JP5737024B2 - 燃料噴射弁及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は燃料噴射弁及び内燃機関の制御装置に関する。更に具体的には、ニードルを有する電子制御式の燃料噴射弁及びその燃料噴射弁を有する内燃機関を制御する制御装置に関するものである。

特許文献１に開示された燃料噴射弁は、ニードルと、ニードルが収納されたノズル本体と、ノズル本体のニードル先端に設置する位置に配置された計量プレートとを有している。計量プレートには複数の噴孔が形成されている。噴孔の噴射軸は、噴射された燃料が外側に向かうように、斜めに形成されている。また、噴孔内には、燃料の剥離を促進するための凹部が形成されている。特許文献１の燃料噴射弁によれば、この凹部により噴孔入り口付近の燃料の剥離が促進され、噴射燃料の微細化を図ることができるとしている。

特開２０１０−０６５５４１号公報 特開平０５−３２１７８９号公報 特開２００６−１２５２０２号公報 特開２００８−０５０９６８号公報

噴孔の数が少ない燃料噴射弁を用いる場合、燃料噴射量が多くなると、燃料が最短距離にある噴孔を通過し、逆行流として離れた位置にある噴孔に流入する場合がある。このような逆行流が発生すると、シート部から最短距離で噴孔に到達する燃料の流れと、逆行流とが衝突することとなる。その結果、噴孔の壁面付近で液膜が乱れて噴流化し、噴孔壁面に理想的な薄膜が形成されない場合がある。このように薄膜に乱れが生じる場合、燃料の適正な微細化を図ることが困難となる。この点、燃料噴射弁には改良の余地が残されている。

この発明は、上記課題を解決することを目的とし、噴射燃料の更なる微細化を図ることができるよう改良した燃料噴射弁と、その燃料噴射弁が設置された内燃機関を制御する制御装置を提供するものである。

本発明は、上記の目的を達成するため、ニードルと、前記ニードルを収納するノズルボディと、を備える燃料噴射弁であって、
前記ノズルボディは、
前記ニードルの軸心を中心とする円上に均等に配置された複数の噴孔を有するサック部と、
前記サック部の基端部に形成され、前記ニードルが着座することで前記サック部への燃料の流入を遮断するシート面と、を備え、
前記ニードルは、前記ニードル内部を貫通し、かつ、前記シート面を介して流入する燃料の流れ方向の、前記噴孔より下流側から上流側に、燃料を戻すためのリターン部を備え、
前記リターン部の入口は、前記噴孔が配置された前記円の内側に形成され、
前記リターン部の出口は、前記ニードルの前記シート面に着座する部分の下流であって前記円の外側であり、隣り合う２つの噴孔間の、両噴孔から同距離になる位置に凹状に形成されている。

また、本発明の燃料噴射弁において、前記出口は、前記ニードル中心軸と、前記噴孔を結ぶ線分の延長線上から外れた位置に形成されているものとすることもできる。

本発明の燃料噴射弁は、本発明の燃料噴射弁を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
前記内燃機関の負荷状態に応じて、前記ニードルのリフト量を制御する手段を備える。

また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の筒内の圧力に応じて、前記ニードルのリフト量を制御する手段を、更に備えるものとしてもよい。

また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記燃料噴射弁の噴射率に応じて、前記ニードルのリフト量を制御する手段を、更に備えるものとしてもよい。

この発明の燃料噴射弁によれば、ニードルには、燃料を噴孔より下流側から上流側に戻すためのリターン部が備えられている。これにより、シート部を介して流入し、最短距離にある噴孔を通過した燃料を、再び噴孔の上流側に戻すことができる。これにより、噴孔への燃料の逆行流を抑制し、噴孔に流入する燃料の流れを上流から下流に向かう方向に整流することができる。従って、噴孔内に良好な薄膜を形成することができ、燃料の微粒径化を図ることができる。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、ニードルのリフト量を負荷に応じて制御することができる。ここで、例えば、リフト量を小さくすることで、リターン部への燃料戻り量を多くし、燃料の流れを上流から下流に向かう一定方向に整え、噴孔内に良好な薄膜を形成する状態にすることができる。また、リフト量を大きくすることで、リターン部への戻り量を小さくし、燃料の噴流を効果的に活用する状態とすることができる。従って、本発明では、負荷に応じてリフト量を制御することで、負荷に応じて上記の適正な状態に制御することができる。

