(57)【要約】【課題】ノズルボディと摺動部を有するスプール式燃料噴射ノズルにおいて、ニードル弁の上昇に従って、高拡散噴射と高貫徹噴射とを切り替えることを目的とする。【解決手段】燃料を噴射する燃料噴孔４を有するノズルボディ２と、前記ノズルボディ２と摺動するニードル弁１と、を備える燃料噴射ノズルであって、前記燃料噴孔４に対して、該燃料噴孔４の軸方向へ燃料を供給する軸方向供給手段と、前記燃料噴孔４に対して、前記燃料噴孔４の横断面における中心よりオフセットした方向へ燃料を供給するオフセット供給手段と、前記ニードル弁１のリフト量に応じて、前記軸方向供給手段によって前記燃料噴孔４へ供給される燃料の流量と前記オフセット供給手段によって前記燃料噴孔４へ供給される燃料の流量とを調整する流量調整手段と、を備える。【選択図】図１
2004108149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する燃料噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディと摺動するニードル弁と、を備える燃料噴射ノズルであって、
前記燃料噴孔に対して、該燃料噴孔の軸方向へ燃料を供給する軸方向供給手段と、
前記燃料噴孔に対して、前記燃料噴孔の横断面における中心よりオフセットした方向へ燃料を供給するオフセット供給手段と、
前記ニードル弁のリフト量に応じて、前記軸方向供給手段によって前記燃料噴孔へ供給される燃料の流量と前記オフセット供給手段によって前記燃料噴孔へ供給される燃料の流量とを調整する流量調整手段と、を備えることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
前記ノズルボディは、燃料を受け入れる筒状のスプール孔を有し、
前記ニードル弁は、前記スプール孔に摺動自在に嵌挿される摺動部を先端部に有し、
前記軸方向供給手段は、前記燃料噴孔の開口部が前記スプール孔に設けられることによって構成され、
前記オフセット供給手段は、前記スプール孔とは別に形成される前記燃料噴孔へ燃料を供給するための流路であって、該流路が前記燃料噴孔と連結する部位における該流路の向きが前記燃料噴孔の横断面における中心よりオフセットした側流路で構成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項３】
前記スプール孔は、前記ノズルボディの先端部において前記ノズルボディ内部から前記ノズルボディ外部へと連通する貫通孔であって、
前記摺動部は、前記ニードル弁のリフト量に応じて前記スプール孔と摺動する第一摺動部と、
前記第一摺動部より前記ニードル弁の先端方向に位置する部位に、常時前記スプール孔と摺動する第二摺動部と、を備え、
前記側流路は、前記スプール孔より上流側に開口部を有し、
前記流量調整手段は、前記ニードル弁のリフトによって前記側流路へ燃料を流入させるとともに、開弁時における前記ニードル弁のリフト量が小さいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動することによって前記スプール孔への燃料の流入を禁止し、開弁時における前記ニードル弁のリフト量が大きいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動しない状態とすることにより前記スプール孔への燃料の流入を行う手段であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項４】
前記スプール孔は、前記ノズルボディの先端部に設けられる有底の孔であって、
前記摺動部は、前記ニードル弁のリフト量に応じて前記スプール孔と摺動する第一摺動部であって、
前記側流路は、前記スプール孔より上流側に開口部を有し、
前記流量調整手段は、前記ニードル弁のリフトによって前記側流路へ燃料を流入させるとともに、開弁時における前記ニードル弁のリフト量が小さいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動することによって前記スプール孔への燃料の流入を禁止し、開弁時における前記ニードル弁のリフト量が大きいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動しない状態とすることにより前記スプール孔への燃料の流入を行う手段であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項５】
前記側流路は、前記ノズルボディにおいて前記スプール孔に沿って設けられることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項６】
前記側流路は、前記第一摺動部に設けられ、
前記ニードル弁は、少なくとも該ニードル弁のリフト量が小さいときには、前記側流路と前記燃料噴孔との相対位置が一定の位置関係に保持されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の燃料噴射ノズル。
【請求項７】
前記側流路は、燃料の下流方向に従い前記側流路の横断面積が次第に拡大することを特徴とする請求項３から請求項６の何れかに記載の燃料噴射ノズル。
【請求項８】
前記第一摺動部は、前記ニードル弁の軸方向に移動自在に設けられ、
前記ニードル弁は、該ニードル弁のリフト量に応じて前記第一摺動部の前記ニードル弁に対する相対位置を変更する第一摺動部切替機構を備えることを特徴とする請求項３から請求項７の何れかに記載の燃料噴射ノズル。
【請求項９】
前記第一摺動部切替機構は、前記ニードル弁の軸方向に沿って弾性部材を介して前記第一摺動部と前記ニードル弁とを連結することを特徴とする請求項８に記載の燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関における燃料噴射ノズルに関する。
【従来の技術】
【０００２】
内燃機関の燃料噴射ノズルの駆動方式について大別して３通りある。その一つがまずジャーク式である。この方式では、燃料を噴射する燃料噴孔を開閉するニードル弁をノズルスプリング等で閉弁方向に付勢することで、ニードル弁の先端部近くに設けられたシート部がノズルボディに当接して燃料噴射を遮断する一方で、燃料噴射時には燃料の油圧によってニードル弁が前記ノズルスプリングの付勢力に抗することでニードル弁が押し上げられ、燃料が噴射される。
【０００３】
次に蓄圧式といわれる燃料噴射ノズルでは、電磁油圧制御弁を使用することで、ニードル弁による燃料噴孔の開閉を行う。具体的には、ニードル弁は、燃料噴孔とは反対側の端部が、電磁油圧制御弁によって油圧制御される制御室内へと連通し、制御室内には加圧燃料が導入される構造となっており、該端部に制御室内の油圧がかかる。ここで、ノズル閉弁時には、前記電磁油圧制御弁を閉じることによって、制御室内を燃料ポンプからの加圧燃料で満たし、ニードル弁に油圧をかけることで、ニードル弁を燃料噴孔側へと押圧する。反対に、ノズル開弁時には、前記電磁油圧制御弁を開くことで制御室内の加圧燃料を排出して油圧を下げることで、ニードル弁が燃料噴孔と反対側へ吸引され、燃料を噴射するものである。
【０００４】
これらジャーク式および蓄圧式の燃料噴射ノズルは、ノズルが開閉することによってニードル弁の先端部は加圧燃料に曝されるため、ノズル閉弁時とノズル開弁時におけるニードル弁に掛かる圧力の差が非常に大きくなる。更に蓄圧式の燃料噴射ノズルにおいては、油圧制御を行うためのオリフィス管等の管理が煩雑となる。そこで、これらを解決する燃料噴射ノズルとして、スプール式の燃料噴射ノズルが提案されている。スプール式燃料噴射ノズルでは、ニードル弁の先端部がノズルボディと摺動しながら、加圧燃料を燃料噴孔へ導入する。ニードル弁の先端部とノズルボディとが常に摺動することで、ニードル弁の先端部が加圧燃料にさらされるのを回避することが可能となる。
【０００５】
ここで、内燃機関においては、低速・低負荷領域でのＮＯｘの低減と、高負荷域でのスモークの低減が重要な課題となっている。そこで、内燃機関の負荷状況に応じて、燃料の噴射態様を切り替える必要がある。具体的には、低速・低負荷領域でのＮＯｘの低減においては、燃料を微粒化し且つ燃料の拡散度を高める必要があり、高負荷域でのスモークの低減においては、必要量の燃料を短時間にて噴射する必要がある。
【０００６】
