(57)【要約】【課題】本発明は、低温閉弁時の燃焼室内への燃料の流出を抑制するとともに、燃料の安定した噴射を実現する燃料噴射ノズルを提供することを課題とする。【解決手段】本発明の燃料噴射ノズルは、先端側に燃料溜まり室（４）と噴孔（５）が形成されたノズルボディ（２）と、このノズルボディ（２）の内部で往復動するニードル（３）と、を備えている。このニードル（３）は、線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードル（６）と、線膨張係数α１より大きい線膨張係数α２である材料からなり、内側ニードル（６）の外周側に配置された外側ニードル（７）とを有し、この内側ニードル（６）と外側ニードル（７）とは基端側で結合されて一体となっている。【選択図】図１
2008240524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に燃料溜まり室と噴孔が形成されたノズルボディと、当該ノズルボディの内部で往復動するニードルと、を備え、
当該ニードルは、線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードルと、
前記線膨張係数α１より大きい線膨張係数α２である材料からなり、前記内側ニードルの外周側に配置された外側ニードルと、を有し、
前記内側ニードルと前記外側ニードルとは基端側で結合されて一体とされたことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記ニードルは、低温時に、前記内側ニードルによって前記燃料溜まり室から前記噴孔への燃料の流出を遮断して燃料の噴射を停止し、高温時に、先端側へ迫り出した前記外側ニードルが前記噴孔が設けられた位置よりも基端側に着座し、燃料の噴射を停止することを特徴とした燃料噴射ノズル。
【請求項３】
請求項１記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記内側ニードルの先端部は、前記燃料溜まり室の形状に対応した形状を備えていることを特徴とした燃料噴射ノズル。
【請求項４】
請求項１記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記内側ニードル及び前記外側ニードルの温度変化に伴う軸方向の変形を拘束する変形拘束手段を備えたことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項５】
請求項１記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記内側ニードルと前記外側ニードルとの間に前記内側ニードルの先端位置と前記外側ニードルの先端位置との間隔を調整する間隔調整手段を備え、
当該間隔調整手段は、第１部材を内側に配置し、当該第１部材の線膨張係数よりも線膨張係数の小さい第２部材を外側に配置して、当該第１部材と当該第２部材とを先端側で結合してなると共に、基端側で前記内側ニードル及び前記外側ニードルと結合されていることを特徴とした燃料噴射ノズル。
【請求項６】
請求項１記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記ニードルに背圧を加える背圧制御室と、
前記ニードルの基端側に配置され、前記ニードルを閉弁方向に付勢する弾性体と、
前記内側ニードルと前記外側ニードルとの間に配置され、前記内側ニードルの先端位置と前記外側ニードルの先端位置との間隔を調整する間隔調整手段と、を備え、
当該間隔調整手段は、第１部材を内側に配置し、当該第１部材の線膨張係数よりも線膨張係数の小さい第２部材を外側に配置して、当該第１部材と当該第２部材とを先端側で結合してなると共に、基端側で前記内側ニードル及び前記外側ニードルと結合され、
前記弾性体は前記外側ニードルに接地させたことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項７】
請求項１記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記内側ニードルと前記外側ニードルとの間に配置され、前記内側ニードルの先端位置と前記外側ニードルの先端位置との間隔を調整する間隔調整手段と、
前記ニードルに背圧を加える背圧制御室と、
前記ニードルの基端側に配置され、前記ニードルを閉弁方向に付勢する弾性体と、を備え、
前記間隔調整手段は、第１部材を内側に配置し、当該第１部材の線膨張係数よりも線膨張係数の小さい第２部材を外側に配置して、当該第１部材と当該第２部材とを先端側で結合してなると共に、基端側で前記内側ニードル及び前記外側ニードルと結合され、
当該間隔調整手段は、その基端部を前記背圧制御室と仕切られた空間部内に露出させたことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項８】
請求項１記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記内側ニードル又は前記外側ニードルの表面を低摩擦皮膜で被覆したことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項９】
線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードルと、前記線膨張係数α１より大きい線膨張係数α２である材料からなり、前記内側ニードルの外周側に配置した外側ニードルとを基端側で結合し、その後、前記内側ニードルから前記外側ニードルに亘って連続面となるシート部を形成することを特徴とするニードルの製造方法。
【請求項１０】
