燃料噴射弁
【課題】燃料の噴射弁において燃料の微粒化を促進するキャビテーションの発生時期を延長することを課題とする。
【解決手段】燃料噴射弁１０は、先端側に第１噴孔２１が形成された中空円筒形状のノズルボディ２０と、ノズルボディ２０の内側に摺動可能に組み込まれ、第１噴孔２１よりも基端側においてノズルボディ２０に着座してシール部３２によりシールし、着座時にシール位置よりも先端側においてノズルボディ２０との間に隙間Ａを形成し、シール位置よりも先端側に第２噴孔３４が形成され、先端側に作用する燃圧と基端側に作用する燃圧の差を利用して開閉する中空円筒形状の第１ニードル弁３０と、第１ニードル弁３０の内側に摺動可能に組み込まれ、第２噴孔３４よりも基端側において着座しシール部４２によりシールする第２ニードル弁４０と、を備え、燃料噴射時に第１ニードル弁３０のリフト前に第２ニードル弁４０をリフトする。
【解決手段】燃料噴射弁１０は、先端側に第１噴孔２１が形成された中空円筒形状のノズルボディ２０と、ノズルボディ２０の内側に摺動可能に組み込まれ、第１噴孔２１よりも基端側においてノズルボディ２０に着座してシール部３２によりシールし、着座時にシール位置よりも先端側においてノズルボディ２０との間に隙間Ａを形成し、シール位置よりも先端側に第２噴孔３４が形成され、先端側に作用する燃圧と基端側に作用する燃圧の差を利用して開閉する中空円筒形状の第１ニードル弁３０と、第１ニードル弁３０の内側に摺動可能に組み込まれ、第２噴孔３４よりも基端側において着座しシール部４２によりシールする第２ニードル弁４０と、を備え、燃料噴射時に第１ニードル弁３０のリフト前に第２ニードル弁４０をリフトする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関が備える燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、燃料噴射弁から噴射される燃料は、空気と混合されて混合気となり、点火、着火されて燃焼する。噴射された燃料は、粒子が微細化されるほど空気と混合しやすく、空気とよく混合するほど燃焼効率が向上する。燃料を微粒化する手段として、燃料噴射弁内で燃料にキャビテーションを発生させることが挙げられる。燃料噴射弁内において燃料にキャビテーションが発生する原理は、特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１によると、図１に示すような噴孔２が形成されたノズルボディ３内に収納したニードル弁４の開閉により噴射を制御する燃料噴射弁１において、燃料の噴射時にニードル弁４が開弁する。ニードル弁４が開弁することによりノズルボディ３のテーパ部３ａとニードル弁４のテーパ部４ａとの間に形成される通路５から噴孔２へ燃料が流れ込む際に、燃料流が取り付け角θに沿って曲げられ、曲がりの内側となる領域６でキャビテーションが発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４３９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の燃料におけるキャビテーションは、ニードル弁４のリフト量が大きくなり、ノズルボディ３のテーパ部３ａとニードル弁４のテーパ部４ａとの間に形成される通路５が拡大するにつれて発生しにくくなる。このため、ニードル弁のリフト量が増加した際には、キャビテーションの発生を利用した燃料の微粒化が実行できず、燃料を微粒化する期間が十分とはいえなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、燃料の微粒化を促進するキャビテーションの発生時期を延長することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決する本発明の燃料噴射弁は、先端側に第１噴孔が形成された中空円筒形状のノズルボディと、前記ノズルボディの内側に摺動可能に組み込まれ、前記第１噴孔よりも基端側において前記ノズルボディに着座してシールし、着座時にシール位置よりも先端側において前記ノズルボディとの間に隙間を形成し、前記シール位置よりも先端側に第２噴孔が形成され、先端側に作用する燃圧と基端側に作用する燃圧の差を利用して開閉する中空円筒形状の第１ニードル弁と、前記第１ニードル弁の内側に摺動可能に組み込まれ、前記第２噴孔よりも基端側において着座しシールする第２ニードル弁と、を備え、燃料噴射時に前記第１ニードル弁のリフト前に前記第２ニードル弁をリフトすることを特徴とする。
【０００８】
このような構成としたことにより、第１ニードル弁とノズルボディ間に生じる隙間がキャビテーションの発生時間を延長させるため、噴射される燃料がキャビテーションにより微粒化される期間を延長することができる。
【０００９】
