(57)【要約】【課題】内燃機関の状態に応じて燃料噴射を変化させたときに排気エミッションの悪化を抑制でき、また内燃機関の高負荷時には必要な出力が得られる燃料噴射装置を提供する。【解決手段】第１噴孔１３及び第２噴孔１４が形成されているノズルボディ１０内にニードル弁２０を配置し、前記ニードル弁２０が着座位置から離座して移動したときに、前記第１噴孔１３を開く状態を介して、更に前記第２噴孔１４も開いた状態を形成できる燃料噴射装置１Ａであって、前記第１噴孔のコーン角が、前記第２噴孔のコーン角よりも狭く設定してある。ニードル弁２０が離座したときに先に開く第１噴孔のコーン角が第２噴孔のコーン角より狭くされているので、例えば内燃機関の軽負荷時に第１噴孔を開いたときに炭化水素（ＨＣ）の発生を抑制して排気エミッションの悪化を防止できる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１噴孔及び第２噴孔が形成されているノズルボディ内にニードル弁を配置し、前記ニードル弁が着座位置から離座して移動したときに、前記第１噴孔を開く状態を介して、更に前記第２噴孔も開いた状態を形成できる燃料噴射装置であって、
前記第１噴孔のコーン角が、前記第２噴孔のコーン角よりも狭く設定してある、ことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記ニードル弁の移動方向で、前記第１噴孔が前記第２噴孔よりも低い位置に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記ニードル弁の移動方向で、前記第１噴孔が前記第２噴孔よりも高い位置に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記第１噴孔の軸線と前記第２噴孔の軸線とが交差するように設定されている、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記第１噴孔と前記第２噴孔とが、前記ノズルボディの中心軸回りに所定角ずらして形成してある、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記第１噴孔が、スワール形成方向で前記第２噴孔よりも下流側に配置してある、ことを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関で使用される燃料噴射装置に関する。特に、ノズルボディに開口される時期が異なる複数種類の噴孔が形成されている燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関の負荷状態に応じて、噴孔から噴射する燃料の噴射時期、噴射の向き、噴霧形状等を調整する技術に関して多々検討されている。内燃機関の負荷状態に応じて燃料噴霧を最適に変更できれば、空気利用率を向上させて燃料消費量の低減を図ることができ、また炭化水素（ＨＣ）やスモーク等の発生を抑制して排気エミッションの向上を図ることができる。
【０００３】
例えば特許文献１は、ノズルボディの異なる位置にパイロット噴孔（第１噴孔）とメイン噴孔（第２噴孔）との２種類の噴孔を設けた燃料噴射装置（可変噴孔ノズル）について開示している。この燃料噴射装置は内部に配置したニードル弁を上下に駆動して、異なる噴孔を順に開閉する燃料噴射装置について開示する。このパイロット噴孔は噴射した燃料が、上側に設けたメイン噴孔から噴射される燃料と衝突するように燃料噴射のコーン角が広く設定されている。また、このパイロット噴孔はメイン噴孔よりも小径であり、数が少なく設定されている。そして、パイロット噴孔から噴射される燃料は、着火するのに最小限の量となるように調整されている。この燃料噴射装置は、ニードル弁を上方へ移動したときに、先ずパイロット噴孔が開口するように形成されている。ニードル弁を更に上に移動すると、中心軸線がパイロット噴孔と交差するように配設したメイン噴孔が開口する。
【０００４】
