【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、燃料噴射弁から噴射する燃料の噴射形態を変更することができる燃料噴射弁が知られている。このような燃料噴射弁としては、例えば、ノズルボディの軸線方向に離間されてノズルボディに配置された二つの噴孔群を具備するものが知られている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の燃料噴射弁では、ノズルボディ内に収容されたニードル弁のリフト量が小さいときにはノズルボディの後端側に配置された噴孔群のみから燃料が噴射され、ニードル弁のリフト量が大きいときにはノズルボディの先端側および後端側に配置された両噴孔群から燃料が噴射される。したがって、この燃料噴射弁では、一方の噴孔群のみからの燃料の噴射と、両噴孔群からの燃料の噴射とに二段階の噴射を、機関運転状態に応じて変更するようにしている。
【０００３】
また、上記特許文献１に記載の燃料噴射弁では、後端側の噴孔群と先端側の噴孔群とのノズルボディ軸線に対する角度が異なり、先端側の噴孔群はノズルボディの径方向を向いており、また、後端側の噴孔群は先端側の噴孔群よりもノズルボディの先端側を向いている。したがって、特許文献１の燃料噴射弁によれば、二段階の噴射に応じて、ノズルボディの先端側に向かう燃料の噴射と、ノズルボディの径方向および先端側に向かう燃料が噴射とが変更される。すなわち、この燃料噴射弁では、燃料噴射弁からの燃料の噴射方向をも変更することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−４９４７０号公報
【特許文献２】
特開平１１−９３６７３号公報
【特許文献３】
特開平１１−１１７８３３号公報
【特許文献４】
特開平１１−１１７８３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１に記載の燃料噴射弁では、上述したようにリフト量に応じて燃料が通過する噴孔群が選択されるようにするために、ニードル弁の先端部の形状およびノズルボディの先端部に形状が非常に複雑になってしまう。そして、ニードル弁の先端部や、ノズルボディの先端部は非常に小さいため、これらの複雑な形状を形成するためには非常に精密な加工が必要であり、製造コストが高くなってしまっていた。このため、燃料の噴射形態を適切に変更することができる単純な機構の燃料噴射弁が待ち望まれている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、従来とは全く異なる簡単な構成で、燃料の噴射形態を変更することができる燃料噴射弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、ニードル弁と、該ニードル弁を収容するノズルボディと、該ノズルボディの内壁面から外壁面へと貫通する少なくとも一つの噴孔を具備する燃料噴射弁において、上記噴孔の形状が、該噴孔を流れる燃料の流速を変更（以下、「噴孔内燃料流速」と称す）すると該噴孔からの燃料の噴射方向が変わるような形状になっており、上記噴孔内燃料流速を変更する流速変更手段をさらに具備する。
第１の発明によれば、噴孔内燃料流速を変えることにより、同一の噴孔からの燃料の噴射方向、すなわち燃料の噴射形態を変更することができる。すなわち、噴射方向を変更するために、各噴射方向毎にその方向を向いた噴孔を形成する必要がない。なお、噴孔内燃料流速の変更は、例えば、噴孔入口の燃料の圧力を変更することによって、より具体的には、ニードル弁のリフト量を変更することまたは燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を変更することによって行われる。
【０００８】
第２の発明では、第１の発明において、上記噴孔の壁面は該噴孔出口まで続く第一部分壁面と第二部分壁面とを有し、上記第一部分壁面は、上記噴孔内燃料流速が第一流速以上であるときに燃料の流れの剥離が起きて剥離した流れが再付着せず且つ第一流速よりも遅いときに燃料の流れの剥離が起きないかまたは燃料の流れの剥離が起きても剥離した流れが再付着するような形状であって、上記噴孔出口近傍において上記噴孔の軸線に対して傾いており、上記第一部分壁面は上記噴孔内燃料流速が上記第一流速よりも遅い第二流速以上であるときに燃料の流れの剥離が起きて剥離した流れが再付着しないような形状である。
第２の発明によれば、噴孔内燃料流速が第一流速以上の高速である場合には、第一部分壁面および第二部分壁面共に燃料の流れの剥離が起き、剥離した流れがこれら部分壁面に再付着しにくい。このため、燃料は第一部分壁面および第二部分壁面に沿うことなく例えば噴孔の軸線方向に噴射される。噴孔内燃料流速が第一流速と第二流速との間の低速である場合には、第二部分壁面では流れの剥離が起きて剥離した流れが再付着しにくいが、第一部分壁面では流れの剥離が起きないかまたは流れの剥離が起きても剥離した流れが再付着しやすい。このため、燃料は第一部分壁面に沿って、すなわち噴孔の軸線に対して傾いている噴孔出口近傍の第一部分壁面に沿って噴射される。したがって、噴孔内燃料流速を第一流速近傍で変更することにより、燃料の噴射方向を噴孔の軸線方向と第一部分壁面に沿った方向との間で変更することができる。
さらに、噴孔内燃料流速が第二流速よりも遅い場合には、第一部分壁面および第二部分壁面のいずれにおいても流れの剥離が起きないかまたは流れの剥離が起きても剥離した流れがこれら部分壁面に再付着する。このため、燃料は、第一部分壁面、第二部分壁面に沿って、さらにその中心である噴孔の軸線に沿って噴射される。なお、第一流速は、本発明の燃料噴射弁を使用した際に噴孔を通って流れる燃料がとり得る全ての流速範囲内にないほど遅い流速であってもよい。この場合、本発明の燃料噴射弁を実際に使用した場合には、噴孔での燃料の流れはほとんどいつも第二部分壁面で剥離してその後第二部分壁面に再付着しない。
【０００９】
第３の発明では、第２の発明において、上記第一部分壁面は上記噴孔の軸線に対して第一角度で折れ曲がる第一角部を有し、上記第二部分壁面は上記噴孔の軸線に対して第二角度で折れ曲がる第二角部を有し、上記第一角度は上記噴孔内燃料流速が上記第一流速以上であるときに燃料の流れの剥離が起きて剥離した流れが上記第一部分壁面に再付着せず且つ第一流速よりも遅いときに燃料の流れの剥離が起きないかまたは燃料の流れの剥離が起きても剥離した流れが上記第一部分壁面に再付着するような角度であり、上記第二角度は上記噴孔内燃料流速が第二流速以上であるときに燃料の流れの剥離が起きて剥離した流れが上記第二部分壁面に再付着しないような角度である。
第３の発明によれば、燃料の流れの剥離は、噴孔内燃料流速に応じて第一角部または第二角部で起こる。そして、剥離した流れが再付着するか否かの分岐点となる噴孔内燃料流速を各角部の角度の設定に応じて任意に変更することができる。
【００１０】
第４の発明では、第３の発明において、上記噴孔の軸線方向における上記第二角部の位置は、上記噴孔の軸線方向における上記第一角部の位置と同じであるかまたはそれよりも噴孔の入口側である。
第一角部が第二角部よりも噴孔入口側にある場合、第一流速と第二流速との間の流速の燃料は、第一角部において流れの剥離が起きてその後再付着するかまたは流れの剥離が起こらないことにより第一部分壁面に沿って流れながらも、同時に第二部分壁面の噴孔入口側に位置する壁面部分に沿っても流れる。その後、第二角部において第二部分壁面の噴孔入口側に位置する壁面部分に沿った燃料の流れが剥離してその後第二部分壁面には再付着しないが、このような燃料は第一部分壁面に沿った向きよりも若干噴孔の軸線向きに噴射される。第４の発明によれば、第一流速と第二流速との間の流速の燃料の流れは第二角部において剥離してから第一部分壁面に沿って流れるので、燃料がほぼ第一部分壁面に沿った向きに噴射されるようになる。
【００１１】
第５の発明では、第２〜４のいずれか一つの発明において、上記第一部分壁面が上記ノズルボディの軸線方向において上記噴孔の軸線に対して一方の側に位置し、上記第二部分壁面が上記ノズルボディの軸線方向において噴孔の軸線に対して他方の側に位置する。
第５の発明によれば、噴孔内燃料流速を変えることにより、ノズルボディの先端に向かうノズルボディの軸線方向に対する噴射方向の角度（以下、単に「噴射角度」と称す）が変わる。
【００１２】
第６の発明では、第１〜５のいずれか一つの発明において、上記噴孔は上記ノズルボディの軸線方向とは異なる方向を向いて配置されており、該噴孔内燃料流速を変更すると、上記ノズルボディの先端に向かう該ノズルボディの軸線方向に対する噴射方向の角度（噴射角度）が変わるようになっており、機関運転状態が高負荷状態にあるときには上記角度を大きくし、逆に機関運転状態が低負荷状態にあるときには上記角度を小さくするようにした。
機関運転状態が高負荷・高回転にあるときには、ピストンの速度が速く、噴射期間も短い。そこで、第６の発明によれば、この場合噴射角度が大きくされ、これにより燃料がピストンのリップに当たり、燃料が短時間で燃焼室内に拡散するようになる。一方、機関運転状態が低負荷・低回転にあるときには、ピストンの速度が遅く、噴射期間も長い。したがって、燃料の噴射角度を大きくすると燃料がシリンダ壁面に付着してしまう。そこで、第６の発明によれば、この場合噴射角度を小さくされ、これにより燃料がシリンダ壁面に付着することなく燃焼室内で拡散するようになる。
【００１３】
第７の発明では、第１〜５のいずれか一つの発明において、複数の噴孔を具備し、全ての噴孔内燃料流速は常にほぼ同一となるように制御され、上記噴孔内燃料流速が少なくとも特定の流速範囲にあるときには、一つまたはそれ以上の噴孔から噴射される燃料の噴射方向であって各噴孔の軸線方向に対する噴射方向が残りの噴孔から噴射される燃料の上記噴射方向とは異なる。
第７の発明によれば、ノズルボディに複数の噴孔が形成されている場合に、噴孔内燃料流速が特定の流速範囲にあるときには、噴孔から噴射される燃料の噴射方向であって各噴孔の軸線方向に対する噴射方向（以下、単に「噴射方向」と称す）を、噴孔毎または幾つかの噴孔毎に異なる方向にすることができる。一方、噴孔内燃料流速が上記特定の流速範囲にないときには、燃料の噴射方向を全ての噴孔において同一の方向とする等、各噴孔からの燃料の噴射方向はどのような方向であってもよい。
なお、「全ての噴孔内燃料流速がほぼ同一」とは、噴孔の位置関係や燃料噴射弁の機能上必要不可欠な構成要素等によって各噴孔内の燃料流速が若干異なってしまっている場合をも含むものとする。
【００１４】
第８の発明では、第７の発明において、各噴孔は上記ノズルボディの軸線方向とは異なる方向を向いて配置されており、該噴孔を流れる燃料の流速を変更すると上記ノズルボディの先端に向かう該ノズルボディの軸線方向に対する噴射方向の角度が変わるようになっており、全ての噴孔から燃料が上記ノズルボディの先端部周りのほぼ同一の円周上に向かう噴射または噴射角度が全ての噴孔において同一となるような噴射と、各噴孔からの燃料の噴射方向が他の噴孔の軸線から離れるような方向である噴射とで切替可能である。
第８の発明では、全ての噴孔から燃料がノズルボディの先端部またはその軸線周りのほぼ同一の円周上に向かう噴射（以下、「狭角噴射」と称す）または全ての噴孔からの噴射角度が同一になるような噴射（以下、「平行噴射」と称す）、すなわち、噴射される燃料が拡散せずにピストンのリップ等に集まる噴射と、各噴孔からの燃料の噴射方向が他の噴孔の軸線から離れるような方向である噴射（以下、「広角噴射」と称す）、すなわち噴射される燃料が燃焼室に拡がるような噴射とを切り替えることができる。
【００１５】
第９の発明では、第２〜４のいずれか一つの発明において、上記第一部分壁面が上記ノズルボディの周方向において上記噴孔の軸線に対して一方の側に位置し、上記第二部分壁面が上記ノズルボディの周方向において上記噴孔の軸線に対して他方の側に位置する。
第９の発明によれば、噴孔内燃料流速を変えることにより、ノズルボディ周方向における噴孔の軸線方向に対する噴射方向の角度が変わるようになっている。
【００１６】
第１０の発明では、第１〜９のいずれか一つの発明において、上記ニードル弁をリフトすることにより噴孔が開弁され、上記流速変更手段は上記ニードル弁のリフト速度を変更することにより各噴射期間中における上記噴射方向の変わり方を変更する。
第１０の発明によれば、ニードル弁のリフトを開始してからニードル弁が降ろされるまでの各噴射期間における燃料の噴射方向を時間に応じて変化させることができる。
【００１７】
上記課題を解決するために、第１１の発明では、ニードル弁と、該ニードル弁を収容するノズルボディと、該ノズルボディの内壁面から外壁面へと貫通する少なくとも一つの噴孔を具備し、上記ニードル弁をリフトすることにより上記噴孔が開弁される燃料噴射弁において、上記ニードル弁のリフト量に応じて上記噴孔の入口と上記ニードル弁の先端部との間の幅が変わり、これにより上記噴孔の入口において起こる流れの剥離の程度が変わり、上記噴孔の形状が、上記噴孔の入口において起こる流れの剥離の程度が変わると該噴孔からの燃料の噴射方向が変わるような形状になっており、上記ニードル弁のリフト量を変更するリフト量変更手段をさらに具備する。
このように、第１１の発明によれば、リフト量を変えることにより、同一の噴孔からの燃料の噴射方向、すなわち燃料の噴射形態を変更することができる。すなわち、噴射形態を変更するために各噴射方向毎にその方向を向いた噴孔を形成する必要がない。
【００１８】
第１２の発明では、第１１の発明において、上記噴孔の壁面は該噴孔出口まで続く部分壁面を有し、該部分壁面は、上記ニードル弁のリフト量が所定リフト量以上であるときには上記噴孔の入口で剥離した燃料の流れが上記部分壁面に再付着せず且つ上記ニードル弁のリフト量が所定リフト量よりも小さいときには上記噴孔の入口で剥離した燃料の流れが上記部分壁面に再付着するかまたは噴孔の入口で流れの剥離が起こらないように形成されると共に、上記噴孔の出口近傍において上記噴孔の軸線に対して傾いている。
一般に、ニードル弁のリフト量、すなわち噴孔の入口とニードル弁の先端部との間の幅に応じて、噴孔の入口で起こる燃料の流れの剥離の程度が異なり、ニードル弁のリフト量が小さいときには流れの剥離の程度が大きく、ニードル弁のリフト量が大きいときには流れの剥離の程度が小さい。第１２の発明によれば、流れの剥離の程度が一定程度以上に大きいときには噴孔の所定の部分壁面に燃料の流れが再付着することがなく且つ流れの剥離の程度が一定程度よりも小さいときには上記部分壁面に燃料の流れが再付着するかまたは噴孔の入口で流れの剥離が起こらないような噴孔形状とし、且つ所定の部分壁面を燃料の流れが再付着した場合としない場合とで噴孔からの燃料の噴射形態が変わるような形状とされる。このため、ニードル弁を所定リフト量以上にリフトさせた場合と所定リフト量よりも小さくリフトさせた場合とで噴孔からの燃料の噴射形態が変わる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１および図２を参照して本発明の燃料噴射弁１の実施形態について詳細に説明する。なお、図１は、内燃機関の燃焼室の壁面または内燃機関の燃焼室へと続く吸気ポートの壁面に配置される燃料噴射弁１の概略断面図であり、図２は燃料噴射弁１の先端部を拡大した断面図である。本発明の燃料噴射弁１は、ディーゼル型の圧縮自着火式内燃機関に用いられるが、火花点火式内燃機関等、他の内燃機関に用いられてもよい。
【００２０】
図１および図２に示したように、燃料噴射弁１は、内部に中空空間３を有するほぼ円筒状のノズルボディ２と、このノズルボディ２の中空空間３内で摺動（移動）するほぼ円柱形のニードル弁４とを具備する。ノズルボディ２とニードル弁４とはこれらの軸線Ａが同軸になるように配置される。ノズルボディ２には中空空間３に通じる供給通路５がさらに設けられる。供給通路５は燃料噴射弁１の外部の燃料供給源（図示せず）に接続され、この供給通路５を介して中空空間３内に高圧の燃料が供給される。供給された燃料はニードル弁４とノズルボディ２の内壁面７との間に設けられた上流側環状流路６を介してノズルボディ２の先端部８へと流れる。
【００２１】
ノズルボディ２の先端部８は円錐状であり、この先端部８内には円錐状の中空空間（以下、「先端中空空間」と称す）９が設けられる。この先端中空空間９はノズルボディ２の中空空間３と連通しており、先端中空空間９を画成するノズルボディ２の先端部８の内壁面１０はニードル弁４の先端部１１と接触可能である。さらに、先端中空空間９の先端には円柱状の空間（以下、「サック部」と称す）１２が設けられる。
【００２２】
また、この先端部８には少なくとも一つ（本実施形態では八つ）の噴孔１３が設けられる。噴孔１３は、ノズルボディ２の周方向において等間隔に配置され、サック部１２を画成するノズルボディ２の先端部８の内壁面１４上に設けられた入口１６と先端部８の外壁面１７上に設けられた出口１８との間で貫通し、ノズルボディ２の中空空間３、９とノズルボディ２の外部との間をつなぐ。したがって、噴孔１３を介して、中空空間３、９内の高圧の燃料を噴孔１３の出口１８からノズルボディ２の外部へと噴射することができる。なお、噴孔１３は、先端中空空間９を画成する内壁面１０上に設けられた入口と外壁面１７上に設けられた出口とを貫通するように形成されてもよい。
【００２３】
