JP2007051624A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射ノズルにおいて「燃料の微粒化」と「噴霧の貫徹力」を得る。
【解決手段】 燃料噴射ノズルは、群噴孔６を採用するものであり、噴孔７の噴孔径をＤ、噴孔７の出口から各噴孔７の中心軸の交差点までの交差距離をＸ、各噴孔７の中心軸の交差角度をθとする。噴孔径Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍとすることにより、「燃料の微粒化」を達成できる。交差距離Ｘ＜１０Ｄ、交差角度θ＞１０°の場合は噴霧同士が大きな角度で衝突することにより噴射方向の貫徹力が失われ、交差距離Ｘ＞１００Ｄ、交差角度θ＜１°の場合は各噴孔７から噴射された噴霧同士の干渉が小さくなる。微粒化された噴霧同士を衝突させて貫徹力を得るには、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、交差角度θ＝１°〜１０°が最適である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の噴孔により１つの噴霧を形成する群噴孔を備える燃料噴射ノズルに関するものであり、特に自己着火方式を採用する直噴式エンジンの燃料噴射弁（インジェクタ）の燃料噴射ノズルに用いられて好適な技術に関する。

燃料が筒内供給され、気筒内空気の圧縮による気筒内温度上昇により自己着火する自己着火方式のディーゼルエンジンにあっては、排気ガス中の有害成分の生成を抑えるために適切な燃焼を実行させるという観点から、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の「微粒化」と「貫徹力」は重要な要素になっている。具体的に例えば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス、特にスモークを低減させるという観点から、噴射される「燃料の微粒化」と「噴霧の貫徹力」は重要な要素である。

燃料の微粒化を促進し、貫徹力を得る技術として、複数の小径の噴孔を近接に配置して１つの噴霧を形成する燃料噴射ノズル（群噴孔ノズル）が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
この種の技術は、複数の噴孔によって噴霧を形成するため、各噴孔径を小径化できるために「燃料の微粒化」が達成できるとともに、各噴孔から噴射された噴霧同士を干渉させることにより「噴霧の貫徹力」を得ることができる。

群噴孔のタイプとしては、（１）複数の噴孔の中心軸が平行な平行タイプと、（２）複数の噴孔の中心軸が噴霧側で開く拡散タイプと、（３）複数の噴孔の中心軸が噴霧側で閉じる衝突タイプとが知られている。
（１）平行タイプは、各噴孔から噴射された噴霧同士の干渉が小さくなるため、噴霧の到達距離が短くなる。その結果、燃焼室内の空気と充分に混合され難くなるため、スモークの発生要因となってしまう｛図９（ｂ）参照｝。
なお、平行タイプは、隣接する噴孔の間隔（以下、噴孔間距離Ｌ）を小さくして噴霧の干渉を強めることで、噴霧の貫徹力を得る技術が提案されているが、噴霧軸の中心付近の燃料濃度分布が高くなり、燃料濃度の濃い領域が燃焼することでスモークの発生要因となってしまう｛図９（ａ）参照｝。

（２）拡散タイプは、各噴孔から噴射された噴霧同士の干渉が小さくなるため、噴霧の到達距離が短くなる。その結果、燃焼室内の空気と充分に混合され難くなるため、スモークの発生要因となってしまう｛図９（ｂ）参照｝。

（３）衝突タイプは、各噴孔から噴射された噴霧同士を衝突させるため、噴射軸方向の貫徹力が弱くなり、噴霧の到達距離が短くなる。また、噴霧同士の干渉が強いため、噴霧軸中心付近の燃料濃度分布が高くなり、燃料濃度の濃い領域が燃焼することで、スモークの発生要因となってしまう｛図９（ｂ）参照｝。
なお、図８、図９において、燃料噴射ノズルから噴射された噴霧のうち、噴射直後の噴霧領域は液滴群Ａであり、続く噴霧領域は微粒化・蒸発域Ｂであり、続く噴霧領域は予混合気域Ｃであり、続く噴霧領域は燃焼域Ｄである。
特開平０７−１６７０１６号公報 特開平０９−０８８７６６号公報 特開平０７−３１０６２８号公報