上記の燃料噴射弁において、低貫徹力の噴霧を形成する噴射時に前記第１ニードルのリフト前に前記第２ニードルをリフトし、高貫徹力の噴霧を形成する噴射時に前記第１ニードルと前記第２ニードルとを一体にしてリフトする構成とすることができる。このような構成とすることにより、キャビテーションにより噴霧の微粒化を促進する噴射と、噴霧の貫徹力を維持する噴射とを切替え、選択して使い分けることができる。
【００１０】
上記の燃料噴射弁において、前記第１噴孔の燃料入口開口部が前記第２噴孔の燃料出口開口部よりも先端側または基端側に位置する構成とすることができる。このような構成とすることにより、第２噴孔による第１噴孔を流れる燃料への影響を抑制することができる。すなわち、第２噴孔からの燃焼の流れが、第１噴孔から噴射される燃料の流れを妨げることを抑制できる。また、このような構成により、第２噴孔から第１ニードルの先端側へ供給される燃料の第１噴孔からの漏洩が抑制されるため、第１ニードル先端側の燃圧を上昇し、第１ニードルの開弁を早めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料噴射弁は、噴射される燃料がキャビテーションにより微粒化される期間を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の燃料噴射弁の先端部の構成を示した説明図である。
【図２】本実施例の燃料噴射弁の構成を示した説明図である。
【図３】図２中のシール部の周囲を拡大して示した説明図である。
【図４】第１ニードル弁のリフトを指示する駆動パルスを受けた場合の制御室圧と、第１ニードル弁のリフト量との時間応答を示した説明図である。
【図５】他の例のシール部の周囲を拡大して示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための一形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
（燃料噴射弁の構成）
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図２は本実施例の燃料噴射弁１０の構成を示した説明図である。図３は図２中のシール部３２の周囲を拡大して示した説明図である。
【００１５】
燃料噴射弁１０は、例えば、先端部分が筒内に突出するように、エンジンのシリンダヘッドに装着され、燃料噴射装置の一部として用いられる。
【００１６】
燃料噴射弁１０は、先端側に第１噴孔２１が形成された中空円筒状のノズルボディ２０と、ノズルボディ２０の内側に摺動可能に組み込まれた中空円筒状の第１ニードル弁３０と、第１ニードル弁３０の内側に摺動可能に組み込まれた第２ニードル弁４０とを備えている。なお、本実施例の説明において、先端側とはノズルボディ２０の先端側、すなわち、図２中の下側を示し、基端側とはノズルボディ２０の基端側、すなわち、図２中の上側を示すものとする。
【００１７】
ノズルボディ２０の内側は先端に向かってテーパ状に窄まるテーパ面２２が形成されている。このテーパ面２２に第１噴孔２１が形成されており、ノズルボディ２０の内部と外部とが連通されている。
【００１８】
第１ニードル弁３０は外側先端が尖形にテーパした外側テーパ面３１を備えている。第１ニードル弁３０の外側テーパ面３１の基端側にはシール部３２が設けられている。第１ニードル弁３０がノズルボディ２０に着座する場合、シール部３２がノズルボディ２０の第１噴孔２１よりも基端側においてテーパ面２２に接触しシールする。また、第１ニードル弁３０がノズルボディ２０に着座する時、シール部３２の先端側において、外側テーパ面３１とノズルボディ２０のテーパ面２２との間に隙間Ａが形成される。
【００１９】
第１ニードル弁３０の内側は先端に向かってテーパ状に窄まる内側テーパ面３３が形成されている。また、シール部３２よりも先端側に第２噴孔３４が形成されている。すなわち、内側テーパ面３３側に第２噴孔３４の一端が開口し、外側テーパ面３１側に第２噴孔３４の他端が開口し、第１ニードル弁３０の内部と外部とが連通されている。第１ニードル弁３０がノズルボディ２０に着座する時、第２噴孔３４の外側テーパ面３１側の燃料出口開口部３４ａが第１噴孔２１の燃料入口開口部２１ａよりも基端側に位置する。このように第２噴孔３４の燃料出口開口部３４ａと第１噴孔２１の燃料入口開口部２１ａとが対向しないように形成したことにより、第２噴孔３４を通る燃料が第１噴孔２１から噴射される燃料へ与える影響を少なくしている。
【００２０】
第２ニードル弁４０は外側先端が尖形にテーパしたテーパ面４１を備えている。第２ニードル弁４０のテーパ面４１の基端側にはシール部４２が設けられている。第２ニードル弁４０が第１ニードル弁３０内において着座する場合、シール部４２が第１ニードル弁３０の第２噴孔３４よりも基端側において内側テーパ面３３に接触し、シールする。また、第２ニードル弁４０が第１ニードル弁３０に着座する時に、シール部４２の先端側において、テーパ面４１と第１ニードル弁３０の内側テーパ面３３との間に隙間Ｂが形成される。