そこで、前記ジャーク式や蓄圧式の燃料噴射ノズルにおいては、ノズルボディ外側へ燃料を噴射するためにノズルボディ内側とノズルボディ外側とを連通する燃料噴孔を形成した燃料噴射ノズルにおいて、ノズルボディ内壁面に周溝を形成すると共に、燃料噴孔入口のノズルボディ後端側部分が周溝のノズルボディ先端側部分と重複し、燃料噴孔入口のノズルボディ先端側部分が前記周溝と重複せず、かつ、周溝のノズルボディ後端側部分が前記燃料噴孔入口と重複しないように、前記周溝に対し前記燃料噴孔入口を配置した燃料噴射ノズルが提供されている（例えば、特許文献１参照）。このように構成される燃料噴射ノズルでは、ニードル弁のリフト量が小さい時に、ノズルボディに対しニードル弁が偏心している又はしていないにかかわらず、周溝および燃料噴孔入口で発生する燃料の旋回により、均一なホローコーン噴射、即ち拡散度の高い高拡散噴射を形成することができる。一方で、ニードル弁のリフト量が大きいときは、周溝に影響されず、燃料が平均的に燃料噴孔入口に流入することとなり、加圧燃料の油圧に応じた均等な燃料量噴射、即ち噴射される燃料の有する慣性力に従い必要量の燃料を短時間にて噴射する高貫徹噴射を形成することができる。つまり、ニードル弁の上昇に従って、燃料噴孔入口とニードル弁との距離が変化することによって、燃料噴孔から噴射される燃料の噴射態様を切り替えることが可能となる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１２３３４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一方で、スプール式燃料噴射ノズルにおいては、ニードル弁の先端部がノズルボディと常に摺動する構造となっており、更に燃料噴孔へ燃料を導入するための一定の空間を設ける必要があるため、ニードル弁が上昇を行う場合においても、ニードル弁と燃料噴孔入口との距離がほぼ一定となり、燃料噴孔入口において加圧燃料に旋回成分を付与し、それに伴う拡散度の高い高拡散燃料噴射と、燃料噴孔入口に対して均等に燃料を導入することで慣性力に従い必要量の燃料を短時間にて噴射する高貫徹噴射の切替を行うことは困難となる。
【０００９】
そこで、前記課題に鑑み、本発明に係る燃料噴射ノズルは、ノズルボディと摺動部を有するスプール式燃料噴射ノズルであって、ニードル弁の上昇に従って、高拡散噴射と高貫徹噴射とを切り替える燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。即ち、燃料を噴射する燃料噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディと摺動するニードル弁と、を備える燃料噴射ノズルであって、前記燃料噴孔に対して、該燃料噴孔の軸方向へ燃料を供給する軸方向供給手段と、前記燃料噴孔に対して、前記燃料噴孔の横断面における中心よりオフセットした方へ燃料を供給するオフセット供給手段と、前記ニードル弁のリフト量に応じて、前記軸方向供給手段によって前記燃料噴孔へ供給される燃料の流量と前記オフセット供給手段によって前記燃料噴孔へ供給される燃料の流量とを調整する流量調整手段と、を備える燃料噴射ノズルであることを特徴とする。
【００１１】
このように構成された燃料噴射ノズルは、前記ニードル弁に前記ノズルボディと摺動する摺動部を有するスプール式燃料噴射ノズルであり、燃料をノズルボディ外部へ噴射する前記燃料噴孔に対して燃料を供給するにあたり、前記軸方向供給手段と前記オフセット供給手段の二種類の手段を有する。前記軸方向供給手段は、前記燃料噴孔に対して、その軸方向へ燃料を供給する手段であり、この軸方向供給手段によって前記燃料噴孔へ供給された燃料は、前記燃料噴孔に対して均等に流入するため、燃料の有する慣性力に従った噴射、即ち必要量の燃料を短時間で噴射する高貫徹噴射が行われることとなる。
【００１２】
一方で、前記オフセット供給手段は、前記燃料噴孔に対して、前記燃料噴孔の横断面における中心よりオフセットした方へ燃料を供給する手段である。ここで、横断面とは、前記燃料噴孔の軸中心に対して、おおよそ垂直方向に交わる断面である。また、前記燃料噴孔の横断面における中心とは、前記燃料噴孔の軸中心と前記燃料噴孔における横断面との交点を意味する。従って、前記オフセット供給手段によって前記燃料噴孔へ供給された燃料は、その供給方向の延長上に前記燃料噴孔の横断面における中心が存在しないこととなり、供給された燃料は前記燃料噴孔内部の形状に沿って流れるため、前記燃料噴孔の軸を中心とした旋回成分を有することとなる。この結果、この旋回成分を有した燃料が燃料噴孔から噴射されることによって、ホローコーン状の拡散度の高い高拡散噴射が行われることとなる。
【００１３】
更に、上述のように構成された燃料噴射ノズルは、前記流量調整手段を有する。前記流量調整手段は、前記ニードル弁のリフト量に応じて、前記軸方向供給手段によって前記燃料噴孔へ供給される燃料の流量と前記オフセット供給手段によって前記燃料噴孔へ供給される燃料の流量とを調整する。従って、前記ニードル弁のリフト量に応じて、前記燃料噴孔から噴射される燃料の噴射態様を、高貫徹噴射と高拡散噴射とに切り替えることが可能となる。
【００１４】
ここで、上記の燃料噴射ノズルはより具体的に以下のように構成される。即ち、前記ノズルボディは、燃料を受け入れる筒状のスプール孔を有し、前記ニードル弁は、前記スプール孔に摺動自在に嵌挿される摺動部を先端部に有し、前記軸方向供給手段は、前記燃料噴孔の開口部が前記スプール孔に設けられることによって構成され、前記オフセット供給手段は、前記スプール孔とは別に形成される前記燃料噴孔へ燃料を供給するための流路であって、該流路が前記燃料噴孔と連結する部位における該流路の向きが前記燃料噴孔の横断面における中心よりオフセットした側流路で構成されることを特徴とする。
【００１５】
このように構成された燃料噴射ノズルは、前記ノズルボディに設けられた前記スプール孔と前記ニードル弁に設けられた前記摺動部とが摺動するスプール式燃料噴射ノズルである。さらに、前記スプール孔には、前記ニードル弁のリフトによって燃料が流入する。ここで、前記軸方向供給手段は、前記燃料噴孔の開口部が前記スプール孔に設けられていることによって構成されているため、前記スプール孔へ流入した燃料は、前記燃料噴孔の軸方向に沿って均等に前記燃料噴孔へ流入する。その後、前記スプール孔へ流入した燃料は、前記燃料噴孔へと流入し外部へ噴射される。以て、前記スプール孔を介して前記燃料噴孔へ供給された燃料は、高貫徹噴射によって噴射されることとなる。
【００１６】
また、前記オフセット供給手段は、前記スプール孔とは別に形成される前記燃料噴孔へ燃料を供給するための流路であって、該流路が前記燃料噴孔と連結する部位における該流路の向きが前記燃料噴孔の横断面における中心よりオフセットした側流路で構成される。ここで、前記燃料噴孔と連結する部位における側流路の向きは、前記燃料噴孔と前記側流路が連結する部位における前記側流路の接線方向であり、前記側流路を流れる燃料はその接線方向と同じ向きで前記燃料噴孔へと供給される。また、前記燃料噴孔の中心は、先述と同様の意味である。従って、前記側流路を介して前記燃料噴孔へ供給された燃料の供給方向の延長上に前記燃料噴孔の横断面における中心が存在しないこととなり、供給された燃料は前記燃料噴孔内部の形状に従って、前記燃料噴孔の軸を中心とした旋回成分を有することとなる。この結果、この旋回成分を有した燃料が燃料噴孔から噴射され、ホローコーン状の拡散度の高い高拡散噴射が行われることとなる。
【００１７】
このように構成される燃料噴射ノズルにおいて、前記流量調整手段によって、前記ニードル弁のリフト量に応じて、前記燃料噴孔から噴射される燃料の噴射態様を、高貫徹噴射と高拡散噴射とに切り替えることができる。
【００１８】
更に、前記スプール孔、前記摺動部および前記流量調整手段には、以下に示す具体的な構成が考え得る。即ち、前記スプール孔は、前記ノズルボディの先端部において前記ノズルボディ内部から前記ノズルボディ外部へと連通する貫通孔であって、前記摺動部は、前記ニードル弁のリフト量に応じて前記スプール孔と摺動する第一摺動部と、前記第一摺動部より前記ニードル弁の先端方向に位置する部位に、常時前記スプール孔と摺動する第二摺動部と、を備え、前記側流路は、前記スプール孔より上流側に開口部を有し、前記流量調整手段は、前記ニードル弁のリフトによって前記側流路へ燃料を流入させるとともに、開弁時における前記ニードル弁のリフト量が小さいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動することによって前記スプール孔への燃料の流入を禁止し、開弁時における前記ニードル弁のリフト量が大きいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動しない状態とすることにより前記スプール孔への燃料の流入を行う手段であることを特徴とする。