また、内燃機関の筒内の圧力に応じて、ニードルのリフト量を制御する手段を有するものにおいては、更に、噴流を活用する場合にも、筒内圧に応じて、噴霧のペネトレーションを適正に制御することができる。

また、燃料噴射弁の噴射率に応じて、ニードルのリフト量を制御する手段を有するものにおいては、デポジットの堆積による燃料噴射率の低下を加味して、ニードルリフト量を制御することで、適正な量の燃料を噴射させることができる。

この発明の実施の形態１の燃料噴射弁の構成を説明するための縦断面図である。 この発明の実施の形態１の燃料噴射弁の構成を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態２の燃料噴射弁のニードルのリフト量の制御について説明するための図である。 この発明の実施の形態２の制御における、筒内圧とニードルのリフト量との関係について説明するための図である。 この発明の実施の形態３の制御における、燃料噴射率と筒内圧とニードルのリフト量との関係について説明するための図である。 この発明の実施の形態４の制御における、燃料噴射圧とニードルのリフト量との関係について説明するための図である。 この発明の実施の形態５の燃料制御弁の構成を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の燃料噴射弁１０を示す縦断面図である。本実施の形態１による燃料噴射弁１０は、例えば、内燃機関の各ポート又は各気筒内に燃料を噴射するガソリン機関において好適に用いることができる。但し、本発明に係る燃料噴射弁１０の適用は、ガソリン機関に限るものではない。

図１に示す燃料噴射弁１０は、磁性体で構成された固定鉄心１２を備えている。固定鉄心１２と隣接する位置には、可動鉄心１４が配置されている。可動鉄心１４は、燃料噴射弁１０の内部を、その軸線方向に摺動することができる。この可動鉄心１４は、コイルスプリング１６によって図１中下向きに付勢されている。固定鉄心１２の外周には、電磁コイル１８が設けられている。この電磁コイル１８が所定の磁力を発することにより、可動鉄心１４が固定鉄心１２に引き寄せられる。一方、その磁力が消滅すると、コイルスプリング１６の付勢力により可動鉄心１４が固定鉄心１２から離される。

可動鉄心１４には、可動鉄心１４と共に燃料噴射弁１０の内部を変位するニードル２０が連結されている。燃料噴射弁１０はニードル２０を取り囲むように形成されたノズルボディ２２を備えている。すなわち、ノズルボディ２２は、内部にニードル２０を有している。ニードル２０とノズルボディ２２との間には、空間２４が形成されている。この空間２４には、図示しない燃料供給源から高圧の燃料が供給される。ノズルボディ２２の先端には、ノズルプレート２６（以下、単に「プレート２６」とも称する）が組み付けられている。詳細は後述するが、このプレート２６には、複数の噴孔２８が設けられている。

図２は、実施の形態１における燃料噴射弁１０の先端部の構成を説明するための拡大図であり、図２（ａ）は、図１の下側から見たプレート２６の表面図、図２（ｂ）は、燃料噴射弁１０先端部付近の図２（ａ）におけるＡ−Ａ方向の断面、図２（ｃ）は、燃料噴射弁１０先端部付近の図２（ａ）におけるＢ−Ｂ方向の断面を表している。

図２（ａ）に示されるように、燃料噴射弁１０の噴孔２８は、ニードル２０の変位方向の軸心ＣＮを中心として、プレート２６外周部付近に均等に、プレート２６を貫通するように形成されている。また、図２（ｂ）に示されるように、各噴孔２８は、プレート２６のニードル２０先端に対向する面側から反対側の面に向かい（即ち、図２（ｂ）において、上から下に向かい）、軸心ＣＮからの距離が遠くなるように外側に向けて形成されている。つまり、噴孔２８からの燃料の噴射軸は外側に向けて開くように形成されている。また、噴孔２８は、その径が燃料の噴射方向下流に向けて大きくなるように、テーパ形状に形成されている。

ニードル２０の変位により、ニードル２０のシート部３０が、ノズルボディ２２のシート面３２に着座又は離座する。これにより、噴孔２８側に流入する燃料が遮断又は許容された状態となる。なお、ノズルボディ２２のシート面３２より先端側の部分とプレート２６とによりサック部が構成される。

