(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に供給された低沸点燃料を燃焼させることによって生じた高温，高圧のガスエネルギを利用して動力を発生させるディーゼル機関の燃料噴射弁であって、
燃料噴射弁本体内に流入してきた低沸点燃料の一部を逃がして蒸発させるリーク流路を設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記リーク流路が吸気系に連結されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記低沸点燃料を燃料噴射時期にのみ逃がすことを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記リーク流路が、油溜りの外周壁を形成しているノズルチップに設けた空間部と、前記油溜りまたは油道の少なくとも一方と前記空間部との間を連通させるリーク穴と、前記空間部と前記吸気系との間を連結するリーク管路とを具備してなることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記リーク流路が、油溜りの外周壁を形成しているノズルチップに設けた空間部と、針弁開時に燃料が流入する燃料弁サック部と前記空間部との間を連通させるリーク穴と、前記空間部と前記吸気系との間を連結するリーク管路とを具備してなることを特徴とする請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記リーク穴に、所定圧力以上で開くリーク弁を設けたことを特徴とする請求項４または５記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
燃焼室内に供給された低沸点燃料を燃焼させることによって生じた高温，高圧のガスエネルギを利用して動力を発生させるディーゼル機関において、
該ディーゼル機関には、請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃料噴射弁が備え付けられていることを特徴とするディーゼル機関。
【請求項８】
燃焼室内に供給された低沸点燃料を燃焼させることによって生じた高温，高圧のガスエネルギを利用して動力を発生させるディーゼル機関の燃料噴射弁冷却方法であって、
燃料噴射弁本体内に流入してきた低沸点燃料の一部をリーク燃料としてノズルチップに設けたリーク流路に逃がし、前記リーク燃料の蒸発潜熱で冷却することを特徴とする燃料噴射弁冷却方法。
【請求項９】
前記リーク燃料を吸気系に供給し、新気と共に燃焼室へ吸収させることを特徴とする請求項８記載の燃料噴射弁冷却方法。
【請求項１０】
前記低沸点燃料を燃料噴射時期にのみ逃がすことを特徴とする請求項８または９記載の燃料噴射弁冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関の燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射弁及びこの燃料噴射弁を備えたディーゼル機関、並びに燃料噴射弁冷却方法に係り、特に、低沸点燃料を使用する場合に好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関は、燃料を燃焼させることにより発生する高温，高圧のガスエネルギによってピストン等を駆動させ、これにより動力を得る機関である。
このディーゼル機関は、液状態で燃焼室（シリンダ）内に燃料を噴射する必要性から、燃料供給系及び燃料噴射系内は加圧状態にしてある。すなわち、燃料噴射ポンプから送られてくる高圧の液体燃料を液状態のまま燃焼室内に噴射するための燃料噴射弁が設けられており、この燃料噴射弁内に供給されてきた燃料は、その先端に設けられた燃料噴射ノズル（噴孔）を流過することによって霧状にされ、燃焼室内へと噴射される。
【０００３】
ここで、従来例となる燃料噴射弁の一例を図５に示す。
図５において、図中の符号０１は噴孔、０２はノズルチップ、０３は針弁、０４はノズルチップ押え、０５はノズルホルダ、０６は針弁押えばね、０７は噴射管取り付け用ホルダ、０８は噴射管、０９は油道、０１０は油溜り、０１１は燃料弁サック部である。
この燃料噴射弁は、ノズルチップ０２及びノズルホルダ０５をノズルチップ押え０４によって一体化した本体内に、針弁押えばね０６によって噴孔０１側へ付勢された針弁０３をスライド可能に収納した構成となっている。なお、針弁押えばね０６の付勢を受けた針弁０３は、その先端部がノズルチップ０２の内壁に密着して油溜り０１０と噴孔０１との間を遮断している。
【０００４】