従来技術においては、貫徹力と微粒化はトレードオフの関係にあることから、両者を適切な関係にすることが困難であった。このような事情に鑑み、自己着火方式を採用する直噴式エンジンの燃料噴射弁において、この燃料噴射弁の燃料噴射ノズルより噴射される燃料噴霧の噴霧貫徹力が適切に操作されて噴孔から燃焼室壁面に至る燃焼室空間の空気が無駄なく利用され、噴霧の燃焼室壁面への到達前には噴霧中の燃料が実質に燃焼終了させることができる燃料噴射ノズルが望まれている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は燃焼室の大きさに合わせて「燃料の微粒化」と「噴霧の貫徹力」を操作して、燃焼室壁面に噴霧が到達する前に燃焼させることができる燃料噴射ノズルの提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する燃料噴射ノズルは、
群噴孔を構成する各噴孔の噴孔径をＤ、
群噴孔における各噴孔の出口端から、各噴孔の中心軸が交差する交差点までの交差距離をＸ、
群噴孔における各噴孔の中心軸が交差する交差角度をθとしたとき、
交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、および交差角度θ＝１°〜１０°を満足するものである。
なお、本発明における各噴孔の中心軸が交差する「交差点」は、各噴孔の中心軸が実際交差する交差点（実交差）であっても、噴霧を噴霧方向の垂直方向から見て各噴孔の中心軸が交差する交差点（仮想交差）であっても良い。

請求項１の燃料噴射ノズルは、群噴孔を採用しているため、各噴孔径を小径化できるために「燃料の微粒化」が達成できる。
一方、請求項１の燃料噴射ノズルは、各噴孔から噴射された噴霧同士を衝突させて貫徹力を維持させる。小径化によって微粒化された噴霧同士を衝突させることで貫徹力を維持するには、各噴孔から噴射された噴霧同士の交差距離Ｘと衝突角度θに適切な範囲が存在する。
交差距離Ｘ＜１０Ｄの場合、各噴孔の中心軸の交差角度θが大き過ぎ、噴霧同士が交差角度θ＞１０°と大きな角度で衝突することにより噴射方向の貫徹力が失われて、噴霧の到達距離が短くなる。
また、交差距離Ｘ＞１００Ｄの場合、各噴孔の中心軸の交差角度θが１°以下となって平行に近づき、上述した平行タイプと同様、各噴孔から噴射された噴霧同士の干渉が小さくなるため、噴霧の到達距離が短くなる。

このように、微粒化された噴霧同士を衝突させて貫徹力を維持するには、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄおよび交差角度θ＝１°〜１０°とすることが最適である。即ち、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄおよび交差角度θ＝１°〜１０°とすることにより、微粒化された噴霧の到達距離を長くすることができる。
このように、請求項１の手段を採用することにより、「燃料の微粒化」と「噴霧の貫徹力」を得ることが可能となる。
言い換えると、微粒化された噴霧の到達距離を操作することが可能となる。即ち、噴孔から燃焼室壁面の距離に応じた噴霧の到達距離を設定することが可能になる。この結果、噴孔から燃焼室壁面に至る燃焼室空間の空気を無駄なく利用し、燃焼室壁面の到達前には噴霧中の燃料を実質的に燃焼終了させることが可能になる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する燃料噴射ノズルは、噴孔径Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍを満足する。
このように、噴孔径Ｄを０．１ｍｍ以下に設定することにより、「燃料の微粒化」が達成できる。
また、噴孔径Ｄを０．０５ｍｍ以上に設定することにより、燃料に含まれる異物によって噴孔が「目詰まり」する可能性を回避することができ、長期に亘る信頼性を確保することができる。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する燃料噴射ノズルに供給される燃料圧力は、１００ＭＰａ以上である。
このように、燃料噴射ノズルに供給される燃料圧力が１００ＭＰａ以上に高められることによって「燃料の微粒化」が達成できるとともに、噴孔から噴射される燃料の噴射エネルギーが高まるため、噴霧の到達距離を延ばすことが可能になる。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する燃料噴射ノズルにおいて、噴孔径Ｄにつき、Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの条件内において噴孔径Ｄを小さく設定するときは、交差距離Ｘにつき、Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄの条件内において交差距離Ｘを短く設定するとともに、交差角度θにつき、θ＝１°〜１０°の条件内において交差角度θを大きく設定する。
また、噴孔径Ｄにつき、Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの条件内において噴孔径Ｄを大きく設定するときは、交差距離Ｘにつき、Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄの条件内において交差距離Ｘを長く設定するとともに、交差角度θにつき、θ＝１°〜１０°の条件内において交差角度θを小さく設定するものである。
このように、噴孔径Ｄを小さく設定するときは、噴射後早期に燃料の微粒化が促進されているために貫徹力の減衰が早い。そのため、交差距離Ｘを短く、交差角度θを大きく設定することにより、噴霧同士の干渉を強めることにより、噴霧の到達距離を得ることが可能となり、予混合気域Ｃを適切な位置に形成することができる。
一方、噴孔径Ｄを大きく設定するときは、噴霧の微粒化が遅れるために、交差距離Ｘを長く、交差角度θを小さく設定することにより、燃料同士の干渉を弱めることにより燃料濃度の濃い領域の形成を抑制して噴霧の到達距離を得ることにより、予混合気域Ｃを適切な位置に形成することができる。

