(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔の上流に弁座部を設けたノズルボディと、
前記ノズルボディに往復摺動可能に支持され、前記弁座部に着座可能な当接部を有し、前記当接部が前記弁座部から離座ならびに前記弁座部に着座することにより燃料の遮断および流通を行うバルブニードルと、
前記ノズルボディ内に形成され、燃料の旋回流を形成する旋回流形成室と、
燃料噴射圧力に応じて前記旋回流形成室の容積を変化させる容積可変手段とを備え、
前記容積可変手段は、前記バルブニードルの外周に設けられ、前記旋回流形成室に繋がる燃料入口通路を形成する内壁を有する旋回流形成部材を有し、
前記ノズルボディ内に供給される燃料圧力に応じて前記旋回流形成部材が移動することにより、前記旋回流形成室の容積を変化させることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
前記容積可変手段は、前記ノズルボディ内に設けられ、前記旋回流形成部材を反噴孔側に付勢する付勢手段を有し、
前記ノズルボディ内に供給される燃料圧力により前記付勢手段の付勢力に抗して前記旋回流形成部材が前記噴孔側に移動することにより、前記旋回流形成室の容積を変化させることを特徴とする請求項１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、燃料噴射ノズルに関し、特に内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ノズルボディにバルブニードルを往復移動可能に収容し、バルブニードルの当接部がノズルボディに形成した弁座部に着座ならびに弁座部から離座することにより、噴孔から噴射する燃料を断続するエンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルが知られている。
【０００３】
このような燃料噴射ノズルにおいては、燃料消費量の低減、排気エミッションの向上、エンジンの安定した運転性等の観点から、噴孔から噴射される「燃料の微粒化」が重要な要素であり、特に筒内直接噴射式エンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルの場合、「燃料の微粒化」は最も重要な要素の一つである。筒内直接噴射式エンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルとして、ノズルボディ内部に旋回流（スワール）を形成することにより、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御をするようにしたスワール式燃料噴射ノズルが知られている。
【０００４】
上記のスワール式燃料噴射弁として、例えば▲１▼実開平５−２４９５６号公報に開示されるように、燃料をスワールにするための部材をノズルボディ内部に設けた燃料噴射ノズル、▲２▼特開平３−１７５１４８号公報に開示されるように、バルブニードルに燃料スワール機構を設けた燃料噴射ノズルが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲１▼実開平５−２４９５６号公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、燃料をスワールにするための部材としてスワール孔を有するスワーラと、スワールを形成するスワール形成室の容積を可変する圧電素子とをノズルボディの内部に設けているので、圧電素子に通電するための手段を配設しなければならず、部品点数および組付工数が増大し、製造コストが上昇するという問題があった。
【０００６】
また、▲２▼特開平３−１７５１４８号公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、弁座部がエンジン筒内にさらされているため、弁座部にカーボン等が付着し当接部と弁座部との油密を確保するのが困難であるという問題があった。さらに、ニードルバルブの傘部の角度で燃料の噴霧角が決定されるため、噴霧角の可変機構を有することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、燃料の噴霧角が可変である燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことが可能な燃料噴射ノズルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料噴射ノズルによると、燃料のスワールを形成するスワール形成室の容積を燃料噴射圧力に応じて変化させる容積可変手段を備えているので、エンジンの負荷状態に応じてスワール強さを変えることができる。このため、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができる。したがって、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことができる。そして、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。
