JP2010151018A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 噴射される燃料の貫徹力の低下と微粒化との両立が可能な噴霧形態を実現する燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】 ｎ個の噴射孔４０を備えた噴射ノズル２６を有する燃料噴射装置６であって、噴射孔４０は、同一円周上に所定の角度間隔をもって配置され、上流側から下流側へと進むにつれて通路径が増加するテーパ部４１と、一端がテーパ部４１の下流端に連通する第１の等径部４２とを有し、（１）θ（テーパ部のテーパ角）≧４５°、（２）ｄ２（テーパ部下流端の直径）≧１．５ｄ１（テーパ部上流端の直径）、（３）ｓ１（テーパ部の長さ）≧０．２ｔ（噴射孔の長さ）、（４）ｓ２（第１の等径部の長さ）≧０．５ｔ、（５）ｎ≧２、（６）β≦４０°（β：隣り合う噴射孔の軸線のなす角度）を満たすことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は燃料噴射装置に係り、特に内燃機関の気筒内噴射に供する燃料噴射装置に関する。

自動車用エンジンの燃焼室に燃料を供給する燃料噴射装置として、吸気通路（吸気マニホールド等）に燃料を噴射する吸気管噴射型と、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射型とが存在する。筒内噴射型の燃料噴射装置は、例えば直噴ガソリンエンジンやＨＣＣＩ（予混合圧縮着火）エンジン、直噴ディーゼルエンジンに使用され、燃焼効率の向上や有害排出ガス成分の減少等に寄与している。

筒内噴射に供される燃料噴射装置では、燃料の噴霧形態は、ノズルや、ノズルの先端に形成される噴射孔の形状によって変化し、燃焼効率や排出ガス成分に大きく影響する。例えば、噴射される燃料の微粒化を目的として、所定の大きさの第１孔と、この下流側に連通するとともに第１孔よりも径が大きい第２孔とを組み合わせた噴射孔がある（例えば、特許文献１）。また、通過する燃料の速度に応じて噴霧角および噴射形態を変化させることを目的として、入口側が等径で、出口側が拡径する噴射孔がある（例えば、特許文献２）。
特開２００４−１５０３９８号公報 特開２００８−６４０３８号公報

従来の燃料噴射装置においては、噴射孔より噴射される燃料の貫徹力が大きい場合には、ピストンやスリーブに燃料が付着して燃焼効率が低下する問題がある。また、貫徹力を低下させるべく燃料の供給圧力を低減させた場合には、燃料の微粒化が阻害され、燃料の蒸発が遅くなるとともに燃料の一部がピストン等に付着してさらに燃焼効率が低下する問題がある。

本発明は以上の問題を鑑みてなされたものであって、噴射される燃料の貫徹力の低下と微粒化との両立が可能な噴霧形態を実現する燃料噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の発明は、複数の噴射孔（４０）を備えた噴射ノズル（噴射ノズル部２６）を有する燃料噴射装置（６）であって、前記噴射孔は、同一円周上に所定の角度間隔をもって配置され、上流側から下流側へと進むにつれて通路径が増加するテーパ部（４１）と、一端が前記テーパ部の下流端に連通する第１の等径部（４２）とを有し、以下の条件式（１）〜（４）を満たすことを特徴とする。
θ≧４５°・・・・・（１）
ｄ２≧１．５ｄ１・・・・・（２）
ｓ１≧０．２ｔ・・・・・（３）
ｓ２≧０．５ｔ・・・・・（４）
ただし、θ：テーパ部のテーパ角［ｄｅｇ］、ｄ１：テーパ部の上流端の直径［ｍｍ］、ｄ２：テーパ部の下流端の直径［ｍｍ］、ｔ：噴射孔の長さ［ｍｍ］、ｓ１：テーパ部の長さ［ｍｍ］、ｓ２：第１の等径部の長さ［ｍｍ］である。

この構成によれば、各噴射孔より噴射される燃料の軸線は噴射孔の軸線と概ね一致し、噴霧角は約４０°となる。噴射孔の形状によって、各噴射孔より燃料は円錐状に噴射され、条件式（１）、（２）、（３）を満たすことによって、各噴射孔から噴射される燃料の噴霧角は約４０°となり、条件式（４）を満たすことによって、各噴射孔から噴射される燃料の進行方向は各噴射孔の軸線と概ね一致するようになる。

