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WO2014057866A1 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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WO2014057866A1
WO2014057866A1 PCT/JP2013/076986 JP2013076986W WO2014057866A1 WO 2014057866 A1 WO2014057866 A1 WO 2014057866A1 JP 2013076986 W JP2013076986 W JP 2013076986W WO 2014057866 A1 WO2014057866 A1 WO 2014057866A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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fuel
needle valve
swirl
fuel injection
injection valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2013/076986
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
小林辰夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Priority to KR1020157008634A priority patent/KR101704315B1/ko
Priority to US14/434,196 priority patent/US9574535B2/en
Priority to EP13845731.2A priority patent/EP2907999B1/en
Publication of WO2014057866A1 publication Critical patent/WO2014057866A1/ja
Priority to IN2974DEN2015 priority patent/IN2015DN02974A/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection valve.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 are known as fuel injection valves that impart a swirl flow to the fuel.
  • Patent Document 2 discloses a fuel injection valve that captures fine bubbles in an injected fuel by imparting a swirl component to the fuel and ruptures the fine bubbles to atomize the injected fuel.
  • JP 11-1117831 A International Publication 2011/125201
  • the fuel injection valve disclosed in this specification has an object to atomize dead fuel.
  • a fuel injection valve disclosed in the present specification includes a needle valve having a seat portion on a front end side, a seat surface on which the seat portion is seated, and a swivel stabilizing chamber on the downstream side of the seat surface.
  • a nozzle body in which an injection hole having an inlet is formed in the swirl stabilization chamber, a swirl flow generator provided with a swirl groove for imparting a swirl component to the fuel introduced into the swirl stabilization chamber, and the needle valve And a fuel collision portion that intersects with a virtual surface that extends the seat surface of the nozzle body toward the nozzle hole side when the needle valve is open.
  • Dead fuel that has accumulated in the upstream side of the seat with the needle valve closed is introduced into the swivel stabilization chamber when the needle valve is opened.
  • This dead fuel has almost no swirl component at the initial opening of the needle valve.
  • the dead fuel passes through the seat portion and is introduced into the turning stable chamber, it collides with the fuel collision portion.
  • the dead fuel stays in the swirl stabilizing chamber, and it is avoided that the dead fuel is introduced into the nozzle hole in a state in which the dead fuel hardly swirls.
  • the fuel to which the swirl component is added is introduced into the nozzle hole, and an air column is generated at the center of the swirl flow. Then, fine bubbles are generated at the boundary between the air column and the fuel, and the fuel containing the fine bubbles is injected from the injection hole. The fine bubbles are ruptured after being injected from the nozzle hole, and fuel atomization is achieved.
  • dead fuel can be atomized.
  • the fuel collision portion may be set so as to deflect the flow of fuel introduced into the turning stable chamber toward the inner peripheral wall side of the turning stable chamber when the needle valve is opened. Good. As a result, dead fuel can be retained in the turning stable chamber.
  • the fuel collision portion may include a curved portion that is concave toward the axial center of the needle valve on the outer peripheral wall thereof.
  • the dead fuel can be guided to the vicinity of the inner peripheral wall of the turning stable chamber, and the dead fuel can be effectively retained in the turning stable chamber.
  • the fuel collision part includes a spiral groove on an outer peripheral wall thereof, and the turning direction of the spiral groove with respect to the axis of the needle valve is the same as the turning direction of the turning groove of the needle guide with respect to the axis of the needle valve. It is good also as a direction.
  • the spiral groove By providing the spiral groove, it is possible to retain the dead fuel in the turning stable chamber while imparting a turning component to the dead fuel flowing toward the fuel collision portion. Further, by reducing the turning direction of the spiral groove with respect to the axis of the needle valve to the same direction as the turning direction of the turning groove of the needle guide with respect to the axis of the needle valve, the reduction of the turning component is suppressed. be able to. That is, if the turning direction is reversed, the swirl component of the fuel that has passed through the swirling groove is canceled and the turning momentum is weakened.
  • a taper portion may be provided between a seat portion provided in the needle valve and the fuel collision portion.
  • the bottom surface of the swivel stabilizing chamber may be a smooth surface orthogonal to the axis of the needle valve, and the central axis of the nozzle hole may be aligned with the axis of the needle valve.
  • a swirl flow can be introduced uniformly into the nozzle hole.
  • a shaped cone-shaped fuel injection that is symmetrical with respect to the central axis of the nozzle hole can be obtained.
  • the distance between the inlet of the nozzle hole and the bottom surface of the fuel collision portion when the needle valve is in a closed state is set to be equal to or less than the extinguishing distance of the flame entering from the nozzle hole.
  • dead fuel can be atomized.
  • FIG. 1A is an explanatory diagram showing a closed state of the fuel injection valve of the first embodiment
  • FIG. 1B is an explanatory diagram showing an open state of the fuel injection valve of the first embodiment
  • FIG. 2 is an explanatory view showing, on an enlarged scale, the tip of the fuel injection valve of the first embodiment
  • FIG. 3 is a perspective view showing a tip portion of the needle guide in the first embodiment.
  • FIG. 4A is an explanatory view of the distal end portion of the needle guide viewed from the side surface side
  • FIG. 4B is an explanatory view of the needle guide viewed from the distal end side.
  • FIG. 5A is a perspective view showing the tip of the needle valve of the first embodiment
  • FIG. 5B is a side view showing the tip of the needle valve of the first embodiment. It is explanatory drawing which shows the principle of fuel atomization in the fuel injection valve of 1st Embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the fuel injection valve of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the tip of the needle valve of the second embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing the turning direction of the turning groove and the spiral groove.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of the fuel injection valve of the third embodiment.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing, on an enlarged scale, the tip of the fuel injection valve of the third embodiment.
  • 12A and 12B are explanatory views showing a modification of the fuel collision portion.
  • FIGS. 13A and 13B are explanatory views showing still other modified examples of the fuel collision portion.
  • FIG. 1A is an explanatory diagram showing a closed state of the fuel injection valve 1 of the first embodiment
  • FIG. 1B is an explanatory diagram showing an open state of the fuel injection valve 1 of the first embodiment. is there.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing, on an enlarged scale, the tip of the fuel injection valve 1 of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a distal end portion of the needle guide 5 in the first embodiment.
  • 4A is an explanatory view of the distal end portion of the needle guide 5 viewed from the side surface side
  • FIG. 4B is an explanatory view of the needle guide 5 viewed from the distal end side.
  • FIG. 5A is a perspective view showing the tip of the needle valve 6 of the first embodiment
  • FIG. 5B is a side view showing the tip of the needle valve 6 of the first embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the principle of fuel atomization in the fuel injection valve 1 of the first embodiment.
  • the fuel injection valve 1 is mounted on an internal combustion engine and is driven and controlled by an ECU included in the internal combustion engine.
  • the ECU includes a CPU (Central Processing Unit) that performs arithmetic processing, a ROM (Read Only Memory) that stores programs, a RAM (Random Access Memory) that stores data, and an NVRAM (Non Volatile RAM). It is a computer.
  • the fuel injection valve 1 can be installed at a lower portion of the intake port provided in the internal combustion engine or at an arbitrary position in the combustion chamber.
