JP6264221B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

本発明は、「ガス燃料」もしくは「液化ガス燃料を超臨界状態にした燃料」を噴孔から噴射可能な燃料噴射ノズルに関する。
以下では、説明の便宜上、ニードルのリフトアップ方向（開弁方向）を「上」、噴射終了時にニードルが移動する閉弁方向を「下」と称して説明するが、この上下方向は天地方向を示すものではない。

また、本発明において「液化ガス燃料（常温大気圧で気相の燃料を圧縮液化した燃料）を超臨界状態にした燃料」を噴孔から噴射する場合、ノズルボディとニードルの隙間（具体的には、ニードルシート部とノズルシート面の間の隙間：以下、開弁開口部と称す）の上流までは液相で、開弁開口部の通過後に超臨界にすることが望ましいが、以下では、説明の便宜上、開弁開口部の上流から超臨界状態という条件で説明する（もちろん、限定するものではない）。

（従来技術）
液化ガス燃料の好ましい具体例として、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）を燃料とするエンジン（内燃機関）を例に従来技術を説明する。
液相のＤＭＥであっても、軽油に比べて発熱量が低いため、噴射量を軽油より多くする必要がある。そのため、液相のＤＭＥの噴射を行う場合、噴射期間が長くなり、燃焼期間が長くなる。その結果、特に高回転域において、軽油に比較して性能が劣ってしまう不具合がある。

そこで、液相のＤＭＥを加熱してＤＭＥを超臨界状態にして噴射すると、ＤＭＥと燃焼用空気との混合性が促進される。この効果により、噴射期間を長く取りながら、燃焼期間の短縮を図ることができる。
さらに、ＤＭＥを超臨界状態で噴射させることにより、噴射率と燃焼の進捗による熱発生率との関係を相似にできるため、燃焼特性を噴射率によりコントロールすることが可能になる。

このように、ＤＭＥを超臨界状態で噴射させることで、燃焼特性を噴射率によりコントロールすることが可能になるため、多段噴射を不要にできる。
また、ＤＭＥを超臨界状態で噴射させることで、液相のＤＭＥを噴射させる場合に比較して、燃料の高圧化を抑制できる利点がある。

（問題点１）
超臨界流体は、気体と同じ流れを起こすことができる。このため、噴孔から超音速に達したＤＭＥを噴射できれば、ＤＭＥと燃焼用空気との混合性を促進できる。
ニードルのリフト量が小さい場合（小リフト時）は、開弁開口部が絞りとして作用するため、燃料の流速が開弁開口部で音速に達する。
ここで、開弁開口部の直下におけるノズルシート面とニードル先端部の形状が共に円錐面を呈する従来技術の場合、ノズルシート面とニードル先端部の間の隙間（即ち、２つの円錐面により形成される隙間）は、下流に向かって少しずつ増加する。この形状では、開弁開口部で音速に達した燃料の流れが隙間においてチョークしてしまい、燃料の通過量が少なくなってしまう。特に、ニードルのリフト量が微小の場合は、開弁開口部の上流側と下流側の速度変化（圧力変化）によって大きなエネルギー損失が生じてしまう。

続いて、ノズルシート面とニードル先端部の間を通過した燃料の流速は、サック室（開口開弁部と噴孔との間に存在する容積空間）でさらに減速して噴孔に流入する。そして、噴孔に流入した燃料は、噴孔内で圧力回復して噴孔内で再加速されるが、音速に達せず、噴射速度の低下を招いてしまう。
即ち、小リフト時では、超音速噴射はもちろん、音速噴射すら得られない。

（問題点２）
また、ニードルのリフト量が大きい場合（大リフト時）は、開弁開口部とサック室は燃料通路として機能して燃料の流れを減衰しない。
しかし、噴孔が直孔の場合（噴孔の内径が略一定の穴形状の場合）、燃料の流速は噴孔の出口箇所で音速に達してしまうため、噴孔から超音速の噴射ができない。