燃料噴射弁は、図示省略の燃料噴射ポンプから噴射管０８を介して高圧で液体燃料の供給を受ける。この液体燃料は、油道０９を通って針弁０３とノズルチップ０２との間に形成された空間の油溜り０１０へ導かれる。油溜り０１０に溜まった液体燃料の圧力は針弁０３へ作用し、同圧力が針弁押えばね０６の付勢力より大きくなると針弁０３を押し上げる。この結果、油溜り０１０内の液体燃料は燃料弁サック部０１１へ流れ込み、同燃料弁サック部０１１に開口する噴孔０１から図示省略の燃焼室へ液状のまま噴射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の燃料噴射弁は、軽油等のように沸点が高い液体燃料を使用する場合には長年の実績があり、特に問題はない。すなわち、噴孔０１を設けたノズルチップ０５が高温の燃焼室内に設置されるなど燃料噴射弁がエンジン本体から熱影響を受けるため、温度上昇して高温となる燃料噴射弁（特にノズルチップ０５）及びその近傍（たとえば噴射管０８）を通過しても気化する心配のない液体燃料を使用する場合には特に問題はない。
【０００６】
一方、近年においては、上述した軽油以外に新規の燃料を使用して運転するディーゼルエンジンの開発が進めらている。このような新規の燃料の中には、たとえば合成燃料であるジメチルエーテル（以下、「ＤＭＥ」と略す）、液化石油ガス（以下、「ＬＰＧ」と略す）、液化天然ガス（以下、「ＬＮＧ」と略す）及び液体水素などのように、軽油と比較して沸点の低い燃料（以下、「低沸点燃料」と呼ぶ）がある。
【０００７】
このような低沸点燃料は、貯蔵タンクから燃料噴射弁までポンプ圧送される液体燃料であり、かつ、沸点が低いため燃料噴射弁及びその近傍の熱影響によって気化する可能性がある液体燃料である。
このような低沸点燃料をディーゼル機関の燃料として使用する場合には、熱影響で気化したガス燃料が燃料供給系及び燃料噴射系に存在する可能性がある。このようにして、燃料供給系及び燃料噴射系に圧縮性流体のガス燃料が存在すると、非圧縮性流体の液体燃料のみを加圧するようにポンプで昇圧することができず、適切な燃料噴射圧力が得られないという問題が生じる。
【０００８】
すなわち、ポンプによる液体燃料の昇圧がガス燃料の圧縮に吸収されてしまうため、燃料噴射時に適切な昇圧を行うことが不能となり、噴孔０１における所望の吐出圧力を得られないことがある。この結果、燃料噴射量の減少、あるいは燃料噴射不能といった現象が発生し、ディーゼル機関の円滑な運転に重大な支障を来すこととなる。このような現象は燃料供給系の圧力を十分に高く保つことで回避可能ではあるが、通常大型化や重量増を招くことから、燃料供給系の構成上、強度的にもコスト的にも現実的ではない。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、比較的低加圧の燃料供給系において低沸点燃料を使用しても安定した運転を行うことができる、燃料噴射弁及びこれを備えたディーゼル機関、並びに燃料噴射弁冷却方法の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の燃料噴射弁は、燃焼室内に供給された低沸点燃料を燃焼させることによって生じた高温，高圧のガスエネルギを利用して動力を発生させるディーゼル機関の燃料噴射弁であって、
燃料噴射弁本体内に流入してきた低沸点燃料の一部を逃がして蒸発させるリーク流路を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
このような燃料噴射弁によれば、リーク流路に逃がした低沸点燃料が蒸発する際に周囲から蒸発潜熱を奪うので、リーク流路を設けた燃料噴射弁本体を冷却することができる。
【００１２】
請求項１記載の燃料噴射弁においては、前記リーク流路が吸気系に連結されていることが好ましく、これにより、リークさせた低沸点燃料を新気と共に燃焼室へ導いて燃焼させることができる。
【００１３】
請求項１または２記載の燃料噴射弁においては、前記低沸点燃料を燃料噴射時期にのみ逃がすことが好ましく、これにより、リークさせる低沸点燃料の流量を最小限に抑えることができる。
【００１４】
請求項２記載の燃料噴射弁においては、前記リーク流路が、油溜りの外周壁を形成しているノズルチップに設けた空間部と、前記油溜りまたは油道の少なくとも一方と前記空間部との間を連通させるリーク穴と、前記空間部と前記吸気系との間を連結するリーク管路とを具備してなるものが好ましく、これにより、油溜まりまたは油道に供給された低沸点燃料は、一部がリーク穴から空間部へ流入して蒸発し、さらに、蒸発した低沸点燃料のガスがリーク管路を通って吸気系へ導かれる。
【００１５】
請求項３記載の燃料噴射弁においては、前記リーク流路が、油溜りの外周壁を形成しているノズルチップに設けた空間部と、針弁開時に燃料が流入する燃料弁サック部と前記空間部との間を連通させるリーク穴と、前記空間部と前記吸気系との間を連結するリーク管路とを具備してなるものが好ましく、これにより、針弁が開いて油溜りから燃料弁サック部に流入した低沸点燃料は、一部がリーク穴を通って空間部へ流入して蒸発し、さらに、蒸発した低沸点燃料のガスがリーク管路を通って吸気系へ導かれる。
【００１６】
