(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びた縦孔を形成する周壁を貫通して前記周壁の外周面に開口する噴孔を有するノズルボディと、
前記縦孔に往復移動可能に収容され、前記縦孔内をリフトすることで前記噴孔に連通可能な燃料流路を有するバルブニードルと、
前記バルブニードルに設けられ、前記縦孔の下端部に当接可能な当接部と、
前記当接部の当接時に前記燃料流路の内壁を弾性変形させる変形手段と、
を備え、
前記変形手段は、前記燃料流路内の燃料圧力により前記バルブニードルの外壁を径方向に拡大させることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
前記変形手段は、前記縦孔の内壁と前記外壁との隙間を小さくす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】
前記変形手段は、前記当接部の当接時に前記バルブニードルに負荷される荷重と、前記燃料流路内の燃料圧力とにより前記バルブニードルの外壁を径方向に拡大させ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。
【請求項４】
前記バルブニードルは、前記縦孔の内壁と前記外壁との隙間が小さくなった後に前記噴孔を閉塞することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の燃料噴射ノズル。
【請求項５】
前記当接部は、前記バルブニードルのリフト応答性を最適にするための所定面積の当接端面を有することを特徴とする請求項４記載の燃料噴射ノズル。
【請求項６】
前記ノズルボディは、複数の前記噴孔で１つの噴霧を形成する噴孔群を有し、前記バルブニードルは、内燃機関の運転条件に応じて前記噴孔群の開口面積を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の燃料噴射ノズル。
【請求項７】
軸方向に延びた縦孔を形成する周壁を貫通して前記周壁の外周面に開口する噴孔を有するノズルボディと、
前記縦孔に往復移動可能に収容され、前記縦孔内をリフトすることで前記噴孔に連通可能な燃料流路を有するバルブニードルと、
前記バルブニードルに設けられ、前記縦孔の下端部に当接可能な当接部と、
前記当接部の当接時に前記燃料流路の内壁を弾性変形させる変形手段と、
を備え、
前記バルブニードルは、前記縦孔の内壁と前記バルブニードルの外壁との隙間が小さくなった後に前記噴孔を閉塞することを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項８】
前記当接部は、前記バルブニードルのリフト応答性を最適にするための所定面積の当接端面を有することを特徴とする請求項７記載の燃料噴射ノズル。
【請求項９】
前記ノズルボディは、複数の前記噴孔で１つの噴霧を形成する噴孔群を有し、前記バルブニードルは、内燃機関の運転条件に応じて前記噴孔群の開口面積を制御することを特徴とする請求項７または８に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、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という）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、排気エミッション効率の向上、エンジン運転の安定性等の観点から、噴孔から噴射される「燃料の微粒化」が重要な要素である。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、噴霧を形成する燃料微粒子の粒径がエンジンから排出される黒煙に対し大きな影響をおよぼすため、「燃料の微粒化」は最も重要な要素の１つである。微粒化を促進する方法として、例えば噴孔径を小さくすることが考えられるが、噴孔径が小さくなると流路面積が小さくなり噴射率が低下するため、噴射期間が長くなり、逆に排出される黒煙が増加することが懸念される。
【０００４】
そこで、例えば▲１▼特開昭５５−９３９６１号公報および▲２▼特開昭５７−１１６１５３号公報に開示されるように、高圧燃料供給ポンプからインジェクタに供給された燃料をバルブニードル内部に通路を設けて小型化を図り、また噴孔を切り替え噴霧形状を可変にしようとする技術が提案されている。さらに、▲３▼特表平９−５０９７１７号公報に開示されるように、噴孔開閉部材が弾性変形することにより噴孔を開閉する技術が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼特開昭５５−９３９６１号公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、バルブニードル中心軸に上部の高圧部からシート上流まで燃料通路を貫通させ、燃料通路をボディ側に形成しないことで小径小型化を図っている。しかしながら、シート上流までのバルブニードル内燃料通路としているので、噴射圧による開弁力を得るため、バルブニードルガイド上部の径を小さくする形状としている。このため、異径部の同軸度を確保する加工精度が必要となる。さらに閉弁時は、燃料圧力による開弁力が大きくなるため、常時圧力を供給するコモンレール式噴射系では閉弁できず、間欠して噴射圧力を発生する列型噴射装置でしか使用することができないという欠点を有する。