（問題点３）
上記「問題点２」を回避する手段として、噴孔の穴形状をラバール形状（音速流体を超音速に加速可能な形状）に設けることが考えられる（周知技術ではない）。
しかし、上記「問題点１」で開示したように、小リフト時では開弁開口部で音速に達しても噴孔に至るまでに流速が減衰してしまうため、噴孔にラバール形状を採用しても、小リフト時では超音速噴射が得られない。

特開２０１２−１４５０４８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大リフト時はもちろん、小リフト時であっても音速以上の噴射が可能な燃料噴射ノズルの提供にある。

本発明は、ニードルシート部（８）の直下における「ノズルシート面（４）とニードル先端部（７）との間の形状」をラバール形状（α）に設ける構成を採用する。
これにより、小リフト時に燃料の流速が開弁開口部（Ｘ）で音速に達し、ノズルシート面（４）とニードル先端部（７）との間のラバール形状（α）によって燃料の流速が超音速に加速される。このため、噴孔（３）へ導かれる燃料の流速の減衰を抑えることができる。

その結果、噴孔（３）にラバール形状（β）を採用する場合は、小リフト時であっても、噴孔（３）内で燃料の流速が超音速に達するため、超音速噴射が可能になる。
また、噴孔（３）の形状がラバール形状（β）とは異なる場合（例えば、直孔等の場合）には、小リフト時であっても、噴孔出口等において燃料の流速を音速に加速でき、音速噴射が可能になる。

（ａ）燃料噴射ノズルにおける燃料噴射箇所の断面図、（ｂ）ノズルボディとニードルとの間に形成されるラバール形状の説明図である（実施例１）。 噴孔の穴形状の説明図である（実施例１）。 噴孔の穴形状の説明図である（実施例２）。 噴孔の穴形状の説明図である（実施例３）。 ノズルボディとニードルとの間に形成されるラバール形状の説明図である（実施例４）。 ノズルボディとニードルとの間に形成されるラバール形状の説明図である（実施例５）。

発明を実施するための形態を以下の実施例において説明する。

本発明の具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
図１、図２を参照して実施例１を説明する。
この実施例に用いられる車両用の燃料噴射装置は、加圧されて液相になった液化ガス燃料を超臨界状態にして圧縮着火式エンジンの各気筒内へ直接噴射供給するものであり、具体的な燃料の一例としてＤＭＥを用いて説明する。

燃料噴射装置の具体的な一例は、コモンレール（燃料蓄圧容器）、フィードポンプ、高圧ポンプ、燃料ヒータ、インジェクタ、制御装置（ＥＣＵ＋ＥＤＵ）等を用いて構成される（もちろん、限定するものではない）。
コモンレールは、高圧ポンプから加圧された液相のＤＭＥの供給を受けて、高圧のＤＭＥを蓄圧する容器であり、蓄圧した高圧燃料は気筒毎に搭載される各インジェクタに供給される。

フィードポンプは、燃料タンクに蓄えられた液相のＤＭＥ（例えば１０気圧前後に加圧されたＤＭＥ）を吸引して高圧ポンプへ送る低圧ポンプである。
高圧ポンプは、フィードポンプから供給される液相のＤＭＥを所定圧力に加圧してコモンレールへ圧送する。なお、この高圧ポンプには、燃料の圧送量を調整する調量弁が搭載されている。そして、この調量弁と、コモンレールに搭載される減圧弁とが制御装置によって調整されることで、コモンレールが蓄えるＤＭＥの圧力が制御装置の算出した目標圧力に調整される。

燃料ヒータは、液相のＤＭＥを臨界状態にするための加熱手段の一例であり、例えば、コモンレール、インジェクタ、あるいは燃料配管等に装着される電気ヒータである。そして、燃料ヒータは、通電状態（即ち、発熱状態）が制御装置によりコントロールされて、少なくとも開弁開口部Ｘ（後述するニードルシート部８とノズルシート面４の間の隙間）の下流側において液相のＤＭＥを超臨界状態にする。
なお、エンジンからの受熱等により液相のＤＭＥを超臨界状態にできる場合などでは、燃料ヒータは無くても良い。

