(57)【要約】【課題】燃料噴射弁における開弁の応答性を向上させることを課題とする。【解決手段】燃料噴射弁（１）は、先端部に噴孔（２）が穿設されたノズルボディ（３）と、このノズルボディ（３）の内側で上下動するニードル（４）と、このニードル（４）の収容部（４ａ）に備えられ、噴孔（２）の開口縁部（２ａ）に着座して噴孔（２）を閉塞するボール（５）と、ニードル（４）の外壁とノズルボディ（３）の内壁との間に形成され、ボール（５）よりも先端側の領域（７）とボール（５）よりも基端側の領域（８）とを連通する燃料通路（６）とを備えている。【選択図】図１
2009185666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に噴孔が穿設されたノズルボディと、
当該ノズルボディの内側で上下動するニードルと、
当該ニードルに備えられ、前記噴孔の開口縁部に着座して前記噴孔を閉塞する閉塞部と、
前記ニードルの外壁と前記ノズルボディの内壁との間に形成され、前記閉塞部の先端側の領域と基端側の領域とを連通する燃料通路と、
を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記閉塞部は、前記ニードルと一体に形成された突起であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記閉塞部は、前記ニードルの先端部に保持された閉塞駒であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記ニードルの移動量を制限する移動規制手段を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記閉塞部の位置決め手段を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項６】
第１噴孔と第２噴孔とが穿設されたノズルボディと、
前記ノズルボディの内側で上下動可能に配置され、前記第１噴孔を開閉するアウターニードルと、
当該アウターニードルの内側で上下動可能に配置され、前記第２噴孔を開閉するインナーニードルと、
前記アウターニードルの先端部に備えられ、前記第１噴孔の開口縁部に着座して前記第１噴孔を閉塞する閉塞部と、
前記アウターニードルの外壁と前記ノズルボディの内壁との間に形成され、前記閉塞部の先端側の領域と基端側の領域とを連通する燃料通路と、
を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項７】
第１噴孔と第２噴孔とが穿設されたノズルボディと、
前記ノズルボディの内側で上下動可能に配置され、前記第１噴孔を開閉するアウターニードルと、
当該アウターニードルの内側で上下動可能に配置され、前記第２噴孔を開閉するインナーニードルと、
前記インナーニードルの先端部に備えられ、前記第２噴孔の開口縁部に着座して前記第２噴孔を閉塞する閉塞部と、
前記インナーニードルの外壁と前記ノズルボディの内壁との間に形成され、前記閉塞部の先端側の領域と基端側の領域とを連通する燃料通路と、
を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項８】
第１噴孔と第２噴孔とが穿設されたノズルボディと、
前記ノズルボディの内側で上下動可能に配置され、前記第１噴孔を開閉するアウターニードルと、
当該アウターニードルの内側で上下動可能に配置され、前記第２噴孔を開閉するインナーニードルと、
前記アウターニードルの先端部に備えられ、前記第１噴孔の開口縁部に着座して前記第１噴孔を閉塞するアウター側閉塞部と、
前記アウターニードルの外壁と前記ノズルボディの内壁との間に形成され、前記アウター側閉塞部の先端側の領域と基端側の領域とを連通する第１燃料通路と、
前記インナーニードルの先端部に備えられ、前記第２噴孔の開口縁部に着座して前記第２噴孔を閉塞するインナー側閉塞部と、
前記インナーニードルの外壁と前記ノズルボディの内壁との間に形成され、前記インナー側閉塞部の先端側の領域と基端側の領域とを連通する第２燃料通路と、を備え、
前記アウターニードルの先端側に形成された凹部に、前記インナーニードルの先端側に形成された凸部が位置することを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンへの燃料の供給に燃料噴射装置が用いられている。このような燃料噴射装置の燃料噴射弁は、複数の噴孔が形成されたノズルボディと、このノズルボディの内部に組み込まれたニードル弁とを備えている。ニードル弁は、ノズルボディ内部で上下に移動し、ノズルボディに形成された弁座に着座及び離座する。このような燃料噴射弁の一つに、ノズルボディの先端内側に設けた燃料溜まり室（サック部）に各噴孔を開口することにより、各噴孔へ供給される燃料の均圧化を図るＭＳ（Ｍｉｎｉ  Ｓａｃ）ノズルがある。また、このようなＭＳノズルに比べ、排気ガス中のＨＣの低減に効果があるＶＣＯ（Ｖａｌｖｅ  Ｃｏｖｅｒｅｄ  Ｏｒｉｆｉｃｅ）ノズルが知られている。
【０００３】
