JP4618238B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射ノズルに関する。

従来から、ノズルボデーに形成された外周側噴孔を開閉制御する外周側ニードルと、外周側ニードルの内部に収容され、内周側噴孔を開閉制御する内周側ニードルとを有する燃料噴射ノズルが知られている（特許文献１参照）。この燃料噴射ノズルは、運転状態に応じて、外周側ニードルのみを制御したり、外周側および内周側ニードルを制御したりすることにより、開放される噴孔の数を変化させている。
特開２００６−１５２８９３号公報

ところが、内周側ニードルを制御しない運転状態が続くと、内周側噴孔からは燃料が噴射されず、噴孔および噴孔周辺にデポジットが堆積しやすくなる。このように、噴孔および噴孔周辺にデポジットが堆積すると、その後、内周側噴孔から燃料を噴射する運転状態となったとき、噴射特性が変化してしまうという問題が発生する。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズルボデーに形成された噴孔および噴孔周辺へのデポジットの堆積を抑制できる燃料噴射ノズルを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、外周側噴孔および内周側噴孔と、外周側噴孔および内周側噴孔に連通する燃料通路とを有するノズルボデーと、ノズルボデーに収容され、外周側噴孔を開閉することにより外周側噴孔と燃料通路との連通、遮断を制御する外周側ニードルと、外周側ニードルに収容され、内周側噴孔を開閉することにより内周側噴孔と燃料通路との連通、遮断を制御する内周側ニードルと、を有する燃料噴射ノズルであって、
内周側ニードルの着座位置と内周側噴孔との間の燃料通路に連通する空気通路を有し、空気通路は、内周側ニードルが内周側噴孔を開弁し内周側噴孔から燃料噴射を行うと、空気通路を遮断し、内周側ニードルが内周側噴孔を閉弁し内周側噴孔から燃料噴射を停止すると、空気通路を開放する開閉手段が動作可能となることを特徴としている。

この構成によれば、内周側ニードルが内周側噴孔を開弁し、内周側噴孔から燃料噴射が行われると、空気通路が開閉手段により遮断され、空気が内周側噴孔に供給されなくなる。一方、内周側ニードルが内周側噴孔を閉弁し、内周側噴孔から燃料噴射が停止されると、空気通路が開閉手段により開放され、空気が内周側噴孔に供給される。

つまり、この構成によれば、内周側ニードルの状態（内周側噴孔の開閉状態）に係わらず、内周側噴孔から絶えず流体を噴射できるので、噴孔内はもとより噴孔周辺へのデポジットの堆積を抑制できる。

請求項２に記載の発明によれば、空気通路は、外周側ニードルに形成され、外周側ニードルの側壁と外周側ニードルの内壁とを連通する第１径方向孔と、内周側ニードルに形成され、一端が燃料通路に開口する第１軸方向孔および第１径方向孔と第１軸方向孔とを連通する第２径方向孔を有することを特徴としている。

この構成によれば、燃料噴射ノズルに形成される空気通路は、外周側ニードルおよび内周側ニードルの内部に形成されるので、空気通路の取り回しが容易となる。

請求項３に記載の発明によれば、開閉手段は、内周側ニードルが内周側噴孔を閉弁しているとき、空気通路内の空気圧を受け空気通路を開放するように移動し、内周側ニードルが内周側噴孔を開弁しているとき、燃料通路内の燃料圧を受け空気通路を遮断するように移動する開閉弁であることを特徴としている。

この構成によれば、空気通路内の空気圧、燃料通路内の燃料圧を利用した開閉弁を開閉手段として使用するので、開閉弁を駆動する他の駆動手段を設ける必要がなくなり、燃料噴射ノズルの構成を簡素にできる。

請求項４に記載の発明によれば、開閉弁は、ボール弁であることを特徴としている。この構成によれば、開閉弁の表面が球面となっているので、シール性が向上する。

請求項５に記載の発明によれば、ノズルボデーには、ボール弁が着座する着座部が形成され、内周側ニードルが内周側噴孔を閉弁しているとき、ボール弁は着座部に着座され、着座部には、ボール弁が着座部に着座している状態であっても、空気通路と内周側噴孔とを連通する溝部が形成されることを特徴としている。

この構成によれば、ボール弁がノズルボデー側に着座しても、空気通路の空気の流れを妨げることなく内周側噴孔へ供給できる。

請求項６に記載の発明によれば、空気通路は、外周側ニードルに形成され、外周側ニードルの側壁と外周側ニードルの内壁とを連通する第３径方向孔と、内周側ニードルに形成され、軸方向に貫通し、一端が燃料通路に開口する第２軸方向孔および第３径方向孔と第２軸方向孔とを連通する第４径方向孔を有し、
開閉手段は、ノズルボデーに形成され、第２軸方向孔の側壁と隙間を有するように第２軸方向孔に挿入され、先端にシート面を有する針状弁であって、内周側ニードルの第２軸方向孔は、内周側ニードルが内周側噴孔を開弁すべく軸方向に所定距離移動するとシート面に着座し、空気通路を遮断するシート部を有することを特徴としている。

