JP6630262B2

JP6630262B2 - インジェクタ

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Publication number: JP6630262B2
Application number: JP2016224668A
Authority: JP
Inventors: 広樹小林; 和二小野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2036-11-18
Also published as: CN108071539B; JP2018080670A; US20180142657A1; CN108071539A; US10047714B2

Description

本発明は、内燃機関のインジェクタに関する。

自動車用の内燃機関の直噴インジェクタにおいて、シリンダ壁面やピストン冠面への燃料の付着を抑制するために、噴射する燃料の微粒化及び低ペネトレーション化が望まれている。燃料の微粒化を促進する一手法として、噴孔の出口部に入口部に対して段差を介して拡径したディフューザ部を設け、段差で生じる燃料流の剥離渦を利用したものがある（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−２４８９１９号公報

しかしながら、熱効率の向上及び環境負荷の低減の観点から、インジェクタには一層の燃料の微粒化及び低ペネトレーション化が望まれている。

本発明は、以上の背景を鑑み、インジェクタにおいて燃料の微粒化及び低ペネトレーション化を図ることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、所定のノズル軸線に沿って延び、内部に燃料通路が形成された筒形のノズル本体部、及び前記ノズル本体部の先端に設けられ、前記燃料通路側を向く燃料通路壁面に環状の弁座を備えると共に、前記燃料通路壁面の前記弁座よりも内側の部分から外面に貫通する複数の噴孔が形成されたノズル先端部を備えたノズルと、前記燃料通路内に前記ノズル軸線に沿って変位可能に設けられ、前記弁座に着座可能な弁体とを有するインジェクタであって、前記噴孔は、前記燃料通路側から第１孔部、第２孔部、及び第３孔部を備え、前記第１孔部は、前記燃料通路壁面から前記燃料通路壁面の垂直線に対して一側に傾斜して延び、前記一側に前記燃料通路壁面と鋭角をなす第１一側壁面を備え、前記一側と相反する他側に前記燃料通路壁面と鈍角をなす第１他側壁面を備え、前記第２孔部は、前記第１他側壁面に接続すると共に前記第１他側壁面に対して前記他側に傾斜した第２他側壁面を備え、前記第３孔部は、前記第２他側壁面に接続する共に前記第２他側壁面に対して前記他側に傾斜した第３他側壁面を備え、前記燃料通路壁面の前記第１孔部の縁部における前記ノズル軸線から離れた径方向外側部分、及び前記弁体の表面において前記径方向外側部分に対向する部分の少なくとも一方に凹部が形成されていることを特徴とする。

この態様によれば、噴孔から噴射される燃料の微粒化及び低ペネトレーション化が促進される。弁体が弁座から離れたとき、燃料はノズル軸線を中心とした径方向において外側から内側に流れる。凹部は、径方向外側から噴孔に流れる燃料に対して流路断面積を大きくして流速を低下させる。これにより、径方向において外側から噴孔に流れる燃料流と内側から噴孔に流れる燃料流との流速が緩和される。この状態では、傾斜方向における一側から第１孔部に流入する燃料流が第１一側壁面に対して剥離し、剥離に起因して発生するキャビテーションによって燃料が微粒化する。第１一側壁面に対して剥離した燃料流は第１孔部において他側に傾斜することになるが、第２孔部の第２他側壁面が第１他側壁面に対して傾斜し、第３孔部の第３他側壁面が第２他側壁面に対して傾斜しているため、燃料流と第２他側壁面及び第３他側壁面との衝突が避けられ、燃料流の噴霧広がり角の狭角化が抑制される。これらによって、噴孔から噴射される燃料の微粒化及び低ペネトレーション化が促進される。

