(57)【要約】【課題】ニードル３の閉弁時にサック室９の圧力上昇を抑制して、ニードル３の閉弁速度の低下を回避すること。【解決手段】ニードル３の先端部には、サック室９に摺動自在に嵌合して第２の噴孔７を開閉する摺動軸部１２が設けられ、更に摺動軸部１２の内部を通って摺動軸部１２の先端面に開口するバイパス通路が設けられている。バイパス通路は、自身の通路入口を形成する円周溝部１３を有し、この円周溝部１３の上流側面１３ａが、ニードル３の閉弁時にサック室９の入口角部９ａより上側に位置している。従って、バイパス通路は、シート部３ａがシート面８に着座する直前までサック室９と第１の噴孔６との間を連通している。これにより、摺動軸部１２が第２の噴孔７を閉じた後、更にニードル３が下降しても、サック室９の燃料が圧縮されることはなく、バイパス通路を通って第１の噴孔６から噴射される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に穿設されたガイド孔の下端部に円錐状のシート面が形成され、更に前記シート面の下流側にサック室が凹設され、前記シート面に開口する第１の噴孔と前記サック室の内周面に開口する第２の噴孔とを有するノズルボディと、
前記ガイド孔に往復動可能に挿入され、自身の下端部に前記シート面に着座して前記第１の噴孔を閉じるシート部が設けられると共に、このシート部より下流側に前記サック室に摺動自在に嵌合して前記第２の噴孔を開閉する摺動軸部が設けられ、更に前記摺動軸部の内部を通って前記摺動軸部の底面に通路出口が開口するバイパス通路が設けられたニードルとを備え、
このニードルのリフトにより前記シート部が前記シート面から離れて前記第１の噴孔を開いた後、更に前記ニードルがリフトして前記摺動軸部が前記第２の噴孔を開くと、前記サック室を介して前記バイパス通路と前記第２の噴孔とが連通することにより、前記バイパス通路を通って供給される高圧燃料が前記第２の噴孔より噴射される燃料噴射ノズルであって、
前記バイパス通路は、前記シート部より下流側のニードル側面に通路入口が開口し、且つその通路入口の上流側開口端が、前記ニードルの閉弁時（前記シート部が前記シート面に着座している時）に前記サック室の入口角部より上流側に位置していることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載した燃料噴射ノズルにおいて、
前記バイパス通路の通路入口と前記シート面または前記サック室の内周面との間に生じる最小流路面積をＦａとし、前記シート部と前記シート面との間に生じる最小流路面積をＦｂとすると、
前記ニードルが前記ガイド孔を下降する際に、少なくとも前記摺動軸部が前記第２の噴孔を閉じてから以降、Ｆａ≧Ｆｂの関係が成立することを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項３】
請求項１または２に記載した燃料噴射ノズルにおいて、
前記第１の噴孔と前記シート部より下流側のニードル側面との間で、前記第１の噴孔の上流側開口縁と前記ニードル側面との間に生じる最小流路面積をＦｈｕとし、前記第１の噴孔の下流側開口縁と前記ニードル側面との間に生じる最小流路面積をＦｈｌとすると、Ｆｈｕ≦Ｆｈｌの関係が成立することを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項４】
軸方向に穿設されたガイド孔の下端部に円錐状のシート面が形成され、更に前記シート面の下流側にサック室が凹設され、前記シート面に開口する第１の噴孔と前記サック室の内周面に開口する第２の噴孔とを有するノズルボディと、
前記ガイド孔に往復動可能に挿入され、自身の下端部に前記シート面に着座して前記第１の噴孔を閉じるシート部が設けられると共に、このシート部より下流側に前記サック室に摺動自在に嵌合して前記第２の噴孔を開閉する摺動軸部が設けられ、更に前記摺動軸部の内部を通って前記摺動軸部の底面に通路出口が開口するバイパス通路が設けられたニードルとを備え、