この構成によれば、ノズルボデーに形成された針状弁のシート面に、内周側ニードルが内周側噴孔を開弁させるべく軸方向に移動すると着座するシート部を内周側ニードルの空気通路の一部としての第２軸方向孔に形成しているので、内周側ニードルが移動すれば確実に空気通路を遮断することができる。

請求項７に記載の発明によれば、針状弁は、ノズルボデーに支持され、外壁全周が内周側ニードルの第２軸方向孔に摺動する大径部と、大径部よりも先端側に形成され、軸方向孔との間に隙間を形成する小径部とを有し、
大径部は、内周側ニードルが内周側噴孔を開弁すべく軸方向に移動すると、シート面にシート部が着座する前に、第４径方向孔と第２軸方向孔との連通を遮断することを特徴としている。

この構成によれば、針状弁に形成されたシート面に内周側ニードルの第２軸方向孔に形成されたシート部が着座して、空気通路を遮断するまでの間に、燃料通路からの燃料が空気通路へ排出される量を可能な限り減らすことができる。

請求項８に記載の発明によれば、噴孔と、噴孔に連通する燃料通路とを有するノズルボデーと、ノズルボデーに収容され、噴孔を開閉することにより噴孔と燃料通路との連通、遮断を制御するニードルと、を有する燃料噴射ノズルであって、
ニードルの着座位置と噴孔との間の燃料通路に連通する空気通路を有し、空気通路は、ニードルが噴孔を開弁し噴孔から燃料噴射を行うと、空気通路を遮断し、ニードルが噴孔を閉弁し噴孔から燃料噴射を停止すると、空気通路を開放する開閉手段が動作可能となることを特徴としている。

この構成によれば、ニードルがいわゆる２重ニードルでなく、１つのニードルにて噴孔の開閉を制御する形式の燃料噴射ノズルであっても、噴孔から絶えず流体を噴射できるので、噴孔および噴孔周辺へのデポジットの堆積を抑制できる。

（第１実施形態）
図１から図６は本発明の第１実施形態を示したもので、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。

本実施形態の内燃機関用燃料噴射ノズルは、例えば自動車などの車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の各気筒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）に採用されている燃料噴射ノズル１である。

この噴射装置は、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（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など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など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という：図示せず）と、を有している。

なお、複数のインジェクタは、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燃料噴射ノズル１と、ニードルを開弁方向に駆動するピエゾスタックなどのアクチュエータと、を有している。

図１に示すように、本実施形態の燃料噴射ノズル１は、外周側噴孔としてのアウタ側噴孔２２と内周側噴孔としてのインナ側噴孔２３とを有するノズルボデー２と、アウタ側噴孔２２からの噴射開始および噴射終了に係わる外周側ニードルとしてのアウタニードル６と、インナ側噴孔２３からの噴射開始および噴射終了に係わる内周側ニードルとしてのインナニードル７とを備える。

ノズルボデー２は、棒状の部品であり、その内部には、軸方向（図１の上下方向）に延び、アウタニードル６およびインナニードル７を軸方向に往復動可能に収容する縦孔２１が形成されている。この縦孔２１の下端部には、ノズルボデー２の中心に向かって先が細くなるようなテーパ面が形成されている。テーパ面の略中央には、更にサック室４６となる窪みが形成されている。テーパ面には、テーパ面の外周側からアウタ側噴孔２２、インナ側噴孔２３が形成されている。なお、インナ側噴孔２３は、サック室４６に連通するように形成されている。

テーパ面には、アウタニードル６およびインナニードル７が着座するシート面が形成される。以下、アウタ側噴孔２２よりも外周側のテーパ面をアウタ側シート面２４といい、アウタ側噴孔２２とインナ側噴孔２３との間のテーパ面をインナ側シート面２５という。

ノズルボデー２には、縦孔２１に接続される燃料通路３１が形成され、この燃料通路を介してコモンレールに蓄圧された高圧燃料が供給される。縦孔２１の途中には、アウタニードル６が縦孔２１に収容されたとき、縦孔２１の内壁とアウタニードル６の側壁との間に供給された高圧燃料を溜める燃料溜室４１が形成される。

燃料溜室４１とアウタ側噴孔２２およびインナ側噴孔２３との間には、燃料溜室４１と両噴孔２２、２３とを連通する燃料通路３３が形成されている。燃料溜室４１に溜められた高圧燃料は、この燃料通路（噴孔に接続する通路）を通って両噴孔２２、２３から噴射される。