また、上記の態様において、前記第２孔部の前記一側に位置する第２一側壁面が、前記第１一側壁面と同じ方向に連続して延びているとよい。

この態様によれば、第１孔部を形成するときに穿孔した孔の一部を利用して第２孔部を形成することができるため、第２孔部の加工が容易になる。

また、上記の態様において、前記第３孔部の前記一側に位置する第３一側壁面が、前記第３他側壁面に対して略平行に延びているとよい。

この態様によれば、第３孔部をドリルによる穿孔によって形成することができ、第３孔部の加工が容易になる。

また、上記の態様において、前記第３孔部の前記一側に位置する第３一側壁面が、前記第１一側壁面と略平行に延びているとよい。

この態様によれば、第３孔部を第１孔部と共通の方向から穿孔によって形成することができ、第３孔部の加工が容易になる。

また、上記の態様において、前記第２孔部の流路断面積が、前記第１孔部の流路断面積より大きく、前記第３孔部の流路断面積が、前記第２孔部の流路断面積より大きいとよい。

この態様によれば、第１孔部において第１一側壁面から剥離した燃料流と、第２他側壁面及び第３他側壁面との衝突が避けられ、燃料流の噴霧広がり角の狭角化が抑制される。

また、上記の態様において、前記第１孔部は、直線状に延びる等径の円孔であるとよい。

この態様によれば、第１孔部の加工が容易になる。

また、上記の態様において、前記第３孔部は、直線状に延びる等径の円孔であるとよい。

この態様によれば、第３孔部の加工が容易になる。

以上の構成によれば、インジェクタにおいて燃料の微粒化及び低ペネトレーション化が図れる。

第１実施形態に係るインジェクタを備えた内燃機関の断面図インジェクタの断面図インジェクタの先端部を拡大して示す断面図ノズル先端部を内面側から見た平面図ノズル先端部を外面側から見た平面図第１噴孔及び第６の噴孔の断面図（図２のVI−VI断面図）第２噴孔の断面図（図２のVII−VII断面図）第４噴孔の断面図（図２のVIII−VIII断面図）第１噴孔の断面図（Ａ）第１比較例、（Ｂ）第２比較例に係る噴孔を示す断面図第１実施形態に係る噴孔における燃料の流れを示す説明図実施形態及び比較例に係るインジェクタの燃料の噴霧形状の画像実施形態及び比較例に係るインジェクタから噴射された燃料のペネトレーションを示すグラフ実施形態及び比較例に係るインジェクタから噴射された燃料の粒子径を示すグラフ第２実施形態に係る第１噴孔の断面図第３実施形態に係るインジェクタの先端部を拡大して示す断面図

以下、図面を参照して、本発明を自動車の直噴式内燃機関のインジェクタに適用した実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、自動車の内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に接合されたシリンダヘッド３とを有する。シリンダブロック２にはシリンダ４が形成されており、シリンダ４にはピストン５がシリンダ４の軸線に沿って摺動可能に受容されている。シリンダヘッド３の各シリンダ４に対向する部分には、略半球状に凹設された燃焼室凹部６が形成されている。燃焼室凹部６は、ピストン５の上面との間に燃焼室７を形成する。

燃焼室凹部６の一側には一対の吸気ポート１１が開口している。各吸気ポート１１は、燃焼室凹部６からシリンダヘッド３の一側の側壁へと延び、開口している。燃焼室凹部６の他側には一対の排気ポート１２が開口している。各排気ポート１２は、燃焼室凹部６からシリンダヘッド３の他側の側壁へと延び、開口している。各吸気ポート１１及び各排気ポート１２と燃焼室凹部６との境界部には、各ポートを開閉するポペット弁である吸気弁１３及び排気弁１４が設けられている。燃焼室凹部６の中央部であって、各吸気ポート１１及び各排気ポート１２に囲まれた部分には、シリンダヘッド３を上下に貫通する点火プラグ取付孔１６が形成されている。点火プラグ取付孔１６には、点火プラグ１７が挿入され、固定されている。

燃焼室凹部６の一側の縁部であって、一対の吸気ポート１１間には、インジェクタ孔１９の内端が開口している。インジェクタ孔１９は、直線状の軸線に沿って延び、外端がシリンダヘッド３の一側の側壁に開口している。インジェクタ孔１９の外端は、一側の側壁において、吸気ポート１１よりもシリンダブロック２側に配置されている。

インジェクタ孔１９には、インジェクタ２０が挿入されている。インジェクタ２０は、所定の軸線に沿って延在した装置である。インジェクタ２０の軸線に沿った一端側を先端、相反する他端側を基端とすると、インジェクタ２０は、先端が燃焼室７に臨み、基端側がインジェクタ孔１９からシリンダヘッド３の外方に突出するようにインジェクタ孔１９に挿入される。

図２に示すように、インジェクタ２０は、先端側に設けられたノズル２１と、ノズル２１の基端側に結合されたハウジング２２と、ノズル２１内に進退可能に受容された弁体２３と、ノズル２１及びハウジング２２に支持されたソレノイド２４とを有する。ハウジング２２の外面には、樹脂からなる被覆材２５がインサートモールドされている。

ノズル２１は、所定の軸線Ｘ（以下、ノズル軸線Ｘという）に沿って延び、内部に燃料が流れる第１流路２６が形成された筒形のノズル本体部２７を有する。ノズル軸線Ｘは、インジェクタ２０の軸線と同軸に配置されている。ノズル本体部２７の基端部は、先端部に対して拡径され、基端側に向けて開口している。ノズル本体部２７の先端部は、ノズル先端部２８によって閉塞されている。本実施形態ではノズル先端部２８はノズル本体部２７に組み付けられた別部材であるが、他の実施形態ではノズル先端部２８はノズル本体部２７と一体の部材であってもよい。

図３に示すように、ノズル先端部２８は、基端側（第１流路２６側）を向く部分に内面３１を備え、先端側を向く部分に外面３２を備えている。後述するが、ノズル先端部２８は、その内面３１に弁座２９が形成されると共に、内面３１から外面３２に貫通する複数の噴孔３５が形成されている。本実施形態では、第１〜第６噴孔３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄ、３５Ｅ、３５Ｆが形成されている（図４、図５参照）。以下の説明において、符号の添え字Ａ〜Ｆは、第１〜第６噴孔３５Ａ〜３５Ｆに対応した構成を表し、総称する場合には添え字Ａ〜Ｆを省略する。

