(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端が燃焼室内に突き出す状態でノズル本体に嵌挿された外側針弁と、同外側針弁内に摺動自在に嵌挿された内側針弁とを備えた燃料噴射ノズルであって、
上記ノズル本体に設けた分岐部に燃料供給手段からの燃料を導く燃料流入通路と、
上記分岐部の一方側流出口からの燃料を上記外側針弁及び内側針弁の各噴孔に供給可能な第１の燃料通路と、
上記分岐部の他方側流出口からの燃料を絞りを介し燃料排出口に流動させ、途中が圧力室と連通した第２の燃料通路と、
上記ノズル本体内に互いが同心円状に組み合わせて配置され、上記外側針弁及び内側針弁に閉弁方向のバネ力を伝達するようそれぞれ対設された外側ロッド部材及び内側ロッド部材と、
一端が上記外側ロッド部材に当接し他端が上記圧力室に臨んで位置し、上記圧力室の燃料圧力を上記外側ロッド部材を介し外側針弁に閉弁力として加えるプレッシャピストンと、
上記分岐部に介装され、燃料流入通路の燃料を遮断する状態と、燃料流入通路からの燃料を上記第１、第２の両燃料通路に供給する状態と、燃料流入通路からの燃料を上記第１の燃料通路のみに供給する状態とに切換可能な弁装置と、
を具備したことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射ノズルにおいて、
上記弁装置は燃料流入通路の遮断状態と上記第１，第２の両燃料通路の開放状態と上記第１の燃料通路のみの開放状態とに切換え可能な三方電磁弁であることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼室への燃料噴射を行う燃料噴射ノズル、特に、運転条件に合わせた噴射率、噴射特性の調整が容易な燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンに装着される燃料噴射ノズルは、一般に内部に１本の針弁が嵌挿され先端に噴孔を有するノズルチップと．針弁に閉弁方向のバネ力を伝える１本のロッド部材等を収めたノズルホルダとを一体的に組み合わせた構造が用いられる。ところで、低ＮＯｘ、パティキュレートの低減、燃費向上のためには．運転条件に合った噴射率、噴霧特性等の噴射パターンを組み合わせて、最適な噴射モードで燃料噴射が行われることが望ましいが、１本の針弁を用いて噴孔を開閉するタイプの燃料噴射ノズルではこうした要求に答えることが難しい。このため、特開平９−３２６９３号公報に開示されているように、２本の針弁、２本のロッド部材を並列に配置した燃料噴射ノズルを用いて、２種類の噴霧が行えるようにしたものが提案されているが、この種の燃料噴射ノズルは比較的外径が太く、シリンダヘッドのように燃焼室対向部上での燃料噴射ノズルの取付けスペースが比較的狭くなるものでは、その取付けが難しい場合が多い。
【０００３】
そこで、本出願人は先に、図３に示すような構成の燃料噴射ノズルを提案している。この燃料噴射ノズル１００は、外側針弁１０１と内側針弁１０２とを同心円状に組み合わせた二重針弁構造を採り、これら両針弁と対応するようノズルボディ１０５内に外側ロッド部材１０３と内側ロッド部材１０４とを同心円状に組み合わせて配置し、各針弁に閉弁方向のバネ力を伝達している。ノズルボディ１０５部分には外内側の各針弁１０１、１０２の先端に向かう燃料通路１０６、１０７とを備える。ここで、燃料通路１０６、１０７の上端側は内外プレッシャピストン１０８、１０９と対向する圧力室１１０で合流し、圧力室１１０は常閉の電磁弁１１１を介し燃料排出口１１２に連通する。内側針弁１０２の燃料通路１０７は常閉の電磁弁１１３を介しリーク路ｒに連通可能である。なお、符号Ｃは絞りを，Ｄは逆止弁をそれぞれ示す。
【０００４】