本発明の第２の発明は第１の発明において、以下の条件式（５）および（６）を満たすことを特徴とする。
ｎ≧２・・・・・（５）
β≦４０°・・・・・（６）
ただし、ｎ：噴射孔の数、β：隣り合う噴射孔の軸線のなす角度［ｄｅｇ］である。

この構成によれば、各噴射孔から噴射された燃料は、互いに衝突し合って混合することで噴射方向が乱され、噴射ノズル側に巻き上がったような形態（以下、巻き上げ噴霧という）となる（図１６（ａ）参照）。条件式（１）〜（６）を満たすことで、各噴射孔より噴射される燃料の噴霧角が、隣り合う噴射孔の軸線のなす角度より大きくなるため、隣り合う噴射孔から噴射される燃料同士が一部において重なり合い、衝突する。各噴射孔より噴射される燃料同士が衝突し合うことによって、噴射流が混合されるとともに反射し、巻き上げ噴霧が形成される。

本発明の第３の発明は第１の発明において、以下の条件式（７）および（９）を満たすことを特徴とする。
ｎ≧３・・・・・（７）
β≦４０°・・・・・（８）
ただし、ｎ：噴射孔の数、α：噴射ノズルより噴射される燃料の噴霧角［ｄｅｇ］、β：隣り合う噴射孔の軸線のなす角度［ｄｅｇ］である。

この構成によれば、各噴射孔から噴射された燃料は、巻き上げ噴霧を形成する。条件式（１）〜（４）および条件式（７）〜（９）を満たすことで、各噴射孔より噴射される燃料の噴霧角が、隣り合う噴射孔の軸線のなす角度より大きくなるため、隣り合う噴射孔から噴射される燃料同士が一部において重なり合い、衝突し、巻き上げ噴霧を形成される。

本発明の第４の発明は第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記噴射孔は、下流端が前記テーパ部の上流端に連続する第２の等径部（４３）を有し、以下の条件式（１０）を満たすことを特徴とする。
ｓ３＜０．３ｔ・・・・・（１０）
ただし、ｓ３：第２の等径部の長さ（ｍｍ）である。

この構成によれば、噴射孔の加工が容易になる。特に、テーパ部の上流端の形成が容易になる。

以上の構成により、燃料噴射装置から噴射される燃料は巻き上げ噴霧を形成し、噴射される燃料の貫徹力の低下と微粒化とが図れる。

以下、図面を参照して、本発明をエンジンの燃料噴射装置に適用した実施形態を詳細に説明する。図１は、第１実施形態に係る燃料噴射装置６が取り付けられたエンジン１の要部を示す断面図である。以下の説明においては、図１における上方側、すなわちエンジン１のシリンダヘッド側を上方とする。

図１に示すように、エンジン１は、ピストン２が摺動自在に内嵌するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に締結されたシリンダヘッド４とを有している。シリンダヘッド４には、その下面に燃焼室５が画成されるとともに、燃料噴射装置６が嵌挿される噴射装置装着孔７と、点火プラグ８が取り付けられるプラグ装着孔９とが燃焼室５に開口するかたちで穿設されている。燃料噴射装置６は、いわゆるトップフィード型であり、シリンダヘッド４の上部に設置されたコモンレール１０から燃料の供給を受ける。また、点火プラグ８は、いわゆるロングリーチ型であり、コイル一体型のプラグキャップ１１から電力の供給を受ける。なお、シリンダヘッド４には吸排気バルブやその駆動機構等も設置されているが、煩雑になることを避けるため、それらについての説明は省略する。

