(57)【要約】【課題】ニードルが低リフト状態のみならず高リフト状態でも噴孔から噴射される燃料の微粒化や分散性を促進させる燃料噴射弁を提供する。【解決手段】ノズルボディ１にサック室３から燃料を外部に噴射する噴孔１１が形成された燃料噴射弁１０であって、ニードル２には、ニードル２の先端から中心軸Ｌの方向に凹んだ略筒形状の圧力制御室２１が形成され、一部が圧力制御室２１の内部に入り、他の一部がサック室３に突き出ており、ニードル２とバネ４１で接続されて、圧力制御室２１の内側を摺動しながら中心軸Ｌの方向に振動できる振動体４を備え、ニードル２の外面の周方向に複数箇所のニードル凹部２２が形成され、ニードル２には、ニードル凹部２２と圧力制御室２１とを連通する圧力孔２３が形成され、圧力制御室２１とサック室３との圧力差の変動により、振動体４が中心軸Ｌの方向に振動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルボディと、
前記ノズルボディの内部に収容され、前記ノズルボディの中心軸の方向に進退移動可能なニードルと、を備え、
前記ニードルの先端と前記ノズルボディとの間にサック室が形成され、
前記ノズルボディには、前記サック室から前記ノズルボディの外部へ燃料を噴射する噴孔が形成され、
前記ニードルのシート部が前記ノズルボディの内周面に当接した着座時には燃料の噴射を停止し、
前記ニードルの前記シート部が前記ノズルボディの内周面から離間した離座時には、前記ノズルボディと前記ニードルとの間を前記サック室へ燃料が流れて、前記噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
前記ニードルには、前記ニードルの先端から前記中心軸の方向に凹んだ略筒形状の凹部である圧力制御室が形成され、
一部が前記圧力制御室の内部に入り、他の一部が前記サック室に突き出ており、前記ニードル又は前記ノズルボディと弾性体で接続されて、前記圧力制御室の内側を摺動しながら前記中心軸の方向に振動できる振動体を備え、
前記ニードルの外面の周方向に複数箇所又は全周にわたる凹部であるニードル凹部が前記シート部より下流側に形成され、
前記ニードルには、前記ニードル凹部と前記圧力制御室とを連通する圧力孔が形成され、
前記圧力制御室と前記サック室との圧力差の変動により、前記振動体が前記中心軸の方向に振動すること、を特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁であって、
前記サック室と前記圧力制御室との圧力差により前記振動体と前記ニードルとの間の隙間を通過する燃料の量が、前記圧力孔を通過する燃料の量より小さいこと、を特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射弁であって、
前記振動体の前記サック室に突き出た部分の壁面に凹凸部が形成されていること、を特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルボディと、ノズルボディの内部に収容されてノズルボディの中心軸の方向に進退移動可能なニードルと、を備え、ニードルの先端とノズルボディとの間にサック室が形成され、ノズルボディにはサック室から燃料を外部に噴射する噴孔が形成された燃料噴射弁であって、第１電磁ソレノイド及び第２電磁ソレノイドを更に備えて、ニードルを後退移動させるリフト量を高リフト状態と低リフト状態との２段階で切り換え可能として、ニードルを低リフト状態として燃料噴射動作を行う際に、第２電磁ソレノイドへの供給電流値を所定の周期で変動させることにより、ニードルを進退移動方向に沿って微振動させる燃料噴射弁が特許文献１に開示されている。
【０００３】
このようにニードルが低リフト状態でニードルを振動させると、サック室内で燃料に圧力変化が生じ、高圧力領域と低圧力領域とが形成されることに伴って燃料の流れに乱れを生じる。そして、高圧力領域がノズルボディの噴孔の出口に達した際には高い噴射圧力で気筒内に燃料噴射が行われる一方、低圧力領域が噴孔の出口に達した際には低い噴射圧力で気筒内に燃料噴射が行われることになる。これにより、燃料は自ら微粒化のためのエネルギーを保持した状態で噴孔から噴射されることになり、気筒内を飛散する間に分裂が促進されて微粒化していく。すると、燃料の微粒化促進に伴って燃焼行程における燃焼状態が良好となり、排気ガス中の有害物質を削減することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４５５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された燃料噴射弁では、ニードルが低リフト状態の時のみニードルを振動させ、サック室内に高圧と低圧の状態を交互に作ることで、脈動を用いた燃料の噴霧の微粒化を狙っている。一方、シート部の流路面積が大きくなり圧力損失が小さい高リフト状態では、ニードルを振動させない機構となっている。そのため、低リフト状態に限り微粒化の改善が期待でき、メイン噴射時に用いる高リフト状態での燃料の噴霧の微粒化や分散性は考慮されていない。また、ニードルを振動させるために電磁ソレノイドへの供給電流値を所定の周期で変動させると、電流値を周期的に変動させる機構が必要となり、燃料噴射弁の構成が複雑となる。
