燃料噴射弁
【課題】スリット状噴孔を有する燃料噴射弁において、噴霧の拡散を向上する。
【解決手段】エンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁１０１において、ノズルボディ２１１の弁座部２３の内側に、燃料が溜まるサック部２６が形成される。サック部２６には、傾斜した２つのスリット状噴孔７１、７２が形成される。第１スリット状噴孔７１は、入口がサック部２６の底壁２６１に形成される。第２スリット状噴孔７２は、入口が第１スリット状噴孔７１の入口よりもニードル３０１側のサック部２６の内側壁２６２に形成される。これにより、スリット状噴孔を１つしか有しない燃料噴射弁に比べ、噴霧の拡散範囲を拡げ、噴霧の拡散を向上することができる。また、サック中心軸Ｚｓとニードル中心軸Ｚｎとをオフセットさせることで、２つのスリット状噴孔７１、７２に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させ、さらに噴霧を拡散させることができる。
【解決手段】エンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁１０１において、ノズルボディ２１１の弁座部２３の内側に、燃料が溜まるサック部２６が形成される。サック部２６には、傾斜した２つのスリット状噴孔７１、７２が形成される。第１スリット状噴孔７１は、入口がサック部２６の底壁２６１に形成される。第２スリット状噴孔７２は、入口が第１スリット状噴孔７１の入口よりもニードル３０１側のサック部２６の内側壁２６２に形成される。これにより、スリット状噴孔を１つしか有しない燃料噴射弁に比べ、噴霧の拡散範囲を拡げ、噴霧の拡散を向上することができる。また、サック中心軸Ｚｓとニードル中心軸Ｚｎとをオフセットさせることで、２つのスリット状噴孔７１、７２に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させ、さらに噴霧を拡散させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を噴射供給する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの燃焼室等に燃料を噴射供給する燃料噴射弁において噴孔の開口形状をスリット状としたものが知られている（特許文献１、２）。この燃料噴射弁では、スリット状噴孔から噴射された燃料は、スリット状噴孔の近くでは偏平な液膜となる。この液膜は、スリット状噴孔から遠ざかるに従ってその厚みを減少すると共に、周囲の空気との接触面積を増大するため、周囲の空気によって液膜が引きちぎられ、急速に微細な噴霧へと変化する。このため、円形状の噴孔に比べ、噴霧の微粒化が促進される。また、スリット幅Ｗおよび長さＬによって噴霧の到達距離および貫徹力を適切に調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０３−７８５６２号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に記載された燃料噴射弁は、１つのスリット状噴孔を有するものであり、燃料通路先端のサック部からスリット状噴孔の入口に流入する燃料の流れは、ニードルリフト量によって大きく変化することはない。したがって、スリット状噴孔から噴射される噴霧の角度（噴射方向）はほぼ一定に保たれる。そのため、噴霧を十分に拡散させることができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、スリット状噴孔を有する燃料噴射弁において、噴霧の拡散を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の燃料噴射弁は、弁ボディおよびニードルを備える。
弁ボディは、軸方向の一端から他端に連通する燃料通路、燃料通路の内壁に形成される弁座部、弁座部の燃料流れ方向の下流側に形成され燃料が溜まるサック部、及び、サック部の底壁または内側壁と外壁とを連通する複数のスリット状噴孔を有する。
ニードルは、弁ボディの内部に軸方向に往復移動可能に収容され、先端部が弁座部に当接したときサック部への燃料の流入を遮断する。
【０００７】
複数のスリット状噴孔は、サック部の底壁に入口が形成される第１スリット状噴孔、及び、第１スリット状噴孔の入口よりもニードル側のサック部の内側壁に入口が形成される第２スリット状噴孔を含む。第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔は、入口から出口に向かって、弁ボディの中心軸に対し第２スリット状噴孔の入口が形成される側に傾斜する。
【０００８】
このように、請求項１に記載の燃料噴射弁は、第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔を含む複数のスリット状噴孔を有し、第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔は、弁ボディの中心軸（以下、「ボディ中心軸」という。）に対し互いに同じ側に傾斜する。したがって、第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔から噴射される燃料噴霧は、ボディ中心軸に対して一方の側に傾斜する。
【０００９】
すなわち、この燃料噴射弁は、燃料の噴射方向に一定の指向性を確保しつつ、スリット状噴孔を１つしか有しない従来技術の燃料噴射弁に比べ、噴霧の拡散範囲を拡げ、噴霧の拡散を向上することができる。
なお、弁ボディは、上記の第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔の他に、３つ目以上のスリット状噴孔、又はスリット状でない円形、楕円形等の噴孔を有してもよい。
【００１０】
請求項２に記載の発明によると、サック部の中心軸であるサック中心軸は、ニードルの中心軸であるニードル中心軸に対し、第２スリット状噴孔の入口と反対側にオフセットしている。そして、ニードルの先端部が弁座部に当接した状態から全開状態にいたるまでのニードルリフト量の変化に応じて、燃料通路から第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔に流入する燃料量のバランスが変化する。
【００１１】
燃料噴射弁の開弁時には、ニードルの先端部が弁座部に当接した状態から全開（フルリフト）状態にいたるまでニードルリフト量が逐次変化する。このとき、ニードルの先端部と弁ボディの弁座部との間の燃料通路の幅により燃料の流れが変わる。そこで、この燃料の流れの変化を利用し、第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させることで、噴霧の方向を動かし、さらに噴霧を拡散させることができる。
【００１２】
そのための特徴的構成の一つが、サック中心軸がニードル中心軸に対し、第２スリット状噴孔の入口と反対側にオフセットする構成とすることである。
この構成では、リフト量の比較的小さい小リフト時には、弁座部を流れ落ちる燃料は、直接サック部の底壁に流下する。そのため、サック部の底壁に入口が形成される第１スリット状噴孔に流入しやすく、サック部の内側壁に入口が形成される第２スリット状噴孔には流入しにくい。
一方、リフト量の比較的大きい大リフト時には、サック部の内側壁に沿って第２スリット状噴孔に流入する燃料の割合が相対的に増加する。
このメカニズムについては、実施形態の説明で図面を参照しながら詳しく説明する。
【００１３】
請求項２に記載の発明においてサック中心軸とニードル中心軸とをオフセットする構成には、ボディ中心軸との関係に基づいて、大きく２つの構成が考えられる。
１つ目は、請求項３に記載の発明のように「ニードル中心軸はボディ中心軸に一致し、サック中心軸はボディ中心軸に対し第２スリット状噴孔の入口と反対側にオフセットしている」構成である。２つ目は、その逆に、「サック中心軸はボディ中心軸に一致し、ニードル中心軸はボディ中心軸に対し第２スリット状噴孔の入口側にオフセットしている」構成である。
【００１４】
ここで、請求項３に記載の発明の構成を採用する場合、弁ボディの底部の加工において偏芯加工する部分がサック部だけであるため加工が比較的容易である。また、ニードル中心軸とボディ中心軸とが一致しており、ニードルの先端部と弁座部とを同軸にすることができる。よって、閉弁動作が安定するため有利である。
【００１５】
さらに、請求項４に記載の発明によると、請求項３に記載の発明における弁ボディは、サック中心軸のオフセット側と反対側の弁座部とサック部との境界部に、ニードルの先端部との間の燃料通路の幅を狭めるように張り出す台部が設けられる。
これにより、小リフト時に、特に第２スリット状噴孔の入口側の弁座部を流れ落ちる燃料は、台部をジャンプ台として流れの前方に飛び出すため、サック部の内側壁に沿って流れ落ちることが抑制される。よって、より第１スリット状噴孔に流入しやすく、第２スリット状噴孔に流入しにくくすることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明に対し、「第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させる」ための別の特徴的構成を示すものである。
請求項５に記載の発明によると、弁ボディは、第１スリット状噴孔の入口に対し第２スリット状噴孔の入口と反対側のサック部の底壁に、第１スリット状噴孔の入口よりもニードル側に位置する段差部が設けられる。この発明では、サック中心軸とニードル中心軸とは同軸であってよい。
【００１７】
この構成では、リフト量の比較的小さい小リフト時には、弁座部を流れ落ちる燃料は、直接サック部の底壁に流下し、第１スリット状噴孔に流入しやすい。一方、リフト量の比較的大きい大リフト時には、サック部の第２スリット状噴孔の入口と反対側の内側壁に沿って流れ落ちる燃料の流れが、段差部によって第１スリット状噴孔の入口を飛び越えるようにすることで、第１スリット状噴孔に流入しにくくしている。そのため、サック部の内側壁に沿って第２スリット状噴孔に流入する燃料の割合が相対的に増加する。
このメカニズムについても、実施形態の説明で図面を参照しながら詳しく説明する。
【００１８】
加えて、請求項６に記載の発明によると、上記請求項１〜５に記載の燃料噴射弁に共通して、第１スリット状噴孔のボディ中心軸に対する角度は、第２スリット状噴孔のボディ中心軸に対する角度よりも相対的に大きく形成される。言い換えれば、ボディ中心軸を垂直方向に視たとき、第１スリット状噴孔は相対的に勾配が小さく、第２スリット状噴孔は相対的に勾配が大きく形成される。したがって、第１スリット状噴孔と第２スリット状噴孔とは、入口から出口に向かって互いに近づくように形成される。
