(57)【要約】【課題】小径の噴孔から噴射される燃焼の貫徹力を弱めることができる燃料噴射弁を提供することを課題とする。【解決手段】燃料噴射弁（２）は、小径の第一噴孔（６）、これを閉塞するアウタニードル（８）、大径の第二噴孔（７）、これを閉塞するインナニードル（９）を備える。第一噴孔（６）内には、内周壁に凹凸が形成された筒体（１３）が嵌挿されている。これにより、代位噴孔（６）から噴射される燃料の貫徹力が低減され燃料の微粒化が促進され、ＨＣの発生を抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に小径の第一噴孔と大径の第二噴孔とが形成されたノズルボディと、
前記第一噴孔及び第二噴孔を別個に閉塞可能な二重ニードルと、
前記第一噴孔から噴射される燃料の貫徹力低減手段を備えたことを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記貫徹力低減手段は、前記第一噴孔内に形成された凹部及び／又は凸部であることを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記貫徹力低減手段は、内周壁に凹凸が形成され、前記第一噴孔内に嵌挿される筒体であることを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記貫徹力低減手段は、筒状に形成され、前記第一噴孔内に挿入されるパンチングメタルであることを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項５】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記貫徹力低減手段は、前記第一噴孔の内周壁に形成され、前記第一噴孔の軸方向と交差する方向に延びる溝であることを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項１記載の燃料噴射において、
前記貫徹力低減手段は、前記第一噴孔内へ供給される燃料が一旦流入する燃料溜まりであることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項７】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記貫徹力低減手段は、前記第一噴孔内へ供給される燃料が一旦流入する燃料溜まりであり、当該燃料溜まりの中心部と前記前記第一噴孔とをオフセットしたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項８】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記貫徹力低減手段は、前記第一噴孔内へ供給される燃料が一旦流入する燃料溜まりであり、当該燃料溜まりは、燃料の流れを旋回流とする旋回流形成部を備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項９】
請求項１記載の燃料噴射弁において、
前記貫徹力低減手段は、前記第一噴孔内へ供給される燃料が一旦流入する燃料溜まりであり、当該燃料溜まりは、前記第一噴孔毎に設けられた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、燃料噴射弁、特に、先端部に小径の第一噴孔と大径の第二噴孔とが形成されたノズルボディを備えた燃料噴射弁の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関の負荷状態に応じて、噴孔から噴射する燃料の噴射時期、噴射の向き、噴霧形状等を調整する技術に関して多々検討されている。内燃機関の負荷状態に応じて燃料噴霧を最適に変更できれば、空気利用率を向上させて燃料消費量の低減を図ることができ、またスモークの発生を抑制して排気エミッションの向上を図ることができる。
【０００３】
このような内燃機関用の燃料噴射弁として、低回転域での噴霧微粒化や、高回転域での高噴射率化を促進するため、開放する噴孔数を噴射量に応じて変更することができる可変噴孔式の燃料噴射弁の提案がある。例えば特許文献１には、このような燃料噴射弁（燃料噴射ノズル）を改良する提案がされている。
【０００４】
このような燃料噴射弁は、小径の第一噴孔と、大径の第二噴孔を備え、両者の開弁状態を調整することにより燃料の噴射量を変更する構成のものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−７１０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような燃料噴射弁の第一噴孔は、部分負荷時から開口し、第二噴孔よりも小径になっていることから、燃料噴射量が少なく実圧力低下が小さくなり、貫徹力が大きくなる。このように実圧力低下が小さいと、貫徹力が大きく、過拡散となるために、リーンな燃料が多くなり、炭化水素（ＨＣ）の排出が増加する。このような現象を生じさせる理由として考えられるものを整理すると、以下のごとくである。
【０００７】
