(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔から噴射する燃料を断続する弁部材と、
前記噴孔を形成し、前記弁部材が着座することにより燃料噴射が遮断され、前記弁部材が離座することにより燃料が噴射される弁座を有する弁ボディとを備え、
前記弁部材は、前記弁座に着座可能な当接部と、前記当接部の燃料噴射側に設けられ前記噴孔に貫挿されるピン部とを有し、前記ピン部は、円柱部と、前記円柱部の燃料噴射側に設けられ燃料噴射方向に向けて拡径する円錐台部とを有し、前記円柱部および前記円錐台部の周方向同一位置に前記弁部材の軸方向に沿って切欠を形成しており、
エンジンの低負荷時に狭角噴射を行い、高負荷時に広角噴射を行うことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
前記両切欠は互いに平行な平面であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【請求項３】
前記円柱部と前記円錐台部との間に前記円柱部よりも小径の連結部を有することを特徴とする請求項１または２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】
エンジン負荷に応じて噴霧角を調整する燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
噴孔を開閉する弁部材のリフト量が所定量以下の場合に燃料噴射量を抑えて初期噴射を行い、弁部材のリフト量が所定量を越えると燃料噴射量を増加して主噴射を行う燃料噴射ノズルとして、実開昭５９−１４１１６４号公報および特開昭６０−１１９３６８号公報に開示されるものが知られている。このような燃料噴射ノズルでは、初期噴射において予め少量の燃料を噴射して燃焼させておくことにより、主噴射における急激な燃焼を防止しエンジンからの騒音発生を防止している。前述した両公報に開示される燃料噴射ノズルは、弁部材のリフト量が小さい初期噴射において噴霧角を大きくし、弁部材のリフト量が大きい主噴射において噴霧角を小さくしている。以下、噴霧角の大きい噴射を広角噴射、噴霧角の小さい噴射を狭角噴射という。
【０００３】
エンジンの低負荷時において少量の燃料を噴射し、エンジンの高負荷時において低負荷時よりも多くの燃料を噴射する燃料噴射ノズルとして、前述した公報に開示された燃料噴射ノズルを用いることができる。つまり、低負荷時に初期噴射を行い、高負荷時に主に主噴射を行えばエンジン負荷に応じて燃料噴射量を調整することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低負荷時においては僅かなエンジン負荷の変動や弁部材先端部へのカーボン付着により弁部材のリフト量が変動することがある。したがって、エンジンの低負荷時において広角噴射を行うと、弁部材のリフト量の僅かな変動により噴霧角が大幅に変動してしまう。すると、噴霧形状が不安定となり、燃焼状態がばらつき、結果として未燃成分が排気ガス中に排出され、排気ガスの悪化を招く恐れがある。
【０００５】
また、弁部材のリフト量が大きく燃料噴射量が多いエンジンの高負荷時において狭角噴射を行うと、狭角噴射により燃料噴霧の直進力が大きくなるので、副燃焼室または主燃焼室の壁面に燃料が付着して液滴化し、この液滴化した燃料が未燃成分となって排気ガス中に排出され、排気ガスの悪化を招く恐れがある。また、未燃成分が生じると、燃料の噴射量よりも燃焼量が減少するので、エンジンの出力低下を招く。
【０００６】
本発明の目的は、エンジン負荷の高低に関わらず排気ガス中に排出される未燃成分を低減する燃料噴射ノズルを提供することにある。
【０００７】
【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、低負荷時に狭角噴射を行うことにより、低負荷時においてエンジン負荷が変動したり、弁部材先端にカーボンが付着しても噴霧角の変動が少なく燃焼状態のばらつきを防止する。これにより、未燃成分の発生を低減できる。
【０００８】
また高負荷時に広角噴射を行うことにより、燃料の直進力を抑制し、副燃焼室または主燃焼室の内壁に燃料が付着して液滴化することを防止している。高負荷時における燃料の液滴化を防止することにより、排気ガス中の未燃成分の発生を低減できるとともに、エンジンの出力低下を防止できる。
