(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルニードルが収容されたノズルボディの噴孔から燃料を旋回させて噴射する燃料噴射ノズルにおいて、
前記ノズルニードルの弁体が接離する前記ノズルボディの弁座部の上方に、燃料の旋回流を作り出すスワール室を形成して、前記ノズルボディ内にスワラーを内蔵し、このスワラーを摺動自在に貫通する前記ノズルニードルが前記スワール室の天井面をなす受圧面を有し、前記スワール室の容積を前記ノズルニードルのリフト量の大きさによって多段に変更させる容積変更手段を備え、
この容積可変手段を、
前記ノズルニードル上に上下方向に並べて配置された複数のシートと、
上側に配設される程強いばね力を有して前記シート相互間に夫々挟設されるとともに、上下に隣接するシートのうち下側に位置されて上下方向に移動可能なシートを前記ノズルニードルに向けて押し下げて上下に隣接した前記シート相互間に夫々リフト用間隙を形成する複数のばねと、
を具備して形成したことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に使用される燃料噴射ノズルに係り、特に、噴孔から燃料を旋回させながら噴射するスワール型の燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スワール型燃料噴射ノズルの噴孔から噴出した燃料は、その旋回運動に伴うせん断力により、広がりは大きいが貫通力は小さく、微粒子化特性の良好な噴霧を形成できる点で優れており、特開昭５８−３０４６５号公報等で知られている。
【０００３】
前記公報に記載の燃料噴射ノズルは、同公報の図３〜図６に示されているようにノズルニードルのニードルヘッド（弁体）が接離するノズルボディの弁座部と、この下方に設けた噴孔との間に、燃料の旋回流を作り出すスワラーを形成している。ノズルニードルは電磁弁の動作により一定ストロークで上下動されてそのニードルヘッドを弁座部に接離する。前記弁座部の下方に配置されたスワラーは外周面に複数のねじれ溝条を互いに平行に設けており、これらの溝条を燃料が通過することにより旋回流を作り出すように形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように弁座部の下方にスワラーが設置された従来構成では、弁座部から噴孔に至るまでの容積が大きいので、前記公報に記載のようにスワラーの下端にコーンを設ける構成を採用しても、なお、燃料が残り易い。そのため、噴射しきれずに弁座部から噴孔に至るまでの部分に残っていた燃料が、噴射初期に旋回運動を与え切れずに噴射されてしまうという問題がある。
【０００５】
又、前記従来構成では噴射される燃料の噴霧角を変更することができず、そのため、エンジンの負荷状態に応じた適正なスワール式燃料噴射を行なうことができないという問題がある。
【０００６】
なお、この後者の問題点を改善する技術として、ばねで下向きに付勢されたスワラーを圧電素子により下側から支持して、この素子をそれに対する通電制御により膨張・収縮させてスワラーを上下方向に動かし、それに伴いスワール室の容積を大小２段階に変える技術が提案されている（実開平５−２４９５６号公報参照）。しかし、この技術では、配線上等の実用上の諸問題を解決してニードルボディに内蔵された圧電素子に対する通電を行なうことが極めて困難であるという問題があるだけではなく、スワール容積の変更が２段階のみであるから、それ以上多くの段階をもってスワール式燃料噴射を行なうことができないという問題がある。なお、圧電素子は印加電圧の大きさによってその体積変化率が変わる特性を持っているが、これを利用しようとする時は、ヒステリシス、温度特性を考慮しなければならないという問題もある。
【０００７】
したがって、本発明が解決しようとする第１の課題は、噴射性能を向上できるとともに、スワラーを動かすことなく噴霧角を変更でき、しかも、燃料の旋回流の強さを多段に変更できる燃料噴射ノズルを得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ノズルニードルが収容されたノズルボディの噴孔から燃料を旋回させて噴射する燃料噴射ノズルを前提とする。