上記燃料噴射装置では、噴霧された燃料の衝突により霧化が促進され、パイロット噴孔から噴射された燃料に着火させることがきるので、ニードル弁のリフト量を大きくして燃料噴射した場合に燃焼の改善を図ることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１７３２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のパイロット噴孔は、上記のように噴孔径が小さく形成してあるので燃料の蒸発を促進できる。ところが、内燃機関が軽負荷（低負荷）状態であるときには、ニードル弁のリフト量が小さくパイロット噴孔だけが開いた状態となる。一般に、内燃機関が軽負荷状態にあるときに筒内温度が低い。特に、低圧縮比のエンジンでは筒内温度が低くなる傾向がある。よって、噴孔径が小さいと混合気が希薄になり過ぎて逆に着火性が低下してしまう。これにより未燃焼の炭化水素（ＨＣ）が増加して、排気エミッションの悪化を招くことが懸念される。
【０００７】
これに対して、パイロット噴孔のコーン角を狭くすることでＨＣの増加を抑制できるが、特許文献１の燃料噴射装置ではパイロット噴孔から噴射する燃料をメイン噴孔から噴射される燃料と衝突させるため、パイロット噴孔のコーン角を広く設定している。よって、パイロット噴孔のコーン角を狭くすることには困難がある。また、一般に噴孔のコーン角を狭くすると、内燃機関が高負荷状態となったときにスモークの悪化が懸念され、出力低下が問題となる場合がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、内燃機関の状態に応じて燃料噴射を変化させたときに排気エミッションの悪化を抑制でき、また内燃機関の高負荷時には必要な出力が得られる燃料噴射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、第１噴孔及び第２噴孔が形成されているノズルボディ内にニードル弁を配置し、前記ニードル弁が着座位置から離座して移動したときに、前記第１噴孔を開く状態を介して、更に前記第２噴孔も開いた状態を形成できる燃料噴射装置であって、前記第１噴孔のコーン角が、前記第２噴孔のコーン角よりも狭く設定してあることを特徴とする燃料噴射装置によって達成される。
【００１０】
本発明によると、ニードル弁が着座位置から離座して移動したときに先に開く第１噴孔のコーン角が第２噴孔のコーン角より狭くされているので、例えば内燃機関の軽負荷時に第１噴孔を開いたときに炭化水素（ＨＣ）の発生を抑制して排気エミッションの悪化を防止できる。
【００１１】
また、前記ニードル弁の移動方向で、前記第１噴孔が前記第２噴孔よりも低い位置に配置されている構造としてもよい。この場合には、第１噴孔及び第２噴孔から噴射された燃料同士の干渉を回避して空気利用率の向上を図ることができるので、排気エミッションの悪化を防止できる。
【００１２】
また、前記ニードル弁の移動方向で、前記第１噴孔が前記第２噴孔よりも高い位置に配置されている構造としてもよい。この場合、前記第１噴孔の軸線と前記第２噴孔の軸線とが交差するように設定してもよい。軸線同士が一定の角度範囲内で交差するようにすることで、第１噴孔及び前記第２噴孔から噴射された燃料を燃焼室壁面に到達する前で交差させて微粒化及び噴霧貫徹力を強くして、空気利用率の向上を図ることができる。よって、内燃機関の高負荷時に排気エミッションの悪化を防止できると共に必要な出力を得ることもできる。
【００１３】