【０００６】
また、▲２▼特開昭５７−１１６１５３号公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、ノズルサック室に噴孔を形成し、スプール形式にしたバルブニードルの先端部をサック内壁に摺動させ、高圧燃料の油密を保ちバルブニードル下端で噴孔を開閉して開孔面積を変化させようとしている。そして、シート下流からバルブニードル外周部を経由してサック中心軸の燃料通路に開孔させて燃料通路をサック室へ連通させている。しかしながら、サック部とガイド部が異径であるため、同軸度を確保する加工が困難である。さらに、サック部の中心軸通路はその断面積を充分確保するため、サック径に対して小さくない通路径にする必要がある。通路内径から受ける燃料圧での歪みが大きく、バルブニードルサック外径変化が大きくなり疲労強度を確保できないという欠点がある。さらにまた、外径変化を見込むとボディ側のサック内径とバルブニードルサック外径間の隙間を大きくとる必要があり、高圧燃料はこの拡大された隙間から漏れ、閉弁時にバルブニードルで閉塞されているはずの噴孔から漏れていくという問題がある。
【０００７】
さらに、▲３▼特表平９−５０９７１７号公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、ばねとバルブニードルを一体化して弾性材により噴孔を開閉制御しようとしている。しかしながら、高圧時に油密を維持することが困難であり、噴孔開閉面積が圧力に依存するという欠点がある。
【０００８】
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、簡単な構成で燃料漏れを防止するとともに、エンジンの運転状態に応じた噴霧を供給し、ＮＯｘ、黒煙、ＨＣを低減し燃費、出力を向上させる燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。
【０００９】
【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、ノズルボディは、軸方向に延びた縦孔を形成する周壁を貫通してこの周壁の外周面に開口する噴孔を有し、バルブニードルは、ノズルボディの縦孔に往復移動可能に収容され、縦孔内をリフトすることで噴孔に連通可能な燃料流路を有するので、燃料流路をバルブニードル中心軸上に設け、噴孔をバルブニードル外径で開閉制御する内開式のインジェクタに本発明を適用することができる。したがって、バルブニードルの摺動面が外部に露出することがないため、バルブニードルの摺動面に未燃焼燃料であるカーボンデポジットが付着することを防止することができる。
【００１０】
さらに変形手段は、バルブニードルの当接部がノズルボディの縦孔の下端部に当接したとき、燃料流路の内壁を弾性変形させるので、バルブニードルの外壁を径方向に拡大させることが可能となる。このため、当接部の当接時に縦孔の内壁とバルブニードルの外壁との隙間を小さくすることが可能となる。したがって、簡単な構成で高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減することができる。
【００１２】
本発明の請求項２記載の燃料噴射ノズルによると、変形手段は、当接部の当接時に縦孔の内壁とバルブニードルの外壁との隙間を小さくする。したがって、簡単な構成で高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減することができる。
【００１３】
本発明の請求項３記載の燃料噴射ノズルによると、変形手段は、当接部の当接時にバルブニードルに負荷される荷重と、燃料流路内の燃料圧力とによりバルブニードルの外壁を径方向に拡大させる。したがって、簡単な構成で高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減することができる。
【００１４】
本発明の請求項４、７記載の燃料噴射ノズルによると、バルブニードルは、縦孔の内壁とバルブニードルの外壁との隙間が小さくなった後、噴孔を閉塞する。したがって、高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減するとともに、バルブニードルの潤滑と冷却を良好にして燃料噴射ノズルにデポジットや焼き付きが発生することを防止することができる。
【００１５】
本発明の請求項５、８記載の燃料噴射ノズルによると、当接部は、バルブニードルのリフト応答性を最適にするための所定面積の当接端面を有する。したがって、高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減するとともに、バルブニードルの潤滑と冷却を良好にして燃料噴射ノズルにデポジットや焼き付きが発生することを防止することができる。
【００１６】