ニードル２０の先端には、ニードル２０の一部を貫通するリターン部４０が形成されている。リターン部４０の入口４０２は、ニードル２０の軸心ＣＮを中心とする中央部付近に形成された凹部である。また、入口４０２は、プレート２６に形成された４つの噴孔２８に囲まれるように、ニードル２０の噴孔２８に対向する部分よりも内側に形成されている。言い換えると、入口４０２は、シート面３２側から各噴孔２８に最短距離で燃料が流入する場合に、その流通方向において、その最短距離の噴孔２８より下流側に位置するように形成されている。

一方、リターン部４０の出口４０４は、ニードル２０のシート部３０のすぐ下流に形成された凹部である。出口４０４は、隣り合う２つの噴孔２８間の、両噴孔２８から同距離になる位置に形成されている。すなわち、出口４０４は、ニードルの軸心ＣＮと噴孔２８を結ぶ線分の延長線上から外れた位置に形成されている。

このような燃料噴射弁１０において、電磁コイル１８に励磁電流が供給されていないときは、ニードル２０のシート部３０はノズルボディ２２のシート面３２に着座する。その結果、ニードル２０の周囲の空間２４に蓄えられていた高圧の燃料の、サック部側への流入は遮断される。即ち、噴孔２８から燃料は噴射されない状態となる。

一方、電磁コイル１８に励磁電流が供給されると、可動鉄心１４は固定鉄心１２に引き寄せられることにより、ニードル２０のシート部３０が、ノズルボディ２２のシート面３２から離座する。その結果、空間２４に蓄えられていた高圧の燃料が、シート部３０からサック部に流れ込む。流れ込んだ燃料は、複数の噴孔２８から噴射される。

本実施の形態１では、以上の構成を有する燃料噴射弁１０を用い、内燃機関の運転中の負荷が低負荷領域にある場合と高負荷領域にある場合とによって、リフト量を変化させる制御を行う。具体的に、内燃機関の負荷が低負荷領域にある場合は、ニードル２０のリフト量が小さくなるように制御される。シート部３０から絞り出された燃料の一部は、最短距離にある噴孔２８へ流入し噴射される。このとき、燃料の一部は、最短距離にある噴孔２８を通過する。

ここで、シート部３０から絞り出される燃料の高速流により、リターン部４０の出口４０４である凹部に剥離渦が発生し、出口４０４内の燃料はシート部３０からの燃料と共に、サック部に流入する。これによりリターン部４０の出口４０４側付近が減圧される。この負圧により、最短距離の噴孔２８を通過した一部の燃料が、入口４０２からリターン部４０に回収される。

以上のように、シート部３０を通過した燃料は、最短距離の噴孔２８から噴射されるか、あるいは、リターン部４０から再び、シート部３０の直後部に戻され、再び、シート部３０側から最短距離の噴孔２８側に流される。この構成により、ある噴孔２８を通過した燃料が、他の噴孔２８に逆行流となって流れ込むのを抑制することができる。即ち、各噴孔２８へは、横流れ方向に整流された流れで燃料が供給される。従って、低負荷領域にある場合、噴孔２８のテーパ形状を効果的に利用して、噴孔２８内に良好な薄膜を形成することができる。従って、低負荷領域において燃料の微細化を図ることができる。

一方、本実施の形態１において、内燃機関の運転の負荷が高負荷領域にある場合、ニードル２０のリフト量が、低負荷領域の場合に比べて、大きくなるように制御される。ニードル２０のリフト量が大きくなると、シート部３０とシート面３２とが大きく開く。従って、シート部３０の燃料の通過によりリターン部４０出口４０４付近に生じる負圧は小さくなり、リターン部４０へ戻る燃料量は少なくなる。従って、シート面３２から最短距離にある噴孔２８を通過し他の噴孔２８に流入する燃料の逆行流が発生する。高負荷領域では、燃料の横流れと逆行流とにより生じる強い燃料の噴流が活用され、燃料噴射が行われる。

