JP2020008013A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】噴霧形状の精度悪化を抑制しつつ、噴孔を、徐々に面積拡大していく形状かつ扁平形状にすることを実現可能にした燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料噴射弁は、ノズルボディ２０およびニードルを備える。ノズルボディ２０は、燃料を噴射可能な噴孔３１、および噴孔３１に通じる燃料通路を有する。ニードルは、燃料通路を開閉することで、噴孔３１からの燃料噴射と噴射停止とを切り替える。噴孔３１の中心に沿って延びる仮想線を噴孔軸Ｃ３と呼び、噴孔３１のうち噴孔軸Ｃ３に対して垂直な断面を噴孔垂直断面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と呼ぶ。噴孔垂直断面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、扁平形状であり、かつ、噴孔３１の流入口３１１から流出口３１２にかけて相似形状のまま徐々に面積拡大していく形状である。【選択図】図５

Description

この明細書における開示は、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

特許文献１に記載の燃料噴射弁では、燃料を噴射する噴孔を扁平形状にしている。具体的には、噴孔の中心に沿って延びる仮想線を噴孔軸と呼び、噴孔のうち噴孔軸に対して垂直な断面を噴孔垂直断面と呼ぶ場合に、その噴孔垂直断面が扁平形状に形成されている。

ここで、噴孔を流れる燃料は、噴孔垂直断面の全体を満たしつつ流れるものではなく、噴孔垂直断面のうち噴孔内壁面に沿う領域を部分的に満たしつつ流れる。つまり、噴孔の流入口から流入した燃料は、噴孔内壁面に沿った液膜の状態で噴孔内を流通し、噴孔の流出口から噴射される。

したがって、上述の如く噴孔を扁平形状にすると、上記液膜の薄膜化が促進される。その結果、流出口から噴射される燃料（噴霧）の微粒化が図られるとともに、低ペネトレーション化が図られる。

さらに、特許文献１に記載の燃料噴射弁では、噴孔垂直断面は、噴孔の流入口から流出口にかけて徐々に面積拡大していくテーパ形状である。これによっても、噴霧の微粒化と低ペネトレーション化が図られている。

特開２０１３−２４０８７号公報

しかしながら、上述の如く噴孔を扁平形状かつテーパ形状にすると、噴孔垂直断面の形状が、噴孔軸上のいずれの位置の断面であるかに応じて複雑に変化していくことになる。そのため、レーザ加工やドリル加工等をノズルボディに施すことで噴孔を形成するにあたり、噴孔軸上の位置に応じた噴孔垂直断面の形状を、所望の形状に加工することが困難であり、噴孔を所望の形状に形成することが難しい。そして、噴孔形状の精度悪化は、噴霧形状の精度悪化を招く。

特に、噴孔の流入口における噴孔垂直断面（流入口断面）の形状については、噴孔への燃料の流れ込み方に大きな影響を与えるので、噴孔内で形成される先述した液膜の分布や形状に大きく影響する。そのため、流入口断面の形状精度悪化は、噴霧形状の精度悪化に大きく影響する。

しかしながら、上記従来構造では、噴孔垂直断面の形状が、噴孔軸上のいずれの位置の断面であるかに応じて複雑に変化していくので、ノズルボディの板厚ばらつきに起因して流入口断面の形状がばらつき易くなり、噴霧形状の精度悪化を招きやすい。

開示される１つの目的は、噴霧形状の精度悪化を抑制しつつ、噴孔を、徐々に面積拡大していく形状かつ扁平形状にすることを実現可能にした燃料噴射弁を提供することである。

上記目的を達成するため、開示された第１の態様は、
燃料を噴射可能な噴孔（３１）、および噴孔に通じる燃料通路（１８）を有するノズルボディ（２０）と、燃料通路を開閉することで、噴孔からの燃料噴射と噴射停止とを切り替えるニードル（４０）と、を備え、
噴孔の中心に沿って延びる仮想線を噴孔軸（Ｃ３）と呼び、噴孔のうち噴孔軸に対して垂直な断面を噴孔垂直断面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）と呼ぶ場合に、
噴孔垂直断面は、扁平形状であり、かつ、噴孔の流入口（３１１）から流出口（３１２）にかけて相似形状のまま徐々に面積拡大していく形状である燃料噴射弁とされる。

上記第１の態様では、噴孔垂直断面は、扁平形状であり、かつ、噴孔の流入口から流出口にかけて相似形状のまま徐々に面積拡大していく形状である。よって、噴孔垂直断面の形状は、噴孔軸上のいずれの位置の断面であるかに拘らず相似形状となる。そのため、噴孔垂直断面の形状が噴孔軸上の位置に応じて複雑に変化していく従来の形状に比べて、噴孔軸上の位置に応じた噴孔垂直断面の形状を、所望の形状に加工することが容易になる。よって、噴孔形状の精度悪化による噴霧形状の精度悪化を抑制しつつ、噴孔を、徐々に面積拡大していく形状かつ扁平形状にすることが実現可能となる。

特に、ノズルボディの板厚にばらつきに起因して噴孔の流入口における噴孔垂直断面（流入口断面）の形状がばらつくことが、上述の如く相似形状に形成することで抑制されるので、噴霧形状の精度悪化を効果的に抑制できる。

