(57)【要約】【課題】キャビテーションの生成を制御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、先端部に噴孔４を有するノズルボディ２と、ノズルボディ２の先端部に設けられ、噴孔４の入口が開口するサック部６と、ノズルボディ２内に摺動自在に配置され、閉弁時においてノズルボディ２の着座位置７に着座するシート部１２を有するアウターニードル８と、前記アウターニードル８の内側に配置されたインナーニードル１０と、を具備し、インナーニードル１０は、インナーニードル１０がノズルボディ２の着座位置９に着座している場合、サック部６内に突出する先端部１４を有し、インナーニードル１０の先端部１４は、ノズルボディ２とアウターニードル８との間に形成される燃料溜り室２２とサック部６の内部とを連通する溝３２を有する燃料噴射弁である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に噴孔を有するノズルボディと、
前記ノズルボディの先端部に設けられ、前記噴孔の入口が開口するサック部と、
前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、閉弁時において前記ノズルボディの第１の着座位置に着座するシート部を有する第１ニードルと、
前記第１ニードルの内側に配置された第２ニードルと、を具備し、
前記第２ニードルは、前記第２ニードルが前記ノズルボディの第２の着座位置に着座している場合、前記サック部内に突出する先端部を有し、
前記第２ニードルの先端部は、前記ノズルボディと前記第１ニードルとの間に形成される燃料溜り室と前記サック部の内部とを連通する溝を有することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記溝の断面積は、前記噴孔の断面積より小さく、
前記第２ニードルが所定量リフトした状態では、前記第２ニードルの先端部と前記ノズルボディの先端部における内壁との間の断面積は、前記噴孔の断面積より大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁には、噴霧の貫徹力の調整や、燃料の微粒化が要求されている。例えば特許文献１には、バイパス通路を開閉させることにより、燃料にキャビテーションを発生させる技術が開示されている。特許文献２には、ノズルボディに設けられたサック部へのニードルの突出量を制御することで、サック部内の燃料の流れを変えて、キャビテーションの発生を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２８５５０号公報
【特許文献２】特開２００９−２７５６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料噴射弁からの噴霧のペネトレーションが大きいと、オイル希釈や、未燃ガスが発生する場合がある。このため低負荷運転時には、キャビテーションを発生させて低ペネトレーションの噴霧とすることが要求される。その一方で、高負荷運転時には、燃料と空気との混合促進のため、高ペネトレーションの噴霧が要求される。従来の燃料噴射弁では、キャビテーションの生成の制御を十分に行えないことがあった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、キャビテーションの生成を制御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】
【０００６】
本発明は、先端部に噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディの先端部に設けられ、前記噴孔の入口が開口するサック部と、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、閉弁時において前記ノズルボディの第１の着座位置に着座するシート部を有する第１ニードルと、前記第１ニードルの内側に配置された第２ニードルと、を具備し、前記第２ニードルは、前記第２ニードルが前記ノズルボディの第２の着座位置に着座している場合、前記サック部内に突出する先端部を有し、前記第２ニードルの先端部は、前記ノズルボディと前記第１ニードルとの間に形成される燃料溜り室と前記サック部の内部とを連通する溝を有する燃料噴射弁である。本発明によれば、第２ニードルのリフト量を制御することで、キャビテーションの生成を制御することが可能となる。
【０００７】
上記構成において、前記溝の断面積は、前記噴孔の断面積より小さく、前記第２ニードルが所定量リフトした状態では、前記第２ニードルの先端部と前記ノズルボディの先端部における内壁との間の断面積は、前記噴孔の断面積より大きい構成とすることができる。この構成によれば、第２ニードルのリフト量を制御することで、キャビテーションの生成を制御することが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、キャビテーションの生成を制御することが可能な燃料噴射弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、噴孔とキャビテーションとの関係を例示する模式図である。
【図２】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実施例１に係る燃料噴射弁を例示する断面図である。
【図３】図３はインナーニードルの先端部を例示する断面図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は実施例１に係る燃料噴射弁の先端部を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
