JP2015101978A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】火花点火式の内燃機関に適した燃料噴霧の形成が可能な燃料噴射弁の提供。
【解決手段】燃料噴射弁１０は、火花点火式の内燃機関に設けられた燃焼室に燃料としてのガソリンを噴射する。燃料噴射弁１０は、燃料通路１７を通じて燃料が供給される噴孔１５５を形成する弁ボディ１１と、弁ボディ１１に対して変位することにより、噴孔１５５からの燃料噴射を断続させる弁部材４０とを備えている。噴孔１５５には、拡大噴孔部１５６及び縮小噴孔部１５７が設けられている。拡大噴孔部１５６は、入口側開口１５５ａから縮小噴孔部１５７まで流路面積を拡大させている。縮小噴孔部１５７は、拡大噴孔部１５６から出口側開口１５５ｂまで流路面積を縮小させている。そして、拡大噴孔部１５６の区間の長さＬ１よりも、縮小噴孔部１５７の区間の長さＬ２が短くされている。
【選択図】図４

Description

本発明は、火花点火式の内燃機関に設けられた燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

従来、噴孔を形成する噴孔形成部材と、噴孔形成部材に対して変位することで噴孔から燃焼室への燃料噴射を断続させる弁部材と、を備えた燃料噴射弁が知られている。こうした燃料噴射弁のうちで特に圧縮着火式の内燃機関に用いられるものの一種として、特許文献１には、噴孔出口部に向けて流路面積を縮小させる噴孔縮小流路と、噴孔縮小流路に向けて流路面積を拡大させる噴孔拡大流路とを噴孔に設ける構成が開示されている。以上の構成において、噴孔拡大流路は、燃料噴霧の微粒化を促進するために形成されている。一方、噴孔縮小流路は、燃料噴霧に高い貫徹力を付与するために形成されている。

特開２００５−３１５１３６号公報

さて、本発明の発明者は、特許文献１に開示のような流路面積を縮小させる縮小部、及び流路面積を拡大させる拡大部が設けられた噴孔を、火花点火式の内燃機関に用いられる燃料噴射弁に採用することを検討した。しかし、特許文献１に開示の噴孔形状をそのまま採用した燃料噴射弁から噴射される噴霧は、火花点火式の内燃機関に適さないものとなることが明らかとなった。

詳しく説明すると、特許文献１に開示の構成では、縮小部の区間の長さは、拡大部の区間の長さよりも長くされている。そのため、噴孔内を流通する燃料の流れが徐々に収束されて、出口側の開口から噴射される燃料噴霧に高い貫徹力が付与される。圧縮着火式の内燃機関では、高い貫徹力を付与された燃料噴霧がピストン頂面に沿って縦渦を形成することにより、円滑な圧縮着火が実現される。対して、火花点火式の内燃機関においては、高い貫徹力を有する燃料噴霧は、燃焼室内の空気と混ざり難く、火花点火を困難にするため、円滑な燃焼を妨げてしまうのである。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、火花点火式の内燃機関に適した燃料噴霧の形成が可能な燃料噴射弁を提供することにある。

上記目的を達成するための一つの発明は、火花点火式の内燃機関に設けられた燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、燃料通路を通じて燃料が供給される噴孔を形成する噴孔形成部材と、噴孔形成部材に対して変位することにより、噴孔から燃焼室への燃料噴射を断続させる弁部材と、を備え、噴孔には、この噴孔の出口側の開口に向けて流路面積を縮小させる縮小部、及び縮小部に向けて流路面積を拡大させる拡大部、が設けられ、噴孔の中心軸を示す噴孔軸線に沿った縮小部の区間の長さは、噴孔軸線に沿った拡大部の区間の長さよりも短いことを特徴としている。

この発明によれば、出口側の開口に向けて流路面積を縮小させる縮小部の区間の長さが、縮小部に向けて流路面積を拡大させる拡大部の区間の長さよりも短くされている。故に、噴孔内を流通する燃料の流れが収束されることに起因して、噴孔から噴射される燃料噴霧に高い貫徹力が付与されてしまう事態は、回避され得る。

