JPH11193766A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内開式弁に用いられるノズルホルダ或いはイ
ンジェクタとの互換性を有し、且つニードル１９の摺動
不良による燃料漏れを防止でき、更に低リフト時におけ
る燃料の乱れを防止できる燃料噴射弁を提供すること。 【解決手段】 ノズルボディ１７に形成された縦孔２１
には、シート部材１８とニードル１９が収容されてい
る。ニードル１９は、中央部に燃料通路２５が形成さ
れ、且つ燃料通路２５が開口する下端面に内側逆円錐面
１９ｃと外側逆円錐面１９ｄとが形成され、両逆円錐面
１９ｃ、１９ｄの境界線がシート部材１８のシート面１
８ａに着座するシート部１９ｅとして設けられている。
このニードル１９は、シート部１９ｅがシート面１８ａ
に着座することで燃料通路２５と噴孔２２との間を遮断
し、この時、外側逆円錐面１９ｄがシート面１８ａに略
密着して噴孔２２の入口を閉じることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンに高圧燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディーゼルエンジン等において
は、厳しくなる排気ガス規制に対処する必要が生じてい
る。排気ガス中に含まれる有害成分の低減、更に燃費向
上を達成するためには、燃料噴射による噴霧を時間的、
空間的、および質的に最適化することが望まれており、
特に質的な噴霧の微粒化が必要である。このような燃料
噴霧の微粒化を目的とする従来技術として、例えば実開
平４−１０００６５号公報に記載された燃料噴射弁があ
る。この燃料噴射弁は、中央部に孔部を有し、且つ先端
部付近に孔部と連通する複数の開口を有するノズル本体
と、このノズル本体の孔部に摺動可能に嵌合するニード
ルとを備えている。ニードルは、中央部を上下方向に延
びる燃料通路と、この燃料通路の下端部に連通する複数
の噴孔とが形成され、ノズル本体の孔部をニードルが下
降してノズル本体の開口にニードルの噴孔が連通する
と、燃料噴射ポンプより圧送された燃料が燃料通路より
噴孔を通ってノズル本体の開口より燃焼室へ噴射され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の燃料
噴射弁は、ニードルがノズル本体に対し下降することで
弁座部から離座する構造（外開式弁）である。これは、
現状の主流であるニードルが上昇することで離座する内
開式弁とは異なるため、その内開式弁との互換性がな
く、内開式弁に用いられるノズルホルダ或いはインジェ
クタに適用することができない。従って、上記の燃料噴
射弁（外開式弁）に適用できる新規なノズルホルダ或い
はインジェクタが必要となる。また、ニードルの先端部
がノズル本体より露出しており、その露出部には噴孔の
開閉に必要な摺動部が形成されている。この場合、エン
ジンの燃料室内で未燃焼燃料であるカーボンデポジット
が摺動部に堆積すると、摺動不良によって着座できず、
燃料漏れを発生する。更に、噴孔の出口側に開閉機構を
設けているため、図１１に示すように、ニードル１００
の低リフト時には、噴孔１１０の出口部で燃料の流れが
乱され、偏った噴霧形状が形成される。また、噴孔１１
０の出口部での燃料の乱れに伴ってノズル本体２００の
開口２１０の出口近傍にカーボンデポジットが堆積する
と、噴霧形状が狙い形状から変化する等の不具合が生じ
る。

