JP4297041B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズルに関するものである。

［従来の技術］
近年、内燃機関、特にディーゼルエンジンより排出される排気ガス中に含まれる有害物質（ＮＯｘ、ＨＣ、スモーク等）の低減と、ディーゼルエンジンを理想的な性能（例えば低燃費、高出力）で運転するという要求とを両立させる目的で、ディーゼルエンジンの運転条件に応じて燃料の噴射率を可変にすることが要求されている。この要求を実現するために、従来の技術として、開弁圧とニードルリフト量とを２段階に設定することが可能な２段開弁圧ノズル（２スプリングノズル）や、ニードルリフト量に応じて噴孔面積を２段階に変更することが可能な２段可変噴孔ノズルが公知となっている。

２段開弁圧ノズルにおいては、ノズルニードルがリフトを開始してからプレリフト量までの範囲では第１スプリングで設定される第１開弁圧以上でノズルニードルが開弁方向に移動し、プレリフト量から最大リフト量までの範囲では第１スプリングと第２スプリングとの合力で設定される第２開弁圧以上でノズルニードルが開弁方向に移動する。一般的には、第１開弁圧を低速低負荷領域に適合させ、第２開弁圧を高速高負荷領域に適合させている。また、２段可変噴孔ノズルにおいては、低負荷時に複数の噴孔のうちの一部の噴孔からのみ燃料を噴射させることでエミッション（特にＨＣ、スモーク）を低減し、高負荷時には複数の噴孔のうちの全ての噴孔から燃料を噴射させることで噴射期間短縮による低燃費化とスモークの低減化を図っている。

ここで、上記の２段可変噴孔ノズルの一例として、図１１に示したようなツインニードル方式の燃料噴射ノズルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、密着面よりノズル噴孔部側へとの延びる軸方向孔１０１を有するノズルボデー１０２と、このノズルボデー１０２の図示上端面に結合するハウジング１０３と、このハウジング１０３の図示上端面に結合するパッキン１０４と、ノズルボデー１０２の円錐形状のシート面に着座、離座してノズル噴孔部のうちの一部の第１噴孔群１１１を閉塞、開放するインナニードル１０５と、ノズルボデー１０２のシート面に着座、離座してノズル噴孔部のうちの残部の第２噴孔群１１２を閉塞、開放する筒状のアウタニードル１０６とによって燃料噴射ノズル１００が構成されている。

なお、パッキン１０４の図示下端面には、アウタニードル１０６と連動するピストン１１３の図示上端面に当接してインナニードル１０５とアウタニードル１０６との最大リフト量を規制する規制面が形成されている。また、ノズルボデー１０２の内部には、アウタニードル１０６の外周に設けられた円環状の受圧部１１４に、内部に導入される燃料の油圧力がアウタニードル１０６の開弁方向に作用する圧力室（油溜まり室）１１５が設けられている。また、ハウジング１０３とパッキン１０４との間には、内部に導入される燃料の油圧力がアウタニードル１０６の閉弁方向に作用する第１制御室１２１が設けられている。また、インナニードル１０５の軸状ニードル頭部１１６の図示上端面とピストン１１３の内周面との間には、第１制御室１２１にピストン１１３内に形成された連通路１１７を介して連通し、内部に導入される燃料の油圧力がインナニードル１０５の閉弁方向に作用する第２制御室１２２が設けられている。

［従来の技術の不具合］
ところが、特許文献１に記載の燃料噴射ノズル１００においては、アウタニードル１０６を閉弁方向に付勢するスプリング１０７を有しているが、インナニードル１０５を閉弁方向に付勢するスプリングが設けられていないため、インナニードル１０５がシート面より離座して第１噴孔群１１１を開放した直後に、インナニードル１０５をすぐにシート面に着座させて第１噴孔群１１１を閉塞することができず、図１２に示したように、インナニードル１０５の実閉弁時期がアウタニードル１０６の閉弁時期と同時かもしくはそれ以降となる。

これにより、噴射率波形は、図１２に示したように、初期噴射率を低減することが可能なブーツ型の噴射率波形形状となるが、燃料噴射後期、つまりインナニードル１０５およびアウタニードル１０６が閉弁方向に移動する時期には、インナニードル１０５がシート面に着座する前にアウタニードル１０６がシート面に着座するため、ノズルボデー１０２のシート面とインナニードル１０５のシート部（図示下端部）との間に燃料が残り、その燃料がアウタニードル１０６がシート面に着座する際に燃焼室内に噴射されてしまう可能性があるため、燃料噴射終了時の噴射切れ（シャープカット）が悪く、後燃え割合が増え、スモークやパティキュレート排出量の増加をもたらすという問題が生じている。

そのため、この課題を解決するためにインナニードル１０５にスプリングを設置したいが、必要荷重を与えるためには、スプリングの太さが必要となり、特許文献１に記載の燃料噴射ノズル１００のインナニードル１０５の上部で、且つアウタニードル１０６の内部にスプリングを設置することは非常に困難である。また、ノズル外形形状を従来の燃料噴射ノズルのままとすると、内径が大きくなるものと思われ、耐圧性の低下に伴いノズル耐久性が低下する。さらに、従来の燃料噴射ノズルとの互換性を考えると、ツインニードルを収容するノズルボデー１０２、ハウジング１０３の内外径を太くすることは得策ではない。
国際公開第０３／０６９１５１号パンフレット（第１−１６頁、図１−図４）

本発明の目的は、インナニードルがハウジングのシート面に着座して複数の噴孔のうちの一部の第１噴孔群を閉塞した後に、アウタニードルがハウジングのシート面に着座して複数の噴孔のうちの残部の第２噴孔群を閉塞するように構成することで、インナニードルの実閉弁時期のばらつきを抑制して、燃料噴射終了時の噴射切れ（シャープカット）を向上させることのできる燃料噴射ノズルを提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、アウタニードルがハウジングの軸方向孔内に往復移動自在に収容されており、また、インナニードルがアウタニードルの筒状のニードル保持部内に往復移動自在に収容されている。そして、インナニードルおよびアウタニードルが複数の噴孔を閉塞する方向（閉弁方向）に移動する際には、先ずインナニードルがハウジングのシート面に着座して複数の噴孔のうちの一部の第１噴孔群を閉塞する。その後に、アウタニードルのニードル保持部がインナニードルのフランジ部より分離してアウタニードルがハウジングのシート面に着座して複数の噴孔のうちの残部の第２噴孔群を閉塞するように構成されている。

すなわち、インナニードルの実閉弁時期がアウタニードルの実閉弁時期よりも早いので、ハウジングのシート面とインナニードルとの間に燃料が残り、その燃料がアウタニードルがシート面に着座する際に内燃機関に噴射されてしまうことがなくなる。これにより、後燃え割合が減るので、スモークやパティキュレート排出量を抑制することが可能となる。したがって、ノズル耐久性の低下やノズルの体格の大型化を伴うことなく、燃料噴射終了時の噴射切れ（シャープカット）を向上させることができるので、内燃機関における燃焼状態の悪化や、内燃機関より排出されるエミッションの悪化を防止することができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、インナニードルのフランジ部とアウタニードルのニードル保持部との対向部は、アウタニードルが最大リフト量からプレリフト量まで閉弁方向に下降する際に、インナニードルのフランジ部とアウタニードルのニードル保持部とが直接当接する当接対向部と、アウタニードルがプレリフト量からシート面に着座するまで閉弁方向に下降する際に、インナニードルのフランジ部とアウタニードルのニードル保持部との間に制御室内の燃料が入り込んで制御室内の油圧力を受ける受圧対向部とに区分されている。これにより、アウタニードルのニードル保持部がインナニードルのフランジ部から離脱する際に、制御室内の燃料がインナニードルのフランジ部とアウタニードルのニードル保持部との間に流入し易くなるので、インナニードルのフランジ部とアウタニードルのニードル保持部との間に発生するスクイーズ力を低減することができる。したがって、アウタニードルがハウジングのシート面に着座して複数の噴孔のうちの残部の第２噴孔群を閉塞する実閉弁時期の遅れを防止でき、燃料の噴射期間が延びることを防止できるので、内燃機関に噴射される実際の燃料噴射量が狙い通りの噴射量となり、ばらつかず安定する。