このＶＣＯノズルは、ニードル弁が着座するノズルボディの弁座に噴孔が形成されている。ＶＣＯノズルは、ニードル弁が弁座に着座することにより各噴孔が閉塞され、ニードル弁が弁座から離座することにより燃料が噴射される。このようなＶＣＯノズルを改良した燃料噴射弁が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された燃料噴射弁は、弁座とニードル弁の姿勢を拘束するシリンダ部との間の距離を長くすることにより、ニードル弁が着座する際に弁座上を擦れ動くことを抑制するとともに、互いに円錐状の弁座と弁体との軸心のずれを減少させている。これにより、ノズルボディの加工の許容精度を緩くすることができるとともに、各噴孔からの噴霧形状のばらつきが抑制される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３６６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような燃料噴射弁では、ニードル弁を先端側に移動させる力とニードル弁を基端側に移動させる力とのバランスにより、ニードル弁を移動させる。すなわち、ニードル弁を基端側に移動させる力が先端側に移動させる力を上回ると、ニードル弁は開弁する方向へ移動し、ニードル弁を先端側に移動させる力が基端側に移動させる力を上回ると、ニードル弁は閉弁する方向へ移動する。そして、このようにニードル弁を先端側に移動させる力は、ニードル弁の基端側に形成される制御室内の燃料の圧力と制御室内に配置されたばねの付勢力とにより発生する。一方、ニードル弁を基端側に移動させる力は、ノズルボディの内壁とニードル弁の外壁との間に形成される領域内へ供給された高圧な燃料による圧力の基端側方向成分により発生する。
【０００６】
ところが、このような燃料噴射弁では、ニードル弁とノズルボディの弁座との間に形成されるシール部によってこのシール部よりも先端側の領域へ燃料が供給されない。このため、ニードル弁を基端側に移動させる高圧な燃料の受圧面積が狭い。この結果、ニードル弁を先端側に移動させる力が小さいため、開弁の応答性が低い。
【０００７】
そこで、本発明は、開弁の応答性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決する本発明の燃料噴射弁は、先端部に噴孔が穿設されたノズルボディと、当該ノズルボディの内側で上下動するニードルと、当該ニードルに備えられ、前記噴孔の開口縁部に着座して前記噴孔を閉塞する閉塞部と、前記ニードルの外壁と前記ノズルボディの内壁との間に形成され、前記閉塞部の先端側の領域と基端側の領域とを連通する燃料通路と、を備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、開弁の応答性を向上させることができる。本発明の燃料噴射弁は、閉塞部によって噴孔を直接塞ぐ。これにより、閉塞部より先端側のニードルとノズルボディとによって形成される領域へ燃料を供給できる。このため、ニードル弁の先端側の広い範囲で燃料の圧力を受圧することができる。すなわち、従来の燃料噴射弁と比較して、先端側の燃料の圧力を受圧する面積が増加し、ニードル弁を基端側に移動させる力が増大する。これにより、従来の燃料噴射弁と比較して、開弁の応答性を向上させることができる。また、このようにニードル弁を基端側に移動させる力が増大するため、従来の燃料噴射弁と比較して、ニードルの基端側に形成された制御室内の圧力を僅かに低下させるだけで、ニードル弁を上昇させて開弁させることができる。このため、制御室内の圧力を低下させるためのアクチュエータの駆動力を低減することができる。
【０００９】
このような燃料噴射弁において、前記閉塞部は、前記ニードルと一体に形成された突起とすることができる（請求項２）。また、前記閉塞部は、前記ニードルの先端部に保持された閉塞駒とすることができる（請求項３）。このような構成とすることにより、閉弁時に閉塞駒が噴孔を閉塞するように開口縁部に密着するため、高いシール効果を得ることができる。また、このような閉塞駒をボールとした場合、ボールが回転することにより、シール部の磨耗が軽減される。
【００１０】
また、このような燃料噴射弁は、前記ニードルの移動量を制限する移動規制手段を備えた構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすることにより、ニードルが閉弁する際に、閉塞部に過度の荷重がかかることを抑制する。これにより、閉塞部の破損を抑制することができる。
【００１１】
また、このような燃料噴射弁は、前記閉塞部の位置決め手段を備えた構成とすることができる（請求項５）。このような構成とすることにより、閉弁時に、噴孔の開口縁部へ閉塞部を精度良く着座させることができる。
【００１２】
