(57)【要約】【課題】  本発明は、内燃機関の燃料噴射弁において、ニードル弁とノズルボディの潤滑不良や偏摩耗を抑制しつつ、ニードル弁の弁体と弁座の同芯度を高めることを課題とする。【解決手段】  本発明は、先端部に複数の噴孔２２及び弁座２１が形成されたノズルボディ２と、ノズルボディ２２内に摺動自在に内装され前記弁座２１と接離することにより前記噴孔２２を開閉するニードル弁３とを備えた燃料噴射弁１において、ニードル弁３の軸方向において軸径が変化する段部３３に、ニードル弁３が閉弁動作する際に燃料溜まり６の燃料圧を受けてニードル弁３を軸芯周りに回転させる回転力付与部３４を設けたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に複数の噴孔及び弁座が形成されたノズルボディと、前記ノズルボディ内に摺動自在に内装され前記弁座と接離することにより前記噴孔を開閉するニードル弁とを備え、前記噴孔が開孔されたときに前記ノズルボディ内の高圧燃料を内燃機関の気筒内へ噴射する燃料噴射弁において、
前記ニードル弁が閉弁動作する際に前記ノズルボディ内の燃料圧を受けて前記ニードル弁を軸芯周りに回転させる回転力付与部を前記ニードル弁の外周面に設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１において、前記回転力付与部は、前記ニードル弁の外周面に設けられた複数の傾斜溝であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１において、前記回転力付与部は、前記ニードル弁の外周面に設けられた複数の翼状羽根であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一において、前記回転力付与部は、前記ニードル弁の先端から基端へ向かう方向において投影断面積が大きくなる部位に設けられることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一において、前記ニードル弁の基端は該ニードル弁を閉弁方向へ付勢する付勢部材と当接しており、該ニードル弁の基端が部分球面形状を有す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、内燃機関の燃料噴射弁に関し、特に高圧な燃料を気筒内へ直接噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関に採用される燃料噴射弁としては、ニードル弁を撓み易く構成することにより、ニードル弁と弁座の軸芯ずれに起因した弁体及び弁座の摩耗を防止しようとする構成が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。また、ニードル弁とノズルボディの間隙に燃料通路を設けるとともに、その燃料通路の対向する位置に燃料供給孔を設けることにより、燃料圧を利用してニードル弁の軸芯ずれを抑制しようとする構成も提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平１１−３３６６４２号公報
【特許文献２】特開平１１−２６４３６５号公報
【特許文献３】特開２０００−１５４７６８号公報
【特許文献４】特開２００３−２９３８９２号公報
【非特許文献１】発明協会公開技報公技番号０１−０５４７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ニードル弁を撓ませることによりニードル弁と弁座の軸芯ずれを抑制する構成においては、ニードル弁が撓んだ際の反発力によってニードル弁とノズルボディが偏当たりを生じる場合がある。そのような場合には、偏当たりする部位の潤滑が不十分となり、摺動抵抗の増加や偏摩耗を誘発する可能性がある。
【０００４】
燃料圧を利用してニードル弁の芯ずれを抑制する構成においては、全ての燃料供給孔から均一な燃料圧が印加されるとは限らないため、芯ずれを抑制しきれない場合がある。また、複数の燃料供給通路を設ける必要があるため、燃料噴射弁の設計自由度が低下する可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、ニードル弁とノズルボディの潤滑不良や偏摩耗を抑制しつつ、ニードル弁の弁体と弁座の同芯度を高めることができる技術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】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。この発明の特徴は、ノズルボディ内にニードル弁が摺動自在に内装された燃料噴射弁において、ニードル弁の閉弁動作時に、該ニードル弁を軸芯周りに回転させることにより、ニードル弁やノズルボディの潤滑不良や偏摩耗を抑制しつつ、ニードル弁の弁体と弁座の同芯度を高める点にある。
