(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいて、噴射初期の噴射率を下げることなくサック室の容量を低減する。【解決手段】ノズル１は、ニードル２の表面においてシート部１３よりも軸方向の先端側に設けられている窪み１２を備える。これにより、窪み１２の存在によって、シート部１３がシート位置１０から離座して間もない噴射初期の燃料の通路を拡大することができるので、先端部２ｂをサック室１８に大きく突出させても、噴射初期の噴射率の低下を抑制することができる。また、窪み１２の容積を調節することで、窪み１２の設定に伴うサック室１８の容量の増加を最小限にとどめることができる。以上により、ノズル１において、噴射初期の噴射率を下げることなくサック室１８の容量を低減することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のノズルボディ（３）と、このノズルボディ（３）の内周に軸方向に移動可能となるように収容されるニードル（２）とを備え、前記ニードル（２）が前記ノズルボディ（３）の内周で軸方向に移動することで燃料の噴射を開始または停止する燃料噴射ノズル（１）において、
前記ノズルボディ（３）の内壁の一部であり、前記ニードル（２）の軸方向の先端近傍に設けられたシート部（１３）が離着するシート位置（１０）と、
前記シート位置（１０）よりも軸方向の先端側で前記ノズルボディ（３）の内壁に開口するとともに、前記ノズルボディ（３）の外壁に開口し、前記シート部（１３）が前記シート位置（１０）から離座することで前記ノズルボディ（３）の内周から外部に燃料を導く噴孔（１１）と、
前記ニードル（２）の表面において前記シート部（１３）よりも軸方向の先端側に設けられた窪み（１２）とを備える燃料噴射ノズル（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射ノズル（１）において、
前記シート部（１３）が前記シート位置（１０）に着座しているときの前記噴孔（１１）の前記内壁における開口（１１ａ）と前記窪み（１２）との軸方向に関する配置関係であり、前記開口（１１ａ）の軸方向後端が前記窪み（１２）の軸方向後端よりも軸方向の先端側にある特定関係を備える燃料噴射ノズル（１）。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料噴射ノズル（１）において、
前記ニードル（２）の先端部（２ｂ）の表面は、軸方向の先端側ほど縮径する円錐面（１４ａ、１４ｂ）であり、
前記窪み（１２）は、この円錐面（１４ａ、１４ｂ）の母線に略一致する直線状の溝（２０）であることを特徴とする燃料噴射ノズル（１）。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の燃料噴射ノズル（１）において、
前記ニードル（２）の先端部（２ｂ）の表面は、軸方向の先端側ほど縮径する円錐面（１４ａ、１４ｂ）であり、
前記窪み（１２）は、この円錐面（１４ａ、１４ｂ）の母線に対して傾斜する螺旋状の溝（２０）であることを特徴とする燃料噴射ノズル（１）。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の燃料噴射ノズル（１）において、
前記窪み（１２）は、複数の凹曲面が連なるものであることを特徴とする燃料噴射ノズル（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を噴射する燃料噴射ノズル（以下、略してノズルと呼ぶことがある。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、内燃機関に燃料を噴射して供給する燃料噴射弁では、燃料を噴射するノズルと、このノズルを開弁駆動または閉弁駆動するアクチュエータとを備えるものが周知である。また、燃料噴射弁に用いられるノズル（燃料噴射ノズル）では、円筒状のノズルボディと、ノズルボディの内周に軸方向に移動可能となるように収容されるニードルとを備えるものが公知である。そして、このノズルは、ニードルがノズルボディの内周で軸方向に移動することで燃料の噴射を開始または停止する。
【０００３】
つまり、ノズルボディの内壁には、ニードルの軸方向の先端近傍に設けられたシート部が離着するシート位置が設けられ、さらに、シート位置よりも軸方向の先端側の内壁には、燃料の噴孔が複数開口している。そして、シート部がシート位置から離座することで、噴孔を通じてノズルボディの内周から外部に燃料が導かれて噴射される。
【０００４】
