(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒に設けられた燃焼室に高圧燃料通路から供給される高圧燃料を噴射時期をずらして噴射可能な第１の噴孔および第２の噴孔を有する燃料噴射装置であって、
前記高圧燃料通路から高圧燃料を供給される収容孔を軸方向に設け、前記第１の噴孔および前記第１の噴孔よりも燃料下流側に第２の噴孔を前記収容孔の先端に設けた弁ボディと、
前記収容孔に収容され、前記高圧燃料通路と前記第１の噴孔との間の前記弁ボディの内壁に形成された第１の弁座に着座および前記第１の弁座から離座することにより前記高圧燃料通路と前記第１の噴孔とを断続し、前記第１の噴孔と前記第２の噴孔とを遮断し、前記高圧燃料通路と前記第２の噴孔とを連通可能な燃料通路を内部に設けた外弁部材と、
前記燃料通路に形成された第２の弁座に着座しまた前記第２の弁座から離座することにより前記燃料通路を開閉する内弁部材であって、前記燃料通路から供給される高圧燃料から開弁方向の力を受ける内弁部材と、
前記燃料通路に収容され、一端が前記外弁部材に当接し、前記内弁部材を閉弁方向に付勢するスプリングと、
を備え、前記外弁部材が前記第１の弁座から遠ざかるにつれて前記スプリングが前記内弁部材を閉弁方向に付勢する力が小さくなることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記内弁部材は、前記燃料通路の燃料上流側に向けて前記第２の弁座に着座し、前記燃料通路の燃料下流側に向けて前記第２の弁座から離座することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
先に噴射する前記第１の噴孔および前記第２の噴孔のいずれか一方の噴孔径は他方の噴孔径よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記外弁部材は可動部および固定部を有し、前記可動部は前記収容孔に往復移動可能に収容されるとともに前記第１の弁座に着座および前記第１の弁座から離座し、前記固定部は前記第１の噴孔と前記第２の噴孔とを遮断することを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料噴射装置。
【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）の燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジン等においては厳しくなる排気ガス規制に対処する必要が生じている。排気ガス中に含まれる有害成分の低減、さらに燃費向上を達成するためには、燃料噴射による噴霧を時間的、空間的および質的に最適化することが望まれている。時間的には高精度な噴射率制御、空間的には広範囲の噴霧分布、質的には噴射燃料の微粒化がそれぞれ必要である。ここで、噴射率とは、単位時間当たりの噴射量を示し、mm3/ms、g/ms等の単位で表される。このような燃料噴射の最適化を目的とした燃料噴射弁として、特開昭６１−１３５９７９号公報に開示されているものが知られている。
【０００３】
特開昭６１−１３５９７９号公報に開示されている燃料噴射弁は、第１噴孔および第１噴孔よりも開口面積の大きな第２噴孔を有し、中空状の第１針弁で第１噴孔を開閉し、第１針弁の空洞内に嵌挿された第２針弁で第２噴孔を開閉する。低負荷時には開口面積の小さな第１の噴孔からだけ燃料を噴射して燃料の微粒化を促進することにより黒煙および炭化水素ＨＣの発生を減少し、高負荷時には第１噴孔および第２噴孔の両方から燃料を噴射することにより燃料噴射期間の増大を抑制して燃費の悪化を防止しようとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特開昭６１−１３５９７９号公報に開示されている燃料噴射弁では、第１針弁に第２針弁が嵌挿され第１針弁の内周壁と第２針弁の外周壁とが摺動する構成であるため、第１針弁と第２針弁との摺動部のクリアランスを極力小さくしないとこの摺動部から高圧燃料が低圧側にリークしてしまい第２噴孔からの噴射圧力が低下するという問題がある。第２噴孔からの噴射圧力が低下すると燃料の噴霧粒径が大きくなり易いので黒煙発生の原因となる。しかし、第１針弁と第２針弁との摺動を可能にしつつ摺動部のクリアランスを小さくすることは加工上困難である。
【０００５】
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、排気ガス中に排出される有害物質を低減する燃料噴射装置を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、加工の容易な燃料噴射装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（解決手段）