［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用する燃料噴射ノズルは、群噴孔における各噴孔の出口端から、群噴孔の燃料噴射方向の燃焼室壁面までの壁面距離をＳとしたとき、壁面距離Ｓ＝３５０Ｄ〜４５０Ｄを満足するものである。
燃料噴射ノズルは、壁面距離Ｓ＝３５０Ｄ〜４５０Ｄの条件を満たすエンジンにおいて適切な燃焼を実行させることができる。

［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用する燃料噴射ノズルは、群噴孔から燃焼室壁面に向けて噴射される燃料を、燃焼室壁面に至る空間に無駄なく分散させる様に貫徹力を操作するとともに、噴霧が燃焼室壁面へ到達する前に燃焼するようにしている。
噴霧の貫徹力を操作するために、群噴孔を構成する各噴孔の噴孔径をＤ、群噴孔における各噴孔の出口端から、各噴孔の中心軸が交差する交差点までの交差距離をＸ、群噴孔における各噴孔の中心軸が交差する交差角度をθとしたとき、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、および交差角度θ＝１°〜１０°の範囲内で設定するものである。
また、各噴孔から噴射された燃料が燃焼室壁面へ到達する前に燃焼させるために、噴孔径Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍとし、燃料噴射ノズルに供給される燃料圧力を１００ＭＰａ以上とすることにより、噴霧の微粒化を早めることができ、予混合領域Ｃを適切な位置に形成できるようになり、噴霧が燃焼室壁面に到達する前に燃焼させることが可能になる。
このときの各各噴孔の出口端から燃焼室壁面までの壁面距離をＳとしたときに、壁面距離Ｓ＝３５０Ｄ〜４５０Ｄの範囲の燃焼室において上述したような適切な燃焼が可能となる。

最良の形態１の燃料噴射ノズルは、複数の噴孔により１つの噴霧を形成する群噴孔を１つあるいは複数備えるものであり、
群噴孔を構成する各噴孔の噴孔径をＤ、
群噴孔における各噴孔の出口端から、各噴孔の中心軸が交差する交差点までの交差距離をＸ、
群噴孔における各噴孔の中心軸が交差する交差角度をθとしたとき、
噴孔径Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ、
交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、
交差角度θ＝１°〜１０°
を満足するものである。
なお、上記の各緒元値は、燃料種別を軽油、バイオ燃料およびそれらの混合燃料などの自己着火方式を採用する直噴式エンジン用に用いられる燃料に適用される。つまり、比較的蒸発性が悪く着火性の高い燃料を用いるときに適用されるものである。

実施例１を、図１〜図１１を参照して説明する。
この実施例１では、先ず「燃料噴射ノズルの概略構成」を説明し、その後で「実施例１の特徴」を説明する。

〔燃料噴射ノズルの概略構成〕
燃料噴射ノズルの一例を、図１１を参照して説明する。
実施例１の燃料噴射ノズルは、ディーゼルエンジンの気筒内に高圧燃料を噴射するものであり、ノズルボディ１とニードル２とで構成され、図示しないノズルホルダ（燃料噴射弁のロアボディ）に組付けられてエンジンに取り付けられる。

（ノズルボディ１の説明）
ノズルボディ１には、ニードル２を嵌挿するガイド孔３と、このガイド孔３の途中に設けられる燃料溜４と、この燃料溜４に通じる燃料導入路５と、高圧燃料を噴射するための複数の群噴孔６（複数の噴孔７によって１つの群噴孔６が構成される：図１参照）とが形成されている。
ガイド孔３は、ノズルボディ１の上端面からノズルボディ１の下端部まで一定の内径で穿設され、ノズルボディ１の上端面に開口する開口周縁部に面取りが施されている。このガイド孔３の下端部には、円錐状の弁座８が形成されており、その弁座８の下流側には複数の群噴孔６を成す複数の噴孔７が穿設されている。