図２に示すように、ハウジング２２は、第１ハウジング３７と、第２ハウジング３８とを組み合わせて形成されている。第１ハウジング３７は、両端が開口した筒形に形成され、内部に燃料が流れる第２流路３９が形成されている。第１ハウジング３７の一端はノズル本体部２７の基端開口に挿入され、第１流路２６と第２流路３９とは互いに接続されている。第１ハウジング３７は、その外面において一端から所定の距離をおいた部分に径方向外方に突出した円環状の第１フランジ４１を有する。第１フランジ４１がノズル本体部２７の基端の端面に当接することによって、ノズル本体部２７及び第１ハウジング３７の相対位置が定められている。第１フランジ４１は、ノズル本体部２７の基端部の外周面よりも外方に突出している。

第２ハウジング３８は、両端が開口した筒形に形成され、その先端部に径方向内向きに突出した円環状の第２フランジ４２を有する。第２ハウジング３８の内周面が第１フランジ４１の外周面に当接し、第２フランジ４２の内周面がノズル本体部２７の基端部の外周面に当接するように、第２ハウジング３８はノズル本体部２７及び第１ハウジング３７の外周側に装着される。ノズル本体部２７の基端部、第２ハウジング３８、第１フランジ４１、及び第２フランジ４２によって画定される、ノズル軸線Ｘを中心とした環状空間には、環状のソレノイド２４が配置されている。ソレノイド２４は、被覆材２５によって形成されたコネクタ内の端子と配線を介して接続されている。ソレノイド２４は、端子を介して制御回路と接続され、電力の供給を受ける。

弁体２３は、第１流路２６内をノズル軸線Ｘに沿って延びる柱状の軸部４５と、軸部４５の基端に同軸に設けられた円板部４６とを有する。円板部４６は所定の厚みを有し、外周面においてノズル本体部２７の基端部の内周面に摺接している。円板部４６には、厚み方向に貫通する複数の通路孔４７が形成されている。弁体２３は、ノズル２１に対してノズル軸線Ｘに沿った方向に変位可能となっている。軸部４５の先端部４８は、弁座２９に着座可能な球形に形成されている。

第１ハウジング３７の第２流路３９には、両端が開口した筒形のばね座５１が圧入されている。ばね座５１と円板部４６との間には、圧縮コイルばねであるばね５２が介装されている。ばね５２は、弁体２３が弁座２９に着座する方向、すなわちノズル２１に対して弁体２３を先端側に付勢している。

第１ハウジング３７の基端部は燃料配管５３に接続され、第１及び第２流路２６、３９には、燃料配管５３を介して、燃料ポンプによって昇圧された燃料が供給される。弁体２３が弁座２９に着座した閉弁状態では、噴孔３５への燃料の供給が遮断され、噴孔３５から燃料は噴射されない。ソレノイド２４に電力が供給されると、ソレノイド２４によって第１ハウジング３７の先端部が磁化され、円板部４６が第１ハウジング３７の先端部に吸引され、弁体２３が弁座２９から離れる。これにより、各噴孔３５に燃料が供給され、各噴孔３５から燃料が噴射される。

以下、ノズル先端部２８の周辺構造について詳述する。図３、図４及び図６に示すように、ノズル先端部２８の内面３１には、ノズル軸線Ｘを中心として先端側に凹んだテーパ面６０が形成されている。テーパ面６０は、基端側から先端側にかけてノズル軸線Ｘとの距離が漸減している。テーパ面６０はノズル軸線Ｘを中心とした環状に形成されている。内面３１におけるテーパ面６０より内側の部分には、テーパ面６０に対して先端側に凹んだサック部６１が形成されている。ノズル先端部２８の外面３２の中央部は、テーパ面６０及びサック部６１に対応して先端側に突出している。

環状に形成されたテーパ面６０の外周部（すなわち基端側部分）は、円環状の弁座２９を形成している。軸部４５の先端部４８の外面は、半球面や円錐台面等に形成されている。軸部４５の先端部４８の外面と弁座２９とは、ノズル軸線Ｘを中心とした環状の接触面を形成する。軸部４５の先端部４８が弁座２９に着座した状態で、軸部４５の先端部４８の外面と、テーパ面６０の内周部分及びサック部６１との間には空隙６２が形成される。軸部４５の先端部４８が弁座２９に着座した閉弁状態では、空隙６２と第１流路２６とは弁体２３によって互いに遮断される。