また、燃料噴射ノズルでは、噴射された燃料の噴霧が空間を貫徹する能力（以下、噴霧貫徹力と呼ぶ。）が同一噴射時に個々の噴孔間で変動せず、さらに、同一噴孔でも、同一噴射条件が現れるたびに経時的に変動しないことが理想的とされている。そこで、ノズルボディの内周において、シート位置よりも軸方向の先端側に適切な容量を形成する空間としてサック室を設け、噴孔をサック室に開口させている。これにより、燃料は、シート部とシート位置との間を通ってサック室に流入した後、噴孔から噴射される。
【０００５】
ところで、ノズルの閉弁後にサック室および噴孔に残った燃料は未燃ガス（ＨＣ）の発生源となる得るため、サック室の容量はできるだけ小さいほうが好ましい。そこで、ノズルの閉弁時にニードルの先端部がサック室に大きく突出することができるようにすることで、ノズル閉弁時のサック室の容量低減を意図した構成が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
しかし、閉弁時にニードルの先端部がサック室に大きく突出する場合、開弁の初期に、ニードルの先端部表面とノズルボディの内壁との間の絞りが大きくなってしまい、開弁後間もない噴射初期の噴射率が低下する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２５４１３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいて、噴射初期の噴射率を下げることなくサック室の容量を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願の第１発明によれば、燃料噴射ノズルは、円筒状のノズルボディと、ノズルボディの内周に軸方向に移動可能となるように収容されるニードルとを備え、ニードルがノズルボディの内周で軸方向に移動することで燃料の噴射を開始または停止する。そして、燃料噴射ノズルは、以下に説明するシート位置、噴孔、および窪みを備える。
【００１０】
まず、シート位置は、ノズルボディの内壁の一部であり、ニードルの軸方向の先端近傍に設けられたシート部が離着する。また、噴孔は、シート位置よりも軸方向の先端側でノズルボディの内壁に開口するとともに、ノズルボディの外壁に開口し、シート部がシート位置から離座することでノズルボディの内周から外部に燃料を導く。さらに、窪みは、ニードルの表面においてシート部よりも軸方向の先端側に設けられている。
【００１１】
これにより、窪みの存在によって、噴射初期の燃料の通路を拡大することができるので、ニードルの先端部をサック室に大きく突出させても、噴射初期の噴射率の低下を抑制することができる。また、窪みの容積を調節することで、窪みの設定に伴うサック室の容量の増加を最小限にとどめることができる。
以上により、燃料噴射ノズルにおいて、噴射初期の噴射率を下げることなくサック室の容量を低減することができる。
【００１２】
第１発明に従属する第２発明によれば、燃料噴射ノズルは次の特定関係を備える。ここで、特定関係とは、シート部がシート位置に着座しているときの噴孔の内壁における開口と窪みとの軸方向に関する配置関係であり、開口の軸方向後端が窪みの軸方向後端よりも軸方向の先端側にある、というものである。
これにより、噴孔への燃料の流入促進の点で、噴射初期の燃料の通路を効果的に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料噴射ノズルの全体を示す断面図である（実施例）。
【図２】燃料噴射ノズルの要部を示す部分断面図である（実施例）。
【図３】（ａ）は溝の断面形状が半円形であるときの溝の断面図であり、（ｂ）は溝の断面形状が矩形であるときの溝の断面図であり、（ｃ）は溝の断面形状がＶ字形であるときの溝の断面図である（実施例）。
【図４】（ａ）、（ｂ）は比較対象の燃料噴射ノズルの要部を示す部分断面図であり、（ｃ）は燃料噴射ノズルの要部を示す部分断面図であり、（ｄ）は噴射率の比較を示す特性図であり、（ｅ）は拡散能力の比較を示す棒グラフである（実施例）。
【図５】燃料噴射ノズルの要部を示す部分断面図である（変形例）。
【図６】燃料噴射ノズルの要部を示す部分断面図である（変形例）。
【図７】燃料噴射ノズルの要部を示す部分断面図である（変形例）。
【図８】燃料噴射ノズルの要部を示す部分断面図である（変形例）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１５】
〔実施例の構成〕
実施例の燃料噴射ノズル１（以下、ノズル１と呼ぶ。）の構成を、図面を用いて説明する。
ノズル１は、開弁して燃料を噴射するものであり、ノズル１を開弁駆動または閉弁駆動するアクチュエータ（図示せず。）とともに燃料噴射弁を構成する。そして、燃料噴射弁は、例えば、内燃機関（図示せず。）に搭載され、１００ＭＰａを超える高圧の燃料を気筒内に直接噴射するために用いられる。