【０００９】
また、容積可変手段は、スワール形成室に繋がる燃料入口通路を有するスワール形成部材を有しており、ノズルボディ内に供給される燃料圧力に応じてスワール形成部材が移動することにより、スワール形成室の容積を変化させる。このため、エンジンの負荷状態に応じてスワール強さを変えることができ、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができる。したがって、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことができる。そして、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。
【００１０】
本発明の請求項２記載の燃料噴射ノズルによると、容積可変手段は、ノズルボディ内に供給される燃料圧力によりスワール形成部材を反噴孔側に付勢する付勢手段を有しており、この付勢手段の付勢力に抗してスワール形成部材が噴孔側に移動することにより、スワール形成室の容積を変化させる。このため、例えば燃料噴射圧力が増加するに伴ってスワール形成室の容積を小さくすることにより、高速高負荷時に比較的大きい噴霧角および比較的小さい到達距離とすることができる。したがって、エンジンの負荷状態に応じてスワール強さを確実に変えることができ、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を確実に得ることができる。さらに、付勢手段の付勢力を変えることにより、燃料噴射圧力に対して噴霧角および噴霧の到達距離を設定可能であるため、様々な型のエンジン用の燃料噴射弁に簡便に対応することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明をディーゼルエンジン用燃料噴射弁に適用した第１実施例を図１〜図４に示す。
【００１４】
図２に示す燃料噴射弁１は、図示しないディーゼルエンジンの燃焼室内へ段階的に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、ノズルホルダ１８、リテーニングナット１７、ディスタンスピース１６、燃料噴射ノズル１０からなる外郭形成部材を備えている。燃料噴射弁１は、ノズルホルダ１８、ディスタンスピース１６および燃料噴射ノズル１０がリテーニングナット１７により固定されている。
【００１５】
ノズルホルダ１８は、燃料インレット３０を有しており、軸方向に貫通する第１スプリング収容室４０および第２スプリング収容室５０が形成されている。燃料インレット３０は、図示しない高圧ポンプから図示しない燃料配管が接続されており、高圧ポンプから燃料噴射ノズル１０内に高圧燃料が供給されている。燃料インレット３０の内部には燃料通路３１が形成されている。
【００１６】
第１スプリング収容室４０内には、第１スプリング４１、スペーサ４２およびプレッシャピン２８のフランジ部２９が収容されている。第１スプリング４１は、一方の端部がフランジ部２９に当接し、他方の端部がスペーサ４２に当接している。第１スプリング４１は、後述するバルブニードル２０を図２に示す下方向に付勢している。
【００１７】
第２スプリング収容室５０内には、第２スプリング５１、スペーサ５２、スプリングキャップ５３およびスプリング座５４が収容されている。第２スプリング５１は、一方の端部がスプリング座５４に当接し、他方の端部がスペーサ５２に当接している。スペーサ５２はスプリングキャップ５３に当接し、スプリングキャップ５３はスプリング収容室５０の内壁に形成された段差部５０ａに当接しているので、第２スプリング５１はスプリング座５４をディスタンスピース１６に押付ける方向に付勢している。
【００１８】
ディスタンスピース１６は、縮径部１６ａを有しており、ディスタンスピース１６内には第１スペーサ４６が設けられている。この第１スペーサ４６と縮径部１６ａとの距離でバルブニードル２０の最大リフト量が規制される。また、第１スペーサ４６とスプリング座５４との距離で初期リフト量が規制される。
【００１９】
燃料噴射弁１の噴孔側に燃料噴射ノズル１０が設けられており、燃料噴射ノズル１０は、ノズルボディ１１と、このノズルボディ１１の内部に軸方向に往復摺動可能に収容されるバルブニードル２０と、ノズルボディ１１の内部に固定される第２スペーサ４３と、スワール形成部材としてのスワーラ６０と、付勢手段としての第３スプリング７１とから構成される。
【００２０】