燃料溜４は、ガイド孔３の内径を全周に亘って拡大して形成され、ガイド孔３に嵌挿されるニードル２の外周に環状の空間を形成している。以下、この燃料溜４より上側のガイド孔３を摺動孔９と称す。
燃料導入路５は、ノズルホルダに供給された高圧燃料を燃料溜４へ導く通路であり、ノズルボディ１の上端面から燃料溜４まで穿設されている。
ノズルボディ１の下端には、下方に突出した頂部（円頂部、円錐頂部等）１１が形成されており、その頂部１１の内側には、サック室（サックボリューム）１２が形成されている。群噴孔６を成す各噴孔７は、頂部１１を貫通して設けられている。具体的に、各噴孔７は、頂部１１の内壁面（サック室１２内）から外壁面（エンジンの燃焼室１３内に露出する面：燃焼室１３は図７参照）まで斜めに貫通して形成されている。なお、群噴孔６を成す各噴孔７の詳細は後述する。

（ニードル２の説明）
ニードル２は、ノズルボディ１の摺動孔９に微小クリアランスを介して摺動自在に支持される摺動軸部１４と、この摺動軸部１４の下部に形成される受圧面１５と、この受圧面１５より下方へ伸びる小径軸状のシャフト１６と、ガイド孔３の下端部に形成された弁座８に着座および離脱して群噴孔６を開閉する円錐形状の弁部１７とから構成され、摺動軸部１４が燃料溜４と低圧側（ニードル２の上部）との間をシールしながらガイド孔３の内部で軸方向へ往復動可能に設けられている。

受圧面１５は、摺動軸部１４の下端からテーパ状に縮径して設けられ、燃料溜４に面して配置される。
シャフト１６は、摺動軸部１４より外径が小さく、燃料溜４より下側のガイド孔３に挿通され、ガイド孔３との間に燃料通路１８を形成する。

ニードル２の先端の弁部１７は、テーパ角の異なる複数の円錐を組み合わせて構成された複数段の円錐であり、その境界部にシート線１９が形成される。シート線１９より上側の広がり角は、弁座８の広がり角度より小さいものであり、シート線１９より下側の広がり角度は、弁座８の広がり角度より大きいものである。
弁部１７が弁座８に着座する際は、弁部１７のシート線１９が弁座８に当接して燃料通路１８と群噴孔６との連通を遮断し、弁部１７が弁座８から離座する際は、弁部１７のシート線１９が弁座８から離れて、燃料通路１８と群噴孔６とが連通され、高圧燃料が各群噴孔６から噴射される。

（燃料噴射ノズルの作動説明）
図示しない燃料蓄圧手段（コモンレール等）より供給された高圧燃料が燃料導入路５を介して燃料溜４に蓄えられる。
図示しないアクチュエータ（電磁弁あるいはピエゾアクチュエータ等）の作動によって、ニードル２の下向きの力（閉弁力）が弱まり、燃料溜４の燃料圧力によって受圧面１５に加わる上向きの力（開弁力）が閉弁圧力よりも相対的に大きくなると、ニードル２がリフトする。この結果、弁部１７のシート線１９が弁座８から離れて、燃料通路１８と各群噴孔６とが連通され、高圧燃料が各群噴孔６から燃焼室１３内に噴射される。
図示しないアクチュエータの作動が停止されて、ニードル２の下向きの力（閉弁力）が強まり、燃料溜４の燃料圧力によって受圧面１５に加わる上向きの力（開弁力）が閉弁圧力よりも相対的に小さくなると、ニードル２が下降する。そして、弁部１７のシート線１９が弁座８に当接することで、燃料通路１８と群噴孔６との連通が遮断され、各噴孔７からの燃料噴射が停止される。

〔実施例１の背景〕
実施例１の燃料噴射ノズルは、１つの噴霧を１つの噴孔７で形成する単噴孔｛図２（ｂ）参照｝ではなく、１つの噴霧を複数（実施例１は２つ）の噴孔７で形成する群噴孔６｛図２（ａ）参照｝を採用している。

群噴孔６にすることのメリットを図３を参照して説明する。なお、図３では、単噴孔を実線Ａで示し、群噴孔６（噴孔７は平行）を破線Ｂで示す。
単噴孔における「燃料の微粒化」は、図３（ｂ）の実線Ａに示されるように、噴孔径Ｄ（噴孔７の内径寸法）を小径化することで達成できる。
しかし、単噴孔によって「燃料の微粒化」を進めるべく噴孔径Ｄを小径化した場合、図３（ａ）の実線Ａに示されるように、噴孔径Ｄの小径化に伴って噴霧の到達距離が短くなってしまう。

