燃料噴射弁
【課題】 燃料の微粒化を図るにあたり、低燃圧時から高燃圧時にかけて適量のキャビテーション気泡を発生させることが可能な燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】 燃料噴射弁１Ａは、噴孔２ａが形成されたボディ２と、ボディ２内を摺動することで、噴孔２ａを開閉する内側ニードル３と、ボディ２内、且つ内側ニードル３の外側に設けられるとともに、噴孔２ａの入口にボディ２および内側ニードル３とともに拡大室５を形成し、ボディ２内を摺動することによって容積変化する拡大室５を、ボディ２とともに段階的な態様で拡大することが可能な形状に形成された外側ニードル４と、摺動方向においてボディ２と外側ニードル４との間に設けられ、拡大室５の体積を温度に応じて可変にするワックス６と、を備える。
【解決手段】 燃料噴射弁１Ａは、噴孔２ａが形成されたボディ２と、ボディ２内を摺動することで、噴孔２ａを開閉する内側ニードル３と、ボディ２内、且つ内側ニードル３の外側に設けられるとともに、噴孔２ａの入口にボディ２および内側ニードル３とともに拡大室５を形成し、ボディ２内を摺動することによって容積変化する拡大室５を、ボディ２とともに段階的な態様で拡大することが可能な形状に形成された外側ニードル４と、摺動方向においてボディ２と外側ニードル４との間に設けられ、拡大室５の体積を温度に応じて可変にするワックス６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁し、特に燃料の微粒化を図るための燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料噴射弁は内燃機関などで用いられている。内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された燃料の微粒化を図ることで、燃料の気化や燃焼を促進することができる。この点、燃料の微粒化を図る技術である点で本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１、２で開示されている。
このほか、燃料噴射弁の噴孔断面積を可変にする技術が例えば特許文献３、４で、温度に応じて燃料噴射量を可変にする技術が例えば特許文献５で、電子制御の可変機構を有する技術が例えば特許文献６でそれぞれ開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９４８１号公報
【特許文献２】特開２００７−３０９２３６号公報
【特許文献３】特開２００３−２１４２９８号公報
【特許文献４】特開２０００−２７７３８号公報
【特許文献５】特開２００６−２６６１４５号公報
【特許文献６】特開２００６−３１６６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料噴射弁の燃料流路の一部に澱み場を設けた場合、澱み場では燃料流通時に渦流が発生する。そして、中心圧力が飽和蒸気圧以下に低下した渦流では、キャビテーション気泡が発生する。キャビテーション気泡は、噴孔から燃料が噴射された後、急激に成長して崩壊する。そしてこれにより、燃料の微粒化を図ることができる。
この点、例えば特許文献１が開示する技術では、噴孔を第１噴孔部とその下流側に位置する第２噴孔部とで構成するとともに、第２噴孔部に燃料噴流の一部を収容する収容部を設けている。そしてかかる構成により、燃料噴流の外周表面近傍にキャビテーション気泡を発生させ、燃料の微粒化に利用している。
【０００５】
ところが、キャビテーション気泡の発生にあたっては以下に示す問題がある。
図１１（ａ）に示すように、高燃圧時（燃料流速高速時）には、燃料主流Ｆが澱み場Ｓで剥離するとともに、澱み場Ｓに渦流Ｒが発生する。そしてこの場合には燃料の流速が高いことから、渦流Ｒの中心圧力が十分低下し、より多くのキャビテーション気泡を発生させることができる。このためこの場合には、キャビテーション気泡の崩壊Ｃによって燃料の微粒化を促進することができる。
【０００６】
一方、図１１（ｂ）に示すように、低燃圧時（燃料流速低速時）には、燃料主流Ｆが剥離し難く、澱み場Ｓに渦流Ｒが発生しても燃料主流Ｆの流速が遅くなっている。このためこの場合には、渦流Ｒの回転速度が相対的に低くなり、渦流Ｒの中心圧力の低下が不十分となる。そしてこの場合には、発生するキャビテーション気泡の量が減少し、燃料微粒化の促進度合いも低下する。
【０００７】
これに対して特許文献１の開示技術では、低燃圧時と高燃圧時とを通じて、第２の噴孔部に設けられた収容部の大きさは一定となっている。このため、当該開示技術では、キャビテーション気泡を発生させるにあたり、例えば収容部の大きさが高燃圧時には適切となる一方で、低燃圧時には相対的に大きくなり過ぎるといった不都合が生じることが考えられる。そしてこの場合には、低燃圧時から高燃圧時にかけて必ずしも適量のキャビテーション気泡を発生させることができない虞があると考えられる点で問題があった。
【０００８】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料の微粒化を図るにあたり、低燃圧時から高燃圧時にかけて適量のキャビテーション気泡を発生させることが可能な燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明は、噴孔が形成されたボディと、前記ボディ内を摺動することで、前記噴孔を開閉する内側ニードルと、前記ボディ内、且つ前記内側ニードルの外側に設けられるとともに、前記噴孔の入口に前記ボディおよび前記内側ニードルとともに拡大室を形成し、前記ボディ内を摺動することによって容積変化する前記拡大室を、前記ボディとともに段階的な態様で拡大することが可能な形状に形成された外側ニードルと、摺動方向において前記ボディと前記外側ニードルとの間に設けられ、前記拡大室の体積を温度に応じて可変にする熱膨張体と、を備えた燃料噴射弁である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料の微粒化を図るにあたり、低燃圧時から高燃圧時にかけて、適量のキャビテーション気泡を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内燃機関５０の要部をＥＣＵ３０とともに模式的に示す図である。
【図２】燃料噴射弁１Ａの要部を模式的に示す図である。
【図３】図２に示すＡ部の拡大図である。具体的には、（ａ）は外側ニードル４の先端部４ａがボディ２の底部２ｂに当接している状態を示しており、（ｂ）は先端部４ａが底部２ｂと離間している状態を示している。