ニードル弁４は中空空間３、９内で摺動して、ニードル弁４の先端部１１が先端中空空間９を画成する内壁面１０と接触したり離れたりすることにより、噴孔９の入口１６を閉じたり開いたりすることができる。すなわち、図２に示したような、ニードル弁４の先端部１１と先端中空空間９を画成する内壁面１０との間に下流側環状流路１９が形成されるような位置（以下、「噴孔開放位置」と称す）にニードル弁４があるときには、噴孔１３が開かれ、この下流側環状流路１９および噴孔１３を介して中空空間３、９内の燃料が噴孔１３の出口１８から噴射される。一方、ニードル弁４の先端部１１と先端中空空間９を画成する内壁面１０とが接触するような位置（以下、「噴孔閉鎖位置」と称す）にニードル弁４があるときには、これらの間に下流側環状流路１９が形成されず、ニードル弁４によって噴孔１３が閉じられ、よって中空空間３、９内の燃料は噴射されない。ニードル弁４は、ソレノイドまたはピエゾ素子等の弁駆動手段（図示せず）によってノズルボディ２に対して摺動せしめられる。
【００２４】
次に、図３を参照して噴孔１３の形状について説明する。図３（ａ）は噴孔１３の近傍を拡大した図２と同様な断面図であり、図３（ｂ）および（ｃ）は図３（ａ）中の矢印ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って見たノズルボディ２の先端部８の外周の図である。なお、以下の説明において、「上」とは、ノズルボディ２の軸線方向であってノズルボディ２の先端に向かう方向とは反対方向を意味し、「下」とは、ノズルボディ２の軸線方向であってノズルボディ２の先端に向かう方向を意味する。また、「横」とは、ノズルボディ２の周方向を意味する。
【００２５】
図３に示したように、噴孔１３は、その入口１６から地点ａまでほぼ円柱状であり、したがってその断面積はほぼ変わらない。そして、地点ａにおける角部３０から出口１８まで噴孔１３の上側の部分壁面（以下、「拡大上壁面」と称す）３２が噴孔１３の軸線Ｂに対して角度αでこの軸線Ｂから離れるように直線的に延びる。また、地点ｂにおける角部３１から出口１８まで噴孔１３の下側の部分壁面（以下、「拡大下壁面」と称す）３３が噴孔の軸線Ｂに対して角度βでこの軸線Ｂから離れるように直線的に延びる。すなわち、噴孔１３の上壁面は地点ａにおいて軸線Ｂに対して角度αで非連続的に折れ曲がり、噴孔１３の下壁面は地点ｂにおいて噴孔Ｂに対して角度βで非連続的に折れ曲がる。特に、本実施形態の燃料噴射弁１では、図３（ｂ）に示したように、入口近傍における噴孔１３の半円筒状の上壁面が地点ａから角度αで同じ半円筒状のまま出口に向かって広がり、入口近傍における噴孔１３の半円筒状の下壁面が地点ｂから角度βで同じ半円筒状のまま出口に向かって広がっている。なお、噴孔１３の上壁面とは、少なくとも噴孔１３の軸線Ｂの直上に位置する噴孔１３の壁面上の直線を含む噴孔１３の部分壁面を意味する。同様に、噴孔１３の下壁面とは、少なくとも噴孔１３の軸線Ｂの直下に位置する噴孔１３の壁面上の直線を含む噴孔１３の部分壁面を意味する。
【００２６】
ここで、地点ａ、ｂはそれぞれ噴孔１３の軸線方向における位置である。地点ａは噴孔１３の出口面（噴孔１３の出口１８であってノズルボディ２の外壁面１７と同一平面上に位置する面）からの長さがｌ１であり、地点ｂは噴孔１３の出口面からの長さがｌ２である。長さｌ１は長さｌ２よりも長く、したがって、角部３１は角部３０よりも噴孔１３の入口１６側に位置する。
【００２７】
次に、図４を参照して、上述したような形状の噴孔１３内における燃料の流れおよびこの噴孔１３からの燃料の噴射について説明する。ここで、図４（ａ）および（ｂ）は、図３（ａ）と同様な拡大断面図である。まず、噴孔１３内を流れる燃料の流速（以下、「噴孔内燃料流速」と称す）が速い（すなわち、噴孔１３を流れる燃料の流量が多い）場合、図４（ａ）に示したように、燃料の流れは、地点ａを通過するときに角部３０において剥離し、角部３０よりも出口側において噴孔１３の拡大上壁面３２に再付着することなく流れる。またこの場合、燃料の流れは、地点ｂを通過するときにも角部３１において剥離し、角部３１よりも下流側において噴孔１３の拡大下壁面３３に再付着することなく流れる。この結果、噴孔内燃料流速が速い場合には、燃料は、噴孔１３から噴孔１３の軸線方向に噴射される。
【００２８】
噴孔内燃料流速が遅い（すなわち、噴孔１３を流れる燃料の流量が少ない）場合、図４（ｂ）に示したように、燃料の流れは、地点ａを通過するときに角部３０において剥離し、角部３０よりも下流側において噴孔１３の拡大上壁面３２に再付着することなく流れる。しかしながら、この場合、燃料の流れは、地点ｂを通過するときには角部３１において剥離しないか、または角部３１において剥離しても拡大下壁面３２に再付着する。よって、図４（ｂ）に示したように角部３１よりも出口側において噴孔１３の拡大下壁面３２に沿って流れる。この結果、噴孔内燃料流速が遅い場合には、燃料は噴孔１３から噴孔１３の軸線方向よりも下向きに噴射される。
【００２９】
ここで、噴孔内燃料流速と、噴孔１３から噴射される燃料の噴射方向との関係は、角部３０、３１における角度α、βに応じて変更される。例えば、角部３１における角度βを大きくすると、噴孔１３内の燃料の流れは角部３１において剥離し易く且つ剥離後に再付着しにくくなる。よって燃料の流れは、その流速が非常に遅くないと角部３１において剥離すると共にその後拡大下壁面３３に再付着しない。逆に、角部３１における角度βを小さくすると、噴孔１３内の燃料の流れは角部３１において剥離しにくく且つ剥離後に再付着し易くなる。よって燃料の流れは、その流速が比較的速くても角部３１において剥離しないかまたは剥離しても拡大下壁面３３に再付着し、角部３１より出口側において噴孔１３の拡大下壁面３３に沿って流れる。
【００３０】
本実施形態では、角部３０における角度αは、燃料噴射弁１を実際に使用した際に噴孔１３を通って流れる燃料がとり得る全ての流速範囲（以下、「実用流速範囲」と称す）において、角部３０において燃料の流れが剥離し且つその後再付着しないような角度に設定される。また、角部３１における角度βは、噴孔内燃料流速が実用流速範囲内の所定の第一流速Ｖ１であるときに角部３１において剥離した燃料の流れが再付着しなくなり始めるような角度に設定される。この場合、噴孔内燃料流速が第一流速Ｖ１よりも速い所定流速以上であるときに、角部３１において燃料の流れが完全に剥離する。
【００３１】
したがって、本実施形態の燃料噴射弁１によれば、噴孔内燃料流速が第一流速Ｖ１よりも遅いときには、燃料は噴孔１３の軸線Ｂに対して角度βだけ下向き（以下、「最下向き」と称す）に噴射され、噴孔内燃料流速が上記第一流速Ｖ１よりも速い所定流速以上であるときには、燃料は噴孔１３の軸線Ｂに沿った向き（以下、「軸線向き」と称す）に噴射される。
【００３２】
このように、本発明の燃料噴射弁１によれば、噴孔内燃料流速を変更することで、噴孔１３から噴射される燃料の噴射方向を変更することができる。
【００３３】
また、本実施形態の噴孔１３では、図３（ｂ）に示したように、拡大上壁面３２および拡大下壁面３３は、入口近傍における噴孔１３の上方向および下方向にのみ広がっており、横方向には広がっていない。したがって、拡大上壁面３２および拡大下壁面３３が広がっているにも関わらず、噴孔１３の出口１８の断面積は比較的狭い。噴孔１３の出口１８の断面積が広いと、噴孔１３内に炭化水素等のデポジットが付着し易く、噴孔１３を流れる燃料の流れが悪化してしまうが、上述したように本実施形態の噴孔１３では出口１８における断面積が狭いため、このようなデポジットの付着が抑制される。
【００３４】
また、図３（ｃ）に示したように、拡大上壁面３２および拡大下壁面３３が放射状に広がるような形状である場合、燃料が噴孔１３の拡大下壁面３３に沿って噴射されるときに、拡大下壁面３３全体に亘って噴射される。このため、図３（ｃ）に矢印で示したように、噴孔１３の軸線に対して下方向のみならず、斜め下方向や、横方向に近い方向にも噴射される。したがって、この場合、噴射された燃料全体が向かう方向を巨視的に見ると、噴孔１３の軸線Ｂに対して角度βよりも小さい角度で噴射されることになる。これに対して、本実施形態の場合では、図３（ｂ）に矢印で示したように、噴孔１３から噴射される燃料全体が噴孔１３の軸線Ｂに対して角度βだけ下向きに噴射される。このため、本実施形態のように噴孔１３の出口を拡げた場合の方が、噴孔内燃料流速を変更したときに、より効果的に噴孔１３からの燃料の噴射方向を変更することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、角部３０における角度αは、実用流速範囲において常に角部３０において燃料の流れが剥離してその後再付着しないような角度に設定されているが、噴孔内燃料流速が実用流速範囲内の所定の第一流速Ｖ１よりも遅い所定の第二流速Ｖ２にあるときに角部３０において燃料の流れが剥離してその後再付着しなくなり始めるような角度に設定されてもよい。この場合、噴孔内燃料流速が第一流速Ｖ１以上であるときには上記実施形態と同様であるが、噴孔内燃料流速が第一流速Ｖ１よりも遅く且つ第二流速Ｖ２よりも速いときには燃料は噴孔１３の軸線Ｂに対して角度βだけ下向き（最下向き）に噴射され、噴孔内燃料流速が第二流速Ｖ２よりも遅いときには燃料は噴孔１３の軸線Ｂに対して角度αだけ上向きの方向から角度βだけ下向きの方向までの範囲内のほぼ全体に亘って噴射される。このような範囲内全体に亘って燃料が噴射されるのは、燃料が噴孔１３の拡大上壁面３２および拡大下壁面３３の両方に沿って流れ、噴射されることによる。
【００３６】
また、拡大上壁面３２は上記実施形態のように半円筒状でなくてもよく、少なくとも噴孔１３の軸線Ｂの直上に位置する噴孔１３の壁面上の直線を含む噴孔１３の部分壁面が地点ａから噴孔１３の軸線Ｂに対して角度αで延びていればよい。同様に、拡大下壁面３３も上記実施形態のように半円筒状でなくてもよく、少なくとも噴孔１３の軸線Ｂの直下に位置する噴孔１３の壁面上の直線を含む噴孔１３の部分壁面が地点ｂから噴孔１３の軸線Ｂに対して角度βで延びていればよい。
【００３７】
したがって、例えば、図３（ｃ）に示したように、拡大上壁面３２および拡大下壁面３３が放射状に広がるような形状であってもよい。噴孔１３をこのように形成するには、ノズルボディ２にドリルで円柱状の孔を形成した後に、円錐状のドリルで既に形成された孔の入口近傍を削ればよいため、噴孔１３の形成するのが容易になる。
【００３８】
次に、第一実施形態における噴孔内燃料流速の変更方法（以下、「流速変更方法」と称す）について説明する。噴孔内燃料流速の変更は、基本的に、噴孔１３から噴射される燃料の圧力、すなわち噴孔１３の入口１６近傍における燃料の圧力（以下、「噴射圧力」と称す）を調整することによって行われる。すなわち、噴射圧力を高くすれば噴孔内燃料流速が速くなり、噴射圧力を低くすれば噴孔内燃料流速が遅くなる。この噴射圧力を調整する方法としては、大きく二つに分けられる。一つの方法としては、例えば、コモンレール（図示せず）等により燃料噴射弁１に供給する燃料の圧力（以下、「供給燃料圧力」と称す）、すなわち上流側環状流路６内の燃料の圧力を変更する方法が挙げられる。供給燃料圧力を高くすれば、噴射圧力も高くなり、よって噴孔内燃料流速が速くなり、供給燃料圧力を低くすれば、噴射圧力も低くなり、よって噴孔内燃料流速が遅くなる。
【００３９】
もう一つの方法としては、ニードル弁４のリフト量を変更する方法が上げられる。例えば、ニードル弁４のリフト量が少ない場合、すなわちニードル弁４が小さくリフトされている場合には、ノズルボディ２の先端部８の内壁面１０とニードル弁４の先端部１１との間には狭い環状流路しか形成されない。このため、噴孔１３から燃料を噴射することで低下したサック部１２内の燃料の圧力を補うだけの燃料が上流側環状流路６からサック部１２に流れず、燃料の噴射圧力が低下し、その結果、噴孔内燃料流速が遅くなる。一方、ニードル弁４のリフト量が多い場合には、ノズルボディ２の先端部８の内壁面１０とニードル弁４の先端部１１との間には広い環状流路が形成される。このため、サック部１２内の燃料の圧力を上流側環状流路６における燃料の圧力とほぼ同一に維持することができるので、噴孔内燃料流速が速くなる。
【００４０】
次に、図５を参照して、本発明の第一実施形態の燃料噴射弁１の変更例について説明する。なお、図５（ａ）および（ｂ）は、各変更例の燃料噴射弁の図３（ａ）と同様な拡大断面図である。図５（ａ）に示した変更例では、噴孔１３の形状は基本的に第一実施形態の噴孔と同形状であるが、角部３０における角度αがほぼ直角となっており、噴孔１３が地点ａにおいてステップ状に広がっている。この場合も、上記第一実施形態と同様に、角部３０では実用流速範囲において角部３０で燃料の流れが剥離してその後再付着しない。したがって、本変更例では、第一実施形態と同様に、角部３１における角度βと噴孔内燃料流速とに応じて、軸線向きまたは最下向きに噴孔１３から燃料を噴射することができる。
【００４１】
なお、本変更例では、噴孔１３が地点ａにおいて深さｌ３だけステップ状に広がるように拡大上壁面３２が形成されている。この深さｌ３が小さすぎると、噴孔内燃料流速によっては、一旦角部３０で剥離した燃料の流れが拡大上壁面３２上に再付着して拡大上壁面３２に沿って流れて、そのまま噴孔１３から噴射されたり、あるいは角部３０から拡大上壁面３２の出口縁部に向かって噴孔１３の軸線Ｂに対して所定の角度で流れて、そのままの角度で噴孔１３から噴射されたりする（以下、これらをまとめて「拡大上壁面３２に沿う等して流れる」と称す）ことがある。このため、角部３０における角度αをほぼ直角とした場合に、噴孔１３を流れる燃料の流れが拡大上壁面３２に沿う等して流れることのないように角部３０において流れを剥離させるためには、地点ａにおける深さｌ３を所定深さ以上の適切な値に設定する必要がある。
【００４２】
なお、逆に考えると、ステップ状に広がる深さｌ３の設定如何によっては、角度αを直角に設定しても、噴孔内燃料流速に応じて、燃料が拡大上壁面３２に沿う等して流れないようにすることと、燃料が拡大上壁面３２に沿う等して流れることとを変更することができる。したがって、角部３１における角度βをほぼ直角にして拡大下壁面３３を地点ｂにおいてステップ状に広がるように形成し、このときの地点ｂにおいてステップ状に広がる深さを噴孔内燃料流速が所定の流速Ｖ１であるときに燃料が拡大下壁面３２に沿う等して流れ始めるような深さに設定してもよい。
【００４３】
また、図５（ｂ）に示した別の変更例では、噴孔１３の形状は基本的に第一実施形態の噴孔と同形状であるが、噴孔１３の出口面と地点ａとの間の長さｌ１が噴孔１３の出口面と地点ｂとの間の長さｌ２よりも短くなっている。したがって、この場合、噴孔内燃料流速が角部３１において燃料の流れの剥離が起こらないかまたは燃料の流れが剥離してもその後再付着するような流速であるとき、噴孔１３を流れる燃料は、地点ｂから地点ａまでの間、拡大下壁面３３に沿って流れながらも噴孔１３の軸線Ｂに平行な噴孔１３の上壁面に沿って流れる。その後、噴孔１３の軸線Ｂに平行な噴孔１３の上壁面に沿って流れていた燃料の流れは、地点ａにおいて角部３０で剥離し、噴孔１３の軸線Ｂに沿って噴射されたり、拡大下壁面３３に沿って流れて噴射される主流の燃料の影響を受けて噴孔１３の軸線Ｂよりも僅かに下向きに噴射されたりする。
【００４４】
結果として、図５（ｂ）に示した変更例では、噴孔内燃料流速が、角部３０において燃料の流れが剥離してその後再付着しないような流速であって、角部３１において燃料の流れの剥離が起こらないかまたは燃料の流れが剥離してもその後再付着するような流速であるとき、燃料は、上記第一実施形態において噴射が行われる噴孔１３の軸線Ｂに対して下向きに角度βの方向よりも若干上向きな方向であって、噴孔１３の軸線Ｂよりも下向きな方向に噴射される。したがって、図５（ｂ）のように噴孔１３を形成しても、噴射方向を変更できるという本発明の効果を得られる。
【００４５】
上記二つの変更例を考慮すると、噴孔内燃料流速に応じて、噴孔１３からの燃料の噴射方向を変更するためには、角部３０から出口１８まで続く拡大上壁面３２を、噴孔内燃料流速が第二流速Ｖ２以上であるときに、角部３０で流れの剥離が起きて剥離した燃料の流れが拡大上壁面３２に再付着せず、よって拡大上壁面３２に沿う等することのないように形成する。さらに、角部３１から出口１８まで続く拡大下壁面３３を、噴孔内燃料流速が第一流速Ｖ１以上であるときに、角部３１で剥離が起きて剥離した燃料の流れが再付着せず且つ拡大下壁面３３に沿う等することのないような形状であって、噴孔内燃料流速が第一流速Ｖ１より遅いときに、燃料が拡大下壁面３３に沿う等して流れるような形状であればよい。この場合、角部３０と噴孔１３の出口面との間の長さと、角部３１と噴孔１３の出口面との間の長さはどちらが長くてもよい。また、拡大下壁面３３は、少なくとも噴孔１３の出口近傍において、噴孔１３の軸線Ｂに対して所定の角度で傾いているのが好ましい。
【００４６】
また、上記実施形態では、拡大上壁面３２および拡大下壁面３３は共にほぼ直線的に延びているが、それぞれ角部３０、３１よりも出口側で噴孔１３が広がるように連続的に湾曲していてもよい。このように湾曲させることにより、角部３０、３１において剥離が起きて再付着しない場合の噴射方向と、剥離が起きない場合または剥離が起きても再付着する場合の噴射方向とを大きく変えることができるようになる。
【００４７】
