JP5593796B2 - 燃料噴射ノズルおよび直接噴射式燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射ノズルおよび直接噴射式燃料噴射弁に関する。

内燃機関の燃費や排気エミッションを改善するために、燃焼室内での噴射燃料と吸入空気との混合を促進することで燃焼性を向上させることが要求されている。噴射燃料と吸入空気との混合を促進する手段の一つとして、従来、噴射燃料に所定の回転を付与する燃料噴射ノズルが知られている。

このような燃料噴射ノズルとしては、ノズル本体の中空穴の壁面と針弁の摺動面との間に螺旋状の燃料通路を形成し、燃料通路を通過する燃料に対して回転成分を付与して燃料溜まりで回転流を生成させることにより、噴射燃料にノズル本体の軸線方向の速度に加えて接線方向の速度を与えて燃焼室内の半径方向に分散させる技術が特許文献１に開示されている。

また、噴射燃料と吸入空気との混合を促進するために、噴射燃料の噴霧粒径を微細化する手法が広く適用されている。噴霧粒径の微細化手法として、従来、燃料に空気を混合して燃料中に気泡を発生させて、その気泡が崩壊する際のエネルギーによって噴霧粒径を微細化する手法が提案されている。

このような手法としては、インジェクタボディに形成されてニードル弁によって開閉される燃料噴射孔と、燃料噴射孔の下流側に設けられて燃料の噴射角度を規制する筒状の燃料噴霧ガイド手段と、燃料噴射孔を通過した燃料を霧化させるべく前記燃料噴射孔を貫通して燃料噴霧ガイド手段内に延びるようにニードル弁の先端に設けられたピンドルと、ピンドルの下流側の燃料噴霧ガイド手段内に配置されて前記ピンドルの先端に同軸に対向するエアアシスト通路と、を備えることにより、エアアシスト通路からピンドルの傘部に向けて噴出したエアによって噴射燃料の微粒化、均一化および粒径の安定化を図る技術が特許文献２に開示されている。

また、ノズルボディの弁座から噴射孔に至る流路部の形状が変化する部分（低圧発生部）に、外部空間から空気を導入する空気吸入通路を形成することにより、低圧発生部に外部空間から自動的に導入される空気によって流路部での燃料と空気の混合を促進し噴射燃料の微粒化を図る技術が特許文献３に開示されている。

そして、空気を用いて噴霧粒径を微細化する技術として、環状の燃料噴孔の内側にエアニードルによって開閉される空気噴口を設け、エアニードルの先端部を円柱状に形成するとともに、エアニードルの先端部を燃料噴孔から噴射される燃料が衝突可能な位置まで下流側に延設することにより、噴射燃料のほぼ全量を空気噴口から噴射される空気と衝突させて攪乱して噴射燃料の微粒化を促進する技術が特許文献４に開示されている。

更に、燃料噴射方向の側面からエア燃料混合通路にアシストエアを導入するエア通路を設けることにより、エア燃料混合通路内で燃料と空気を混合して噴霧粒径の微細化を図る技術が特許文献５に開示されている。

特開平１０−１４１１８３号公報 特開平０７−２５９６９９号公報 特開平０７−１４５７６７号公報 実開昭６４−０３４４６４号公報 特開２０００−０６４９２９号公報

特許文献１の技術によれば、燃焼室の半径方向に噴射燃料を分散させることで噴射燃料と吸入空気との混合をある程度促進することが可能である。しかしながら、特許文献１の技術では、噴霧粒径の微細化効果を有さないために、点火開始までに燃焼室内で噴射燃料が充分に霧化されない場合がある、といった問題点がある。