上記目的を達成するため、開示された第２の態様は、燃料を噴射可能な噴孔（３１）、および噴孔に通じる燃料通路（１８）を有するノズルボディ（２０）と、燃料通路を開閉することで、噴孔からの燃料噴射と噴射停止とを切り替えるニードル（４０）と、を備え、
噴孔の中心に沿って延びる仮想線を噴孔軸（Ｃ３）と呼び、噴孔のうち噴孔軸に対して垂直な断面を噴孔垂直断面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）と呼ぶ場合に、
噴孔垂直断面は、流入口から流出口にかけて、短軸（Ｌａ）と長軸（Ｌｂ）を有する楕円形状のまま徐々に面積拡大していく形状であり、
噴孔は、流入口から流出口にかけて、短軸の長さと長軸の長さとの比率を不変とする形状である燃料噴射弁とされる。

上記第２の態様では、噴孔垂直断面は、流入口から流出口にかけて、楕円形状のまま徐々に面積拡大していく形状であり、噴孔は、流入口から流出口にかけて、短軸の長さと長軸の長さとの比率を不変とする形状である。そのため、噴孔垂直断面の形状が噴孔軸上の位置に応じて複雑に変化していく従来の形状に比べて、噴孔軸上の位置に応じた噴孔垂直断面の形状を、所望の形状に加工することが容易になる。よって、噴孔形状の精度悪化による噴霧形状の精度悪化を抑制しつつ、噴孔を、徐々に面積拡大していく形状かつ楕円形状にすることが実現可能となる。

特に、ノズルボディの板厚にばらつきに起因して噴孔の流入口における噴孔垂直断面（流入口断面）の形状がばらつくことが、上述の如く短軸／長軸比率を不変にすることで抑制されるので、噴霧形状の精度悪化を効果的に抑制できる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第１実施形態に係る燃料噴射弁の断面図である。 図１の燃料噴射弁のエンジン搭載位置を示す図である。 図２のＩＩＩ矢視図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 噴孔軸上のＡ位置における噴孔垂直断面、および噴孔軸上のＢ位置における噴孔垂直断面を示す図。 噴孔軸の定義を説明する断面図。 噴孔軸の定義を説明する図。 噴孔軸の定義を説明する斜視図。 噴孔軸の定義を説明する斜視図。 噴孔軸の定義を説明する図。 噴孔軸の定義を説明する斜視図。 第１実施形態において、ノズルボディの肉厚の違いを模式的に示す断面図。 図１４に示す肉厚の違いに対応した、流入口の形状の違いを示す斜視図。 第１実施形態の比較例において、ノズルボディの肉厚の違いを模式的に示す断面図。 図１６に示す肉厚の違いに対応した、流入口の形状の違いを示す斜視図。 第１実施形態に係る噴孔を模式的に示す３面図であって、レーザ光の焦点と噴孔の位置関係を示す図。 図１８の斜視図。 図１６に示す比較例に係る噴孔を模式的に示す３面図であって、レーザ光の焦点と噴孔の位置関係を示す図。 図２０の斜視図。 第２実施形態に係る噴孔の形状を示す断面図である。 第３実施形態に係る燃料噴射弁のエンジン搭載位置を示す図である。 図２３のＸＸＩＶ矢視図である。 第４実施形態に係る噴孔の形状を説明する斜視図である。 図２５のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿う断面図である。 図２６のＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線に沿う断面図である。 第４実施形態に係る噴射ノズルを流入口の側から見た上面図である。 図２８の拡大図である。 第４実施形態の比較例において、噴孔の流入口部分での燃料の分布を示す図である。 第４実施形態において、噴孔の流入口部分での燃料の分布を示す図である。

以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。

（第１実施形態）
図１に示す燃料噴射弁１は、図２に示す点火着火式の車両用内燃機関（エンジンＥ）に取り付けられている。エンジンＥは、シリンダＥ１、シリンダヘッドＥ２およびピストンＥ３を備える。シリンダヘッドＥ２には、吸気弁Ｅ４、排気弁Ｅ５、点火プラグＥ６および燃料噴射弁１が取り付けられている。吸気弁Ｅ４および排気弁Ｅ５は２つずつ取り付けられている。点火プラグＥ６は、ピストンＥ３の中心軸線Ｃ１上に配置されている。

燃料噴射弁１は、中心軸線Ｃ１に対して吸気弁Ｅ４側、かつ、吸気弁Ｅ４に対してピストンＥ３側に配置され、燃焼室Ｅａの側方から燃焼室Ｅａへ直接燃料を噴射するサイド直噴式である。したがって、燃料噴射弁１の中心線Ｃ２は、ピストンＥ３の中心軸線Ｃ１に対して４５度以上の角度で交差する。図２中の上下方向を示す矢印は、エンジンＥが車両に搭載された状態における上下方向を示すものではなく、ピストンＥ３の中心軸線Ｃ１方向における圧縮側を上方、膨張側を下方と表記するものである。

図１、図３および図４に示すように、燃料噴射弁１は、燃料を噴射する複数の噴孔３１を備える。噴孔３１の流入口３１１は、燃料噴射弁１の中心線Ｃ２の周りに同心円状に配置されている。噴孔３１の流入口３１１の中心から噴孔３１の流出口３１２の中心に向けて延びる噴孔３１の仮想中心線を、後に詳述する噴孔軸Ｃ３と呼ぶ。全ての噴孔３１について、流出口３１２から噴射される燃料（噴霧）の向きが、吸気弁Ｅ４側からピストンＥ３側へ向かう向きとなっている。全ての噴孔軸Ｃ３は、図２に示す水平方向から見て、吸気弁Ｅ４側からピストンＥ３側へ向かう向きとなっている。