次に、第一実施形態および第一実施形態の変更例における燃料の噴射方向の変更制御について説明する。本実施形態の燃料噴射弁１では、上述したように、燃料は、噴孔内燃料流速に応じて、軸線向きまたは最下向きのいずれかの方向に噴射される。見方を変えると、本実施形態の燃料噴射弁１では、下向きのノズルボディ２の軸線方向に対する噴射方向の角度（以下、「噴射角度」と称す）が大きい噴射と、噴射角度の小さい噴射とのいずれかの噴射が行われる。
【００４８】
ところで、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合には、内燃機関の各運転行程は短い。このため、燃料噴射弁１から燃料を噴射することができる時間も短く、さらに、燃料噴射弁１から噴射した燃料は拡散しにくい。したがって、この場合、図６に示したようにピストンＰのリップＬに燃料を当てて、燃料をそのリップＬの周辺に飛び散らせることによって燃料を拡散させるのが好ましい。そこで、本実施形態の噴射方向変更制御では、噴射角度が大きいときの燃料噴射弁１からの燃料噴射方向を、噴孔１３の出口１８からピストンＰが上死点近傍にあるときのリップＬに向かう方向に設定し、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合には、噴射角度の大きい噴射を行う。こうすることで、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合には、燃料を確実にリップＬに当て、燃料を燃焼室内に拡散させることができるようになる。
【００４９】
一方、内燃機関が低負荷・低回転で運転されている場合には、内燃機関の各運転行程の時間は長い。このため、燃料噴射弁１から燃料を噴射することができる時間は長い。また、この場合、噴射角度が大きい噴射を行うと、燃焼室内での燃料の燃焼が開始される前に燃料がシリンダＳの壁面に到達してしまい、よって、燃料は燃焼室内で気化せずに液体状態でシリンダＳの壁面に付着してしまう。このように、燃料がシリンダＳの壁面に付着してしまうと、燃焼が適切に行われず、また、燃費の悪化や内燃機関内の潤滑油の劣化等をまねいてしまう。そこで、本実施形態の噴射方向変更制御では、内燃機関が低負荷・低回転で運転されている場合には、噴射角度の小さい噴射を行う。これにより、噴射された燃料がシリンダＳの壁面に付着することが防止されると同時に、燃焼室内での燃焼が開始されるかなり前から燃料が噴射されるため燃料が燃焼室内でより混合し易くなる。
【００５０】
また、ディーゼル型の圧縮自着火式内燃機関では、ピストンＰが圧縮上死点付近にあるときに行われる主噴射の他に、この主噴射の前に噴射（以下、「早期噴射」と称す）が行われたり、主噴射の後に噴射（以下、「ポスト噴射」と称す）が行われたりする。早期噴射は、例えば、この噴射による燃料を着火源としてその後の主噴射で速やかに着火燃焼が起こるようにするために行われる。ポスト噴射は、例えば、燃焼室から排出される排気ガス中に未燃の燃料を含有させることにより、排気ガスの空燃比（燃焼室に供給される燃料と空気との比率）を強制的にほぼ理論空燃比またはリッチにしたり、排気浄化触媒上で未燃の燃料を燃焼させて排気浄化触媒を昇温したりするために行われる。
【００５１】
このような早期噴射またはポスト噴射においても、内燃機関が低負荷・低回転で運転されている場合と同様に、噴射された燃焼がシリンダＳの壁面に付着し易い。そこで、本実施形態の噴射方向変更制御では、早期噴射またはポスト噴射は、噴射角度の小さい噴射によって行われる。
【００５２】
なお、上記実施形態の噴射方向変更制御においては、内燃機関の回転数に応じて燃料噴射弁１からの燃料噴射方向を決めるようにしていたが、回転数には無関係に常に噴射角度の大きい噴射のみを行い、早期噴射またはポスト噴射の場合にのみ噴射角度の小さい噴射を行ってもよい。また、回転数には無関係に常に噴射角度の大きい噴射のみを行っている場合でも、内燃機関の冷間始動時（すなわち、内燃機関の冷間始動後所定期間）のみ噴射角度の小さい噴射を行うようにしてもよい。これは、内燃機関の冷間始動時には燃焼室内の温度が低くて燃料が気化しにくく、よって燃料噴射弁から噴射された燃料は気化されずにシリンダＳの壁面に付着し易くなっており、このため噴射角度の大きい噴射を行うと、燃料がシリンダＳの壁面に付着してしまう可能性が高いことによる。
【００５３】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。上記実施形態において、噴孔１３からの燃料の噴射方向は、軸線向きと最下向きとの二方向とされている。しかしながら、実際には、角部３１において起こる流れの剥離の程度に応じて、燃料の噴射方向は、最下向きと、噴孔１３の軸線向きとの間で連続的に変更可能である。したがって、例えば、噴孔内燃料流速を第一流速Ｖ１から徐々に速くしていくと、噴孔１３からの燃料の噴射方向は最下向きから徐々に軸線向きの方向へと移り変わっていき、逆に噴孔内燃料流速を徐々に遅くしていくと、噴孔１３からの燃料の噴射方向は軸線向きから徐々に最下向きの方向へと移り変わっていく。
【００５４】
そこで、本発明の第二実施形態では、噴孔内燃料流速を一回の噴射期間中に徐々に連続的に速くさせて、各噴射期間中に燃料の噴射方向を徐々に上向きにさせる。例えば、一回の噴射期間の開始時には噴孔内燃料流速を燃料の噴射方向が最下向きになるような流速にし、そこから噴射期間の終了直前までの間の少なくとも一部期間中に徐々に噴孔内流速を速くさせ、噴射期間の終了直前には噴孔内流速を噴射方向が軸線向きになるような流速にする。
【００５５】
次に、第二実施形態における流速変更方法について説明する。第一実施形態において説明したように、噴孔内燃料流速を変更する方法は二つあるが、このうち燃料噴射弁１への供給燃料圧力を変更する方法では、一回の噴射期間中に噴射圧力、および噴孔内燃料流速を変化させるのは困難である。そのため、第二実施形態における流速変更方法では、ニードル弁４のリフト量を変更することで一回の噴射期間中に噴孔内燃料流速を変化させる。
【００５６】
すなわち、例えば、一回の噴射期間の開始時には燃料の噴射方向が最下向きになる噴射圧力および噴孔内燃料流速となるようなリフト量（以下、「低リフト量」と称す）とし、そこから噴射期間の終了直前までの間の少なくとも一部期間中に徐々にニードル弁４をリフトさせ、噴射期間の終了直前には燃料の噴射方向が軸線向きになる噴射圧力および噴孔内燃料流速となるようなリフト量（以下、「高リフト量」と称す）にする。このとき、燃料の噴射方向が最下向きの状態から軸線向きに変化させるまでにかかる時間（以下、「変化時間」と称す）は、ニードル弁４をリフトする速度（以下、「リフト速度」と称す）に応じて変化する。すなわち、リフト速度が速ければ変化時間は短くなり、リフト速度が遅ければ変化時間は短くなる。
【００５７】
次に、第二実施形態における燃料の噴射方向の変更制御について説明する。ところで、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合等には、上述したようにピストンＰのリップＬに燃料を当てて燃料を燃焼室内に拡散させるのが好ましい。ところが、ピストンＰは常に移動しているため、燃料噴射弁から同一の噴射方向に燃料を噴射すると、ピストンＰに位置によっては燃料はピストンＰのリップＬに当たらない。このようにリップＬに当たらなかった燃料は、燃焼室内で拡散しにくく、これにより燃焼状態が悪化してしまうことが考えられる。
【００５８】
そこで、本実施形態の噴射方向変更制御では、燃料噴射弁１からの燃料の噴射方向が、噴射された燃料が常にピストンＰのリップＬに向かうような方向とされる。したがって、ニードル弁４は、ピストンＰが燃料噴射弁１から離れて位置する噴射期間の初期には燃料の噴射方向が下向きとなっており、ピストンＰの上死点への移動に伴って噴射方向が徐々に軸線向きへと変化し、ピストンＰが上死点付近にあるときには噴射方向が軸線向きとなるように、一定のリフト速度でリフトされる。各噴射期間におけるニードル弁４のリフト速度は、ピストンＰの移動速度、あるいは機関回転数に応じて変更される。
【００５９】
このように、燃料噴射弁１から噴射される燃料を常にピストンＰのリップＬに当てるようにすることにより、燃焼室内において燃料を最適に拡散させ且つ良好に燃焼させることができるようになる。
【００６０】
なお、上記実施形態では、噴射期間の開始から終了直前までの間の少なくとも一部期間中に一定のニードル速度でニードル弁をリフトさせることで、燃料の噴射方向を連続的に変化させているが、リフト中のニードル弁のリフト速度を変更することにより各噴射期間中における上記噴射方向の変わり方を変更する如何なる制御を行ってもよい。すなわち、一回の噴射期間中に噴孔内燃料流速を変化させて、噴孔１３からの燃料の噴射方向を変化させれば如何なる制御を行ってもよい。例えば、ニードル速度を一定にせずにニードル弁４のリフト中に速くしたり遅くしたりしてもよいし、ニードル弁４のリフト中に一旦ニードル弁４のリフトを停止してもよい。また、噴射期間中にニードル弁を一定のリフト速度でまたはリフト速度を変化させつつリフトさせるだけでなく、一定の降ろし速度（ニードル弁を降ろす（噴孔を閉じる方向に移動させる）速度）でまたは降ろし速度を変化させつつニードル弁を降ろすようにしてもよい。
【００６１】
また、一回の噴射期間におけるニードル弁のリフト量をステップ的に変化させて、すなわち、噴孔内燃料流速をステップ的に変化させて、燃料の噴射方向を段階的に変更してもよい。さらに、第二実施形態の燃料噴射弁１の形状は、第一実施形態およびその変更例として示した如何なる形状であってもよい。また、第二実施形態における噴射方向変更制御は、第一実施形態における噴射方向変更制御と組み合わせてもよい。その場合、例えば、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合には第二実施形態の噴射方向変更制御を行い、内燃機関が低負荷・低回転で運転されている場合には最下向きに燃料を噴射するようにすることが考えられる。
【００６２】
次に、図７を参照して本発明の第三実施形態の燃料噴射弁１’について説明する。ここで、図７（ａ）は、第三実施形態の燃料噴射弁１’を図２のラインＶＩＩ−ＶＩＩから見た断面図であり、図７（ｂ）は、燃料噴射弁１’から噴射される燃料の様子を示す拡大概略図である。第二実施形態の燃料噴射弁１’は基本的に第一実施形態の燃料噴射弁１と同様な構成であるが、第一実施形態では燃料の噴射方向を上下方向に変更することができるのに対して、第二実施形態の燃料噴射弁１’では燃料の噴射方向を横方向に変更することができる。また、第三実施形態の燃料噴射弁１’は、燃焼室内に生成されるスワールが弱い内燃機関に用いられる。以下の説明では、噴孔１３の左壁面とは、少なくとも噴孔１３の軸線Ｂ’の一方の側（以下、「左側」と称す）の真横に位置する噴孔１３の壁面上の直線を含む噴孔１３の部分壁面を意味し、噴孔１３の右壁面とは、少なくとも噴孔１３の軸線Ｂ’の他方の側（以下、「右側」と称す）の真横に位置する噴孔１３の平面上の直線を含む噴孔１３の部分壁面を意味する。なお、本発明を実施するにあたり、右壁面と左壁面とが逆に配置されてもよい。
【００６３】
図７（ａ）に示したように、第二実施形態の燃料噴射弁１’では、地点ａにおける角部３０’から出口１８’まで噴孔１３’の左壁面（以下、「拡大左壁面」と称す）が噴孔１３の軸線Ｂ’に対して角度αでこの軸線Ｂ’から離れるように直線的に延びる。また、地点ｂにおける角部３１’から出口１８’まで噴孔１３’の右壁面（以下、「拡大右壁面」と称す）が噴孔１３の軸線Ｂ’に対して角度βでこの軸線Ｂ’から離れるように直線的に延びる。角部３０’における角度αは、実用流速範囲において常に角部３０’で流れが剥離してその後再付着しないような角度に設定される。また、角部３１’における角度βは、噴孔内燃料流速が実用流速範囲内の所定の流速Ｖ１であるときに角部３１’において燃料の流れが剥離してその後再付着しなくなり始めるような角度に設定される。
【００６４】
次に、上述したような形状で形成された噴孔１３’内における燃料の流れおよびこの噴孔１３からの燃料の噴射について説明する。噴孔内燃料流速が上記所定の流速Ｖ１よりも速い所定流速以上である場合には、角部３０’および角部３１’において燃料の流れが剥離してその後再付着せず、よって燃料は噴孔１３の軸線方向に噴射される。噴孔内燃料流速が所定の流速Ｖ１よりも遅い場合には、角部３０’において燃料の流れが剥離してその後再付着せず、角部３１’において燃料の流れが剥離しないかまたは剥離してもその後再付着し、よって燃料は拡大右壁面３３’に沿って流れ、軸線Ｂ’よりも右向きに噴射される。燃料の噴射方向の軸線Ｂ’からの角度は、噴孔内燃料流速から所定の流速Ｖ１を減算した流速の差に応じて変わり、噴孔内燃料流速が速くなるほど、軸線Ｂ’からの角度が小さくなる。
【００６５】
本実施形態では、上述した第二実施形態と同様に、一回の噴射期間においてニードル弁４’を徐々に上昇させることにより、噴孔１３’からの燃料の噴射方向が連続的に変更される。以下では、図７（ｂ）を参照して、各噴射期間における燃料の噴射の様子を説明する。なお、図７（ｂ）は、ニードル弁４’が低リフト量から高リフト量まで徐々にリフトされたときに、噴孔１３’から噴射された燃料の様子を示す。
【００６６】
各噴射期間においては、まず、ニードル弁４’はリフト量がほぼ零の位置から低リフト位置へと迅速に移動せしめられる。ニードル弁４’が低リフト位置にあるときには、燃料は、噴孔１３’の軸線Ｂ’よりも角度βだけ右向きに噴射される（図７（ｂ）中のｆ１）。次いで、ニードル弁４’が低リフト位置から高リフト位置へと徐々にリフトされるにつれて、燃料の噴射方向が徐々に左向きにになっていく（図７（ｂ）中のｆ２、ｆ３）。そして、ニードル弁４’が高リフト位置までリフトされると、燃料は噴孔１３’の軸線方向とほぼ同一の方向に噴射される（図７（ｂ）中のｆ３）。
【００６７】
このように、燃料噴射弁１’からの燃料の噴射方向が徐々に横方向にずれると、例えば燃焼室内にスワールが生成されている場合と同様に、燃料が拡散して燃焼室内全体に広く行き渡るようになる。
【００６８】
次に、第三実施形態における燃料の噴射方向の変更制御について説明する。一般に、多くの内燃機関においては、機関運転状態が低負荷・低回転であるときにはスワール比を大きくすることで、燃料と空気とが十分に混合するようにしており、機関運転状態が高負荷・高回転であるときにはスワール比を小さくすることで、燃焼初期に関与する予混合燃焼量を低減させて排気ガス中に含まれるＮＯｘを低減させるようにしている。ここで、本実施形態の燃料噴射弁１３’によれば、上述したように燃料の噴射方向を変化させることで燃焼室内にスワールを発生させるのと同様の効果を得ることができる。そこで、第三実施形態の噴射方向変更制御では、機関運転状態が低負荷・低回転であるときには、上述したように各噴射期間中にニードル弁４’を徐々にリフトさせて燃料の噴射方向を徐々に変化させ、スワール比を大きくした場合と同様な効果を得ようにする。一方、機関運転状態が高負荷・高回転であるときには、ニードル弁４’を迅速にリフトさせて、スワール比を小さくした場合と同様な効果を得るようにする。
【００６９】
これにより、第三実施形態の燃料噴射弁１’によれば、スワール比を変化させることができる可変スワール装置（例えば、スワールコントロールバルブ）を設けることなく、スワール比を変化させるのと同様な効果を得ることができる。
【００７０】
なお、上記第三実施形態では、燃焼室内の混合気に発生する実際のスワールが非常に弱い（スワール比が非常に小さい）か、または実際のスワールがほとんど発生していない内燃機関に用いられるが、実際のスワールが強い（スワール比が大きい）内燃機関に用いてもよい。この場合、燃料噴射弁１’からの燃料の噴射方向は実際のスワールを打ち消すように（すなわち、燃料の噴射方向が実際のスワールの向きと同一方向に徐々に移り変わるように）変化させる。そして、機関運転状態が高負荷・高回転であるときには、各噴射期間中にニードル弁４’を徐々にリフトさせて燃料の噴射方向を徐々に変化させ、実際のスワールを打ち消すようにする。機関運転状態が低負荷・低回転のときには、ニードル弁４’を迅速にリフトさせて、実際のスワールにより燃焼が最適に混合するようにする。
【００７１】
また、第三実施形態の燃料噴射弁１’は、第一実施形態の燃料噴射弁のように二段階に分けて、または多段階に分けて燃料を噴射するようにしてもよい。さらに、第三実施形態の燃料噴射弁の形状は、第一実施形態およびその変更例と同様な形状であって、第一実施形態およびその変更例で上下向きになっているものを横向きにした形状であってもよい。
【００７２】
次に、図８を参照して、本発明の第四実施形態の燃料噴射弁３５について説明する。ここで、図８は、燃料噴射弁３５をその先端側から見た底面図である。第四実施形態の燃料噴射弁３５の構成は、基本的に第一実施形態の燃料噴射弁１の構成と同様である。しかしながら、第四実施形態の燃料噴射弁３５は、噴孔の軸線に対する拡大上壁面および拡大下壁面の角度が第一実施形態の拡大上壁面３２および拡大下壁面３３の角度と同様である下向き噴孔３６と、第一実施形態の拡大上壁面３２および拡大下壁面３３の角度と互いに反対である上向き噴孔３７とが交互に設けられている。
【００７３】
