(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に噴孔が形成されたノズルチップと、このノズルチップの基端部に連結されたノズルホルダとを有し、
前記ノズルチップが、ノズルボディと、同ノズルボディ内に設けられ、外側針弁と内側針弁とを同心円状に組み合わせた二重針弁とを有して構成され、
前記ノズルホルダが、ホルダボディと、このホルダボディ内に設けられ、前記外側針弁および前記内側針弁と対応するよう外側ロッド部材と内側ロッド部材とを同心円状に組み合わせてなり、前記二重針弁の各針弁に閉弁方向の力を伝達する二重ロッドと、この二重ロッドの外側のホルダ部分に設けられ、前記二重針弁の各針先端に向かう軸方向に沿って延びる針弁毎の燃料通路と、前記二重ロッドの基端が出入可能な燃料溜り室と、前記燃料溜り室と前記針弁毎の燃料通路とを逆止弁を介して連通する通路と、かつ、前記燃料溜り室の圧力を逃がす第１のリーク弁と前記針弁のうちの片方の燃料通路から燃料圧を逃がす第２のリーク弁とを有して構成され、
前記第１のリーク弁からだけのリークにより、前記外側針弁および前記内側針弁の両方から燃料を噴射可能とし、前記第１のリーク弁と前記第２のリーク弁とからのリークにより、前記外側針弁および前記内側針弁のうち片方から燃料を噴射可能としたことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
先端側に噴孔が形成されたノズルチップと、このノズルチップの基端部に連結されたノズルホルダとを有し、
前記ノズルチップが、ノズルボディと、同ノズルボディ内に設けられ、外側針弁と内側針弁とを同心円状に組み合わせた二重針弁とを有して構成され、
前記ノズルホルダが、ホルダボディと、このホルダボディ内に設けられ、前記外側針弁および前記内側針弁と対応するよう外側ロッド部材と内側ロッド部材とを同心円状に組み合わせてなり、前記二重針弁の各針弁に閉弁方向の力を伝達する二重ロッドと、この二重ロッドの外側ホルダ部分に設けられ、前記二重針弁の各針弁先端に向かう軸方向に沿って延びる針弁毎の燃料通路と、前記二重ロッドの基端が出入可能な燃料溜り室と、前記燃料溜り室と前記針弁毎の燃料通路とを逆止弁を介して連通する通路と、かつ、前記燃料溜り室の圧力を逃がす第１のリーク弁と前記各針弁の燃料通路からそれぞれ燃料圧を逃がす第２のリーク弁および第３のリーク弁とを有して構成され、
前記第１のリーク弁からだけのリークにより、前記外側針弁および内側針弁の両方から燃料を噴射可能とし、前記第１のリーク弁と前記第２のリーク弁あるいは前記第３のリーク弁とのリークにより、前記外側針弁および前記内側針弁から選択的に燃料を噴射可能としたことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転条件に合せた噴射率、噴霧特性の確保が可能な燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンでは、シリンダ毎、シリンダヘッドに設けた燃料噴射ノズルの噴孔から、高圧の燃料を燃焼室へ噴射させることが行われている。
燃料噴射ノズルには、一般に、内部に針弁が収められ、先端に噴孔を有するノズルチップに、ロッド部材などを収めたノズルホルダを組み合せた構造が用いられている。
【０００３】
こうした燃料噴射ノズルのほとんどは、１本の針弁、１本のロッド部材を用いて一つの噴孔から燃料を噴射させる構造である。
ところで、低ＮＯｘ、黒煙の低減、ＰＭの低減、燃費向上のためには、運転条件に合った噴射率、噴霧特性が求められる。
【０００４】
ところが、１本の針弁、１本のロッド部材を用いて噴孔を開閉する構造では、こうした要求に応えるのが難しい。