燃料噴射弁１は、ノズルボディ２０、ニードル４０、可動コア４７、固定コア４４、コイル３８、スプリング２４、２６などを備える。可動コア４７、固定コア４４及びコイル３８は、ニードル４０を開閉駆動させる駆動部として機能する。デリバリパイプＥ７（図２参照）から燃料噴射弁１へ供給される高圧燃料は、ノズルボディ２０の内部に形成された燃料通路１８を流通し、噴孔３１から噴射される。

ノズルボディ２０は、第１筒部材２１、第２筒部材２２、第３筒部材２３、及び、噴射ノズル３０を備える。第１筒部材２１、第２筒部材２２及び第３筒部材２３は、いずれも略円筒状の部材であって、第１筒部材２１、第２筒部材２２、第３筒部材２３の順に同軸となるよう配置され、互いに接続している。

噴射ノズル３０は、第１筒部材２１の第２筒部材２２とは反対側の端部に設けられている。噴射ノズル３０は、有底筒状の部材であって、第１筒部材２１に溶接されている。噴射ノズル３０は、所定の硬度を有するよう焼入れ処理が施されている。噴射ノズル３０は、噴射部３０１及び筒部３０２から形成されている。

ニードル４０は、中心線Ｃ２方向に往復移動可能な状態でノズルボディ２０内に収容されており、筒部３０２は、ニードル４０の外面との間に円筒形状の環状通路３０５を形成する。環状通路３０５は、中心線Ｃ２の周りに環状に延びて中心線Ｃ２の延びる方向へ燃料を流通させる。

噴射部３０１は、噴射ノズル３０の中心線Ｃ２上の点を中心とした中空の半球状の部位である。噴射部３０１は、ニードル４０先端の外面との間に半球形状の分配通路３０３（サック室）を形成する。分配通路３０３の上流端は環状通路３０５の下流端と連通し、分配通路３０３の下流端は噴孔３１の流入口３１１と連通する。

分配通路３０３は、環状通路３０５を流通して環状に分布する燃料を集合させ、その集合させた燃料を複数の流入口３１１へ分配する。図４中の矢印は、環状通路３０５から分配通路３０３へ流入する燃料の流れ方向を示し、径方向の外側から中心線Ｃ２に向かって流れる。このように流れる燃料の一部は噴孔３１の流入口３１１へ直接流入し、他の一部は、分配通路３０３に溜められた後に流入口３１１へ流入する。環状通路３０５および分配通路３０３は、先述した燃料通路１８の一部を構成する。

筒部３０２の内壁面には、ニードル４０が当接可能な環状の弁座３０４が形成されている。ニードル４０が弁座３０４に着座することで、環状通路３０５は閉鎖（閉弁）され、噴孔３１からの燃料噴射が停止される。ニードル４０が弁座３０４から離座することで、環状通路３０５は解放（開弁）され、噴孔３１から燃料が噴射される。

可動コア４７は、磁気安定化処理が施されている略円筒状の部材であり、ニードル４０に係合している。固定コア４４は、磁気安定化処理が施されている略円筒状の部材である。固定コア４４は、ノズルボディ２０の第３筒部材２３と溶接され、ノズルボディ２０の内側に固定されている。

コイル３８は、略円筒状の部材であって、主に第２筒部材２２及び第３筒部材２３の径方向外側を囲むよう設けられている。コイル３８は、電力が供給されると磁界を発生し、固定コア４４、可動コア４７、第１筒部材２１及び第３筒部材２３を通る磁気回路を形成する。これにより、固定コア４４と可動コア４７との間に磁気吸引力が発生し、可動コア４７は固定コア４４に吸引され、ニードル４０は開弁作動する。

スプリング２４は、ニードル４０を可動コア４７とともに弁座３０４の方向、すなわち閉弁方向に付勢している。スプリング２６は、可動コア４７を弁座３０４とは反対の方向、すなわち開弁方向に付勢している。本実施形態では、スプリング２４の付勢力は、スプリング２６の付勢力に比べ大きく設定されている。これにより、コイル３８に電力が供給されていない状態では、ニードル４０のシール部は弁座３０４に当接した状態、すなわち閉弁状態となる。

次に、図５〜図７を用いて、噴孔３１の形状について詳細に説明する。以下の説明では、噴孔３１のうち噴孔軸Ｃ３に対して垂直な断面を噴孔垂直断面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と呼ぶ。図５に示すように、流入口３１１および流出口３１２に沿う平面は、噴孔軸Ｃ３に対して垂直ではなく傾いている。図示される噴孔垂直断面Ｓ１は、噴孔３１の最上流位置における断面（流入口断面）であり、流入口３１１の開口形状とは異なる。図示される噴孔垂直断面Ｓ４は、噴孔３１の最下流位置における断面（流出口断面）であり、流出口３１２の開口形状とは異なる。

噴孔垂直断面は、噴孔軸Ｃ３方向のいずれの位置においても扁平形状であり、流入口３１１から流出口３１２にかけて相似形状のまま徐々に面積拡大していく形状である（図７参照）。具体的には、噴孔垂直断面は、流入口３１１から流出口３１２にかけて、短軸Ｌａと長軸Ｌｂを有する楕円形状である。短軸Ｌａの長さと長軸Ｌｂの長さとの比率は、噴孔軸Ｃ３方向のいずれの位置においても同一である。つまり、噴孔３１は、流入口３１１から流出口３１２にかけて、短軸Ｌａの長さと長軸Ｌｂの長さとの比率を不変とする形状である。