すなわち、下向き噴孔３６においては、噴孔の軸線Ｂに対する拡大上壁面の角度が角度αであり、拡大下壁面の角度が角度βであるのに対し、上向き噴孔３７においては、噴孔の軸線Ｂに対する拡大上壁面の角度が角度βであり、拡大下壁面の角度が角度αである。また、各噴孔３６、３７はノズルボディ２の同一円周上に設けられており、全ての噴孔３６、３７において噴孔内燃料流速はほぼ同一とされる。さらに、各噴孔３６、３７は、その軸線Ｂがノズルボディの軸線を中心に放射状に且つその軸線Ｂが下向きのノズルボディの軸線に対する角度（噴射角度）が全ての噴孔３６、３７で等しくなるように配置される。
【００７４】
したがって、第四実施形態の燃料噴射弁３５では、噴孔内燃料流速が速いときには、各噴孔３６、３７から噴射される燃料の噴射方向は、各噴孔３６、３７の軸線Ｂとほぼ同一の方向である。すなわち、この場合、各噴孔３６、３７からの燃料の噴射角度は、全ての噴孔３６、３７においてほぼ同一となっている。
【００７５】
一方、噴孔内燃料流速が遅いときには、各噴孔３６、３７から噴射される燃料の噴射方向は、噴孔３６、３７によって異なる。すなわち、噴孔３６においては、燃料が噴孔３６の軸線に対して角度βだけ下向きに噴射され、噴孔３７においては、燃料が噴孔３７の軸線に対して角度βだけ上向きに噴射される。したがって、第四実施形態の燃料噴射弁３５によれば、噴孔内燃料流速が遅いときには、燃料は燃焼室内で拡散するように噴射される。
【００７６】
このように、本実施形態の燃料噴射弁３５によれば、噴孔内燃料流速に応じて、全ての噴孔３６、３７からの燃料の噴射角度が各噴孔３６、３７の軸線方向である噴射（以下、「平行噴射」と称す）と、互いに隣り合った噴孔３６、３７からの燃料の噴射方向が上下逆になっている噴射、すなわち各噴孔からの燃料の噴射方向が他の噴孔の軸線から離れるような方向である噴射（以下、「広角噴射」と称す）とを切り替えたり、両噴射間で変更したりすることができる。なお、ここでの噴孔内燃料流速の変更は、第一実施形態および第二実施形態と同様に、ニードル弁４のリフト量および供給燃料圧力を変更することによって行われる。
【００７７】
次に、第四実施形態における噴射方向変更制御について説明する。上述したように、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合には、ピストンＰのリップＬに燃料を当てるのが好ましいため、噴射した燃料がピストンＰのリップＬに向かうように平行噴射が行われる。内燃機関が低負荷・低回転で運転されている場合には、噴射した燃料が燃焼室内に拡散するのが好ましいため、広角噴射を行う。これにより、燃焼室における燃焼を常に良好に維持することができるようになる。
【００７８】
なお、第四実施形態の燃料噴射弁３５には、第一実施形態、その変更例および第二実施形態を組み合わせることができる。
【００７９】
次に、図９を参照して、本発明の第五実施形態の燃料噴射弁４０について説明する。ここで、図９（ａ）は、第五実施形態の燃料噴射弁４０の図３（ａ）と同様な拡大断面図であり、図９（ｂ）は、燃料噴射弁４０をその先端側から見た図８と同様な底面図である。第五実施形態の燃料噴射弁４０の構成は、基本的に第四実施形態の燃料噴射弁３５の構成と同様である。しかしながら、第五実施形態の燃料噴射弁４０は、ノズルボディ４１の先端部の或る円周上に配置された四つの下側噴孔４３と、この円周よりも上側または外周側に位置する別の円周上に配置された四つの上側噴孔４４とを具備し、これら噴孔４３、４４はノズルボディの円周方向において等間隔で交互に配置される。
【００８０】
また、下向きのノズルボディの軸線方向に対する下側噴孔４３の軸線Ｃの向きは、その上側噴孔４４の軸線Ｄの向きと異なる。すなわち、図９に示したように、下向きのノズルボディの軸線方向に対する上側噴孔４４の軸線Ｄの向きは、その下側噴孔４３の軸線Ｃの向きよりも下向きである。より詳細には、これら噴孔４３、４４の軸線Ｃ、Ｄの向きは、噴孔４３の軸線Ｃ向きに噴射された燃料と、噴孔４４の軸線Ｄ向きに噴射された燃料とが、ノズルボディの先端部またはその軸線周りのまたはこれらを中心としたほぼ同一の円周上に向かって噴射されるような向きとなっている。すなわち、下側噴孔４３と上側噴孔４４とが同一鉛直平面上に位置するものと仮定した場合におけるこれらの軸線Ｃ、Ｄ間の角度γは、これら軸線が上記同一の円周上で交わるような角度とされる（図９（ａ）参照）。本実施形態では、この円周の位置が、ピストンＰが上死点にあるときのリップＬに位置となるように噴４３、４４が形成される。
【００８１】
このため、第五実施形態の燃料噴射弁４０では、噴孔内燃料流速が速いときには、各噴孔４３、４４からの燃料の噴射方向は、各噴孔４３、４４の軸線Ｃ、Ｄとほぼ同一の向き、すなわちノズルボディの先端部またはその軸線周りのほぼ同一の円周上に向かう向きとなる。一方、噴孔内燃料流速が遅いときには、各噴孔４３、４４からの燃料の噴射方向は、下側噴孔４３と上側噴孔４４とで異なる。すなわち、下側噴孔４３においては、燃料が下側噴孔４３の軸線Ｃに対して角度βだけ下向きに噴射され、上側噴孔４４においては、燃料が上側噴孔４４の軸線Ｄに対して角度βだけ下向きに噴射される。したがって、第五実施形態の燃料噴射弁４０では、噴孔内燃料流速が遅いときには、燃料は燃焼室内で拡散するように噴射される。
【００８２】
このように、本実施形態の燃料噴射弁３５によれば、噴孔内燃料流速に応じて、下向きのノズルボディの軸線方向に対する下側噴孔４３からの燃料の噴射方向と上側噴孔４４からの燃料の噴射方向とが互いに近づくような噴射（以下、「狭角噴射」と称す）と、下向きのノズルボディの軸線方向に対する下側噴孔４３からの燃料の噴射方向と上側噴孔４４からの燃料の噴射方向とが互いに遠ざかるような噴射（以下、「広角噴射」と称す）とを切り替えたり、両噴射間で変更したりすることができる。なお、ここでの噴孔内燃料流速の変更は、第一実施形態および第二実施形態と同様に、ニードル弁４のリフト量および供給燃料圧力を変更することによって行われる。
【００８３】
第五実施形態における噴射方向変更制御では、第四実施形態における噴射方向変更制御と同様な理由で、内燃機関が高負荷・高回転で運転されている場合には狭角噴射が行われ、内燃機関が低負荷・低回転で運転されている場合には広角噴射が行われる。
【００８４】
なお、上記第五実施形態の燃料噴射弁４０では、下向きのノズルボディの軸線方向に対する下側噴孔４３の軸線Ｃの向きがその上側噴孔４４の軸線Ｄの向きよりも上向きとなっているが、これら軸線Ｃの向きと軸線Ｄの向きは同一方向であってもよい。
【００８５】
また、上記第五実施形態では、上側噴孔４３と下側噴孔４４とをノズルボディの周方向において等間隔に交互に設けているが、同一の角度位置に設けてもよい。すなわち、ノズルボディの先端からノズルボディの軸線に沿って延びる同一直線上に上側噴孔４３と下側噴孔４４とが設けられてもよい。あるいは、上側噴孔４３と下側噴孔４４とがノズルボディの周方向において交互に設けられる場合でも、等間隔で設けられなくてもよい。
【００８６】
さらに、第五実施形態の燃料噴射弁４０には、第一実施形態、その変更例および第二実施形態を組み合わせることができる。
【００８７】
次に、図１０を参照して、本発明の第六実施形態の燃料噴射弁５０について説明する。なお、図１０（ａ）は、第六実施形態の燃料噴射弁５０の図３（ａ）と同様なであり、図１０（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、ニードル弁のリフト量が小さいときおよび大きいときの燃料の流れを示す図である。第六実施形態の燃料噴射弁５０の構成は、基本的に第一実施形態の燃料噴射弁１の構成と同様である。ただし、図１０（ａ）から分かるように、噴孔５３は、サック部ではなく、先端中空空間、あるいは噴孔５３はニードル弁５２の先端部と先端中空空間９を画成する内壁面５５との間に形成される下側環状流路５６に通じている。すなわち、噴孔５３の入口５４は、ニードル弁５２がリフトされていないときに、ニードル弁５２の先端部の外壁面５７と当接または近接するノズルボディ５１の円錐状の内壁面５５上に設けられる。
【００８８】
また、第六実施形態の燃料噴射弁５０では、角部６０から噴孔５３の出口に向かって直線的に広がる拡大上壁面５８と、角部６１から噴孔５３の出口に向かって直線的に広がる拡大下壁面５９とが設けられるが、噴孔５３の軸線Ｅに対する拡大上壁面５８および拡大下壁面５９の角度は同一の角度δである。さらに、噴孔５３の入口面からの噴孔５３の軸線方向における角部６０および６１までの長さは同一の長さｌ４である。
【００８９】
次に、図１０（ｂ）および（ｃ）を参照して、上述したような形状の噴孔５３における燃料の流れおよびこの噴孔５３からの燃料の噴射について説明する。図示したような形状の燃料噴射弁５０では、下側環状流路５６から噴孔５３に流入する燃料は、噴孔５３の入口５４で急激に流れの方向が変わる。このため、噴孔５３の入口５４の角部では流れの剥離が起こるが、噴孔５３に流入する燃料の多くは図１０（ｂ）の矢印のように、噴孔５３の上方から流れてくるため、流れの剥離は噴孔５３の入口５４の上縁部において起こる。
【００９０】
ここで、図１０（ｂ）に示したように、ニードル弁５２のリフト量が所定リフト量よりも小さい場合、すなわちノズルボディ２の内壁面５５とニードル弁５２の先端部の外壁面５７との間の幅が狭い場合、噴孔５３の入口５４における燃料の流れの方向の移り変わりが非常に急であるため、噴孔５３の入口５４において起こる流れの剥離の程度は大きい。このため、燃料の流れが剥離している距離は長く（図中の剥離線Ｘ１参照）、角部６０に至っても燃料の流れは再付着しない。このため、燃料は拡大上壁面５８に沿って流れない。このとき、燃料の流速が角部６１において燃料の流れの剥離が起きないような流速であれば、燃料は拡大下壁面５９にのみ沿って流れる。したがって、燃料は、噴孔５３の軸線Ｅに対して角度δだけ下向きに噴射される。
【００９１】
一方、図１０（ｃ）に示したように、ニードル弁５２のリフト量が所定リフト量よりも大きい場合、すなわちノズルボディ２の内壁面５５とニードル弁５２の先端部の外壁面５７との間の幅が広い場合、図１０（ｂ）に示した場合に比べて噴孔５３の入口５４における燃料の流れの方向の移り変わりは急ではないため、噴孔５３の入口５４において起こる流れの剥離の程度は小さい。このため、燃料の流れが噴孔５３の壁面から剥離している距離は短く（図中の剥離線Ｘ２参照）、角部６０においては燃料の流れは再付着している。このため、燃料は拡大上壁面５８に沿って流れる。このとき、燃料の流速が角部６０、６１において燃料の流れの剥離が起きないような流速であれば、燃料は拡大上壁面５８および拡大下壁面５９の両方に沿って流れる。したがって、燃料は、噴孔５３の軸線Ｅに対して角度δだけ下向きの方向と角度δだけ上向きの方向との間で全体に亘って噴射される。
【００９２】
このように、第六実施形態の燃料噴射弁５０では、ニードル弁５２のリフト量に応じて、噴孔５３からの燃料の噴射形態を変更することができる。
【００９３】
ここで、噴孔５３の入口面から角部６０、６１までの長さｌ４とニードル弁５２のリフト量とは互いに関係しており、長さｌ４を長くすると噴孔５３の入口５４における流れの剥離が角部６０まで続くようなニードル弁５２のリフト量が小さくなり、長さｌ４を短くすると噴孔５３の入口５４における流れの剥離が角部６０まで続くようなニードル弁５２のリフト量が大きくなる。したがって、燃料噴射弁５０の製造には、このことを考慮して噴孔５３の入口面から角部６０、６１までの長さｌ４が設定される。
【００９４】
なお、第六実施形態の燃料噴射弁５０では、噴孔５３の入口面から角部６０までの長さと角部６１までの長さは同一となっているが、これら長さは同一でなくてもよい。また、角部６０の角度と角部６１の角度とは同一となっているが、これら角度も同一でなくてもよい。例えば、角部６１における角度を実用流速範囲において常に燃料の流れが剥離するような角度にすれば、燃料の噴射方向を軸線Ｅの方向と、拡大上壁面５８に沿った方向との間で変更することができる。
【００９５】
また、第六実施形態の燃料噴射弁５０に、第一実施形態、その変更例および第二実施形態を組み合わせてもよい。
【００９６】
なお、本明細書において噴孔からの燃料の噴射方向は一方向に定まるように説明されているが、実際には、全ての燃料が一方向のみに噴射されているわけではなく、燃料の一部はその方向とは異なる方向にも噴射されている。したがって、本明細書中における燃料の噴射方向とは、噴射される燃料全体の平均した流れ方向、または燃料の主流の流れ方向を意味する。
【００９７】
【発明の効果】
第１〜第１０の発明によれば、噴孔内燃料流速を変えることにより、同一の噴孔からの燃料の噴射形態を変更することができ、噴射形態を変更するために各噴射方向毎にその方向を向いた噴孔を形成する必要がないため、従来とは全く異なる簡単な構成で燃料の噴射形態を変更することができる。
【００９８】
第３の発明によれば、流れが剥離してその後再付着しなくなり始める噴孔内燃料流速を各角部の角度を適切に設定することで任意に変更することができるため、流れの剥離が起こる噴孔内燃料流速を容易に設定することができる。
【００９９】
第５および第６の発明によれば、機関運転状態等に応じて噴射角度を変えることができるため、内燃機関の燃焼状態を最適にすることができる。
【０１００】
第７および第８の発明によれば、複数の噴孔が設けられる場合に、各噴孔からの燃料の噴射方向を噴孔毎に異なる方向にすることと統一された方向にすることとを変更することができ、特に狭角噴射または平行噴射と広角噴射とを変更することができる。このため、機関運転状態に応じてこれらを変更すれば内燃機関の燃焼状態を最適にすることができる。
【０１０１】
第９の発明によれば、燃焼室内にスワールができていない場合でも、燃焼室内にスワールができている場合と同様な効果を得ることができる。
【０１０２】
第１１および第１２の発明によれば、ニードル弁のリフト量を変えることにより、同一の噴孔からの燃料の噴射形態を変更することができ、噴射形態を変更するために各噴射方向毎にその方向を向いた噴孔を形成する必要がないため、従来とは全く異なる簡単な構成で燃料の噴射形態を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料噴射弁の断面側面図である。
【図２】本発明の第一実施形態における燃料噴射弁の先端部の断面側面図である。
【図３】第一実施形態における燃料噴射弁の噴孔を示す図である。
【図４】第一実施形態における燃料噴射弁の噴孔での燃料の流れを示す図である。
【図５】第一実施形態の変更例における燃料噴射弁の噴孔を示す図である。
【図６】燃料の噴射方向を説明するための図である。
【図７】第三実施形態における燃料噴射弁を示す図である。
【図８】第四実施形態における燃料噴射弁の底面図である。
【図９】第五実施形態における燃料噴射弁を示す図である。
【図１０】第六実施形態における燃料噴射弁を示す図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁
２…ノズルボディ
４…ニードル弁
１２…サック部
１３…噴孔
１６…入口
１８…出口
３０…上側角部
３１…下側角部
３２…拡大上壁面
３３…拡大下壁面
Ｂ…軸線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection valve.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel injection valve that can change the injection mode of fuel injected from a fuel injection valve is known. As such a fuel injection valve, for example, a fuel injection valve having two nozzle hole groups arranged in the nozzle body separated in the axial direction of the nozzle body is known (see Patent Document 1). In the fuel injection valve described in Patent Document 1, when the lift amount of the needle valve accommodated in the nozzle body is small, the fuel is injected only from the injection hole group arranged on the rear end side of the nozzle body, When the lift amount is large, fuel is injected from both nozzle hole groups arranged on the front end side and the rear end side of the nozzle body. Therefore, in this fuel injection valve, the two-stage injection is changed according to the engine operating state, that is, the fuel injection from only one injection hole group and the fuel injection from both injection hole groups. .
