JP2003049751A

JP2003049751A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2003049751A
Application number: JP2001238203A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Watanabe; 義正渡辺; Tsuneo Tsutsui; 恒雄筒井; Kazuhiro Omae; 和広大前; Susumu Okada; 晋岡田; Yoshinori Oonagane; 嘉紀太長根
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2003-02-21

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料噴射後にニードル弁と噴孔との間の容積
空間内に残存する燃料を内燃機関の運転性能を低下させ
ず且つ排気ガスのエミッションを悪化させずに処理す
る。【解決手段】複数の噴孔を有する噴孔群６と該噴孔群
６に連通可能なサック部７とを備え、燃料噴射時には上
記噴孔群６の全ての噴孔が一斉に開放されてサック部７
内の燃料が噴孔群６の全ての噴孔から一斉に噴射され、
非噴射時になるとサック部７内に燃料が残るような内燃
機関用の燃料噴射弁において、非噴射時には噴孔群６の
うちの一部の噴孔１２がサック部に対して開放されてい
ると共に噴孔群６の残りの噴孔が閉鎖されているように
し、この開放されている噴孔１２がサック部７から燃料
を排出するための排出用噴孔１２として機能するように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の燃料噴射
弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するた
めの燃料噴射弁が特開２０００−４５９０９号公報に開
示されている。この燃料噴射弁は燃料を噴射するための
噴孔と、この噴孔からの燃料噴射を停止させるためのニ
ードル弁とを具備する。ところでこの燃料噴射弁では噴
孔からの燃料噴射を停止させるべくニードル弁を閉弁さ
せるときにニードル弁と噴孔との間に容積空間が形成さ
れる。この容積空間には燃料が残るので仮に容積空間が
ニードル弁により完全に閉空間とされてしまうと容積空
間内の燃料の圧力が高くなり、ニードル弁が閉弁しずら
くなる。また容積空間内の燃料の圧力が非常に高くなる
と燃料噴射弁が破損する可能性もある。

【０００３】そこでこうしたことを回避するために一般
的には上記容積空間は噴孔からの燃料噴射がニードル弁
により完全に停止されたとしても噴孔を介して燃焼室に
開放されている。すなわち容積空間はニードル弁の位置
に係わらず常に噴孔を介して燃焼室に開放されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところでニードル弁が
閉弁されて噴孔からの燃料噴射が停止せしめられた時に
容積空間内に燃料が残存している。噴孔からの燃料噴射
が停止せしめられた後に燃焼室内の圧力が低下すると容
積空間内に残存している燃料が噴孔を介して燃料噴射弁
から流出する。このときの燃料噴射圧は低いので流出し
た燃料は噴孔近傍の壁面に付着し、場合によっては噴孔
を塞いでしまう。この場合、燃料が予定通りには噴射さ
れないので内燃機関の運転性能が低下したり、排気ガス
のエミッションが悪化したりする。

【０００５】また流出した燃料が噴孔近傍の壁面に付着
せずに燃料室内に放出されたとしても燃料噴射圧が低い
ので放出された燃料の微粒化・霧状化が不十分となり、
結果的にはやはり内燃機関の運転性能が低下したり、排
気ガスのエミッションが悪化したりする。

【０００６】そこで本発明の目的は燃料噴射後にニード
ル弁と噴孔との間の容積空間内に残存する燃料を内燃機
関の運転性能を低下させず且つ排気ガスのエミッション
を悪化させずに処理することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１の発明では、複数の噴孔を有する噴孔群と該噴
孔群に連通可能なサック部とを備え、燃料噴射時には上
記噴孔群の全ての噴孔が一斉に開放されてサック部内の
燃料が噴孔群の全ての噴孔から一斉に噴射され、非噴射
時になるとサック部内に燃料が残るような内燃機関用の
燃料噴射弁において、非噴射時には上記噴孔群のうちの
一部の噴孔がサック部に対して開放されていると共にこ
の噴孔群の残りの噴孔が閉鎖されているようにし、開放
されている噴孔がサック部から燃料を排出するための排
出用噴孔として機能するようにした。すなわち、非噴射
時においてサック部（容積空間）に残った燃料が減圧沸
騰によって排出用噴孔のみから排出されるので排出され
る燃料の排出圧および速度が高められ、よって排出され
る燃料が微粒化・霧状化される。