また、第１スリット状噴孔の出口と第２スリット状噴孔の出口とは、重複する位置に形成される。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、さらに「微粒化の促進」を課題とする。そもそもスリット状噴孔は、噴霧が液膜を形成することで空気との接触面積が増大し、周囲の空気によって液膜が引きちぎられるため、一般的な円形状の噴孔に比べ、微粒化の促進に有利である。
それに加え、請求項６に記載の発明によると、スリット状噴孔の入口で形成されたキャビテーション、すなわち、「一旦気化し再び液化した燃料」が重複した出口で衝突して崩壊する。このキャビテーションの崩壊エネルギーによって噴霧がさらに拡散し、微粒化が促進される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁をエンジンに搭載した状態の模式図である。
【図３】（ａ）：図１の先端部拡大図である。 （ｂ）：（ａ）のｂ矢視図である。 （ｃ）：（ａ）のｃ−ｃ断面図である。 （ｄ）：（ａ）のｄ−ｄ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の（ａ）小リフト時、（ｂ）大リフト時の燃料噴射状態を示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁と比較例の燃料噴射弁との噴霧の拡散（噴霧長の短縮）効果を比較したグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁において、キャビテーションの衝突による微粒化効果を説明する模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態による燃料噴射弁の（ａ）小リフト時、（ｂ）大リフト時の燃料噴射状態を示す模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態による燃料噴射弁の（ａ）小リフト時、（ｂ）大リフト時の燃料噴射状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明による燃料噴射弁をエンジンに搭載した実施形態について図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁について、図１〜図６を参照して説明する。
図２は、燃料噴射弁１０１を搭載した直噴式ガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）６０の全体構成を示す。
【００２２】
図２に示すように、燃料噴射弁１０１は、シリンダヘッド６１に取り付けられ、燃焼室６４に直接燃料を噴射する。燃焼室６４は、シリンダヘッド６１の壁面、シリンダブロック６２の内壁面６５、及びピストン６６の上端面６７から形成される。燃料噴射弁１０１には、図示しない燃料供給ポンプから燃料噴射圧力相当に加圧された燃料が供給される。
【００２３】
燃料噴射弁１０１は、シリンダヘッド６１のうち吸気バルブ６８側の角部に、燃焼室６４の軸に対して斜め向きに取り付けられる。また、シリンダヘッド６１のセンター位置には、燃料と混合された可燃空気に着火するための点火装置６３が搭載されている。
【００２４】
燃料噴射弁１０１は、ピストン６６の上端面６７に向いた方向、すなわち軸Ｚ方向に対して傾斜した方向に燃料を噴射する。本実施形態では、燃料噴射弁１０１の先端部に形成された２つのスリット状噴孔７１、７２から燃料が噴射される。ここで、燃料噴射弁の貫徹力が大きく噴霧長が長いと、噴霧がシリンダ壁面６５やピストン６６の上端面６７に直接付着して、ＰＭ（粒子状物質）やデポジットを生成しやすくなる。そのため、噴霧長を可及的に短くすることが望まれる。そこで、本実施形態の燃料噴射弁１０は、噴霧の拡散を向上しつつ噴霧長を短くするように、スリット状噴孔の構成に特徴を有している。
【００２５】
次に、燃料噴射弁１０１の基本構成について主に図１、図３を参照して説明する。以下の説明では、図１の上側を「上」、図１の下側を「下」として表す。
図１に示すように、燃料噴射弁１０１のハウジング１１は筒状に形成されている。ハウジング１１は、第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４を有している。非磁性部１３は、第一磁性部１２と第二磁性部１４との磁気的な短絡を防止する。第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４は、例えばレーザ溶接等により一体に接続されている。
【００２６】
ハウジング１１の軸方向の上側の端部には、燃料入口１６を有する入口部材１５が圧入等により固定されている。燃料入口１６には、燃料供給ポンプ（図示しない）から燃料が供給される。燃料入口１６に供給された燃料は、燃料フィルタ１７によって異物が除去され、ハウジング１１の内部に流入する。
【００２７】
ハウジング１１の下側の端部には、筒状のノズルホルダ２０が接続されている。また、ノズルホルダ２０の下側の端部には、有底筒状のノズルボディ２１１が、圧入あるいは溶接等によってノズルホルダ２０に固定されている。本実施形態では、ハウジング１１、ノズルホルダ２０およびノズルボディ２１１が、特許請求の範囲に記載の「弁ボディ」に相当する。
ここで、ノズルボディ２１１の中心軸であるボディ中心軸Ｚｂは、燃料噴射弁１０１全体の中心軸、すなわちハウジング１１、駆動部４０等の中心軸と同軸に設けられる。以下、ボディ中心軸Ｚｂを、燃料噴射弁１０１全体の中心軸を代表するものとして扱う。
【００２８】
ノズルボディ２１１は、先端側の穴底にテーパ状の弁座部２３が形成される。また、弁座部２３の径内側には、燃料が溜まる凹状のサック部２６が形成される。サック部２６には、ボディ中心軸Ｚｂに対して傾斜した２つのスリット状噴孔７１、７２が形成される。サック部２６およびスリット状噴孔７１、７２に関する詳細な構成については後述する。
ノズルボディ２１１の内壁とニードル３０１の外壁との間の空間は、燃料通路２４を形成する。
【００２９】
ニードル３０１は、「弁ボディ」を構成するハウジング１１、ノズルホルダ２０およびノズルボディ２１の内部に、軸方向に往復移動可能に収容されている。
ニードル３０１は、軸部３１、頭部３２および先端部３３１から構成される。先端部３３１は、図３（ａ）に示すように、第１テーパ面３４、第２テーパ面３５および第３テーパ面３６の３段階のテーパ面を有している。第１テーパ面３４と第２テーパ面３５との境界部は、シート部３７を構成する。また、第１〜第３テーパ面３４、３５、３６と弁座部２３との間には、燃料通路２４から接続する燃料通路２５が形成される。
ニードル３０１が軸方向に往復移動することで、シート部３７がノズルボディ２１の弁座部２３（図３参照）と当接または離間し、燃料通路２５からサック部２６への燃料の流通を遮断または許容する。
【００３０】
ニードル３０１を駆動するための駆動部４０は、スプール４１、コイル４２、固定コア４３、プレートハウジング４４および可動コア５０を有している。
スプール４１は、ハウジング１１の径外側に設けられている。スプール４１は、樹脂材で筒状に形成されており、周囲にコイル４２が巻かれている。巻回されたコイル４２の両端部は、コネクタ４５の端子部４６に電気的に接続されている。
ハウジング１１を挟んでコイル４２の径内側には固定コア４３が設けられている。固定コア４３は、例えば鉄等の磁性材料により筒状に形成され、ハウジング１１に例えば圧入等によって固定されている。プレートハウジング４４は、磁性材料から形成され、コイル４２の径外側を覆っている。
【００３１】
可動コア５０は、固定コア４３と同軸上に対向して設けられ、ハウジング１１の径内側に軸方向へ往復移動可能である。可動コア５０は、例えば鉄等の磁性材料から筒状に形成されている。可動コア５０は、固定コア４３とは反対側である下側に筒部５１を有しており、筒部５１には、ニードル３０１の頭部３２が圧入されている。これにより、ニードル３０１と可動コア５０とは一体に往復移動する。また、筒部５１には、可動コア５０の内部とニードル３０１の外方とを連通する複数の連通孔５４が形成されている。
【００３２】
可動コア５０の固定コア４３側の端部には、スプリング１８が設けられている。スプリング１８は、軸方向へ伸長する付勢力を有しており、スプリング１８の両端部が可動コア５０とアジャスティングパイプ１９とに挟み込まれるように設置されている。スプリング１８は、可動コア５０およびニードル３０１を弁座部２３に当接する方向へ付勢している。
アジャスティングパイプ１９は、例えば圧入等により固定コア４３に固定されており、圧入長を調整することにより、スプリング１８の付勢力（荷重）が調整される。
また、燃料入口１６からフィルタ１７を経由してハウジング１１の内部に流入した燃料は、アジャスティングパイプ１９およびスプリング１８の内側を通り、さらに連通孔５４、及びニードル３０１の外側を経由して燃料通路２４に至る。
【００３３】
次に、本発明の特徴的構成であるノズルボディ２１１の先端部の構成について、図３を参照して詳細に説明する。
図３に示すように、第１スリット状噴孔７１は、入口７１１がサック部２６の底壁２６１に形成されている。第２スリット状噴孔７２は、入口７２１が第１スリット状噴孔７１の入口７１１よりもニードル３０１側のサック部２６の内側壁２６２に形成されている。
第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２は、出口７１２、７２２の開口形状が幅Ｗ、長さＬのスリット状である。長さＬは、例えば幅Ｗの４．５倍以上である。
【００３４】
第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２は、入口７１１、７２１から出口７１２、７２２に向かって、ボディ中心軸Ｚｂに対し、第２スリット状噴孔７２の入口７２１が形成される側に傾斜している。
また、本実施形態では、ニードル中心軸Ｚｎがボディ中心軸Ｚｂに一致し、サック中心軸Ｚｓがボディ中心軸Ｚｂに対し、第２スリット状噴孔７２の入口７２１と反対側（図３の左側）にオフセットしている。このオフセット量は、例えばニードル３０１のフルリフト量以上であることが好ましい。
【００３５】