なお、以上の制御において、リフト量を変化させる低負荷領域と高負荷領域との境界、及び低負荷領域と高負荷領域とのそれぞれの場合のリフト量は、燃料噴射弁や、内燃機関ごとに、適宜設定される。また、本実施の形態１では、低負荷領域と高負荷領域との２段階でリフト量を変化させる場合について説明した。しかし、この発明においては、２段階でリフト量を変化させるものに限るものではなく、例えば、３段階あるいはそれより多くの負荷領域を設定し、それぞれに応じてリフト量を変化させるものであってもよい。

また、本実施の形態１では、低負荷領域ではニードル２０のリフト量を小さくすることでリターン部４０に負圧を生じさせて燃料の逆行流を効果的に抑制し、一方、高負荷領域では、ニードル２０のリフト量を大きくすることで、噴流を利用する場合について説明した。しかし、この発明の燃料噴射弁１０の制御方法は、これに限るものではなく、負荷に関わらずリフト量を一定にするものであってもよい。この場合にもリターン部４０に生じる負圧により、逆行流を抑制することができ、噴霧の微細化を図ることができる。

また、本実施の形態１では、プレート２６が４つの噴孔２８を有し、リターン部４０は、その噴孔２８間に出口４０４を有する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、噴孔の数やリターン部の出口の配置は、適宜調整することができる。但し、リターン部は出口側の負圧により燃料をシート部側に戻すものである。従って、リターン部出口は、隣り合う噴孔間に１つずつ形成され、即ち、噴孔と同じ数又は噴孔数の半数、出口を有するリターン部が形成されていることが望ましい。これは、以下の実施の形態についても同様である。

また、本実施の形態１では、ニードル２０の軸心ＣＮを中心とする部分に凹部が形成され、この部分がリターン部４０の入口４０２となる場合について説明した。しかし、この発明においてリターン部の入口の形状はこれに限るものではない。リターン部入口は、全噴孔に対し、シート部から最短距離で流入する燃料の流れの下流側に形成され、最短距離の噴孔２８を通過した燃料を回収することができる形状であればよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。

実施の形態２．
実施の形態２の燃料噴射弁１０は、実施の形態１の燃料噴射弁１０と同様の構成を有する。実施の形態２では、実施の形態１の燃料噴射弁１０を用いる場合に、内燃機関の高負荷領域において、ニードル２０のリフト量を筒内圧に応じて変化させる制御を行う点を除き、実施の形態１と同様の制御を行う。

図３は本実施の形態２のニードル２０のリフト量の制御について説明するための図である。図３は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順にニードル２０のリフト量が大きくなった状態を示している。図４は、本実施の形態２のニードル２０のリフト量Ｌと、筒内圧Ｐとの関係について説明するための図である。図４において、横軸は筒内圧Ｐ、縦軸はニードル２０のリフト量Ｌを表している。

本実施の形態２においても、低負荷領域では、実施の形態１と同様に、ニードル２０のリフト量Ｌを小さくする（図３（ａ）参照）。つまり、この領域は噴流不活用の領域であり、リターン部４０への燃料の戻し量が大きくなる。これにより逆行流が抑制され、テーパ形状の噴孔２８内に良好な状態の薄膜を形成することができ、噴霧の微粒径化が促進される。

一方、高負荷領域では、ニードル２０のリフト量Ｌを大きくとって、噴流を活用する。更に、高負荷領域では、ニードル２０のリフト量Ｌを筒内圧Ｐに応じた大きさとする。即ち、高負荷領域であって筒内圧Ｐが低い場合、ニードル２０のリフト量Ｌが小さく設定され（図３（ｂ）参照）、噴流のペネトレーションを小さなものとする。一方、高負荷領域において、筒内圧Ｐが高い場合、ニードル２０のリフト量Ｌは大きくなるように設定され、噴流を大きくする（図３（ｃ）参照）。

より具体的に、本実施の形態２においては、高負荷領域では、図４に示されるように、ニードル２０のリフト量Ｌが、筒内圧Ｐに対して比例関係を有するように設定され、筒内圧Ｐが大きくなるほど、リフト量Ｌも大きくなるように制御される。このような筒内圧Ｐとリフト量Ｌとの最適な関係は、予め実験等により求められる。この関係は、制御装置に関係式やマップ等として記憶され、実際の制御では、検出又は推定された筒内圧Ｐをパラメータとして、関係式等に従って、リフト量Ｌが決定される。

