(57)【要約】【課題】キャビテーションの発生により微粒化した燃料を噴射することが可能な燃料噴射弁を提供すること。【解決手段】本発明は、燃料を噴射するための複数の噴孔２６を有するノズルボディ１０と、ノズルボディ１０の中心軸ＡＸ方向に上下動可能にノズルボディ１０に収容され、ノズルボディ１０のシート面２０に着座およびシート面２０から離座するニードル１２と、ニードル１２の外壁１６に中心軸ＡＸ方向に対して傾斜して設けられた、燃料に旋廻流を発生させる旋廻流発生部２８と、ノズルボディ１０内に設けられた、ニードル１２が挿通する環状部３０と、を備え、環状部３０の内壁３３とニードル１２の外壁１６との間には間隙３５が形成されている燃料噴射弁１００である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射するための複数の噴孔を有するノズルボディと、
前記ノズルボディの軸方向に上下動可能に前記ノズルボディに収容され、前記ノズルボディのシート面に着座および前記第シート面から離座するニードルと、
前記ニードルの外壁に前記軸方向に対して傾斜して設けられた、前記燃料に旋廻流を発生させる旋廻流発生部と、
前記ノズルボディ内に設けられた、前記ニードルが挿通する環状部と、を備え、
前記環状部の内壁と前記ニードルの外壁との間には間隙が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記環状部の内径は、前記ノズルボディの基端側から前記ノズルボディの先端側に向かい徐々に拡大することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記環状部に対向する領域の前記ニードルの直径は、前記ノズルボディの基端側から前記ノズルボディの先端側に向かい徐々に縮径することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記環状部は複数設けられていて、前記ノズルボディの先端側に設けられた前記環状部の内壁と前記ニードルの外壁との間の間隙は、前記ノズルボディの基端側に設けられた前記環状部の内壁と前記ニードルの外壁との間の間隙に比べて大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
燃料を噴射するための複数の噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディの軸方向に上下動可能に前記ノズルボディに収容され、前記ノズルボディのシート面に着座および前記シート面から離座するニードルと、を備えた燃料噴射弁であって、
前記ニードルが前記ノズルボディの前記シート面から離座して前記燃料噴射弁が開弁した状態において、前記ニードルには、前記燃料の旋廻流に起因した第１の力と、前記ニードルの偏心による前記燃料の圧力分布に起因した第２の力と、が作用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、燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における燃料噴射弁として、ノズルボディ先端に袋状のサック部を設け、このサック部に噴孔を設けたサック型と称される燃料噴射弁と、ニードルがノズルボディに着座したときに、ノズルボディに設けられた噴孔を閉じるように形成されたＶＣＯ（Valve Covered Orifice）型と称される燃料噴射弁が知られている。
【０００３】
噴孔から噴射される燃料は微粒化されていることが好ましいことから、噴射燃料の微粒化に向けた様々な開発がなされている。例えば、サック部とサック部に設けられたスリット噴孔とを連通するバイパス通路を所定の位置に設け、バイパス通路の開閉を制御することによりキャビテーションを発生させて、噴射燃料の微粒化を促進する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２８５５０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、特許文献１による噴射燃料の微粒化方法によれば、サック部とサック部に設けられたスリット噴孔とを連通するバイパス通路を設けている。このバイパス通路の加工において、位置ずれ等が生じ得るため、狙い通りのキャビテーションが得られない恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、キャビテーションの発生により微粒化した燃料を噴射することが可能な燃料噴射弁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】