【０００４】本発明は、上記事情に基づいて成されたも
ので、その目的は、ニードルのリフト量に応じて噴孔の
開口面積を連続的に可変する燃料噴射弁であって、内開
式弁に用いられるノズルホルダ或いはインジェクタとの
互換性を有し、且つニードルの摺動不良による燃料漏れ
を防止でき、更に低リフト時における燃料の乱れを防止
できる燃料噴射弁を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）ノズ
ルボディは、縦孔から円筒壁部を貫通して円筒壁部の外
周面に開口する噴孔を有し、ニードルは、中央部に燃料
通路が形成されて、その燃料通路がニードルの下端面に
開口して設けられ、且つ縦孔内をリフトする際にニード
ルの外周面が噴孔の入口を開くことにより燃料通路と噴
孔とを連通させることができる。従って、ニードルが縦
孔内をリフトしてニードルの下端面がシート面から離
れ、且つニードルの外周面が噴孔を開くことにより、燃
料通路を通って供給された高圧燃料が噴孔より噴射され
る。この構成により、縦孔に開口する噴孔の開口面積
は、ニードルのリフト量が増加するに連れて徐々に拡大
することができる。即ち、ニードルの全域（噴射開始か
ら終了まで）において噴孔が最小流路面積と成り得る。
この燃料噴射弁は、ニードルが縦孔内をリフトすること
で離座（ニードルの下端面がシート面から離れる）する
内開式弁であるため、現行の内開式弁に用いられている
ノズルホルダ或いはインジェクタにも適用できる。ま
た、内開式弁とすることでニードルの摺動面が外部に露
出することがないため、ニードルの摺動面に未燃焼燃料
であるカーボンデポジットが付着することもない。

【０００６】（請求項２の手段）シート部材は、燃料噴
射終了時にニードルの下端面が着座するシート面を有
し、このシート面が噴孔の下端と略同じ位置または若干
高い位置に設定されている。この場合、シート面に沿っ
て流れる高圧燃料が噴孔の入口で縦孔の内周面に衝突す
ることがなく、そのまま噴孔へ流れ込むことができる。
これにより、低リフト時（ニードルのリフト量が小さい
時）での燃料の流れに乱れがなく、所望の噴霧形状を形
成することができる。

【０００７】（請求項３の手段）ノズルボディは、ニー
ドルのリフト方向に第１の噴孔と第２の噴孔とを有して
いる。この場合、ニードルの初期リフト量を第１の噴孔
と第２の噴孔との間に設定することにより、噴孔の開口
面積を２段階に変更できる。

【０００８】（請求項４の手段）ノズルボディは、縦孔
の一部に内径を拡大してニードルの外周面との間に形成
された環状の室と、燃料通路に供給される高圧燃料より
低圧の低圧系と環状の室とを連通するリーク通路とを有
している。これにより、ノズルボディの縦孔とニードル
との間のクリアランスに漏れた燃料を環状の室からリー
ク通路を通って低圧系に排出できる。その結果、上記ク
リアランスに余裕を持たせることができるため、加工コ
ストを低減できるメリットが生じる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を、開弁圧
を２段階に設定する燃料噴射弁に用いた場合について、
図面に基づいて説明する。図１は燃料噴射弁のノズルの
断面図である。図４に示すように、内部に２個のスプリ
ング（第１スプリング２と第２スプリング３）を収容す
るノズルホルダ４と、このノズルホルダ４の下部に配さ
れるチップパッキン５と、このチップパッキン５の下部
に配されるノズル（下述する）等より構成されている。
ノズルホルダ４には、中央部を上下方向に貫通する貫通
孔が設けられて、この貫通孔の上部側に第１スプリング
２を収容する第１スプリング室６が形成され、貫通孔の
下部側に第２スプリング３を収容する第２スプリング室
７が形成されている。また、ノズルホルダ４には、内部
に燃料通路８が形成されたインレット９が設けられ、こ
のインレット９に接続される噴射管１０を経由して燃料
噴射ポンプ１１より高圧燃料が燃料通路８に供給される
（図４参照）。なお、燃料通路８は、インレット９の内
部から第２スプリング室７の側方を通ってノズルホルダ
４の下端面に開口している。

【００１０】第１スプリング２は、上端がノズルの開弁
圧を調整するアジャスティングスクリュ１２に当接し、
下端がロッド１３の頭部１３ａに当接して、そのロッド
１３を図示（図４）下方へ付勢している。ロッド１３
は、第１スプリング室６と第２スプリング室７とを連通
する連通孔（上記貫通孔の一部）を通って第１スプリン
グ室６と第２スプリング室７とに跨がって収容されてい
る。第２スプリング３は、上端が第２スプリング３のセ
ット荷重を調整するシム１４に当接し、下端が第２スプ
リング室７の下部に配設されるスペーサ１５に当接し
て、そのスペーサ１５を図示（図４）下方へ付勢してい
る。