【００１９】
このように構成される燃料噴射ノズルにおいて、貫通孔である前記スプール孔に対して摺動自在に嵌挿される前記摺動部は、第一摺動部と第二摺動部とから構成される。前記第一摺動部は、前記ニードル弁のリフト量に応じて前記スプール孔と摺動する摺動部である。即ち、第一摺動部は、前記ニードル弁のリフト量が小さいときは前記スプール孔と摺動し、前記ニードル弁のリフト量が大きくなると前記スプール孔との摺動が行われなくなる。結果として、前記ニードル弁のリフト量が小さいときは、第一摺動部が燃料の前記スプール孔への流入を遮断するが、前記ニードル弁のリフト量が大きくなると前記第一摺動部と前記スプール孔とが摺動していない状態となるため、燃料がスプール孔へと流入する。
【００２０】
一方で、前記第二摺動部は、前記第一摺動部より前記ニードル弁の先端側に位置する摺動部であって、前記ニードル弁のリフト量に関わらず前記スプール孔との摺動関係を保持している。従って、上述のように、前記ニードル弁のリフト量に応じて前記スプール孔へと流入した燃料は、前記第二摺動部によって、前記スプール孔より漏出する虞はない。そのため、前記スプール孔へと流入した燃料は、前記燃料噴孔より噴射される。また、前記スプール孔は貫通孔であることより、前記第二摺動部のノズルボディ外側に位置する端面は、常時大気圧に曝されることになる。従って、ニードル弁のリフトによる燃料噴射ノズルの開閉弁動作において、前記ニードル弁が加圧燃料による油圧を受ける面積を低減させることができ、以てニードル弁に係る負荷を低減させることとなる。
【００２１】
このように構成される燃料噴射ノズルでは、前記ニードル弁のリフト量が小さいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動することによって前記スプール孔を介して前記燃料噴孔へ燃料が流入することを禁止するが、一方で前記側流路には燃料が流入する。従って、側流路を介することによって、前記燃料噴孔から噴射される燃料の噴射態様は高拡散噴射となる。また、前記ニードル弁のリフト量が大きいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動しない状態となることにより、前記スプール孔を介して前記燃料噴孔へ燃料が流入する。従って、スプール孔を介することによって、前記燃料噴孔から噴射される燃料の噴射態様は高貫徹噴射となる。
【００２２】
このように、前記ニードル弁のリフト量に応じて、前記燃料噴孔から噴射される燃料の噴射態様を、高拡散噴射と高貫徹噴射とに切り替えることが可能となる。
【００２３】
更に、前記スプール孔、前記摺動部および前記流量調整手段には、以下に示す具体的な構成が考え得る。即ち、前記スプール孔は、前記ノズルボディの先端部に設けられる有底の孔であって、前記摺動部は、前記ニードル弁のリフト量に応じて前記スプール孔と摺動する第一摺動部であって、前記側流路は、前記スプール孔より上流側に開口部を有し、前記流量調整手段は、前記ニードル弁のリフトによって前記側流路へ燃料を流入させるとともに、開弁時における前記ニードル弁のリフト量が小さいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動することによって前記スプール孔への燃料の流入を禁止し、開弁時における前記ニードル弁のリフト量が大きいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動しない状態とすることにより前記スプール孔への燃料の流入を行う手段であることを特徴とする。
【００２４】
このように構成される燃料噴射ノズルにおいて、有底の孔である前記スプール孔に対して摺動自在に嵌挿される前記摺動部は、第一摺動部から構成される。前記第一摺動部は、前記ニードル弁のリフト量に応じて前記スプール孔と摺動する摺動部である。即ち、第一摺動部は、前記ニードル弁のリフト量が小さいときは前記スプール孔と摺動し、前記ニードル弁のリフト量が大きくなると前記スプール孔との摺動が行われなくなる。結果として、前記ニードル弁のリフト量が小さいときは、第一摺動部が燃料のスプール孔への流入を遮断するが、前記ニードル弁のリフト量が大きくなると前記第一摺動部と前記スプール孔とが摺動していない状態となるため、燃料がスプール孔へ流入する。
【００２５】
一方で、前記スプール孔は有底の孔であるため、前記ニードル弁のリフト量に応じて前記スプール孔へ流入した燃料は、前記スプール孔より漏出する虞はない。そのため、前記スプール孔へ流入した燃料は、前記燃料噴孔より噴射される。
【００２６】
このように構成される燃料噴射ノズルでは、前記流量調整手段によって、前記ニードル弁のリフト量が小さいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動することによって前記スプール孔を介して前記燃料噴孔へ燃料が流入することを禁止するが、一方で前記側流路には燃料が流入する。従って、側流路を介することによって、前記燃料噴孔から噴射される燃料の噴射態様は高拡散噴射となる。また、前記ニードル弁のリフト量が大きいときは、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動しない状態となることにより、前記スプール孔を介し前記燃料噴孔へ燃料が流入する。よって、前記燃料噴孔から噴射される燃料の噴射態様は高貫徹噴射となる。
【００２７】
このように、前記ニードル弁のリフト量に応じて、前記燃料噴孔から噴射される燃料の噴射態様を、高拡散噴射と高貫徹噴射とに切り替えることが可能となる。
【００２８】
ここで、前記側流路は、前記燃料噴孔へ燃料を供給するための流路であって、該流路が前記燃料噴孔と連通する部位における該流路の向きが前記燃料噴孔の横断面における中心よりオフセットしている流路である。そこで、前記側流路を設ける場所として、先ずノズルボディ側が考えられる。具体的には、前記ノズルボディにおいて前記スプール孔に沿って設けられることを特徴とする。即ち、前記スプール孔は筒状であり、それに沿うようにノズルボディ側に設けるものである。従って、前記摺動部が前記スプール孔に摺動している状態であっても、側流路における燃料の流れを遮断するものはなく、前記ニードル弁のリフト量にかかわらず、常に側流路には燃料が流入することとなる。
【００２９】
また、前記側流路を配設する他の場所として、第一摺動部側が考えられる。具体的には、前記第一摺動部に設けられ、前記ニードル弁は、少なくとも該ニードル弁のリフト量が小さいときには、前記側流路と前記燃料噴孔との相対位置が一定の位置関係に保持されることを特徴とする。このように側流路を設けることによって、ニードル弁のリフト量が小さいときは、第一摺動部に設けられた側流路を介して燃料が前記燃料噴孔へ流入するが、ニードル弁のリフト量が大きくなると、前記第一摺動部と前記スプール孔との摺動状態が解消するため、燃料は前記スプール孔を介して前記燃料噴孔へと流入する。
【００３０】
上述までの燃料噴射ノズルにおいて、前記ニードル弁のリフト量が大きくなることによって、前記第一摺動部と前記スプール孔との摺動状態が解消しようとするその瞬間は、加圧された燃料が前記スプール孔へと急激に流入しようとするため、燃料噴射ノズル内における燃料の流れが不安定となる。そのため、前記燃料噴孔からの噴射に乱れが生じ、高拡散噴射と高貫徹噴射との切替が明確に行われず、内燃機関の負荷に応じた適正な燃料噴射を行えない可能性がある。そこで、この課題を解決すべく、上述までの燃料噴射ノズルにおいて、更に以下に示す解決手段を採用した。
【００３１】
先ず、第一の解決手段は、前記側流路は、燃料の下流方向に従い前記側流路の横断面積が次第に拡大することを特徴とする。ここで、燃料の下流方向とは、前記側流路の燃料流入口である開口部を上流部、前記燃料噴孔へと連通する部位を下流部した場合、前記側流路を上流側から下流側へと向かう方向である。また、横断面積とは、上流側から下流側へと繋がる前記側流路の軸中心に対して、垂直方向に交わる断面における断面積である。このように構成される側流路を有する燃料噴射ノズルは、前記側流路の横断面積が次第に拡大する構造となっているため、前記ニードルが上昇することで前記側流路及び／またはスプール孔へ流入する燃料の量が増大しても、弁前記側流路内において燃料が円滑に流れ、以て燃料噴射ノズル内における燃料の流れが不安定となることを回避することができる。
【００３２】