【０００７】
上記目的は、燃料を噴射するための複数の噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディの軸方向に上下動可能に前記ノズルボディに収容され、前記ノズルボディのシート面に着座および前記第シート面から離座するニードルと、前記ニードルの外壁に前記軸方向に対して傾斜して設けられた、前記燃料に旋廻流を発生させる旋廻流発生部と、前記ノズルボディ内に設けられた、前記ニードルが挿通する環状部と、を備え、前記環状部の内壁と前記ニードルの外壁との間には間隙が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁によって達成できる。これによれば、複数の噴孔夫々の燃料流入口近傍で順次キャビテーションを発生させることができ、複数の噴孔から順次微粒化した燃料を噴射させることができる。
【０００８】
上記構成において、前記環状部の内径は、前記ノズルボディの基端側から前記ノズルボディの先端側に向かい徐々に拡大する構成とすることができる。この構成によれば、ニードルをノズルボディの方向に偏心され易くできる。
【０００９】
上記構成において、前記環状部に対向する領域の前記ニードルの直径は、前記ノズルボディの基端側から前記ノズルボディの先端側に向かい徐々に縮径する構成とすることができる。この構成によれば、ニードルをノズルボディの方向に偏心され易くできる。
【００１０】
上記構成において、前記環状部は複数設けられていて、前記ノズルボディの先端側に設けられた前記環状部の内壁と前記ニードルの外壁との間の間隙は、前記ノズルボディの基端側に設けられた前記環状部の内壁と前記ニードルの外壁との間の間隙に比べて大きい構成とすることができる。この構成によれば、ニードルをノズルボディの方向に偏心され易くできる。
【００１１】
上記目的は、燃料を噴射するための複数の噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディの軸方向に上下動可能に前記ノズルボディに収容され、前記ノズルボディのシート面に着座および前記シート面から離座するニードルと、を備えた燃料噴射弁であって、前記ニードルが前記ノズルボディの前記シート面から離座して前記燃料噴射弁が開弁した状態において、前記ニードルには、前記燃料の旋廻流に起因した第１の力と、前記ニードルの偏心による前記燃料の圧力分布に起因した第２の力と、が作用することを特徴とする燃料噴射弁によって達成できる。これによれば、複数の噴孔夫々の燃料流入口近傍で順次キャビテーションを発生させることができ、複数の噴孔から順次微粒化した燃料を噴射させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の噴孔夫々の燃料流入口近傍で順次キャビテーションを発生させることができ、複数の噴孔から順次微粒化した燃料を噴射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）は、実施例１に係る燃料噴射弁の縦断面模式図であり、図１（ｂ）は、噴孔を横断した部分の横断面模式図である。
【図２】図２は、実施例１に係る燃料噴射弁の動作を説明するフローチャートである。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、実施例１に係る燃料噴射弁の動作過程における縦断面模式図であり、図３（ｃ）から図３（ｅ）は、噴孔を横断した部分の横断面模式図である。
【図４】図４は、実施例１の変形例１に係る燃料噴射弁の縦断面模式図である。