【０００８】第２の発明では、第１の発明において、上
記噴孔群とは別に複数の噴孔を有する追加噴孔群をさら
に具備し、燃料噴射が全開噴射と半開噴射との二段階に
分けられ、全開噴射時には噴孔群と追加噴孔群とが開放
されてこれら噴孔群と追加噴孔群とから燃料が噴射さ
れ、半開噴射時には追加噴孔群のみが開放されて追加噴
孔群のみから燃料が噴射されるようにした。すなわち、
機関運転状態に応じて単位時間当たりの燃料の噴射量を
二段階に調節できるようにした。

【０００９】第３の発明では、第１または第２の発明に
おいて、サック部に対する相対位置に関して排出用噴孔
のサック部側の開口の相対位置が噴孔群の排出用噴孔以
外の噴孔のサック部側の開口の相対位置とは異なるよう
にした。すなわち、サック部に対する相対位置を変える
ことによって非噴射時において排出用噴孔のみが開放さ
れるようにした。

【００１０】第４の発明では、第３の発明において、噴
孔群から燃料が噴射される場合において、噴孔群の排出
用噴孔以外の噴孔から噴射される燃料の目標到達地点は
当該燃料噴射弁の長手軸線を中心とした円上にあり、噴
孔群の排出用噴孔から噴射される燃料も円上にある目標
到達地点に到達するように排出用噴孔の噴射角度を設定
した。

【００１１】第５の発明では、第１または第２の発明に
おいて、非噴射時において噴孔を閉鎖し且つ燃料を噴射
すべき時には噴孔を開放するニードル弁を具備し、この
ニードル弁が非噴射時においてサック部に対して噴孔群
の排出用噴孔のみを開放するような通路を有するように
構成された。すなわち、ニードル弁に通路を設けること
によって非噴射時において排出用噴孔のみが開放される
ようにした。

【００１２】第６の発明では、第１〜第５のいずれか一
つの発明において、非噴射時において噴孔群の排出用噴
孔から排出される燃料の排出圧を高めるための排出圧増
加手段を設けた。すなわち、排出圧増加手段によってサ
ック部から排出される燃料の排出圧および速度が高めら
れるので、排出される燃料の微粒化・霧状化が促進され
る。

【００１３】第７の発明では、第６の発明において、排
出圧増加手段として、噴孔群の排出用噴孔の噴孔径を噴
孔群の排出用噴孔以外の噴孔の噴孔径より小さく設定し
た。

【００１４】第８の発明では、第６の発明において、排
出圧増加手段として、噴孔群の排出用噴孔の流量係数を
低くするようにした。

【００１５】第９の発明では、第１〜第８のいずれか一
つの発明において、非噴射時において排出用噴孔から噴
射される燃料がピストン上壁面のうち熱により劣化が促
進される可能性がより小さい領域に向けて噴射されるよ
うに排出用噴孔の噴射方向を設定した。すなわちピスト
ンに加わる熱負荷が小さくなるようにした。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施例を参照して
本発明を説明する。図１に本発明を採用した燃料噴射弁
の実施例を示した。本実施例の燃料噴射弁はディーゼル
機関の燃焼室に燃料を直接噴射するために用いられる。
しかしながら、本発明の燃料噴射弁はディーゼル機関で
はない内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射するために用
いられることもできるし、燃焼室に接続された機関吸気
通路内に燃料を噴射するために用いられることもでき
る。