【００２１】
さらに、燃料噴射弁１０では、ノズルボディ２０の内周壁２３と第１ニードル弁３０の外周壁３５との間に、燃料が通過可能な燃料通路５０が区画されている。また、第１ニードル弁３０の内周壁３６と第２ニードル弁４０の外周壁４３との間には、燃料が通過可能な燃料通路６０が区画されている。燃料通路５０と燃料通路６０とは、燃料噴射弁１０の外部に設けられたコモンレール９０に接続されており、コモンレール９０から高圧燃料が供給される。
【００２２】
第１ニードル弁３０の基端側には、第１制御部７０が設けられている。第１制御部７０には、コモンレール９０から燃料が供給されている。第１ニードル弁３０には、基端側の燃料から受ける力と先端側の燃料から受ける力とが加わり、平衡状態が保たれている。第１制御部７０は、第１ニードル弁３０の基端側の燃料圧を調整し、第１ニードル弁３０の先端側に作用する燃圧と基端側に作用する燃圧の差を利用して第１ニードル弁３０を移動させる。また、第２ニードル弁４０の基端側に、第２制御部８０が設けられている。第２制御部８０には、コモンレール９０から燃料が供給されている。第２ニードル弁４０には、基端側の燃料から受ける力と先端側の燃料から受ける力とが加わり、平衡状態が保たれている。第２制御部８０は第２ニードル弁４０の基端側の燃料圧を調整し、第２ニードル弁４０の先端側に作用する燃圧と基端側に作用する燃圧との差を利用して第２ニードル弁４０を移動させる。
【００２３】
（燃料噴射弁の動作）
次に、燃料噴射弁１０の動作について説明する。初めに噴射燃料が高いペネトレーション（貫徹力）の噴霧となる場合について説明する。高いペネトレーションの噴霧を形成するような場合として、例えば、エンジンの運転領域が中高負荷の場合が挙げられる。燃料噴射弁１０が高いペネトレーションの噴霧を形成する噴射時では、第１制御部７０が、第１ニードル弁３０の基端側にかかる燃料の圧力を低下する。これにより、第１ニードル弁３０が基端側へ移動する。このとき、第１ニードル弁３０と第２ニードル弁４０とが一体となって移動する。第１ニードル弁３０が基端側へ移動することにより、シール部３２よりも先端側へ燃料が供給されて第１噴孔２１から燃料が噴射される。このような燃料噴射時に、外側テーパ面３１とノズルボディ２０のテーパ面２２との間に形成された隙間Ａが狭小である場合には、隙間Ａから第１噴孔２１へ燃料が流れ込む際に、燃料流が急速に曲げられ、キャビテーションが発生する。
【００２４】
高いペネトレーションの求められる噴射の場合、ニードルの開弁は、第１ニードル弁３０の先端側において、コモンレール９０から供給された高圧燃料から圧力を受ける受圧面積が小さいため、初期押し上げ力が小さい。このため、第１ニードル弁３０がリフトを開始するまでに時間を要する。一方、第１ニードル弁３０がリフトを開始すると、シール部３２よりも先端側へ燃料が流れ込むため、第１ニードル弁３０の先端側において高圧燃料から圧力を受ける受圧面積が増加する。これにより、第１ニードル弁３０を基端側へ押しつける力が増加し、第１ニードル弁３０が急速に移動する。第１ニードル弁３０が急速に移動すると、外側テーパ面３１がノズルボディ２０のテーパ面２２から離間し、隙間Ａが急速に拡大する。隙間Ａが拡大することにより、第１噴孔２１へ流れ込む燃料流の曲がりが緩やかになり、キャビテーションの発生が抑えられる。以上の理由から、中高負荷運転領域では、隙間Ａがキャビテーションの発生を促進するのに適した通路幅となる期間が短い。このため、中高負荷の運転領域では、キャビテーションの発生が抑えられる。これにより、第１噴孔２１から噴射される燃料は、燃料の流れが整えられて噴射されるため、ペネトレーションの高い状態で噴射され、噴霧を燃焼室内の広範囲に拡散することができる。
【００２５】
次に、噴射燃料が、低ペネトレーションで、燃料の微粒化を促進した噴霧を形成する場合について説明する。燃料の微粒化を促進した噴霧を形成する場合として、例えば、エンジンの運転領域が低負荷の場合が挙げられる。燃料噴射弁１０が噴霧の微粒化を促進した噴霧を形成する噴射時では、第１ニードル弁３０は、燃料噴射時に第１ニードル弁３０をリフトする前に、第２ニードル弁４０をリフトする。すなわち、燃料噴射時には、第１ニードル弁３０を基端側へ移動する以前に、第２ニードル弁４０を基端側へ移動し、テーパ面４１と第１ニードル弁３０の内側テーパ面３３との間の隙間Ｂへ燃料を供給する。
【００２６】