【図５】図５は、実施例１の変形例２に係る燃料噴射弁の縦断面模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１（ａ）は、実施例１に係る燃料噴射弁の縦断面模式図であり、図１（ｂ）は、噴孔を横断した部分の横断面模式図である。図１（ａ）および図１（ｂ）のように、実施例１に係る燃料噴射弁１００は、内部に空洞を有する円筒形状のノズルボディ１０と、ノズルボディ１０内に収容され、ノズルボディ１０の中心軸ＡＸ方向へ上下動可能に配置されたニードル１２と、ニードル１２の外壁に中心軸ＡＸ方向に対して傾斜して設けられた旋廻流発生部２８と、ノズルボディ１０内に設けられ、前記ニードル１２が挿通する環状部３０と、を含む。
【００１６】
ノズルボディ１０の内側の面（以下、内壁１４と称す）は、上側（以下、基端側と称す）が円筒形状の内壁１４Ａで、下側（以下、先端側と称す）が円錐形状の内壁１４Ｂとなっている。ノズルボディ１０の内壁１４とニードル１２の外側の面（以下、外壁１６と称す）との間には燃料供給路１８が形成されている。燃料供給路１８は、コモンレールから供給される燃料の通路となる。
【００１７】
ニードル１２が下降したときに、ニードル１２はノズルボディ１０の内壁１４Ｂの一部に着座して停止する。この位置がニードル１２の下限位置である。ニードル１２が着座するノズルボディ１０の内壁１４Ｂの一部をシート面２０と称し、シート面２０に着座するニードル１２の一部をシート部２２と称す。即ち、ニードル１２のシート部２２がノズルボディ１０のシート面２０に着座することで、燃料噴射弁１００は閉弁状態になる。図１（ａ）および図１（ｂ）は、この閉弁状態を示している。ニードル１２のシート部２２からニードル１２の先端部３２に向かうに連れて、ニードル１２とノズルボディ１０との間隔２３は徐々に大きくなっている。
【００１８】
ノズルボディ１０には燃料を噴射する噴孔２６が中心軸ＡＸを中心として放射状に複数形成されている。実施例１においては、噴孔２６が中心軸ＡＸに対して対称となる位置に合計４つ形成されている場合を例に示しているがこれに限られるわけではない。しかしながら、後述するニードル１２の先端部３２の偏心が行われ易くなるために、噴孔２６は中心軸ＡＸに対して対称に設けられている場合が好ましい。噴孔２６は、シート面２０直ぐ下の内壁１４Ｂに設けられている。即ち、実施例１に係る燃料噴射弁１００は、ＶＣＯ型の燃料噴射弁である。
【００１９】
ニードル１２の外壁１６には、中心軸ＡＸに対して傾斜した溝である旋廻流発生部２８が設けられている。旋廻流発生部２８は、ニードル１２の周りを燃料が旋廻する旋廻流を発生させるために設けられている。旋廻流発生部２８は、シート部２２よりも基端側に設けられている。旋廻流発生部２８の個数は１つである場合でも、２つ以上である場合でもよいが、２つ以上である場合は、後述するニードル１２の先端部３２の偏心が行われ易くなるために、ニードル１２の中心軸ＢＸに対して非対称に設けられていることが好ましい。
【００２０】
ノズルボディ１０内には、ニードル１２が挿通する、リング形状をした環状部３０が設けられている。環状部３０の内壁３３はテーパ形状をしていて、環状部３０の内径３１は、基端側から先端側に向かい徐々に大きくなっている。つまり、環状部３０の内壁３３とニードル１２の外壁１６との間には間隙３５は、基端側から先端側に向かい徐々に広がっている。
【００２１】
燃料噴射弁１００が閉弁状態にある場合は、ニードル１２のシート部２２がノズルボディ１０のシート面２０に着座しているため、ノズルボディ１０の中心軸ＡＸとニードル１２の中心軸ＢＸとが重なり、ニードル１２はノズルボディ１０の中央に位置している。
【００２２】
次に、図２から図３（ｅ）を用いて、実施例１に係る燃料噴射弁１００の動作について説明する。図２は、燃料噴射弁１００の動作を説明するフローチャートである。図３（ａ）および図３（ｂ）は、燃料噴射弁１００の動作過程における縦断面模式図である。図３（ｃ）から図３（ｅ）は、燃料噴射弁１００の動作過程における噴孔を横断した部分の横断面模式図である。
【００２３】
図２のように、ニードル１２の駆動信号をＯＮすることで、ニードル１２を基端側に一定量上昇させる（ステップＳ１０）。これにより、ニードル１２のシート部２２はノズルボディ１０のシート面２０から離座して、燃料噴射弁１００は開弁状態となり、噴孔２６から燃料が噴射される。
【００２４】