また、燃料噴射ノズル内における燃料の流れが不安定となることを回避する別の手段として、前記第一摺動部を前記ニードル弁の軸方向に移動自在に設け、前記ニードル弁のリフト量に応じて前記第一摺動部の前記ニードル弁に対する相対位置を変更する第一摺動部切替機構を備えることを特徴とする手段が考えられる。このように構成される燃料噴射ノズルでは、前記ニードル弁のリフト量が大きくなり、そのリフト量が前記スプール孔に燃料が流入する量となった場合は、前記第一摺動部切替機構によって、前記ニードル弁と前記第一摺動部との前記ニードル弁の軸方向における相対位置を変更し、前記第一摺動部を前記ノズルボディ内部側へ、即ち前記第一摺動部によって構成される前記スプール孔への間口を広げる方向へ移動させることによって、前記第一摺動部と前記スプール孔との摺動状態の解消を早期に行う。これにより、燃料噴射ノズル内部における燃料の流れが不安定となる状態を早期に脱することが可能となり、燃料噴射の態様を明確に切り替えることが可能となる。
【００３３】
ここで、前記第一摺動部切替機構には、前記ニードル弁の軸方向に沿って弾性部材を介して前記第一摺動部と前記ニードル弁とを連結することを特徴とする機構が考えられる。即ち、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動状態にある程度に前記ニードル弁がリフトしている場合、加圧された燃料が前記第一摺動部を前記ニードル弁の先端部方向に押圧し、前記第一摺動部が前記スプール孔と摺動状態を解消する位置まで前記ニードル弁がリフトした場合は、加圧された燃料が先述とは反対側から前記第一摺動部を押圧し、その圧力と前記弾性部材による弾性力とによって、前記第一摺動部を前記ニードル弁の先端部とは反対の方向へ移動させるものである。このように構成される燃料噴射ノズルでは、前記第一摺動部の移動により、燃料噴射ノズル内部における燃料の流れが不安定となる状態を早期に脱することが可能となり、燃料噴射の態様を明確に切り替えることが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
＜実施例１＞
以下、本発明に係る燃料噴射ノズルの実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態に係る燃料噴射ノズルの概略構成を示す図、図２は図１に示される燃料噴射ノズルにおける２種類の作動状態を示す図、図３及び図４は図１に示される燃料噴射ノズルが行う２種類の燃料噴射態様の発生原理を示す概略図である。以下、詳細な説明を行う。
【００３５】
図１において示される本発明の実施の形態に係る燃料噴射ノズルは、閉弁時における燃料噴射ノズルの構成を示している。ここで、図１に示される燃料噴射ノズルは、その外殻をなすノズルボディ２の先端中央部において、ノズルボディ２の内部からノズルボディ２の外部へと貫通するスプール孔３を有するスプール式の燃料噴射ノズルである。ここで、ノズルボディ２の内部には、スプール孔３に摺動自在に嵌挿される摺動部を有するニードル弁１が備えられ、該ニードル弁１は、図示されないニードル弁駆動アクチュエータに連結されており、該ニードル弁駆動アクチュエータの作用によってニードル弁１は、ノズルボディ２の内部において、その軸方向に沿って移動する。尚、以降の説明において、ニードル弁１の移動方向については、ニードル弁１がスプール孔３を有するノズルボディ２の先端部方向へと移動する方向を下降方向、その反対側へ移動する方向を上昇方向と定義する。また、ニードル弁駆動アクチュエータとしては、電磁ソレノイドを用いたアクチュエータや積層電歪素子を用いたアクチュエータ等が採用し得る。
【００３６】
図１において示される燃料噴射ノズルは閉弁時のものであり、ニードル弁１はシート部１ａにおいてノズルボディ２の内壁面２ａと着座している。ここで、先述の通り、ニードル弁１はその先端部において、スプール孔３と摺動自在に嵌挿される摺動部を有している。更に、該摺動部は、シート部１ａに近い部位において設けられる第一摺動部１ｂと、該第一摺動部１ｂに連結部１ｃを介してニードル弁１の最先端部において設けられる第二摺動部１ｄとから構成されている。また第二摺動部１ｄの端面であって、ノズルボディ２の外側の端面は大気に曝される構造となっている。従って、該端面は常時、大気圧がかかる構造となっている。尚、連結部１ｃは、小径とされてスプール孔３とは摺動しない構造となっているため、スプール孔３において、第一摺動部１ｂと第二摺動部１ｄとの間には一定の空間が存在し、その空間はニードル弁１の移動とともに移動することとなる。
【００３７】
次に、ノズルボディ２には、ノズルボディ２の内部から外部に対して燃料を噴射する燃料噴孔４が設けられており、更に、燃料噴孔４に燃料を導入する燃料噴孔開口部４ａは、スプール孔３の壁面に設けられている。また、スプール孔３の周辺において、スプール孔３に沿った縦溝である側流路５が設けられており、側流路５は、スプール孔３の上流側に位置するノズルボディ上の部位に開口部（側流路開口部５ａ）を有し、燃料噴孔４へと連通している。尚、側流路５が燃料噴孔４と連通している部位は、スプール孔３の壁面上には位置しない。
【００３８】
ここで、図１に示す状態においては、図示されない燃料ポンプによって加圧された燃料が、ノズルボディ２の内部に設けられる燃料流路６へと圧送されるが、ニードル弁１がシート部１ａにおいてノズルボディ２と着座しているため、加圧燃料はシート部１ａより下流側へとは流入することはなく、以て燃料噴孔４から燃料が噴射されることはない。図１に示す状態から、ニードル弁１が上昇方向へ移動することによって、加圧燃料が燃料噴孔４へと流入することとなり、燃料の噴射が行われる。以降、本発明に係る燃料噴射ノズルにおける燃料の噴射態様について説明する。
【００３９】
図２には、本発明に係る燃料噴射ノズルにおける２種類の噴射態様を為し得る燃料噴射ノズルの動作状態が示されており、詳細には、図２（ａ）には、燃料噴孔４から噴射される燃料の拡散度が大きい高拡散噴射を行う燃料噴射ノズルの動作状態が、図２（ｂ）には、燃料噴孔４から噴射される燃料の慣性力に従い必要量の燃料を短時間で噴射する高貫徹噴射を行う燃料噴射ノズルの動作状態が示されている。尚、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示される矢印は、加圧燃料の流れを表すものである。
【００４０】
ここで、ニードル弁１の上昇方向への移動量であって、図１に示される閉弁状態におけるニードル弁１の位置に対する変位量をニードル弁１のリフト量という。図２（ａ）に示されるニードル弁１は、リフト量が小さい状態であり、具体的には第一摺動部１ｂの少なくとも一部がスプール孔３との摺動状態を保持している状態である。図１に示す閉弁状態から図２（ａ）に示す状態へとニードル弁１が移動することによって、図示されない燃料ポンプによってシート部１ａまで圧送されていた加圧燃料は、シート部１ａより下流側へ流入する。このとき、スプール孔３は第一摺動部１ｂと摺動状態であるため、加圧燃料はスプール孔３へ流れ込まずに、スプール孔３の周囲に設けられている側流路５へと流入する。更に、側流路５へと流入した加圧燃料は、側流路５が連通する燃料噴孔４へ流入し、燃料噴孔４からノズルボディ２の外部へと噴射されることとなる。ここで、図３（ａ）に従い、図２（ａ）に示される状態における噴射態様である高拡散噴射の発生原理を説明する。
【００４１】
図３（ａ）は、ニードル弁１が図２（ａ）に示す位置、即ちニードル弁１のリフト量が小さいときの燃料噴孔４近傍の詳細図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡＡ断面における拡大断面図であり、燃料噴孔４と側流路５との構造的な配置を示している。尚、図３（ａ）及び図３（ｂ）において示される矢印は燃料の流れを表すものである。
【００４２】
図３（ｂ）に示すように、側流路５は燃料噴孔４の横断面における中心Ｏに対してオフセットした部位において燃料噴孔４と連結している。ここで、中心Ｏは、ＡＡ断面と燃料噴孔４の軸中心４ｂとの交点である。側流路５と燃料噴孔４とが、このように連結されることによって、側流路５を流れる加圧燃料は、側流路５から燃料噴孔４へ噴出する際において、その燃料の流れの向きの延長上に中心Ｏが存在しないこととなる。従って、噴出した加圧燃料は、図３（ｂ）に示すように、燃料噴孔４の断面形状に沿って、おおよそ中心Ｏを中心とした旋回成分を有することとなる。このような旋回成分を有した状態で燃料噴孔４へ噴出された加圧燃料は、図３（ａ）に示すように、軸４ｂ中心とした旋回状態を保持したまま燃料噴孔４を流れていき、ノズルボディ２の外部へと噴射される。このとき、噴射される燃料は、上記の旋回成分によってホローコーン状に噴射されるため、拡散度の高い高拡散噴射となる。