以上説明したように、本実施の形態２では、筒内圧Ｐに応じてリフト量Ｌが制御される。ここで、ニードル２０のリフト量Ｌを大きく制御する場合噴流が積極的に活用されるため、噴霧のペネトレーションが大きくなる。このとき筒内圧Ｐと比較して、ペネトレーションが大きくなりすぎると、ボアアタックやオイル希釈増大といった事態が生じる場合がある。この点、本実施の形態２のように、筒内圧Ｐに応じてニードル２０のリフト量Ｌを制御することにより、筒内圧Ｐに応じて逆行流の量を制御することができ、適正な状態に噴流のペネトレーションを制御することができる。

なお、本実施の形態２では、低負荷領域は噴流不活用領域としてリフト量Ｌを小さな一定値とし、それ以上の高負荷領域において、筒内圧Ｐに応じてリフト量Ｌを変化させる場合について説明した。しかし、この発明においてリフト量Ｌの制御はこれに限られるものではない。例えば、負荷にかかわらず、筒内圧Ｐのみに応じてリフト量Ｌを制御するようにしたものであってもよい。このようにしても筒内圧Ｐに応じて、噴流のペネトレーションを制御し有効に噴流を活用することができる。

また、本実施の形態２では、高負荷領域において筒内圧Ｐに対しリフト量Ｌを比例的に大きくするように制御する場合について説明した。しかし、この発明において、リフト量Ｌの制御は、これに限るものではなく、例えば、筒内圧Ｐをある程度の範囲ごとに区切り、その筒内圧Ｐの範囲ごとに、段階的にリフト量Ｌが大きくなるように設定し、制御するものであってもよい。

実施の形態３．
実施の形態３の燃料噴射弁は、実施の形態１の燃料噴射弁１０と同様の構成を有している。実施の形態３では、実施の形態２と同様に、高負荷領域において筒内圧Ｐに応じたニードルのリフト量Ｌの制御を実行すると共に、燃料噴射率（以下、単に「噴射率」とも称する）に応じてリフト量Ｌを変化させる制御を実行する。

本実施の形態３のような構成の燃料噴射弁１０は、その先端が気筒内や吸気ポート等に露出するように配置され、高温度に晒される。従って、噴孔２８の内側や、噴孔２８周囲に付着した残留燃料がデポジット化し、堆積する場合がある。その結果、噴孔２８が狭まり、リターン部４０へ流れ込む量が増加して噴射率が低下する場合がある。本実施の形態３では、このような噴射率の低下に対し、適正な量の燃料を噴射させるべく、以下に説明するように、噴射率を考慮したリフト量Ｌの制御を行う。

図５は、本発明の実施の形態３の制御における筒内圧Ｐとリフト量Ｌの噴射率ごとの関係について説明するための図である。図５において、横軸は筒内圧Ｐ、縦軸はリフト量Ｌを表している。

具体的に、まず、図５に実線で示されるように、燃料噴射率が通常通りであり、噴射率の低下が認められない場合のニードル２０のリフト量Ｌ０は、実施の形態２と同様に設定される。即ち、噴流不活用の低負荷領域では、小リフト量（固定値）に設定され、高負荷領域では筒内圧Ｐが大きくなるに従って、リフト量Ｌも次第に大きくなるように設定され、制御される。

また、燃料噴射率が低下し、ｘ％以下となった場合のリフト量Ｌｘは、図５に破線で示されるように、通常の噴射率の場合のリフト量Ｌ０に対し、一律に、補正量ｋｘ（固定値）を加算した値に設定され、制御される。

更に、図５に一点鎖線で示されるように、噴射率がｘ％より小さいｙ％以下となった場合のリフト量Ｌｙは、通常の噴射率の場合のリフト量Ｌ０に、一律に、補正量ｋｙ（固定値）を加算した値に設定される。図５に示されるように、ここでの補正量ｋｙは、噴射率ｘ％以下の場合の補正量ｋｘより大きい値となっている。つまり、噴射率がより小さいｙ％の場合には、噴射率ｘ％の場合のリフト量Ｌｘよりも、更に大きなリフト量Ｌｙに設定され、制御されることとなる。