具体的に説明すると、初めに、第２制御部８０が、第２ニードル弁４０の基端側にかかる燃料の圧力を低下する。これにより、第２ニードル弁４０が基端側へ移動し、第２ニードル弁４０のシール部４２より先端側の隙間Ｂへ燃料が供給される。隙間Ｂへ供給された高圧燃料は、第２噴孔３４を通り抜け、第１ニードル弁３０のシール部３２よりも先端側へ供給される。このとき、第２噴孔３４の燃料出口開口部３４ａが第１噴孔２１の燃料入口開口部２１ａよりも基端側に位置することから、第２噴孔３４を流れる燃料が直接第１噴孔２１へ抜け出てしまうことがない。このため、第１ニードル弁３０の先端側の圧力が上昇する。次に、第２ニードル弁４０が基端側へ移動した後、第１制御部７０が、第１ニードル弁３０の基端側にかかる燃料の圧力を低下する。このとき、第１ニードル弁３０のシール部３２よりも先端側に高圧燃料が供給されているため、第１ニードル弁３０の先端側において、コモンレール９０から供給された高圧燃料から圧力を受ける受圧面積が大きくなる。このため、第１ニードル弁３０の押上げ力が大きく、開弁までの時間が短縮される。従って、第１ニードル弁３０の開弁時期が早まる。また、第１ニードル弁３０の内側の第２噴孔３４よりも先端側には、燃料が充填されているため、第１ニードル弁３０の移動速度が低下する。第１ニードル弁３０の移動速度が低下すると、外側テーパ面３１がノズルボディ２０のテーパ面２２から離間する速度が遅くなるため、隙間Ａはゆっくりと拡大する。このため、隙間Ａが狭い状態の期間が長くなり、隙間Ａがキャビテーションの発生を促進するのに適した通路幅となる期間が拡張される。したがって、第１噴孔２１から噴射される燃料は、キャビテーションの発生により燃料の微粒化が促進されるため、ペネトレーションを抑制した噴霧を形成できる。
【００２７】
次に、第１ニードル弁３０の基端側に加わる燃料の圧力とリフトの関係を説明する。図４は、第１ニードル弁３０のリフトを指示する駆動パルスを受けた場合の制御室圧と、第１ニードル弁３０のリフト量との時間応答を示した説明図である。制御室圧は、第１ニードル弁３０の基端側に設けられた燃料が溜まる部屋であり、制御室内の燃圧を第１制御部７０が調節することにより第１ニードル弁３０の移動を調節している。図４において、実線は低ペネトレーションの噴霧を形成する場合、すなわち、第２ニードル弁４０のリフト後、第１ニードル弁３０がリフトする場合を示している。また、図４において、破線は高ペネトレーションの噴霧を形成する場合、すなわち、第１ニードル弁３０と第２ニードル弁４０とが一体となってリフトする場合を示している。図４中の第１ニードル弁３０のリフト量がＬ以下である場合、隙間Ａが狭小であり、キャビテーションが発生しやすい。なお、図中時刻０において駆動パルスを受けたものとしている。
【００２８】
低ペネトレーションの噴霧を形成する場合では、高ペネトレーションの噴霧を形成する場合と比較して制御室の圧力が高い状態であっても、第１ニードル弁３０がリフトするため、駆動パルスを受けてから、第１ニードル弁３０のリフト開始時期が早い。また、リフトの上昇速度は、高ペネトレーションの噴霧を形成する場合と比較して遅く、第１ニードル弁３０のリフト開始からリフト量がＬに達するまでの時間（矢示Ｃ）が長くなる。
【００２９】
以上説明したように、本実施例の燃料噴射弁１０は、第１ニードル弁３０と第２ニードル弁４０とを一体にしてリフトする場合、高いペネトレーションの噴霧を形成する。また、燃料噴射弁１０は、第１ニードル弁３０のリフト前に第２ニードル弁４０をリフトすることにより、第１ニードルのリフト時期を早めるとともに、リフト速度を低下して、キャビテーションの発生促進期間を延長する。このように第１ニードル弁３０と第２ニードル弁４０のリフトを変更することにより、エンジンの運転に適した噴射燃料の噴霧を形成することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
例えば、図５に示すように、第２噴孔１３４は、第１ニードル弁１３０がノズルボディ２０に着座する時、第２噴孔１３４の外側テーパ面１３１側の燃料出口開口部１３４ａが第１噴孔２１の燃料入口開口部２１ａよりも先端側に位置する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０ 燃料噴射弁
２０ ノズルボディ
２１ 第１噴孔
２１ａ 燃料入口開口部
３０、１３０ 第１ニードル弁
３４、１３４ 第２噴孔
３４ａ、１３４ａ 燃料出口開口部
４０ 第２ニードル弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関が備える燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、燃料噴射弁から噴射される燃料は、空気と混合されて混合気となり、点火、着火されて燃焼する。噴射された燃料は、粒子が微細化されるほど空気と混合しやすく、空気とよく混合するほど燃焼効率が向上する。燃料を微粒化する手段として、燃料噴射弁内で燃料にキャビテーションを発生させることが挙げられる。燃料噴射弁内において燃料にキャビテーションが発生する原理は、特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１によると、図１に示すような噴孔２が形成されたノズルボディ３内に収納したニードル弁４の開閉により噴射を制御する燃料噴射弁１において、燃料の噴射時にニードル弁４が開弁する。