また、以下の説明では、噴孔３１のうち噴孔軸Ｃ３を含む断面を噴孔縦断面と呼び、噴孔縦断面のうち短軸Ｌａを含む平面を短軸平面（図５参照）と呼び、噴孔縦断面のうち長軸Ｌｂを含む平面を長軸平面（図６参照）と呼ぶ。噴孔縦断面は、流入口３１１から流出口３１２にかけて、噴孔３１の内壁面を直線的に拡大させていくテーパ形状である。

短軸平面に現れるテーパ形状のテーパ角度を短軸テーパ角度θａ（図５参照）と呼び、長軸平面に現れるテーパ形状のテーパ角度を長軸テーパ角度θｂ（図６参照）と呼ぶ。短軸テーパ角度θａと長軸テーパ角度θｂとの比率は、短軸Ｌａ長さと長軸Ｌｂ長さとの比率と同一であり、θａ／θｂ＝Ｌａ／Ｌｂと表現される。

噴孔３１は、ノズルボディ２０に複数形成されており、図５〜図７に示す形状は、すべての噴孔３１に該当する。これらの噴孔３１は、ノズルボディ２０にレーザ加工を施して形成されている。

次に、図８〜図１３を用いて、「噴孔軸Ｃ３」の定義について説明する。

図８の一点鎖線に示すように、噴孔３１の任意の３箇所の断面を設定する。これらの断面は、互いに平行であり、例えばノズルボディ２０の中心線Ｃ２に対して垂直な水平断面である。図９および図１０に示す実線は、これらの水平断面に現れる噴孔３１の外形線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３である。

図９および図１０中の点線に示す仮想直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、３つの外形線Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の任意の点を通る直線である。図中の第１交点Ｐ１は、３本の仮想直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の交点である。

図１１中の点線に示す仮想円Ｒ４は、第１交点Ｐ１からの距離が一定、かつ、噴孔３１の内壁面上に位置する円である。図１２中の仮想直線Ｌ４、Ｌ５の各々は、仮想円Ｒ４の円周長さを二等分する直線である。図中の第２交点Ｐ２は、２本の仮想直線Ｌ４、Ｌ５の交点である。そして、図１３に示すように、第１交点Ｐ１と第２交点Ｐ２とを通る直線を、「噴孔軸Ｃ３」と定義する。

以上により、本実施形態によれば、噴孔垂直断面は、楕円形状であり、かつ、噴孔３１の流入口３１１から流出口３１２にかけて相似形状のまま徐々に面積拡大していく形状である。また、噴孔垂直断面は、流入口３１１から流出口３１２にかけて、楕円形状のまま徐々に面積拡大していく形状であり、噴孔３１は、流入口３１１から流出口３１２にかけて、短軸Ｌａの長さと長軸Ｌｂの長さとの比率を不変とする形状である。

そのため、噴孔垂直断面の形状が噴孔軸Ｃ３上の位置に応じて複雑に変化していく従来の形状に比べて、噴孔軸Ｃ３上の位置に応じた噴孔垂直断面の形状を、所望の形状にレーザ加工することが容易になる。よって、噴孔形状の精度悪化による噴霧形状の精度悪化を抑制しつつ、噴孔３１を、徐々に面積拡大していく形状かつ楕円形状にすることが実現可能となる。

ここで、噴孔３１を流れる燃料は、噴孔垂直断面の全体を満たしつつ流れるものではなく、噴孔垂直断面のうち噴孔内壁面に沿う領域を部分的に満たしつつ流れる。つまり、噴孔３１の流入口３１１から流入した燃料は、噴孔内壁面に沿った液膜の状態で噴孔３１内を流通して流出口３１２から噴射される。したがって、本実施形態の如く噴孔３１を楕円形状にすることで、上記液膜の薄膜化が促進される。その結果、流出口３１２から噴射される燃料（噴霧）の微粒化が図られるとともに、低ペネトレーション化が図られる。

さらに、本実施形態に係る燃料噴射弁１では、噴孔垂直断面は、噴孔３１の流入口３１１から流出口３１２にかけて徐々に面積拡大していく形状である。これによっても、噴霧の微粒化と低ペネトレーション化が図られている。

次に、噴孔垂直断面の形状を所望の形状にレーザ加工することが容易になることの理由について、図１４〜図２１を用いて詳細に説明する。なお、図１４では、理解しやすい説明にするために、噴孔垂直断面Ｓ１（流入口断面）の形状が、流入口３１１の開口形状と同一であるとみなして図示している。

図１４中の一点鎖線α、β、γは、噴射ノズル３０の噴射部３０１の肉厚が製造ばらつきにより異なっている状態を示す。つまり、上記肉厚が薄いほど、噴孔３１の噴孔軸Ｃ３方向の長さが短くなり、噴孔垂直断面Ｓ１（流入口断面）の位置が噴孔垂直断面Ｓ２（流出口断面）に近づく。図１５の上段に示す実線Ｓ１（α）は、噴射部３０１の肉厚が一点鎖線αに示す厚さの場合における流入口断面を示す。図１５の中段に示す実線Ｓ１（β）は、噴射部３０１の肉厚が一点鎖線βに示す厚さの場合における流入口断面を示す。図１５の下段に示す実線Ｓ１（γ）は、噴射部３０１の肉厚が一点鎖線γに示す厚さの場合における流入口断面を示す。