燃料は燃料供給路１８を基端側から先端側に向かって流れる。ここで、ニードル１２の外壁１６には、ノズルボディ１０の中心軸ＡＸに対して傾斜した旋廻流発生部２８が設けられている。燃料供給路１８を基端側から先端側に向かって流れてきた燃料の一部は、旋廻流発生部２８に衝突する。これにより、ニードル１２の周りを旋廻する燃料の旋廻流が発生する。このため、ニードル１２には、燃料の旋廻流に起因した力Ｆ１が作用する（ステップＳ１２）。ニードル１２を基端側に上昇させる場合、ニードル１２の中心軸ＢＸをノズルボディ１０の中心軸ＡＸに一致させつつ上昇させることは難しく、ニードル１２の中心軸ＢＸはノズルボディ１０の中心軸ＡＸに対して若干傾いてしまう。このため、ニードル１２に力Ｆ１が作用することで、ニードル１２の先端部３２は、ノズルボディ１０の内壁１４Ｂ方向に偏心する（ステップＳ１４）。図３（ａ）および図３（ｃ）は、ニードル１２の先端部３２が、ノズルボディ１０の内壁１４Ｂに設けられた噴孔２６方向に偏心している状態を示している。
【００２５】
また、燃料の旋廻流が旋廻流発生部２８に衝突することにより、ニードル１２の先端部３２がノズルボディ１０の内壁１４Ｂ方向に向かう力も生じ得る。この力によっても、ニードル１２の先端部３２が、ノズルボディ１０の内壁１４Ｂ方向に偏心されやすくなる。また、環状部３０はテーパ形状をしていて、内径３１は、基端側から先端側に向かい徐々に広がっている。これによっても、ニードル１２の先端部３２は、ノズルボディ１０の内壁１４Ｂ方向に偏心され易くなる。なお、環状部３０のテーパ角度を適切に設定し、ニードル１２の先端部３２がノズルボディ１０の内壁１４Ｂ方向に偏心した状態になっても、ニードル１２とノズルボディ１０とが接触しないようにする。
【００２６】
図３（ａ）および図３（ｃ）のように、ニードル１２の先端部３２がノズルボディ１０の噴孔２６方向に偏心することで、ニードル１２のシート部２２近傍における燃料供給路１８が狭くなる。これにより、シート部２２近傍の燃料供給路１８を流れる燃料の流速は速まる。噴孔２６の燃料流入口（内側の開口）３４近傍における燃料供給路１８は、シート部２２近傍における燃料供給路１８よりも広いため、噴孔２６の燃料流入口３４近傍でキャビテーションが発生する（ステップＳ１６）。これにより、噴孔２６から噴射される燃料を微粒化することができる。
【００２７】
ニードル１２の先端部３２がノズルボディ１０の噴孔２６方向に偏心した領域３６では、燃料供給路１８が狭まるため、領域３６近傍の噴孔２６から噴射される燃料の量は少ない。一方、ニードル１２を挟んで領域３６に反対側の領域３８では、燃料供給路１８は広いため、領域３８近傍の噴孔２６からは多量の燃料が噴射される。このように、ニードル１２の先端部３２の偏心により、ニードル１２周囲の燃料に圧力分布が生じ、この燃料の圧力分布に起因した力Ｆ２がニードル１２に作用することになる（ステップＳ１８）。力Ｆ２は、ニードル１２の外周部から中心部に向かう力となる。
【００２８】
ニードル１２に、力Ｆ１と力Ｆ２とが作用することで、ニードル１２の先端部３２の偏心は、隣の噴孔２６に移る（ステップＳ２０）。図３（ｄ）は、ニードル１２の先端部３２が隣の噴孔２６方向に偏心した状態を示していて、図３（ｂ）および図３（ｅ）は、ニードル１２の先端部３２がさらに隣の噴孔２６方向に偏心した状態を示している。このように、ニードル１２の先端部３２の偏心が、順次隣の噴孔２６に移ることで、各噴孔２６の燃料流入口３４近傍で順次キャビテーションが発生する（ステップＳ２２）。これにより、各噴孔２６から順次微粒化した燃料が噴射される。
【００２９】
このように、実施例１に係る燃料噴射弁１００によれば、図１（ａ）および図１（ｂ）で説明したように、複数の噴孔２６を有するノズルボディ１０内に上下動可能にニードル１２が収容され、ニードル１２の外壁１６には、ノズルボディ１０の中心軸ＡＸ方向に対して傾斜した旋廻流発生部２８が設けられている。旋廻流発生部２８は、燃料供給路１８の燃料に対してニードル１２の周りを旋廻する旋廻流を発生させる。そして、ノズルボディ１０内には、ニードル１２が挿通する環状部３０が設けられていて、環状部３０の内壁３３とニードル１２の外壁１６との間には間隙３５が形成されている。
【００３０】