テーパ面６０の内周部には、各噴孔３５の内面３１側の開口端（以下、内端という）が形成されている。各噴孔３５Ａ〜３５Ｆの内端は、ノズル軸線Ｘを中心とした所定の円周上に、等間隔に配置されている。内燃機関１のシリンダ軸線を基準とした上下方向において、第１噴孔３５Ａは円周上の最上部に配置され、第６噴孔３５Ｆは最下部に配置され、第２及び第３噴孔３５Ｂ、３５Ｃは第１噴孔３５Ａの両隣に配置され、第４及び第５噴孔３５Ｄ、３５Ｅは第６噴孔３５Ｆの両隣に配置されている。すなわち、内面３１側から見て、ノズル軸線Ｘを中心とした右回りに、第１噴孔３５Ａ、第２噴孔３５Ｂ、第４噴孔３５Ｄ、第６噴孔３５Ｆ、第５噴孔３５Ｅ、第３噴孔３５Ｃの順で配置されている（図４参照）。

図５に示すように、各噴孔３５の軸線Ｙは、互いに相違する方向に延在している。第１噴孔３５Ａの軸線ＹＡ、第６噴孔３５Ｆの軸線ＹＦ、及びノズル軸線Ｘは、共通の基準面Ｚ上に配置されている。基準面Ｚは、インジェクタ２０が内燃機関１に取り付けられた状態において、上下方向（シリンダ軸線の延在方向）に延在する。第１噴孔３５Ａの軸線ＹＡは、ノズル軸線Ｘと略平行に配置されている。第６噴孔３５Ｆの軸線ＹＦは、基準面Ｚ上において、ノズル軸線Ｘに対して先端側が下方に傾斜している。第２噴孔３５Ｂの軸線ＹＢと第３噴孔３５Ｃの軸線ＹＣとは、基準面Ｚを対称面として互いに対称形（左右対称形）になるように配置されている。第２噴孔３５Ｂの軸線ＹＢ及び第３噴孔３５Ｃの軸線ＹＣは、ノズル軸線Ｘに対して先端側が下方かつ左右（基準面Ｚから離れる方向）に傾斜している。第４噴孔３５Ｄの軸線ＹＤと第５噴孔３５Ｅの軸線ＹＥとは、基準面Ｚを対称面として互いに対称形（左右対称形）になるように配置されている。第４噴孔３５Ｄの軸線ＹＤ及び第５噴孔３５Ｅの軸線ＹＥは、ノズル軸線Ｘに対して先端側が下方かつ左右（基準面Ｚから離れる方向）に傾斜している。第４噴孔３５Ｄの軸線ＹＤ及び第５噴孔３５Ｅの軸線ＹＥは、第２噴孔３５Ｂの軸線ＹＢ及び第３噴孔３５Ｃの軸線ＹＣよりも、ノズル軸線Ｘに対して、下方への傾斜角が大きく、かつ左右への傾斜角が大きく設定されている。第６噴孔３５Ｆの軸線ＹＦは、第２噴孔３５Ｂの軸線ＹＢ及び第３噴孔３５Ｃの軸線ＹＣよりも、ノズル軸線Ｘに対して下方への傾斜角が小さく設定されている。

第１〜第６噴孔３５Ａ〜３５Ｆの燃料噴射方向ＤＡ〜ＤＦは、図１に示すように、シリンダ軸線及びノズル軸線Ｘと直交する方向から見て、上下に広がりを有する。第１噴孔３５Ａの燃料噴射方向ＤＡは、ノズル軸線Ｘと略平行になり、第６噴孔３５Ｆの燃料噴射方向ＤＦ、第２及び第３噴孔３５Ｂ、３５Ｃの燃料噴射方向ＤＢ、ＤＣ、第４及び第５噴孔３５Ｄ、３５Ｅの燃料噴射方向ＤＤ、ＤＥの順でノズル軸線Ｘに対して下方への角度が大きくなる。

図４及び図６に示すように、テーパ面６０（燃料通路壁面）の各噴孔３５の縁部におけるノズル軸線Ｘから離れた径方向外側部分には、凹部６５が凹設されている。凹部６５は、ノズル軸線Ｘを中心とした環状に形成され、各噴孔３５の径方向外側部分を通過している。凹部６５は、各噴孔３５の径方向外側部分の角部の稜線を切り欠くように形成されている。凹部６５は、ノズル軸線Ｘと直交する方向に延在し、ノズル軸線Ｘを中心とした環状をなす平面状の底部６６と、底部６６に対して略直角に延び、ノズル軸線Ｘを中心とした円周面を形成する壁部６７とを有する。凹部６５の底部６６は、各噴孔３５に繋がっている。凹部６５の幅（ノズル軸線Ｘの径方向における底部６６の長さ）は、各噴孔３５の内端の半径に対して８０％〜１５０％であることが好ましく、凹部６５の深さ（壁部６７の高さ）は、各噴孔３５の内端の半径に対して８０％〜１５０％であることが好ましい。