本発明の請求項６、９記載の燃料噴射ノズルによると、ノズルボディは、複数の噴孔で１つの噴霧を形成する噴孔群を有し、バルブニードルは、エンジンの運転条件に応じて噴孔群の開口面積を制御する。このため、噴孔群の複数の噴孔から噴射された燃料の噴霧は積極的な衝突を起こすことなく１つの噴霧を形成する。１つの噴霧を形成することにより、各噴孔から噴射された燃料は個々に噴霧を形成することがなく、エンジンの燃焼室内に形成される噴霧の数が過剰となることが防止される。また、各噴孔から噴射された燃料の噴霧が積極的な衝突を起こさないため、噴霧の粒子同士が合体し粒径が増大することがなく、燃料の微粒化が促進される。したがって、噴霧はエンジン燃焼室内の空気と十分に混合されるので、燃料の完全燃焼が促進され、エンジンからのＮＯｘ，ＨＣ、黒煙の排出を低減することができる。
【００１７】
【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の燃料噴射ノズルに適用した第１実施例を図１、図２および図３に示す。
【００１８】
図３に示すインジェクタ１００は、図示しないディーゼルエンジンの燃焼室内に段階的に燃料を噴射するインジェクタであって、インジェクタボディ１１１、リテーニングナット１１４、チップパッキン１１３、燃料噴射ノズル１からなる外郭形成部材を備えている。インジェクタ１００は、インジェクタボディ１１１、チップパッキン１１３および燃料噴射ノズル１がリテーニングナット１１４により固定されている。インジェクタ１００はエンジンの回転数、負荷、燃料、吸入空気、冷却水の温度、圧力の入力に従いコントロールされた圧力源からの高圧燃料によって駆動される。
【００１９】
インジェクタボディ１１１は、燃料通路１５０に接続される燃料通路１５１を有しており、軸方向に貫通するスプリング室１２３、第１ピストン室１２５および第２ピストン室１２６が形成されている。燃料通路１５０は、高圧燃料を蓄圧している図示しないコモンレールに連通している。燃料通路１５１は、チップパッキン１１３に形成される燃料通路１５２を経由して後述するノズルボディ３に形成される燃料通路３１に連通している。スプリング室１２３内には、スプリング１１５、スペーサ１１６およびプレッシャーピン１１９の小径部１１９ａが収容されている。スプリング１１５は、一方の端部が後述するプレッシャーピン１１９に当接し、他方の端部がスペーサ１１６に当接している。スプリング１１５はプレッシャーピン１１９を図３に示す下方向、すなわち閉弁方向に付勢している。第１ピストン室１２５内には第１ピストン１２４が摺動自在に嵌挿され、第２ピストン室１２７内には第２ピストン１２７が摺動自在に嵌挿されている。閉弁時において、第１ピストン１２４および第２ピストン１２７が距離ｈ１を保つように、第２ピストン１２７の位置が規定されている。上記の距離ｈ１は後述するバルブニードル２の第１リフト量となる。第１ピストン室１２５内であって、第１ピストン１２４と第２ピストン１２７との間には第１制御室１６０が形成されている。第２ピストン室１２７内であって、第２ピストン１２７の反第１ピストン側には第２制御室１６５が形成されている。第１制御室１６０は、第１入口絞り１６１および燃料通路１５０を経由してコモンレールに連通しており、第１出口絞り１６２および制御弁１３０を経由して燃料タンク１０３に連通可能に接続されている。また第２制御室１６５は、第２入口絞り１６６および燃料通路１５０を経由してコモンレールに連通しており、第２出口絞り１６７および制御弁１３０を経由して燃料タンク１０３に連通可能に接続されている。
【００２０】
燃料噴射ノズル１は、ノズルボディ３と、ノズルボディ３の内部に軸方向に往復移動可能に収容されるバルブニードル２とから構成される。図１に示すように、ノズルボディ３は、内部に案内孔３０、燃料供給孔３１、燃料溜り１１が形成され、先端部の近傍に噴孔群４０が形成されている。またノズルボディ３は、案内孔３０の先端部にバルブニードル２の当接部２４と当接する弁座部３８を有しており、弁座部３８の先端部側にはサック室１６が形成されている。
【００２１】
縦孔としての案内孔３０は、ノズルボディ３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３の開口端３９に接続しており、他方の端部側に弁座部３８が設けられている。案内孔３０の内壁は、ノズルボディ３の開口端３９近傍から弁座部３８近傍まで概略同一内径に形成されている。
【００２２】
燃料供給孔３１は、ノズルボディ３の軸方向に傾斜して形成されており、一端は燃料溜り１１に接続され、他端は図３に示すチップパッキン１１３に形成される燃料通路１５２に接続されている。
【００２３】
図２に示すように、案内孔３０の内壁面に形成されている噴孔群４０は同一径または径の異なる第１噴孔３６および第２噴孔３７の２個の噴孔あるいは噴孔群を有しており、ノズルボディ３の内外を連通するようにノズルボディ３の周方向に複数形成されている。第１噴孔３６および第２噴孔３７は、案内孔３０の内壁面に入口部が開口している。
【００２４】
バルブニードル２は、ノズルボディ３の案内孔３０内を往復移動可能である。バルブニードル２は小径部２４、第１大径部２５、第１中径部２６、第２大径部２７および第２中径部２８を有しており、内部に燃料通路室２１、燃料通路孔２２および２３が形成されている。また、小径部２４と第１大径部２５との間には肩部２９が形成されている。第１大径部２５は外径が最も大きく、第１大径部２５、および第１大径部２５と等しいかより小さい外径を有する第２大径部２７がそれぞれ案内孔３０の内壁を摺動することが可能である。第１中径部２６は外径が最も小さく、第２中径部２８は、第１中径部２６よりも外径が大きく、第２大径部２７よりも外径が小さい。図２に示すように、第２中径部２８は制御端４１に接続しており、バルブニードル２の先端に弁座部３８と当接する当接部２４が形成されている。