【０００７】
詳細には、本発明にかかる燃料噴射弁は、先端部に複数の噴孔及び弁座が形成されたノズルボディと、ノズルボディに摺動自在に内装され前記弁座と接離することにより前記噴孔を開閉するニードル弁とを備えた燃料噴射弁であって、ニードル弁の外周面に設けられニードル弁が閉弁動作する際にノズルボディ内の燃料圧を受けてニードル弁を軸芯周りに回転させる回転力付与部を備えるようにしている。
【０００８】
このように構成された燃料噴射弁では、ニードル弁が閉弁動作する際に回転力付与部が
ニードル弁を軸芯周りに回転させることになる。ノズルボディ内でニードル弁が軸芯周りに回転すると、該ニードル弁をノズルボディの軸芯へ向かわせる向心力が働くため、弁座に対するニードル弁の同芯度が高められる。
【０００９】
更に、ニードル弁と弁座の軸芯が一致しない状態でニードル弁が弁座に着座しようとしても、ニードル弁の回転力に対して弁座からニードル弁へ作用する抗力がニードル弁を弁座の軸芯へ向かわせる力として働くため、ニードル弁と弁座の軸芯ずれが速やかに解消される。
【００１０】
このようにニードル弁の着座時において弁座とニードル弁の同芯度が高められると、複数の噴孔を均等に閉弁することが可能となる。その結果、噴孔毎に噴霧量や噴霧タイミング等が異なることを抑制することが可能になる。
【００１１】
また、ニードル弁が軸芯周りに回転すると、ニードル弁の外周面が均等に潤滑されるようになるため、ニードル弁とノズルボディの摺動抵抗を低減させることが可能となる。特に、ニードル弁とノズルボディが偏当たりを生じている場合には、偏当たりする部位の潤滑が改善されることによって摺動抵抗の増加や偏摩耗の発生を抑制することが可能となる。その結果、ニードル弁がノズルボディ内を円滑且つ速やかに摺動することが可能となり、燃料噴射弁の開閉タイミングを適正に制御することが容易となる。
【００１２】
本発明にかかる回転力付与部としては、ニードル弁の外周面に設けられた複数の傾斜溝や翼状羽根等を例示することができる。尚、前記した傾斜溝は、直線状の溝であってもよく、或いは翼状羽根型の溝であってもよい。これらの構成によれば、ニードル弁の加工のみで実現できるため、燃料噴射弁の設計自由度の低下を抑えることが可能となる。
【００１３】
本発明において、回転力付与部を設ける部位としては、ニードル弁の先端から基端へ向かう方向において投影断面積が大きくなる部位を例示することができる。詳細には、ニードル弁の先端側から基端側へ向かって軸径が大きくなる段部や該段部から径大軸部へ跨る部位を例示することができる。
【００１４】
ニードル弁の先端から基端へ向かう方向において投影断面積が大きくなる部位は、ニードル弁が閉弁する際に燃料圧を受け易い。このため、上記した部位に回転力付与部が設けられると、回転力付与部が燃料圧を受け易くなる。その結果、ニードル弁が閉弁動作する際に回転力付与部がニードル弁を回転させ易くなる。
【００１５】
また、上記したような段部に回転力付与部が設けられれば、回転力付与部の追加によるニードル弁の最大軸径の増加を最小限に抑えることができ、燃料噴射弁の設計自由度の低下を抑制し易いという利点もある。
【００１６】
尚、通常の燃料噴射弁では、ニードル弁の基端が該ニードル弁を閉弁方向へ付勢する付勢部材と当接している。本発明では、ニードル弁の基端の形状を部分球面形状とすることにより、ニードル弁が回転する際の前記付勢部材と基端との摩擦抵抗を小さくするようにしてもよい。この場合、ニードル弁が回転し易くなるため、ニードル弁と弁座の芯ずれを一層解消し易くなる。更に、燃料圧が比較的低い状況下にあってもニードル弁と弁座の芯ずれを解消させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる燃料噴射弁によれば、ニードル弁と弁座の潤滑状態を改善しつつ同芯度を高めることができるため、ニードル弁やノズルボディの偏摩耗を抑制しつつ、複数の噴孔から均等に燃料を噴射することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明にかかる燃料噴射弁の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用する燃料噴射弁の概略構成を示す断面図である。図１に示す燃料噴射弁１は、内燃機関の気筒内へ高圧な燃料を直接噴射する燃料噴射弁である。
【００１９】
燃料噴射弁１は、シリンダ２０が形成されたノズルボディ２と、シリンダ２０内を軸方向に往復摺動可能なニードル弁３とを備えている。
【００２０】
シリンダ２０の先端（図１における下端）には、円錐状の弁座２１が形成されている。前記弁座２１には、複数の噴孔２２が形成されている。