加えて、拡大部において噴孔の流路面積が拡大される構成では、噴孔に流入する燃料は、拡大部を形成している噴孔の内周壁面から剥離し得る。そのため、拡大部の内周壁面と主要な燃料の流れとの間には、負圧領域が形成されるようになる。この負圧領域は、噴孔内に燃料を吸引して、噴孔内を流れる燃料の流速を向上させる。その結果、噴孔内を流通する燃料に作用するせん断力が高められるため、噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。以上によれば、上述した貫徹力を抑制する作用と相俟って、燃料の噴霧は、燃焼室内の空気と混ざり易くなる。

さらに、噴孔の出口側の開口に向けて縮小部が形成される構成であれば、噴孔の縦断面において、縮小部を形成している噴孔の内周壁面から、出口側の開口周囲の壁面までの角度を大きくすることができる。すると、出口側の開口から噴射される燃料の噴霧から開口周囲の壁面までの距離が確保される。その結果、弁部材の変位によって噴孔からの燃料噴射が遮断される際において、開口周囲への燃料噴霧の付着を抑制する作用が発揮される。

以上のように、拡大部及び縮小部を噴孔に設けたうえで、さらに縮小部の区間長さを拡大部の区間長さよりも短くする構成によれば、燃料噴霧と空気との混合が容易となり、且つ、出口側開口周囲への噴霧の付着も抑制され得る。したがって、火花点火式の内燃機関に適した噴霧の形成が実現される。

尚、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、本発明の範囲を何ら制限するものではない。

本発明の第一実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。 サック部の近傍を拡大して示す断面図である。 図２のIII−III線断面図である。 噴孔の近傍をさらに拡大して示す断面図である。 噴孔内における燃料の流れの態様を模式的に示す図である。 図４の領域VIを拡大して示す図である。 第二実施形態による噴孔の近傍を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

（第一実施形態）
図１に示す本発明の第一実施形態による燃料噴射弁１０は、火花点火式の内燃機関としてのガソリンエンジンに設置され、当該ガソリンエンジンの燃焼室内へ燃料を噴射する。燃料噴射弁１０は、弁ボディ１１、固定コア２０、可動コア３０、弁部材４０、弾性部材５０、及び駆動部６０を備えている。

弁ボディ１１は、コアハウジング１２、入口部材１３、ノズルホルダ１４、及びノズルボディ１５等から構成されている。コアハウジング１２は、円筒状に形成されており、軸方向の一端部側から他端部側へ向かって順に第一磁性部１２ａ、非磁性部１２ｂ及び第二磁性部１２ｃを有している。磁性材からなる各磁性部１２ａ，１２ｃと、非磁性材からなる非磁性部１２ｂとは、レーザ溶接等によって結合されている。かかる結合構造によって非磁性部１２ｂは、第一磁性部１２ａと第二磁性部１２ｃの間において磁束が短絡するのを防止している。

第二磁性部１２ｃにおいて非磁性部１２ｂとは反対側の軸方向端部には、円筒状の入口部材１３が固定されている。入口部材１３は、燃料ポンプ（図示しない）から燃料が供給される燃料入口１３ａを形成している。燃料入口１３ａへの供給燃料を濾過して下流側のコアハウジング１２内へ導くために第一実施形態では、入口部材１３の内周側に燃料フィルタ１６が固定されている。

第一磁性部１２ａにおいて非磁性部１２ｂとは反対側の軸方向端部には、磁性材によって円筒状に形成されたノズルホルダ１４を介して、ノズルボディ１５が固定されている。ノズルボディ１５は有底円筒状に形成されており、コアハウジング１２及びノズルホルダ１４と共同して燃料通路１７を内周側に形成している。図２に示すようにノズルボディ１５は、弁座部１５０及びサック部１５２を有している。

弁座部１５０は、軸方向のうち燃料下流側へ向かうに従って一定の縮径率で縮径するテーパ面状の内周面によって、弁座面１５１を形成している。サック部１５２は、弁座面１５１によって燃料通路１７を形成する弁座部１５０の燃料下流側に、隣接している。サック部１５２は、燃料上流側の燃料通路１７へ向かって開口する凹部１５３を、カップ状に形成している。この凹部１５３においてサック室１５４を形成する内面には、当該サック室１５４と連通する噴孔１５５が開口している。