図６は第１噴孔３５Ａの軸線ＹＡ及び第６噴孔３５Ｆの軸線ＹＦを含む平面でノズル先端部２８を切断した断面であり、図７は第２噴孔３５Ｂの軸線ＹＢを含む平面でノズル先端部２８を切断した断面であり、図８は第４噴孔３５Ｄの軸線ＹＤを含む平面でノズル先端部２８を切断した断面である。図６〜図８に示すように、第１〜第５噴孔３５Ａ〜３５Ｅは、基端側から順に、第１孔部７１、第２孔部７２、及び第３孔部７３を有する。第１孔部７１は、直線状に延びる等径の円孔である。第１孔部７１Ａ〜７１Ｅの軸線を第１〜第５噴孔３５Ａ〜３５Ｅの軸線ＹＡ〜ＹＥとする。

第１〜第５噴孔３５Ａ〜３５Ｅの第１孔部７１Ａ〜７１Ｅは、テーパ面６０からテーパ面６０の垂直線に対して一側に傾斜して延びる直線状の円孔であり、第１孔部７１Ａ〜７１Ｅの傾斜方向である一側にテーパ面６０と鋭角をなす第１一側壁面８１Ａ〜８１Ｅを備え、一側と相反する他側にテーパ面６０と鈍角をなす第１他側壁面８２Ａ〜８２Ｅを備えている。第２孔部７２は、第１孔部７１の傾斜方向である一側に第２一側壁面８３を備え、他側に第２他側壁面８４を備えている。第３孔部７３は、第１孔部７１の傾斜方向である一側に第３一側壁面８５を備え、他側に第３他側壁面８６を備えている。

第２他側壁面８４は、第１他側壁面８２に対して、先端側が他側に向うように更に傾斜している。また、第３他側壁面８６は、第２他側壁面８４に対して、先端側が他側に向うように更に傾斜している。すなわち、第２他側壁面８４がテーパ面６０の垂直線に対する角度は第１他側壁面８２がテーパ面６０の垂直線に対する角度より大きく、第３他側壁面８６がテーパ面６０の垂直線に対する角度は第２他側壁面８４がテーパ面６０の垂直線に対する角度より大きい。

第１噴孔３５Ａの第１孔部７１Ａの傾斜方向である一側はノズル軸線Ｘを中心とした径方向内側であり、他側はノズル軸線Ｘを中心とした径方向外側である。第２〜第５噴孔３５Ｂ〜３５Ｅでは、第１孔部７１Ｂ〜７１Ｅの傾斜方向である一側は、ノズル軸線Ｘを中心とした径方向に対して角度を有する。

第３一側壁面８５の第２一側壁面８３との境界部は、先端側に向うにつれて一側に向うように傾斜している。第３一側壁面８５の先端側部分は、直線状に延びている。

第２孔部７２の流路断面積は、第１孔部７１の流路断面積より大きく、第３孔部７３の流路断面積は第２孔部７２の流路断面積より大きく形成されている。本実施形態では、各噴孔３５において、第２一側壁面８３が第１一側壁面８１と同じ方向に連続して延びている。また、第３一側壁面８５の先端側部分が第１一側壁面８１と略平行に延びている。

他の表現を用いて記載すると、第１〜第５噴孔３５Ａ〜３５Ｅは、図９に示すように、テーパ面６０からテーパ面６０の垂直線に対して一側に傾斜して延びる直線状の円孔である小径部９１と、小径部９１の先端側に同軸に配置され、先端側に向うほど内径が漸増するテーパ部９２と、テーパ部９２の先端側に同軸に配置され、小径部９１よりも内径が大きい直線状の円孔である大径部９３と、小径部９１とテーパ部９２との境界部の一側と相反する他側において稜線を切り欠くように凹設された第１拡張部９４と、大径部９３の他側の壁面を他側に拡張するべく凹設され、第１拡張部９４と連続すると共にノズル先端部２８の外面３２に連続した第２拡張部９５とを有する。小径部９１は第１孔部７１に対応し、小径部９１とテーパ部９２との境界部及び第１拡張部９４が第２孔部７２に対応し、テーパ部９２と大径部９３との境界部、大径部９３、及び第２拡張部９５が第３孔部７３に対応する。第１拡張部９４の幅は小径部９１の直径と等しく設定され、第２拡張部９５の幅は大径部９３の直径と等しく設定されているとよい。小径部９１の傾斜方向と直交する方向から見て、第１拡張部９４の壁面は小径部９１の壁面よりも先端側に向うにつれて他側に向うように傾斜し、第２拡張部９５の壁面は第１拡張部９４の壁面よりも先端側に向うにつれて他側に向うように更に傾斜している。

第１拡張部９４の基端側の端部は、小径部９１の一側の壁面の軸線方向における長さの中央と対応する位置に配置されているとよい。

図６に示すように、第６噴孔３５Ｆは、テーパ面６０からテーパ面６０の垂直線に対して一側に傾斜して延びる直線状の円孔である小径部１０１と、小径部１０１の先端側に同軸に配置され、先端側に向うほど内径が漸増するテーパ部１０２と、テーパ部１０２の先端側に同軸に配置され、小径部１０１よりも内径が大きい直線状の円孔である大径部１０３とを有する。