請求項４または５記載の燃料噴射弁においては、前記リーク穴に、所定圧力以上で開くリーク弁を設けることが好ましい。
これにより、請求項４の場合には、リーク弁が開く圧力を制御することで、燃料噴射時のみ低沸点燃料をリークさせると共に、リーク量を調整することが可能になる。
また、請求項５の場合には、リーク弁が開く圧力を適宜設定することにより、リーク穴から吸気側に戻る（逆流する）燃焼ガス量を制御することができる。
【００１７】
請求項７記載のディーゼル機関は、燃焼室内に供給された低沸点燃料を燃焼させることによって生じた高温，高圧のガスエネルギを利用して動力を発生させるディーゼル機関において、
該ディーゼル機関には、請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃料噴射弁が備え付けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
このようなディーゼル機関によれば、リークさせた低沸点燃料が蒸発潜熱を奪って燃料噴射弁本体を冷却するので、燃料噴射弁に供給された低沸点燃料が蒸発することを原因として燃料噴射量が減少したり、あるいは燃料噴射不能に陥ることを防止し、安定した運転が可能になる。
【００１９】
請求項８記載の燃料噴射弁冷却方法は、燃焼室内に供給された低沸点燃料を燃焼させることによって生じた高温，高圧のガスエネルギを利用して動力を発生させるディーゼル機関の燃料噴射弁冷却方法であって、
燃料噴射弁本体内に流入してきた低沸点燃料の一部をリーク燃料としてノズルチップに設けたリーク流路に逃がし、前記リーク燃料の蒸発潜熱で冷却することを特徴とするものである。
【００２０】
このような燃料噴射弁冷却方法によれば、低沸点燃料の一部をリーク燃料としてリーク流路に逃がし、その蒸発潜熱で冷却するようにしたので、他の冷媒を使用することなく燃料噴射弁を冷却して低沸点燃料の蒸発を防止することができる。
【００２１】
請求項８記載の燃料噴射弁冷却方法においては、前記リーク燃料を吸気系に供給し、新気と共に燃焼室へ吸収させることが好ましく、これにより、リークさせた低沸点燃料を燃焼させて熱効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００２２】
請求項８または９記載の燃料噴射弁冷却方法においては、前記低沸点燃料を燃料噴射時期にのみ逃がすことが好ましく、これにより、リークさせる低沸点燃料の流量を最小限に抑えることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料噴射弁の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１に示す第１の実施形態の燃料噴射弁において、図中の符号１は噴孔、２はノズルチップ、３は針弁、４はノズルチップ押え、５はノズルホルダ、６は針弁押えばね、７は噴射管取り付け用ホルダ、８は噴射管、９は油道、１０は油溜り、１１は燃料弁サック部、１２はリーク穴、１３はリーク通路、１４はリーク管である。
【００２４】
この燃料噴射弁は、ディーゼル機関の燃焼室（図示省略）に霧状の低沸点燃料を噴射するもので、噴射管８の他端が図示省略の燃料噴射ポンプに接続されている。ここで使用する低沸点燃料には、たとえばＤＭＥ，ＬＰＧ，ＬＮＧ及び液体水素などがあり、いずれも液体で燃料タンク内に貯蔵されている。この低沸点燃料は、液状のまま燃料噴射ポンプによって高圧で圧送されてくる。低沸点燃料の燃料供給圧力は、たとえばＤＭＥの場合には２．５ＭＰａ程度の高圧となる。
【００２５】
燃料噴射弁は、共に軸（上下）方向の中空円筒部を備えたノズルチップ２及びノズルホルダ５を同軸に重ねてノズルチップ押え４によって一体化して燃料噴射弁本体を形成し、該燃料噴射弁本体内の中空円筒部に針弁３及び針弁押えばね６等の可動部品を収納している。針弁３は、上端部側に位置する針弁押えばね６によって図中下向きに噴孔１側へ向けて付勢され、中空円筒部内を上下方向にスライド可能に構成されている。
【００２６】
針弁３の下部外周面とノズルチップ２の中空円筒部壁面との間には、低沸点燃料が溜まる空間部として、油溜り１０が形成されている。この油溜り１０には、一端が図示省略の燃料噴射ポンプに接続された噴射管８及び油道９が連通している。噴射管８の他端は噴射管取り付けホルダ７を介してノズルホルダ５に連結され、同ノズルホルダ５に形成された油道９の一端と連通している。この油道９は、ノズルホルダ５及びノズルチップ２に連通するよう設けられた低沸点燃料の流路であり、該油道９の他端が油溜り１０に開口している。
従って、燃料噴射ポンプから圧送されてきた低沸点燃料は、噴射管８及び油道９を通って油溜り１０に供給される。
【００２７】
針弁３の下端部は、針弁押えばね６の付勢を受けてシート面がノズルチップ２の内部空間を形成している壁面（内周面）に密着している。この密着により、油溜り１０と噴孔１が開口している燃料サック部１１との間が遮断されるので、油溜り１０の低沸点燃料はノズルチップ２の下端部に形成されている噴孔１から流出しないようになっている。
