(57)【要約】【課題】燃料噴射弁から噴射される燃料のキャビテーションの発生を制御することを課題とする。【解決手段】燃料噴射弁１は噴孔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内で摺動可能に配置され、ノズルボディ２との間に燃料が通過する燃料通路４を形成するニードル弁３と、燃料通路４内の圧力に基づいて、燃料通路４の絞り４１を調整する可動片５と、を備える。この上記構成により、燃料噴射弁１は、燃料のキャビテーションの発生を制御し、噴霧のペネトレーションの強さを調整する。【選択図】図１
2011220133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔が形成された中空円筒状のノズルボディと、
前記ノズルボディ内で摺動可能に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料が通過する燃料通路を形成するニードル弁と、
前記燃料通路内の圧力に基づいて、前記燃料通路の絞りを調整する絞り調整手段と、
を備えた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、
前記絞り調整手段は、前記燃料通路内の燃料が高圧である場合、前記絞りを拡大し、前記燃料通路内の燃料が低圧である場合、前記絞りを縮小することを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料噴射弁において、
前記絞り調整手段は、前記ニードル弁に保持され、前記燃料通路へ突出して絞りを形成する可動片を備え、
前記可動片は、前記燃料通路内の燃料圧が上昇する場合、前記ニードル弁に没入することを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項１または２記載の燃料噴射弁において、
前記絞り調整手段は、前記ノズルボディに保持され、前記燃料通路へ突出して絞りを形成する可動片を備え、
前記可動片は、前記燃料通路内の燃料圧が上昇する場合、前記ノズルボディに没入す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、噴孔の流入開口における辺縁の曲率半径を小さくして噴孔に流入する燃料の流れ方向を急峻に変えてキャビテーションを発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１４９２５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噴霧に強いペネトレーションが求められる。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、燃料噴射弁から噴射される燃料のキャビテーションの発生を制御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、噴孔が形成された中空円筒状のノズルボディと、前記ノズルボディ内で摺動可能に配置され、前記ノズルボディとの間に燃料が通過する燃料通路を形成するニードル弁と、前記燃料通路内の圧力に基づいて、前記燃料通路の絞りを調整する絞り調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
燃料通路に形成された絞りを燃料が通過することにより、キャビテーションが発生する。上記の構成とすることにより、絞りを縮小することにより、キャビテーションの発生を促進し、絞りを拡大することにより、キャビテーションの発生を抑制することができる。このようにキャビテーションの発生を調整し、噴霧のペネトレーションの強さを調整できる。
【０００９】
上記の燃料噴射弁において、前記絞り調整手段は、前記燃料通路内の燃料が高圧である場合、前記絞りを拡大し、前記燃料通路内の燃料が低圧である場合、前記絞りを縮小することができる。このような構成とすることにより、高圧噴射時に燃料のキャビテーション発生を抑制し、低圧噴射時に燃料のキャビテーション発生を促進することができる。
【００１０】
上記の燃料噴射弁において、前記絞り調整手段は、前記ニードル弁に保持され、前記燃料通路へ突出して絞りを形成する可動片を備え、前記可動片は、前記燃料通路内の燃料圧が上昇する場合、前記ニードル弁に没入する構成とすることができる。または、上記の燃料噴射弁において、前記絞り調整手段は、前記ノズルボディに保持され、前記燃料通路へ突出して絞りを形成する可動片を備え、
前記可動片は、前記燃料通路内の燃料圧が上昇する場合、前記ノズルボディに没入する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、噴孔へ燃料を供給する燃料通路内に絞り部を形成するか否かを制御し、噴射される燃料のキャビテーションの発生を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の燃料噴射弁の噴孔が穿設された先端部の断面を示した説明図である。