ノズルボディ１１は、有底の中空円筒形状であって、内部に第２スペーサ収容孔１５、第３スプリング収容室７０、スワーラ収容孔１４、弁座部１３、噴孔１２、燃料溜り３３、燃料供給孔３２が形成されている。
【００２１】
第２スペーサ収容孔１５は、ノズルボディ１１の内部に軸方向に延びており、一方の端部がノズルボディ１１の開口端１９に接続しており、他方の端部側が燃料溜り３３に接続している。第２スペーサ収容孔１５内には、第２スペーサ４３が収容されている。第２スペーサ４３はフランジ部４５と円筒部４４とから構成される。フランジ部４５はノズルボディ１１とディスタンスピース１６とで挟持されているので、第２スペーサ４３は移動不可能である。円筒部４４は、図１に示す弁閉状態において、噴孔１２側の端部が後述するスワーラ６０のフランジ部６１に当接している。
【００２２】
第３スプリング収容室７０は、ノズルボディ１１の内部に軸方向に延びており、一方の端部が燃料溜り３３に接続しており、他方の端部側がスワーラ収容孔１４に接続している。第３スプリング収容室７０には、ノズルボディ１１に形成される図示しない燃料排出通路が連通しており、第３スプリング収容室７０内に侵入した燃料がノズルボディ１１の外部に排出可能な構成となっている。第３スプリング収容室７０内には、第３スプリング７１およびスワーラ６０のフランジ部６１が収容されている。第３スプリング７１は、一方の端部がスワーラ６０のフランジ部６１に当接し、他方の端部が第３スプリング収容室７０の内底面に当接している。第３スプリング７１はスワーラ６０を反噴孔側に付勢している。
【００２３】
スワーラ収容孔１４は、ノズルボディ１１の内部に軸方向に延びており、一方の端部が弁座部１３に接続しており、他方の端部側が第３スプリング収容室７０に接続している。スワーラ収容孔１４内には、後述するスワーラ６０の円筒部６２および円環部６３が収容されている。図１に示すように、スワーラ収容孔１４の弁座部１３側の端部に段差部１４ａが形成されている。
【００２４】
弁座部１３は、円錐台面を有し、大径側の一端が段差部１４ａに連続し、小径側の他端側が噴孔１２に接続している。この弁座部１３に後述するバルブニードル２０の当接部２１が当接可能である。噴孔１２は、ノズルボディ１１の先端部にノズルボディ１１の内外を連通する通路として形成されている。噴孔１２は弁座部１３に入口部が開口している。
【００２５】
燃料溜り３３は、第２スペーサ収容孔１５と第３スプリング収容室７０とを接続する内壁に環状に形成されている。燃料溜り３３には、外部から燃料を供給する燃料供給孔３２が接続されている。燃料供給孔３２は、ノズルボディ１１に軸方向に傾斜して形成されている。
【００２６】
図２に示すように、バルブニードル２０は、中実円柱形状であって、首部２７、大径部２６、第１円錐台部２５、小径部２４、第２円錐台部２３および円錐部２２からなる。
バルブニードル２０の反噴孔側端部に首部２７が形成されており、首部２７の外径は第１スペーサ４６の内径よりも僅かに小さい。
【００２７】
大径部２６は、外径が同一径で、クリアンスを介して第２スペーサ４３に遊嵌合し、軸方向に往復移動することが可能である。大径部２６は、一端が首部２７に接続し、他端が第１円錐台部２５に接続している。第１円錐台部２５は、大径側の一端が大径部２６に接続し、小径側の他端が小径部２４に接続している。
【００２８】
図１に示すように、小径部２４は、外径が同一径で、クリアランスを介して後述するスワーラ６０の円環部６３に遊嵌合し、軸方向に往復移動することが可能である。小径部２４は、一端が第１円錐台部２５に接続し、他端が第２円錐台部２３に接続している。第２円錐台部２３は、大径側の一端が小径部２４に接続しており、小径側の他端が当接部２１を介して円錐部２２に接続している。第２円錐台部２３と円錐部２２との接続部分は円形状であり、この円形状の部分が弁閉時に弁座部１３と当接する当接部２１である。弁閉時、当接部２１が弁座部１３に着座することにより噴孔１２からの燃料噴射が遮断される。
【００２９】
スワーラ６０は中空円筒形状であって、フランジ部６１と、円筒部６２と、円環部６３とから構成される。フランジ部６１は、スワーラ６０の反噴孔側端部に形成されており、第３スプリング７１の一方の端部が当接している。フランジ部６１は、図１に示す弁閉状態において、第２スペーサ４３の円筒部４４に当接している。フランジ部６１は、クリアンスを介して第３スプリング収容室７０に遊嵌合し、軸方向に往復移動することが可能である。
【００３０】
円筒部６２は、外径が同一径で、クリアランスを介してスワーラ収容孔１４に遊嵌合し、軸方向に往復移動することが可能である。円筒部６２は、一方の端部がフランジ部６１に接続し、他方の端部が円環部６３に接続している。円筒部６２の内壁とバルブニードル２０の小径部２４の外壁とで燃料通路３４が形成されている。燃料通路３４は、一方の端部が燃料溜り３３に接続しており、他方の端部側が後述するスワール孔６５に接続している。