【００２８】
しかし、このような遮断状態でさらに燃料噴射ポンプから低沸点燃料の圧送が継続されると、燃料噴射弁は図示省略の燃料噴射ポンプから噴射管８を介して高圧状態で低沸点燃料の供給を受ける。この低沸点燃料は、油道９を通って油溜り１０へ導かれる。この油溜り１０に溜まった低沸点燃料の圧力は針弁３の段差部３ａへ作用し、同圧力によって生じる押上力が針弁押えばね６の付勢力より大きくなると、針弁３を押し上げて油溜り１０と燃料サック部１１との間が連通状態となる。
【００２９】
この結果、油溜り１０内の低沸点燃料は燃料弁サック部１１へ流れ込み、同燃料弁サック部１１を形成するノズルチップ２に開口する噴孔１から図示省略の燃焼室へ液（霧）状のまま噴射される。
なお、いったん燃料噴射が行われると、油溜り１０内の圧力が低下してしまうので、針弁押えばね６の付勢力が再び低沸点燃料の圧力より大きくなり、針弁３がノズルチップ２の内壁に密着して、噴孔１から燃焼室への燃料噴射は停止される。
【００３０】
さて、上述した構成の燃料噴射弁には、ノズルチップ２の中空円筒部を形成している壁面部材内部に、リーク通路１３となる空間部が針弁３を囲むようにして全周にわたって設けられている。このリーク通路１３は、微小径のリーク穴１２によって油溜り１０と連通状態にあり、これらリーク穴１２及びリーク通路１３によってリーク流路が形成されている。なお、リーク穴１２は、針弁３の外周部に適当なピッチで複数設けられている。
また、リーク通路１３は、リーク管１４によって、ディーゼルエンジンの吸気系（たとえば吸気管路）に接続されている。すなわち、油溜り１０からリーク穴１２を通ってリーク通路１３に漏れ出すように流出（リーク）した低沸点燃料の一部であるリーク燃料は、リーク通路１３で蒸発してガス燃料となった後、リーク管１４に導かれて吸気管路に吸引される。
【００３１】
以下では、上述した第１の実施形態の作用について説明する。
この場合、油溜り１０に供給された低沸点燃料の一部は、すなわち微小径のリーク穴１２を通過するごく少量の低沸点燃料（リーク燃料）は、エンジン本体の熱影響を受けて高温となるリーク通路１３へ流れる途中及びリーク通路１３内で蒸発する。この時、蒸発潜熱を奪って燃料噴射弁本体を冷却するので、燃料噴射弁及びその周辺温度の上昇が抑制され、リーク燃料を除く低沸点燃料が蒸発するような高温にならないよう燃料噴射弁本体及び近傍の噴射管８が冷却される。
このため、燃料供給系の圧力を比較的低圧に設定しても、燃料供給系及び燃料噴射系で低沸点燃料が蒸発して非圧縮性流体のガス燃料（ベーパ）となるのを防止し、噴孔１からの吐出圧力を所望の値に維持して安定した運転を行うことができる。
【００３２】
また、リーク通路１３で蒸発したガス状の低沸点燃料（リーク燃料）は、リーク管１４を通って吸気系に導かれる。従って、このガス燃料は外気から吸引した新気と共に燃焼室に送り込まれ、噴孔１から噴射された燃料と燃焼室内で混合されて燃焼する。このため、リーク燃料が無駄になるようなことはなく、燃焼室内での燃焼に寄与して、ディーゼル機関の熱効率低下を最小限に抑えることができる。
なお、上述した実施形態では、ディーゼル機関の熱効率を考慮して、蒸発したリーク燃料（ベーパ）を吸気系に合流させているが、燃料噴射弁本体の冷却のみを考えるのであれば、これに限定されることはない。
【００３３】
＜第２の実施形態＞
図２に示す第２の実施形態の燃料噴射弁において、図中の符号１は噴孔、２はノズルチップ、３は針弁、４はノズルチップ押え、５はノズルホルダ、６は針弁押えばね、７は噴射管取り付け用ホルダ、８は噴射管、９は油道、１０は油溜り、１１は燃料弁サック部、１２Ａはリーク穴、１３はリーク通路、１４はリーク管である。
【００３４】
この燃料噴射弁は、上述した第１の実施形態と基本的な構成は同じであり、従って、ここでは同一部材に同じ符号を付してある。
この燃料噴射弁は、ノズルチップ２及びノズルホルダ５を同軸に重ねた状態でノズルチップ押え４によって一体化して燃料噴射弁本体を形成し、該燃料噴射弁本体内の中空円筒部に針弁３及び針弁押えばね６等の可動部品を収納している。針弁３は、上端部側に位置する針弁押えばね６によって図中下向きに噴孔１側へ向けて付勢され、中空円筒部内を上下方向にスライド可能に構成されている。
【００３５】
針弁３の下部外周面とノズルチップ２の中空円筒部壁面との間には、低沸点燃料が溜まる油溜り１０が形成されている。この油溜り１０には、燃料噴射ポンプに接続された噴射管８及び油道９が連通している。噴射管８の他端は噴射管取り付けホルダ７を介してノズルホルダ５に連結され、同ノズルホルダ５に形成された油道９の一端と連通している。この油道９は低沸点燃料の流路であり、該油道９の他端が油溜り１０に開口している。
従って、燃料噴射ポンプから圧送されてきた低沸点燃料は、噴射管８及び油道９を通って油溜り１０に供給される。
【００３６】