  • the internal combustion engine equipped with the fuel injection valve 1 may be any of a gasoline engine using gasoline as a fuel, a diesel engine using light oil as a fuel, and a flexible fuel engine using a fuel in which gasoline and alcohol are mixed in an arbitrary ratio.
  • an engine using any fuel that can be injected by the fuel injection valve may be used.
  • the fuel injection valve 1 includes a nozzle body 2, a needle guide 5, and a needle valve 6 having an axis AX.
  • the nozzle body 2 is a cylindrical member and includes an inner peripheral wall 2a.
  • the nozzle body 2 includes a pressure chamber 2b.
  • a sheet surface 2c formed in a tapered shape is provided on the distal end side of the pressure chamber 2b.
  • a seat portion 6a described later is seated on the seat surface 2c.
  • the nozzle body 2 includes a turning stabilization chamber 3 on the downstream side of the seat surface 2c.
  • the swirl stabilizing chamber 3 is a cylindrical space having a bottom surface 3a and an inner peripheral wall 3b.
  • the bottom surface 3a of the swirl stabilizing chamber 3 is a smooth surface orthogonal to the axis AX of the needle valve 6 described in detail later.
  • An inlet 4a of the nozzle hole 4 is opened on the bottom surface 3a.
  • the central axis of the nozzle hole 4 coincides with the axis AX of the needle valve 6.
  • the fuel injection valve 1 in the first embodiment generates a fine swirl flow in the injection hole 4 to generate fine bubbles, and injects fuel containing the fine bubbles.
  • the fuel flowing through the nozzle hole 4 is a gas-liquid two-phase flow mixed with bubbles, and the flow velocity is regulated by an extremely low sound velocity defined by the void ratio. It will be.
  • the nozzle hole diameter is a diameter for securing the flow rate of the fuel.
  • the nozzle hole diameter of the nozzle hole 4 in the first embodiment is set to 0.7 mm, and the nozzle hole area is set to 0.385 mm 2 . However, these dimensions are examples, and the present invention is not limited to these.
  • the fuel injection valve 1 includes a needle guide 5 whose tip is located in the nozzle body 2.
  • the needle guide 5 is disposed in the nozzle body 2 so that the outer peripheral surface thereof is supported in contact with the inner peripheral wall 3 b of the nozzle body 2.
  • the needle guide 5 is a cylindrical member, and the needle valve 6 is accommodated in an inner peripheral portion of the needle guide 5 so as to be capable of reciprocating along the axis AX direction.
  • the needle guide 5 includes a fuel communication path 5a on the outer peripheral wall surface on the base end side.
  • a swirling groove 5b for imparting a swirling component to the fuel introduced into the swirling stabilization chamber 3 is provided on the downstream side.
  • the swirl groove 5 b gives a swirl component to the fuel introduced into the swirl stabilization chamber 3.
  • the tip of the needle guide provided with such a turning groove 5b corresponds to a turning flow generating part.
  • the specifications of the turning groove 5b will be described with reference to FIGS. 4 (A) and 4 (B).
  • the maximum groove width is 0.17 mm.
  • the depth Di at the entrance of the groove is 0.4 mm.
  • the depth Do at the exit of the groove is 0.16 mm.
  • the total groove minimum area, that is, the total groove area at the outlet is 0.314 mm 2 .
  • the groove flow path length is 4.5 mm.
  • the calculated pressure loss is 135 kPa.
  • the fuel injection valve 1 includes a needle valve 6 having a seat portion 6a on the tip side. As described above, the needle valve 6 is supported inside the needle guide 5 so as to be capable of reciprocating. The needle valve 6 performs a valve opening operation by a drive device that operates according to a command from the ECU. As shown in FIG. 1A, when the seat 6a is seated on the seat surface 2c, the fuel injection valve 1 is closed. As shown in FIG. 1B, when the seat portion 6a is separated from the seat surface 2c, the fuel injection valve 1 is opened. Here, dead fuel generated when the fuel injection valve 1 is closed will be described. As shown in FIG. 1A, when the fuel injection valve 1 is closed, the fuel stays upstream from the seat portion 6a while maintaining the set fuel pressure.
  • the fuel staying at a position close to the seat portion 6 a is sequentially introduced into the turning stable chamber 3.
  • the fuel that has accumulated in the dead fuel retention portion 8 formed in the region from the seat portion 6a to the downstream end of the swivel groove 5b, that is, the tip portion of the needle guide 5 When 6 starts the lift, it is introduced into the swirl stabilizing chamber 3 with almost no swirl component. Further, the fuel staying in the vicinity of the downstream end of the swirling groove 5b cannot maintain the swirling component imparted by passing through the swirling groove 5b, and the running section is short even after the valve is opened, so that the sufficient swirling component is maintained.
  • the fuel behaves in substantially the same manner as the fuel staying in the dead fuel staying portion 8.
  • the fuel introduced into the swirl stabilizing chamber 3 without obtaining a sufficient swirl component is dead fuel.
  • Such dead fuel is difficult to be atomized as will be described later.
  • a fuel collision portion 7 is provided at the tip of the needle valve 6.
  • the fuel collision part 7 is provided so that the above-mentioned dead fuel may collide.
  • the dead fuel that has collided with the fuel collision part 7 can stay in the swirl stabilizing chamber 3.
  • the fuel collision unit 7 causes the seat surface 2c provided in the nozzle body 2 to be on the nozzle hole 4 side, that is, the nozzle body 2 when the needle valve 6 is opened. It is provided so as to intersect with a virtual plane F extended to the tip side of the.
  • the fuel passes between the seat surface 2c and the seat portion 6a in a state having a width corresponding to the distance between them, and is introduced into the swirl stabilizing chamber 3.
  • Dead fuel is also introduced into the swirl stabilizing chamber 3 in the same manner. Since the virtual surface F obtained by extending the seat surface 2c toward the nozzle hole 4 substantially coincides with the boundary of the dead fuel flow, if the fuel collision portion 7 is provided so as to intersect with the virtual surface F, the dead fuel is reduced. The fuel can collide with the fuel collision part 7. The fuel collision part 7 is provided so that it can collide with dead fuel even when the needle valve 6 is fully lifted. In addition, when the said conditions are not satisfy
  • the fuel staying in the swirl stabilization chamber 3 is deflected toward the inner peripheral wall 3b of the swirl stabilization chamber 3 by colliding with the fuel collision part 7.
  • the swirl component is given by the fuel having the swirl component introduced into the swirl stabilizing chamber 3 following the dead fuel, and is introduced into the nozzle hole 4. That is, when the fuel injection valve 1 is closed, the fuel that is positioned upstream of the dead fuel and that is introduced into the turning stable chamber 3 after passing through the turning groove 5b of a sufficient distance has a high speed and the turning component. Have also gained.
  • the running distance passing through the turning groove 5b is long, and the fuel having the turning component is introduced into the turning stable chamber 3 along the inner peripheral wall 3b of the turning stable chamber 3 by the centrifugal force.
  • the fuel having the swirl component is introduced into the nozzle hole 4 while maintaining the swirl component together with the fuel staying in the swirl stabilization chamber 3.