本実施形態に係る噴孔垂直断面の形状は、噴孔軸Ｃ３上のいずれの位置の断面であるかに拘らず相似形状であり、短軸Ｌａ／長軸Ｌｂ比率は不変である。そのため、一点鎖線α、β、γに示す如く噴射部３０１の肉厚がばらついていても、流入口断面の形状は、大きさが異なるだけで、短軸Ｌａ／長軸Ｌｂ比率は同一である（図１５参照）。また、短軸テーパ角度θａと長軸テーパ角度θｂとの比率は、短軸Ｌａの長さと長軸Ｌｂの長さとの比率と同一である。

これに対し、図１６に示す噴射ノズル３０ｘの噴射部３０１ｘおよび噴孔３１ｘは、本実施形態の比較例を示すものであり、噴孔垂直断面の形状が噴孔軸Ｃ３上の位置に応じて非相似的に変化していく。加えて、噴孔垂直断面の短軸／長軸比率が、噴孔軸Ｃ３上の位置に応じて変化していく。そのため、一点鎖線α、β、γに示す如く噴射部３０１ｘの肉厚がばらつくと、流入口断面の形状は、大きさが異なるとともに、短軸／長軸比率も異なってくる（図１７参照）。

図１８および図１９は、本実施形態に係る噴孔３１をレーザ加工するにあたり、流出口３１２の側から流入口３１１の側へ向けてレーザ光を出射した場合のレーザ光の焦点Ｐ１１、Ｐ１２を示す。本実施形態に係る噴孔垂直断面の形状は、噴孔軸Ｃ３上のいずれの位置の断面であるかに拘らず相似形状であり、短軸Ｌａ／長軸Ｌｂ比率は不変である。そのため、以下に説明する２つの交点距離Ｌ１１、Ｌ１２は同じとなる。

交点距離Ｌ１１は、短軸断面に現れる噴孔３１の内壁面を延長して交差する点（焦点Ｐ１１）から、噴孔垂直断面Ｓ２（流出口断面）までの距離である。交点距離Ｌ１２は、長軸断面に現れる噴孔３１の内壁面を延長して交差する点（焦点Ｐ１２）から、噴孔垂直断面Ｓ２（流出口断面）までの距離である。

したがって、短軸断面に現れる噴孔３１の内壁面をレーザ加工するレーザ光の焦点Ｐ１１と、長軸断面に現れる噴孔３１の内壁面をレーザ加工するレーザ光の焦点Ｐ１２とが一致する。よって、レーザ光を射出する射出ノズル（図示せず）を、噴孔軸Ｃ３方向に移動させることなく、矢印Ｙ１に示すように同一平面上で旋回させることで、噴孔３１をレーザ加工できる。

これに対し、図１６に示す比較例に係る噴射ノズル３０ｘの場合には、図２０に示すように、２つの交点距離Ｌ１１、Ｌ１２が異なる。したがって、短軸断面に現れる噴孔３１の内壁面をレーザ加工するレーザ光の焦点Ｐ１１と、長軸断面に現れる噴孔３１の内壁面をレーザ加工するレーザ光の焦点Ｐ１２とが一致しなくなる。図２１に示す例では、噴孔軸Ｃ３方向の長さＬ１３の分、交点距離Ｌ１１、Ｌ１２に違いが生じている。よって、レーザ光を射出する射出ノズルを、矢印Ｙ２に示すように噴孔軸Ｃ３方向に移動させながら、矢印Ｙ１に示すように旋回させることで、噴孔３１をレーザ加工できる。

このように、本実施形態に係る噴孔３１の形状によれば、射出ノズルを、噴孔軸Ｃ３方向へ移動させずに旋回させて噴孔３１をレーザ加工できる。よって、噴孔軸Ｃ３方向へ移動させながら旋回させることを要する比較例の場合に比べて、噴孔軸Ｃ３上の位置に応じて拡大していく噴孔垂直断面の形状を、所望の形状に加工することが容易になる。

また、図１４〜図１７を用いて説明した通り、本実施形態によれば、ノズルボディ２０の板厚にばらつきに起因して噴孔３１の流入口断面の形状がばらつくことが、上述の如く相似形状に形成し、かつ、短軸／長軸比率を不変にすることで抑制される。よって、噴霧形状の精度悪化を効果的に抑制できる。

また、本実施形態に係る噴孔縦断面は、流入口３１１から流出口３１２にかけて、噴孔３１の内壁面を直線的に拡大させていくテーパ形状である。そのため、内壁面を曲線的に拡大させていく湾曲した形状の場合に比べて、レーザ加工を容易にできる。

また、本実施形態では、複数の噴孔３１の流入口３１１は、ノズルボディ２０の中心線Ｃ２の周りに同心円状に並べて配置されている。そして、燃料通路１８は、中心線Ｃ２の周りに環状に延びて中心線Ｃ２の延びる方向へ燃料を流通させる環状通路３０５と、環状通路３０５を流通した燃料を集合させて複数の流入口３１１へ分配する分配通路３０３と、を有する。そのため、各々の噴孔３１へ流入する燃料の流量を均等にすることを促進でき、流入流量むらを抑制できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、噴孔３１の流出口３１２が、噴射部３０１の外表面上に位置している。これに対し、図２２に示す本実施形態では、噴射部３０１の外表面３０１ａに凹部３２が形成されており、その凹部３２内に噴孔３１が形成されている。そのため、噴孔３１の流出口３１２が、噴射部３０１の外表面３０１ａよりも流入口３１１側に奥まった位置にある。このように凹部３２を形成することで、噴孔３１の噴孔軸Ｃ３長さを短くさせている。なお、凹部３２は、噴孔軸Ｃ３と同軸に形成された円柱形状である。また、噴孔垂直断面の形状は、上記第１実施形態と同様にして、噴孔軸Ｃ３上のいずれの位置の断面であるかに拘らず相似形状であり、短軸Ｌａ／長軸Ｌｂ比率は不変である。