前記目的を達成するための本発明の請求項１記載の燃料噴射装置は、
内燃機関の各気筒に設けられた燃焼室に高圧燃料通路から供給される高圧燃料を噴射時期をずらして噴射可能な第１の噴孔および第２の噴孔を有する燃料噴射装置であって、
前記高圧燃料通路から高圧燃料を供給される収容孔を軸方向に設け、前記第１の噴孔および前記第１の噴孔よりも燃料下流側に第２の噴孔を前記収容孔の先端に設けた弁ボディと、
前記収容孔に収容され、前記高圧燃料通路と前記第１の噴孔との間の前記弁ボディの内壁に形成された第１の弁座に着座および前記第１の弁座から離座することにより前記高圧燃料通路と前記第１の噴孔とを断続し、前記第１の噴孔と前記第２の噴孔とを遮断し、前記高圧燃料通路と前記第２の噴孔とを連通可能な燃料通路を内部に設けた外弁部材と、
前記燃料通路に形成された第２の弁座に着座しまた前記第２の弁座から離座することにより前記燃料通路を開閉する内弁部材であって、前記燃料通路から供給される高圧燃料から開弁方向の力を受ける内弁部材と、
前記燃料通路に収容され、一端が前記外弁部材に当接し、前記内弁部材を閉弁方向に付勢するスプリングと、
を備え、前記外弁部材が前記第１の弁座から遠ざかるにつれて前記スプリングが前記内弁部材を閉弁方向に付勢する力が小さくなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２記載の燃料噴射装置は、請求項１記載の燃料噴射装置において、前記内弁部材は、前記燃料通路の燃料上流側に向けて前記第２の弁座に着座し、前記燃料通路の燃料下流側に向けて前記第２の弁座から離座することを特徴とする。
本発明の請求項３記載の燃料噴射装置は、請求項１または２記載の燃料噴射装置において、先に噴射する前記第１の噴孔および前記第２の噴孔のいずれか一方の噴孔径は他方の噴孔径よりも小さいことを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項４記載の燃料噴射装置は、請求項１、２または３記載の燃料噴射装置において、前記外弁部材は可動部および固定部を有し、前記可動部は前記収容孔に往復移動可能に収容されるとともに前記第１の弁座に着座および前記第１の弁座から離座し、前記固定部は前記第１の噴孔と前記第２の噴孔とを遮断することを特徴とする。
【００１０】
（作用および発明の効果）
本発明の請求項１、４または５記載の燃料噴射装置によると、高圧燃料通路と第１の噴孔との間は外弁部材が第１の弁座に着座することにより遮断可能であり、高圧燃料通路と第２の噴孔との間は内弁部材が第２の弁座に着座することにより遮断可能である。また、第１の噴孔と第２の噴孔との間は外弁部材が遮断している。これにより、第１の噴孔および第２の噴孔のいずれか一方の噴孔から先に噴射しても、他方の噴孔と高圧燃料通路との間は第１の弁座に外弁部材が着座しているか第２の弁座に内弁部材が着座していることにより噴射時期まで遮断されている。このため、他方の噴孔からの二段目の噴射前に低圧側や他方の噴孔に燃料が漏れることなく高圧の燃料が他方の噴孔から噴射され噴霧が微粒化されるので、黒煙の発生を低減することができる。
【００１１】
本発明の請求項２記載の燃料噴射装置によると、内弁部材は外弁部材に設けられた燃料通路の燃料上流側に向けて第２の弁座に着座し、燃料通路の燃料下流側に向けて第２の弁座から離座するように燃料通路に収容されている。このため、燃料通路の構造が簡単になるので外弁部材を小型化できる。
本発明の請求項３記載の燃料噴射装置によると、先に噴射する第１の噴孔および第２の噴孔のいずれか一方の噴孔径を他方の噴孔径よりも小さくすることにより、燃料供給圧力が低圧であっても先に噴射する噴孔から燃料を微粒化して噴射できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による燃料噴射装置を適応した燃料供給システムの一例を図４に示す。
【００１３】
高圧燃料ポンプ１から燃料配管２を通して高圧燃料が各気筒に配設された燃料噴射装置としてのインジェクタ１０に供給される。インジェクタ１０に供給された高圧燃料は燃焼室３に噴射される。インジェクタ１０に供給された燃料のうち余剰燃料はスクリュウナット２９に設けられた燃料通路２９ａから図示しない燃料タンクにリターンされる。
【００１４】
ノズルボディ１１、インジェクタボディ１２、ディスタンスピース１３は弁ボディを構成し、リテーニングナット１４により互いに連結されている。外弁部材としてのアウタバルブ２０は、可動部２１および固定部３０からなり、ノズルボディ１１、インジェクタボディ１２およびディスタンスピース１３の内壁により形成される収容孔１５に収容されている。スプリング２２は可動部２１を図４の下方に付勢している。インジェクタボディ１２のインレット１２ａから流入した高圧燃料は高圧燃料通路１６から可動部２１の外周に環状に形成された燃料溜り１７に供給される。燃料溜り１７は高圧燃料通路の一部である。