そこで、（ｉ）１つの噴霧を形成するための噴孔７を複数にすることで各噴孔７の噴孔径Ｄを小径化することにより、図３（ｂ）の破線Ｂに示すように、「燃料の微粒化」を図るとともに、（ｉｉ）１つの噴霧を形成するための噴孔７を複数にすることで、図３（ａ）の破線Ｂに示すように、各噴孔７から噴射された噴霧同士を干渉させることにより「噴霧の貫徹力」を図ることができる。

（群噴孔６の問題点）
群噴孔６は、上述した技術によって「燃料の微粒化」と「噴霧の貫徹力」を得ようとするものである。
群噴孔６に関する既存技術として、（１）複数の噴孔７の中心軸が平行な平行タイプと、（２）複数の噴孔７の中心軸が噴霧側で開く拡散タイプと、（３）複数の噴孔７の中心軸が噴霧側で閉じる衝突タイプとが知られている。

（１）平行タイプは、各噴孔７から噴射された噴霧同士の干渉が小さくなるため、噴霧の到達距離が短くなり、燃焼室１３内の空気と充分に混合され難く、スモークの発生要因となってしまう。
（２）拡散タイプは、各噴孔７から噴射された噴霧同士の干渉が小さくなるため、噴霧の到達距離が短くなり、燃焼室１３内の空気と充分に混合され難く、スモークの発生要因となってしまう。
（３）衝突タイプは、各噴孔７から噴射された噴霧同士を衝突させるため、噴霧の到達距離が短くなり、燃焼室１３内の空気と充分に混合され難く、スモークの発生要因となってしまう。

〔実施例１の特徴〕
実施例１の燃料噴射ノズルは、「燃料の微粒化」と「噴霧の貫徹力」を得るために、以下の技術を採用している。
（第１の特徴：実施例１の基本特徴）
群噴孔６は、図１に示すように、群噴孔６を構成する各噴孔７の噴孔径をＤ、群噴孔６における各噴孔７の出口端から、各噴孔７の中心軸が交差する交差点までの交差距離をＸ、各噴孔の中心軸が交差する交差角度をθとしたとき、
噴孔径Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ、
交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、
交差角度θ＝１°〜１０°
を満足するように設けられている。

上記のように、噴孔径Ｄを０．１ｍｍ以下に設定することにより、「燃料の微粒化」が達成できる。
また、噴孔径Ｄを０．０５ｍｍ以上に設定することにより、燃料に含まれる異物によって噴孔７が「目詰まり」する可能性を回避することができ、長期に亘る信頼性を確保することができる。
このように、噴孔径Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍとすることにより、噴孔７の「目詰まり」を回避し、且つ「燃料の微粒化」を達成できる。

一方、噴孔７から噴射された燃料は、周囲のガスと混合しながら拡散していくため、噴孔７から離れると貫徹力が低下する。
そこで、実施例１では、各噴孔７から噴射された噴霧同士を衝突させて貫徹力を維持させる。このように、噴霧同士を衝突させて貫徹力を維持するには、適切な範囲が存在する。
交差距離Ｘ＜１０Ｄの場合、各噴孔７の中心軸の交差角度θが大き過ぎ、噴霧同士が大きな角度で衝突することにより噴射方向の貫徹力が失われて、噴霧の到達距離が短くなる。具体的には、交差距離Ｘ＜１０Ｄの場合、図４（ａ）に示すように、各噴孔７の中心軸の交差角度θ＞１０°となり、噴霧同士が大きな角度で衝突することにより噴射方向の貫徹力が失われて、噴霧の到達距離が短くなってしまう。

また、交差距離Ｘ＞１００Ｄの場合、各噴孔７の中心軸の交差角度θが平行に近づき、上述した平行タイプと同様、各噴孔７から噴射された噴霧同士の干渉が小さくなるため、噴霧の到達距離が短くなる。具体的には、交差距離Ｘ＞１００Ｄの場合、図５（ａ）に示すように、各噴孔７の中心軸の交差角度θ＜１°となり、微粒化された噴霧は微細化して空気と混合していくため、貫徹力が低下して、噴霧の到達距離が短くなってしまう。