一方、燃料中の気泡の崩壊エネルギーによって噴霧粒径を充分に微細化させるためには、噴射前の燃料中に多量の気泡を崩壊させずに残存させ、かつ、燃料の噴射後にそれら多量の気泡を速やかに崩壊させることが求められる。すなわち、燃料中に微細な粒径の気泡を多量に、かつ略均一に発生させることが要求される。しかしながら、特許文献２〜５の技術では、燃料中に微細な粒径の気泡を多量に、かつ略均一に発生させることが困難であるために、燃料中の気泡の崩壊エネルギーによる噴射燃料の微粒化促進効果が小さい、といった問題点がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、噴射燃料の微粒化を促進することができる燃料噴射ノズルおよび直接噴射式燃料噴射弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射ノズルは、先端部近傍に設けられた燃料噴射孔から燃料を噴射可能な燃料噴射ノズルであって、内部に前記燃料噴射ノズルに供給される燃料を前記燃料噴射孔へと導くための燃料通路を有するノズルボディと、前記ノズルボディに摺動自在に収容されるニードルと、前記燃料通路側から前記燃料噴射孔側に向かう燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段と、前記ニードルと前記燃料噴射孔との間に設けられ、前記旋回力付与手段に旋回力を付与されることで旋回状態にある燃料を貯留可能な燃料貯留部と、前記ノズルボディの外部から前記燃料貯留部に気体を吸入可能な気体吸入孔と、を備えることを特徴とする。
上記の構成により、燃料通路側から燃料噴射孔側に向かう燃料に旋回力（回転成分）を付与し、燃料貯留部に燃料の旋回流を発生させることで、気体吸入孔を通じて外部から燃料貯留部に気体が吸入されつつ、外部から吸入された気体と燃料とが混合されるために、燃料中に微細な気泡を多量に、かつ略均一に発生させることができる。よって、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

特に、本発明の燃料噴射ノズルは、前記気体吸入孔が、前記ノズルボディの先端部側から前記ニードルの軸方向に沿って前記燃料貯留部に気体を吸入可能な構成とすることができる。
燃料貯留部に高速の旋回流が発生すると、旋回流の回転中心付近が低圧になる。そのため、上記の構成により、燃料貯留部の低圧部分に向かってノズルボディの外部から気体吸入孔を通じて多量の気体が吸入されるために、燃料に多量の気体を混合することができる。また、気体吸入孔を通じてノズルボディの先端部近傍から燃料貯留部に気体を迅速に導入することができるために、混合時の気体と燃料との温度差をより大きくとることができることから、燃料中に発生させる気泡をより微細化することができる。

また、本発明の燃料噴射ノズルは、前記燃料貯留部の底面に前記ニードル側へ突起する突起部を設け、前記気体吸入孔が、前記突起部に開口することで前記ノズルボディの外部と前記燃料貯留部とを連通する構成とすることができる。
上記の構成により、燃料貯留部に発生する旋回流の回転中心付近、すなわち燃料貯留部の低圧部分に向けて突起する突起部に気体吸入孔が開口することから、ノズルボディの外部から燃料貯留部への気体の導入をより促進することができる。また、ニードル側へ突起する突起部により、燃料貯留部の旋回流が安定して高速化するために、燃料中に微細な気泡を多量に、かつ略均一に発生させることができる。よって、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

そして、本発明の燃料噴射ノズルは、前記気体吸入孔が、前記ノズルボディの外部と前記燃料貯留部とを連通する部分の全部または一部分の孔径が、前記ノズルボディの外側から前記燃料貯留部側に向かって縮小する構成とすることができる。
上記の構成により、ノズルボディの外部から燃料貯留部へ導入される気体が燃料貯留部に発生する旋回流の回転中心に向かって縮流して導入され、旋回流によって燃料貯留部の燃料に満遍なく混合されるために、燃料中に発生させる気泡をより均一化することができる。よって、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

更に、本発明の燃料噴射ノズルは、前記旋回力付与手段が、前記ノズルボディ壁面と前記ニードルとの摺動部のいずれかに１または複数形成され、前記燃料通路側と前記燃料貯留部側とを螺旋状に連通する燃料案内溝を有する構成とすることができる。
上記の構成により、燃料通路側から燃料噴射孔側に向かう燃料が螺旋状の燃料案内溝を通過する際に旋回力（回転成分）が付与されることから、燃料貯留部に燃料の旋回流を発生させることができ、それによって、燃料中に微細な気泡を多量に、かつ略均一に発生させることができる。よって、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

また、本発明は、請求項１から５のいずれか１項記載の燃料噴射ノズルを備える直接噴射式燃料噴射弁であってもよい。
このような燃料噴射ノズルを備える直接噴射式燃料噴射弁によって、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

