(57)【要約】【課題】燃料の小量噴射時に低貫徹力の噴霧を安定的に実現することを課題とする。【解決手段】燃料噴射弁は、曲面形状の底部を有するサック室を先端部に備えるとともに、前記サック室内において前記底部よりも基端側に入口開口を備えた複数の噴孔を備えたノズルボディを備える。また、このノズルボディ内に摺動自在に配置され、ノズルボディとの間にサック室へ通じる燃料導入路を形成するニードルを備える。そして、サック室の底部の曲面形状に対応した底面形状を有するとともに、ニードルと対向する頂面に噴孔の配列と異なる配列とされた凹部を備え、燃料導入路からサック室内に流入した燃料が前記頂面に衝突することによって揺動するように底部内に収納された揺動子を備える。揺動子は、揺動することによって噴孔の入口開口の一部を塞ぎ、噴孔に流入する燃料にキャビテーションを発生させる。【選択図】図１
2011236833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面形状の底部を有するサック室を先端部に備えるとともに、前記サック室内において前記底部よりも基端側に入口開口を備えた複数の噴孔を備えたノズルボディと、
前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に前記サック室へ通じる燃料導入路を形成するニードルと、
前記底部の曲面形状に対応した底面形状を有するとともに、前記ニードルと対向する頂面に前記噴孔の配列と異なる配列とされた凹部を備え、前記燃料導入路から前記サック室内に流入した燃料が前記頂面に衝突することによって揺動するように前記底部内に収納された揺動子と、
を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記凹部は、前記ノズルボディの半径方向に延びることを特徴とした請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記凹部の数は、前記噴孔の数と異なることを特徴とした請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記凹部の外周側縁部に、壁部が備えられたことを特徴とする請求項１乃至
３のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガス成分の改善や、内燃機関の運転状態に適した燃料噴射を実現すべく、種々の燃料噴射弁が提案されている。例えば、特許文献１には、燃料の噴射圧に応じて噴孔面積を変更することができる燃料噴射装置が開示されている。具体的に、特許文献１に開示された燃料噴射装置は、ノズルボデーの先端部に設けられた凹部内に弾性体と可動弁とを備えている。弾性体に支持された可動弁は、燃圧が低いときに噴孔の一部を塞ぎ、噴孔面積を縮小する。そして、燃圧が高くなると、可動弁は、燃圧によって弾性体を圧縮して先端側に押し下げられ、噴孔を開放して広い噴孔面積を確保する。このようにして、噴射量の調整が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料の壁面付着を抑制するなどの要請を満たすため、燃料の小量噴射時に燃料の貫徹力を低く抑えたい場合がある。貫徹力を低く抑えるために、噴孔の一部を閉塞して噴孔面積を縮小し、噴孔入口でキャビテーションを発生させることが有効であると考えられる。噴孔の一部を閉塞する手段として、前記特許文献１に開示された燃料噴射装置を応用することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に開示された燃料噴射装置においては、燃圧が可動弁の移動、ひいては、噴孔面積の変化に直接的に影響を与える。このため、小量噴射時の低貫徹力を安定的に実現するために、改善の余地を残していた。
【０００６】
そこで、本明細書開示の燃料噴射弁は、燃料の小量噴射時に低貫徹力の噴霧を安定的に実現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ために、本明細書開示の燃料噴射弁は、曲面形状の底部を有するサック室を先端部に備えるとともに、前記サック室内において前記底部よりも基端側に入口開口を備えた複数の噴孔を備えたノズルボディと、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置され、前記ノズルボディとの間に前記サック室へ通じる燃料導入路を形成するニードルと、前記底部の曲面形状に対応した底面形状を有するとともに、前記ニードルと対向する頂面に前記噴孔の配列と異なる配列とされた凹部を備え、前記燃料導入路から前記サック室内に流入した燃料が前記頂面に衝突することによって揺動するように前記底部内に収納された揺動子と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