【００２５】
バルブニードル２の外壁面の一部は、ノズルボディ３の燃料溜り１１から燃料通路室２１へ高圧燃料を給送するための燃料通路３２が形成されている。燃料通路３２に連通する燃料通路室２１は燃料通路孔２２に接続している。燃料通路孔２２は燃料通路室２１および燃料通路孔２３に接続し、燃料通路孔２３は燃料通路孔２２およびサック室１６に接続している。燃料通路孔２３は燃料通路孔２２よりも内径が拡大している。ここで、燃料通路室２１、燃料通路孔２２および２３は燃料流路を構成している。
【００２６】
バルブニードル２とノズルボディ３との間に形成される隙間は、案内孔３０の内壁と第１大径部２５との隙間３５が最も小さく、案内孔３０の内壁と第２大径部２７との隙間３４が隙間３５に等しいか隙間３５よりも大きく、案内孔３０の内壁と第２中径部２８との隙間３３が隙間３４よりも大きい。隙間３５および３４は数μｍ程度の隙間である。隙間３３については、図２の２点鎖線で示すように閉弁時、すなわち当接部２４が弁座部３８と当接したとき、燃料通路孔２３内の燃料圧力により第２中径部２８が弾性変形し径方向に拡大して第２噴孔３７近傍の内壁と制御端４１との隙間３３が隙間３４と同程度となるように、バルブニードル２の燃料通路孔２３の内径ｒ11と第２中径部２８の外径ｒ12とが設定されている。なお、図２においては、説明を容易にするために隙間が誇張されて示されている。
【００２７】
バルブニードル２は、図３に示すプレッシャーピン１１９を介してスプリング１１５により図１の下方向、つまり閉弁方向に付勢されている。バルブニードル２の当接部２４がノズルボディ３の弁座部３８に着座しているとき、（ｈ１＋ｈ２）の距離、つまりバルブニードル２の最大リフト量となる距離だけノズルボディ３の開口端３９よりバルブニードル２の肩部２９は凹んでいる。
【００２８】
上記の構成により、図示しない高圧ポンプより供給される高圧燃料は、コモンレールおよび燃料通路１５０を介してインジェクタボディ１１１内の燃料通路１５１、ノズルボディ３内の燃料供給孔３１、燃料溜り１１、燃料通路３２、バルブニードル２内の燃料通路室２１、燃料通路孔２２および２３を経由し、バルブニードル２の当接部２４とノズルボディ３の弁座部３８との間を経由してノズルボディ３の周壁に開孔し、複数群形成される第１噴孔３６および第２噴孔３７へ供給される。
【００２９】
次に、燃料噴射ノズル１の作動について説明する。
(1) コモンレールから燃料通路１５０を経由してインジェクタ１００に供給される高圧燃料は、第２入口絞り１６６を介して第２制御室１６５へ供給され、第２出口絞り１６７を介して制御弁１３０に供給される。また、インジェクタ１００に供給された高圧燃料は、第１入口絞り１６１を介して第１制御室１６０へ供給され、第１出口絞り１６２を介して制御弁１３０に供給される。さらに、燃料通路１５１を介して燃料噴射ノズル１へ供給された高圧燃料は燃料供給孔３１、燃料溜り１１、燃料通路３２、燃料通路室２１、燃料通路孔２２および２３を経由してサック室１６まで充満される。制御弁１３０が第１位置１３０ａにあるとき、第１制御室１６０および第２制御室１６５は燃料タンク１０３へ解放される通路を閉じられている。このとき、第１制御室１６０および第２制御室１６５内はコモンレールから供給される燃料の圧力に保持されており、第１ピストン１２４および第２ピストン１２７を下方へ押し付けている。第１ピストン１２４は、プレッシャーピン１１９をスプリング１１５とともに下方へ付勢しバルブニードル２の当接部２４をノズルボディ３の弁座部３８に押し付け当接させている。つまり無噴射状態である。このとき、図２の２点鎖線で示すように、バルブニードル２の燃料通路孔２３の内壁に負荷する燃料圧力がバルブニードル２の燃料通路孔２３の内壁を外方向に拡大させ、第２中径部２８を弾性変形させて径方向に拡大させ、隙間３３を特に制御端４１近傍で小さくする。燃料通路孔２２の内壁に負荷する燃料圧力も燃料通路孔２２の内壁を拡大させるように働くが、燃料通路孔２２の内径は燃料通路孔２３の内径よりも小さく、第２大径部２７をほとんど径方向に拡大させない。この結果、燃料通路３２の高圧燃料が隙間３４を通過して隙間３３に充満してくるが、径方向に拡大変位した制御端４１が第２噴孔３７を閉塞し第１噴孔３６および第２噴孔３７からの燃料漏れを防止する。また隙間３３の燃料はバルブニードル２の潤滑と冷却の役割を果たしている。
【００３０】
