２の断面線ＩＶ−ＩＶに沿ったノズルボディ２の先端部８の断面図であるが、ニードル弁４が省かれている。なお、図３（ｂ）において斜線が引かれているが、これは断面を示すものではなく、図を見やすくするためにノズルボディの内壁面を示したものである。
【００２８】
図１〜図３に示したように、切欠溝１５は、噴孔９に対してノズルボディ２の周方向に配置され、噴孔９の中央軸線Ｂを中心とした円の接線方向に延びる軸線Ｃを中心としたほぼ角錐形状である。切欠溝１５は、噴孔９に流入する燃料全体の巨視的流れ方向Ｄ上流から下流に向かって、軸線方向Ｃに垂直な方向における切欠溝１５の断面積が大きくなるように形成されている。なお、切欠溝１５の形状はほぼ角錐形状でなくてもよく、ほぼ半円錘形状、ほぼ円柱形状、ほぼ角柱形状等、他の形状であってもよい。すなわち、切欠溝１５は、切欠溝１５は、ノズルボディ２の内壁面に平行な軸線Ｃに沿って、噴孔９に近接した切欠溝１５の部分に向かって、軸線Ｃに垂直な方向における切欠溝１５の断面積が徐々に大きくなるかまたは均一であると共にノズルボディ２の内壁面上であって軸線Ｃと垂直な方向の切欠部の幅も徐々に大きくなるかまたは均一であるように形成されていれば如何なる形状であってもよい。このような形態で噴孔９の入口１１付近に切欠溝１５を配置することにより、切欠溝１５を通って噴孔９に流入しようとする燃料のほとんどが噴孔９の中央軸線Ｂに向かう方向とはずれた方向に向かって流れ、これにより図３（ａ）および図３（ｂ）に矢印で示したように噴孔９内を流れる燃料に渦流または乱流が発生せしめられる。
【００２９】
なお、このように噴孔９内を流れる燃料に渦流等を発生させるためには、切欠溝の形状が噴孔の入口部の縁を切り取ったような形状であればよく、特に、切欠溝１５の形状が噴孔９の入口１１の縁の一部を切り取って形成された形状であって、噴孔９の中央軸線Ｂから噴孔９に流入する燃料全体の巨視的流れ方向Ｄ上流に向かって延びる直線を軸線として延びる形状とは異なる形状であると効果的である。また、本実施形態では、噴孔９の中央軸線Ｂの方向における切欠溝１５の奥行きが少なくともノズルボディ２の厚さの半分よりも短くされる。
【００３０】
噴孔９内を流れる燃料に渦流が発生せしめられると、噴孔出口１２から噴射される燃料は拡散する。この様子を図４（ａ）に示す。図４（ａ）は、上述したように噴孔出口１２から噴射される燃料が拡散している場合における燃料噴射弁１からの燃料の噴射状態を示している。この場合、図からわかるように、噴射された燃料が噴孔出口１２から広がっていく範囲の噴孔中央軸線Ｂを中心とした角度（以下、「噴霧角度」と称す）αは大きい。以下、このような噴射を広角度噴射と称する。
【００３１】
一方、切欠溝１５が設けられていない場合や、後述するように切欠溝１５が設けられていてもほとんどの燃料が切欠溝１５を通らずに噴孔９に流入する場合、噴孔９内を流れる燃料にはほとんど渦流が発生せず、よって噴孔出口１２から噴射される燃料は拡散しない。しかしながら、上述したように渦流が発生する場合に燃料を拡散するために使われていたエネルギが、燃料を噴射方向（すなわち、噴孔９の中央軸線Ｂに沿った方向）に押し出すエネルギとして用いられるため、上記広角度噴射の場合と比べて、噴射方向において燃料が単位時間当たりに到達する距離（以下、「到達距離」と称す）ｄが長くなる。この様子を図４（ｂ）に示す。
【００３２】
図４（ｂ）から分かるように、ほとんどの燃料が切欠溝１５を通らずに噴孔９に流入する場合、噴霧角度αは広角度噴射の場合に比べて小さく、また到達距離ｄは広角度噴射の場合に比べて長い。以下、このような噴射を狭角度噴射と少する。
【００３３】
このように噴孔入口１１付近に切欠溝１５が設けられた燃料噴射弁１で燃料を噴射する場合、噴孔９内を流れる燃料に発生する渦流の強さ、噴孔出口１１からの燃料の噴霧角度αの広さ、噴射の到達距離ｄの長さ等の燃料噴射形態は、噴孔９を介して燃料を噴射するときに切欠溝１５を介さずに噴孔９に流入する燃料の流量に対する切欠溝１５を介して噴孔９に流入する燃料の流量の比率（以下、「溝流入比率」と称す）に応じて変化する。より詳細には、溝流入比率が大きくなると、すなわち切欠溝１５を介して噴孔９に流入する燃料の流量が多くなると、噴孔９内を流れる燃料に発生する渦流の強さが強くなり、よって噴孔出口１２からの燃料の噴霧角度αが広くなると共に噴射の到達距離ｄが短くなる。逆に、上記溝流入比率が小さくなると、すなわち切欠溝１５を介して噴孔９に流入する燃料の流量が少なくなると、噴孔９内を流れる燃料に発生する渦流の強さが弱くなり、よって噴孔出口１２からの燃料の噴霧角度αが小さくなると共に噴射の到達距離ｄが長くなる。
【００３４】
ところで、燃料噴射弁１に対して要求される燃料噴射形態は常に同一ではなく、内燃機関の運転状態に応じて異なっている。例えば、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合、燃料噴射弁１から燃料噴射が行われる吸気行程の時間が短いため、燃料噴射を開始してから燃料が所望の領域に到達するまでの時間が早い必要があり、よって噴射の到達距離ｄが長い必要がある。また、内燃機関の吸気ポートから燃焼室に吸引される吸気ガスの流速は速く、よって燃料噴射弁１からの燃料噴射時に噴孔出口１２からの燃料の噴霧角度αが小さくても燃料と吸気ガスとが適切に混合される。
【００３５】
一方、内燃機関が低負荷・低回転で運転されている場合、内燃機関の吸気ポートから燃焼室に吸引される吸気ガスの流速は内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合よりも遅く、よって吸気ガスに噴射された燃料は吸気ガスと混合されにくい。このため、内燃機関が低負荷・低回転で運転されている場合には、噴孔出口１２からの燃料の噴霧角度αを広くして、燃料と吸気ガスとが混合しやすくする必要がある。また、燃料噴射弁１から燃料噴射が行われる吸気行程の時間が長いため、燃料噴射を開始してから燃料が所望の領域に到達するまでの時間は比較的遅くてもよい。
【００３６】
そこで、本発明の第一実施形態の燃料噴射弁１では、噴孔９を介してノズルボディ２内部の燃料をノズルボディ２外部へ噴射するときに、機関運転状態に応じて溝流入比率を連続的にまたは段階的に変える比率制御手段が設けられている。すなわち、広角度噴射が必要な状態で内燃機関が運転されている場合には、溝流入比率を大きくして噴孔９内で強い渦流を発生させ、一方、狭角度噴射が必要な状態で内燃機関が運転されている場合には、溝流入比率を小さくして噴孔９内で弱い渦流を発生させる。したがって、例えば内燃機関が低負荷・低回転で運転されて広角度噴射が必要である場合には、溝流入比率を大きくし、内燃機関が高負荷・高回転で運転されて狭角度噴射が必要である場合には、溝流入比率を小さくする。
【００３７】
このように、機関運転状態に応じて燃料噴射弁１からの燃料噴射形態（特に、噴霧角度）を変えることによって、吸気ガスと燃料との混合状態を常に最良に保つことができ、内燃機関における燃焼状態が良好に維持されるようになる。なお、広角度噴射が必要である場合としては、低負荷・低回転時以外にも、内燃機関の冷間始動時等が挙げられ、狭角度噴射が必要である場合としては、高負荷・高回転時以外にも、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比をリッチにする場合等が挙げられる。ここで、排気ガスの空燃比とは燃焼室および吸気通路に供給された空気と燃料との比率を示す。
【００３８】
次に、図５を参照して溝流入比率を制御する比率制御手段について説明する。なお、図５（ａ）は図４と同様に図２の断面線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図であり、図５（ｂ）は後述する流通範囲の概念を示す図である。ところで、一般に燃料噴射弁１では、ニードル弁４がリフトされて噴孔９が開かれているときにはニードル弁４の先端部１３とノズルボディ２の先端部８の内壁面７との間に形成される下流側環状流路１４のうち、各噴孔９に流入する大部分の燃料が通る範囲（以下、「流通範囲」と称す）１６はほぼ決まっている。例えば、図５（ａ）に示した６噴孔の燃料噴射弁では、噴孔９ａに流入する燃料の大部分が通る流通範囲１６は、下流側環状流路の一部分であり、より詳細には、図５（ｂ）に示したように、ニードル弁の先端部とノズルボディ先端部の内壁面との間の厚さｔと、ノズルボディ２の周方向（または、巨視的な燃料の流れ方向に垂直な方向）における幅ｗと、ノズルボディ２の周方向と垂直な方向（または、巨視的な燃料の流れ方向に平行な方向）における長さｌとの少なくとも一つから定まる範囲を指す。