図２は、第１実施形態に係る燃料噴射装置６を示す縦断面図である。燃料噴射装置６は、インジェクタボディ２１と、インジェクタボディ２１の下端に固定された（加締められた）ノズルボディ２２と、インジェクタボディ２１の上部に外嵌したソケット２３とを外殻としている。インジェクタボディ２１には上下方向に貫通する第１通路２４が形成されており、ノズルボディ２２は、内部に第１通路２４の下端側に連続する第２通路２５が形成された円筒部２２ａと、円筒部２２ａの一端を閉塞するプレート状の噴射ノズル部２６とを備えている。第２通路２５は、噴射ノズル部２６に形成された複数の噴射孔４０（図３参照）を介して外部と連通している。第２通路２５には、ニードルバルブ２７が摺動自在に内嵌されており、その上端は第１通路２４内へと延出している。噴射ノズル部２６の第２通路２５側の部分には、ニードルバルブ２７の下端に設けられたニードル部２７ａが着座するバルブシート２８（図３参照）が形成されている。

第１通路２４の中間部にはカラー２９が圧入されて固定されており、カラー２９とニードルバルブ２７との間には圧縮コイルばねであるバルブスプリング３０が介装されている。これにより、ニードルバルブ２７はバルブスプリング３０に付勢され、バルブシート２８に着座している。また、第１通路２４の上端側には、フィルタ３１が取り付けられている。

インジェクタボディ２１には、コイル３２およびコア３３が内装されている。コイル３２は、ソケット２３を通過して配設されたリード線３４を介して、図示しないインジェクタドライバから電力を受けて磁界を発生する。コイル３２に磁界が発生すると、コア３３に磁界が励磁され、ニードルバルブ２７がバルブスプリング３０の付勢力に抗して上方側に引っ張られ、バルブが開弁される。

インジェクタボディ２１の上端側には、Ｏリング３５およびバックアップリング３６が外嵌されており、コモンレール１０との接合部のシール性が確保されている。ノズルボディ２２の先端部には筒状シール３７が外嵌されており、ノズルボディ２２と噴射装置装着孔７との隙間がシールされている。

図３は、第１実施形態に係る燃料噴射装置６の噴射ノズル部２６を拡大して示す縦断面図である。図４は、図３の矢印ＩＶの方向から見た図であって、噴射ノズル部２６の底面図である。図３に示すように、噴射ノズル部２６は板形状を呈し、ノズルボディ２２の軸線Ａと直交する円板状の中央部２６ａと、中央部２６ａの周縁から径方向外方かつノズルボディ２２の基端側に伸びる環状の傾斜部２６ｂと、傾斜部２６ｂの周縁から径方向外方に延び、円筒部２２ａに結合した環状の周縁部２６ｃとを備えている。

バルブシート２８は、周縁部２６ｃの第２通路２５側の面に形成されている。図２に示すように、ニードルバルブ２７のニードル部２７ａがバルブシート２８に着座した状態において、ニードルバルブ２７、傾斜部２６ｂおよび中央部２６ａによってチャンバ２６ｄが画成される。

傾斜部２６ｂには、複数個（ｎ個）の噴射孔４０が穿設されている。図４に示すように、噴射孔４０は、ノズルボディ２２の軸線と一致する噴射ノズル部２６の中心軸線Ａを中心とする同一円上に隣り合う噴射孔４０とそれぞれ角度δの間隔をもって等間隔に配置されている。図３に示すように、各噴射孔４０の軸線（以下、噴射孔軸線という）Ｂは、中心軸線Ａに対して、所定の角度を有して傾斜している。

図５は、図３に示す噴射孔４０を拡大して示す縦断面図である。噴射孔４０は、上流端がチャンバ２６ｄに開口したテーパ部４１と、上流端がテーパ部４１に連通するとともに下流端が噴射ノズル部２６の外部に開口した第１の等径部４２とにより形成されている。テーパ部４１はテーパ角θ［ｄｅｇ］を有し、その径が上流側から下流側へと進むにつれて第１の直径（テーパ部４１上流端の直径）ｄ１［ｍｍ］から第２の直径（テーパ部４１下流端の直径）ｄ２［ｍｍ］に増加するように形成されている。第１の等径部４２は、テーパ部４１と同軸に設けられ、第２の直径ｄ２を有している。噴射孔４０の長さｔ［ｍｍ］は、傾斜部２６ｂの厚みに等しく、テーパ部４１の長さｓ１［ｍｍ］と第１の等径部４２の長さｓ２［ｍｍ］との合計に等しい。