以上のように構成した第１実施形態に係るインジェクタ２０の効果について説明する。以下の説明では、第１噴孔３５と、第１比較例に係る噴孔２００と、第２比較例に係る噴孔３００との比較によって第１噴孔３５の効果を説明する。図１０（Ａ）に示すように、第１比較例に係る噴孔２００は、テーパ面６０からテーパ面６０の垂直線に対して径方向内側に傾斜して延びる直線状の円孔である小径部２０１と、小径部２０１の先端側に同軸に配置され、先端側に向うほど内径が漸増するテーパ部２０２と、テーパ部２０２の先端側に同軸に配置され、小径部２０１よりも内径が大きい直線状の円孔である大径部２０３とを有する。図１０（Ｂ）に示すように、第２比較例に係る噴孔２００は、第１比較例と同様の小径部３０１、テーパ部３０２、及び大径部３０３を有し、更にテーパ面６０の小径部３０１の径方向外側に位置する部分に凹部３０４を有する。凹部３０４は、第１実施形態に係る凹部６５と同様の構成を有する。第１比較例及び第２比較例は、噴孔の形状及び凹部の有無のみが第１実施形態と異なり、他の構成は同様である。

インジェクタ２０では、弁体２３が弁座２９から離れたときに、ノズル外周側からノズル中央側に向けて燃料が流れる。そのため、各噴孔３５Ａ、２００、３００の内端に流入する燃料は、ノズル軸線Ｘを中心とした径方向において、ノズル中央側から噴孔３５に向う流れ（外向き流）よりもノズル外周側から噴孔３５に向う流れ（内向き流）の方が強くなる。

図１０（Ａ）に示すように、噴孔２００の場合、噴孔２００の内端の径方向外側部分が鈍角に形成され、かつ径方向外側部分が鋭角に形成されているが、燃料の外向き流は噴孔２００の内端に流入するときに内向き流に押されて、小径部２０１の径方向内側の壁面に沿うように流れる。そのため、鋭角部において燃料の剥離が生じない。

図１０（Ｂ）に示すように、噴孔３００の場合、テーパ面６０の噴孔３００の径方向外側部分に凹部６５が形成されているため、燃料の内向き流は凹部６５において流速が低下する。これにより、燃料の外向き流と、内向き流との速度差が小さくなる。そのため、燃料の内向き流が外向き流を押す作用が小さくなり、燃料の外向き流は鋭角部において小径部２０１の径方向内側の壁面から剥離する。これにより、燃料流には小径部２０１の径方向内側の壁面から剥離することによってキャビテーションが発生し、燃料の微粒化が促進される。しかしながら、燃料流が小径部２０１の径方向内側の壁面から剥離し、径方向外側の壁面に近寄ることによって、噴孔３００内において燃料流の流路が狭まり、噴霧広がり角が狭角化する。そのため、燃料流のペネトレーションが低下しないことがある。

図１１に示すように、第１実施形態に係る噴孔３５Ａでは、第２比較例と同様に、燃料の内向き流は凹部６５において流速が低下する。これにより、燃料の外向き流と、内向き流との速度差が小さくなり、燃料の内向き流が外向き流を押す作用が小さくなり、燃料の外向き流は第１一側壁面８１Ａとテーパ面６０との境界に形成された鋭角の角部において、第１一側壁面８１Ａから剥離する。燃料流が第１一側壁面８１Ａから剥離することによって、燃料流には第１一側壁面８１Ａとの間に発生する剥離渦に起因するキャビテーションが発生し、燃料の微粒化が促進される。燃料流が第１一側壁面８１Ａから剥離すると、燃料流は他側の壁面に近寄ることになるが、第１他側壁面８２Ａより第２他側壁面８４Ａが他側に傾斜しており、かつ第２他側壁面８４Ａより第３他側壁面８６Ａが他側に傾斜しているため、燃料流の向きが第２他側壁面８４Ａ及び第３他側壁面８６Ａに制限されることが避けられ、燃料流の噴射広がり角の狭角化が避けられる。また、第１他側壁面８２Ａに対して第２他側壁面８４Ａが他側に傾斜しており、燃料の流路が拡大しているため、第１他側壁面８２Ａと第２他側壁面８４Ａとの境界部において剥離渦が発生して更に微粒化が促進される。同様に、第２他側壁面８４Ａに対して第３他側壁面８６Ａが他側に傾斜しており、燃料の流路が拡大しているため、第２他側壁面８４Ａと第３他側壁面８６Ａとの境界部において剥離渦が発生して微粒化が促進される。これらによって、燃料の微粒化及び低ペネトレーション化が達成される。

凹部６５は、第１一側壁面８１Ａとテーパ面６０との境界に形成された鋭角の角部において燃料が剥離し得るように、燃料の外向き流に対して内向き流の流速を低減させる。凹部６５の大きさは、燃料の外向き流の流速が内向き流の流速以上となる大きさに形成されていることが好ましい。