まず、小径の噴孔から噴射される燃料は、大径の噴孔から噴射される燃料に比べて実質的燃料圧力が高い。大径の噴孔であると燃料が噴射されることにより実圧力の低下が大きくなるが、噴孔が小径であると、大径の噴孔と比較して噴出する燃料の量が少ない。このため、実圧力の低下が小さく、燃料の噴射速度が高い。すなわち、貫徹力が大きい。また、小径の噴孔及び大径の噴孔を別個に閉塞可能な二重ニードルを備え、小径の噴孔へ通じる燃料通路面積が広くした構成では、燃料の圧力の低下が小さくなる。すなわち、小径の噴孔から噴射される燃料の実圧力は高い状態に維持される。これも小径の噴孔から噴射される燃料の貫徹力が大きい原因となり得る。
【０００８】
さらに、ニードル弁のリフト量が小さい状態のときは、噴孔の面積に比して、シート部とシート面との間隔が狭く、この間隔がいわゆる絞りを形成することとなるため実圧力の低下は大きくなる。ところが、小径の噴孔及び大径の噴孔を別個に閉塞可能な二重ニードルを備え、さらに、この二重ニードルを構成するアウタニードルをいわゆるダブルシールドとする構成を採用すると、単孔の場合と同じリフト量であっても燃料の通過面積は倍となり、実圧力の低下が少ない。
【０００９】
以上のような理由により、二重ニードルを備えたいわゆる可変噴射率燃料噴射弁では小径の噴孔から噴射される噴流の拡散が大きくなる。この結果、リーンな燃料が多くなり、ＨＣ排出量の増大を招くおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は、小径の噴孔から噴射される燃焼の貫徹力を弱めることができる燃料噴射弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するための、本発明の燃料噴射弁は、先端部に小径の第一噴孔と大径の第二噴孔とが形成されたノズルボディと、前記第一噴孔及び第二噴孔を別個に閉塞可能な二重ニードルと、前記第一噴孔から噴射される燃料の貫徹力低減手段を備えたことを特徴としている（請求項１）。第一噴孔から噴射される燃料の貫徹力を低減することができれば、過度のリーン状態を回避し、ＨＣの発生を抑制することができる。
【００１２】
このような燃料噴射弁における貫徹力低減手段は、例えば、前記第一噴孔内に形成された凹部及び／又は凸部とすることができる（請求項２）。このような凹部、凸部を設けることにより、第一噴孔から噴射される燃料の噴流を乱し、貫徹力を低減させることができる。
【００１３】
さらに、前記貫徹力低減手段は、内周壁に凹凸が形成され、前記第一噴孔内に嵌挿される筒体とすることができ（請求項３）、また、筒状に形成され、前記第一噴孔内に挿入されるパンチングメタルとすることができる（請求項４）。貫徹力低減手段をこのような筒体とすれば、第一噴孔内に凹凸を設けることができる。
【００１４】
また、前記貫徹力低減手段は、前記第一噴孔の内周壁に形成され、前記第一噴孔の軸方向と交差する方向に延びる溝とする構成とすることもできる（請求項５）。溝が延びる方向を第一噴孔の軸方向と交差する方向とすることにより、噴流に回転成分を与えることができる。噴流のもつエネルギの一部が回転成分のエネルギに変化するため、第一噴孔内を直進する燃料のエネルギが減少し、貫徹力を低減することができる。溝の条数、角度を調節することで回転エネルギを調整し、貫徹力を調整することができる。
【００１５】
また、前記貫徹力低減手段は、前記第一噴孔内へ供給される燃料が一旦流入する燃料溜まりである構成とすることができる（請求項６）。このような燃料溜まりを、例えば、前記第一噴孔の基端部周囲に形成すれば、第一噴孔から噴射される燃料の噴流に変化させることができる。噴流を変化させることにより、噴流の貫徹力を弱めることができる。
【００１６】
このような燃料溜まりは、当該燃料溜まりの中心部と前記前記第一噴孔とをオフセットした構成とすることができる（請求項７）。このようなオフセットを施すことにより、各方向から第一噴孔内へ流入する燃料の量に差が出ることになるので第一噴孔から噴射される燃料の貫徹力を低減させることができる。
【００１７】
さらに、前記貫徹力低減手段は、前記第一噴孔内へ供給される燃料が一旦流入する燃料溜まりであり、当該燃料溜まりは、燃料の流れを旋回流とする旋回流形成部を備えた構成とすることができる（請求項８）。このような構成とすることにより、燃料溜まりを経由して燃料流路から第一噴孔に流入する燃料に積極的に旋回力を付与することができる。例えば、第一噴孔へ流入する燃料の流路上へ突起等の旋回流形成部を設けることにより、第一噴孔に流入する燃料に旋回力が付与される。これにより貫徹力を低減することができる。
【００１８】
以上のように貫徹力低減手段は、種々の形状、形態を採用することができるが、いずれの場合であっても、第一噴孔から噴射される燃料の貫徹力を低減することにより、燃料の微粒化を促進し、ＨＣの排出を抑制することができる。
【００１９】