さらに、内外二重のニードルをノズルボディの内部に備えた燃料噴射弁がある。このような二重ニードルを備えた燃料噴射弁では、アウターニードルによる噴孔の閉塞時、その噴孔の先端側と基端側の両方に燃料が流れ込む。このため、このような噴孔を閉塞するために、アウターニードルは、噴孔よりも基端側のノズルボディ内周全周と噴孔よりも先端側のノズルボディ内周全周に亘ってシールすることが必要である。本発明の燃料噴射弁は、第１噴孔と第２噴孔とが穿設されたノズルボディと、前記ノズルボディの内側で上下動可能に配置され、前記第１噴孔を開閉するアウターニードルと、当該アウターニードルの内側で上下動可能に配置され、前記第２噴孔を開閉するインナーニードルと、前記アウターニードルの先端部に備えられ、前記第１噴孔の開口縁部に着座して前記第１噴孔を閉塞する閉塞部と、前記アウターニードルの外壁と前記ノズルボディの内壁との間に形成され、前記閉塞部の先端側の領域と基端側の領域とを連通する燃料通路と、を備えた構成とすることができる（請求項６）。このような構成とすることにより、閉塞部が直接噴孔の開口縁部を閉塞するため、シールを容易にすることができる。また、このようにシールを容易にすることができるため、従来の二重ニードルを備えた燃料噴射弁では困難であったアウター側の噴孔の径を大きくすることができる。この結果、燃料の噴射率を緩やかに上昇させることができる。なお、噴射率とは単位時間あたりの噴射量を示している。
【００１３】
また、本発明の燃料噴射弁は、第１噴孔と第２噴孔とが穿設されたノズルボディと、前記ノズルボディの内側で上下動可能に配置され、前記第１噴孔を開閉するアウターニードルと、当該アウターニードルの内側で上下動可能に配置され、前記第２噴孔を開閉するインナーニードルと、前記インナーニードルの先端部に備えられ、前記第２噴孔の開口縁部に着座して前記第１噴孔を閉塞する閉塞部と、前記インナーニードルの外壁と前記ノズルボディの内壁との間に形成され、前記閉塞部の先端側の領域と基端側の領域とを連通する燃料通路と、を備えた構成とすることができる（請求項７）。このような構成とすることにより、閉塞部より先端側の領域へ燃料を供給できる。このため、インナーニードルの先端側の広い範囲で燃料の圧力を受けることができ、インナーニードルにかかる基端方向への力が増大し、インナーニードルの開弁速度を上昇させることができる。従来の二重ニードルを備えた燃料噴射弁では、インナーニードルの開弁速度を上昇させるには、アウターニードルの開弁速度を上昇させる必要があった。そして、このようなアウターニードルの開弁速度の上昇はＨＣの発生の一因であった。これに対して、本発明の燃料噴射弁は、インナーニードルのみの開弁速度の上昇ができるため、アウターニードルの開弁速度を上昇させることが不要となる。この結果、初期噴射率を緩やかに上昇させることができ、ＨＣの発生を低減することができる。
【００１４】
さらに、本発明の燃料噴射弁は、第１噴孔と第２噴孔とが穿設されたノズルボディと、前記ノズルボディの内側で上下動可能に配置され、前記第１噴孔を開閉するアウターニードルと、当該アウターニードルの内側で上下動可能に配置され、前記第２噴孔を開閉するインナーニードルと、前記アウターニードルの先端部に備えられ、前記第１噴孔の開口縁部に着座して前記第１噴孔を閉塞するアウター側閉塞部と、前記アウターニードルの外壁と前記ノズルボディの内壁との間に形成され、前記アウター側閉塞部の先端側の領域と基端側の領域とを連通する第１燃料通路と、前記インナーニードルの先端部に備えられ、前記第２噴孔の開口縁部に着座して前記第２噴孔を閉塞するインナー側閉塞部と、前記インナーニードルの外壁と前記ノズルボディの内壁との間に形成され、前記インナー側閉塞部の先端側の領域と基端側の領域とを連通する第２燃料通路と、を備え、前記アウターニードルの先端側に形成された凹部に、前記インナーニードルの先端側に形成された凸部が位置することを特徴とする（請求項８）。このような構成とすることにより、第１噴孔からの噴射位置と第２噴孔からの噴射位置を同一平面上に配置することができる。これにより、燃焼室内への燃料の噴射角度や噴射位置を統一することができる。仮に、第１噴孔と第２噴孔との噴射角度及び噴射位置が統一されていない場合、角度や高さの異なる二つの噴霧に適した形状に燃焼室を形成しなければならない。これに対して、本発明の燃料噴射弁は、一の角度及び高さの噴霧に適した燃焼室を形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃流噴射弁は、ニードル弁を上昇させる燃料圧をニードル弁の先端側の広い範囲で受ける構成とすることにより、ニードル弁の応答性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の燃料噴射弁１の概略構成を示した説明図である。図１（ａ）は、ノズルボディ３の中心軸を含む平面における断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。また、図２（ａ）は、図１（ａ）の先端部を拡大して示した説明図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。燃料噴射弁１は、先端部に噴孔２が穿設されたノズルボディ３を備えている。噴孔２は、ノズルボディ３の中心軸から放射状に穿設され、ノズルボディ３の内部と外部とを連通している。このノズルボディ３の内部には、先端が尖形のニードル４が摺動可能に配置されている。このニードル４の先端部には、図２（ａ）に示すように、収容部４ａが形成されており、この収容部４ａにボール５が保持されている。ニードル４が先端側に位置する場合、ボール５が噴孔２の開口縁部２ａに着座する。すなわち、収容部４ａに保持されるボール５は噴孔２を閉塞する閉塞部を形成する。また、図２（ｂ）に示すように、ノズルボディ３の内壁とニードル４の外壁との間には、燃料の通過できる燃料通路６が形成されている。この燃料通路６により、ボール５よりも先端側の領域７とボール５よりも基端側の領域８とが連通されている。