このような構成の燃料噴射弁１００によれば、燃料噴射弁１００が開弁状態になると、図２から図３（ｅ）で説明したように、ニードル１２には、燃料の旋廻流に起因した力Ｆ１と、ニードル１２の偏心による燃料の圧力分布に起因した力Ｆ２と、が作用する。これにより、ニードル１２は、ノズルボディ１０に設けられた複数の噴孔２６夫々の方向に順次偏心することになる。よって、複数の噴孔２６夫々の燃料流入口３４近傍で順次キャビテーションを発生させることができ、複数の噴孔２６から順次微粒化した燃料を噴射させることができる。また、特許文献１のように、バイパス通路の加工などを行っていないため、安定したキャビテーションの発生が可能であり、信頼性の高い燃料噴射弁が得られる。
【００３１】
また、環状部３０の内径３１が、基端側から先端側に向かい徐々に拡大することで、ニードル１２の先端部３２がノズルボディ１０の内壁１４Ｂ方向に偏心され易くなる。
【００３２】
実施例１において、旋廻流発生部２８は溝である場合を例に示したが、例えば突起部であってもよい。即ち、旋廻流発生部２８は、燃料に旋廻流を発生させる機能を有すればどのような形状をしていてもよい。
【００３３】
図４は実施例１の変形例１に係る燃料噴射弁２００の縦断面模式図である。図４のように、環状部３０の内壁３３はテーパ形状ではなく、中心軸ＡＸに平行な形状をしている。一方、環状部３０に対向する領域のニードル１２の形状はテーパ形状をしていて、ニードル１２の直径１３が基端側から先端側に向かい徐々に小さくなっている。その他の構成については、図１（ａ）に示した実施例１と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００３４】
実施例１の変形例１のように、環状部３０に対向する領域のニードル１２の直径１３を基端側から先端側に向かい徐々に縮径することによっても、実施例１と同様に、ニードル１２の先端部３２がノズルボディ１０の内壁１４Ｂ方向に偏心され易くなる。
【００３５】
なお、実施例１の変形例１において、環状部３０の内壁３３を、実施例１と同様なテーパ形状としてもよい。
【００３６】
図５は実施例１の変形例２に係る燃料噴射弁３００の縦断面模式図である。図５のように、環状部３０は、基端側の第１環状部３０ａと先端側の第２環状部３０ｂとから構成されている。第１環状部３０ａの内壁３３ａと第２環状部３０ｂの内壁３３ｂとは共にテーパ形状ではなく、中心軸ＡＸに平行な形状をしている。先端側に設けられた第２環状部３０ｂの内壁３３ｂとニードル１２の外壁１６との間の間隙３５ｂは、基端側に設けられた第１環状部３０ａの内壁３３ａとニードル１２の外壁１６との間の間隙３５ａに比べて大きい。
【００３７】
実施例１の変形例２のように、環状部３０が複数設けられていて、先端側に設けられた環状部３０の内壁３３とニードル１２の外壁１６との間の間隙を、基端側に設けられた環状部３０の内壁３３とニードル１２の外壁１６との間の間隙に比べて大きくすることでも、実施例１と同様に、ニードル１２の先端部３２がノズルボディ１０の内壁１４Ｂ方向に偏心され易くなる。
【００３８】
なお、実施例１の変形例２において、環状部３０は２個以上、例えば３個、や４個設けられている場合でもよい。また、環状部３０の内壁３３を実施例１と同様にテーパ形状にする場合、および／または、ニードル１２を実施例２と同様にテーパ形状とする場合でもよい。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ノズルボディ
１２  ニードル
１３  ニードルの直径
１４  ノズルボディの内壁
１６  ニードルの外壁
１８  燃料供給路
２０  シート面
２２  シート部
２６  噴孔
２８  旋廻流発生部
３０  環状部
３１  環状部の内径
３２  ニードルの先端部
３３  環状部の内壁
３４  燃料流入口
３５  間隙
１００  燃料噴射弁
２００  燃料噴射弁
３００  燃料噴射弁
【図１】
2011202582.tif 000003
【図２】
2011202582.tif 000004
【図３】
2011202582.tif 000005
【図４】
2011202582.tif 000006
【図５】
2011202582.tif 000007