  • the fuel collision unit 7 is set so as to deflect the flow of the fuel introduced into the turning stable chamber 3 toward the inner peripheral wall 3b side of the turning stable chamber 3 when the needle valve 6 is opened. Yes.
  • the fuel collision portion 7 includes a curved portion 7 a that is concave toward the axis AX of the needle valve 6 on the outer peripheral wall thereof.
  • the dead fuel introduced to the vicinity of the inner peripheral wall 3b of the swirl stabilization chamber 3 is absorbed by the fuel having the swirl component having a high speed, and the swirl component is easily obtained. As a result, it becomes easy to obtain a uniform fuel flow. Further, even when the position of the nozzle hole is offset with respect to the axis AX, direct injection of fuel that is not turning is suppressed. As a result, it is possible to cope with multiple injection holes and inclined injection holes, and the degree of freedom in design is improved.
  • the bottom surface 3 a of the swivel stabilizing chamber 3 of the fuel injection valve 1 is a smooth surface orthogonal to the axis AX of the needle valve 6.
  • An inlet 4 a of the injection hole 4 is opened on the bottom surface 3 a, and the central axis of the injection hole 4 coincides with the axis AX of the needle valve 6.
  • the fuel swirling in the swirl stabilizing chamber 3 can be homogeneously introduced into the nozzle hole 4.
  • a shaped cone-shaped fuel injection that is symmetric with respect to the central axis of the injection hole 4 can be obtained.
  • the nozzle hole diameter of the nozzle hole 4 of the fuel injection valve 1 is set to 0.7 mm. This diameter is usually the distance that the flame enters from the combustion chamber. If a flame enters the fuel injection valve 1 from the injection hole 4, the fuel in the fuel injection valve 1 may be carbonized. If the fuel is carbonized and deposited as a deposit, there is a possibility that an oil tightness defect or spray deterioration in the fuel injection valve 1 may be caused.
  • the distance between the inlet 4 a of the injection hole 4 and the bottom surface 7 b of the fuel collision part 7 when the needle valve 6 is in the closed state is equal to or less than the extinguishing distance of the flame entering from the injection hole 4. It is set. Specifically, the distance S shown in FIG. 1A is set to 0.4 mm or less. The extinction distance is the distance at which the flame disappears. When a flame is about to pass through a gap of a predetermined distance or less, the surrounding structure is deprived of heat and disappears. Therefore, in the fuel injection valve 1, the distance S is set with the extinguishing distance set to 0.4 mm.
  • the distance of 0.4 mm is not absolute, and may be any other distance as long as the flame can be extinguished and entry into the fuel injection valve 1 can be avoided.
  • the diameter of the bottom surface 7 b of the fuel collision portion 7 is set larger than the diameter of the injection hole from the viewpoint of avoiding the intrusion of flame into the fuel injection valve 1.
  • dead fuel can be atomized.
  • the difference between the fuel injection valve 11 of the second embodiment and the fuel injection valve 1 of the first embodiment is the shape of the needle valve, more specifically, the shape of the fuel collision part. That is, the fuel injection valve 11 includes a needle valve 16 instead of the needle valve 6 included in the fuel injection valve 1 of the first embodiment.
  • the needle valve 16 includes a fuel collision portion 17 that replaces the fuel collision portion 7.
  • the other structure is the same as that of 1st Embodiment, about the common component, the same reference number is attached
  • the fuel collision part 17 is provided with the spiral groove 17a in the outer peripheral wall so that FIG. 8 may show.
  • the turning direction of the spiral groove 17a with respect to the axis AX of the needle valve 16 is the same as the turning direction of the turning groove 5b of the needle guide 5 with respect to the axis AX of the needle valve 16.
  • the position of the fuel collision part 17 is provided similarly to the fuel injection valve 1 of the first embodiment. For this reason, the dead fuel introduced into the turning stable chamber 3 at the initial opening of the fuel injection valve 11 collides with the fuel collision part 17.
  • the dead fuel that has collided with the fuel collision part 17 can obtain a turning component by itself along the spiral groove 17a.
  • ⁇ 1 indicates the inclination of the turning groove 5b with respect to the axis AX.
  • ⁇ 2 represents the inclination of the spiral groove 17a with respect to the axis AX.
  • both ⁇ 1 and ⁇ 2 are inclined in the plus (+) direction with respect to the axis AX. That is, both turning directions are the same.
  • the swirl component imparted to the dead fuel by the spiral groove 17a does not hinder the swirl component imparted by the swirl groove 5b. If one side turns in the plus (+) side in FIG. 9 and the other side turns in the minus ( ⁇ ) side, the turning speed is reduced.
  • the dead fuel can obtain the swirl component by itself before passing the swirl component by the fuel flow having the swirl component by passing through the swirl groove 5b. For this reason, for example, the fuel can be swirled effectively even in an environment where the fuel pressure is low, and atomization of the fuel can be achieved.
  • the fuel injection valve 21 of the third embodiment is different from the fuel injection valve 11 of the second embodiment in that the fuel injection valve 21 has a tapered portion between a seat portion and a fuel collision portion provided in the needle valve. is there.
  • the fuel injection valve 21 includes an injection hole 24 instead of the injection hole 4 provided in the fuel injection valve 1 of the first embodiment and the fuel injection valve 11 of the second embodiment.
  • the same reference number is attached
  • the fuel injection valve 21 includes a needle valve 26.
  • the needle valve 26 includes a tapered portion 27 b between the seat portion 26 a and the fuel collision portion 27.
  • the tapered portion 27b By providing the tapered portion 27b, it is possible to suppress the separation of the fuel introduced into the swirl stabilizing chamber 3. As a result, the dead fuel can be smoothly guided to the fuel collision portion 27, and the dead fuel can be effectively retained in the swirl stabilizing chamber 3. Further, if separation occurs when the fuel is introduced into the swirl stabilizing chamber 3, an unstable swirl flow is generated, and spray spots are easily generated. However, the tapered portion 27b can also suppress this.
  • the fuel collision part 27 is provided with the spiral groove 27a similarly to the fuel injection valve 11 of 2nd Embodiment, since this is common with the spiral groove 17a, the detailed description is abbreviate
  • the angle ⁇ 2 of the tapered portion 27b with respect to the axis AX is set larger than the angle ⁇ 1 of the seat surface 22c with respect to the axis AX in order to smoothly guide the fuel to the fuel collision portion 27.
  • ⁇ 2 By setting ⁇ 2 to an angle about 1 ⁇ 2 of ⁇ 1, fuel separation can be effectively suppressed.
  • the nozzle hole 24 is provided offset with respect to the axis AX. Since the fuel injection valve 21 of the third embodiment can obtain a stable swirl flow in the swirl stabilization chamber 23, the swirl flow of the fuel can be stably introduced into the nozzle holes 24 provided with an offset. I get out. In the first embodiment and the second embodiment, an offset nozzle hole can also be employed.
  • a frustoconical fuel collision part 37 may be provided on the tip side of the seat part 36 a of the needle valve 36.
  • a plate-like fuel collision portion 47 may be provided on the distal end side of the seat portion 46a of the needle valve 46.