【００３１】
円環部６３は円筒部６２と同一外径であって、スワール孔６５が４箇所形成されている。４箇所のスワール孔６５は、円環部６３の外底面６３ａから内底面６３ｂまでを貫通するように、軸方向斜めにほぼ同一内径でストレート状に形成されている。４箇所のスワール孔６５は、それぞれの中心軸が略９０°間隔となっている。スワール孔６５は、一方の端部が燃料通路３４に接続しており、他方の端部側が後述するスワール室９０に接続している。
【００３２】
ノズルボディ１１のスワーラ収容孔１４を形成する内壁面と、バルブニードル２０の小径部２４および第２円錐台部２３を形成する外壁面と、スワーラ６０の円環部６３の外底面６３ａとでスワール形成室としてのスワール室９０が形成される。スワール室９０はスワール孔６５、燃料通路３４および燃料溜り３３を経由して燃料供給孔３２に連通している。ここで、スワール孔６５はスワール室９０に繋がる燃料入口通路を構成している。図１において、スワーラ収容孔１４の段差部１４ａを形成する内壁面と、スワーラ６０の円環部６３の外底面６３ａとの距離をｈとすると、この距離ｈはスワール室９０の高さを示している。図１に示す弁閉状態において、スペーサ４３およびスワーラ６０のノズル軸方向高さをノズルボディ１１の段差部１４ａまでのノズルボディ軸方向深さから引いた差が距離ｈとなる。ノズルボディ１１内に供給される燃料圧力により第３スプリング７１の付勢力に抗してスワーラ６０が噴孔１２側に移動することにより、開弁時のスワール室９０の高さが弁閉時のスワール室９０の高さよりも小さくなる構成である。すなわち、開弁時のスワール室９０の容積は弁閉時のスワール室９０の容積よりも小さくなる。ここで、第２スペーサ４３と、第３スプリング７１と、スワーラ６０とは、容積可変手段を構成している。
【００３３】
次に、上記構成の燃料噴射弁１の作動を説明する。
(1) 高圧ポンプから所定量の燃料が所定の時期に圧送され、高圧燃料が燃料配管を経由して燃料インレット３０に供給される。この高圧燃料は、燃料通路３１、燃料供給孔３２、燃料溜り３３を経由して燃料通路３４、スワール孔６５およびスワール室９０内に蓄えられる。燃料通路３４、スワール孔６５およびスワール室９０内の燃料圧力が増大し、この圧力が第１スプリング４１の付勢力に打勝つ圧力に達すると、バルブニードル２０は図２の上方にリフトし、弁座部１３から当接部２１が離間して開弁する。そして、スワール室９０でスワールが形成され、このスワールとなった燃料が弁座部１３と当接部２１との開口部を通って噴孔１２から噴射される。図３に示すように、低速低負荷時においては、燃料溜り３３の燃料圧力、すなわちノズルボディ１１内に供給される燃料圧力が比較的小さいので、スワーラ６０の噴孔１２側への移動量は比較的小さい。したがって図３において、スワーラ収容孔１４の段差部１４ａを形成する内壁面と、スワーラ６０の円環部６３の外底面６３ａとの距離ｈLは比較的大きい。このため、スワール室９０の高さおよび容積は比較的大きい。したがって、燃料噴霧ＱLの噴霧角θLは比較的小さく、燃料噴霧ＱLの到達距離は比較的大きい。
【００３４】
(2) 燃料通路３４、スワール孔６５およびスワール室９０内の燃料圧力がさらに増大すると、バルブニードル２０のリフト量が増大し、第１スペーサ４６がスプリング座５４に当接する。この状態がバルブニードル２０の初期リフト状態である。この初期リフト状態においては、燃料噴射圧力が比較的小さいので、スワール室９０の高さおよび容積は比較的大きい。そして、燃料通路３４、スワール孔６５およびスワール室９０内の燃料圧力が第１スプリング４１の付勢力と第２スプリング５１の付勢力との合力に打勝つ圧力に達すると、第１スペーサ４６がディスタンスピース１６の縮径部１６ａに当接し、バルブニードル２０はフルリフト状態に達する。このフルリフト状態においては、燃料溜り３３の燃料圧力、すなわちノズルボディ１１内に供給される燃料圧力が比較的大きいので、第３スプリング７１の付勢力に抗してスワーラ６０が噴孔１２側に移動する。そして、その移動量は比較的大きく、図４に示すように、スワーラ収容孔１４の段差部１４ａを形成する内壁面と、スワーラ６０の円環部６３の外底面６３ａとの距離ｈHは図３に示す距離ｈLよりも小さくなる。このため、スワール室９０の高さおよび容積は燃料噴射圧力の増加に伴って小さくなるので、スワール室９０内のスワールが強まる。したがって、高速高負荷時においては、燃料噴射圧力が比較的大きいにもかかわらず、燃料噴霧ＱLの噴霧角θLは比較的大きく、燃料噴霧ＱLの到達距離は比較的小さい。
【００３５】
(3) 高圧ポンプの燃料圧送が終わりに近づくと、燃料通路３４、スワール孔６５およびスワール室９０内の燃料圧力が低下し、第１スプリング４１および第２スプリング５１の付勢力によりバルブニードル２０が図２の下方に移動し、当接部２１が弁座部１３に着座して燃料噴射を終了する。