本発明の燃料噴射ノズルおよび直接噴射式燃料噴射弁によれば、燃料中に微細な気泡を多量に、かつ略均一に発生させることができるために、より高い気泡の崩壊エネルギーを得ることができる。よって、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

実施例のインジェクタの一構成例を示した図である。 水溶液の気泡の破裂観察を示している。 気泡径と気泡圧壊時間との相関を示している。 実施例のインジェクタの一構成例を示した図である。 実施例のインジェクタの一構成例を示した図である。

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。

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の燃料噴射ノズルを備えるインジェクタ１０の一構成例を示した図である。なお、図１にはインジェクタの一部の構成のみ（ノズルボディ１０１の先端部分近傍）を示している。

図１に示すインジェクタ１０は、例えば、図示しない内燃機関の燃焼室に装着され、フューエルポンプから燃料流路を通じて高圧供給された燃料をノズルボディ１０１先端部の円周方向に等間隔で設けられた燃料噴射孔１０２より燃焼室内へ噴射する直接噴射式である。噴射された燃料は、燃焼室内で霧化し、吸気弁の開弁に伴って気筒内へ流入する吸入空気と混合気を形成する。インジェクタ１０のリーク燃料は、リリーフ弁からリリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。
この場合、インジェクタ１０は、内燃機関の燃焼室に限られず吸気ポートに設けてもよいし、燃焼室と吸気ポートとの両方に設けてもよい。
なお、インジェクタ１０は、本発明の直接噴射式燃料噴射弁の一構成例である。

インジェクタ１０は、内部に燃料通路１０３を備えたノズルボディ１０１、ノズルボディ１０１の先端部に形成された燃料噴射孔１０２、燃料通路１０３内に配置され軸偏芯を抑制するための第１ガイド部１０４ａおよび第２ガイド部１０４ｂを有するニードル１０４、ニードル１０４を燃料噴射孔１０２側へ付勢するスプリング１０５、燃料噴射孔１０２からの燃料噴射を調整するためにニードル１０４の先端部が着座する弁座１０６、ノズルボディ１０１と第１ガイド部１０４ａとの摺動部を燃料通路１０３から燃料噴射孔１０２に向かって螺旋状に連通する燃料案内溝１０７、燃料噴射孔１０２とニードル１０４との間に燃料を貯留可能な燃料貯留部１０８、およびノズルボディ１０１の外部と燃料貯留部１０８とを連通させる気体吸入孔１０９、を備えるノズル部（本発明の燃料噴射ノズルの一構成である）を有している。

ノズルボディ１０１は、インジェクタ１０の先端部に設けられており、その先端部分が内燃機関の燃焼室内に突出している。図示しないフューエルポンプより圧送されて、ノズルボディ１０１内部の燃料通路１０３に蓄積された高圧燃料は、後述する燃料案内溝１０７、燃料貯留部１０８を通じて燃料噴射孔１０２より内燃機関の燃焼室内に噴射される。

ニードル１０４は、ノズルボディ１０１内部（燃料通路１０３）にニードル軸方向に移動（摺動）可能に設けられている。ニードル１０４は、その先端部が鋭角な針形状の内開弁であり、燃料通路１０３内に設けられた図示しない制御室内の燃料圧力の変化やスプリング１０５の付勢力によって、燃料噴射孔１０２の開弁方向または閉弁方向に移動する。
ニードル１０４の先端部側には、第１ガイド部１０４ａが設けられており、基端部側には第２ガイド部１０４ｂが設けられている。第１ガイド部１０４ａおよび第２ガイド部１０４ｂは、燃料通路１０３（ノズルボディ１０１内部の壁面）に摺動自在に嵌挿される構成であって、ニードル１０４軸と直交する水平軸方向への偏芯を抑制する。これらガイド部は、２つに限られず１または複数設けてもよい。