インジェクタは、エンジンの各気筒毎に搭載されてＤＭＥを各気筒内に噴射供給するものであり、制御装置によって通電が開始されるとＤＭＥの噴射を行い、通電が停止されると噴射の停止が行われる。
このインジェクタは、加圧燃料の供給を受ける空間Ｙが内部に設けられるノズルボディ１と、このノズルボディ１の内部において直線方向（上下方向）に移動可能に配置されるニードル２とを備え、ニードル２の直線方向の移動により加圧燃料の供給側と、ノズルボディ１に形成された噴孔３との間を開閉する燃料噴射ノズルを備える。

なお、ニードル２の駆動形式は問うものではなく、一例としてニードル２のリフト量をリニアに調整制御可能な電磁アクチュエータによってニードル２を直接駆動する電磁駆動式インジェクタを採用するが、もちろんニードル２の駆動方式は限定するものではなく、電磁弁によって制御される油圧によりニードル２を駆動する２ウェイインジェクタ、ピエゾアクチュエータによって制御される油圧によりニードル２を駆動するピエゾインジェクタなど、種々適用可能である。

ノズルボディ１は、エンジンに組み付けられるインジェクタボディにリテーニングナット等を介して締結される。ノズルボディ１の内部には、上方から下方へ向けて燃料を導くノズル孔が形成されており、ノズル孔とニードル２との間にコモンレールから加圧されたＤＭＥの供給を受ける空間Ｙ（燃料溜等）が形成される。

ノズル孔の下端には、略円錐形状のノズルシート面４が設けられており、さらにノズルシート面４の下部には、略球面形状を呈したサック室５（サックボリューム）が形成されている。具体的に、ノズルボディ１の下端には、下方へ膨出する略球面形状を呈する膨出部６が設けられており、その膨出部６の内部にサック室５が形成されている。

この膨出部６には、燃料噴射用の噴孔３が複数設けられる。噴孔３は、サック室５の内壁面から膨出部６の外壁面まで貫通形成される軸穴であり、放電加工等により形成される。
実施例１における噴孔３の内部には、図２に示すように、ラバール形状βが設けられている。

ラバール形状βは、噴孔３内に供給される音速流体を超音速に加速可能な「曲面によって連続する縮径拡大形状」であり、この実施例１では噴孔３内の最小絞り部Ｄで音速に達した超臨界状態のＤＭＥをラバール形状βの作用によって超音速に加速させるものである。
噴孔３の内部形状を、噴孔入口から最小絞り部Ｄまでの縮径範囲Ｌ１と、最小絞り部Ｄと、最小絞り部Ｄから噴孔出口までの拡径範囲Ｌ２とに分けて説明する。

縮径範囲Ｌ１は、噴孔入口から最小絞り部Ｄまでが曲率半径が１つのＲ曲面によって設けられるものであり、凸形曲面（曲面が噴孔３の軸穴中心軸に向かって膨出する形状）を呈する。
最小絞り部Ｄは、縮径範囲Ｌ１に設けられた凸形曲面に連続する緩やかな凸形曲面を呈する。
拡径範囲Ｌ２は、最小絞り部Ｄの下流側にラバール形状βが形成される。このラバール形状βは、最小絞り部Ｄに続く緩やかな凸形曲面β１と、この凸形曲面β１から緩やかな凹形曲面β２（曲面が噴孔３の軸穴中心軸とは異なる側へ凹む形状）とが連続する形状を呈する。

さらに、噴孔３に設けられるラバール形状βの具体例を説明する。
噴孔３のラバール形状βは、３次以上の多次元式で表現可能なものであり、この実施例では具体的な一例として、３次元式による「ａｘ³ ＋ｂｘ² ＋Ｄ／２」で設けられる。ここで、３次式における「ａ＜０、０＜ｂ、Ｄは最小絞り部Ｄの内径寸法（噴孔最小径）」である。
なお、以下では、説明の便宜上、噴孔３に形成されるラバール形状βの範囲を噴孔加速部と称する。

