(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、弁ボディ先端底部のサック室、更には噴孔内面及び噴孔出口近傍へのデポジット付着を抑止した可変噴孔噴射弁を提供することにある。【解決手段】  弁ボディと、該弁ボディの先端底部に配置されたサック室と、前記弁ボディに配設されて燃料を噴射するための第１噴孔群及び第２噴孔群と、前記第１噴孔群及び前記第２噴孔群を開閉する一つ以上の開閉弁と、を備え、内燃機関の運転条件に応じて、前記第１噴孔群からのみ噴射する第１噴射モードと、前記第１噴孔群及び前記第２噴孔群の両方から噴射する第２噴射モードとを切換える燃料噴射弁であって、前記弁ボディの前記先端底部に、前記サック室と前記燃焼室とを連通する連通孔と、該連通孔を前記弁ボディ内側から閉塞するように配設され前記燃焼室の筒内圧により前記連通孔を開放する弁部材と、を備えることを特徴とする、コモンレール式可変噴孔噴射弁。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、前記コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射し、
弁ボディと、該弁ボディの先端底部に配置されたサック室と、前記弁ボディに配設されて燃料を噴射するための第１噴孔群及び第２噴孔群と、前記第１噴孔群及び前記第２噴孔群を開閉する一つ以上の開閉弁と、を備え、
内燃機関の運転条件に応じて、前記第１噴孔群からのみ噴射する第１噴射モードと、前記第１噴孔群及び前記第２噴孔群の両方から噴射する第２噴射モードとを切換える燃料噴射弁であって、
前記サック室は、前記第１噴射モード時には燃料が滞留しており、前記第２噴射モード時には前記サック室の燃料の一部が前記第２噴孔群から噴射される構造となっており、
前記弁ボディの前記先端底部に、前記サック室と前記燃焼室とを連通する連通孔と、該連通孔を前記弁ボディ内側から閉塞するように配設され前記燃焼室の筒内圧により前記連通孔を開放する弁部材と、を備えることを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項２】
前記サック室表面と、前記弁部材表面と、前記噴孔内面と、前記連通孔内面と、前記弁ボディの先端部外表面と、の少なくとも一部に撥油膜を形成したことを特徴とする、請求項１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、内燃機関のコモンレール式燃料噴射弁に関する。更に詳しく言えば、本発明は、ニードル弁のリフト量に対応して噴孔面積（噴孔数）が増大する燃料噴射弁（以下、「可変噴孔噴射弁」という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接噴射式ディーゼルエンジンおいて、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の形状及び噴射量は、エンジンの運転状態及び噴射初期と後期とでそれぞれ最適な状態がある。これを実現する方法として、例えば特許文献１および特許文献２に開示された従来技術がある。これは、弁ボディの先端部に上下二段の噴孔を選択的に開閉する一つ以上の開閉弁たるニードル弁を設けて、低リフト時には上段噴孔のみ、高リフト時には上下二段の噴孔から燃料噴射することで、より適切な噴射率を実現できる。
以下、燃料噴射弁において、ニードル弁によりいずれかの段の噴孔が開放されることを「開弁」といい、ニードル弁によりいずれかの段の噴孔が閉塞されることを「閉弁」という。
【０００３】
一方、かかる直接噴射式エンジンの通常の燃料噴射弁（可変噴孔面積ではないもの）では、燃料噴射弁は燃焼室に面しているため、燃焼により加熱された燃料噴射弁や燃焼時の火炎などにより、噴孔内面や噴孔出口近傍に燃料が炭化していわゆるデポジットを生成する。このデポジットの主成分は炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、カルシウム（Ｃａ）等であり、時間経過とともに、噴射孔の表面にデポジットが堆積して、燃料の調量性能や噴霧性能を損なうという問題がある。
【０００４】
かかる問題に対して、例えば特許文献３には、噴孔周りに撥油性コーティングを施して噴孔周りへの燃料付着を防止しようとする技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１５２６号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１３７０号公報