線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードルと、前記線膨張係数α１より大きい線膨張係数α２である材料からなり、前記内側ニードルの外周側に配置した外側ニードルと、前記内側ニードルと前記外側ニードルとの間に線膨張係数の異なる材料からなる部材を交互に配置した間隔調整手段とを結合し、その後、前記内側ニードルから前記外側ニードルに亘って連続面となるシート部を形成することを特徴とするニードルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン等の燃料噴射ノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直噴式ディーゼルエンジンでは、複数の噴孔が形成されたノズルボディの内部に組み込まれたニードル弁が、ノズルボディのシート面に着座及び離座することによって燃料の噴射の実行と停止を行う燃料噴射ノズルが用いられている。このような燃料噴射ノズルには、ノズルボディの先端内側に燃料溜まり室（サック部）を設けて各噴孔へ供給される燃料の均圧化を図るＭＳ（Ｍｉｎｉ  Ｓａｃ）ノズルや、ノズルボディの先端内側に燃料溜まり室を設けず、ニードル弁による噴孔の開閉によって直接噴射の実行と停止を行うＶＣＯ（Ｖａｌｖｅ  Ｃｏｖｅｒｅｄ  Ｏｒｉｆｉｃｅ）ノズルが知られている。
【０００３】
ＭＳノズルは、開閉状態に関わらず、燃料溜まり室と噴孔とが通じており、ニードルが離座すると、燃料溜まり室に溜まった燃料に圧力が加わり、燃料溜まり室内に溜まった燃料が噴孔を通じて噴射される。このＭＳノズルでは、ニードルの離座による燃料の流れに大きな変化がなく、燃料の流れが安定しているので、安定した燃料の噴射が実行できる。しかしながら、ニードル閉弁時でも燃料溜まり室と噴孔とが通じているため、燃焼室内の圧力変化などに起因して、燃料を噴射しない時期でも、燃料溜まり室に溜まった燃料が噴孔から流出することがある。この燃料の流出は、特に、低温時に不完全燃焼を引き起こし、排気ガスのＨＣ（炭化水素）濃度増加の原因となる。
【０００４】
一方、ＶＣＯノズルは、閉弁時に噴孔への燃料の流入を遮断するので、ＭＳノズルのような燃料の流出が生じず、これに起因した排気の悪化は起こらない。しかし、ＶＣＯノズルは、開弁時にニードルが基端側に移動した際、ノズルボディやニードルなどの加工公差により、ニードルが中心から偏芯することがある。これにより、ニードルの移動とともにニードルとノズルボディの間に形成される燃料の通路幅が不均一になり、燃料の通路幅が拡張する部分と縮小する部分とが生じてしまう。このため、複数ある噴孔から噴射される燃料量にばらつきが生じ、エンジンの出力性能に影響を与えることが考えられる。
【０００５】
特許文献１は、このようなニードルとノズルボディの偏芯に起因課題を解決することを目的とした燃料噴射ノズルを開示している。この燃料噴射ノズルのノズルボディは、長手方向に延びる案内孔を有し、この案内孔の内底部に平坦な弁座を形成するとともに、弁座から外部に連通する噴孔を備えている。また、この弁座に対応するように先端側を平坦に形成されたニードルがノズルボディの案内孔内に軸方向に往復移動可能に配されている。このニードルの往移動によりニードルの先端が弁座に密着して噴孔を閉鎖し、ニードルが復移動することによりニードルの先端が弁座から離れ、噴孔を開放してノズルボディ内に圧送された燃料を噴孔から噴射する。このように、ニードルの先端および弁座を平坦に形成しているので、開弁時にニードルが偏芯しても、ニードルの先端と弁座との間の通路面積がほぼ一定に保たれ、複数の噴孔のいずれから噴射される燃料量を同等とすることができる。
【０００６】
さらに、閉弁時は互いに平坦なニードルの先端と弁座とが密着して噴孔をシールするので、燃料溜まり室が形成されない構成となり、噴孔へ流入する燃料が噴孔近傍で溜まることがない。これにより、閉弁時に燃料が燃焼室内へ流出することがなく、ＨＣ排出を抑制することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１４８３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１の燃料噴射ノズルにおいて、燃料はニードル弁が開弁すると案内孔を通じてニードルの先端と弁座の間に流入する。燃料溜まり室が形成されていないため、ニードルの先端と弁座の間に流入した燃料はノズルボディの基端部側からそのまま噴孔に向けて流入する。このとき、燃料は噴孔へ向かって流れの向きを変えることになる。特に弁体と弁座の間隔が小さい場合には、噴孔へ流入するために急激に向きを変えるため、噴孔の入口で燃料の流れに剥離が発生する。これにより、噴孔を通じる噴流の有効断面積が減少するため、噴射される燃料量が減少し、燃焼室内へ噴射するべき量の燃料の噴射が行われないおそれがある。また、このようなノズルボディ内とニードルの接触面の平面度を一致させる加工は、高い精度を必要とするため、シール性を確保するのは容易ではない。
【０００９】
そこで、本発明は、低温閉弁時の燃焼室内への燃料の流出を抑制するとともに、燃料の安定した噴射を実現する燃料噴射ノズル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】
【００１０】