図６および図７は、燃料噴射装置６の噴射孔軸線Ｂの配置を示す図である。図６および図７に示すように、噴射孔４０の噴射孔軸線Ｂによって形成される円錐の頂角を噴射ノズル部２６の噴霧角α、隣り合う２つの噴射孔４０の噴射孔軸線Ｂがなす角度をβとする。ここで、角度βは投影面上における角度、すなわち図４に示す隣接した噴射孔４０間の相対角度δとは異なり、実際に２本の噴射孔軸線Ｂがなす角度である。

以上に説明したテーパ角θ、第１の直径ｄ１、第２の直径ｄ２、噴射孔の長さｔ、テーパ部４１の長さｓ１、第１の等径部４２の長さｓ２、噴射孔４０の数ｎ、噴射ノズルより噴射される燃料の噴霧角α、隣り合う噴射孔の軸線Ｂのなす角度βが、以下の条件式（１）〜（４）を満たすように燃料噴射装置６が構成されている。
θ≧４５°・・・・・（１）
ｄ２≧１．５ｄ１・・・・・（２）
ｓ１≧０．２ｔ・・・・・（３）
ｓ２≧０．５ｔ・・・・・（４）

以上のように構成した各噴射孔４０は、図３に示すように、噴霧角εをもって円錐状に燃料を噴射する。このときの、噴射孔４０から噴射される燃料の軸線（燃料噴射軸線）Cと噴射孔軸線Bとのなす角度を噴霧偏向角γとする。

図８は、テーパ部４１のテーパ角θと噴射孔４０あたりの噴霧角ε［ｄｅｇ］との関係を示す図である。図８に示す関係は、燃料噴射圧を１０ＭＰａ、噴射場圧力（燃料が噴射される気筒内の圧力）を約０．１ＭＰａ、第１の直径に対する第２の直径の比（ｄ２／ｄ１）を１．５、噴射孔の長さに対するテーパ部の長さの比と（ｓ１／ｔ）を０．２として得られた。図８に示すように、噴射孔４０あたりの噴霧角εは、テーパ角θが４５°以下の範囲ではテーパ角θの増加に伴って伴って増加し、テーパ角θが４５°以上の範囲では概ね４０°で一定となることが分かる。第１実施形態に係る燃料噴射装置６では、噴射孔４０あたりの噴霧角εを４０°に設定するため、テーパ角を４５°以上に設定する。すなわち、上記した条件式（１）を満たすようにテーパ角θを設定する。

図９は、第１の直径ｄ１に対する第２の直径ｄ２の比（ｄ２／ｄ１）と、噴射孔４０あたりの噴霧角εとの関係を示す図である。図９に示す関係は、燃料噴射圧を１０ＭＰａ、噴射場圧力を約０．１ＭＰａ、テーパ部４１のテーパ角θを４５°、噴射孔の長さに対するテーパ部の長さの比と（ｓ１／ｔ）を０．２として得られた。図９に示すように、噴射孔４０あたりの噴霧角εは、第１の直径に対する第２の直径の比（ｄ２／ｄ１）が１．５以下の範囲ではｄ２／ｄ１の増加に伴って伴って増加する一方、ｄ２／ｄ１が１．５以上の範囲では概ね４０°で一定となることが分かる。第１実施形態に係る燃料噴射装置６では、噴射孔４０あたりの噴霧角εを４０°に設定するため、ｄ２／ｄ１を１．５以上に設定する。すなわち、上記した条件式（２）を満たすように第１の直径ｄ１および第２の直径ｄ２を設定する。