図１に示すように固定コア２０は、磁性材によって円筒状に形成されており、コアハウジング１２のうち非磁性部１２ｂ及び第二磁性部１２ｃの内周面に同軸上に固定されている。固定コア２０には、その径方向中央部を軸方向に貫通する貫通孔２０ａが設けられている。燃料入口１３ａから燃料フィルタ１６を経て貫通孔２０ａへ流入する燃料は、その下流側となる可動コア３０側へ向かって当該貫通孔２０ａから流出することとなる。

可動コア３０は、磁性材によって段付円筒状に形成されており、コアハウジング１２の内周側に同軸上に配置されて燃料上流側の固定コア２０と軸方向に対向している。可動コア３０は、コアハウジング１２のうち非磁性部１２ｂの内周壁によって案内されることで、軸方向両側への正確な往復移動が可能となっている。可動コア３０には、その径方向中央部を軸方向に貫通する第一貫通孔３０ａと、軸方向中間部を径方向に貫通して第一貫通孔３０ａに連通する第二貫通孔３０ｂとが、設けられている。固定コア２０の貫通孔２０ａから流出した燃料は、その下流側において可動コア３０の第一貫通孔３０ａへ流入し、第二貫通孔３０ｂからコアハウジング１２内の燃料通路１７へと流出することになる。

弁部材４０は、非磁性材によって横断面が円形のニードル状に形成されており、弁ボディ１１のうち要素１２，１４，１５が内周側に形成する燃料通路１７内に同軸上に配置されている。弁部材４０において燃料上流側の軸方向端部は、可動コア３０の第一貫通孔３０ａの内周面に同軸上に固定されている。また図１，図２に示すように、弁部材４０において燃料下流側の軸方向端部は、軸方向のうち燃料下流側へ向かうに従って縮径する当接部４１を形成しており、弁座面１５１に対して当該当接部４１を当接可能に対向させている。弁部材４０は、ノズルボディ１５に対し所定の中心軸線１８に沿って変位することにより、弁座面１５１に対し当接部４１を離着座させる。こうして、噴孔１５５から燃焼室内への燃料噴射が断続される。具体的には、弁部材４０が当接部４１を弁座面１５１から離座させる開弁作動時には、燃料が燃料通路１７からサック室１５４へ流入して各噴孔１５５から燃焼室へ噴射される。また一方、弁部材４０が当接部４１を弁座面１５１に着座させる閉弁作動時には、各噴孔１５５から燃焼室への燃料噴射が遮断されるのである。

図１に示すように、弾性部材５０は金属製の圧縮コイルスプリングからなり、固定コア２０に設けられた貫通孔２０ａの内周側に同軸上に収容されている。弾性部材５０の一端部は、貫通孔２０ａの内周面に固定されたアジャスティングパイプ２２の軸方向端部に係止されている。弾性部材５０の他端部は、可動コア３０のうち第一貫通孔３０ａの内面に係止されている。かかる係止構造によって弾性部材５０は、それを挟む要素２２，３０間にて圧縮されることによって弾性変形する。したがって、弾性部材５０が弾性変形によって発生する復原力は、弁部材４０と共に可動コア３０を燃料下流側へ付勢する付勢力となる。尚、弾性部材５０のセット荷重は、貫通孔２０ａへのアジャスティングパイプ２２の圧入量に応じて調整されている。

駆動部６０は、コイル６１、樹脂ボビン６２、磁性ヨーク６３、コネクタ６４等から構成されている。コイル６１は、樹脂ボビン６２に金属線材を巻回してなり、その外周側に磁性ヨーク６３が配置されている。コイル６１は、コアハウジング１２のうち固定コア２０の外周側となる非磁性部１２ｂ及び第二磁性部１２ｃの外周面に、樹脂ボビン６２を介して同軸上に固定されている。コイル６１は、コネクタ６４に設けられたターミナル６４ａを介して外部の制御回路（図示しない）と電気接続されており、当該制御回路によって通電制御されるようになっている。