【特許文献３】特開２００２−３６４４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した通常の燃料噴射弁（以下「通常噴射弁」という）の無噴射状態の断面図を、図５に示す。該通常噴射弁４００では、噴射状態においては、ニードル弁２０が上昇することにより、高圧燃料が、燃料溜り１３から噴孔１１及びサック室１２へ流入し、更には噴孔１１を経由してエンジン燃焼室３１へと噴出する。すなわち、噴射時には毎回新しい燃料が、燃料溜り１３からサック室１２へ流入し噴孔１１を経てエンジン燃焼室３１へ噴出する。そのため、噴孔１１の内面１１ａ及びサック室１２の表面１２ａにデポジットが付着した状態であっても、新しい燃料により毎回洗浄されることとなり、デポジット堆積を一定程度抑止可能な構造となっている。
【０００７】
一方、前述した可変噴孔噴射弁の一例を図４に示す。図４は、一体型ニードル弁２０が中間リフトをしており、第１噴孔群１５からのみ噴射している第１噴射モードにおける断面図を表している。通常、第１噴射モードは、初期噴射、アフタ噴射、部分負荷時の噴射の際に用いられる。
【０００８】
弁ボディ１０の先端底部には摺動内周部１０ｂが配設されており、一体型ニードル弁２０の先端部２０ａには摺動外周部２０ｄが配設されており、該摺動内周部１０ｂと該摺動外周部２０ｄとの直径隙間は、例えば０.５〜２μの微小隙間になっており、シール機能の役割を果たしている。
【０００９】
一体型ニードル弁２０が中間リフト位置から更に上昇しフルリフトすると、第２噴孔群１６は開放されてサック室１２と連通状態となる。そして、燃料溜り１３の高圧燃料が、ニードル弁先端部２０ａに配設された連通孔２０ｃを経由してサック室１２に流入し、サック室１２に溜まっている燃料の一部が、第２噴孔群１６へ流入し、更にはエンジン燃焼室３１へと噴出する。この時、第１噴孔群１５からの噴射は引続き実行されているため、第１噴孔群１５及び前記第２噴孔群１６の両方から噴射する状態となる。これが、第２噴射モードである。通常、第２噴射モードは、高負荷時のメイン噴射に用いられる。
【００１０】
しかるに、車両用エンジンにおいては、部分負荷運転が長時間続く場合が頻繁にあり、可変噴孔噴射弁装備のエンジンの場合、第１噴射モードが長時間続くこととなる。この時、摺動部１０ｂ、２０ｄのシール機能により第２噴孔群１６は閉塞されているので、サック室１２に溜まっている燃料は長時間そのまま滞留を続けることとなる。これより、該滞留燃料は燃焼室３１の余熱を長時間受け樹脂化（ピッチ化）あるいは酸化してデポジットとなり、サック室表面１２ａに付着堆積することとなる。この付着堆積が進行すると、デポジットは、摺動部１０ｂ、２０ｄの隙間にまで回り込み、最終的には第２噴孔群１６の入口を塞いでしまうこととなる。そうなると、第２噴射モードにおける第２噴孔群１６からの噴射を阻害したり、ニードル弁先端部の摺動外周部２０ｄを焼き付かせ摺動部の持つシール機能を破壊したりする。
すなわち、可変噴孔噴射弁は、通常噴射弁のように毎回新しい燃料によりサック室表面が洗浄されることは無く、極めてデポジットが発生しやすい構造となっている。
【００１１】
本発明の目的は、弁ボディ先端底部のサック室、更には噴孔内面及び噴孔出口近傍へのデポジット付着を抑止した可変噴孔噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、
燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、前記コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射し、
弁ボディと、該弁ボディの先端底部に配置されたサック室と、前記弁ボディに配設されて燃料を噴射するための第１噴孔群及び第２噴孔群と、前記第１噴孔群及び前記第２噴孔群を開閉する一つ以上の開閉弁と、を備え、
内燃機関の運転条件に応じて、前記第１噴孔群からのみ噴射する第１噴射モードと、前記第１噴孔群及び前記第２噴孔群の両方から噴射する第２噴射モードとを切換える燃料噴射弁であって、
前記サック室は、前記第１噴射モード時には燃料が滞留しており、前記第２噴射モード時には前記サック室の燃料の一部が前記第２噴孔群から噴射される構造となっており、
前記弁ボディの前記先端底部に、前記サック室と前記燃焼室とを連通する連通孔と、該連通孔を前記弁ボディ内側から閉塞するように配設され前記燃焼室の筒内圧により前記連通孔を開放する弁部材と、を備えることを特徴とする、燃料噴射弁が提供される。
【００１３】
従来技術は、たかだか特許文献３に記載している撥油膜をコーティングする程度のものしか無く、部分負荷運転の継続により可変噴孔噴射弁のサック室に長時間滞留した燃料のデポジット化に対しては、ほとんど無力であった。これに対し、請求項１記載の燃料噴射弁により、弁ボディ先端底部のサック室燃料は、次のエンジン圧縮行程時に、以下の理由で、サック室と燃焼室とを連通する連通孔を介してエンジン燃焼室へ排出される。このためサック室は空となり、従来のように可変噴孔噴射弁サック室に燃料が長時間滞留しデポジット化することは無くなる。