かかる課題を解決する本発明の燃料噴射ノズルは、先端側に燃料溜まり室と噴孔が形成されたノズルボディと、当該ノズルボディの内部で往復動するニードルと、を備え、当該ニードルは、線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードルと、前記線膨張係数α１より大きい線膨張係数α２である材料からなり、前記内側ニードルの外周側に配置された外側ニードルと、を有し、前記内側ニードルと前記外側ニードルとは基端側で結合されて一体とされたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、温度の変化に応じて、内側ニードルの先端位置と外側ニードルの先端位置との間隔が変化し、ノズルボディ先端におけるニードルの形状が変わる。すなわち、高温時の外側ニードルは低温時に比較して先端側に迫り出す。このような燃料噴射ノズルにおける前記ニードルは、低温時に、前記内側ニードルによって前記燃料溜まり室から前記噴孔への燃料の流出を遮断して燃料の噴射を停止し、高温時に、先端側へ迫り出した前記外側ニードルが前記噴孔が設けられた位置よりも基端側に着座し、燃料の噴射を停止する構成とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、燃料噴射ノズルは、低温時には、燃料溜まり室の容積を縮小し、ＶＣＯノズルと同様の構成となり、閉弁時に噴孔と連通する燃料の流通経路を遮断し、燃料がエンジンの燃焼室へ流出することを抑制する。一方、燃料噴射ノズルは、高温時には、外側のニードルが噴孔よりも基端側でシートすることで、噴孔を塞がないＭＳノズルと同様の構成になる。これにより、燃料溜まり室内に貯留される燃料を均圧化し、所定量の燃料をエンジンの燃焼室へ同様に噴射することができる。このようにして、燃料噴射ノズルは、低温時に、閉弁時の燃料の流出を防止してＨＣ排出を抑制し、高温時に、燃料を燃料溜まり室から供給して安定した噴射を実行することができる。
【００１１】
このような燃料噴射ノズルの前記内側ニードルの先端部は、前記燃料溜まり室の形状に対応した形状を備えた構成とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、内側ニードルは、低温時の燃料噴射停止の際に、燃料溜まり室内の燃料を押し出す。このように燃料溜まり室内に燃料が貯留しないようにすることで、低温時の燃料噴射停止の際の燃料の流出を防止することができる。この結果、ＨＣ排出の改善を図ることができる。
【００１２】
このような燃料噴射ノズルは、前記内側ニードル及び前記外側ニードルの温度変化に伴う軸方向の変形を拘束する変形拘束手段を備えた構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすることにより、温度変化によって変動する内側ニードルの先端と外側ニードルの先端との位置関係を適切な範囲に保つ。すなわち、内側ニードルが外側ニードルよりも相対的に先端側へ迫り出しすぎることを抑制する。言い換えれば、外側ニードルが内側ニードルよりも相対的に基端側に引込まれすぎることを抑制している。
【００１３】
さらに、本発明の燃料噴射ノズルは、前記内側ニードルと前記外側ニードルとの間に前記内側ニードルの先端位置と前記外側ニードルの先端位置との間隔を調整する間隔調整手段を備え、当該間隔調整手段は、第１部材を内側に配置し、当該第１部材の線膨張係数よりも線膨張係数の小さい第２部材を外側に配置して、当該第１部材と当該第２部材とを先端側で結合してなると共に、基端側で前記内側ニードル及び前記外側ニードルと結合されている構成とすることができる（請求項５）。ここで内側ニードルの先端位置と前記外側ニードルの先端位置との間隔とは、燃料噴射ノズルの軸方向の間隔を指し、このような構成とすることにより、この軸方向の間隔の変位を創出することができる。すなわち、温度が上昇すると、間隔調整手段の第１部材は、第２部材よりも伸びるので、内側ニードルを外側ニードルよりも基端側に移動させる。これにより、内側ニードルの先端位置の、外側ニードルの先端位置に対する相対的な移動量が増加する。
【００１４】
内側ニードルと外側ニードルの間に間隔調整手段を備えたこのような燃料噴射ノズルは、内側ニードルの基端が外側ニードルの基端よりも突出する。そこで、本発明の燃料噴射ノズルは、前記ニードルに背圧を加える背圧制御室と、前記ニードルの基端側に配置され、前記ニードルを閉弁方向に付勢する弾性体と、前記内側ニードルと前記外側ニードルとの間に配置され、前記内側ニードルの先端位置と前記外側ニードルの先端位置との間隔を調整する間隔調整手段と、を備え、当該間隔調整手段は、第１部材を内側に配置し、当該第１部材の線膨張係数よりも線膨張係数の小さい第２部材を外側に配置して、当該第１部材と当該第２部材とを先端側で結合してなると共に、基端側で前記内側ニードル及び前記外側ニードルと結合され、前記弾性体は前記外側ニードルに接地させた構成とすることができる（請求項６）。このように、ニードル開閉動作に寄与する弾性体を、基準となる位置とした外側ニードルに接地させることによって、温度変化のニードル開閉動作への影響を抑制することができる。
【００１５】
このような燃料噴射ノズルは、前記内側ニードルと前記外側ニードルとの間に配置され、前記内側ニードルの先端位置と前記外側ニードルの先端位置との間隔を調整する間隔調整手段と、前記ニードルに背圧を加える背圧制御室と、前記ニードルの基端側に配置され、前記ニードルを閉弁方向に付勢する弾性体と、を備え、前記間隔調整手段は、第１部材を内側に配置し、当該第１部材の線膨張係数よりも線膨張係数の小さい第２部材を外側に配置して、当該第１部材と当該第２部材とを先端側で結合してなると共に、基端側で前記内側ニードル及び前記外側ニードルと結合され、当該間隔調整手段は、その基端部を前記背圧制御室と仕切られた空間部内に露出させた構成とすることができる（請求項７）。このような構成とすることにより、基端部の出没は空間部内で行われるので、基端部の出没が背圧制御室の容積変化を引き起こすことはなく、背圧制御室の容積を一定に維持される。これにより、背圧制御室内の圧力変動が抑制され、温度変化による噴射特性の変化が抑制される。
【００１６】
また、本発明の燃料噴射ノズルは、前記内側ニードル又は前記外側ニードルの表面を低摩擦皮膜で被覆することができる（請求項８）。このような処理をすることで、内側ニードル及び外側ニードルの膨張と収縮がスムーズに行なわれる。