ニードルが低リフト状態のとき、ノズルボディのシート位置と、ニードルのシート部との間隔は狭く、燃料導入路から噴孔へ向かう燃料の流速は、当該箇所において高まる。このように流速が高まった燃料は、揺動子に向かって流れ、揺動子に衝突する。燃料が衝突した揺動子は、揺動を開始する。揺動子は、ニードルと対向する頂面に噴孔の配列と異なる配列とされた凹部を備えているため、継続的に揺動することができる。揺動する揺動子は、噴孔の入口開口の一部を塞ぐ。揺動子の外周縁部を乗り越えて噴孔内に流入する燃料は、噴孔の入口開口近傍でキャビテーションを発生させる。これにより、ニードルが低リフト状態となる小量噴射時に、燃料の低ペネトレーション化と、燃料噴霧の微粒化が促進される。揺動子は、揺動しつつ、回転することもできるので、複数の噴孔は、順次、入口開口の一部が揺動子によって塞がれ、キャビテーションを発生させることができる。
【０００９】
一方、ニードルが高リフト状態のとき、ノズルボディのシート位置と、ニードルのシート部との間隔は広がる。すなわち、当該箇所における絞り効果は、低減する。このため、噴孔の入口開口の手前、すなわち、サック室内の圧力は、均一に近づく。そして、サック室において、揺動子に向かう強い燃料の流れは抑制され、揺動子の揺動は、停止する。この結果、全ての噴孔が揺動子に塞がれることがなく、燃料の噴射が行われる。
【００１０】
前記凹部は、前記ノズルボディの半径方向に延びる形状とすることができる。燃料導入路からサック室内に流入した燃料が半径方向に延びる凹部に沿って流れることにより、揺動子を速やか、かつ、円滑に揺動させることができる。
【００１１】
前記凹部の数は、前記噴孔の数と異ならせることができる。揺動子は、継続的に揺動することが望ましい。噴孔の数と、凹部の数とが一致している場合、凹部を通過して噴孔に流入する燃料が揺動子に与える力がバランスし、揺動子の動きが停止してしまうことが考えられる。そこで、噴孔の数と凹部の数とを異ならせることにより、継続的に揺動子を揺動させることができる。
【００１２】
なお、凹部は、頂面に均一に配置させることが望ましい。凹部が偏って配置されていると、燃料が揺動子に与える力が一部に偏って作用し、揺動子の動きが止まってしまうおそれがある。そこで、頂面に凹部が均一に配置されることにより継続的な揺動子の動きの実現が容易となる。
【００１３】
前記燃料噴射弁は、前記凹部の外周側縁部に、壁部が備えられた構成とすることができる。凹部の位置と噴孔の位置とが重なったときに、揺動子による噴孔の閉塞を行い易くするためである。これにより、凹部の位置と噴孔の位置とが重なったときに、壁部が噴孔の一部を閉塞し、燃料が壁部を乗り越えて噴孔内に流入することにより、キャビテーションを発生させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書開示の燃料噴射弁によれば、燃料の小量噴射時に低貫徹力の噴霧を安定的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施例の燃料噴射弁の先端部を示す説明図である。
【図２】図２は、燃料噴射弁を図１におけるＡ−Ａ線で断面とした説明図である。
【図３】図３は、揺動子の斜視図である。
【図４】図４は、ニードルが低リフト状態のときに、揺動子が揺動し、燃料が噴射される様子を示す説明図である。
【図５】図５は、ニードルが高リフト状態のときに燃料が噴射される様子を示す説明図である。
【図６】図６は、揺動子の他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されている場合もある。
【実施例】
【００１７】
図１は、実施例の燃料噴射弁１００の先端部を示す説明図である。図１は、図２におけるＢ−Ｂ線に対応する位置で断面とした状態を示している。図中、Ｘで示した部分は、拡大して示されている。図２は、燃料噴射弁を図１におけるＡ−Ａ線で断面とした説明図である。図３は、揺動子１０６の斜視図である。
【００１８】
燃料噴射弁１００は、ノズルボディ１０１を備える。ノズルボディ１０１は、曲面形状の底部１０２ａを有するサック室１０２を先端部に備える。また、ノズルボディ１０１は、サック室１０２内において底部１０２ａよりも基端側に入口開口１０３ａを備えた噴孔１０３を備えている。噴孔１０３は、６０°毎の等間隔に６個設けられている。
【００１９】
燃料噴射弁１００は、ノズルボディ１０１内に摺動自在に配置され、ノズルボディ１０１との間にサック室１０２へ通じる燃料導入路１０５を形成するニードル１０４を備えている。ニードル１０４は、ノズルボディ１０１のシート位置１０１ａに着座するシート部１０４ａを備えている。
【００２０】
燃料噴射弁１００は、サック室１０２の底部１０２ａに収容された揺動子１０６を備えている。この揺動子１０６の底面１０６ａは、サック室１０２の底部１０２ａの曲面形状に対応した底面形状を有している。すなわち、底面１０６ａは、底部１０２ａで滑動可能な形状を有している。また、揺動子１０６は、ニードル１０４と対向する頂面１０６ｂに噴孔１０３の配列と異なる配列とされた凹部１０６ｃを備えている。揺動子１０６は、燃料導入路１０５からサック室１０２内へ流入した燃料が頂面１０６ｂに衝突することによって揺動するように底部１０２ａ内に収容されている。
【００２１】
凹部１０６ｃは、凸部１０６ｄと交互に等間隔で７個設けられている。これは、噴孔の数が６個であることを考慮し、噴孔の数と異なる個数としたものである。具体的には、噴孔数＋１としたものである。なお、凹部の数は、噴孔数と異なっていればよく、例えば、噴孔数＋２としたり、噴孔数＋３としたりすることもできる。また、噴孔数−１とすることもできる。また、噴孔の数と凹部の数とが、互いに素となる関係を満たしていることがより望ましい。このような関係を備えていることにより、噴孔の位置と凹部の位置とが一致し、揺動子の動きが停止することを回避することができる。