ニードル２は、上下方向へ延びるシャフト形状を呈するものであり、ノズル孔の中心部において上下方向へ移動可能に支持される。
ニードル２の下端には、テーパ角の異なる複数の円錐を組み合わせた形状のニードル先端部７が設けられている。このニードル先端部７には、異なる角度の円錐面が２段以上形成されており、ニードル先端部７に設けられた異なる角度の円錐面の境界線によってノズルシート面４に着座するニードルシート部８（着座シートリング）が形成されている。具体的に、ニードルシート部８より上側の広がり角度は、ノズルシート面４を成す円錐面の広がり角度より小さいものであり、ニードルシート部８より下側の広がり角度は、ノズルシート面４を成す円錐面の広がり角度より大きいものである。

ニードルシート部８の下流側（加圧燃料下流側）におけるノズルシート面４とニードル先端部７との間の形状は、音速流体を超音速に加速可能なラバール形状αに設けられる。
このラバール形状αは、開弁開口部Ｘで音速に達したＤＭＥを超音速に加速可能な「曲面によって連続する縮径拡大形状」であり、小リフト時には絞りとして作用する開弁開口部Ｘを通過する超臨界状態のＤＭＥがラバール形状αの作用によって超音速に加速される。

ノズルシート面４とニードル先端部７との間に形成されるラバール形状αは、開弁開口部Ｘに続く緩やかな凸形曲面α１（曲面が「ノズルシート面４とニードル先端部７の間の隙間中心」に向かって膨出する形状）と、緩やかな凹形曲面α２（曲面が「ノズルシート面４とニードル先端部７の間の隙間中心」とは異なる側へ凹む形状）とが連続して設けられる。
そして、この実施例１において凸形曲面α１と凹形曲面α２は、図１（ｂ）に示すように、ノズルシート面４とニードル先端部７の両方に形成される。
なお、ノズルシート面４とニードル先端部７の両方に形成される凸形曲面α１と凹形曲面α２は、ニードル２が小リフトの範囲で、且つ所定リフト量の時に「ノズルシート面４とニードル先端部７の間の隙間中心」に対して断面形状が対称形状を成すように設けられることが望ましい。

ここで、ニードルシート部８は、上述したように、ニードル先端部７に設けられた異なる角度の円錐面の境界線によって設けられる。
そして、この実施例１では、ニードル先端部７に設けられるラバール形状αを成すための凸形曲面α１は、ニードルシート部８の直下に形成される。
即ち、この実施例１では、ニードルシート部８は円錐面の境界線であり、ニードルシート部８と凸形曲面α１は重複しない。

さらに、ノズルシート面４とニードル先端部７との間に形成されるラバール形状αの具体例を説明する。
開弁開口部Ｘの直下に形成されるラバール形状αは、上述した噴孔３のラバール形状βと同様に３次以上の多次元式で表現可能なものであり、この実施例では具体的な一例として、３次元式による「ａｘ³ ＋ｂｘ² ＋Ｘ／２」で形成される。ここで、３次式中における「ａ＜０、０＜ｂ、Ｘは設計上における開弁開口部Ｘの隙間距離」である。
なお、以下では、説明の便宜上、ノズルシート面４とニードル先端部７との間に形成されるラバール形状αの範囲をシート加速部と称する。

次に、燃料噴射ノズルの作動を説明する。
なお、以下では、
・ノズルシート面４とニードル先端部７との間の開口面積（即ち、開弁開口部Ｘの開口面積）をＡｎ、
・サック室５の断面積をＡｓ、
・噴孔３における最小開口面積（即ち、最小絞り部Ｄの開口面積）に、噴孔３の個数を掛け合わせた総噴孔流路断面積をＡｈ、
とする。
この場合、ニードル２のフルリフト時（最大リフト時）における基本設定は、「Ａｈ＜Ａｎ＜Ａｓ」あるいは「Ａｈ＜Ａｓ＜Ａｎ」である。

また、以下では、
・０＜Ａｎ≦Ａｈの関係の時を小リフト時、
・Ａｈ＜Ａｎの関係の時を大リフト時、
と定義する。

（着座時：０＝Ａｎ）
インジェクタの通電停止時（即ち、電磁アクチュエータのＯＦＦ時）は、ニードル先端部７のニードルシート部８がノズルシート面４に着座して加圧燃料の供給側と噴孔３との連通を遮断する。これにより、燃料噴射が停止される。