【００１７】図１〜図５を参照して、本発明の第一の実
施例について説明する。図１において、１は燃料噴射
弁、２は燃料噴射弁１のノズルボディ、３はノズルボデ
ィ２内に往復動可能に収容されたニードル弁である。ノ
ズルボディ２にはノズルボディ２の先端部４から遠い方
から順に第一噴孔群５と第二噴孔群６とが形成される。
第一噴孔群５および第二噴孔群６はそれぞれ複数の噴孔
を有する。これら噴孔群５、６の噴孔は、これら噴孔群
５、６の噴孔の入口がノズルボディ２の内側に開口する
と共に出口がノズルボディ２の外側に開口するように、
ノズルボディ２を貫通する。また、第一噴孔群５の噴孔
は燃料噴射弁１の長手軸線１１周りに等角度間隔を開け
て形成される。すなわち第一噴孔群５の噴孔は周方向に
等間隔に配置されている。さらに、第一噴孔群５の各噴
孔は燃料噴射弁１の長手軸線１１に対する相対位置関係
に関して互いにほぼ同一になるように形成される。すな
わち燃料噴射弁１の長手軸線１１に対して第一噴孔群５
の各噴孔が延在する角度は等しい。同様に、第二噴孔群
６の一つの噴孔を除いた残りの噴孔も燃料噴射弁１の長
手軸線１１周りに等角度間隔を開けて配置され、燃料噴
射弁１の長手軸線１１に対する相対位置関係に関して互
いにほぼ同一になるように形成される。したがって図２
に示したように、第一噴孔群５の噴孔出口は燃料噴射弁
１を中心とした円Ａ上に配置され、第二噴孔群６の一つ
の噴孔出口を除いた残りの噴孔出口は上記円Ａとは別の
燃料噴射弁１を中心とした円Ｂ上に配置される。さら
に、第一噴孔群５の噴孔の噴孔径は第二噴孔群６の噴孔
の噴孔径よりも小さい。なお、燃料噴射弁１によって噴
射される燃料は図１において上から下に流れて第一噴孔
群５および第二噴孔群６から噴射されるため、図１にお
いて上側を上流側、下側を下流側と表現することにす
る。したがって、第一噴孔群５は第二噴孔群６の上流側
に位置することになる。

【００１８】ノズルボディ２内の先端部４付近にはサッ
ク部７が設けられる。サック部７は円筒状の容積空間で
あり、第二噴孔群６の噴孔の入口に連結されて第二噴孔
群６の噴孔と連通している。また、サック部７はニード
ル弁３の突出先端部８を受容可能である。また、ノズル
ボディ２とニードル弁３との間であって第一噴孔群５よ
りも上流側に着座シート９が設けられる。さらに、ノズ
ルボディ２とニードル弁３の突出先端部８との間であっ
て第二噴孔群６よりも上流側に摺動シール部１０が設け
られる。これら着座シート９と摺動シール部１０とはニ
ードル弁３のリフト量に応じてノズルボディ２とニード
ル弁３との間で作用するシールとなる。

【００１９】次に本実施例の燃料噴射弁の作用について
説明する。ニードル弁３が図１に示した状態にあると
き、すなわち着座シート９によってノズルボディ２とニ
ードル弁３との間がシールされると共に摺動シール部１
０によってノズルボディ２とニードル弁３の突出先端部
８との間がシールされた状態にあるときには第一噴孔群
５および第二噴孔群６の噴孔がニードル弁３によって閉
弁されているので第一噴孔群５および第二噴孔群６の噴
孔から燃料は噴射されない。以下、このように燃料が第
一噴孔群５および第二噴孔群６の噴孔から噴射されない
場合を非噴射時と称する。なお、このときのノズルボデ
ィ２に対するニードル弁３のリフト量は零である。

【００２０】ニードル弁３が図３に示した状態にまでリ
フトされたときにはノズルボディ２とニードル弁３との
間の着座シート９によるシールが開放されることによっ
て第一噴孔群５の噴孔が開弁される。このときノズルボ
ディ２とニードル弁３の突出先端部８との間が摺動シー
ル部１０によってシールされたままであり、よって第二
噴孔群６の噴孔は閉弁されている。このとき燃料は矢印
で示したように、上流からノズルボディ２とニードル弁
３との間の空間を通ってニードル弁３の先端付近まで流
れ、第一噴孔群５の噴孔のみから噴射される。以下、こ
のように燃料が第一噴孔群５の噴孔のみから噴射される
場合を半開噴射時と称する。なお、このときのノズルボ
ディ２に対するニードル弁３のリフト量は第一リフト量
である。