この「第１の特徴」で示したように、噴孔径Ｄの小径化によって微粒化された噴霧同士を衝突させて貫徹力を維持するには、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、交差角度θ＝１°〜１０°とすることが最適である。即ち、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、交差角度θ＝１°〜１０°とすることにより、微粒化された噴霧の到達距離を長くすることができる。 このように、「第１の特徴」を採用することにより、「燃料の微粒化」と「噴霧の貫徹力」を得ることが可能となり、エンジンにおいて適切な燃焼を実行させることが可能になる。
即ち、微粒化された噴霧の到達距離を操作することが可能となり、噴孔７から燃焼室壁面２１までの壁面距離Ｓ（後述する）に応じた噴霧の到達距離を設定することが可能になる。この結果、各噴孔７から燃焼室壁面２１に至る燃焼室１３内の空気を無駄なく利用し、燃焼室壁面２１への到達前には噴霧中の燃料を実質的に燃焼終了させることが可能になる。

（第２の特徴：燃料供給圧）
燃料噴射ノズルに供給される燃料圧力は、１００ＭＰａ以上である。具体的には、図示しない燃料蓄圧手段（コモンレール等）より燃料噴射ノズルの燃料導入路５内に供給される燃料圧力は、１００ＭＰａ以上である。
このように、燃料噴射ノズルに供給される燃料圧力が１００ＭＰａ以上に高められることによって、図６上側に示すように、燃料の高圧化に伴って「燃料の微粒化」が達成できるとともに、図６下側に示すように、噴孔７から噴射される燃料の噴射エネルギーが高まるため、噴霧の到達距離を延ばすことができる。

（第３の特徴：壁面距離Ｓに応じた設定）
燃料噴射ノズル（群噴孔６）から噴射された燃料は、図７に示すように、エンジンの燃焼室１３内に噴霧される。燃焼室１３は、シリンダヘッドとピストンにより囲まれた空間であり、燃料噴射ノズルから噴射された燃料は、群噴孔６の噴射軸線（群噴孔６を成す各噴孔７間の中心α（図１参照）と各噴孔７の中心軸の交差点とを結ぶ軸線：噴霧の中心線）に沿って噴射される。そして、各噴孔７の出口端から燃焼室壁面２１までを壁面距離Ｓと称する。

燃料噴射ノズルは、上述したように、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、交差角度θ＝１°〜１０°を採用することにより「噴霧の貫徹力」を得るものであるが、一定の噴射距離を超えると周囲のガスと混合しながら拡散していくため、適正な燃焼が得られる壁面距離Ｓには上限がある。
具体的に、噴孔径Ｄ＝０．１ｍｍ以下、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、交差角度θ＝１°〜１０°を採用する燃料噴射ノズルにおいて最適な燃焼が得られる壁面距離Ｓの上限は、４５０Ｄである。

逆に、噴霧の到達距離が短すぎると、燃焼室１３内の空気を充分に利用できないため、適正な燃焼が得られる壁面距離Ｓには下限がある。
具体的に、噴孔径Ｄ＝０．１ｍｍ以下、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、交差角度θ＝１°〜１０°を採用する燃料噴射ノズルにおいて最適な燃焼が得られる壁面距離Ｓの下限は、３５０Ｄである。
即ち、実施例１の燃料噴射ノズルは、壁面距離Ｓ＝３５０Ｄ〜４５０Ｄの条件を満たすエンジンにおいて適切な燃焼を実行させることができる。

壁面距離Ｓは、エンジンの設計や、エンジンの排気量によって異なる。
壁面距離Ｓが短い場合（例えば、小排気量エンジン）であっても、壁面距離Ｓが長い場合（例えば、大排気量エンジン）であっても、最適な位置で予混合気域Ｃが形成される必要がある。
具体的に、エンジンにおいて適切な燃焼を実行させるためには、図８に示すように、燃料噴射ノズルから噴射された噴霧が、燃焼室壁面２１に衝突する直前で燃焼する必要がある。

ここで、図９（ａ）に示すように、噴霧の到達距離が燃焼室壁面２１に対して長すぎる場合、噴霧の燃焼前に燃焼室壁面２１に衝突して燃料濃度が不均一となるため、スモークの発生要因となってしまう。
逆に、図９（ｂ）に示すように、噴霧の到達距離が燃焼室壁面２１に対して短い場合、燃焼室１３内の空気と充分に混合され難いため、スモークの発生要因となってしまう。
このように、噴霧の貫徹力（噴霧の到達距離）の最適値は、搭載されるエンジン（壁面距離Ｓ）に応じて設定されるものである。