[0003]
Further, in the fuel injection valve described in Patent Document 1, the angle of the rear end side nozzle hole group and the front end side nozzle hole group with respect to the nozzle body axis is different, and the front end side nozzle hole group is in the radial direction of the nozzle body. Further, the rear end side nozzle hole group faces the front end side of the nozzle body rather than the front end side nozzle hole group. Therefore, according to the fuel injection valve of Patent Document 1, the fuel injection toward the tip end side of the nozzle body and the fuel injection toward the radial direction and the tip end side of the nozzle body are changed according to the two-stage injection. The That is, with this fuel injection valve, the direction of fuel injection from the fuel injection valve can also be changed.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 09-49470 A
[Patent Document 2]
JP 11-93673 A
[Patent Document 3]
JP-A-11-117833
[Patent Document 4]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-117830
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in the fuel injection valve described in Patent Document 1, the shape of the tip of the needle valve and the nozzle body are selected in order to select the nozzle hole group through which the fuel passes according to the lift amount as described above. The shape of the tip becomes extremely complicated. And since the tip of the needle valve and the tip of the nozzle body are very small, very precise processing is required to form these complex shapes, which has increased the manufacturing cost. . For this reason, a fuel injection valve having a simple mechanism capable of appropriately changing the fuel injection mode is desired.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel injection valve capable of changing the fuel injection form with a simple configuration completely different from the conventional one.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the first invention, a fuel comprising a needle valve, a nozzle body that accommodates the needle valve, and at least one injection hole penetrating from the inner wall surface to the outer wall surface of the nozzle body. In the injection valve, the shape of the nozzle hole is such that the fuel injection direction from the nozzle hole changes when the flow velocity of the fuel flowing through the nozzle hole is changed (hereinafter referred to as “fuel velocity in the nozzle hole”). It further comprises a flow rate changing means for changing the fuel flow rate in the nozzle hole.
According to the first aspect, by changing the fuel flow velocity in the nozzle hole, the fuel injection direction from the same nozzle hole, that is, the fuel injection mode can be changed. That is, in order to change the injection direction, it is not necessary to form an injection hole directed in that direction for each injection direction. The fuel flow rate in the nozzle hole is changed by, for example, changing the pressure of the fuel at the nozzle hole inlet, more specifically, changing the lift amount of the needle valve or the fuel supplied to the fuel injection valve. This is done by changing the pressure.
[0008]
According to a second invention, in the first invention, the wall surface of the nozzle hole has a first partial wall surface and a second partial wall surface extending to the outlet of the nozzle hole, and the first partial wall surface has a fuel flow velocity in the nozzle hole. When the flow rate is higher than the first flow rate, fuel flow separation occurs and the separated flow does not reattach, and when the flow rate is slower than the first flow rate, fuel flow separation does not occur or fuel flow separation occurs. However, the peeled flow is reattached, and is inclined with respect to the axis of the nozzle hole in the vicinity of the nozzle hole outlet. The shape is such that separation of the fuel flow occurs and the separated flow does not reattach when the second flow rate is slower than the second flow rate.
According to the second invention, when the fuel flow velocity in the nozzle hole is higher than the first flow velocity, separation of the fuel flow occurs on both the first partial wall surface and the second partial wall surface, and the separated flow is the partial wall surface. Difficult to reattach to For this reason, fuel is injected, for example in the axial direction of a nozzle hole, without being along a 1st partial wall surface and a 2nd partial wall surface. When the fuel flow rate in the nozzle hole is a low speed between the first flow rate and the second flow rate, flow separation occurs on the second partial wall surface, and the separated flow is difficult to reattach. Even if the separation of the flow does not occur or the separation of the flow occurs, the separated flow tends to be reattached. For this reason, the fuel is injected along the first partial wall surface, that is, along the first partial wall surface in the vicinity of the nozzle hole outlet that is inclined with respect to the axis of the nozzle hole. Therefore, the fuel injection direction can be changed between the axial direction of the injection hole and the direction along the first partial wall surface by changing the fuel flow rate in the injection hole in the vicinity of the first flow rate.
Furthermore, when the fuel flow velocity in the nozzle hole is slower than the second flow velocity, no flow separation occurs on either the first partial wall surface or the second partial wall surface, or the separated flow occurs even if flow separation occurs. Reattach to the partial wall. For this reason, fuel is injected along the axis of the injection hole which is the center along the 1st partial wall surface and the 2nd partial wall surface. The first flow rate may be a slow flow rate that is not within the range of all flow rates that can be taken by the fuel flowing through the nozzle holes when the fuel injection valve of the present invention is used. In this case, when the fuel injection valve of the present invention is actually used, the fuel flow in the nozzle hole almost always peels off at the second partial wall surface and does not reattach to the second partial wall surface thereafter.
[0009]
According to a third aspect, in the second aspect, the first partial wall surface has a first corner that bends at a first angle with respect to the axis of the nozzle hole, and the second partial wall surface extends to the axis of the nozzle hole. A second angle portion that bends at a second angle, and the first angle indicates that the fuel flow separation occurs when the fuel flow velocity in the nozzle hole is equal to or higher than the first flow velocity, and the separated flow is the first flow portion. The angle at which fuel flow separation does not occur when it does not reattach to the wall surface and is slower than the first flow velocity, or the separated flow reattaches to the first wall surface even if fuel flow separation occurs The second angle is an angle such that when the fuel flow velocity in the nozzle hole is equal to or higher than the second flow velocity, separation of the fuel flow occurs and the separated flow does not reattach to the second partial wall surface.
According to the third invention, the separation of the fuel flow occurs at the first corner or the second corner depending on the fuel flow velocity in the nozzle hole. And the fuel flow velocity in a nozzle hole used as the branch point of whether the separated flow adheres again can be arbitrarily changed according to the setting of the angle of each corner | angular part.
[0010]
According to a fourth aspect, in the third aspect, the position of the second corner in the axial direction of the nozzle hole is the same as or more than the position of the first corner in the axial direction of the nozzle hole. Is also the inlet side of the nozzle hole.
When the first corner is closer to the nozzle hole inlet side than the second corner, the fuel having a flow velocity between the first flow velocity and the second flow velocity is separated at the first corner and then reattached. Alternatively, the flow does not peel off but flows along the wall surface of the first portion, and at the same time, flows along the wall surface portion located on the inlet side of the second wall surface of the second portion. Thereafter, the flow of fuel along the wall surface portion located on the inlet side of the second portion wall surface at the second corner portion is separated and does not reattach to the second portion wall surface. It is injected slightly in the direction of the axis of the injection hole rather than in the direction along the wall surface. According to the fourth aspect of the invention, the flow of fuel at a flow rate between the first flow rate and the second flow rate is separated at the second corner and then flows along the first partial wall surface. It will be injected in the direction along.
[0011]
According to a fifth invention, in any one of the second to fourth inventions, the first partial wall surface is located on one side with respect to the axis of the nozzle hole in the axial direction of the nozzle body, and the second partial wall surface Is located on the other side with respect to the axis of the nozzle hole in the axial direction of the nozzle body.
According to the fifth aspect, by changing the fuel flow velocity in the nozzle hole, the angle of the injection direction with respect to the axial direction of the nozzle body toward the tip of the nozzle body (hereinafter simply referred to as “injection angle”) changes.
[0012]
In a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions, the nozzle hole is arranged in a direction different from the axial direction of the nozzle body, and when the fuel flow velocity in the nozzle hole is changed, The angle of the injection direction (injection angle) with respect to the axial direction of the nozzle body toward the tip of the nozzle body changes, and when the engine operating state is in a high load state, the angle is increased and the engine operation is reversed. When the state is in a low load state, the angle is reduced.
When the engine operating state is high load and high rotation, the piston speed is fast and the injection period is short. Therefore, according to the sixth aspect of the invention, the injection angle is increased in this case, so that the fuel hits the lip of the piston and the fuel diffuses into the combustion chamber in a short time. On the other hand, when the engine operating state is low load and low rotation, the piston speed is slow and the injection period is long. Therefore, when the fuel injection angle is increased, the fuel adheres to the cylinder wall surface. Therefore, according to the sixth aspect of the invention, in this case, the injection angle is reduced, so that the fuel diffuses in the combustion chamber without adhering to the cylinder wall surface.
[0013]
According to a seventh invention, in any one of the first to fifth inventions, a plurality of injection holes are provided, and all the fuel flow speeds in the injection holes are controlled to be substantially the same. Is at least in a specific flow velocity range, the injection direction of the fuel injected from one or more injection holes, and the injection direction relative to the axial direction of each injection hole is the above of the fuel injected from the remaining injection holes Different from the injection direction.
According to the seventh invention, when a plurality of injection holes are formed in the nozzle body, when the fuel flow velocity in the injection hole is in a specific flow velocity range, the injection direction of the fuel injected from the injection hole is The injection direction (hereinafter, simply referred to as “injection direction”) with respect to the axial direction of each nozzle hole can be different for each nozzle hole or for several nozzle holes. On the other hand, when the fuel flow rate in the nozzle hole is not within the specific flow velocity range, the fuel injection direction from each nozzle hole is any direction, such as the same fuel injection direction in all the nozzle holes. May be.
Note that “the fuel flow rates in all nozzle holes are almost the same” means that the fuel flow rates in the nozzle holes are slightly different depending on the positional relationship of the nozzle holes and the components essential for the function of the fuel injection valve. Including cases.
[0014]
According to an eighth aspect, in the seventh aspect, each nozzle hole is arranged in a direction different from the axial direction of the nozzle body, and when the flow velocity of the fuel flowing through the nozzle hole is changed, the tip of the nozzle body is changed. The angle of the injection direction with respect to the axial direction of the nozzle body toward the nozzle is changed, and all of the injection or injection angles in which the fuel is directed from the nozzle holes toward substantially the same circumference around the tip of the nozzle body are all The injection can be switched between the same injection in the nozzle holes and the injection in which the fuel injection direction from each nozzle hole is away from the axis of the other nozzle holes.
In the eighth invention, fuel is injected from all nozzle holes toward the tip of the nozzle body or substantially the same circumference around the axis (hereinafter referred to as “narrow angle injection”) or from all nozzle holes. The injections with the same injection angle (hereinafter referred to as “parallel injection”), that is, the injection in which the injected fuel does not diffuse and collects at the lip of the piston, and the injection direction of the fuel from each injection hole It is possible to switch between injection in a direction away from the axis of another injection hole (hereinafter referred to as “wide-angle injection”), that is, injection in which the injected fuel spreads into the combustion chamber.
[0015]
In a ninth invention, in any one of the second to fourth inventions, the first partial wall surface is located on one side with respect to the axis of the nozzle hole in the circumferential direction of the nozzle body, and the second partial wall surface Is located on the other side with respect to the axis of the nozzle hole in the circumferential direction of the nozzle body.
According to the ninth aspect, by changing the fuel flow velocity in the nozzle hole, the angle of the injection direction with respect to the axial direction of the nozzle hole in the nozzle body circumferential direction is changed.
[0016]
According to a tenth invention, in any one of the first to ninth inventions, the nozzle hole is opened by lifting the needle valve, and the flow rate changing means changes the lift speed of the needle valve. The method of changing the injection direction during the injection period is changed.
According to the tenth aspect, the fuel injection direction in each injection period from when the needle valve lift is started until the needle valve is lowered can be changed according to time.
[0017]
In order to solve the above problems, in an eleventh aspect of the invention, a needle valve, a nozzle body that accommodates the needle valve, and at least one injection hole penetrating from the inner wall surface to the outer wall surface of the nozzle body are provided. In the fuel injection valve in which the nozzle hole is opened by lifting the needle valve, the width between the inlet of the nozzle hole and the tip of the needle valve changes according to the lift amount of the needle valve, This changes the degree of flow separation that occurs at the inlet of the nozzle hole, and changes the direction of fuel injection from the nozzle hole when the shape of the nozzle hole changes the degree of flow separation that occurs at the inlet of the nozzle hole. It has such a shape, and further includes a lift amount changing means for changing the lift amount of the needle valve.
Thus, according to the eleventh aspect, by changing the lift amount, the fuel injection direction from the same injection hole, that is, the fuel injection mode can be changed. That is, in order to change the injection mode, it is not necessary to form an injection hole oriented in each direction for each injection direction.
[0018]
In a twelfth aspect according to the eleventh aspect, the wall surface of the nozzle hole has a partial wall surface extending to the outlet of the nozzle hole, and the partial wall surface has the above-mentioned when the lift amount of the needle valve is equal to or greater than a predetermined lift amount. When the fuel flow separated at the injection hole inlet does not reattach to the partial wall surface and the lift amount of the needle valve is smaller than a predetermined lift amount, the fuel flow separated at the injection hole inlet flows to the partial wall surface. It is formed so as not to reattach or flow separation at the inlet of the nozzle hole, and is inclined with respect to the axis of the nozzle hole in the vicinity of the outlet of the nozzle hole.
Generally, according to the lift amount of the needle valve, that is, the width between the inlet of the nozzle hole and the tip of the needle valve, the degree of fuel flow separation occurring at the inlet of the nozzle hole differs, and the lift amount of the needle valve is different. When it is small, the degree of flow separation is large, and when the lift amount of the needle valve is large, the degree of flow separation is small. According to the twelfth aspect, when the degree of flow separation is larger than a certain level, the flow of fuel does not reattach to the predetermined partial wall surface of the nozzle hole, and the degree of flow separation is smaller than the certain level. Sometimes the fuel flow is reattached to the partial wall surface, or the nozzle hole shape is such that the flow separation does not occur at the inlet of the nozzle hole, and the predetermined partial wall surface may or may not be reattached. Thus, the fuel injection form from the nozzle hole is changed. For this reason, the fuel injection form from the nozzle hole changes between when the needle valve is lifted to a predetermined lift amount or more and when it is lifted smaller than the predetermined lift amount.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, embodiment of the fuel injection valve 1 of this invention is described in detail. 1 is a schematic cross-sectional view of the fuel injection valve 1 arranged on the wall surface of the combustion chamber of the internal combustion engine or the wall surface of the intake port leading to the combustion chamber of the internal combustion engine, and FIG. It is sectional drawing to which the part was expanded. The fuel injection valve 1 of the present invention is used in a diesel-type compression self-ignition internal combustion engine, but may be used in other internal combustion engines such as a spark ignition internal combustion engine.
[0020]
As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel injection valve 1 includes a substantially cylindrical nozzle body 2 having a hollow space 3 therein, and a sliding (moving) in the hollow space 3 of the nozzle body 2. And a cylindrical needle valve 4. The nozzle body 2 and the needle valve 4 are arranged so that their axes A are coaxial. The nozzle body 2 is further provided with a supply passage 5 communicating with the hollow space 3. The supply passage 5 is connected to a fuel supply source (not shown) outside the fuel injection valve 1, and high-pressure fuel is supplied into the hollow space 3 through the supply passage 5. The supplied fuel flows to the tip end portion 8 of the nozzle body 2 through the upstream annular flow path 6 provided between the needle valve 4 and the inner wall surface 7 of the nozzle body 2.
[0021]
The tip 8 of the nozzle body 2 has a conical shape, and a conical hollow space (hereinafter referred to as “tip hollow space”) 9 is provided in the tip 8. The tip hollow space 9 communicates with the hollow space 3 of the nozzle body 2, and the inner wall surface 10 of the tip portion 8 of the nozzle body 2 that defines the tip hollow space 9 can contact the tip portion 11 of the needle valve 4. is there. Further, a cylindrical space (hereinafter referred to as “sack portion”) 12 is provided at the tip of the tip hollow space 9.
[0022]
Further, at least one (eight in this embodiment) nozzle holes 13 are provided in the distal end portion 8. The nozzle holes 13 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the nozzle body 2, and the inlet 16 provided on the inner wall surface 14 of the tip portion 8 of the nozzle body 2 that defines the sack portion 12 and the outer wall surface of the tip portion 8. It penetrates between the outlet 18 provided on 17 and connects between the hollow spaces 3 and 9 of the nozzle body 2 and the outside of the nozzle body 2. Therefore, high-pressure fuel in the hollow spaces 3 and 9 can be injected from the outlet 18 of the nozzle hole 13 to the outside of the nozzle body 2 through the nozzle hole 13. The nozzle hole 13 may be formed so as to penetrate an inlet provided on the inner wall surface 10 that defines the distal end hollow space 9 and an outlet provided on the outer wall surface 17.
