(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルボデー（２）内でニードル（１）が往復動する燃料噴射弁であって、
前記ノズルボデー（２）は、テーパ状のボデーシート面（２０）と、前記ボデーシート面（２０）の下流側に設けられ、サック周壁面（２１０）およびサック底部壁面（２１１）とに囲まれたサック部（２１）と、前記サック周壁面（２１０）に入口側開口部が開口し、前記サック部（２１）と外部とを連通して燃料の噴出口となる噴孔（２２）とを備え、
前記ニードル（１）は、２つのテーパ面（１１、１２）の境界部に形成され、前記ボデーシート面（２０）と接離して前記噴孔（２２）を開閉するニードルシート部（１３）と、前記ニードル（１）の２つのテーパ面（１１、１２）のうち下流側のテーパ面（１２）に形成され、前記ニードルシート部（１３）よりも下流側から閉弁状態において前記噴孔（２２）の入口側開口部に対向する位置まで延びたニードル溝部（１４）とを備え、
前記噴孔（２２）は、複数個備えられており、
前記ニードル溝部（１４）は、燃料の流れ方向に長い長溝で、前記下流側のテーパ面（１２）の周方向に前記噴孔（２２）と同数設けられており、
前記ノズルボデー（２）と前記ニードル（１）は、前記ノズルボデー（２）と前記ニードル（１）の相対回転を防止する相対回転防止機構（１５、２４）を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記噴孔（２２）の径をＤｉとし、前記ニードル溝部（１４）の高さをＨｎとしたとき、Ｈｎ≧１／３×Ｄｉであることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記サック周壁面（２１０）の径をＤｓとし、前記ニードル溝部（１４）の長さをＬｎとしたとき、Ｌｎ≧１／２×Ｄｓであることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記噴孔（２２）の径をＤｉとし、前記ニードル溝部（１４）の幅をＷｎとしたとき、Ｗｎ≧Ｄｉであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記噴孔（２２）の径をＤｉとし、前記ニードルシート部（１３）から前記ニードル溝部（１４）の上流端までの距離をＹｎとしたとき、Ｙｎ≧Ｄｉであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記ニードル溝部（１４）の底面は曲面であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料噴射弁として、図１１に示すように、ノズルボデー２のシート面２０よりも下流に、サック周壁面２１０とサック底部壁面２１１とに囲まれたサック部２１を設け、このサック周壁面２１０に噴孔２２の入口側開口部を開口させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、サック部２１と噴孔２２の境界部に流体研磨を施して噴孔２２の入口側開口部にＲ面を形成し、これにより流量係数を高めて噴射速度の低下を抑制し、高ペネトレーションを実現するようにしている。そして、高ペネトレーションの実現により、低エミッションで高出力の内燃機関を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３１５１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の燃料噴射弁は、ニードル１の高リフト領域では高ペネトレーションを実現できるが、初期リフト時すなわち低リフト領域におけるペネトレーションが小さいという問題がある。
【０００６】
これは、図１１に示すように、低リフト領域では、ニードルシート部１３を通過してサック部２１に流れる燃料が、ニードル１の壁面に引っ張られてニードル１の壁面に沿って流れるため、燃料流れがノズルボデー２のシート面２０から剥離し、さらに噴孔２２の入口側開口部に到達した時点でも燃料流れが剥離しており、これにより、燃料が噴孔２２の入口側開口部のＲ面に沿ってスムーズに流れることができなくなり、流れの損失が拡大するためである。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、サック周壁面に噴孔の入口側開口部を開口させた燃料噴射弁において、低リフト領域での流量係数を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ノズルボデー（２）内でニードル（１）が往復動する燃料噴射弁であって、ノズルボデー（２）は、テーパ状のボデーシート面（２０）と、ボデーシート面（２０）の下流側に設けられ、サック周壁面（２１０）およびサック底部壁面（２１１）とに囲まれたサック部（２１）と、サック周壁面（２１０）に入口側開口部が開口し、サック部（２１）と外部とを連通して燃料の噴出口となる噴孔（２２）とを備え、ニードル（１）は、２つのテーパ面（１１、１２）の境界部に形成され、ボデーシート面（２０）と接離して噴孔（２２）を開閉するニードルシート部（１３）と、ニードル（１）の２つのテーパ面（１１、１２）のうち下流側のテーパ面（１２）に形成され、ニードルシート部（１３）よりも下流側から閉弁状態において噴孔（２２）の入口側開口部に対向する位置まで延びたニードル溝部（１４）とを備え、噴孔（２２）は、複数個備えられており、ニードル溝部（１４）は、燃料の流れ方向に長い長溝で、下流側のテーパ面（１２）の周方向に噴孔（２２）と同数設けられており、ノズルボデー（２）とニードル（１）は、ノズルボデー（２）とニードル（１）の相対回転を防止する相対回転防止機構（１５、２４）を備えることを特徴とする。