請求項２に記載の発明によれば、上記の当接対向部には、インナニードルのフランジ部またはアウタニードルのニードル保持部との間に形成される隙間が、インナニードルの軸方向に対して略直交する半径方向の外径側または内径側に向けて徐々に拡げるように微小角度の傾斜面または曲率面が設けられている。これによって、インナニードルのフランジ部とアウタニードルのニードル保持部との間に発生するスクイーズ力を更に低減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、制御室内部に燃料が導入されると制御室内の油圧力が上昇し、インナニードルおよびアウタニードルが複数の噴孔を閉塞する方向（閉弁方向）に移動する。このとき、アウタニードルのニードル保持部の環状端面がインナニードルのフランジ部に係止されているため、アウタニードルおよびインナニードルの移動量がプレリフト量まで下降してインナニードルがハウジングのシート面に着座するまでの間は、第１、第２スプリングの付勢力によって、インナニードルおよびアウタニードルが複数の噴孔を閉じる方向（閉弁方向）に移動する。そして、アウタニードルおよびインナニードルの移動量がプレリフト量まで下降すると、インナニードルがハウジングのシート面に着座し、複数の噴孔のうちの一部の第１噴孔群が閉塞される。さらに、アウタニードルの移動量がプレリフト量よりも小さくなると、第１スプリングの付勢力がなくなる。したがって、アウタニードルの移動量がプレリフト量よりも小さくなり、アウタニードルがハウジングのシート面に着座するまでの間は、第２スプリングの付勢力によって、アウタニードルが複数の噴孔を閉じる方向（閉弁方向）に移動する。そして、アウタニードルがハウジングのシート面に着座すると、複数の噴孔のうちの残部の第２噴孔群が閉塞される。

請求項４に記載の発明によれば、インナニードルを閉弁方向に付勢する第１スプリングを、インナニードルのニードル頭部よりも外径側で、且つインナニードルのフランジ部とパッキンとの間に形成される第１内部空間内に収容し、また、アウタニードルを閉弁方向に付勢する第２スプリングを、ハウジングの軸方向孔の内周とアウタニードルのニードル保持部の外周との間に形成される第２内部空間内に収容している。これによって、ハウジングの内外径やアウタニードルの外径を大きくすることなく、ハウジングの制御室内に、インナニードルを閉弁方向に付勢することが可能な第１スプリングを収容することができるので、ノズルニードルの肉厚寸法が減少することはない。これにより、耐圧性の低下を防止できるので、ノズル耐久性の低下を防止することができる。また、ハウジングの内外径が大きくならないので、従来の燃料噴射ノズルのノズルハウジングを共用化できる。これにより、従来の燃料噴射ノズルとの互換性に優れる。

本発明を実施するための最良の形態は、インナニードルの実閉弁時期のばらつきを抑制して、燃料噴射終了時の噴射切れ（シャープカット）を向上させるという目的を、インナニードルがシート面に着座した後に、アウタニードルがシート面に着座するように構成することで実現した。また、アウタニードルのニードル保持部とインナニードルのフランジ部との間に発生するスクイーズ力を低減するという目的を、インナニードルのフランジ部とアウタニードルのニードル保持部との対向部を、当接対向部と受圧対向部とに区分することで実現した。

［実施例１の構成］
図１ないし図４は本発明の実施例１を示したもので、図１は内燃機関用燃料噴射ノズルの全体構成を示した図である。

本実施例の内燃機関用燃料噴射装置は、例えば自動車等の車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下エンジンと言う）の各気筒（シリンダ）の燃焼室内に高圧燃料を噴射供給する蓄圧式燃料噴射装置（コモンレール式燃料噴射システム）であって、燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール（図示せず）と、吸入調量弁（図示せず）を経由して加圧室内に吸入した燃料を加圧して高圧化し、この高圧燃料をコモンレールに圧送供給するサプライポンプ（燃料供給ポンプ：図示せず）と、コモンレール内に蓄圧された高圧燃料を、エンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給する複数のインジェクタ（図示せず）と、サプライポンプの吸入調量弁等のアクチュエータおよびインジェクタのピエゾスタック等のアクチュエータを電子制御するエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ：図示せず）とを備えている。

なお、複数のインジェクタには、コモンレール内に蓄圧された高圧燃料を、エンジンの各気筒の燃焼室内に霧状に噴射供給する直接噴射タイプの内燃機関用燃料噴射ノズル（以下燃料噴射ノズルと略す）と、ノズルニードル（弁体）を開弁方向に駆動するピエゾスタック等のアクチュエータとが設けられている。その燃料噴射ノズルは、エンジンの各気筒毎に対応して搭載されており、軸方向に延ばされたインナニードル１、およびこのインナニードル１の半径方向の外径側に嵌め合わされるアウタニードル２を、第１、第２スプリング３、４と共に収容するノズルハウジングを備えている。

ここで、本実施例のノズルハウジングは、エンジンの各気筒の燃焼室内に燃料噴射を行うノズル噴孔部（複数の噴孔）を有するノズルボデー（第１ハウジング）５と、ピエゾスタック等のアクチュエータの伸縮動作により開閉駆動されるバルブを収容するバルブボデー（図示せず）の密着面とノズルボデー５の密着面との間に配置されたパッキン（第２ハウジング）６と、パッキン６を介してノズルボデー５の密着面とバルブボデーの密着面とを所定の締結軸力によって締め付け固定するためのリテーニングナット（図示せず）とから構成されている。

ここで、本実施例のアクチュエータとしては、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料（圧電振動子）を多数積層してなるピエゾスタックを主要部として備え、各層間に介装される電極を通電することによって積層方向に伸縮し、変位を発生する圧電式アクチュエータが採用されている。そして、圧電式アクチュエータは、ピエゾスタックと、このピエゾスタックの伸縮変位に伴い往復移動するピストンまたはロッドと、このピストンまたはロッドにより押圧駆動されるボール弁等のバルブと、このバルブにより開閉される弁孔を有するバルブボデーとによって構成されている。なお、弁孔の燃料流方向の上流側は、後述する制御室１０に出口側オリフィス（図示せず）を介して連通しており、また、弁孔の燃料流方向の下流側は、燃料タンク等の低圧側に連通している。

本実施例のインナニードル１は、ノズルボデー５の先端側に設けられるシート面７に着座、離脱してノズル噴孔部のうちの一部の第１噴孔群８を閉塞、開放する第１ニードルピースである。また、アウタニードル２は、ノズルボデー５のシート面７に着座、離脱して第２噴孔群９を閉塞、開放する第２ニードルピースである。インナニードル１は、ノズルボデー５の中心軸線上に設置されており、また、アウタニードル２は、インナニードル１の軸線方向に対して直交する半径方向の外径側に設置されている。