【００３９】
さらに、この流通範囲は、ノズルボディ２の周方向における噴孔９の中央軸線Ｂに対する相対位置（以下、単に「噴孔に対する相対位置」と称す）によっても定義される。例えば、図５（ａ）に示した燃料噴射弁１のように噴孔９が等間隔に配置されている場合、流路範囲１６の周方向における中央軸線Ｄは噴孔の中央軸線上に位置するが、図５（ａ）に示した燃料噴射弁１と異なり、噴孔９が等間隔に配置されていない場合、流通範囲１６の周方向における中央軸線Ｄは噴孔９の中央軸線Ｂ上に位置しないことが多い。したがって、流通範囲１６同士の厚さｔ、幅ｗ、長さｌが等しい場合でも、流通範囲同士の上記噴孔９に対する相対位置が異なる場合には、その流通範囲は互いに異なると考えることができる。また、流通範囲は各噴孔毎に決まっており、或る噴孔９に対応する流通範囲は他の噴孔９に対応する流通範囲とほとんど重ならない。例えば、噴孔９ａに対応する流通範囲１６ａは、噴孔９ｂに対する流通範囲１６ｂとはほとんど重ならない。
【００４０】
ここで、上述した流通範囲１６は溝流入比率と密接な関係にあり、流通範囲１６を変えると溝流入比率が変わる。例えば、或る噴孔９に対する流通範囲の幅ｗが大きくなると、すなわち、或る噴孔９に流入する燃料が通る流路の幅（ノズルボディ２の周方向における幅）が広くなると、流路の幅に対する切欠溝１５の幅が相対的に小さくなるため、この噴孔９に流入する燃料の流量のうち切欠溝１５を通ってからこの噴孔９に流入する燃料の流量が少なくなり、すなわち溝流入比率が小さくなる。逆に、流通範囲の幅ｗが小さくなると、溝流入比率が大きくなる。また、流通範囲１６の相対位置が或る噴孔９に対してその噴孔９に対応する切欠溝１５が配置されている側にずれると、燃料が切欠溝１５を介して噴孔９に流入しやすくなるため、溝流入比率が大きくなる。逆に、流通範囲が或る噴孔９に対してその噴孔９に対応する切欠溝１５が配置されている側と反対側にずれると、燃料が切欠溝１５を介して噴孔９に流入しにくくなるため、溝流入比率が小さくなる。
【００４１】
そこで、本実施形態の流量調整弁１では、比率制御手段は、噴孔が開かれているときにニードル弁４の先端部１３とノズルボディ２の先端部８の内壁面７との間に形成される下流側環状流路１４のうち、各噴孔９に流入する燃料の大部分が通る流通範囲１６を変える範囲変更手段によって溝流入比率を変更する。この場合、範囲変更手段によって、流通範囲１６のうち、ニードル弁４の先端部１３とノズルボディ２の先端部８の内壁面７との間の厚さｔと、ノズルボディ２の周方向における幅ｗと、ノズルボディ２の周方向と垂直な方向における長さｌと、ノズルボディ２の周方向における噴孔９の中央軸線Ｂに対する相対位置との少なくともいずれか一つが変えられることによって、溝流入比率が変更せしめられる。
【００４２】
なお、比率制御手段としては、上述したように範囲変更手段によって流通範囲１６を変更する方法以外の方法で溝流入比率を変更してもよい。例えば、上述した実施形態では、上流側環状流路６から下流側環状流路１４に燃料を流すのに、環状断面全体に亘って燃料を均一に流しているが、例えば上流側環状流路６においてニードル弁４とノズルボディ内壁面７との間にノズルボディ２から突出する突起部（図示せず）を設けたりすることによって、燃料が均一に流れないようにすることによって、溝流入比率を変更してもよい。
【００４３】
次に、図６および図７を参照して本発明の第一実施形態の燃料噴射弁１に用いられる範囲変更手段について説明する。図６はニードル弁４の先端部１３の概略図であり、図７は図５（ａ）と同様な断面図である。図６に示したように、本発明の第一実施形態の燃料噴射弁１では、ニードル弁４の先端部１３は、ニードル弁本体部分２１と、ニードル弁本体部分２１の先端に取り付けられた当接部材２２とから形成される。
【００４４】
より詳細には、本発明の第一実施形態では、当接部材２２は、ニードル弁本体部分２１内に形成された円柱空間２３内に受容される円柱状部分２４と、円柱状部分２４から径方向に突出し且つ噴孔９の入口１１を塞ぐことなくノズルボディ内壁面７に少なくとも一カ所で当接可能な少なくとも一つの（本実施形態では六つの）突出部分２５と、円柱状部分２４の先端に配置されたほぼ円錐状の円錐状部分２６とを有する。突出部分２５は、その径方向先端面２７が噴孔９の入口１１と対面しないような位置に配置され、常に噴孔９の入口１１を塞ぐことのないようにされる。ニードル弁本体部分２１の当接部材２２と対面する側には、当接部材２２の突出部分２５の数と同数の凹部２８が形成され、この凹部２８内に突出部分２５が収容される。突出部分２５の周方向の厚さは、隣り合う噴孔９間の長さよりも短くなるような厚さである。また、円錐状部分２２は、ノズルボディ先端部８の内壁面７の形状に対応した形状であり、ニードル弁４が噴孔閉鎖位置にあるときにノズルボディ先端部８の内壁面７とほぼ当接する。突出部分２５の径方向先端面２７は、ノズルボディ先端部８の内壁面７の形状に対応した形状であり、ニードル弁４が噴孔閉鎖位置にあるときノズルボディ先端部８の内壁面７と実質的に当接する。
【００４５】
当接部材２２の円柱状部分２４をニードル弁本体部分２１の円柱空間２３内で摺動させるための部材駆動手段によって、当接部材２２はニードル弁本体部分２１に対してニードル弁４の軸線方向に摺動することができる。より詳細には、当接部材２２は、図７（ａ）に示したようにニードル弁４が噴孔閉鎖位置から噴孔開放位置に摺動するときに当接部材２２がニードル弁本体部分２１に対して摺動して当接部材２２の突出部分２５がノズルボディ先端部８の内壁面７と当接したままの位置（以下、「部材当接位置」と称す）と、図７（ｂ）に示したように当接部材２２がニードル弁本体部分２１に対して摺動せずに、ノズルボディ２に対してニードル弁本体部分２１と当接部材２２とが一体的に摺動して当接部材２２の当接部材２２の突出部分２５がノズルボディ先端部８の内壁面７から離れた位置（以下、「部材離間位置」と称す）とをとることができる。
【００４６】
図７（ａ）に示したように、ニードル弁４が噴孔開放位置にあるときに、当接部材２２が部材当接位置にある場合には、流通範囲１６の周方向における幅ｗが小さい。このため、この場合、各噴孔９への燃料の溝流入比率は大きく、よって各噴孔９からの噴霧角度αは大きく、噴射の到達距離ｄは短い。一方、図７（ｂ）に示したように、ニードル弁４が噴孔開放位置にあるときに、当接部材２２が部材離間位置にある場合には、流通範囲１６の周方向における幅ｗが大きい。このため、この場合、各噴孔９への燃料の溝流入比率は小さく、よって各噴孔９からの噴霧角度αが小さく、噴射の到達距離ｄは長い。このように、ニードル弁４が噴孔開放位置にあるときに、当接部材２２の当接形態を変えることで燃料の噴射形態（噴霧角度および到達距離）を変えることができる。
【００４７】
なお、当接部材２２の円柱状部分２４をニードル弁本体部分２１の円柱空間２３内で摺動させるための部材駆動手段は、一方が当接部材２２の円柱部分２４に固定され、他方がニードル弁本体部分２１の円柱空間２３の壁面に固定されたピエゾ素子またはソレノイド等の駆動装置である。あるいは、上述した弁駆動手段がノズルボディ２に対してニードル弁本体部分２１のみを駆動し、部材駆動手段がノズルボディ２に対して当接部材２２のみを駆動するようにしてもよい。
【００４８】
また、当接部材は、噴孔９の入口１１を塞ぐことなくノズルボディ内壁面７に少なくとも一カ所で当接可能であり、且つ範囲変更手段が当接部材とノズルボディ内壁面７との相対関係を変えることによって上記流通範囲を変えることができれば如何なる形態であってもよく、例えば図８に示したように上記実施形態における円錐部分２６のない形状であってもよい。ここで、当接部材とノズルボディ内壁面７との相対関係を変えることとは、当接部材とノズルボディ内壁面７とが当接する場合において当接部材とノズルボディ内壁面７とが当接する面積や相対位置を変えること、および当接部材とノズルボディ内壁面７とが当接しない場合において当接部材とノズルボディ内壁面７との間の距離や、当接部材とノズルボディ内壁面７とが対面する面積を変えることを意味する。
【００４９】