そして、前記第１の課題を解決するために、請求項１の発明は、前記ノズルニードルの弁体が接離する前記ノズルボディの弁座部の上方に、燃料の旋回流を作り出すスワール室を形成して、前記ノズルボディ内にスワラーを内蔵し、このスワラーを摺動自在に貫通する前記ノズルニードルが前記スワール室の天井面をなす受圧面を有し、前記スワール室の容積を前記ノズルニードルのリフト量の大きさによって多段に変更させる容積変更手段を備え、この容積可変手段を、前記ノズルニードル上に上下方向に並べて配置された複数のシートと、上側に配設される程強いばね力を有して前記シート相互間に夫々挟設されるとともに、上下に隣接するシートのうち下側に位置されて上下方向に移動可能なシートを前記ノズルニードルに向けて押し下げて上下に隣接した前記シート相互間に夫々リフト用間隙を形成する複数のばねと、を具備して形成したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１の発明において、ノズルボディの弁座部の上方に設けたスワール室は、弁座部から噴孔に至る部分から外れているので、前記部分の容積を大幅に小さくできる。それに伴い、噴射しきれずに残る燃料が極小となり、燃料が旋回流を与えきれずに噴射することを少なくできる。そして、容積変更手段でスワール室の容積を変更することにより、前記スワール室の容積が大きくなる程燃料の旋回流を弱めて燃料噴射を行なわせることができる。しかも、スワール室の容積をノズルニードルのリフト量の大きさによって変化させるから、ノズルボディ内にスワール室を形成するスワラーを動かす工夫を要することがない。
【００１２】
更に、請求項１の発明では、既述のようにスワール室の容積の大きさに従い燃料の旋回流強さが変わるので、容積変更手段がスワール室の容積を多段に変更できるに伴い燃料の旋回流の強さも多段に変えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。
図１および図２中符号１はノズルホルダで、このホルダ１の下端部にはホルダキャップ（リティニングナット）２が螺合され、このキャップ２は段付き円柱状をなすノズルボディ３の大径部３ａとパッキン４とが夫々収容されている。パッキン４は、ホルダキャップ２をノズルホルダ１にねじ込むことにより、ノズルホルダ１の下端面と大径部３ａの上端面との間に挟着されている。
【００１５】
ノズルボディ３の小径部３ｂはホルダキャップ２を貫通して下方に突出されていて、その先端には一つの噴孔５が設けられている。図３に示されるように小径部３ｂの先端部内側には、弁座部、例えば噴孔５に向けて収束する円錐形状のボディシート面６が形成されているとともに、このシート面６の上端から外側に張り出して連なる環状のスワール設置面７が設けられている。
【００１６】
ノズルボディ３には、その上部中央部に軸方向に延びるガイドホール８が設けられているとともに、下部中央部には下端がスワール設置面７の外周に連続する延長ホール９が設けられ、かつ、中間部に前記両ホール８、９を連続させる油溜り（図示しない）が設けられている。ガイドホール８の上端は大径部３ａの上端面に開口されている。更に、ノズルボディ３、パッキン４、およびノズルホルダ１にわたってフィードホール１０が設けられている。このホール１０の下端は前記油溜りと連通され、図示されない上端側は、高圧燃料を導く高圧配管を介して燃料噴射ポンプ又は蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧部等に接続されている。燃料噴射ポンプには例えばジャーク式燃料噴射ポンプが使用される。
【００１７】
図３および図４に示されるようにノズルボディ３の小径部３ｂの内側には、短い円筒状をなすスワラー２１が内蔵されている。このスワラー２１はその下端面をスワール設置面７に当接して位置決めされるまで延長ホール９に圧入して取付けられている。スワラー２１には複数の溝２２およびこれらに個々に連通する通路２３が設けられている。各溝２２はスワラー２１の外周面にこのスワラー２１の全長にわたり延びて夫々形成されており、又、各通路２３は、スワラー２１の内周面および下端面に夫々開放されてスワラー２１の下端部に夫々設けられている。これらの通路２３はスワラー２１の内周面に対する接線方向に延びて形成されている。これら溝２２および通路２３がなす連通路は、少なくとも一対設けるとよい。
【００１８】