  • a spherical fuel collision portion 57 may be provided on the tip side of the seat portion 56a of the needle valve 56. In short, any fuel that can keep dead fuel in the turning stable chamber can be used.

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Abstract

　燃料噴射弁は、先端側にシート部を有するニードル弁と、前記シート部が着座するシート面を有すると共に前記シート面の下流側に旋回安定室を備え、前記旋回安定室内に入口を有する噴孔が形成されたノズルボディと、前記旋回安定室に導入される燃料に旋回成分を付与する旋回溝が設けられた旋回流生成部と、前記ニードル弁の先端部に設けられ、前記ニードル弁が開弁した状態のときに、前記ノズルボディが備える前記シート面を前記噴孔側に延長した仮想面と交錯する燃料衝突部と、を備える。これにより、デッド燃料を旋回安定室内へ滞留させ、後に旋回成分有する燃料から旋回成分を付与された状態で噴孔に導入される。

Description

燃料噴射弁
　本発明は燃料噴射弁に関する。
　近年、内燃機関に関し、ＣＯ２低減及びエミッション低減のため、過給リーン、大量ＥＧＲ及び予混合自着火燃焼の研究が盛んに行われている。これらの研究によると、ＣＯ２低減及びエミッション低減の効果を最大限に引き出すには、より燃焼限界近傍において安定した燃焼状態を得る必要がある。また、石油燃料の枯渇化が進む中、バイオ燃料など多種の燃料でも安定して燃焼できるロバスト性が要求される。このような安定した燃焼を得るのに最も重要な点は混合気の着火ばらつきの低減や、斑のない均質で安定した燃焼が実現されることである。これには、微細な燃料噴霧でより気化し易くさせることや、噴霧粒径が均一であることが望まれる。
　また、内燃機関の燃料供給において、過渡応答性の向上、気化潜熱による体積効率向上や低温での触媒活性化用の大幅な遅角燃焼のために燃焼室内へ燃料を直接噴射する筒内噴射方式が採用されている。ところが、筒内噴射方式を採用することにより、噴霧燃料が液滴のまま燃焼室壁に衝突して起こるオイル希釈や、ＰＭ（Particulate Matter）、スモークの発生が懸念される。
　これらの現象に対処すべく、燃料噴射弁から噴射される燃料に旋回流を付与することがある。燃料に旋回流を付与する燃料噴射弁として、例えば、特許文献１や特許文献２が知られている。特に、特許文献２には、燃料に旋回成分を付与することにより、噴射燃料中に微細気泡を取り込み、微細気泡を破裂させて噴射燃料の微粒化を図る燃料噴射弁が開示されている。
特開平１１－１１７８３１号公報 国際公開２０１１／１２５２０１号公報
　しかしながら、上記特許文献１や特許文献２に開示された燃料噴射弁では、ニードル弁の閉弁時にニードル弁のシート部が着座するノズルボディのシート面近傍に滞留する燃料、いわゆるデッド燃料が存在する。デッド燃料は、ニードル弁の閉弁時に一旦その流れが停止した状態となる。このため、ニードル弁の開弁初期において、デッド燃料には旋回成分が付与されておらず、燃料の燃料粒径が大きい液滴のまま、噴孔に導入され、噴射されることが想定される。すなわち、旋回成分が付与され難いデッド燃料は、微細気泡を取り込むことが困難であり、微細気泡が破裂することによる燃料の微粒化は期待し難い。また、ニードル弁開弁直後のデッド燃料の流速は遅いため、空気剪断による微粒化も困難である。
　そこで本明細書開示の燃料噴射弁は、デッド燃料を微粒化することを課題とする。
　上記課題を解決するために本明細書開示の燃料噴射弁は、先端側にシート部を有するニードル弁と、前記シート部が着座するシート面を有すると共に前記シート面の下流側に旋回安定室を備え、前記旋回安定室内に入口を有する噴孔が形成されたノズルボディと、前記旋回安定室に導入される燃料に旋回成分を付与する旋回溝が設けられた旋回流生成部と、前記ニードル弁の先端部に設けられ、前記ニードル弁が開弁した状態のときに、前記ノズルボディが備える前記シート面を前記噴孔側に延長した仮想面と交錯する燃料衝突部と、を備える。
　ニードル弁が閉弁した状態でシート部の上流側に滞留しているデッド燃料は、ニードル弁が開弁すると旋回安定室へ導入される。このデッド燃料は、ニードル弁の開弁初期においてほぼ旋回成分を有していない。このようなデッド燃料は、シート部を通過して旋回安定室内に導入されると、燃料衝突部へ衝突する。これによりデッド燃料は旋回安定室内で滞留し、デッド燃料がほぼ旋回しない状態で噴孔内へ導入されることが回避される。そして、旋回溝を通過して旋回成分が付与された燃料が旋回安定室内へ導入されると、その旋回の勢いによって先に旋回安定室内に滞留していたデッド燃料相当分の燃料にも旋回成分が付与される。旋回成分が付与された燃料は、噴孔内へ導入され、その旋回流の中心部に気柱を発生させる。そして、気柱と燃料との境界において微細気泡を発生させ、微細気泡を含んだ燃料が噴孔から噴射される。微細気泡は、噴孔から噴射された後に破裂して、燃料の微粒化が達成される。このように、燃料衝突部を設けることにより、デッド燃料を微粒化することができる。
　ここで、前記燃料衝突部は、前記ニードル弁が開弁したときに、前記旋回安定室内へ導入される燃料の流れを前記旋回安定室の内周壁側に向かって偏向するように設定されてもよい。これにより、デッド燃料を旋回安定室内へ滞留させることができる。
　より具体的に、前記燃料衝突部は、その外周壁に前記ニードル弁の軸芯に向かって凹状とされた湾曲部を備えてもよい。湾曲部を備えることにより、デッド燃料を旋回安定室の内周壁近傍へ導き、デッド燃料を効果的に旋回安定室内へ滞留させておくことができる。
　前記燃料衝突部は、その外周壁に螺旋溝を備え、前記螺旋溝の前記ニードル弁の軸芯に対する旋回方向を、前記ニードルガイドが備える前記旋回溝の前記ニードル弁の軸芯に対する旋回方向と同一方向としてもよい。螺旋溝を備えることにより、燃料衝突部に向かって流れてくるデッド燃料に旋回成分を付与しつつ、デッド燃料を旋回安定室内へ滞留させておくことができる。また、前記螺旋溝の前記ニードル弁の軸芯に対する旋回方向を、前記ニードルガイドが備える前記旋回溝の前記ニードル弁の軸芯に対する旋回方向と同一方向とすることにより、旋回成分の減少を抑制することができる。すなわち、旋回方向が逆であると、旋回溝を通過した燃料の旋回成分が打ち消され、旋回の勢いが弱められるため、これを回避する。
　前記ニードル弁が備えるシート部と前記燃料衝突部との間にテーパ部を設けてもよい。これにより、シート部を通過して旋回安定室に導入される燃料の剥離を抑制し、円滑にデッド燃料を燃料衝突部へ誘導することができる。この結果、デッド燃料を効果的に旋回安定室内へ滞留させておくことができる。また、燃料が旋回安定室内へ導入される際に剥離が生じると、不安定な旋回流となり、噴霧の斑が生じ易くなるが、テーパ部は、これを抑制することもできる。
　前記旋回安定室の底面は、前記ニードル弁の軸芯と直交する平滑面であり、前記噴孔の中心軸は、前記ニードル弁の軸芯と一致させてもよい。噴孔内に均質に旋回流を導入することができる。この結果、噴孔の中心軸に対称である成形されたコーン状の燃料噴射とすることができる。
　前記ニードル弁が閉弁状態にあるときの前記噴孔の入口と前記燃料衝突部の底面との距離は、前記噴孔から浸入する火炎の消炎距離以下に設定されることが望ましい。これにより、燃料噴射弁内部への火炎の浸入を抑制することができる。この結果、燃料噴射弁内での燃料の炭化を抑制することができる。
　本明細書に開示された燃料噴射弁によれば、デッド燃料を微粒化することができる。