したがって、範囲変更手段は、上述した厚さｔと、幅ｗと、長さｌと、相対位置との少なくとのいずれか一つが変わるように当接部材とノズルボディ内壁面７との相対関係を変え、これによりニードル弁が噴孔開放位置にあるときの燃料の流通範囲が変わり、噴孔からの燃料の噴霧角度が変わる。
【００５０】
次に、図９を参照して本発明の第一実施形態の変更例について説明する。図９は図６および図８と同様な図である。図９に示したように、第一実施形態の変更例では、ニードル弁４が噴孔開放位置にあるときにおける下流側環状流路１４内における巨視的にみた燃料流れ方向に対して垂直な当接部材２２の突出部分２９の断面積は、上記燃料流れの上流に向かって（または、ニードル弁４の先端に向かう方向とは反対方向に向かって）徐々に小さくなっている。すなわち、突出部分２９は噴孔入口１１に向かって下流側環状流路１４内を流れる燃料に対する流抵抗が小さくなるような形状となっている。
【００５１】
より詳細には、周方向における突出部分２９の厚さが燃料流れの上流に向かって徐々に小さくなるようになっており、よって突出部分２９の径方向先端面３０も同様に燃料流れの上流に向かって徐々に幅が狭くなっている。また、ニードル弁本体部分２１の凹部２８は突出部分２９に対応するような形状である。当接部材２２の突出部分２９をこのような形状にすることにより、噴孔９に向かって流れる燃料の流抵抗が小さくなり、噴孔９から噴射される燃料の圧力が低下してしまうことが防止される。
【００５２】
次に、図１０を参照して、本発明の第二実施形態の燃料噴射弁について説明する。図１０は、図５（ａ）および図７等と同様な図である。第二実施形態の燃料噴射弁の構造は基本的に第一実施形態の燃料噴射弁１と同様であるが、第二実施形態では、当接部材２２は、その突出部分２５の径方向先端面２７が常にノズルボディ２の内壁面７と当接している。すなわち、突出部分２５は、ニードル弁４が噴孔入口１１を開くように摺動しているときにニードル弁４と共にノズルボディ２の内壁面７から離れるように移動することはなく、このようなときでもノズルボディ２の内壁面７と当接している。また、当接部材２２は、回動手段（図示せず）によりノズルボディ２またはニードル弁４の軸線Ａを中心に回動することができる。特に、本実施形態の回動手段は、ステップモータ等の回転駆動装置（図示せず）によりニードル弁４全体（すなわち、ニードル弁本体部分２１および当接部材２２）を回動させる。ただし、回動手段は、各突出部分２５の径方向先端面２７が、噴孔９の入口１１を塞ぐことなく常に隣り合う噴孔９間に位置するような角度範囲内で当接部材２２を回動させる。
【００５３】
したがって、本発明の第二実施形態の燃料噴射弁では、範囲変更手段は、当接部材２２を回動させることによって当接部材２２とノズルボディ内壁面７との当接箇所を変える。よって、本実施形態の範囲変更手段により、当接部材２２の突出部分２５は、ニードル弁４が噴孔入口１１を開くように摺動しているときに、噴孔９に対して異なった相対位置でノズルボディ内壁面７と当接することができ、こうして当接部材２２とノズルボディ内壁面７との当接形態が変更せしめられる。このように当接部材２２の噴孔９に対する相対位置を変えると、上記燃料の流通範囲のうち上記噴孔に対する相対位置が変わるので、流通範囲が変更せしめられる。したがって、当接部材２２を回動させることによって、ニードル弁４が噴孔開放位置にあるときに、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αおよび噴射の到達距離ｄが変更せしめられる。
【００５４】
具体的には、例えば、図１０（ａ）に示したように、当接部材２２の突出部分２５のそれぞれが、各噴孔９に対してその噴孔９に対応する切欠溝１５が配置されている側に、その噴孔９に近接して位置する場合、燃料は切欠溝１５を介して噴孔９に流入しにくくなり、よって切欠溝１５を介して噴孔９に流入する燃料の流量が少なくなるので、溝流入比率が小さくなる。このため、当接部材２２の突出部分２５が図１０（ａ）に示した位置にある場合には、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αが小さくなり且つ噴射の到達距離ｄが長くなる。一方、図１０（ｂ）に示したように、当接部材２２の突出部分２５のそれぞれが、各噴孔９に対してその噴孔９に対応する切欠溝１５が配置されている側とは反対側に、その噴孔９に近接して位置する場合、燃料は切欠溝１５を介して流入しやすくなり、よって切欠溝１５を介して噴孔９に流入する燃料の流量が多くなるので、溝流入比率が大きくなる。このため、当接部材２２の突出部分２５が図１０（ｂ）に示した位置にある場合には、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αが大きくなり且つ噴射の到達距離ｄが短くなる。
【００５５】
このように、第二実施形態の燃料噴射弁では、範囲変更手段は第一実施形態の範囲変更手段とは異なった形態で当接部材２２とノズルボディ内壁面７との当接形態を変えて、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αおよび噴射の到達距離ｄを変えている。
【００５６】
なお、第二実施形態の燃料噴射弁は第一実施形態の燃料噴射弁と組み合わせて、摺動および回動可能な当接部材２２とすることも可能であり、これにより噴霧角度αおよび噴射の到達距離ｄの選択範囲を広げることができる。
また、第二実施形態の燃料噴射弁では、当接部材の突出部分を、第一実施形態の変更例における突出部分の形状と同様な形状にしてもよい。
【００５７】
次に、図１１および図１２を参照して本発明の第三実施形態の燃料噴射弁について説明する。図１１は、第三実施形態の燃料噴射弁の先端部の概略側面図であり、図１２は、図５（ａ）および図７等と同様な断面図である。第三実施形態の燃料噴射弁は、基本的に第一実施形態および第二実施形態の燃料噴射弁と同様であるが、ニードル弁４の先端部１３に当接部材は設けられておらず、ニードル弁４は一体的に形成されている。また、第三実施形態の燃料噴射弁には、ニードル弁４が摺動して噴孔が開かれたときであっても燃料が少なくとも一つの噴孔からノズルボディ２外部へ噴射されないように噴孔９を閉塞することができる閉塞手段を有する。
【００５８】
より詳細には、閉塞手段は、ノズルボディの先端部の外側に配置された環状部材３１から形成され、この環状部材３１はノズルボディ２の軸線Ａを中心に回動することができる。環状部材３１は少なくとも一つの噴孔を閉鎖可能な遮断部分を具備し、ノズルボディ２の軸線Ａを中心に環状部材３１を回動させると、環状部材３１の遮断部分３２が少なくとも一つ（本実施形態では四つ）の噴孔９を閉じたり、開いたりする。環状部材３１の遮断部分３２によって閉じられている場合、ニードル弁４が噴孔開放位置にあるときでもその噴孔９からは燃料が噴射されない。
【００５９】
第三実施形態の燃料噴射弁では、環状部材３１は少なくとも二つの位置をとることができる。図１２（ａ）に示したように、環状部材３１の遮断部分３２が噴孔９の出口１２を閉塞しないような位置（以下、「全開位置」と称す）に環状部材３１が配置されると、ニードル弁４が噴孔開放位置にあるときに、全て（本実施形態では八つ）の噴孔９から燃料が噴射せしめられる。この場合、一つの噴孔に流入する燃料の流通範囲の幅ｗが小さいため、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αが大きく且つ噴射の到達距離ｄが短い。一方、図１２（ｂ）に示したように、環状部材３１の遮断部分３２が噴孔９の出口１２を閉塞するような位置（以下、「閉塞位置」と称す）に環状部材３１が配置されると、環状部材３１の遮断部分３２によって八つの噴孔９のうち四つが閉塞される。このため、ニードル弁４が噴孔開放位置にあると、四つの噴孔９のみから燃料が噴射せしめられる。この場合、一つの噴孔９に流入する燃料の流通範囲の幅ｗが大きいため、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αが小さく且つ噴射の到達距離ｄが長い。
【００６０】
ここで、第三実施形態によれば、噴射可能な噴孔９の数を増やすと噴霧角度αが大きくなる。したがって、噴射可能な噴孔９の数を増やすと、多くの噴孔９から燃料が噴射されることで燃料噴射弁周りの領域に燃料が分散されることに加えて、噴霧角度αが大きくなることでさらに燃料が燃料噴射弁周りの領域において分散されることになり、より効果的に燃料を分散させることができる。