【００１１】スペーサ１５は、図５に示すように、大径
部１５ａと、この大径部１５ａの下側に形成された小径
部１５ｂとを有し、大径部１５ａと小径部１５ｂとの中
央部を貫通する丸孔１５ｃが形成されている。大径部１
５ａは、チップパッキン５の上部に配されて第２スプリ
ング３の下端を支持している。小径部１５ｂは、チップ
パッキン５の中央部に形成された貫通孔５ａに挿通さ
れ、その下端面がチップパッキン５の下端面より所定長
さだけ下方へ突出している。また、丸孔１５ｃには、上
記ロッド１３の下端部が摺動可能に挿入されている。チ
ップパッキン５は、図５に示すように、第２スプリング
室７を形成するノズルホルダ４の円筒下端面にチップパ
ッキン５の上端面外周部が当接して配され、第２スプリ
ング室７の下部側壁面として構成されている。このチッ
プパッキン５には、ノズルホルダ４の燃料通路８に連通
する燃料通路１６（図４参照）が形成されている。

【００１２】ノズルは、ノズルボディ１７、シート部材
１８、及びニードル１９から成る。ノズルボディ１７
は、その上端面がチップパッキン５の下端面に当接した
状態で、チップパッキン５と共にリテーニングナット２
０（図４参照）によりノズルホルダ４に組付けられてい
る。このノズルボディ１７には、図１に示すように、中
央部を上下方向に延びる縦孔２１が形成され、下端部に
複数（例えば６個）の噴孔２２が形成されている。縦孔
２１は、上端がノズルボディ１７の上端面に開口してい
る。但し、縦孔２１の内径は、スペーサ１５の小径部１
５ｂが挿通されるチップパッキン５の貫通孔５ａの内径
より大きく設定されている。縦孔２１の下端は、ノズル
ボディ１７の底部を貫通することなく、ノズルボディ１
７の底部壁１７ａによって閉塞されている。

【００１３】噴孔２２は、縦孔２１の下部周囲に形成さ
れる円筒壁部１７ｂを略半径方向に貫通して形成され、
且つ縦孔２１に開口する入口の方が円筒壁部１７ｂの外
周面に開口する出口より若干上方位置に開口している
（つまり、入口から出口へ向かって若干下方へ傾斜して
いる）。なお、噴孔２２の断面形状（開口形状）は、図
３（ａ）に示す様なスリット形状、あるいは図３（ｂ）
に示す様な丸孔形状でも良い。このノズルボディ１７に
は、縦孔２１の途中に環状の燃料溜室２３が形成され、
更にチップパッキン５の燃料通路１６と燃料溜室２３と
を連通する燃料通路２４が形成されている。従って、燃
料噴射ポンプ１１より噴射管１０を通って圧送された高
圧燃料は、ノズルホルダ４の燃料通路８からチップパッ
キン５の燃料通路１６とノズルボディ１７の燃料通路２
４とを通って燃料溜室２３へ供給される。

【００１４】シート部材１８は、縦孔２１に微小なクリ
アランスで嵌合できる円柱形状に設けられ、縦孔２１の
下端部に収容されている。シート部材１８の上面は円錐
状に形成され（以下、この円錐面をシート面１８ａと呼
ぶ）、そのシート面１８ａの外径端の高さ位置が噴孔２
２の下端と略同位置か、若干高い位置に設定されてい
る。また、シート面１８ａの傾斜角（円錐角）は、噴孔
２２の傾斜角と略等しくなるように設定されている（図
２参照）。