これらのインナニードル１とアウタニードル２とは、ノズルボデー５の中心軸線方向（インナニードル１の軸方向）に対して直交する半径方向に２分割されている。そして、インナニードル１およびアウタニードル２は、例えば炭素鋼等の金属材料によって略丸棒形状または略円筒形状に形成されて、ノズルハウジング内に収容された第１、第２スプリング３、４の付勢力によって第１、第２噴孔群８、９を閉じる方向に常に付勢されている。以上のような２分割型のノズルニードルの場合には、ピエゾスタックの伸縮動作によりバルブを開閉駆動することによってインナニードル１およびアウタニードル２の背後に形成される制御室１０内の油圧力を増減することにより、インナニードル１およびアウタニードル２を軸方向（図示上下方向）に往復移動するように構成することが可能である。なお、インナニードル１およびアウタニードル２の詳細は、後述する。

第１スプリング３は、一端がインナニードル１のニードル頭部１１に設けられたバネ座としてのフランジ部１２の図示上端面（第１受圧面）に保持され、また、他端がパッキン６の図示下端面（規制面、当接面）に保持されている。この第１スプリング３は、インナニードル１を第１噴孔群８を閉じる方向（閉弁方向）に常時付勢すると共に、アウタニードル２のリフト量がプレリフト量よりも大きい時にインナニードル１を介してアウタニードル２を第２噴孔群９を閉じる方向（閉弁方向）に付勢する第１ニードル付勢手段である。つまり、第１スプリング３の付勢力は、インナニードル１およびアウタニードル２を第１、第２噴孔群８、９を閉じる方向（閉弁方向）に駆動する第１ニードル駆動手段として機能する。また、第１スプリング３は、インナニードル１のニードル頭部１１よりも外径側で、且つインナニードル１のフランジ部１２の第１受圧面とパッキン６の規制面との間に形成される第１内部空間（第１筒状空間、第１スプリング室）３１内に収容されている。

第２スプリング４は、一端がアウタニードル２のニードル保持部２１の外周に圧入嵌合（または係止）されたバネ座としての円環状のスプリングシート３３の図示上端面に保持され、また、他端がパッキン６の図示下端面に液密的に密着固定されたバネ座としての円筒状のシリンダ３４の図示下端面に保持されている。この第２スプリング４は、アウタニードル２を第２噴孔群９を閉じる方向（閉弁方向）に常時付勢する第２ニードル付勢手段である。つまり、第２スプリング４の付勢力は、アウタニードル２を第２噴孔群９を閉じる方向（閉弁方向）に駆動する第２ニードル駆動手段として機能する。また、第２スプリング４は、ノズルボデー５の軸方向孔３５の内周とアウタニードル２のニードル保持部２１の外周との間に形成される第２内部空間（第２筒状空間、第２スプリング室）３２内に収容されている。

ノズルボデー５は、例えば炭素鋼等の金属材料によって略円筒形状に形成されている。そのノズルボデー５の先端側には、内部に円錐状空間３６（およびサックボリューム）を形成する逆円錐形状のシート面７が設けられている。このシート面７には、エンジンの各気筒の燃焼室内に燃料を噴射するためのノズル噴孔部、すなわち、複数の噴孔のうちの一部の第１噴孔群８および複数の噴孔のうちの残部の第２噴孔群９が設けられている。なお、第１噴孔群８は、第２噴孔群９よりも、ノズルボデー５の先端側、つまりノズルボデー５内を流れる燃料流方向の下流側（図示下端側）に設けられている。また、第１、第２噴孔群８、９の各噴孔入口は、ノズルボデー５のシート面７で開口しており、また、第１、第２噴孔群８、９の各噴孔出口は、ノズルボデー５の外壁面で開口している。そして、第１、第２噴孔群８、９は、ドリル等の工具によってノズルボデー５の外壁面から内壁面までを連通するように穿設されることによって、ノズルボデー５の周方向に所定の間隔（例えば９０°の等間隔）で各４個形成されている。

そして、ノズルボデー５の内部には、パッキン６の密着面に液密的に当接する密着面（ノズルボデー５の密着面）より第１、第２噴孔群８、９側へと延びる軸方向孔３５が設けられている。その軸方向孔３５の図示上端側は、図示下端側よりも孔径が拡げられていて、その拡径部分の図示上端には、シリンダ３４が設置されている。このシリンダ３４の内部には、アウタニードル２のニードル保持部２１の後端部（他端部）に設けられる頭頂部２２が摺動する摺動孔３７が形成されている。また、軸方向孔３５の中間部分には、内部に導入される燃料の油圧力がアウタニードル１の開弁方向に作用する圧力室としての油溜り室４１が設けられている。また、シリンダ３４の外周と軸方向孔３５の内周との間には、ノズルボデー５の密着面から油溜り室４１へ延びる燃料通路３９、４０が形成されており、また、油溜り室４１から第１、第２噴孔群８、９側へ軸方向に真っ直ぐ延びる燃料通路４２が形成されている。

パッキン６は、例えば炭素鋼等の金属材料によって略円環板形状に形成されている。そのパッキン６には、ノズルボデー５の燃料通路３９とバルブボデーの燃料供給路（図示せず）とを連通する燃料中継路３８が設けられている。また、パッキン６の中央部には、凹状部が設けられている。そして、パッキン６の凹状部の天壁面には、インナニードル１およびアウタニードル２のリフト量がフルリフト量（最大リフト量）に到達した際に、インナニードル１のニードル頭部１１の後端面（他端面）を係止してこの部位より開弁方向へのインナニードル１およびアウタニードル２の移動を規制する規制面が形成されている。

また、パッキン６の凹状部の規制面とシリンダ３４の内周とアウタニードル２の頭頂部２２の環状端面（図示上端面）との間には、燃料と共にインナニードル１のフランジ部１２を往復移動自在に収容する制御室１０が形成されている。制御室１０は、コモンレールからバルブボデーの燃料供給路、入口側オリフィス（図示せず）およびパッキン６に設けられた連通路４３を経て燃料が導入されると、内部に導入された燃料の油圧力がインナニードル１およびアウタニードル２の閉弁方向に作用する。つまり、制御室１０内に導入される燃料の油圧力は、インナニードル１およびアウタニードル２を第１、第２噴孔群８、９を閉じる方向（閉弁方向）に駆動する第３ニードル駆動手段として機能する。

なお、ピエゾスタックの動作により開閉駆動されるバルブが弁座に着座している時には、制御室１０内は燃料により満たされるが、バルブが弁座より離座すると、図示しない燃料タンク等の低圧側に連通するリーク通路が開かれるため、制御室１０内の燃料は連通路４４および出口側オリフィスを経て低圧側に溢流される。ここで、シリンダ３４は、ノズルボデー５の軸方向孔３５の内径よりも所定の寸法だけ小さい外径を持ち、シリンダ３４の外周とノズルボデー５の内周とのクリアランスが円筒状の燃料通路３９とされている。これにより、シリンダ３４は、制御室１０と燃料通路３９、４０とを液密的に区画する仕切り手段として機能する。なお、シリンダ３４をパッキン６の図示下端面に溶接手段を用いて接合しても良いし、また、一体的に形成してパッキン６とシリンダ３４を１つの部品で構成しても良い。

インナニードル１は、ノズルボデー５のシート面７に着座、離脱して、第１噴孔群８を閉塞、開放する小径（内径側）ニードルである。このインナニードル１の燃料流方向の下流側（図示下端側）の先端部には、シート面７に液密的に接触（着座）する第１シート部が形成されている。また、第１シート部よりも図示上方側（燃料流方向の上流側）には、円錐台形状のテーパ部１３が設けられている。なお、テーパ部１３を、インナニードル１のリフト開始時に、油溜り室４１および燃料通路４２に連通する円錐状空間３６内の油圧力（インナニードル１の開弁方向に作用する油圧力）を受ける燃料受圧面積（第１受圧部）として機能させても良い。