なお、前記貫徹力低減手段を、前記のよう燃料溜まりとする場合、当該燃料溜まりは、前記第一噴孔毎に設けられた構成とすることができる（請求項９）。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、先端部に小径の第一噴孔と大径の第二噴孔とが形成されたノズルボディと、前記第一噴孔及び第二噴孔を別個に閉塞可能な二重ニードルと、を備えた燃料噴射弁に前記第一噴孔から噴射される燃料の貫徹力低減手段を備えた構成としたので、第一噴孔から噴射されるの燃料の貫徹力を弱めることができる。この結果、噴射された燃料の微粒化を促進することがき、ＨＣの排出を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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】
【００２２】
まず、図１を参照しつつ本発明の燃料噴射弁２を含む燃料噴射装置１の概略構成を説明する。燃料噴射装置１は、噴孔断面積が可変である燃料噴射弁２、燃料噴射ポンプ３、コモンレール４、制御部１０を備えている。制御部１０にはエンジン回転数センサ１１、水温センサ１２が接続されている。図１は、燃料噴射弁２の先端部分を拡大し、断面として示した模式図である。燃料噴射弁２は、図示しないエンジンの気筒毎に装着され、エンジンの燃焼室内に向けて燃料を噴射するようになっている。このような燃料噴射弁２には燃料噴射ポンプ３によって圧送された燃料がコモンレール４を介して供給される。また、燃料噴射弁２の開閉は、制御部１からの指令によって図示しないソレノイドを駆動することによって行われる。
【００２３】
燃料噴射弁２は、ノズルボディ５の先端部５ａに上流側と下流側とにずらして配置した噴孔、すなわち、上流側の第一噴孔６と、その下流側の第二噴孔７とを備えている。第一噴孔６と第二噴孔７の径を比較すると、第一噴孔６が小径であり、第二噴孔７が大径となっている。ノズルボディ５の内部には第一噴孔６からの燃料噴射を遮断するアウタニードル８が上下動可能に内装されている。このアウタニードル８は中空となっており、内部にインナニードル９が装着されている。このインナニードル９は、第二噴孔７からの燃料噴射を遮断する。インナニードル９には上昇したアウタニードル８の上端が掛合する鍔状の掛合部９ａが形成されている。このように燃料噴射弁２は、第一噴孔６及び第二噴孔７を別個に閉塞可能な二重ニードルを備えている。なお、アウタニードル８は、それぞれ全周に亘って形成された第一シート部８ａと、第二シート部８ｂを備えたいわゆるダブルシール構造となっている。
【００２４】
このような燃料噴射弁２の第一噴孔６は、貫徹力低減手段を備えている。第一噴孔６は、第二噴孔７と比較してその径が小径であり、何らの措置も施さなければ、噴射される燃料の貫徹力が大きくなる。貫徹力低減手段は、内周壁に凹凸が形成された筒体１３を第一噴孔６内に嵌挿することによって実現されている。図２は、図１中、Ａで示した部分を拡大して示した説明図である。筒体１３の内部には凹部１３ａと凸部１３ｂとが形成されている。この凹部１３ａ、凸部１３ａはその数、深さ等種々変更することができる。筒体１３は、板体の表面に凹部１３ａ、凸部１３ｂを形成した後、筒状に成形し、その弾性によって第一噴孔６の内周壁に密着するように構成されている。筒体１３は、複数ある各第一噴孔６内に嵌挿されている。このように第一噴孔６内に段差を形成することにより、燃料の流れが阻害されて燃料の噴射される勢いが弱められる。これにより貫徹力が低減され、噴射された燃料の微粒化が促進される。この結果、ＨＣの排出を抑制することができる。
【００２５】
このような構成の燃料噴射弁２は、前記のように制御部１からの噴射指令によって二重ニードルを形成するインナニードル９、アウタニードル８が作動し、燃料の噴射が行われる。図１中、（ａ）で示した部分（図１中、左側）は、第一噴孔６のみが開放された状態を示している。また、図１中、（ｂ）で示した部分（図１中、右側）は、第一噴孔６及び第二噴孔７が開放されている状態を示している。ここで、制御部１内には噴射指令期間−噴射量マップが格納されており、燃料噴射弁２の噴射制御はこの噴射指令期間−噴射量マップに基づいて行われる。また、燃料噴射弁２の噴射特性を変更するための噴射量−エンジン回転数マップも備えている。さらに、噴射特性を切り替えるためのプログラムも備えている。制御部１は、燃料噴射弁２に対してこれらのマップに基づいた噴射指令を行う。なお、燃料噴射弁２は、ソレノイドに代えてピエゾ素子を備えた構成としてもよい。
【実施例２】
【００２６】
次に、本発明の実施例２について図３を参照しつつ説明する。実施例１と実施例２とでは、貫徹力低減手段の構成が異なる。実施例１では、図２に示したように筒体の内周壁に凹部１３ａ、凸部１３ｂが形成された筒体１３を貫徹力低減手段としていたが、実施例２では、図３（ｂ）に示すような筒体１４を貫徹力低減手段として採用している。この筒体１４は、図３（ｂ）に示す多数の孔１５ｂが形成されたパンチングメタル１５を筒状に形成して構成されている。このような筒体１４は、実施例１の筒体１３と同様に第一噴孔６内に嵌挿される。筒体１４の孔１５ｂが第一噴孔６内に凹凸を形成することとなる。
【００２７】
このように第一噴孔６内に凹凸を形成することにより、燃料の流れが阻害されて燃料の噴射される勢いが弱められる。これにより貫徹力が低減され、噴射された燃料の微粒化が促進される。この結果、ＨＣの排出を抑制することができる。
【実施例３】
【００２８】