【００１５】ニードル１９は、縦孔２１に数μｍのクリ
アランスで摺動自在に嵌合され、且つ上端部に設けられ
た小径突起部１９ａがノズルボディ１７の上端面より上
方へ突出してスペーサ１５の丸孔１５ｃ内に挿入され、
その小径突起部１９ａの上端面がスペーサ１５の丸孔１
５ｃ内でロッド１３の下端面に当接している（図５参
照）。このニードル１９は、シート部材１８に着座して
いる時に小径突起部１９ａに繋がる段差面１９ｂがスペ
ーサ１５の小径部１５ｂの下端面より若干低い位置に設
定され、この段差面１９ｂと小径部１５ｂの下端面との
ギャップがニードル１９のプレリフト量ＨD1となる。ま
た、段差面１９ｂとチップパッキン５の下端面とのギャ
ップがニードル１９のフルリフト量ＨD2となる（図５参
照）。なお、ニードル１９のプレリフト量ＨD1は、噴孔
２２の上下幅（丸孔形状であれば内径）より小さく、且
つニードル１９のフルリフト量ＨD2は、噴孔２２の上下
幅以上の大きさに設定されている。

【００１６】ニードル１９の内部には、中央部を下端面
から上部側まで延びる燃料通路２５が形成され、且つ燃
料通路２５の上部で燃料通路２５を横切って径方向に貫
通する貫通路２６が形成され、この貫通路２６がノズル
ボディ１７の燃料溜室２３に連通している。燃料通路２
５が開口するニードル１９の下端面には、図２に示すよ
うに、シート部材１８のシート面１８ａに対応する内側
逆円錐面１９ｃと外側逆円錐面１９ｄとが形成され、内
側逆円錐面１９ｃと外側逆円錐面１９ｄとの境界線（稜
線）がシート面１８ａに着座するシート部１９ｅとして
設けられている。外側逆円錐面１９ｄは、シート面１８
ａと略同一の円錐角に設定され、その外側逆円錐面１９
ｄより内側逆円錐面１９ｃの方が円錐角が僅かに小さく
設けられている（つまり、水平面に対する傾斜角が大き
い）。

【００１７】このニードル１９は、シート部材１８に着
座する（シート部１９ｅがシート面１８ａに当接する）
ことで燃料通路２５と噴孔２２との間を遮断し、シート
部材１８から離座する（シート部１９ｅがシート面１８
ａから離れる）ことで燃料通路２５と噴孔２２とを連通
することができる。また、ニードル１９がシート部材１
８に着座すると、外側逆円錐面１９ｄがシート面１８ａ
に略密着することにより噴孔２２の入口を閉じることが
できる。従って、噴孔２２の開口面積は、ニードル１９
のリフト量が増加するに連れて徐々に拡大することにな
る。

【００１８】次に、本実施例の作動を説明する。燃料噴
射ポンプ１１より所定量の燃料が所定の時期に圧送さ
れ、その高圧燃料が噴射管１０を経由して燃料噴射弁１
に供給される。燃料噴射弁１では、ノズルホルダ４の燃
料通路８よりチップパッキン５の燃料通路１６、ノズル
ボディ１７の燃料通路２４と燃料溜室２３、及びニード
ル１９の貫通路２６を通ってニードル１９の燃料通路２
５内に蓄えられる。この燃料通路２５内の燃料圧力が増
大して第１開弁圧（第１スプリング２の付勢力）に打ち
勝つと、ニードル１９がプレリフト位置（ニードル１９
の段差面１９ｂがスペーサ１５の小径部１５ｂの下端面
に当接する位置）までリフトする。このプレリフトによ
り、ニードル１９の外側逆円錐面１９ｄが噴孔２２の入
口を一部開口して一段目の燃料噴射が行われる。

【００１９】更に、ニードル１９の燃料通路２５内の燃
料圧力が上昇して第２開弁圧（第１スプリング２と第２
スプリング３との付勢力の和）に打ち勝つと、ニードル
１９がスペーサ１５を押し上げながらフルリフト位置
（ニードル１９の段差面１９ｂがチップパッキン５の下
端面に当接する位置）までリフトする。このフルリフト
では、ニードル１９の外側逆円錐面１９ｄが噴孔２２よ
り上方へ移動するため、噴孔２２全体が開口して二段目
の燃料噴射が行われる。燃料噴射ポンプ１１の燃料圧送
が終わりに近づくと、燃料通路２５内の燃料圧力が低下
するため、第１スプリング２と第２スプリング３との付
勢力によりニードル１９が下方へ押し下げられ、ニード
ル１９のシート部１９ｅがシート面１８ａに着座して燃
料噴射が終了する。