図１２は、第１実施形態に係る噴孔３５Ａ、第１比較例に係る噴孔２００、及び第３比較例に係る噴孔３００から噴射された燃料の噴霧フォームを示す画像である。この画像は、燃料圧力を１５ＭＰａ、噴射場を常温大気圧として、燃料噴射後２ｍｓ後に撮像したものである。図中のＸ軸は噴霧フォームの左右方向への広がりを示す平面視の画像であり、Ｙ軸は噴霧フォームの上下方向への広がりを示す側面視の画像である。画像から明らかなように、噴孔３５Ａから噴射された燃料の噴霧フォームは、噴孔２００、３００の場合に比べて、到達距離が短く、かつ噴霧の中心に見える直線状の芯部の勢いが弱くなっていることが確認される。これにより、噴孔３５Ａの場合は、噴孔２００及び噴孔３００の場合に比べて燃料流のペネトレーションが低下していることが確認される。

図１３は、第１実施形態に係るインジェクタ２０、第１実施形態に係るインジェクタ２０の第１〜第５噴孔３５Ａ〜３５Ｅを第１比較例に係る噴孔２００に置換した第１比較例に係るインジェクタ、及び第１実施形態に係るインジェクタ２０の第１〜第５噴孔３５Ａ〜３５Ｅを第２比較例に係る噴孔３００に置換した第２比較例に係るインジェクタにおいて、燃料圧力とペネトレーションとの関係をグラフである。図１３から、第１実施形態に係るインジェクタは、第１及び第２比較例に係るインジェクタに比べて、燃料圧力の全ての領域においてペネトレーション（噴霧の到達距離）が小さいことが確認された。

図１４は、第１実施形態に係るインジェクタ２０、第１比較例に係るインジェクタ、及び第２比較例に係るインジェクタにおいて、燃料圧力と燃料の平均粒子径との関係をグラフである。粒子径は、ザウター平均粒子径（ＳＭＤ）である。図１４から、第１実施形態に係るインジェクタは、第１及び第２比較例に係るインジェクタに比べて、燃料圧力の全ての領域において平均粒子径が小さいことが確認された。

（第２実施形態）
第１実施形態に対して噴孔３５の形状を一部変更した第２実施形態に係る噴孔３５について説明する。図１５に示すように、第３一側壁面８５と第３他側壁面８６とは互いに平行に延在する部分を有してもよい。この場合、第３孔部７３の先端側部分は直線状に延びる等径の円孔に形成されるとよい。このよう構成すると、第３孔部７３の加工が容易になる。

第２実施形態に係る噴孔３５は、他の表現を用いて記載すると、テーパ面６０からテーパ面６０の垂直線に対して一側に傾斜して延びる直線状の円孔である小径部９１と、小径部９１の先端側に一側と相反する他側に向けて傾斜して配置され、先端側に向うほど内径が漸増するテーパ部９２と、テーパ部９２の先端側に同軸に配置され、小径部９１よりも内径が大きい直線状の円孔である大径部９３と、小径部９１とテーパ部９２との境界部の一側と相反する他側において稜線を切り欠くように凹設された第１拡張部９４とを有する構成となる。

（第３実施形態）
第１実施形態に対して凹部６５を省略し、代わりに軸部４５の先端部４８の表面に凹部８９を形成した第３実施形態について説明する。図１６に示すように、軸部４５の先端部４８の表面であって、噴孔３５の内端の径方向外側に対向する部分には凹部８９が形成されている。凹部８９は、ノズル軸線Ｘを中心とした環状に形成されている。凹部８９は、凹部６５と同様に噴孔３５に向けて径方向内向きに流れる燃料の内向き流の流路を拡大し、燃料の内向き流の流速を低下させる。他の実施形態では、凹部８９は、ノズル軸線Ｘを中心とした環状ではなく、各噴孔３５に対応した部分に断続的に設けられてもよい。また、他の実施形態では、インジェクタ２０は、凹部６５と凹部８９の少なくとも一方を有しているとよい。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。

１：内燃機関
２０：インジェクタ
２１：ノズル
２３：弁体
２６：第１流路
２７：ノズル本体部
２８：ノズル先端部
２９：弁座
３５：噴孔
３９：第２流路
６０：テーパ面
７１：第１孔部
７２：第２孔部
７３：第３孔部
７８：外側角部
８１：第１一側壁面
８２：第１他側壁面
８３：第２一側壁面
８４：第２他側壁面
８５：第３一側壁面
８６：第３他側壁面
Ｘ：ノズル軸線
Ｙ：噴孔の軸線