【００１４】
すなわち、第１噴孔閉弁中に、サック室燃料が、ニードル弁先端部連通孔、シート部下燃料溜りを介して第１噴孔より少量もれる。これにより、弁部材は、燃焼室圧と同じサック室燃料圧を受ける。次の圧縮行程による筒内圧上昇により、弁ボディ連通孔内の圧も上昇する。このため、弁ボディ連通孔を閉塞していた弁部材は、ニードル弁先端部側へ移動して開弁する。これにより、サック室燃料は、弁ボディ先端部連通孔を介して一気に燃焼室へ流出し、サック室は空となる。
正規の燃料噴霧による爆発燃焼直前に燃焼室へ流出したサック室燃料は、燃焼室で気化し、正規燃料噴霧とともに燃焼する。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、
前記サック室表面と、前記弁部材表面と、前記噴孔内面と、前記連通孔内面と、前記弁ボディの先端部外表面と、の少なくとも一部に撥油膜を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射弁ことを特徴とする、燃料噴射弁が提供される。
【００１６】
請求項２記載の燃料噴射弁により、請求項１記載の発明の効果に加え、更に、燃料系付着物をはじく撥油膜を、デポジットの発生しやすい箇所に形成して、該箇所におけるデポジットの発生を抑止する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、弁ボディ先端底部のサック室、更には噴孔内面及び噴孔出口近傍へのデポジット付着を抑止した可変噴孔噴射弁を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施形態１に係る燃料噴射弁を図１に、本発明の実施形態２に係る燃料噴射弁を図２に、本発明の実施形態の弁部材の作動説明図を図３に示す。また、参考として、従来の可変噴孔噴射弁を図４に、通常噴射弁を図５に示す。なお、以下の全図面において、同じ機能を持つものは同一付番で表している。
【００１９】
図１に、本発明に係る実施形態１による燃料噴射弁１００の第１噴射モードにおける断面図を示す。
１０は弁ボディ、１０ａは弁ボディシート部、１０ｂは弁ボディ先端摺動内周部、１２はサック室、１３は燃料溜り、１４はシート部下燃料溜り、１５は第１噴孔群、１６は第２噴孔群、１７は弁ボディ先端部連通孔、２０は一体型ニードル弁、２０ａはニードル弁先端部、２０ｂはニードル弁シート部、２０ｃはニードル弁先端部連通孔、２０ｄはニードル弁先端摺動外周部、３１はエンジン燃焼室、４１は弁部材、を表している。
【００２０】
第１噴射モードでは、ニードル弁２０が中間リフトして、第１噴孔群１５からのみ噴射している。第２噴孔群１６は、ニードル弁先端摺動外周部２０ｄにより閉塞されている。また、サック室１２は、シート部下燃料溜り１４及びニードル弁先端部連通孔２０ｃを介して燃料溜り１３と連通しているためコモンレール燃料圧を受けている。このため、弁部材４１は弁部材シート部１７ａに押付けられて弁ボディ先端部連通孔１７を閉塞している。なお、弁部材４１は球弁であり、弁部材シート部１７ａは円錐面である。
【００２１】
部分負荷時には、第１噴射モードのみで運転される。第１噴射モードが終了すると、ニードル弁シート部２０ｂは、弁ボディシート部１０ａに着座する。その後、コモンレール燃料圧を有するサック室１２の燃料は、連通孔２０ｃ及び第１噴孔群１５を通じてエンジン燃焼室３１へ少量漏れる。そして、サック室１２の燃料圧は、エンジン燃焼室圧と同じとなる。
【００２２】
図３に本発明の燃料噴射弁に係る弁部材の作動説明図を示す。図３は、縦軸にエンジン燃焼室圧力である筒内圧を、横軸にクランク角度を表している。噴射１においてサック室１２に滞留した燃料は、噴射２の前のクランク角度θ1付近において上昇した筒内圧を連通孔１７を介して受け、弁部材４１はシート部１７ａからニードル弁先端部２０ａの方向へ離座し、破線で示された最大リフト位置４１ａまで浮き上がる。これにより、連通孔１７が開放し、サック室１２の燃料は、エンジン燃焼室３１へ流出する。これにより、デポジット生成が抑止される。なお、この浮き上がり状態においても、球弁４１は弁部材シート部円錐面から完全には離脱できない形状寸法となっているので、次の噴射行程でサック室１２に燃料が満たされると、球弁４１は再び連通孔１７を閉塞する位置に戻り静止する。
【００２３】
弁部材４１が最大リフトすると、サック室１２は、エンジン燃焼室３１とは連通孔１７と第１噴孔群１５との両方の孔で連通しているので、円滑かつ完全にサック室１２の燃料が流出する。
【００２４】