【００６１】
なお、上記第三実施形態の燃料噴射弁では、複数の噴孔９のうち半分の噴孔を開閉していたが、開閉する噴孔の数は半分でなくてもよく、噴孔の数よりも一つ少ない数と一つとの間の如何なる数であってもよい。また、上記第三実施形態では、環状部材は全開位置と閉塞位置との二つの位置のみをとるものとして説明したが、環状部材はこれら二つの位置の中間的な位置を段階的にまたは連続的にとることができ、これにより噴孔９を僅かに開いた状態等の全開・全閉以外の状態にすることができる。
なお、第三実施形態の燃料噴射弁は上述した第一実施形態および第二実施形態の燃料噴射弁と組み合わせることができる。
【００６２】
次に、図１３〜図１５を参照して、本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態の燃料噴射弁の構造は基本的に第二実施形態の燃料噴射弁の構造と同様であるが、第四実施形態の燃料噴射弁には、切欠溝が存在しない。なお、図１３は、図１０と同様な図であり、図１４（ａ）および図１５（ａ）はそれぞれ図１３（ａ）のラインＩＸＶ−ＩＸＶおよび図１３（ｂ）のラインＸＶ−ＸＶに沿って見た図であり、図１４（ｂ）および図１５（ｂ）はそれぞれ図１４（ａ）および図１５（ａ）の噴孔の拡大図である。
【００６３】
図１３（ａ）および図１４に示したように、当接部材２２の二つの突出部分２５間のほぼ中央に噴孔９が位置するように当接部材２２が配置された場合（第一作動位置）、突出部分２５は、噴孔９の中央軸線Ｂを通ってノズルボディ内壁面７の周方向に対して垂直な方向に延びる直線（以下、「噴孔通過直線」と称す）Ｅに対して対称に配置される。このため、噴孔９に流入する燃料も、噴孔通過直線Ｅに対してほぼ対称に流れる。噴孔９にこのように燃料が流入すると、図１４（ａ）において噴孔通過直線Ｅの右側から噴孔９に流入する燃料によって生成される力、すなわち噴孔９内の燃料に時計回りの渦流を作り出そうとする力と、図１４（ａ）において噴孔通過直線Ｅの左側から噴孔９に流入する燃料によって生成される力、すなわち噴孔９内の燃料に反時計回りの渦流を作り出そうとする力とが打ち消し合う（図１４（ｂ）参照）。したがって、当接部材２２の二つの突出部分２５間のほぼ中央に噴孔９が位置する場合には、噴孔９内において渦流ができにくく、よって噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αが小さくなり且つ噴射の到達距離ｄが長くなる。
【００６４】
一方、図１３（ｂ）および図１５に示したように、当接部材２２の二つの突出部分２５間のほぼ中央からずれて一方の突出部分２５のみに近接して噴孔９が位置するように当接部材２２が配置された場合（第二作動位置）、突出部分２５は、噴孔通過直線Ｅに対して非対称に配置される。このため、噴孔９に流入する燃料も、噴孔通過直線Ｅに対して非対称に流れる。噴孔９にこのように燃料が流入すると、図１５（ａ）において噴孔通過直線Ｅの右側から噴孔９に流入する燃料によって生成される力、すなわち噴孔９内の燃料に時計回りの渦流を作り出そうとする力が、図１５（ａ）において噴孔通過直線Ｅの左側から噴孔９に流入する燃料によって生成される力、すなわち噴孔９内の燃料に反時計回りの渦流を作り出そうとする力よりも強い。このため、図１５（ｂ）に示したように、噴孔９内では時計回りの渦流が発生し、よって噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αが大きくなり且つ噴射の到達距離ｄが短くなる。
【００６５】
なお、図１３（ａ）に示した第一作動位置と、図１３（ｂ）に示した第二作動位置との間で当接部材２２を連続的に回動させることによって、すなわち噴孔９と当接部材２２の突出部分２５との相対位置関係を連続的に変えることによって、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αおよび到達距離ｄを、当接部材２２が第一作動位置にある場合の噴霧角度および到達距離と、当接部材２２が第二作動位置にある場合の噴霧角度および到達距離との間で連続的に変えることができる。
【００６６】
次に、図１６および図１７を参照して本発明の第五実施形態について説明する。第五実施形態の燃料噴射弁の構造は基本的に第四実施形態の燃料噴射弁の構造と同様であるが、第五実施形態の燃料噴射弁では当接部材２２を回動させることができない。なお、図１３は、図７、１０および図１３と同様な図であり、図１７は図３（ａ）と同様な図である。
【００６７】
第五実施形態の燃料噴射弁では、当接部材２２は回動することができず、当接部材２２の二つの突出部分２５間のほぼ中央からずれて一方の突出部分２５のみに近接して噴孔９が位置するように配置されている。すなわち、第四実施形態における第二作動位置に固定されている。図１６に示したように、本実施形態では当接部材２２とノズルボディ２とは別体として形成されているが、これらを一体的に形成してもよい。また、本実施形態の燃料噴射弁では、ニードル弁本体部分２１は、燃料噴射弁の開弁期間、すなわちニードル弁本体部分２１のリフト期間におけるリフト量が、目標リフト量になるように制御されている。
【００６８】
ところで、ニードル弁本体部分２１のリフト量が小さいときと、ニードル弁本体部分２１のリフト量が大きいときとでは、噴孔９に流入する燃料の流れが異なり、噴孔９内を流れる燃料に発生する渦流の強さが異なる。以下、このことについて説明する。
【００６９】
噴孔９に流入する燃料は、ノズルボディ２の先端部８の内壁面７に沿って噴孔９に向かって流れてきて噴孔９に流入する燃料と、ニードル弁本体部分２１の表面に沿って噴孔９に向かって流れてきて噴孔９に流入する燃料とに大別される。ここで、ニードル弁２１のリフト量が小さいとき（以下、「小リフト時」と称す）には、図１７（ａ）に示したように、ノズルボディ内壁面７に沿って流れてきた燃料も、ニードル弁本体部分２１の表面に沿って流れてきた燃料も、噴孔９に流入するときの燃料の流れの向きはノズルボディ内壁面７およびニードル弁本体部分２１の表面とほぼ平行である。すなわち、これら燃料が噴孔９に流入するときの燃料の流れの向きを、ノズルボディ内壁面７およびニードル弁本体部分２１の表面とほぼ平行な成分と、噴孔９の中央軸線Ｂに平行な成分とに分けると、噴孔９の中央軸線Ｂに平行な成分は小さい。
【００７０】
ここで、本実施形態の燃料噴射弁では、一方の突出部分２５のみに近接して噴孔９が位置するように配置されている。このため、噴孔９に流入する燃料の流れの向きのうちノズルボディ内壁面７等にほぼ平行な成分は、ノズルボディ内壁面７に沿って流れてきた燃料においても、ニードル弁本体部分２１の表面に沿って流れてきた燃料においても、噴孔９の中央軸線Ｂからずれた方向を向いており、このずれは図１３（ｂ）に示した場合と同様に噴孔通過直線Ｅに対して対称となっていない。したがって、噴孔９内を流れる燃料には渦流等が発生し、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αは大きく且つ到達距離ｄは短い。
【００７１】
一方、ニードル弁２１のリフト量が大きいとき（以下、「大リフト時」と称す）には、図１７（ｂ）に示したように、ノズルボディ内壁面７に沿って流れてきた燃料に関しては噴孔９に流入するときの燃料の流れの向きがノズルボディ内壁面７とほぼ平行であるが、ニードル弁本体部分２１の表面に沿って流れてきた燃料に関しては噴孔９に流入するときの燃料の流れの向きがニードル弁本体部分２１の表面と平行になっておらず、噴孔９の中央軸線Ｂとの角度が小さくなっている。すなわち、ニードル弁本体部分２１の表面に沿って流れてきた燃料は、噴孔９に流入するときの燃料の流れの向きのうちニードル弁本体部分２１の表面とほぼ平行な成分が小さくなり、噴孔９の中央軸線Ｂに平行な成分が大きくなっている。
【００７２】
このため、ニードル弁本体部分２１の表面に沿って流れてきた燃料は、噴孔９内の燃料に渦流等を生成するのに寄与しにくい。このため、上述した小リフト時に比べて、噴孔９内の燃料に生成される渦流等の渦の強さは小さく、よって、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αは小さく且つ到達距離ｄは長い。