この制御において、噴射率ｘ％、ｙ％や、これに応じた補正量ｋｘ、ｋｙの、具体的な値は、その燃料噴射弁ごとに、予め実験等により求められ、設定される。設定された値は制御装置に、例えばマップ等として記憶される。実際の制御では、燃料噴射率が求められ、求められた噴射率に応じて補正量が設定され、リフト量が補正される。

このように本実施の形態３では、ニードル２０のリフト量Ｌが、噴射率が低下した場合ほど大きく設定され制御される。これにより、デポジット等により噴孔２８入口付近が狭くなっている場合に、燃料のリターン部４０への戻り量が大きくなるのを抑制することができ、適正な量の燃料を噴射することができる。

なお、本実施の形態３では、噴射率を、通常、ｘ％、ｙ％の３段階の領域に区分けして、これに応じた補正量（０、ｋｘ、ｋｙ）を設定して、リフト量Ｌを算出する場合について説明した。しかし、この発明において、噴射率は３段階に限らず、適宜必要に応じて区分けして、それに応じた補正量を設定すればよい。

また、本実施の形態３では、噴射率に応じた補正量ｋｘ、ｋｙをそれぞれ固定値とし、通常の噴射率の場合のリフト量Ｌ０に一律に加算することで、噴射率に応じたリフト量を算出する場合について説明した。しかし、この発明において噴射率に応じたリフト量Ｌの算出方法はこれに限るものではない。例えば、リフト量Ｌの算出方法としては、通常の噴射率のリフト量Ｌ０に、噴射率に応じた補正係数を乗じるものや、リフト量Ｌ０に、燃料噴射率ごとの筒内圧Ｐに応じた変数を加算又は乗算するもの等が考えられる。

実施の形態４．
実施の形態４の燃料噴射弁１０は、実施の形態１の燃料噴射弁１０と同様の構成を有している。一般に内燃機関の制御において、低負荷時には燃料噴射量を減らすため、燃料供給源（図示せず）から供給する燃料の圧力を低下させることで、燃料噴射圧（以下、単に「噴射圧」とも称する）を低下させる場合がある。しかし、噴射圧が低下すると、十分な横流れ流速が確保できないため、噴孔２８内で燃料が薄膜化されず、噴霧の粒径が大きくなることが考えられる。

本実施の形態４では、このような事態を抑制するため、噴射圧に応じてニードル２０のリフト量Ｌを制御する。図６は、本実施の形態４における噴射圧と、ニードル２０のリフト量Ｌとの関係を説明するための図である。図６において横軸は噴射圧、縦軸はリフト量Ｌを表している。

図６に示されるように、ニードル２０のリフト量Ｌは、噴射圧が低い場合に小さく設定され、噴射圧が高くなるにつれて大きくなるように設定され制御される。これにより、噴射圧が低い場合ほど、リターン部４０から戻される燃料の量が増加する。従って、噴孔２８に向かう燃料の横流れの流速を確保することができ、噴孔２８内での薄膜化を促進し、噴霧の微粒径化を図ることができる。

なお、図６に示されるような、噴射圧とリフト量Ｌとの最適な関係は、予め実験等により求められる。この関係に基づき、噴射圧とリフト量との関係を、マップ、演算式等として定め、制御装置に記憶し、これに基づきニードル２０のリフト量が制御される。

実施の形態５．
図７は、本発明の実施の形態５の燃料噴射弁について説明するための模式図である。図７において（ａ）は、ニードル５０がシート面から離座している状態を表し、（ｂ）は、ニードル５０がシート面に着座している状態を表している。図７の燃料噴射弁は、ニードル５０の形状と、ノズルプレート６０（以下、単に「プレート６０」とも称する）の先端部の形状とが異なる点を除き、図１の燃料噴射弁と同様の構成を有している。

図７に示されるように、燃料噴射弁のプレート６０は、サック部内に、第２のサック部６０２を有している。プレート６０のニードル５０に当接する面とは反対側（図７の下側）から見た場合に、第２のサック部６０２が、４つの噴孔６０４に囲まれて中心に位置するように配置されている。なお、噴孔６０４は、実施の形態１の燃料噴射弁１０と同様の形状に形成されている。