ニードル弁４が開弁することによりノズルボディ３のテーパ部３ａとニードル弁４のテーパ部４ａとの間に形成される通路５から噴孔２へ燃料が流れ込む際に、燃料流が取り付け角θに沿って曲げられ、曲がりの内側となる領域６でキャビテーションが発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４３９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の燃料におけるキャビテーションは、ニードル弁４のリフト量が大きくなり、ノズルボディ３のテーパ部３ａとニードル弁４のテーパ部４ａとの間に形成される通路５が拡大するにつれて発生しにくくなる。このため、ニードル弁のリフト量が増加した際には、キャビテーションの発生を利用した燃料の微粒化が実行できず、燃料を微粒化する期間が十分とはいえなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、燃料の微粒化を促進するキャビテーションの発生時期を延長することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決する本発明の燃料噴射弁は、先端側に第１噴孔が形成された中空円筒形状のノズルボディと、前記ノズルボディの内側に摺動可能に組み込まれ、前記第１噴孔よりも基端側において前記ノズルボディに着座してシールし、着座時にシール位置よりも先端側において前記ノズルボディとの間に隙間を形成し、前記シール位置よりも先端側に第２噴孔が形成され、先端側に作用する燃圧と基端側に作用する燃圧の差を利用して開閉する中空円筒形状の第１ニードル弁と、前記第１ニードル弁の内側に摺動可能に組み込まれ、前記第２噴孔よりも基端側において着座しシールする第２ニードル弁と、を備え、燃料噴射時に前記第１ニードル弁のリフト前に前記第２ニードル弁をリフトすることを特徴とする。
【０００８】
このような構成としたことにより、第１ニードル弁とノズルボディ間に生じる隙間がキャビテーションの発生時間を延長させるため、噴射される燃料がキャビテーションにより微粒化される期間を延長することができる。
【０００９】
上記の燃料噴射弁において、低貫徹力の噴霧を形成する噴射時に前記第１ニードルのリフト前に前記第２ニードルをリフトし、高貫徹力の噴霧を形成する噴射時に前記第１ニードルと前記第２ニードルとを一体にしてリフトする構成とすることができる。このような構成とすることにより、キャビテーションにより噴霧の微粒化を促進する噴射と、噴霧の貫徹力を維持する噴射とを切替え、選択して使い分けることができる。
【００１０】
上記の燃料噴射弁において、前記第１噴孔の燃料入口開口部が前記第２噴孔の燃料出口開口部よりも先端側または基端側に位置する構成とすることができる。このような構成とすることにより、第２噴孔による第１噴孔を流れる燃料への影響を抑制することができる。すなわち、第２噴孔からの燃焼の流れが、第１噴孔から噴射される燃料の流れを妨げることを抑制できる。また、このような構成により、第２噴孔から第１ニードルの先端側へ供給される燃料の第１噴孔からの漏洩が抑制されるため、第１ニードル先端側の燃圧を上昇し、第１ニードルの開弁を早めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の燃料噴射弁は、噴射される燃料がキャビテーションにより微粒化される期間を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来の燃料噴射弁の先端部の構成を示した説明図である。
【図２】本実施例の燃料噴射弁の構成を示した説明図である。
【図３】図２中のシール部の周囲を拡大して示した説明図である。
【図４】第１ニードル弁のリフトを指示する駆動パルスを受けた場合の制御室圧と、第１ニードル弁のリフト量との時間応答を示した説明図である。
【図５】他の例のシール部の周囲を拡大して示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための一形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
（燃料噴射弁の構成）
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図２は本実施例の燃料噴射弁１０の構成を示した説明図である。図３は図２中のシール部３２の周囲を拡大して示した説明図である。
【００１５】
燃料噴射弁１０は、例えば、先端部分が筒内に突出するように、エンジンのシリンダヘッドに装着され、燃料噴射装置の一部として用いられる。
【００１６】