【図２】低圧噴射時の燃料噴射弁の状態を示した説明図である。
【図３】低圧噴射時の可動片周辺を拡大して示した説明図である。
【図４】高圧噴射時の燃料噴射弁の状態を示した説明図である。
【図５】高圧噴射時の可動片周辺を拡大して示した説明図である。
【図６】実施例２の燃料噴射弁の噴孔が穿設された先端部の断面を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための一形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
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の噴孔２１が穿設された先端部の断面を示した説明図である。燃料噴射弁１は、例えば、先端部分が筒内に突出するように、エンジンのシリンダヘッドに装着され、燃料噴射装置の一部として用いられる。燃料噴射弁１は、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内で摺動可能に配置され、先端３１が尖形のニードル弁３とを備えている。
【００１５】
噴孔２１はノズルボディ２の先端側に形成されたサック部２２とノズルボディ２の外部とを連通するように形成されている。噴孔２１はノズルボディ２の軸回りに複数形成されている。サック部２２の基端側にはシート部２３が設けられている。さらにシート部２３の基端側は、凸部２４が形成されている。
【００１６】
閉弁時にはニードル弁３は、ノズルボディ２のシート部２３にテーパ部３２を着座している。このニードル弁３には、大径部３５が形成されている。ニードル弁３の外周とノズルボディ２の内周との間には、燃料が通過可能な燃料通路４が区画されている。この燃料通路４は燃料噴射弁１へ燃料を供給するコモンレール（図示しない）または燃料供給用装置（図示しない）と接続されて、燃料が供給される。
【００１７】
ニードル弁３の大径部３５の付け根に相当する箇所には、収容部３３が形成されている。この収容部３３には、可動片５が摺動可能に組みつけられて保持されている。また、収容部３３の基端側は燃料の低圧経路と接続している。可動片５は可動片５の先端側から燃料通路４内の燃料の圧力が加わる。また、可動片５の基端側にばね３４が配置され、可動片５は先端側に付勢されている。このようなばね３４として、燃料噴射弁１の閉弁時、または燃料供給圧が低圧の場合、ばね３４が可動片５を付勢する力が、可動片５が燃料から受ける基端側に向かう力よりも大きく、一方で、燃料供給圧が高圧となる場合、ばね３４が可動片５を付勢する力が、可動片５が燃料から受ける基端側に向かう力よりも小さくなるものが選択されている。このように可動片５は燃料通路４へ突出して、ノズルボディ２の凸部２４とにより、燃料通路４に絞り４１を形成する。
【００１８】
次に、燃料噴射弁１の動作時の状態について説明する。初めに低圧で燃料を噴射する場合について説明する。図２は低圧噴射時の燃料噴射弁１の状態を示した説明図である。図３は、低圧噴射時の可動片５周辺を拡大して示した説明図である。
【００１９】
噴射実行のためニードル弁３が上昇するため、燃料通路４内の燃料は噴孔２１へ向けて流れる。燃料通路４へ供給される燃料が低圧である場合、可動片５は、燃料通路４の燃料から受ける力より、ばね３４から受ける力の方が大きいため、先端側に付勢されている。従って、燃料通路４には絞り４１が形成されており、この絞り４１を通過する燃料は、その後に流路が拡大することから、キャビテーションが発生する。すなわち、矢示Ａで示した位置を流れる燃料はキャビテーション発生により微粒化が促進されている。このため、噴孔２１から噴射される燃料は、空気と混合しやすく拡散性に優れた噴霧を形成する。
【００２０】
次に、燃料通路４へ供給される燃料の圧力が上昇し、高圧で燃料を噴射する場合について説明する。図４は高圧噴射時の燃料噴射弁１の状態を示した説明図である。図５は、高圧噴射時の可動片５周辺を拡大して示した説明図である。
【００２１】
燃料通路４へ供給される燃料が上昇し、高圧となる場合、燃料通路４の燃料から受ける力が、ばね３４から受ける力よりも大きくなるため、可動片５は、基端側へ移動し、収容部３３に没入する。このため、図５に示すように、燃料通路４の絞り４１があった部位の通路４２が拡大される。これにより、矢示Ｂで示す４２を通過する燃料は、キャビテーションの発生が抑制されて高圧のまま噴孔２１へ送られる。このため、噴孔２１から噴射される燃料は高いペネトレーションの噴霧を形成する。
【００２２】
燃料噴射弁１は、このように可動片５が先端側に位置する場合、キャビテーションの発生を促進し、可動片５が基端側に位置する場合、キャビテーションの発生を抑制することができる。この可動片５の移動は、燃料通路４へ供給される燃料の圧力により決定され、可動片５の移動する燃料の圧力は、エンジンの仕様や運転条件により決定することができる。以上のように、燃料噴射弁１は、燃料通路４へ供給される燃料の圧力により、燃料のキャビテーション発生を調整し、噴霧のペネトレーションの強さを調整する。