【００７３】
このように、ニードル弁本体部分２１の小リフト時と大リフト時との間で燃料の噴射形態が異なるので、本発明の第五実施形態の燃料噴射弁では、ニードル弁本体部分２１の目標リフト量を変えることで燃料の噴射形態を変えるようにしている。すなわち、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αを大きく且つ到達距離ｄを短くしたいときにはニードル弁本体部分２１の目標リフト量を小さくし、逆に、噴霧角度αを小さく且つ到達距離ｄを長くしたいときには目標リフト量を大きくするようにしている。
【００７４】
なお、上記説明ではニードル弁本体部分２１の大リフト時と小リフト時との二段階のみしか示していないが、ニードル弁本体部分２１のリフト量を大リフトから小リフトまで連続的に変えることで、噴霧角度αおよび到達距離ｄを連続的に変えることができる。
【００７５】
また、第五実施形態の燃料噴射弁は、第二実施形態および第四実施形態の燃料噴射弁と組み合わせることができる。この場合、噴孔９と当接部材２２との相対位置関係を変えることと、ニードル弁本体部分２１の目標リフト量を変えることとによって噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αおよび到達距離ｄを変えることができる。このため、これら実施形態を組み合わせた場合には、より高い自由度で燃料の噴射形態を変更することができる。
【００７６】
次に、図１８を参照して、本発明の燃料噴射弁の制御について説明する。なお、図１８は本発明の燃料噴射弁１を備えたディーゼル型の圧縮自着火式内燃機関を示している。図１８を参照すると、５１は機関本体、５２はシリンダブロック、５３はシリンダヘッド、５４はピストン、５５は燃焼室、５６は吸気弁、５７は吸気ポート、５８は排気弁、５９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート５７は対応する吸気枝管６０を介してサージタンク６１に連結され、サージタンク６１は吸気ダクト６２を介して排気ターボチャージャ６３のコンプレッサ６４に連結される。
【００７７】
吸気ダクト６２内にはスロットル弁駆動用ステップモータ６５により駆動されるスロットル弁６６が配置され、さらに吸気ダクト６２周りには吸気ダクト６２内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置６７が配置される。図１８に示した内燃機関では冷却装置６７内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート５９は排気マニホルド６８および排気管６９を介して排気ターボチャージャ６３の排気タービン７０に連結され、排気タービン７０の出口は排気管７１を介して以下に詳述する排気浄化触媒７２を内蔵したケーシング７３に連結される。
【００７８】
排気マニホルド６８とサージタンク６１とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路７４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路７４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁７５が配置される。またＥＧＲ通路７４周りにはＥＧＲ通路７４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置７６が配置される。図１８に示した内燃機関では冷却装置７６内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００７９】
一方、各燃料噴射弁１は燃料供給管１ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール７７に連結される。このコモンレール７７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ７８から燃料が供給され、コモンレール７７内に供給された燃料は各燃料供給管１ａを介して燃料噴射弁１に供給される。コモンレール７７にはコモンレール７７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ７９が取り付けられ、燃料圧センサ７９の出力信号に基づいてコモンレール７７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ７８の吐出量が制御される。
【００８０】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）９０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス９１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）９２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）９３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）９４、入力ポート９５および出力ポート９６を具備する。燃料圧センサ７９の出力信号は対応するＡＤ変換器９７を介して入力ポート９５に入力される。また、吸気管６２に設けられると共に吸気管６２を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ９９の出力信号、および燃料の温度を検出する温度センサ１００の出力信号は対応するＡＤ変換器９７を介して入力ポート９５に入力される。
【００８１】
アクセルペダル１０１にはアクセルペダル１０１の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ１０２が接続され、負荷センサ１０２の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ１０３が接続される。一方、出力ポート９６は対応する駆動回路９８を介して燃料噴射弁１、スロットル弁駆動用ステップモータ６５、ＥＧＲ制御弁７５、および燃料ポンプ７８に接続される。
【００８２】
ところで、上述したように第一実施形態から第五実施形態の燃料噴射弁１では、噴孔９から噴射される燃料の噴霧角度αおよび到達距離ｄを変更することができる。これら噴霧角度αおよび到達距離ｄは、機関運転状態に応じて内燃機関の燃焼室５５内において最適に燃料が燃焼するように調整される。大まかに分けると、内燃機関が低負荷・低回転で運転されている場合には、燃料噴射弁１から噴射された燃料と吸気ガスとの混合の観点から、噴霧角度αを大きくして、噴射された燃料を微粒化させるのが最適であり、一方、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合には、燃料が噴射されてから燃焼が開始されるまでの時間が短く、迅速に燃料噴射弁１から遠くまで燃料を到達させることが必要となるので、到達距離ｄを長くするのが最適である。なお、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合には、燃焼室５５内の吸気ガスの流速が早いので、噴霧角度αが小さくても燃料と吸気ガスは混合しやすい。以下では、機関運転状態を表す様々な運転パラメータと、燃料噴射弁１から噴射される燃料の噴霧角度αおよび到達距離ｄとの関係、特に機関運転状態を表す様々な運転パラメータに応じた狭角度噴射と広角度噴射との選択について具体的に説明する。
【００８３】
まず、本発明では、燃料噴射弁１から噴射される燃料の圧力、燃料噴射弁１に供給される燃料の圧力、または、燃料供給管１ａ内の燃料の圧力（以下、「噴射圧」と称す）が予め定められた所定噴射圧以上である場合には狭角度噴射を行い（すなわち、噴霧角度αを小さく且つ到達距離ｄを長くし）、逆に、噴射圧が上記所定噴射圧よりも低い場合には広角度噴射を行う（すなわち、噴霧角度αを大きく且つ到達距離ｄを短くする）。これは、一般に、噴射圧が低い場合とは内燃機関が低負荷・低回転で運転されている場合であり、逆に、噴射圧が高い場合とは内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合であるためである。