【００１７】
本発明の燃料噴射ノズルに組み付けられるニードルの製造方法は、線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードルと、前記線膨張係数α１より大きい線膨張係数α２である材料からなり、前記内側ニードルの外周側に配置した外側ニードルとを基端側で結合し、その後、前記内側ニードルから前記外側ニードルに亘って連続面となるシート部を形成することを特徴とする（請求項９）。さらに、このニードルの製造方法は、線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードルと、前記線膨張係数α１より大きい線膨張係数α２である材料からなり、前記内側ニードルの外周側に配置した外側ニードルと、前記内側ニードルと前記外側ニードルとの間に線膨張係数の異なる材料からなる部材を交互に配置した間隔調整手段とを結合し、その後、前記内側ニードルから前記外側ニードルに亘って連続面となるシート部を形成することとすることができる（請求項１０）。このような工程とすることにより、高い精度を有するシート面を形成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の燃料噴射ノズルは、先端側に燃料溜まり室と噴孔が形成されたノズルボディと、内側のニードルとこの内側のニードルの材料よりも線膨張係数の大きい材料からなる外側ニードルとを基端部で結合したニードルと、を備えたことで、低温時に閉弁時の燃料の流出を防止し、高温時に燃料を安定して噴射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
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及び図２は本実施例における燃料噴射ノズル１の先端部の断面を示した説明図であり、図１は低温時における燃料噴射ノズル１を示し、図２は高温時の燃料噴射ノズル１を示している。また、図１（ａ）及び図２（ａ）は、噴射実行時の燃料噴射ノズル１の状態を示し、図１（ｂ）及び図２（ｂ）は、噴射停止時の燃料噴射ノズル１の状態を示している。なお、図１から図２における内側ニードル６の先端位置と外側にニードル７の先端位置との相対変化は説明をわかりやすくするため、誇張して描いている。
【００２１】
燃料噴射ノズル１は、円筒形状のノズルボディ２とこのノズルボディ２の内部で往復動するニードル３を備えている。ノズルボディ２の内部には先端へ向かって細くなるテーパ状のシート面２ａと、さらにその先端側に燃料を貯留できる半球形状の燃料溜まり室４とが形成されている。また、ノズルボディ２には、燃料溜まり室４と外部とを連通する噴孔５が放射状に数個設けられている。
【００２２】
ニードル３は、線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードル６と、線膨張係数α１より大きい線膨張係数α２である材料からなる外側ニードル７とが、基端側の結合子８で結合された構成をしている。外側ニードル７は筒状に形成され、内側ニードル６の外周側に配置されている。内側ニードル６の外周面６ａと外側ニードル７の内周面７ａとは、熱膨張した際にも互いに圧接しないように僅かな隙間が設けられ、互いに拘束しない構成となっている。さらに、このような構成にもかかわらず、熱膨張して接触してしまう場合に備えて、内側ニードル６及び外側ニードル７の表面は低摩擦皮膜で被覆している。また、内側ニードル６の先端部６ｂの形状は、ノズルボディ２の先端部に着座した際に、噴孔５を閉塞するように形成されている。また、外側ニードル７の先端側は、先端へ向かって細くなるテーパ状のシート部７ｂが形成されており、このシート部７ｂは、ノズルボディ２の先端部に着座する際に、シート面２ａと密着する。
【００２３】
このような燃料噴射ノズル１のニードル３は、温度の変化に応じて形状を変える。ここでは、このように変化するニードル３の形状について説明する。まず、低温時のニードル３は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、噴射停止時に、燃料溜まり室４の容積を減らし、噴孔５を直接塞ぐＶＣＯノズルと同様の形状をしている。すなわち、内側ニードル６が外側ニードル７よりも先端側に突き出た形状をしている。このような形状のニードル３の先端部がノズルボディ２の先端部に着座する場合、すなわち、噴射停止時には、図１（ｂ）に示すように、内側ニードル６の先端部６ｂが燃料溜まり室４内に入り込むとともに、噴孔５を閉塞する。これにより、内側ニードル６によって燃料溜まり室４から噴孔５への燃料の流出が遮断されるので、エンジンの燃焼室（図示しない）への燃料の噴射が停止される。このように噴射停止時には、燃料が噴孔５へ流入しないので、燃焼室への燃料の流出が抑制される。このため、余分な燃料の燃焼が抑えられ、ＨＣ排出濃度を低減することができる。
【００２４】
次に、高温時のニードル３について説明する。高温時におけるニードル３の先端は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、図１（ａ）及び（ｂ）に示した形状と比較して外側ニードル７が先端側に迫り出す形状となる。温度が上昇すると、内側ニードル６と外側ニードル７はどちらも膨張する。しかしながら、外側ニードル７の材料の線膨張係数α２は、内側ニードルの材料の線膨張係数α１よりも大きいニードル７ニードル６。また、本実施例では、この膨張係数の大小を考慮して、内側ニードル６と外側ニードル７の長さを決定し、高温時に外側ニードル７の先端が迫り出すように形成されている。このような形状となったニードル３の先端部がノズルボディ２の先端部へ着座する場合、すなわち、噴射停止時には、図２（ｂ）に示すように、シート部７ｂがシート面２ａに密着する。このとき、外側ニードル７は噴孔５が設けられた位置よりも基端側で着座して、燃料噴射ノズル１の基端部側からの燃料供給を遮断し、噴射を停止する。このように、高温時の燃料噴射ノズル１は、ＭＳノズルと同様の構成となり、燃料溜まり室４の容積を確保することとなる。これにより、噴射時に燃料が均圧化されるので、ニードル３が離座して噴射が実行される際に、安定した噴射が実行される。なお、高温時の噴射停止の際には、噴孔５は閉塞されないため、外部へ燃料が流出されることがあるが、これに起因するＨＣ排出は顕著でない。