図１（Ａ）は第１実施形態の燃料噴射弁の閉弁状態を示す説明図であり、図１（Ｂ）は第１実施形態の燃料噴射弁の開弁状態を示す説明図である。 図２は第１実施形態の燃料噴射弁の先端部を拡大して示す説明図である。 図３は第１実施形態におけるニードルガイドの先端部を示す斜視図である。 図４（Ａ）はニードルガイドの先端部を側面側から観た説明図であり、図４（Ｂ）はニードルガイドを先端側から観た説明図である。 図５（Ａ）は第１実施形態のニードル弁の先端部を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は第１実施形態のニードル弁の先端部を示す側面図である。 第１実施形態の燃料噴射弁における燃料微粒化の原理を示す説明図である。 図７は第２実施形態の燃料噴射弁の説明図である。 図８は第２実施形態のニードル弁の先端部を示す斜視図である。 図９は旋回溝と螺旋溝の旋回方向を示す説明図である。 図１０は第３実施形態の燃料噴射弁の説明図である。 図１１は第３実施形態の燃料噴射弁の先端部を拡大して示す説明図である。 図１２（Ａ）、（Ｂ）は燃料衝突部の変形例を示す説明図である。 図１３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ燃料衝突部のさらに他の変形例を示す説明図である。
　以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されている場合もある。
（第１実施形態）
　図１（Ａ）は第１実施形態の燃料噴射弁１の閉弁状態を示す説明図であり、図１（Ｂ）は第１実施形態の燃料噴射弁１の開弁状態を示す説明図である。図２は第１実施形態の燃料噴射弁１の先端部を拡大して示す説明図である。図３は第１実施形態におけるニードルガイド５の先端部を示す斜視図である。図４（Ａ）はニードルガイド５の先端部を側面側から観た説明図であり、図４（Ｂ）はニードルガイド５を先端側から観た説明図である。図５（Ａ）は第１実施形態のニードル弁６の先端部を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は第１実施形態のニードル弁６の先端部を示す側面図である。図６は第１実施形態の燃料噴射弁１における燃料微粒化の原理を示す説明図である。
　第１実施形態の燃料噴射弁１は、内燃機関に装備され、内燃機関が備えるＥＣＵによって駆動制御される。ＥＣＵは、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ　Ｖｏｌａｔｉｌｅ　ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。燃料噴射弁１は、内燃機関が備える吸気ポート下部や、燃焼室の任意の位置に設置することができる。燃料噴射弁１が装備される内燃機関は、ガソリンを燃料とするガソリンエンジン、軽油を燃料とするディーゼルエンジン、ガソリンとアルコールとを任意の割合で混合した燃料を使用するフレキシブルフューエルエンジンのいずれでもよい。また、その他、燃料噴射弁によって噴射可能などのような燃料を用いるエンジンであってもよい。
　図１（Ａ）、（Ｂ）を参照すると、燃料噴射弁１は、ノズルボディ２、ニードルガイド５、軸芯ＡＸを有するニードル弁６を備える。
　ノズルボディ２は、筒状の部材であり、内周壁２ａを備える。また、ノズルボディ２は、圧力室２ｂを備える。圧力室２ｂの先端側には、テーパ形状に成形されたシート面２ｃが設けられている。シート面２ｃには、後述するシート部６ａが着座する。また、ノズルボディ２は、シート面２ｃの下流側に旋回安定室３を備える。旋回安定室３は底面３ａ及び内周壁３ｂを備えた円筒形状の空間である。旋回安定室３の底面３ａは、後に詳述するニードル弁６の軸芯ＡＸと直交する平滑面である。底面３ａには、噴孔４の入口４ａが開口している。噴孔４の中心軸は、ニードル弁６の軸芯ＡＸと一致している。第１実施形態における燃料噴射弁１は、のちに詳述するように、噴孔４内に強旋回流を発生させて微細気泡を生成し、この微細気泡を含んだ燃料を噴射する。このような形式の燃料噴射を行う燃料噴射弁１では、噴孔４を流れる燃料は気泡が混入した気液２相流となり、その流速はボイド率によって規定される極めて低い音速で律則されることになる。このような状況下、噴孔径は、燃料の流量を確保するための径とされる。第１実施形態における噴孔４の噴孔径は０．７ｍｍ、噴孔面積は０．３８５ｍｍ２に設定されている。ただし、これらの寸法は、一例であり、これに限定されるものではない。
　燃料噴射弁１は、先端部がノズルボディ２内に位置するニードルガイド５を備えている。ニードルガイド５は、その外周面がノズルボディ２の内周壁３ｂに接して支持されるようにノズルボディ２内に配置されている。ニードルガイド５は、筒状の部材であり、その内周部へニードル弁６が軸芯ＡＸ方向に沿った往復動可能に収納される。図３乃至図４（Ｂ）を参照すると、ニードルガイド５は、基端側の外周壁面に燃料連通路５ａを備えている。そして、その下流側に旋回安定室３内に導入される燃料に旋回成分を付与する旋回溝５ｂを備える。旋回溝５ｂは、旋回安定室３に導入される燃料に旋回成分を付与する。このような旋回溝５ｂが設けられたニードルガイドの先端部は旋回流生成部に相当する。
　ここで、旋回溝５ｂの諸元について、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ説明する。螺旋溝５ｂは、１２条設けられている。溝幅は、最大で０．１７ｍｍである。溝の入口部における深さＤｉは、０．４ｍｍである。溝の出口部における深さＤｏは、０．１６ｍｍである。総溝最小面積、すなわち、出口部における溝の総面積は、０．３１４ｍｍ２である。溝流路長は、４．５ｍｍである。圧損の計算値は、１３５ｋＰａである。
　燃料噴射弁１は、先端側にシート部６ａを有するニードル弁６を備えている。ニードル弁６は、上述のように、ニードルガイド５の内側に往復動可能に支持されている。ニードル弁６は、ＥＣＵの指令によって作動する駆動装置によって開弁動作を行う。図１（Ａ）に示すようにシート部６ａがシート面２ｃに着座すると燃料噴射弁１は、閉弁状態となる。図１（Ｂ）に示すようにシート部６ａがシート面２ｃから離座すると燃料噴射弁１は、開弁状態となる。ここで、燃料噴射弁１が閉弁状態となったときに生じるデッド燃料について説明する。図１（Ａ）に示すように燃料噴射弁１が閉弁状態となると、燃料は、設定燃圧を保持した状態でシート部６ａよりも上流側に滞留することになる。そして、燃料噴射弁１の開弁初期には、シート部６ａに近い位置で滞留していた燃料から順に旋回安定室３内へ導入される。このような燃料のうち、特に、シート部６ａから旋回溝５ｂの下流端、すなわち、ニードルガイド５の先端部までの領域に形成されたデッド燃料滞留部８に滞留していた燃料は、ニードル弁６がリフトを開始すると、ほとんど旋回成分を有しない状態で旋回安定室３内へ導入される。また、旋回溝５ｂの下流端近傍で滞留していた燃料も旋回溝５ｂを通過することによって付与された旋回成分を維持できず、また、開弁後も助走区間が短くて十分な旋回成分を得ることができないため、デッド燃料滞留部８に滞留していた燃料とほぼ同様の振る舞いをする。このように、燃料噴射弁１の開弁初期において、十分な旋回成分を得ることなく旋回安定室３内に導入される燃料がデッド燃料である。このようなデッド燃料は、後にその原理を説明するように微粒化され難い。