【００２３】
特に、高いペネトレーションが要求される場合は、高負荷の運転であって、燃料の供給量が増加する場合であるため、必然的に燃料の噴射圧も高くなり、燃料通路４へ供給される燃料の圧力も高くなる。反対に、高いペネトレーションが要求されない場合は、低負荷の運転であって、燃料の供給量が少なく、噴射圧も低く、燃料通路４へ供給される燃料の圧力が低くなる。したがって、燃料噴射弁１でキャビテーションの発生を抑制し、高いペネトレーションの噴霧を形成する運転時と高負荷運転時の条件が一致し、燃料噴射弁１でキャビテーションの発生を促進し、噴霧の微粒化を促進する運転時と低負荷運転時の条件が一致する。
【００２４】
また、従来のキャビテーションを発生させるための特殊な形状をしていない燃料噴射弁であっても、ニードル弁がシート部を離れる際に、シート部とニードル弁との隙間が狭いため、隙間を抜けて広いサック部へ流れる燃料にキャビテーションが発生していた。ところが、従来の燃料噴射弁では、ニードル弁のリフト量が大きくなるにつれ、シート部とニードル弁との隙間が拡大するため、キャビテーションが発生しなくなり、低圧の燃料噴射であっても、キャビテーションを発生させて噴霧を微粒化することができなかった。これに対し、本実施例の燃料噴射弁１では、燃料の圧力が低い場合には、ニードル弁３のリフト量が大きくなっても、燃料通路４に絞り４１が形成されるため、噴射する燃料のキャビテーションの発生を促進することができる。
【００２５】
なお、収容部３３の基端側に設けられた低圧経路内の圧力を変更することにより、可動片５の先端側と基端側とに加わる力の均衡を変えて可動片５を移動させてもよい。
【実施例２】
【００２６】
次に、本発明の実施例２について説明する。図６は本実施例の燃料噴射弁１１の噴孔１２１が穿設された先端部の断面を示した説明図である。本実施例の燃料噴射弁１１は、可動片１５をノズルボディ１２側に設けた点で、実施例１と異なっている。燃料噴射弁１１は、噴孔１２１が形成された中空円筒状のノズルボディ１２と、ノズルボディ１２内で摺動可能に配置され、先端が尖形のニードル弁１３とを備えている。ニードル弁１３の外周とノズルボディ１２の内周との間には、燃料が通過可能な燃料通路１４が区画されている。ノズルボディ１２には、可動片１５を保持する収容部１２３が形成され、収容部１２３には可動片１５よりも先端側にばね１２４が配置されている。また、収容部１２３は、燃料噴射弁１１の基端側の低圧経路と接続されている。
【００２７】
燃料噴射弁１１では、実施例１同様に、燃料通路１４へ供給される燃料が低圧である場合、可動片１５は、燃料通路１４の燃料から受ける力より、ばね１２４から受ける力の方が大きいため、基端側に付勢されている。従って、燃料通路１４には絞り１４１が形成されており、この絞り１４１を通過する燃料は、その後に流路が拡大することから、キャビテーションが発生し、微粒化が促進される。このため、噴孔１２１から噴射される燃料は、空気と混合しやすく拡散性に優れた噴霧を形成する。
【００２８】
一方、燃料通路１４へ供給される燃料が上昇し、高圧となる場合、燃料通路１４の燃料から受ける力が、ばね１２４から受ける力よりも大きくなるため、可動片１５は、先端側へ移動し、収容部１２３に没入する。このため、燃料通路１４の絞り１４１があった部位の通路が拡大され、燃料は、キャビテーションの発生が抑制されて高圧のまま噴孔１２１へ送られる。このため、噴孔１２１から噴射される燃料は高いペネトレーションの噴霧を形成する。
【００２９】
燃料噴射弁１１は、可動片１５が基端側に位置する場合、キャビテーションの発生を促進し、可動片１５が先端側に位置する場合、キャビテーションの発生を抑制する。この可動片１５の移動は、燃料通路１４へ供給される燃料の圧力により決定され、可動片１５の移動する燃料の圧力は、エンジンの仕様や運転条件により決定することができる。以上のように、燃料噴射弁１１は、燃料通路１４へ供給される燃料の圧力により、燃料のキャビテーション発生を調整し、噴霧のペネトレーションの強さを調整する。
【００３０】
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。
【符号の説明】
【００３１】
１、１１  燃料噴射弁
２  ノズルボディ
２１  噴孔
３  ニードル弁
４  燃料通路
４１  絞り
５  可動片
【図１】
2011220133.tif 000003
【図２】
2011220133.tif 000004
【図３】
2011220133.tif 000005
【図４】
2011220133.tif 000006
【図５】
2011220133.tif 000007
【図６】
2011220133.tif 000008