このニードルのリフトにより前記シート部が前記シート面から離れて前記第１の噴孔を開いた後、更に前記ニードルがリフトして前記摺動軸部が前記第２の噴孔を開くと、前記サック室を介して前記バイパス通路と前記第２の噴孔とが連通して、前記バイパス通路を通って供給される高圧燃料が前記第２の噴孔より噴射される燃料噴射ノズルであって、
前記ニードルの内部に前記バイパス通路と低圧系とを連通する連通通路が設けられ、且つ前記連通通路の途中に絞りが設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項５】
軸方向に穿設されたガイド孔の下端部に円錐状のシート面が形成され、更に前記シート面の下流側にサック室が凹設され、前記シート面に開口する第１の噴孔と前記サック室の内周面に開口する第２の噴孔とを有するノズルボディと、
前記ガイド孔に往復動可能に挿入され、自身の下端部に前記シート面に着座して前記第１の噴孔を閉じるシート部が設けられると共に、このシート部より下流側に前記サック室に摺動自在に嵌合して前記第２の噴孔を開閉する摺動軸部が設けられ、更に前記摺動軸部の内部を通って前記摺動軸部の底面に通路出口が開口するバイパス通路が設けられたニードルとを備え、
このニードルのリフトにより前記シート部が前記シート面から離れて前記第１の噴孔を開いた後、更に前記ニードルがリフトして前記摺動軸部が前記第２の噴孔を開くと、前記サック室を介して前記バイパス通路と前記第２の噴孔とが連通して、前記バイパス通路を通って供給される高圧燃料が前記第２の噴孔より噴射される燃料噴射ノズルであって、
前記バイパス通路の内部に弾性係数の低い弾性部材が挿入されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ニードルのリフト量に対応して噴孔面積（噴孔数）が増大する燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
直接噴射式エンジンおいて、燃料噴射ノズルから噴射される燃料噴霧の形状及び噴射量は、エンジンの運転状態及び噴射初期と後期とでそれぞれ最適な状態がある。これを実現する方法として、例えば特開平１０−１４１１８５号公報に開示された従来技術がある。
これは、ニードルの先端部に上下二段の噴孔を選択的に開閉する突起状摺動部を設けて、低リフト時には下段噴孔のみ、高リフト時には上下二段の噴孔から燃料噴射することで、より適切な噴射率を実現できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来技術では、突起状摺動部が上下二段の噴孔を閉鎖した後も、ニードルのシート部がシート面に着座するまでニードルが下降するため、突起状摺動部の先端側に形成されるデッドボリューム内の燃料が逃げ場を無くし、ニードルの下降に伴って圧縮される。つまり、ニードルのシート部がシート面に着座する直前まで、シート面より燃料上流側と前記のデッドボリュームとがシート隙間を通じて連通状態となるものの、シート面より燃料上流側が高圧の燃料供給経路であるために、デッドボリューム内の燃料が逃げ場を無くすのである。
【０００４】
これにより、デッドボリューム内が高圧化してニードルの閉弁速度が低下するため、次回の噴射にバラツキが生じる。その結果、噴射量を適切に制御できないという問題が発生する。
また、デッドボリューム内の高圧化により、デッドボリューム内の燃料がデッドボリュームと突起状摺動部との摺動隙間を通って噴孔から漏れる可能性があり、漏れた燃料が未燃のままＴＨＣとして排出される虞がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ニードル閉弁時にデッドボリューム内（サック室）の圧力上昇を抑制して、ニードルの閉弁速度の低下を回避できる燃料噴射ノズルを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明の燃料噴射ノズルは、ニードルの下端部にシート部が設けられると共に、このシート部より下流側にサック室に摺動自在に嵌合して第２の噴孔を開閉する摺動軸部が設けられ、更に摺動軸部の内部を通って摺動軸部の底面に通路出口が開口するバイパス通路が設けられている。このバイパス通路は、シート部より下流側のニードル側面に通路入口が開口し、且つその通路入口の上流側開口端が、ニードルの閉弁時（シート部がシート面に着座している時）にサック室の入口角部より上流側に位置している。