また、図３（ａ）のようにニードル中心軸Ｚｎを垂直方向に視たとき、第１スリット状噴孔７１は相対的に勾配が小さく、第２スリット状噴孔７２は相対的に勾配が大きい。したがって、第１スリット状噴孔７１と第２スリット状噴孔７２とは、入口７１１、７２１から出口７１２、７２２に向かって互いに近づく。
特に本実施形態では、第１スリット状噴孔７１の出口７１２と第２スリット状噴孔７２の出口７２２とは、重複した位置に形成されている。ここで、第１スリット状噴孔７１と第２スリット状噴孔７２との勾配の中心を通る仮想面を仮想中心面Ｊｏと表す。
【００３６】
ノズルボディ２１１は、弁座部２３がニードル中心軸Ｚｎに対称に形成され、サック部２６がサック中心軸Ｚｓに対称に形成される。そのため、弁座部２３とサック部２６との境界部は、図３（ａ）の左側では連続的であるのに対し、図３（ａ）の右側では不連続な台部２６３が形成される。台部２６３は、ニードル３０１の先端部３３１との間の燃料通路２５の幅を狭めるように弁座部２３から径内方向に張り出している。
【００３７】
（作動）
次に、上記の構成による燃料噴射弁１０１の作動について説明する。
コイル４２への通電が停止されているとき、固定コア４３と可動コア５０との間に磁気吸引力は発生しない。したがって、可動コア５０およびニードル３０１は、スプリング１８の付勢力によって下方に押圧される。そして、ニードル３０１のシート部３７が弁座部２３に当接し、スリット状噴孔７１、７２からの燃料噴射が遮断される。
【００３８】
閉弁状態からコイル４２に通電すると、コイル４２に発生した磁界により磁気回路が形成される。これにより、固定コア４３と可動コア５０との間には磁気吸引力が発生する。
固定コア４３と可動コア５０との間に発生する磁気吸引力がスプリング１８の付勢力よりも大きくなると、可動コア５０およびニードル３０１は、上方への移動を開始する。その結果、ニードル３０１のシート部３７は、弁座部２３から離間する。
【００３９】
燃料入口１６からフィルタ１７を経由して燃料噴射弁１０１の内部へ流入した燃料は、入口部材１５の内側、アジャスティングパイプ１９の内側、固定コア４３の内側、可動コア５０の内側、連通孔５４、ニードル３０１の外側を順次経由して、燃料通路２４に至る。燃料通路２４の燃料は、ニードル３０１のシート部３７と弁座部２３との間の燃料通路２５を経由してサック部２６へ流入し、スリット状噴孔７１、７２から噴射される。
【００４０】
このとき、以下に述べるように、本実施形態の燃料噴射弁１０１は、ニードル３０１のリフト量に応じて燃料が噴射される方向が変化し、リフト期間全体を通じての噴霧の拡散範囲が拡大されるとともに、噴霧長が短縮される。これにより、噴霧がシリンダ壁面６５やピストン６６の上端面６７に直接付着することによるＰＭ（粒子状物質）やデポジットの生成が抑制される。
【００４１】
開弁状態からコイル４２への通電を停止すると、固定コア４３と可動コア５０との間の磁気吸引力は消失していく。そして、磁気吸引力がスプリング１８の付勢力よりも小さくなると、可動コア５０およびニードル３０１は、スプリング１８の付勢力によって下方に移動する。そして、ニードル３０１のシート部３７が再び弁座部２３に当接し、燃料通路２５とサック部２６との間の燃料の流れが遮断されて、燃料噴射は終了する。
【００４２】
次に、燃料噴射弁１０１の開弁時の燃料噴射時における作用効果について、図４〜図６を参照して詳しく説明する。
図４（ａ）に示す小リフト時には、ニードル３０１の先端部３３１とノズルボディ２１２の弁座部２３との間の比較的狭い燃料通路２５を通過した比較的流速の速い燃料は、サック部２６の中心付近の底壁２６１に流下し、第１スリット状噴孔７１に流入しやすい。特に、サック中心軸Ｚｓのオフセット側（図４の左側）の燃料流れＦＬａは、サック部２６の中心までの距離が近いため、第１スリット状噴孔７１に比較的容易に流入しやすい。
【００４３】
一方、サック中心軸Ｚｓの反オフセット側（図４の右側）の燃料流れＦＬｂは、サック部２６の中心までの距離が遠い。しかし、弁座部２３とサック部２６の内側壁２６２との境界部に形成された台部２６３は、台部２６３と先端部３３１との間の燃料通路２５の幅を狭くし、燃料流れＦＬｂの流速を速くする。しかも、弁座部２３を流れ落ちる燃料は、台部２６３をジャンプ台として流れの前方に飛び出すことで、内側壁２６２に沿って流れ落ちることが抑制される。そのため、燃料流れＦＬｂは、第２スリット状噴孔７２には流入しにくくなる。
すなわち、小リフト時には、第１スリット状噴孔７１への流入が第２スリット状噴孔７２への流入に対して優先する。そのため、小リフト時の噴霧ＳＬの平均面ＪＬは、仮想中心面Ｊｏよりも上方に寄る。
【００４４】
一方、図４（ｂ）に示す大リフト時には、比較的広い燃料通路２５を通過した比較的流速の遅い燃料は、サック部２６の内側壁２６２に沿って流れ落ちる。すると、図４の右側では、内側壁２６２に沿って流れ落ちる燃料流れＦＨｂのうち第２スリット状噴孔７２に流入する燃料の割合が相対的に増加する。また、左側の内側壁２６２を流れ落ちる燃料流れＦＨａのうち底壁２６１の第１スリット状噴孔７１の入口を通り越した燃料の一部も第２スリット状噴孔７２に流入する。
すなわち、大リフト時には、第２スリット状噴孔７２へ流入する燃料の割合が相対的に増加する。そのため、大リフト時の噴霧ＳＨの平均面ＪＨは、仮想中心面Ｊｏよりも下方に寄る。
【００４５】
このように、燃料噴射弁１０１は、第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させることで、噴霧の平均面の方向を動かし、噴霧を拡散させることができる。
ここで、図５を参照して、本実施形態の燃料噴射弁１０１による「噴霧の拡散効果」について比較例と対比して説明する。比較例の燃料噴射弁は、特許文献１、２に記載の従来技術に相当し、スリット状噴孔を１つしか有しないものである。
【００４６】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、共通の時間軸における噴霧長、ニードルリフト量、駆動部４０の通電オンオフの変化を示したものである。最初、燃料噴射弁１０は閉弁している。時刻ｔ０で駆動部４０に通電されると、若干のタイムラグを経た時刻ｔ１にて、ニードル３０１が上昇（リフト）し始める。これにより、燃料通路２５からサック部２６への通路が開放され、スリット状噴孔７１、７２からの噴霧が開始される。その後、ニードル３０１がリフトしている間（開弁中）、燃料の噴射が継続する。このとき、後から噴射された噴霧が先に噴射された噴霧に重畳することにより、次第に噴霧長が増加する。駆動部４０への通電は、時刻ｔ２にてオフとなる。
【００４７】
ニードル３０１は、時刻ｔ３で全開状態となる。そして、磁気吸引力が消失すると、ニードル３０１はスプリング１８の付勢力により下降し始め、時刻ｔ４で閉弁する。一方、新たな噴霧の累積が無くなるため、噴霧長は次第に一定値に落ち着く。
ここで、図５（ａ）に示すように、本実施形態の燃料噴射弁１０１は、比較例の燃料噴射弁に比べ、噴霧長を約３０％短縮することができる。
【００４８】
この理由は、以下のように説明することができる。すなわち、比較例の燃料噴射弁は、スリット状噴孔を１つしか有しておらず、しかも、ニードルリフト量の変化に応じて噴霧の方向が一定である。これに対し、本実施形態の燃料噴射弁は、噴霧方向の異なる２つのスリット状噴孔７１、７２を有しており、しかも、ニードルリフト量の変化に応じて噴霧の方向を変化させることができるため、噴霧の拡散範囲を拡大することができる。その結果、比較例に対し、噴霧長を短縮することができる。したがって、ＰＭやデポジットの発生を抑制することができる。
【００４９】
続いて、本実施形態の燃料噴射弁１０１による「噴霧の微粒化効果」について、図６を参照して説明する。図６は、スリット状噴孔７１、７２内での燃料のキャビテーション、すなわち、「一旦気化した燃料が再び液化する現象」を模式的に示したものである。
そもそもスリット状噴孔は、噴霧が液膜を形成することで空気との接触面積が増大し、周囲の空気によって液膜が引きちぎられるため、一般的な円形状の噴孔に比べ、微粒化の促進に有利である。
【００５０】
それに加え、図６に示すように、本実施形態の燃料噴射弁１０１は、第１スリット状噴孔７１の出口７１２と第２スリット状噴孔７２の出口７２２とが重複する位置に形成されている。そのため、スリット状噴孔の入口７１１、７２１で形成されたキャビテーションＣｖが出口７１２、７２２で衝突して崩壊する。このキャビテーションＣｖの崩壊エネルギーによって噴霧がさらに拡散し、微粒化が促進される。
【００５１】
次に、本発明の第２、第３実施形態の燃料噴射弁について、図７、図８の先端部拡大断面図を参照して説明する。これらの燃料噴射弁は、第１実施形態の燃料噴射弁１０１に対し、同様の第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２を有する点で共通し、ノズルボディ先端部またはニードル先端部の形状等の点で異なる。以下の実施形態の説明では、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料噴射弁について、図７（ａ）（小リフト時）および図７（ｂ）（大リフト時）を参照して説明する。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２実施形態の燃料噴射弁１０２では、サック中心軸Ｚｓがボディ中心軸Ｚｂに一致し、ニードル中心軸Ｚｎがボディ中心軸Ｚｂに対し、第２スリット状噴孔７２の入口７２１側（図７の右側）にオフセットしている。その結果、サック中心軸Ｚｓは、ニードル中心軸Ｚｎに対し、第２スリット状噴孔７２の入口７２１と反対側にオフセットしている。
【００５３】
ノズルボディ２１２の内壁は、図７の左側において変則形状に形成されている。すなわち、弁座部２３の直上の下部内壁２２１は、対向する右側の内壁２２とボディ中心軸Ｚｂ（サック中心軸Ｚｓ）に対して対称位置に形成されている。一方、下部内壁２２１よりも上側の上部内壁２２３は、対向する右側の内壁２２とニードル中心軸Ｚｎに対して対称位置に、すなわち下部内壁２２１よりも内側に形成されている。下部内壁２２１と上部内壁２２３とは、スロープ部２２２を介して連続的に接続されている。
また、ニードル３０２の先端部３３２には、上部内壁２２３と対向する右側の内壁２２との間の径に対応して摺動可能なガイド部３８が形成されている。
【００５４】
図７（ａ）にて破線で示す閉弁時には、スプリング１８の付勢力Ｆｄによってニードル３０２が下方に付勢されるため、ガイド部３８がスロープ部２２２に沿って下部内壁２２１に対応する位置まで下がる。そのため、ニードル３０２の先端部３３２がボディ中心軸Ｚｂと同軸になるよう案内された状態でシート部３７が弁座部２３に当接して閉弁する。