【００１８】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ニードル４には、突出部４ｂが形成されている。この突出部４ｂはノズルボディ３に形成されたガイド溝９に沿って摺動する。このように形成された突出部４ｂとガイド溝９とは、ニードル４の回転を拘束する。また、ニードル４の偏芯を抑制する。このような突出部４ｂとガイド溝９とは、本発明の位置決め手段を構成する。また、ガイド溝９の先端側の段部１０はストッパとして機能する。このような段部１０は、ボール５が噴孔２の開口縁部２ａに着座する状態において、ニードル４がボール５へ過度の荷重をかけないように、ニードル４の先端方向への移動を制限する。このような突出部４ｂと段部１０は、本発明の移動規制手段を構成する。また、ニードル４の基端側には制御室１１が形成されており、制御室１１には燃料が充填されている。この制御室１１内にはスプリング１２が配置されており、スプリング１２はニードル４を先端側に付勢している。
【００１９】
次に、燃料噴射弁１の動作を説明する。このような燃料噴射弁１の閉弁時には、ニードル４が先端側に移動し、噴孔２がボール５により閉塞され、燃料噴射が停止される。このようなボール５は、ノズルボディ３内の燃料の圧力により、噴孔２側に押し付けられて開口縁部２ａに着座し、噴孔２のそれぞれを直接かつ個別に閉塞する。このため、噴孔２において高いシール精度が得られる。また、ボール５が回転するため、磨耗が低減される。
【００２０】
さらに、このような燃料噴射弁１において、開弁状態となる場合、ノズルボディ３の内壁とニードル４の外壁とにより形成されている領域に燃料が供給される。このように供給される燃料は、燃料通路６を通じて、ボール５よりも基端側の領域８から先端側の領域７へ流れ込む。ニードル４は、先端側の面でこのような燃料の圧力を受け、基端側へ移動させる力を受ける。一方、ニードル４は、制御室１１内の燃料の圧力により先端側へ移動させる力を受けるとともに、スプリング１２により先端側へ移動させる力を受けている。ニードル４の先端側に供給される燃料量が増加し、ニードル４を基端側へ移動させる力が先端側へ移動させる力より大きくなると、ニードル４は基端側へ移動する。このとき、ボール５もニードル４とともに移動するので、噴孔２が開通して燃料が噴射される。この燃料噴射弁１は、ボール５よりも先端側の領域７にも燃料が流れ込むため、ニードル４の先端面の広い範囲を受圧面としている。このため、供給される燃料から受ける力が大きく、開弁の応答性が良く、ニードル４の移動速度が速い。このような燃料噴射弁１はニードル４の先端側における燃料の圧力が低下すると再び閉弁状態に戻る。
【実施例２】
【００２１】
次に、本発明の実施例２について説明する。図３は、本実施例の燃料噴射弁２１の概略構成を示した説明図であって、ノズルボディ２４の中心軸を通る平面における断面図である。図４は、図３の一部を拡大して示した説明図である。本実施例の燃料噴射弁２１は、先端に第１噴孔２２、第２噴孔２３が穿設されたノズルボディ２４を備えている。第１噴孔２２は、ノズルボディ２４の中心軸から放射状に穿設され、ノズルボディ２４の内部と外部とを連通している。第２噴孔２３は、第１噴孔２２よりも先端側に穿設されており、ノズルボディ２４の中心軸から放射状に穿設されて、ノズルボディ２４の内部と外部とを連通している。また、第１噴孔２２は第２噴孔２３と比べ、大径となっている。このノズルボディ２４の内部には、筒状のアウターニードル２５が摺動可能に配置されている。このアウターニードル２５は第１スプリング２６によって先端側に付勢されている。また、アウターニードル２５の外周側はノズルボディ２４の基端側から供給される燃料が流通している。さらに、アウターニードル２５の内周側には、先端尖形のインナーニードル２７が摺動可能に配置されている。インナーニードル２７の基端側にはフランジ部２７ａが形成されており、フランジ部２７ａとアウターニードル２５の基端面２５ａが係合可能に配置されている。また、インナーニードル２７の基端側には制御室３４が形成されており、制御室３４には燃料が充填されている。この制御室３４内には第２スプリング２８が配置されており、インナーニードル２７は第２スプリング２８により先端側に付勢されている。
【００２２】
さらに、図４に示すように、アウターニードル２５の先端部には、収容部２５ｂが形成されており、この収容部２５ｂにボール５が保持されている。アウターニードル２５が先端側に位置する場合、ボール５が第１噴孔２２の開口縁部２２ａに着座する。すなわち、収容部２５ａに保持されるボール５は第１噴孔２２を閉塞する閉塞部を形成する。また、ノズルボディ２４の内壁とアウターニードル２５の外壁との間には、燃料の通過できる燃料通路２９が形成されている。この燃料通路２９により、ボール５よりも先端側の領域３０とボール５よりも基端側の領域３１とが連通されている。また、インナーニードル２７の先端側には、シール部２７ｂが全周に亘って形成されている。インナーニードル２７が先端側に位置する場合、シール部２７ｂがノズルボディ２４のシート面２４ａに着座する。このとき、シール部２７ｂよりも先端側への燃料の供給が遮断される。
【００２３】