【０００６】
この構成によれば、ニードルがガイド孔を下降する際に、シート部がシート面に着座する直前まで、バイパス通路を通じてサック室が第１の噴孔と連通している。これにより、摺動軸部が第２の噴孔を閉じた後、更にニードルがガイド孔を下降しても、サック室の燃料が圧縮されることはなく、バイパス通路を通って第１の噴孔から噴射される。この状態は、シート部がシート面に着座するまで継続されるため、ニードルは速やかに閉弁できる。その結果、次回の噴射に影響が生じることはなく、噴射のバラツキを防止でき、噴射量を適切に制御できる。
また、サック室の高圧化を回避できるので、摺動軸部とサック室との摺動隙間を通って第２の噴孔から燃料が漏れることもなく、ＴＨＣの排出も抑制でき、エンジンの排出ガスを浄化できる。
【０００７】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した燃料噴射ノズルにおいて、
バイパス通路の通路入口とシート面またはサック室の内周面との間に生じる最小流路面積をＦａとし、シート部とシート面との間に生じる最小流路面積をＦｂとすると、ニードルがガイド孔を下降する際に、少なくとも摺動軸部が第２の噴孔を閉じてから以降、Ｆａ≧Ｆｂの関係が成立する。
【０００８】
この構成では、摺動軸部が第２の噴孔を閉じた後、更にニードルがガイド孔を下降する際に、シート部側の最小流路面積Ｆｂよりバイパス通路入口側の最小流路面積Ｆａの方が大きいので、最小流路面積Ｆａを通過できる燃料流量の方が、最小流路面積Ｆｂを通過できる燃料流量より多くなる。その結果、サック室からバイパス通路を通ったより多くの燃料が第１の噴孔から噴射されるため、摺動軸部が第２の噴孔を閉じた後、更にニードルがガイド孔を下降する際に、サック室内の圧力が圧縮されることはない。
【０００９】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した燃料噴射ノズルにおいて、
第１の噴孔とシート部より下流側のニードル側面との間で、第１の噴孔の上流側開口縁とニードル側面との間に生じる最小流路面積をＦｈｕとし、第１の噴孔の下流側開口縁とニードル側面との間に生じる最小流路面積をＦｈｌとすると、Ｆｈｕ≦Ｆｈｌの関係が成立する。
【００１０】
この構成では、摺動軸部が第２の噴孔を閉じた後、更にニードルがガイド孔を下降する際に、最小流路面積Ｆｈｕより最小流路面積Ｆｈｌの方が大きいので、最小流路面積Ｆｈｌを通過できる燃料流量の方が、最小流路面積Ｆｈｕを通過できる燃料流量より多くなる。その結果、サック室からバイパス通路を通ったより多くの燃料が第１の噴孔から噴射されるため、摺動軸部が第２の噴孔を閉じた後、更にニードルがガイド孔を下降する際に、サック室内の圧力が圧縮されることはない。
【００１１】
（請求項４の発明）
本発明の燃料噴射ノズルは、ニードルの下端部にシート部が設けられると共に、このシート部より下流側にサック室に摺動自在に嵌合して第２の噴孔を開閉する摺動軸部が設けられ、更に摺動軸部の内部を通って摺動軸部の底面に通路出口が開口するバイパス通路が設けられている。
また、ニードルの内部にバイパス通路と低圧系とを連通する連通通路が設けられ、且つ連通通路の途中に絞りが設けられている。
【００１２】
この構成によれば、ニードルが下降する際に、摺動軸部が第２の噴孔を閉じた後、サック室の燃料が連通通路を通って低圧系に流出するため、サック室の燃料が圧縮されることはなく、サック室の高圧化を防止できる。その結果、ニードルが速やかに閉弁できるので、次回の噴射に影響が生じることはなく、噴射のバラツキを防止でき、噴射量を適切に制御できる。