さらに、前記第１噴孔と前記第２噴孔とが、前記ノズルボディの中心軸回りに所定角ずらして形成した構造としてもよい。噴孔同士が所定角ずらしてあれば、噴射された燃料の干渉を防止して周方向へ広く噴霧できるので、空気利用率の向上を図ることができる。そして、内燃機関の高負荷時に必要な出力が得られる。また、前記第１噴孔が、スワール形成方向で前記第２噴孔よりも下流側に配置してある構造としてもよい。このように設定すれば、一度、燃焼室内に入ってから溢れ出た混合気が第２噴孔の噴霧と干渉するのを防止してスモークの発生を抑制して、排気エミッションの悪化を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、内燃機関の状態に応じて燃料噴射を変化させたときに排気エミッションの悪化を抑制でき、また内燃機関の高負荷時には必要な出力が得られる燃料噴射装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は実施例１に係る燃料噴射装置１Ａの噴孔の周辺部を拡大して示した図であり、（Ａ）は燃料噴射装置１Ａの縦断面図、（Ｂ）はノズルボディに形成した噴孔の配置関係を模式的に示した底面視図である。なお、図１（Ａ）は図１（Ｂ）でのＡ−Ａ線での断面図となる。燃料噴射装置１Ａは、内部に空間を有している略円筒形状のノズルボディ１０と、このノズルボディ１０内に収納されており中心軸ＣＴに沿って往復動可能に配置されているニードル弁２０とを含んでいる。
【００１７】
ノズルボディ１０の先端部側（図１で下側）は半球状に形成されている。その内部には、内径を絞り端部が半球状に形成してあるサック部１１が設けられている。このサック部１１が設けられている部分より僅かに上流側の内壁面１２にニードル弁２０が着座する。ニードル弁２０が着座する内壁面１２の一定領域が、ノズルボディ１０のシート面１２ＳＴとなっている。ニードル弁２０がシート面１２ＳＴに着座しているときは燃料ＦＥの流れが止められており、燃料噴射装置１Ａの閉弁状態である。図１（Ａ）は、この閉弁状態を示している。
【００１８】
サック部１１が形成されているノズルボディ１０の先端部には、中心軸ＣＴを中心として放射状に複数の噴孔１３、１４が設けられている。これらの噴孔はノズルボディ１０の内側と外側とを貫通する貫通路である。特に、このノズルボディ１０には２種類の噴孔が形成されている。すなわち、中心軸ＣＴ方向でより下側に配置した第１噴孔１３と、これより上に配置した第２噴孔１４が形成してある。
【００１９】
また、図１（Ｂ）で示すように、出口側の開口１３ＨＬが中心軸ＣＴを中心とした円上に所定間隔をもって位置するように、複数の第１噴孔１３が形成されている。第２噴孔１４についても、出口側の開口１４ＨＬが中心軸ＣＴを中心とした同心円上に所定間隔をもって位置するように形成してある。そして、第１噴孔１３の開口１３ＨＬと第２噴孔１４の開口１４ＨＬとは、中心軸ＣＴを通る直線Ｌ上に位置している。よって、図１（Ａ）で、開口１３ＨＬと開口１４ＨＬとは中心軸ＣＴの方向で上下の位置関係になっている。なお、このような噴孔１３、１４は、例えばノズルボディ１０に放電加工やレーザ加工などを施すことにより形成することができる。
【００２０】
図１では一例として、第１噴孔１３及び第２噴孔１４を１０個ずつ配置した場合を示しているが、噴孔数は必要に応じて適宜に増減すればよい。上記第１噴孔１３及び第２噴孔１４は、通常とは異なる新規な配置形態となっている。この点については後に詳述する。
【００２１】
上記ノズルボディ１０内に収納されているニードル弁２０は、ノズルボディ１０の内壁面１２と対応した形状に形成されている。すなわち、ニードル弁２０は大径円筒体の本体部２１と小径円筒体の先端部２２とが、外径を徐々に絞り傾斜している中間部２３により接続した形状になっている。
【００２２】
先端部２２は、ノズルボディ１０のサック部１１内にちょうど嵌合する円筒体であり、上下へ摺動可能である。中間部２３にはノズルボディ１０側のシート面１２ＳＴに着座するシート部２３ＳＴが形成されている。そして、中間部２３の下側には中心軸ＣＴに対して直角に複数の横穴２４が形成されている。全ての横穴２４は中心軸ＣＴに沿って下向きに設けた縦穴２５に接続されている。この縦穴２５は先端部２２の端面まで貫通している。シート部２３ＳＴがズルボディ１０のシート面１２ＳＴに着座した状態から、ニードル弁２０が上方へ移動して離座したときにノズルボディ１０の内壁面１２との間に隙間が発生する。このときに燃料ＦＥが横穴２４、縦穴２５を介してサック部１１内へと流入する。