【００４３】
次に、図２（ｂ）に示されるニードル弁１は、リフト量が図２（ａ）に示される状態より大きい状態であり、具体的には第一摺動部１ｂとスプール孔３との摺動状態が完全に解消されている状態であり、且つ第二摺動部１ｄとスプール孔３との摺動状態は依然保持されている状態である。図２（ａ）に示す状態から図２（ｂ）に示す状態へとニードル弁１が移動することによって、側流路５へのみ流入していた加圧燃料は、スプール孔３へも流入する。この状態において第二摺動部１ｄとスプール孔３とは摺動状態を保持しているため、スプール孔３へと流入した加圧燃料は燃料噴孔開口部４ａより燃料噴孔４へと導入され、燃料噴孔４からノズルボディ２の外部へと噴射されることとなる。ここで、図４（ａ）に従い、図２（ｂ）に示される状態における噴射態様である高貫徹噴射の発生原理を説明する。
【００４４】
図４（ａ）は、ニードル弁１が図２（ｂ）に示す位置、即ちニードル弁１のリフト量が大きく第一摺動部１ｂとスプール孔３との摺動状態が解消されているときの燃料噴孔４近傍の詳細図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）におけるＡＡ断面における断面図であり、燃料噴孔４と側流路５との構造的な配置を示している。尚、図４（ａ）及び図４（ｂ）において示される矢印は燃料の流れを表すものである。
【００４５】
側流路５と燃料噴孔４との配置関係は先述の通りである。ニードル弁１のリフト量が大きくなることによって、第一摺動部１ｂとスプール孔との摺動状態が解消されるため、加圧燃料がスプール孔３へと流入する。スプール孔３へと流入した加圧燃料は、スプール孔の壁面に開口部を有する燃料噴孔４へ、燃料噴孔開口部４ａから流入することとなる。この場合、加圧燃料は図３に示すような燃料噴孔４の軸中心４ｂを中心とした旋回運動を行わずに、燃料噴孔４の軸方向に沿って燃料噴孔４内を流れ進んでいき、ノズルボディ２の外部へと噴射される。このとき、噴射される燃料は、旋回運動を伴わないことにより、加圧燃料の有する慣性力に従った高貫徹噴射となる。ここで、図４（ｂ）に示される矢印は、燃料噴孔開口部４ａの周囲におけるスプール孔３から燃料噴孔４へ均等に流れ込む燃料の流れを表すものである。図２（ｂ）に示される状態においては、加圧燃料は側流路５へも流入するため、燃料噴孔４に流入する加圧燃料に若干の旋回成分が付与されることにもなるが、スプール孔３の横断面積に対する側流路５の横断面積の比率を大きくすることによって、側流路５による影響を小さくすることができる。
【００４６】
このように、第１の実施例における燃料噴射ノズルにおいては、ニードル弁１のリフト量に従って、燃料噴孔４からの噴射を高拡散噴射と高貫徹噴射とに切り替えることが可能となる。
【００４７】
＜第２の実施例＞
図５は、本発明に係る燃料噴射ノズルの第２の実施例を示す図である。図５において示される燃料噴射ノズルは、閉弁時における燃料噴射ノズルの構成を示している。ここで、図５に示される燃料噴射ノズルは、その外殻をなすノズルボディ１２の先端中央部において、有底の孔であるスプール孔１３を有するスプール式の燃料噴射ノズルである。ここで、ノズルボディ１２の内部には、スプール孔１３に摺動自在に嵌挿される摺動部を有するニードル弁１１が備えられ、該ニードル弁１１は、図示されないニードル弁駆動アクチュエータに連結されており、該ニードル弁駆動アクチュエータの作用によってニードル弁１１は、ノズルボディ１２の内部において、その軸方向に沿って移動する。
【００４８】
図５において示される燃料噴射ノズルは閉弁時のものであり、ニードル弁１１はシート部１１ａにおいてノズルボディ１２の内壁面１２ａと着座している。ここで、先述の通り、ニードル弁１１はその先端部において、スプール孔１３と摺動自在に嵌挿される摺動部を有している。更に、該摺動部は、シート部１１ａに近い部位において設けられる第一摺動部１１ｂから構成されている。
【００４９】
次に、ノズルボディ１２には、ノズルボディ１２の内部から外部に対して燃料を噴射する燃料噴孔１４が設けられており、更に、燃料噴孔１４に燃料を導入する燃料噴孔開口部１４ａは、スプール孔１３の壁面に設けられている。また、スプール孔１３の周辺において、スプール１３に沿った縦溝である側流路１５が設けられており、側流路１５は、スプール孔３の上流側に位置するノズルボディ上の部位に開口部（側流路開口部１５ａ）を有し、燃料噴孔４へと連通している。尚、側流路１５が燃料噴孔１４と連通している部位は、スプール孔１３の壁面上には位置しない。
【００５０】
ここで、図５に示す状態においては、図示されない燃料ポンプによって加圧された燃料が、ノズルボディ１２の内部に設けられる燃料流路１６へと圧送されるが、ニードル弁１１がシート部１１ａにおいてノズルボディ１２と着座しているため、加圧燃料はシート部１１ａより下流側へとは流入することはなく、以て燃料噴孔１４から燃料が噴射されることはない。図５に示す状態から、ニードル弁１１が上昇方向へ移動することによって、加圧燃料が燃料噴孔１４へと導入されることとなり、燃料の噴射が行われる。
【００５１】
ここで、側流路１５と燃料噴孔１４との配置構造は、先述の図３及び図４に示した側流路３５と燃料噴孔４の構造と同一である。このように構成される燃料噴射ノズルは、ニードル弁１１のリフト量が小さく、第一摺動部１１ｂとスプール孔１３とが摺動している状態であれば、加圧燃料がスプール孔１３へと流入せず、側流路１５へのみ流入する。従って、その場合における燃料噴孔１４からの燃料噴射の態様は高拡散噴射となる。また、ニードル弁１１のリフト量が更に大きくなり、第一摺動部１１ｂとスプール孔１３との摺動状態が解消される状態であれば、加圧燃料がスプール孔１３へ流入し、燃料噴孔開口部１４ａを介して、燃料噴孔１４へと流入する。従って、その場合における燃料噴孔１４からの燃料噴射の態様は高貫徹噴射となる。このように、ニードル弁１１のリフト量に従って、燃料噴孔１４からの噴射を高拡散噴射と高貫徹噴射とに切り替えることが可能となる。
【００５２】
＜第３の実施例＞
図６は、図１に示す燃料噴射ノズルの構成を一部変更したものである。図１と図６とに共通する部位については、共通の参照番号を付してその説明を省略する。以下に、相違する部位について説明をする。
図６に示す燃料噴射ノズルにおいては、側流路５がスプール孔３に連通した状態で、且つスプール孔３に沿って設けられるのではなく、スプール孔３に連通しない状態で、且つスプール孔３に沿って、ノズルボディ２の内部をシート部１ａの下流側から燃料噴孔４へと連通するべく設けられている。このように構成することによっても、図１に示す燃料噴射ノズルと同様に、ニードル弁１のリフト量に従って、燃料噴孔４からの噴射を高拡散噴射と高貫徹噴射とに切り替えることが可能となる。
【００５３】
＜第４の実施例＞
図７は本発明に係る第４の実施例を示す図、図８は図７に示される燃料噴射ノズルが行う高拡散噴射と高貫徹噴射の燃料噴射態様を行う場合の該燃料噴射ノズルの作動状態を示す図、図９は高拡散噴射が行われる際の燃料噴孔近傍の詳細を示す図である。以下、詳細な説明を行う。
【００５４】
図７において示される本発明の実施の形態に係る燃料噴射ノズルは、閉弁時における燃料噴射ノズルの構成を示している。ここで、図７に示される燃料噴射ノズルは、その外殻をなすノズルボディ２２の先端中央部において、ノズルボディ２２の内部からノズルボディ２２の外部へと貫通するスプール孔２３を有するスプール式の燃料噴射ノズルである。ここで、ノズルボディ２２の内部には、スプール孔２３に摺動自在に嵌挿される摺動部を有するニードル弁２１が備えられ、該ニードル弁２１は、図示されないニードル弁駆動アクチュエータに連結されており、該ニードル弁駆動アクチュエータの作用によってニードル弁２１は、ノズルボディ２２の内部において、その軸方向に沿って移動する。
【００５５】
図７において示される燃料噴射ノズルは閉弁時のものであり、ニードル弁２１はシート部２１ａにおいてノズルボディ２２の内壁面２２ａと着座している。ここで、ノズルボディ２２には、ノズルボディ２２の内部から外部に対して燃料を噴射する燃料噴孔２４が設けられており、更に、燃料噴孔２４に燃料を導入する燃料噴孔開口部２４ａは、スプール孔２３の壁面に設けられている。
【００５６】