【０００６】
そこで、本発明は、電磁ソレノイドへの供給電流値を周期的に変動させる機構などを備えない単純な構成で、ニードルが低リフト状態のみならず高リフト状態でも噴孔から噴射される燃料の微粒化や分散性を促進させる燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料噴射弁は、ノズルボディと、前記ノズルボディの内部に収容され、前記ノズルボディの中心軸の方向に進退移動可能なニードルと、を備え、前記ニードルの先端と前記ノズルボディとの間にサック室が形成され、前記ノズルボディには、前記サック室から前記ノズルボディの外部へ燃料を噴射する噴孔が形成され、前記ニードルのシート部が前記ノズルボディの内周面に当接した着座時には燃料の噴射を停止し、前記ニードルの前記シート部が前記ノズルボディの内周面から離間した離座時には、前記ノズルボディと前記ニードルとの間を前記サック室へ燃料が流れて、前記噴孔から燃料を噴射する燃料噴射弁であって、前記ニードルには、前記ニードルの先端から前記中心軸の方向に凹んだ略筒形状の凹部である圧力制御室が形成され、一部が前記圧力制御室の内部に入り、他の一部が前記サック室に突き出ており、前記ニードル又は前記ノズルボディと弾性体で接続されて、前記圧力制御室の内側を摺動しながら前記中心軸の方向に振動できる振動体を備え、前記ニードルの外面の周方向に複数箇所又は全周にわたる凹部であるニードル凹部が前記シート部より下流側に形成され、前記ニードルには、前記ニードル凹部と前記圧力制御室とを連通する圧力孔が形成され、前記圧力制御室と前記サック室との圧力差の変動により、前記振動体が前記中心軸の方向に振動すること、を特徴とする。
【０００８】
このように、ニードルの外面にニードル凹部が形成されているため、ノズルボディとニードルとの間の流路を燃料がサック室に向かって流れると、ニードル凹部内の圧力が低下し、圧力の変動が生じることで、圧力孔でつながった圧力制御室の圧力も変動する。このような圧力制御室の圧力の変動は、ニードルが高リフト状態でも低リフト状態でも生じる。すると、燃料噴射中に振動体が振動し、サック室内で燃料に圧力変化が生じ、サック室内の燃料の流れの乱れを増大させるため、噴孔から噴射される燃料の微粒化や分散性を促進させることができる。
【０００９】
本発明の燃料噴射弁の一態様において、前記サック室と前記圧力制御室との圧力差により前記振動体と前記ニードルとの間の隙間を通過する燃料の量が、前記圧力孔を通過する燃料の量より小さくてもよい。
【００１０】
この態様によれば、ニードル凹部内の圧力の変化と圧力制御室の内部の圧力の変化が連動する一方、圧力制御室とサック室との圧力差が生じるため、振動体を振動させて、噴孔から噴射される燃料の微粒化や分散性を促進させることができる。
【００１１】
本発明の燃料噴射弁の一態様において、前記振動体の前記サック室に突き出た部分の壁面に凹凸部が形成されていてもよい。
【００１２】
この態様によれば、振動体が振動すると、振動体のサック室に突き出た部分の壁面に形成された凹凸部が渦を発生させてサック室内の燃料の流れの乱れを更に増大させるため、噴孔から噴射される燃料を微粒化させて分散させる効果を更に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、電磁ソレノイドへの供給電流値を周期的に変動させる機構などを備えない単純な構成で、ニードルが低リフト状態のみならず高リフト状態でも噴孔から噴射される燃料の微粒化や分散性を促進させる燃料噴射弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の実施形態の燃料噴射弁の先端の部分を拡大して内部構造を示した断面図（ａ）と、断面図（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。
【図２】振動体がノズルボディとバネで接続した燃料噴射弁の先端の部分を拡大して内部構造を示した断面図である。
【図３】面の傾斜が異なるニードル凹部の形状を示した断面図（ａ）と、断面が矩形のニードル凹部の形状を示した断面図（ｂ）と、断面外形が円弧状のニードル凹部の形状を示した断面図（ｃ）と、圧力孔が傾斜しているニードルの形状を示した断面図（ｄ）である。
