(57)【要約】      （修正有）【課題】機関が低負荷の場合に噴霧の微粒化を促進し、機関が中高負荷の場合に噴射量を確保し、強いペネトレーションの噴霧を形成する燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料噴射弁１は、先端に噴孔２１が形成された中空円筒状のノズルボディ２と、ノズルボディ２内に配置されたニードル弁３と、大通路４１、５１、及び小径路４２、５２、５３が形成されたリング状部材４、５と、リング状部材４、５に形成された通路をバイパスする第１溝３１、第２溝３２、第３溝３３と、を備えている。これにより、機関が低負荷の場合、噴霧の微粒化を促進することができ、機関が中高負荷の場合、噴射量を確保し、強いペネトレーションで燃料を噴射できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に噴孔が形成された中空円筒状のノズルボディと、
当該ノズルボディ内に配置されたニードル弁と、
前記ノズルボディ内に設けられたキャビテーション発生通路と、
前記キャビテーション発生通路をバイパスするバイパス通路と、
を備え、
前記ニードルの上昇量が小さい場合、燃料が前記キャビテーション発生通路へ流入し、前記ニードルの上昇量が大きい場合、燃料が前記バイパス通路に流入することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記キャビテーション発生通路は、通路面積の狭い小通路と、前記小通路よりも燃料の流れ方向の下流側に連通された通路面積の広い大通路とを含むことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料噴射弁において、
前記ノズルボディ内に嵌装され、内側を前記ニードル弁が摺動するリング状部材を備え、
前記キャビテーション発生通路は、前記リング状部材内に形成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の燃料噴射弁において、
前記キャビテーション発生通路は、前記ニードル弁の着座部より上流側に配置されたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の燃料噴射弁において、
前記バイパス通路は、前記ニードル弁に形成されたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項５記載の燃料噴射弁において、
前記バイパス通路の上流側開口部は、前記ニードルの上昇量が小さい場合に前記リング状部材により閉塞され、前記ニードルの上昇量が大きい場合に開放されることを特徴とした燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関が備える燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、燃料噴射弁から噴射される燃料は、空気と混合されて混合気となり、点火、着火されて燃焼する。噴射された燃料は、粒子が微細化されるほど空気と混合しやすく、空気とよく混合するほど燃焼効率が向上する。このため、従来から噴射燃料の微粒化を促進する改良が行われてきた。燃料の微粒化を促進する方法として、燃料噴射弁内で燃料にキャビテーションを発生させるものがある。このようなキャビテーションを発生させる燃料噴射弁を改良したものが特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１の燃料噴射弁は、燃料が通過する通路と容積部とを設け、通路で生じたキャビテーション気泡を容積部において燃料と均一に混合し噴射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０９２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなキャビテーションを発生させる従来の燃料噴射弁では、燃料は常にキャビテーションを発生させる通路を通過するため、噴霧は常に微粒化される。ところが、内燃機関が中負荷、高負荷で運転されるような場合では、燃料が広域に拡散するように、強いペネトレーションの噴霧が求められる。上記の燃料噴射弁からの噴霧は、噴射弁の内部でキャビテーションを発生させることによりペネトレーションが低下してしまうため、内燃機関が中負荷、高負荷で運転される場合に適切な噴霧を噴射できず、スモーク悪化や出力不足となることが考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は、機関が低負荷の場合に噴霧の微粒化を促進し、機関が中高負荷の場合に噴射量を確保し、強いペネトレーションの噴霧を形成する燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決する本発明の燃料噴射弁は、先端に噴孔が形成された中空円筒状のノズルボディと、当該ノズルボディ内に配置されたニードル弁と、前記ノズルボディ内に設けられたキャビテーション発生通路と、前記キャビテーション発生通路をバイパスするバイパス通路と、を備え、前記ニードルの上昇量が小さい場合、燃料が前記キャビテーション発生通路へ流入し、前記ニードルの上昇量が大きい場合、燃料が前記バイパス通路に流入することを特徴とする燃料噴射弁。