(2) 図示しないコンピュータにより、制御弁１３０が第２位置１３０ｂになるように電気アクチュエータ１３５に通電されると第１制御室１６０の高圧燃料が第１出口絞り１６２を介してタンク１０３へ排出され、第１入口絞り１６１から流入する燃料と均衡した圧力まで第１制御室１６０の圧力を低下させる。バルブニードル２の当接部２４をノズルボディ３の弁座部３８に押接する力が減少し、バルブニードル２の当接部２４の内側に負荷される燃料圧力によって発生する力が、スプリング１１５の設定荷重と第１ピストン１２４に負荷される第１制御室１６０の燃料圧力との合力に打ち勝つと、バルブニードル２は開弁方向に押し上げられる。バルブニードル２のリフトによりサック室１６および燃料通路孔２３内の燃料圧力は、バルブニードル２のリフトによるサック室１６の体積増加、および燃料噴射とコモンレールから供給される燃料量の差分に応じて低下する。上記の燃料圧力の低下によりバルブニードル２の第２中径部２８は、図２の実線で示すように縮径し、隙間３３を広げる。隙間３３内の燃料は、噴孔３６および３７から流出する燃料流によって生じる吸引力により噴孔３６および３７へ流れ込む。さらに、高圧燃料は燃料噴射の度に燃料通路３２、隙間３４、隙間３３、第１噴孔３６および第２噴孔３７へと流れ、停滞することなくバルブニードル２の潤滑と冷却の役割を果たす。このとき、第２制御室１６５は高圧を保持し、かつ第２ピストン１２７の外径はバルブニードル２の第１大径部２５の外径より大きいために閉弁方向の力が勝り、第１ピストン１２４は第２ピストン１２７の下端面に当接して動きを止める。これにより、バルブニードル２も開弁運動を停止する。この第１リフトの距離がｈ１であり、当接部２４を弁座部３８から解放し、バルブニードル２の制御端４１が第２噴孔３７を閉塞するリフト量に設定されている。この結果、第１噴孔３６からのみ燃料は噴射され、第１噴孔３６の径が小さいことから微粒化しやすく、かつ噴射率と到達距離の小さい噴霧が形成される。この第１リフトは、エンジンの低中速、低中負荷時に使用され、微粒化した噴霧で可燃混合気を成層化した最適な状態を形成して燃費、排ガス、騒音を改善することができる。
【００３１】
(3) コンピュータより制御弁１３０に最大リフトを指令すると、電気アクチュエータ１３５の力により制御弁１３０が第３位置１３０ｃに移動する。このとき第１制御室１６０および第２制御室１６５は共にそれぞれ第１出口絞り１６２および第２出口絞り１６７と制御弁１３０を介してタンク１０３に連通され、第１制御室１６０および第２制御室１６５の圧力は低下する。バルブニードル２は第１大径部２５に負荷される燃料圧力により押し上げられて、バルブニードル２の肩部２９がチップパッキン１１３の下端面に当接するまで移動上昇し停止する。この停止位置がバルブニードル２の最大リフト距離（ｈ１＋ｈ２）になる。このとき、バルブニードル２の制御端４１は第２噴孔３７を導通させ、第１噴孔３６および第２噴孔から燃料を噴射する。小噴孔径である第１噴孔３６および第２噴孔３７から噴射される燃料は微粒化され、第１噴孔３６および第２噴孔３７の噴霧は合体して到達距離は大きくなり、かつ噴射率が高いものとなる。これにより、高負荷、高速のエンジン運転状態において噴射期間を短かくでき、燃料と空気との混合を短時間で促進できるため、黒煙の発生を押さえて出力を向上することができる。
【００３２】
(4) バルブニードル２の第１リフト状態あるいは最大リフト状態から、制御弁１３０への通電を停止すると、制御弁１３０は第１制御室１６０および第２制御室１６５とタンク１０３への戻り通路を閉鎖し、第１入口絞り１６１および第２入口絞り１６６から第１制御室１６０および第２制御室１６５へ高圧燃料が充満される。第１リフト状態においては、第１制御室１６０の昇圧により第１ピストン１２４を下方に押す力がバルブニードル２の第１大径部２５を押し上げる力より勝り、バルブニードル２を下降させ当接部２４をノズルボディ３の当接部３８に押接させ閉弁する。最大リフト状態においては、第１制御室１６０および第２制御室１６５に高圧燃料が充満されていく。このとき、第１ピストン１２４の上端が第２ピストン１２７の下端、つまり第１制御室１６０側で当接しており、第２ピストン１２７に負荷される燃料圧力を受ける面積は第２制御室１６５側が第１制御室１６０側よりも大きくなっているので、第１ピストン１２４を押し下げながら第２ピストン１２７が下方に駆動される。バルブニードル２が最大リフト状態よりｈ２だけ下降すると、第１ピストン１２４は第２ピストン１２７から離れて第１リフト状態の閉弁と同様に閉弁していく。
【００３３】
以上説明した本発明の第１実施例においては、リフト距離ｈ１および（ｈ１＋ｈ２）の２段階制御が可能なインジェクタ１００にリフトに応じて開孔する噴孔の開口面積を可変する燃料噴射ノズル１に適用したことにより、エンジン運転状態に応じた噴霧と噴射率を安定して決定できる。したがって、ＮＯｘ、黒煙、ＨＣを低減し燃費、出力を向上させることができる。
【００３４】
さらに第１実施例においては、バルブニードル２とノズルボディ３との隙間３３を燃料圧力に応じて変化させることで、高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔群４０からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減するとともに、バルブニードル２の潤滑と冷却を良好にして燃料噴射ノズル１にデポジットや焼き付きが発生することを防止することができる。
【００３５】
さらにまた、第１実施例においては、漏れ燃料回収用の通路を形成する必要がなく、噴孔群４０の開口面積を可変にする燃料噴射ノズル１の構造を簡略にして製造コストを低減することができる。