【００２５】
このように、本実施例の燃料噴射ノズル１は、低温時と高温時におけるニードル３の先端形状を変え、低温時にはＶＣＯノズル同様の構成、高温時にはＭＳノズル同様の構成をとることができる。これにより、低温時には、内側ニードル６の先端部６ｂが噴孔５への燃料の流出を遮断して、余分な燃料の燃焼室内への流出を抑え、ＨＣ排出量が低減される。また、高温時には、外側ニードル７のシート部７ｂが噴孔５より基端側のシート面２ａにシートするので、燃料溜まり室４の容積が確保される。これにより、燃料が均圧化され、安定した噴射をすることができる。
【実施例２】
【００２６】
次に、本発明の実施例２について図３を参照しつつ説明する。図３は本実施例における燃料噴射ノズル１１の先端部の断面を示した説明図であり、図３（ａ）は低温時における燃料噴射ノズル１１を示し、図３（ｂ）は高温時の燃料噴射ノズル１１を示している。なお、図３における内側ニードル１６の先端位置と外側ニードル７の先端位置との相対変化は説明をわかりやすくするため、誇張して描いている。
【００２７】
本実施例における燃料噴射ノズル１１は、実施例１の燃料噴射ノズル１とほぼ同様の構成をしているが、内側ニードル６の先端部６ｂの形状と、燃料溜まり室４の容積及び噴孔５の形成位置が実施例１の燃料噴射ノズル１と相違している。
【００２８】
燃料噴射ノズル１１のノズルボディ１２の内部には、先端へ向かって細くなるテーパ状のシート面１２ａと、さらにその先端側に燃料を貯留できる半球形状の燃料溜まり室１４が形成されている。また。ノズルボディ１２には、シート面１２ａに一端を開口して、ノズルボディ１２の内部と外部とを連通する噴孔１５が放射状に数個設けられている。この噴孔１５の開口位置は、後述する内側ニードル１６が着座する際に閉塞される箇所に形成されている。燃料噴射ノズル１１のニードル１３は、線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードル１６と、内側ニードル１６の外周側に配置された実施例１と同様の外側ニードル７とが、基端側に配置された実施例１と同様の結合子８で結合された構成をしている。内側ニードル１６の先端側は、先端へ向かって細くなるテーパ状のシート部１６ｂがノズルボディ１２の先端部に着座した際に、シート面１２ａと密着するように形成されている。また、内側ニードル１６のシート部１６ｂと外側ニードル７のシート部７ｂとは、低温時にあたかも一体の部材であるかのように連続面１９を形成している。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
この燃料噴射ノズル１１のニードル１３の低温時と高温時の形状について説明する。まず、低温時のニードル１３は、図３（ａ）に示すように、噴孔１５を塞いで噴射を停止するＶＣＯノズルと同様の形状をしている。すなわち、内側ニードル１６が外側ニードル７よりも先端側に突き出た形状をしている。このような形状のニードル１３の先端部がノズルボディ１２の先端部に着座する場合、すなわち、噴射停止時には、内側ニードル１６のシート部１６ｂと外側ニードル７のシート部７ｂとで形成される連続面１９がシート面１２ａとシートする。これにより、噴孔１５は閉塞されて、噴射が停止される。このように噴射停止時には、燃焼室への燃料の流出が抑制され、余分な燃料の燃焼が抑えられ、ＨＣ排出濃度を低減することができる。
【００３０】
次に、高温時のニードル１３について説明する。高温時におけるニードル１３の先端は、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示した形状と比較して外側ニードル７が先端側に迫り出す形状となる。このような形状となったニードル１３の先端部がノズルボディ１２の先端部へ着座する場合、すなわち、噴射停止時には、シート部７ｂがシート面１２ａに密着する。このとき、外側ニードル７は噴孔１５が設けられた位置よりも基端側で着座して、燃料噴射ノズル１１の基端部側からの燃料供給を遮断し、噴射を停止する。このように、高温時の燃料噴射ノズル１１は、ＭＳノズルと同様の構成となり、燃料溜まり室１４の容積を確保することとなる。これにより、噴射時に燃料が均圧化されるので、ニードル１３が離座して噴射が実行される際に、安定した噴射が実行される。
【００３１】
このように、本実施例の燃料噴射ノズル１１は、低温時と高温時におけるニードル３の先端形状を変え、低温時にはＶＣＯノズル同様の構成、高温時にはＭＳノズル同様の構成をとることができ、低温時に、燃焼室内への流出を抑え、ＨＣ排出量を低減し、高温時に、噴射する燃料を均圧化して、安定した噴射をすることができる。
【００３２】
次に、本実施例の燃料噴射装置１１に組み付けられるニードル１３の製造方法を説明する。この製造方法では、まず、線膨張係数α１の材料から、先端部形成前の内側ニードル１６を形成したものと、線膨張係数α２の材料から、先端部形成前の外側ニードル７を形成したものを、これらの基端側を結合子８で結合する。これにより、あたかも一体の部材であるかのような先端部形成前のニードル１３が形成される。次に、低温において、この結合した先端部形成前のニードル１３の先端側を切削加工し、内側ニードル１６から外側ニードル７に亘る連続面１９を形成する。次に、この連続面１９を研磨加工してニードル１３が形成される。燃料噴射ノズル１１は、このニードル１３をノズルボディ１２に組み付けて構成される。このようにして形成したニードル１３では、単独でシート部を形成した内側ニードル１６と外側ニードル７をこれらの基端部で結合してニードル１３を形成した場合と比較して、連続面１９を高精度に形成することができる。