図１０は、噴射孔４０の長さに対するテーパ部４１の長さの比（ｓ１／ｔ）と、噴射孔４０あたりの噴霧角εとの関係を示す図である。図１０に示す関係は、燃料噴射圧を１０ＭＰａ、噴射場圧力を約０．１ＭＰａ、テーパ部４１のテーパ角θを４５°、第１の直径に対する第２の直径の比（ｄ２／ｄ１）を１．５として得られた。図１０に示すように、噴射孔４０あたりの噴霧角εは噴射孔の長さに対するテーパ部の長さの比（ｓ１／ｔ）が０．２以下の範囲ではｓ１／ｔの増加に伴って伴って増加し、一方、ｓ１／ｔが０．２以上の範囲では概ね４０°で一定となることが分かる。第１実施形態に係る燃料噴射装置６では、噴射孔４０あたりの噴霧角εを４０°に設定するため、ｓ１／ｔを０．２以上に設定する。すなわち、上記した条件式（３）を満たすようにテーパ部４１の長さｓ１および噴射孔４０の長さｔを設定する。

図８から図１０に示したように、条件式（１）〜（３）を満たすように、テーパ角θ、第１の直径ｄ１、第２の直径ｄ２、テーパ部の長さｓ１、噴射孔の長さｔを設定することによって、噴射孔あたりの噴霧角は４０°となる。

図１１は、噴射孔の長さに対する第１の等径部の長さの比（ｓ２／ｔ）と、噴射孔４０あたりの噴霧偏向角γとの関係を示す図である。図１１に示す関係は、燃料噴射圧を１０ＭＰａ、噴射場圧力を約０．１ＭＰａ、テーパ部４１のテーパ角θを４５°、第１の直径に対する第２の直径の比（ｄ２／ｄ１）を１．５、噴射孔の長さに対するテーパ部の長さの比と（ｓ１／ｔ）を０．２として得られた。図１１に示すように、噴射孔４０あたりの噴霧偏向角γは、噴射孔の長さに対するテーパ部の長さの比（ｓ２／ｔ）が０．２以下の範囲では５°以上と大きく、ｓ２／ｔが小さくなるにつれて噴霧偏向角γは急激に増加する。一方、ｓ２／ｔが０．５以上の範囲では、噴霧偏向角γは５°以下と小さく、ｓ２／ｔを０．５以上に増加させても噴霧偏向角γはほとんど変化しない。第１実施形態に係る燃料噴射装置６では、噴射孔４０あたりの噴霧偏向角γを小さくするため、ｓ２／ｔを０．５以上に設定する。すなわち、上記した条件式（４）を満たすように噴射孔４０の長さｔおよび第１の等径部４２の長さｓ２を設定する。

図１２は、巻き上げ噴霧が形成されるときの条件を示す図である。図１２に示すように、第１実施形態に係る燃料噴射装置６においては、隣り合う噴射孔軸線Bのなす角度βが、噴射孔４０あたりの噴霧角ε以下の場合に巻き上げ噴霧が形成される。巻き上げ噴霧は、隣り合う噴射孔４０からそれぞれ噴射される燃料が少なくとも一部において重なり合うときに形成される。

上述したように条件式（１）〜（４）を満たす場合には、燃料噴射軸線Cと噴射孔軸線Bとは概ね一致し、噴射孔４０あたりの噴霧角εは約４０°となる。図１２に示すように、噴射孔４０あたりの噴霧角εが４０°のときには、隣り合う噴射孔軸線Bのなす角度βが４０°以下で巻き上げ噴霧が形成される。そのため、以下の条件式（５）および（６）を満たす場合には図１２の巻き上げ噴霧領域に入り、隣り合う噴射孔４０からそれぞれ噴射される燃料が少なくとも一部において重なり合い、巻き上げ噴霧が形成される。
ｎ≧２・・・・・（５）
β≦４０°・・・・・（６）

また、条件式（１）〜（４）を満たす場合に、以下の条件式（７）〜（９）を満たすと、図１２の巻き上げ噴霧領域に入り、巻き上げ噴霧が形成される。
ｎ≧３・・・・・（７）
β≦４０°・・・・・（８）

以上のように構成した第１実施形態に係る燃料噴射装置６は、噴射される燃料の形態を巻き上げ噴霧とするため（図１２（ａ）参照）、混合気の均質化を促進することができるとともに、噴射される燃料の貫徹力を低下させて、ピストン２やピストンを収容するスリーブへの燃料付着を低減することができる。これにより、燃焼効率および出力を向上させることができる。また、第１実施形態に係る燃料噴射装置６は、噴射場圧力によって噴霧角が変化しないため、圧縮行程噴射における着火性を向上させることができる。