この燃料噴射ノズル１００は電磁弁１１１を開にして、圧力室１１０と燃料排出口１１２を連通させる事により、圧力室１１０の圧力が抜け、外内側の各針弁１０１、１０２がリフト可能となる。また電磁弁１１１と電磁弁１１３とを開にして、圧力室１１０と燃料排出口１１２とを連通させると共に，燃料通路１０６とリーク路ｒを連通させる事により内側針弁１０２のみがリフト可能な状態となる。この様に電磁弁１１１及び１１３とを切り換えることにより内外両方または内側のみからの燃料噴射を切換え可能とし、エンジンの運転状態に応じた噴霧特性を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図３の燃料噴射ノズルは複数の噴射モードを確保できるが、ここでは、２つの燃料流入通路１０６、１０７に２つの高圧燃料源を接続することとなり、４つの絞りＣ、２つの逆止弁Ｄを必要とし、２つの電磁弁１１１、１１３も必要となり、部品点数が多く、装置が複雑化し、コスト増を招き、この点での改善が望まれている。しかも、図３の燃料噴射ノズルは、一方の針弁、ここでは内側針弁１０２のみを噴射状態にする際に、常閉の電磁弁１１１，１１３を同時にオンする必要があり、実際には各電磁弁に応答性の個体差、温度の影響等により、同時に開制御することは非常に困難である。もし電磁弁１１１の方が電磁弁１１３よりも早く開いてしまった場合には、意図しない両針弁のリフトによる燃料噴射が発生し、また、両針弁のリフトを防止するために電磁弁１１３を先行させて開いた後に電磁弁１１１を開くように制御しようとすると、この場合には、先に電磁弁１１３を開いてしまうため無駄な燃料リークが発生してしまい、結果的に図示しない図示しない燃料供給ポンプの駆動ロスとなってしまうことからその分燃費が悪化してしまう。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するものであって、装置の簡素化、低コスト化、低燃費化を図れる燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項１の発明は、先端が燃焼室内に突き出す状態でノズル本体に嵌挿された外側針弁と、同外側針弁内に摺動自在に嵌挿された内側針弁とを備えた燃料噴射ノズルであって、上記ノズル本体に設けた分岐部に燃料供給手段からの燃料を導く燃料流入通路と、上記分岐部の一方側流出口からの燃料を上記外側針弁及び内側針弁の各噴孔に供給可能な第１の燃料通路と、上記分岐部の他方側流出口からの燃料を絞りを介し燃料排出口に流動させ、途中が圧力室と連通した第２の燃料通路と、上記ノズル本体内に互いが同心円状に組み合わせて配置され、上記外側針弁及び内側針弁に閉弁方向のバネ力を伝達するようそれぞれ対設された外側ロッド部材及び内側ロッド部材と、一端が上記外側ロッド部材に当接し他端が上記圧力室に臨んで位置し、上記圧力室の燃料圧力を上記外側ロッド部材を介し外側針弁に閉弁力として加えるプレッシャピストンと、上記分岐部に介装され、燃料流入通路の燃料を遮断する状態と、燃料流入通路の燃料を上記第１、第２の両燃料通路に供給する状態と、燃料流入通路の燃料を上記第１の燃料通路のみに供給する状態とに切換可能な弁装置と、を具備している。
【０００８】
このように、弁装置が燃料流入通路の燃料を遮断する状態では外側針弁及び内側針弁が共に閉じて無噴射状態を保持でき、燃料流入通路の燃料を上記第１の燃料通路と上記第２の燃料通路とに供給する状態に切り換わるとプレッシャピストンが外側針弁の開弁を阻止し、内側針弁のみでの燃料噴射状態を保持でき、燃料流入通路の燃料を上記第１の燃料通路のみに供給する状態に切り換わると圧力室が低圧化し、外側針弁及び内側針弁での燃料噴射状態を保持できる。このため、エンジンの運転状態に応じた燃料噴射を簡単な構成、低コストな構成で、且つ低燃費で実現できる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の燃料噴射装置において、上記弁装置は燃料流入通路の遮断状態と上記第１，第２の両燃料通路の開放状態と上記第１の燃料通路のみの開放状態とに切換え可能な三方電磁弁であるとしている。