次に、ニードル弁２１はその先端部において、スプール孔２３と摺動自在に嵌挿される摺動部を有している。更に、該摺動部は、シート部２１ａに近い部位において設けられる第一摺動部２１ｂと、該第一摺動部２１ｂに連結部２１ｃを介してニードル弁２１の最先端部において設けられる第二摺動部２１ｄとから構成されている。また、第一摺動部２１ｂには、スプール孔２３に沿った縦溝である側流路２５が設けられており、側流路２５の開口部である側流路開口部２５ａは、シート部１ａより下流側に位置する部位であって、スプール孔２３の端部より上流側に位置している。更に側流路２５は、側流路２５の途中において、燃料噴孔２４の開口部である燃料噴孔開口部２４ａへと連結する。このとき、側流路２５と燃料噴孔２４との配置構造は、先述の図３（ｂ）に示すように、側流路２５の向きが燃料噴孔２４の横断面における中心Ｏに対してオフセットすべく配置されている。
【００５７】
更に、第一摺動部２１ｂ上において、スプール孔２３に沿うようにガイド突起２１ｅが設けられている。ここで、ノズルボディ２２側において、ガイド突起２１ｅと嵌めあわせの関係となるガイド溝２２ｂが、同様にスプール孔２３に沿うように設けられており、ニードル弁２１が図示されないニードル弁駆動アクチュエータによって駆動されると、上昇・下降方向へは移動するが、ガイド突起２１ｅとガイド溝２２ｂとの嵌めあわせによって、ニードル軸２１のノズルボディ２２内における回転動作が禁止される。このように構成することによって、第一摺動部２１ｂに設けられた側流路２５と燃料噴孔２４との相対関係が、常に一定の関係、即ち側流路２５の向きが燃料噴孔２４の横断面における中心Ｏに対してオフセットしている関係に保たれる。本実施例では、第一摺動部２１ｂにガイド突起２１ｅを設けたが、第二摺動部２１ｄ上に設けても構わない。また、第一摺動部２１ｂ及び第二摺動部２１ｄの形状を多角形の筒状等や楕円状の筒状とすることによっても、ニードル弁２１のノズルボディ２２内における回転動作を禁止することができる。
【００５８】
また第二摺動部２１ｄの端面であって、ノズルボディ２２の外側の端面は大気に曝される構造となっている。従って、該端面は常時、大気圧がかかる構造となっている。尚、連結部２１ｃは、小径とされてスプール孔２３とは摺動しない構造となっているため、スプール孔２３において、第一摺動部２１ｂと第二摺動部２１ｄとの間には一定の空間が存在し、その空間はニードル弁２１の移動とともに移動する。
【００５９】
ここで、図７に示す状態においては、図示されない燃料ポンプによって加圧された燃料が、ノズルボディ２２の内部に設けられる燃料流路２６へと圧送されるが、ニードル弁２１がシート部２１ａにおいてノズルボディ２２と着座しているため、加圧燃料はシート部２１ａより下流側へとは流入することはなく、以て燃料噴孔２４から燃料が噴射されることはない。図７に示す状態から、ニードル弁２１が上昇方向へ移動することによって、加圧燃料が燃料噴孔２４へと流入することとなり、燃料の噴射が行われる。以降、本発明に係る燃料噴射ノズルにおける燃料の噴射態様について説明する。
【００６０】
図８には、本発明に係る燃料噴射ノズルにおける２種類の噴射態様を為し得る燃料噴射ノズルの動作状態が示されており、詳細には、図８（ａ）には、燃料噴孔２４から噴射される燃料の拡散度が大きい高拡散噴射を行う燃料噴射ノズルの動作状態が、図８（ｂ）には、燃料噴孔４から噴射される燃料の慣性力に従い必要量の燃料を短時間に噴射する高貫徹噴射を行う燃料噴射ノズルの動作状態が示されている。尚、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示される矢印は、加圧燃料の流れを表すものである。
【００６１】
図８（ａ）に示されるニードル弁２１は、リフト量が小さい状態であり、具体的には第一摺動部２１ｂの少なくとも一部がスプール孔２３との摺動状態を保持している状態である。図７に示す閉弁状態から図８（ａ）に示す状態へとニードル弁２１が移動することによって、図示されない燃料ポンプによってシート部２１ａまで圧送されていた加圧燃料は、シート部２１ａより下流側へ流入する。このとき、スプール孔２３は第一摺動部２１ｂと摺動状態であるため、加圧燃料は側流路２５へと流入する。ここで、側流路２５は第一摺動部２１ｂにおいて、底部を有しない状態で設けられているため、加圧燃料は側流路２５に沿って流れることになる。しかし、ノズルボディ２２の内部は、ノズルボディ２２の外部と比較して高圧であるため、側流路２５を流れる加圧燃料は、その圧力差によって燃料噴孔２４へと吸引され、燃料噴孔２４からノズルボディ２２の外部へと噴射されることとなる。
【００６２】
次に、図８（ｂ）に示されるニードル弁２１は、リフト量が図８（ａ）に示される状態より大きい状態であり、具体的には第一摺動部２１ｂとスプール孔２３との摺動状態が完全に解消されている状態であり、且つ第二摺動部２１ｄとスプール孔２３との摺動状態は依然保持されている状態である。図８（ａ）に示す状態から図８（ｂ）に示す状態へとニードル弁２１が移動することによって、加圧燃料はスプール孔２３へ流入する。この状態において第二摺動部２１ｄとスプール孔２３とは摺動状態を保持しているため、スプール孔２３へと流入した加圧燃料は燃料噴孔開口部２４ａより燃料噴孔２４へと導入され、燃料噴孔２４からノズルボディ２２の外部へと噴射されることとなる。
【００６３】
ここで、図９（ａ）に、高拡散噴射が行われる際の燃料噴孔２４近傍の詳細を示す。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＢＢ断面における拡大断面図であり、燃料噴孔２４と側流路２５との構造的な配置を示している。尚、図９（ａ）及び図９（ｂ）において示される矢印は燃料の流れを表すものである。図９（ｂ）に示すように、ガイド突起２１ｅがガイド溝２２ｂに嵌めあうことによって、ニードル弁２１のノズルボディ２２内における回転が禁止される。また、側流路２５は、燃料噴孔２４の軸中心に対してオフセットする部位において、燃料噴孔２４と連結される。このように構成される燃料噴射ノズルは、図８（ａ）においては、高拡散噴射が行われるが、その発生原理は先述の図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す発生原理と同様である。また、図８（ｂ）においては、高貫徹噴射が行われるが、その発生原理は先述の図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す発生原理と同様である。
【００６４】
従って、第５の実施例における燃料噴射ノズルにおいては、ニードル弁２１のリフト量に従って、燃料噴孔２４からの噴射を高拡散噴射と高貫徹噴射とに切り替えることが可能となる。
【００６５】
＜第５の実施例＞
図１０は、本発明に係る燃料噴射ノズルの第５の実施例を示す。図１０においては、閉弁時における燃料噴射ノズルの構成を示している。図１０に示される燃料噴射ノズルは、その外殻をなすノズルボディ３２の先端中央部において、ノズルボディ３２の内部からノズルボディ３２の外部へと貫通するスプール孔３３を有するスプール式の燃料噴射ノズルである。ここで、ノズルボディ３２の内部には、スプール孔３３に摺動自在に嵌挿される摺動部を有するニードル弁３１が備えられ、該ニードル弁３１は、図示されないニードル弁駆動アクチュエータに連結されており、該ニードル弁駆動アクチュエータの作用によってニードル弁３１は、ノズルボディ３２の内部において、その軸方向に沿って移動する。
【００６６】
図１０において示される燃料噴射ノズルは閉弁時のものであり、ニードル弁３１はシート部３１ａにおいてノズルボディ３２の内壁面３２ａと着座している。ここで、先述の通り、ニードル弁３１はその先端部において、スプール孔３３と摺動自在に嵌挿される摺動部を有している。更に、該摺動部は、シート部３１ａに近い部位において設けられる第一摺動部３１ｂと、該第一摺動部３１ｂに連結部３１ｃを介してニードル弁３１の最先端部において設けられる第二摺動部３１ｄとから構成されている。また第二摺動部３１ｄの端面であって、ノズルボディ３２の外側の端面は大気に曝される構造となっている。連結部３１ｃは、小径とされてスプール孔３３とは摺動しない構造となっているため、スプール孔３３において、第一摺動部３１ｂと第二摺動部３１ｄとの間には一定の空間が存在し、その空間はニードル弁３１の移動とともに移動する。
【００６７】
次に、ノズルボディ３２には、ノズルボディ３２の内部から外部に対して燃料を噴射する燃料噴孔３４が設けられており、更に、燃料噴孔３４に燃料を導入する燃料噴孔開口部３４ａは、スプール孔３３の壁面に設けられている。また、スプール孔３３の周辺において、スプール孔３３に沿って側流路３５が設けられており、側流路３５は、シート部３１ａより下流側に位置するノズルボディ３２上に位置する開口部（側流路開口部３５ａ）から燃料噴孔３４へと連通している。ここで、側流路開口部３５ａから燃料通路３４へ向かう方向、即ちノズルボディ３２内の燃料の流れにおける上流部位から下流部位に向かう方向において、側流路３５は、流路の横断面積が徐々に拡大する構造を採用する。従って、側流路開口部３５ａにおける側流路３５の横断面積と側流路３５が燃料噴孔３４へと連結する部位における側流路３５の横断面積とでは、後者の方が広くなる。尚、側流路３５が燃料噴孔３４と連通している部位は、スプール孔３３の壁面上には位置しない。