【図４】壁面に凹凸部が形成された振動体の形状を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本実施形態の燃料噴射弁１０について説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す燃料噴射弁１０は、例えば、自動車の走行用動力源として用いられる不図示の内燃機関に搭載される。図１（ａ）に示すように、燃料噴射弁１０は、ノズルボディ１と、ノズルボディ１の内部に収容されたニードル２を備える。ニードル２はノズルボディ１及びニードル２の中心軸Ｌの方向に進退移動可能であり、ニードル２が中心軸Ｌの方向に進退移動することにより、ノズルボディ１とニードル２との間の燃料が流れる流路５の幅が変化する。ニードル２の先端とノズルボディ１との間には、サック室３が形成されている。ノズルボディ１には、サック室３からノズルボディ１の外部へ燃料を噴射する噴孔１１が形成されている。燃料噴射弁１０は、ニードル２のシート部２４がノズルボディ１の内周面１２に当接した着座時には燃料の噴射を停止する。そして、燃料噴射弁１０は、ニードル２のシート部２４がノズルボディ１の内周面１２から離間した離座時には、ノズルボディ１とニードル２との間の流路５を燃料が流れて、噴孔１１から燃料を噴射する。
【００１６】
燃料噴射弁１０は、ニードル２の先端に振動体４を備える。ニードル２には、ニードル２の先端から中心軸Ｌの方向に凹んだ円筒形状の凹部である圧力制御室２１が形成されている。振動体４は、一部が圧力制御室２１に入り、他の一部がサック室３に突き出ている。振動体４は、圧力制御室２１の内側に入る部分が円筒形状となっている。図１（ａ）では、振動体４のサック室３に突き出た部分は先端が尖っているが、先端は尖っていなくてもよい。振動体４はニードル２の圧力制御室２１の底部と、弾性体であるバネ４１で接続されている。これによって、振動体４は、圧力制御室２１の内側を摺動しながら中心軸Ｌの方向に振動できる。
【００１７】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ニードル２の外面には、シート部２４より下流側に、外面から中心軸Ｌに向かって凹んだニードル凹部２２が、周方向に４箇所、形成されている。そして、ニードル２には、４箇所の各ニードル凹部２２と圧力制御室２１とを連通する圧力孔２３が形成されている。図１（ｂ）では、４箇所のニードル凹部２２が形成されているが、ニードル凹部２２の数は４箇所以外の複数箇所であってもよい。４箇所以外の複数箇所のニードル凹部２２が形成されている場合でも、各ニードル凹部２２と圧力制御室２１とを連通する圧力孔２３がニードル２に形成されている。つまり、ニードル凹部２２と圧力孔２３の数は一致する。また、ニードル凹部２２は、ニードル２の外面を全周にわたって形成されていてもよい。このように全周にわたってニードル凹部２２を形成した場合は、ニードル凹部２２と圧力制御室２１とを連通させる複数の圧力孔２３がニードル２に形成される。
【００１８】
振動体４は圧力制御室２１の内側を摺動するため、摺動部４２で振動体４とニードル２との間に隙間が形成されているが、この隙間の断面積は圧力孔２３の断面積と比較して小さい。そのため、サック室３と圧力制御室２１との圧力差により振動体４とニードル２との間の隙間を通過する燃料の量Ｑ１は、圧力孔２３を通過する燃料の量Ｑ２よりも小さい。そのため、ニードル凹部２２内の圧力の変化と圧力制御室２１内の圧力の変化が連動する一方、圧力制御室２１とサック室３との圧力差が生じうる。
【００１９】
図１（ａ）の矢印Ｂに示すように、ノズルボディ１とニードル２との間の流路５を燃料がサック室３に向かって流れると、ニードル凹部２２で流路５の幅が急に拡大するため、ニードル凹部２２内で圧力が低下し、ニードル凹部２２内の圧力の変動が継続する。すると、ニードル凹部２２と圧力孔２３を介して連通する圧力制御室２１内の圧力も変動する。また、ニードル凹部２２で流路５の幅が急に拡大するため、ニードル凹部２２内の圧力が低下し、キャビテーションを発生させることがある。キャビテーションとは、圧力の急激な変化により短時間で液体の中で気泡の発生と消滅が生じる現象である。このようにキャビテーションが発生すると、気泡の発生と崩壊による圧力変動も生じることで、更にニードル凹部２２内の圧力が変動し、ニードル凹部２２と圧力孔２３を介して連通する圧力制御室２１内の圧力も変動する。このような圧力制御室２１内の圧力の変動は、ニードル２をノズルボディ１内で後退移動させるリフト量が大きい高リフト状態でも、リフト量が小さい低リフト状態でも発生する。
【００２０】