ここで、コイル６１が通電によって励磁するときには、磁性ヨーク６３、ノズルホルダ１４、第一磁性部１２ａ、可動コア３０、固定コア２０及び第二磁性部１２ｃが共同して形成する磁気回路に、磁束が流れる。その結果、可動コア３０と固定コア２０との間に、可動コア３０を燃料上流側の固定コア２０へ向かって吸引する磁気吸引力が発生する。また一方、通電の停止によってコイル６１が消磁するときには、上述の磁気回路に磁束が流れなくなるため、可動コア３０と固定コア２０との間において磁気吸引力が消失するのである。

このように構成された燃料噴射弁１０の開弁作動では、コイル６１への通電が開始されることで、磁気吸引力が可動コア３０に作用する。すると、弁部材４０と共に可動コア３０は、弾性部材５０の復原力に抗して固定コア２０側へと移動することで、当該固定コア２０と当接して停止する。その結果、弁座面１５１から当接部４１が離座した状態となるので、各噴孔１５５から燃料が噴射されることとなる。

こうした開弁作動後における燃料噴射弁１０の閉弁作動では、コイル６１への通電が停止されることで、可動コア３０に作用する磁気吸引力が消失する。すると、弁部材４０と共に可動コア３０は、弾性部材５０の復原力による付勢側へと移動することで、当該弁部材４０を弁座面１５１と当接させて停止する。その結果、弁座面１５１に当接部４１が着座した状態となるので、各噴孔１５５からの燃料噴射が停止することとなる。

次に、図２，図３に示すサック部１５２及び噴孔１５５の詳細な形状を順に説明する。

サック部１５２は、サック室１５４を形成する凹部１５３の内面として、接続面１６８及び底面１６０を有している。接続面１６８は、底面１６０の外周側且つ弁座面１５１の内周側にそれぞれ隣接することで、これら底面１６０及び弁座面１５１の間を接続している。底面１６０には、中央面部１６１及びテーパ面部１６２が形成されている。中央面部１６１は、中心軸線１８と同軸上に位置する真円状の領域である。テーパ面部１６２は、中央面部１６１の外周側に隣接した円錐面状の領域である。テーパ面部１６２は、軸方向のうち燃料下流側の中央面部１６１へ向かうに従って縮径するテーパ面状の内周面である。底面１６０は、弁座面１５１に当接部４１を着座させた弁部材４０に対して、距離をあけて略平行に対向している。こうした対向構造によって、当接部４１が弁座面１５１に着座したときの弁部材４０の先端面４２と底面１６０との間にサック室１５４が形成される。サック室１５４は、燃料中の混入異物（コンタミネーション）の噛み込みを抑制できるように容積を規定されている。

サック室１５４と連通する噴孔１５５は、例えばレーザ加工によって形成されている。噴孔１５５は、ノズルボディ１５の中心軸線１８周りに互いに間隔をあけて複数設けられている。噴孔１５５は、テーパ面部１６２に入口側開口１５５ａを開口させると共に、サック部１５２の外壁面１６３に出口側開口１５５ｂを開口させている。各噴孔１５５の中心軸を示す噴孔軸線１５９ａは、中心軸線１８に対して傾斜しており、具体的には燃料下流側となる各出口側開口１５５ｂへ向かうに従って凹部１５３の外周側に傾斜している。各噴孔１５５の各入口側開口１５５ａは、中心軸線１８周りの同一仮想円１９上に位置している。各噴孔１５５において噴孔軸線１５９ａと直交する横断面は、円形状とされている。各噴孔１５５には、図４に示すように、拡大噴孔部１５６及び縮小噴孔部１５７が設けられている。

拡大噴孔部１５６を形成する内周壁面１５６ａは、噴孔軸線１５９ａに沿って入口側開口１５５ａから出口側開口１５５ｂに向かうに従い拡径するテーパ面状に形成されている。これにより拡大噴孔部１５６は、入口側開口１５５ａから縮小噴孔部１５７までの区間において、噴孔１５５の流路面積を拡大させている。噴孔軸線１５９ａを含む縦断面において、テーパ面部１６２と内周壁面１５６ａとの間に挟まれた部分には、入口側エッジ部１６４（図３も参照）が形成されている。