そこで、特開平９−３２６９３号公報にも開示されているように、噴霧が干渉しないよう所定の間隔で２本の針弁、２本のロッド部材を並列に配置した燃料噴射ノズルを用いて、２種類の噴霧が行えるようにすることが行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、こうした可変式の燃料噴射ノズルは、１本の針弁を用いて構成される燃料噴射ノズルを２本、並列に配置した構造なので、１本の針弁を用いた燃料噴射ノズルに比べて、かなり外径が太くなる。
【０００６】
特に燃料噴射ノズルが取り付くエンジンのシリンダヘッドは、エンジン性能の向上のために多弁（４弁など）が採用され、燃料噴射ノズルの設置に利用できるスペースは限られており、外径の大きな燃料噴射ノズルでは、エンジンに配置しにくい。この点の改善が望まれている。
【０００７】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、コンパクト化を図りつつ、複数種の噴霧が行える燃料噴射ノズルを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載した燃料噴射ノズルは、ノズルチップを、ノズルボディ内に外側針弁と内側針弁とを同心円状に組み合わせた二重針弁を設けて構成し、ノズルチップに連結されるノズルホルダを、ホルダボディ内に、外側ロッド部材と内側ロッド部材とを同心円状に組み合わせた二重ロッドと、この二重ロッドの外側のホルダ部分に二重針弁の各針弁先端に向かう軸方向に沿って延びる針弁毎の燃料通路とを設けて構成する２重構造を採用して、燃料噴射ノズルの全体を細径化したことにある。さらに、コンパクトな構造を活かして、噴射率を鑑みた２つの噴孔による噴射と一方の噴孔からの噴射とを切換可能とするために、ノズルホルダを、二重ロッドの基端に同ロッド端が出入可能な燃料溜り室を有し、この燃料溜り室と針弁毎の燃料通路とを逆止弁を介して連通する通路を有し、かつ燃料溜り室の圧力を逃がす第１のリーク弁と針弁のうちの片方の燃料通路から燃料圧を逃がす第２のリーク弁とを有して構成した構造を採用して、第１のリーク弁からだけのリークにより、外側針弁および内側針弁の両方から燃料を噴射可能とし、第１のリーク弁と第２のリーク弁とからのリークにより、外側針弁および内側針弁の片方から燃料を噴射可能としたことにある。
【００１０】
上記目的を達成するために請求項２に記載の燃料噴射ノズルは、ノズルチップを、ノズルボディ内に外側針弁と内側針弁とを同心円状に組み合わせた二重針弁を設けて構成し、ノズルチップに連結されるノズルホルダを、ホルダボディ内に、外側ロッド部材と内側ロッド部材とを同心円状に組み合わせた二重ロッドと、この二重ロッドの外側のホルダ部分に二重針弁の各針弁先端に向かう軸方向に沿って延びる針弁毎の燃料通路とを設けて構成する２重構造を採用して、燃料噴射ノズルの全体を細径化したことにある。さらに、コンパクトな構造を活かして、噴射率を鑑みた２つの噴孔による噴射と独立した２つの噴孔からの噴射とを切換可能とするために、ノズルホルダを、二重ロッドの基端に同ロッド端が出入可能な燃料溜り室を有し、この燃料溜り室と針弁毎の燃料通路とを逆止弁を介して連通する通路を有し、かつ燃料溜り室の圧力を逃がす第１のリーク弁と各針弁の燃料通路からそれぞれ燃料圧を逃がす第２のリーク弁および第３のリーク弁とを有して構成し、第１のリーク弁からだけのリークにより、外側針弁および内側針弁の両方から燃料を噴射可能とし、第１のリーク弁と第２のリーク弁あるいは第３のリーク弁とのリークにより、外側針弁および内側針弁から選択的に燃料を噴射可能としたことにある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図２に示す第１の実施形態（請求項１、請求項２の発明に対応）にもとづいて説明する。