【００８４】
また、一般に、噴射圧が低い場合には、噴射された燃料が微粒化しにくいので吸気ガスと燃料とが混合しにくく、一方、噴射圧が高い場合には、内燃機関が高負荷・高回転であるので燃焼室５５内の吸気ガスの流速が早く微粒化しやすく、噴射された燃料が吸気ガスと燃料とが混合しやすい。したがって、噴射圧が高い場合は噴射される燃料の噴霧角度αを小さくしても吸気ガスと燃料とは混合されるが、噴射圧が低い場合には噴霧角度αを小さくすると吸気ガスと燃料とが混合されにくい。これら理由から、上述したように噴射圧に応じて狭角度噴射と広角度噴射とを変更することにより、燃焼室５５内で燃料を最適に燃焼させることができる。なお、噴射圧は、例えば、燃料圧センサ７９によって検出される。
【００８５】
次に、本発明では、燃料噴射弁１から一回に噴射される噴射量（以下、「燃料噴射量」と称す）が予め定められた所定燃料噴射量以上である場合には狭角度噴射を行い、逆に、燃料噴射量が上記所定燃料噴射量よりも少ない場合には広角度噴射を行う。こうすることで、燃料噴射量が多い場合に、燃料を燃焼室全体に行き渡らせることができるようになると共に、燃料噴射量が少ない場合に、燃料を吸気ガスと良好に混合させることができる。なお、この噴射量は、例えば、ＥＣＵ９０から燃料噴射弁１に送られる信号、特に燃料噴射弁１の開弁時間、リフト量に関する信号や、噴射圧に基づいて算出される。
【００８６】
また、本発明では、燃焼室５５に流入する空気の量、すなわちＥＧＲガス等を除いた吸気ガスの量（以下、「吸入新気量」と称す）が予め定められた所定吸入新気量以上である場合には、狭角度噴射を行い、逆に、吸入新気量が上記所定吸入新気量よりも少ない場合には、広角度噴射を行う。これは、吸入新気量に基づいて燃料噴射量が決められ、吸入新気量が多いときには燃料噴射量も多いことによる。なお、吸入新気量は、例えば、エアフロメータ９９等によって検出される。
【００８７】
さらに、本発明では、燃焼室５５に流入する吸気ガスの量、すなわち燃焼室５５に流入する空気量にＥＧＲガス量等を加えた吸気ガスの総量（以下、「吸入吸気ガス量」と称す）が予め定められた所定吸入吸気ガス量以上である場合には狭角度噴射を行い、逆に、吸入吸気ガス量が上記所定吸入吸気ガス量よりも少ない場合には狭角度噴射を行う。これは、吸入吸気ガス量が多い場合には、燃焼室５５内の吸気ガスの流速が早いので噴射した燃料が吸気ガスと混合しやすく、吸入吸気ガス量が少ない場合には、燃焼室５５内の吸気ガスの流速が遅いので噴射した燃料が吸気ガスと混合しにくいことによる。なお、吸入吸気ガス量は、例えば、エアフロメータ９９の出力信号やＥＧＲ弁７５の開度等に基づいて算出される。
【００８８】
また、本発明では、クランク角センサ１０３によって検出される機関回転数が予め定められた所定機関回転数以上である場合には狭角度噴射を行い、逆に、機関回転数が上記所定機関回転数よりも低い場合には広角度噴射を行う。これは、機関回転数が高い場合には吸入新気量および吸入吸気ガス量共に多く、逆に、機関回転数が低い場合には吸入新気量および吸入吸気ガス量共に少なく、また、上述したように吸入新気量および吸入吸気ガス量が多い場合には狭角度噴射を行うのが好ましく、吸入新気量および吸入吸気ガス量が少ない場合には広角度噴射を行うのが好ましいことによる。
【００８９】
また、本発明では、燃料噴射弁１に通電することで燃料噴射弁１が開弁されるようになっており、燃料噴射弁１への通電時間、すなわち燃料噴射弁１から燃料が噴射される時間が所定通電時間以上である場合には狭角度噴射を行い、逆に、通電時間が上記所定通電時間よりも短い場合には広角度噴射を行う。一般に、通電時間が長い場合には燃料噴射弁１から燃料を噴射している最中に燃焼室５５内の混合気（吸気ガスと燃料とが混合したもの）が着火するので、この場合に到達距離ｄが短いと燃料噴射弁１近傍のみで燃焼が起こってしまう。逆に、通電時間が短い場合には燃料噴射弁１からの燃料の噴射を終了してから燃焼室５５内の混合気が着火する。したがって、上述したように通電時間に応じて狭角度噴射と広角度噴射とを変更することで、通電時間が長い場合における燃料の着火が燃料噴射弁１近傍だけでなく、燃焼室５５内の広い範囲で起こるようになり、また、通電時間が短い場合には燃焼室５５内の吸気ガスと燃料とがほぼ完全に混合してから混合気が着火するようになる。なお、燃料噴射弁１への通電時間は、ＥＣＵ９０から燃料噴射弁１への指令に基づいて検出する。
【００９０】
さらに、本発明では、燃料噴射弁から噴射される燃料の温度（以下、「燃料温度」と称す）が予め定められた所定燃料温度以上である場合には狭角度噴射を行い、逆に、燃料温度が上記所定燃料温度よりも低い場合には広角度噴射を行う。燃料温度は、例えば、燃料タンク内に設けられた温度センサ１００によって検出される。一般に、燃料温度が高い場合には噴射された燃料が燃焼室５５内で微粒化しやすく、逆に、燃料温度が低い場合には噴射された燃料が微粒化しにくい。そこで、上述したように燃料温度に応じて狭角度噴射と広角度噴射とを変更することで、燃焼室５５内に噴射された燃料が良好に微粒化し、吸気ガスと混合しやすくなる。
【００９１】
なお、上述した燃料温度は、機関冷却水の水温、内燃機関の潤滑油の油温、または内燃機関の外部の大気温によっても推定することができ、これら温度が高くなると燃料温度も高くなり、これら温度が低くなると燃料温度も低くなる。そこで、機関冷却水の水温、潤滑油の油温または大気温が予め定められた所定水温、所定油温または所定大気温以上である場合には狭角度噴射を行い、逆に、水温、油温または大気温が上記所定水温、所定油温または所定大気温よりも低い場合には広角度噴射を行うようにしてもよい。
【００９２】
なお、狭角度噴射と広角度噴射との切替は、上述した運転パラメータ（噴射圧、噴射量、機関回転数、通電時間、燃料温度等）のうち少なくとも一つの運転パラメータに基づいて行われ、一つの運転パラメータに基づいて行われる場合には、狭角度噴射と広角度噴射との切替の基準となる所定値（上述した所定噴射圧、所定噴射量等）は、予め実験的に求められた一定値である。また、二つ以上の運転パラメータに基づいて行われる場合には、切替の基準となる所定値はこれら二つ以上の運転パラメータに基づいて予め実験的に求められ、マップとしてＥＣＵ９０のＲＯＭ９２に保存される。例えば、運転パラメータとして噴射圧と噴射量とを用いる場合、噴射圧と噴射量とに基づいた二次元のマップがＲＯＭ９２に保存される。使用時には、燃料圧センサ７９等によって検出された噴射圧および噴射量とマップとに基づいて狭角度噴射または広角度噴射が選択される。
【００９３】
また、上記説明では、狭角度噴射から広角度噴射へと切り替える場合の各種運転パラメータの所定値と、狭角度噴射から広角度噴射へと切り替える場合の各種運転パラメータの所定値とが同一であるが、これら所定値を同一にせずにヒステリシスを持たせてもよい。すなわち、例えば噴射圧を例にとると、狭角度噴射を行っている場合には噴射圧が第一所定噴射圧以下となった場合に広角度噴射に切り替えるようにし、広角度噴射を行っている場合には噴射圧が第一所定噴射圧よりも高い第二所定噴射圧以上となった場合に狭角度噴射に切り替えるようにしてもよい。こうすることで、広角度噴射と狭角度噴射とが頻繁に切り替わってしまうことによる燃焼の悪化が防止される。
【００９４】
さらに、第二実施形態および第四実施形態の燃料噴射弁１を用いた場合、狭角度噴射から広角度噴射またはその逆に切り替える場合に当接部材２２を徐々に回動させてもよい。こうすることで、広角度噴射と狭角度噴射との間で噴射が急激に変わることによる燃焼の悪化が防止される。なお、上述した第一実施形態および第五実施形態において、当接部材２２やニードル弁本体部分２１のリフト量を徐々に変更することにより、また、第三実施形態において、環状部材２１の遮断部分３２が噴孔９を徐々に閉じるようまたは徐々に開くようにすることにより、広角度噴射と狭角度噴射との間で噴射が急激に変わるのを防止することができる。
【００９５】
また、上記説明では、内燃機関の運転パラメータに応じた噴霧角度αおよび到達距離ｄの変更は、狭角度噴射と広角度噴射との二段階で行われているが、二段階のみならず多段階で行われてもよい。この場合、運転パラメータの所定値（例えば、所定噴射圧）の数は、噴霧角度αおよび到達距離ｄの変更が行われる段階数に応じて変わる。もちろんこの場合も、二つ以上の運転パラメータに基づいて噴霧角度αおよび到達距離ｄの変更を行ってもよいし、各種パラメータの所定値にヒステリシスを持たせてもよいし、噴霧角度αおよび到達距離ｄの変更を徐々に行ってもよい。