【図４】外側ニードル４の位置を燃圧に応じて規定したマップデータを模式的に示す図である。
【図５】ＥＣＵ３０の動作をフローチャートで示す図である。
【図６】燃料噴射弁１Ａを流通する燃料の流動態様を模式的に示す図である。具体的には、（ａ）は低燃圧時の流動態様を示しており、（ｂ）は高燃圧時の流動態様を示している。
【図７】燃料噴射弁１Ｂの要部を模式的に示す図である。
【図８】燃料噴射弁１Ｃの要部を模式的に示す図である。
【図９】燃料噴射弁１Ｃ´を流通する燃料の流動態様を模式的に示す図である。
【図１０】燃料噴射弁１Ｃを流通する燃料の流動態様を模式的に示す図である。具体的には、（ａ）は機関冷間始動時（低燃圧時）の流動態様を示しており、（ｂ）は温度上昇時（高燃圧時）の流動態様を示している。
【図１１】キャビテーション気泡の発生に関連する燃料の流動態様を模式的に示す図である。具体的には、（ａ）では高燃圧時の流動態様を示しており、（ｂ）では低燃圧時の流動態様を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
燃料噴射弁１Ａおよび関連する構成について図１および図２を用いて説明する。図１に示すように、燃料噴射弁１Ａは内燃機関５０に設けられている。内燃機関５０は燃料噴射弁１Ａのほか、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、吸気弁５５と、排気弁５６と、点火プラグ５７とを備えている。シリンダブロック５１にはシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５４はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。
【００１４】
シリンダヘッド５２には吸気ポート５２ａと排気ポート５２ｂとが形成されている。吸気ポート５２ａは燃焼室５４に吸気を導き、排気ポート５２ｂは燃焼室５４のガスを排気する。シリンダヘッド５２にはこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５、５６が設けられている。またシリンダヘッド５２には、燃焼室５４の上部略中央に電極を突出させた状態で点火プラグ５７が設けられている。さらにシリンダヘッド５２のうち、吸気ポート５２ａの下方の部分には、燃料噴射弁１Ａが設けられている。燃料噴射弁１Ａは筒内に燃料を直接噴射できるようになっている。なお、燃料噴射弁１Ａの配置はこれに限られない。
【００１５】
図２に示すように、燃料噴射弁１Ａはボディ２と、内側ニードル３と、外側ニードル４とを備えている。ボディ２は概ね有底円筒状の部材である。ボディ２の先端には噴孔２ａが形成されている。噴孔２ａの後端側は円筒部２ａａとなっており、先端側は円筒部２ａａから先端に向かって次第に拡径するテーパ部２ａｂとなっている。噴孔２ａは、その中心がボディ２の中心軸線と一致するように設けられている。噴孔２ａの後端側はボディ２の底部２ｂに開口している。底部２ｂには、凹部２ｂａが形成されている。凹部２ｂａは、底部２ｂのうち、径方向内側の部分が径方向外側の部分よりも円柱状に凹むように設けられており、その中心はボディ２の中心軸線と概ね一致している。したがって、噴孔２ａは具体的には凹部２ｂａの略中央に開口している。
【００１６】
内側ニードル３は概ね円柱状の部材であり、その中心軸線がボディ２の中心軸線と一致するようにボディ２内に設けられている。内側ニードル３は円柱部３ａと先端部３ｂとを備えている。先端部３ｂの形状は円柱部３ａよりも膨らんだ形状となっている。この先端部３ｂはテーパ部２ａｂに当接するように形成されており、具体的には断面五角形状の軸対称の形状に形成されている。内側ニードル３はボディ２内を摺動することで、噴孔２ａを開閉する。具体的には内側ニードル３は先端側に向かって摺動することで噴孔２ａを開き、後端側に向かって摺動することで噴孔２ａを閉じる。すなわち、燃料噴射弁１Ａは外開弁式の燃料噴射弁となっている。また先端部３ｂがテーパ部２ａｂに当接するように形成された内側ニードル３によって噴孔２ａを開閉することで、燃料噴射弁１Ａはホロコーン状の燃料噴霧を形成するようになっている。
【００１７】
外側ニードル４は概ね円筒状の部材であり、その中心軸線がボディ２の中心軸線と一致するようにボディ２内、且つ内側ニードル３の外側に設けられている。外側ニードル４はボディ２および内側ニードル３に対して摺動自在に設けられており、内側ニードル３は外側ニードル４に対して摺動自在に設けられている。
【００１８】
外側ニードル４の先端部４ａには、凸部４ａａが形成されている。凸部４ａａは、先端部４ａのうち、径方向内側の部分が径方向外側の部分よりも円柱状に突出するように設けられており、その中心軸線は外側ニードル４の中心軸線と概ね一致している。外側ニードル４の凸部４ａａとボディ２の凹部２ｂａとは、その径および軸方向の長さが互いに同等になっている。そしてこれにより、外側ニードル４の先端部４ａは、ボディ２の底部２ｂに当接できるようになっている。外側ニードル４には燃料流路４ｂが設けられている。燃料流路４ｂは円周方向に沿って略均等に複数設けられている。外側ニードル４は、ボディ２および内側ニードル３とともに噴孔２ａの入口に拡大室５を形成する。そして各燃料流路４ｂは、拡大室５に連通するように開口している。
【００１９】
図３（ａ）に示すように、外側ニードル４の先端部４ａがボディ２の底部２ｂに当接している状態において、拡大室５は具体的にはボディ２の円筒部２ａａと、内側ニードル３と、外側ニードル４の先端部４ａ（さらに具体的には凸部４ａａ）とによって形成されている。
一方、図３（ｂ）に示すように、外側ニードル４の先端部４ａがボディ２の底部２ｂと離間している状態において、拡大室５は具体的にはボディ２の円筒部２ａａおよび凹部２ｂａと、内側ニードル３と、外側ニードル４の先端部４ａ（さらに具体的には凸部４ａａ）とによって形成されている。
【００２０】
このように、外側ニードル４はボディ２内を摺動することによって容積変化する拡大室５を、ボディ２とともに段階的な態様で（換言すれば不連続的な態様で）拡大することが可能な形状に形成されている。そしてかかる形状は、本実施例では具体的にはボディ２の凹部２ｂａと外側ニードル４の凸部４ａａとによって実現されている。
【００２１】