【００１５】
図１に示すように、可動部２１はノズルボディ１１の内壁に往復移動可能に支持されており、可動部２１を径方向に貫通する燃料通孔２３は、可動部２１の往復移動に係わらず燃料溜り１７と連通している。燃料通路２４は可動部２１の軸方向に形成され、燃料通路２４の一方の端部は燃料通孔２３と連通し、他方の端部は噴孔側に開口している。燃料通路２４の開口部を形成する可動部２１の内周壁は固定部３０の外周壁とクリアランス２６を形成して摺動可能であり、前記開口部を形成する可動部２１の外周壁はノズルボディ１１の内壁に形成された弁座１１ａに着座可能である。可動部２１が弁座１１ａに着座することにより燃料溜り１７と第１の噴孔１８との連通は遮断され、可動部２１が弁座１１ａから離座することにより燃料溜り１７と第１の噴孔１８とは連通する。
【００１６】
弁座１１ｂは第１の噴孔１８と第２の噴孔１９との間に形成されており、固定部３０はスプリング３２の付勢力により常に弁座１１ｂに着座している。燃料通路３１は固定部３０を軸方向に貫通しており、収容孔１５の先端に形成されたサック室２５を介して第２の噴孔１９と連通している。固定部３０が弁座１１ｂに常に着座していることにより第１の噴孔１８と第２の噴孔１９との連通は遮断されている。
【００１７】
図２に示すように、可動部２１の燃料通路２４内には内弁部材としてのインナバルブ４０が収容されている。インナバルブ４０は、燃料上流側から小径円柱部４１、テーパ部４２、大径円柱部４３がこの順に一体に形成されており、小径円柱部４１および大径円柱部４３の外周壁と燃料通路２４を形成する可動部２１の内周壁との間には、インナバルブ４０が弁座２１ａから離座したときに燃料の流通可能なクリアランス２７および２８がそれぞれ形成されている。スプリング４４はインナバルブ４０を燃料上流側に向けて付勢しており、インナバルブ４０はスプリング４４の付勢力により弁座２１ａに着座可能である。
【００１８】
図３に示すように、第１の噴孔１８および第２の噴孔１９はそれぞれ４個形成されており、第１の噴孔１８の噴孔径は第２の噴孔１９の噴孔径よりも小さい。また、第１の噴孔１８および第２の噴孔１９は互いに噴射方向が異なるように形成されている。
次にインジェクタ１０の作動について説明する。
【００１９】
図５に示すように、可動部２１の外径ｄ1 とシート径ｄ2 との差により形成されるドーナツ状の受圧面は弁座１１ａよりも燃料上流側における摺動孔１５内の燃料圧力ＰD から次式(1) に示す力ＦP を受け図５の上方に押し上げらている。
Ｆp ＝（π／４）×（ｄ12−ｄ22）×ＰD   ・・・(1)
しかしながら、可動部２１はスプリング２２から図５の下方に向けて付勢力ＦS を受けているため、高圧燃料通路１６から供給される燃料圧力が低いと可動部２１はスプリング２２の付勢力ＦS により図２に示すように弁座１１ａに着座する。
【００２０】
(1) 高圧燃料ポンプ１からの燃料供給圧力が上昇し、弁座１１ａの燃料上流側の収容孔１５内の燃料圧力ＰD が上昇するとＦP が増大し、スプリング２２の付勢力ＦS に抗して可動部２１が弁座１１ａから離座する。可動部２１が弁座１１ａから離座すると高圧燃料通路１６から収容孔１５内に流入していた高圧燃料は第１の噴孔１８から噴射される。可動部２１が弁座１１ａから離座するとクリアランス２６は高圧燃料通路１６と連通するが、クリアランス２６は弁座１１ａよりも燃料下流側に位置しているため可動部２１と弁座１１ａ間を通過した高圧燃料は主に第１の噴孔１８から噴射されるので、高圧燃料がクリアランス２６を通って燃料通路３１に流入し第２の噴孔１９から漏れ出ることは殆どない。
【００２１】
燃料通路２４内の圧力はＰD と同じであり、この圧力ＰD からインナバルブ４０が図５の下方、つまり開弁方向に受ける力Ｆdsはインナバルブ４０のシート径をｄ3 とすると次式(2) で表される。
Ｆds＝（π／４）×ｄ32×ＰD   ・・・(2)
図５に示す状態ではＦdsはスプリング４４の付勢力Ｆusよりも小さいのでインナバルブ４０は弁座２１ａに着座したままであり、第２の噴孔１９から燃料噴射は行われない。
【００２２】
(2) 図５に示す状態から可動部２１がさらに弁座１１ａから遠ざかると、スプリング４４のスプリング長が伸びこれによりインナバルブ４０を弁座２１ａに付勢するスプリング４４の付勢力Ｆusが小さくなる。さらに、可動部２１が弁座１１ａから遠ざかるのに伴い高圧燃料ポンプ１から供給される燃料圧力が上昇するとＦds＞Ｆusとなり、インナバルブ４０は弁座２１ａから離座する。インナバルブ４０が弁座２１ａから離座すると燃料通路２４と燃料通路３１とが連通するので、図６に示すように第１の噴孔１８に加えて第２の噴孔１９からも燃料が噴射される。