【００２３】
燃料噴射装置１Ａは、図示しないニードル移動機構を備えている。このニードル移動機構によって、ニードル弁２０が着座位置から少ないリフト量で上方へ移動して第１噴孔１３の内側の開口１３ＮＨを開く位置を低いリフト位置と称する。そして、ニードル弁２０が更に上方へ移動して、第１噴孔１３の開口１３ＮＨと共に第２噴孔１４の内側の開口１４ＮＨも開く位置を高いリフト位置と称する。
【００２４】
さらに、前述した第１噴孔１３と第２噴孔１４との関係について説明する。図２は、第１噴孔１３及び第２噴孔１４から噴射された燃料ＦＥの方向を規定するコーン角の関係について示した図である。なお、コーン角とは噴孔の軸線ＡＬが成す角度である。第１噴孔１３及び第２噴孔１４は出口側が下向きとなるように設定され、中心軸ＣＴに対して放射状に配置されている。複数の第１噴孔１３は、その軸線ＡＬ１を中心軸ＣＴまで延長すると、一点ＣＴ１に集中するように形成されている。よって、軸線ＡＬ１は仮想した円錐形状の母線となり、上記コーン角は円錐の頂角となる。このように円錐の頂角となるので、当業界ではコーン角（或いは、ホロコーン角）と称される場合がある。図２に示すように、第１噴孔１３のコーン角はαである。
【００２５】
そして、第２噴孔１４についても同様であり、その軸線ＡＬ２を中心軸ＣＴまで延長すると、一点ＣＴ２に集中するように形成されている。第２噴孔１４のコーン角はβである。そして、本実施例では第１噴孔１３のコーン角αが第２噴孔１４のコーン角βより狭くなるように設定してある。
【００２６】
以上の構成を備えた燃料噴射装置１Ａで、ニードル弁２０を着座位置から低リフト位置まで移動させると、ニードル弁２０の中間部２３とノズルボディ１０の内壁面１２との間に一定の隙間が発生するので、燃料ＦＥが横穴２４に入り、縦穴２５を介してサック部１１に流入する。低リフト位置では第１噴孔１３だけが開いた状態となる。このときには、下側から狭いコーン角αで燃料が噴射されることになる。例えば内燃機関の軽負荷時に対応してニードル弁２０を低リフト位置にすると、角度の狭いコーン角αで燃料ＦＥが噴霧されるので未燃焼の炭化水素（ＨＣ）の増加を抑制できる。したがって、このような燃料噴射装置１Ａを適用した内燃機関は、軽負荷時における排気エミッションの悪化を抑制できる。
【００２７】
そして、ニードル弁２０を更に上方へ移動させると、第１噴孔１３と共に第２噴孔１４も開いた高リフト位置となる。このときには上側の第２噴孔１４からも燃料が噴射される。上側に位置している第２噴孔１４のコーン角βの方が、第１噴孔１３コーン角αよりも大きいので、噴孔１３、１４が同一線上で上下に配置されていても噴霧された燃料が互いに干渉することがない。よって、内燃機関の高負荷時に対応してニードル弁２０が高リフト位置とされて、第１噴孔１３から角度の狭いコーン角αで燃料ＦＥを噴射され、更に第２噴孔１４から角度の広いコーン角βで燃料ＦＥを噴射すると燃料ＦＥが燃焼室内に効率良く広がる。よって、空気の利用効率を高めて燃焼の改善を図ることができる。このように燃料噴射装置１Ａは内燃機関の高負荷時についても、排気エミッションの悪化を抑制しながら必要な出力も得ることができる。
【実施例２】
【００２８】
図３は実施例２に係る燃料噴射装置１Ｂの噴孔の周辺部を拡大して示した縦断面図である。なお、図３は、ニードル弁２０が低リフト位置にある状態を示しているまた、図１（Ａ）で示す実施例１の燃料噴射装置１Ａと対応する部分に同じ符号を付すことで重複する説明を省略する。以下で説明する実施例の場合についても同様とする。
【００２９】
この燃料噴射装置１Ｂは、燃料噴射装置１Ａと比較して、第１噴孔１３と第２噴孔１４との位置関係が上下逆転している。燃料噴射装置１Ｂの第１噴孔１３は、ノズルボディ１０のシート面１２ＳＴの下流近傍に形成されている。
【００３０】