図１に戻り、ＥＣＵ３０は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路と駆動回路とを備えている。ＥＣＵ３０には、燃圧を検知する燃圧センサ７１などの各種のセンサが電気的に接続されている。またＥＣＵ３０には、燃料噴射弁１Ａが制御対象として電気的に接続されている。この点、具体的には燃料噴射弁１Ａは図示しないアクチュエータを備えており、当該アクチュエータがＥＣＵ３０からの入力に応じて外側ニードル４を適宜の位置に駆動するようになっている。
【００２２】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ３０では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。
【００２３】
この点、ＥＣＵ３０では具体的には例えば燃圧に応じて外側ニードル４の位置を制御する制御手段が機能的に実現される。この制御手段は、具体的には図４に示すマップデータを参照するとともに、燃圧に応じた外側ニードル４の位置を読み込むことで、外側ニードル４の位置を制御するように実現される。この点、外側ニードル４は、燃圧が低い場合（所定値αよりも低い場合）には、底部２ｂに当接するようにその位置が制御され、燃圧が高い場合（所定値α以上である場合）には、底部２ｂから離間するようにその位置が制御される。さらに燃圧が高い場合には、外側ニードル４は燃圧が高いほど底部２ｂからより離れた位置に（より高い位置に）その位置が制御される。
【００２４】
次にＥＣＵ３０の動作を図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートは内燃機関５０運転中、ごく短い時間間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ３０は燃圧を検出する（ステップＳ１）。続いてＥＣＵ３０は、検出した燃圧に応じて外側ニードル４の位置を制御する（ステップＳ２）。これにより、燃圧に応じた所望の位置に外側ニードル４を駆動することができる。
【００２５】
次に燃料噴射弁１Ａの作用効果について図６を用いて説明する。ここで、低燃圧時には燃料噴射弁１Ａを流通する燃料の流速が低くなる。そして、燃料の流速が低いにも関わらずキャビテーション発生領域である澱み場の容積が不相応に大きい場合には、キャビテーション気泡を十分発生させることが困難になる。
これに対して燃料噴射弁１Ａでは、図６（ａ）に示すように、低燃圧時に外側ニードル４が底部２ｂと当接した状態となる。そしてこのときには、外側ニードル４が底部２ｂと離間した状態である場合と比較して拡大室５の大きさを小さくすることができる。そしてこれにより、澱み場の容積を燃料の流速が低流速である場合に見合った適切な大きさにすることができる。このため燃料噴射弁１Ａでは燃料の流速が低い低燃圧時でも、拡大室５で発生する渦流の中心圧力を十分低下させることができる。したがって、燃料噴射弁１Ａでは燃料の流速が低い低燃圧時でも、キャビテーション気泡を好適に発生させることができる。
【００２６】
一方、高燃圧時には燃料の流速が高くなる。そして、燃料の流速が高いにも関わらず澱み場の容積が不相応に小さい場合には、澱み場の容積不足によりキャビテーション気泡を十分発生させることが困難になる。
これに対して燃料噴射弁１Ａでは、図６（ｂ）に示すように、高燃圧時に外側ニードル４が離間状態となる。そしてこのときには、拡大室５の容積が当接状態から段階的な態様で拡大される。このため、燃料噴射弁１Ａでは高燃圧時に澱み場の容積変化度合いを大きくすることができる。そして燃料噴射弁１Ａでは、高燃圧時に燃圧に応じて澱み場の容積を変化させることで、高燃圧時の流速変化に応じた素早い容積変化を可能にすることができる。そしてこれにより、高燃圧時に澱み場の容積を流速に見合った適切な大きさにすることができる。このため燃料噴射弁１Ａでは低燃圧時から高燃圧時にかけて、適量のキャビテーション気泡を発生させることができる。
【実施例２】
【００２７】
本実施例に係る燃料噴射弁１Ｂについて図７を用いて説明する。燃料噴射弁１Ｂは、外側ニードル４駆動用のアクチュエータを特段備えていない点と、その代わりにワックス６を備えている点以外、燃料噴射弁１Ａと実質的に同一のものとなっている。なお、燃料噴射弁１Ｂは、例えば燃料噴射弁１Ａの代わりに内燃機関５０に適用することができる。
ワックス６は摺動方向においてボディ２と外側ニードル４との間に設けられている。具体的にはワックス６は、ボディ２の底部２ｂと、外側ニードル４の先端部４ａとの間、且つ径方向においてボディ２と外側ニードル４の凸部４ａａとの間の部分に設けられている。ワックス６は拡大室５の体積を温度に応じて可変にする熱膨張体となっている。なお、ワックス６の膨張開始温度や、温度変化に対する膨張度合い（傾き）や、最大膨張量など特性は調整が可能である。
【００２８】
次に燃料噴射弁１Ｂの作用効果について説明する。ここで、燃料は内燃機関５０の動力で駆動する図示しない燃料ポンプによって圧送されるようになっている。そしてこの場合には、一般に機関冷間始動時の低温時の燃圧上昇が遅いことから、燃圧が低燃圧となる。このため機関冷間始動時の低温時には、燃料噴射弁１Ｂを流通する燃料の流速も低くなる。
これに対して燃料噴射弁１Ｂでは、機関冷間時にワックス６が収縮することで拡大室５の容積を相対的に小さくすることができる。そしてこれにより、澱み場の容積を燃料の流速が低流速である場合に見合った適切な大きさにすることができる。このため燃料噴射弁１Ｂでは機関冷間時の低温時でも、拡大室５で発生する渦流の中心圧力を十分低下させることができ、キャビテーション気泡を好適に発生させることができる。
【００２９】
一方、温度上昇時には、燃圧が高まるとともに燃料の流速が高くなる。
これに対して燃料噴射弁１Ｂでは、温度上昇に応じてワックス６が膨張することで、段階的な態様で拡大されている拡大室５の容積を外側ニードル４がさらに拡大する。このため燃料噴射弁１Ｂでは、澱み場の容積を変化させるにあたり、より大きな変化度合いが要求される高燃圧時であっても、流速変化に応じた素早い容積変化を可能にすることができる。そしてこれにより、高燃圧時であっても澱み場の容積を流速に見合った適切な大きさにすることができる。このため燃料噴射弁１Ｂでは低燃圧時から高燃圧時にかけて、適量のキャビテーション気泡を発生させることができる。さらに燃料噴射弁１Ｂは、外側ニードル４駆動用のアクチュエータや駆動回路や制御プログラムを必要としない分、燃料噴射弁１Ａと比較してコスト的に有利な構成とすることができる。
【実施例３】
【００３０】