縮小噴孔部１５７を形成する内周壁面１５７ａは、噴孔軸線１５９ａに沿って入口側開口１５５ａから出口側開口１５５ｂに向かうに従い縮径するテーパ面状に形成されている。これにより縮小噴孔部１５７は、拡大噴孔部１５６から出口側開口１５５ｂまでの区間において、噴孔１５５の流路面積を縮小させている。噴孔軸線１５９ａを含む縦断面において、外壁面１６３と内周壁面１５７ａとの間に挟まれた部分には、出口側エッジ部１６５が形成されている。この縦断面において、入口側エッジ部１６４及び出口側エッジ部１６５の角度は共に、鋭角とされている。レーザ加工による噴孔１５５の形成によれば、入口側エッジ部１６４及び出口側エッジ部１６５の各先端は、実質的にＲの形成されない尖った縁部を形成する。

以上の噴孔１５５では、噴孔軸線１５９ａに沿った縮小噴孔部１５７の区間の長さＬ２が、噴孔軸線１５９ａに沿った拡大噴孔部１５６の区間の長さＬ１よりも短くされている。加えて、噴孔軸線１５９ａを含む縦断面において、縮小噴孔部１５７を形成する内周壁面１５７ａのテーパ角度θ２は、拡大噴孔部１５６を形成する内周壁面１５６ａのテーパ角度θ１よりも大きくされている。また、入口側開口１５５ａと噴孔軸線１５９ａとの交差位置における横断面の直径をＤ１とし、出口側開口１５５ｂと噴孔軸線１５９ａとの交差位置における横断面の直径をＤ２とする。そして、拡大噴孔部１５６と縮小噴孔部１５７との交差位置における横断面の直径をＤ３とすると、各直径は、Ｄ３＞Ｄ２≧Ｄ１となるように規定されている。これにより、出口側開口１５５ｂの面積Ａ２は、入口側開口１５５ａの面積Ａ１よりも広くされている。尚、拡大噴孔部１５６と縮小噴孔部１５７との交差位置における流路面積Ａ３は、入口側開口１５５ａ及び出口側開口１５５ｂにおける各面積Ａ１，Ａ２よりも広くなっている。さらに、噴孔軸線１５９ａに沿った噴孔１５５の長をＬとすると、噴孔１５５の長さＬと入口側開口１５５ａの直径Ｄ１との比Ｌ／Ｄ１は、１．４〜１．８程度の範囲内となるように規定されている。

以上の噴孔１５５に、燃料通路１７を通じて供給される燃料の流れの態様を、以下図５に基づいて詳細に説明する。

拡大噴孔部１５６において噴孔１５５の流路面積が拡大されることにより、サック室１５４から噴孔１５５に流入する燃料は、拡大噴孔部１５６の内周壁面１５６ａから剥離し得る。入口側エッジ部１６４が鋭角的に形成されていることによれば、内周壁面１５６ａからの燃料流れの剥離は、高い確実性を持って生じ得る。以上により、内周壁面１５６ａと主要な燃料流れとの間には、この燃料流れよりも圧力の低い負圧領域ＮＳが形成される。負圧領域ＮＳは、サック室１５４に到達した燃料を噴孔１５５内に吸引して、当該噴孔１５５から射出させる吸い出し力を燃料に作用させる。吸い出し力は、噴孔１５５内を流れる燃料の流速を向上させる。その結果、噴孔１５５内を流通する燃料に作用するせん断力が高められるため、噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。

加えて、縮小噴孔部１５７の区間の長さＬ２は、拡大噴孔部１５６の区間の長さＬ１よりも短くされている。故に、噴孔１５５内を流通する燃料流れが内周壁面１５７ａに沿って収束されることに起因し、噴孔１５５から噴射される燃料噴霧に高い貫徹力が付与されてしまう事態は、回避され得る。よって、燃焼室を区画する壁面への燃料噴霧の付着が抑制される。そして、貫徹力を抑制する作用と、上述した流速向上による微粒化促進作用とが相俟って発揮されることによれば、燃料の噴霧は、燃焼室内の空気と混ざり易くなる。