インナニードル１は、アウタニードル２のニードル保持部２１に形成される軸方向孔２３内を往復移動自在に摺動する２つのニードル摺動部１４を有している。そして、インナニードル１のニードル摺動部１４より図示上方側には、アウタニードル２の頭頂部２２の環状端面より軸方向の図示上方側に突出した円柱形状のニードル頭部１１、およびこのニードル頭部１１の外周に半径方向に突き出すように鍔状に設けられた円環板形状のフランジ部１２が一体的に形成されている。インナニードル１のフランジ部１２は、アウタニードル２の頭頂部２２の環状端面より制御室１０内に突出するように設けられている。

また、インナニードル１のフランジ部１２の一端面（図示下端面）は、アウタニードル２のリフト量がプレリフト量以上の時に、アウタニードル２の頭頂部２２の環状端面に当接する第１当接面を構成している。また、インナニードル１のフランジ部１２の一端面（図示下端面）は、インナニードル１およびアウタニードル２のリフト量がフルリフト量からプレリフト量に到達するまでの間、アウタニードル２の頭頂部２２の環状端面を係止する係止部としても機能する。これにより、インナニードル１は、アウタニードル２のリフト量がプレリフト量よりも大きい時にアウタニードル２の頭頂部２２の環状端面に当接してアウタニードル２と連動して、ノズルボデー５の軸方向孔３５内を往復移動する。

また、インナニードル１のフランジ部１２は、アウタニードル２の頭頂部２２と略同等の外径を持つ鍔状の径大部であるが、シリンダ３４の内径よりも所定の寸法だけ小さい外径を持っている。これにより、インナニードル１がシート面７に着座して、この部位より閉弁方向へのインナニードル１の移動が規制されている際に、制御室１０内の燃料がインナニードル１のフランジ部１２の外周とシリンダ３４の内周との間のクリアランスを経てアウタニードル２の頭頂部２２側に回り込むことが可能となる。

また、インナニードル１のニードル頭部１１の他端面（図示上端面）は、パッキン６の規制面との間に所定の間隙を隔てて対向して配置される対向端面を構成している。なお、インナニードル１のニードル頭部１１とパッキン６の規制面との間に形成される間隙寸法は、インナニードル１の全リフト量に相当する。また、インナニードル１のフランジ部１２の一端面（図示下端面）は、インナニードル１がシート面７に着座し、且つアウタニードル２がシート面７に着座している時に、アウタニードル２の頭頂部２２の環状端面との間に所定の間隙を隔てて対向して配置される対向端面（第１当接面）を構成している。なお、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面とアウタニードル２の頭頂部２２の環状端面（第２当接面）との間に形成される間隙（クリアランス）の軸方向寸法は、アウタニードル２のプレリフト量に相当する。

アウタニードル２は、ノズルボデー５のシート面７に着座、離脱して、ノズル噴孔部の第２噴孔群９を閉塞、開放する大径（外側）ニードルである。このアウタニードル２の燃料流方向の下流側（図示下端側）の先端部には、概略２段の円錐形状面が設けられており、それらの円錐形状面間に設けられる円環状の稜線（エッジ）には、シート面７に液密的に接触（着座）する第２シート部が形成されている。アウタニードル２のニードル保持部２１内には、インナニードル１を往復移動自在に収容する軸方向孔２３が形成されている。この軸方向孔２３の一部は、インナニードル１の２つのニードル摺動部１４が摺動する２つの摺動孔（ガイド部）２４となっている。

また、アウタニードル２のニードル保持部２１の外周には、円錐台形状の段差部２５が設けられている。その段差部２５は、アウタニードル２のリフト開始時に、油溜り室４１内の油圧力（アウタニードル２の開弁方向に作用する油圧力）を受ける燃料受圧面積（第２受圧部）となる。また、アウタニードル２のニードル保持部２１の後端部（他端部）には、シリンダ３４の摺動孔３７内を摺動する頭頂部２２が設けられている。なお、アウタニードル２のニードル保持部２１は、頭頂部２２を除く図示下方側の外径がノズルボデー５の軸方向孔３５の内径よりも所定の寸法だけ小さい。これにより、アウタニードル２のニードル保持部２１の外周とノズルボデー５の内周とのクリアランスが燃料通路４０、油溜り室４１および燃料通路４２となる。

次に、本実施例のアウタニードル２のニードル保持部２１の頭頂部２２の形状を図１ないし図４に基づいて詳細に説明する。ここで、図２はノズルリフトとその時の噴射率を示した図で、図３はアウタニードルの頭頂部の形状を示した図で、図４はアウタニードルの頭頂部における当接対向エリアの面積と油圧作用対向エリアの面積との比を示した図である。

本実施例の燃料噴射ノズルは、図１に示したように、インナニードル１がアウタニードル２のニードル保持部２１の軸方向孔２３内に往復移動自在に収容されており、また、アウタニードル２がノズルボデー５の軸方向孔３５内に往復移動自在に収容されており、更に、インナニードル１のフランジ部１２がアウタニードル２のニードル保持部２１の頭頂部２２の環状端面より制御室１０内に突出するように設けられている。そして、第１スプリング３が制御室１０（特に第１内部空間３１）内に収容されており、また、第２スプリング４が第２内部空間３２内に収容されている。

これらによって、本実施例の燃料噴射ノズルは、インナニードル１およびアウタニードル２がフルリフトから下降する際に、先ず制御室１０内の油圧力がインナニードル１のフランジ部１２に作用するため、インナニードル１とアウタニードル２とが連動してノズル噴孔部を閉じる方向（閉弁方向）に移動することで、先ずインナニードル１がノズルボデー５の先端側のシート面７に着座する。その後に、インナニードル１のフランジ部１２とアウタニードル２の頭頂部２２の環状端面との間に制御室１０内の燃料が入り込んで、制御室１０内の油圧力がアウタニードル２の頭頂部２２に作用するため、アウタニードル２の頭頂部２２がインナニードル１のフランジ部１２より分離してアウタニードル２がノズルボデー５のシート面７に着座するように構成されている。

すなわち、インナニードル１がシート面７に着座し、アウタニードル２が閉弁方向への下降を開始する際には、インナニードル１のフランジ部１２の対向端面（第１当接面）とアウタニードル２の頭頂部２２の環状端面（第２当接面）との間の隙間に燃料が流入することで、その隙間に入り込んだ燃料の油圧力がアウタニードル２をノズル噴孔部側に押し下げる力になるが、仮にインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面とアウタニードル２の頭頂部２２の第２当接面とが双方平面であると、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面とアウタニードル２の頭頂部２２の第２当接面とが密着して、インナニードル１のフランジ部１２とアウタニードル２の頭頂部２２と間にスクイーズ力が発生し、アウタニードル２の離脱が遅れ、アウタニードル２の実閉弁時期が遅れる上に、燃料の噴射期間が変化するため、エンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給される燃料噴射量（実噴射量）が不安定となる現象が発生するという不具合が生じる。