また、図３に示すように、アウターニードル２５には、突出部２５ｃが形成されている。この突出部２５ｃはノズルボディ２４に形成されたガイド溝３２に沿って摺動する。このように形成された突出部２５ｃとガイド溝３２とは、アウターニードル２５が回転することを拘束する。また、アウターニードル２５が偏芯することを抑制する。このような突出部２５ｃとガイド溝３２とは、本発明の位置決め手段を構成する。また、ガイド溝３２の先端側の段部３３はストッパとして機能する。このような段部３３は、ボール５が第１噴孔２２の開口縁部２２ａに着座する状態で、アウターニードル２５がボール５へ過度の荷重をかけないように、アウターニードル２５の先端方向への移動を制限する。このような突出部２５ｃと段部３３は、本発明の移動規制手段を構成する。
【００２４】
また、アウターニードル２５の内壁２５ｄと、インナーニードル２７の外壁２７ｃとの間には、燃料が流通するクリアランス３５が形成されている。さらに、アウターニードル２５にはクリアランス３５とアウターニードル２５の外周側とを連通する通路２５ｅが形成されている。この通路２５ｅを通り、燃料がアウターニードル２５の外周側からクリアランス３５へ流入する。
【００２５】
次に、燃料噴射弁２１の動作を説明する。まず、燃料噴射弁２１の第１噴孔２２、第２噴孔２３の両方が閉弁状態である場合について説明する。燃料噴射弁２１の第１噴孔２２、第２噴孔２３の両方が閉弁状態である場合、アウターニードル２５は第１スプリング２６により先端側に付勢されている。このとき、ボール５が第１噴孔２２の開口縁部２２ａに着座し、第１噴孔２２のそれぞれを直接かつ個別に閉塞している。また、インナーニードル２７も、第２スプリング２８により先端側に付勢されている。これにより、インナーニードル２７のシール部２７ｂがノズルボディ２４のシート面２４ａに着座し、第２噴孔２３が閉塞される。このため、燃料噴射弁２１の燃料噴射が停止されている。
【００２６】
次に、燃料噴射弁２１が燃料を噴射する場合について説明する。燃料を噴射する場合、まず、ボール５よりも基端側の領域３１に燃料が供給される。この燃料は、燃料通路２９、及び、通路２５ｅとクリアランス３５とを通じて、ボール５よりも先端側の領域３０にも供給される。これにより、アウターニードル２５は、アウターニードル２５の先端側の広い範囲で燃料の圧力を受ける。アウターニードル２５は、このような燃料の圧力により、基端側へ移動させる力を受ける。基端側へ移動させる力が増大し、このような力が第１スプリング２６の付勢力を上回ると、アウターニードル２５が上昇し、第１噴孔２２が開弁して燃料が噴射される。このとき、アウターニードル２５は、基端面２５ａがインナーニードル２７のフランジ部２７ａに当接して停止する。このような状態から、さらに、アウターニードル２５の先端側に燃料が供給されると、アウターニードル２５を基端側へ移動させる力が増大する。この力が第１スプリング２６と第２スプリング２８の付勢力を上回ると、アウターニードル２５はインナーニードル２７と当接した状態を保って基端側へ移動する。これにより、第２噴孔２３が開弁し、燃料が噴射される。このような燃料噴射弁２１では、各ニードルの先端側が受ける燃料の圧力が低下すると、インナーニードル２７、アウターニードル２５の順に閉弁状態に戻る。
【００２７】
このような燃料噴射弁２１は、ボール５を用いて、第１噴孔２２を直接かつ個別に閉塞することにより、従来の二重ニードルを備えた燃料噴射弁のアウターニードルと比較して、高いシール精度を得ることができる。このため、第１噴孔の径を従来よりも大径とすることができる。このように、噴孔を大径とすることにより、燃料の噴射速度を低下させ、噴射率を緩やかに上昇させることができる。また、噴孔を大径とすることにより、第１噴孔２２からの最大噴射流量に到達するまでのアウターニードル２５のリフト量を減少することができる。
【実施例３】
【００２８】
次に、本発明の実施例３について説明する。図５は、本実施例の燃料噴射弁４１の概略構成を示した説明図であって、ノズルボディ４８の中心軸を通る平面における断面図である。図６は、図５の一部を拡大して示した説明図である。本実施例の燃料噴射弁４１は、実施例２の燃料噴射弁２１とほぼ同様の構成をしている。但し、燃料噴射弁４１は、ノズルボディ４８の第１噴孔４２がノズルボディ２４の第１噴孔２２と比較して小径である点と、アウターニードル４３が実施例２のアウターニードル２５と異なる点と、インナーニードル４４が実施例２のインナーニードル２７と異なる点と、が実施例２の燃料噴射弁２１と相違している。
【００２９】
アウターニードル４３は、次の点で実施例２のアウターニードル２５と相違している。相違点の一点目は、アウターニードル２５がボール５によって、第１噴孔２２を閉塞していたのに対して、アウターニードル４３は、アウターニードル４３の先端側に形成されたシール部４３ａ、シール部４３ｂにより第１噴孔４２を閉塞する点である。アウターニードル４３が閉弁状態となる場合、このシール部４３ａ、シール部４３ｂは、ノズルボディ４８のシート面４８ａに着座して噴孔４２を閉塞する。相違点の二点目は、アウターニードル４３に、ガイド溝４３ｃが形成され、ガイド溝４３ｃの先端側には段部４３ｄが形成されている点である。
【００３０】