本実施例に係る燃料噴射弁１Ｃについて図８を用いて説明する。燃料噴射弁１Ｃはノズルボディ１１とノズルニードル１２とを備えている。ノズルボディ１１は概ね有底円筒状の部材であり、底部１１ａに噴孔１１ｂを備えている。この点、燃料噴射弁１Ｃはマルチホールタイプの燃料噴射弁となっており、噴孔１１ｂは周方向に沿って略等間隔で複数設けられている。噴孔１１ｂは先端側に向かってテーパ状に拡径しており、且つ噴孔１１ｂの中心軸線はノズルボディ１１の中心軸線との間の距離が先端側に向かって次第に大きくなるように傾斜している。この結果、噴孔１１ｂのうち、径方向外側に位置する壁面１１ｂａは、径方向内側に位置する壁面１１ｂｂよりもノズルボディ１１の中心軸線に対する傾斜の度合いが大きくなっている。
【００３１】
噴孔１１ｂ（より具体的には壁面１１ｂａ）の中間部には、収納部１１ｂｃが設けられている。収納部１１ｂｃは噴孔１１ｂから径方向に沿って延伸している。収納部１１ｂｃは略一定の高さおよび幅を有している。収納部１１ｂｃの幅は、対応する噴孔１１ｂの中間部の幅に合わせて設定されている。
収納部１１ｂｃには、可動式の隔壁１３とスプリング１４とが設けられている。隔壁１３は収納部１１ｂｃと同等の高さ（厚み）および幅を有しており、収納部１１ｂｃに摺動自在に設けられている。また、隔壁１３の先端は収納部１１ｂｃに完全に収納された状態で、壁面１１ｂａと面一の面を形成するよう、壁面１１ｂａに沿った形状に形成されている。スプリング１４は収納部１１ｂｃのうち、隔壁１３よりも径方向外側の部分に設けられている。
【００３２】
ノズルボディ１１のうち、収納部１１ｂｃの径方向外側の部分にはシリンダ部１１ｃが設けられている。シリンダ部１１ｃは収納部１１ｂｃと径方向同一軸線上に設けられており、収納部１１ｂｃの延伸方向に沿って円筒状に延伸している。
シリンダ部１１ｃにはピストン部材１５とワックス６とが設けられている。ピストン部材１５は円柱状の部材であり、シリンダ部１１ｃに摺動自在に設けられている。ワックス６はシリンダ部１１ｃのうち、ピストン部材１５よりも径方向内側の部分に設けられている。
隔壁１３とピストン部材１５とはロッド１６で連結されている。収納部１１ｂｃとシリンダ部１１ｃとはロッド１６を摺動自在にするかたちで連通している。
【００３３】
ノズルニードル１２は概ね円柱状の部材であり、その中心軸線がノズルボディ１１の中心軸線と一致するようにしてノズルボディ１１内に設けられている。ノズルニードル１２はノズルボディ１１内を摺動することで、噴孔１１ｂを開閉する。具体的にはノズルニードル１２は後端側に向かって摺動することで噴孔１１ｂを開き、先端側に向かって摺動することで噴孔１１ｂを閉じる。すなわち、燃料噴射弁１Ｃは内開弁式の燃料噴射弁となっている。
【００３４】
次に燃料噴射弁１Ｃの作用効果について説明する前に、まず隔壁１３等を備えていない点以外、燃料噴射弁１Ｃと実質的に同一である燃料噴射弁１Ｃ´の場合について図９を用いて説明する。図９に示すように、燃料はノズルボディ１１´およびノズルニードル１２間を流通し、その後、噴孔１１ｂに到達する。そしてこのとき燃料は噴孔１１ｂに対して鋭角に流入する。このため、燃料は壁面１１ｂｂに強く押し付けられるとともに、噴孔１１ｂ内を壁面１１ｂｂに沿って流通しようとする。そしてこれにより、燃料の薄膜化が促進される。また燃料が噴孔１１ｂに流入する際、噴孔１１ｂの入口、且つ壁面１１ｂａ側の部分では燃料の剥離が発生する。このため、噴孔１１ｂ内、且つ壁面１１ｂａ側の部分が澱み場となる。
【００３５】
かかる燃料の流動態様において、低燃圧である場合（燃料の流速が低い場合）には、澱み場で生成される渦流の回転速度が、流速が高い場合と比較して相対的に低くなる。したがってこの場合には、渦流の中心圧力の低下度合いが相対的に減少し、この結果、キャビテーション気泡の発生量が減少することになる。またこの場合には燃料の薄膜化も困難となり、この結果、燃料微粒化の促進効果が減少してしまうことになる。
【００３６】
これに対して燃料噴射弁１Ｃでは、図１０（ａ）に示すように機関冷間時の低温時にワックス６が収縮する。そしてこの結果、燃料噴射弁１Ｃでは隔壁１３の先端がスプリング１４の付勢力によって収納部１１ｂｃから突出した状態となる。そしてこれにより、澱み場の容積を縮小できることから、発生する渦流の回転速度を高めることができ、以って燃料噴射弁１Ｃ´と比較してより多くのキャビテーション気泡を発生させることができる。またこの場合には、噴孔１１ｂ内、且つ隔壁１３よりも下流側（先端側）の部分に筒内からの空気の逆流が発生する。このためこの場合には、薄膜化された燃料の液膜厚さを維持することができ、以って薄膜化が阻害されることによる燃料微粒化の悪化も抑制できる。
【００３７】
一方、温度上昇時にはワックス６が膨張するとともに隔壁１３が後退し、最終的には図１０（ｂ）に示すように、隔壁１３が収納部１１ｂｃに収納された状態となる。一方、温度上昇時には機関冷間時の低温時と比較して燃圧および燃料の流速が高まることから、より大きな澱み場を確保することで十分な量のキャビテーション気泡を発生させることができる。またキャビテーション気泡の発生量が十分なため、燃料の薄膜化も図ることができ、この結果、燃料微粒化を好適に促進することができる。
【００３８】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定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変形実施可能である。
例えば上述した実施例１、２では、燃料噴射弁がホロコーン状の燃料噴霧を形成する外開弁式の燃料噴射弁１Ａ、１Ｂである場合について説明した。これは、本発明の適用がかかる燃料噴射弁に対して構造上容易であることや、かかる燃料噴射弁は筒内直接燃料噴射に有利な構造を備えるが故に筒内直接燃料噴射用として用いられることが多く、この結果、より一層の燃料の微粒化が望まれることなどによるものである。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、燃料噴射弁はその他の適宜の燃料噴射弁であってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１ 燃料噴射弁
２ ボディ
２ａ 噴孔
２ｂ 底部
２ｂａ 凹部
３ 内側ニードル
４ 外側ニードル
４ａ 先端部
４ａａ 凸部
５ 拡大室
６ ワックス
１１ ノズルボディ
１２ ノズルニードル
１３ 隔壁
１４ スプリング
１５ ピストン部材
３０ ＥＣＵ
５０ 内燃機関