次に第２実施形態に係る燃料噴射装置５０について説明する。第２実施形態に係る燃料噴射装置５０は噴射孔５１の形状のみが第１実施形態に係る燃料噴射装置６と異なる。第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１３は、第２実施形態に係る燃料噴射装置５０の噴射孔５１を示す縦断面図である。図１３に示すように、噴射孔５１は、上流端がチャンバ２６ｄに開口した第２の等径部４３と、第２の等径部４３の下流端に連通したテーパ部４１と、上流端がテーパ部４１に連通するとともに下流端が噴射ノズル部２６の外部に開口した第１の等径部４２とにより形成されている。テーパ部４１および第１の等径部４２の構成は第１実施形態と同様である。第２の等径部４３は、直径が第１の直径ｄ１［ｍｍ］と等しい。第２の等径部４３の長さｓ３［ｍｍ］は、噴射孔５１の長さｔ［ｍｍ］からテーパ部４１の長さｓ１［ｍｍ］と第１の等径部４２の長さｓ２［ｍｍ］とを引いた値となる。

図１４は、噴射孔５１の長さに対する第２の等径部の長さの比と（ｓ３／ｔ）と、噴射孔５１あたりの噴霧角εとの関係を示す図である。図１４に示す関係は、燃料噴射圧を１０ＭＰａ、噴射場圧力を約０．１ＭＰａ、テーパ部４１のテーパ角θを４５°、第１の直径に対する第２の直径の比（ｄ２／ｄ１）を１．５、噴射孔の長さに対するテーパ部の長さの比（ｓ１／ｔ）を０．２として得られた。図１４に示すように、噴射孔５１あたりの噴霧角εは第２の等径部の長さに対するテーパ部の長さの比（ｓ３／ｔ）が０．３以上の範囲ではｓ３／ｔの増加に伴って減少する一方、ｓ３／ｔが０．３以下の範囲では概ね４０°で一定となることが分かる。第２実施形態に係る燃料噴射装置５０では、噴射孔５１あたりの噴霧角εを４０°に設定するため、ｓ３／ｔを０．３以下に設定する。すなわち、次の条件式（１０）を満たすように第２の等径部の長さｓ３および噴射孔の長さｔを設定する。
ｓ３＜０．３ｔ・・・・・（１０）

なお、第２実施形態に係る燃料噴射装置５０は、第１実施形態に係る燃料噴射装置６と同様に、条件式（１）〜（６）または条件式（１）〜（４）かつ（７）〜（９）を満たすように設定されている。

第２実施形態に係る燃料噴射装置５０は、第１実施形態に係る燃料噴射装置６と同様に、巻き上げ噴霧を形成することができる。さらに、第２の等径部４３を設けたことによって、噴射孔５１の加工が容易となる。噴射孔４０を形成する場合には、最初に第１の直径ｄ１に対応するドリルで貫通孔を穿孔し、続いて第２の直径ｄ２に対応する直径を有するとともにテーパ角θに対応した先端部を備えたドリルで貫通孔と同軸に所定の深さを穿孔することによってテーパ部４１、第１の等径部４２、第２の等径部４３を形成することができる。

次に、第１実施形態に係る燃料噴射装置６の作用効果について実施例を示して説明する。ここでは、第１実施形態に係る燃料噴射装置６の効果を、第１および第２の比較対象と比較することによって明確にする。図１５は、比較対象としての燃料噴射装置の噴射孔を示す縦断面図であって、（ａ）は第１の比較対象の噴射孔を示し、（ｂ）は第２の比較対象の噴射孔を示している。図１５に示すように、第１実施形態に係る燃料噴射装置６と比較して、第１の比較対象は第１の等径部４２を備えていない点、第２の比較対象はテーパ部４１を備えていない点で噴射孔４０の形状が異なる。