【０００９】
さらに、本発明の請求項１記載の燃料噴射ノズルによると、弁部材は当接部の燃料噴射側にピン部を有している。ピン部は、円柱部と、円柱部の燃料噴射側に燃料噴射方向に向けて拡径する円錐台部とを有し、円柱部および円錐台部の周方向同一位置に弁部材の軸方向に沿って切欠を形成している。弁部材のリフト量が小さい低負荷時において、噴孔を形成する弁ボディの内周壁と、円柱部に設けた切欠との間に形成された流路の抵抗は、噴孔を形成する弁ボディの内周壁と切欠以外の円柱部の外周壁に形成される流路の抵抗よりも小さい。したがって、噴孔を形成する弁ボディの内周壁と円柱部に設けた切欠との間を燃料が軸方向に沿って通過し、この燃料が円錐台部に殆ど衝突することなく円錐台部に設けた切欠に沿って弁部材の軸方向に噴射されることにより、低負荷時において燃料が狭角に噴射される。
【００１０】
また、高負荷時において弁部材の円柱部が噴孔を形成する弁ボディの内壁と対向しない位置まで弁部材がリフトすると、燃料が弁部材の全周から噴孔に流入するので、燃料が円錐台部に衝突し、燃料が広角に噴射される。
【００１１】
本発明の請求項２記載の燃料噴射ノズルによると、平面で切欠を形成することにより、細径のピン部に切欠を容易に形成できる。
本発明の請求項３記載の燃料噴射ノズルによると、円柱部と円錐台部との間に円柱部よりも小径の連結部を有することにより、狭角噴射と広角噴射との間で噴霧角が変動する遷移領域が形成される。連結部の長さや円錐台部の切欠量を調整することにより遷移領域の範囲をエンジン要求特性に応じて任意に設定できる。
【００１２】
【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に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルを図１に示す。
弁ボディ１０は、弁部材としてのノズルニードル２０を往復自在に収容している。弁ボディ１０の噴射側端部内周壁に、噴射方向に向けて縮径しノズルニードル２０の当接部２１が着座可能な弁座としてのテーパ面１１が形成されている。テーパ面１１のさらに噴射側に同一内径の円筒面１２が形成されている。円筒面１２は噴孔１３を形成している。
【００１３】
ノズルニードル２０は、当接部２１の噴射側に噴孔１３に貫挿されているピン部２２を有している。ピン部２２は、円柱部２３、縮径部２４、円錐台部２６を当接部２１から噴射方向に向けてこの順で形成している。円柱部２３の外径ｄ2は、噴孔１３の内径ｄ1よりも僅かに小さい。円柱部２３と縮径部２４との境界２５からテーパ面１１と円筒面１２との境界１４までの距離Ｌをスロットル距離という。図示しない高圧燃料ポンプからノズルニードル周囲に供給される燃料圧力によりテーパ面１１から離座する方向にノズルニードル２０が受ける力と、ノズルニードル２０をテーパ面１１に向けて付勢する図示しないスプリングの付勢力との釣り合いによりノズルニードル２０のリフト量は規定される。燃料圧力が低い、つまり低負荷の場合ノズルニードル２０のリフト量は小さくなり、噴孔１３から噴射される燃料量は少なくなる。燃料圧力が高い、つまり高負荷の場合ノズルニードル２０のリフト量は大きくなり、噴孔１３から噴射される燃料量は多くなる。
【００１４】
図２に示すように、円柱部２３および円錐台部２６には、周方向同一位置にノズルニードル２０の軸に沿って切欠としての平面２３ａ、２６ａがそれぞれ一箇所形成されている。平面２３ａと平面２６ａとは互いに平行であり、径方向の幅は等しいかまたは平面２６ａの方が平面２３ａよりも広い。さらに、平面２６ａは平面２３ａよりもノズルニードル２０の軸中心に近くなるように形成されている。平面２３ａと円筒面１２とが形成する流路は、横断面が弓状をしており、平面２３ａを除く円柱部２３の外周面と円筒面１２とが形成する流路の抵抗よりも流路抵抗が小さい。
【００１５】
次に、エンジン負荷に応じたノズルニードル２０のリフト量と噴霧角との関係について説明する。