ノズルボディ３内にはガイドホール８に摺動自在に嵌合して上下方向に移動されるノズルニードル２５が収容されている。ニードル２５の下端部は延長ホール９よりも小径であり、このニードル２５の外周面と延長ホール９の内周面との間には燃料通路２６が形成されている。この通路２６の上端は前記油溜りに連通され、下端は各溝２２に夫々連通されている。ノズルニードル２５の下端部はスワラー２１の内周面２１ａを摺動可能に貫通している。
【００１９】
このニードル２５はその下端部にニードルヘッド（弁体）２７を有している。図３に示されるようにヘッド２７は、それよりも上側のニードル部分よりも細く形成された短い円柱状のヘッドベース部２７ａと、このベース部２７ａから突出された円錐部２７ｂとから形成されている。これらヘッドベース部２７ａと円錐部２７ｂとの境界はシール線２８を形成していて、このシール線２８を含んだ円錐部２７ｂの外周面は、前記ボディシート面６に接離するニードルシート面をなしている。ノズルニードル２５の長さは、そのニードルシート面がボディシート面６に当接した状態で、ニードル２５の上端面が図１に示されるように前記大径部３ａの上端面よりも少し下がって位置する長さとなっている。
【００２０】
ノズルニードル２５はその下端部に受圧面２９を有している。この面２９は、本実施の形態においてはヘッドベース部２７ａの根元から外側に張り出すように連なった環状面で形成されているとともに、前記ニードルシート面がボディシート面６に当接した状態で前記通路２３のすぐ上側の高さに配置されるようになっている。受圧面２９とヘッドベース部２７ａの外周面と、ボディシート面６の弁座部としては機能しないスワール設置面７側の上部円錐状面（言い換えれば、図３においてシール線２８より上側に位置する円錐状面）と、前記スワラー２１の内周面２１ａとの間には、スワール室３０が形成されている。受圧面２９はスワール室３０の天井面をなしている。スワール室３０は噴孔５から噴射される燃料の旋回流を作り出すために設けられていて、このスワール室３０は前記燃料通路２６にスワラー２１の前記溝２２と通路２３とがなす連通路を介して連通されている。
【００２１】
前記パッキン４の中央部にはリフト量制御凹部３１が設けられ、そこにスワール室３０の容積を多段に変更する容積変更手段としてのリフト量制御機構３２が内蔵されている。図２に示されるようにリフト量制御機構３２は、上下方向に並べて配置される例えば第１〜第４のシート３３〜３６と、第１〜第３の皿ばね３７〜３９とを備えて形成されている。
【００２２】
上下方向に移動可能な第１シート３３は、平らな円板からなり、前記ガイドホール８の上端を塞ぐように前記大径部３ａの上端面に置かれている。第２シート３４は、上端が閉鎖された短い円筒からなり、その上部の内径を第１シート３３より小さくして内周面にストッパ段部３４ａを有している。この第２シート３４の下部には第１シート３３が上下動可能に収容されており、このシート３３の上面と前記ストッパ段部３４ａとの間に第１シート３３の上下動を許す第１リフト用間隙Ａが設けられている。
【００２３】
第３シート３５は、第２シート３４よりも長く大径であって上端が閉鎖された短い円筒からなり、その上部の内径を第２シート３４より小さくして内周面にストッパ段部３５ａを有している。この第３シート３５の下部には第２シート３４が上下動可能に収容されており、このシート３４の上面と前記ストッパ段部３５ａとの間に第２シート３４の上下動を許す第２リフト用間隙Ｂが設けられている。
【００２４】
同様に、第４シート３６は、第３シート３５よりも長く大径であって上端が閉鎖された短い円筒からなり、その上部の内径を第３シート３５より小さくして内周面にストッパ段部３６ａを有している。この第４シート３６には第３シート３５が上下動可能に収容されており、このシート３５の上面と前記ストッパ段部３６ａとの間に第３シート３５の上下動を許す第３リフト用間隙Ｃが設けられている。この第４シート３６は前記凹部３１の奥面に当って位置決めされている。
【００２５】
第１の皿ばね３７は、第１、第２のシート３３、３４の上下対向面間に挟設され、そのばね力Ｆｓ２で第１シート３３を下方（つまり、ノズルニードル２５の上端面側）に押し下げている。第２の皿ばね３８は、第２、第３のシート３４、３５の上下対向面間に挟設され、そのばね力Ｆｓ３で第２シート３４をノズルニードル２５の上端面側に押し下げている。同様に、第３の皿ばね３９は、第３、第４のシート３５、３６の上下対向面間に挟設され、そのばね力Ｆｓ４で第３シート３５をノズルニードル２５の上端面側に押し下げている。これら各皿ばね３７〜３９のばね力は上側に配置されたものほど強く、したがって、ばね力相互の関係はＦｓ２＜Ｆｓ３＜Ｆｓ４となっている。これに対応して、これらばね力に抗して第１〜第３のシート３３〜３５が動き出すいわゆる各段の開弁圧Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４もＰ２＜Ｐ３＜Ｐ４に設定されている。
