(57)【要約】【課題】  燃料噴射装置１において、ニードル３とノズルボティ２の衝突に伴う偏摩耗や変形を抑制し、長期間に渡り、正常な燃料噴射を維持することのできる燃料噴射装置１を提供する。【解決手段】  燃料噴射孔５を有するノズルボティ２と、ノズルボティ２の内部で摺動自在となるように配置したニードル３を有し、ニードル３の先端部分がノズルボティ２内の接触部Ｐへ接触を繰り返すように構成した燃料噴射装置において、ニードル３が、ニードル３の先端部分に回転自在に配置され、且つ接触部Ｐへ接触するように構成した球体１０を有しており、球体１０が、物性が異なる少なくとも２つの領域である第１領域１１と第２領域１２を有する。【選択図】図２
2013092105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射孔を有するノズルボティと、前記ノズルボティの内部で摺動自在となるように配置したニードルを有し、前記ニードルの先端部分が前記ノズルボティ内の接触部へ接触を繰り返すように構成した燃料噴射装置において、
前記ニードルが、前記ニードルの先端部分に回転自在に配置され、且つ前記接触部へ接触するように構成した球体を有しており、
前記球体が、物性が異なる少なくとも２つの領域である第１領域と第２領域を有していることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記第１領域が予め定めた密度を有しており、前記第２領域が前記第１領域よりも高い密度を有し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】
前記第１領域が予め定めた表面粗さを有しており、前記第２領域が前記第１領域よりも粗い表面粗さを有し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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費効率の向上及び低燃費化の要求から、燃焼室内に燃料を直接噴射する直接噴射式の内燃機関の開発が進められている。この直接噴射式の内燃機関は、具体的には、ピストンとシリンダヘッドで形成した空間（以下、燃焼室という）に、燃料噴射装置で燃料を噴霧する構成を有している。この内燃機関は、ディーゼルエンジンや、ガソリン直噴エンジン等がある。
【０００３】
図５に、従来の燃料噴射装置の概略を示す。燃料噴射装置１Ｘは、ノズルボティ２と、ノズルボディ２の内部で摺動自在となるように配置したニードル３Ｘを有している。また、ノズルボティ２は、ニードル３の先端側にサック４と呼ばれる空間と、サック４と連通した燃料噴射孔５を有している。ここで、ニードル３の先端部分は、ノズルボティ２の接触部ＰＸに接触している。
【０００４】
次に、燃料噴射装置１Ｘの動作について説明する。燃料を噴射する際、ニードル３Ｘの摺動（後退）により、ニードル３Ｘの先端部分とノズルボティ２の接触を解除し、接触部ＰＸの周辺に隙間を生じさせる。予め加圧された燃料は、この隙間を通過し、サック４及び燃料噴射孔５を経由して、燃焼室内に噴霧される。その後、ニードル３Ｘの摺動（前進）により、ニードル３Ｘがノズルボティ２に着座し、燃料の流れを停止する。つまり、ニードル３Ｘは、弁の働きを有している。
【０００５】
この燃料噴射装置１Ｘにおいて、ノズルボティ２の接触部ＰＸに、リング状の突起部を設置する構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。この構成により、燃料噴射装置は、接触部ＰＸにおけるシール性能を向上することができる。
【０００６】
しかしながら、上記の燃料噴射装置は、長期間に渡ってシール性能を維持することが困難であるという問題を有している。これは、ニードルとノズルボティ（又はリング状の突起部）が繰り返し衝突する際に、常に同じ位置で着座し、ニードルやノズルボティが不規則な形状に削れたり、変形したりしてしまうためである。このニードル又はノズルボティの偏摩耗や変形は、燃料の異常噴射や燃料漏れを引き起こしてしまう。なお、このとき燃料噴射装置におけるニードルとノズルボティの想定される衝突回数は、数千万回の単位である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１７９４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射装置において、ニードルとノズルボティの衝突に伴う偏摩耗や変形を抑制し、長期間に渡り、正常な燃料噴射を維持することのできる燃料噴射装置を提供することにある。つまり、長寿命化を実現した燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明に係る燃料噴射装置は、燃料噴射孔を有するノズルボティと、前記ノズルボティの内部で摺動自在となるように配置したニードルを有し、前記ニードルの先端部分が前記ノズルボティ内の接触部へ接触を繰り返すように構成した燃料噴射装置において、前記ニードルが、前記ニードルの先端部分に回転自在に配置され、且つ前記接触部へ接触するように構成した球体を有しており、前記球体が、物性が異なる少なくとも２つの領域である第１領域と第２領域を有していることを特徴とする。