　図２を参照すると、ニードル弁６の先端部には、燃料衝突部７が設けられている。燃料衝突部７は、上述のデッド燃料が、衝突するように設けられている。燃料衝突部７に衝突したデッド燃料は、旋回安定室３内に滞留することができる。デッド燃料を旋回安定室３内に滞留させる為、燃料衝突部７は、ニードル弁６が開弁した状態のときに、ノズルボディ２が備えるシート面２ｃを噴孔４側、すなわち、ノズルボディ２の先端側に延長した仮想面Ｆと交錯するように設けられる。燃料は、シート面２ｃとシート部６ａとの間を両者の間隔に応じた幅を有する状態で通過し、旋回安定室３内へ導入される。デッド燃料も同様の要領で旋回安定室３内へ導入される。シート面２ｃを噴孔４側に延長した仮想面Ｆは、デッド燃料の流れの境界とほぼ一致するため、燃料衝突部７が仮想面Ｆと交錯するように設けられていれば、デッド燃料を燃料衝突部７へ衝突させることができる。燃料衝突部７は、ニードル弁６のフルリフト時においても、デッド燃料と衝突できるように設けられている。なお、上記条件が満たされない場合、シート部６ａを周形状で通過し、軸芯ＡＸに向かって集まる燃料同士が衝突して、微粒化されることなく噴孔４から噴射される。
　これに対し、旋回安定室３内に滞留している燃料は、燃料衝突部７に衝突することにより、旋回安定室３の内周壁３ｂ側へ偏向される。そして、デッド燃料に引き続いて旋回安定室３内へ導入される旋回成分を有する燃料によって旋回成分が与えられ、噴孔４内へ導入されることになる。すなわち、燃料噴射弁１の閉弁時においてデッド燃料よりも上流側に位置し、十分な距離の旋回溝５ｂを通過した後に旋回安定室３内へ導入される燃料は、速度も速く、旋回成分も得ている。旋回溝５ｂを通過する助走距離も長く、旋回成分を有する燃料は、その遠心力によって旋回安定室３の内周壁３ｂに沿うように旋回安定室３内へ導入される。旋回成分を有する燃料は、旋回安定室３内で滞留していた燃料とともに旋回成分を保持したまま噴孔４内へ導入される。
　このように、旋回成分を有し、デッド燃料に遅れて旋回安定室３内へ導入される燃料は、旋回安定室３の内周壁３ｂに沿うように旋回する。また、デッド燃料を旋回安定室３内へ滞留させるためには、デッド燃料を内周壁３ｂ側へ偏向させることが都合がよい。そこで、燃料衝突部７は、ニードル弁６が開弁したときに、旋回安定室３内へ導入される燃料の流れを旋回安定室３の内周壁３ｂ側に向かって偏向するように設定されている。具体的に、燃料衝突部７は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、その外周壁にニードル弁６の軸芯ＡＸに向かって凹状とされた湾曲部７ａを備えている。これにより、デッド燃料を旋回安定室３の内周壁３ｂ近傍へ導き、デッド燃料を効果的に旋回安定室３内へ滞留させ、噴孔４に導入されるまでの時間を確保することができる。また、旋回安定室３の内周壁３ｂ近傍へ導かれたデッド燃料は、速度の速い旋回成分を有する燃料に吸収されて、旋回成分を得易くなる。この結果、一様な燃料流を得易くなる。また、噴孔の位置が軸芯ＡＸに対してオフセットされたような場合であっても旋回していない状態の燃料を直接噴射することが抑制される。この結果、多噴孔化や斜めに設けられた噴孔に対しても対応することができ、設計の自由度が向上する。
　上述のように、燃料噴射弁１の旋回安定室３の底面３ａは、ニードル弁６の軸芯ＡＸと直交する平滑面である。そして、底面３ａには、噴孔４の入口４ａが開口し、噴孔４の中心軸は、ニードル弁６の軸芯ＡＸと一致している。これにより、旋回安定室３内で旋回している燃料を均質に噴孔４内へ導入することができる。この結果、噴孔４の中心軸に対称である成形されたコーン状の燃料噴射とすることができる。
　ここで、燃料噴射弁１による燃料噴射の様子について説明する。ニードル弁６がリフトし、シート部６ａがシート面２ｃから離座すると、燃料連通路５ａを通過した燃料は、一旦、圧力室２ｂに導入され、その後、旋回溝５ｂへ流入する。これにより、燃料が旋回流となる。そして、旋回流は、シート面２ｃに沿って、旋回安定室３内へ導入される。上述の要領で旋回安定室３内で旋回する燃料は、噴孔４内に導入される。このとき、旋回安定室３よりも径の小さい噴孔４内に導入されることにより、旋回流の旋回速度は加速し、増速する。この結果、図６に示すように、旋回流の中央部に負圧が発生して気柱ＡＰが生成される。気柱ＡＰとの界面において、微細気泡が生成され、生成された微細気泡は燃料とともに噴射される。
　燃料の微粒化の原理をより詳説すると、以下の如くである。燃料噴射弁１内で旋回速度の速い旋回流が形成され、その旋回流が噴孔に導入されると、その強い旋回流の旋回中心に負圧が発生する。負圧が発生すると燃料噴射弁１の外部の空気が噴孔４内に吸引される。これにより噴孔４内に気柱ＡＰが発生する。こうして発生した気柱ＡＰと燃料との界面において気泡が生成する。生成した気泡は気柱ＡＰの周囲を流れる燃料に混入し、気泡混入流、すなわち、２相流として外周側を流れる燃料流とともに噴射される。その噴射の形状は、中空のコーン状である。このため、噴孔４から離れるほど、噴霧の外径は大きくなり、気泡を形成している液膜は引き伸ばされて薄くなる。そして、液膜を維持することができなくなると、気泡が分裂し、その後、微細気泡は自己加圧効果によって径が小さくなり、崩壊（圧壊）に至り、超微細な燃料粒が形成される。このように、燃料の微粒化が達成される。
　以上が燃料噴射弁１の燃料微粒化の原理である。この原理を有効に利用すべく、燃料噴射弁１の噴孔４の噴孔径は０．７ｍｍに設定されている。この径は、通常であれば、燃焼室内からの火炎が浸入する距離である。噴孔４から燃料噴射弁１内に火炎が浸入すると、燃料噴射弁１内の燃料が炭化するおそれがある。燃料が炭化し、デポジットとして堆積すると、燃料噴射弁１における油密不良や噴霧悪化を招く可能性がある。そこで、燃料噴射弁１では、ニードル弁６が閉弁状態にあるときの噴孔４の入口４ａと燃料衝突部７の底面７ｂとの距離を、噴孔４から浸入する火炎の消炎距離以下に設定している。具体的に、図１（Ａ）に示す距離Ｓを０．４ｍｍ以下に設定している。消炎距離とは、火炎が消滅してしまう距離である。火炎は、所定の距離以下の隙間を通過しようとしたときに、その周囲の構造物に熱を奪われて消滅する。そこで、燃料噴射弁１では、その消炎距離を０．４ｍｍとして、距離Ｓを設定している。なお、０．４ｍｍとの距離は、絶対的なものではなく、火炎を消滅させ、燃料噴射弁１内への浸入を回避できる距離であれば、他の距離であってもよい。なお、燃料噴射弁１では、火炎の燃料噴射弁１内への浸入を回避するとの観点から、燃料衝突部７の底面７ｂの直径を噴孔径よりも大きく設定している。
　以上説明したように、第１実施形態の燃料噴射弁１によれば、デッド燃料を微粒化することができる。
（第２実施形態）
　つぎに、図７乃至図９を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態の燃料噴射弁１１が第１実施形態の燃料噴射弁１と異なる点は、ニードル弁の形状、より具体的に、燃料衝突部の形状である。すなわち、燃料噴射弁１１は、第１実施形態の燃料噴射弁１が備えるニードル弁６に代えてニードル弁１６を備える。ニードル弁１６は、燃料衝突部７に代わる燃料衝突部１７を備える。なお、他の構成は、第１実施形態と同様であるので、共通する構成要素については図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
　燃料衝突部１７は、図８に明らかなように、その外周壁に螺旋溝１７ａを備えている。この螺旋溝１７ａのニードル弁１６の軸芯ＡＸに対する旋回方向は、ニードルガイド５が備える旋回溝５ｂのニードル弁１６の軸芯ＡＸに対する旋回方向と同一方向とされている。
　燃料衝突部１７の位置は、第１実施形態の燃料噴射弁１と同様に設けられている。このため、燃料噴射弁１１の開弁初期に旋回安定室３内へ導入されたデッド燃料は、燃料衝突部１７へ衝突する。燃料衝突部１７へ衝突したデッド燃料は、螺旋溝１７ａに沿うことにより、自ら旋回成分を得ることができる。