【００２６】
図１および図２に示されるように前記パッキン４にはノズルニードル２５の軸線上に位置してプレッシャピン４１が貫通している。そのため、このピン４１はリフト量制御機構３２の中心部を貫通して設けられており、その下端はノズルニードル２５の上端面に当接され、かつ上端部にはスプリングシート４２が設けられている。このシート４２は前記ノズルホルダ１の下端部に形成したスプリング収容室４３の下部に挿入され、スプリング収容室４３の奥面に設けたスプリングシート４４と前記スプリングシート４２とに間には、プレッシャスプリング４５が挟設されている。スプリング収容室４３は図示しない燃料戻し管を介して燃料タンクに連通されている。
【００２７】
プレッシャスプリング４５はそのばね力（Ｆｓ１）でプレッシャピン４１を介してノズルニードル２５を押し下げて、このニードル２５のニードルヘッド２７を前記ボディシート面６に押付けている。ばね力（Ｆｓ１）はノズルの初期開弁圧（Ｐ１）を設定する。このこととノズルニードル２５の既述の長さとの関係により、無噴射時には図３に示されるようにニードル２５の上端面と第１シート３３との間に初期リフト用間隙Ｄが形成されている。
【００２８】
前記構成の燃料噴射ノズルが例えばジャーク式燃料噴射ポンプを組合わされた場合の燃料噴射について次に説明する。
前記燃料噴射ポンプから燃料が圧送されるに伴い、互いに連通しているフィードホール１０、図示しない油溜り、燃料通路２６、スワラー２１の連通路（溝２２および通路２３）を介してスワール室３０の燃料圧ｐｃが上昇される。このスワール室３０内の燃料圧Ｐｃが、プレッシャスプリング４５のばね力Ｆｓ１によって予め設定されたノズルニードル２５の初期開弁圧Ｐ１に達すると、スワール室３０に臨んだノズルニードル２５の受圧面２９に作用する前記初期開弁圧Ｐ１によって、ノズルニードル２５がばね力Ｆｓ１に抗して初期リフト用間隙Ｄを消失するだけリフトされる。そのため、スワール室３０と噴孔５とが連通して燃料噴射が開始される。この時、燃料はスワラー２１を通り抜ける際に旋回運動を与えられるから、スワール室３０内を旋回する燃料は噴孔５から旋回しながら噴射される。
【００２９】
ところで、既述のようにスワール室３０はノズルボディ３のボディシート面６の上方に設けられていてシート面６から噴孔５に至る部分から外れているので、前記部分の容積が小さく、それに伴い、噴射しきれずに残る燃料は極小である。そのため、前記噴射初期において旋回流を与えきれずに燃料が噴射されることが少ないから、噴射性能を向上することができる。
【００３０】
そして、前記噴射初期後においてノズルニードル２５に上向きに作用する燃料圧は次第に高まる。そのため、ニードル２５を上昇させようとする燃料圧Ｐｃが、プレッシャスプリング４５のばね力Ｆｓ１とこのスプリング４５が初期リフト用間隙Ｄと同じリフト量だけ縮んだことにより発生する荷重Ｋ１×Ｄ（なお、前記Ｋ１はスプリング４５のばね定数）と、更に、第１皿ばね３７のばね力Ｆｓ２の合計値により設定された開弁圧Ｐ２を超えると、その時点で、ノズルニードル２５は第１シート３３を介して第１皿ばね３７を押し縮めて、第１シート３３がストッパ段部３４ａに当って止まるまで押上げられる。それにより、ノズルニードル２５は、第１リフト用間隙Ａと同じだけリフトして、この間隙Ａを消失させるとともに、そのリフト分に応じてスワール室３０の容積を増加させる。つまり、閉弁状態からのリフト量は（Ｄ＋Ａ）となる。
【００３１】
更に、燃料圧が上昇してノズルニードル２５を上昇させようとする燃料圧Ｐｃが、プレッシャスプリング４５のばね力Ｆｓ１とこれが前記リフト用間隙Ｄ、Ａだけ縮んだことにより発生する荷重Ｋ１×（Ｄ＋Ａ）と、更に、第２皿ばね３８のばね力Ｆｓ３の合計値により設定された開弁圧Ｐ３を超えると、その時点で、ノズルニードル２５は第２シート３４を介して第２皿ばね３８を押し縮めて、第２シート３４がストッパ段部３５ａに当って止まるまで押上げられる。それにより、ノズルニードル２５は、第２リフト用間隙Ｂと同じだけリフトして、この間隙Ｂを消失させるとともに、そのリフト分に応じてスワール室３０の容積を更に増加させる。つまり、閉弁状態からのリフト量は（Ｄ＋Ａ＋Ｂ）となる。