【００３６】
第１実施例においては、ノズルボディ１１内の燃料噴射圧力に応じてスワール室９０の容積を変えることができるので、エンジンの負荷状態に応じてスワール強さを変えることにより、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができる。したがって、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことができる。そして、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。
【００３７】
さらに第１実施例においては、ノズルボディ１１内に供給される燃料圧力により第３スプリング７１の付勢力に抗してスワーラ６０が噴孔１２側に移動する。このため、高速高負荷時に燃料噴射圧力の増加に伴ってスワール室９０の高さおよび容積を小さくすることにより、高速高負荷時に大きい噴霧角および小さい到達距離とすることができる。したがって、エンジンの負荷状態に応じてスワール強さを確実に変えることができるので、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を確実に得ることができる。さらに、スワーラ６０の受圧面積、第３スプリング７１のばね定数ならびにセット荷重を変えることにより、燃料噴射圧力に対して噴霧角および噴霧の到達距離を設定可能であるため、様々な型のエンジン用の燃料噴射弁に簡便に対応することができる。
第１実施例では、スワール孔６５の数を４個に設定したが、本発明では、スワール孔の数は１個以上であればよい。
【００３８】
（参考例）
本発明の参考例について、図５〜図８を用いて説明する。第１実施例と同一構成部分に同一符号を付す。
【００３９】
図６に示すように、燃料噴射弁２の噴孔側に燃料噴射ノズル１００が設けられており、燃料噴射ノズル１００は、ノズルボディ１１１と、このノズルボディ１１１の内部に軸方向に往復摺動可能に収容されるバルブニードル１２０と、ノズルボディ１１１の内部に圧入により固定されるカラー１６０とから構成される。
【００４０】
ノズルボディ１１１は、有底の中空円筒形状であって、内部に案内孔１１４、弁座部１１３、噴孔１１２、燃料通路孔１３４、燃料溜り１３３、燃料供給孔１３２が形成されている。
【００４１】
案内孔１１４は、ノズルボディ１１１の内部に軸方向に延びており、一方の端部がノズルボディ１１１の開口端１１５に接続しており、他方の端部側が燃料溜り１３３に接続している。案内孔１１４の内壁は、ノズルボディ１１１の開口端１１５から燃料溜り１３３の近傍まで概略同一内径に形成されている。
【００４２】
図５に示すように、弁座部１１３は、ノズルボディ１１１の噴孔側に設けられた内底面に形成され、大径側の一端が燃料通路孔１３４に連続し、小径側の他端が噴孔１１２に接続している。この弁座部１１３に後述するバルブニードル１２０の当接部１２１ａが当接可能である。噴孔１１２は、ノズルボディ１１１の先端部にノズルボディ１１１の内外を連通する通路として形成されている。噴孔１１２は弁座部１１３に入口部が開口している。
【００４３】
図６に示すように、燃料通路孔１３４は、ノズルボディ１１１の内部に軸方向に延びており、一方の端部が弁座部１１３に接続しており、他方の端部側が燃料溜り１３３に接続している。燃料通路孔１３４の内壁１３４ａと弁座部１１３との間には谷部１１３ａが形成されている。燃料溜り１３３は、案内孔１１４と燃料通路孔１３４とを接続する内壁に環状に形成されている。燃料溜り１３３には、外部から燃料を供給する燃料供給孔１３２が接続されている。
【００４４】
図５に示すように、バルブニードル１２０は、中実円柱形状であって、首部２７、摺動部１２６、第１円錐台部１２５、小径部１２４、第２円錐台部１２３、大径部１２２および先端部１２１からなる。
バルブニードル２０の反噴孔側端部に首部２７が形成されており、首部２７の外径は第１スペーサ４６の内径よりも僅かに小さい。
【００４５】
摺動部１２６は、外径が同一径で、クリアンスを介して案内孔１１４に遊嵌合し、軸方向に往復移動することが可能である。摺動部１２６は、一端が首部２７に接続し、他端が第１円錐台部１２５に接続している。第１円錐台部１２５は、大径側の一端が摺動部１２６に接続し、小径側の他端が小径部１２４に接続している。
【００４６】
小径部１２４は、一端が第１円錐台部１２５に接続し、他端が第２円錐台部１２３に接続している。第２円錐台部１２３は、小径側の一端が小径部１２４に接続しており、大径側の他端が大径部１２２に接続している。
【００４７】