インナーニードル４４は、次の点で実施例２のインナーニードル２７と相違している。相違点の一点目は、インナーニードル４４の先端部に、シール部２７ｂに代えて、収容部４４ａが形成され、この収容部４４ａにボール５が保持されている点である。アウターニードル４４が先端側に位置する場合、ボール５は第２噴孔２３の開口縁部２３ａに着座するように構成されている。すなわち、収容部４４ａに保持されるボール５は第２噴孔２３を閉塞する閉塞部を形成する。相違点の二点目は、インナーニードル４４には、突出部４４ｂが形成されている点である。この突出部４４ｂはアウターニードル４３に形成されたガイド溝４３ｃに沿って摺動する。このように形成された突出部４４ｂとガイド溝４３ｃとは、インナーニードル４４が回転することを拘束する。また、インナーニードル４４が偏芯することを抑制する。このような突出部４４ｂとガイド４３ｃとは、本発明の位置決め手段を構成する。また、アウターニードル４３に形成されている段部４３ｄは、ストッパとして機能し、ボール５が第２噴孔２３の開口縁部２３ａに着座する状態で、インナーニードル４４がボール５へ過度の荷重をかけないように、インナーニードル４４の先端方向への移動を制限する。このような突出部４４ｂと段部４３ｄとは、本発明の移動規制手段を構成する。また、ノズルボディ４８の内壁とインナーニードル４４の外壁との間には、燃料の通過できる燃料通路４５が形成されている。この燃料通路４５により、ボール５よりも先端側の領域４６とボール５よりも基端側の領域４７とが接続されている。なお、その他の構成は実施例２の燃料噴射弁２１と同一であるため、実施例２の燃料噴射弁２１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
次に、燃料噴射弁４１の動作を説明する。まず、燃料噴射弁４１の第１噴孔４２、第２噴孔２３の両方が閉弁状態である場合について説明する。このような燃料噴射弁４１において、第１噴孔４２が閉弁状態であるとき、アウターニードル４３は第１スプリング２６により先端側に付勢されている。これにより、アウターニードル４３のシール部４３ａ及び４３ｂはノズルボディ４８のシート面４８ａに着座して噴孔４２を閉塞している。また、第２噴孔２３が閉弁状態であるとき、インナーニードル４４は、第２スプリング２８により先端側に付勢されている。このとき、ボール５が第２噴孔２３の開口縁部２３ａに着座し、第２噴孔２３のそれぞれを直接かつ個別に閉塞している。このため、燃料噴射弁４１の燃料噴射が停止されている。このような燃料噴射弁４１の第２噴孔２３は、ボール５により、高いシール精度が得られ、ボール５が回転するため、磨耗が軽減される。
【００３２】
次に、燃料噴射弁４１が燃料を噴射する場合について説明する。燃料を噴射する場合、燃料噴射弁４１の基端側から、ノズルボディ４８とアウターニードル４３とによって形成される領域に燃料が供給される。これにより、アウターニードル４３を基端側へ移動させる力が増大する。この力が第１スプリング２６の付勢力を上回ると、アウターニードル４３が基端側へ移動し、第１噴孔４２が開弁して燃料が噴射される。このとき、アウターニードル４３の基端面４３ａがインナーニードル４４のフランジ部２７ａに当接してアウターニードル４３が停止する。このような状態から、燃料は、燃料通路４５を通じて、ボール５よりも基端側の領域４７からボール５よりも先端側の領域４６へ流れ込む。インナーニードル４４は、このような燃料の圧力により、基端側へ移動させる力を受ける。一方、インナーニードル４４は、制御室１１内の燃料の圧力と、第２スプリング２８により先端側へ移動させる力を受けている。インナーニードル４４を基端側へ移動させる力が先端側へ移動させる力を上回ると、インナーニードル４４は基端側へ移動し、第２噴孔２３が開弁して燃料が噴射される。この燃料噴射弁４１は、ボール５よりも先端側の領域４６へ燃料が流れ込むため、インナーニードル４４の先端側の広い範囲を受圧面とすることができる。このため、供給される燃料がインナーニードル４４を基端側へ移動させる力が大きくなり、インナーニードル４４の開弁する速度が速い。すなわち、開弁の応答性が良い。
【００３３】
ここで、本実施例の燃料噴射弁４１の燃料の噴射率と従来の燃料噴射弁の燃料の噴射率とを比較しつつ説明する。図７は、燃料噴射弁４１と従来の燃料噴射弁との噴射率の時間変化を示した説明図である。図７において、縦軸は噴射率を示し、横軸は時間を示している。また、実線は、本実施例の燃料噴射弁４１の噴射率の時間変化を示し、点線は、従来の二重ニードルを備えた燃料噴射弁の噴射率の時間変化を示している。図７中の領域ａでは、燃料噴射弁は、アウター側の噴孔のみから燃料を噴射している。すなわち、第１噴孔４２からのみ燃料が噴射されている。領域ｂでは、燃料噴射弁は、アウター側の噴孔からの噴射に加えて、インナー側の噴孔から燃料を噴射している。すなわち、第１噴孔４２と第２噴孔２３とから燃料が噴射されている。
【００３４】