【００３２】
同様に、燃料圧Ｐｃがより一層上昇してノズルニードル２５を上昇させようとする開弁圧Ｐ４が、プレッシャスプリング４５のばね力Ｆｓ１とこれが前記リフト用間隙Ｄ、Ａ、Ｂだけ縮んだことにより発生する荷重Ｋ１×（Ｄ＋Ａ＋Ｂ）と、更に、第３皿ばね３９のばね力Ｆｓ４の合計値により設定された開弁圧Ｐ４を超えると、その時点で、ノズルニードル２５は第３シート３５を介して第３皿ばね３９を押し縮めて、第３シート３５がストッパ段部３６ａに当って止まるまで押上げられる。それにより、ノズルニードル２５は、第３リフト用間隙Ｃと同じだけリフトして、この間隙Ｃを消失させるとともに、そのリフト分に応じてスワール室３０の容積をより一層増加させる。つまり、閉弁状態からのリフト量は（Ｄ＋Ａ＋Ｂ＋Ｃ）となる。
【００３３】
又、蓄圧式燃料噴射装置と組合わされた場合にも同様であり、説明が重複するので省略するが、表にまとめて示せば、次表の通りである。なお、この表においてＰｃはスワール室３０に及ぼされる燃料圧力である。
【００３４】
【表１】
0003985338.tif 000002
【００３５】
既述の動作説明から明らかなようにこの燃料噴射ノズルは、スワール室３０の燃料圧が高まっていく程、ノズルニードル２５のリフト量が段階的に大きくなるとともに、この段階的なリフト量の増加に従いスワール室３０の容積を段階的に増加する。そのため、こうした容積変化に伴いスワール室３０での燃料の旋回強さが段階的に減少するから、結局のところ、燃料の噴射開始初期における燃料の噴霧角が最も大であり、燃料噴射の最盛期に近づくに従い段階的に噴霧角を小さくできるものである。
【００３６】
しかも、既述のようにノズルニードル２５のリフト量の大きさによってリフト量制御機構３２でスワール室３０の容積を変更させて、噴射される燃料の旋回流の強さを多段に調節するから、スワール室３０を形成するスワラー２１を動かすことなく噴霧角を変更できる。それに伴い面倒な電気配線を不要とできるので、容易に実施できるとともに、故障なども少なく信頼性を向上できる。
【００３７】
なお、本発明は前記第１の実施の形態には制約されない、例えば、各リフト段階の開弁圧Ｐ１〜Ｐ４を設定するばね４５、３７〜３９のばね定数、および各リフト量を規定するリフト用間隙Ａ〜Ｄの大きさ等は適宜設定できるとともに、リフトの段数は構成上許される範囲であれば５段以上に設定してもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、噴射しきれずに残る燃料を極小にできることにより、燃料に旋回流を与えきれずに燃料噴射をすることが少なくなって噴射性能を向上できるとともに、ノズルニードルのリフト量の大きさによって容積変更手段でスワール室の容積を変更させて、噴射される燃料の旋回流の強さを調節できるから、スワール室を形成するスワラーを動かすことなく噴霧角を変更することができる。
【００３９】
更に、請求項１の発明によれば、容積変更手段がスワール室の容積を多段に変更できるに伴い燃料の旋回流の強さを多段に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るスワール型燃料噴射ノズルの構成を一部断面して示す側面図。
【図２】図１に示された燃料噴射ノズルが備えるリフト量制御機構回りの構成を拡大して示す縦断側面図。
【図３】図１に示された燃料噴射ノズルが備えるスワール室回りの構成を拡大して示す縦断側面図。
【図４】図３中Ｚ−Ｚ線に沿って示す断面図。
【符号の説明】
３…ノズルボディ、
５…噴孔、
６…ボディシート面（弁座部）、
２１…スワラー、
２５…ノズルニードル、
２７…ニードルヘッド（弁体）、
２８…シール線、
２９…受圧面、
３０…スワール室、
３２…リフト量制御機構（容積変更手段）、
３３〜３６…第１〜第３のシート、
３７〜３９…第１〜第３の皿ばね、
Ａ〜Ｃ…第１〜第３のリフト用間隙、
Ｄ…初期リフト用間隙、
４１…プレッシャピン、
４５…プレッシャスプリング。
【図１】
0003985338.tif 000003
【図２】
0003985338.tif 000004
【図３】
0003985338.tif 000005
【図４】
0003985338.tif 000006