【００３６】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図４および図５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。
【００３７】
第２実施例においては、図１に示す第１実施例のバルブニードル２の第２大径部２７を先端部まで延ばし、ノズルボディ３の弁座部３８に角度１８０°よりも大きい円錐角度をもたせ、バルブニードル２の制御端４１をバルブニードル２のシート２４が弁座部３８に着座したときに第１噴孔３６および第２噴孔３７を閉塞するようにし、バルブニードル２の第１大径部２５に燃料通路を形成したものである。
【００３８】
図４に示すように、燃料噴射ノズル５０は、ノズルボディ５３と、ノズルボディ５３の内部に軸方向に往復移動可能に収容されるバルブニードル４２とから構成される。ノズルボディ５３は、案内孔３０の先端部にバルブニードル４２の当接部４４と当接する弁座部５８を有している。この弁座部５８は、後述するくさび効果を発揮することが可能なように、角度１８０°よりも大きい円錐角度で形成されている。
【００３９】
バルブニードル４２は、案内孔３０内を往復移動可能であり、第１大径部４５、第１中径部４６および第２大径部４７を有している。第１大径部４５は外径が最も大きく、第１大径部４５、および第１大径部４５と等しいかより小さい外径を有する第２大径部４７がそれぞれ案内孔３０の内壁を摺動することが可能である。第１大径部４５の外壁面の一部は、燃料通路３２へ高圧燃料を給送するための燃料通路４３が形成されている。第１中径部４６は第２大径部４７よりも外径が小さい。図５に示すように、第１中径部４７は制御端４１に接続しており、バルブニードル４２の先端に弁座部５８と当接する当接部４４が形成されている。
【００４０】
バルブニードル４２とノズルボディ５３との間に形成される隙間は、案内孔３０の内壁と第１大径部４５との隙間３５が最も小さく、案内孔３０の内壁と第２大径部４７との隙間３４が隙間３５に等しいか隙間３５よりも大きい。隙間３４については、図５の２点鎖線で示すように閉弁時、すなわち当接部４４が弁座部５８と当接したとき、くさび効果による力で第２大径部４７が弾性変形し径方向に拡大して制御端４１が第１噴孔３６および第２噴孔３７を閉塞することが可能なように、バルブニードル４２の燃料通路孔２３の内径ｒ21と第２大径部４７の外径ｒ22とが設定されている。なお、図５においては、説明を容易にするために隙間が誇張されて示されている。
【００４１】
第２実施例においては、隙間３４は数μｍ程度と小さく、内径ｒ21と外径ｒ22との差が比較的大きくので、燃料通路孔２３内の燃料圧力により第２大径部４７が径方向に拡大する寸法は隙間３４よりも小さい。しかしながら、バルブニードル４２の当接部４４がノズルボディ５３の弁座部５８に着座するとき、スプリングと受圧面積差に働く燃料圧力との合力による閉弁力が弁座部５８から当接部４４にくさび効果として働き、バルブニードル４２の第２大径部４７が弾性変形し径方向に拡大する。第２大径部４７の径方向の拡大により隙間３４は小さくなり、制御端４１は案内孔３０の内壁に当接し、第１噴孔３６および第２噴孔３７を閉塞する。バルブニードル４２の開弁指令時においては、開弁力が閉弁力よりも大きくなるため、くさび効果による第２大径部４７の径方向の拡大はなくなり、制御端４１は案内孔３０の内壁から離れて開弁動作を支障なく行うことができる。また、燃料噴射は制御端４１が第１噴孔３６を導通させてから行われるため、バルブニードル４２の微少リフトの不安定領域を使用せず、安定した微少噴射量制御が可能であることと、第１噴孔３６を導通させるまでのリフトを使い、第１制御室の圧力を制御弁から逃がす期間を長くすることができるため、コモンレールの燃料圧力を下げるための期間の要求があるときには減圧を速くできる。さらに、バルブニードル４２の第１大径部４５の燃料通路４３に高圧燃料を通過させるため、漏れ燃料の回収が不要となる。
【００４２】
以上説明した第２実施例においては、くさび効果による力を利用することにより、簡単な構成で高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔群４０からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減することができる。
【００４３】
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図６および図７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。
【００４４】
第３実施例においては、図１に示す第１実施例のバルブニードル２の燃料通路孔２２を上下に延長し、燃料通路孔２２の途中部に燃料通路孔２２の内径よりも大きな内径をもつ燃料通路室を形成したものである。
【００４５】