そこで、本実施例の燃料噴射ノズルにおいては、アウタニードル２のニードル保持部２１の頭頂部２２の形状を工夫することで、インナニードル１のフランジ部１２とアウタニードル２の頭頂部２２と間に発生するスクイーズ力を低減するようにしている。ここで、インナニードル１およびアウタニードル２がプレリフト量まで下降してインナニードル１がシート面７に着座した後に、アウタニードル２の頭頂部２２をフランジ部１２から迅速に離脱させてアウタニードル２を閉弁させて噴射切れ（シャープカット）を向上させるためには、設計上、アウタニードル２の頭頂部２２全体に制御室１０内の油圧力が瞬時に加わることが望ましい。そのため、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面とアウタニードル２の頭頂部２２の第２当接面との接触面積を極力小さくさせることが望ましいが、当接部分同士に摩耗が発生し、インナニードル１のフランジ部１２とアウタニードル２の頭頂部２２との間隙寸法が変化し、初期噴射率を抑制するために設定されているプレリフト量が変化することが懸念される。

そこで、摩耗によるプレリフト量の変化を考慮し、インナニードル１の荷重（第１スプリング３の付勢力＋制御室１０内の油圧力）を受けるために、図３に示したように、アウタニードル２のニードル保持部２１の頭頂部２２を、あえてインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面と平行した面（当接対向エリア）５１とアウタニードル２の閉弁時のスクイーズ力を発生し難くするようにフランジ部１２に接触させず燃料が流れ込み易くするための受圧対向エリア（油圧作用対向エリア）５２とに区分することが望ましい。本実施例の場合、図４に示したように、アウタニードル２の頭頂部２２の面積のうち、当接対向エリア５１の面積Ａは、受圧対向エリア５２の面積Ｂに対して２５〜７５％程度の面積比率であることが望ましい。

受圧対向エリア５２は、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面との隙間が徐々に広がるような略円錐台筒形状のテーパ面であっても良いし、図３（ｃ）、（ｄ）に示したように、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面との隙間が当接対向エリア５１よりも広くする目的で、当接対向エリア５１と受圧対向エリア５２との間に高低差を作るための段差部２６を設けても良い。なお、受圧対向エリア５２をテーパ面で構成した場合には、テーパ角度（傾斜角度）は小さい方が望ましく、当接対向エリア５１と受圧対向エリア５２との間に段差部２６を設けた場合も当接対向エリア５１と受圧対向エリア５２との高低差は小さい方が望ましい。なお、図３（ａ）、（ｃ）は、当接対向エリア５１の面積Ａが２５％程度で、受圧対向エリア５２の面積Ｂが７５％程度であることを示し、また、図３（ｂ）、（ｄ）は、当接対向エリア５１の面積Ａが７５％程度で、受圧対向エリア５２の面積Ｂが２５％程度であることを示している。

［実施例１の作用］
次に、本実施例のディーゼルエンジン用の燃料噴射ノズルの作用を図１ないし図４に基づいて簡単に説明する。

サプライポンプより圧送供給された高圧燃料がコモンレールに蓄圧され、このコモンレールに蓄圧された高圧燃料が燃料管を経由して燃料噴射ノズルの燃料中継路３８、燃料通路３９、４０に常時供給されている。この燃料通路３９、４０内に供給された高圧燃料は、油溜り室４１を経由して、アウタニードル２のニードル保持部２１とノズルボデー５の軸方向孔３５との間に形成される燃料通路４２内に蓄えられる。そして、ピエゾスタックの伸縮動作（例えば収縮変位）によりバルブがバルブボデーの弁座に着座している時には、コモンレールからバルブボデーの燃料供給路、入口側オリフィスおよびパッキン６に設けられた連通路４３を経て制御室１０内に燃料が導入されて充満している。

ここで、ノズルボデー５の油溜り室４１内の油圧力が、制御室１０内の油圧力に第２スプリング４の付勢力を加えた力よりも小さい場合には、第２スプリング４の付勢力および制御室１０の油圧力によりアウタニードル２が着座する側に押し付けられる。このとき、第１スプリング３の付勢力および制御室１０の油圧力によりインナニードル１も着座する側に押し付けられる（図１および図２参照）。この結果、インナニードル１およびアウタニードル２が共にシート面７に着座することによって、燃料通路４２とノズル噴孔部の第１、第２噴孔群８、９の各噴孔入口とが遮断され、ノズル噴孔部からの燃料の噴射はなされない。

次に、ピエゾスタックの伸縮動作（例えば伸長変位）によりバルブが弁座より離座すると、制御室１０内の燃料は連通路４４および出口側オリフィスを経て燃料タンク等の低圧側に溢流される。これにより、ノズルボデー５の油溜り室４１内の油圧力が、制御室１０内の油圧力に第２スプリング４の付勢力を加えた力よりも大きくなると、アウタニードル２が上昇（リフト）し始める。この結果、アウタニードル２がシート面７より離脱（リフト）することによって、燃料通路４２と第２噴孔群９の各噴孔入口とが連通し、第２噴孔群９の各噴孔出口からエンジンの各気筒の燃焼室内へ燃料噴射が開始される（図２参照）。このとき、インナニードル１は、シート面７に着座した状態を継続している。

その後に、制御室１０内の油圧力が低下するにつれてアウタニードル２がリフトしていき、アウタニードル２のニードル保持部２１の頭頂部２２の環状端面のうちの当接対向エリア５１がインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面に当接することにより、アウタニードル２のリフト量がプレリフト量に到達する（図２参照）。このとき、アウタニードル２には、第２スプリング４の付勢力に加えて、インナニードル１のフランジ部１２を介して第１スプリング３の付勢力も加わることになる。

そして、制御室１０内の油圧力が更に低下して、ノズルボデー５の油溜り室４１内の油圧力が、制御室１０内の油圧力に第１、第２スプリング３、４の付勢力を加えた力よりも大きくなると、アウタニードル２が開弁方向に更にリフトするだけでなく、インナニードル１も上昇（リフト）し始める。この結果、インナニードル１がシート面７より離脱（リフト）することによって、燃料通路４２と第１噴孔群８の各噴孔入口とが円錐状空間３６を介して連通し、第１、第２噴孔群８、９の各噴孔出口からエンジンの各気筒の燃焼室内へ燃料噴射が開始される（図２参照）。その後に、制御室１０内の油圧力が更に低下するにつれてインナニードル１およびアウタニードル２が共に更にリフトしていき、インナニードル１のニードル頭部１１がパッキン６の規制面に係止されることによって、インナニードル１およびアウタニードル２のリフト量がフルリフト量に到達する（図２参照）。

その後に、ピエゾスタックの伸縮動作によりバルブが弁座に着座して、コモンレールからバルブボデーの燃料供給路、入口側オリフィスおよび連通路４３を経て制御室１０内に燃料が導入されると、制御室１０内の油圧力が上昇する。そして、制御室１０内の油圧力が上昇して、ノズルボデー５の油溜り室４１内の油圧力が、制御室１０内の油圧力に第１、第２スプリング３、４の付勢力を加えた力よりも小さくなると、インナニードル１およびアウタニードル２が第１、第２噴孔群８、９の各噴孔を閉じる方向（閉弁方向）へ下降し始める（図２参照）。その後に、インナニードル１がシート面７に着座することにより、複数の噴孔のうちの一部の第１噴孔群８が閉塞される。このとき、アウタニードル２のリフト量がプレリフト量に到達する（図２参照）。

そして、制御室１０内の油圧力が更に上昇すると、制御室１０内の燃料がインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面の外周側部分とアウタニードル２の頭頂部２２の受圧対向エリア５２との間に形成される間隙に入り込み、更にアウタニードル２の頭頂部２２の当接対向エリア５１にも入り込む。これにより、アウタニードル２の頭頂部２２がインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面より離脱してインナニードル１とアウタニードル２との連動状態が解除される。その後、アウタニードル２は、頭頂部２２に作用する油圧力と第２スプリング４の付勢力によって、閉弁方向に下降していく。そして、アウタニードル２がシート面７に着座することにより、複数の噴孔のうちの残部の第２噴孔群９が閉塞される（図２参照）。これにより、燃料噴射ノズルによる燃料噴射が終了する。