このように、１つの三方電磁弁を、燃料流入通路からの燃料を第１第２の燃料通路に供給しない状態と、両通路に供給する状態と、第１通路のみへ供給する状態とに容易に切換えでき、装置の簡素化、小型化を図れ、内燃機関への装着がより容易化される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された燃料噴射ノズルを図１、図２を用いて説明する。この燃料噴射ノズル１は図示しないディーゼルエンジンのシリンダヘッド２に装着され、二重針弁構造を採用したノズルチップ３とその基部に接続具４で一体的に締め付け結合され二重ロッド構造を収容したノズルホルダ５とを備え、例えば、エンジンの運転状態が低速軽負荷である時に適した噴霧パターン、高速高負荷運転に適した噴霧パターンといった２種類の異なる噴霧パターンの燃料（軽油）噴霧を可能にしている。
燃料噴射ノズル１のノズルチップ３は小径部６ｂと大径部６ａを有したノズルボディ６と、その内側に形成された針弁室７に嵌挿される二重針弁Ｎとを備える。
【００１１】
ノズルボディ６は有孔キャップ状の接続具４より小径部６ｂを突き出した状態で嵌合され、この接続具４を介しノズルホルダ５に螺着され、小径部６ｂを燃焼室Ｓに突出し配設している。
【００１２】
針弁室７内の二重針弁Ｎは大小２種類の外側針弁１１及び内側針弁１２が同心円状に組み合わされ、即ち、針状の内側針弁１２と、その外周面に摺動自在に嵌合された有底筒状の外側針弁１１とを組み合わせた構造を用いている。具体的には、図２に示すように、外側針弁１１は大径部６ａに収まる中空の大径軸部１１ａと小径部６ｂ内に収まる中空の小径軸部１１ｂとを有し、両輪部１１ａ、１１ｂとの境界部には円錐面１１ｃが形成され、先端部が半球状に形成された有底筒形状をなしている。半球状部１１ｄには、複数個の噴孔、例えば６個の噴孔１１ｅが周方向に所定の間隔で形成してある。小径軸部１１ｂの直状部分を形成する外周面には、噴孔１１ｅとの対向位置にそれぞれ軸方向に延びるスリット状の溝部９か周方向に複数並設されている。各溝部９の上端は、円錐面１１ｃまで延びている。ここで、円錐面１１ｃはこれと接離するノズルボディ６のシール面６ｃとで外側シート部１３を形成し、その直上に位置し大径部６ａの内側面に油溜り部１４が形成され、油溜り部１４は大径部６ａに形成された後述の外側燃料通路１５１を介してノズルホルダ５の上部の第２分岐部Ｐ２（図１参照）に達している。また各溝部９は小径部６ｂに覆われ、各下端部が開放され、燃焼室Ｓ内に開ロし、噴孔１６を形成している。
【００１３】
内側針弁１２は、大径軸部１１ａ内に収まる太軸部１２ａと、小径軸部１１ｂ内に収まる細軸部１２ｂと、それらの間の円錐面状の受圧部１２ｃとを有した針状をなしている。細軸部１２ｂの下端部には、小径軸部１１ｂの内面部分に形成してある円錐状のシール面１１ｆと組み合う円錐面１２ｄが形成されていて、同部分に噴孔１１ｅを開閉する内側シート部１７を配備している。内側シート部１７は、細軸部１２ｂと中空の小径軸部１１ｂとの間の通路１８を介し上方の油溜り部１９に連通する。この上方油溜り部１９は内側針弁１２の受圧部１２ｃと大径軸部１１ａの内壁面との間に形成され、同上方油溜り部１９は大径軸部１１ａの外周面に凹設された中継用の環状溝２４に連通するように形成される。更に、環状溝２４は大径部６ａに形成された後述の内側燃料通路１５２を介しノズルホルダ５の上部の第２分岐部Ｐ２に達している。
【００１４】
こうしたノズルチップ３にはこれとほぼ同様の外径で筒状に形成してあるノズルホルダ５の本体をなすホルダボディ２６が接続具４を介して直列に組み付けられる。ホルダボディ２６内のロッド室２７には、二重針弁Ｎと対応するよう大小２種類のロッド部材を同心円状に組み合わせた二重ロッドＲが上下方向に摺動自在に納められている。二重ロッドＲの外側プッシュロッド２９は外側針弁１１に連なる外側ロッド部材３０及びその上端を閉弁方向Ｘ（下方向）に押圧する外側スプリンク３１とで構成され、内側プッシュロッド３２は内側針弁１２に連なる内側ロッド部材３３及び内側スプリング３４とで構成される。
【００１５】