（小リフト時：０＜Ａｎ≦Ａｈ）
インジェクタが通電されてがニードル２がリフトアップしてニードル先端部７がノズルシート面４から離座すると加圧燃料の供給側と噴孔３とが連通する。
この小リフト時では、開弁開口部Ｘが絞りとして作用する。すると、臨界状態のＤＭＥの流速は、開弁開口部Ｘで音速に達し、シート加速部におけるラバール形状αで超音速に達する。このため、サック室５による減速を考慮しても、噴孔入口まで、音速に近い、あるいは音速を超える速度でＤＭＥが流れる。
噴孔３内に高速で流入したＤＭＥは、最小絞り部Ｄの上流側の縮径範囲Ｌ１で再加速して、最小絞り部Ｄで音速に達し、噴孔加速部のラバール形状βで超音速に達する。このため、小リフト時であっても、噴孔出口から超音速のＤＭＥが噴射される。

（大リフト時：Ａｈ＜Ａｎ）
大リフト時では、開口面積の大きい開弁開口部Ｘとサック室５は燃料通路として機能して燃料の流れを減衰しない。
このため、噴孔３内に流入したＤＭＥは、最小絞り部Ｄの上流側の縮径範囲Ｌ１で加速して、最小絞り部Ｄで音速に達し、噴孔加速部のラバール形状βで超音速に達する。このため、大リフト時であっても、噴孔出口から超音速のＤＭＥが噴射される。

（実施例１の効果１）
この実施例１の燃料噴射ノズルは、上述したように、ニードルシート部８の直下にシート加速部のラバール形状αを設けている。
これにより、小リフト時に、ＤＭＥの流速が開弁開口部Ｘで音速に達した後、シート加速部のラバール形状αによってサック室５に流入するＤＭＥの流速を超音速にすることができる。サック室５では、ＤＭＥの速度低下が生じるが、速度の低下度合が少なく抑えられる。その結果、ＤＭＥは速度低下が抑えられた状態で、噴孔３内に流入する。

この実施例１では、上述したように、噴孔３内に噴孔加速部のラバール形状βを設けている。このため、サック室５の圧力を気筒内圧力より高くすることで、小リフト時であっても、大リフト時であっても、噴孔３内でＤＭＥの流速を超音速にすることができ、超音速噴射が可能になる。

このように、この実施例１の燃料噴射装置は、小リフト時から大リフト時の広い範囲で、噴孔３から超音速のＤＭＥを噴射することができる。このため、噴射燃料の貫徹力を高めることができ、小リフト時から大リフト時の広い範囲でＤＭＥと燃焼用空気との混合性を高めることができる。

（実施例１の効果２）
上記の説明では、長臨界状態のＤＭＥがシート加速部に流入する例を示したが、ここでは超臨界に近い温度で液相のＤＭＥが開弁開口部Ｘを通過してシート加速部に流入する場合を想定する。
この場合、小リフト時に絞りとして作用する開弁開口部Ｘの直下で発生したキャビテーションを、シート加速部におけるラバール形状αで消滅させることができる。このため、開弁開口部Ｘの上流と下流の圧力比が大きくても、ＤＭＥの流れがチョーク現象を起こす限界を高くすることができる。これにより、サック室５に流入するＤＭＥの実際の質量流量を増加させることができ、サック室５の圧力回復を早める効果が得られる。

（実施例１の効果３）
大リフト時では、上述したように、開口面積の大きい開弁開口部Ｘとサック室５は燃料通路として機能するため、開弁開口部Ｘの下流部位にシート加速部のラバール形状αがなくても、噴孔出口から超音速のＤＭＥが噴射される。
しかるに、開弁開口部Ｘの直下にシート加速部のラバール形状αを設けることで、サック室５に流入する質量流量を増加させることができる。このため、大リフト時であってもシート加速部のラバール形状αを設ける効果が得られる。