初めに、キャビテーションが生成される原理、及びキャビテーションの生成に伴う問題について説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、噴孔とキャビテーションとの関係を例示する模式図である。図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は正面図である。
【００１２】
図１（ａ）に矢印で示すように、燃料は燃料噴射弁のノズルボディ２に形成された噴孔４から噴射される。このとき、噴孔４の入口で燃料が剥離される。剥離された燃料は、内壁付近において空気を包み込む。これによりキャビテーションが生成される。
【００１３】
図１（ｂ）に示すように、キャビテーションは噴孔４の周辺部に形成されるが、噴孔４の中央部には形成されにくい。これは、噴孔４の中央部においては、燃料の剥離が起こりにくいことによる。
【００１４】
キャビテーションが少ない場合、燃料の噴霧のペネトレーションは大きくなる。この場合、燃料がボア壁面に付着し、オイル希釈やＨＣ（炭化水素）等の未燃ガスが発生することがあった。また、近年の低圧縮比化による燃焼室の低下や小ボア化により、燃料の付着量は増大する場合がある。特に、低負荷運転時やポスト噴射時には、低ペネトレーションの噴霧が要求されている。低ペネトレーションの噴霧のためには、キャビテーションの生成を促進させることが有用である。キャビテーションの生成が不十分である場合、低ペネトレーションの噴霧を行うことは困難になる。その一方で、高負荷運転時には、空気と燃料との混合促進のため、高ペネトレーションの噴霧が要求されている。高ペネトレーションの噴霧のためには、キャビテーションの生成を抑制することが有用である。
【００１５】
次に、実施例１に係る燃料噴射弁の構成について説明する。  図２（ａ）及び図２（ｂ）は、実施例１に係る燃料噴射弁を例示する断面図である。図２（ａ）は後述するインナーニードル１０がリフトしていない場合、図２（ｂ）はインナーニードル１０がリフトしている場合を示す。
【００１６】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、実施例１に係る燃料噴射弁は、ノズルボディ２、アウターニードル８（第１ニードル）、インナーニードル１０（第２ニードル）、スプリングを備える。
【００１７】
ノズルボディ２には、基端側から順に、制御室２０、燃料溜り室２２、及びサック部６が形成されている。ノズルボディ２の先端には噴孔４が形成されている。噴孔４の入口はサック部６に開口している。サック部６の基端側は開放されている。制御室２０にはスプリング２８が、燃料溜り室２２にはスプリング３０が、それぞれ配置されている。燃料溜り室２２には、燃料通路２４から燃料が導かれる。
【００１８】
アウターニードル８は、ノズルボディ２内に摺動自在に配置されている。アウターニードル８が備える鍔部１６は制御室２０に配置され、スプリング２８に当接する。アウターニードル８は、燃料溜り室２２内の燃料から、基端側に付勢する圧力を受ける。またアウターニードル８は、制御室２０内の燃料、及び鍔部１６を押圧するスプリング２８から、先端側に付勢する力を受ける。
【００１９】
閉弁方向の力（制御室２０内の燃料に起因する力及びスプリング２８の力）が開弁方向の力（燃料溜り室２２の燃料に起因する力）を上回っている場合、先端部に設けられたシート部１２はノズルボディ２の着座位置７（第１の着座位置）に着座する。つまり、シート部１２により燃料溜り室２２と噴孔４とは隔離され、燃料噴射弁は閉弁する。開弁方向の力が閉弁方向の力を上回っている場合、シート部１２は着座位置７から離座し、燃料溜り室２２から先端側へと燃料が導かれる。つまり燃料噴射弁は開弁する。
【００２０】
インナーニードル１０は、アウターニードル８の内側に、アウターニードル８の軸方向に摺動自在に配置されている。言い換えれば、インナーニードル１０はアウターニードル８を貫通して配置されている。またインナーニードル１０は、アウターニードル８とは分離している。つまり、アウターニードル８とインナーニードル１０とは、互いに独立してリフトすることができる。インナーニードル１０が備える鍔部１８は、制御室２０に配置され、スプリング３０に当接する。インナーニードル１０は、燃料溜り室２２から先端部に導かれた燃料により、基端側に付勢する圧力を受ける。またインナーニードル１０は、鍔部１８を押圧するスプリング３０から先端側に付勢する力を受ける。閉弁方向の力（スプリング３０の力）が開弁方向の力（燃料に起因する力）を上回っている場合、インナーニードル１０の先端部１４に設けられたシート部１３は、ノズルボディ２の着座位置９（第２の着座位置）に着座する。また、先端部１４には、燃料溜り室２２とサック部６とを連通するような複数の溝３２が設けられている。噴孔４及び溝３２は、断面が例えば円形であるとする。
【００２１】
インナーニードル１０について、さらに詳細に説明する。図３はインナーニードル１０の先端部１４を例示する断面図である。なお図３はインナーニードル１０がリフトしていない状態を図示しており、前述の図２（ａ）及び後述する図４（ａ）と同じ状態である。
【００２２】
図３に示すように、噴孔４の直径をｄ１、断面積をＳ１とする。溝３２の直径をｄ２、断面積をＳ２とする。噴孔４の個数をｎ１、溝３２の本数をｎ２とする。また複数の噴孔４の断面積をＳ３（Ｓ１の合計）、複数の溝３２の断面積をＳ４（Ｓ２の合計）とする。Ｓ４はＳ３より小さい。言い換えれば、溝３２の断面積は、噴孔４の断面積より小さい。なお、Ｓ１からＳ４の各々は、次の（１）式から（４）式の各々により計算される。
Ｓ１＝π×（ｄ１／２）２・・・（１）
Ｓ２＝π×（ｄ２／２）２・・・（２）
Ｓ３＝Ｓ１×ｎ１・・・・・・・（３）
Ｓ４＝Ｓ２×ｎ２・・・・・・・（４）
【００２３】