【００１６】
なお、アクチュエータは、例えば、ノズル１の弁体（後記するニードル２）に作用する背圧を増減して弁体を駆動するものであり、コイル（図示せず。）への通電により発生する磁気力を利用して背圧室（図示せず。）を開閉することで背圧を増減する。
そして、燃料噴射弁は、例えば、燃料を高圧化して吐出する燃料供給ポンプ（図示せず。）、および、燃料供給ポンプから吐出された燃料を高圧状態で蓄圧する蓄圧容器（図示せず。）とともに蓄圧式の燃料供給装置を構成し、蓄圧容器から高圧の燃料を分配されて気筒内に噴射する。
【００１７】
ノズル１は、図１に示すように、円筒状のノズルボディ３と、ノズルボディ３の内周に軸方向に移動可能となるように収容される弁体としてのニードル２とを備える。そして、ノズル１は、ニードル２がノズルボディ３の内周で軸方向に移動することで燃料の噴射を開始または停止する。
【００１８】
ここで、ニードル２は、ノズルボディ３により軸方向に摺動自在に支持される摺動軸部２ａ、および、実質的に弁部として機能する円錐状の先端部２ｂを有し、摺動軸部２ａと先端部２ｂとの間は軸方向に長い円柱部２ｃをなす。
ノズルボディ３の内周は、軸方向に長い円筒状をなし先端が閉じられている。また、ノズルボディ３の内周の一部は、局部的に径方向に拡大され、噴射すべき燃料が一時的に溜まる燃料溜まり４をなす。
【００１９】
そして、ノズルボディ３の内周の内、燃料溜まり４の軸方向後端側の領域は、摺動軸部２ａを摺動自在に支持するための摺動孔５をなし、燃料溜まり４の軸方向先端側の領域は、先端部２ｂおよび円柱部２ｃを収容して円環筒状の燃料通路６を形成する。なお、ノズルボディ３には、蓄圧容器から受け入れた燃料を燃料溜まり４に導くための燃料通路７が、別途、燃料溜まり４に接続している。
【００２０】
以下、ノズル１の特徴的な構成を、図２を用いて説明する。
ノズル１は、特徴的な構成として次のようなシート位置１０、噴孔１１、窪み１２および特定関係を備える。
【００２１】
まず、シート位置１０は、ノズルボディ３の先端近傍の内壁の一部であり、先端部２ｂに設けられたシート部１３が離着する。
ここで、先端部２ｂの外周面は、例えば、３つの異なる円錐面１４ａ、１４ｂ、１４ｃが先端から軸方向後端側に同軸に連続するものであり、円錐面１４ａ〜１４ｃは、それぞれの母線とニードル２の軸αとの間に形成される角度が先端側ほど大きくなっている。そして、円錐面１４ａ、１４ｂ同士の交線１５ａ、および円錐面１４ｂ、１４ｃ同士の交線１５ｂは軸αに垂直な円であり、交線１５ｂがシート部１３として機能し、シート位置１０は円形である。
【００２２】
また、噴孔１１は、シート位置１０よりも軸方向の先端側でノズルボディ３の内壁に開口し、シート部１３がシート位置１０から離座することでノズルボディ３の内周から外部に燃料を導く。つまり、シート部１３がシート位置１０から離座することで、シート部１３とシート位置１０との間に隙間が形成され、この隙間を通って燃料通路６から噴孔１１に燃料が導入されてノズルボディ３の外部に噴射される。
【００２３】
ここで、ノズルボディ３の先端近傍の内壁は、シート位置１０が設定される円錐面１７を有し（以下、円錐面１７をシート面１７と呼ぶ。）、ノズルボディ３の内周先端を袋状に閉じている。
ここで、シート面１７は、ノズルボディ３の軸βと同軸に設けられ、軸方向先端側ほど小径であって先端が円である。そして、シート面１７においてシート位置１０の軸方向先端側に、噴孔１１の内壁における開口１１ａが設けられる。また、ノズルボディ３の内周の内、シート位置１０よりも軸方向先端側の領域はサック室１８を形成し、噴孔１１は、サック室１８に開口する。そして、サック室１８は、先端部２ｂが大きく突出することで容量が小さくなっている。
【００２４】
また、窪み１２は、ニードル２の表面においてシート部１３よりも軸方向の先端側に設けられている。ここで、窪み１２は、円錐面１４ａ、１４ｂそれぞれの母線に略一致する直線状の溝２０が交線１５ａにて接続したものであり、例えば、ニードル２の軸αの周囲に等角度間隔で複数設けられている。また、溝２０の断面は、例えば、図３に示すように、半円形、矩形またはＶ字形等、種々の形状にすることができる。
【００２５】
さらに、特定関係とは、シート部１３がシート位置１０に着座しているときの開口１１ａと窪み１２との軸方向に関する配置関係であり、開口１１ａの軸方向後端が窪み１２の軸方向後端よりも軸方向の先端側にある、というものである。また、開口１１ａの軸方向後端は、軸方向に関して交線１５ａよりも軸方向の先端側にある。さらに、開口１１ａの軸方向先端と窪み１２の軸方向先端とは、軸方向に関して略一致する位置に存在する。