図２２中の仮想線Ｌ２０は、弁座３０４の表面を延長したものであり、仮想線Ｌ２０の一部は噴孔３１の内部に位置する。そのため、弁座３０４に沿って環状通路３０５から分配通路３０３へ流入する燃料（矢印Ｙ１０参照）は、噴孔３１の内壁面のうち中心線Ｃ２に近い側の内壁面３１ａに衝突しながら流入口３１１へ流入する（矢印Ｙ１１参照）。そのため、内壁面３１ａに沿った液膜の状態で噴孔３１内を流通する燃料（矢印Ｙ１２参照）の薄膜化が促進される。

（第３実施形態）
上記第１実施形態に係る燃料噴射弁１は、図２に示すように、燃焼室Ｅａの側方から燃焼室Ｅａへ直接燃料を噴射するサイド直噴式である。これに対し、本実施形態に係る燃料噴射弁１は、図２３に示すように、燃焼室Ｅａの上方から燃焼室Ｅａへ直接燃料を噴射するセンター直噴式である。具体的には、燃料噴射弁１は、吸気弁Ｅ４と排気弁Ｅ５の間に配置されており、燃料噴射弁１の中心線Ｃ２は、ピストンＥ３の中心軸線Ｃ１に対して４５度未満の角度で交差する。

図２４に示すように、複数の噴孔３１の流入口３１１は、燃料噴射弁１の中心線Ｃ２の周りに同心円状に配置されている。全ての噴孔３１について、流出口３１２から噴射される燃料（噴霧）の向きが、中心線Ｃ２から径方向外側に拡がる向きとなっている。全ての噴孔軸Ｃ３は、噴孔３１の下流側であるほど中心線Ｃ２から離れていく向きとなっている。

なお、本実施形態に係る噴孔垂直断面の形状は、上記第１実施形態と同様にして、噴孔軸Ｃ３上のいずれの位置の断面であるかに拘らず相似形状であり、短軸Ｌａ／長軸Ｌｂ比率は不変である。

（第４実施形態）
上記第１実施形態では噴孔垂直断面が楕円形状である。これに対し本実施形態では、図２５に示すように、噴孔垂直断面は、流入口３１１から流出口３１２にかけて、短軸Ｌａを共有しつつ、異なる長さの長軸Ｌｂｉｎ、Ｌｂｏｕｔを有する２つの半楕円を合わせた形状である。２つの半楕円のうち、ノズルボディ２０の中心線Ｃ２に近い側の半楕円を内側半楕円Ｓ１ｉｎ、Ｓ２ｉｎと呼び、他方の側の半楕円を外側半楕円Ｓ１ｏｕｔ、Ｓ２ｏｕｔと呼ぶ。そして、噴孔３１は、流入口３１１から流出口３１２の全体に亘って、外側半楕円Ｓ１ｏｕｔ、Ｓ２ｏｕｔの長軸Ｌｂｏｕｔが内側半楕円Ｓ１ｉｎ、Ｓ２ｉｎの長軸Ｌｂｉｎより長くなる形状である。

図２６に示すように、短軸平面における噴孔３１の形状は、噴孔軸Ｃ３を中心に左右対称である。図２７に示すように、長軸平面における噴孔３１の形状は、噴孔軸Ｃ３を中心に左右非対称である。以下の説明では、長軸平面において、噴孔３１の内壁面のうち中心線Ｃ２に近い側の壁面を内側壁面３１ｂと呼び、中心線Ｃ２に遠い側の壁面を外側壁面３１ｃと呼ぶ。また、長軸平面において、内側壁面３１ｂと噴孔軸Ｃ３とのなす角度を内側テーパ角θ１と呼び、外側壁面３１ｃと噴孔軸Ｃ３とのなす角度を外側テーパ角θ２と呼ぶ。そして、内側テーパ角θ１は外側テーパ角θ２よりも小さい値に設定されている。なお、短軸平面においては、内側テーパ角と外側テーパ角とは同じ大きさである。

図２８に示すように、中心線Ｃ２を通り噴射ノズル３０の径方向に延びる線のうち、流入口３１１の重心または中心を通る線を仮想線Ｌ１０と呼ぶ。そして、仮想線Ｌ１０と噴孔軸Ｃ３とが交差する角度であって、中心線Ｃ２の方向から見た角度をねじれ角θ３と呼ぶ。

要するに、環状通路３０５から分配通路３０３へ流入して流入口３１１へ向けて流れる燃料の方向（矢印Ｙ１０参照）は、上記仮想線Ｌ１０と平行である。このように流入口３１１へ向けて流れる燃料の方向と、流出口３１２からの燃料の噴射方向とは一致せず、ねじれている。このねじれ度合いを上記ねじれ角θ３は表している。