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁し、特に燃料の微粒化を図るための燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料噴射弁は内燃機関などで用いられている。内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された燃料の微粒化を図ることで、燃料の気化や燃焼を促進することができる。この点、燃料の微粒化を図る技術である点で本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１、２で開示されている。
このほか、燃料噴射弁の噴孔断面積を可変にする技術が例えば特許文献３、４で、温度に応じて燃料噴射量を可変にする技術が例えば特許文献５で、電子制御の可変機構を有する技術が例えば特許文献６でそれぞれ開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９４８１号公報
【特許文献２】特開２００７−３０９２３６号公報
【特許文献３】特開２００３−２１４２９８号公報
【特許文献４】特開２０００−２７７３８号公報
【特許文献５】特開２００６−２６６１４５号公報
【特許文献６】特開２００６−３１６６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料噴射弁の燃料流路の一部に澱み場を設けた場合、澱み場では燃料流通時に渦流が発生する。そして、中心圧力が飽和蒸気圧以下に低下した渦流では、キャビテーション気泡が発生する。キャビテーション気泡は、噴孔から燃料が噴射された後、急激に成長して崩壊する。そしてこれにより、燃料の微粒化を図ることができる。
この点、例えば特許文献１が開示する技術では、噴孔を第１噴孔部とその下流側に位置する第２噴孔部とで構成するとともに、第２噴孔部に燃料噴流の一部を収容する収容部を設けている。そしてかかる構成により、燃料噴流の外周表面近傍にキャビテーション気泡を発生させ、燃料の微粒化に利用している。
【０００５】
ところが、キャビテーション気泡の発生にあたっては以下に示す問題がある。
図１１（ａ）に示すように、高燃圧時（燃料流速高速時）には、燃料主流Ｆが澱み場Ｓで剥離するとともに、澱み場Ｓに渦流Ｒが発生する。そしてこの場合には燃料の流速が高いことから、渦流Ｒの中心圧力が十分低下し、より多くのキャビテーション気泡を発生させることができる。このためこの場合には、キャビテーション気泡の崩壊Ｃによって燃料の微粒化を促進することができる。
【０００６】
一方、図１１（ｂ）に示すように、低燃圧時（燃料流速低速時）には、燃料主流Ｆが剥離し難く、澱み場Ｓに渦流Ｒが発生しても燃料主流Ｆの流速が遅くなっている。このためこの場合には、渦流Ｒの回転速度が相対的に低くなり、渦流Ｒの中心圧力の低下が不十分となる。そしてこの場合には、発生するキャビテーション気泡の量が減少し、燃料微粒化の促進度合いも低下する。
【０００７】
これに対して特許文献１の開示技術では、低燃圧時と高燃圧時とを通じて、第２の噴孔部に設けられた収容部の大きさは一定となっている。このため、当該開示技術では、キャビテーション気泡を発生させるにあたり、例えば収容部の大きさが高燃圧時には適切となる一方で、低燃圧時には相対的に大きくなり過ぎるといった不都合が生じることが考えられる。そしてこの場合には、低燃圧時から高燃圧時にかけて必ずしも適量のキャビテーション気泡を発生させることができない虞があると考えられる点で問題があった。
【０００８】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料の微粒化を図るにあたり、低燃圧時から高燃圧時にかけて適量のキャビテーション気泡を発生させることが可能な燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明は、噴孔が形成されたボディと、前記ボディ内を摺動することで、前記噴孔を開閉する内側ニードルと、前記ボディ内、且つ前記内側ニードルの外側に設けられるとともに、前記噴孔の入口に前記ボディおよび前記内側ニードルとともに拡大室を形成し、前記ボディ内を摺動することによって容積変化する前記拡大室を、前記ボディとともに段階的な態様で拡大することが可能な形状に形成された外側ニードルと、摺動方向において前記ボディと前記外側ニードルとの間に設けられ、前記拡大室の体積を温度に応じて可変にする熱膨張体と、を備えた燃料噴射弁である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料の微粒化を図るにあたり、低燃圧時から高燃圧時にかけて、適量のキャビテーション気泡を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】内燃機関５０の要部をＥＣＵ３０とともに模式的に示す図である。
【図２】燃料噴射弁１Ａの要部を模式的に示す図である。
【図３】図２に示すＡ部の拡大図である。具体的には、（ａ）は外側ニードル４の先端部４ａがボディ２の底部２ｂに当接している状態を示しており、（ｂ）は先端部４ａが底部２ｂと離間している状態を示している。
【図４】外側ニードル４の位置を燃圧に応じて規定したマップデータを模式的に示す図である。
【図５】ＥＣＵ３０の動作をフローチャートで示す図である。
【図６】燃料噴射弁１Ａを流通する燃料の流動態様を模式的に示す図である。具体的には、（ａ）は低燃圧時の流動態様を示しており、（ｂ）は高燃圧時の流動態様を示している。
【図７】燃料噴射弁１Ｂの要部を模式的に示す図である。
【図８】燃料噴射弁１Ｃの要部を模式的に示す図である。
【図９】燃料噴射弁１Ｃ´を流通する燃料の流動態様を模式的に示す図である。
【図１０】燃料噴射弁１Ｃを流通する燃料の流動態様を模式的に示す図である。具体的には、（ａ）は機関冷間始動時（低燃圧時）の流動態様を示しており、（ｂ）は温度上昇時（高燃圧時）の流動態様を示している。
【図１１】キャビテーション気泡の発生に関連する燃料の流動態様を模式的に示す図である。具体的には、（ａ）では高燃圧時の流動態様を示しており、（ｂ）では低燃圧時の流動態様を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
燃料噴射弁１Ａおよび関連する構成について図１および図２を用いて説明する。図１に示すように、燃料噴射弁１Ａは内燃機関５０に設けられている。内燃機関５０は燃料噴射弁１Ａのほか、シリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、吸気弁５５と、排気弁５６と、点火プラグ５７とを備えている。シリンダブロック５１にはシリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室５４はシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。