ノズルボディ１０１の先端部側には、ニードル１０４の先端部と嵌合する弁座１０６が設けられている。この弁座１０６にニードル１０４の先端部が着座することで燃料通路１０３と燃料貯留部１０８の連通が遮断され、それにより燃料噴射孔１０２からの燃料噴射が停止する。また、弁座１０６からニードル１０４の先端部が離座することで燃料通路１０３と燃料貯留部１０８が連通し、それにより燃料噴射孔１０２からの燃料噴射が開始される。

燃料噴射孔１０２は、ノズルボディ１０１先端部の円周方向に９０°間隔で設けられた４孔の連通孔である。燃料噴射孔１０２は、燃料貯留部１０８とノズルボディ１０１の外部とを連通し、燃料通路１０３から供給される燃料の圧力によって燃料貯留部１０８の燃料を外部へと噴射する。燃料噴射孔１０２は、ニードル１０４軸の中心部からオフセットされた任意の位置で燃料貯留部１０８と連通する。この構成により、燃料貯留部１０８に生じる高速旋回流によってニードル１０４軸の中心部から燃料貯留部１０８の半径方向に移動した微細気泡を含む燃料を適切に噴射することができる。
この場合、燃料噴射孔１０２の数は４孔に限られず、任意の孔数を等間隔で設けてもよい。そして、燃料噴射孔１０２より噴射される燃料は、すべて一定の噴射角度に設定されるが、各々の噴射角度を変えてもよい。更に、燃料噴射孔１０２は、燃料貯留部１０８からノズルボディ１０１の外部までの間の角度、孔径が一定であってもよいし、その途中で変化してもよい。

第１ガイド部１０４ａの外周部には、燃料案内溝１０７が設けられている。燃料案内溝１０７は、ノズルボディ１０１内部（燃料通路１０３）の壁面と第１ガイド部１０４ａとの摺動部を、燃料が燃料通路１０３側から燃料噴射孔１０２（燃料貯留部１０８）側に向かって流通可能に連通する溝である。燃料案内溝１０７は、ニードル１０４軸を中心として対向する位置の２ヶ所に設けられており、ニードル１０４の基端部側から先端部側、すなわち、燃料通路１０３から燃料噴射孔１０２（燃料貯留部１０８）方向に向かって第１ガイド部１０４ａの外周部を螺旋状に数回転している。この構成により、燃料通路１０３内の燃料が、燃料案内溝１０７を流通して燃料貯留部１０８に到達するまでの間に旋回力（回転成分）が付与されて、それによって燃料貯留部１０８の燃料に旋回流が生じる。燃料案内溝１０７の回転数は、要求される燃料貯留部１０８の旋回流に応じて任意に設定することができる。
この場合、燃料案内溝１０７は、上記の２ヶ所に限られず、要求される燃料貯留部１０８の旋回流に応じて任意の位置に１または複数形成することができる。また、本実施例の燃料案内溝１０７は、燃料通路１０３から燃料噴射孔１０２（燃料貯留部１０８）に向かって溝の幅および深さが等しい構成であるが、これらが変化する構成であってもよい。なお、インジェクタ１０がガイド部を有さずにニードル１０４とノズルボディ１０１とが直接摺動する構成の場合、燃料案内溝１０７をニードル１０４とノズルボディ１０１壁面との摺動部のニードル１０４側に設けることができる。

燃料案内溝１０７は、ニードル１０４の基端部側において燃料通路１０３と連通するよう、第１ガイド部１０４ａの基端部まで形成されている。一方、ニードル１０４の先端部側においては、弁座１０６に着座するニードル１０４の先端部に達しない位置まで燃料案内溝１０７が形成されている。すなわち、燃料案内溝１０７は、ニードル１０４が弁座１０６から離座しているときに燃料貯留部１０８への燃料の流通が可能となり、ニードル１０４の先端部が弁座１０６に着座しているときに燃料貯留部１０８への燃料の流通が不可となる。