また、サック室表面１２ａと、弁部材４１の表面と、第１噴孔１５及び第２噴孔１６の内面と、連通孔１７の内面と、弁ボディ１０の先端部外表面１０ｃと、の少なくとも一部に撥油膜が形成されている。撥油膜は、例えばフッ素材を１０μｍ〜５０μｍでコーティングしたものであり、フッ素材の持つ撥油性により燃料付着を防止でき、ひいてはデポジットの形成を抑止することができる。
【００２５】
図２に、本発明に係る実施形態２による燃料噴射弁の第１噴射モードにおける断面図を示す。１０は弁ボディ、１０ａは弁ボディシート部、１２はサック室、１３は燃料溜り、１４はシート部下燃料溜り、１５は第１噴孔群、１６は第２噴孔群、１７は弁ボディ先端部連通孔、２１は第１噴孔１５を開閉するための第１ニードル弁、２２は第２噴孔１６を開閉するために第１ニードル弁２１の内側に配置された第２ニードル弁、２２ａは第２ニードル弁先端部、２２ｃは第２ニードル弁先端部連通孔、３１はエンジン燃焼室、４１はニードルローラ型弁部材、４２は弁部材スプリングを表している。
【００２６】
図２に示すように、噴孔開閉弁としての第１ニードル弁２１及び第２ニードル弁２２が互いに摺動自在に組合わされて配設されており、第１ニードル弁２１がフルリフト位置にあり、第２ニードル弁２２のリフト量がゼロになっている。ニードルローラ型弁部材４１は、第２ニードル弁先端部のＴ字形連通孔２２ｃ内に摺動自在に配設されており、弁部材スプリング４２により弁部材シート部１７ａに押付けられるように付勢されている。この弁部材スプリング４２が無いと、第２ニードル弁２２が開弁した時、サック室１２へ流入してきた燃料により、弁部材４１が持ち上がり、連通孔１７から燃料が流出する不具合が発生する。
【００２７】
サック室１２には、Ｔ字形連通孔２２ｃとニードルローラ型弁部材４１との隙間から浸入した燃料で充填されている。
【００２８】
部分負荷時には、第１噴射モードのみで運転される。第１噴射モードが終了すると、第１ニードル弁シート部２１ｂは、弁ボディシート部１０ａに着座する。その後、コモンレール燃料圧を有するサック室１２の燃料は、連通孔２２ｃ及び第１噴孔群１５を通じてエンジン燃焼室３１へ少量漏れる。そして、サック室１２の燃料圧は、エンジン燃焼室圧と同じとなる。
【００２９】
なお、孔２２ｃをＴ字形連通孔としてＩ字形非連通孔としていない理由は、Ｉ字形にすると、弁部材４１が筒内圧により第２ニードル弁先端部２２ａの方へ押される時、孔奥の燃料が圧縮されるダッシュポット効果により、弁部材４１が動きにくくなるためである。
【００３０】
図３に示すように、噴射１においてサック室１２に滞留した燃料は、噴射２の前のクランク角度θ1付近において、弁部材４１は、上昇した筒内圧を連通孔１７を介して受け、シート部１７ａから第２ニードル弁先端部２２ａの方向へ離座し、浮き上がる。これにより、連通孔１７が開放し、サック室１２の燃料は、エンジン燃焼室３１へ流出する。これにより、デポジット生成が抑止される。次の噴射行程でＴ字形連通孔から流入する燃料により、弁部材４１は再び連通孔１７を閉塞する位置に戻り静止する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る実施形態１による燃料噴射弁の第１噴射モードにおける断面図である。
【図２】本発明に係る実施形態２による燃料噴射弁の第１噴射モードにおける断面図である。
【図３】図１及び図２の燃料噴射弁に係る弁部材の作動を説明する図である。
【図４】従来の可変噴孔噴射弁の第１噴射モードにおける断面図である。
【図５】従来の燃料噴射弁の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０    弁ボディ
１０ａ    弁ボディシート部
１０ｂ    弁ボディ先端摺動内周部
１０ｃ    弁ボディ先端部外表面
１１    噴孔
１１ａ    噴孔内面
１２    サック室
１２ａ    サック室表面
１３    燃料溜り
１４    シート部下燃料溜り
１５    第１噴孔群
１６    第２噴孔群
１７    弁ボディ先端部連通孔
１７ａ    弁部材シート部
２０    一体型ニードル弁
２０ａ    ニードル弁先端部
２０ｂ    ニードル弁シート部
２０ｃ    ニードル弁先端部連通孔
２０ｄ    ニードル弁先端摺動外周部
２１    第１ニードル弁
２２    第２ニードル弁
３１    エンジン燃焼室
４１    弁部材
４２    弁部材スプリング
１００    実施形態１の可変噴孔噴射弁
２００    実施形態２の可変噴孔噴射弁
３００    従来の可変噴孔噴射弁
４００    通常噴射弁
【図１】
2006266153.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006266153.tif 000006
【図５】
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