大径部１２２は、外径が同一径で、クリアンスを介してカラー１６０に遊嵌合し、軸方向に往復移動することが可能である。大径部１２２は、一端が第２円錐台部１２３に接続し、他端が先端部１２１に接続している。大径部１２２と先端部１２１との接続部分は円形状であり、この円形状の部分が弁閉時に弁座部１１３と当接する当接部１２１ａである。弁閉時、当接部1２１ａが弁座部1１３に着座することにより噴孔１１２からの燃料噴射が遮断される。
【００４８】
大径部１２２の外壁には、燃料入口通路としてのスワール溝１２２ａが形成されている。スワール溝１２２ａは、大径部１２２の一方の端部から他方の端部まで、バルブニードル１２０の軸に対して傾斜するように４箇所形成されている。ここで、大径部１２２はスワール形成部を構成している。
【００４９】
カラー１６０は中空円筒形状であって、ノズルボディ１１１の谷部１１３ａと、バルブニードル１２０の当接部１２１ａとの干渉がカラー１６０により避けることができる。したがって、弁開時の燃料の流れを円滑にすることができる。弁開時、カラー１６０の内壁面と、ノズルボディ１１１の弁座部１１３を形成する内底面と、バルブニードル１２０の先端部１２１を形成する外壁面とで、図示しないスワール形成室としてのスワール室が形成される。このスワール室９０の高さは、図５に弁閉状態においてゼロであり、ノズルボディ１１１内に供給される燃料圧力により第１および／または第２スプリング４１、５１の付勢力に抗してバルブニードル１２０が反噴孔側に移動することにより、開弁時のスワール室の高さが変化する。すなわち、バルブニードル１２０のリフト量に応じてスワール室の容積が変化する構成である。ここで、バルブニードル１２０と、第１スプリング４１と、第２スプリング５１とは、容積可変手段を構成している。
【００５０】
次に、上記構成の燃料噴射弁２の作動を説明する。
(1) 高圧ポンプから所定量の燃料が所定の時期に圧送され、高圧燃料が燃料配管を経由して燃料インレット３０に供給される。この高圧燃料は、燃料通路３１、燃料供給孔１３２、燃料溜り１３３を経由して燃料通路１３４およびスワール溝１２２ａに蓄えられる。燃料通路１３４およびスワール溝１２２ａの燃料圧力が増大し、この圧力が第１スプリング４１の付勢力に打勝つ圧力に達すると、バルブニードル１２０は図６の上方にリフトし、弁座部１１３から当接部１２１ａが離間して開弁する。そして図７に示すように、カラー１６０の内壁面と、ノズルボディ１１１の弁座部１１３を形成する内底面と、バルブニードル１２０の先端部１２１を形成する外壁面とで、スワール室１９０が形成され、このスワール室１９０でスワールが形成される。このスワールとなった燃料は弁座部１１３とバルブニードル１２０の先端部１２１との開口部を通って噴孔１１２から噴射される。図７に示すように、低速低負荷時においては、燃料溜り１３３の燃料圧力、すなわちノズルボディ１１１内に供給される燃料圧力が比較的小さいので、バルブニードル１２０のリフト量が比較的小さい。このため、ノズルボディ１１１の弁座部１１３を形成する内底面と、バルブニードル１２０の先端部１２１を形成する外壁面との距離をｈ１とすると、距離ｈ１は比較的小さい。したがって、低速低負荷時においては、スワール室１９０の高さおよび容積は比較的小さいので、燃料噴霧Ｑ１の噴霧角θ１は比較的大きく、燃料噴霧Ｑ１の到達距離は比較的小さい。
【００５１】
(2) 燃料通路１３４およびスワール溝１２２ａの燃料圧力がさらに増大すると、バルブニードル１２０のリフト量が増大し、第１スペーサ４６がスプリング座５４に当接する。この状態がバルブニードル１２０の初期リフト状態である。この初期リフト状態においては、燃料噴射圧力が比較的小さいので、スワール室１９０の高さおよび容積は比較的小さい。そして、燃料通路１３４およびスワール溝１２２ａの燃料圧力が第１スプリング４１の付勢力と第２スプリング５１の付勢力との合力に打勝つ圧力に達すると、第１スペーサ４６がディスタンスピース１６の縮径部１６ａに当接し、バルブニードル１２０はフルリフト状態に達する。このフルリフト状態においては、燃料溜り１３３の燃料圧力、すなわちノズルボディ１１１内に供給される燃料圧力が比較的大きい。このとき、図８に示すように、ノズルボディ１１１の弁座部１１３を形成する内底面と、バルブニードル１２０の先端部１２１を形成する外壁面との距離をｈ２とすると、距離ｈ２は比較的大きい。したがって、高速高負荷時においては、スワール室１９０の高さおよび容積は比較的大きいので、燃料噴霧Ｑ２の噴霧角θ２は比較的小さく、燃料噴霧Ｑ２の到達距離は比較的大きい。
【００５２】
(3) 高圧ポンプの燃料圧送が終わりに近づくと、燃料通路１３４およびスワール溝１２２ａの燃料圧力が低下し、第１スプリング４１および第２スプリング５１の付勢力によりバルブニードル１２０が図６の下方に移動し、当接部１２１ａが弁座部１１３に着座して燃料噴射を終了する。
【００５３】