また、サック室の高圧化を回避できるので、摺動軸部とサック室との摺動隙間を通って第２の噴孔から燃料が漏れることもなく、ＴＨＣの排出も抑制でき、エンジンの排出ガスを浄化できる。
【００１３】
（請求項５の発明）
本発明の燃料噴射ノズルは、ニードルの下端部にシート部が設けられると共に、このシート部より下流側にサック室に摺動自在に嵌合して第２の噴孔を開閉する摺動軸部が設けられている。また、摺動軸部の内部を通って摺動軸部の底面に通路出口が開口するバイパス通路が設けられ、このバイパス通路の内部に弾性係数の低い弾性部材が挿入されている。
【００１４】
この構成によれば、ニードルが下降する際に、摺動軸部が第２の噴孔を閉じた後、サック室の燃料圧力が弾性部材に吸収されるため、サック室の燃料が圧縮されることはなく、サック室の高圧化を防止できる。その結果、ニードルが速やかに閉弁できるので、次回の噴射に影響が生じることはなく、噴射のバラツキを防止でき、噴射量を適切に制御できる。
また、サック室の高圧化を回避できるので、摺動軸部とサック室との摺動隙間を通って第２の噴孔から燃料が漏れることもなく、ＴＨＣの排出も抑制でき、エンジンの排出ガスを浄化できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は燃料噴射ノズルの先端部の拡大断面図、図２は燃料噴射ノズルの全体断面図である。
本実施例の燃料噴射ノズル１（以下ノズル１と言う）は、例えばディーゼル機関用のインジェクタ（図示しない）に用いられるもので、図２に示す様に、ノズルボディ２とニードル３とで構成され、図示しないノズルホルダに保持されている。
【００１６】
ノズルボディ２には、軸方向に穿設されたガイド孔４と、このガイド孔４に通じる燃料供給路５、及び燃料を噴射するための噴孔（第１の噴孔６と第２の噴孔７）等が設けられている。
ガイド孔４の下端部には、図１に示す様に、内径が次第に小さくなる円錐状のシート面８が設けられ、更にシート面８の下流側に円筒内周面を有するサック室９が凹設されている。
【００１７】
燃料供給路５は、ガイド孔４の途中に内径を拡大して設けられた油溜まり１０に連通し、この油溜まり１０に高圧燃料を供給する。なお、油溜まり１０より下流側（図２の下側）のガイド孔４は、そのガイド孔４に挿入されるニードル３の外周に環状の燃料通路１１を形成し、この燃料通路１１がシート面８まで続いている。従って、燃料供給路５から油溜まり１０に供給された燃料は、油溜まり１０から燃料通路１１を通ってシート面８上に供給される。
噴孔は、ニードル３がリフトした時に先に開く第１の噴孔６と、後に開く第２の噴孔７とを有し、第１の噴孔６がノズルボディ２のシート面８に開口し、第２の噴孔７がサック室９の内周面に開口している。
【００１８】
ニードル３は、自身の上部がガイド孔４に摺動自在に嵌合して、ガイド孔４に往復動可能に設けられ、開弁圧を二段階に設定する２個のスプリング（図示しない）により閉弁方向（図２の下方向）に付勢されている。
ニードル３の先端部（図２の下端部）には、ノズルボディ２のシート面８に着座して第１の噴孔６を閉じるシート部３ａが設けられると共に、このシート部３ａより先端側に第２の噴孔７を開閉する摺動軸部１２が設けられ、更に、シート面８上から第２の噴孔７に高圧燃料を供給するためのバイパス通路（下述する）が設けられている。
【００１９】
シート部３ａは、図１に示す様に、角度が異なる二つの円錐面（上側円錐面３ｂと下側円錐面３ｃ）によって形成され、その二つの円錐面３ｂ、３ｃが交わる境界線（稜線）に設けられている。
摺動軸部１２は、ノズルボディ２のサック室９に摺動自在に嵌合する円柱形状を有し、ニードル３の閉弁時（シート部３ａがシート面８に着座している時）から一段目のニードルリフト時まで、自身の摺動面（外周面）がサック室９の内周面に開口する第２の噴孔７を閉鎖し、二段目のニードルリフト時に、摺動面の開閉端部（制御エッジ１２ａと呼ぶ）が第２の噴孔７より上流側に移動して第２の噴孔７を開口する。