このように圧力制御室２１内の圧力が変動すると、圧力制御室２１とサック室３との圧力差が生じ、この圧力差により振動体４に力が加わって中心軸Ｌの方向に振動体４が移動する。そして、圧力制御室２１内の圧力が時間変動し、圧力制御室２１とサック室３との圧力差が時間変動するため、振動体４は中心軸Ｌの方向に振動する。なお、このように振動体４が振動しても、バネ４１の復元力が振動体４に加わるため、振動体４は圧力孔２３の高さまで到達せず、振動体４が圧力孔２３を塞ぐことはなく、振動体４が圧力制御室２１から完全に脱落してしまうこともない。
【００２１】
このように燃料噴射弁１０が燃料噴射中に振動体４が振動すると、サック室３内で圧力変動が生じ、サック室３内の燃料の流れに乱れが生じる。これにより、燃料は自ら微粒化のためのエネルギーを保持した状態で噴孔から噴射されることになり、気筒内を飛散する間に分裂が促進されて微粒化していく。すると、燃料の微粒化や分散の促進に伴って燃焼行程における燃焼状態が良好となり、排気ガス中の有害物質を削減することが可能となる。
【００２２】
既に述べたように、ニードル２が高リフト状態でも低リフト状態でも圧力制御室２１内の圧力の変動は発生するため、燃料噴射弁１０は、ニードル２が高リフト状態でも低リフト状態でも振動体４を振動させて噴孔から噴射される燃料を微粒化させ、燃料の噴霧の分散性を向上させることができる。そのため、燃料噴射弁１０は、電磁ソレノイドへの供給電流値を周期的に変動させる機構などを備えない単純な構成で、ニードルが低リフト状態のみならず高リフト状態でも噴孔から噴射される燃料の微粒化や分散を促進させることができる。
【００２３】
本開示の燃料噴射弁は、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、図１（ａ）に示す燃料噴射弁１０では、バネ４１は振動体４とニードル２とを接続しているが、図２に示す燃料噴射弁１０ａのように、振動体４はバネ４１でニードル２とは接続せず、バネ４１でノズルボディ１に接続していてもよい。バネ４１が振動体４及びノズルボディ１に接続している燃料噴射弁１０ａでも、バネ４１が振動体４及びニードル２に接続している燃料噴射弁１０と同様に振動体４の振動が発生する。
【００２４】
また、ニードル凹部の形状は図１（ａ）に示すニードル凹部２２の形状とは異なっていてもよい。例えば、図３（ａ）に示すニードル２ａのニードル凹部２２ａのように面の傾斜が異なる形状でもよいし、図３（ｂ）に示すニードル２ｂのニードル凹部２２ｂのように断面が矩形となる形状でもよいし、図３（ｃ）に示すニードル２ｃのニードル凹部２２ｃのように断面外形が円弧状となる形状でもよい。ニードル凹部の形状がこれらの形状であっても、図１（ａ）に示すニードル凹部２２と同様に、圧力制御室２１内の圧力が変動して振動体４を振動させる。
【００２５】
また、図１（ａ）に示す圧力孔２３は中心軸Ｌに垂直な方向に延びるように形成されているが、図１（ａ）に示す圧力孔２３とは異なる方向に延びるように圧力孔が形成されていてもよい。例えば、図３（ｄ）に示すニードル２ｄのように、ニードル凹部２２ｄから斜めに圧力制御室２１に向かって延びるように圧力孔２３ｄが形成されていてもよい。
【００２６】
また、振動体の形状は図１（ａ）に示す振動体４とは異なる形状であってもよい。例えば、図４に示す振動体４ａのように、サック室に突き出た部分の壁面に円周上を全周にわたる凹部又は凸部として振動体凹凸部４３が形成されていてもよい。また、振動体凹凸部はネジのように螺旋状に形成されていてもよい。図４に示す振動体４ａのようにサック室に突き出た部分の壁面に振動体凹凸部４３が形成されていると、振動体４ａの振動により、振動体凹凸部４３が渦を発生させて、図１（ａ）に示す振動体４が振動する場合よりも更にサック室３内の燃料の流れの乱れを増大させて、噴孔１１から噴射される燃料を微粒化させて分散させる効果を更に向上させることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  ノズルボディ、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  ニードル、３  サック室、４、４ａ  振動体、５  流路、１０，１０ａ  燃料噴射弁、１１  噴孔、１２  内周面、２１  圧力制御室、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  ニードル凹部、２３、２３ｄ  圧力孔、２４  シート部、４１  バネ、４２  摺動部、４３  振動体凹凸部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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