針弁３の下端部は、針弁押えばね６の付勢を受けてシート面がノズルチップ２の内周面に密着している。この密着により、油溜り１０と噴孔１が開口している燃料サック部１１との間が遮断されるので、油溜り１０の低沸点燃料は噴孔１から流出しないようになっている。
しかし、このような遮断状態でさらに燃料噴射ポンプから低沸点燃料の圧送が継続されると、油溜り１０に溜まった低沸点燃料の圧力が上昇する。この圧力上昇により、針弁３の段差部３ａへ作用する圧力によって生じる押上力が針弁押えばね６の付勢力より大きくなると、針弁３を押し上げて油溜り１０と燃料サック部１１との間が連通状態となる。
【００３７】
この結果、油溜り１０内の低沸点燃料は燃料弁サック部１１へ流れ込み、同燃料弁サック部１１を形成するノズルチップ２に開口する噴孔１から図示省略の燃焼室へ液（霧）状のまま噴射される。
なお、いったん燃料噴射が行われると、油溜り１０内の圧力が低下して針弁押えばね６の付勢力が再び低沸点燃料の圧力より大きくなり、針弁３が押し下げられてノズルチップ２の内壁に密着するので、噴孔１から燃焼室への燃料噴射は停止される。
【００３８】
さて、上述した構成の燃料噴射弁には、ノズルチップ２の中空円筒部を形成している壁面部材内部に、リーク通路１３となる空間部が針弁３を囲むようにして全周にわたって設けられている。このリーク通路１３は、微小径のリーク穴１２Ａによって燃料サック部１１と連通状態にあり、リーク穴１２及びリーク通路１３によってリーク流路が形成されている。なお、リーク穴１２Ａは、適当なピッチで放射状に複数設けられている。
【００３９】
また、リーク通路１３は、リーク管１４によって、ディーゼルエンジンの吸気系（たとえば吸気管路）に接続されている。すなわち、燃料サック部１１からリーク穴１２Ａを通ってリーク通路１３にリークした低沸点燃料の一部であるリーク燃料は、リーク通路１３で蒸発してガス燃料となった後、リーク管１４に導かれて吸気管路に吸引される。
【００４０】
以下では、上述した第２の実施形態の作用について説明する。
この場合、針弁３が開となって燃料サック部１１に供給された低沸点燃料の一部は、すなわち微小径のリーク穴１２Ａを通過するごく少量のリーク燃料は、エンジン本体の熱影響を受けて高温となるリーク通路１３へ流れる途中及びリーク通路１３内で蒸発する。この時、蒸発潜熱を奪って燃料噴射弁本体を冷却するので、燃料噴射弁及びその周辺温度の上昇が抑制され、リーク燃料を除く低沸点燃料が蒸発するような高温にならないよう燃料噴射弁本体及び近傍の噴射管８が冷却される。
このため、燃料供給系の設定圧力を比較的低くしても、燃料供給系及び燃料噴射系で低沸点燃料が蒸発して非圧縮性流体のガス燃料（ベーパ）となるのを防止し、噴孔１からの吐出圧力を所望の値に維持して安定した運転を行うことができる。
【００４１】
また、リーク通路１３で蒸発したガス状のリーク燃料は、リーク管１４を通って吸気系に導かれる。従って、このガス燃料は外気から吸引した新気と共に燃焼室に送り込まれ、噴孔１から噴射された燃料と燃焼室内で混合されて燃焼する。このため、リーク燃料が無駄になるようなことはなく、燃焼室内での燃焼に寄与してディーゼル機関の熱効率低下を最小限に抑えることができる。
【００４２】
そして、この実施形態では、リーク穴１２Ａの一端を燃料サック部１１に連通させたので、特に針弁３が開となる燃料噴射時期にのみリーク燃料が生じることになる。従って、リーク燃料は比較的少量となるので、冷却効果の面では上述した第１の実施形態より劣る傾向にある。
【００４３】
しかし、燃焼室内から高温高圧の燃焼ガスが一部流入してくるので、この燃焼ガスがリーク管１４を通ってガス燃料と共に吸入系へ戻されるため、排気中の窒素酸化物低減に有効であることが知られている排気再循環（ＥＧＲ）の効果を自動的に持たせることができる。
なお、上述した実施形態では、ディーゼル機関の熱効率及びＥＧＲ効果を考慮して、蒸発したリーク燃料（ベーパ）を吸気系に合流させているが、燃料噴射弁本体の冷却のみを考えるのであれば、これに限定されることはない。
【００４４】
＜第３の実施形態＞
図３に示す第３の実施形態の燃料噴射弁において、図中の符号１は噴孔、２はノズルチップ、３は針弁、４はノズルチップ押え、５はノズルホルダ、６は針弁押えばね、７は噴射管取り付け用ホルダ、８は噴射管、９は油道、１０は油溜り、１１は燃料弁サック部、１２はリーク穴、１３はリーク通路、１４はリーク管、１５はリーク弁である。
【００４５】
この燃料噴射弁は、上述した第１の実施形態と基本的な構成は同じであり、従って、ここでは同一部材に同じ符号を付してある。
この燃料噴射弁は、ノズルチップ２及びノズルホルダ５を同軸に重ねた状態でノズルチップ押え４によって一体化して燃料噴射弁本体を形成し、該燃料噴射弁本体内の中空円筒部に針弁３及び針弁押えばね６等の可動部品を収納している。針弁３は、上端部側に位置する針弁押えばね６によって図中下向きに噴孔１側へ向けて付勢され、中空円筒部内を上下方向にスライド可能に構成されている。