［実施例１の効果］
以上により、本実施例の燃料噴射ノズルは、図１および図２に示したように、インナニードル１およびアウタニードル２がフルリフトから第１、第２噴孔群８、９の各噴孔を閉じる方向（閉弁方向）に下降（リフトダウン）する際に、アウタニードル２のリフト量がプレリフト量に到達した段階で、先ずインナニードル１がシート面７に着座して複数の噴孔のうちの一部の第１噴孔群８の各噴孔を閉じる。その後に、制御室１０内の燃料がインナニードル１のフランジ部１２とアウタニードル２の頭頂部２２との対向面部に瞬時に入り込んで、アウタニードル２の頭頂部２２がインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面より分離して、インナニードル１とアウタニードル２との連動状態が解消され、アウタニードル２が単独でリフトダウンを開始する。その後に、アウタニードル２がシート面７に着座して複数の噴孔のうちの残部の第２噴孔群９の各噴孔を閉じるように構成されている。

したがって、アウタニードル２の実閉弁時期がインナニードル１の実閉弁時期よりも遅くなるように構成されている。すなわち、インナニードル１の実閉弁時期がアウタニードル２の実閉弁時期よりも早くなるように構成されているので、シート面７とインナニードル１の第１シート部との間の円錐状空間３６（およびサックボリューム）内に燃料が残り、その燃料がアウタニードル２がシート面７に着座する際にエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射されてしまうことがなくなる。これにより、エンジンの各気筒の燃焼室内における後燃え割合が減るので、スモークやパティキュレート排出量を抑制することができる。これによって、ノズル耐久性の低下やノズルの体格の大型化を伴うことなく、燃料噴射終了時の噴射切れ（シャープカット）を向上させることができるので、エンジンにおける燃焼状態の悪化や、エンジンより排出されるエミッションの悪化を防止することができる。

また、本実施例の燃料噴射ノズルにおいては、図３および図４に示したように、アウタニードル２のニードル保持部２１の頭頂部２２を、アウタニードル２がフルリフトからプレリフトまで下降する際にインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面に直接当接して係止される当接対向エリア５１と、インナニードル１がシート面７に着座した後に制御室１０内の油圧力を積極的に受ける受圧対向エリア５２とに区分している。そして、図４に示したように、アウタニードル２の頭頂部２２の面積のうち、当接対向エリア５１の面積Ａを、摩耗によるプレリフト量の変化を考慮して受圧対向エリア５２の面積Ｂに対して２５〜７５％程度の面積比率となるようにしている。

これによって、インナニードル１がシート面７に着座した際にアウタニードル２の頭頂部２２の当接対向エリア５１がインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面と接触していても、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面の外周側部分とアウタニードル２の頭頂部２２の受圧対向エリア５２との間に形成される間隙に制御室１０内の燃料が入り込むことで、アウタニードル２の頭頂部２２の当接対向エリア５１にも燃料が入り込み易くなり、インナニードル１のフランジ部１２とアウタニードル２の頭頂部２２との間に発生するスクイーズ力を低減することができる。したがって、アウタニードル２の離脱が遅れることはなく、アウタニードル２の実閉弁時期がばらつかないため、エンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給される燃料噴射量（実噴射量）が安定し、狙い通りの燃料噴射量となる。

図５は本発明の実施例２を示したもので、図５（ａ）はアウタニードルの頭頂部とインナニードルのフランジ部との対向面部を示した図で、図５（ｂ）はアウタニードルの頭頂部にピン部を設けた例を示した図で、図５（ｃ）はインナニードルのニードル頭部に燃料通路を設けた例を示した図である。

ここで、実施例１でも詳述したように、インナニードル１およびアウタニードル２がプレリフト量まで下降してインナニードル１がシート面７に着座した後に、アウタニードル２の頭頂部２２をフランジ部１２から迅速に離脱させてアウタニードル２を閉弁させて噴射切れ（シャープカット）を向上させるためには、設計上、アウタニードル２の頭頂部２２全体に制御室１０内の油圧力が瞬時に加わることが望ましい。そのため、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面とアウタニードル２の頭頂部２２の第２当接面とを、線または点で接触させることが望ましく、円周上に線で接触する場合は、接している部位よりも内側に油圧力が加わるようにする必要がある。しかし、実用上は、接触部位であるため、線または点で接触させた場合、摩耗を回避することは不可能で、必ず線や点が面接触となる。この場合、アウタニードル２のプレリフト量が変わることを示しており、燃料噴射量の経時的変化や燃料噴射量の個体間ばらつきの要因となり得る。

そこで、本実施例の燃料噴射ノズルにおいては、アウタニードル２のニードル保持部２１の頭頂部２２の環状端面上に、インナニードル１のニードル頭部１１の外周に設けられたフランジ部１２の第１当接面に当接する複数本のピン部２７を一体的に形成している。なお、本実施例では、ピン部２７の本数を４本としているが、ピン部２７の本数は任意である。また、本実施例では、ピン部２７の形状を円柱形状または円錐形状としているが、ピン部２７の形状は任意である。例えばピン部の形状を三角錐形状、多角柱形状等にしても良い。

そして、本実施例では、複数本のピン部２７の先端面が当接対向エリア５１となり、複数本のピン部２７の設置箇所を除く環状端面が受圧対向エリア５２となる。また、本実施例の場合には、インナニードル１のニードル頭部１１の内部に燃料通路１５を設けている。この燃料通路１５には、周方向に所定の間隔（等間隔、例えば９０°間隔）で、アウタニードル２のニードル保持部２１の軸方向孔２３の内周面に向けて開口するポート１６が設けられている。

これにより、燃料通路１５は、インナニードル１のニードル頭部１１の外周とアウタニードル２の軸方向孔２３の内周との間に形成されるクリアランス（インナニードル１が摺動可能なクリアランス）を経由して、制御室１０内（第１内部空間３１内）の燃料をインナニードル１のフランジ部１２とアウタニードル２の頭頂部２２との対向面部に供給することが可能となる。すなわち、本実施例では、インナニードル１のフランジ部１２とアウタニードル２の頭頂部２２との対向面部に、アウタニードル２の軸方向に対して略直交する半径方向の内径側および外径側から、インナニードル１のフランジ部１２よりアウタニードル２の頭頂部２２を離脱させ、且つアウタニードル２を閉弁方向（押し下げる方向）に作用する制御室１０内の燃料が流入するため、アウタニードル２の頭頂部２２に制御室１０内の油圧力が瞬時に加わり、アウタニードル２の燃料噴射終了時の噴射切れ（シャープカット）をより向上させることができる。

図６および図７は本発明の実施例３を示したもので、図６（ａ）はアウタニードルの頭頂部に外向きのテーパ面を設けた例を示した図で、図６（ｂ）はアウタニードルの頭頂部に内向きのテーパ面を設けた例を示した図で、図７（ａ）〜（ｃ）は受圧対向エリアにテーパ面を設けた例を示した図である。