燃料噴射弁１０は、先端側に第１噴孔２１が形成された中空円筒状のノズルボディ２０と、ノズルボディ２０の内側に摺動可能に組み込まれた中空円筒状の第１ニードル弁３０と、第１ニードル弁３０の内側に摺動可能に組み込まれた第２ニードル弁４０とを備えている。なお、本実施例の説明において、先端側とはノズルボディ２０の先端側、すなわち、図２中の下側を示し、基端側とはノズルボディ２０の基端側、すなわち、図２中の上側を示すものとする。
【００１７】
ノズルボディ２０の内側は先端に向かってテーパ状に窄まるテーパ面２２が形成されている。このテーパ面２２に第１噴孔２１が形成されており、ノズルボディ２０の内部と外部とが連通されている。
【００１８】
第１ニードル弁３０は外側先端が尖形にテーパした外側テーパ面３１を備えている。第１ニードル弁３０の外側テーパ面３１の基端側にはシール部３２が設けられている。第１ニードル弁３０がノズルボディ２０に着座する場合、シール部３２がノズルボディ２０の第１噴孔２１よりも基端側においてテーパ面２２に接触しシールする。また、第１ニードル弁３０がノズルボディ２０に着座する時、シール部３２の先端側において、外側テーパ面３１とノズルボディ２０のテーパ面２２との間に隙間Ａが形成される。
【００１９】
第１ニードル弁３０の内側は先端に向かってテーパ状に窄まる内側テーパ面３３が形成されている。また、シール部３２よりも先端側に第２噴孔３４が形成されている。すなわち、内側テーパ面３３側に第２噴孔３４の一端が開口し、外側テーパ面３１側に第２噴孔３４の他端が開口し、第１ニードル弁３０の内部と外部とが連通されている。第１ニードル弁３０がノズルボディ２０に着座する時、第２噴孔３４の外側テーパ面３１側の燃料出口開口部３４ａが第１噴孔２１の燃料入口開口部２１ａよりも基端側に位置する。このように第２噴孔３４の燃料出口開口部３４ａと第１噴孔２１の燃料入口開口部２１ａとが対向しないように形成したことにより、第２噴孔３４を通る燃料が第１噴孔２１から噴射される燃料へ与える影響を少なくしている。
【００２０】
第２ニードル弁４０は外側先端が尖形にテーパしたテーパ面４１を備えている。第２ニードル弁４０のテーパ面４１の基端側にはシール部４２が設けられている。第２ニードル弁４０が第１ニードル弁３０内において着座する場合、シール部４２が第１ニードル弁３０の第２噴孔３４よりも基端側において内側テーパ面３３に接触し、シールする。また、第２ニードル弁４０が第１ニードル弁３０に着座する時に、シール部４２の先端側において、テーパ面４１と第１ニードル弁３０の内側テーパ面３３との間に隙間Ｂが形成される。
【００２１】
さらに、燃料噴射弁１０では、ノズルボディ２０の内周壁２３と第１ニードル弁３０の外周壁３５との間に、燃料が通過可能な燃料通路５０が区画されている。また、第１ニードル弁３０の内周壁３６と第２ニードル弁４０の外周壁４３との間には、燃料が通過可能な燃料通路６０が区画されている。燃料通路５０と燃料通路６０とは、燃料噴射弁１０の外部に設けられたコモンレール９０に接続されており、コモンレール９０から高圧燃料が供給される。
【００２２】
第１ニードル弁３０の基端側には、第１制御部７０が設けられている。第１制御部７０には、コモンレール９０から燃料が供給されている。第１ニードル弁３０には、基端側の燃料から受ける力と先端側の燃料から受ける力とが加わり、平衡状態が保たれている。第１制御部７０は、第１ニードル弁３０の基端側の燃料圧を調整し、第１ニードル弁３０の先端側に作用する燃圧と基端側に作用する燃圧の差を利用して第１ニードル弁３０を移動させる。また、第２ニードル弁４０の基端側に、第２制御部８０が設けられている。第２制御部８０には、コモンレール９０から燃料が供給されている。第２ニードル弁４０には、基端側の燃料から受ける力と先端側の燃料から受ける力とが加わり、平衡状態が保たれている。第２制御部８０は第２ニードル弁４０の基端側の燃料圧を調整し、第２ニードル弁４０の先端側に作用する燃圧と基端側に作用する燃圧との差を利用して第２ニードル弁４０を移動させる。
【００２３】
（燃料噴射弁の動作）
次に、燃料噴射弁１０の動作について説明する。初めに噴射燃料が高いペネトレーション（貫徹力）の噴霧となる場合について説明する。高いペネトレーションの噴霧を形成するような場合として、例えば、エンジンの運転領域が中高負荷の場合が挙げられる。燃料噴射弁１０が高いペネトレーションの噴霧を形成する噴射時では、第１制御部７０が、第１ニードル弁３０の基端側にかかる燃料の圧力を低下する。これにより、第１ニードル弁３０が基端側へ移動する。このとき、第１ニードル弁３０と第２ニードル弁４０とが一体となって移動する。第１ニードル弁３０が基端側へ移動することにより、シール部３２よりも先端側へ燃料が供給されて第１噴孔２１から燃料が噴射される。このような燃料噴射時に、外側テーパ面３１とノズルボディ２０のテーパ面２２との間に形成された隙間Ａが狭小である場合には、隙間Ａから第１噴孔２１へ燃料が流れ込む際に、燃料流が急速に曲げられ、キャビテーションが発生する。