外側ロッド部材３０は外側針弁１１を閉弁方向Ｘ（下方向）に押圧する押圧部３０１及び頂部３０２を備え、頂部３０２にはホルダボディ２６に摺動可能に収容されたプレッシャピストン２８のロッド部２８１が対向配備される。このロッド部２８１を覆うように配備された外側スプリンク３１はその上端がロッド室２７の上側内壁に当接し、下端が外側ロッド部材３０を介し外側針弁１１を閉弁方向Ｘに押圧するように配備される。内側プッシュロッド３２はその拡径下端部３２１を形成され、拡径下端部３２１と頂部３０２との間に圧縮付勢された状態で内側スプリング３４が配設される。このため、内側針弁１２は内側ロッド部材３３を介し内側スプリング３４の弾性力で常時閉弁付勢され、受圧部１２ｃが所定値以上の燃料圧を受けた際に弾性力に抗して開弁作動できる。外側針弁１１は外側ロッド部材３０を介して外側スプリンク３１の弾性力で常時閉弁付勢され、円錐面１１ｃが所定値以上の燃料圧を受けた際に弾性力に抗して開弁作動できる。
【００１６】
ホルダボディ２６は二重ロッドＲの上方部位に所定容量の圧力室３５を形成し、同部に上下に摺動可能にプレッシャピストン２８の主部２８２を収容する。プレッシャピストン２８は圧力室３５の燃料圧を受けた際にそのロッド部２８１，外側ロッド部材３０を介し、外側針弁１１に閉弁方向Ｘの閉弁力を付与できるように形成される。
ホルダボディ２６は圧力室３５の近傍に膨出部２６１を形成し、同部に弁装置としての三方電磁弁３６を収容し、その下側部位には燃料流入通路３７を形成する。燃料流入通路３７は膨出部２６１の外壁面に開口３７１を配備し、同部に図示しない燃料噴射ポンプ等の燃料供給源３８に連通する高圧燃料管３９が接続される。燃料流入通路３７の内側端は分岐部としての第１分岐部Ｐ１に連通する。第１分岐部Ｐ１は燃料流入通路３７側の流入ポートａと、弁室ｂと、第１の燃料通路１５に続く一方側流出口をなす第１流出ポートｃと，第２の燃料通路２５に続く他方側流出口をなす第２流出ポートｄとを備える。
【００１７】
弁室ｂは三方電磁弁３６の弁体３６１を開閉作動可能に収容する。この弁室ｂの内壁は弁体３６１の下向き円錐面ｆｂ１が当接する際流入ポートａを閉鎖できる下シール面ｆｗ１と、第１の燃料通路１５に続く第１流出ポートｃの開口を常時開放する内周壁ｆｗ２と、弁体３６１の上向き円錐面ｆｂ３が当接する際に第２流出ポートｄを閉鎖できる上シール面ｆｗ３とを形成される。
第１流出ポートｃより延出する第１の燃料通路１５は二重ロッドＲの上方部位に配備された第２分岐部Ｐ２に達し、同部で外側燃料通路１５１と内側燃料通路１５２に分岐する。外側燃料通路１５１は外側針弁１１の円錐面１１ｃに達し、外側針弁１１の開作動時に溝部９を介し噴孔１６に連通し、燃料噴射を可能とする。内側燃料通路１５２は内側針弁１２の受圧部１２ｃに達し、内側針弁１２の開作動時に噴孔１１ｅに連通し、燃料噴射を可能とする。ここで、噴孔１１ｅと噴孔１６は互いに対向するように形成され、これにより両噴孔１１ｅ，１６の同時噴射の際には燃料拡散特性の良い衝突噴射を可能としている。
【００１８】
第２流出ポートｄに続く第２の燃料通路２５は第１絞り４０を介し圧力室３５に連通し、更に、圧力室３５は第２絞り４１を介し燃料排出口４２に達し、同燃料排出口４２はリーク路４３を介し図示しない燃料タンクに連通する。圧力室３５の燃料圧は第２の燃料通路２５を流動する燃料が第２絞り４１によって流動規制を受けることで上昇し、その燃料圧でプレッシャピストン２８が外側ロッド部材３０を介し外側針弁１１を閉弁方向Ｘに押圧し、その開弁作動を阻止する。なお、第１絞り４０は外側針弁１１の経時的な開弁パターンを調整するもので、場合により排除して、装置の簡素化を図っても良い。
【００１９】
三方電磁弁３６は図示しないエンジンコントローラより第１、第２の各励磁電流Ｉ１，Ｉ２を受けることで、弁体３６１を３位置に切換えるものが使用される。即ち、三方電磁弁３６は励磁電流がオフ時に戻しバネ３６２により弁体３６１を閉鎖位置（下向き円錐面ｆｂ１が下シール面ｆｗ１に接する位置）に保持し、流入ポートａを閉鎖し、燃料流入通路３７の燃料を遮断する状態を保持する。更に、第１励磁電流Ｉ１の入力時には弁体３６１を図１に実線で示す中間位置に切換えて流入ポートａを第１第２流出ポートｂ、ｃに連通させ、燃料流入通路３７から流入する燃料を第１の燃料通路１５と第２の燃料通路２５とに供給する状態を保持する。