また、縦孔２１の最上部には、アウタニードル６の上端面６１およびインナニードル７の上端面７１と縦孔２１の内壁との間に圧力制御室４２が形成される。ノズルボデー２には、この圧力制御室４２に高圧燃料を供給する上記燃料通路３１から分岐した連通路３２が形成されている。更に、ノズルボデー２には、圧力制御室４２に接続する制御用通路３４が形成されている。なお、上記連通路３２には、入口絞り３５が形成され、上記制御用通路３４には、入口絞り３５よりも通路断面積が大きい出口絞り３６が形成されている。

アウタニードル６は、圧力制御室４２の圧力が作用する上端面６１と上記燃料通路３３の圧力が作用するアウタ側受圧面６２とを有し、縦孔２１の内部に往復動可能に収容される。アウタ側受圧面６２には、アウタ側シート面２４およびインナ側シート面２５に着座するアウタ第１シート部６３およびアウタ第２シート部６４が形成されている。これらのシート部６３、６４が各シート面２４、２５に着座すると、アウタ側噴孔２２からの噴射が終了する。また、アウタニードル６には、アウタニードル６を閉弁方向に付勢する第１スプリング６７が設けられている。

圧力制御室４２に高圧燃料が供給されると、圧力制御室４２の圧力は、アウタニードル６の上端面６１に作用し、アウタニードル６を閉弁方向（図１の下向き）に付勢する。そして、燃料通路３３に高圧燃料が供給されると、燃料通路３３の圧力は、アウタ側受圧面６２に作用し、アウタニードル６を開弁方向（図１の上向き）に付勢する。

アウタニードル６は、アウタニードル６を閉弁方向へ付勢する力と開弁方向に付勢する力とのバランスによって、その位置が決定される。上端面６１に作用する圧力により発生する閉弁方向の付勢力と、アウタ側受圧面６２に作用する圧力により発生する開弁方向の付勢力とが釣り合っていると、第１スプリング６７の付勢力によってアウタ側噴孔２２は閉弁する。

圧力制御室４２の圧力が低下して、アウタ側受圧面６２に作用する圧力により発生する付勢力が、第１スプリング６７の付勢力と上端面６１に作用する圧力により発生する付勢力との合計よりも勝ると、アウタ側噴孔２２は開弁する。アウタニードル６は、アウタ側噴孔２２を開弁するとき、縦孔２１に形成されたアウタ側ストッパ４７に当接するまでリフトする。なお、アウタニードル６が開弁するときの圧力制御室４２の圧力をアウタニードル開弁圧力という。

インナニードル７は、圧力制御室４２の圧力が作用する上端面７１と、上記燃料通路３３の圧力が作用するインナ側受圧面７２とを有し、アウタニードル６の内部に往復動可能に収容される。インナ側受圧面７２には、インナ側シート面２５に着座するインナシート部７３が形成されている。このシート部７３がインナ側シート面２５に着座すると、インナ側噴孔２３から噴射が終了する。また、インナニードル７には、圧力制御室４２内にインナニードル７を閉弁方向に付勢する第２スプリング７８が設けられている。

圧力制御室４２に高圧燃料が供給されると、圧力制御室４２の圧力は、インナニードル７の上端面７１に作用し、インナニードル７を閉弁方向に付勢する。そして、燃料通路３３に高圧燃料が供給されると、燃料通路３３の圧力は、インナ側受圧面７２に作用し、インナニードル７を開弁方向に付勢する。

インナニードル７は、インナニードル７を閉弁方向へ付勢する力と開弁方向に付勢する力のバランスによって、その位置が決定される。上端面７１に作用する圧力により発生する閉弁方向の付勢力と、インナ側受圧面７２に作用する圧力により発生する開弁方向の付勢力とが釣り合っていると、第２スプリング７８の付勢力によってインナ側噴孔２３は閉弁する。

圧力制御室４２の圧力が低下して、インナ側受圧面７２に作用する圧力により発生する付勢力が、第２スプリング７８の付勢力と上端面７１に作用する圧力により発生する付勢力との合計よりも勝ると、インナ側噴孔２３は開弁する。インナニードル７は、インナ側噴孔２３を開弁するとき、縦孔２１に形成されたインナ側ストッパ４８に当接するまでリフトする。なお、インナニードル７が開弁するときの圧力制御室４２の圧力をインナニードル開弁圧力という。

なお、圧力制御室４２の圧力は、制御用通路３４に接続された図示しない制御弁によって制御される。制御弁を開弁して、圧力制御室４２と燃料噴射ノズル１の低圧側とを連通すると、圧力制御室４２の高圧燃料は排出され、圧力が低下する。制御弁を閉弁して、圧力制御室４２と燃料噴射ノズル１との連通を遮断すると、圧力は高圧燃料の圧力まで回復する。このようにして、圧力制御室４２の圧力を制御している。