【００１７】
これによると、低リフト領域では、ニードル溝部（１４）内を流れる燃料の流速が低下するため、燃料流れをニードル（１）の壁面側に引っ張る力が小さくなって、燃料流れのボデーシート面（２０）からの剥離がなくなり、これにより、燃料が噴孔（２２）にスムーズに流れるようになり、低リフト領域での流量係数を高めることができる。
【００１８】
また、相対回転防止機構（１５、２４）により、噴孔（２２）の入口側開口部とニードル溝部（１４）が対向する位置関係を維持して、低リフト領域での流量係数を高める効果を継続して得ることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料噴射弁において、噴孔（２２）の径をＤｉとし、ニードル溝部（１４）の高さをＨｎとしたとき、Ｈｎ≧１／３×Ｄｉであることを特徴とする。
【００２０】
これによると、ニードル溝部（１４）内を流れる燃料の流速を確実に低下させて、燃料流れのボデーシート面（２０）からの剥離をより確実に防止することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の燃料噴射弁において、サック周壁面（２１０）の径をＤｓとし、ニードル溝部（１４）の長さをＬｎとしたとき、Ｌｎ≧１／２×Ｄｓとすることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、噴孔（２２）の径をＤｉとし、ニードル溝部（１４）の幅をＷｎとしたとき、Ｗｎ≧Ｄｉとすることができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、噴孔（２２）の径をＤｉとし、ニードルシート部（１３）からニードル溝部（１４）の上流端までの距離をＹｎとしたとき、Ｙｎ≧Ｄｉとすることができる。
【００２４】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、ニードル溝部（１４）の底面は曲面であることを特徴とする。これによると、低リフト領域での流量係数をさらに高めることができる。
【００２５】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の要部を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＢ矢視図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】図１の燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図である。
【図６】図１の燃料噴射弁の作動説明に供する要部の断面図である。
【図７】図１の燃料噴射弁における最大噴射圧と溝長さＬｂとの関係を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面図である。
【図９】図８の燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図である。
【図１０】図９のＤ部の拡大断面図である。
【図１１】従来の燃料噴射弁の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る燃料噴射弁の要部を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１のＢ矢視図、図４は図３のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００２９】
本実施形態の燃料噴射弁は、図示しない多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下エンジンという）の各気筒毎に搭載されて、高圧燃料をエンジンの各気筒の燃焼室内に直接噴射供給するものである。
【００３０】
図１〜図４に示すように、この燃料噴射弁は、略円柱状のニードル１と、このニードル１を内部に収容する略円筒状のノズルボデー２とを備えている。そして、ニードル１は、ノズルボデー２に摺動自在に保持され、ニードル１およびノズルボデー２の軸線方向（図１の紙面上下方向。以下、単に軸線方向という）に沿ってノズルボデー２内で往復動するようになっている。
【００３１】