第１実施形態に係る燃料噴射装置６は、テーパ角θが９０°、第１の直径ｄ１が０．１９ｍｍ、第２の直径ｄ２が０．４０ｍｍ、噴射孔４０の長さｔが０．３５ｍｍ、テーパ部４１の長さｓ１が０．１１ｍｍ、第１の等径部４２の長さｓ２が０．２４ｍｍ、噴射孔の数ｎが８個、中心軸線Ａと噴射孔軸線Ｂとのなす角度が４５°、噴射ノズルより噴射される燃料の噴霧角αが９０°、隣り合う噴射孔軸線Ｂがなす角βが４０°である。

第１の比較対象は、テーパ角θが４５°、第１の直径ｄ１が０．１９ｍｍ、第２の直径ｄ２が０．４７ｍｍ、噴射孔４０の長さｔ（テーパ部４１の長さｓ１）が０．３５ｍｍ、噴射孔の数ｎが８個、中心軸線Ａと噴射孔軸線Ｂとのなす角度が４５°、噴射ノズルより噴射される燃料の噴霧角αが９０°、隣り合う噴射孔軸線Ｂがなす角βが４０°である。

第２の比較対象は、直径ｄ２が０．１５ｍｍ、噴射孔４０の長さｔ（第１の等径部４２の長さｓ２）が０．３５ｍｍ、噴射孔の数ｎが８個、中心軸線Ａと噴射孔軸線Ｂとのなす角度が４５°、噴射ノズルより噴射される燃料の噴霧角αが９０°、隣り合う噴射孔軸線Ｂがなす角βが４０°である。

図１６は、燃料噴射装置による燃料噴射の噴霧形態を示す図であって、（ａ）は第１実施形態に係る燃料噴射装置６から噴射された燃料の噴霧形状を示し、（ｂ）は第１の比較対象より噴射された燃料の噴霧形状を示し、（ｃ）は第２の比較対象より噴射された燃料の噴霧形状を示す。測定は、燃料噴射圧を１０ＭＰａ、噴射場圧力を約０．１ＭＰａとして行った。

第１実施形態に係る燃料噴射装置６は、上述した条件式（１）〜（５）を満たすため、巻き上げ噴霧を形成する。これに対し、第１の比較対象は、条件式（１）〜（３）および（５）を満たすが、第１の等径部４２を有していないため条件式（４）を満たすことができない。そのため、第１の比較対象より噴射された燃料は、巻き上げ噴霧を形成しない。同様に、第２の比較対象は、条件式（１）、（４）、（５）を満たすが、テーパ部４１を有していないため条件式（２）、（３）を満たすことができず、巻き上げ噴霧を形成しない。

図１６に示すように、燃料噴射装置６より噴射された燃料の形状は、第１の比較対象に比べて、噴霧の先端部が幅方向に膨出するとともに燃料噴射装置６側へと巻き上がった形状を呈する。これは、条件式（１）〜（５）を満たすことにより各噴射孔４０より噴射される燃料が互いに衝突し合い、燃料の流れが乱されることに起因すると考えられる。

図１７は、噴射場圧力と噴霧角の関係を示す図であって、第１実施形態に係る燃料噴射装置６と第１の比較対象とを比較したものである。測定は、燃料噴射圧を１０ＭＰａとし、噴射場圧力を０．１〜２ＭＰａの範囲で変化させて行った。第１実施形態に係る燃料噴射装置６の噴霧角を実線（１０１）で示し、第１の比較対象の噴霧角を破線（１０２）で示す。第１実施形態に係る燃料噴射装置６では、噴射場圧力すなわち気筒内の圧力の変化に対して噴霧角を一定に維持するのに対して、第１の比較対象では噴射場圧力が増加するほど噴霧角が小さくなることがわかる。

図１８は、燃料噴射装置の特性を示す図であって、第１実施形態に係る燃料噴射装置６、第１の比較対象、第２の比較対象より噴射される燃料の貫徹力（ペネトレーション）および粒径を示す。各測定は、燃料噴射圧を１０ＭＰａとし、噴射場圧力を約０．１ＭＰａとして行った。図中の点１０３は第１実施形態に係る燃料噴射装置６を示し、点１０４は第１の比較対象を示し、点１０５は第２の比較対象を示す。図１８に示すように、第１実施形態に係る燃料噴射装置６は、第１の比較対象および第２の比較対象に比べて、噴射される燃料の貫徹力が小さく、噴射される燃料の粒径が小さいことがわかる。