【実施例３】
【００３３】
本発明の実施例３について図４を参照しつつ説明する。図４は本実施例における燃料噴射ノズル２１の先端部の断面を示した説明図であり、図４（ａ）は低温時における燃料噴射ノズル２１を示し、図４（ｂ）は高温時の燃料噴射ノズル２１を示している。なお、図４における内側ニードル２６の先端位置と外側ニードル７の先端位置との相対変化は説明をわかりやすくするため、誇張して描いている。
【００３４】
本実施例における燃料噴射ノズル２１は、実施例１の燃料噴射ノズル１とほぼ同様の構成をしているが、内側ニードル６の先端部６ｂの形状が実施例１の燃料噴射ノズル１と相違している。
【００３５】
ニードル２３は、線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードル２６と、内側ニードル２６の外周側に配置された実施例１と同様の外側ニードル７とが、基端側の実施例１と同様の結合子８で結合された構成をしている。内側ニードル２６の先端部２６ｂは、燃料溜まり室４の形状に対応した半球形状に形成されており、ノズルボディ２の先端部に着座した際に、燃料溜まり室４の容積を埋める。低温時には、このように内側ニードル２６の先端部２６ｂがノズルボディ２の先端部に着座するので、燃料溜まり室４に燃料が貯留されず、噴孔５を閉塞するため、燃料の噴射が停止される。このように噴射停止時には、燃焼室への燃料の流出が抑制され、ＨＣ排出濃度を低減することができる。なお、高温時の状態は実施例１と同様になる。また、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【実施例４】
【００３６】
次に、本発明の実施例４について図５を参照しつつ説明する。図５は高温時における本実施例の燃料噴射ノズル３１の先端部の断面を示した説明図である。燃料噴射ノズル３１は、実施例１の燃料噴射ノズル１とほぼ同様の構成をしているが、ニードル３３の構成がニードル３の構成が実施例１の燃料噴射ノズル１と相違している。
【００３７】
ニードル３３は、ニードル３と同様の内側ニードル６と外側ニードル７との間に第１部材３４、第２部材３５を備えた点でニードル３と異なっている。この第１部材３４と第２部材３５とを組み合わせたものが本発明の間隔調整手段に相当する。第１部材３４は、線膨張係数α３である材料からなる筒状体であり、内側ニードル６の外周側に僅かな隙間を設けて配置されている。さらに、この第１部材３４と内側ニードル６とは基端側の結合子３８ａで結合されている。第２部材３５は、線膨張係数α３より小さい線膨張係数α４の材料からなる筒状体であり、第１部材３４の外周側に僅かな隙間を設けて配置されている。この第２部材３５と第１部材３４とは先端側の結合子３８ｂで結合されている。また、この第２部材３５の外周側に外側ニードル７が僅かな隙間を設けて配置され、外側ニードル７と第２部材３５とは基端側の結合子３８ｃで結合されている。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３８】
このように、線膨張係数の異なる第１部材３４と第２部材をニードル３３のように構成したことで、温度の上昇に伴い、実施例１の場合と比較して、さらに外側ニードル７が内側ニードル６より相対的に先端側に迫り出す。この作用について結合子３８ａと結合子３８ｃの位置関係を比較して説明する。
【００３９】
温度の上昇に伴い、第１部材３４は膨張するので、結合子３８ａと結合子３８ｂの間隔は広がることになる。また、温度の上昇に伴い、第２部材３５は膨張するので、結合子３８ｂと結合子３８ｃの間隔も広がることになる。線膨張係数α３は線膨張係数α４より大きいので、本実施例では、この膨張係数の大小を考慮して、第１部材３４と第２部材３５の長さを決定し、高温時に第１部材３４の伸び量が第２部材３５の伸び量より大きくなるように形成されている。第１部材３４と第２部材３５とは先端側の結合子３８ｂで接続されているので、伸び量の差は基端側に現れる。すなわち、高温時には、結合子３８ａは結合子３８ｃよりも燃料噴射ノズル３１の基端側に移動することになる。これにより、結合子３８ａ側で接合された内側ニードル６の基端面６ｃは結合子３８ｃ側で接合された外側ニードル７の基端面７ｃより相対的に基端側へ移動することになる。すなわち、内側ニードル６は相対的に外側ニードル７よりも基端側へ移動する。これは、外側ニードル７が相対的に内側ニードル６よりも先端側へ移動することにもなるので、外側ニードル７の先端部が内側ニードル６の先端部より相対的に迫り出すことになる。
【００４０】
このように、先端側で結合した第１部材３４と第２部材３５を内側ニードル６及び外側ニードル７と基端側で結合したことにより、内側ニードル６の先端部に対する外側ニードル７の先端部の相対的な移動量が増加される。これにより、線膨張係数α１と線膨張係数α２の差が小さくとも、低温時に内側ニードル６が噴孔を閉塞し、高温時に外側ニードル７が噴孔５よりも基端側でシートする構成を形成することができる。また、第１部材３４と第２部材３５を交互に幾重にも配置することで、内側ニードル６の先端部に対する外側ニードル７の先端部の相対的な移動量をさらに増加することができる。
【実施例５】
【００４１】
次に、本発明の実施例５について図６を参照しつつ説明する。図６は高温時における本実施例の燃料噴射ノズル４１の先端部の断面を示した説明図である。燃料噴射ノズル４１は、ニードル４３、筒体４８、スプリング４９、ノズルボディ１２とを備えている。