【００２６】
〔実施例の効果〕
実施例のノズル１は、ニードル２の表面においてシート部１３よりも軸方向の先端側に設けられている窪み１２を備える。
これにより、窪み１２の存在によって、シート部１３がシート位置１０から離座して間もない噴射初期の燃料の通路を拡大することができるので、先端部２ｂをサック室１８に大きく突出させても、噴射初期の噴射率の低下を抑制することができる。また、窪み１２の容積を調節することで、窪み１２の設定に伴うサック室１８の容量の増加を最小限にとどめることができる。
以上により、ノズル１において、噴射初期の噴射率を下げることなくサック室１８の容量を低減することができる。
【００２７】
また、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、窪み１２の存在によって、開弁時の噴射率の立ち上がり、および閉弁時の噴射率の立ち下がりを迅速化することができる。なお、噴射率の立ち上がりおよび立ち下がりの評価の対象となっているノズル１Ａ、１Ｂは、次のようなものである。まず、ノズル１Ａは、先端部２ｂに窪み１２を設けずに、サック室１８の容量をノズル１と略一致させたものである（なお、ノズル１のサック室１８の容量には窪み１２の容量も含まれる。）。また、ノズル１Ｂは、先端部２ｂの形状が窪み１２の有無以外に相違点がなく、サック室１８の容量が窪み１２の容量だけノズル１よりも小さくなっているものである。
【００２８】
また、窪み１２の存在によって、燃料は、サック室１８における流れが乱されて噴孔１１に流入する。このため、噴霧が噴孔１１の径方向に広がる拡散能力を高めることができる。ここで、ノズル１によれば、シート面１７の内、開口１１ａを含む先端近傍の領域と円錐面１４ａとの間に、閉弁時でも適度な隙間が形成されている。このため、窪み１２により発生した乱れを減衰させずに噴孔１１に導入することができるので、噴霧の拡散能力をさらに高めることができる。この結果、例えば、図４（ｅ）に示すように、ノズル１において、ノズル１Ａ、１Ｂよりも高い拡散能力を達成することができる。
【００２９】
また、窪み１２の存在によって、シート部１３のシート位置１０からの離間量が小さいときでも、燃料の流量を確保することができるので、円錐面１４ｂの傾斜とシート面１７の傾斜とを略一致させて閉弁時に円錐面１４ｂをシート面１７に密着させることができる。このため、シート部１３やシート位置１０の経時的な磨耗を抑制することができる。
さらに、窪み１２の配置や断面の形状等に応じて、それぞれの噴孔１１への燃料の流入態様を調節することができるので、噴孔１１間の噴射量のばらつきを低減することができる。
【００３０】
また、ノズル１は、シート部１３がシート位置１０に着座しているときの開口１１ａと窪み１２との軸方向に関する配置関係として、開口１１ａの軸方向後端が窪み１２の軸方向後端よりも軸方向の先端側にある、という特定関係を備える。
これにより、噴孔１１への燃料の流入促進の点で、噴射初期の燃料の通路を効果的に拡大することができる。
【００３１】
〔変形例〕
ノズル１の態様は実施例に限定されず、種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例のノズル１によれば、窪み１２は、円錐面１４ａ、１４ｂの両方に設けられていたが、例えば、図５に示す溝２０のように、交線１５ａに交差するように円錐面１４ａ、１４ｂの一方のみに設けてもよい。
【００３２】
また、実施例のノズル１によれば、窪み１２は、円錐面１４ａ、１４ｂそれぞれの母線に略一致する直線状の溝２０として設けられていたが、窪み１２の態様はこのようなものに限定されない。
例えば、図６に示すように、窪み１２を、円錐面１４ａ、１４ｂの母線に対して傾斜する螺旋状の溝２０として設けてもよく、さらに、溝２０ごとに傾斜角度を変えることで、例えば、図７に示すように溝２０同士を交差させてもよい。また、図８に示すように、窪み１２を、複数の凹曲面が連なるディンプル２１として設けてもよい。そして、螺旋状の溝２０やディンプル２１等は、直線状の溝２０に比べてサック室１８における流れをより強く乱すことができるので、噴霧の拡散能力を高めることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  ノズル（燃料噴射ノズル）  ２  ニードル  ３  ノズルボディ  １０  シート位置
１１  噴孔  １３  シート部  １２  窪み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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