さらに、出口側開口１５５ｂまで縮小噴孔部１５７が形成される構成により、出口側開口１５５ｂの外縁には、鋭角的な出口側エッジ部１６５が形成されている。これにより、噴孔軸線１５９ａを含む縦断面において、内周壁面１５７ａから外壁面１６３までの角度φ２（図６参照）を、例えばストレート形状の噴孔を形成した場合と比較して、大きくすることができる。すると、噴孔１５５からの燃料噴射が遮断される際において、燃料流れの流速が低下したとき、出口側開口１５５ｂから噴射される燃料噴霧の外縁部分に、噴霧自身を収縮させようとする向きの流れを生じさせることができる。これにより、噴射される燃料噴霧の外縁から出口側開口１５５ｂ周囲の外壁面１６３までの距離が確保され易くなる。その結果、燃料噴射が遮断される際に、外壁面１６３への燃料噴霧の付着を抑制する作用が発揮され、デポジットの発生が低減される。

ここまで説明したように第一実施形態では、拡大噴孔部１５６及び縮小噴孔部１５７を噴孔１５５に設けたうえで、さらに縮小噴孔部１５７の区間長さＬ２が拡大噴孔部１５６の区間長さＬ１よりも短くされている。こうした構成により、燃料噴霧と空気との混合が容易となり、且つ、出口側開口１５５ｂ周囲への噴霧の付着も抑制され得る。したがって、火花点火式の内燃機関に適した燃料噴霧の形成が実現される。

加えて第一実施形態では、入口側開口１５５ａから拡大噴孔部１５６が形成されているため、入口側開口１５５ａの外縁に、鋭角的な入口側エッジ部１６４が形成されている。以上によれば、入口側開口１５５ａから噴孔１５５に流入する燃料は、入口側エッジ部１６４によって拡大噴孔部１５６の内周壁面１５６ａから剥離し易くなる。そのため、負圧領域ＮＳが安定的に形成されるようになり、燃料の流速向上による燃料噴霧の微粒化の促進作用が確実に発揮されるようになる。

また第一実施形態では、出口側開口１５５ｂの面積Ａ２が入口側開口１５５ａの面積Ａ１よりも広くされているため、出口側開口１５５ｂは、絞りの機能を実質発揮しない。故に、入口側開口１５５ａによって、噴孔１５５から噴射される燃料量を規定することが可能となる。

さらに第一実施形態では、縮小噴孔部１５７の区間の長さＬ２が拡大噴孔部１５６の区間の長さＬ１よりも短くされているので、縮小噴孔部１５７のテーパ角度θ２を拡大噴孔部１５６のテーパ角度θ１よりも大きくすることが可能となっている。縮小噴孔部１５７のテーパ角度θ２の拡大によれば、出口側エッジ部１６５は、いっそう鋭角的な形状となる。そのため、噴孔１５５からの燃料噴射が遮断される際にて、出口側周囲の外壁面１６３への燃料噴霧の付着を抑制する作用がさらに発揮され易くなる。

尚、第一実施形態において、弁ボディ１１が特許請求の範囲に記載の「噴孔形成部材」に相当し、拡大噴孔部１５６が特許請求の範囲に記載の「拡大部」に相当し、縮小噴孔部１５７が特許請求の範囲に記載の「縮小部」に相当する。