燃料貯留部１０８は、ニードル１０４が着座する弁座１０６と燃料噴射孔１０２との間に燃料を貯留可能に設けられた空間である。燃料貯留部１０８は、ニードル１０４と対向する壁面（底面）が平坦であって、ニードル１０４軸と直交する方向の壁面（側面）と曲面によって連続している。燃料貯留部１０８は、燃料通路１０３と連続して設けられており、ニードル１０４が弁座１０６から離座しているときに燃料通路１０３と連通し、燃料通路１０３内の燃料が燃料案内溝１０７を通じて導入される。燃料貯留部１０８は、ニードル１０４軸を中心とする円筒形状であって、燃料通路１０３よりも小径となっている。この構成により、燃料通路１０３内の燃料が燃料案内溝１０７を通じて燃料貯留部１０８に導入される際にその流速が増加し、燃料貯留部１０８でニードル１０４軸付近を中心とする高速旋回流が生じる。

気体吸入孔１０９は、ノズルボディ１０１の外部と燃料貯留部１０８とをニードル１０４の軸方向沿って連通する孔である。気体吸入孔１０９は、一定の孔径であって、ノズルボディ１０１の先端部と燃料貯留部１０８底面の中心（または中心付近）で連通する。この構成により、ノズルボディ１０１先端部近傍の外部から燃料貯留部１０８の中心部（高速旋回流の回転中心）方向に向かって多量の気体（空気）が導入されるために、燃料貯留部１０８の燃料に多量の空気を混合させることができる。

以下に、本実施例のインジェクタ１０の燃料噴射の過程について説明する。
フューエルポンプから燃料流路を通じて高圧供給された燃料は、ニードル１０４が開弁されると燃料通路１０３から燃料貯留部１０８へ向かって燃料案内溝１０７を流通する。燃料は、燃料貯留部１０８に到達するまでの間に螺旋状の燃料案内溝１０７を流通することで旋回力（回転成分）が付与される。また、燃料は、より大径の燃料通路１０３から燃料案内溝１０７を通じてより小径の燃料貯留部１０８へ流入する際に流速が増加される。

燃料案内溝１０７を通じて燃料貯留部１０８に到達した燃料は、回転成分の付与および流速の増加により、燃料貯留部１０８で高速の旋回流を生じさせる。燃料貯留部１０８に発生した高速旋回流は、燃料貯留部１０８の円筒形状によってニードル１０４軸付近を回転の中心として安定する。そして、次々に燃料案内溝１０７を通じて導入される燃料によって旋回流が更に高速化し、その回転中心付近が極めて低圧となって吸引力が生じる。その吸引力によって気体吸入孔１０９を通じてノズルボディ１０１先端部近傍の外部から燃料貯留部１０８の低圧部分に向かって多量の空気が吸入される。

気体吸入孔１０９を通じて燃料貯留部１０８に空気が吸入されると、吸入された空気と高速旋回する燃料と間に極めて大きなせん断力が生じる。このせん断力によって、燃料貯留部１０８の燃料中に微細な気泡が生成される。燃料中に生成した微細気泡は、ニードル１０４軸付近を中心とする高速旋回流によって、ニードル１０４軸方向から燃料貯留部１０８の半径方向に移動して略均一化される。そして、燃料通路１０３から供給される燃料の圧力によって燃料と共に燃料噴射孔１０２から噴射される。

燃料噴射孔１０２から噴射された燃料は、内燃機関の燃焼室内を飛散する間に空気とのせん断力により細分化し、微細気泡を含んだ液滴となる。更に、燃料の液滴は、液滴中の微細気泡が崩壊することで、その際のエネルギーによって超微細化する。このように、本実施例のインジェクタ１０は、燃料中の微細気泡の崩壊エネルギーによって噴射燃料の微粒化を促進することができる。よって、燃焼室内での噴射燃料と吸入空気との混合が促進され、内燃機関の燃焼性を向上させることができる。

ここで、燃料中の微細気泡の崩壊エネルギーによる噴射燃料の微粒化メカニズムについて説明する。図２は、水溶液の気泡の破裂観察を示している。水溶液の気泡は、時間と共に表面張力による自己加圧効果で気泡内圧および気液界面における電荷量の上昇と気泡径の収縮が進み、やがて崩壊（圧壊）して消滅する。この時、気泡内圧および気液界面における電荷量が一気に解き放たれるエネルギーによってラジカルの発生を伴う小爆発が起こり、気泡の液膜が粉砕されて液滴が超微細化される（図２下段参照）。
このように、液中の微細気泡の崩壊エネルギーによって液滴が超微細化される。よって、燃料中の微細気泡の崩壊エネルギーを活用することで、内燃機関の噴射燃料の微粒化を促進することができる。