参考例においては、ノズルボディ１１１内の燃料噴射圧力に応じてスワール室１９０の容積を変えることができるので、エンジンの負荷状態に応じてスワール強さを変えることにより、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができる。したがって、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことができる。そして、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。
【００５４】
さらに参考例においては、ノズルボディ１１１内に供給される燃料圧力により第１および／または第２スプリング４１、５１の付勢力に抗してバルブニードル１２０が反噴孔側に移動する。このため、高速高負荷時に燃料噴射圧力の増加に伴ってスワール室１９０の高さおよび容積を大きくすることにより、高速高負荷時に小さい噴霧角および大きい到達距離とすることができる。したがって、エンジンの負荷状態に応じてスワール強さを確実に変えることができるので、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を確実に得ることができる。さらに、バルブニードル１２０の先端部１２１の受圧面積、第１および／または第２スプリング４１、５１のばね定数ならびにセット荷重を変えることにより、燃料噴射圧力に対して噴霧角および噴霧の到達距離を設定可能であるため、様々な型のエンジン用の燃料噴射弁に簡便に対応することができる。
【００５５】
参考例では、燃料噴射ノズル１００はノズルボディ１１１内にカラー１６０を備える構成としたが、ノズルボディ内にカラーを備えない燃料噴射ノズルに本発明を適用することは可能である。
また参考例では、スワール溝１２２ａの数を４個に設定したが、本発明では、スワール溝の数は１個以上であればよい。
【００５６】
以上説明した本発明の複数の実施例では、ディーゼルエンジン用の燃料噴射弁に本発明の燃料噴射ノズルを適用したが、ガソリンエンジン用の燃料噴射弁に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルを示すものであって、図２の主要部拡大図である。
【図２】  本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルを適用した燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図３】  本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルの低速低負荷時における作動を説明するための縦断面図である。
【図４】  本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルの高速高負荷時における作動を説明するための縦断面図である。
【図５】  本発明の参考例による燃料噴射ノズルを示すものであって、図６の主要部拡大図である。
【図６】  本発明の参考例による燃料噴射ノズルを適用した燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図７】  本発明の参考例による燃料噴射ノズルの低速低負荷時における作動を説明するための縦断面図である。
【図８】  本発明の参考例による燃料噴射ノズルの高速高負荷時における作動を説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
１、２      燃料噴射弁
１０、１００      燃料噴射ノズル
１１、１１１      ノズルボディ
１２、１１２      噴孔
１３、１１３      弁座部
２０、１２０      バルブニードル
２１、１２１ａ      当接部
４１      第１スプリング
４３      第２スペーサ（容積可変手段）
５１      第２スプリング
６０      スワーラ（旋回流形成部材、容積可変手段）
６５      スワール孔（燃料入口通路）
７１      第３スプリング（付勢手段、容積可変手段）
９０      スワール形成室（旋回流形成室）
９２ａ、９３ａ    開口部
１２１      先端部
１２２      大径部（旋回流形成部）
１２２ａ    スワール溝（燃料入口通路）
１６０      カラー
１９０      スワール形成室（旋回流形成室）
【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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【図７】
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【図８】
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