　ここで、螺旋溝１７ａの旋回方向と旋回溝５ｂの旋回方向について図９を参照しつつ説明する。図９中、θ１は、旋回溝５ｂの軸芯ＡＸに対する傾きを示している。また、θ２は、螺旋溝１７ａの軸芯ＡＸに対する傾きを示している。図９から明らかなように、θ１とθ２は、ともに、軸芯ＡＸに対してプラス（＋）方向に傾いている。すなわち、両者の旋回方向は同一である。これにより、螺旋溝１７ａによってデッド燃料に付与される旋回成分が、旋回溝５ｂによって付与される旋回成分を阻害することがない。仮に、一方が図９中、プラス（＋）側に傾斜して旋回し、他方がマイナス（－）側に旋回していると、旋回速度を弱めてしまう。そこで、両者とも同一方向に旋回させることにより、旋回速度の打ち消し合いを回避するだけでなく、デッド燃料の旋回速度の上昇を早めることができる。なお、θ１とθ２とは完全に一致していることは求められず、軸芯ＡＸに対して同一方向に傾斜し、旋回方向が一致していればよい。
　第２実施形態の燃料噴射弁１１によれば、デッド燃料は、旋回溝５ｂを通過することによって旋回成分を有する燃料流により旋回成分を付与される以前に自ら旋回成分を得ることができる。このため、例えば、燃圧が低い環境下においても燃料を効果的に旋回させることができ、燃料の微粒化を図ることができる。
（第３実施形態）
　つぎに、図１０及び図１１を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態の燃料噴射弁２１が第２実施形態の燃料噴射弁１１と異なる点は、燃料噴射弁２１が、ニードル弁が備えるシート部と燃料衝突部との間にテーパ部を有する点である。また、燃料噴射弁２１は、第１実施形態の燃料噴射弁１や第２実施形態の燃料噴射弁１１が備える噴孔４に代えて噴孔２４を備える。なお、他の構成は、第１実施形態と同様であるので、共通する構成要素については図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。
　燃料噴射弁２１は、ニードル弁２６を備える。ニードル弁２６は、シート部２６ａと燃料衝突部２７との間にテーパ部２７ｂを備える。テーパ部２７ｂを備えることにより、旋回安定室３内へ導入される燃料の剥離を抑制することができる。これにより、円滑にデッド燃料を燃料衝突部２７へ誘導することができ、デッド燃料を効果的に旋回安定室３内へ滞留させておくことができる。また、燃料が旋回安定室３内へ導入される際に剥離が生じると、不安定な旋回流となり、噴霧の斑が生じ易くなるが、テーパ部２７ｂは、これを抑制することもできる。なお、燃料衝突部２７は、第２実施形態の燃料噴射弁１１と同様に螺旋溝２７ａを備えるが、これは、螺旋溝１７ａと共通するため、その詳細な説明は省略する。
　テーパ部２７ｂの軸芯ＡＸに対する角度φ２は、滑らかに燃料を燃料衝突部２７へ導くため、シート面２２ｃの軸芯ＡＸに対する角度φ１よりも大きく設定されている。φ２は、φ１の１／２程度の角度とすることにより、効果的に燃料の剥離を抑制することができる。
　噴孔２４は、軸芯ＡＸに対してオフセットされて設けられている。第３実施形態の燃料噴射弁２１は、旋回安定室２３内で安定した旋回流を得ることができるため、オフセットして設けられた噴孔２４へも安定して燃料の旋回流を導入することがでる。なお、第１実施形態や第２実施形態においても、オフセットされた噴孔を採用することができる。
（変形例）
　以上説明したように、燃料衝突部の形状は種々変更することができる。例えば、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ニードル弁３６のシート部３６ａの先端側に円錐台形の燃料衝突部３７を設けてもよい。また、図１３（Ａ）に示すように、ニードル弁４６のシート部４６ａの先端側に板状の燃料衝突部４７を設けてもよい。さらに、図１３（Ｂ）に示すように、ニードル弁５６のシート部５６ａの先端側に球状の燃料衝突部５７を設けてもよい。要は、デッド燃料を旋回安定室内へ止めておくことができるものであれば、採用することができる。
　上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
　１、１１、２１　燃料噴射弁
　２、２２　ノズルボディ
　２ａ、２２ａ　内周壁
　２ｂ、２２ｂ　圧力室
　２ｃ、２２ｃ　シート面
　３、２３　旋回安定室
　３ａ　底面
　３ｂ　内周壁
　４、２４　噴孔
　４ａ　入口
　５　ニードルガイド
　５ａ　燃料連通路
　５ｂ　旋回溝
　６、１６、２６、３６、４６、５６　ニードル弁
　６ａ、１６ａ、２６ａ、３６ａ、４６ａ、５６ａ　シート部
　７、１７、２７、３７、４７、５７　燃料衝突部
　７ａ　湾曲部
　７ｂ　底面
　８　デッド燃料滞留部
　１７ａ、２７ａ　螺旋溝
　２７ｂ　テーパ部
　ＡＰ　気柱
　ＡＸ　軸芯
　Ｆ　仮想面

Claims (7)

  1. 　先端側にシート部を有するニードル弁と、
    　前記シート部が着座するシート面を有すると共に前記シート面の下流側に旋回安定室を備え、前記旋回安定室内に入口を有する噴孔が形成されたノズルボディと、
    　前記旋回安定室に導入される燃料に旋回成分を付与する旋回溝が設けられた旋回流生成部と、
    　前記ニードル弁の先端部に設けられ、前記ニードル弁が開弁した状態のときに、前記ノズルボディが備える前記シート面を前記噴孔側に延長した仮想面と交錯する燃料衝突部と、
    を、備えた燃料噴射弁。
  2. 　前記燃料衝突部は、前記ニードル弁が開弁したときに、前記旋回安定室内へ導入される燃料の流れを前記旋回安定室の内周壁側に向かって偏向するように設定された請求項１に記載の燃料噴射弁。
  3. 　前記燃料衝突部は、その外周壁に前記ニードル弁の軸芯に向かって凹状とされた湾曲部を備えた請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
  4. 　前記燃料衝突部は、その外周壁に螺旋溝を備え、前記螺旋溝の前記ニードル弁の軸芯に対する旋回方向を、前記ニードルガイドが備える前記旋回溝の前記ニードル弁の軸芯に対する旋回方向と同一方向とした請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
  5. 　前記ニードル弁が備えるシート部と前記燃料衝突部との間にテーパ部を設けた請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
  6. 　前記旋回安定室の底面は、前記ニードル弁の軸芯と直交する平滑面であり、前記噴孔の中心軸は、前記ニードル弁の軸芯と一致した請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
  7. 　前記ニードル弁が閉弁状態にあるときの前記噴孔の入口と前記燃料衝突部の底面との距離は、前記噴孔から浸入する火炎の消炎距離以下に設定された請求項１乃至６のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3287633A4 (en) * 2015-04-21 2018-12-05 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Fuel injection device

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017008859A (ja) * 2015-06-24 2017-01-12 株式会社日本自動車部品総合研究所 燃料噴射ノズル
AU2017244041B2 (en) 2016-03-30 2022-12-01 Marine Canada Acquisition Inc. Vehicle heater and controls therefor