実施例１では、図１０に示すように、（Ａ）壁面距離Ｓ＝３５０Ｄ〜４５０Ｄの条件内において壁面距離Ｓが短いとき（小排気量エンジン想定）に、噴孔径Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの条件内において噴孔径Ｄを小さく設定するとともに、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄの条件内において交差距離Ｘを短く設定し、（Ｂ）逆に、壁面距離Ｓ＝３５０Ｄ〜４５０Ｄの条件内において壁面距離Ｓが長いとき（大排気量エンジン想定）に、噴孔径Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの条件内において噴孔径Ｄを大きく設定するとともに、交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄの条件内において交差距離Ｘを長く設定する。

上記（Ａ）で示したように、壁面距離Ｓ＝３５０Ｄ〜４５０Ｄの条件内において壁面距離Ｓが短いとき（小排気量エンジン想定）に、噴孔径Ｄを小さく設定することにより、噴射後早期に燃料が微粒化するために噴霧の到達距離が短くなるが、交差距離Ｘを短く設定し、交差角度θを大きく設定することにより、噴霧の到達距離を得ることができる。
これによって、図８に示すように、噴霧が燃焼室壁面２１に衝突する前に噴霧が微粒化して均一な混合気を形成することができ、最適な燃焼を得ることができる。

上記（Ｂ）で示したように、壁面距離Ｓ＝３５０Ｄ〜４５０Ｄの条件内において壁面距離Ｓが長いとき（大排気量エンジン想定）に、噴孔径Ｄを大きく設定することにより、噴霧の到達距離を延ばすことができる｛図３（ａ）参照｝。また、交差距離Ｘを長く設定することにより、燃料同士の衝突による貫徹力の損失を抑えて、噴霧の到達距離を延ばすことができる。
これによって、図８に示すように、予混合気域Ｃを適切な位置に形成することができ、最適な燃焼を得ることができる。

実施例２を、図１２を参照して説明する。なお、以下の実施例において、実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１では、２つの噴孔７によって１つの群噴孔６を設ける例を示した。
これに対し、実施例２は、３つの噴孔７によって１つの群噴孔６を設けるものである。噴孔７の数は、上述したように、噴孔径Ｄおよびエンジンが要求する噴射流量によって決定されるものである。３つの噴孔７における各噴孔間距離Ｌは、各噴射された噴霧の干渉が均一となるように全て一定である。また、３つの噴孔７の交差距離Ｘは一定である。即ち、３つの噴孔７の中心軸が交差する交差点は１つであり、各噴孔７間の中心α（重心）から噴射軸線上で交差する。

実施例２のように、噴孔７の数を３つにしても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
一方、群噴孔６を成す噴孔７の数が増えることにより、各噴孔径Ｄを小さくすることができる。このため、噴孔７の数を増やすことにより、燃料の微粒化をさらに促進させることができる。
さらに、群噴孔６を成す噴孔７の数が増えることにより、噴霧同士の干渉を強めることができる。このため、噴孔７の数を増やすことにより、噴霧の到達距離を長くすることが可能になる。
即ち、群噴孔６を成す噴孔７の数を調整することで、燃料の微粒化と噴霧の貫徹力を調整することが可能になる。

実施例３を、図１３を参照して説明する。
この実施例３は、４つの噴孔７によって１つの群噴孔６を設けるものである。４つの噴孔７における各噴孔間距離Ｌは、実施例２と同様に各噴射された噴霧の干渉が均一となるように全て一定である。また、４つの噴孔７の交差距離Ｘも実施例２と同様に一定である。即ち、４つの噴孔７の中心軸が交差する交差点は１つであり、各噴孔７間の中心α（重心）から噴射軸線上で交差する。
このように、噴孔７の数を４つにしても、実施例１、２と同様の効果を得ることができる。

〔変形例〕
上記の実施例では、噴孔径Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの範囲内に設定する例を示したが、噴孔径Ｄは燃料の微粒化の目的から小さい方が好ましく、０．０５ｍｍより小さいものであっても良い。また、噴孔径Ｄは燃料の微粒化の目的から小さい方が好ましいものであるが、０．１ｍｍより大きくても、０．１ｍｍに近いものであっても良い。即ち、噴孔径Ｄ＝０．１１ｍｍ、０．１２ｍｍ、０．１３ｍｍの燃料噴射ノズルに本発明を適用しても良い。