【００２３】
(3) 高圧燃料ポンプ１からの燃料供給圧力が低下すると、可動部２１およびインナバルブ４０はそれぞれほぼ同時に弁座１１ａおよび弁座２１ａに着座し、第１の噴孔１８および第２の噴孔１９からの燃料噴射が終了する。
前述した(1) 、(2) および(3) に示す高圧燃料ポンプ１からの燃料供給圧力の変化を１サイクルとすると、この高圧燃料ポンプ１の１サイクルにおいて、初期の燃料供給圧力低圧時には第１の噴孔１８からだけ燃料を噴射することにより初期噴射率を抑制することができるのでＮＯx の発生を低減できる。さらに第１の噴孔１８の噴孔径は第２の噴孔１９の噴孔径よりも小さく設定されているので、燃料供給圧力低圧時においても微粒化された燃料が噴射される。高圧燃料ポンプ１からの燃料供給圧が上昇すると、第１の噴孔１８に加えて第２の噴孔１９からも燃料が噴射されることにより噴射率が上昇するので所定燃料量を短時間で噴射できる。第２の噴孔１９の噴孔径をさらに拡大すれば噴射期間をさらに短縮できる。また、第１の噴孔１８に加えて第２の噴孔１９からも燃料が噴射されるとともに第１の噴孔１８および第２の噴孔１９の噴射方向が異なっていることにより燃焼室３内の広範囲に渡って燃料が噴射され噴霧分布が拡大するので燃焼効率が向上する。
【００２４】
また図７の（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、エンジンの部分負荷域およびエンジンの高負荷域においても噴射率の形状が異なるだけで、初期噴射時においては噴射率が低くその後噴射率が上昇するいわゆる二段階噴射を実現することができる。本実施例ではエンジンの低負荷域において図７の（Ａ）に示すように第１の噴孔１８からだけ燃料を噴射する構成にしたが、スプリング４４のセット荷重を調整すれば、エンジンの低負荷域においても二段階噴射を実現できる。
【００２５】
以上説明した第１実施例では、インナバルブ４０が弁座２１ａに着座することにより高圧燃料通路１６と第２の噴孔１９とを確実に遮断していることにより、第１の噴孔１８から燃料が噴射された後第２の噴孔１９から燃料が噴射されるまでの間に高圧燃料が第２の噴孔１９および低圧側にリークすることを防止できるので第２の噴孔１９から高圧燃料を噴射することができる。これにより第２の噴孔１９から微粒化した燃料を噴射できるので、黒煙の発生を低減できる。
【００２６】
また本実施例では、アウタバルブ２１とインナバルブ４０との間に形成されるクリアランス２６が弁座１１ａの燃料下流側に位置していることにより、アウタバルブ２１が弁座１１ａから離座して高圧燃料通路１６とクリアランス２６とが連通してもクリアランス２６から殆ど高圧燃料がリークしないのでクリアランス２６の間隔を比較的広くすることができるとともにクリアランス２６の軸長を短くできる。このため、アウタバルブ２１およびインナバルブ４０の加工が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるインジェクタの主要部を示す断面図である。
【図２】図１のII線部分の拡大図である。
【図３】第１実施例の第１の噴孔および第２の噴孔の形成方向を示す図２のIII 方向矢視図である。
【図４】本発明の第１実施例による燃料噴射装置を適用した燃料供給システムを示す模式図である。
【図５】第１実施例の第１の噴孔からの燃料噴霧状態を示す断面図である。
【図６】第１実施例の第１の噴孔および第２の噴孔からの燃料噴霧状態を示す断面図である。
【図７】第１実施例の弁リフトおよび噴射率を示す特性図であり、（Ａ）はエンジンの低負荷域における弁リフトおよび噴射率を示し、（Ｂ）はエンジンの部分負荷域における弁リフトおび噴射率を示し、（Ｃ）はエンジンの高負荷域における弁リフトおび噴射率を示す特性図である。
【符号の説明】
１  高圧燃料ポンプ
３  燃焼室
１０  インジェクタ（燃料噴射装置）
１１  ノズルボディ（弁ボディ）
１１ａ、１１ｂ  弁座
１２  インジェクタボディ（弁ボディ）
１３  ディスタンスピース（弁ボディ）
１５  収容孔
１６  高圧燃料通路
１８  第１の噴孔
１９  第２の噴孔
２０  アウタバルブ（外弁部材）
２１  可動部
２３  燃料通孔（燃料通路）
２４  燃料通路
３０  固定部
３１  燃料通路
４０  インナバルブ（内弁部材）
【図１】
0003748116.tif 000002
【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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