【００６８】
ここで、図１０に示す状態においては、図示されない燃料ポンプによって加圧された燃料が、ノズルボディ３２の内部に設けられる燃料流路３６へと圧送されるが、ニードル弁３１がシート部３１ａにおいてノズルボディ３２と着座しているため、加圧燃料はシート部３１ａより下流側へとは流入することはなく、以て燃料噴孔３４から燃料が噴射されることはない。図１０に示す状態から、ニードル弁３１が上昇方向へ移動することによって、加圧燃料が燃料噴孔３４へと導入されることとなり、燃料の噴射が行われる。このように構成される燃料噴射ノズルは、図示されないニードル弁駆動アクチュエータによるニードル弁３１の移動によって、第一摺動部３１ｂとスプール孔３３との摺動状態が変化し、燃料噴孔３４から噴射される燃料の噴射態様を高拡散噴射と高貫徹噴射とに切り替えることができ、これは図１に示す燃料噴射ノズルと同様である。
【００６９】
ここで、このように構成される燃料噴射ノズルにおいては、高拡散噴射と高貫徹噴射との切替を明確に行うことが可能となる。即ち、高拡散噴射と高貫徹噴射とが切り替わるとき、即ちニードル弁３１の移動によって、第一摺動部３１ｂとスプール孔３３との摺動状態が解消されるそのときは、ニードル弁３１の上昇に伴う燃料流量の増加とともに、第一摺動部３１ｂによってスプール孔３３へ流入することが禁止されていた加圧燃料が、スプール孔３３へと急激に流れ込もうとする。このような状態においては、燃料噴孔３４への流入経路である側流路３５とスプール孔３３内における燃料の流れに乱れが生じる虞がある。従って、高拡散噴射と高貫徹噴射との切替が明確に行われず、内燃機関の負荷状況に応じた燃料噴射を的確に行うことができなくなり得る。
【００７０】
そこで、側流路３５の横断面積を、先述のように燃料の流れに従い徐々に拡大することによって、側流路３５に流入した燃料が円滑に燃料噴孔３４へと導入されることで、側流路３５内において燃料が円滑に流れるようにし、燃料の滞留、もしくは逆流等の燃料の流れの乱れを防止し、以て高拡散噴射と高貫徹噴射との切替を明確に行うことが可能となる。
【００７１】
＜第６の実施例＞
図１１は、本発明に係る燃料噴射ノズルの第６の実施例であり、図１０に示された燃料噴射ノズルと同様に、高拡散噴射と高貫徹噴射との切替を明確に行う燃料噴射ノズルの実施例を示す。また図１２は図１１に示される燃料噴射ノズルにおいて高拡散噴射と高貫徹噴射とが切り替わるときの燃料噴射ノズルの動作を示す図である。
【００７２】
図１１において示される本発明の実施の形態に係る燃料噴射ノズルは、閉弁時における燃料噴射ノズルの構成を示している。ここで、図１１に示される燃料噴射ノズルは、その外殻をなすノズルボディ４２の先端中央部において、ノズルボディ４２の内部からノズルボディ４２の外部へと貫通するスプール孔４３を有するスプール式の燃料噴射ノズルである。ここで、ノズルボディ４２の内部には、スプール孔４３に摺動自在に嵌挿される摺動部を有するニードル弁４１が備えられ、該ニードル弁４１は、図示されないニードル弁駆動アクチュエータに連結されており、該ニードル弁駆動アクチュエータの作用によってニードル弁４１は、ノズルボディ４２の内部において、その軸方向に沿って移動する。
【００７３】
図１１において示される燃料噴射ノズルは閉弁時のものであり、ニードル弁４１はシート部４１ａにおいてノズルボディ４２の内壁面４２ａと着座している。ここで、先述の通り、ニードル弁４１はその先端部において、スプール孔４３と摺動自在に嵌挿される摺動部を有している。更に、該摺動部は、ニードル弁４１の端面４１ｆから延出する連結部４１ｃと、該連結部４１ｃの他端部において連結される第二摺動部４１ｄと、連結部４１ｃを軸中心として軸方向へ移動可能であり端面４１ｆと第二摺動部４１ｄとの間に設けられる第一摺動部４１ｂと、第一摺動部４１ｂと第二摺動部４１ｄとを連結する弾性部材４１ｅとから構成されている。また第二摺動部４１ｄの端面であって、ノズルボディ４２の外側の端面は大気に曝される構造となっている。従って、該端面は常時、大気圧がかかる構造となっている。尚、連結部４１ｃは、小径とされてスプール孔４３とは摺動しない構造となっているため、スプール孔４３において、第一摺動部４１ｂと第二摺動部４１ｄとの間には一定の空間が存在し、その空間はニードル弁４１の移動とともに移動する。
【００７４】
次に、ノズルボディ４２には、ノズルボディ４２の内部から外部に対して燃料を噴射する燃料噴孔４４が設けられており、更に、燃料噴孔４４に燃料を導入する燃料噴孔開口部４４ａは、スプール孔４３の壁面に設けられている。また、スプール孔４３の周辺において、スプール孔４３に沿った縦溝である側流路４５が設けられており、側流路４５は、シート部４１ａより下流側に位置するノズルボディ４２の部位（側流路開口部４５ａ）から燃料噴孔４４へと連通している。尚、側流路４５が燃料噴孔４４と連通している部位は、スプール孔４３の壁面上には位置しない。
【００７５】
ここで、図１１に示す状態においては、図示されない燃料ポンプによって加圧された燃料が、ノズルボディ４２の内部に設けられる燃料流路４６へと圧送されるが、ニードル弁４１がシート部４１ａにおいてノズルボディ４２と着座しているため、加圧燃料はシート部４１ａより下流側へとは流入することはなく、以て燃料噴孔４４から燃料が噴射されることはない。図１１に示す状態から、ニードル弁４１が上昇方向へ移動することによって、加圧燃料が燃料噴孔４４へと流入することとなり、燃料の噴射が行われる。このように構成される燃料噴射ノズルは、図示されないニードル弁駆動アクチュエータによるニードル弁４１の移動によって、第一摺動部４１ｂとスプール孔４３との摺動状態が変化し、燃料噴孔４４から噴射される燃料の噴射態様を高拡散噴射と高貫徹噴射とに切り替えることができ、これは図１に示す燃料噴射ノズルと同様である。
【００７６】
図１１示す状態では、側流路４５及びスプール孔４３へは加圧燃料が流入しておらず、第一摺動部４１ｂには加圧燃料による油圧はかからない。従って、弾性部材４１ｅには、第一摺動部４１ｂの自重Ｍ１がかかるのみであり、それにより若干量収縮する。ここで、図１２（ａ）に示すように、ニードル弁４１が上昇方向へのリフト量が小さい場合、即ち燃料噴孔４４から噴射される燃料の噴射態様が高拡散噴射である場合、加圧燃料は側流路開口部４５ａより側流路４５へと流入するとともに第一摺動部４１ｂの上流側端面４１ｇ側にも流入する。従って、上流側端面４１ｇにおいて油圧Ｐｏがかかる。一方で、上流側端面４１ｇとは反対側の第一摺動部４１ｂの下流側端面４１ｈは、加圧燃料には曝されないため油圧がかからない。
【００７７】
この状態において、弾性部材４１ｅには、図１１の状態と比べて上流側端面４１ｇが油圧Ｐｏによって受ける総力Ｆ１の力が上流側から更に加えられることとなるため、更に縮小する。
【００７８】
次に、ニードル弁４１が上昇方向へ移動することで、第一摺動部４１ｂとスプール孔４３との摺動状態が解消するときの、ニードル弁４１の動作状態が図１２（ｂ）に示されている。このとき、第一摺動部４１ｂとスプール孔４３との摺動状態は解消されているため、スプール孔４３へと加圧燃料が流入する。従って、上流側端面４１ｇと同様に下流側端面４１ｈも加圧燃料に曝されることとなり、下流側端面４１ｈに油圧Ｐｏがかかる。その結果、第一摺動部４１ｂの上下において、同一の油圧Ｐｏがかかり、油圧から受ける負荷が相殺されることとなる。従って、図１２（ａ）の状態において弾性部材４１ｅにかかるＭ１＋Ｆ１の負荷が、Ｍ１へと低減することになる。従って、縮小していた弾性部材が伸張し、第一摺動部４１ｂが上昇方向へ押し上げられる。
【００７９】
図１２に示される燃料噴射ノズルにおいては、摺動部がこのように作動することで、噴射燃料の噴射態様が高拡散噴射から高貫徹噴射へと切り替わるとき、即ち第一摺動部４１ｂとスプール孔４３との摺動状態が解消するときにおいて、加圧燃料がスプール孔４３へと流入する間口が短時間で十分に確保され、ノズルボディ４２内における燃料の乱れが発生しにくくなる。以て、高拡散噴射から高貫徹噴射への切替が円滑に行われることとなる。
【００８０】