つづいて、燃料中の気泡径について説明する。燃料中の微細気泡（例えば、気泡径が５０μｍ以下の気泡）は、表面張力による自己加圧効果によって徐々にその径が小さくなりやがて消滅（すなわち、圧壊）する。微細気泡は、その径がより小さいほどより短時間で圧壊するため（図３参照）、燃料中の微細気泡の圧壊によって噴霧粒径の微細化を促進するためには、微細気泡の発生から圧壊までの時間を考慮することが求められる。
この場合、一般的な燃料噴射弁において燃料溜まり部（本実施例の燃料貯留部１０８に相当する）の燃料が噴射されるまでの時間を考慮すると、微細気泡はその発生後にｍｓオーダーで圧壊することが求められる。そのため、微細気泡の圧壊タイミングを燃料噴射の直後とするためには、燃料中の気泡径を数μｍ以下とすることが望まれる。

本発明によれば、ニードル１０４と燃料噴射孔１０２との間に設けられた燃料貯留部１０８に燃料の高速旋回流が発生することで、気体吸入孔１０９を通じて外部から燃料貯留部１０８に空気が吸入されて、吸入された空気と高速旋回する燃料と間に極めて大きなせん断力が生じる。このせん断力によって燃料中に数μｍ以下の微細気泡を多量に、かつ略均一に発生させることができる。よって、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

また、本実施例のようにインジェクタ１０を内燃機関の燃焼室に装着する場合、燃焼室内の高温気体（既燃ガス）を吸入して燃料と混合することができるために、燃料中に発生させる気泡の粒径をより微細化することが可能である。
気体吸入孔１０９を通じて燃焼室内の高温気体（既燃ガス）が燃料貯留部１０８に吸入されると、吸入された既燃ガスと燃料との温度差によって既燃ガスが冷却されて体積が収縮するため、燃料中に発生する気泡がより微細化される。そして、既燃ガスと燃料との温度差がより大きいほど既燃ガスの体積収縮率が大きいために、燃料中の気泡がより微細化される。

本実施例のインジェクタ１０は、気体吸入孔１０９がノズルボディ１０１の先端部に設けられているため、燃焼室中心に最も近い部分の既燃ガスを、すなわち、より温度の高い既燃ガスを燃料貯留部１０８に吸入することができる。また、気体吸入孔１０９がノズルボディ１０１の先端部と燃料貯留部１０８の中心部を最短で連通させているために、燃料貯留部１０８に既燃ガスを迅速に導入することができるために、既燃ガスの温度低下を最小限に抑制することができる。よって、既燃ガスと燃料との温度差をより大きくとることができることから、既燃ガスの体積がより収縮することで、噴射燃料の微粒化をより促進することができる。
また、燃焼室内の既燃ガスを燃料に混合することで、燃料中の微細気が圧壊する際にＣＨ，ＯＨラジカルを発生させることができるために、内燃機関の燃焼性をより促進することができる。

この場合、インジェクタ１０の燃料噴射タイミング（すなわち、ニードル１０４の開弁タイミング）を、内燃機関の排気弁が閉弁する直前に設定することが望ましい。これにより、燃焼室内の圧力が充分に低下したタイミングで既燃ガスを吸入することができることから、既燃ガスが弁座１０６から逆流することを防止しつつ、高濃度の既燃ガスを適切に燃料貯留部１０８に取り込むことができる。

以上のように、本実施例のインジェクタは、ノズルボディ壁面とニードルとの摺動部のニードル側に燃料が流通可能に設けられた螺旋状の燃料案内溝と、ニードルと燃料噴射孔との間に燃料案内溝を通過する燃料を貯留可能に設けられた燃料貯留部と、ノズルボディの先端部から燃料貯留部に外部の気体を吸入可能な気体吸入孔と、を備えることで、噴射される燃料中に微細気泡を多量に、かつ略均一に発生させることができる。よって、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