【０００８】
このような構成によると、上記の燃料噴射弁は、ニードルの上昇量が小さい機関の低負荷運転時にキャビテーション発生通路へ燃料を供給して、噴霧の微粒化を促進する。また、ニードルの上昇量が大きい機関の中負荷、高負荷運転時にバイパス通路へ燃料を供給することにより、噴射燃料量を確保し、噴霧のペネトレーションを強化できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃料噴射弁は、機関が低負荷の場合、噴霧の微粒化を促進することができ、機関が中高負荷の場合、噴射量を確保し、強いペネトレーションで燃料を噴射できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料噴射弁を断面にして示した説明図であって、（ａ）はリフト上昇量が小さい場合を示し、図１（ｂ）はリフト上昇量が大きい場合を示している。
【図２】リング状部材を拡大して示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の燃料噴射弁１を断面にして示した説明図である。図１（ａ）はリフト上昇量が小さい場合を示し、図１（ｂ）はリフト上昇量が大きい場合を示している。図２はリング状部材４、５を拡大して示した説明図である。
【００１３】
燃料噴射弁１は、例えば、先端をディーゼルエンジンの気筒に向けて設置され、気筒内へ向けて燃料を噴射するものである。また、燃料噴射弁１はガソリンエンジンの気筒内に向けて取り付けることができるし、ガソリンエンジンの場合、さらに、吸気ポートに取り付けることもできる。
【００１４】
燃料噴射弁１は、先端側に噴孔２１が形成された中空円筒状のノズルボディ２と、ノズルボディ２内に配置され、噴孔２１より基端側でノズルボディ２のシート部２２に着座するニードル弁３と、ノズルボディ２内に嵌装され、内側をニードル弁３が摺動するように構成されたリング状部材４、５を備えている。
【００１５】
ノズルボディ２の内部にはコモンレール（図示しない）から供給される燃料を噴孔２１へと送る燃料通路２３、２４が形成されている。
【００１６】
ニードル弁３はアクチュエータ（図示しない）により動作し、燃料噴射弁１の軸方向に摺動する。ニードル弁３の外周には、燃料が流通可能な第１溝３１、第２溝３２、第３溝３３が形成されている。第１溝３１、第２溝３２はニードル弁３の軸まわりを周回するように形成されており、第１溝３１は第２溝３２よりも基端側に形成されている。第３溝３３は第１溝３１と第２溝３２とを接続するように形成されている。これらの第１溝３１、第２溝３２、第３溝３３の流路の断面積は、後述するリング状部材４、５内に形成された通路の断面積と比較して十分に広い。また、ニードル弁３がシート部２２に着座している場合、すなわち、燃料噴射弁１が閉弁状態にあるとき、第１溝３１がリング状部材４の内側壁と対向することにより、第１溝３１は閉塞されている。一方、ニードル弁３がシート部２２に着座している場合、第２溝３２はリング状部材５よりも先端側で燃料通路２４に開口している。
【００１７】
リング状部材４、５は、シート部２２より上流側でノズルボディ２内に配置されて、燃料通路２３と燃料通路２４とを区分けしている。リング状部材４の内部には、通路面積の広い大通路４１と通路面積の狭い小通路４２が形成されている。大通路４１は小通路４２よりも燃料の流れ方向の下流側に形成されている。同様に、リング状部材５の内部にも通路面積の広い大通路５１と通路面積の狭い小通路５２、５３が形成されている。大通路５１は小通路５２よりも燃料の流れ方向の下流側に形成されている。このようなリング状部材４、５内に形成された大通路４１、５１内と小通路４２、５２、５３内を燃料が通過することにより、キャビテーションが発生し、燃料の微粒化が促進される。
【００１８】
上記、燃料噴射弁１は、従来の燃料噴射弁のノズルボディ内にリング状部材４、５を装着し、ニードル弁に溝３１、３２、３３を形成することで構成できる。このため、既存の部品を利用でき、製造コストを低減できる。さらに、キャビテーションを発生させるリング状部材４、５がシート部２２よりも上流側にあり、噴孔から距離があるため、エンジンの燃焼室で発生する燃えカスがキャビテーションを発生させる通路へ混入することが防がれる。
【００１９】