【００５５】
駆動部４０に通電され、電磁吸引力によってニードル３０２がリフトし始めると、ガイド部３８がスロープ部２２２に沿って上昇し、先端部３３２の中心軸がボディ中心軸Ｚｂからニードル中心軸Ｚｎに移行する（図７（ａ）に示す力Ｆｕによる）。その後は、先端部３３２の中心がニードル中心軸Ｚｎ上を真っ直ぐリフトする（図７（ｂ））。
【００５６】
図７（ａ）に示す小リフト時には、ニードル３０２の先端部３３２とノズルボディ２１２の弁座部２３との間の比較的狭い燃料通路２５を通過した比較的流速の速い燃料は、サック部２７の中心付近の底壁２７１に流下し、第１スリット状噴孔７１に流入しやすい。このとき、左側の燃料流れＦＬｃよりも燃料通路２５が狭い右側の燃料流れＦＬｄにおいては、特に第２スリット状噴孔７２への直接的な流入が制限される。
すなわち、小リフト時には、第１スリット状噴孔７１への流入が第２スリット状噴孔７２への流入に対して優先する。そのため、小リフト時の噴霧ＳＬの平均面ＪＬは、仮想中心面Ｊｏよりも上方に寄る。
【００５７】
一方、図７（ｂ）に示す大リフト時には、比較的広い燃料通路２５を通過した比較的流速の遅い燃料は、サック部２７の内側壁２７２に沿って流れ落ちる。すると、図７の右側では、内側壁２７２に沿って流れ落ちた燃料流れＦＨｄのうち第２スリット状噴孔７２に流入する燃料の割合が相対的に増加する。また、左側の内側壁２７２を流れ落ちた燃料流れＦＨｃのうち底壁２７１の第１スリット状噴孔７１の入口を通り越した燃料の一部も第２スリット状噴孔７２に流入する。
すなわち、大リフト時には、第２スリット状噴孔７２へ流入する燃料の割合が相対的に増加する。そのため、大リフト時の噴霧ＳＨの平均面ＪＨは、仮想中心面Ｊｏよりも下方に寄る。
【００５８】
このように、燃料噴射弁１０２は、第１実施形態の燃料噴射弁１０１と同様、第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させることで、噴霧の平均面の方向を動かし、噴霧を拡散させることができる。また、第１スリット状噴孔７１の出口と第２スリット状噴孔７２の出口とは重複する位置に形成されているため、キャビテーションにおける燃料の衝突、崩壊により、燃料の微粒化が促進される。
【００５９】
（第３実施形態）
第３実施形態の燃料噴射弁について、図８（ａ）（小リフト時）および図８（ｂ）（大リフト時）を参照して説明する。
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第３実施形態の燃料噴射弁１０３では、ノズルボディ２１３のサック部２８のサック中心軸Ｚｓとニードル３０１のニードル中心軸Ｚｎとは一致している。そして、サック部２８の底壁２８１に段差部２８３が設けられることを特徴とする。
【００６０】
段差部２８３は、サック部２８の底壁２８１において、第１スリット状噴孔７１の入口に対し第２スリット状噴孔７２の入口と反対側（図８の左側）であって、第１スリット状噴孔７１の入口よりもニードル３０１側（図８の上側）に位置するように設けられる。段差部２８３の段差の位置は、第１スリット状噴孔７１の入口が段差の「かげ」になる程度に、第１スリット状噴孔７１の入口の近くであることが好ましい。また、段差部２８３の段差の高さは、スリット状噴孔の幅Ｗ（図３参照）以上であることが好ましい。
【００６１】
図８（ａ）に示す小リフト時には、ニードル３０１の先端部３３１とノズルボディ２１３の弁座部２３との間の比較的狭い燃料通路２５を通過した比較的流速の速い燃料は、サック部２８の中心付近の底壁２８１に流下し、第１スリット状噴孔７１に流入しやすい。このとき、図８の左側の燃料流れＦＬｅと右側の燃料流れＦＬｆとは、ほぼ同様である。
すなわち、小リフト時には、第１スリット状噴孔７１への流入が第２スリット状噴孔７２への流入に対して優先する。そのため、小リフト時の噴霧ＳＬの平均面ＪＬは、仮想中心面Ｊｏよりも上方に寄る。
【００６２】
一方、図８（ｂ）に示す大リフト時には、比較的広い燃料通路２５を通過した比較的流速の遅い燃料は、サック部２８の内側壁２８２に沿って流れ落ちる。すると、図８の左側では、内側壁２８２から段差部２８３に流れた燃料ＦＨｅは、第１スリット状噴孔７１の入口を飛び越えサック中心軸Ｚｓよりも右側に落ちる。そして、右側の燃料流れＦＨｆと合流し第２スリット状噴孔７２に流入する。
すなわち、大リフト時には、第２スリット状噴孔７２へ流入する燃料の割合が相対的に増加する。そのため、大リフト時の噴霧ＳＨの平均面ＪＨは、仮想中心面Ｊｏよりも下方に寄る。
【００６３】
よって、第１、第２実施形態と同様、第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させることで、噴霧の平均面の方向を動かし、噴霧を拡散させることができる。また、第１スリット状噴孔７１の出口と第２スリット状噴孔７２の出口とは重複する位置に形成されているため、キャビテーションにおける燃料の衝突、崩壊により、燃料の微粒化が促進される。
【００６４】
（その他の実施形態）
（ア）上記第１〜第３実施形態では、２つのスリット状噴孔７１、７２は、「入口から出口に向かって互いに近づき出口が重複するように」設けられる。この他、２つのスリット状噴孔は、「第１スリット状噴孔の入口がサック部の底壁に形成され、第２スリット状噴孔の入口が第１スリット状噴孔の入口よりもニードル側のサック部の内側壁に形成される」という要件さえ満たせば、下記のような位置関係で設けられることもできる。
・入口から出口に向かって互いに近づくが、出口は重複しない（噴孔基準面の角度と出口間の距離によっては噴射された噴霧同士が燃料噴射弁の外部で衝突する場合がある）。
・略平行である。
・入口から出口に向かって互いに遠ざかる。
【００６５】
これらの場合、噴霧の衝突による微粒化効果はさほど得られないものの、スリット状噴孔を２つ有することにより、スリット状噴孔が１つしかない従来技術に比べ、噴霧を拡散させる効果を得ることができる。
さらに、上記の第１、第２実施形態のようにサック中心軸Ｚｓとニードル中心軸Ｚｎとをオフセットさせたり、第３実施形態のようにサック部の底壁に段差部を設けたりすることで、ニードルリフト量によって２つのスリット状噴孔からの噴霧の分配を変化させ、拡散を向上させることができる。なお、この「ニードルリフト量によって２つのスリット状噴孔からの噴霧の分配を変化させる」ための構成は、必ずしも無くてもよい。
【００６６】
（イ）第１、第２のスリット状噴孔に加え、３つ目以上のスリット状噴孔を設けてもよい。第３のスリット状噴孔は、例えば、上記の第１〜第３実施形態において、第１スリット状噴孔７１と第２スリット状噴孔７２との中間位置に設けてもよく、或いは、第２スリット状噴孔７２よりもさらにニードル３０１等側に設けてもよい。第４、又はそれ以上のスリット状噴孔についても同様である。また、言うまでもなく、第１、第２のスリット状噴孔に加え、スリット状でない円形、楕円形等の噴孔が設けられてもよい。
【００６７】
（ウ）スリット状噴孔が設けられるノズルボディ先端部以外の燃料噴射弁の構成については、上記第１実施形態の構成に限らず、どのような公知技術の燃料噴射弁の構成が適用されてもよい。また、燃料噴射弁は、直噴式のガソリンエンジンに限らず、ポート噴射式のガソリンエンジンやディーゼルエンジン等に適用されてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０１〜１０３ ・・・燃料噴射弁、
１１ ・・・ハウジング（弁ボディ）、
２０ ・・・ノズルホルダ（弁ボディ）、
２１１〜２１３ ・・・ノズルボディ（弁ボディ）、
２３ ・・・弁座部、
２４ ・・・燃料通路、
２５ ・・・燃料通路、
２６、２７、２８・・・サック部、
２６１〜２８１ ・・・底壁、
２６２〜２８２ ・・・内側壁、
２７３・・・台部、
２８３・・・段差部、
３０１、３０２ ・・・ニードル、
３３１、３３２ ・・・先端部、
３７ ・・・シート部
７１ ・・・第１スリット状噴孔、
７２ ・・・第２スリット状噴孔、
７１１、７２１ ・・・入口、
７１２、７２２ ・・・出口、
Ｊｏ ・・・仮想中心面、
ＪＬ ・・・（小リフト時の）平均面、
ＪＨ ・・・（大リフト時の）平均面、
ＳＬ ・・・（小リフト時の）噴霧、
ＳＨ ・・・（小リフト時の）噴霧，
Ｚｂ ・・・ボディ中心軸、
Ｚｎ ・・・ニードル中心軸、
Ｚｓ ・・・サック中心軸．
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を噴射供給する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの燃焼室等に燃料を噴射供給する燃料噴射弁において噴孔の開口形状をスリット状としたものが知られている（特許文献１、２）。この燃料噴射弁では、スリット状噴孔から噴射された燃料は、スリット状噴孔の近くでは偏平な液膜となる。この液膜は、スリット状噴孔から遠ざかるに従ってその厚みを減少すると共に、周囲の空気との接触面積を増大するため、周囲の空気によって液膜が引きちぎられ、急速に微細な噴霧へと変化する。このため、円形状の噴孔に比べ、噴霧の微粒化が促進される。また、スリット幅Ｗおよび長さＬによって噴霧の到達距離および貫徹力を適切に調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０３−７８５６２号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に記載された燃料噴射弁は、１つのスリット状噴孔を有するものであり、燃料通路先端のサック部からスリット状噴孔の入口に流入する燃料の流れは、ニードルリフト量によって大きく変化することはない。したがって、スリット状噴孔から噴射される噴霧の角度（噴射方向）はほぼ一定に保たれる。そのため、噴霧を十分に拡散させることができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、スリット状噴孔を有する燃料噴射弁において、噴霧の拡散を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の燃料噴射弁は、弁ボディおよびニードルを備える。
弁ボディは、軸方向の一端から他端に連通する燃料通路、燃料通路の内壁に形成される弁座部、弁座部の燃料流れ方向の下流側に形成され燃料が溜まるサック部、及び、サック部の底壁または内側壁と外壁とを連通する複数のスリット状噴孔を有する。
ニードルは、弁ボディの内部に軸方向に往復移動可能に収容され、先端部が弁座部に当接したときサック部への燃料の流入を遮断する。
