説明

燃料噴射弁

【課題】噴孔への燃料流入速度、燃料噴射速度が遅い期間を短縮し、噴射燃料の良好な微粒化を実現することを課題とする。
【解決手段】燃料噴射弁1は、ノズルボディ2とニードル3を備える。ノズルボディ2は、燃料流路4の下流端部に位置するサック室5と、サック室5の上流側に位置するシート面6と、シート面6の下流側に位置する噴孔7を有する。ニードル3は、閉弁時にシート面6に着座するシート部8と、シート部8から先端側に向かうに従って凹状に縮径された縮径部9と、縮径部9から先端側に向かって連続し、閉弁時にサック室5内へ収納され、サック室5内の燃料を押し出す先端凸部11を有する。これにより、燃料噴射開始時は、サック室5内に負圧を生じさせて燃料を引き寄せ、噴射速度の立ち上がりを短縮する。そして、噴射終了時は、サック室5内の燃料が先端凸部によって排出しきるまで高い燃料噴射速度を維持する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【0002】
直接噴射式の内燃機関において、燃料噴射弁から噴射される燃料の微粒化が排気ガス成分やエンジン出力に影響を与えることが知られている。従来、燃料噴射量の個体間ばらつきを抑えると共に、燃料噴霧の微粒化を促進することを課題とした燃料噴射ノズル(燃料噴射弁)が提案されている(例えば、特許文献1)。特許文献1に開示された燃料噴射ノズルは、下端部に円筒面が設けられたニードルを備え、この円筒面が1段目のリフト領域で噴孔の入り口上端と径方向に対向している。そして、このとき、円筒面と噴孔の入口上端位置でのシート面との間に形成される環状の隙間が最小流路面積となるように設計されるとしている。これにより、1段目の最大リフト量がばらついても、噴射量のばらつきを防止できるとしている。また、1段目のリフトでは、円筒面に沿って噴孔の入口部に向かう流れと、サック室から噴孔の入口に向かう燃料流れとが噴孔の入口部で衝突するため、噴孔に流入する燃料の流れが乱され、噴孔からエンジン気筒内に噴射される噴霧の微粒化が促進されるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2001−317433号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、前記特許文献1に開示された燃料噴射ノズルは、燃料噴射終了時において、サック室内に燃料を残存させる。燃料噴射が開始されるとき、ニードルがリフトするとサック室内は負圧となる。サック室内に残存している燃料は、サック室内が負圧となり、減圧されている期間は噴孔へ向かうことができず、噴孔へ向かう燃料流れの増量に寄与することができないおそれがある。サック室内の燃料が噴孔へ向かう燃料流れの増量に寄与することができないと、噴射開始時の噴孔への燃料流入速度、燃料噴射速度の向上が不十分となり、燃料の微粒化が十分に促進されないことが考えられる。
【0005】
そこで、本明細書開示の燃料噴射弁は、噴孔への燃料流入速度、燃料噴射速度が遅い期間を短縮し、噴射燃料の良好な微粒化を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
かかる課題を解決するために、本明細書開示の燃料噴射弁は、燃料流路の下流端部に位置するサック室と、当該サック室の上流側に位置するシート面と、当該シート面の下流側に位置する噴孔と、が設けられたノズルボディと、閉弁時に前記シート面に着座するシート部と、当該シート部から先端側に向かうに従って凹状に縮径された縮径部と、当該縮径部から先端側に向かって連続し、閉弁時に前記サック室内へ収納され、前記サック室内の燃料を押し出す先端凸部と、が設けられたニードルと、を、備えたことを特徴としている。
【0007】
噴射開始時にニードルがリフトし始めると、サック室内が負圧となり、サック室内には燃料流路から燃料が引き寄せられる。そして、一旦サック室内に貯留された燃料は引き続きサック室内に流入する燃料によって上流側に押し出され、噴孔から噴射される。また、ニードルが下降するときに、先端凸部がサック室に浸入することによってサック室内の燃料が押し出される。押し出された燃料は上流側から供給された燃料と合流して噴孔から噴射される。すなわち、噴射される燃料は、サック室内の燃料と上流側から流入する燃料とが合算された量となる。噴射される燃料量が増量されることにより噴孔への燃料流入速度、噴孔からの燃料噴射速度が増大し、その結果、極低リフト域においても噴射燃料の微粒化を促進することができ、排出ガス中の有害物質を低減することができる。
【発明の効果】
【0008】
本明細書開示の燃料噴射弁によれば、噴孔への燃料流入速度、燃料噴射速度が遅い期間を短縮し、噴射燃料の良好な微粒化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】図1は、実施例の燃料噴射弁の概略構成を示す説明図である。
【図2】図2は、実施例の燃料噴射弁の開弁開始時におけるニードルリフトの様子を示す説明図である。
【図3】図3は、実施例の燃料噴射弁のニードルがリフトした状態を示す説明図である。
【図4】図4は、実施例の燃料噴射弁の閉弁時におけるニードルの状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されている場合もある。
【実施例】
【0011】
図1は、実施例の燃料噴射弁1の概略構成を示す説明図である。図1は、説明の都合上、燃料噴射弁1を分解した状態で、その先端部分を拡大して示している。燃料噴射弁1は、ノズルボディ2と、このノズルボディ2内に摺動自在に設けられたニードル3を備えている。
【0012】
ノズルボディ2は、内部に形成される燃料流路4の下流端部に位置するサック室5が設けられている。サック室5の上流側には、シート面6が設けられている。シート面6の下流側には、噴孔7が設けられている。噴孔7は、ノズルボディ2の軸線に対し放射状に複数列設けられている。
【0013】