図１は本発明を適用したディーゼルエンジンの燃料噴射装置を示し、図中１はシリンダヘッド２に装着された可変式の燃料噴射ノズルである。
【００１３】
この燃料噴射ノズル１は、二重針弁構造を採用したノズルチップ１ａの基端部に、二重ロッド構造のノズルホルダ１ｂを連結して構成される。この燃料噴射ノズル１で、例えば早期噴射に適した噴霧パターン、通常噴射に適した噴霧パターンといった２種類の異なる噴霧パターンの燃料（軽油）噴霧を可能にしている。
【００１４】
燃料噴射ノズル１の各部について説明すれば，図１中３はノズルチップ１ａのノズルボディである。ノズルボディ３は、図２に示す拡大図で詳しく示されるように上側に大径な筒部３ａを有し、下側に小径な筒部３ｂを有して形成してある。そして、小径な筒部３ｂの下端部が、シリンダヘッド２の下面からシリンダ内に臨んでいる。
【００１５】
このノズルボディ３内の空間で形成されている針弁室５には、大小２種類の針弁を同心円状に組み合わせた二重針弁６が上下方向に摺動自在に収めてある。この二重針弁６には、針状の内側針弁７と、この内側針弁７の外周面に摺動自在に嵌挿された有底筒状の外側針弁８とを組み合わせた構造を用いてある。
【００１６】
具体的には、外側針弁８は、大径な筒部３ａ内に収まる大径軸部８ａと小径な筒部３ｂ内に収まる小径軸部８ｂとを有し、両軸部８ａ、８ｂとの境界部には円錐面８ｃが形成され、先端部が半球状に形成された有底筒形状をなしている。また半球状部８ｄの基部側には、複数個の噴孔、例えば６個の噴孔８ｅが周方向に所定の間隔で形成してある。この半球状部８ｄが小径な筒部３ｂの下端から突き出ている。また小径軸部８ｂの直線部分を形成する外周面には、上記半球状部８ｄの噴孔位置と対応して、それぞれ軸方向に延びるスリット状の溝部９が周方向沿いに並行に形成されている。各溝部９上端部は、円錐面８ｃまで延びている。そして、各溝部９の上端部が、円錐面８ｃを用いたシート部、すなわち円錐面８ｃとこれと接離するシール面１１とを組み合わせて構成される外側シート部１２、その直上に形成してある受圧面１３を囲むよう大径な筒部３ａの内面に形成された油溜り部１４、さらに大径な筒部３ａの周壁に形成された通路１６を介して、ノズルボディ３の上端面に開口している。また各溝部９の下端部は、小径な筒部３ｂの下端からシリンダ内に開口し、噴孔１７を形成している。
【００１７】
内側針弁７は、大径軸部８ａ内に収まる太軸部７ａと、小径軸部８ｂ内に収まる細軸部７ｂとを有した針状をなしている。細軸部７ｂの下端部には、小径軸部８ｂの内面部分に形成してある円錐状のシール面１９と組み合う円錐面７ｃが形成されていて、同部分に噴孔８ｅを開閉する内側シート部２０を構成している。そして、この内側シート部２０は、細軸部７ｂの外周面と小径軸部８ｂの外周面との間に形成されている通路２１、その通路端の直上に形成してある受圧部２２を囲むよう大径軸部８ａの内面に形成された油溜り部２３、大径軸部８ａの外周面に形成されている中継用の環状溝２４、さらに大径な筒部３ａの周壁に形成された通路２５を介して、ノズルボディ３の上端面に開口している。
【００１８】
こうしたノズルチップ１ａに、噴孔８ｅおよび噴孔１７の両方からの燃料噴射と、噴孔８ｅだけの燃料噴射との切換えを可能としたノズルホルダ１ｂを組み合せてある。
【００１９】
ノズルホルダ１ｂについて説明すれば、３０はノズルホルダ１ｂのホルダボディである。ホルダボディ３０は、例えばノズルチップ１ａの外径とほぼ同径な有底筒状に形成してある。そして、このホルダボディ３０の下端部が、接続具３１を介して、ノズルボディ３の上端部に接続され、ノズルチップ１ａにホルダボディ３０を直列に組み付けている。
【００２０】