【０００７】
複数のスリット状噴孔は、サック部の底壁に入口が形成される第１スリット状噴孔、及び、第１スリット状噴孔の入口よりもニードル側のサック部の内側壁に入口が形成される第２スリット状噴孔を含む。第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔は、入口から出口に向かって、弁ボディの中心軸に対し第２スリット状噴孔の入口が形成される側に傾斜する。
【０００８】
このように、請求項１に記載の燃料噴射弁は、第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔を含む複数のスリット状噴孔を有し、第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔は、弁ボディの中心軸（以下、「ボディ中心軸」という。）に対し互いに同じ側に傾斜する。したがって、第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔から噴射される燃料噴霧は、ボディ中心軸に対して一方の側に傾斜する。
【０００９】
すなわち、この燃料噴射弁は、燃料の噴射方向に一定の指向性を確保しつつ、スリット状噴孔を１つしか有しない従来技術の燃料噴射弁に比べ、噴霧の拡散範囲を拡げ、噴霧の拡散を向上することができる。
なお、弁ボディは、上記の第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔の他に、３つ目以上のスリット状噴孔、又はスリット状でない円形、楕円形等の噴孔を有してもよい。
【００１０】
請求項２に記載の発明によると、サック部の中心軸であるサック中心軸は、ニードルの中心軸であるニードル中心軸に対し、第２スリット状噴孔の入口と反対側にオフセットしている。そして、ニードルの先端部が弁座部に当接した状態から全開状態にいたるまでのニードルリフト量の変化に応じて、燃料通路から第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔に流入する燃料量のバランスが変化する。
【００１１】
燃料噴射弁の開弁時には、ニードルの先端部が弁座部に当接した状態から全開（フルリフト）状態にいたるまでニードルリフト量が逐次変化する。このとき、ニードルの先端部と弁ボディの弁座部との間の燃料通路の幅により燃料の流れが変わる。そこで、この燃料の流れの変化を利用し、第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させることで、噴霧の方向を動かし、さらに噴霧を拡散させることができる。
【００１２】
そのための特徴的構成の一つが、サック中心軸がニードル中心軸に対し、第２スリット状噴孔の入口と反対側にオフセットする構成とすることである。
この構成では、リフト量の比較的小さい小リフト時には、弁座部を流れ落ちる燃料は、直接サック部の底壁に流下する。そのため、サック部の底壁に入口が形成される第１スリット状噴孔に流入しやすく、サック部の内側壁に入口が形成される第２スリット状噴孔には流入しにくい。
一方、リフト量の比較的大きい大リフト時には、サック部の内側壁に沿って第２スリット状噴孔に流入する燃料の割合が相対的に増加する。
このメカニズムについては、実施形態の説明で図面を参照しながら詳しく説明する。
【００１３】
請求項２に記載の発明においてサック中心軸とニードル中心軸とをオフセットする構成には、ボディ中心軸との関係に基づいて、大きく２つの構成が考えられる。
１つ目は、請求項３に記載の発明のように「ニードル中心軸はボディ中心軸に一致し、サック中心軸はボディ中心軸に対し第２スリット状噴孔の入口と反対側にオフセットしている」構成である。２つ目は、その逆に、「サック中心軸はボディ中心軸に一致し、ニードル中心軸はボディ中心軸に対し第２スリット状噴孔の入口側にオフセットしている」構成である。
【００１４】
ここで、請求項３に記載の発明の構成を採用する場合、弁ボディの底部の加工において偏芯加工する部分がサック部だけであるため加工が比較的容易である。また、ニードル中心軸とボディ中心軸とが一致しており、ニードルの先端部と弁座部とを同軸にすることができる。よって、閉弁動作が安定するため有利である。
【００１５】
さらに、請求項４に記載の発明によると、請求項３に記載の発明における弁ボディは、サック中心軸のオフセット側と反対側の弁座部とサック部との境界部に、ニードルの先端部との間の燃料通路の幅を狭めるように張り出す台部が設けられる。
これにより、小リフト時に、特に第２スリット状噴孔の入口側の弁座部を流れ落ちる燃料は、台部をジャンプ台として流れの前方に飛び出すため、サック部の内側壁に沿って流れ落ちることが抑制される。よって、より第１スリット状噴孔に流入しやすく、第２スリット状噴孔に流入しにくくすることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の発明に対し、「第１スリット状噴孔および第２スリット状噴孔に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させる」ための別の特徴的構成を示すものである。
請求項５に記載の発明によると、弁ボディは、第１スリット状噴孔の入口に対し第２スリット状噴孔の入口と反対側のサック部の底壁に、第１スリット状噴孔の入口よりもニードル側に位置する段差部が設けられる。この発明では、サック中心軸とニードル中心軸とは同軸であってよい。
【００１７】
この構成では、リフト量の比較的小さい小リフト時には、弁座部を流れ落ちる燃料は、直接サック部の底壁に流下し、第１スリット状噴孔に流入しやすい。一方、リフト量の比較的大きい大リフト時には、サック部の第２スリット状噴孔の入口と反対側の内側壁に沿って流れ落ちる燃料の流れが、段差部によって第１スリット状噴孔の入口を飛び越えるようにすることで、第１スリット状噴孔に流入しにくくしている。そのため、サック部の内側壁に沿って第２スリット状噴孔に流入する燃料の割合が相対的に増加する。
このメカニズムについても、実施形態の説明で図面を参照しながら詳しく説明する。
【００１８】
加えて、請求項６に記載の発明によると、上記請求項１〜５に記載の燃料噴射弁に共通して、第１スリット状噴孔のボディ中心軸に対する角度は、第２スリット状噴孔のボディ中心軸に対する角度よりも相対的に大きく形成される。言い換えれば、ボディ中心軸を垂直方向に視たとき、第１スリット状噴孔は相対的に勾配が小さく、第２スリット状噴孔は相対的に勾配が大きく形成される。したがって、第１スリット状噴孔と第２スリット状噴孔とは、入口から出口に向かって互いに近づくように形成される。
また、第１スリット状噴孔の出口と第２スリット状噴孔の出口とは、重複する位置に形成される。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、さらに「微粒化の促進」を課題とする。そもそもスリット状噴孔は、噴霧が液膜を形成することで空気との接触面積が増大し、周囲の空気によって液膜が引きちぎられるため、一般的な円形状の噴孔に比べ、微粒化の促進に有利である。
それに加え、請求項６に記載の発明によると、スリット状噴孔の入口で形成されたキャビテーション、すなわち、「一旦気化し再び液化した燃料」が重複した出口で衝突して崩壊する。このキャビテーションの崩壊エネルギーによって噴霧がさらに拡散し、微粒化が促進される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁をエンジンに搭載した状態の模式図である。
【図３】（ａ）：図１の先端部拡大図である。 （ｂ）：（ａ）のｂ矢視図である。 （ｃ）：（ａ）のｃ−ｃ断面図である。 （ｄ）：（ａ）のｄ−ｄ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の（ａ）小リフト時、（ｂ）大リフト時の燃料噴射状態を示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁と比較例の燃料噴射弁との噴霧の拡散（噴霧長の短縮）効果を比較したグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁において、キャビテーションの衝突による微粒化効果を説明する模式図である。
【図７】本発明の第２実施形態による燃料噴射弁の（ａ）小リフト時、（ｂ）大リフト時の燃料噴射状態を示す模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態による燃料噴射弁の（ａ）小リフト時、（ｂ）大リフト時の燃料噴射状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明による燃料噴射弁をエンジンに搭載した実施形態について図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁について、図１〜図６を参照して説明する。
図２は、燃料噴射弁１０１を搭載した直噴式ガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）６０の全体構成を示す。
【００２２】
図２に示すように、燃料噴射弁１０１は、シリンダヘッド６１に取り付けられ、燃焼室６４に直接燃料を噴射する。燃焼室６４は、シリンダヘッド６１の壁面、シリンダブロック６２の内壁面６５、及びピストン６６の上端面６７から形成される。燃料噴射弁１０１には、図示しない燃料供給ポンプから燃料噴射圧力相当に加圧された燃料が供給される。
【００２３】
燃料噴射弁１０１は、シリンダヘッド６１のうち吸気バルブ６８側の角部に、燃焼室６４の軸に対して斜め向きに取り付けられる。また、シリンダヘッド６１のセンター位置には、燃料と混合された可燃空気に着火するための点火装置６３が搭載されている。
【００２４】
燃料噴射弁１０１は、ピストン６６の上端面６７に向いた方向、すなわち軸Ｚ方向に対して傾斜した方向に燃料を噴射する。本実施形態では、燃料噴射弁１０１の先端部に形成された２つのスリット状噴孔７１、７２から燃料が噴射される。ここで、燃料噴射弁の貫徹力が大きく噴霧長が長いと、噴霧がシリンダ壁面６５やピストン６６の上端面６７に直接付着して、ＰＭ（粒子状物質）やデポジットを生成しやすくなる。そのため、噴霧長を可及的に短くすることが望まれる。そこで、本実施形態の燃料噴射弁１０は、噴霧の拡散を向上しつつ噴霧長を短くするように、スリット状噴孔の構成に特徴を有している。
【００２５】
次に、燃料噴射弁１０１の基本構成について主に図１、図３を参照して説明する。以下の説明では、図１の上側を「上」、図１の下側を「下」として表す。