次に、本実施形態の特徴部分について詳細に説明する。図１に示すように、アウタニードル６の途中には、側壁からインナニードル７を往復動可能に支持する内壁まで径方向に延びる第１径方向孔としての貫通孔６５が形成されている。内壁側の貫通孔６５の端部には、溝６６が形成されている。溝６６はアウタニードル６の内壁に円環状に形成されている。

ノズルボデー２には、貫通孔６５と連通する空気室４３と、空気室４３と接続される空気通路４４とが形成されている。空気通路４４は、更に、エアコンプレッサ（図示しない）と接続され、空気室４３に圧縮空気が供給されるようになっている。

インナニードル７には、側壁から径方向に延びる第２径方向孔としての貫通孔７４と、この貫通孔７４に接続される軸方向に延びる第１軸方向孔としての空気通路７５が形成されている。なお、貫通孔７４は上記溝６６に接続されるように形成されている。空気通路７５は、先端部まで形成され、その先端部には空気通路７５よりも内径が大きい弁室７６が形成されている。

弁室７６には、弁室７６の内径よりも若干小さい外径を有するボール弁８が収容されている。弁室７６と空気通路７５との境界部分は、テーパ面となっており、ボール弁８の上側に形成される上側シート部８１が着座するニードルシート面７７が形成されている。

ボール弁８の下側には、下側シート部８２が形成されている。図１に示すように、下側シート部８２は、インナ側シート面２５に着座するようになっている。インナ側シート面２５には、図５に示すように下側シート部８２が着座しても、弁室７６とサック室４６とが連通可能な空気通路溝４５が形成されている。空気通路溝４５は、放射状に複数本（本実施形態では４本）形成されている。これにより、下側シート部８２がインナ側シート面２５に着座しているときでも、弁室７６内の流体をサック室４６を介してインナ側噴孔２３に供給することができる。

図５は、インナ側シート面２５を上方から見たときのものであって、最も外周の破線で示すインナシート部着座位置５１は、インナシート部７３が着座する位置を示し、内周の破線で示す下側シート部着座位置５２は、下側シート部８２が着座する位置を示している。図５に示すように、サック室４６に連通する空気通路溝４５は、内周側の破線を超えて着座位置５１と着座位置５２との間にまで達しているので、ボール弁８が下側シート着座位置５２に着座しても弁室７６とサック室４６とを連通させることができる。

次に、燃料噴射ノズル１の動作を、図１から図４および図６に基づいて詳細に説明する。

図６は、燃料噴射ノズル１の動作を示すタイムチャートであり、縦軸は、燃料噴射ノズル１の各部品の動作、圧力、噴射状態を示すもので、横軸は、時間である。なお、図６の時刻ｔ１から時刻ｔ５までは、エンジンの運転が低負荷状態での動作を示し、時刻ｔ５から時刻ｔ１１までは、エンジンの運転が高負荷状態での動作を示している。

本実施形態の燃料噴射ノズル１では、エンジンの運転状態が低負荷のときは、アウタ側噴孔２２のみを開閉するように制御し、高負荷のときは、アウタ側噴孔２２およびインナ側噴孔２３の両方を開閉するように制御するようにしている。

図１は、燃料噴射ノズル１から燃料の噴射が終了しているときを示す。このとき、制御弁のリフトは「閉」の位置に制御されている。したがって、圧力制御室４２の圧力は、コモンレールから供給される高圧燃料の圧力となっている。このとき、圧力制御室４２の圧力は、アウタ、インナニードル開弁圧力よりも高いため、アウタニードル６およびインナニードル７は、閉弁方向に付勢され、アウタ側噴孔２２、インナ側噴孔２３は閉弁される（図６の時刻ｔ１までの状態）。

アウタ側噴孔２２、インナ側噴孔２３は閉弁されている状態では、燃料通路３３の高圧燃料は噴射されないが、コンプレッサにて圧送された圧縮空気が、図１に示すように、空気通路４４、空気室４３、貫通孔６５、貫通孔７４、空気通路７５を通って弁室７６に供給される。弁室４６に供給された圧縮空気は、ボール弁８をインナ側シート面２５に付勢するとともに、ボール弁８の側面、空気通路溝４５、サック室４６を通ってインナ側噴孔２３から噴射される（図２の破線、および図６参照）。

所定のタイミングで、制御弁のリフトを「開」の位置に制御すると、圧力制御室４２の高圧燃料は、制御用通路３４を通って低圧側に排出されるので、圧力制御室４２の圧力は徐々に低下し始める（図６の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの状態）。