[0023]
The needle valve 4 slides in the hollow spaces 3, 9, and the tip portion 11 of the needle valve 4 comes into contact with or separates from the inner wall surface 10 that defines the tip hollow space 9. 16 can be closed or opened. That is, as shown in FIG. 2, a position where the downstream annular channel 19 is formed between the tip 11 of the needle valve 4 and the inner wall 10 defining the tip hollow space 9 (hereinafter referred to as “ When the needle valve 4 is in the “hole opening position”), the nozzle hole 13 is opened, and the fuel in the hollow spaces 3, 9 passes through the downstream annular channel 19 and the nozzle hole 13. It is injected from the outlet 18. On the other hand, when the needle valve 4 is located at a position where the distal end portion 11 of the needle valve 4 and the inner wall surface 10 defining the distal end hollow space 9 are in contact (hereinafter referred to as “injection hole closed position”), The downstream annular channel 19 is not formed therebetween, and the injection hole 13 is closed by the needle valve 4, so that the fuel in the hollow spaces 3 and 9 is not injected. The needle valve 4 is slid with respect to the nozzle body 2 by valve driving means (not shown) such as a solenoid or a piezo element.
[0024]
Next, the shape of the nozzle hole 13 will be described with reference to FIG. 3A is a cross-sectional view similar to FIG. 2 in which the vicinity of the nozzle hole 13 is enlarged, and FIGS. 3B and 3C are viewed along arrows III-III in FIG. FIG. 3 is a diagram of the outer periphery of the tip portion 8 of the nozzle body 2. In the following description, “upper” means the axial direction of the nozzle body 2 and opposite to the direction toward the tip of the nozzle body 2, and “lower” means the axial direction of the nozzle body 2. That means the direction toward the tip of the nozzle body 2. “Horizontal” means the circumferential direction of the nozzle body 2.
[0025]
As shown in FIG. 3, the nozzle hole 13 is substantially cylindrical from the inlet 16 to the point a, and therefore its cross-sectional area is not substantially changed. The upper partial wall surface (hereinafter referred to as “enlarged upper wall surface”) 32 of the nozzle hole 13 from the corner 30 to the outlet 18 at the point a is separated from the axis B at an angle α with respect to the axis B of the nozzle hole 13. So as to extend linearly. Further, a lower partial wall surface (hereinafter referred to as “expanded lower wall surface”) 33 from the corner portion 31 to the outlet 18 at the point b is separated from the axis B at an angle β with respect to the axis B of the nozzle hole. So as to extend linearly. That is, the upper wall surface of the nozzle hole 13 is bent discontinuously at an angle α with respect to the axis B at the point a, and the lower wall surface of the nozzle hole 13 is bent discontinuously at an angle β with respect to the nozzle hole B at the point b. . In particular, in the fuel injection valve 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the semi-cylindrical upper wall surface of the injection hole 13 in the vicinity of the inlet remains the same semi-cylindrical at an angle α from the point a. The lower cylindrical wall surface of the nozzle hole 13 in the vicinity of the inlet extends toward the outlet from the point b while maintaining the same semicylindrical shape at an angle β. The upper wall surface of the injection hole 13 means a partial wall surface of the injection hole 13 including at least a straight line on the wall surface of the injection hole 13 located immediately above the axis B of the injection hole 13. Similarly, the lower wall surface of the injection hole 13 means a partial wall surface of the injection hole 13 including at least a straight line on the wall surface of the injection hole 13 located immediately below the axis B of the injection hole 13.
[0026]
Here, the points a and b are the positions of the nozzle holes 13 in the axial direction. The point a has a length l from the exit surface of the nozzle hole 13 (the surface that is the outlet 18 of the nozzle hole 13 and is located on the same plane as the outer wall surface 17 of the nozzle body 2). 1 And the point b has a length l from the exit surface of the nozzle hole 13 2 It is. Length l 1 Is the length l 2 Therefore, the corner portion 31 is located closer to the inlet 16 side of the nozzle hole 13 than the corner portion 30.
[0027]
Next, with reference to FIG. 4, the flow of fuel in the injection hole 13 having the above-described shape and the injection of fuel from the injection hole 13 will be described. Here, FIGS. 4A and 4B are enlarged sectional views similar to FIG. First, when the flow rate of the fuel flowing in the nozzle hole 13 (hereinafter referred to as “fuel velocity in the nozzle hole”) is fast (that is, the flow rate of the fuel flowing through the nozzle hole 13 is large), it is shown in FIG. As described above, the fuel flow is separated at the corner 30 when passing through the point a, and flows without reattaching to the enlarged upper wall surface 32 of the nozzle hole 13 on the outlet side from the corner 30. In this case, the fuel flow also peels off at the corner 31 even when passing through the point b, and flows without reattaching to the enlarged lower wall surface 33 of the injection hole 13 on the downstream side of the corner 31. As a result, when the fuel flow rate in the injection hole is fast, the fuel is injected from the injection hole 13 in the axial direction of the injection hole 13.
[0028]
When the fuel flow rate in the nozzle hole is slow (that is, the flow rate of the fuel flowing through the nozzle hole 13 is small), as shown in FIG. It peels and flows without reattaching to the enlarged upper wall surface 32 of the nozzle hole 13 on the downstream side of the corner portion 30. However, in this case, the fuel flow does not peel off at the corner 31 when passing through the point b, or reattaches to the enlarged lower wall surface 32 even if it peels off at the corner 31. Therefore, as shown in FIG. 4B, the gas flows along the enlarged lower wall surface 32 of the nozzle hole 13 on the outlet side from the corner portion 31. As a result, when the fuel flow rate in the injection hole is slow, the fuel is injected downward from the axial direction of the injection hole 13 from the injection hole 13.
[0029]
Here, the relationship between the fuel flow rate in the injection hole and the injection direction of the fuel injected from the injection hole 13 is changed according to the angles α and β in the corner portions 30 and 31. For example, when the angle β at the corner portion 31 is increased, the fuel flow in the nozzle hole 13 is easily separated at the corner portion 31 and is less likely to be reattached after the separation. Therefore, the flow of the fuel does not peel off at the corner portion 31 and does not reattach to the enlarged lower wall surface 33 unless the flow velocity is very slow. Conversely, if the angle β at the corner portion 31 is reduced, the fuel flow in the nozzle hole 13 is difficult to peel off at the corner portion 31 and is likely to reattach after peeling. Therefore, even if the flow rate of the fuel is relatively high, the fuel flow does not peel at the corner portion 31 or reattaches to the enlarged lower wall surface 33 even if separated, and the enlarged lower wall surface 33 of the injection hole 13 on the outlet side from the corner portion 31. Flowing along.
[0030]
In the present embodiment, the angle α at the corner portion 30 is all the flow velocity ranges that the fuel flowing through the nozzle holes 13 can take when the fuel injection valve 1 is actually used (hereinafter referred to as “practical flow velocity range”). , The angle is set so that the fuel flow is separated at the corner 30 and does not reattach thereafter. Further, the angle β in the corner portion 31 is a predetermined first flow velocity V in which the fuel flow velocity in the nozzle hole is within the practical flow velocity range. 1 Is set to such an angle that the fuel flow peeled off at the corner portion 31 starts to not adhere again. In this case, the fuel flow velocity in the nozzle hole is the first flow velocity V. 1 When the flow velocity is higher than the predetermined flow velocity, the fuel flow is completely separated at the corner portion 31.
[0031]
Therefore, according to the fuel injection valve 1 of the present embodiment, the fuel flow velocity in the nozzle hole is the first flow velocity V. 1 When the fuel flow rate is slower than that, the fuel is injected downward by an angle β with respect to the axis B of the nozzle hole 13 (hereinafter referred to as “the lowest direction”), and the fuel flow velocity in the nozzle hole is the first flow velocity V. 1 When the fuel flow rate is equal to or faster than the predetermined flow velocity, the fuel is injected in a direction along the axis B of the nozzle hole 13 (hereinafter referred to as “axis direction”).
[0032]
Thus, according to the fuel injection valve 1 of the present invention, the injection direction of the fuel injected from the injection hole 13 can be changed by changing the fuel flow velocity in the injection hole.
[0033]
Moreover, in the nozzle hole 13 of this embodiment, as shown in FIG.3 (b), the expansion upper wall surface 32 and the expansion lower wall surface 33 have spread only upward and downward of the nozzle hole 13 in the vicinity of the entrance. It does not spread in the horizontal direction. Therefore, although the enlarged upper wall surface 32 and the enlarged lower wall surface 33 are widened, the cross-sectional area of the outlet 18 of the nozzle hole 13 is relatively narrow. If the cross-sectional area of the outlet 18 of the nozzle hole 13 is large, deposits such as hydrocarbons are likely to adhere to the nozzle hole 13 and the flow of fuel flowing through the nozzle hole 13 will deteriorate. As described above, this embodiment In the nozzle hole 13, since the cross-sectional area at the outlet 18 is narrow, such deposit adhesion is suppressed.
[0034]
Further, as shown in FIG. 3C, when the enlarged upper wall surface 32 and the enlarged lower wall surface 33 are shaped to spread radially, the fuel is injected along the enlarged lower wall surface 33 of the injection hole 13. Then, it is injected over the entire enlarged lower wall surface 33. For this reason, as shown by the arrow in FIG. 3C, the fuel is injected not only in the downward direction with respect to the axis of the injection hole 13 but also in a diagonally downward direction or a direction close to the lateral direction. Therefore, in this case, when the direction in which the entire injected fuel is directed macroscopically, the fuel is injected at an angle smaller than the angle β with respect to the axis B of the injection hole 13. On the other hand, in the case of this embodiment, as indicated by an arrow in FIG. 3B, the entire fuel injected from the injection hole 13 is injected downward by an angle β with respect to the axis B of the injection hole 13. Is done. For this reason, when the outlet of the nozzle hole 13 is expanded as in the present embodiment, the fuel injection direction from the nozzle hole 13 is more effectively changed when the fuel flow velocity in the nozzle hole is changed. Can do.
[0035]
In the above-described embodiment, the angle α at the corner 30 is set to an angle such that the fuel flow always peels off at the corner 30 and does not reattach afterwards in the practical flow velocity range. Is the predetermined first flow velocity V within the practical flow velocity range. 1 Slower than the predetermined second flow velocity V 2 The angle may be set so that the fuel flow is separated at the corner portion 30 and then does not reattach. In this case, the fuel flow velocity in the nozzle hole is the first flow velocity V. 1 When the above is the same as the above embodiment, the fuel flow velocity in the nozzle hole is the first flow velocity V. 1 Slower and the second flow velocity V 2 When it is faster, the fuel is injected downward (downward) by an angle β with respect to the axis B of the nozzle hole 13, and the fuel flow velocity in the nozzle hole is the second flow velocity V. 2 When it is later, the fuel is injected over substantially the entire range from the direction upward by the angle α to the direction downward by the angle β with respect to the axis B of the injection hole 13. The reason why the fuel is injected over the entire range is that the fuel flows along both the enlarged upper wall surface 32 and the enlarged lower wall surface 33 of the injection hole 13 and is injected.
[0036]
Further, the enlarged upper wall surface 32 may not be a semi-cylindrical shape as in the above-described embodiment, and at least a partial wall surface of the nozzle hole 13 including a straight line on the wall surface of the nozzle hole 13 positioned immediately above the axis B of the nozzle hole 13. May extend from the point a with respect to the axis B of the nozzle hole 13 at an angle α. Similarly, the enlarged lower wall surface 33 does not have to be semi-cylindrical as in the above-described embodiment, and at least a portion of the nozzle hole 13 including a straight line on the wall surface of the nozzle hole 13 located immediately below the axis B of the nozzle hole 13. The wall surface only needs to extend at an angle β with respect to the axis B of the nozzle hole 13 from the point b.
[0037]
Therefore, for example, as shown in FIG. 3C, the enlarged upper wall surface 32 and the enlarged lower wall surface 33 may have a shape that spreads radially. In order to form the nozzle hole 13 in this manner, after forming a cylindrical hole in the nozzle body 2 with a drill, the vicinity of the inlet of the hole already formed with the conical drill may be shaved. Easy to form.
[0038]
Next, a method for changing the fuel flow velocity in the nozzle hole in the first embodiment (hereinafter referred to as “flow velocity changing method”) will be described. The change in the fuel flow velocity in the nozzle hole basically adjusts the pressure of the fuel injected from the nozzle hole 13, that is, the fuel pressure in the vicinity of the inlet 16 of the nozzle hole 13 (hereinafter referred to as "injection pressure"). Is done by. That is, if the injection pressure is increased, the fuel flow velocity in the nozzle hole is increased, and if the injection pressure is decreased, the fuel flow velocity in the nozzle hole is decreased. There are roughly two methods for adjusting the injection pressure. As one method, for example, the pressure of fuel supplied to the fuel injection valve 1 by a common rail (not shown) or the like (hereinafter referred to as “supply fuel pressure”), that is, the pressure of the fuel in the upstream annular flow path 6 is used. The method of changing is mentioned. If the supply fuel pressure is increased, the injection pressure is also increased, so that the fuel flow velocity in the injection hole is increased. If the supply fuel pressure is decreased, the injection pressure is also decreased, and thus the fuel flow velocity in the injection hole is decreased.
[0039]
Another method is to change the lift amount of the needle valve 4. For example, when the lift amount of the needle valve 4 is small, that is, when the needle valve 4 is lifted small, there is a gap between the inner wall surface 10 of the tip 8 of the nozzle body 2 and the tip 11 of the needle valve 4. Only a narrow annular channel is formed. For this reason, the fuel which only compensates the pressure of the fuel in the sac part 12 which fell by injecting the fuel from the nozzle hole 13 does not flow from the upstream side annular flow path 6 to the sack part 12, and the fuel injection pressure decreases. As a result, the fuel flow velocity in the nozzle hole becomes slow. On the other hand, when the lift amount of the needle valve 4 is large, a wide annular flow path is formed between the inner wall surface 10 of the tip 8 of the nozzle body 2 and the tip 11 of the needle valve 4. For this reason, since the pressure of the fuel in the sack part 12 can be maintained substantially the same as the pressure of the fuel in the upstream side annular flow path 6, the fuel flow rate in the injection hole is increased.
[0040]
Next, with reference to FIG. 5, the example of a change of the fuel injection valve 1 of 1st embodiment of this invention is demonstrated. 5A and 5B are enlarged sectional views similar to FIG. 3A of the fuel injection valve of each modified example. In the modified example shown in FIG. 5A, the shape of the nozzle hole 13 is basically the same as that of the first embodiment, but the angle α at the corner 30 is almost a right angle. The holes 13 are stepped at the point a. Also in this case, as in the first embodiment, the fuel flow is separated at the corner portion 30 in the practical flow velocity range and does not reattach after that. Therefore, in the present modified example, fuel can be injected from the nozzle hole 13 in the axial direction or in the lowest direction according to the angle β in the corner portion 31 and the fuel flow velocity in the nozzle hole, as in the first embodiment.
[0041]
In this modification, the nozzle hole 13 has a depth l at the point a. 3 An enlarged upper wall surface 32 is formed so as to spread only in a step shape. This depth l 3 If it is too small, depending on the fuel flow velocity in the nozzle hole, the flow of the fuel once peeled off at the corner 30 reattaches on the enlarged upper wall surface 32 and flows along the enlarged upper wall surface 32 and is directly injected from the nozzle hole 13. Or flows from the corner portion 30 toward the exit edge of the enlarged upper wall surface 32 at a predetermined angle with respect to the axis B of the nozzle hole 13 and is injected from the nozzle hole 13 at the same angle (hereinafter referred to as “the angle”). These may be collectively referred to as “flow along the enlarged upper wall surface 32”). For this reason, when the angle α at the corner portion 30 is substantially a right angle, the flow is separated at the corner portion 30 so that the fuel flow through the nozzle hole 13 does not flow along the enlarged upper wall surface 32. At depth a at point a 3 Must be set to an appropriate value greater than a predetermined depth.
[0042]
In reverse, the depth l spreading in steps 3 Depending on the setting of the angle α, even if the angle α is set to a right angle, the fuel is prevented from flowing along the enlarged upper wall surface 32 according to the fuel flow velocity in the nozzle hole, and the fuel is enlarged. It is possible to change the flow along, for example. Therefore, the enlarged lower wall surface 33 is formed so as to expand stepwise at the point b with the angle β at the corner 31 being substantially perpendicular, and the fuel flow velocity in the injection hole is set to a depth that expands stepwise at the point b at this time. Velocity V 1 In such a case, the depth may be set such that the fuel starts to flow along the enlarged lower wall surface 32.
[0043]
Further, in another modification shown in FIG. 5B, the shape of the injection hole 13 is basically the same as the injection hole of the first embodiment. Length between 1 Is the length l between the exit surface of the nozzle hole 13 and the point b 2 Is shorter. Therefore, in this case, the fuel flowing through the nozzle hole 13 when the fuel flow velocity in the nozzle hole does not cause separation of the fuel flow at the corner portion 31 or is reattached after the fuel flow is separated. Flows along the upper wall surface of the nozzle hole 13 parallel to the axis B of the nozzle hole 13 while flowing along the enlarged lower wall surface 33 from point b to point a. Thereafter, the fuel flow that has flowed along the upper wall surface of the nozzle hole 13 parallel to the axis B of the nozzle hole 13 is peeled off at the corner 30 at the point a, and is injected along the axis B of the nozzle hole 13. The fuel is injected slightly downward from the axis B of the nozzle hole 13 due to the influence of the mainstream fuel that flows along the expanded lower wall surface 33 and is injected.
[0044]
As a result, in the modified example shown in FIG. 5B, the fuel flow velocity in the nozzle hole is such that the fuel flow is separated at the corner portion 30 and does not reattach thereafter, and the fuel flow rate at the corner portion 31 When the flow separation does not occur or when the flow rate is such that the fuel flow separates and then reattaches, the fuel is directed downward with respect to the axis B of the injection hole 13 where the injection is performed in the first embodiment. Are injected in a direction slightly upward from the direction of the angle β and downward from the axis B of the injection hole 13. Therefore, even if the injection hole 13 is formed as shown in FIG. 5B, the effect of the present invention that the injection direction can be changed can be obtained.