このホルダボディ３０内の空間で形成されているロッド室３２には、二重針弁６と対応するよう大小２種類のロッド部材を同心円状に組み合せた二重ロッド３３が上下方向に摺動自在に収められている。この二重ロッド３３には、外側針弁８とつらなる外側ロッド部材、例えば筒状の外側プッシュロッド３４ａ、外側スプリング３４ｂ、筒状の外側プレッシャピストン３４ｃを直列に連結してなる外側ロッド３４の内部に、内側針弁７とつらなる内側ロッド部材、例えば筒状の内側プッシュロッド３５ａ、内側スプリング３５ｂ、筒状の内側プレッシャピストン３５ｃを直列に連結してなる内側ロッド３５を摺動自在に嵌挿した構造が用いられている。
【００２１】
この収容構造を利用して、二重ロッド３３の上端部に、該ロッド端が出入自在な油溜り室３６を形成してある。
また二重ロッド３３の外側、例えばロッド室３２を挟むホルダボディ３０の両側の周壁部分内には、軸心方向に沿って延びる一対の通路３７が形成されている。これら各通路３７の下端部は、ノズルボディ３の上端面で開口している通路１６、２５に連通していて、各針弁先端に向かう一対の燃料通路３８を形成している。
【００２２】
そして、各通路３７の途中から分かれている通路部分３７ａが、ホルダボディ３０の両側に突き出た一対のボス部３０ａにそれぞれ形成してある燃料入口３９と連通している。
【００２３】
また各通路３７の上端部は、それぞれ逆止弁４０、オリフィス４１を介装した通路部分３７ｂを介して、油溜り室３６に接続されていて、各燃料入口３９から供給される燃料の圧力が各内／外側針弁７，８の先端側、内／外側プレッシャピストン端に加わるようにしてある。そして、この二重針弁６を挟むように加わる燃料圧を用いて、内／外側針弁７，８を閉弁させている。
【００２４】
油溜り室３６には、例えば燃料タンク（図示しない）へ至る、常閉式の電磁弁４２ａ（第１のリーク弁に相当）、オリフィス４２ｂを介装したリーク路４２が接続してあり、電磁弁４２ａを通じて油溜り室３６の圧力を逃がせるようにしてある。
【００２５】
また外側針弁８へ至る通路部分３７ａの途中には、例えば燃料タンク（図示しない）へ至る、オリフィス４３、常閉式の電磁弁４４ａ（第２のリーク弁に相当）を介装したリーク路４４が接続してあり、電磁弁４４ａを通じて油溜り室３６の圧力を逃がせるようにしてある。
【００２６】
そして、電磁弁４２ａを開にして油溜り室３６の圧力を逃がすと（リーク）、二重針弁全体がリフト可能となり、二重針弁６の各先端部に加わる燃料圧で、内／外側針弁７，８の油溜り部１４、２３の燃料が噴孔８ｅ、１７の両方から同時に噴射されるようにしてある。本実施形態では、この噴射を利用して、双方の噴流が衝突（衝突噴射）するという、予混合圧縮着火燃焼に適した燃料の噴霧が行なわれるようにしている。
【００２７】
また電磁弁４２ａ、４４ａの両方を開にして、油溜り室３６の圧力と外側針弁８に加わる燃料圧を逃がすと（リーク）、内側針弁７がリフト可能となり、内側針弁７の先端部に加わる燃料圧で、内側針弁７の油溜り部２３の燃料が噴孔８ｅから噴射されるようにしてある。本実施形態では、この噴孔８ｅからの噴射を用いて、通常のディーゼル燃焼に適した噴霧が行なわれるようにしている。
【００２８】
このように構成される可変式の燃料噴射ノズル１は、ノズルチップ１ａが二重針弁構造、ノズルチップ１ａと組み合うノズルホルダ１ｂも二重ロッド構造を採用してあるので、ノズル全体の細径化が図れる。また内側針弁７、外側針弁８から燃料が独立に噴射されるから、複数種の噴霧が行なわれ、種々の噴射率、噴射特性で燃料の噴射を行うことができる。
【００２９】
しかも、二重ロッド３３に、共通の油溜り室３６、供給燃料の動きを規制する逆止弁４０、燃料圧を逃がす電磁弁４２ａ、４４ａを組み合せたノズルホルダ１ｂを採用したので、コンパクトな構造を活かして、運転条件に合わせた噴射率形状、噴霧特性を得るのに適した複数種の噴霧、すなわち２つ噴孔８ｅ、１７を用いた衝突噴射、一方の噴孔８ｅからの噴射ができる。