つづいて、本発明の実施例２について説明する。本実施例のインジェクタ２０は、燃料貯留部１０８，気体吸入孔１０９に代えて、突起部２０８ａを有する燃料貯留部２０８，および気体吸入孔２０９を備える点でインジェクタ１０と相違している。

本実施例のインジェクタ２０は、実施例１と同様に、ノズルボディ１０１、燃料噴射孔１０２、燃料通路１０３、第１ガイド部１０４ａおよび第２ガイド部１０４ｂを有するニードル１０４、スプリング１０５、弁座１０６、燃料案内溝１０７を備えている。これにより、噴射される燃料中に微細気泡を多量に、かつ略均一に発生させることができる。
更に、インジェクタ２０は、燃料貯留部２０８の底面にニードル１０４側へ突起する突起部２０８ａと、突起部２０８ａに開口する気体吸入孔２０９とを備えている。

インジェクタ２０について詳細に説明する。図４は、インジェクタ２０の概略構成を示した構成図である。なお、実施例１と同様の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

燃料貯留部２０８は、燃料貯留部２０８のニードル１０４と対向する壁面（底面）の中心部分、すなわち、気体吸入孔２０９が開口する部分の位置が、ニードル１０４軸方向に向かってニードル１０４側に突起している突起部２０８ａを有している。突起部２０８ａは、燃料貯留部２０８の底面の最も深い位置（ニードル１０４から最も遠い位置）から高さ方向（ニードル１０４方向）の所定の位置までニードル１０４側に突起している。燃料貯留部２０８の底面は、突起部２０８ａから連続するなだらかな曲面で形成されており、ニードル１０４軸と直交する方向の壁面（側面）と曲面によって連続している。これによって、燃料貯留部２０８は、ニードル１０４軸方向の断面形状がＷ型（またはω型）となっている。

このように、燃料貯留部２０８の断面形状をＷ型（またはω型）とすることで、燃料貯留部２０８に発生した燃料の旋回流が、突起部２０８ａを回転の中心としてより安定化するために、旋回流の高速化を図ることができる。よって、燃料貯留部２０８の燃料中に生成させる気泡をより微細化、均一化することができる。
また、気体吸入孔２０９が突起部２０８ａで開口することで燃料貯留部２０８と連通するために、旋回流の回転中心付近のより低圧の位置に気体吸入孔２０９を開口することができる。よって、ノズルボディ１０１の外部から気体がより吸入され易くなることから、燃料貯留部２０８の燃料中に生成する微細気泡をより多量化することができ、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

この場合、突起部２０８ａの高さ方向（ニードル１０４方向）の位置は、予め台上試験等にて求めた旋回流の安定化に有効な任意の位置に設定することができる。また、突起部２０８ａは、気体吸入孔２０９の近傍のみがニードル１０４側に突出（または隆起）する形状とすることもできる。

つづいて、本発明の実施例３について説明する。本実施例のインジェクタ３０は、気体吸入孔２０９に代えて、気体吸入孔３０９を備える点でインジェクタ２０と相違している。

本実施例のインジェクタ３０は、実施例２と同様に、ノズルボディ１０１、燃料噴射孔１０２、燃料通路１０３、第１ガイド部１０４ａおよび第２ガイド部１０４ｂを有するニードル１０４、スプリング１０５、弁座１０６、燃料案内溝１０７、燃料貯留部２０８を備えている。これにより、噴射される燃料中に微細気泡を多量に、かつ略均一に発生させることができる。
更に、インジェクタ３０は、ノズルボディ１０１の外部と燃料貯留部２０８とを連通する部分の一部分の孔径が、ノズルボディ１０１の外側から燃料貯留部２０８側に向かって縮小する気体吸入孔３０９を備えている。

インジェクタ３０について詳細に説明する。図５は、インジェクタ３０の概略構成を示した構成図である。なお、実施例２と同様の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