【００１４】
シリンダヘッド５２には吸気ポート５２ａと排気ポート５２ｂとが形成されている。吸気ポート５２ａは燃焼室５４に吸気を導き、排気ポート５２ｂは燃焼室５４のガスを排気する。シリンダヘッド５２にはこれら吸排気ポート５２ａ及び５２ｂを開閉するための吸排気弁５５、５６が設けられている。またシリンダヘッド５２には、燃焼室５４の上部略中央に電極を突出させた状態で点火プラグ５７が設けられている。さらにシリンダヘッド５２のうち、吸気ポート５２ａの下方の部分には、燃料噴射弁１Ａが設けられている。燃料噴射弁１Ａは筒内に燃料を直接噴射できるようになっている。なお、燃料噴射弁１Ａの配置はこれに限られない。
【００１５】
図２に示すように、燃料噴射弁１Ａはボディ２と、内側ニードル３と、外側ニードル４とを備えている。ボディ２は概ね有底円筒状の部材である。ボディ２の先端には噴孔２ａが形成されている。噴孔２ａの後端側は円筒部２ａａとなっており、先端側は円筒部２ａａから先端に向かって次第に拡径するテーパ部２ａｂとなっている。噴孔２ａは、その中心がボディ２の中心軸線と一致するように設けられている。噴孔２ａの後端側はボディ２の底部２ｂに開口している。底部２ｂには、凹部２ｂａが形成されている。凹部２ｂａは、底部２ｂのうち、径方向内側の部分が径方向外側の部分よりも円柱状に凹むように設けられており、その中心はボディ２の中心軸線と概ね一致している。したがって、噴孔２ａは具体的には凹部２ｂａの略中央に開口している。
【００１６】
内側ニードル３は概ね円柱状の部材であり、その中心軸線がボディ２の中心軸線と一致するようにボディ２内に設けられている。内側ニードル３は円柱部３ａと先端部３ｂとを備えている。先端部３ｂの形状は円柱部３ａよりも膨らんだ形状となっている。この先端部３ｂはテーパ部２ａｂに当接するように形成されており、具体的には断面五角形状の軸対称の形状に形成されている。内側ニードル３はボディ２内を摺動することで、噴孔２ａを開閉する。具体的には内側ニードル３は先端側に向かって摺動することで噴孔２ａを開き、後端側に向かって摺動することで噴孔２ａを閉じる。すなわち、燃料噴射弁１Ａは外開弁式の燃料噴射弁となっている。また先端部３ｂがテーパ部２ａｂに当接するように形成された内側ニードル３によって噴孔２ａを開閉することで、燃料噴射弁１Ａはホロコーン状の燃料噴霧を形成するようになっている。
【００１７】
外側ニードル４は概ね円筒状の部材であり、その中心軸線がボディ２の中心軸線と一致するようにボディ２内、且つ内側ニードル３の外側に設けられている。外側ニードル４はボディ２および内側ニードル３に対して摺動自在に設けられており、内側ニードル３は外側ニードル４に対して摺動自在に設けられている。
【００１８】
外側ニードル４の先端部４ａには、凸部４ａａが形成されている。凸部４ａａは、先端部４ａのうち、径方向内側の部分が径方向外側の部分よりも円柱状に突出するように設けられており、その中心軸線は外側ニードル４の中心軸線と概ね一致している。外側ニードル４の凸部４ａａとボディ２の凹部２ｂａとは、その径および軸方向の長さが互いに同等になっている。そしてこれにより、外側ニードル４の先端部４ａは、ボディ２の底部２ｂに当接できるようになっている。外側ニードル４には燃料流路４ｂが設けられている。燃料流路４ｂは円周方向に沿って略均等に複数設けられている。外側ニードル４は、ボディ２および内側ニードル３とともに噴孔２ａの入口に拡大室５を形成する。そして各燃料流路４ｂは、拡大室５に連通するように開口している。
【００１９】
図３（ａ）に示すように、外側ニードル４の先端部４ａがボディ２の底部２ｂに当接している状態において、拡大室５は具体的にはボディ２の円筒部２ａａと、内側ニードル３と、外側ニードル４の先端部４ａ（さらに具体的には凸部４ａａ）とによって形成されている。
一方、図３（ｂ）に示すように、外側ニードル４の先端部４ａがボディ２の底部２ｂと離間している状態において、拡大室５は具体的にはボディ２の円筒部２ａａおよび凹部２ｂａと、内側ニードル３と、外側ニードル４の先端部４ａ（さらに具体的には凸部４ａａ）とによって形成されている。
【００２０】
このように、外側ニードル４はボディ２内を摺動することによって容積変化する拡大室５を、ボディ２とともに段階的な態様で（換言すれば不連続的な態様で）拡大することが可能な形状に形成されている。そしてかかる形状は、本実施例では具体的にはボディ２の凹部２ｂａと外側ニードル４の凸部４ａａとによって実現されている。
【００２１】
図１に戻り、ＥＣＵ３０は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路と駆動回路とを備えている。ＥＣＵ３０には、燃圧を検知する燃圧センサ７１などの各種のセンサが電気的に接続されている。またＥＣＵ３０には、燃料噴射弁１Ａが制御対象として電気的に接続されている。この点、具体的には燃料噴射弁１Ａは図示しないアクチュエータを備えており、当該アクチュエータがＥＣＵ３０からの入力に応じて外側ニードル４を適宜の位置に駆動するようになっている。
【００２２】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ３０では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。
【００２３】
この点、ＥＣＵ３０では具体的には例えば燃圧に応じて外側ニードル４の位置を制御する制御手段が機能的に実現される。この制御手段は、具体的には図４に示すマップデータを参照するとともに、燃圧に応じた外側ニードル４の位置を読み込むことで、外側ニードル４の位置を制御するように実現される。この点、外側ニードル４は、燃圧が低い場合（所定値αよりも低い場合）には、底部２ｂに当接するようにその位置が制御され、燃圧が高い場合（所定値α以上である場合）には、底部２ｂから離間するようにその位置が制御される。さらに燃圧が高い場合には、外側ニードル４は燃圧が高いほど底部２ｂからより離れた位置に（より高い位置に）その位置が制御される。
【００２４】
次にＥＣＵ３０の動作を図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートは内燃機関５０運転中、ごく短い時間間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ３０は燃圧を検出する（ステップＳ１）。続いてＥＣＵ３０は、検出した燃圧に応じて外側ニードル４の位置を制御する（ステップＳ２）。これにより、燃圧に応じた所望の位置に外側ニードル４を駆動することができる。