また、ニードル１は、軸線方向に延びる円柱状のニードル軸部１０と、このニードル軸部１０の燃料流れ下流側（図１の紙面下方側）に形成されたテーパ状のニードル第１テーパ面１１と、このニードル第１テーパ面１１の燃料流れ下流側に形成されたテーパ状のニードル第２テーパ面１２とを備えている。
【００３２】
ニードル第１テーパ面１１およびニードル第２テーパ面１２は、燃料流れ向きに沿って径が小さくなっている。また、ニードル第１テーパ面１１のテーパ角よりも、ニードル第２テーパ面１２のテーパ角が大である。
【００３３】
そして、ニードル第１テーパ面１１とニードル第２テーパ面１２の境界部に、円環状の稜線であるニードルシート部１３が形成され、このニードルシート部１３がノズルボデー２のボデーシート面２０（詳細後述）と接離してノズルボデー２の噴孔２２（詳細後述）を開閉するようになっている。
【００３４】
ノズルボデー２は、燃料流れ向きに沿って径が小さくなるテーパ状のボデーシート面２０と、このボデーシート面２０の燃料流れ下流側に設けられた空間であるサック部２１と、このサック部２１と外部とを連通して燃料の噴出口となる複数個の噴孔２２とを備えている。
【００３５】
より詳細には、サック部２１は、ボデーシート面２０の燃料流れ下流側端部から軸線方向に延びる円柱状のサック周壁面２１０と、このサック周壁面２１０の燃料流れ下流側端部に位置するテーパ状のサック底部壁面２１１とに囲まれた空間である。
【００３６】
また、噴孔２２は、断面形状が円形で、その入口側開口部がサック周壁面２１０に開口し、入口側開口部にＲ面が形成されている。さらに、噴孔２２は、ニードル１およびノズルボデー２の径方向（以下、単に径方向という）に概略沿って延びている。なお、本実施形態では、噴孔２２を２個図示しているが、一般的には、噴孔２２は６〜１０個設けられる。
【００３７】
ボデーシート面２０のうちニードルシート部１３が当接する部位をボデーシート部としたとき、ボデーシート面２０およびサック周壁面２１０には、ボデーシート部よりも下流側から噴孔２２の入口側開口部まで延びて噴孔２２に接続されたボデー溝部２３が形成されている。ボデー溝部２３は、噴孔２２と同数設けられており、１つの噴孔２２に対して１つのボデー溝部２３が接続されている。図４に示すように、このボデー溝部２３は、断面形状が略半円形である。したがって、ボデー溝部２３の底面は、曲面であり、より詳細には円弧状である。
【００３８】
ボデー溝部２３の詳細について主に図５に基づいて説明する。なお、図５はボデー溝部２３付近を拡大して示す断面図である。
【００３９】
本実施形態の燃料噴射弁は、低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現するために、ボデー溝部２３の各部の寸法を以下のように設定している。
【００４０】
まず、噴孔２２の径をＤｉとし、ボデー溝部２３の高さをＨｂとしたとき、Ｈｂ≧１／３×Ｄｉに設定している。因みに、Ｈｂ＝１／３×Ｄｉが、最も望ましい。
【００４１】
サック周壁面２１０の径をＤｓとし、ボデー溝部２３のうちボデーシート面２０に形成された部位の長さをＬｂとしたとき、Ｌｂ≧１／２×Ｄｓに設定している。
【００４２】
ボデー溝部２３の幅をＷｂ（図３参照）としたとき、Ｗｂ≧Ｄｉに設定している。また、ボデーシート部からボデー溝部２３の上流端までの距離をＹｂとしたとき、Ｙｂ≧Ｄｉに設定している。
【００４３】
次に、本実施形態の燃料噴射弁の作動について、図６に基づいて説明する。なお、図６は低リフト領域でのボデー溝部２３付近を拡大して示す断面図であり、図中の矢印は燃料の流れを示している。
【００４４】
図６に示すように、低リフト領域では、ニードルシート部１３を通過してサック部２１に流れる燃料は、ニードル第２テーパ面１２における領域ａの壁面に引っ張られて、ボデー溝部２３における上流側領域ｂで一旦はボデー溝部２３の底面から剥離する。
【００４５】
しかし、ボデー溝部２３内を流れる燃料は、流速が低下してボデー溝部２３の底面側に拡がって、ボデー溝部２３における下流側領域ｃでボデー溝部２３の底面に付着（すなわち、剥離が解消）し、これにより、燃料がボデー溝部２３から噴孔２２にスムーズに流れる。したがって、低リフト領域での流量係数を高めることができ、ひいては低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現することができる。
【００４６】
高リフト領域では、ボデーシート面２０とニードル第２テーパ面１２との間の隙間が大きくなるため、燃料をニードル第２テーパ面１２側に引っ張る力は、ボデーシート面２０に近い部位を流れる燃料までは及ばない。したがって、ボデーシート面２０やボデー溝部２３の底面において燃料の剥離は発生せず、高リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現することができる。
【００４７】