気体吸入孔３０９は、ノズルボディ１０１の外部と燃料貯留部２０８の突起部２０８ａとをニードル１０４軸方向に沿って連通する孔である。気体吸入孔３０９は、ニードル１０４軸方向の断面形状が、突起部２０８ａからノズルボディ１０１の先端部に向かう途中までが一定で、その途中からノズルボディ１０１の先端部までが所定の傾斜角にてテーパ状に拡大している。すなわち、気体吸入孔３０９は、ノズルボディ１０１の先端部から燃料貯留部２０８に向かう途中までの孔径が燃料貯留部２０８側に向かって連続的に縮小し、その途中から突起部２０８ａに開口するまでの孔径が一定となっている。

この構成により、ノズルボディ１０１先端部近傍の外部から吸入される気体が、気体吸入孔３０９の連続的な孔径の縮小に沿って縮流されるために、高速旋回流のより回転中心付近に、すなわち、より低圧の部分に向かって集中的に導入される。このように、より低圧の部分に導入された気体は、高速旋回流の回転中心から燃料貯留部２０８の燃料に満遍なく混合されることから、燃料中に発生する微細気泡をより均一化することができる。よって、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

この場合、ニードル１０４軸方向の断面形状における気体吸入孔３０９のテーパ角度は、予め台上試験等にて求めた燃料中の微細気泡の均一化に有効な任意の角度に設定することができる。また、気体吸入孔３０９は、ノズルボディ１０１の外部から突起部２０８ａに開口する部分までの全部について、その孔径が連続的に縮小する構成であってもよい。そして、気体吸入孔３０９は、ノズルボディ１０１の外部から突起部２０８ａに開口する部分に向かって孔径が断面円弧状（ラッパ状）に縮小する構成であってもよいし、その他、吸入気体の縮流に効果的なあらゆる形状を採用することができる。なお、気体吸入孔３０９は、実施例１のように突起部２０８ａを有さない燃料貯留部の構造にも採用することができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、燃料案内溝は、ニードル側に形成することに限定されず、ノズルボディ内部の壁面側に形成する構成であってもよい。また、燃料案内溝は、螺旋状に限られず、燃料案内溝を通過する燃料に旋回力（回転成分）を付与可能なあらゆる形状を採用することができる。

１０，２０，３０ インジェクタ（直接噴射式燃料噴射弁）
１０１ ノズルボディ
１０２ 燃料噴射孔
１０３ 燃料通路
１０４ ニードル
１０４ａ 第１ガイド部
１０６ 弁座
１０７ 燃料案内溝
１０８，２０８ 燃料貯留部
１０９，２０９，３０９ 気体吸入孔

Claims (6)

1. 先端部近傍に設けられた燃料噴射孔から燃料を噴射可能な燃料噴射ノズルであって、
   内部に前記燃料噴射ノズルに供給される燃料を前記燃料噴射孔へと導くための燃料通路を有するノズルボディと、
   前記ノズルボディに摺動自在に収容されるニードルと、
   前記燃料通路側から前記燃料噴射孔側に向かう燃料に旋回力を付与する旋回力付与手段と、
   前記ニードルと前記燃料噴射孔との間に設けられ、前記旋回力付与手段に旋回力を付与されることで旋回状態にある燃料を貯留可能な燃料貯留部と、
   前記ノズルボディの外部から前記燃料貯留部内で旋回する旋回流の回転中心に向かって気体を吸入可能な気体吸入孔と、
   を備えることを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 前記気体吸入孔は、前記ノズルボディの先端部側から前記ニードルの軸方向に沿って前記燃料貯留部に気体を吸入可能なことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズル。
3. 前記燃料貯留部の底面に前記ニードル側へ突起する突起部を設け、
   前記気体吸入孔は、前記突起部に開口することで前記ノズルボディの外部と前記燃料貯留部とを連通することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の燃料噴射ノズル。
4. 前記気体吸入孔は、前記ノズルボディの外部と前記燃料貯留部とを連通する部分の全部または一部分の孔径が、前記ノズルボディの外側から前記燃料貯留部側に向かって縮小することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の燃料噴射ノズル。
5. 前記旋回力付与手段は、前記ノズルボディ壁面と前記ニードルとの摺動部のいずれかに１または複数形成され、前記燃料通路側と前記燃料貯留部側とを螺旋状に連通する燃料案内溝を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の燃料噴射ノズル。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の燃料噴射ノズルを備える直接噴射式燃料噴射弁。

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