【００２５】
次に燃料噴射弁１Ａの作用効果について図６を用いて説明する。ここで、低燃圧時には燃料噴射弁１Ａを流通する燃料の流速が低くなる。そして、燃料の流速が低いにも関わらずキャビテーション発生領域である澱み場の容積が不相応に大きい場合には、キャビテーション気泡を十分発生させることが困難になる。
これに対して燃料噴射弁１Ａでは、図６（ａ）に示すように、低燃圧時に外側ニードル４が底部２ｂと当接した状態となる。そしてこのときには、外側ニードル４が底部２ｂと離間した状態である場合と比較して拡大室５の大きさを小さくすることができる。そしてこれにより、澱み場の容積を燃料の流速が低流速である場合に見合った適切な大きさにすることができる。このため燃料噴射弁１Ａでは燃料の流速が低い低燃圧時でも、拡大室５で発生する渦流の中心圧力を十分低下させることができる。したがって、燃料噴射弁１Ａでは燃料の流速が低い低燃圧時でも、キャビテーション気泡を好適に発生させることができる。
【００２６】
一方、高燃圧時には燃料の流速が高くなる。そして、燃料の流速が高いにも関わらず澱み場の容積が不相応に小さい場合には、澱み場の容積不足によりキャビテーション気泡を十分発生させることが困難になる。
これに対して燃料噴射弁１Ａでは、図６（ｂ）に示すように、高燃圧時に外側ニードル４が離間状態となる。そしてこのときには、拡大室５の容積が当接状態から段階的な態様で拡大される。このため、燃料噴射弁１Ａでは高燃圧時に澱み場の容積変化度合いを大きくすることができる。そして燃料噴射弁１Ａでは、高燃圧時に燃圧に応じて澱み場の容積を変化させることで、高燃圧時の流速変化に応じた素早い容積変化を可能にすることができる。そしてこれにより、高燃圧時に澱み場の容積を流速に見合った適切な大きさにすることができる。このため燃料噴射弁１Ａでは低燃圧時から高燃圧時にかけて、適量のキャビテーション気泡を発生させることができる。
【実施例２】
【００２７】
本実施例に係る燃料噴射弁１Ｂについて図７を用いて説明する。燃料噴射弁１Ｂは、外側ニードル４駆動用のアクチュエータを特段備えていない点と、その代わりにワックス６を備えている点以外、燃料噴射弁１Ａと実質的に同一のものとなっている。なお、燃料噴射弁１Ｂは、例えば燃料噴射弁１Ａの代わりに内燃機関５０に適用することができる。
ワックス６は摺動方向においてボディ２と外側ニードル４との間に設けられている。具体的にはワックス６は、ボディ２の底部２ｂと、外側ニードル４の先端部４ａとの間、且つ径方向においてボディ２と外側ニードル４の凸部４ａａとの間の部分に設けられている。ワックス６は拡大室５の体積を温度に応じて可変にする熱膨張体となっている。なお、ワックス６の膨張開始温度や、温度変化に対する膨張度合い（傾き）や、最大膨張量など特性は調整が可能である。
【００２８】
次に燃料噴射弁１Ｂの作用効果について説明する。ここで、燃料は内燃機関５０の動力で駆動する図示しない燃料ポンプによって圧送されるようになっている。そしてこの場合には、一般に機関冷間始動時の低温時の燃圧上昇が遅いことから、燃圧が低燃圧となる。このため機関冷間始動時の低温時には、燃料噴射弁１Ｂを流通する燃料の流速も低くなる。
これに対して燃料噴射弁１Ｂでは、機関冷間時にワックス６が収縮することで拡大室５の容積を相対的に小さくすることができる。そしてこれにより、澱み場の容積を燃料の流速が低流速である場合に見合った適切な大きさにすることができる。このため燃料噴射弁１Ｂでは機関冷間時の低温時でも、拡大室５で発生する渦流の中心圧力を十分低下させることができ、キャビテーション気泡を好適に発生させることができる。
【００２９】
一方、温度上昇時には、燃圧が高まるとともに燃料の流速が高くなる。
これに対して燃料噴射弁１Ｂでは、温度上昇に応じてワックス６が膨張することで、段階的な態様で拡大されている拡大室５の容積を外側ニードル４がさらに拡大する。このため燃料噴射弁１Ｂでは、澱み場の容積を変化させるにあたり、より大きな変化度合いが要求される高燃圧時であっても、流速変化に応じた素早い容積変化を可能にすることができる。そしてこれにより、高燃圧時であっても澱み場の容積を流速に見合った適切な大きさにすることができる。このため燃料噴射弁１Ｂでは低燃圧時から高燃圧時にかけて、適量のキャビテーション気泡を発生させることができる。さらに燃料噴射弁１Ｂは、外側ニードル４駆動用のアクチュエータや駆動回路や制御プログラムを必要としない分、燃料噴射弁１Ａと比較してコスト的に有利な構成とすることができる。
【実施例３】
【００３０】
本実施例に係る燃料噴射弁１Ｃについて図８を用いて説明する。燃料噴射弁１Ｃはノズルボディ１１とノズルニードル１２とを備えている。ノズルボディ１１は概ね有底円筒状の部材であり、底部１１ａに噴孔１１ｂを備えている。この点、燃料噴射弁１Ｃはマルチホールタイプの燃料噴射弁となっており、噴孔１１ｂは周方向に沿って略等間隔で複数設けられている。噴孔１１ｂは先端側に向かってテーパ状に拡径しており、且つ噴孔１１ｂの中心軸線はノズルボディ１１の中心軸線との間の距離が先端側に向かって次第に大きくなるように傾斜している。この結果、噴孔１１ｂのうち、径方向外側に位置する壁面１１ｂａは、径方向内側に位置する壁面１１ｂｂよりもノズルボディ１１の中心軸線に対する傾斜の度合いが大きくなっている。
【００３１】
噴孔１１ｂ（より具体的には壁面１１ｂａ）の中間部には、収納部１１ｂｃが設けられている。収納部１１ｂｃは噴孔１１ｂから径方向に沿って延伸している。収納部１１ｂｃは略一定の高さおよび幅を有している。収納部１１ｂｃの幅は、対応する噴孔１１ｂの中間部の幅に合わせて設定されている。
収納部１１ｂｃには、可動式の隔壁１３とスプリング１４とが設けられている。隔壁１３は収納部１１ｂｃと同等の高さ（厚み）および幅を有しており、収納部１１ｂｃに摺動自在に設けられている。また、隔壁１３の先端は収納部１１ｂｃに完全に収納された状態で、壁面１１ｂａと面一の面を形成するよう、壁面１１ｂａに沿った形状に形成されている。スプリング１４は収納部１１ｂｃのうち、隔壁１３よりも径方向外側の部分に設けられている。
【００３２】
ノズルボディ１１のうち、収納部１１ｂｃの径方向外側の部分にはシリンダ部１１ｃが設けられている。シリンダ部１１ｃは収納部１１ｂｃと径方向同一軸線上に設けられており、収納部１１ｂｃの延伸方向に沿って円筒状に延伸している。