第１実施形態に係る燃料噴射装置が取り付けられたエンジンの要部を示す断面図である。 第１実施形態に係る燃料噴射装置を示す縦断面図である。 第１実施形態に係る燃料噴射装置の噴射ノズル部を拡大して示す縦断面図である。 図３の矢印ＩＶの方向から見た図である。 図３に示す噴射孔を拡大して示す縦断面図である。 燃料噴射装置の燃料噴射軸の配置を示す図である。 燃料噴射装置の燃料噴射軸の配置を示す図である。 テーパ部のテーパ角と噴射孔あたりの噴霧角との関係を示す図である。 第１の直径に対する第２の直径の比と、噴射孔あたりの噴霧角との関係を示す図である。 噴射孔の長さに対するテーパ部の長さの比と、噴射孔あたりの噴霧角との関係を示す図である。 噴射孔の長さに対する第１の等径部の長さの比と、噴射孔あたりの噴霧偏向角との関係を示す図である。 巻き上げ噴霧が形成されるときの条件を示す図である。 第２実施形態に係る燃料噴射装置の噴射孔を示す縦断面図である。 噴射孔の長さに対する第２の等径部の長さの比と、噴射孔あたりの噴霧角との関係を示す図である。 比較対象としての燃料噴射装置の噴射孔を示す縦断面図である。 燃料噴射装置による燃料噴射の噴霧形態を示す図である。 噴射場圧力と噴霧角の関係を示す図である。 燃料噴射装置の特性を示す図である。

符号の説明

６，５０：燃料噴射装置、２２：ノズルボディ、２６：噴射ノズル部、２６ａ：中央部、２６ｂ：傾斜部、２６ｃ：周縁部、２６ｄ：チャンバ、４０，５１：噴射孔、４１：テーパ部、４２：第１の等径部、４３：第２の等径部、５０：燃料噴射装置、Ａ：中心軸線、Ｂ：噴射孔軸線、Ｃ：燃料噴射軸線

Claims (4)

1. 複数の噴射孔を備えた噴射ノズルを有する燃料噴射装置であって、
   前記噴射孔は、同一円周上に所定の角度間隔をもって配置され、上流側から下流側へと進むにつれて通路径が増加するテーパ部と、一端が前記テーパ部の下流端に連続する第１の等径部とを有し、以下の条件式（１）〜（４）を満たすことを特徴とする燃料噴射装置。
   θ≧４５°・・・・・（１）
   ｄ２≧１．５ｄ１・・・・・（２）
   ｓ１≧０．２ｔ・・・・・（３）
   ｓ２≧０．５ｔ・・・・・（４）
   ただし、
   θ：テーパ部のテーパ角［ｄｅｇ］、
   ｄ１：テーパ部の上流端の直径［ｍｍ］、
   ｄ２：テーパ部の下流端の直径［ｍｍ］、
   ｔ：噴射孔の長さ［ｍｍ］、
   ｓ１：テーパ部の長さ［ｍｍ］、
   ｓ２：第１の等径部の長さ［ｍｍ］、
   である。
2. 以下の条件式（５）および（６）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
   ｎ≧２・・・・・（５）
   β≦４０°・・・・・（６）
   ただし、
   ｎ：噴射孔の数、
   β：隣り合う噴射孔の軸線のなす角度［ｄｅｇ］、
   である。
3. 以下の条件式（７）〜（９）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
   ｎ≧３・・・・・（７）
   β≦４０°・・・・・（８）
   ただし、
   ｎ：噴射孔の数、
   α：噴射ノズルより噴射される燃料の噴霧角［ｄｅｇ］、
   β：隣り合う噴射孔の軸線のなす角度［ｄｅｇ］、
   である。
4. 前記噴射孔は、下流端が前記テーパ部の上流端に連続する第２の等径部を有し、以下の条件式（１０）を満たすことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の燃料噴射装置。
   ｓ３＜０．３ｔ・・・・・（１０）
   ただし、
   ｓ３：第２の等径部の長さ［ｍｍ］
   である。