ニードル５０は、先端の第２のサック部６０２に係合する位置に、凸部５０２を有している。凸部５０２の先端から、ニードル２０の軸心ＣＮに重なる中心部分に、軸方向に伸びる通路５０４が形成されている。通路５０４の一端は、第２のサック部６０２に向けて開口されている。通路５０４の他端は、通路５０６に連通している。通路５０６は、軸方向に垂直に、放射線上に形成され、端部は空間２４に向けて開口されている。

この燃料噴射弁において、燃料噴射開始時には、図７（ａ）に示すように、ニードル５０が上方に移動する。これにより第２のサック部６０２内に負圧が生じ、シート部５０８側から流入する燃料の流速が加速される。

燃料噴射終了時には、図７（ｂ）に示されるように、ニードル５０の下方への移動により、第２のサック部６０２内に残る燃料が、通路５０４及び５０６を通って、シート部５０８の上流側の空間２４内に戻される。これにより空間２４部が加圧され、燃料の流速が加速させる。

また、低負荷時には噴射期間が短くなるよう制御される。従って、第２のサック部６０２に燃料が満たされずに燃料噴射が完了する。従って、低負荷時の燃料噴射では、燃料の横流れが促進され、噴孔６０４に良好な薄膜が形成される。これにより、低負荷時にも燃料の微粒径化を図ることができる。また、高負荷時には噴射期間が長くなる。このとき、第２のサック部６０２内部まで燃料で満たされる。これにより逆行流が発生し、噴流効果を得ることができる。

以上説明したように、実施の形態５では、高負荷時の余剰の燃料は、第２のサック部６０２に溜められ、通路５０４、５０６からシート部５０８の上流側に戻される。また、低負荷時には第２のサック部６０２には燃料が到達せず、横流れにより燃料が噴孔６０４内で薄膜化されて噴射される。従って、本実施の形態５によれば、ニードル５０のリフト量を制御することなく、燃料の微粒径化や効率的な噴流の利用を図ることができる。

なお、実施の形態５では、プレート６０は、４つの噴孔６０４と、これに囲まれる中心部に形成された第２のサック部６０２とを有する場合について説明した。しかし、本実施の形態においてプレート６０の構成は、これに限るものでなく、噴孔数やその形状、第２のサック部６０２位置やその形状は、他の形状であってもよい。但し、第２のサック部６０２はノズルボディのサック部内に形成される必要がある。

また、ニードル５０は、その先端部に凸部５０２を有し、内部に通路５０４、５０６を有する場合について説明した。しかし、この発明においてニードルの構成はこれに限るものではなく、第２のサック部と係合する位置に凸部を有し、内部に第２のサック部とシート部上流側とをつなぐ通路を有するものであればよい。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１０ 燃料噴射弁
２０ ニードル
２２ ノズルボディ
２４ 空間
２６ プレート
２８ 噴孔
３０ シート部
３２ シート面
４０ リターン部
４０２ 入口
４０４ 出口
５０ ニードル
５０２ 凸部
５０４、５０６ 通路
５０８ シート部
６０ プレート
６０２ サック部
６０４ 噴孔

Claims (5)

1. ニードルと、前記ニードルを収納するノズルボディと、を備える燃料噴射弁であって、
   前記ノズルボディは、
   前記ニードルの軸心を中心とする円上に均等に配置された複数の噴孔を有するサック部と、
   前記サック部の基端部に形成され、前記ニードルが着座することで前記サック部への燃料の流入を遮断するシート面と、を備え、
   前記ニードルは、前記ニードル内部を貫通し、かつ、前記シート面を介して流入する燃料の流れ方向の、前記噴孔より下流側から上流側に、燃料を戻すためのリターン部を備え、
   前記リターン部の入口は、前記噴孔が配置された前記円の内側に形成され、
   前記リターン部の出口は、前記ニードルの前記シート面に着座する部分の下流であって前記円の外側であり、隣り合う２つの噴孔間の、両噴孔から同距離になる位置に凹状に形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記出口は、前記ニードル中心軸と、前記噴孔を結ぶ線分の延長線上から外れた位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 請求項１又は２に記載の燃料噴射弁を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
   前記内燃機関の負荷状態に応じて、前記ニードルのリフト量を制御する手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の筒内の圧力に応じて、前記ニードルのリフト量を制御する手段を、更に備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃料噴射弁の噴射率に応じて、前記ニードルのリフト量を制御する手段を、更に備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。

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