DE102018124654B4 (de) * 2018-10-05 2021-07-15 Woco Industrietechnik Gmbh Einrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Gasstrom, Partikelabscheider und Kurbelgehäuseentlüftungssystem
DE102019220072A1 (de) * 2019-12-18 2021-06-24 Robert Bosch Gmbh Einspritzdüse zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07127549A (ja) * 1993-11-01 1995-05-16 Nippondenso Co Ltd 燃料噴射ノズル
JPH10252608A (ja) * 1997-03-11 1998-09-22 Toyota Motor Corp 圧縮着火式内燃機関
JPH11117831A (ja) 1997-10-17 1999-04-27 Toyota Motor Corp 内燃機関用燃料噴射弁
JP2001254658A (ja) * 2000-03-08 2001-09-21 Denso Corp 燃料噴射弁
JP2002332935A (ja) * 2001-05-08 2002-11-22 Hitachi Ltd 燃料噴射弁および内燃機関
JP2011125201A (ja) 2009-12-14 2011-06-23 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd 磁気式エンコーダを搭載した電動機
JP2011163327A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Keihin Corp ピントル型電磁式燃料噴射弁
WO2011125201A1 (ja) * 2010-04-08 2011-10-13 トヨタ自動車株式会社 燃料噴射弁

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1500702A (en) * 1923-07-02 1924-07-08 Eiduck Peter Oil injector
GB531796A (en) * 1939-08-02 1941-01-10 Scintilla Ltd Fuel injector for internal combustion engines
US2974881A (en) * 1955-09-30 1961-03-14 Bendix Corp Fuel injection nozzle
JPS57126554A (en) * 1981-01-30 1982-08-06 Hitachi Ltd Electro magnetic fuel jet valve
US4899699A (en) * 1988-03-09 1990-02-13 Chinese Petroleum Company Low pressure injection system for injecting fuel directly into cylinder of gasoline engine
JPH109090A (ja) 1996-06-19 1998-01-13 Shin A C Ii:Kk ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル
JP3885853B2 (ja) * 1998-10-28 2007-02-28 株式会社デンソー 燃料噴射ノズル
JP2000154768A (ja) 1998-11-19 2000-06-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd エンジンの燃料噴射装置
DE10051896A1 (de) * 2000-10-19 2002-05-02 Bosch Gmbh Robert Brennstoffeinspritzventil
JP2002130081A (ja) 2000-10-25 2002-05-09 Denpa Gakuen 燃料噴射弁
JP2010121557A (ja) 2008-11-20 2010-06-03 Denso Corp 燃料噴射弁
JP5375155B2 (ja) 2009-02-13 2013-12-25 日産自動車株式会社 エンジンの燃焼室構造
US20100314470A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-16 Stanadyne Corporation Injector having swirl structure downstream of valve seat
EP2657508A4 (en) 2010-12-20 2015-05-20 Toyota Motor Co Ltd FUEL INJECTION VALVE
US20130327851A1 (en) 2011-02-23 2013-12-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel injection valve

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07127549A (ja) * 1993-11-01 1995-05-16 Nippondenso Co Ltd 燃料噴射ノズル
JPH10252608A (ja) * 1997-03-11 1998-09-22 Toyota Motor Corp 圧縮着火式内燃機関
JPH11117831A (ja) 1997-10-17 1999-04-27 Toyota Motor Corp 内燃機関用燃料噴射弁
JP2001254658A (ja) * 2000-03-08 2001-09-21 Denso Corp 燃料噴射弁
JP2002332935A (ja) * 2001-05-08 2002-11-22 Hitachi Ltd 燃料噴射弁および内燃機関
JP2011125201A (ja) 2009-12-14 2011-06-23 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd 磁気式エンコーダを搭載した電動機
JP2011163327A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Keihin Corp ピントル型電磁式燃料噴射弁
WO2011125201A1 (ja) * 2010-04-08 2011-10-13 トヨタ自動車株式会社 燃料噴射弁

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2907999A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3287633A4 (en) * 2015-04-21 2018-12-05 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Fuel injection device
US10677208B2 (en) 2015-04-21 2020-06-09 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Fuel injection device

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