二重ニードルを備える燃料噴射弁において、アウターニードルが開弁する噴射初期段階では、燃焼状態がリーンとなることを回避するため、燃料の噴射率を緩やかに上昇させるのが望ましい。一方、インナーニードルの開弁する段階では、速やかに最大噴射量へ到達させるため、燃料の噴射率を急速に上昇させることが要求されている。ところが、従来の燃料噴射弁において、インナーニードルの開弁速度は、アウターニードルの開弁速度に依存するため、領域ｂにおける噴射率の傾きは、領域ａにおける噴射率の傾きの影響を受けていた。すなわち、領域ａにおける噴射率の傾きを緩やかにすると、領域ｂにおける噴射率の傾きも緩やかになってしまっていた。このように、従来の燃料噴射弁では、アウター側の噴射要求と、インナー側の噴射要求とを同時に成立させることは困難であった。しかし、本発明の燃料噴射弁４１は、インナーニードル４４の先端側に燃料を供給してインナーニードル４４を移動させるため、インナーニードル４４の移動速度のみを向上することができる。このため、インナー側における燃料の噴射率の上昇速度のみを向上することができる。これにより、アウター側における燃料の噴射率を緩やかに上昇させながら、インナー側における燃料の噴射率を急上昇させることができる。この結果、燃料噴射弁４１は、噴射初期状態において、リーン状態で燃焼することを抑制し、ＨＣの発生を抑制する。
【実施例４】
【００３５】
次に、本発明の実施例４について説明する。図８は、本実施例の燃料噴射弁５１の概略構成を示した説明図であって、ノズルボディ５４の中心軸を含む平面における断面図である。図９は、アウターニードル５５とインナーニードル５７とを先端側から見た説明図である。図１０は、図８の一部を拡大して示した説明図である。本実施例の燃料噴射弁５１は、先端に第１噴孔５２と第２噴孔５３が穿設されたノズルボディ５４を備えている。第１噴孔５２は、ノズルボディ５４の中心軸から放射状に穿設され、ノズルボディ５４の内部と外部とを連通している。第２噴孔５３も、ノズルボディ５４の中心軸から放射状に穿設されて、ノズルボディ５４の内部と外部とを連通している。これらの第１噴孔５２と第２噴孔５３とは同一の平面上に交互に形成されている。
【００３６】
このノズルボディ５４の内部には、筒状のアウターニードル５５が摺動可能に配置されている。このアウターニードル５５は第１スプリング５６によって先端側に付勢されている。また、アウターニードル５５の外周側はノズルボディ５４の基端側から供給される燃料が流通している。さらに、アウターニードル５５の内周側には、先端尖形のインナーニードル５７が摺動可能に配置されている。また、アウターニードル５５の基端側には制御室５８が形成されており、制御室５８には燃料が充填されている。この制御室５８内には第２スプリング５９が配置されており、インナーニードル５７は、第２スプリング５９により先端側に付勢されている。この第２スプリング５９のインナーニードル５７に対する付勢力は、第１スプリング５６のアウターニードル５５に対する付勢力より大きい。
【００３７】
このようなアウターニードル５５とインナーニードル５７とは、図９に示すように、アウターニードル５５の先端側の凹部５５ｂに、インナーニードル５７の先端側の凸部５７ｂが位置している。いわば、アウターニードル５５の先端側の凹部５５ｂと、インナーニードル５７の先端側の凸部５７ｂとが燃料が通過できる僅かな隙間を介して、かみ合うように形成されている。さらに、図１０に示すように、アウターニードル５５の先端部には、収容部５５ａが形成されており、この収容部５５ａにボール５が保持されている。アウターニードル５５が先端側に位置する場合、ボール５が第１噴孔５２の開口縁部５２ａに着座する。すなわち、収容部５５ａに保持されるボール５は、第１噴孔５２を閉塞するアウター側閉塞部を形成する。インナーニードル５７の凸部５７ｂの形成された先端部には、収容部５７ａが形成されており、この収容部５７ａにボール５が保持されている。インナーニードル５７が先端側に位置する場合、ボール５が第２噴孔５３の開口縁部５３ａに着座する。すなわち、収容部５７ａに保持されるボール５は、第２噴孔５３を閉塞するインナー側閉塞部を形成する。また、ノズルボディ５４の内壁とアウターニードル５５の外壁との間には、燃料の通過できる第１燃料通路６０ａが形成されている。この第１燃料通路６０ａによって、アウターニードル５５に保持されているボール５よりも先端側の領域６１とボール５よりも基端側の領域６２とが接続されている。また、ノズルボディ５４の内壁とインナーニードル５７の外壁との間にも、燃料の通過できる第２燃料通路６０ｂが形成されている。この第２燃料通路６０ｂによって、インナーニードル５７に保持されているボール５よりも先端側の領域６１とボール５よりも基端側の領域６２とが接続されている。
【００３８】
また、アウターニードル５５には、突出部５５ｃが形成されている。この突出部５５ｃはノズルボディ５４に形成されたガイド溝６３に沿って摺動する。このように形成された突出部５５ｃとガイド溝６３とは、アウターニードル５５が回転することを拘束する。また、アウターニードル５５が偏芯することを抑制する。このような突出部５５ｃとガイド溝６３とは、本発明の位置決め手段を構成する。また、ガイド６３の先端側に段部６４が形成されている。このような段部６４はストッパとして機能し、ボール５が第１噴孔５２の開口縁部５２ａに着座する状態で、アウターニードル５５がボール５へ過度の荷重をかけないように、アウターニードル５５の先端方向への移動を拘束する。このような突出部５５ｃと段部６４とは、本発明の移動規制手段を構成する。
【００３９】