【００２０】（第１実施例の効果）本実施例では、ニー
ドル１９が縦孔２１内をリフトしてニードル１９のシー
ト部１９ｅがシート面１８ａから離れ、ニードル１９の
外側逆円錐面１９ｄが噴孔２２を開くことにより、燃料
通路２５を通って供給された高圧燃料が噴孔２２より噴
射される。この構成により、縦孔２１に開口する噴孔２
２の開口面積は、ニードル１９のリフト量が増加するに
連れて徐々に拡大することができる。即ち、ニードル１
９の全域（噴射開始から終了まで）において噴孔２２が
最小流路面積と成る。この結果、低リフト時（ニードル
１９がプレリフトした状態）において噴射圧力を増大で
き、且つ噴孔径（噴孔２２の開口面積）を小さくできる
効果を実現できる。これは、図６および図７に示すよう
に、噴孔径が小さくなる程、および噴射圧力が高くなる
程、噴霧を微粒化できるため、噴霧の微粒化を飛躍的に
促進できる。

【００２１】本実施例の燃料噴射弁１は、ニードル１９
が縦孔２１内をリフトすることで離座（ニードル１９の
シート部１９ｅがシート面１８ａから離れる）する内開
式弁であるため、現行の内開式弁に用いられているノズ
ルホルダ或いはインジェクタにも適用できる。また、内
開式弁とすることでニードル１９の摺動面がノズルボデ
ィ１７の外部に露出することがないため、ニードル１９
の摺動面に未燃焼燃料であるカーボンデポジットが付着
することもない。更に、内開式弁を採用した上で、シー
ト部材１８のシート面１８ａが噴孔２２の下端と略同じ
位置または若干高い位置に設定されているため、図８に
示すように、シート面１８ａに沿って流れる高圧燃料が
噴孔２２の入口で縦孔２１の内周面に衝突することがな
く、そのまま噴孔２２へ流れ込むことができる。これに
より、ニードル１９の低リフト時での燃料の流れに乱れ
がなく、所望の噴霧形状を形成することができる。ま
た、燃料の流れに乱れが無くなることから、噴孔２２の
出口近傍にカーボンデポジットが堆積することも防止で
きるため、噴霧形状が狙いの形状から変化することも無
く、所望の噴霧形状を得ることができる。

【００２２】（第２実施例）図９はノズル先端部の拡大
断面図である。本実施例は、図９に示すように、ノズル
ボディ１７の円筒壁部１７ｂに第１の噴孔２２ａと第２
の噴孔２２ｂとを形成した一例を示すものである。第１
の噴孔２２ａと第２の噴孔２２ｂは、ニードル１９のリ
フト方向（図９の上下方向）に所定距離Ｌｈだけ離れて
形成され、その第１の噴孔２２ａと第２の噴孔２２ｂと
の距離Ｌｈがプレリフト量ＨD1より大きく設計されてい
る。本実施例によれば、第１の噴孔２２ａおよび第２の
噴孔２２ｂの断面形状をそれぞれ丸孔形状に形成するこ
とができるため、第１実施例の様に１つの噴孔２２をス
リット状に形成する場合と比較して噴孔２２の加工を容
易にでき、加工コストも低減できる。

【００２３】（第３実施例）図１０はノズルの断面図で
ある。本実施例は、ノズルボディ１７にリーク通路２７
を設けた一例を示すものである。ノズルボディ１７に
は、燃料通路２４より下方に縦孔２１の内径を拡大して
形成された環状の室２８が設けられ、更にこの環状の室
２８とノズルホルダ４の内部（第２スプリング室７およ
び第１スプリング室６）とを連通するリーク通路２７が
形成されている。なお、本実施例において、ノズルボデ
ィ１７にリーク通路２７を形成するために、ノズルボデ
ィ１７に第１実施例で説明した燃料溜室２３（図１参
照）を形成する余裕がない場合は、図１０に示すように
ニードル１９に燃料溜室２９を形成しても良い。本実施
例によれば、ノズルボディ１７の縦孔２１とニードル１
９との間のクリアランスに漏れた燃料を環状の室２８か
らリーク通路２７を通って低圧系に排出できる。その結
果、上記クリアランスに余裕を持たせることができるた
め、加工コストを低減できるメリットが生じる。なお、
ノズルホルダ４の第２スプリング室７および第１スプリ
ング室６は、図４に示すように、アジャスティングスク
リュ１２に設けられた通路１２ａを通じて燃料噴射弁１
の外部（低圧系）に連通している。