【００４２】
ニードル４３は、中心軸上に線膨張係数がα１である材料からなる内側ニードル４６を備え、外周部に線膨張係数α１より大きい線膨張係数α２の材料からなる外側ニードル４７を備えている。この外側ニードル４７は、基端側が閉じた筒状、すなわち、キャップ状に形成されている。さらに、ニードル４３は内側ニードル４６と外側ニードル４７との間に第１部材４４、第２部材４５を備えている。第１部材４４は、内側ニードル４６の外周側に僅かな隙間を設けて配置した線膨張係数α３の材料からなる筒状体であり、この第１部材４４と内側ニードル４６とは基端側の結合子５０で結合されている。第２部材４５は、第１部材４４の外周側に僅かな隙間を設けて配置された線膨張係数α３より小さい線膨張係数α４の材料からなる筒状体であり、この第２部材４５と第１部材４４とは先端側の結合子５１で結合されている。また、この第２部材４５は外側ニードル４７と僅かな隙間を設けて配置され、第２部材４５と外側ニードル４７とは基端側の結合子５２で結合されている。ただし、この結合子５２は内側ニードルの基端面４６ｃと外側ニードル４７の基端側の基端内側面４７ｄとの間に間隔を設けて、第２部材４５と外側ニードル４７とを結合している。
【００４３】
このように構成することにより、内側ニードル４６の基端面４６ｃ、第１部材の基端面４４ｃ、第２部材４５の基端面４５ｃと外側ニードル４７の基端内面４７ｄと外側ニードル４７の内周壁面４７ｅとで空間部５３が形成されている。また、外側ニードル４７に、この空間部５３と外側ニードル４７の外側とを連通する連通孔が設けられている。
【００４４】
筒体４８は外側ニードル４７の基端側を嵌合して配置されており、この筒体４８とノズルボディ１２の基端部１２ｂと外側ニードル４７の基端面４７ｃとで本発明の背圧制御室５４を形成している。背圧制御室５４には、外側ニードル４７を先端方向に付勢するスプリング４９が配置されており、このスプリング４９の付勢力によって、噴射が停止されている。また、背圧制御室５４は、燃料を充満させており、燃料の出入によって、燃料噴射ノズル４１の先端側との圧力バランスを変えて、ニードル４３の往復動を制御している。すなわち、背圧制御室５４の燃料が減少することで、背圧制御室５４側の圧力が下がり、ニードル４３が基端側に移動されて、燃料の噴射が実行される。一方、背圧制御室５４の燃料が増加して、背圧制御室５４内の圧力が上昇すれば、先端側と背圧制御室５４との圧力バランスが平衡して、ニードル４３が先端側に移動し、燃料の噴射が停止される。
【００４５】
ニードル４３の先端側は、内側ニードル４６のシート部４６ｂ、第１部材４４のシート部４４ｂ、第２部材４５のシート部４５ｂ、外側ニードル４７のシート部４７ｂはいずれも先端へ向かって細くなるテーパ状になっている。さらに、これらのシート部は、低温時にあたかも一体の部材であるかのように連続した面を構成して、シート面５５を形成している。このシート面５５は噴射停止時にノズルボディ１２のシート面１２ａと密着し、内側ニードル４６のシート部４６ｂが噴孔１５を閉塞する。このようにして、低温時には燃料の噴射が停止される。
【００４６】
なお、ノズルボディ１２の構成は、実施例２と同一であるため、実施例２と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
燃料噴射ノズル４１は高温になると、図６に示すように、空間部５３に露出した内側ニードル４６の基端面４６ｃが基端側へ突出する。これにより、この突出する部分の容積に相当する量の燃料が連通孔４７ｆを通じて空間部５３内から外側ニードル４７の外側へ流れ出る。このとき、背圧制御室５４は、温度変化によって突出する内側ニードル４６の基端面４６ｃの影響を受けないため、容積変化しない。このため、背圧制御室５４は圧力変動が生じないため、安定した噴射がされる。また、本実施例において、第１部材４４と第２部材４５を交互に幾重にも配置してもよい。
【００４８】
次に、本実施例の燃料噴射装置４１に組み付けられるニードル４３の製造方法を説明する。この製造方法では、まず、線膨張係数α１の材料から先端部形成前の内側ニードル４６を、線膨張係数α２の材料から先端部形成前の外側ニードル４７を、線膨張係数α３の材料から先端部形成前の第１部材４４を、線膨張係数α４の材料から先端部形成前の第２部材４５を形成形成する。次に、先端部形成前の内側ニードル４６と先端部形成前の第１部材４４とを基端側の結合子５０で結合するとともに、先端部形成前の外側ニードル４７と先端部形成前の第２部材４５とを基端側の結合子５２で結合し、さらに先端部形成前の第１部材４４と先端部形成前の第２部材４５を先端側の結合子５１で結合する。これにより、あたかも一体の部材であるかのような先端部形成前のニードル４３が形成される。次に、低温において、この結合した先端部形成前のニードル４３の先端側を切削加工し、内側ニードル４６から外側ニードル４７に亘るシート面５５を形成する。次に、このシート面５５を研磨加工してニードル４３が形成される。このニードル４３は、筒体４８、スプリング４９とともに、ノズルボディ１２に組み付けられて、燃料噴射ノズル４１を形成する。このような製造方法で形成したニードル４３のシート面５５は、単独でシート部を形成した内側ニードル４６、外側ニードル４７、第１部材４４、第２部材４５とを結合してニードル４３を形成した場合と比較して、高精度に形成することができる。
【実施例６】
【００４９】
次に、本発明の実施例６について図７を参照しつつ説明する。図７は高温時における本実施例の燃料噴射ノズル６１の先端部の断面を示した説明図である。燃料噴射ノズル６１は、実施例１の燃料噴射ノズル１とほぼ同様の構成をしているが、内側ニードル６に内側ストッパ６２を備えた点と、外側ニードル７に外側ストッパ６３を備えた点で実施例１の燃料噴射ノズル１と相違している。