【００２０】
バイパス通路は、下側円錐面３ｃと摺動軸部１２との間に設けられる円周溝部１３と、摺動軸部１２の径方向中央部に穿設された縦孔１４、この縦孔１４と円周溝部１３とを連絡する横孔１５によって構成される。
円周溝部１３は、バイパス通路の通路入口を形成しており、図１に示す様に、下側円錐面３ｃと交差する上流側面１３ａが、ニードル３の閉弁時に、サック室９の入口角部９ａ（サック室９の内周面とシート面８とが交わる稜線）より上側に位置している。
【００２１】
縦孔１４は、摺動軸部１２の先端面から図示上方へ向かって穿設され、摺動軸部１２の先端面にバイパス通路の通路出口として開口している。
横孔１５は、円周溝部１３が設けられるニードル先端部を径方向に貫通して円周溝部１３と縦孔１４とを連通している。
このバイパス通路は、リフトしたニードル３がガイド孔４を下降する際に、シート部３ａがシート面８に着座する直前までサック室９と第１の噴孔６との間を連通している。
【００２２】
ここで、バイパス通路の通路入口（円周溝部１３）とシート面８またはサック室９の内周面との間に生じる最小流路面積をＦａとし、シート部３ａとシート面８との間に生じる最小流路面積をＦｂとすると、ニードル３がガイド孔４を下降する際に、少なくとも摺動軸部１２が第２の噴孔７を閉じてから以降、Ｆａ≧Ｆｂの関係が成立する。
また、第１の噴孔６とシート部３ａより下流側の下側円錐面３ｃとの間で、第１の噴孔６の上流側開口縁と下側円錐面３ｃとの間に生じる最小流路面積をＦｈｕとし、第１の噴孔６の下流側開口縁と下側円錐面３ｃとの間に生じる最小流路面積をＦｈｌとすると、Ｆｈｕ≦Ｆｈｌの関係が成立する。
【００２３】
次に、本実施例の作用を説明する。
図示しない高圧ポンプから所定量の燃料が所定の時期に圧送され、その高圧燃料が燃料供給路５から油溜まり１０を経て燃料通路１１を流れ、シート面８上のシート部３ａまで供給される。ここで、ニードル３をリフト方向へ付勢する燃料圧力が第１開弁圧より大きくなると、ニードル３が押し上げられて、一段目のリフト位置までガイド孔４をリフトする（図３参照）。この時、シート部３ａがシート面８から離れて第１の噴孔６を開く（第２の噴孔７はニードル３の摺動軸部１２によって閉じられている）ことにより、第１の噴孔６からのみ噴射が行われ、低噴射率の噴射が実現できる。
【００２４】
更に、ニードル３を付勢する燃料圧力が上昇して第２開弁圧より大きくなると、ニードル３が二段目のリフト位置までガイド孔４をリフトする（図４参照）。この時、摺動軸部１２の制御エッジ１２ａが第２の噴孔７より上流側に移動して第２の噴孔７を開くことにより、第２の噴孔７からも噴射が行われて、高噴射率の噴射が実現できる。
その後、高圧ポンプの燃料圧送が終わりに近づくと、ニードル３をリフト方向に付勢する燃料圧力が低下するため、２個のスプリングによりニードル３がシート面８方向へ付勢されてガイド孔４を下降する。この時、摺動軸部１２の制御エッジ１２ａが第２の噴孔７より下流側に移動して第２の噴孔７を閉じた後、更にニードル３が下降してシート部３ａがシート面８に着座することにより第１の噴孔６を閉鎖する。
【００２５】
（第１実施例の効果）
本実施例のノズル１は、ニードル３がガイド孔４を下降する際に、シート部３ａがシート面８に着座する直前まで、シート面８と下側円錐面３ｃとの間に形成される隙間にニードル３の円周溝部１３が通じているため、その隙間とバイパス通路（円周溝部１３、縦孔１４、横孔１５）とを通じてサック室９が第１の噴孔６と連通している。これにより、摺動軸部１２が第２の噴孔７を閉じた後、更にニードル３がガイド孔４を下降しても、サック室９の燃料が圧縮されることはなく、バイパス通路を通って第１の噴孔６から噴射される。この状態は、シート部３ａがシート面８に着座するまで継続されるため、ニードル３は速やかに閉弁できる。