[0045]
Considering the above two modification examples, in order to change the fuel injection direction from the nozzle hole 13 in accordance with the fuel flow velocity in the nozzle hole, the enlarged upper wall surface 32 extending from the corner 30 to the outlet 18 is changed to the nozzle hole. The internal fuel flow rate is the second flow rate V 2 When it is above, it forms so that flow separation may occur at the corner 30 and the separated fuel flow does not reattach to the enlarged upper wall surface 32, and therefore does not follow the enlarged upper wall surface 32. Furthermore, the fuel flow velocity in the injection hole is the first flow velocity V on the enlarged lower wall surface 33 extending from the corner portion 31 to the outlet 18. 1 When the above is true, the shape is such that separation at the corner portion 31 does not cause re-adhesion and does not follow the enlarged lower wall surface 33, and the fuel flow velocity in the nozzle hole is the first. One flow velocity V 1 Any shape that allows the fuel to flow along the enlarged lower wall surface 33 at a later time may be used. In this case, either the length between the corner portion 30 and the exit surface of the nozzle hole 13 or the length between the corner portion 31 and the outlet surface of the nozzle hole 13 may be longer. The enlarged lower wall surface 33 is preferably inclined at a predetermined angle with respect to the axis B of the nozzle hole 13 at least in the vicinity of the outlet of the nozzle hole 13.
[0046]
Moreover, in the said embodiment, although both the expansion upper wall surface 32 and the expansion lower wall surface 33 are extended substantially linearly, it curves continuously so that the injection hole 13 may spread on the exit side rather than the corner | angular parts 30 and 31, respectively. It may be. By curving in this way, the injection direction when peeling occurs at the corners 30 and 31 and does not reattach, and the injection direction when separation does not occur or when reattachment occurs even when peeling occurs, are greatly changed. Will be able to.
[0047]
Next, change control of the fuel injection direction in the first embodiment and the modified example of the first embodiment will be described. In the fuel injection valve 1 of the present embodiment, as described above, the fuel is injected in either the axial direction or the lowest direction depending on the fuel flow velocity in the injection hole. In other words, in the fuel injection valve 1 of the present embodiment, an injection having a large angle in the injection direction with respect to the axial direction of the downward nozzle body 2 (hereinafter referred to as “injection angle”) and an injection having a small injection angle are performed. Either injection is performed.
[0048]
By the way, when the internal combustion engine is operated at high load and high rotation, each operation stroke of the internal combustion engine is short. For this reason, the time during which the fuel can be injected from the fuel injection valve 1 is also short, and the fuel injected from the fuel injection valve 1 is difficult to diffuse. Therefore, in this case, it is preferable that the fuel is diffused by applying fuel to the lip L of the piston P and scattering the fuel around the lip L as shown in FIG. Therefore, in the injection direction change control of the present embodiment, the fuel injection direction from the fuel injection valve 1 when the injection angle is large is changed from the outlet 18 of the injection hole 13 to the lip L when the piston P is near top dead center. When the internal combustion engine is operated at a high load and high rotation, the injection is performed with a large injection angle. By doing so, when the internal combustion engine is operated at a high load and high rotation, the fuel can be reliably applied to the lip L and the fuel can be diffused into the combustion chamber.
[0049]
On the other hand, when the internal combustion engine is operated with low load and low rotation, the time of each operation stroke of the internal combustion engine is long. For this reason, the time during which fuel can be injected from the fuel injection valve 1 is long. Further, in this case, if injection with a large injection angle is performed, the fuel reaches the wall surface of the cylinder S before the combustion of the fuel in the combustion chamber is started, so that the fuel is not vaporized in the combustion chamber. It will adhere to the wall surface of the cylinder S in a liquid state. As described above, if the fuel adheres to the wall surface of the cylinder S, combustion is not performed properly, and fuel consumption is deteriorated, lubricant oil in the internal combustion engine is deteriorated, and the like. Therefore, in the injection direction change control of the present embodiment, when the internal combustion engine is operated at a low load and a low rotation, injection with a small injection angle is performed. This prevents the injected fuel from adhering to the wall surface of the cylinder S, and at the same time, the fuel is injected much before combustion in the combustion chamber is started, so that the fuel is more easily mixed in the combustion chamber. Become.
[0050]
Further, in the diesel type compression self-ignition internal combustion engine, in addition to the main injection performed when the piston P is in the vicinity of the compression top dead center, the injection is performed before the main injection (hereinafter referred to as “early injection”). Or after the main injection (hereinafter referred to as “post injection”). The early injection is performed, for example, so that ignition combustion occurs promptly in the subsequent main injection using the fuel from the injection as an ignition source. In the post-injection, for example, the unburned fuel is contained in the exhaust gas discharged from the combustion chamber, thereby forcing the air-fuel ratio of the exhaust gas (ratio of fuel to air supplied to the combustion chamber) to be almost This is carried out in order to increase the stoichiometric air-fuel ratio or rich, or to increase the temperature of the exhaust purification catalyst by burning unburned fuel on the exhaust purification catalyst.
[0051]
In such early injection or post injection, the injected combustion is likely to adhere to the wall surface of the cylinder S, as in the case where the internal combustion engine is operated at a low load and a low rotation. Therefore, in the injection direction change control of the present embodiment, early injection or post injection is performed by injection with a small injection angle.
[0052]
In the injection direction change control of the above embodiment, the fuel injection direction from the fuel injection valve 1 is determined according to the rotational speed of the internal combustion engine. However, the injection always has a large injection angle regardless of the rotational speed. Only in the case of early injection or post injection, injection with a small injection angle may be performed. Even when only injection with a large injection angle is always performed regardless of the rotational speed, injection with a small injection angle is performed only during a cold start of the internal combustion engine (that is, a predetermined period after the cold start of the internal combustion engine). You may do it. This is because when the internal combustion engine is cold started, the temperature in the combustion chamber is low and the fuel is difficult to vaporize, so that the fuel injected from the fuel injection valve is not vaporized and easily adheres to the wall surface of the cylinder S. Therefore, when injection with a large injection angle is performed, there is a high possibility that the fuel will adhere to the wall surface of the cylinder S.
[0053]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the above embodiment, the fuel injection direction from the nozzle hole 13 is two directions, that is, the axial direction and the lowest direction. However, in practice, the fuel injection direction can be continuously changed between the lowest direction and the axial direction of the nozzle hole 13 according to the degree of flow separation occurring at the corner portion 31. Therefore, for example, the fuel flow velocity in the nozzle hole is set to the first flow velocity V. 1 When the fuel flow rate from the nozzle hole 13 is gradually increased, the fuel injection direction from the nozzle hole 13 gradually changes from the lowest direction to the axial direction. Conversely, when the fuel flow velocity in the nozzle hole is gradually decreased, The fuel injection direction from the nozzle hole 13 gradually changes from the axial direction to the lowest direction.
[0054]
Therefore, in the second embodiment of the present invention, the fuel flow velocity in the injection hole is gradually increased during one injection period, and the fuel injection direction is gradually increased during each injection period. For example, at the start of a single injection period, the fuel flow rate in the nozzle hole is set to a flow rate such that the fuel injection direction is at the lowest point, and the injection is gradually performed during at least a part of the period immediately before the end of the injection period. The in-hole flow rate is increased, and immediately before the end of the injection period, the in-hole flow rate is set to a flow rate such that the injection direction is the axial direction.
[0055]
Next, the flow rate changing method in the second embodiment will be described. As described in the first embodiment, there are two methods for changing the fuel flow velocity in the injection hole. Of these methods, the method for changing the fuel pressure supplied to the fuel injection valve 1 performs injection during one injection period. It is difficult to change the pressure and the fuel flow rate in the nozzle hole. Therefore, in the flow velocity changing method in the second embodiment, the fuel flow velocity in the injection hole is changed during one injection period by changing the lift amount of the needle valve 4.
[0056]
That is, for example, at the start of one injection period, a lift amount (hereinafter referred to as a “low lift amount”) is set such that the fuel injection direction is the lowest and the fuel flow velocity in the injection hole. The needle valve 4 is gradually lifted during at least a part of the period up to immediately before the end of the injection period, and immediately before the end of the injection period, the fuel injection direction and the fuel flow velocity in the injection hole become the axial direction. Such lift amount (hereinafter referred to as “high lift amount”). At this time, the time required to change the fuel injection direction from the lowest direction to the axial direction (hereinafter referred to as “change time”) is the speed at which the needle valve 4 is lifted (hereinafter referred to as “lift speed”). ). That is, if the lift speed is fast, the change time is short, and if the lift speed is slow, the change time is short.
[0057]
Next, control for changing the fuel injection direction in the second embodiment will be described. By the way, when the internal combustion engine is operated at a high load and a high rotation, it is preferable to apply fuel to the lip L of the piston P to diffuse the fuel into the combustion chamber as described above. However, since the piston P is constantly moving, when fuel is injected from the fuel injection valve in the same injection direction, the fuel does not hit the lip L of the piston P depending on the position. As described above, the fuel that has not hit the lip L is unlikely to diffuse in the combustion chamber, which may deteriorate the combustion state.
[0058]
Therefore, in the injection direction change control of the present embodiment, the injection direction of the fuel from the fuel injection valve 1 is set so that the injected fuel is always directed toward the lip L of the piston P. Accordingly, in the needle valve 4, the fuel injection direction is downward in the initial stage of the injection period in which the piston P is located away from the fuel injection valve 1, and the injection direction is accompanied by the movement of the piston P to the top dead center. Gradually changes in the axial direction, and when the piston P is near the top dead center, the fuel is lifted at a constant lift speed so that the injection direction is in the axial direction. The lift speed of the needle valve 4 in each injection period is changed according to the moving speed of the piston P or the engine speed.
[0059]
In this way, by always applying the fuel injected from the fuel injection valve 1 to the lip L of the piston P, the fuel can be optimally diffused and burned well in the combustion chamber.
[0060]
In the above embodiment, the fuel injection direction is continuously changed by lifting the needle valve at a constant needle speed during at least a part of the period from the start to the end of the injection period. Any control for changing the change in the injection direction during each injection period by changing the lift speed of the needle valve during the lift may be performed. That is, any control may be performed as long as the fuel flow rate in the injection hole is changed during the injection period and the injection direction of the fuel from the injection hole 13 is changed. For example, the needle speed may be increased or decreased during the lift of the needle valve 4 without making the needle speed constant, or the lift of the needle valve 4 may be stopped once during the lift of the needle valve 4. Also, during the injection period, not only the needle valve is lifted at a constant lift speed or while changing the lift speed, but also at a constant lowering speed (speed at which the needle valve is lowered (moving in the direction of closing the nozzle hole)) or The needle valve may be lowered while changing the lowering speed.
[0061]
Further, the fuel injection direction may be changed stepwise by changing the lift amount of the needle valve in one injection period stepwise, that is, changing the fuel flow rate in the injection hole stepwise. Furthermore, the shape of the fuel injection valve 1 of the second embodiment may be any shape shown as the first embodiment and its modification. Moreover, you may combine the injection direction change control in 2nd embodiment with the injection direction change control in 1st embodiment. In that case, for example, when the internal combustion engine is operated at a high load / high rotation, the injection direction change control of the second embodiment is performed, and when the internal combustion engine is operated at a low load / low rotation, It is conceivable to inject fuel downward.
[0062]
Next, a fuel injection valve 1 ′ according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 7A is a cross-sectional view of the fuel injection valve 1 ′ of the third embodiment as viewed from the line VII-VII in FIG. 2, and FIG. 7B is an injection from the fuel injection valve 1 ′. It is an enlarged schematic diagram showing the state of the fuel to be performed. The fuel injection valve 1 ′ of the second embodiment has basically the same configuration as the fuel injection valve 1 of the first embodiment, but in the first embodiment, the fuel injection direction can be changed in the vertical direction. On the other hand, in the fuel injection valve 1 ′ of the second embodiment, the fuel injection direction can be changed to the lateral direction. Further, the fuel injection valve 1 ′ of the third embodiment is used for an internal combustion engine having a weak swirl generated in the combustion chamber. In the following description, the left wall surface of the nozzle hole 13 includes at least a straight line on the wall surface of the nozzle hole 13 positioned directly beside one side of the axis B ′ of the nozzle hole 13 (hereinafter referred to as “left side”). The partial wall surface of the nozzle hole 13 is meant, and the right wall surface of the nozzle hole 13 is a plane of the nozzle hole 13 positioned at the side of at least the other side (hereinafter referred to as “right side”) of the axis B ′ of the nozzle hole 13. The partial wall surface of the nozzle hole 13 including the upper straight line is meant. In carrying out the present invention, the right wall surface and the left wall surface may be arranged in reverse.
[0063]
As shown in FIG. 7A, in the fuel injection valve 1 ′ of the second embodiment, the left wall surface of the nozzle hole 13 ′ from the corner 30 ′ to the outlet 18 ′ at the point a (hereinafter, “enlarged left wall surface”). ) Extends linearly away from the axis B ′ of the nozzle hole 13 at an angle α. Further, the right wall surface of the nozzle hole 13 ′ (hereinafter referred to as “enlarged right wall surface”) from the corner 31 ′ to the outlet 18 ′ at the point b is at an angle β with respect to the axis B ′ of the nozzle hole 13. Extends linearly away from The angle α at the corner 30 ′ is set to an angle such that the flow is always separated at the corner 30 ′ and does not reattach after that in the practical flow velocity range. In addition, the angle β in the corner portion 31 ′ is a predetermined flow velocity V in which the fuel flow velocity in the nozzle hole is within the practical flow velocity range. 1 Is set to an angle at which the fuel flow peels off at the corner portion 31 ′ and then does not adhere again.
[0064]
Next, the flow of fuel in the nozzle hole 13 ′ formed in the above-described shape and the fuel injection from the nozzle hole 13 will be described. The fuel flow velocity in the nozzle hole is the predetermined flow velocity V 1 When the flow rate is higher than the predetermined flow velocity, the fuel flow is separated at the corners 30 ′ and 31 ′ and does not adhere again, so that the fuel is injected in the axial direction of the nozzle hole 13. The fuel flow velocity in the nozzle hole is a predetermined flow velocity V 1 If it is slower, the fuel flow will delaminate at the corner 30 'and will not reattach after that, and the fuel flow will not delaminate at the corner 31' or will reattach even after delamination, so the fuel will It flows along the enlarged right wall surface 33 'and is injected rightward from the axis B'. The angle from the axis B ′ in the fuel injection direction is determined from the fuel flow velocity in the injection hole to a predetermined flow velocity V. 1 The angle from the axis B ′ decreases as the fuel flow rate in the nozzle hole increases.
[0065]
In the present embodiment, as in the second embodiment described above, the injection direction of the fuel from the nozzle hole 13 ′ is continuously changed by gradually raising the needle valve 4 ′ during one injection period. . Below, with reference to FIG.7 (b), the mode of the injection of the fuel in each injection period is demonstrated. FIG. 7B shows the state of the fuel injected from the nozzle hole 13 ′ when the needle valve 4 ′ is gradually lifted from the low lift amount to the high lift amount.
[0066]
In each injection period, first, the needle valve 4 ′ is quickly moved from the position where the lift amount is substantially zero to the low lift position. When the needle valve 4 ′ is in the low lift position, the fuel is injected to the right by an angle β from the axis B ′ of the injection hole 13 ′ (f in FIG. 7B). 1 ). Next, as the needle valve 4 ′ is gradually lifted from the low lift position to the high lift position, the fuel injection direction gradually turns to the left (f in FIG. 7B). 2 , F 3 ). When the needle valve 4 ′ is lifted to the high lift position, the fuel is injected in a direction substantially the same as the axial direction of the injection hole 13 ′ (f in FIG. 7B). 3 ).
[0067]
As described above, when the fuel injection direction from the fuel injection valve 1 ′ gradually shifts in the lateral direction, the fuel diffuses and spreads widely throughout the combustion chamber, for example, as in the case where swirls are generated in the combustion chamber. It becomes like this.
[0068]
Next, change control of the fuel injection direction in the third embodiment will be described. In general, in many internal combustion engines, when the engine operating state is low load and low rotation, the swirl ratio is increased so that the fuel and air are sufficiently mixed, and the engine operating state is high. By reducing the swirl ratio when the engine speed is high, the amount of premixed combustion involved in the early stage of combustion is reduced to reduce NOx contained in the exhaust gas. Here, according to the fuel injection valve 13 ′ of the present embodiment, it is possible to obtain the same effect as generating swirl in the combustion chamber by changing the fuel injection direction as described above. Therefore, in the injection direction change control of the third embodiment, when the engine operating state is low load and low rotation, as described above, the needle valve 4 ′ is gradually lifted during each injection period to change the fuel injection direction. Change gradually to obtain the same effect as when the swirl ratio is increased. On the other hand, when the engine operating state is high load and high rotation, the needle valve 4 'is lifted quickly to obtain the same effect as when the swirl ratio is reduced.
[0069]
Thereby, according to fuel injection valve 1 'of 3rd embodiment, the effect similar to changing a swirl ratio is provided, without providing the variable swirl apparatus (for example, swirl control valve) which can change a swirl ratio. Can be obtained.