【００２１】ニードル弁３が図４に示した状態にまでリ
フトされたときにはノズルボディ２とニードル弁３との
間の着座シート９によるシールが開放されて第一噴孔群
５が開弁されると共に、ノズルボディ２とニードル弁３
の突出先端部８との間の摺動シール部１０が開放されて
第二噴孔群６が開弁される。このとき、燃料は矢印で示
したように上流からノズルボディ２とニードル弁３との
間の空間を通ってニードル弁３の先端付近まで流れ、第
一噴孔群５と第二噴孔群６との噴孔から噴射される。以
下、このように燃料が第一噴孔群５と第二噴孔群６との
噴孔から噴射される場合を全開噴射時と称する。なお、
このときのノズルボディ２に対するニードル弁３のリフ
ト量は上記第一リフト量よりも大きい第二リフト量であ
る。

【００２２】次に、図１、図２および図５を参照して第
二噴孔群６に関して詳細に説明する。図１および図２に
示したように、第二噴孔群６の内の一つの噴孔（以下、
排出用噴孔と称する）１２が第二噴孔群６の排出用噴孔
１２以外の噴孔よりも僅かに下流側に配置される。この
ため非噴射時、すなわちニードル弁３のリフト量が零の
時において、上述したように第二噴孔群６の排出用噴孔
１２以外の噴孔の入口がニードル弁３によって閉じられ
るのに対して、排出用噴孔１２の入口はサック部７に対
して開口している。このとき排出用噴孔１２の入口はサ
ック部７に対して完全に開口しているのが好ましい。す
なわちニードル弁３が排出用噴孔１２の入口を全く覆わ
ないのが好ましい。さらに、半開噴射時、すなわちニー
ドル弁３のリフト量が第一リフト量であるときにも、ニ
ードル弁３は第二噴孔群６の排出用噴孔１２以外の噴孔
を閉じるように形成される。

【００２３】また、図１に示したように、燃料噴射弁１
の長手軸線１１に対する第二噴孔群６の排出用噴孔１２
以外の噴孔の角度をαとし、燃料噴射弁１の長手軸線１
１に対する第二噴孔群６の排出用噴孔１２の角度をβと
する。第二噴孔群６の排出用噴孔１２以外の噴孔の角度
αは全開噴射時においてこれら噴孔から噴射される燃料
の目標到達地点が燃料噴射弁１の長手軸線１１を中心と
した円上にあるような角度である。そして、第二噴孔群
６の排出用噴孔１２の角度βは全開噴射時において第二
噴孔群６の排出用噴孔１２から噴射される燃料の目標到
達地点が上記円上にあるような角度である。したがっ
て、上述したように第二噴孔群６の排出用噴孔１２が第
二噴孔群６の排出用噴孔１２以外の噴孔よりも僅かに下
流側に配置されるので、燃料噴射弁１の長手軸線１１に
対する排出用噴孔１２の角度βは燃料噴射弁１の長手軸
線１１に対する第二噴孔群６の排出用噴孔１２以外の噴
孔の角度αよりも僅かに大きい。

【００２４】さらに、図５に示したように、第二噴孔群
６の排出用噴孔１２の入口と第二噴孔群６の排出用噴孔
１２以外の噴孔の入口とではその形状が異なる。図５
（Ａ）に示したように、基本的に第二噴孔群６の排出用
噴孔１２以外の噴孔の入口にはサック部７に向かって広
がる半径Ｒ₁の湾曲部が流体研磨等によって設けられ
る。これに対して図５（Ｂ）に示したように、第二噴孔
群６の排出用噴孔１２の入口にはサック部７に向かって
広がる半径Ｒ₂の湾曲部が流体研磨等によって設けら
れ、半径Ｒ₂は半径Ｒ₁よりも小さい。あるいは、第二噴
孔群６の排出用噴孔１２の入口には湾曲部が設けられず
に、排出用噴孔１２はその入り口付近が加工されること
なく直接連通せしめられてもよい。また、第二噴孔群６
の排出用噴孔１２の内壁面は、第二噴孔群６の排出用噴
孔１２以外の噴孔の内壁面よりも表面荒さが荒くなるよ
うに形成される。