シリンダ部１１ｃにはピストン部材１５とワックス６とが設けられている。ピストン部材１５は円柱状の部材であり、シリンダ部１１ｃに摺動自在に設けられている。ワックス６はシリンダ部１１ｃのうち、ピストン部材１５よりも径方向内側の部分に設けられている。
隔壁１３とピストン部材１５とはロッド１６で連結されている。収納部１１ｂｃとシリンダ部１１ｃとはロッド１６を摺動自在にするかたちで連通している。
【００３３】
ノズルニードル１２は概ね円柱状の部材であり、その中心軸線がノズルボディ１１の中心軸線と一致するようにしてノズルボディ１１内に設けられている。ノズルニードル１２はノズルボディ１１内を摺動することで、噴孔１１ｂを開閉する。具体的にはノズルニードル１２は後端側に向かって摺動することで噴孔１１ｂを開き、先端側に向かって摺動することで噴孔１１ｂを閉じる。すなわち、燃料噴射弁１Ｃは内開弁式の燃料噴射弁となっている。
【００３４】
次に燃料噴射弁１Ｃの作用効果について説明する前に、まず隔壁１３等を備えていない点以外、燃料噴射弁１Ｃと実質的に同一である燃料噴射弁１Ｃ´の場合について図９を用いて説明する。図９に示すように、燃料はノズルボディ１１´およびノズルニードル１２間を流通し、その後、噴孔１１ｂに到達する。そしてこのとき燃料は噴孔１１ｂに対して鋭角に流入する。このため、燃料は壁面１１ｂｂに強く押し付けられるとともに、噴孔１１ｂ内を壁面１１ｂｂに沿って流通しようとする。そしてこれにより、燃料の薄膜化が促進される。また燃料が噴孔１１ｂに流入する際、噴孔１１ｂの入口、且つ壁面１１ｂａ側の部分では燃料の剥離が発生する。このため、噴孔１１ｂ内、且つ壁面１１ｂａ側の部分が澱み場となる。
【００３５】
かかる燃料の流動態様において、低燃圧である場合（燃料の流速が低い場合）には、澱み場で生成される渦流の回転速度が、流速が高い場合と比較して相対的に低くなる。したがってこの場合には、渦流の中心圧力の低下度合いが相対的に減少し、この結果、キャビテーション気泡の発生量が減少することになる。またこの場合には燃料の薄膜化も困難となり、この結果、燃料微粒化の促進効果が減少してしまうことになる。
【００３６】
これに対して燃料噴射弁１Ｃでは、図１０（ａ）に示すように機関冷間時の低温時にワックス６が収縮する。そしてこの結果、燃料噴射弁１Ｃでは隔壁１３の先端がスプリング１４の付勢力によって収納部１１ｂｃから突出した状態となる。そしてこれにより、澱み場の容積を縮小できることから、発生する渦流の回転速度を高めることができ、以って燃料噴射弁１Ｃ´と比較してより多くのキャビテーション気泡を発生させることができる。またこの場合には、噴孔１１ｂ内、且つ隔壁１３よりも下流側（先端側）の部分に筒内からの空気の逆流が発生する。このためこの場合には、薄膜化された燃料の液膜厚さを維持することができ、以って薄膜化が阻害されることによる燃料微粒化の悪化も抑制できる。
【００３７】
一方、温度上昇時にはワックス６が膨張するとともに隔壁１３が後退し、最終的には図１０（ｂ）に示すように、隔壁１３が収納部１１ｂｃに収納された状態となる。一方、温度上昇時には機関冷間時の低温時と比較して燃圧および燃料の流速が高まることから、より大きな澱み場を確保することで十分な量のキャビテーション気泡を発生させることができる。またキャビテーション気泡の発生量が十分なため、燃料の薄膜化も図ることができ、この結果、燃料微粒化を好適に促進することができる。
【００３８】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定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変形実施可能である。
例えば上述した実施例１、２では、燃料噴射弁がホロコーン状の燃料噴霧を形成する外開弁式の燃料噴射弁１Ａ、１Ｂである場合について説明した。これは、本発明の適用がかかる燃料噴射弁に対して構造上容易であることや、かかる燃料噴射弁は筒内直接燃料噴射に有利な構造を備えるが故に筒内直接燃料噴射用として用いられることが多く、この結果、より一層の燃料の微粒化が望まれることなどによるものである。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、燃料噴射弁はその他の適宜の燃料噴射弁であってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１ 燃料噴射弁
２ ボディ
２ａ 噴孔
２ｂ 底部
２ｂａ 凹部
３ 内側ニードル
４ 外側ニードル
４ａ 先端部
４ａａ 凸部
５ 拡大室
６ ワックス
１１ ノズルボディ
１２ ノズルニードル
１３ 隔壁
１４ スプリング
１５ ピストン部材
３０ ＥＣＵ
５０ 内燃機関
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔が形成されたボディと、
前記ボディ内を摺動することで、前記噴孔を開閉する内側ニードルと、
前記ボディ内、且つ前記内側ニードルの外側に設けられるとともに、前記噴孔の入口に前記ボディおよび前記内側ニードルとともに拡大室を形成し、前記ボディ内を摺動することによって容積変化する前記拡大室を、前記ボディとともに段階的な態様で拡大することが可能な形状に形成された外側ニードルと、
摺動方向において前記ボディと前記外側ニードルとの間に設けられ、前記拡大室の体積を温度に応じて可変にする熱膨張体と、を備えた燃料噴射弁。
【請求項１】
噴孔が形成されたボディと、
前記ボディ内を摺動することで、前記噴孔を開閉する内側ニードルと、
前記ボディ内、且つ前記内側ニードルの外側に設けられるとともに、前記噴孔の入口に前記ボディおよび前記内側ニードルとともに拡大室を形成し、前記ボディ内を摺動することによって容積変化する前記拡大室を、前記ボディとともに段階的な態様で拡大することが可能な形状に形成された外側ニードルと、
摺動方向において前記ボディと前記外側ニードルとの間に設けられ、前記拡大室の体積を温度に応じて可変にする熱膨張体と、を備えた燃料噴射弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１０６３２１（Ｐ２０１１−１０６３２１Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１３１０（Ｐ２００９−２６１３１０）
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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