本実施例の燃料噴射ノズルにおいては、アウタニードル２のプレリフト量を、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面とアウタニードル２の頭頂部２２の第２当接面（当接対向エリア５１）との間隙（クリアランス）で規定している。そして、アウタニードル２のプレリフト量の調整のため、アウタニードル２の頭頂部２２をマッチングすることが想定されることから、上記の実施例１に示したように、アウタニードル２の当接対向エリア５１をインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面と平行としている。仮に、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面を研削加工にてクリアランスを調整するのであれば、図６に示したように、当接対向エリア５１に微小角度θ（最大５°程度）のテーパ面を設けることで、受圧対向エリア５２を拡大したことになり、摩耗によるプレリフト量の変化も抑えられることが可能となるため非常に有効な手段となる。

また、アウタニードル２の頭頂部２２の環状端面（第２当接面）に溝を掘ったり、アウタニードル２の内周面と外周面との間に貫通穴を設けたり、また、インナニードル１の内部に複数のポート１６を有する燃料通路１５を設けたり（図５（ｃ）参照）することで、アウタニードル２の内周部からインナニードル１のフランジ部１２とアウタニードル２の頭頂部２２との対向面部への燃料の導入が可能となるため、アウタニードル２の内周部からも制御室１０内の油圧力が加わるのであれば、微小角度θ（最大５°程度）によるテーパ面の向きは、図６（ａ）に示したように外周方向（外向き）に広がっていても、また、図６（ｂ）に示したように内周方向（内向き）に広がっていても構わない。

また、本実施例の受圧対向エリア５２にテーパ面を設ける場合には、アウタニードル２の頭頂部２２の外周寄りに受圧対向エリア５２を構成するテーパ面を設けても良く（図７（ａ）参照）、また、アウタニードル２の頭頂部２２の内周寄りに受圧対向エリア５２を構成するテーパ面を設けても良く（図７（ｃ）参照）、また、アウタニードル２の頭頂部２２の内外周双方に、ある面積比率で受圧対向エリア５２を構成するテーパ面を振り分けるように配置しても良い（図７（ｂ）参照）。ここで、図６および図７において、Ａはアウタニードル２の頭頂部２２の面積における当接対向エリア５１の面積比を示し、Ｂはアウタニードル２の頭頂部２２の面積における受圧対向エリア５２の面積比を示す。

図８は本発明の実施例４を示したもので、図８（ａ）、（ｂ）はアウタニードルの頭頂部とインナニードルのフランジ部との対向面部を示した図である。

上記の実施例１〜実施例３では、アウタニードル２の頭頂部２２の第２当接面側の形状を工夫しているが、同様の対策をインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面側、もしくはアウタニードル２の頭頂部２２の第２当接面側およびインナニードル１のフランジ部１２の第１当接面側の双方に施しても良い。この場合、インナニードル１の内部に複数のポート１６を有する燃料通路１５を設ける（図５（ｃ）参照）ことで、アウタニードル２の内周部からも制御室１０内の油圧力が加わるのであれば、微小角度θ（最大５°程度）によるテーパ面の向きは、図８（ａ）に示したように外周方向（外向き）に広がっていても良いし、また、図８（ｂ）に示したように内周方向（内向き）に広がっていても良い。ここで、図８において、Ａはアウタニードル２の頭頂部２２の面積における当接対向エリア５１の面積比を示し、Ｂはアウタニードル２の頭頂部２２の面積における受圧対向エリア５２の面積比を示す。

図９は本発明の実施例５を示したもので、図９（ａ）、（ｃ）はアウタニードルの頭頂部とインナニードルのフランジ部との対向面部を示した図で、図９（ｂ）、（ｄ）はアウタニードルの頭頂部を示した図である。

本実施例の燃料噴射ノズルは、図９（ａ）、（ｂ）に示したように、アウタニードル２の頭頂部２２全体を略円錐台形状のテーパ面とし、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面に円環状の線６１で接触するようにしている。なお、微小角度θによるテーパ面の向きは、外周方向（外向き）に拡げられている。この場合には、円環状の線６１が当接対向エリア５１を構成し、円環状の線６１を除くテーパ面が受圧対向エリア５２を構成する。

また、本実施例の燃料噴射ノズルは、図９（ｃ）、（ｄ）に示したように、アウタニードル２の頭頂部２２に断面半球面形状の凸状部６２を略円環状に設け、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面に略円環状の線６１で接触するようにしている。また、本実施例の燃料噴射ノズルは、インナニードル１の内部に複数のポート１６を有する燃料通路１５を設けている（図５（ｃ）参照）。

そして、本実施例では、アウタニードル２の軸方向孔２３の内周とアウタニードル２の頭頂部２２の外周との間に貫通穴６３を設け、また、凸状部６２にアウタニードル２の内外周を連通する溝６４を設けている。この場合には、円環状の線６１が当接対向エリア５１を構成し、円環状の線６１を除く凸状部６２の半球面が受圧対向エリア５２を構成する。なお、貫通穴６３および溝６４の数は任意である。

本実施例では、インナニードル１のフランジ部１２とアウタニードル２の頭頂部２２との対向面部に、制御室１０内の燃料がアウタニードル２の内周部および外周部から流入し易くなるため、アウタニードル２の頭頂部２２に制御室１０内の油圧力が瞬時に加わり、アウタニードル２の燃料噴射終了時の噴射切れ（シャープカット）をより向上させることができる。

図１０は本発明の実施例６を示したもので、図１０（ａ）、（ｃ）はアウタニードルの頭頂部とインナニードルのフランジ部との対向面部を示した図で、図１０（ｂ）、（ｄ）はアウタニードルの頭頂部を示した図である。

本実施例の燃料噴射ノズルは、図１０（ａ）、（ｂ）に示したように、アウタニードル２の頭頂部２２に断面三角形状の凸状部７２を略円環状に設け、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面に略円環状の線７１で接触するようにしている。この場合には、円環状の線７１が当接対向エリア５１を構成し、円環状の線７１を除く凸状部７２の円錐面が受圧対向エリア５２を構成する。

また、本実施例の燃料噴射ノズルは、図１０（ｃ）、（ｄ）に示したように、アウタニードル２の頭頂部２２に逆円錐台形状の凸状部７５を略円環状に設け、インナニードル１のフランジ部１２の第１当接面に略円環状の線７１で接触するようにしている。この場合には、円環状の線７１が当接対向エリア５１を構成し、円環状の線７１を除く凸状部７２の逆円錐面が受圧対向エリア５２を構成する。

また、本実施例の燃料噴射ノズルは、インナニードル１の内部に複数のポート１６を有する燃料通路１５を設けている（図５（ｃ）参照）。そして、本実施例の燃料噴射ノズルは、図１０（ａ）〜（ｄ）に示したように、アウタニードル２の軸方向孔２３の内周とアウタニードル２の頭頂部２２の外周との間に貫通穴７３を設け、また、凸状部７２、７５にアウタニードル２の内外周を連通する溝７４を設けている。なお、貫通穴７３および溝７４の数は任意である。

［変形例］
本実施例では、本発明の燃料噴射ノズルを、サプライポンプから圧送された高圧燃料をコモンレール内に蓄圧し、このコモンレール内に蓄圧した高圧燃料を、エンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給する蓄圧式燃料噴射装置（コモンレール式燃料噴射システム）に使用されるインジェクタ（例えば電磁式燃料噴射弁）の燃料噴射ノズルに適用した例を説明したが、本発明の燃料噴射ノズルを、列型燃料噴射ポンプや分配型燃料噴射ポンプ等の燃料噴射ポンプから油溜り室４１内に直接圧送され、油溜り室４１内の燃料圧力が第１、第２スプリング３、４等のニードル付勢手段の付勢力よりも大きくなるとインナニードル１およびアウタニードル２が開弁して、エンジンの各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する内燃機関用燃料噴射装置に使用される燃料噴射ノズルに適用しても良い。なお、アクチュエータとして、電磁式のアクチュエータ（例えば二方電磁弁や三方電磁弁等）を採用しても良い。また、本発明の燃料噴射ノズルを、ガソリンエンジン用のフューエルインジェクタの燃料噴射ノズルに適用しても良い。