【００２５】また、排出用噴孔１２の方向は、非噴射時
において排出用噴孔１２から噴射される燃料の目標到達
地点がピストン上壁面上の領域のうち熱により劣化が促
進される可能性がより小さい領域、例えばピストンピン
ボスのある領域となるような方向である。この場合の目
標到達地点とは、燃焼室内でのスワール等を考慮して噴
射した燃料が最終的に到達する地点を意味するものであ
る。したがって場合によっては、排出用噴孔１２の向き
は直接上記領域を向いておらず、上記領域とは異なった
方向に燃料を噴射しながらも最終的に上記領域に燃料が
到達するような向きである。

【００２６】上述した本実施例の燃料噴射弁１の利点に
ついて説明する。上述したように、ニードル弁３がリフ
トされて燃料噴射弁１が全開噴射または半開噴射によっ
て噴射を行った後、ニードル弁３がリフト量零の位置へ
と移動する。このときサック部７にはノズルボディ２と
ニードル弁３との間に空間ができる。この空間はノズル
ボディ２およびニードル弁３をこれらが完全に嵌まり合
うように加工しきれないために形成される。こうして、
ニードル弁３のリフト量が零の時にこの空間に燃料が残
ったままになる。この空間が完全に閉空間でこの空間の
外部に通じていない場合、サック部７に残った燃料はニ
ードル弁３によって圧縮される。ニードル弁３によって
圧縮される前の燃料の圧力は噴射圧力とほぼ同じである
ため、サック部７に残った燃料はニードル弁３によって
圧縮される前から非常に高圧である。したがって、サッ
ク部７に残った高圧の燃料はニードル弁３によって圧縮
されることによってさらに高圧になり、これにより場合
によっては燃料噴射弁１の先端部が破壊されしまう。

【００２７】ところが、本発明の燃料噴射弁１では、上
述したように第二噴孔群６の内の一つの噴孔（排出用噴
孔）１２が第二噴孔群６の排出用噴孔１２以外の噴孔よ
りも僅かに下流側に配置されている。そして非噴射時、
すなわちニードル弁３のリフト量が零の時、排出用噴孔
１２のみがサック部７に対して開口している。このた
め、ニードル弁３のリフト量が零の時に燃料がサック部
７から排出されずに高圧になってしまうことがなくな
る。

【００２８】また、上記空間が閉空間でなく外部に通じ
ている場合、サック部に残った燃料は外部へ、例えば第
二噴孔群を介して内燃機関の燃焼室に通じている場合に
は燃焼室へと排出される。このサック部に残った燃料の
燃焼室内への排出は、膨張行程においてピストンが下降
して燃焼室内が減圧されることで燃焼室内に通じたサッ
ク部内の燃料が減圧沸騰することによって行われる。し
かしながら、例えば非噴射時において第二噴孔群の全噴
孔からサック部に残った燃料を排出させるようにした場
合、第二噴孔群から燃焼室内に排出される燃料の排出圧
および速度が低いために燃料は微粒化されない。このた
め排気ガス中には酸化・燃焼されずに残った燃料が存在
することになり、排気ガス中に含まれるＨＣが増加して
しまう等の排気ガスの汚染を招いてしまう。

【００２９】ところが、本発明の燃料噴射弁１では、ニ
ードル弁３のリフト量が零になった時にサック部７に残
った燃料が膨張行程において減圧沸騰によって排出用噴
孔１２のみから排出されるので排出される燃料の排出圧
および速度が高められる。このため燃焼室内に排出され
る燃料が微粒化・霧状化される。このように燃料が微粒
化・霧状化されると、排気ガスの残熱によって燃料の酸
化・燃焼が促進されて、排気ガス中のＨＣが減少し、排
気ガスが浄化される。また、サック部７に残った燃料を
排出する噴孔数の減少に伴って、減圧沸騰によって発生
する気体燃料分の量が少なくなるので、結果として気体
燃料分により燃焼室内へと押し出される液体燃料分の量
が少なくなる。このことによっても、燃料の酸化・燃焼
が促進されて、排気ガスの汚染の程度が小さくなる。