また、アウターニードル５５の内壁５５ｄと、インナーニードル５７の外壁５７ｃとの間には、燃料が流通するクリアランス６５が形成されている。さらに、アウターニードル５５にはクリアランス６５とアウターニードル５５の外周側とを連通する通路５５ｅが形成されている。この通路５５ｅを通り、燃料がアウターニードル５５の外周側からクリアランス６５へ流入する。
【００４０】
このような燃料噴射弁５１は、ノズルボディ５４内部に燃料が供給されることにより、ニードルが開弁し噴射が実行される。燃料が供給されることにより、各ニードルを基端側に移動させる力が上昇し、インナー二ドル５７と比較して小さい付勢力で付勢されたアウターニードル５５が先に開弁する。その後、さらに燃料が供給されることにより、インナーニードル５７が開弁する。これにより、第１噴孔５２、第２噴孔５３の順に燃料が噴射される。一方、噴射停止時は、燃料によって基端側に移動させる力が低下することにより、各ニードルが閉弁する。ここでは、アウターニードル５５と比較して大きな付勢力により付勢されたインナーニードル５７が先に閉弁し、続いて、アウターニードル５５が閉弁する。
【００４１】
このように、本実施例の燃料噴射弁５１は、第１噴孔５２からの噴射位置と第２噴孔５３からの噴射位置を同一平面上に配置している。これにより、燃焼室内への燃料の噴射角度及び噴射位置を統一することができる。従来の燃料噴射弁では、第１噴孔と第２噴孔との噴射角度及び噴射位置が統一されていなかったため、角度及び高さの異なる二つの噴霧に対して燃焼室の形状を形成しなければならなかった。これに対して、燃料噴射弁５１は、一つの角度及び高さの噴霧に適した燃焼室を形成すればよいため、燃焼室に関する設計を容易にすることができる。
【００４２】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【００４３】
例えば、本発明の閉塞部は、突起であってもよい。図１１（ａ）は、先端部に突起７２が形成されたニードル４を備えた燃料噴射弁７１の先端部を拡大して示した説明図であって、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。燃料噴射弁７１は、実施例１の燃料噴射弁１とほぼ同様の構成をしている。但し、燃料噴射弁１がボール５を備えていたのに対し、燃料噴射弁７１は、突起７２を備えている点で燃料噴射弁１と相違している。この突起７２は、噴孔２を閉塞する閉塞部を形成している。なお、その他の構成は燃料噴射弁１と同一であるため、燃料噴射弁１と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１の燃料噴射弁の概略構成を示した説明図であって、（ａ）は、ノズルボディの中心軸を通る平面における断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は、図１（ａ）の先端部を拡大して示した説明図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図３】実施例２の燃料噴射弁の概略構成を示した説明図であって、ノズルボディの中心軸を通る平面における断面図である。
【図４】図３の一部を拡大して示した説明図である。
【図５】実施例３の燃料噴射弁の概略構成を示した説明図であって、ノズルボディの中心軸を通る平面における断面図である。
【図６】図５の一部を拡大して示した説明図である。
【図７】実施例３の燃料噴射弁の噴射率の時間変化を示した説明図である。
【図８】実施例４の燃料噴射弁の概略構成を示した説明図であって、ノズルボディの中心軸を通る平面における断面図である。
【図９】実施例４の燃料噴射弁のアウターニードルとインナーニードルとを先端側から見た説明図である。
【図１０】図８の一部を拡大して示した説明図である。
【図１１】（ａ）は、先端部に突起が形成されたニードルを備えた燃料噴射弁の先端部を拡大して示した説明図であって、（ｂ）は、（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１、２１、４１、５１、７１  燃料噴射弁
２  噴孔
２ａ  開口縁部
３、２４、４８、５４  ノズルボディ
４  ニードル
４ａ  収容部
４ｂ  突出部
５  ボール
６、２９、４５  燃料通路
７、３０、４６、６１  先端側領域
８、３１、４７、６２  基端側領域
９、３２、４３ｃ、６３  ガイド溝
１０、３３、４３ｄ、６４  段部
２２、４２、５２  第１噴孔
２２ａ、５２ａ  開口縁部
２３、５３  第２噴孔
２３ａ、５３ａ  開口縁部
２５、４３、５５  アウターニードル
２５ｂ、５５ａ  収容部
２５ｃ、５５ｃ  突出部
５５ｂ  凹部
２７、４４、５７  インナーニードル
４４ａ、５７ａ  収容部
４４ｂ  突出部
５７ｂ  凸部
６０ａ  第１燃料通路
６０ｂ  第２燃料通路
７２  突起
【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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【図９】
2009185666.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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