【００２１】
ニードル弁３は、前記シリンダ２０より径小な外径を有する弁軸３０を具備している。弁軸３０の先端（図１における下端）には、前記弁座２１と同様に円錐状に形成された弁体３１が形成されている。
【００２２】
前記弁軸３０の中間には、該弁軸３０の外径より径大且つ前記シリンダ２０の内径とより若干径小（数ミクロン程度）な外径を有する径大軸部３２が配置されている。弁軸３０の基端３３（図１における上端）は半球状に形成され、リテーナ４を介してスプリング５と当接している。スプリング５は、本発明にかかる付勢部材の一実施態様であり、ニードル弁３を閉弁方向（図１における下方）へ付勢する。
【００２３】
弁軸３０と径大軸部３２との二つの段部のうち、弁軸３０の先端側に位置する段部３４から径大軸部３２に跨る外周面には、弁軸３０の軸線に対して同一方向の傾斜角を有する複数の傾斜溝３５が形成されている。本実施例の傾斜溝３５は、図２の（ａ）に示すように段部３４の外周面から径大軸部３２の外周面にかけて翼状羽根型の切り込み加工を施して構成されている。
【００２４】
尚、図２の（ａ）では、段部３４から径大軸部３２へ跨る外周面の２箇所に翼状羽根型の傾斜溝３５が設けられているが、図２の（ｂ）に示すように段部３４から径大軸部３２へ跨る外周面の３箇所に翼状羽根型の傾斜溝３５が設けられるようにしてもよく、或いは４箇所以上に翼状羽根型の傾斜溝３５が設けられるようにしてもよい。
【００２５】
また、径大軸部３２より先端側の弁軸３０とシリンダ２０の間隙には、燃料溜まり６が形成されている。径大軸部３２より基端側の弁軸３０とシリンダ２０の間隙には、制御室７が形成されている。ノズルボディ２には、前記燃料溜まり６及び前記制御室７へ高圧燃料を供給するための燃料供給路２３が形成されている。
【００２６】
このように構成された燃料噴射弁１では、図示しない燃料噴射ポンプから燃料供給路２３を介して燃料溜まり６と制御室７へ高圧な燃料が供給されるため、燃料溜まり６の燃料圧と制御室７の燃料圧が均等になる。この場合、スプリング５の付勢力がニードル弁３を閉弁方向へ押圧するように働くため、弁体３１が弁座２１に着座した状態（すなわち、閉弁状態）となる。
【００２７】
一方、制御室７の圧力が図示しない減圧機構によって減圧させられると、燃料溜まり６の燃料圧は、制御室７の燃料圧とスプリング５の付勢力の総和より高くなる。この場合、燃料溜まり６の燃料圧がニードル弁３の弁体３１及び段部３４に対して該ニードル弁３を開弁方向へ押圧するように作用するため、ニードル弁３が開弁方向へ変位する。その結果、弁体３１が弁座２１から離座した状態（すなわち、開弁状態）となる。
【００２８】
その後、制御室７の減圧が停止されると、燃料供給路２３から制御室７へ供給される高圧燃料によって制御室７の燃料圧が燃料溜まり６の燃料圧と同等まで復帰する。その結果、ニードル弁３はスプリング５の付勢力を受けて閉弁位置へ戻る。
【００２９】
ところで、上記したような燃料噴射弁１では、ニードル弁３の円滑な摺動を実現するために径大軸部３２とシリンダ２０との間に数ミクロンの間隙が設けられている。このため、ニードル弁３がシリンダ２０内を摺動する時に、ニードル弁３が径方向へ振動する場合がある。この振動の発生要因としては、燃料溜まり６内の燃料圧が不均一になる、或いはニードル弁３やシリンダ２０の製造公差等が考えれる。
【００３０】
ニードル弁３がシリンダ２０内を摺動する時に径方向へ振動すると、弁体３１が弁座２１に着座する際に、図３に示すように、弁体３１の軸芯Ｃｖと弁座２１の軸芯Ｃｓとが一致しなくなる可能性がある。この場合、先ず弁体３１の一部が弁座２１に着座する。その後、弁体３１が弁座２１上を摺動して、弁体３１の全体が弁座２１に着座する。
【００３１】
図３に示すように、弁体３１の一部のみが弁座２１と着座した時には、複数の噴孔２２のうちの一部が閉じられ、残りの噴孔２２が開かれた状態となる。その結果、各噴孔２２の噴霧が不均一となり、内燃機関の燃焼状態の悪化や排気エミッションの悪化等を招く可能性がある。
【００３２】
また、上記したような軸芯のずれが発生すると、径大軸部３２とシリンダ２０との偏当たりや弁体３１と弁座２１の偏当たりが生じ、偏当たりする部位の潤滑が不十分となる可能性がある。この場合、ニードル弁３とノズルボディ２の摺動抵抗が増加し、偏摩耗を誘発する可能性がある。
【００３３】
これに対し、本実施例の燃料噴射弁１では、ニードル弁３の段部３４から径大軸部３２に跨って翼状羽根型の傾斜溝３５が設けられているため、ニードル弁３が閉弁方向へ移動する際に燃料溜まり６の燃料圧が傾斜溝３５に作用してニードル弁３を軸芯周りに回転させる。
【００３４】