【００１０】
この構成により、ニードルとノズルボティの衝突に伴う偏摩耗や変形を抑制し、燃料噴射装置の長寿命化を実現することができる。これは、球体が、燃料との摩擦抵抗、ノズルボティとの接触又は接触の解除に伴い、回転し、球体とノズルボティの接触する部位が変化するためである。特に、物性が一様でない球体を採用する構成により、球体の回転方向が様々に変化するため、球体等の偏摩耗や変形を抑制することができる。
【００１１】
上記の燃料噴射装置において、前記第１領域が予め定めた密度を有しており、前記第２領域が前記第１領域よりも高い密度を有していることを特徴とする。この構成により、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【００１２】
前述の燃料噴射装置において、前記第１領域が予め定めた表面粗さを有しており、前記第２領域が前記第１領域よりも粗い表面粗さを有していることを特徴とする。この構成により、上記と同様の作用効果を得ることができる。また、球体は、燃料との摩擦抵抗から受ける影響が大きくなるため、更に回転しやすくなる。
【００１３】
前述の燃料噴射装置において、前記第１領域及び前記第２領域が、前記球体を２つの分割した半球体にそれぞれ形成される構成としてもよい。この構成により、球体が様々な方向に回転し、様々な部位でノズルボティに接触することができるため、偏摩耗や変形を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る燃料噴射装置によれば、ニードルとノズルボティの衝突に伴う偏摩耗や変形を抑制し、長期間に渡り、正常な燃料噴射を維持することのできる燃料噴射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置の断面を示した図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置の断面を示した図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置の球体の概略を示した図である。
【図４】本発明に係る異なる実施の形態の燃料噴射装置の球体の概略を示した図である。
【図５】従来の燃料噴射装置の断面を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置の断面を示す。この燃料噴射装置１は、燃料を噴射する燃料噴射孔５を有するノズルボティ２と、ノズルボティ２の内部で摺動自在となるように配置したニードル３を有している。このニードル３は、ニードル３の先端部分に回転自在に配置され、且つノズルボティ２の接触部Ｐに接触するように構成した球体１０を有している。この球体１０は、ニードル３に圧入するか、又はニードル３と球体１０の間にかしめ用プレートを挟む等の方法で、ニードル３に対して回転自在となるように設置されている。また、ノズルボティ２の端部には、燃料噴射孔５に連通するようにサック４と呼ばれる空間を形成している。ここで、白抜き矢印は、ニードル３の摺動方向を示している。
【００１７】
次に、燃料噴射装置１の動作について説明する。この燃料噴射装置１が燃焼室（図示しない）に燃料を噴霧する際、図２に示す様にニードル３が引上げられ、接触部Ｐにおけるニードル３とノズルボティ２の接触が解除される。この接触の解除により、予め加圧された燃料ｆが、ノズルボティ２とニードル３の隙間から、サック４及び燃料噴射孔５を介して、燃焼室（図示しない）に噴霧される。その後、ニードル３は下降し、球体１０とノズルボティ２が接触部Ｐで接触し、燃料ｆの流通を停止する。この一連の動作の際、球体１０が回転し、ノズルボティ２の接触部Ｐと接触する位置が変化するように構成している。ここで、球体１０の回転は、主に球体１０と燃料ｆの間に発生する摩擦抵抗の影響により実現される。加えて、球体１０は、球体１０とノズルボティ２の接触及び接触解除の際に発生する外力によっても回転することができる。