次にインナーニードル１０がリフトしている場合、及びリフトしていない場合について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は燃料噴射弁の先端部を例示する断面図である。図４（ａ）はインナーニードル１０がリフトしてない場合、図４（ｂ）はインナーニードル１０がリフトしている場合、をそれぞれ図示している。
【００２４】
図４（ａ）に示すように、閉弁方向の力が開弁方向の力を上回っている場合、インナーニードル１０はリフトせず、先端部１４に設けられたシート部１３は、ノズルボディ２の着座位置９に着座する。先端部１４はサック部６内に突出する。このとき、サック部６と燃料溜り室２２との間の燃料通路２６は溝３２と一致し、最も小さく絞られた状態となる。つまり、複数の溝３２の各々は複数の燃料通路２６の各々に対応する。複数の燃料通路２６の断面積Ｓ５は溝３２の断面積Ｓ４と等しくなる。
【００２５】
図４（ａ）の状態では、燃料が溝３２を通過してサック部６へと流入し、噴孔４に到達する。複数の溝３２の断面積Ｓ４は、複数の噴孔４の断面積Ｓ３よりも小さいため、溝３２において燃料の剥離が生じやすくなる。燃料の剥離により、キャビテーションの生成が促進される。この結果、キャビテーションを多く含んだ燃料がサック部６内に溜り、噴孔４から噴射される。
【００２６】
図４（ｂ）に示すように、開弁方向の力が閉弁方向の力を上回っている場合、インナーニードル１０はリフトし、シート部１３は着座位置９から離座する。インナーニードル１０が所定量リフトした状態では、インナーニードル１０の先端部１４とノズルボディ２の先端部における内壁との距離ｄ３は、溝３２の直径ｄ２よりも大きくなる。つまり、燃料通路２６は、溝３２を含み、かつインナーニードル１０の先端部１４を囲むような燃料通路となる。この場合の燃料通路２６の断面積Ｓ５は、溝３２の断面積Ｓ２よりも大きくなる。
【００２７】
図４（ｂ）の状態では、燃料通路２６の断面積Ｓ５は、噴孔４の断面積の合計Ｓ３よりも大きいため、燃料の剥離が生じにくい。このため、キャビテーションの生成が抑制される。この結果、キャビテーションの少ない燃料がサック部６内に溜り、噴孔４から噴射される。
【００２８】
実施例１によれば、インナーニードル１０がリフトしていない場合、溝３２においてキャビテーションの生成が促進される。この場合、サック部６内の燃料はキャビテーションを多く含むため、噴霧は低ペネトレーションの噴霧となる。これに対し、インナーニードル１０が所定量リフトした場合、溝３２におけるキャビテーションの生成が抑制される。この場合、サック部６内の燃料にはキャビテーションが少ないため、噴霧は高ペネトレーションの噴霧となる。すなわち、実施例１によれば、インナーニードル１０のリフト量を制御することで、キャビテーションの生成を制御し、さらに噴霧のペネトレーションを制御することが可能となる。
【００２９】
これにより、例えば低負荷運転時には、リフト量を小さくし、キャビテーションの生成を促進して、低ペネトレーションの噴霧とすることができる。また、例えば高負荷運転時には、リフト量を大きくし、キャビテーションの生成を抑制して、高ペネトレーションの噴霧とすることができる。つまり、車両の運転状態に応じて、噴霧のペネトレーションの制御をすることができる。
【００３０】
インナーニードル１０がリフトした場合でも、図４（ｂ）のようにリフト量が所定量となるまでは、インナーニードル１０とノズルボディ２の内壁との距離が小さいため、キャビテーション生成が促進される。また、燃料噴射弁の開閉はアウターニードル８のリフトにより行う。すなわち、噴射の有無はアウターニードル８のリフト、キャビテーションの生成はインナーニードル１０のリフトにより、互いに独立して制御することができる。
【００３１】
溝３２は複数でもよいし、１つでもよい。この場合、溝３２の断面積Ｓ２は、噴孔４の断面積Ｓ１より小さければ、キャビテーションの生成は促進される。ただし、燃料の噴射量を多くするためには、溝３２は複数であることが好ましい。溝３２を小さくすることでキャビテーションの生成を促進し、かつ溝３２を複数とすることで燃料の噴射量も確保することができる。なお、噴孔４及び溝３２は、断面が円形であるとして説明したが、構成はこれに限定されず、例えば断面が楕円形等であってもよい。
【００３２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例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】
【００３３】
ノズルボディ                    ２
噴孔                            ４
サック部                        ６
着座位置                        ７，９
アウターニードル                ８
インナーニードル                １０
シート部                        １２，１３
先端部                          １４
鍔部                            １６，１８
制御室                          ２０
燃料溜り室                      ２２
燃料通路                        ２４，２６
スプリング                      ２８，３０
溝                              ３２
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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