JP2005023846A

JP2005023846A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2005023846A
Application number: JP2003190378A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Omae; 和広大前
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-02
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】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。
【解決手段】本発明の燃料噴射弁１は、ニードル弁４と、このニードル弁を収容するノズルボディ２と、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１３を具備する。上記噴孔１３の形状は、この噴孔を流れる燃料の流速を変更するとこの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いる。燃料噴射弁１は噴孔１３を流れる燃料の流速を変更する流速変更手段をさらに具備する。
【選択図】図３

Description

【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ｌ_１であり、地点ｂは噴孔１３の出口面からの長さがｌ_２である。長さｌ_１は長さｌ_２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Ｖ_１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Ｖ_１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Ｖ_１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Ｖ_１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Ｖ_１よりも遅い所定の第二流速Ｖ_２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Ｖ_１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Ｖ_１よりも遅く且つ第二流速Ｖ_２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Ｖ_２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ｌ_３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ｌ_３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ｌ_３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ｌ_３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Ｖ_１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ｌ_１が噴孔１３の出口面と地点ｂとの間の長さｌ_２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Ｖ_２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Ｖ_１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Ｖ_１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Ｖ_１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Ｖ_１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Ｖ_１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Ｖ_１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Ｖ_１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ｆ_１）。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ｆ_２、ｆ_３）。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ｆ_３）。
【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ｌ_４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Ｘ_１参照）、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Ｘ_２参照）、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ｌ_４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ｌ_４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ｌ_４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ｌ_４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

Claims

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、上記噴孔を流れる燃料の流速を変更する流速変更手段をさらに具備する燃料噴射弁。
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、上記噴孔を流れる燃料の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を流れる燃料の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請求項１に記載の燃料噴射弁。
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を流れる燃料の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を流れる燃料の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請求項２に記載の燃料噴射弁。
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請求項３に記載の燃料噴射弁。
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請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
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、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請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
複数の噴孔を具備し、全ての噴孔を流れる燃料の流速は常にほぼ同一となるように制御され、上記噴孔を流れる燃料の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請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
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上記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請求項７に記載の燃料噴射弁。
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請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
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請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
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燃料噴射弁。
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請求項１１に記載の燃料噴射弁。