【００３０】
具体的には、二重針弁６は、電磁弁４２ａ、４４ａが閉であれば、無噴射（閉弁）となる。電磁弁４２ａだけを開にすれば、油溜り室３６の圧力が逃げ、二重針弁全体が、各燃料入口３９から二重針弁６の先端部へ加わる燃料圧でリフトされる。つまり、内／外両側の噴孔８ｅ、１７から燃料が噴射され、双方の噴孔８ｅ、１７を利用した燃料噴霧、具体的には図２中の二点鎖線Ｘに示されるような広分散、低貫徹力、微粒化の点で優れる予混合圧縮着火燃焼に適した衝突噴射（２つの噴流が衝突する噴射）による噴霧が行なわれる。また電磁弁４２ａ、４４ａの両方を開にすれば、油溜り室３６の圧力と外側針弁８に加わる燃料圧が逃げ、内側針弁７が同先端部に加わる燃料圧でリフトされる。つまり、内側針弁７の噴孔８ｅから噴射され、この単独噴射を利用して、図２中の二点鎖線Ｙに示されるような通常のディーゼル燃焼に適した噴霧が行なわれる。
【００３１】
むろん、油溜り室３６が在ることで、同油溜り室３６がもたらす流動抵抗を利用して、種々の噴射率、噴霧特性が設定できることはもちろん、油溜り室３６は内／外側針弁７，８に対して共通、すなわち１つですむので、機能の向上を図っても、燃料噴射ノズル１のコンパクト化は損なわれることはない。
【００３２】
図３は、第２の実施形態（請求項３の発明に対応）を示す。
本実施形態は、残る内側針弁７の燃料通路３８にも、流路の切換えをなすリーク構造を設けたものである。
【００３３】
具体的には、内側針弁７へ至る通路部分３７ａの途中には、例えば燃料タンク（図示しない）へ至る、オリフィス４９、常閉式の電磁弁５０ａ（第３のリーク弁に相当）を介装したリーク路５０が接続してあり、電磁弁５０ａを通じて油溜り室３６の圧力を逃がせる構造にしてある。この構造により、電磁弁４２ａ、５０ａの両方を開にすると、油溜り室３６の圧力と内側針弁７に加わる燃料圧が逃げ（リーク）、外側針弁８の先端部に加わる燃料圧で、噴孔１７からのみ燃料が噴射されるようになる。
【００３４】
こうした第２の実施形態だと、内／外側針弁７、８の噴孔８ｅ、１７（内／外側針弁７、８）の両方、さらには噴孔８ｅ、１７から選択的に燃料が噴射（独立した噴孔８ｅあるいは噴孔１７からの噴射）するという、３種類の噴霧の切換えを行うことができ、コンパクトな燃料噴射ノズル１の構造を活かした、細かな噴射率、さらには細かな噴霧特性を鑑みた燃料噴射ができる。
【００３５】
但し、図３において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
図４は、第３の実施形態（請求項４の発明に対応）を示す。
【００３６】
本実施形態は、さらに噴孔８ｅ、１７による噴射、例えば衝突噴射、独立した噴射、例えば噴孔８ｅからだけの噴射といった噴霧の切換えを部品点数の少ない簡素化した構造で実現したものである。
【００３７】
すなわち、本実施形態には、第１の実施形態のような油溜り室を用いて二重針弁６に閉弁方向の力を伝達する構造でなく、弾性部材、例えばコイルスプリングを用いて二重針弁６に閉弁方向の力を与える構造を採用してある。
【００３８】
具体的には、第２の実施形態は、第１の実施形態で示す外側プレッシャピストン３４ｃ、内側プレッシャピストン３５ｃ、油溜り室３６を削除し、代わりに直接、外側スプリング３４ｂ，内側スプリング３５ｃ（いずれも本願の弾性部材に相当）の弾性力で外／内側プッシュロッド３４ａ、３５ａを押圧して内／外側針弁７、８を閉弁させる構造と、電磁弁４２ａにつながるオリフィス４２ｂを各通路部分３７ｂに直接、接続する構造とを採用して、第１の実施形態と同様、２つの噴孔８ｅ、１７を用いた衝突噴射、一方の噴孔８ｅからの噴射の切換えができるようにしたものである。
【００３９】