燃料噴射装置１Ｂは、コーン角の狭い第１噴孔１３が上側に設定してあるので、実施例１の場合と同様に第１噴孔１３と第２噴孔１４とを上下に配置すると軸線ＡＬ１と軸線ＡＬ２が交差する。よって、第１噴孔１３と第２噴孔から噴霧された燃料ＦＥが途中で衝突状態になる。しかし、第１噴孔１３のコーン角と第２噴孔１４のコーン角との角度差を所定範囲内となるように調整すると、噴霧が燃焼室の壁面より手前で交差することにより燃料の微粒化を促進でき、また図示のように合流状態となって噴霧貫徹力を向上させた噴霧ＭＦＥとすることができる。これにより、内燃機関の高負荷時に対応させて、第１噴孔１３及び第２噴孔１４を開いたときの空気利用率を向上させることができる。よって、燃料噴射装置１Ｂの場合も、内燃機関が軽負荷のときに排気エミッションの悪化を抑制でき、さらに高負荷時についても排気エミッションの悪化を抑制しながら必要な出力を得ることができる。
【００３１】
（変形例）
図４は、実施例２の変形例の燃料噴射装置１Ｃについて示した図である。この変形例はニードル弁の形態が変更されている。実施例２のニードル弁２０は内部に横穴２４、縦穴２５を設けて燃料ＦＥを先端のサック部に導入してから第２噴孔１４へ流す構造であった。しかし、ニードル弁はこのような構造にする必要はない。変形例のニードル弁３０は、基端側のアウタニードル部３１と先端側のインナーニードル部３２とにより形成され、上下に移動させたときに外形形状によって第１噴孔１３だけを開く状態、第１噴孔１３及び第２噴孔１４を開く状態を形成できる。
【００３２】
なお、図４は境界線ＢＬを境にして、左側にニードル弁３０が高リフト位置にあるとき、右側にニードル弁３０が低リフト位置にあるときの状態を示している。この変形例の燃料噴射装置１Ｃによっても燃料噴射装置１Ｂと同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００３３】
図５は実施例３に係る燃料噴射装置１Ｄの噴孔の周辺部を拡大して示した図であり、（Ａ）は燃料噴射装置１Ｄの縦断面図、（Ｂ）はノズルボディに形成した噴孔の配置関係を模式的に示した底面視図である。
【００３４】
この燃料噴射装置１Ｄは、実施例２の燃料噴射装置１Ｂと同様にコーン角の狭い第１噴孔１３が上側に設定してある。実施例２の燃料噴射装置１Ｂの場合は、噴孔１３、１４同士が中心軸ＣＴ方向で上下に位置する場合を一例として示した。この燃料噴射装置１Ｄは、図５（Ｂ）で示すように、第１噴孔１３と第２噴孔１４とが中心軸ＣＴの回りに所定角γずらして形成してある。すなわち、一方の噴孔に対して、他方の噴孔を周方向へ捻った（ずらした）設定になっている。
【００３５】
本実施例２の場合は両噴孔１３、１４から噴霧された燃料を接触させることにより、噴霧微粒化や噴霧貫徹力を向上させて空気利用率の向上を図ったものであった。しかし、この燃料噴射装置１Ｄでは第１噴射１３の噴射方向と第２噴孔の噴射方向をずらすことにより噴霧の干渉を抑制し、噴霧を周方法へ広げることにより空気利用率の向上を図っている。このように構成することによっても、内燃機関の高負荷時等に両噴孔１３、１４を開いたときに排気エミッションの悪化を抑制しながら必要な出力を得ることができる。
【実施例４】
【００３６】
図６は実施例４に係る燃料噴射装置１Ｅの噴孔の周辺部を拡大して示した図であり、（Ａ）は燃料噴射装置１Ｅの縦断面図、（Ｂ）はノズルボディに形成した噴孔の配置関係を模式的に示した底面視図である。
【００３７】
この燃料噴射装置１Ｅは、実施例３の燃料噴射装置１Ｄと同様に第１噴孔１３と第２噴孔１４とが中心軸ＣＴの回りに所定角ずらして形成してある点は同様である。但し、ずらす方向に一定の規則がある。具体的には燃焼室内においてスワール（横渦流）が発生し易いように、先に燃料噴射を行う第１噴孔１３をスワール形成方向ＳＷで第２噴孔１４よりも下流側に配置してある。このように配置しておく、一度燃焼室内に入ってから溢れ出た混合気が、後から噴射され比較的直線的に飛ぶ第２噴孔１４からの噴霧と干渉するのを抑制できる。このように構成することによっても空気利用率を向上させてスモークなどの発生を抑制できる。よって、実施例４の燃料噴射装置１Ｅについても内燃機関の高負荷時等に両噴孔１３、１４を開いたときに排気エミッションの悪化を抑制しながら必要な出力も得ることができる。