圧力がアウタニードル開弁圧力まで低下すると、アウタニードル６は、リフトし、アウタ側噴孔２２が開弁する。すると、燃料通路３３内の高圧燃料が、アウタ側噴孔２２から噴射される。

そして、圧力制御室４２の圧力がインナニードル開弁圧力まで低下する前に制御弁のリフトを「閉」の位置に制御することにより、再び圧力制御室４２の圧力は図６の時刻ｔ１までの状態に戻る。すると、アウタニードル６は再びアウタ側噴孔２２を閉弁し、アウタ方噴孔２２からの燃料の噴射が終了する（図６の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの状態）。

図６の時刻ｔ２から時刻ｔ３の状態では、圧力制御室４２の圧力はインナニードル開弁圧力まで低下していないので、インナニードル７はリフトせず、インナ側噴孔２３からは高圧燃料が噴射されない。したがって、インナ側噴孔２３からは、上述したようにコンプレッサの圧縮空気が噴射されていることとなる（図２の破線参照）。

再び、図６の時刻ｔ３で制御弁のリフトを「開」の位置に制御すると、圧力制御室４２の圧力が低下し始め、時刻ｔ４でアウタニードル開弁圧力となると、アウタニードル６がリフトし、アウタ側噴孔２２から高圧燃料が噴射される。なお、図６の時刻ｔ４から時刻ｔ５までは、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの動作と同じであるため動作の説明は省略する。

図６の時刻ｔ５で制御弁のリフトを「開」の位置に制御すると、圧力制御室４２の圧力が低下し始める。圧力がアウタニードル開弁圧力まで低下すると、アウタニードル６がリフトし、アウタ側噴孔２２から高圧燃料が噴射される（時刻ｔ６参照）。さらに、圧力がインナニードル開弁圧力まで低下すると、インナニードル７がリフトし、インナ側噴孔２３からも高圧燃料が噴射される（図３の実線、図４の実線および時刻ｔ７参照）。

インナニードル７がリフトすると、ボール弁８の下側シート部８２に高圧燃料が作用するため、ボール弁８もリフトし、上側シート部８１がニードルシート面７７に着座する。すると、空気通路７５は遮断され、インナ側噴孔２３への圧縮空気の供給が停止する（図６の時刻ｔ７参照）。

インナニードル７がリフトしたとき、燃料通路３３の高圧燃料は、弁室７６に供給されるものの、弁室７６の内壁とボール弁８の外壁との間の隙間は、微小であるため、下側シート部８２側に作用する圧力よりも上側シート部８１側に作用する圧力のほうが小さくなる。また、高圧燃料の圧力値は、圧縮空気の圧力値よりも非常に大きい。

このため、インナニードル７がリフトし、弁室７６に高圧燃料が供給されると、ボール弁８もリフトし、上側シート部８１がニードルシート面７７に着座する。

図６の時刻ｔ５から所定時間が経過したのち、制御弁のリフトを「閉」の位置に制御すると、圧力制御室４２の圧力は上昇し始める。そして、インナニードル７およびアウタニードル６は、インナ側噴孔２３およびアウタ側噴孔２２を閉弁する（図６の時刻ｔ７から時刻ｔ８までの状態）。

インナニードル７がインナ側噴孔２３を閉弁すると、弁室７６には高圧燃料が供給されなくなるので、ボール弁８は再び圧縮空気により押し出され、下側シート部８２がインナ側シート面２５に着座し、圧縮空気が再びインナ側噴孔２３から噴射される。

再び、図６の時刻ｔ８で制御弁のリフトを「開」の位置に制御すると、圧力制御室４２の圧力が低下し始め、時刻ｔ９でアウタニードル６がアウタ側噴孔２２を開弁し、時刻ｔ１０でインナニードル７がインナ側噴孔２３を開弁する。インナニードル７がインナ側噴孔２３を開弁すると、上記時刻ｔ７と同様、上側シート部８１がニードルシート面７７に着座し、インナ側噴孔２３への圧縮空気の供給が停止する。

図６の時刻ｔ８から所定時間が経過したのち、制御弁のリフトを「閉」の位置に制御すると、圧力制御室４２の圧力は上昇し始める。そして、インナニードル７およびアウタニードル６は、インナ側噴孔２３およびアウタ側噴孔２３を閉弁する（図６の時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの状態）。

本実施形態の燃料噴射ノズル１では、インナ側噴孔２３がエンジンの運転状態（低負荷運転または高負荷運転）によって開弁したりしなかったりするような燃料噴射ノズルであっても、インナ側噴孔２３からは絶えず流体（燃料または空気）が噴射することができるので、デポジットの原因となる燃料を確実に噴孔２３の外部に吹き飛ばすことができる。その結果、インナ側噴孔２３の内部はもとより噴孔２３の周辺へのデポジットの堆積を抑制することができる。ひいては、エンジンを安定して運転することができるようになる。