なお、最大噴射圧が高くなるほどボデー溝部２３内での燃料の流速が高くなり、燃料流れがボデー溝部２３の底面から剥離してからボデー溝部２３の底面に付着するまでの距離が長くなるため、図７に示すように、最大噴射圧が高くなるのに伴って溝長さＬｂを長くすることにより、ボデー溝部２３における下流側領域ｃで燃料流れをボデー溝部２３の底面に確実に付着させることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図８は第２実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面図、図９は図８の燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図、図１０は図９のＤ部の拡大断面図である。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４９】
本実施形態の燃料噴射弁は、第１実施形態の燃料噴射弁におけるボデー溝部２３を廃止し、代わりにニードルに溝部を設けて、低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現するようにしたものである。
【００５０】
図８〜図１０に示すように、ニードル１は、ニードルシート部１３よりも燃料流れ下流側に位置するニードル第２テーパ面１２に、噴孔２２と同数（本例では４個）のニードル溝部１４が形成されている。このニードル溝部１４は、ニードルシート部１３よりも下流側から、閉弁状態において噴孔２２の入口側開口部に対向する位置まで延びている。また、ニードル溝部１４は、断面形状が略半円形である。したがって、ニードル溝部１４の底面は、曲面であり、より詳細には円弧状である。
【００５１】
ニードル１は、ノズルボデー２に摺動自在に保持される部位に、軸線方向に延びるとともに径方向外側に向かって突出する突起片１５を備えている。一方、ノズルボデー２は、ニードル１を摺動自在に保持する部位に、軸線方向に延びるとともに径方向外側に凹んだ案内溝２４が形成されている。
【００５２】
そして、突起片１５が案内溝２４内に摺動自在に挿入されて、ニードル１とノズルボデー２の相対回転を防止するようになっている。また、相対回転防止機構を構成する突起片１５および案内溝２４は、閉弁時に噴孔２２の入口側開口部とニードル溝部１４が対向するように、周方向の位置が設定されている。
【００５３】
本実施形態の燃料噴射弁は、低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現するために、ニードル溝部１４の各部の寸法を以下のように設定している。
【００５４】
まず、噴孔２２の径をＤｉとし、ニードル溝部１４の高さをＨｎとしたとき、Ｈｎ≧１／３×Ｄｉに設定している。サック周壁面２１０の径をＤｓとし、ニードル溝部１４の長さをＬｎとしたとき、Ｌｎ≧１／２×Ｄｓに設定している。
【００５５】
ニードル溝部１４の幅をＷｎとしたとき、Ｗｎ≧Ｄｉに設定している。また、ニードルシート部１３からニードル溝部１４の上流端までの距離をＹｎとしたとき、Ｙｎ≧Ｄｉに設定している。
【００５６】
次に、本実施形態の燃料噴射弁の作動を説明する。低リフト領域では、ニードル溝部１４内を流れる燃料の流速が低下するため、ニードル第２テーパ面１２のうちニードル溝部１４が形成された部位では、燃料流れをニードル第２テーパ面１２の壁面側に引っ張る力が小さくなる。したがって、ボデーシート面２０のうちニードル溝部１４に対向する部位の近傍では、燃料流れのボデーシート面２０からの剥離がなくなり、これにより、燃料が噴孔２２にスムーズに流れるようになり、低リフト領域での流量係数を高めることができる。したがって、低リフト領域での流量係数を高めることができ、ひいては低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現することができる。
【００５７】
また、突起片１５および案内溝２４により、噴孔２２の入口側開口部とニードル溝部１４が対向する位置関係を維持して、低リフト領域での流量係数を高める効果を継続して得ることができる。
【００５８】
なお、上記各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１      ニードル
２      ノズルボデー
１１    テーパ面
１２    テーパ面
１３    ニードルシート部
２０    ボデーシート面
２１    サック部
２２    噴孔
２３    ボデー溝部
２１０  サック周壁面
２１１  サック底部壁面
【図１】
0005838701.tif 000002
【図２】
0005838701.tif 000003
【図３】
0005838701.tif 000004
【図４】
0005838701.tif 000005
【図５】
0005838701.tif 000006
【図６】
0005838701.tif 000007
【図７】
0005838701.tif 000008
【図８】
0005838701.tif 000009
【図９】
0005838701.tif 000010
【図１０】
0005838701.tif 000011
【図１１】
0005838701.tif 000012