【００５０】
内側ストッパ６２は、内側ニードル６の外周面に設けられたリング状の部材で、内側ストッパ６２の外周面は外側ニードル７の内周面と接触しないように形成されている。外側ストッパ６３は、外側ニードル７の内周面に設けられたリング状の部材で、外側ストッパ６３の内周面は内側ニードル７の外周面と接触しないように形成されている。また、外側ストッパ６３は、内側ストッパ６２よりも燃料噴射ノズル６１の先端側に形成されている。これらの内側ストッパ６２と外側ストッパ６３との組み合わせたものが、内側ニードル及び外側ニードルの温度変化に伴う軸方向の変形を拘束する本発明の変形拘束手段に相当する。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
このように内側ストッパ６２と外側ストッパ６３を備えた燃料噴射ノズル６１は、外側ニードル７が縮小しようとする場合や内側ニードル６が伸長しようとする場合に、内側ストッパ６２と外側ストッパ６３とが、互いに掛合して、外側ニードル７の縮小や内側ニードル６の伸長を制限し、それぞれの長さを適切な範囲に収める。
【００５２】
このような燃料噴射ノズルは、図８に示す燃料噴射ノズル７１のような構成にしてもよい。図８に示す燃料噴射ノズル７１は、実施例１の内側ニードル６、外側ニードル７とは形状の異なる内側ニードル７６と外側ニードル７７とを備えている。内側ニードル７６は段付形状をしており、外側ニードル７７は内側ニードル７６に対応する形状をして、内側ニードル７６の外周側に配置されている。このような燃料噴射ノズル７１は、燃料噴射ノズル６１と同様の効果を有する。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００５３】
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側であり、さらに本発明の範囲内側において、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。
【００５４】
例えば、第１部材を熱膨張係数α２である材料から形成し、第２部材を熱膨張係数α１である材料から形成してもよい。また、第１部材及び第２部材は完全な筒状体でなくともよく、円周上の一部で内側ニードルと外側ニードルを結合するものであればよい。
【００５５】
また、本発明の燃料噴射ノズルは、実施例５に示した燃料噴射ノズル４１における空間部５３を有していなくともよい。図９は、このような燃料噴射ノズル８１の先端部の断面を示した説明図である。燃料噴射ノズル８１に組み付けられたニードル８３の外側ニードル８７は、空間部を持たない点で実施例５の外側ニードル４７と相異している。このとき、スプリング４９は外側ニードル８７の基端部８７ｃに接地されている。その他の構成は実施例５と同一であるため、実施例１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１の低温時における燃料噴射ノズルの先端部の断面を示した説明図であり、（ａ）は、噴射実行時の燃料噴射ノズルの状態を示し、（ｂ）は、噴射停止時の燃料噴射ノズルの状態を示した説明図である。
【図２】実施例１の高温時における燃料噴射ノズルの先端部の断面を示した説明図であり、（ａ）は、噴射実行時の燃料噴射ノズルの状態を示し、（ｂ）は、噴射停止時の燃料噴射ノズルの状態を示した説明図である。
【図３】実施例２における燃料噴射ノズルの先端部の断面を示した説明図であり、（ａ）は低温時における燃料噴射ノズルを示し、（ｂ）は高温時の燃料噴射ノズルを示した説明図である。
【図４】実施例３における燃料噴射ノズルの先端部の断面を示した説明図であり、（ａ）は低温時における燃料噴射ノズルを示し、（ｂ）は高温時の燃料噴射ノズルを示した説明図である。
【図５】実施例４の高温時における燃料噴射ノズルの先端部の断面を示した説明図である。
【図６】実施例５の高温時における燃料噴射ノズルの先端部の断面を示した説明図である。
【図７】実施例６の高温時における燃料噴射ノズルの先端部の断面を示した説明図である。
【図８】実施例６の他の燃料噴射ノズルの高温時における先端部の断面を示した説明図である。
【図９】本発明の他の燃料噴射ノズルの先端部の断面を示した説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１、１１、２１，３１、４１、５１、６１、７１、８１  燃料噴射ノズル
２、１２  ノズルボディ
２ａ  シート面
３、１３、２３、３３、４３  ニードル
４、１４  燃料溜まり室
５、１５  噴孔
６、１６、２６、４６、７６  内側ニードル
６ｂ  先端部
７、４７、７７、８７  外側ニードル
７ｂ  シート部
８  結合子
１９  連続面
３４、４４  第１部材
３５、４５  第２部材
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、５０、５１、５２  結合子
４８  筒体
４９  スプリング
５３  空間部
５４  背圧制御室
５５  シート面
６２  内側ストッパ
６３  外側ストッパ
【図１】
2008240524.tif 000003
【図２】
2008240524.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008240524.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008240524.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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