具体的には、上述したように、インナ側噴孔２３からは、インナ側噴孔２３が開弁しているときは高圧燃料が噴射され、インナ側噴孔２３が閉弁しているときは空気通路７５からの圧縮空気が噴射される。すなわち、インナ側噴孔２３からは、エンジンの運転状態に係わらず高圧燃料若しくは圧縮空気が噴射されることとなり、効果的にデポジットの堆積を抑制することができる。

また、上記空気通路７５は、インナニードル７の内部に形成されているので、燃料噴射ノズル１内の各種通路の取り回しを複雑にすることを抑制できる。

また、本実施形態では、開閉弁として圧縮空気の空気圧および高圧燃料の燃料圧にて駆動するボール弁８を使用しているので、圧力制御室４２の圧力を調整する制御弁を駆動するアクチュエータ（駆動手段）とは別に、ボール弁８を駆動するアクチュエータ（駆動手段）を設ける必要が無くなる。これにより、燃料噴射ノズル１の構成を簡素化することができるとともに、燃料噴射ノズル１の体格が大きくなるのを抑制することもできる。

また、開閉弁として表面が球面状のボール弁８を使用しているので、空気通路７５の開閉を確実にでき、シール性を向上させられる。

（第２実施形態）
図７は本発明の第２実施形態を示したもので、図７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。ここでは、第１実施形態とは異なる部分のみについて説明する。第１実施形態と同じ機能を有する部品については、第１実施形態と同じ符号を付与する。

本実施形態の特徴部分は、アウタニードル６ａに収容されるインナニードル７ａとインナニードル７ａのリフトを制御するインナ側ストッパ４８ａである。その他の部分については、第１実施形態とほぼ同じであるため詳細な説明は省略する。

本実施形態の特徴部分を図７に基づいて説明する。アウタニードル６ａには、図７に示すように、側壁からインナニードル７ａを往復動可能に支持する内壁まで径方向に延びる第３径方向孔としての貫通孔６５ａが形成されている。内壁側の貫通孔６５ａの端部には、溝６６ａが形成されている。

ノズルボデー２には、図１と同様、貫通孔６５ａと連通する空気室４３と、空気室４３と接続される空気通路４４とが形成されている。空気通路４４は、更に、エアコンプレッサ（図示しない）と接続され、空気通路４４を介して空気室４３に圧縮空気が供給されるようになっている。

インナニードル７ａには、図７に示すように、側壁から径方向に延びる第４径方向孔としての貫通孔７４ａと、この貫通孔７４ａに接続され、軸方向に延びる第２軸方向孔としての空気通路７５ａが形成されている。この空気通路７５ａは、インナニードル７ａの一端から他端まで貫通するように形成されている。そして、空気通路７５ａ途中には、後ほど詳細に説明する開閉手段かつ針状弁としてのインナ側ストッパ４８ａに着座するニードルシート部７９が形成されている。

そして、この空気通路７５ａには、ノズルボデー２の圧力制御室４２に臨む壁面に支持される針状のインナ側ストッパ４８ａが挿入されている。

インナ側ストッパ４８ａは、上記壁面側から空気通路７５ａの内径とほぼ等しい外径を有する大径部４８１と、このストッパ４８ａを空気通路７５ａに挿入させたとき空気通路７５ａの壁面とストッパ４８ａの壁面との間に隙間が形成できるような外径を有する小径部４８２とが形成されている。

小径部４８２は、図８に示すように、円柱状の棒の側壁の一部（図８では２箇所）を平面とすべく削ったような形状となっている。これにより、空気通路７５ａの壁面とストッパ４８ａの壁面との間に隙間を形成することができる。

上述の空気通路７５ａの内径と大径部４８１の外径との関係は、インナニードル７ａが空気通路７５ａの内壁と大径部４８１とが摺動しながら軸方向に移動できる程度のものであればよい。

小径部４８２の先端は、円錐状となっている。この円錐状の部分には、ストッパシート面４８３が形成されている。ストッパシート面４８３は、インナニードル７ａの空気通路７５ａ途中に形成されているニードルシート部７９が着座する面である。ニードルシート部７９がストッパシート面４８３に着座することにより、空気通路７５ａが遮断され、インナ側噴孔２３への圧縮空気の供給が停止するとともに、インナニードル７ａのリフト量が制限される。

図８に示す破線は、インナニードル７ａに形成されたニードルシート部７９が着座するシート部着座位置４８４を示している。このように、ニードルシート部７９は全周に渡ってストッパシート面４８３に着座するので、空気通路７５ａを遮断することができ、圧縮空気の供給を停止できる。