例えば、複数の噴孔３１のうち噴孔３１（１）のねじれ角θ３は約９０度であり、噴孔３１（２）のねじれ角θ３は９０度未満（鋭角）であり、噴孔３１（３）のねじれ角θ３は１８０度（鈍角）であり、噴孔３１（４）のねじれ角θ３はゼロ度である。ねじれ角θ３が９０度に近いほど、ねじれ度合いが大きいと言える。つまり、図２８に示す４種類の噴孔３１の中では、噴孔３１（１）のねじれ度合いが最も大きい。

図２９に示すように、ねじれ度合いが大きい噴孔３１（１）では、環状通路３０５から分配通路３０３へ流入して流入口３１１へ向けて流れる燃料（矢印Ｙ１０参照）の分布は、矢印Ｙ１５、Ｙ１６に示すようになる。すなわち、外側半楕円Ｓ１ｏｕｔに流れ込む流量（矢印Ｙ１５参照）が、内側半楕円Ｓ１ｉｎに流れ込む流量（矢印Ｙ１６参照）よりも多くなる。つまり、図２９中の斜線に示す領域Ｄへの流入流量が多くなる。

図３０は、本実施形態に反した形状の比較例に係る噴孔３１ｙを流入口３１１ｙ側から見た上面図である。図中の斜線は、噴孔３１ｙ内に分布する燃料を示す。図２９を用いて先述した通り、外側半楕円Ｓ１ｏｕｔに流れ込む流量は、内側半楕円Ｓ１ｉｎに流れ込む流量よりも多くなる。よって、噴孔内壁面に沿って拡がる燃料は、外側半楕円Ｓ１ｏｕｔの部分に偏って分布しやすくなり、一点鎖線に示す領域Ｆでの液膜が厚くなりやすい。

これに対し、図３１に示す本実施形態では、外側半楕円Ｓ１ｏｕｔの長軸Ｌｂｏｕｔが内側半楕円Ｓ１ｉｎの長軸Ｌｂｉｎより長いので、一点鎖線に示す領域Ｆでの燃料が壁面に沿って拡がることが促進され、液膜が厚くなることを抑制できる。また、内側テーパ角θ１が外側テーパ角θ２よりも小さい値に設定されているので、一点鎖線に示す領域Ｆでの燃料が壁面に沿って拡がることが促進され、液膜が厚くなることを抑制できる。

このように、本実施形態によれば、噴孔３１内での液膜の薄膜化を促進できるので、流出口３１２から噴射される燃料（噴霧）の微粒化、および低ペネトレーション化を図ることができる。

また、本実施形態においても上記第１実施形態と同様にして、噴孔垂直断面の形状は、噴孔軸Ｃ３上のいずれの位置の断面であるかに拘らず相似形状であり、短軸Ｌａ／長軸Ｌｂ比率は不変である。よって、上記第１実施形態と同様の効果が発揮される。

（他の実施形態）
以上、本開示の複数の実施形態について説明したが、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。

・上記第１実施形態では、噴孔垂直断面は楕円形状であるが、噴孔垂直断面は、扁平した形状であれば楕円形状でなくてもよい。

・上記第１実施形態では、噴孔縦断面は、流入口３１１から流出口３１２にかけて噴孔３１の内壁面を直線的に拡大させていく、テーパ形状である。これに対し、噴孔縦断面は、流入口３１１から流出口３１２にかけて内壁面を曲線的に拡大させていく、湾曲形状であってもよい。

・上記第１実施形態では、噴孔３１をレーザ加工するにあたり、流出口３１２の側から流入口３１１の側へ向けてレーザ光を出射している。これに対し、流入口３１１の側から流出口３１２の側へ向けてレーザ光を出射してレーザ加工してもよい。

・上記第１実施形態では、噴孔３１の数が６個であるが、６個以外の複数個であってもよく、また、１個でもよい。

・上記第４実施形態では、噴孔垂直断面が相似形状、かつ、短軸Ｌａ／長軸Ｌｂ比率が不変であることを前提として、外側半楕円Ｓ１ｏｕｔ、Ｓ２ｏｕｔの長軸Ｌｂｏｕｔが内側半楕円Ｓ１ｉｎ、Ｓ２ｉｎの長軸Ｌｂｉｎより長い。これに対し、外側半楕円Ｓ１ｏｕｔ、Ｓ２ｏｕｔの長軸Ｌｂｏｕｔを内側半楕円Ｓ１ｉｎ、Ｓ２ｉｎの長軸Ｌｂｉｎより長くするにあたり、噴孔垂直断面が非相似形状であってもよいし、短軸Ｌａ／長軸Ｌｂ比率が変化する形状であってもよい。

・上記第４実施形態では、噴孔垂直断面が相似形状、かつ、短軸Ｌａ／長軸Ｌｂ比率が不変であることを前提として、内側テーパ角θ１は外側テーパ角θ２よりも小さい。これに対し、内側テーパ角θ１を外側テーパ角θ２より小さくするにあたり、噴孔垂直断面が非相似形状であってもよいし、短軸Ｌａ／長軸Ｌｂ比率が変化する形状であってもよい。

θ１ 内側テーパ角、 θ２ 外側テーパ角、 θａ 短軸テーパ角度、 θｂ 長軸テーパ角度、 １８ 燃料通路、 ２０ ノズルボディ、 ３０３ 分配通路、 ３０５ 環状通路、 ３１ 噴孔、 ３１１ 流入口、 ３１２ 流出口、 ３１ｃ 外側壁面、 ４０ ニードル、 Ｃ２ 中心線、 Ｃ３ 噴孔軸、 Ｌａ 短軸、 Ｌｂ 長軸、 Ｓ１ 噴孔垂直断面、 Ｓ１ｉｎ 内側半楕円、 Ｓ１ｏｕｔ 外側半楕円、 Ｓ２ 噴孔垂直断面、 Ｓ２ｉｎ 内側半楕円、 Ｓ２ｏｕｔ 外側半楕円、 Ｓ３、Ｓ４ 噴孔垂直断面。