（実施例１の効果４）
シート加速部のラバール形状αを成す凸形曲面α１と凹形曲面α２は、上述したように、ノズルシート面４とニードル先端部７の両方に設けられる。
これにより、ノズルシート面４とニードル先端部７の両方に設けられる凸形曲面α１と凹形曲面α２を、それぞれ緩やかな曲面に設けることができ、シート加速部のラバール形状αにおいて衝撃波を発生させることなく超臨界状態のＤＭＥを円滑に超音速へ加速させることができる。

（実施例１の効果５）
この実施例１では、上述したように、ニードル先端部７に設けた異なる角度の円錐面の境界線によってニードルシート部８を設けている。
そして、ニードル先端部７に設けられるラバール形状αを成す凸形曲面α１は、ニードルシート部８の直下に形成される。
このように、ニードルシート部８と凸形曲面α１を重複せずに設けることにより、ノズルボディ１に対するニードル２の着座位置精度を容易に高めることができる。
その結果、シート加速部（即ち、ラバール形状α）を設けた燃料噴射ノズルの加工コストを抑えることが可能になる。

［実施例２］
図３を参照して実施例２を説明する。なお、以下の各実施例において、上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１では、噴孔３内におけるラバール形状（β）の上流側にＲ曲面のみを設ける例を示した。
これに対し、この実施例２では、噴孔３内におけるラバール形状βの上流側に、噴孔３内に流入した加圧燃料をラバール形状βに向けて加速させる助走手段９を設けるものである。
具体的な助走手段９は、ラバール形状βに向かって縮径するテーパ面（テーパ形状）により設けられる。

助走手段９は、最小絞り部Ｄの上流範囲でＤＭＥを音速へ向けて加速させるものであり、助走手段９を成すテーパ面のテーパ度Ｋを「（Ｄｉ−Ｄ０）／Ｌ１」で表す場合は「Ｋ≒４」が好ましいものである（もちろん、一例であり限定するものではない）。なお、上記式中における「Ｄｉは噴孔入口の内径寸法、Ｄ０は最小絞り部Ｄの内径寸法（即ち、噴孔最小径）、Ｌ１は縮径範囲Ｌ１の通路長」である。

（実施例２の効果１）
最小絞り部Ｄの上流に助走手段９を設けて、縮径範囲Ｌ１においてＤＭＥの加速補助を行うことで、最小絞り部ＤにおいてＤＭＥをより確実に音速にできる。

（実施例２の効果２）
ＤＭＥが臨界状態ではなく、液相状態で噴孔３に流入する場合であっても助走手段９が液相のＤＭＥの加速手段として機能する。即ち、縮径範囲Ｌ１に設けた助走手段９を液相のＤＭＥの高速噴霧の維持手段として機能させることができる。

（実施例２の効果３）
ノズルボディ１は、燃料の燃焼に伴う燃焼熱を受けるため、ノズルボディ１の熱を助走手段９を介して助走手段９の内側を通過する燃料に与えることができる。
このため、ＤＭＥが臨界状態ではなく、液相状態で噴孔３に流入する場合であっても、助走手段９を、ＤＭＥを臨界状態にするための加熱手段として活用することができる。
これにより、液相のＤＭＥが噴孔３に流入しても、助走手段９でＤＭＥを臨界状態にすることで、臨界状態のＤＭＥを噴孔加速部のラバール形状βで超音速に加速させることができる。

（実施例２の変形例）
上記では、ニードルシート部８の直下にシート加速部のラバール形状αを設ける例を示したが、このラバール形状αが設けられていない燃料噴射ノズルの噴孔３に「助走手段９」と「噴孔加速部のラバール形状β」を設けても良い。即ち、ニードルシート部８の直下におけるノズルシート面４とニードル先端部７の間の形状を「２つの円錐面の隙間形状」など既存の燃料噴射ノズルと同様に設けて、噴孔３の内部に上述した「テーパ形状による助走手段９」と「噴孔加速部のラバール形状β」を設けても良い。
この場合、噴孔３に加圧された燃料が流入すると、噴孔入口からラバール形状βに向かう燃料をテーパ形状による助走手段９によって加速させることができる。このため、「シート加速部のラバール形状αを設けない燃料噴射ノズル」であっても、噴孔３内において助走手段９で加速された燃料がラバール形状βに流入するため、ラバール形状βで燃料を超音速へ加速させることが可能になり、超音速噴射が可能になる。