本実施形態では、インナニードル７ａがインナ側噴孔２３を開弁すべく軸方向に移動すると強制的に空気通路７５ａを遮断することができるような構成となっているので、インナ側噴孔２３を開弁したとき、空気通路７５ａを遮断することがより確実にできる。

また、本実施形態では、第１実施形態とは異なり、インナ側シート面２５に第１実施形態のような空気通路溝４５を形成する必要がなく、ノズルボデー２の構造を簡素化することができる。

大径部４８１と小径部４８２との境界部分は、インナニードル７ａがインナ側噴孔２３を閉弁している状態（図７に示す状態）で、貫通孔７４ａと空気通路７５ａとが連通する位置に形成されている。インナニードル７ａがインナ側噴孔２３を開弁すべく、軸方向にリフトすると、貫通孔７４ａは、大径部４８１によって塞がれ、貫通孔７４ａと空気通路７５ａとの連通が遮断するようになっている。

大径部４８１が貫通孔７４ａと空気通路７５ａとを遮断するときのインナニードル７ａのリフト量（図７中のｈ１）は、ストッパシート面４８３にニードルシート部７９が着座するまでのリフト量（図７中のｈ２）に比べ、小さく設定されている。

これによれば、インナニードル７ａのフルリフト量であるｈ２に至るまでに、燃料通路３３内の高圧燃料が空気通路７５ａを遡り空気通路７５ａを介して燃料噴射ノズル１の外に排出されてしまうという問題を少しでも阻止することができる。

（第３実施形態）
図８は本発明の第３実施形態を示したもので、図８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。ここでは、第１実施形態とは異なる部分のみについて説明する。第１実施形態と同じ機能を有する部品については、第１実施形態と同じ符号を付与する。

図８に示す燃料噴射ノズルは、いわゆるシングルニードルタイプの燃料噴射ノズルである。このようなタイプの燃料噴射ノズルであっても、第１、第２実施形態と同じ作用効果を奏する。

ニードル７ｂは、ノズルボデー２の縦孔２１に収容される。ノズルボデー２には、ニードル７ｂが収容されることにより、噴孔２３ｂ側から、燃料通路３３、燃料溜室４１、空気室４３、圧力制御室４２が形成される。燃料通路３３と燃料溜室４１は、互いに連通するように形成されるが、空気室４３、圧力制御室４２は、それぞれが縦孔２１の側面とニードル７ｂの側面とによって区画される。

ニードル７ｂは、空気室４３と接続される空気通路７５ｂを有する。空気通路７５ｂは、ニードル７ｂの軸方向に沿って形成されている。空気通路７５ｂの一端（ニードル７ｂの噴孔側）は、開口しており、ボール弁８が収容されている。

ノズルボデー２には、ボール弁８の下方に、シート面２５ｂが形成されており、ニードル７ｂが噴孔２３ｂを閉弁しているときに、ボール弁８が着座するようになっている。

さらに、ノズルボデー２のシート面２５ｂには、第１実施形態のインナ側シート面２５に形成されているものと同じ、空気通路溝４５が形成されている。

この構成よれば、ニードル７ｂが噴孔２３ｂを開弁しているときは、噴孔２３ｂから高圧燃料が噴射され、ニードル７ｂが噴孔２３ｂを閉弁しているときは、空気通路７５ｂからの圧縮空気が噴孔２３ｂから噴射される。本実施形態の動作については、第１実施形態のインナニードル７ｂおよびボール弁８の動作と同じであるため省略する。

このように、いわゆるシングルニードルタイプの燃料噴射ノズル１ｂであっても、噴孔２３ｂからは、流体（燃料および空気）が噴射されているので、デポジットの原因となる燃料を少しでも外部に吹き飛ばすことができる。

本発明の第１実施形態における燃料噴射ノズルの断面図である。 図１のインナ側噴孔から圧縮空気を噴射しているときのインナニードルの要部断面図である。 図１のインナ側噴孔から圧縮空気および高圧燃料を噴射しているときのインナニードルの要部断面図である。 図１のインナ側噴孔から高圧燃料を噴射しているときのインナニードルの要部断面図である。 図１のインナ側シート面の平面図である。 図１の燃料噴射ノズルの動作を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態における燃料噴射ノズルの断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線の断面図である。 本発明の第３実施形態における燃料噴射ノズルの断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射ノズル、２ ノズルボデー（ノズルボデー）、２２ アウタ側噴孔（外周側噴孔）、２３ インナ側噴孔（内周側噴孔）、２４ アウタ側シート面、２５ インナ側シート面、３１ 燃料通路、３２ 連通路、３３ 燃料通路（燃料通路）、３４ 制御用通路、４１ 燃料溜室、４２ 圧力制御室、４４ 空気通路（空気通路）、４５ 空気通路溝（溝部）、６ アウタニードル（外周側ニードル）、６５ 貫通孔（第１径方向孔）、６６ 溝、６７ 第１スプリング、７ インナニードル（内周側ニードル）、７４ 貫通孔（第２径方向孔）、７５ 空気通路（空気通路）（第１軸方向孔）、７６ 弁室、７７ ニードルシート面、７８ 第２スプリング、８ ボール弁（開閉手段）、８１ 上側シート部、８２ 下側シート部