【００１８】
図３に、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置１の球体１０の具体例を示す。球体１０は、予め定めた密度を有する半球状の第１領域１１と、この第１領域１１よりも高い密度を有する半球状の第２領域１２を有している。つまり、球体１０は、密度が不均一になるように構成している。
【００１９】
この球体１０は、例えば異なる密度を有する材料を組み合わせて成型することができる。また、球体１０内に空洞を形成する、又は高密度の物質を埋め込み、密度の異なる少なくとも２つの領域を形成する構成としても良い。
【００２０】
上記の構成により、ニードル３（球体１０）の偏摩耗及び変形を抑制し、燃料噴射装置１の長寿命化を実現することができる。これは、ニードル３の移動（摺動）の度に球体１０が回転し、球体１０とノズルボディ２の接触する部位が変化し、球体１０の偏摩耗及び変形を抑制できるためである。
【００２１】
なお、本発明の燃料噴射装置の球体の構成は、上記に限られない。球体は、ニードルの移動に伴い、様々な方向に積極的に回転する構成を有していればよい。例えば、球体が予め定めた表面粗さを有する第１領域と、第１領域よりも粗い表面粗さを有する第２領域を有するように構成してもよい。つまり、球体の表面において、表面粗さが不均一になるように構成してもよい。この場合、球体は燃料ｆとの間に発生する摩擦抵抗から受ける影響が大きくなるため、より回転しやすくなる。
【００２２】
また、球体が、不均一な密度及び不均一な表面粗さを共に備えるように構成してもよい。この構成により、球体は、更に積極的に回転することができる。加えて、球体表面に不規則な溝を形成し、球体が特に燃料ｆから受ける外力により積極的に回転するように構成してもよい。
【００２３】
同様に、ノズルボティ２が、不均一な表面粗さを備えた接触部、不均一な溝を備えた接触部、又はその両方を有するように構成してもよい。具体的には、例えば接触部Ｐの半周分の表面粗さに対して、残り半周分の表面粗さが粗くなるように構成することができる。ここで、ノズルボディの接触部の加工（異なる表面粗さ、溝等の形成）と、球体の加工（異なる密度、表面粗さ、溝等の形成）は、いずれか一方を採用してもよく、又は両方を同時に採用してもよい。ノズルボティ及び球体の両方を加工した場合には、球体とノズルボティの接触及び接触解除の際に外力を発生するため、球体を更に積極的に回転するように構成することができる。
【００２４】
図４に、本発明に係る異なる実施の形態の燃料噴射装置の球体１０Ａを示す。球体１０Ａは、球体を４つに分割して形成した第１領域１１Ａ、第２領域１２Ａ、第３領域１３Ａ
、第４領域１４Ａを有している。この球体１０Ａは、予め定めた密度を有する第１領域１１Ａ及び第３領域１３Ａと、第１領域１１Ａ及び第３領域１３Ａよりも高い密度を有する第２領域１２Ａ及び第４領域１４Ａを有している。この構成により、燃料噴射に伴う球体１０Ａの積極的な回転を実現することができる。このため、燃料噴射装置の長寿命化を実現することができる。
【００２５】
なお、第１領域１１Ａ、第２領域１２Ａ、第３領域１３Ａ、第４領域１４Ａの全てが異なる密度を有するように構成してもよい。また、球体の分割数及び分割した際の形状は、上記に限られない。更に、前述と同様、第１領域１１Ａ、第２領域１２Ａ、第３領域１３Ａ、第４領域１４Ａの密度ではなく、表面粗さが不均一となるように構成してもよく、また密度及び表面粗さが共に不均一となるように構成してもよい。
【００２６】
以上より、本発明の燃料噴射装置は、密度又は表面粗さの異なる少なくとも２つの領域（第１領域及び第２領域）を有した球体を採用する構成により、ニードル３の先端部に設置した球体１０、１０Ａを積極的に回転させることが可能となる。この球体の回転により、ニードル３の偏摩耗及び変形を抑制し、ノズルボディ２の接触部Ｐにおけるシール性能を維持し、燃料噴射装置の長寿命化を実現することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１     燃料噴射装置
２     ノズルボディ
３     ニードル
５     燃料噴射孔
１０、１０Ａ  球体
１１、１１Ａ  第１領域
１２、１２Ａ  第２領域
Ｐ     接触部
ｆ     燃料
【図１】
2013092105.tif 000003
【図２】
2013092105.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013092105.tif 000006
【図５】
2013092105.tif 000007