[0070]
In the third embodiment, the actual swirl generated in the air-fuel mixture in the combustion chamber is very weak (the swirl ratio is very small), or is used for an internal combustion engine that hardly generates actual swirl. The actual swirl may be strong (the swirl ratio is large). In this case, the fuel injection direction from the fuel injection valve 1 ′ is changed so as to cancel the actual swirl (that is, the fuel injection direction gradually changes in the same direction as the actual swirl direction). When the engine operating state is high load and high rotation, the needle valve 4 'is gradually lifted during each injection period to gradually change the fuel injection direction so as to cancel the actual swirl. When the engine operating state is low load and low rotation, the needle valve 4 'is quickly lifted so that the combustion is optimally mixed by the actual swirl.
[0071]
Further, the fuel injection valve 1 ′ of the third embodiment may be divided into two stages as in the fuel injection valve of the first embodiment, or may be injected in multiple stages. Furthermore, the shape of the fuel injection valve of the third embodiment is the same as that of the first embodiment and its modified example, and the one that is vertically oriented in the first embodiment and its modified example is turned sideways. It may be a shape.
[0072]
Next, with reference to FIG. 8, the fuel injection valve 35 of 4th embodiment of this invention is demonstrated. Here, FIG. 8 is a bottom view of the fuel injection valve 35 as viewed from the front end side. The configuration of the fuel injection valve 35 of the fourth embodiment is basically the same as the configuration of the fuel injection valve 1 of the first embodiment. However, the fuel injection valve 35 of the fourth embodiment has a downward injection in which the angles of the enlarged upper wall surface and the enlarged lower wall surface with respect to the axis of the nozzle hole are the same as the angles of the enlarged upper wall surface 32 and the enlarged lower wall surface 33 of the first embodiment. The holes 36 and the upward injection holes 37 opposite to the angles of the enlarged upper wall surface 32 and the enlarged lower wall surface 33 of the first embodiment are alternately provided.
[0073]
That is, in the downward injection hole 36, the angle of the enlarged upper wall surface with respect to the axis B of the injection hole is an angle α, and the angle of the enlarged lower wall surface is an angle β. The angle of the enlarged upper wall surface with respect to the axis B is the angle β, and the angle of the enlarged lower wall surface is the angle α. The nozzle holes 36 and 37 are provided on the same circumference of the nozzle body 2, and the fuel flow rates in the nozzle holes are substantially the same in all the nozzle holes 36 and 37. Further, each of the nozzle holes 36 and 37 has an axis B that is radially about the axis of the nozzle body and an angle (injection angle) with respect to the axis of the nozzle body in which the axis B is downward is equal in all the nozzle holes 36 and 37. It is arranged to become.
[0074]
Therefore, in the fuel injection valve 35 of the fourth embodiment, when the fuel flow rate in the injection hole is high, the injection direction of the fuel injected from each injection hole 36, 37 is substantially the same as the axis B of each injection hole 36, 37. Direction. That is, in this case, the fuel injection angles from the nozzle holes 36 and 37 are substantially the same in all the nozzle holes 36 and 37.
[0075]
On the other hand, when the fuel flow rate in the injection hole is slow, the injection direction of the fuel injected from the injection holes 36 and 37 differs depending on the injection holes 36 and 37. That is, in the nozzle hole 36, fuel is injected downward by an angle β with respect to the axis of the nozzle hole 36, and in the nozzle hole 37, fuel is injected upward by an angle β with respect to the axis of the nozzle hole 37. . Therefore, according to the fuel injection valve 35 of the fourth embodiment, when the fuel flow rate in the injection hole is low, the fuel is injected so as to diffuse in the combustion chamber.
[0076]
Thus, according to the fuel injection valve 35 of the present embodiment, the fuel injection angles from all the injection holes 36 and 37 are in the axial direction of the injection holes 36 and 37 according to the fuel flow velocity in the injection holes. Injection (hereinafter referred to as “parallel injection”) and injection in which the directions of fuel injection from the adjacent nozzle holes 36 and 37 are upside down, that is, the direction of fuel injection from each nozzle hole is different from that of the other injection holes. It is possible to switch between injections that are directions away from the axis of the nozzle holes (hereinafter referred to as “wide-angle injection”) or to change between both injections. Here, the change in the fuel flow velocity in the nozzle hole is performed by changing the lift amount of the needle valve 4 and the supply fuel pressure, as in the first and second embodiments.
[0077]
Next, the injection direction change control in the fourth embodiment will be described. As described above, when the internal combustion engine is operated at a high load and high rotation, it is preferable to apply fuel to the lip L of the piston P, so that the injected fuel is parallel to the lip L of the piston P. Injection is performed. When the internal combustion engine is operated at a low load and a low rotation, it is preferable that the injected fuel is diffused into the combustion chamber, so that wide-angle injection is performed. As a result, the combustion in the combustion chamber can always be maintained satisfactorily.
[0078]
The fuel injection valve 35 of the fourth embodiment can be combined with the first embodiment, its modified example, and the second embodiment.
[0079]
Next, with reference to FIG. 9, the fuel injection valve 40 of 5th embodiment of this invention is demonstrated. Here, FIG. 9A is an enlarged cross-sectional view similar to FIG. 3A of the fuel injection valve 40 of the fifth embodiment, and FIG. 9B shows the fuel injection valve 40 from its front end side. It is a bottom view similar to FIG. The configuration of the fuel injection valve 40 of the fifth embodiment is basically the same as the configuration of the fuel injection valve 35 of the fourth embodiment. However, the fuel injection valve 40 of the fifth embodiment is positioned on the upper side or the outer side of the four lower injection holes 43 arranged on a certain circumference of the tip of the nozzle body 41 and the circumference. Four upper injection holes 44 arranged on another circumference are provided, and these injection holes 43 and 44 are arranged alternately at equal intervals in the circumferential direction of the nozzle body.
[0080]
The direction of the axis C of the lower nozzle hole 43 with respect to the axis direction of the downward nozzle body is different from the direction of the axis D of the upper nozzle hole 44. That is, as shown in FIG. 9, the direction of the axis D of the upper nozzle hole 44 with respect to the axis direction of the downward nozzle body is lower than the direction of the axis C of the lower nozzle hole 43. More specifically, the directions of the axes C and D of the nozzle holes 43 and 44 are such that the fuel injected in the direction of the axis C of the nozzle hole 43 and the fuel injected in the direction of the axis D of the nozzle hole 44 are nozzles. The direction is such that the spray is directed toward the tip of the body or around the axis thereof or on substantially the same circumference around these axes. That is, when it is assumed that the lower injection hole 43 and the upper injection hole 44 are located on the same vertical plane, the angle γ between the axes C and D intersects on the same circumference. Such an angle is set (see FIG. 9A). In the present embodiment, the jets 43 and 44 are formed so that the position of the circumference is located at the lip L when the piston P is at the top dead center.
[0081]
For this reason, in the fuel injection valve 40 of the fifth embodiment, when the fuel flow velocity in the injection hole is fast, the fuel injection direction from each injection hole 43, 44 is substantially the same as the axis C, D of each injection hole 43, 44. The direction is the same, that is, the direction toward the tip of the nozzle body or substantially the same circumference around its axis. On the other hand, when the fuel flow rate in the injection hole is slow, the injection direction of the fuel from the injection holes 43 and 44 differs between the lower injection hole 43 and the upper injection hole 44. That is, in the lower injection hole 43, the fuel is injected downward by an angle β with respect to the axis C of the lower injection hole 43, and in the upper injection hole 44, the fuel is injected with respect to the axis D of the upper injection hole 44. Injected downward by an angle β. Therefore, in the fuel injection valve 40 of the fifth embodiment, when the fuel flow rate in the injection hole is slow, the fuel is injected so as to diffuse in the combustion chamber.
[0082]
Thus, according to the fuel injection valve 35 of the present embodiment, the fuel injection direction from the lower injection hole 43 and the upper injection hole 44 with respect to the axial direction of the downward nozzle body according to the fuel flow velocity in the injection hole. From the lower injection hole 43 with respect to the axial direction of the downward nozzle body, and from the upper injection hole 44, the injection is such that the fuel injection direction approaches each other (hereinafter referred to as "narrow angle injection"). It is possible to switch between injections in which the fuel injection directions are away from each other (hereinafter referred to as “wide-angle injection”) or to change between both injections. Here, the change in the fuel flow velocity in the nozzle hole is performed by changing the lift amount of the needle valve 4 and the supply fuel pressure, as in the first and second embodiments.
[0083]
In the injection direction change control in the fifth embodiment, for the same reason as the injection direction change control in the fourth embodiment, narrow-angle injection is performed when the internal combustion engine is operated at a high load and high rotation, and the internal combustion engine Wide-angle injection is performed when the engine is operated at a low load and low rotation.
[0084]
In the fuel injection valve 40 of the fifth embodiment, the direction of the axis C of the lower injection hole 43 relative to the direction of the axis of the downward nozzle body is higher than the direction of the axis D of the upper injection hole 44. However, the direction of the axis C and the direction of the axis D may be the same direction.
[0085]
In the fifth embodiment, the upper injection holes 43 and the lower injection holes 44 are alternately provided at equal intervals in the circumferential direction of the nozzle body, but may be provided at the same angular position. That is, the upper injection hole 43 and the lower injection hole 44 may be provided on the same straight line extending from the tip of the nozzle body along the axis of the nozzle body. Alternatively, even when the upper injection holes 43 and the lower injection holes 44 are alternately provided in the circumferential direction of the nozzle body, they need not be provided at equal intervals.
[0086]
Furthermore, the fuel injection valve 40 of the fifth embodiment can be combined with the first embodiment, its modified example, and the second embodiment.
[0087]
Next, with reference to FIG. 10, the fuel injection valve 50 of 6th embodiment of this invention is demonstrated. 10 (a) is the same as FIG. 3 (a) of the fuel injection valve 50 of the sixth embodiment, and FIGS. 10 (b) and 10 (c) each show a small lift amount of the needle valve. It is a figure which shows the flow of fuel when it is large. The configuration of the fuel injection valve 50 of the sixth embodiment is basically the same as the configuration of the fuel injection valve 1 of the first embodiment. However, as can be seen from FIG. 10A, the injection hole 53 is not a sack part, but the tip hollow space, or the injection hole 53 is formed with the inner wall surface 55 that defines the tip part of the needle valve 52 and the tip hollow space 9. To the lower annular channel 56 formed between the two. That is, the inlet 54 of the nozzle hole 53 is provided on the conical inner wall surface 55 of the nozzle body 51 that is in contact with or close to the outer wall surface 57 at the tip of the needle valve 52 when the needle valve 52 is not lifted. It is done.
[0088]
Further, in the fuel injection valve 50 of the sixth embodiment, the enlarged upper wall surface 58 that extends linearly from the corner portion 60 toward the outlet of the injection hole 53 and the linearly from the corner portion 61 toward the outlet of the injection hole 53. An enlarged lower wall surface 59 is provided. The angle of the enlarged upper wall surface 58 and the enlarged lower wall surface 59 with respect to the axis E of the nozzle hole 53 is the same angle δ. Further, the length from the entrance surface of the nozzle hole 53 to the corners 60 and 61 in the axial direction of the nozzle hole 53 is the same length l. 4 It is.
[0089]
Next, with reference to FIGS. 10B and 10C, the flow of fuel in the injection hole 53 having the above-described shape and the injection of fuel from the injection hole 53 will be described. In the fuel injection valve 50 having the shape as shown in the drawing, the direction of flow of the fuel flowing into the injection hole 53 from the lower annular flow path 56 is suddenly changed at the inlet 54 of the injection hole 53. For this reason, flow separation occurs at the corner of the inlet 54 of the injection hole 53, but most of the fuel flowing into the injection hole 53 flows from above the injection hole 53 as shown by the arrow in FIG. Therefore, flow separation occurs at the upper edge of the inlet 54 of the nozzle hole 53.
[0090]
Here, as shown in FIG. 10B, when the lift amount of the needle valve 52 is smaller than the predetermined lift amount, that is, between the inner wall surface 55 of the nozzle body 2 and the outer wall surface 57 at the tip of the needle valve 52. When the interval is narrow, the change in the direction of fuel flow at the inlet 54 of the injection hole 53 is very abrupt, and therefore the degree of flow separation occurring at the inlet 54 of the injection hole 53 is large. For this reason, the distance at which the fuel flow is separated is long (the separation line X in the figure). 1 Reference), even if the corner 60 is reached, the fuel flow does not reattach. For this reason, the fuel does not flow along the enlarged upper wall surface 58. At this time, if the flow rate of the fuel is such that the separation of the fuel flow does not occur at the corner 61, the fuel flows only along the enlarged lower wall surface 59. Therefore, the fuel is injected downward by an angle δ with respect to the axis E of the injection hole 53.
[0091]
On the other hand, as shown in FIG. 10C, when the lift amount of the needle valve 52 is larger than the predetermined lift amount, that is, between the inner wall surface 55 of the nozzle body 2 and the outer wall surface 57 at the tip of the needle valve 52. If the width of the fuel is wide, the change in the direction of the fuel flow at the inlet 54 of the injection hole 53 is not abrupt compared to the case shown in FIG. The degree is small. For this reason, the distance that the fuel flow is separated from the wall surface of the injection hole 53 is short (the separation line X in the figure). 2 The fuel flow is reattached at the corner 60. For this reason, the fuel flows along the enlarged upper wall surface 58. At this time, the fuel flows along both the enlarged upper wall surface 58 and the enlarged lower wall surface 59 if the flow velocity of the fuel is such that separation of the fuel flow does not occur at the corner portions 60 and 61. Therefore, the fuel is injected over the whole between a direction downward by an angle δ and an upward direction by an angle δ with respect to the axis E of the injection hole 53.
[0092]
Thus, in the fuel injection valve 50 of the sixth embodiment, the fuel injection form from the injection hole 53 can be changed according to the lift amount of the needle valve 52.
[0093]
Here, the length l from the entrance surface of the nozzle hole 53 to the corners 60 and 61 4 And the lift amount of the needle valve 52 are related to each other, and the length l 4 Is increased, the lift amount of the needle valve 52 is reduced so that the separation of the flow at the inlet 54 of the injection hole 53 continues to the corner 60, and the length l 4 Is shortened, the lift amount of the needle valve 52 is increased so that the flow separation at the inlet 54 of the injection hole 53 continues to the corner 60. Therefore, in manufacturing the fuel injection valve 50, the length l from the inlet surface of the injection hole 53 to the corners 60 and 61 is taken into consideration. 4 Is set.
[0094]
In the fuel injection valve 50 of the sixth embodiment, the length from the inlet surface of the injection hole 53 to the corner 60 is the same as the length from the corner 61, but these lengths are not the same. Also good. Moreover, although the angle of the corner | angular part 60 and the angle of the corner | angular part 61 are the same, these angles may not be the same. For example, if the angle at the corner 61 is set to an angle at which the fuel flow is always separated in the practical flow velocity range, the fuel injection direction is changed between the direction of the axis E and the direction along the enlarged upper wall surface 58. can do.
[0095]
Moreover, you may combine 1st embodiment, its modification, and 2nd embodiment with the fuel injection valve 50 of 6th embodiment.
[0096]
In this specification, it is described that the injection direction of the fuel from the nozzle hole is determined in one direction. However, in reality, not all the fuel is injected in only one direction. The part is also injected in a direction different from that direction. Therefore, the fuel injection direction in this specification means the average flow direction of the whole fuel to be injected or the main flow direction of the fuel.
[0097]
【The invention's effect】
According to the first to tenth inventions, by changing the fuel flow velocity in the injection hole, the fuel injection form from the same injection hole can be changed, and each injection direction can be changed to change the injection form. Since it is not necessary to form the injection hole directed in that direction, the fuel injection form can be changed with a simple configuration completely different from the conventional one.
[0098]
According to the third aspect of the present invention, the flow velocity in the nozzle hole can be arbitrarily changed by appropriately setting the angle of each corner portion, so that the flow separation is prevented. It is possible to easily set the fuel flow velocity in the injection hole.
[0099]
According to the fifth and sixth inventions, since the injection angle can be changed according to the engine operating state and the like, the combustion state of the internal combustion engine can be optimized.
[0100]
According to the seventh and eighth inventions, when a plurality of nozzle holes are provided, the direction of fuel injection from each nozzle hole is set to a different direction for each nozzle hole, and the direction is unified. In particular, narrow-angle injection or parallel injection and wide-angle injection can be changed. For this reason, if these are changed according to the engine operating state, the combustion state of the internal combustion engine can be optimized.
[0101]
According to the ninth aspect, even when the swirl is not formed in the combustion chamber, the same effect as when the swirl is formed in the combustion chamber can be obtained.
[0102]
According to the eleventh and twelfth inventions, by changing the lift amount of the needle valve, it is possible to change the fuel injection form from the same injection hole, and to change the injection form for each injection direction. Since it is not necessary to form the injection hole directed in that direction, the fuel injection form can be changed with a simple configuration completely different from the conventional one.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional side view of a fuel injection valve of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional side view of the tip portion of the fuel injection valve in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing an injection hole of a fuel injection valve in the first embodiment.
FIG. 4 is a view showing the flow of fuel in the nozzle hole of the fuel injection valve in the first embodiment.
FIG. 5 is a view showing an injection hole of a fuel injection valve in a modified example of the first embodiment.
FIG. 6 is a view for explaining a fuel injection direction.
FIG. 7 is a view showing a fuel injection valve in a third embodiment.
FIG. 8 is a bottom view of a fuel injection valve according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a view showing a fuel injection valve in a fifth embodiment.
FIG. 10 is a view showing a fuel injection valve in a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Fuel injection valve
2 ... Nozzle body
4 ... Needle valve
12 ... Suck
13 ... Hole
16 ... Entrance
18 ... Exit
30 ... Upper corner
31 ... Lower corner
32 ... Expanded upper wall
33 ... Expanded lower wall
B ... axis