ニードル3は、燃料噴射弁1の閉弁時にノズルボディ2が備えるシート面6に着座するシート部8を備えている。また、ニードル3は、シート部8から先端側に向かうに従って凹状に縮径された縮径部9を備えている。さらに、ニードル3は、縮径部9から先端側に向かって連続し、閉弁時にサック室5内へ収納され、このサック室5内の燃料を押し出す先端凸部10を備えている。
【0014】
つぎに、このような燃料噴射弁1の動作を燃料の移動の様子と共に説明する。まず、図2を参照しつつ、燃料噴射弁1が閉弁状態から開弁状態へ移行するときのニードル3の動作につき説明する。図2は、閉弁状態から開弁状態へ移行する燃料噴射弁1を時系列的に示している。具体的には、閉弁状態が(A)に示され、その状態からわずかにニードル3がリフトし始めた極低リフト状態が(B)に示されている。そして、ニードル3の低リフト状態が(C)に示されている。
【0015】
(A)に示す燃料噴射弁1の閉弁状態において、先端凸状部10は、サック室5内に収納されている。このため、サック室5内には燃料は残存していない。この状態からニードル3がリフトを開始すると、(B)に示すようにサック室5内に負圧が生じる。サック室5内に負圧が生じると、燃料流路4を通じて燃料がサック室5内へ流入し始める。このとき、燃料流路4を流れる燃料は、サック室5に生じた負圧によってサック室5内へ引き込まれる。このため、燃料は、噴孔7には流れ込むことがない。シート面6とシート部8との間を流通する燃料は、慣性を持ち、後続の燃料を引っ張ることになる。
【0016】
(B)に示す状態から(C)に示すようにニードル3がさらにリフトすると、サック室5内にさらに燃料が流入する。そして、燃料が噴孔7から噴射されるようになる。このような経過を辿る燃料の噴孔への流入速度は即座に向上する。すなわち、噴孔への燃料流入速度が遅く、燃料噴射速度が遅い期間が短縮され、噴射燃料の良好な微粒化を実現することができる。
【0017】
つぎに、図3を参照しつつ、ニードル3がリフトしたときのノズルボディ2とニードル3との関係について説明する。ニードル3は、凹状に縮径された縮径部9を備えている。このため、ニードル3のリフト時にシート面6とシート部8とに囲まれた領域に、環状容積部11を創出する。この環状容積部11が存在することにより、ノズルボディ2の軸線に対し放射状に配置された各噴孔7からの噴霧のばらつきを抑えることができる。
【0018】
つぎに、図4を参照しつつ、燃料噴射弁1が開弁状態から閉弁状態へ移行するときのニードル3の動作につき説明する。図4は、開弁状態から閉弁状態へ移行する燃料噴射弁1を時系列的に示している。具体的には、低リフト状態の開弁状態を(A)に示し、その状態からわずかにニードル3が下降し始めた極低リフト状態を(B)に示している。そして、ニードル3が完全に下降した閉弁状態を(C)に示している。
【0019】
(A)に示す燃料噴射弁1の低リフト状態において、燃料は噴孔7から噴射されている。この状態からニードル3が下降し始めると、(B)に示すように先端凸状部10がサック室5内に浸入し、サック室5内の燃料を押し出す。ここで、燃料流路4の上流側から噴孔7へ流入する燃料量をaとし、サック室5内から押し出された燃料量をbとすると、噴孔7から噴射される燃料量はa+bとなる。このように、噴孔7から噴射される燃料は、サック室5内の燃料と上流側から流入する燃料とが合算された量となる。噴射される燃料量が増量されることにより噴孔への燃料流入速度、噴孔からの燃料噴射速度が増大し、その結果、極低リフト域においても噴射燃料の微粒化を促進することができ、排出ガス中の有害物質を低減することができる。
【0020】
サック室5内の燃料が押し出される作用は、(C)に示すようにニードル3の先端凸部10がサック室5内に完全に収納されるまで継続される。この結果、燃料噴射期間の終了間際まで燃料噴射速度を維持することができる。
【0021】
以上説明したように、本実施例の燃料噴射弁1によれば、燃料噴射直後から燃料噴射間際に亘って燃料噴射速度を高い状態に維持することができ、燃料噴霧の微粒化を促進することができる。
【0022】
燃料噴射弁1の先端凸状部10は、サック室5内の燃料を全量排出することが可能である。このため、燃料噴射開始時は、サック室5内に負圧を生じさせ、その負圧の作用により上流から燃料を引き寄せることができる。この結果、噴射速度の立ち上がりを短縮することがでる。そして、噴射終了時は、サック室5内の燃料が先端凸部によって排出しきるまで高い燃料噴射速度を維持することができる。また、このように、閉弁時において凸状部10がサック室5内に収納され、サック室5内には燃料が残存しないため、閉弁時の燃料の後垂れも抑制することができる。
【0023】
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。
【符号の説明】
【0024】
1…燃料噴射弁 2…ノズルボディ 3…ニードル 4…燃料流路
5…サック室 6…シート面 7…噴孔 8…シート部
9…縮径部 10…先端凸状部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料流路の下流端部に位置するサック室と、当該サック室の上流側に位置するシート面と、当該シート面の下流側に位置する噴孔と、が設けられたノズルボディと、
閉弁時に前記シート面に着座するシート部と、当該シート部から先端側に向かうに従って凹状に縮径された縮径部と、当該縮径部から先端側に向かって連続し、閉弁時に前記サック室内へ収納され、前記サック室内の燃料を押し出す先端凸部と、が設けられたニードルと、
を、備えたことを特徴とする燃料噴射弁。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−256837(P2011−256837A)
【公開日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−134274(P2010−134274)
【出願日】平成22年6月11日(2010.6.11)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【Fターム(参考)】