次に燃料噴射弁１内の燃料の流れについて説明する。始めに、エンジンが低負荷で運転される場合について説明する。エンジンが低負荷で運転される場合には、燃料の噴射量が少ないため、燃料噴射弁１のニードル弁３のリフト上昇量が小さい。すなわち、ニードル弁３の開弁時の状態は、図１（ａ）で示すような状態となる。ニードル弁３のリフト上昇量が小さい時、ニードル弁３に形成された第１溝３１がリング状部材４の内側壁と対向して閉塞されているため、燃料通路２３から第１溝３１へ燃料が流入しない。この場合、燃料はリング状部材４、５に形成された小通路４２、大通路４１、小通路５２、大通路５１、小通路５３を順に通過して、リング状部材５よりも先端側の燃料通路２４へ到達する。燃料が大通路４１、５１と小通路４２、５２、５３を通過する際に、キャビテーションが発生して、混合されるため、微粒化の促進された燃料が燃料通路２４へ到達する。このため、噴孔２１からは、微粒化の促進された燃料が噴射される。微粒化が促進されたことにより、空気との混合が促進されるとともに、噴霧のペネトレーションが低下し、燃料が気筒の壁面へ付着することが抑制される。これにより、未燃燃料の排出、スモーク悪化を低減できる。
【００２０】
次に、エンジンが中負荷、高負荷で運転される場合について説明する。エンジンが中負荷、高負荷で運転される場合には、燃料の噴射量が多くなるため、燃料噴射弁１のニードル弁３のリフト上昇量が大きくなる。すなわち、ニードル弁３の開弁時の状態は、図１（ｂ）で示すような状態となる。ニードル弁３のリフト上昇量が大きい時、第１溝３１がリング状部材４よりも基端側となり燃料通路２３に開口する。これにより、燃料通路２３内の燃料は第１溝３１へ流れ込む。また、リフト上昇量が大きくなっても、第２溝３２はリング状部材５よりも先端側に位置する。第１溝３１に流入した燃料は第３溝３３、第２溝３２を経由して、燃料通路２４へ到達する。第１溝３１、第２溝３２、第３溝３３は、リング状部材４、５に形成された通路４１、４２、５１、５２、５３と比較して流路の断面積が広いため、噴孔２１より噴射される燃料のほぼ全てが第１溝３１、第２溝３２、第３溝３３を流れる。すなわち、エンジンが中負荷、高負荷で運転される場合に燃料がキャビテーションの発生する通路をバイパスする。さらに、第１溝３１、第２溝３２、第３溝３３の流路が広いため、噴孔２１へ十分な燃料を供給することができる。
【００２１】
燃料噴射弁内でキャビテーションを発生させるためには流路を狭くする必要があり、噴射できる燃料量が制限されていた。特に、ディーゼル機関では燃料を吹ききる噴射時間により出力が制約され、一定期間に、より多くの燃料を噴射するには流路面積を広くする必要があった。従って、従来ではキャビテーションを発生させる機構を備えることにより、出力向上が制限されていた。しかし、本実施例の燃料噴射弁１では、出力を得るような運転状態、すなわち、中負荷、高負荷の運転状態では、キャビテーションの発生通路をバイパスして多くの燃料を供給することができるため、噴孔から噴射する燃料量を確保することができ、一定期間に噴射する燃料量が多くなる。これにより、エンジンが大きな出力を得ることができる。また、キャビテーションによる混合が少ないため、強いペネトレーションの噴霧を噴射することができる。これにより、広域に燃料を拡散できるため、より多くの空気と燃料とを混合して利用できるため、エンジンの出力を向上できる。
【００２２】
上記のように、燃料噴射弁１は、エンジンが低負荷で運転される場合に、キャビテーションの発生する通路へ燃料を供給して、噴霧の微粒化を促進する。また、エンジンが中負荷、高負荷で運転される場合、キャビテーションを発生する通路をバイパスして燃料を供給することにより、噴射燃料量の確保や噴霧のペネトレーションの強化ができる。
【００２３】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【００２４】
例えば、リング状部材４、５を１つの部品としてもよいし、反対に３つ以上の部品としてもよい。また、ニードル弁３に設けた溝に代えて、ニードル弁３内を貫通する孔を形成してもよい。このような孔を形成する場合も、孔の断面積はリング状部材の通路４１、４２、５１、５２、５３の断面積よりも広くするとともに、ニードル弁３のリフト上昇量が小さいときに孔への燃料の流入が遮断され、ニードル弁３のリフト上昇量が大きいときに孔へ燃料が流入する構成とする。さらに、ニードル弁３に設けた溝に代えて、大通路４１、５１、小通路４２、５２、５３をバイパスする通路をリング状部材４、５に設ける構成としてもよい。リング状部材４、５にバイパス通路を設ける構成の場合にもバイバス通路の断面積はリング状部材の通路４１、４２、５１、５２、５３の断面積よりも広くするとともに、ニードル弁３のリフト上昇量が小さいときにバイバス通路がニードル弁３に設けられたつばにより閉塞されて燃料の流入が遮断され、ニードル弁３のリフト上昇量が大きいときにバイパス通路へ燃料が流入する構成とする。
【符号の説明】
【００２５】
１  燃料噴射弁
２  ノズルボディ
２１  噴孔
２２  シート部
２３、２４  燃料通路
３  ニードル弁
３１  第１溝
３２  第２溝
３３  第３溝
４、５  リング状部材
４１、５１  大通路
４２、５２、５３  小通路
【図１】
2011179445.tif 000003
【図２】
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