こうした構造は、ホルダボディ３０の内部を占めていた部品が削減されるので、燃料噴射ノズル１の構造の簡素化を図ることができる。しかも、求められる噴射の切換えは、第１の実施形態と同じなので、第１の実施形態と同様、種々の噴射率、噴霧特性の燃料噴霧が行える。むろん、第２の実施形態のように、両方の燃料通路３７にそれぞれ電磁弁４４ａ、５０ａを設けて、内／外側針弁７，８の両方の噴孔８ｅ、１７から燃料を噴射させたり、内／外側針弁７、８の噴孔８ｅ、１７から選択的に燃料を噴射させるよう、流路の切換えを行ってもよい。
【００４０】
但し、図４において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。
なお、上述した実施形態では、衝突噴射が行える燃料噴射ノズルに本発明を適用したが、これに限らず、２つの噴孔からそれぞれ衝突させずに燃料を噴射させる燃料噴射ノズルに本発明を適用してもよいことはいうまでもない。
【００４１】
また上述した実施形態において、異なる大きさの噴孔をもつノズルチップを採用して、噴射率、さらには噴射特性を一層、向上させるようにしてもよい。
また上述した実施形態では、筒内に直接、燃料を噴射させるエンジンに適用したが、それ以外のエンジン，例えば吸気管へ燃料を噴射するエンジンに適用してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、ノズルチップが二重針弁構造、ノズルチップと組み合うノズルホルダも二重ロッド構造を採用したので、細径化した燃料噴射ノズルを提供できる。しかも、内側針弁、外側針弁から燃料が噴射可能であるから、種々の噴射率、噴射特性で燃料噴射ができる。さらにコンパクトな構造を活かしつつ、２つの噴孔からの噴射と一方の噴孔からの噴射との切換を行うことができ、噴射率、噴霧特性を考慮した種々の燃料噴射ができるといった効果を奏する。
【００４４】
請求項２に記載の発明によれば、ノズルチップが二重針弁構造、ノズルチップと組み合うノズルホルダも二重ロッド構造を採用したので、細径化した燃料噴射ノズルを提供できる。しかも、内側針弁、外側針弁から燃料が噴射可能であるから、種々の噴射率、噴射特性で燃料噴射ができる。さらに、コンパクトな構造を活かしつつ、２つの噴孔による噴射と独立した２つの噴孔からの噴射とを切換可能にすることができる。しかも、油溜り室がもたらす流動抵抗を利用して、種々の噴射率、噴霧特性の設定ができる。そのうえ、油溜り室は内／外側針弁に対して共通、すなわち１つですむので、燃料噴射ノズルのコンパクト化は損なわれることはないといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射ノズルの構造を示す断面図。
【図２】同ノズルのノズルチップ回りを拡大して示す示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る燃料噴射ノズルの構造を示す断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る燃料噴射ノズルの構造を示す断面図。
【符号の説明】
１…燃料噴射ノズル
１ａ…ノズルチップ
１ｂ…ノズルホルダ
３…ノズルボディ
６…二重針弁
７…内側針弁
８…外側針弁
８ｅ、１７…噴孔
３０…ホルダボディ
３３…二重ロッド
３４ｂ、３５ｂ…外側スプリング、内側スプリング（弾性部材）
３４、３５…外側ロッド、内側ロッド（ロッド部材）
３６…燃料溜り室
３８…燃料通路
４０…逆止弁
４２、４４，５０…リーク路
４２ａ…電磁弁（第１のリーク弁）
４４ａ…電磁弁（第２のリーク弁）
５０ａ…電磁弁（第３のリーク路）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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