【００２２】
凹部１０６ｃは、ノズルボディ１０１の半径方向に延びている。また、凹部１０６ｃの外周側縁部に、壁部１０６ｃ１が備えられている。
【００２３】
以上のような燃料噴射弁１００の動作につき、図４、図５を参照しつつ説明する。
【００２４】
まず、図４を参照して、パイロット噴射時のようなニードル１０４が低リフト状態の場合について説明する。ニードル１０４が低リフト状態のときは、小量噴射時であり、低貫徹力噴霧が求められる。ニードル１０４が低リフト状態であるとき、ニードル１０４とノズルボディ１０１との間隔は狭い。すなわち、ニードル１０４とノズルボディ１０１との間では絞り効果が発揮される。絞り効果は、噴孔１０３においても認められるが、ニードル１０４とノズルボディ１０１との間における絞り効果の方が顕著なものとなる。このため、図中、矢示１１０で示すような燃料導入路１０５から噴孔１０３へ向かう燃料の流速は、高まる。そして、流速が高まった燃料は、揺動子１０６に向かって流れ、揺動子１０６に衝突する。ここで、揺動子１０６に衝突するタイミングは、凹部１０６ｃと凸部１０６ｄとで異なる。すなわち、ニードル１０４がリフトを開始した後、燃料は揺動子１０６に不均一に衝突する。この結果、揺動子１０６は揺動を開始する。一旦、振動子１０６の揺動が開始されると、頂面１０６ｂへ燃料の不均一な衝突、噴孔１０３からの燃料の噴射に起因して、振動子１０６は継続的に揺動する。
【００２５】
振動子１０６は、揺動することにより、各噴孔１０３の入口開口１０３ａの一部を順次閉塞する。入口開口１０３ａの一部が閉塞されると、揺動子１０６の外周縁部を乗り越えて噴孔１０３内に流入する燃料は、噴孔１０３の入口開口１０３ａ近傍で順次キャビテーションｃを発生させる。揺動子１０６は、揺動しつつ、回転することもできるので、複数の噴孔１０３は、順次、入口開口１０３ａの一部が揺動子によって塞がれ、キャビテーションｃを発生させることができる。これにより、ニードル１０４が低リフト状態となる小量噴射時に、燃料の低ペネトレーション化と、燃料噴霧の微粒化が促進される。なお、凹部１０６ｃの位置と噴孔１０３の位置とが一致した場合であっても、燃料は、壁部１０６ｃ１を乗り越えて噴孔１０３内へ流入し、キャビテーションｃを発生させることができる。
【００２６】
このように、燃料噴射弁１００は、揺動子１０６を揺動させることによってキャビテーションｃを発生させるが、揺動子１０６は、燃圧の変化に作用されることなく揺動することができる。従って、燃圧にかかわらず、低貫徹力、高微粒化の噴霧を実現することができる。
【００２７】
つぎに、図５を参照して、ニードル１０４が高リフト状態のときの、燃料の噴射について説明する。ニードル１０４が高リフトのときは、大量噴射時が求められ、高貫徹力噴霧となることが許容される。
【００２８】
ニードル１０４が高リフト状態のとき、ノズルボディ１０１と、ニードル１０４との間隔は広がる。すなわち、当該箇所における絞り効果は、低減する。このため、噴孔１０３の入口開口１０３ａの手前、すなわち、サック室１０２内の圧力は、均一に近づく。このため、サック室１０２において、図中、矢示１１１で示すような燃料導入路１０５から噴孔１０３へ向かう燃料の流れは、抑制される。この結果、揺動子１０６の揺動は、停止する。そして、全ての噴孔が揺動子１０６に塞がれることがなく、大量の燃料の噴射が行われる。
【００２９】
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、更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。上記のような燃料噴射弁は、主としてディーゼルエンジンのような筒内噴射を行う内燃機関に用いられるが、これに限られず、ポートに燃料を噴射する内燃機関に用いることもできる。また、点火プラグを用いた点火式の内燃機関、圧縮着火式の内燃機関に用いることができる。
【００３０】
また、揺動子の形状は、種々、変更することができる。例えば、図６に示す揺動子２０６のように、中心部に凹部１０６ｃと連続する半球状の凹部２０６ｅを備えた形状であってもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１００…燃料噴射弁
１０１…ノズルボディ
１０１ａ…シート位置
１０２…サック室
１０２ａ…底部
１０３…噴孔
１０３ａ…入口開口
１０４…ニードル
１０４ａ…シート部
１０５…燃料導入路
１０６、２０６…揺動子
１０６ａ…底面
１０６ｂ…頂面
１０６ｃ…凹部
１０６ｃ１…壁部
１０６ｄ…凸部
２０６ｅ…凹部
【図１】
2011236833.tif 000003
【図２】
2011236833.tif 000004
【図３】
2011236833.tif 000005
【図４】
2011236833.tif 000006
【図５】
2011236833.tif 000007
【図６】
2011236833.tif 000008