図６に示すように、燃料噴射ノズル７０は、ノズルボディ３の内部に軸方向に往復移動可能に収容されるバルブニードル６２を備えている。バルブニードル６２は、案内孔３０内を往復移動可能であり、第１大径部６５、第１中径部６６および第２大径部６７を有している。第１大径部６５は外径が最も大きく、第１大径部６５、および第１大径部６５と等しいかより小さい外径を有する第２大径部６７がそれぞれ案内孔３０の内壁を摺動することが可能である。第１大径部６５は、燃料通路室２１に接続する燃料通路７５が内部に形成されている。第１中径部６６は、第２大径部６７よりも外径が小さく、燃料通路室２１に接続する燃料通路孔７２、および燃料通路孔７２に接続する燃料通路室７３が内部に形成されている。第２大径部６７は、燃料通路室７３およびサック室１６に接続する燃料通路孔７４が内部に形成されている。ここで、燃料通路７５、燃料通路孔７２、燃料通路室７３および燃料通路孔７４は燃料流路を構成している。
【００４６】
バルブニードル６２とノズルボディ３との間に形成される隙間は、案内孔３０の内壁と第１大径部６５との隙間３５が最も小さく、案内孔３０の内壁と第２大径部６７との隙間６４が隙間３５に等しいか隙間３５よりも大きい。隙間３３については、図７の２点鎖線で示すように閉弁時、すなわち当接部２４が弁座部３８と当接したとき、燃料通路室７３内の燃料圧力により第１中径部６６が弾性変形し径方向に拡大して隙間６３を部分的に小さくすることが可能なように、バルブニードル６２の燃料通路室７３の内径ｒ31と第１中径部６６の外径ｒ32とが設定されている。なお、図７においては、説明を容易にするために隙間が誇張されて示されている。
【００４７】
第３実施例においては、第２噴孔３７付近では燃料通路孔７４の内径が小さいため、第２大径部６７の径方向に拡大する寸法は小さく所定の隙間６４を保持し、燃料通路室７３内の燃料圧力により第１中径部６６が径方向に拡大して隙間６３を部分的に小さくする。これにより、隙間６４に直接高圧燃料が負荷されることを防止している。さらに、燃料通路７５の内壁に負荷される燃料圧力により第１大径部６５が径方向に僅かに拡大して隙間３５を所定寸法より僅かに小さくし、高圧燃料が隙間３５より洩れることを低減する。
【００４８】
上記第３実施例においても、簡単な構成で高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔群４０からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減することができる。
【００４９】
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図８および図９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。
【００５０】
第４実施例においては、図１に示す第１実施例のバルブニードル２の第２中径部２８先端を大径にし、閉弁時に制御端４１が第１噴孔３６および第２噴孔３７を遮断し、ノズルボディ３の弁座部３８を平面形状にしたものである。
【００５１】
図８に示すように、燃料噴射ノズル９０は、ノズルボディ９３と、ノズルボディ９３の内部に軸方向に往復移動可能に収容されるバルブニードル８２とから構成される。ノズルボディ９３は、案内孔３０の先端部にバルブニードル８２の当接部８４と当接する弁座部９８を有している。
【００５２】
バルブニードル８２は、第２中径部２８の先端に第２中径部２８よりも外径が大きい第３大径部８９が形成されている。図９に示すように、第３大径部８９は制御端４１に接続しており、バルブニードル８２の先端に弁座部９８と当接する当接部８４が形成されている。案内孔３０の内壁と第３大径部８９との間に形成される隙間９４は隙間３３よりも小さい。図９の２点鎖線で示すように閉弁時、すなわち当接部８４が弁座部９８と当接したとき、燃料通路孔２３内の燃料圧力により第２中径部２８および第３大径部８９が弾性変形し径方向に拡大して制御端４１が第１噴孔３６および第２噴孔３７を閉塞することが可能である。なお、図９においては、説明を容易にするために隙間が誇張されて示されている。
【００５３】
第４実施例においては、第３大径部８９の燃料圧力により径方向に拡大する寸法を比較的小さくしても第１噴孔３６および第２噴孔３７を閉塞することが可能である。さらに、隙間３３に燃料が潤滑冷却用に充満すること、ならびにノズルボディ９３の弁座部９８を平面形状にすることで噴孔位置をノズルボディ９３の先端部に近い部分に設定することができる。
【００５４】
上記第４実施例においても、簡単な構造で高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔群４０からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減することができる。
【００５５】
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図１０、図１１および図１２に示す。第４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。
【００５６】
第５実施例においては、図８に示す第４実施例のバルブニードル８２の下端に当接部を設け、ノズルボディ９３の内底面をくさび効果が発揮できるように、角度１８０°よりも大きい円錐角度で形成したものである。
【００５７】
図１０に示すように、燃料噴射ノズル１１０は、ノズルボディ１０３と、ノズルボディ１０３の内部に軸方向に往復移動可能に収容されるバルブニードル１０２とから構成される。ノズルボディ１０３は、案内孔３０の先端部にバルブニードル１０２の当接部１０４と当接する円錐面１０８を有している。この円錐面１０８は、後述するくさび効果を発揮することが可能なように、角度１８０°よりも大きい円錐角度で形成されている。