【００２４】
高いペネトレーションの求められる噴射の場合、ニードルの開弁は、第１ニードル弁３０の先端側において、コモンレール９０から供給された高圧燃料から圧力を受ける受圧面積が小さいため、初期押し上げ力が小さい。このため、第１ニードル弁３０がリフトを開始するまでに時間を要する。一方、第１ニードル弁３０がリフトを開始すると、シール部３２よりも先端側へ燃料が流れ込むため、第１ニードル弁３０の先端側において高圧燃料から圧力を受ける受圧面積が増加する。これにより、第１ニードル弁３０を基端側へ押しつける力が増加し、第１ニードル弁３０が急速に移動する。第１ニードル弁３０が急速に移動すると、外側テーパ面３１がノズルボディ２０のテーパ面２２から離間し、隙間Ａが急速に拡大する。隙間Ａが拡大することにより、第１噴孔２１へ流れ込む燃料流の曲がりが緩やかになり、キャビテーションの発生が抑えられる。以上の理由から、中高負荷運転領域では、隙間Ａがキャビテーションの発生を促進するのに適した通路幅となる期間が短い。このため、中高負荷の運転領域では、キャビテーションの発生が抑えられる。これにより、第１噴孔２１から噴射される燃料は、燃料の流れが整えられて噴射されるため、ペネトレーションの高い状態で噴射され、噴霧を燃焼室内の広範囲に拡散することができる。
【００２５】
次に、噴射燃料が、低ペネトレーションで、燃料の微粒化を促進した噴霧を形成する場合について説明する。燃料の微粒化を促進した噴霧を形成する場合として、例えば、エンジンの運転領域が低負荷の場合が挙げられる。燃料噴射弁１０が噴霧の微粒化を促進した噴霧を形成する噴射時では、第１ニードル弁３０は、燃料噴射時に第１ニードル弁３０をリフトする前に、第２ニードル弁４０をリフトする。すなわち、燃料噴射時には、第１ニードル弁３０を基端側へ移動する以前に、第２ニードル弁４０を基端側へ移動し、テーパ面４１と第１ニードル弁３０の内側テーパ面３３との間の隙間Ｂへ燃料を供給する。
【００２６】
具体的に説明すると、初めに、第２制御部８０が、第２ニードル弁４０の基端側にかかる燃料の圧力を低下する。これにより、第２ニードル弁４０が基端側へ移動し、第２ニードル弁４０のシール部４２より先端側の隙間Ｂへ燃料が供給される。隙間Ｂへ供給された高圧燃料は、第２噴孔３４を通り抜け、第１ニードル弁３０のシール部３２よりも先端側へ供給される。このとき、第２噴孔３４の燃料出口開口部３４ａが第１噴孔２１の燃料入口開口部２１ａよりも基端側に位置することから、第２噴孔３４を流れる燃料が直接第１噴孔２１へ抜け出てしまうことがない。このため、第１ニードル弁３０の先端側の圧力が上昇する。次に、第２ニードル弁４０が基端側へ移動した後、第１制御部７０が、第１ニードル弁３０の基端側にかかる燃料の圧力を低下する。このとき、第１ニードル弁３０のシール部３２よりも先端側に高圧燃料が供給されているため、第１ニードル弁３０の先端側において、コモンレール９０から供給された高圧燃料から圧力を受ける受圧面積が大きくなる。このため、第１ニードル弁３０の押上げ力が大きく、開弁までの時間が短縮される。従って、第１ニードル弁３０の開弁時期が早まる。また、第１ニードル弁３０の内側の第２噴孔３４よりも先端側には、燃料が充填されているため、第１ニードル弁３０の移動速度が低下する。第１ニードル弁３０の移動速度が低下すると、外側テーパ面３１がノズルボディ２０のテーパ面２２から離間する速度が遅くなるため、隙間Ａはゆっくりと拡大する。このため、隙間Ａが狭い状態の期間が長くなり、隙間Ａがキャビテーションの発生を促進するのに適した通路幅となる期間が拡張される。したがって、第１噴孔２１から噴射される燃料は、キャビテーションの発生により燃料の微粒化が促進されるため、ペネトレーションを抑制した噴霧を形成できる。
【００２７】
次に、第１ニードル弁３０の基端側に加わる燃料の圧力とリフトの関係を説明する。図４は、第１ニードル弁３０のリフトを指示する駆動パルスを受けた場合の制御室圧と、第１ニードル弁３０のリフト量との時間応答を示した説明図である。制御室圧は、第１ニードル弁３０の基端側に設けられた燃料が溜まる部屋であり、制御室内の燃圧を第１制御部７０が調節することにより第１ニードル弁３０の移動を調節している。図４において、実線は低ペネトレーションの噴霧を形成する場合、すなわち、第２ニードル弁４０のリフト後、第１ニードル弁３０がリフトする場合を示している。また、図４において、破線は高ペネトレーションの噴霧を形成する場合、すなわち、第１ニードル弁３０と第２ニードル弁４０とが一体となってリフトする場合を示している。図４中の第１ニードル弁３０のリフト量がＬ以下である場合、隙間Ａが狭小であり、キャビテーションが発生しやすい。なお、図中時刻０において駆動パルスを受けたものとしている。
【００２８】