【００４６】
針弁３の下部外周面とノズルチップ２の中空円筒部壁面との間には、低沸点燃料が溜まる油溜り１０が形成されている。この油溜り１０には、燃料噴射ポンプに接続された噴射管８及び油道９が連通している。噴射管８の他端は噴射管取り付けホルダ７を介してノズルホルダ５に連結され、同ノズルホルダ５に形成された油道９の一端と連通している。この油道９は低沸点燃料の流路であり、該油道９の他端が油溜り１０に開口している。
従って、燃料噴射ポンプから圧送されてきた低沸点燃料は、噴射管８及び油道９を通って油溜り１０に供給される。
【００４７】
針弁３の下端部は、針弁押えばね６の付勢を受けて外周角部がノズルチップ２の内周面に密着している。この密着により、油溜り１０と噴孔１が開口している燃料サック部１１との間が遮断されるので、油溜り１０の低沸点燃料は噴孔１から流出しないようになっている。
しかし、このような遮断状態でさらに燃料噴射ポンプから低沸点燃料の圧送が継続されると、油溜り１０に溜まった低沸点燃料の圧力が上昇する。この圧力上昇により、針弁３の段差部３ａへ作用する圧力によって生じる押上力が針弁押えばね６の付勢力より大きくなると、針弁３を押し上げて油溜り１０と燃料サック部１１との間が連通状態となる。
【００４８】
この結果、油溜り１０内の低沸点燃料は燃料弁サック部１１へ流れ込み、同燃料弁サック部１１を形成するノズルチップ２に開口する噴孔１から図示省略の燃焼室へ液（霧）状のまま噴射される。
なお、いったん燃料噴射が行われると、油溜り１０内の圧力が低下して針弁押えばね６の付勢力が再び低沸点燃料の圧力より大きくなり、針弁３が押し下げられてノズルチップ２の内壁に密着するので、噴孔１から燃焼室への燃料噴射は停止される。
【００４９】
さて、上述した構成の燃料噴射弁には、ノズルチップ２の中空円筒部を形成している壁面部材内部に、リーク通路１３となる空間部が針弁３を囲むようにして全周にわたって設けられている。このリーク通路１３は、リーク弁１５を備えた微小径のリーク穴１２によって油溜り１０と連通状態にあり、これらリーク穴１２及びリーク通路１３によってリーク流路が形成されている。リーク穴１２に設けたリーク弁１５は、油溜り１０内が所定の圧力以上となった時に開き、油溜り１０とリーク通路１３との間を連通状態とするものである。なお、リーク穴１２は、針弁３の外周部に開口するように、適当なピッチで放射状に複数設けられている。
【００５０】
また、リーク通路１３は、リーク管１４によって、ディーゼルエンジンの吸気系（たとえば吸気管路）に接続されている。すなわち、油溜り１０からリーク穴１２及びリーク弁１５を通ってリーク通路１３にリークした低沸点燃料の一部であるリーク燃料は、リーク通路１３で蒸発してガス燃料となった後、リーク管１４に導かれて吸気管路に吸引される。
【００５１】
以下では、上述した第３の実施形態の作用について説明する。
この場合、油溜り１０内の圧力が上昇してリーク弁１５が開くと、油溜り１０に供給された低沸点燃料の一部が微小径のリーク穴１２を通過し、ごく少量のリーク燃料となる。このリーク燃料は、エンジン本体の熱影響を受けて高温となるリーク通路１３へ流れる途中及びリーク通路１３内で蒸発する。この時、蒸発潜熱を奪って燃料噴射弁本体を冷却するので、燃料噴射弁及びその周辺温度の上昇が抑制され、リーク燃料を除く低沸点燃料が蒸発するような高温にならないよう燃料噴射弁本体及び近傍の噴射管８が冷却される。
このため、燃料供給系の設定圧力が比較的低い場合でも、燃料供給系及び燃料噴射系で低沸点燃料が蒸発して非圧縮性流体のガス燃料（ベーパ）となるのを防止し、噴孔１からの吐出圧力を所望の値に維持して安定した運転を行うことができる。
【００５２】
特に、リーク弁１５を設けたことで、同弁が開となる圧力設定値に応じてリーク量を任意に制御できるようになり、たとえば燃料噴射時期にのみリーク燃料が生じるように制御したり、あるいは最小限のリーク燃料で効率よく冷却するよう制御するなど、リーク燃料の流量制御が可能になる。
この場合、リーク穴１２が噴孔１から遠い油溜り１０に開口するため、上述した第２の実施形態とは異なり、燃焼室から高温高圧の燃焼ガスが流入することはほとんどない。
【００５３】
また、リーク通路１３で蒸発したガス状のリーク燃料は、リーク管１４を通って吸気系に導かれる。従って、このガス燃料は外気から吸引した新気と共に燃焼室に送り込まれ、噴孔１から噴射された燃料と燃焼室内で混合されて燃焼する。このため、リーク燃料が無駄になるようなことはなく、燃焼室内での燃焼に寄与してディーゼル機関の熱効率低下が抑制される。
なお、上述した実施形態では、ディーゼル機関の熱効率を考慮して蒸発したリーク燃料（ベーパ）を吸気系に合流させているが、燃料噴射弁本体の冷却のみを考えるのであれば、これに限定されることはない。
【００５４】
＜第４の実施形態＞