［実施例３］
図４を参照して実施例３を説明する。
上記の実施例１および実施例２では、噴孔３に噴孔加速部のラバール形状βを設ける例を示した。
これに対し、この実施例３の噴孔３は、図４に示すように、内径が略一定の直孔に設けられる。

（実施例３の効果）
噴孔３を直孔に設けることで、小リフト時から大リフト時の広い範囲において、噴孔出口付近でＤＭＥの流速が音速に達する。このため、サック室５の圧力を気筒内圧力より高くすることで、小リフト時であっても、大リフト時であっても、噴孔出口でＤＭＥの流速を音速にすることができ、音速噴射が可能になる。
また、噴孔３を直孔に設けることで、噴孔３の形成コストを抑えることができる。

［実施例４］
図５を参照して実施例４を説明する。
上記の実施例１では、ニードル先端部７に設けられるラバール形状αを成す凸形曲面α１をニードルシート部８の直下に形成した。
これに対し、この実施例４のニードルシート部８が、ラバール形状αを成す凸形曲面α１により設けられる。即ち、ニードル先端部７に設けた凸形曲面α１がノズルシート面４に着座する構成を採用するものである。

（実施例４の効果）
ニードルシート部８が凸形曲面α１によって設けられることで、ニードルシート部８を成すＲ面（凸形曲面α１）が、ノズルシート面４のＲ面（凸形曲面α１）に着座することになり、着座箇所の面圧を低減できる。その結果、着座箇所の耐摩耗性を向上することができる。
また、ニードルシート部８を成すＲ面（凸形曲面α１）がノズルシート面４に着座することで、着座時のシール性を高めることができる。

なお、着座箇所の摩耗が進んだ場合であっても、シート径の拡大により開弁遅れが拡大する方向に作用するため、噴射量は減少側に働く。その結果、エンジン出力が減少方向に働き、エンジン出力が過大出力を発生する不具合が生じない。即ち、着座箇所の摩耗が進む場合であっても、セーフティ方向に作用する。

［実施例５］
図６を参照して実施例５を説明する。
上記の実施例１では、シート加速部においてラバール形状αを成すを凸形曲面α１と凹形曲面α２を、ノズルシート面４とニードル先端部７の両方に設けた。
これに対し、この実施例５では、シート加速部のラバール形状αを成す凸形曲面α１と凹形曲面α２を、ニードル先端部７のみに設けるものであり、シート加速部におけるノズルシート面４は円錐面に設けられる。

（実施例５の効果）
これにより、３次元式よりなる凸形曲面α１と凹形曲面α２の加工をノズルシート面４に施す必要がなく、シート加速部の加工コストを抑えることができる。

上記の実施例では、燃料の一例としてＤＭＥを用いる例を示したが、燃料の種類は限定しない。ＤＭＥとは異なる具体的な一例として、メタン、エタン、プロパン等の液化ガスを燃料に用いても良いし、複数の種類の燃料が混合した混合燃料を用いても良い。

上記の実施例では、噴孔３の穴形状の一例として、噴孔３に噴孔加速部のラバール形状βを設ける例と、噴孔３が直孔の例を示したが、噴孔３の穴形状は限定するものではない。具体的な一例として、テーパ面と逆テーパ面を組み合わせた噴孔３や、段階的に拡径する噴孔３など、種々適用可能なものである。

１ ノズルボディ
２ ニードル
３ 噴孔
４ ノズルシート面
７ ニードル先端部
８ ニードルシート部
Ｙ 加圧燃料の供給を受ける空間
α ニードルシート部の下流側に設けられるラバール形状

Claims (10)