燃料噴射ノズルの先端部分の断面図および群噴孔の説明図である（実施例１）。 群噴孔と単噴孔の比較を示す燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例１）。 噴孔径（噴孔面積）に対する噴霧到達距離および燃料の噴霧粒径の関係を示すグラフである（実施例１）。 交差角度θに対する噴霧到達距離および燃料の噴霧粒径の関係を示すグラフである（実施例１）。 交差距離Ｘに対する噴霧到達距離および燃料の噴霧粒径の関係を示すグラフである（実施例１）。 噴射圧（燃料圧力）に対する噴霧到達距離および燃料の噴霧粒径の関係を示すグラフである（実施例１）。 燃焼室の概略図である（実施例１）。 適切な噴射イメージを示す説明図である（実施例１）。 不適切な噴射イメージを示す説明図である。 交差角度θと交差距離Ｘと噴孔径Ｄの関係を示す説明図である（実施例１）。 燃料噴射ノズルの断面図である（実施例１）。 燃料噴射ノズルの先端部分の断面図および群噴孔の説明図である（実施例２）。 燃料噴射ノズルの先端部分の断面図および群噴孔の説明図である（実施例３）。

符号の説明

１ ノズルボディ
２ ニードル
６ 群噴孔
７ 噴孔
２１ 燃焼室壁面
Ｄ 噴孔径
Ｌ 噴孔間距離
Ｓ 壁面距離
Ｘ 交差距離

Claims (6)

1. 複数の噴孔により１つの噴霧を形成する群噴孔を１つあるいは複数備えた燃料噴射ノズルにおいて、
   前記群噴孔を構成する各噴孔の噴孔径をＤ、
   前記群噴孔における各噴孔の出口端から、各噴孔の中心軸が交差する交差点までの交差距離をＸ、
   前記群噴孔における各噴孔の中心軸が交差する交差角度をθとしたとき、
   前記交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、および前記交差角度θ＝１°〜１０°を満足することを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 請求項１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記噴孔径Ｄは、Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍを満足することを特徴とする燃料噴射ノズル。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   当該燃料噴射ノズルに供給される燃料圧力は、１００ＭＰａ以上であることを特徴とする燃料噴射ノズル。
4. 請求項１〜請求項３のうちのいずれかに記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記噴孔径Ｄにつき、Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの条件内において前記噴孔径Ｄを小さく設定するときは、
   前記交差距離Ｘにつき、Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄの条件内において前記交差距離Ｘを短く設定するとともに、前記交差角度θにつき、θ＝１°〜１０°の条件内において前記交差角度θを小さく設定し、
   前記噴孔径Ｄにつき、Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍの条件内において前記噴孔径Ｄを大きく設定するときは、
   前記交差距離Ｘにつき、Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄの条件内において前記交差距離Ｘを長く設定するとともに、前記交差角度θにつき、θ＝１°〜１０°の条件内において前記交差角度θを大きく設定することを特徴とする燃料噴射ノズル。
5. 請求項１〜請求項４のうちのいずれかに記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記群噴孔における各噴孔の出口端から、前記群噴孔の燃料噴射方向の燃焼室壁面までの壁面距離をＳとしたとき、
   前記壁面距離Ｓにつき、Ｓ＝３５０Ｄ〜４５０Ｄを満足する燃焼室に適応することを特徴とする燃料噴射ノズル。
6. 複数の噴孔により１つの噴霧を形成する群噴孔を１つあるいは複数備えた燃料噴射ノズルにおいて、
   前記群噴孔から燃焼室壁面に向けて噴射される噴霧は、
   噴霧貫徹力が操作されて前記噴孔から前記燃焼室壁面に至る燃焼室空間の空気を無駄なく利用するとともに、前記噴霧の前記燃焼室壁面への到達前には噴霧中の燃料が実質に燃焼終了しているように、
   ａ）前記群噴孔を構成する各噴孔の噴孔径をＤ、前記群噴孔における各噴孔の出口端から、各噴孔の中心軸が交差する交差点までの交差距離をＸ、前記群噴孔における各噴孔の中心軸が交差する交差角度をθとしたとき、前記交差距離Ｘ＝１０Ｄ〜１００Ｄ、および前記交差角度θ＝１°〜１０°とするとの緒元と、
   ｂ）前記噴孔径をＤとしたときに、Ｄ＝０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍとするとの緒元と、 ｃ）前記燃料噴射ノズルに供給される燃料圧力が、１００ＭＰａ以上であるとするとの緒元と、
   ｄ）前記群噴孔における各噴孔の出口端から、前記群噴孔の燃料噴射方向の燃焼室壁面までの壁面距離をＳとしたとき、前記壁面距離Ｓにつき、Ｓ＝３５０Ｄ〜４５０Ｄとするとの緒元との、前記ａ）から前記ｄ）の全ての緒元を対応させて設定されることを特徴とする燃料噴射ノズル。
   

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