【００５８】
バルブニードル１０２は、先端にノズルボディ１０３の円錐面１０８と当接する当接部１０４を有している。図１２に示すように、当接部１０４は扇状に複数個形成されており、各当接部１０４の間には燃料通路孔２３に連通する燃料通路１０５が形成されている。当接部１０４の当接端面は、バルブニードル１０２のリフト応答性を最適にするように所定面積で形成されている。
【００５９】
図１１の２点鎖線で示すように閉弁時、すなわち当接部１０４が円錐面１０８と当接したとき、くさび効果による力で第２中径部２８および第３大径部８９が弾性変形し径方向に拡大して制御端４１が第１噴孔３６および第２噴孔３７を閉塞することが可能である。なお、図１１においては、説明を容易にするために隙間が誇張されて示されている。
【００６０】
第５実施例においては、燃料圧力とスプリングによる閉弁力をくさび効果で第３大径部８９を径方向に拡大する力に変え、閉弁時のみ第１噴孔３６および第２噴孔３７を閉塞するようにしている。バルブニードル１０２の当接部１０４は高い加工精度が要求されず加工が容易であり、バルブニードル１０２の閉弁位置は当接部１０４の高さで調整可能である。また高圧燃料は、閉弁時に図１２に示す燃料通路１０５によって制御端４１まで充満している。したがって、バルブニードル１０２の潤滑と冷却を良好にして燃料噴射ノズル１１０にデポジットや焼き付きが発生することを防止することができる。
【００６１】
上記第５実施例においても、簡単な構造で高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔群４０からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減することができる。
【００６２】
以上説明した本発明の複数の実施例においては、エンジン運転状態に応じて開孔する噴孔の開口面積を切り換えて燃料噴射、噴霧形成を行うことによりＮＯｘ、黒煙、ＨＣを低減し、燃費、出力の向上を図ることができる。さらに、バルブニードルとノズルボディとの隙間を可変にすることで、高圧燃料が低圧部に漏れることを防止し、噴孔群４０からの燃料漏れを防止して排ガス中の有害成分を低減するとともに、バルブニードルの潤滑と冷却を良好にして燃料噴射ノズルにデポジットや焼き付きが発生することを防止することができる。
【００６３】
上記複数の実施例では、コモンレール形式のインジェクタに本発明の燃料噴射ノズルを適用したが、公知の各方式のインジェクタ、例えば蓄正式の電気−油圧サーボ式インジェクタ、電気力によりバルブニードルを直接駆動する方式のインジェクタ等に適用できることはもちろんである。また、ディーゼルエンジン用の燃料噴射ノズル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の燃料噴射ノズルを適用することは可能である。
【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】図１の主要部拡大図である。
【図３】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルを適用したインジェクタ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】図４の主要部拡大図である。
【図６】本発明の第３実施例による燃料噴射ノズルを示す断面図である。
【図７】図６の主要部拡大図である。
【図８】本発明の第４実施例による燃料噴射ノズルを示す断面図である。
【図９】図８の主要部拡大図である。
【図１０】本発明の第５実施例による燃料噴射ノズルを示す断面図である。
【図１１】図１０の主要部拡大図である。
【図１２】図１１のXII−XII線断面図である。
【符号の説明】
１    燃料噴射ノズル
２    バルブニードル
３    ノズルボディ
２１    燃料通路室（燃料流路）
２２、２３    燃料通路孔（燃料流路）
２４    当接部
２７    第２大径部
２８    第２中径部
３０    案内孔（縦孔）
３３、３４    隙間
３６    第１噴孔
３７    第２噴孔
３８    弁座部
４０    噴孔群
１００    インジェクタ
【図１】
0004182315.tif 000002
【図２】
0004182315.tif 000003
【図３】
0004182315.tif 000004
【図４】
0004182315.tif 000005
【図５】
0004182315.tif 000006
【図６】
0004182315.tif 000007
【図７】
0004182315.tif 000008
【図８】
0004182315.tif 000009
【図９】
0004182315.tif 000010
【図１０】
0004182315.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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