Claims

所定のノズル軸線に沿って延び、内部に燃料通路が形成された筒形のノズル本体部、及び前記ノズル本体部の先端に設けられ、前記燃料通路側を向く燃料通路壁面に環状の弁座を備えると共に、前記燃料通路壁面の前記弁座よりも内側の部分から外面に貫通する複数の噴孔が形成されたノズル先端部を備えたノズルと、前記燃料通路内に前記ノズル軸線に沿って変位可能に設けられ、前記弁座に着座可能な弁体とを有するインジェクタであって、
前記噴孔は、前記燃料通路側から第１孔部、第２孔部、及び第３孔部を備え、
前記第１孔部は、前記燃料通路壁面から前記燃料通路壁面の垂直線に対して一側に傾斜して延び、前記一側に前記燃料通路壁面と鋭角をなす第１一側壁面を備え、前記一側と相反する他側に前記燃料通路壁面と鈍角をなす第１他側壁面を備え、
前記第２孔部は、前記第１他側壁面に接続すると共に前記第１他側壁面に対して前記他側に傾斜した第２他側壁面を備え、
前記第３孔部は、前記第２他側壁面に接続する共に前記第２他側壁面に対して前記他側に傾斜した第３他側壁面を備え、
前記燃料通路壁面の前記第１孔部の縁部における前記ノズル軸線から離れた径方向外側部分、及び前記弁体の表面において前記径方向外側部分に対向する部分の少なくとも一方に凹部が形成され、
前記第３孔部の前記一側に位置する第３一側壁面が、前記第３他側壁面に対して略平行に延びていることを特徴とすることを特徴とするインジェクタ。
所定のノズル軸線に沿って延び、内部に燃料通路が形成された筒形のノズル本体部、及び前記ノズル本体部の先端に設けられ、前記燃料通路側を向く燃料通路壁面に環状の弁座を備えると共に、前記燃料通路壁面の前記弁座よりも内側の部分から外面に貫通する複数の噴孔が形成されたノズル先端部を備えたノズルと、前記燃料通路内に前記ノズル軸線に沿って変位可能に設けられ、前記弁座に着座可能な弁体とを有するインジェクタであって、
前記噴孔は、前記燃料通路側から第１孔部、第２孔部、及び第３孔部を備え、
前記第１孔部は、前記燃料通路壁面から前記燃料通路壁面の垂直線に対して一側に傾斜して延び、前記一側に前記燃料通路壁面と鋭角をなす第１一側壁面を備え、前記一側と相反する他側に前記燃料通路壁面と鈍角をなす第１他側壁面を備え、
前記第２孔部は、前記第１他側壁面に接続すると共に前記第１他側壁面に対して前記他側に傾斜した第２他側壁面を備え、
前記第３孔部は、前記第２他側壁面に接続する共に前記第２他側壁面に対して前記他側に傾斜した第３他側壁面を備え、
前記燃料通路壁面の前記第１孔部の縁部における前記ノズル軸線から離れた径方向外側部分、及び前記弁体の表面において前記径方向外側部分に対向する部分の少なくとも一方に凹部が形成され、
前記第３孔部の前記一側に位置する第３一側壁面が、前記第１一側壁面と略平行に延びていることを特徴とするインジェクタ。
所定のノズル軸線に沿って延び、内部に燃料通路が形成された筒形のノズル本体部、及び前記ノズル本体部の先端に設けられ、前記燃料通路側を向く燃料通路壁面に環状の弁座を備えると共に、前記燃料通路壁面の前記弁座よりも内側の部分から外面に貫通する複数の噴孔が形成されたノズル先端部を備えたノズルと、前記燃料通路内に前記ノズル軸線に沿って変位可能に設けられ、前記弁座に着座可能な弁体とを有するインジェクタであって、
前記噴孔は、前記燃料通路側から第１孔部、第２孔部、及び第３孔部を備え、
前記第１孔部は、前記燃料通路壁面から前記燃料通路壁面の垂直線に対して一側に傾斜して延び、前記一側に前記燃料通路壁面と鋭角をなす第１一側壁面を備え、前記一側と相反する他側に前記燃料通路壁面と鈍角をなす第１他側壁面を備え、
前記第２孔部は、前記第１他側壁面に接続すると共に前記第１他側壁面に対して前記他側に傾斜した第２他側壁面を備え、
前記第３孔部は、前記第２他側壁面に接続する共に前記第２他側壁面に対して前記他側に傾斜した第３他側壁面を備え、
前記燃料通路壁面の前記第１孔部の縁部における前記ノズル軸線から離れた径方向外側部分、及び前記弁体の表面において前記径方向外側部分に対向する部分の少なくとも一方に凹部が形成され、
前記第３孔部は、直線状に延びる等径の円孔であることを特徴とするインジェクタ。
前記第２孔部の前記一側に位置する第２一側壁面が、前記第１一側壁面と同じ方向に連続して延びていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載のインジェクタ。
前記第２孔部の流路断面積が、前記第１孔部の流路断面積より大きく、
前記第３孔部の流路断面積が、前記第２孔部の流路断面積より大きいことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のインジェクタ。
前記第１孔部は、直線状に延びる等径の円孔であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つの項に記載のインジェクタ。