尚、図１１および図１２において示される燃料噴射ノズルにおいては、第一摺動部４１ｂと第二摺動部４１ｄとの間に弾性部材４１ｅを配設しているが、ニードル弁４１側の端面４１ｆと第一摺動部４１ｂとの間に弾性部材を配設してもよく、更には第一摺動部４１ｂと第二摺動部４１ｄとの間及びニードル弁４１側の端面４１ｆと第一摺動部４１ｂとの間の両側に弾性部材を配設しても同様の効果を得る。
【００８１】
＜第７の実施例＞
図１３は、本発明に係る燃料噴射ノズルの第７の実施例であり、図１１に示された燃料噴射ノズルと同様に、高拡散噴射と高貫徹噴射との切替を明確に行う燃料噴射ノズルの実施例を示す。
【００８２】
図１３において示される本発明の実施の形態に係る燃料噴射ノズルは、閉弁時における燃料噴射ノズルの構成を示している。ここで、図１３に示される燃料噴射ノズルは、その外殻をなすノズルボディ５２の先端中央部において、有底の孔であるスプール孔５３を有するスプール式の燃料噴射ノズルである。ここで、ノズルボディ５２の内部には、スプール孔５３に摺動自在に嵌挿される摺動部を有するニードル弁５１が備えられ、該ニードル弁５１は、図示されないニードル弁駆動アクチュエータに連結されており、該ニードル弁駆動アクチュエータの作用によってニードル弁５１は、ノズルボディ５２の内部において、その軸方向に沿って移動する。
【００８３】
図１３において示される燃料噴射ノズルは閉弁時のものであり、ニードル弁５１はシート部５１ａにおいてノズルボディ５２の内壁面５２ａと着座している。ここで、先述の通り、ニードル弁５１はその先端部において、スプール孔５３と摺動自在に嵌挿される摺動部を有している。更に、該摺動部は、ニードル弁５１の端面５１ｆから延出する連結部５１ｃと、連結部５１ｃを軸中心として軸方向へ移動可能である第一摺動部５１ｂと、ニードル弁５１側とは反対側の連結部５１ｃの端面に固定されるとともに第一摺動部５１ｂと連結される弾性部材５１ｅとから構成されている。
【００８４】
次に、ノズルボディ５２には、ノズルボディ５２の内部から外部に対して燃料を噴射する燃料噴孔５４が設けられており、更に、燃料噴孔５４に燃料を導入する燃料噴孔開口部５４ａは、スプール孔５３の壁面に設けられている。また、スプール孔５３の周辺において、スプール孔５３に沿った縦溝である側流路５５が設けられており、側流路５５は、シート部５１ａより下流側に位置するノズルボディ５２の部位（側流路開口部５５ａ）から燃料噴孔５４へと連通している。尚、側流路５５が燃料噴孔５４と連通している部位は、スプール孔５３の壁面上には位置しない。
【００８５】
ここで、図１３に示す状態においては、図示されない燃料ポンプによって加圧された燃料が、ノズルボディ５２の内部に設けられる燃料流路５６へと圧送されるが、ニードル弁５１がシート部５１ａにおいてノズルボディ５２と着座しているため、加圧燃料はシート部５１ａより下流側へとは流入することはなく、以て燃料噴孔５４から燃料が噴射されることはない。図１３に示す状態から、ニードル弁５１が上昇方向へ移動することによって、加圧燃料が燃料噴孔５４へ流入し、燃料の噴射が行われる。このように構成される燃料噴射ノズルは、図示されないニードル弁駆動アクチュエータによるニードル弁５１の移動によって、第一摺動部５１ｂとスプール孔５３との摺動状態が変化し、燃料噴孔５４から噴射される燃料の噴射態様を高拡散噴射と高貫徹噴射とに切り替えることができ、これは図５に示す燃料噴射ノズルと同様である。
【００８６】
更に、図１１に示される燃料噴射弁と同様に、ニードル弁５１の移動に伴い、噴射燃料の噴射態様が高拡散噴射から高貫徹噴射へと切り替わるとき、即ち第一摺動部５１ｂとスプール孔５３との摺動状態が解消するときにおいて、加圧燃料がスプール孔５３へと流入する間口が短時間で十分に確保され、ノズルボディ５２内における燃料の乱れが発生しにくくなる。以て、高拡散噴射から高貫徹噴射への切替が円滑に行われることとなる。
【００８７】
また、弾性部材５１ｅの配設位置は、第一摺動部５１ｂと連結部５１ｃとの間だけではなく、ニードル弁５１側の端面５１ｆと第一摺動部５１ｂとの間に配設してもよく、更には第一摺動部５１ｂと連結部５１ｃとの間及びニードル弁５１側の端面５１ｆと第一摺動部５１ｂとの間の両側に弾性部材を配設しても同様の効果を得る。
【００８８】
【発明の効果】
本発明に係る燃料噴射ノズルは、スプール式の燃料噴射ノズルであって、燃料噴孔に対して、該燃料噴孔の軸方向へ燃料を供給する軸方向供給手段と、燃料噴孔に対して、前記燃料噴孔の横断面における中心よりオフセットした方向へ燃料を供給するオフセット供給手段と、前記ニードル弁のリフト量に応じて、前記軸方向供給手段によって前記燃料噴孔へ供給される燃料の流量と前記オフセット供給手段によって前記燃料噴孔へ供給される燃料の流量とを調整する流量調整手段と、を備える。
【００８９】
本発明によるスプール式の燃料噴射ノズルにおいて、軸方向供給手段によって燃料噴孔へ燃料が供給された場合の噴射態様は、燃料の慣性力に従った高貫徹噴射となる。一方で、オフセット供給手段によって燃料噴孔へ燃料が供給された場合の噴射態様は拡散度の高い高拡散噴射となる。従って、スプール式の燃料噴射ノズルにおいて、流量調整手段により、ニードル弁のリフト量に応じて、燃料噴孔からの噴射態様を高貫徹噴射と高拡散噴射とに切り替えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る燃料噴射ノズルの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示される燃料噴射ノズルにおける燃料噴射時の燃料の流れを示す図である。
【図３】図１に示される燃料噴射ノズルにおける燃料噴射態様の一つである高拡散噴射の発生原理を示す図である。
【図４】図１に示される燃料噴射ノズルにおける燃料噴射態様の一つである高貫徹噴射の発生原理を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る燃料噴射ノズルの第２の実施例の概略構成を示す図である。
【図６】本実施の形態に係る燃料噴射ノズルの第３の実施例の概略構成を示す図である。
【図７】本実施の形態に係る燃料噴射ノズルの第４の実施例の概略構成を示す図である。
【図８】図７に示される燃料噴射ノズルにおける燃料噴射時の燃料の流れを示す図である。
【図９】図７に示される燃料噴射ノズルにおける燃料噴射時の燃料の流れを示す図である。
【図１０】本実施の形態に係る燃料噴射ノズルの第５の実施例の概略構成を示す図である。
【図１１】本実施の形態に係る燃料噴射ノズルの第６の実施例の概略構成を示す図である。
【図１２】図１１に示される燃料噴射ノズルにおける燃料噴射時の燃料の流れを示す図である。
【図１３】本実施の形態に係る燃料噴射ノズルの第７の実施例の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・ニードル弁
２・・・・ノズルボディ
３・・・・スプール孔
４・・・・燃料噴孔
５・・・・側流路
５ａ・・・・側流路開口部
１１・・・・ニードル弁
１２・・・・ノズルボディ
１３・・・・スプール孔
１４・・・・燃料噴孔
１５・・・・側流路
１５ａ・・・・側流路開口部
２１・・・・ニードル弁
２２・・・・ノズルボディ
２３・・・・スプール孔
２４・・・・燃料噴孔
２５・・・・側流路
２５ａ・・・・側流路開口部
３１・・・・ニードル弁
３２・・・・ノズルボディ
３３・・・・スプール孔
３４・・・・燃料噴孔
３５・・・・側流路
３５ａ・・・・側流路開口部
４１・・・・ニードル弁
４２・・・・ノズルボディ
４３・・・・スプール孔
４４・・・・燃料噴孔
４５・・・・側流路
４５ａ・・・・側流路開口部
５１・・・・ニードル弁
５２・・・・ノズルボディ
５３・・・・スプール孔
５４・・・・燃料噴孔
５５・・・・側流路
５５ａ・・・・側流路開口部
【図１】
2004108149.tif 000003
【図２】
2004108149.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004108149.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004108149.tif 000009
【図８】
2004108149.tif 000010
【図９】
2004108149.tif 000011
【図１０】
2004108149.tif 000012
【図１１】
2004108149.tif 000013
【図１２】
2004108149.tif 000014
【図１３】
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