Claims (8)

1. 外周側噴孔および内周側噴孔と、前記外周側噴孔および前記内周側噴孔に連通する燃料通路とを有するノズルボデーと、
   前記ノズルボデーに収容され、前記外周側噴孔を開閉することにより前記外周側噴孔と前記燃料通路との連通、遮断を制御する外周側ニードルと、
   前記外周側ニードルに収容され、前記内周側噴孔を開閉することにより前記内周側噴孔と前記燃料通路との連通、遮断を制御する内周側ニードルと、を有する燃料噴射ノズルであって、
   前記内周側ニードルの着座位置と前記内周側噴孔との間の前記燃料通路に連通する空気通路を有し、
   前記空気通路は、前記内周側ニードルが前記内周側噴孔を開弁し前記内周側噴孔から燃料噴射を行うと、前記空気通路を遮断し、前記内周側ニードルが前記内周側噴孔を閉弁し前記内周側噴孔から燃料噴射を停止すると、前記空気通路を開放する開閉手段が動作可能となることを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 前記空気通路は、前記外周側ニードルに形成され、前記外周側ニードルの側壁と前記外周側ニードルの内壁とを連通する第１径方向孔と、前記内周側ニードルに形成され、一端が前記燃料通路に開口する第１軸方向孔および前記第１径方向孔と前記第１軸方向孔とを連通する第２径方向孔を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
3. 前記開閉手段は、前記内周側ニードルが前記内周側噴孔を閉弁しているとき、前記空気通路内の空気圧を受け前記空気通路を開放するように移動し、前記内周側ニードルが前記内周側噴孔を開弁しているとき、前記燃料通路内の燃料圧を受け前記空気通路を遮断するように移動する開閉弁であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射ノズル。
4. 前記開閉弁は、ボール弁であることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射ノズル。
5. 前記ノズルボデーには、前記ボール弁が着座する着座部が形成され、
   前記内周側ニードルが前記内周側噴孔を閉弁しているとき、前記ボール弁は前記着座部に着座され、
   前記着座部には、前記ボール弁が前記着座部に着座している状態であっても、前記空気通路と前記内周側噴孔とを連通する溝部が形成されることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射ノズル。
6. 前記空気通路は、前記外周側ニードルに形成され、前記外周側ニードルの側壁と前記外周側ニードルの内壁とを連通する第３径方向孔と、前記内周側ニードルに形成され、軸方向に貫通し、一端が前記燃料通路に開口する第２軸方向孔および前記第３径方向孔と前記第２軸方向孔とを連通する第４径方向孔を有し、
   前記開閉手段は、前記ノズルボデーに形成され、前記第２軸方向孔の側壁と隙間を有するように前記第２軸方向孔に挿入され、先端にシート面を有する針状弁であって、
   前記内周側ニードルの前記第２軸方向孔は、前記内周側ニードルが前記内周側噴孔を開弁すべく軸方向に所定距離移動すると前記シート面に着座し、前記空気通路を遮断するシート部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
7. 前記針状弁は、前記ノズルボデーに支持され、外壁全周が前記内周側ニードルの前記第２軸方向孔に摺動する大径部と、前記大径部よりも先端側に形成され、前記軸方向孔との間に隙間を形成する小径部とを有し、
   前記大径部は、前記内周側ニードルが前記内周側噴孔を開弁すべく軸方向に移動すると、前記シート面に前記シート部が着座する前に、前記第４径方向孔と前記第２軸方向孔との連通を遮断することを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射ノズル。
8. 噴孔と、前記噴孔に連通する燃料通路とを有するノズルボデーと、
   前記ノズルボデーに収容され、前記噴孔を開閉することにより前記噴孔と前記燃料通路との連通、遮断を制御するニードルと、を有する燃料噴射ノズルであって、
   前記ニードルの着座位置と前記噴孔との間の前記燃料通路に連通する空気通路を有し、
   前記空気通路は、前記ニードルが前記噴孔を開弁し前記噴孔から燃料噴射を行うと、前記空気通路を遮断し、前記ニードルが前記噴孔を閉弁し前記噴孔から燃料噴射を停止すると、前記空気通路を開放する開閉手段が動作可能となることを特徴とする燃料噴射ノズル。

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