【００９６】
さらに、上記各実施形態において、特に第二実施形態および第四実施形態においては、噴霧角度αおよび到達距離ｄの変更を段階的でなく、連続的に行ってもよい。すなわち、上記運転パラメータと噴霧角度αおよび到達距離ｄとの関係を予め実験的に求め、それをマップとして保存し、上記運転パラメータを検出するための検出装置によって検出された各パラメータの値と上記マップとに基づいて噴霧角度αおよび到達距離ｄを調整する。この場合、例えば、ＰＩＤ制御等、如何なる制御によって噴霧角度αおよび到達距離ｄを調整してもよい。もちろんこの場合も、二つ以上の運転パラメータに基づいて噴霧角度αおよび到達距離ｄの調整を行ってもよいし、噴霧角度αおよび到達距離ｄの変更を徐々に行ってもよい。
【００９７】
ところで、機関始動時においては、燃焼室５５で行われる燃焼が不安定になっているので、できるだけ燃焼しやすい混合気を燃焼室５５内に生成する必要がある。また、燃焼が不安定な状態で燃料を噴射すると燃料の一部または全部が燃焼せずにピストン５４やシリンダの壁面に付着してしまう。したがって、燃料噴射弁１から噴射された燃料を吸気ガスとできるだけ良好に混合させる必要がある。そこで、本発明では、機関始動後から所定期間は広角度噴射を行う。こうすることで、燃焼が不安定になりやすい機関始動時において燃料と吸気ガスとが良好に混合された燃焼しやすい混合気が生成され、また、噴射された燃料がピストン５４やシリンダの壁面に付着してしまうことが防止される。なお、上記所定期間とは少なくとも機関始動後から混合気の燃焼が安定するまでの期間である。
【００９８】
特に、冷間始動時に燃焼室５５で行われる燃焼が不安定になりやすく、また、燃焼室５５の温度が低いことにより、燃料噴射弁１から噴射された燃料の多くが微粒化せずにピストン５４やシリンダの壁面に付着してしまう。このため、冷間始動後から所定期間に広角度噴射を行うことは特に効果的である。よって、冷間始動後から所定期間には広角度噴射を行うようにし、冷間始動後以外の機関始動後には機関運転状態に応じて噴霧角度αおよび到達距離ｄを変更するようにしてもよい。
【００９９】
また、内燃機関において予混合燃焼が行われる場合、燃料噴射弁１から燃料が噴射されてから混合気が燃焼するまでに比較的時間があるため、噴射された燃料は燃焼室５５内で分散しやすい。そこで、本発明では、内燃機関において予混合燃焼が行われている場合には、広角度噴射を行う。こうすることで、噴射された燃料が燃焼室５５内で分散されると共にその微粒化が促進されるので、燃焼室５５内における燃料と吸気ガスとの混合が最適に行われるようになる。
【０１００】
また、一般に、内燃機関がディーゼル型内燃機関である場合、予混合燃焼を行うときには、ＥＧＲガスを燃焼室５５内に多量に流入させ、その量を調整することで混合気の着火タイミングを制御している。このため、ディーゼル型内燃機関では、機関運転状態が高負荷・高回転である場合には、予混合燃焼が行われず、中負荷・中回転（内燃機関の運転が高負荷・高回転である場合と低負荷・低回転である場合との間の運転状態）および低負荷・低回転である場合にのみ予混合燃焼が行われる。したがって、ディーゼル型内燃機関においては、機関運転状態が中負荷・中回転および低負荷・低回転にある場合にのみ、広角度噴射を行うようにしてもよい。さらに、機関運転状態が低負荷・低回転にある場合には燃料を噴射してから着火までに十分に燃料と吸気ガスとの混合時間があることを考慮して、機関運転状態が中負荷・中回転にある場合にのみ広角度噴射を行うようにしてもよい。
【０１０１】
ところで、内燃機関によっては、機関運転状態に応じて圧縮上死点近傍で行われるメインの噴射（以下、「メイン噴射」と称す）よりも早いタイミングで燃料噴射弁から燃料を噴射（以下、「パイロット噴射」と称す）する制御を行っている。このパイロット噴射は、メイン噴射前に燃料を噴射してこれを着火源としてその後のメイン噴射で速やかに着火燃焼させるためのものである。
【０１０２】
このパイロット噴射では、燃料噴射弁から噴射された燃料が直ぐに着火するわけではないので、シリンダの壁面に燃料が付着してしまうことのないように、噴射された燃料が微粒化されていることが必要とされる。そこで、本発明では、パイロット噴射が行われるときには広角度噴射が行われる。こうすることで、パイロット噴射を行ったときにシリンダの壁面に燃料が付着してしまうことが防止され、噴射された燃料と吸気ガスとを最適に混合させることができるようになる。
【０１０３】
なお、一部の内燃機関では、機関運転状態に応じて、メイン噴射よりも早いタイミングで行うパイロット噴射として吸気上死点近傍で燃料噴射弁から燃料が噴射される。このような噴射では、燃料をピストン５４の上面に当てるように噴射して、早期に噴射された燃料がシリンダの壁面等をつたって潤滑油に混入することのないようにしている。このような噴射を行う場合には、燃料噴射弁１からの燃料の噴射が一カ所に集中するとピストン５４の上面上に液溜まりができてしまい、燃焼室５５内での燃焼悪化を招き、排気エミッションが悪化してしまう。これに対して、本発明では、上述したようにパイロット噴射を行うときには広角度噴射が行われるので、燃料の噴射が一カ所に集中することがなく、よって排気エミッションの悪化を防止することができる。
【０１０４】
また、内燃機関によっては、機関運転状態に応じてメイン噴射よりも遅いタイミングで燃料噴射弁１から燃料が噴射される（以下、「ポスト噴射」と称す）。この、ポスト噴射は、燃焼後の排気ガスに燃料を噴射することで排気ガスの空燃比（排気浄化触媒７２上流側の排気通路、燃焼室５５および吸気通路に供給された空気と燃料との比率）をリッチにし且つ排気ガスの温度を高温にするための噴射である。ポスト噴射では、噴射された燃料が燃焼しやすいように微粒化されていることが必要とされる。そこで、本発明では、ポスト噴射を行うときには広角度噴射を行う。こうすることで、ポスト噴射を行ったときにシリンダの壁面に燃料が付着してしまうことが防止され、噴射された燃料と吸気ガスとを最適に混合させることができるようになる。また、これにより、ポスト噴射の噴射時期をさらに遅延させることができるようになり、燃焼室５５から排出される排気ガス中のＨＣ量を多くすることができる。
【０１０５】
また、本発明では、燃料噴射弁１から燃料を一回噴射するのに、その噴射前半（噴射開始から所定期間経過まで）においては噴霧角度αを小さく且つ到達距離ｄを長くし、その噴射後半（上記所定期間経過後から噴射終了まで）においては噴霧角度αを大きく且つ到達距離ｄを短くする。このため、噴射前半で燃料噴射弁１から遠い燃焼室５５内の領域に燃料を行き渡らせ、噴射後半で燃料噴射弁１から近い燃焼室５５内の領域に燃料を行き渡らせることになり、その結果、燃焼室５５全体に燃料を行き渡らせることができ、良好な燃焼を行うことができるようになる。また、一回の燃料噴射の噴射前半に噴霧角度αを大きく且つ到達距離ｄを短くすると、噴射後半に噴霧角度αを小さく且つ到達距離ｄを長くしても、噴射後半に噴射される高速の霧状の燃料は噴射前半に噴射された低速の霧状の燃料を追い越すことができず、結果として燃焼室５５内の一部の領域のみに燃料がまとまってしまうことになる。本発明のように一回の燃料噴射を行えば、もちろんこのような問題も解決される。なお、一回の燃料噴射の噴射前半と噴射後半との噴霧角度αおよび到達距離ｄを変える場合には、第五実施形態の燃料噴射弁を用いて行うのが好ましい。
【０１０６】
【発明の効果】
第１から第１２の発明によれば、切欠部を介して噴孔に流入する燃料の流量と切欠部を介さずに噴孔に流入する燃料の流量との比率を変えることにより、機関運転状態に応じて最適な燃料の噴射形態を選択でき、よって機関運転状態に関わらず燃料と吸気ガスとが最適に混合され、これにより、内燃機関における燃焼状態を常に良好に保つことができる。
第１３および第１４の発明によれば、当接部材とノズルボディ内壁面との当接箇所を変えることにより、機関運転状態に応じて最適な燃料の噴射形態を選択でき、よって機関運転状態に関わらず燃料と吸気ガスとを最適に混合させることができる。
第１５および第１６の発明によれば、ニードル弁の目標リフト量を変えることにより、機関運転状態に応じて最適な燃料の噴射形態を選択でき、よって機関運転状態に関わらず燃料と吸気ガスとを最適に混合させることができる。