（第二実施形態）
図７に示す本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態による噴孔２５５には、第一実施形態の各噴孔部１５６，１５７（図５参照）に相当する拡大噴孔部２５６及び縮小噴孔部２５７に加えて、流量調整部２５８が設けられている。流量調整部２５８は、入口側開口２５５ａから流路面積を維持しつつ拡大噴孔部２５６まで円筒孔状に延伸している。そのため、第二実施形態の拡大噴孔部２５６は、流量調整部２５８から縮小噴孔部２５７までの間に形成され、流路面積を拡大させている。噴孔軸線１５９ａに沿った流量調整部２５８の区間の長さＬ３は、拡大噴孔部２５６の区間の長さＬ１及び縮小噴孔部２５７の区間の長さＬ２の合計長さＬ４と同程度とされている。流量調整部２５８の区間の長さＬ３と、流量調整部２５８の内径Ｄ２０１との比Ｌ３／Ｄ２０１は、１．４〜１．８程度の範囲内となるように規定されている。同様に、二段テーパ孔状に形成された各噴孔部２５６，２５７の区間の長さＬ４と、流量調整部２５８の内径Ｄ２０１との比Ｌ４／Ｄ２０１も、１．４〜１．８程度の範囲内となるように規定されている。そして、出口側開口２５５ｂの面積Ａ２０２は、入口側開口２５５ａの面積Ａ２０１よりも広くされている。さらに拡大噴孔部２５６と縮小噴孔部２５７との交差位置における流路面積Ａ２０３は、入口側開口２５５ａ及び出口側開口２５５ｂにおける各面積Ａ２０１，Ａ２０２よりも広くなっている。

以上の噴孔２５５内に流入する燃料は、流量調整部２５８を流通した後、拡大噴孔部２５６に流入する。流路面積を維持しつつ入口側開口２５５ａから延伸する流量調整部２５８の形状によれば、拡大噴孔部２５６に流入する燃料の流量が安定化する。そして、拡大噴孔部２５６に流入した燃料は、拡大するテーパ孔状に形成された内周壁面２５６ａから剥離し得る。以上により、内周壁面２５６ａと燃料流れとの間に負圧領域ＮＳが形成されることで、燃料には吸い出し力が作用するようになる。その結果、噴孔２５５内を流れる燃料の流速が向上し、噴射される燃料噴霧の微粒化が促進される。

加えて第二実施形態でも、縮小噴孔部２５７の区間の長さＬ２の短縮化が図られているため、噴孔２５５から噴射される燃料噴霧に高い貫徹力が付与されてしまう事態は、回避され得る。このように、貫徹力を抑制する作用と、上述した微粒化促進作用とが相俟って発揮されることにより、燃料の噴霧は、燃焼室内の空気と混ざり易くなる。

さらに第二実施形態でも、出口側開口２５５ｂまで縮小噴孔部２５７が形成されているため、縮小噴孔部２５７を形成する内周壁面２５７ａから外壁面１６３までの角度φ２（図６参照）も、２７０°より大きくされている。故に、燃料噴射が遮断される際において、出口側開口２５５ｂから噴射される燃料噴霧の外縁部分に噴霧自身を収縮させようとする向きの流れを生じさせることができる。故に、燃料噴射が遮断される際に、外壁面１６３への燃料噴霧の付着を抑制する作用が発揮され、デポジットの発生が低減される。

ここまで説明した第二実施形態のように、二段テーパ状に形成される区間の燃料上流側に流量調整部２５８が形成されていても、燃料噴霧と空気との混合が容易となり、且つ、出口側開口２５５ｂ周囲への噴霧の付着も抑制され得る。したがって、火花点火式の内燃機関に適した燃料噴霧の形成が実現される。

加えて第二実施形態では、拡大噴孔部２５６の燃料上流側に流量調整部２５８を設けることで、出口側開口２５５ｂから噴射される燃料量の変動が抑制される。そのため、噴射される燃料量の不安定化を回避しつつ、火花点火式の内燃機関に燃料噴霧を最適化することができる。

尚、第二実施形態において、拡大噴孔部２５６が特許請求の範囲に記載の「拡大部」に相当し、縮小噴孔部２５７が特許請求の範囲に記載の「縮小部」に相当する。

（他の実施形態）
以上、本発明による複数の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記実施形態において、出口側開口の面積は、入口側開口の面積よりも大きくされていた。しかし、出口側開口の面積は、入口側開口の面積と同じ、又は入口側開口の面積より狭くすることができる。こうした形態では、噴孔から噴射される燃料量は、出口側開口によって規定される。

上記実施形態において、拡大噴孔部におけるテーパ角度θ１は、縮小噴孔部におけるテーパ角度θ２よりも小さくされていた。しかし、拡大噴孔部のテーパ角度θ１は、縮小噴孔部のテーパ角度θ２と同一、又はこのテーパ角度θ２より大きくすることができる。