本実施例では、本発明の燃料噴射ノズルを、直接噴射式ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに取り付けて燃料をエンジンの各気筒の燃焼室内に直接噴射する直接噴射タイプの燃料噴射ノズルに適用した例を説明したが、本発明の燃料噴射ノズルを、副燃焼室式ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに取り付けて燃料をエンジンの各気筒の副燃焼室内に噴射するタイプの燃料噴射ノズルに適用しても良い。また、本実施例では、アウタニードル２がシート面７より離脱（リフト）してプレリフト量に到達した後に、インナニードル１がシート面７より離脱（リフト）することで、噴孔面積を２段階に変更することが可能な２段可変噴孔ノズルを用いたが、インナニードル１がシート面７より離脱（リフト）してプレリフト量に到達した後に、アウタニードル２がシート面７より離脱（リフト）することで、噴孔面積を２段階に変更することが可能な２段可変噴孔ノズルを用いても良い。

本実施例では、ノズルボデー５の先端側に円錐形状面を設け、この円錐形状面をシート面７としているが、ノズルボデー５の先端側に概略２段の円錐形状面を設け、これらの円錐形状面間に稜線（エッジ）を設け、エッジよりも燃料流方向の下流側の円錐形状面を第１シート面とし、エッジよりも燃料流方向の上流側の円錐形状面を第２シート面としても良い。この場合には、インナニードル１が第１シート面に着座すると第１シート面で開口する第１噴孔群（複数の噴孔のうちの一部の噴孔）８の各噴孔入口が閉塞され、アウタニードル２が第２シート面に着座すると第２シート面で開口する第２噴孔群（複数の噴孔のうちの残部の噴孔）９の各噴孔入口が閉塞される。

内燃機関用燃料噴射ノズルの全体構成を示した断面図である（実施例１）。 ノズルリフトとその時の噴射率を示した説明図である（実施例１）。 （ａ）〜（ｄ）はアウタニードルの頭頂部の形状を示した平面図、側面図である（実施例１）。 アウタニードルの頭頂部における当接対向エリアの面積と油圧作用対向エリアの面積との比を示した説明図である（実施例１）。 （ａ）はアウタニードルの頭頂部とインナニードルのフランジ部との対向面部を示した断面図で、（ｂ）はアウタニードルの頭頂部にピン部を設けた例を示した斜視図で、（ｃ）はインナニードルのニードル頭部に燃料通路を設けた例を示した断面図である（実施例２）。 （ａ）はアウタニードルの頭頂部に外向きのテーパ面を設けた例を示した断面図で、（ｂ）はアウタニードルの頭頂部に内向きのテーパ面を設けた例を示した断面図である（実施例３）。 （ａ）〜（ｃ）は受圧対向エリアにテーパ面を設けた例を示した断面図である（実施例３）。 （ａ）、（ｂ）はアウタニードルの頭頂部とインナニードルのフランジ部との対向面部を示した断面図である（実施例４）。 （ａ）、（ｃ）はアウタニードルの頭頂部とインナニードルのフランジ部との対向面部を示した断面図で、（ｂ）、（ｄ）はアウタニードルの頭頂部を示した斜視図である（実施例５）。 （ａ）、（ｃ）はアウタニードルの頭頂部とインナニードルのフランジ部との対向面部を示した断面図で、（ｂ）、（ｄ）はアウタニードルの頭頂部を示した斜視図である（実施例６）。 内燃機関用燃料噴射ノズルの全体構成を示した断面図である（従来の技術）。 （ａ）、（ｂ）はノズルリフトとその時の噴射率を示した説明図である（従来の技術）。

符号の説明

１ インナニードル
２ アウタニードル
３ 第１スプリング
４ 第２スプリング
５ ノズルボデー（ハウジング）
６ パッキン（ハウジング）
７ ノズルボデーのシート面
８ 複数の噴孔のうちの一部の第１噴孔群
９ 複数の噴孔のうちの残部の第２噴孔群
１０ 制御室
１１ インナニードルのニードル頭部
１２ インナニードルのフランジ部
２１ アウタニードルのニードル保持部
２２ アウタニードルの頭頂部
２３ アウタニードルの軸方向孔
３１ 第１内部空間
３２ 第２内部空間
３５ ノズルボデーの軸方向孔
４１ ノズルボデーの油溜り室（圧力室）

Claims (4)

1. （ａ）燃料噴射を行う複数の噴孔、およびこれらの噴孔が開口するシート面を有する筒状のハウジングと、
   （ｂ）前記シート面に着座、離座して前記複数の噴孔のうちの一部の第１噴孔群を閉塞、開放するインナニードルと、
   （ｃ）前記シート面に着座、離座して前記複数の噴孔のうちの残部の第２噴孔群を閉塞、開放する筒状のアウタニードルとを備え、
   前記ハウジングは、内部に前記アウタニードルを往復移動自在に収容する軸方向孔を有し、
   前記アウタニードルは、内部に前記インナニードルを往復移動自在に収容する筒状のニードル保持部を有し、
   前記インナニードルは、前記ニードル保持部の環状端面より軸方向に突出したニードル頭部、およびこのニードル頭部の外周に半径方向に突き出すように設けられたフランジ部を有し、
   前記インナニードルおよび前記アウタニードルが閉弁方向に移動する際には、先ず前記インナニードルが前記シート面に着座し、その後に前記アウタニードルが前記シート面に着座するように構成されている燃料噴射ノズルであって、
   前記ハウジングは、内部に導入される燃料の油圧力が前記アウタニードルおよび前記インナニードルの閉弁方向に作用する制御室を有し、
   前記インナニードルのフランジ部と前記アウタニードルのニードル保持部との対向部は、前記アウタニードルが最大リフト量からプレリフト量まで閉弁方向に下降する際に、前記フランジ部と前記ニードル保持部とが直接当接する当接対向部と、前記アウタニードルがプレリフト量から前記シート面に着座するまで閉弁方向に下降する際に、前記フランジ部と前記ニードル保持部との間に前記制御室内の燃料が入り込んで前記制御室内の油圧力を受ける受圧対向部とに区分されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 請求項１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記当接対向部には、前記ニードル保持部または前記フランジ部との間に形成される隙間を、前記インナニードルの軸方向に対して略直交する半径方向の外径側または内径側に向けて徐々に拡げるように微小角度の傾斜面または曲率面が設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
3. 請求項１または２に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記インナニードルを閉弁方向に付勢する第１スプリングと、前記アウタニードルを閉弁方向に付勢する第２スプリングとを備え、
   前記ハウジングは、内部に導入される燃料の油圧力が前記アウタニードルおよび前記インナニードルの閉弁方向に作用する制御室を有していることを特徴とする燃料噴射ノズル。
4. 請求項３に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記ハウジングの結合端面は、前記インナニードルのニードル頭部に当接して前記インナニードルおよび前記アウタニードルの最大リフト量を規制するパッキンを有し、
   前記第１スプリングは、前記インナニードルのニードル頭部よりも外径側で、且つ前記インナニードルのフランジ部と前記パッキンとの間に形成される第１内部空間内に収容されており、
   前記第２スプリングは、前記ハウジングの軸方向孔の内周と前記アウタニードルのニードル保持部の外周との間に形成される第２内部空間内に収容されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。

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