【００２６】
上記の結果、次回の噴射に影響が生じることはなく、噴射のバラツキを防止でき、噴射量を適切に制御できる。
また、サック室９の高圧化を回避できるので、摺動軸部１２とサック室９との摺動隙間を通って第２の噴孔７から燃料が漏れることもなく、ＴＨＣの排出も抑制でき、エンジンの排出ガスを浄化できる。
【００２７】
（第２実施例）
図５はノズル先端部の拡大断面図である。
本実施例のノズル１は、図５に示す様に、ニードル３の内部にバイパス通路と低圧系とを連通する連通通路１６を設けた場合の一例であり、連通通路１６の途中には絞り１７が設けられている。
また、ニードル３の円周溝部１３は、摺動軸部１２が第２の噴孔７を閉じた時点で、円周溝部１３の上流側面１３ａが、サック室９の入口角部９ａ（サック室９の内周面とシート面８とが交わる稜線）より下側に位置している。
【００２８】
この構成では、ニードル３が下降する際に、摺動軸部１２が第２の噴孔７を閉じた後、第１実施例の様にサック室９の燃料がバイパス通路を通って第１の噴孔６から噴射されることはないが、連通通路１６を通って低圧系に過度に流出するため、サック室９の高圧化を防止でき、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、連通通路１６の絞り１７は、ニードル３がリフトして第１の噴孔６及び第２の噴孔７を開いた時に、高圧燃料が連通通路１６を通って低圧系に流出することを防止するために設けられたもので、その通路断面積は、第１の噴孔６及び第２の噴孔７の通路断面積より小さく設定されている。
【００２９】
（第３実施例）
図６はノズル先端部の拡大断面図である。
本実施例のノズル１は、図６に示す様に、バイパス通路を構成する縦孔１４の深部に弾性係数の低い弾性部材１８（例えばスポンジ等の海綿状部材）を挿入した場合の一例である。
また、ニードル３の円周溝部１３は、第２実施例と同様に、摺動軸部１２が第２の噴孔７を閉じた時点で、円周溝部１３の上流側面１３ａが、サック室９の入口角部９ａより下側に位置している。
【００３０】
この構成では、ニードル３が下降する際に、摺動軸部１２が第２の噴孔７を閉じた後、第１実施例の様にサック室９の燃料がバイパス通路を通って第１の噴孔６から噴射されることはないが、サック室９の燃料圧力が弾性部材１８に吸収されるため、サック室９の高圧化を防止でき、第１実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
本発明は、ノズルボディ２とニードル３に関するものであり、ノズルホルダの構成を限定するものではない。例えば、ニードルリフト量を任意に可変するピエゾ素子駆動によるインジェクタ、あるいは電磁弁、圧電素子、磁歪駆動等によりニードルリフト量を段階的に可変するインジェクタへも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノズル先端部の拡大断面図である（第１実施例）。
【図２】燃料噴射ノズルの全体断面図である。
【図３】第１実施例に示すノズル先端部の拡大断面図である（低リフト時）。
【図４】第１実施例に示すノズル先端部の拡大断面図である（高リフト時）。
【図５】ノズル先端部の拡大断面図である（第２実施例）。
【図６】ノズル先端部の拡大断面図である（第３実施例）。
【符号の説明】
１　　燃料噴射ノズル
２　　ノズルボディ
３　　ニードル
３ａ　シート部
４　　ガイド孔
６　　第１の噴孔
７　　第２の噴孔
８　　シート面
９　　サック室
９ａ　サック室の入口角部
１２　　摺動軸部
１３　　円周溝部（バイパス通路）
１４　　縦孔（バイパス通路）
１５　　横孔（バイパス通路）
１６　　連通通路
１７　　絞り
１８　　弾性部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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