上記第二実施形態において、ストレート孔形状に形成された流量調整部の区間の長さＬ３と、二段テーパ孔状の区間の長さＬ４とは、概ね同程度とされていた。しかし、これらの区間長さＬ３，Ｌ４は、適宜変更可能である。さらに、上述したような流路長さと流路径との比Ｌ／Ｄも、適宜変更可能である。

上記実施形態では、円筒孔状の噴孔について、内周壁面を二つの円錐状に形成することによって二段テーパ状とした構成が示されていた。しかし、噴孔は、噴孔軸線を含む縦断面の形状がひし形状となれば、横断面の形状を適宜変更可能である。具体的には、噴孔軸線と直交する噴孔の横断面は、楕円形等の扁平形状とすることができる。

さらに、サック室に連通する複数の噴孔において、中心軸線に対する噴孔軸線の傾きは、燃料噴射弁が取り付けられる内燃機関に応じて適宜変更されてよい。加えて、噴孔の数及び配置についても、適宜変更可能である。さらに、複数設けられた噴孔の全てが二段テーパ孔状に形成されていなくてもよい。また、ノズルボディに噴孔を形成する加工方法は、レーザ加工に限定されず、機械加工等を採用できる。

上記実施形態では、燃料としてのガソリンを燃料室内に噴射する燃料噴射弁に本発明を適用した例を説明した。しかし、本発明は、例えばエチルアルコール等のアルコール系燃料やガソリンにエチルアルコールを混合したエタノール混合ガソリン燃料等、種々の燃料を噴射する燃料噴射弁に適用可能である。

１０ 燃料噴射弁、１１ 弁ボディ（噴孔形成部材）、１７ 燃料通路、４０ 弁部材、１５５，２５５ 噴孔、１５５ａ，２５５ａ 入口側開口（入口側の開口）、１５５ｂ，２５５ｂ 出口側開口（出口側の開口）、１５６，２５６ 拡大噴孔部（拡大部）、１５６ａ，２５６ａ 内周壁面、１５７，２５７ 縮小噴孔部（縮小部）、１５７ａ，２５７ａ 内周壁面、２５８ 流量調整部、１５９ａ 噴孔軸線、Ａ１，Ａ２０１ 入口側開口の面積、Ａ２，Ａ２０２ 出口側開口の面積、Ｌ１ 拡大噴孔部の区間の長さ、Ｌ２ 縮小噴孔部の区間の長さ、θ１，θ２ テーパ角度

Claims (5)

1. 火花点火式の内燃機関に設けられた燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
   燃料通路（１７）を通じて燃料が供給される噴孔（１５５，２５５）を形成する噴孔形成部材（１１）と、
   前記噴孔形成部材に対して変位することにより、前記噴孔から前記燃焼室への燃料噴射を断続させる弁部材（４０）と、を備え、
   前記噴孔には、当該噴孔の出口側の開口（１５５ｂ，２５５ｂ）に向けて流路面積を縮小させる縮小部（１５７，２５７）、及び前記縮小部に向けて流路面積を拡大させる拡大部（１５６，２５６）、が設けられ、
   前記噴孔の中心軸を示す噴孔軸線（１５９ａ）に沿った前記縮小部の区間の長さ（Ｌ２）は、前記噴孔軸線に沿った前記拡大部の区間の長さ（Ｌ１）よりも短いことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記拡大部は、前記噴孔の入口側の開口（１５５ａ）から前記縮小部まで形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記噴孔には、当該噴孔の入口側の開口（２５５ａ）から流路面積を維持しつつ延伸する流量調整部（２５８）が設けられ、
   前記拡大部は、前記流量調整部から前記縮小部まで形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
4. 前記噴孔において、出口側の開口の面積（Ａ２，Ａ２０２）は、入口側の開口の面積（Ａ１，Ａ２０１）よりも広いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
5. 前記縮小部を形成する内周壁面（１５７ａ，２５７ａ）のテーパ角度（θ２）は、前記拡大部を形成する内周壁面（１５６ａ，２５６ａ）のテーパ角度（θ１）よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

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