【００３８】
なお、前述した実施例１の燃料噴射装置１Ａは、コーン角が狭い第１噴孔１３を下側とする場合であって、特に第２噴孔１４が中心軸ＣＴ方向で第１噴孔１３の上に配置されている場合を示している。しかし、第１噴孔１３が第２噴孔１４より下側に配置する構成についても、実施例１の構造に限るものではない。すなわち、第１噴孔１３と第２噴孔１４とを中心軸回りに所定角ずらして形成してもよい。この場合には、噴霧される燃料が周方向へも拡大することになるので、前述した他の実施例と同様に空気の利用効率を高めて燃焼の改善を図ることができる。更に、第１噴孔１３をスワール形成方向で、第２噴孔１４よりも下流側に配置すれば、噴霧された燃料同士の干渉をより確実に抑制してスワール流の発生を促進できるので空気の利用効率を向上させることができる。
【００３９】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１に係る燃料噴射装置１Ａの噴孔の周辺部を拡大して示した図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はノズルボディに形成した噴孔の配置関係を模式的に示した底面視図である。
【図２】第１噴孔及び第２噴孔から噴射された燃料の方向を規定するコーン角の関係について示した図である。
【図３】実施例２に係る燃料噴射装置１Ｂの噴孔の周辺部を拡大して示した縦断面図である。
【図４】実施例２の変形例の燃料噴射装置１Ｃについて示した図である。
【図５】実施例３に係る燃料噴射装置１Ｄの噴孔の周辺部を拡大して示した図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はノズルボディに形成した噴孔の配置関係を模式的に示した底面視図である。
【図６】実施例４に係る燃料噴射装置１Ｅの噴孔の周辺部を拡大して示した図であり、（Ａ）縦断面図、（Ｂ）はノズルボディに形成した噴孔の配置関係を模式的に示した底面視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１（Ａ〜Ｅ）              燃料噴射装置
１０                      ノズルボディ
１１                      サック部
１２                      内壁面
１２ＳＴ                  シート面
１３                      第１噴孔
１４                      第２噴孔
２０、３０                ニードル弁
２１                      本体部
２２                      先端部
２３                      中間部
２３ＳＴ                  シート部
α                        第１噴孔のコーン角
β                        第２噴孔のコーン角
ＣＴ                      ノズルボディの中心軸
ＡＬ１                    第１噴孔の軸線
ＡＬ２                    第２噴孔の軸線
ＦＥ                      燃料
ＳＷ                      スワール形成方向
【図１】
2007231852.tif 000003
【図２】
2007231852.tif 000004
【図３】
2007231852.tif 000005
【図４】
2007231852.tif 000006
【図５】
2007231852.tif 000007
【図６】
2007231852.tif 000008