当接部２１がテーパ面１１に着座した状態からノズルニードル２０の周囲に供給されている燃料の圧力が上昇すると、当接部２１がテーパ面１１から離座し、ピン部２２の周囲に燃料が流入する。このとき、前述したように平面２３ａと円筒面１２とが形成する流路の抵抗は平面２３ａを除く円柱部２３の外周面と円筒面１２とが形成する流路の抵抗よりも小さい。したがって、ピン部２２の周囲に流入した燃料は平面２３ａと円筒面１２との間を流れる。平面２６ａは平面２３ａよりも軸中心に近く、平面２６ａの径方向の幅は平面２３ａの径方向の幅と等しいか広いので、平面２３ａと円筒面１２との間を流れた燃料は円錐台部２６の外周面に衝突することなく平面２６ａに沿ってノズルニードル２０の軸方向に噴射される。低負荷の場合、ノズルニードル２０はスロットル距離Ｌ以上リフトしないので、狭角噴射が行われる。
【００１６】
高負荷の場合、図３に示すようにノズルニードル２０はスロットル距離Ｌよりもリフトし、円錐台部２６の周囲全体に燃料が流入する。円錐台部２６の周囲全体に流入した燃料は円錐台部２６に衝突するので、広角噴射が行われる。
【００１７】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図４に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付し説明を省略する。
【００１８】
ノズルニードル３０は、当接部２１の噴射側に噴孔１３に貫挿されているピン部３１を有している。ピン部３１は、円柱部２３、縮径部２４、連結部３２、円錐台部２６を当接部２１から噴射方向に向けてこの順で形成している。連結部３２は円柱状に形成されており、円柱部２３よりも径が小さい。
【００１９】
低負荷の場合、ノズルニードル３０はスロットル距離Ｌ以上リフトしないので、第１実施例と同様に狭角噴射が行われる。
高負荷の場合、ノズルニードル３０がスロットル距離Ｌよりもリフトすると、縮径部２４および連結部３２の外周を通り燃料が円錐台部２６の周囲全体に衝突するようになり、図５に示すように噴霧角が広がっていく。
【００２０】
第２実施例では、円柱部２３と円錐台部２６との間に連結部３２を設けているので、図５に示すように噴霧角が狭角噴射と広角噴射との間で変動する遷移領域が形成される。連結部３２の長さ、または平面２６ａの切欠量をエンジンの要求特性に応じて調整することにより、遷移領域の範囲を調整することができる。
【００２１】
以上説明した本発明の実施の形態を示す上記複数の実施例では、低負荷時において狭角噴射を行うことにより、ノズルニードルのリフト量が変動したりノズルニードルの先端部にカーボン等が付着しても、噴霧角の変動が小さく燃焼状態のばらつきを低減できる。したがって、未燃成分が排ガス中に排出されることを防止できる。
【００２２】
さらに高負荷時において広角噴射を行うことにより、燃料噴霧の過度の直進力を抑制し、例えば副燃焼室の内壁に燃料噴霧が付着して液滴化することを防止している。したがって、液滴化した燃料が未燃成分になり排ガス中に排出されることを防止するとともに、エンジンの出力低下を防止する。
【００２３】
上記複数の実施例ではピン部の円柱部および円錐台部の周方向にそれぞれ一箇所切欠としての平面を形成したが、周方向に複数個所平面を設けてもよい。平面ではなく、切欠として例えば凹部を形成してもよい。
【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断面図である。
【図２】第１実施例のノズルニードル先端部を示す図１のII方向矢視図である。
【図３】第１実施例においてノズルニードルがリフトした状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施例による燃料噴射ノズルを示す断面図である。
【図５】第１実施例および第２実施例におけるリフト量と噴霧角との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１０      弁ボディ
１１      テーパ面（弁座）
１３      噴孔
２０、３０      ノズルニードル（弁部材）
２１      当接部
２２、３１      ピン部
２３      円柱部
２３ａ    平面（切欠）
２６      円錐台部
２６ａ    平面（切欠）
３２      連結部
【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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