次に、本発明の実施例３について図４を参照しつつ説明する。実施例１と実施例３とでは、貫徹力低減手段の構成が異なる。実施例１では、図２に示したように筒体の内周壁に凹部１３ａ、凸部１３ｂが形成された筒体１３を貫徹力低減手段としていたが、実施例２では、図４（ｂ）に示すような筒体１６を貫徹力低減手段として採用している。この筒体１６は、図４（ｂ）に示す多数の溝１７ａが形成された板体１７を筒状に形成して構成されている。このような筒体１６は、実施例１の筒体１３と同様に第一噴孔６内に嵌挿される。筒体１６の溝１７ａは、筒体１６が第一噴孔６内に嵌挿されたときに第一噴孔６の軸方向と交差する方向に延びる状態となる。
【００２９】
このように第一噴孔６内に形成された溝１７ａは、第一噴孔６内の噴流に対して回転成分を与えることとなる。これにより、噴流のエネルギの一部が回転成分に変わり、燃料が直進するエネルギが減少する。この結果、貫徹力を低減し、燃料の微粒化を促進することができる。燃料の微粒化によりＨＣの発生を抑制することができる。
【００３０】
なお、溝１７ａの条数、第一噴孔６の軸方向に対する角度を変更することにより回転エネルギの調整、ひいては貫徹力の調整を行うことができる。
【実施例４】
【００３１】
次に、本発明の実施例４について図５及び図６を参照しつつ説明する。図５は、アウタニードル８のシート部に形成された燃料溜まり１８の形状、配置を示した模式図である。この燃料溜まり１８は、燃料噴射弁２の基端側から供給され、第一噴孔６へ供給される燃料が一旦流入するスペースである。このような燃料溜まり１８は、その中心部と第一噴孔６とがオフセットされるように形成されている。このような燃料溜まり１８を経て第一噴孔６内へ流入する燃料の流れについて図６を参照しつつ説明する。第一噴孔６内へ供給される燃料は燃料溜まり１８を経由することとなるが、燃料溜まり１８の縁と第一噴孔６迄の距離は縁の位置によって異なり、各縁を経由して第一噴孔６へ供給される燃料の量に差が生じる。このため、各方面から燃料が流入する第一噴孔６において貫徹力を低減することができる。これにより燃料の微粒化を促進し、燃料の微粒化によりＨＣの発生を抑制することができる。
【００３２】
なお、図５では、実施例１と比較するため、実施例１におけるダブルシールを形成する第一シール部８ａと第二シール部８ｂとを一点鎖線により示している。すなわち、実施例１では全周亘って形成された第一シール部８ａと第二シール部８ｂによって、シールしていたが、実施例４では、各燃料溜まり１８の周縁部がシール部を形成することとなる。
【００３３】
この実施例４の燃料溜まり１８は、アウタニードル８側に形成されているが、ノズルボディ５側の第一噴孔６の基端縁周囲に形成する構成とすることもできる。
【００３４】
また、燃料溜まり１８の形状は、図７に示すように、燃料溜まり１８の内側に迫り出す旋回流形成部１８ａを備えた形状とすることができる。旋回流形成部１８ａは燃料溜まり１８内へ流入する燃料の流れを変化させ、旋回流を生み出すものである。燃料の流れが旋回流となると、第一噴孔６内を直進するエネルギが低減され、この結果貫徹力を低減することができる。
【００３５】
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、更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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例の燃料噴射装置の概略構成を示し、燃料噴射弁の先端側一部を拡大し、断面とした説明図である。
【図２】図１中、Ａで示した部を拡大して示した説明図である。
【図３】（ａ）は、パンチングメタルを示し、（ｂ）は（ａ）で示したパンチングメタルから形成した筒体の斜視図である。
【図４】（ａ）は、溝を形成した板体を示し、（ｂ）は（ａ）で示した板体から形成した筒体の斜視図である。
【図５】アウタニードルのシート部に形成された燃料溜まりの形状、配置を示した模式図である。
【図６】燃料溜まりを経て第一噴孔内へ流入する燃料の流れを説明する説明図である。
【図７】燃料溜まりの他の形状を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  燃料噴射装置
２  燃料噴射弁
３  燃料噴射ポンプ
４  コモンレール
５  ノズルボディ
６  第一噴孔
７  第二噴孔
８  アウタニードル
９  インナニードル
９ａ  掛合部
１０  制御部
１１  エンジン回転数センサ
１２  水温センサ
１３、１４、１６  筒体
１３ａ  凹部
１３ｂ  凸部
１５  パンチングメタル
１７  溝
１８  燃料溜まり
１８ａ  旋回流形成部
【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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【図６】
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【図７】
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