図１に示すように、燃料噴射弁１０１のハウジング１１は筒状に形成されている。ハウジング１１は、第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４を有している。非磁性部１３は、第一磁性部１２と第二磁性部１４との磁気的な短絡を防止する。第一磁性部１２、非磁性部１３および第二磁性部１４は、例えばレーザ溶接等により一体に接続されている。
【００２６】
ハウジング１１の軸方向の上側の端部には、燃料入口１６を有する入口部材１５が圧入等により固定されている。燃料入口１６には、燃料供給ポンプ（図示しない）から燃料が供給される。燃料入口１６に供給された燃料は、燃料フィルタ１７によって異物が除去され、ハウジング１１の内部に流入する。
【００２７】
ハウジング１１の下側の端部には、筒状のノズルホルダ２０が接続されている。また、ノズルホルダ２０の下側の端部には、有底筒状のノズルボディ２１１が、圧入あるいは溶接等によってノズルホルダ２０に固定されている。本実施形態では、ハウジング１１、ノズルホルダ２０およびノズルボディ２１１が、特許請求の範囲に記載の「弁ボディ」に相当する。
ここで、ノズルボディ２１１の中心軸であるボディ中心軸Ｚｂは、燃料噴射弁１０１全体の中心軸、すなわちハウジング１１、駆動部４０等の中心軸と同軸に設けられる。以下、ボディ中心軸Ｚｂを、燃料噴射弁１０１全体の中心軸を代表するものとして扱う。
【００２８】
ノズルボディ２１１は、先端側の穴底にテーパ状の弁座部２３が形成される。また、弁座部２３の径内側には、燃料が溜まる凹状のサック部２６が形成される。サック部２６には、ボディ中心軸Ｚｂに対して傾斜した２つのスリット状噴孔７１、７２が形成される。サック部２６およびスリット状噴孔７１、７２に関する詳細な構成については後述する。
ノズルボディ２１１の内壁とニードル３０１の外壁との間の空間は、燃料通路２４を形成する。
【００２９】
ニードル３０１は、「弁ボディ」を構成するハウジング１１、ノズルホルダ２０およびノズルボディ２１の内部に、軸方向に往復移動可能に収容されている。
ニードル３０１は、軸部３１、頭部３２および先端部３３１から構成される。先端部３３１は、図３（ａ）に示すように、第１テーパ面３４、第２テーパ面３５および第３テーパ面３６の３段階のテーパ面を有している。第１テーパ面３４と第２テーパ面３５との境界部は、シート部３７を構成する。また、第１〜第３テーパ面３４、３５、３６と弁座部２３との間には、燃料通路２４から接続する燃料通路２５が形成される。
ニードル３０１が軸方向に往復移動することで、シート部３７がノズルボディ２１の弁座部２３（図３参照）と当接または離間し、燃料通路２５からサック部２６への燃料の流通を遮断または許容する。
【００３０】
ニードル３０１を駆動するための駆動部４０は、スプール４１、コイル４２、固定コア４３、プレートハウジング４４および可動コア５０を有している。
スプール４１は、ハウジング１１の径外側に設けられている。スプール４１は、樹脂材で筒状に形成されており、周囲にコイル４２が巻かれている。巻回されたコイル４２の両端部は、コネクタ４５の端子部４６に電気的に接続されている。
ハウジング１１を挟んでコイル４２の径内側には固定コア４３が設けられている。固定コア４３は、例えば鉄等の磁性材料により筒状に形成され、ハウジング１１に例えば圧入等によって固定されている。プレートハウジング４４は、磁性材料から形成され、コイル４２の径外側を覆っている。
【００３１】
可動コア５０は、固定コア４３と同軸上に対向して設けられ、ハウジング１１の径内側に軸方向へ往復移動可能である。可動コア５０は、例えば鉄等の磁性材料から筒状に形成されている。可動コア５０は、固定コア４３とは反対側である下側に筒部５１を有しており、筒部５１には、ニードル３０１の頭部３２が圧入されている。これにより、ニードル３０１と可動コア５０とは一体に往復移動する。また、筒部５１には、可動コア５０の内部とニードル３０１の外方とを連通する複数の連通孔５４が形成されている。
【００３２】
可動コア５０の固定コア４３側の端部には、スプリング１８が設けられている。スプリング１８は、軸方向へ伸長する付勢力を有しており、スプリング１８の両端部が可動コア５０とアジャスティングパイプ１９とに挟み込まれるように設置されている。スプリング１８は、可動コア５０およびニードル３０１を弁座部２３に当接する方向へ付勢している。
アジャスティングパイプ１９は、例えば圧入等により固定コア４３に固定されており、圧入長を調整することにより、スプリング１８の付勢力（荷重）が調整される。
また、燃料入口１６からフィルタ１７を経由してハウジング１１の内部に流入した燃料は、アジャスティングパイプ１９およびスプリング１８の内側を通り、さらに連通孔５４、及びニードル３０１の外側を経由して燃料通路２４に至る。
【００３３】
次に、本発明の特徴的構成であるノズルボディ２１１の先端部の構成について、図３を参照して詳細に説明する。
図３に示すように、第１スリット状噴孔７１は、入口７１１がサック部２６の底壁２６１に形成されている。第２スリット状噴孔７２は、入口７２１が第１スリット状噴孔７１の入口７１１よりもニードル３０１側のサック部２６の内側壁２６２に形成されている。
第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２は、出口７１２、７２２の開口形状が幅Ｗ、長さＬのスリット状である。長さＬは、例えば幅Ｗの４．５倍以上である。
【００３４】
第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２は、入口７１１、７２１から出口７１２、７２２に向かって、ボディ中心軸Ｚｂに対し、第２スリット状噴孔７２の入口７２１が形成される側に傾斜している。
また、本実施形態では、ニードル中心軸Ｚｎがボディ中心軸Ｚｂに一致し、サック中心軸Ｚｓがボディ中心軸Ｚｂに対し、第２スリット状噴孔７２の入口７２１と反対側（図３の左側）にオフセットしている。このオフセット量は、例えばニードル３０１のフルリフト量以上であることが好ましい。
【００３５】
また、図３（ａ）のようにニードル中心軸Ｚｎを垂直方向に視たとき、第１スリット状噴孔７１は相対的に勾配が小さく、第２スリット状噴孔７２は相対的に勾配が大きい。したがって、第１スリット状噴孔７１と第２スリット状噴孔７２とは、入口７１１、７２１から出口７１２、７２２に向かって互いに近づく。
特に本実施形態では、第１スリット状噴孔７１の出口７１２と第２スリット状噴孔７２の出口７２２とは、重複した位置に形成されている。ここで、第１スリット状噴孔７１と第２スリット状噴孔７２との勾配の中心を通る仮想面を仮想中心面Ｊｏと表す。
【００３６】
ノズルボディ２１１は、弁座部２３がニードル中心軸Ｚｎに対称に形成され、サック部２６がサック中心軸Ｚｓに対称に形成される。そのため、弁座部２３とサック部２６との境界部は、図３（ａ）の左側では連続的であるのに対し、図３（ａ）の右側では不連続な台部２６３が形成される。台部２６３は、ニードル３０１の先端部３３１との間の燃料通路２５の幅を狭めるように弁座部２３から径内方向に張り出している。
【００３７】
（作動）
次に、上記の構成による燃料噴射弁１０１の作動について説明する。
コイル４２への通電が停止されているとき、固定コア４３と可動コア５０との間に磁気吸引力は発生しない。したがって、可動コア５０およびニードル３０１は、スプリング１８の付勢力によって下方に押圧される。そして、ニードル３０１のシート部３７が弁座部２３に当接し、スリット状噴孔７１、７２からの燃料噴射が遮断される。
【００３８】
閉弁状態からコイル４２に通電すると、コイル４２に発生した磁界により磁気回路が形成される。これにより、固定コア４３と可動コア５０との間には磁気吸引力が発生する。
固定コア４３と可動コア５０との間に発生する磁気吸引力がスプリング１８の付勢力よりも大きくなると、可動コア５０およびニードル３０１は、上方への移動を開始する。その結果、ニードル３０１のシート部３７は、弁座部２３から離間する。
【００３９】
燃料入口１６からフィルタ１７を経由して燃料噴射弁１０１の内部へ流入した燃料は、入口部材１５の内側、アジャスティングパイプ１９の内側、固定コア４３の内側、可動コア５０の内側、連通孔５４、ニードル３０１の外側を順次経由して、燃料通路２４に至る。燃料通路２４の燃料は、ニードル３０１のシート部３７と弁座部２３との間の燃料通路２５を経由してサック部２６へ流入し、スリット状噴孔７１、７２から噴射される。
【００４０】
このとき、以下に述べるように、本実施形態の燃料噴射弁１０１は、ニードル３０１のリフト量に応じて燃料が噴射される方向が変化し、リフト期間全体を通じての噴霧の拡散範囲が拡大されるとともに、噴霧長が短縮される。これにより、噴霧がシリンダ壁面６５やピストン６６の上端面６７に直接付着することによるＰＭ（粒子状物質）やデポジットの生成が抑制される。
【００４１】
開弁状態からコイル４２への通電を停止すると、固定コア４３と可動コア５０との間の磁気吸引力は消失していく。そして、磁気吸引力がスプリング１８の付勢力よりも小さくなると、可動コア５０およびニードル３０１は、スプリング１８の付勢力によって下方に移動する。そして、ニードル３０１のシート部３７が再び弁座部２３に当接し、燃料通路２５とサック部２６との間の燃料の流れが遮断されて、燃料噴射は終了する。
【００４２】
次に、燃料噴射弁１０１の開弁時の燃料噴射時における作用効果について、図４〜図６を参照して詳しく説明する。
図４（ａ）に示す小リフト時には、ニードル３０１の先端部３３１とノズルボディ２１２の弁座部２３との間の比較的狭い燃料通路２５を通過した比較的流速の速い燃料は、サック部２６の中心付近の底壁２６１に流下し、第１スリット状噴孔７１に流入しやすい。特に、サック中心軸Ｚｓのオフセット側（図４の左側）の燃料流れＦＬａは、サック部２６の中心までの距離が近いため、第１スリット状噴孔７１に比較的容易に流入しやすい。
【００４３】
一方、サック中心軸Ｚｓの反オフセット側（図４の右側）の燃料流れＦＬｂは、サック部２６の中心までの距離が遠い。しかし、弁座部２３とサック部２６の内側壁２６２との境界部に形成された台部２６３は、台部２６３と先端部３３１との間の燃料通路２５の幅を狭くし、燃料流れＦＬｂの流速を速くする。しかも、弁座部２３を流れ落ちる燃料は、台部２６３をジャンプ台として流れの前方に飛び出すことで、内側壁２６２に沿って流れ落ちることが抑制される。そのため、燃料流れＦＬｂは、第２スリット状噴孔７２には流入しにくくなる。