詳細には、ニードル弁３が閉弁方向へ変位する際に、ニードル弁３の段部３４から燃料溜まり６内の燃料に対して該燃料を径方向へ押し広げようとする力が働くとともに、この力に抗する反力が燃料溜まり６内の燃料からニードル弁３の段部３４へ作用する。段部３４へ作用した反力は、傾斜溝３５によってニードル弁３を軸芯周りへ回転させる力に変換させられる。その結果、ニードル弁３は、図４中の矢印で示すように軸芯周りに回転しながら閉弁方向へ移動する。
【００３５】
ニードル弁３が軸芯周りに回転しながら閉弁動作すると、該ニードル弁３をシリンダ２０の軸芯へ向かわせる向心力が働く。そして、ニードル弁３と弁座２１の軸芯がずれた状態でニードル弁３が弁座２１に着座しようとすると、ニードル弁３の回転力に対して弁座２１からニードル弁３へ作用する抗力がニードル弁３を弁座２１の軸芯へ向かわせる力として働くため、ニードル弁３と弁座２１の軸芯ずれが速やかに解消される。
【００３６】
このようにニードル弁３の着座時において弁座２１とニードル弁３の同芯度が高められると、複数の噴孔２２を略同時期に閉弁することが可能となる。その結果、噴孔２２毎に噴霧量や噴霧タイミング等が異なることを抑制することが可能になる。
【００３７】
また、ニードル弁３が軸芯周りに回転すると、ニードル弁３の外周面が均等に潤滑されるため、ニードル弁３とシリンダ２０の摺動抵抗を低減させることが可能となる。特に、
ニードル弁３とシリンダ２０が偏当たりを生じている場合には、偏当たりする部位の潤滑が改善されるため、摺動抵抗の増加や偏摩耗の発生を抑制することが可能となる。
【００３８】
ニードル弁３とシリンダ２０の摺動抵抗が低減されると、ニードル弁３が円滑且つ速やかに開閉動作可能となるため、燃料噴射タイミングを制御し易くなるという効果を得ることも可能となる。さらに、ニードル弁３の閉弁動作が遅れた場合は燃料溜まり６の燃料圧力に対して内燃機関の気筒内の燃焼圧力が高くなり、噴孔２２から燃焼ガスが逆流する可能性があるが、本実施例のように閉弁動作が速やかに行われれば気筒内の燃焼圧力が燃料溜まり６の燃料圧力より高くなる前に閉弁動作を完了することが可能となる。
【００３９】
更に、ニードル弁３の基端３３が半球状に形成されているため、リテーナ４に対してニードル弁３が回転し易い。その結果、燃料溜まり６の燃料圧が比較的低い状況下であってもニードル弁３を軸芯周りに回転させることが可能となり、調芯作用を得易い。
【００４０】
以上述べた実施例によれば、ニードル弁３とノズルボディ２の潤滑状態を改善しつつ双方の同芯度を高めることが可能となる。その結果、ニードル弁３とノズルボディ２の偏摩耗を抑制しつつ、複数の噴孔２２の燃料噴射量や燃料噴射タイミングを均等にすることが可能となる。
【００４１】
前述した実施例では、本発明にかかる回転力付与部として、段部３４の外周面から径大軸部３２の外周面に跨って設けられた複数の翼状羽根型の傾斜溝３５を例に挙げたが、回転力付与部の構成はこれに限られるものではない。例えば、回転力付与部は、図５に示すように、段部３４の外周面から径大軸部３２の外周面にかけて直線状に切り込み加工された複数の傾斜溝３６であってもよい。このように構成された傾斜溝３６は、翼状羽根型の傾斜溝３５に対して切り込み加工が容易であるという利点がある。
【００４２】
また、本発明にかかる回転力付与部としては、図６に示すように、ニードル弁３の段部３４に翼状羽根３７を複数突設して構成されるようにしてもよい。その際、翼状羽根３７を含む段部３４の最大径Ｒ１が径大軸部３２の径Ｒ２より小さくなるようにすることが好ましい。これは、翼状羽根３７を含む段部３４の径が径大軸部３２より大きくなると、シリンダ２０の形状が複雑となり、燃料噴射弁１の設計自由度が低下するからである。尚、上記した複数の翼状羽根３７は、段部３４の外周面と同形状の内周面を有するリング部材に固定し、該リング部材を前記段部３４へ嵌め込むようにしてもよい。また、翼状羽根３７は、段部３４近傍の弁軸３０の外周面に突設されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明にかかる燃料噴射弁の実施形態を示す断面図
【図２】傾斜溝の構成を示す図
【図３】弁体と弁座の軸芯がずれた状態で弁体が着座する様子を示す図
【図４】ニードル弁の閉弁動作を示す図
【図５】回転力付与部の他の実施例を示す図（１）
【図６】回転力付与部の他の実施例を示す図（２）
【符号の説明】
【００４４】
１・・・・・燃料噴射弁
２・・・・・ノズルボディ
３・・・・・ニードル弁
２１・・・・弁座
３１・・・・弁体
３３・・・・基端
３４・・・・段部
３５・・・・傾斜溝（回転力付与部）
３６・・・・傾斜溝（回転力付与部）
３７・・・・翼状羽根（回転力付与部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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