図４に示す第４の実施形態の燃料噴射弁において、図中の符号１は噴孔、２はノズルチップ、３は針弁、４はノズルチップ押え、５はノズルホルダ、６は針弁押えばね、７は噴射管取り付け用ホルダ、８は噴射管、９は油道、１０は油溜り、１１は燃料弁サック部、１２Ａはリーク穴、１３はリーク通路、１４はリーク管、１５はリーク弁である。
【００５５】
この燃料噴射弁は、上述した第２の実施形態の構成に第３の実施形態で使用したのと同様のリーク弁１５を加えたものであり、従って、ここでは同一部材に同じ符号を付してある。
この燃料噴射弁は、ノズルチップ２及びノズルホルダ５を同軸に重ねた状態でノズルチップ押え４によって一体化して燃料噴射弁本体を形成し、該燃料噴射弁本体内の中空円筒部に針弁３及び針弁押えばね６等の可動部品を収納している。針弁３は、上端部側に位置する針弁押えばね６によって図中下向きに噴孔１側へ向けて付勢され、中空円筒部内を上下方向にスライド可能に構成されている。
【００５６】
針弁３の下部外周面とノズルチップ２の中空円筒部壁面との間には、低沸点燃料が溜まる油溜り１０が形成されている。この油溜り１０には、燃料噴射ポンプに接続された噴射管８及び油道９が連通している。噴射管８の他端は噴射管取り付けホルダ７を介してノズルホルダ５に連結され、同ノズルホルダ５に形成された油道９の一端と連通している。この油道９は低沸点燃料の流路であり、該油道９の他端が油溜り１０に開口している。
従って、燃料噴射ポンプから圧送されてきた低沸点燃料は、噴射管８及び油道９を通って油溜り１０に供給される。
【００５７】
針弁３の下端部は、針弁押えばね６の付勢を受けて外周角部がノズルチップ２の内周面に密着している。この密着により、油溜り１０と噴孔１が開口している燃料サック部１１との間が遮断されるので、油溜り１０の低沸点燃料は噴孔１から流出しないようになっている。
しかし、このような遮断状態でさらに燃料噴射ポンプから低沸点燃料の圧送が継続されると、油溜り１０に溜まった低沸点燃料の圧力が上昇する。この圧力上昇により、針弁３の段差部３ａへ作用する圧力によって生じる押上力が針弁押えばね６の付勢力より大きくなると、針弁３を押し上げて油溜り１０と燃料サック部１１との間が連通状態となる。
【００５８】
この結果、油溜り１０内の低沸点燃料は燃料弁サック部１１へ流れ込み、同燃料弁サック部１１を形成するノズルチップ２に開口する噴孔１から図示省略の燃焼室へ液（霧）状のまま噴射される。
なお、いったん燃料噴射が行われると、油溜り１０内の圧力が低下して針弁押えばね６の付勢力が再び低沸点燃料の圧力より大きくなり、針弁３が押し下げられてノズルチップ２の内壁に密着するので、噴孔１から燃焼室への燃料噴射は停止される。
【００５９】
さて、上述した構成の燃料噴射弁には、ノズルチップ２の中空円筒部を形成している壁面部材内部に、リーク通路１３となる空間部が針弁３を囲むようにして全周にわたって設けられている。このリーク通路１３は、リーク弁１５を備えた微小径のリーク穴１２Ａによって燃料サック部１１と連通状態にあり、リーク穴１２及びリーク通路１３によってリーク流路が形成されている。リーク通路１２Ａに設けたリーク弁１５は、燃料サック部１１内が所定の圧力以上となった時に開き、燃料サック部１１とリーク通路１３との間を連通状態とするものである。なお、リーク穴１２Ａは、適当なピッチで放射状に複数設けられている。
【００６０】
また、リーク通路１３は、リーク管１４によって、ディーゼルエンジンの吸気系（たとえば吸気管路）に接続されている。すなわち、燃料サック部１１からリーク穴１２Ａを通ってリーク通路１３にリークした低沸点燃料の一部であるリーク燃料は、リーク通路１３で蒸発してガス燃料となった後、リーク管１４に導かれて吸気管路に吸引される。
【００６１】
以下では、上述した第４の実施形態の作用について説明する。
この場合、針弁３が開となって燃料サック部１１に供給された低沸点燃料の一部は、すなわち微小径のリーク穴１２Ａを通過するごく少量のリーク燃料は、エンジン本体の熱影響を受けて高温となるリーク通路１３へ流れる途中及びリーク通路１３内で蒸発する。この時、蒸発潜熱を奪って燃料噴射弁本体を冷却するので、燃料噴射弁及びその周辺温度の上昇が抑制され、リーク燃料を除く低沸点燃料が蒸発するような高温にならないよう燃料噴射弁本体及び近傍の噴射管８が冷却される。
このため、燃料供給系の設定圧力が比較的低い場合であっても、燃料供給系及び燃料噴射系で低沸点燃料が蒸発して非圧縮性流体のガス燃料（ベーパ）となるのを防止し、噴孔１からの吐出圧力を所望の値に維持して安定した運転を行うことができる。
【００６２】
また、リーク通路１３で蒸発したガス状のリーク燃料は、リーク管１４を通って吸気系に導かれる。従って、このガス燃料は外気から吸引した新気と共に燃焼室に送り込まれ、噴孔１から噴射された燃料と燃焼室内で混合されて燃焼する。このため、リーク燃料が無駄になるようなことはなく、燃焼室内での燃焼に寄与してディーゼル機関の熱効率低下が抑制される。
【００６３】