更に、第２の励磁電流Ｉ２の入力時には弁体３６１を開位置（上向き円錐面ｆｂ３が上シール面ｆｗ３に接する位置）に切換えて流入ポートａを第１流出ポートｂに連通させ、第２流出ポートｃを閉鎖し、燃料流入通路３７から流入する燃料を第１の燃料通路１５のみに供給する状態を保持できる。なお、三方電磁弁３６は第１、第２の各励磁電流Ｉ１，Ｉ２を入力されることで、上述の３位置を順次切り換える構成を採っているが、これに代えて、圧電素子（ピエゾ素子）利用の図示しない切換えアクチュエータを用いてもよい。この場合、第１、第２の互いに異なる切換え電圧を切換えアクチュエータに入力し、弁体を上述と同様の三位置に順次切換えることができる。
【００２０】
ここで、上述の燃料噴射ノズル１が可変噴孔ノズルとして機能する場合を説明する。たとえば、エンジンコントローラでエンジン運転状態が高負荷域にあると判定されるとエンジンコントローラから三方電磁弁３６にＩ１電流が入力され、これにより三方電磁弁３６が中間位置に切り替わり、プレッシャピストン２８が外側針弁１１を非作動に抑え、内側針弁１２のみが開き、噴孔１１ｅからのみ燃料噴射され、通常のディーゼル機関に適した燃料噴射が行われる。この時、本発明の燃料噴射ノズルにおいては、制御すべき電磁弁が１つで済むことから前述した従来技術のように無駄な無駄なリーク燃料が発生する事がないので、燃料供給ポンプの駆動ロスを低減できる。また、エンジン運転状態が低中負荷域と判定されると、三方電磁弁３６にＩ２電流が入力され、これにより三方電磁弁３６が開位置に切り替わり、圧力室３５が低圧化してプレッシャピストン２８が外側針弁１１の開作動を許容し、内外の両針弁１１、１２が開作動して、両噴孔１１ｅ、１６より燃料噴射されて、衝突噴射が行われる。この場合には、互いの燃料が衝突することにより、広分散、低貫徹力、微粒化の点で優れた燃料噴射が得られ、特に予混合圧縮着火燃焼に適した噴射が行われて、低エミッション燃焼が可能になる。
【００２１】
なお、上述した実施形態では衝突噴射が行える燃料噴射ノズルに本発明の構成を適用したが、これに限らず、径の異なる２種類の噴孔からそれぞれ衝突させずに燃料を噴射する燃料噴射ノズルに適用しても良い。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、二重針弁構造の燃料噴射ノズルおける燃料噴射切換えを１つの電磁弁により切換可能な構成としたので、ノズルの構造が簡素化でき、コストを軽減できる。さらに、リーク燃料量を低減できることから燃料供給ポンプの駆動損失が低減されて燃費を良化できる。
請求項２の発明によれば、１つの三方電磁弁を、燃料流入通路からの燃料を第１第２の燃料通路に供給しない状態と、両通路に供給する状態と、第１通路のみへ供給する状態とに容易に切換えでき、装置の簡素化、小型化を図れ、内燃機関への装着がより容易される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である燃料噴射ノズルの断面図である。
【図２】図１の燃料噴射ノズルのノズルチップの拡大断面図である。
【図３】従来の燃料噴射ノズルの断面図である。
【符号の説明】
３            ノズルチップ
１１          外側針弁
１２          内側針弁
１１ｅ，１６  噴孔
１５          第１の燃料通路
２５          第２の燃料通路
２６          ホルダボディ
２８          プレッシャピストン
２９          外側ロッド部材
３２          内側ロッド部材
３５          圧力室
３６          三方電磁弁
３７          燃料流入通路
３８          燃料供給手段
４１          絞り
４２          燃料排出口
Ｓ            燃焼室
Ｐ１          分岐部
Ｎ２          ２重針弁
【図１】
0003617393.tif 000002
【図２】
0003617393.tif 000003
【図３】
0003617393.tif 000004