すなわち、小リフト時には、第１スリット状噴孔７１への流入が第２スリット状噴孔７２への流入に対して優先する。そのため、小リフト時の噴霧ＳＬの平均面ＪＬは、仮想中心面Ｊｏよりも上方に寄る。
【００４４】
一方、図４（ｂ）に示す大リフト時には、比較的広い燃料通路２５を通過した比較的流速の遅い燃料は、サック部２６の内側壁２６２に沿って流れ落ちる。すると、図４の右側では、内側壁２６２に沿って流れ落ちる燃料流れＦＨｂのうち第２スリット状噴孔７２に流入する燃料の割合が相対的に増加する。また、左側の内側壁２６２を流れ落ちる燃料流れＦＨａのうち底壁２６１の第１スリット状噴孔７１の入口を通り越した燃料の一部も第２スリット状噴孔７２に流入する。
すなわち、大リフト時には、第２スリット状噴孔７２へ流入する燃料の割合が相対的に増加する。そのため、大リフト時の噴霧ＳＨの平均面ＪＨは、仮想中心面Ｊｏよりも下方に寄る。
【００４５】
このように、燃料噴射弁１０１は、第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させることで、噴霧の平均面の方向を動かし、噴霧を拡散させることができる。
ここで、図５を参照して、本実施形態の燃料噴射弁１０１による「噴霧の拡散効果」について比較例と対比して説明する。比較例の燃料噴射弁は、特許文献１、２に記載の従来技術に相当し、スリット状噴孔を１つしか有しないものである。
【００４６】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、共通の時間軸における噴霧長、ニードルリフト量、駆動部４０の通電オンオフの変化を示したものである。最初、燃料噴射弁１０は閉弁している。時刻ｔ０で駆動部４０に通電されると、若干のタイムラグを経た時刻ｔ１にて、ニードル３０１が上昇（リフト）し始める。これにより、燃料通路２５からサック部２６への通路が開放され、スリット状噴孔７１、７２からの噴霧が開始される。その後、ニードル３０１がリフトしている間（開弁中）、燃料の噴射が継続する。このとき、後から噴射された噴霧が先に噴射された噴霧に重畳することにより、次第に噴霧長が増加する。駆動部４０への通電は、時刻ｔ２にてオフとなる。
【００４７】
ニードル３０１は、時刻ｔ３で全開状態となる。そして、磁気吸引力が消失すると、ニードル３０１はスプリング１８の付勢力により下降し始め、時刻ｔ４で閉弁する。一方、新たな噴霧の累積が無くなるため、噴霧長は次第に一定値に落ち着く。
ここで、図５（ａ）に示すように、本実施形態の燃料噴射弁１０１は、比較例の燃料噴射弁に比べ、噴霧長を約３０％短縮することができる。
【００４８】
この理由は、以下のように説明することができる。すなわち、比較例の燃料噴射弁は、スリット状噴孔を１つしか有しておらず、しかも、ニードルリフト量の変化に応じて噴霧の方向が一定である。これに対し、本実施形態の燃料噴射弁は、噴霧方向の異なる２つのスリット状噴孔７１、７２を有しており、しかも、ニードルリフト量の変化に応じて噴霧の方向を変化させることができるため、噴霧の拡散範囲を拡大することができる。その結果、比較例に対し、噴霧長を短縮することができる。したがって、ＰＭやデポジットの発生を抑制することができる。
【００４９】
続いて、本実施形態の燃料噴射弁１０１による「噴霧の微粒化効果」について、図６を参照して説明する。図６は、スリット状噴孔７１、７２内での燃料のキャビテーション、すなわち、「一旦気化した燃料が再び液化する現象」を模式的に示したものである。
そもそもスリット状噴孔は、噴霧が液膜を形成することで空気との接触面積が増大し、周囲の空気によって液膜が引きちぎられるため、一般的な円形状の噴孔に比べ、微粒化の促進に有利である。
【００５０】
それに加え、図６に示すように、本実施形態の燃料噴射弁１０１は、第１スリット状噴孔７１の出口７１２と第２スリット状噴孔７２の出口７２２とが重複する位置に形成されている。そのため、スリット状噴孔の入口７１１、７２１で形成されたキャビテーションＣｖが出口７１２、７２２で衝突して崩壊する。このキャビテーションＣｖの崩壊エネルギーによって噴霧がさらに拡散し、微粒化が促進される。
【００５１】
次に、本発明の第２、第３実施形態の燃料噴射弁について、図７、図８の先端部拡大断面図を参照して説明する。これらの燃料噴射弁は、第１実施形態の燃料噴射弁１０１に対し、同様の第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２を有する点で共通し、ノズルボディ先端部またはニードル先端部の形状等の点で異なる。以下の実施形態の説明では、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料噴射弁について、図７（ａ）（小リフト時）および図７（ｂ）（大リフト時）を参照して説明する。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第２実施形態の燃料噴射弁１０２では、サック中心軸Ｚｓがボディ中心軸Ｚｂに一致し、ニードル中心軸Ｚｎがボディ中心軸Ｚｂに対し、第２スリット状噴孔７２の入口７２１側（図７の右側）にオフセットしている。その結果、サック中心軸Ｚｓは、ニードル中心軸Ｚｎに対し、第２スリット状噴孔７２の入口７２１と反対側にオフセットしている。
【００５３】
ノズルボディ２１２の内壁は、図７の左側において変則形状に形成されている。すなわち、弁座部２３の直上の下部内壁２２１は、対向する右側の内壁２２とボディ中心軸Ｚｂ（サック中心軸Ｚｓ）に対して対称位置に形成されている。一方、下部内壁２２１よりも上側の上部内壁２２３は、対向する右側の内壁２２とニードル中心軸Ｚｎに対して対称位置に、すなわち下部内壁２２１よりも内側に形成されている。下部内壁２２１と上部内壁２２３とは、スロープ部２２２を介して連続的に接続されている。
また、ニードル３０２の先端部３３２には、上部内壁２２３と対向する右側の内壁２２との間の径に対応して摺動可能なガイド部３８が形成されている。
【００５４】
図７（ａ）にて破線で示す閉弁時には、スプリング１８の付勢力Ｆｄによってニードル３０２が下方に付勢されるため、ガイド部３８がスロープ部２２２に沿って下部内壁２２１に対応する位置まで下がる。そのため、ニードル３０２の先端部３３２がボディ中心軸Ｚｂと同軸になるよう案内された状態でシート部３７が弁座部２３に当接して閉弁する。
【００５５】
駆動部４０に通電され、電磁吸引力によってニードル３０２がリフトし始めると、ガイド部３８がスロープ部２２２に沿って上昇し、先端部３３２の中心軸がボディ中心軸Ｚｂからニードル中心軸Ｚｎに移行する（図７（ａ）に示す力Ｆｕによる）。その後は、先端部３３２の中心がニードル中心軸Ｚｎ上を真っ直ぐリフトする（図７（ｂ））。
【００５６】
図７（ａ）に示す小リフト時には、ニードル３０２の先端部３３２とノズルボディ２１２の弁座部２３との間の比較的狭い燃料通路２５を通過した比較的流速の速い燃料は、サック部２７の中心付近の底壁２７１に流下し、第１スリット状噴孔７１に流入しやすい。このとき、左側の燃料流れＦＬｃよりも燃料通路２５が狭い右側の燃料流れＦＬｄにおいては、特に第２スリット状噴孔７２への直接的な流入が制限される。
すなわち、小リフト時には、第１スリット状噴孔７１への流入が第２スリット状噴孔７２への流入に対して優先する。そのため、小リフト時の噴霧ＳＬの平均面ＪＬは、仮想中心面Ｊｏよりも上方に寄る。
【００５７】
一方、図７（ｂ）に示す大リフト時には、比較的広い燃料通路２５を通過した比較的流速の遅い燃料は、サック部２７の内側壁２７２に沿って流れ落ちる。すると、図７の右側では、内側壁２７２に沿って流れ落ちた燃料流れＦＨｄのうち第２スリット状噴孔７２に流入する燃料の割合が相対的に増加する。また、左側の内側壁２７２を流れ落ちた燃料流れＦＨｃのうち底壁２７１の第１スリット状噴孔７１の入口を通り越した燃料の一部も第２スリット状噴孔７２に流入する。
すなわち、大リフト時には、第２スリット状噴孔７２へ流入する燃料の割合が相対的に増加する。そのため、大リフト時の噴霧ＳＨの平均面ＪＨは、仮想中心面Ｊｏよりも下方に寄る。
【００５８】
このように、燃料噴射弁１０２は、第１実施形態の燃料噴射弁１０１と同様、第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させることで、噴霧の平均面の方向を動かし、噴霧を拡散させることができる。また、第１スリット状噴孔７１の出口と第２スリット状噴孔７２の出口とは重複する位置に形成されているため、キャビテーションにおける燃料の衝突、崩壊により、燃料の微粒化が促進される。
【００５９】
（第３実施形態）
第３実施形態の燃料噴射弁について、図８（ａ）（小リフト時）および図８（ｂ）（大リフト時）を参照して説明する。
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、第３実施形態の燃料噴射弁１０３では、ノズルボディ２１３のサック部２８のサック中心軸Ｚｓとニードル３０１のニードル中心軸Ｚｎとは一致している。そして、サック部２８の底壁２８１に段差部２８３が設けられることを特徴とする。
【００６０】
段差部２８３は、サック部２８の底壁２８１において、第１スリット状噴孔７１の入口に対し第２スリット状噴孔７２の入口と反対側（図８の左側）であって、第１スリット状噴孔７１の入口よりもニードル３０１側（図８の上側）に位置するように設けられる。段差部２８３の段差の位置は、第１スリット状噴孔７１の入口が段差の「かげ」になる程度に、第１スリット状噴孔７１の入口の近くであることが好ましい。また、段差部２８３の段差の高さは、スリット状噴孔の幅Ｗ（図３参照）以上であることが好ましい。
【００６１】
図８（ａ）に示す小リフト時には、ニードル３０１の先端部３３１とノズルボディ２１３の弁座部２３との間の比較的狭い燃料通路２５を通過した比較的流速の速い燃料は、サック部２８の中心付近の底壁２８１に流下し、第１スリット状噴孔７１に流入しやすい。このとき、図８の左側の燃料流れＦＬｅと右側の燃料流れＦＬｆとは、ほぼ同様である。
すなわち、小リフト時には、第１スリット状噴孔７１への流入が第２スリット状噴孔７２への流入に対して優先する。そのため、小リフト時の噴霧ＳＬの平均面ＪＬは、仮想中心面Ｊｏよりも上方に寄る。
【００６２】
一方、図８（ｂ）に示す大リフト時には、比較的広い燃料通路２５を通過した比較的流速の遅い燃料は、サック部２８の内側壁２８２に沿って流れ落ちる。すると、図８の左側では、内側壁２８２から段差部２８３に流れた燃料ＦＨｅは、第１スリット状噴孔７１の入口を飛び越えサック中心軸Ｚｓよりも右側に落ちる。そして、右側の燃料流れＦＨｆと合流し第２スリット状噴孔７２に流入する。