【００２４】（変形例）上記実施例では、シート部材１
８のシート面１８ａを円錐形状とし、ニードル１９の下
端面を逆円錐面としているが、その逆でも良い。つま
り、シート部材１８のシート面１８ａを逆円錐形状と
し、ニードル１９の下端面を円錐面としても良い。ある
いは、シート部材１８のシート面１８ａとニードル１９
の下端面とを平面としても良い。シート部材１８は、ノ
ズルボディ１７と別体で構成しているが、ノズルボディ
１７と一体に形成しても良い。ノズルボディ１７に形成
された縦孔２１は、ノズルボディ１７の底部壁１７ａに
よって閉塞されているが、縦孔２１をノズルボディ１７
の下端面まで貫通させて、縦孔２１の下端開口部を別部
材（例えばシート部材１８）により気密に塞ぐように構
成しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】ノズルの断面図である。

【図２】ノズル先端部の拡大断面図である。

【図３】噴孔の開口形状を示す平面図である。

【図４】燃料噴射弁の全体断面図である。

【図５】ニードルのリフト量を規定する部分の拡大断面
図である。

【図６】噴孔径と粒径との関係を示すグラフである。

【図７】噴射圧力と粒径との関係を示すグラフである。

【図８】燃料の流れと噴霧の様子を示す模式図である。

【図９】ノズル先端部の拡大断面図である（第２実施
例）。

【図１０】ノズルの断面図である（第３実施例）。

【図１１】燃料の流れと噴霧の様子を示す模式図である
（従来技術）。

【符号の説明】

１ 燃料噴射弁 １７ ノズルボディ １７ｂ 円筒壁部 １８ シート部材 １８ａ シート面 １９ ニードル １９ｃ 内側逆円錐面（ニードルの下端面） １９ｄ 外側逆円錐面（ニードルの下端面） ２１ 縦孔 ２２ 噴孔 ２２ａ 第１の噴孔 ２２ｂ 第２の噴孔 ２５ ニードルの燃料通路 ２７ リーク通路 ２８ 環状の室

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３５０ Ｆ０２Ｍ 61/18 ３５０Ｄ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中央部に縦孔が形成された円筒壁部を有す
   るノズルボディと、 前記縦孔に摺動自在に嵌合して、燃料噴射時に前記縦孔
   内をリフトするニードルと、 前記縦孔の下端部に設けられ、燃料噴射終了時に前記ニ
   ードルの下端面が着座するシート面を形成するシート部
   材とを備え、 前記ノズルボディは、前記縦孔から前記円筒壁部を貫通
   して前記円筒壁部の外周面に開口する噴孔を有し、 前記ニードルは、中央部に燃料通路が形成されて、その
   燃料通路が前記ニードルの下端面に開口して設けられ、
   且つ前記縦孔内をリフトする際に前記ニードルの外周面
   が前記噴孔の入口を開くことにより前記燃料通路と前記
   噴孔とを連通させることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 【請求項２】前記シート部材は、前記シート面が前記噴
   孔の下端と略同じ位置または若干高い位置に設定されて
   いることを特徴とする請求項１に記載した燃料噴射弁。
3. 【請求項３】前記ノズルボディは、前記ニードルのリフ
   ト方向に第１の噴孔と第２の噴孔とを有していることを
   特徴とする請求項１または２に記載した燃料噴射弁。
4. 【請求項４】前記ノズルボディは、前記縦孔の一部に内
   径を拡大して前記ニードルの外周面との間に形成された
   環状の室と、前記燃料通路に供給される高圧燃料より低
   圧の低圧系と前記環状の室とを連通するリーク通路とを
   有していることを特徴とする請求項１〜３に記載した何
   れかの燃料噴射弁。