Claims (8)

1. 燃料を噴射可能な噴孔（３１）、および前記噴孔に通じる燃料通路（１８）を有するノズルボディ（２０）と、
   前記燃料通路を開閉することで、前記噴孔からの燃料噴射と噴射停止とを切り替えるニードル（４０）と、
   を備え、
   前記噴孔の中心に沿って延びる仮想線を噴孔軸（Ｃ３）と呼び、前記噴孔のうち前記噴孔軸に対して垂直な断面を噴孔垂直断面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）と呼ぶ場合に、
   前記噴孔垂直断面は、扁平形状であり、かつ、前記噴孔の流入口（３１１）から流出口（３１２）にかけて相似形状のまま徐々に面積拡大していく形状である燃料噴射弁。
2. 前記噴孔のうち前記噴孔軸を含む断面を噴孔縦断面と呼ぶ場合に、
   前記噴孔縦断面は、前記流入口から前記流出口にかけて、前記噴孔の内壁面を直線的に拡大させていくテーパ形状である請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 燃料を噴射可能な噴孔（３１）、および前記噴孔に通じる燃料通路（１８）を有するノズルボディ（２０）と、
   前記燃料通路を開閉することで、前記噴孔からの燃料噴射と噴射停止とを切り替えるニードル（４０）と、
   を備え、
   前記噴孔の中心に沿って延びる仮想線を噴孔軸（Ｃ３）と呼び、前記噴孔のうち前記噴孔軸に対して垂直な断面を噴孔垂直断面（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）と呼ぶ場合に、
   前記噴孔垂直断面は、前記噴孔の流入口（３１１）から流出口（３１２）にかけて、短軸（Ｌａ）と長軸（Ｌｂ）を有する楕円形状のまま徐々に面積拡大していく形状であり、
   前記噴孔は、前記流入口から前記流出口にかけて、前記短軸の長さと前記長軸の長さとの比率を不変とする形状である燃料噴射弁。
4. 前記噴孔のうち前記噴孔軸を含む断面を噴孔縦断面と呼び、前記噴孔縦断面のうち前記短軸を含む平面を短軸平面と呼び、前記噴孔縦断面のうち前記長軸を含む平面を長軸平面と呼ぶ場合に、
   前記噴孔縦断面は、前記流入口から前記流出口にかけて、前記噴孔の内壁面を直線的に拡大させていくテーパ形状であり、
   前記短軸平面に現れる前記テーパ形状のテーパ角度である短軸テーパ角度（θａ）と、前記長軸平面に現れる前記テーパ形状のテーパ角度である長軸テーパ角度（θｂ）との比率は、前記短軸の長さと前記長軸の長さとの比率と同一である請求項３に記載の燃料噴射弁。
5. 前記噴孔は、前記ノズルボディに複数形成されており、
   複数の前記噴孔の前記流入口は、前記ノズルボディの中心線（Ｃ２）の周りに並べて配置されており、
   前記燃料通路は、
   前記中心線の周りに環状に延びて前記中心線の延びる方向へ燃料を流通させる環状通路（３０５）と、
   前記環状通路を流通した燃料を集合させて複数の前記流入口へ分配する分配通路（３０３）と、
   を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
6. 前記噴孔垂直断面は、前記流入口から前記流出口にかけて、短軸を共有しつつ長軸長さを異にする２つの半楕円を合わせた形状であり、
   ２つの前記半楕円のうち、前記中心線に近い側の半楕円を内側半楕円（Ｓ１ｉｎ、Ｓ２ｉｎ）と呼び、他方の側の半楕円を外側半楕円（Ｓ１ｏｕｔ、Ｓ２ｏｕｔ）と呼ぶ場合に、
   前記噴孔は、前記外側半楕円の長軸が前記内側半楕円の長軸より長くなる形状である請求項５に記載の燃料噴射弁。
7. 前記噴孔垂直断面は、前記流入口から前記流出口にかけて、短軸（Ｌａ）と長軸（Ｌｂ）を有する楕円形状のまま徐々に面積拡大していく形状であり、
   前記噴孔のうち前記噴孔軸を含む断面を噴孔縦断面と呼び、前記噴孔縦断面のうち前記短軸を含む平面を短軸平面と呼び、前記噴孔縦断面のうち前記長軸を含む平面を長軸平面と呼び、前記長軸平面に現れる前記噴孔の壁面のうち前記中心線に近い側の壁面を内側壁面（３１ｂ）と呼び、前記長軸平面に現れる前記噴孔の壁面のうち前記中心線から遠い側の壁面を外側壁面（３１ｃ）と呼ぶ場合に、
   前記内側壁面と前記噴孔軸とのなす角度である内側テーパ角（θ１）は、前記外側壁面と前記噴孔軸とのなす角度である外側テーパ角（θ２）よりも小さい請求項５または６に記載の燃料噴射弁。
8. 複数の前記噴孔の前記流入口は、前記ノズルボディの中心線（Ｃ２）の周りに同心円状に配置されている請求項１〜７のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。

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