すなわち、大リフト時には、第２スリット状噴孔７２へ流入する燃料の割合が相対的に増加する。そのため、大リフト時の噴霧ＳＨの平均面ＪＨは、仮想中心面Ｊｏよりも下方に寄る。
【００６３】
よって、第１、第２実施形態と同様、第１スリット状噴孔７１および第２スリット状噴孔７２に流入する燃料量のバランスをニードルリフト量に応じて変化させることで、噴霧の平均面の方向を動かし、噴霧を拡散させることができる。また、第１スリット状噴孔７１の出口と第２スリット状噴孔７２の出口とは重複する位置に形成されているため、キャビテーションにおける燃料の衝突、崩壊により、燃料の微粒化が促進される。
【００６４】
（その他の実施形態）
（ア）上記第１〜第３実施形態では、２つのスリット状噴孔７１、７２は、「入口から出口に向かって互いに近づき出口が重複するように」設けられる。この他、２つのスリット状噴孔は、「第１スリット状噴孔の入口がサック部の底壁に形成され、第２スリット状噴孔の入口が第１スリット状噴孔の入口よりもニードル側のサック部の内側壁に形成される」という要件さえ満たせば、下記のような位置関係で設けられることもできる。
・入口から出口に向かって互いに近づくが、出口は重複しない（噴孔基準面の角度と出口間の距離によっては噴射された噴霧同士が燃料噴射弁の外部で衝突する場合がある）。
・略平行である。
・入口から出口に向かって互いに遠ざかる。
【００６５】
これらの場合、噴霧の衝突による微粒化効果はさほど得られないものの、スリット状噴孔を２つ有することにより、スリット状噴孔が１つしかない従来技術に比べ、噴霧を拡散させる効果を得ることができる。
さらに、上記の第１、第２実施形態のようにサック中心軸Ｚｓとニードル中心軸Ｚｎとをオフセットさせたり、第３実施形態のようにサック部の底壁に段差部を設けたりすることで、ニードルリフト量によって２つのスリット状噴孔からの噴霧の分配を変化させ、拡散を向上させることができる。なお、この「ニードルリフト量によって２つのスリット状噴孔からの噴霧の分配を変化させる」ための構成は、必ずしも無くてもよい。
【００６６】
（イ）第１、第２のスリット状噴孔に加え、３つ目以上のスリット状噴孔を設けてもよい。第３のスリット状噴孔は、例えば、上記の第１〜第３実施形態において、第１スリット状噴孔７１と第２スリット状噴孔７２との中間位置に設けてもよく、或いは、第２スリット状噴孔７２よりもさらにニードル３０１等側に設けてもよい。第４、又はそれ以上のスリット状噴孔についても同様である。また、言うまでもなく、第１、第２のスリット状噴孔に加え、スリット状でない円形、楕円形等の噴孔が設けられてもよい。
【００６７】
（ウ）スリット状噴孔が設けられるノズルボディ先端部以外の燃料噴射弁の構成については、上記第１実施形態の構成に限らず、どのような公知技術の燃料噴射弁の構成が適用されてもよい。また、燃料噴射弁は、直噴式のガソリンエンジンに限らず、ポート噴射式のガソリンエンジンやディーゼルエンジン等に適用されてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０１〜１０３ ・・・燃料噴射弁、
１１ ・・・ハウジング（弁ボディ）、
２０ ・・・ノズルホルダ（弁ボディ）、
２１１〜２１３ ・・・ノズルボディ（弁ボディ）、
２３ ・・・弁座部、
２４ ・・・燃料通路、
２５ ・・・燃料通路、
２６、２７、２８・・・サック部、
２６１〜２８１ ・・・底壁、
２６２〜２８２ ・・・内側壁、
２７３・・・台部、
２８３・・・段差部、
３０１、３０２ ・・・ニードル、
３３１、３３２ ・・・先端部、
３７ ・・・シート部
７１ ・・・第１スリット状噴孔、
７２ ・・・第２スリット状噴孔、
７１１、７２１ ・・・入口、
７１２、７２２ ・・・出口、
Ｊｏ ・・・仮想中心面、
ＪＬ ・・・（小リフト時の）平均面、
ＪＨ ・・・（大リフト時の）平均面、
ＳＬ ・・・（小リフト時の）噴霧、
ＳＨ ・・・（小リフト時の）噴霧，
Ｚｂ ・・・ボディ中心軸、
Ｚｎ ・・・ニードル中心軸、
Ｚｓ ・・・サック中心軸．
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の一端から他端に連通する燃料通路、前記燃料通路の内壁に形成される弁座部、前記弁座部の燃料流れ方向の下流側に形成され燃料が溜まるサック部、及び、前記サック部の底壁または内側壁と外壁とを連通する複数のスリット状噴孔を有する弁ボディと、
前記弁ボディの内部に軸方向に往復移動可能に収容され、先端部が前記弁座部に当接したとき前記サック部への燃料の流入を遮断するニードルと、
を備え、
前記複数のスリット状噴孔は、前記サック部の底壁に入口が形成される第１スリット状噴孔、及び、前記第１スリット状噴孔の入口よりも前記ニードル側の前記サック部の内側壁に入口が形成される第２スリット状噴孔を含み、
前記第１スリット状噴孔および前記第２スリット状噴孔は、入口から出口に向かって、前記弁ボディの中心軸に対し、前記第２スリット状噴孔の入口が形成される側に傾斜することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記サック部の中心軸であるサック中心軸は、前記ニードルの中心軸であるニードル中心軸に対し、前記第２スリット状噴孔の入口と反対側にオフセットしており、
前記ニードルの先端部が前記弁座部に当接した状態から全開状態にいたるまでのニードルリフト量の変化に応じて、前記燃料通路から前記第１スリット状噴孔および前記第２スリット状噴孔に流入する燃料量のバランスが変化することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ニードル中心軸は前記弁ボディの中心軸に一致し、前記サック中心軸は前記弁ボディの中心軸に対しオフセットしていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記弁ボディは、
前記サック中心軸のオフセット側と反対側の前記弁座部と前記サック部との境界部に、前記ニードルの先端部との間の燃料通路の幅を狭めるように張り出す台部が設けられることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記弁ボディは、
前記第１スリット状噴孔の入口に対し前記第２スリット状噴孔の入口と反対側の前記サック部の底壁に、前記第１スリット状噴孔の入口よりも前記ニードル側に位置する段差部が設けられ、
前記ニードルの先端部が前記弁座部に当接した状態から全開状態にいたるまでのニードルリフト量の変化に応じて、前記燃料通路から前記第１スリット状噴孔および前記第２スリット状噴孔に流入する燃料量のバランスが変化することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記第１スリット状噴孔の前記弁ボディの中心軸に対する角度は、前記第２スリット状噴孔の前記弁ボディの中心軸に対する角度よりも相対的に大きく形成され、
前記第１スリット状噴孔の出口と前記第２スリット状噴孔の出口とは、重複する位置に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１】
軸方向の一端から他端に連通する燃料通路、前記燃料通路の内壁に形成される弁座部、前記弁座部の燃料流れ方向の下流側に形成され燃料が溜まるサック部、及び、前記サック部の底壁または内側壁と外壁とを連通する複数のスリット状噴孔を有する弁ボディと、
前記弁ボディの内部に軸方向に往復移動可能に収容され、先端部が前記弁座部に当接したとき前記サック部への燃料の流入を遮断するニードルと、
を備え、
前記複数のスリット状噴孔は、前記サック部の底壁に入口が形成される第１スリット状噴孔、及び、前記第１スリット状噴孔の入口よりも前記ニードル側の前記サック部の内側壁に入口が形成される第２スリット状噴孔を含み、
前記第１スリット状噴孔および前記第２スリット状噴孔は、入口から出口に向かって、前記弁ボディの中心軸に対し、前記第２スリット状噴孔の入口が形成される側に傾斜することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記サック部の中心軸であるサック中心軸は、前記ニードルの中心軸であるニードル中心軸に対し、前記第２スリット状噴孔の入口と反対側にオフセットしており、
前記ニードルの先端部が前記弁座部に当接した状態から全開状態にいたるまでのニードルリフト量の変化に応じて、前記燃料通路から前記第１スリット状噴孔および前記第２スリット状噴孔に流入する燃料量のバランスが変化することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ニードル中心軸は前記弁ボディの中心軸に一致し、前記サック中心軸は前記弁ボディの中心軸に対しオフセットしていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記弁ボディは、
前記サック中心軸のオフセット側と反対側の前記弁座部と前記サック部との境界部に、前記ニードルの先端部との間の燃料通路の幅を狭めるように張り出す台部が設けられることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記弁ボディは、
前記第１スリット状噴孔の入口に対し前記第２スリット状噴孔の入口と反対側の前記サック部の底壁に、前記第１スリット状噴孔の入口よりも前記ニードル側に位置する段差部が設けられ、
前記ニードルの先端部が前記弁座部に当接した状態から全開状態にいたるまでのニードルリフト量の変化に応じて、前記燃料通路から前記第１スリット状噴孔および前記第２スリット状噴孔に流入する燃料量のバランスが変化することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記第１スリット状噴孔の前記弁ボディの中心軸に対する角度は、前記第２スリット状噴孔の前記弁ボディの中心軸に対する角度よりも相対的に大きく形成され、
前記第１スリット状噴孔の出口と前記第２スリット状噴孔の出口とは、重複する位置に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９６２４２（Ｐ２０１３−９６２４２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７１２２（Ｐ２０１１−２３７１２２）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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