そして、この実施形態では、リーク穴１２Ａの一端を燃料サック部１１に連通させたので、特に針弁３が開となる燃料噴射時期にのみリーク燃料が生じることになる。しかも、リーク穴１２Ａの途中にはリーク弁１５が設けられており、この開弁圧力を適宜設定することにより、リーク燃料の流量及び吸気側に戻る燃焼ガス量を制御することが可能になる。
【００６４】
従って、リーク燃料の制御によって冷却効果を調整できるだけでなく、吸気側へ戻る燃焼ガス量の制御によって、排気中の窒素酸化物低減に有効な排気再循環（ＥＧＲ）の効果を調整することも可能になる。
なお、上述した実施形態では、ディーゼル機関の熱効率及びＥＧＲ効果を考慮して、蒸発したリーク燃料（ベーパ）を吸気系に合流させているが、燃料噴射弁本体の冷却のみを考えるのであれば、これに限定されることはない。
【００６５】
上述した各実施形態に説明した構成の燃料噴射弁をディーゼル機関に採用すれば、燃料噴射弁をリーク燃料によって冷却して低沸点燃料の蒸発を防止することができる。このため、低沸点燃料が蒸発して高圧の燃料供給圧力を維持できないといった問題が解消されるので、低沸点燃料を燃焼させて生じる高温高圧の燃焼ガスが有するガスエネルギを利用し、安定した運転を継続して動力を発生させるディーゼル機関とすることができる。
【００６６】
そして、上述した燃料噴射弁の構造を採用することで、燃料噴射弁本体内に流入してきた低沸点燃料の一部をリーク燃料としてノズルチップ２に設けたリーク穴１２，１２Ａから空間部のリーク通路１３に逃がし、このリーク燃料がリーク流路内において蒸発する際の蒸発潜熱で燃料噴射弁本体を冷却するという燃料噴射弁冷却方法が可能になる。すなわち、低沸点燃料の一部をリーク燃料としてリーク流路のリーク穴１２，１２Ａ及びリーク通路１３に逃がし、その蒸発潜熱で冷却するようにしたので、比較的低い燃料供給系の圧力設定としても、他の冷媒を使用することなく燃料噴射弁を冷却して、低沸点燃料の蒸発を効果的に防止することができる。
【００６７】
また、リーク燃料を吸気系に供給し、新気と共に燃焼室へ吸収させるようにした燃料噴射弁冷却方法を採用すれば、リークさせた低沸点燃料を無駄にすることなく燃焼させて、熱効率の低下を最小限に抑えることができる。
なお、低沸点燃料を燃料噴射時期にのみ逃がす燃料噴射弁冷却方法を採用すれば、リークさせる低沸点燃料の流量を最小限に抑えて効率のよい冷却を行うことができる。
【００６８】
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００６９】
【発明の効果】
上述した本発明によれば、以下の効果を奏する。
（１）上述した燃料噴射弁及び燃料噴射弁冷却方法によれば、リーク流路に逃がした低沸点燃料が蒸発する際に周囲から蒸発潜熱を奪うようにしたので、リーク流路を設けた燃料噴射弁本体を効果的に冷却することができる。このため、低沸点燃料が蒸発してなる圧縮性流体のガス燃料が燃料供給系または燃料噴射系に溜まり、燃料噴射ポンプによる昇圧の妨げとなる現象を防止できるようになり、低沸点燃料を燃焼させるディーゼル機関の運転時に所望の燃料噴射圧力を維持し、比較的低圧に加圧した燃料供給系としても安定した運転が可能になる。
従って、低沸点燃料を燃料とするディーゼル機関を設計する上で強度やコストの制約が小さくなり、しかも、安定性や信頼性の高いディーゼル機関を提供することが可能になる。
（２）上述したリーク燃料を吸気系に導き、新気と共に燃焼室へ吸入させて燃焼させるようにしたので、冷却に利用したリーク燃料を無駄なく燃焼させ、熱効率の低下を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る燃料噴射弁の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】  本発明に係る燃料噴射弁の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】  本発明に係る燃料噴射弁の第３の実施形態を示す断面図である。
【図４】  本発明に係る燃料噴射弁の第４の実施形態を示す断面図である。
【図５】  従来の燃料噴射弁の構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
１    噴孔
２    ノズルチップ
３    針弁
４    ノズルチップ押え
５    ノズルホルダ
６    針弁押えばね
７    噴射管取り付け用ホルダ
８    噴射管
９    油道
１０    油溜まり
１１    燃料サック部
１２，１２Ａ    リーク穴（リーク流路）
１３    リーク通路（リーク流路）
１４    リーク管
１５    リーク弁
【図１】
0003924148.tif 000002
【図２】
0003924148.tif 000003
【図３】
0003924148.tif 000004
【図４】
0003924148.tif 000005
【図５】
0003924148.tif 000006