第１７〜第２０の発明によれば、機関運転状態に応じた最適な燃料の噴射形態が選択される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射弁の概略断面図である。
【図２】図１の燃料噴射弁の先端部の拡大断面図である。
【図３】噴孔および切欠溝を示す図である。
【図４】図２の断面線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図であり、ニードル弁が省略されている。
【図５】流通範囲を説明するための図である。
【図６】第一実施形態のニードル弁の先端部を示す図である。
【図７】第一実施形態の燃料噴射弁の先端部の断面図である。
【図８】ニードル弁の先端部を示す図６と同様な図である。
【図９】第一実施形態の変更例におけるニードル弁の先端部を示す概略図である。
【図１０】第二実施形態の燃料噴射弁を示す図７と同様な図である。
【図１１】第三実施形態の燃料噴射弁の概略側面図である。
【図１２】第三実施形態の燃料噴射弁を示す図７と同様な図である。
【図１３】第四実施形態の燃料噴射弁を示す図１０と同様な図である。
【図１４】当接部材が第一作動位置にある場合の燃料の流れを示す図である。
【図１５】当接部材が第二作動位置にある場合の燃料の流れを示す図である。
【図１６】第五実施形態の燃料噴射弁を示す図７と同様な図である。
【図１７】ニードル弁のリフト量の違いによる噴孔への燃料の流れの違いを示す図である。
【図１８】本発明の燃料噴射弁が設けられた内燃機関の全体を示す図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁
２…ノズルボディ
４…ニードル弁
６…上流側環状流路
９…噴孔
１４…下流側環状流路
１５…切欠溝

Claims (20)

1. ノズルボディと、該ノズルボディの内壁面から外壁面へと貫通する少なくとも一つの噴孔を具備する燃料噴射弁において、
   上記噴孔の入口部の縁を切り取った切欠部を上記ノズルボディの内壁面側に設けると共に、上記ノズルボディ内部の燃料を上記噴孔を介してノズルボディ外部へ噴射するときに上記切欠部を介さずに噴孔に流入する燃料の流量に対する該切欠部を介して噴孔に流入する燃料の流量の比率を変える比率制御手段を設けた燃料噴射弁。
2. 上記切欠部は、上記噴孔の入口部の縁の一部を切り取って形成された形状であって、上記噴孔の中央軸線から該噴孔に流入する燃料全体の巨視的流れ方向上流に向かって延びる直線を軸線として延びる幾何形状とは異なる形状である請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 上記切欠部は、上記噴孔に隣接した該切欠部の部分に向かって上記ノズルボディの内壁面と平行な軸線に沿って該軸線に垂直な切欠部の断面積が徐々に大きくなるかまたは均一であると共に該軸線と垂直な方向の切欠部の幅も徐々に大きくなるかまたは均一であるように形成される請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
4. 上記切欠部の軸線は、上記噴孔の中央軸線を中心とした円の接線方向に延びる請求項３に記載の燃料噴射弁。
5. 前記切欠部は、該切欠部を介して上記噴孔に流入しようとする燃料のほとんどが上記噴孔の軸線に向かう方向とはずれた方向に向かって流れるような形状であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
6. 上記ノズルボディ内でニードル弁が移動することにより上記噴孔が開閉され、上記噴孔が開かれたときには燃料がノズルボディとニードル弁との間に環状に形成される環状流路を通って流れ、上記比率変更手段は、該環状流路のうち、各噴孔に流入する燃料の大部分が通る流通範囲を変える範囲変更手段によって上記比率を変更する請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
7. 上記噴孔の入口を塞ぐことなく上記ノズルボディ内壁面に少なくとも一カ所で当接可能な当接部材を具備し、上記範囲変更手段は当接部材とノズルボディ内壁面との相対関係を変えることによって上記流通範囲を変える請求項６に記載の燃料噴射弁。
8. 上記範囲変更手段は当接部材をノズルボディ内壁面に当接させたり離したりすることで上記当接形態を変える請求項７に記載の燃料噴射弁。
9. 上記範囲変更手段は当接部材とノズルボディ内壁面との当接箇所を変えることで上記当接形態を変える請求項７または８に記載の燃料噴射弁。
10. 上記ノズルボディ内部における燃料流れ方向に対して垂直な上記当接部材の断面積は、上記燃料流れの上流に向かって徐々に小さくなっている請求項７〜９のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
11. 上記噴孔が複数設けられ、上記ニードル弁が移動して噴孔が開かれたときであっても燃料が少なくとも一つの噴孔からノズルボディ外部へ噴射されないように噴孔を閉塞する閉塞手段をさらに具備し、上記流路範囲変更手段は、上記閉塞手段によって噴孔が閉塞された状態と閉塞されていない状態とを切替えることで上記流通範囲を変える請求項６に記載の燃料噴射弁。
12. 機関運転状態に応じて、上記比率変更手段で比率を変更することによって、上記噴孔から噴射される燃料の噴霧角度が変更される請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
13. ノズルボディと、該ノズルボディの内壁面から外壁面へと貫通する噴孔を具備し、上記ノズルボディ内でニードル弁が移動することにより上記噴孔が開閉され、上記噴孔が開かれたときには燃料がノズルボディとニードル弁との間に形成される流路を通って流れる燃料噴射弁において、
    上記噴孔の入口を塞ぐことなく上記ノズルボディ内壁面に少なくとも一カ所で当接可能な当接部材と、該当接部材とノズルボディ内壁面との当接箇所を変える当接箇所変更手段とを具備する燃料噴射弁。
14. 機関運転状態に応じて、当接箇所変更手段で当接箇所を変えることによって、上記噴孔から噴射される燃料の噴霧角度が変更される請求項１３に記載の燃料噴射弁。
15. ノズルボディと、該ノズルボディの内壁面から外壁面へと貫通する噴孔を具備し、上記ノズルボディ内でニードル弁が移動することにより上記噴孔が開閉され、上記噴孔が開かれたときには燃料がノズルボディとニードル弁との間に形成される流路を通って流れる燃料噴射弁において、
    上記ノズルボディ内壁面と当接している当接部材を具備し、これら当接部材はノズルボディの周方向において各噴孔の両側に、両当接部材と該噴孔との間の距離が異なるように配置され、上記ニードル弁の目標リフト量を変更する目標リフト量変更手段を具備する燃料噴射弁。
16. 機関運転状態に応じて、リフト量変更手段によってリフト量を変更することによって、上記噴孔から噴射される燃料の噴霧角度が変更される請求項１５に記載の燃料噴射弁。
17. 機関始動後から所定期間は噴霧角度が所定角度よりも大きくなるようにした請求項１２、１４および１６のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
18. 内燃機関において予混合燃焼が行われているときには噴霧角度が所定角度よりも大きくなるようにした請求項１２、１４および１６のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
19. 圧縮上死点近傍で行われるメインの噴射よりも早いタイミングでまたは遅いタイミングで行われる噴射における噴霧角度が所定角度よりも大きくなるようにした請求項１２、１４および１６のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
20. 一回の噴射において噴射開始から所定期間における噴霧角度が、所定期間経過後から噴射終了までの間における噴霧角度よりも小さくなるようにした請求項１２、１４および１６のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。

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