低ペネトレーションの噴霧を形成する場合では、高ペネトレーションの噴霧を形成する場合と比較して制御室の圧力が高い状態であっても、第１ニードル弁３０がリフトするため、駆動パルスを受けてから、第１ニードル弁３０のリフト開始時期が早い。また、リフトの上昇速度は、高ペネトレーションの噴霧を形成する場合と比較して遅く、第１ニードル弁３０のリフト開始からリフト量がＬに達するまでの時間（矢示Ｃ）が長くなる。
【００２９】
以上説明したように、本実施例の燃料噴射弁１０は、第１ニードル弁３０と第２ニードル弁４０とを一体にしてリフトする場合、高いペネトレーションの噴霧を形成する。また、燃料噴射弁１０は、第１ニードル弁３０のリフト前に第２ニードル弁４０をリフトすることにより、第１ニードルのリフト時期を早めるとともに、リフト速度を低下して、キャビテーションの発生促進期間を延長する。このように第１ニードル弁３０と第２ニードル弁４０のリフトを変更することにより、エンジンの運転に適した噴射燃料の噴霧を形成することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
例えば、図５に示すように、第２噴孔１３４は、第１ニードル弁１３０がノズルボディ２０に着座する時、第２噴孔１３４の外側テーパ面１３１側の燃料出口開口部１３４ａが第１噴孔２１の燃料入口開口部２１ａよりも先端側に位置する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０ 燃料噴射弁
２０ ノズルボディ
２１ 第１噴孔
２１ａ 燃料入口開口部
３０、１３０ 第１ニードル弁
３４、１３４ 第２噴孔
３４ａ、１３４ａ 燃料出口開口部
４０ 第２ニードル弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端側に第１噴孔が形成された中空円筒形状のノズルボディと、
前記ノズルボディの内側に摺動可能に組み込まれ、前記第１噴孔よりも基端側において前記ノズルボディに着座してシールし、着座時にシール位置よりも先端側において前記ノズルボディとの間に隙間を形成し、前記シール位置よりも先端側に第２噴孔が形成され、先端側に作用する燃圧と基端側に作用する燃圧の差を利用して開閉する中空円筒形状の第１ニードル弁と、
前記第１ニードル弁の内側に摺動可能に組み込まれ、前記第２噴孔よりも基端側において着座しシールする第２ニードル弁と、
を備え、
燃料噴射時に前記第１ニードル弁のリフト前に前記第２ニードル弁をリフトする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、
低貫徹力の噴霧を形成する噴射時に前記第１ニードルのリフト前に前記第２ニードルをリフトし、高貫徹力の噴霧を形成する噴射時に前記第１ニードルと前記第２ニードルとを一体にしてリフトすることを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料噴射弁において、
前記第１噴孔の燃料入口開口部が前記第２噴孔の燃料出口開口部よりも先端側または基端側に位置することを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項１】
先端側に第１噴孔が形成された中空円筒形状のノズルボディと、
前記ノズルボディの内側に摺動可能に組み込まれ、前記第１噴孔よりも基端側において前記ノズルボディに着座してシールし、着座時にシール位置よりも先端側において前記ノズルボディとの間に隙間を形成し、前記シール位置よりも先端側に第２噴孔が形成され、先端側に作用する燃圧と基端側に作用する燃圧の差を利用して開閉する中空円筒形状の第１ニードル弁と、
前記第１ニードル弁の内側に摺動可能に組み込まれ、前記第２噴孔よりも基端側において着座しシールする第２ニードル弁と、
を備え、
燃料噴射時に前記第１ニードル弁のリフト前に前記第２ニードル弁をリフトする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、
低貫徹力の噴霧を形成する噴射時に前記第１ニードルのリフト前に前記第２ニードルをリフトし、高貫徹力の噴霧を形成する噴射時に前記第１ニードルと前記第２ニードルとを一体にしてリフトすることを特徴とした燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料噴射弁において、
前記第１噴孔の燃料入口開口部が前記第２噴孔の燃料出口開口部よりも先端側または基端側に位置することを特徴とした燃料噴射弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２２６３６１（Ｐ２０１１−２２６３６１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９６２６２（Ｐ２０１０−９６２６２）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]