1. 加圧燃料の供給を受ける空間（Ｙ）が内部に設けられたノズルボディ（１）と、このノズルボディ（１）の内部において直線方向へ移動可能に配置されたニードル（２）とを備え、
   前記ニードル（２）の直線方向の移動により、加圧燃料の供給側と、前記ノズルボディ（１）に形成された噴孔（３）との間を開閉する燃料噴射ノズルにおいて、
   前記ノズルボディ（１）において前記ニードル（２）が着座する面をノズルシート面（４）、
   前記ニードル（２）において前記ノズルシート面（４）に着座する箇所をニードル先端部（７）、
   このニードル先端部（７）において前記ノズルシート面（４）に着座する箇所をニードルシート部（８）、
   前記ニードル先端部（７）において前記ノズルシート面（４）に対向する面をニードル先端面、
   前記ニードル先端部（７）が前記ノズルシート面（４）から離座した際に、前記ニードルシート部（８）と前記ノズルシート面（４）の間に形成される隙間を開弁開口部（Ｘ）、
   前記ノズルシート面（４）の加圧燃料下流側において前記噴孔（３）が開口する空間をサック室（５）とした場合、
   前記開弁開口部（Ｘ）と前記サック室（５）の間における前記ノズルシート面（４）と前記ニードル先端部（７）との間の形状は、音速流体を超音速に加速可能なラバール形状（α）に設けられており、
   前記ニードル先端部（７）が前記ノズルシート面（４）から離座した際に前記ニードルシート部（８）と前記ノズルシート面（４）の間に形成される前記開弁開口部（Ｘ）が、前記ラバール形状（α）における最小絞り部として機能するものであり、
   前記開弁開口部（Ｘ）から燃料下流方向に向かって前記ノズルシート面（４）と前記ニードル先端面の対向距離が広がる箇所に、前記ラバール形状（α）が設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 請求項１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記ノズルシート面（４）と前記ニードル先端部（７）との間の開口面積をＡｎ、
   前記噴孔（３）における最小開口面積に、前記噴孔（３）の個数を掛け合わせた総噴孔流路断面積をＡｈ、
   ０＜Ａｎ≦Ａｈの関係の時を小リフト時とした場合、
   前記ニードルシート部（８）の加圧燃料下流側における前記ノズルシート面（４）と前記ニードル先端部（７）との間は、少なくても小リフト時に前記ラバール形状（α）を成すことを特徴とする燃料噴射ノズル。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記ラバール形状（α）を成す凸形曲面（α１）と凹形曲面（α２）は、前記ノズルシート面（４）と前記ニードル先端部（７）の両方に設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
4. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記ラバール形状（α）を成す凸形曲面（α１）と凹形曲面（α２）は、前記ニードル先端部（７）のみに設けられ、
   前記ニードル先端部（７）に形成された前記凸形曲面（α１）と前記凹形曲面（α２）に対向する前記ノズルシート面（４）は、円錐形状を成す円錐面に設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記ニードルシート部（８）は、前記ニードル先端部（７）に設けられた異なる角度の円錐面の境界線によって設けられており、
   前記ニードル先端部（７）に設けられた前記ラバール形状（α）を成す凸形曲面（α１）は、前記ニードルシート部（８）の直下に形成されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記ニードルシート部（８）は、前記ラバール形状（α）を成す凸形曲面（α１）に設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   当該燃料噴射ノズルは、前記ニードルシート部（８）の加圧燃料下流側における前記ノズルシート面（４）と前記ニードル先端部（７）の間が前記ラバール形状（α）に設けられているととに加えて、前記噴孔（３）の内部も音速流体を超音速に加速可能なラバール形状（β）に設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
8. 請求項７に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記噴孔（３）の内部には、当該噴孔（３）内に流入した燃料を前記ラバール形状（β）に向けて加速させる助走手段（９）が設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
9. 請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記噴孔（３）は、内径が略一定の直孔であることを特徴とする燃料噴射ノズル。
10. 請求項８に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
    前記助走手段（９）は、前記ラバール形状（β）に向かって縮径するテーパ形状を呈することを特徴とする燃料噴射ノズル。

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