【００３０】さらに半開噴射時において、すなわち第一
噴孔群のみから燃料を噴射する時において、摺動シール
部からサック部内へ燃料が漏れ出ることもある。半開噴
射時において第二噴孔群の全噴孔がニードル弁によって
閉じられておらずに開いている場合、摺動シール部から
漏れ出た燃料が第二噴孔群から排出される際に排出され
る燃料の排出圧および速度が低いため第二噴孔群の全噴
孔の出口周囲に付着してデポジットとなってしまう。こ
うして、第二噴孔群６の全噴孔に形成されたデポジット
は全開噴射時における第二噴孔群の噴孔からの燃料の噴
射の妨げとなり、第二噴孔群の噴孔からの燃料噴射量精
度を悪化させてしまう。燃料噴射量精度が悪化すると、
排気ガスが汚染されたり内燃機関の出力が低下したりし
てしまう。

【００３１】ところが、本発明の燃料噴射弁１では、半
開噴射時、すなわちニードル弁３のリフト量が第一リフ
ト量であるときにも、ニードル弁３は第二噴孔群６の排
出用噴孔１２以外の噴孔を閉じるように形成されてい
る。このため半開噴射時に摺動シール部１０からサック
部７に漏れ出た燃料が第二噴孔群６の排出用噴孔１２か
ら排出される際の排出される燃料の排出圧および速度が
高められる。このため排出用噴孔１２の出口周囲に燃料
が付着することがなくなり、よって排出用噴孔１２の出
口周囲におけるデポジットの形成が抑制される。こうし
て第二噴孔群６の噴孔の燃料噴射量精度は実質的にほと
んど悪化しなくなる。

【００３２】上述した本実施例の燃料噴射弁１の別の利
点について説明する。上述したように、燃料噴射弁１の
長手軸線１１に対する排出用噴孔１２の角度βは燃料噴
射弁１の長手軸線１１に対する第二噴孔群６の排出用噴
孔１２以外の噴孔の角度αよりも大きく、これら第二噴
孔群６の噴孔の角度は全開噴射時において第二噴孔群６
から噴射された燃料が燃焼室壁に対して、またはピスト
ン上端面に対して相対的に同一位置に到達するように設
定されている。このため全開噴射において排出用噴孔１
２から噴射された燃料を第二噴孔群６の排出用噴孔１２
以外の噴孔から噴射された燃料と同じ条件で燃焼させ
て、燃焼室内での燃焼を最適化させることができるよう
になっている。こうして内燃機関の出力性能および排気
特性を良好なものにすることができる。

【００３３】上述した本実施例の燃料噴射弁の更なる別
の利点について説明する。上述したように、第二噴孔群
６の排出用噴孔１２の入口にはサック部７に向かって広
がる湾曲部の半径Ｒ₂が小さく抑えられている。このこ
とによって排出用噴孔１２の流量係数が低く抑えられ、
非噴射時においてサック部７から排出用噴孔１２を通過
する燃料の流れが滑らかでなくなり、排出用噴孔１２か
ら排出される燃料の微粒化・霧状化が促進される。よっ
て、ニードル弁３のリフト量が零になった時にサック部
７に残った燃料が膨張行程において減圧沸騰によって排
出用噴孔１２のみから排出されることによる燃料の微粒
化・霧状化に加えて、更に排出用噴孔１２の流量係数を
低下させたことによる燃料の微粒化・霧状化が行われ、
排気ガスの汚染の程度が小さくなる。また、第二噴孔群
６の排出用噴孔１２の内壁面の表面荒さが荒くなるよう
に形成された場合にも、同様に排出用噴孔１２の流量係
数が低く抑えられることにより燃料の微粒化・霧状化が
促進される。

【００３４】なお、上記本発明の第一の実施例では非噴
射時において排出用噴孔１２の入口はサック部７に対し
て完全に開口しているが、排出用噴孔１２の入口がサッ
ク部７に対して完全に開口していなくてもよい。すなわ
ち、非噴射時においてニードル弁３が排出用噴孔１２の
入口を部分的に覆うようにしてもよい。また、上記実施
例では、排出用噴孔１２は第二噴孔群６の内の一つの噴
孔であるが、排出用噴孔１２は第二噴孔群６の全ての噴
孔ではない範囲であれば第二噴孔群６の内の一つよりも
多い数の噴孔であってもよい。また、図２において、第
一噴孔群５の噴孔数を１２、第二噴孔群６の噴孔数を８
としたが、これら噴孔群の噴孔数は幾つでもよい。さら
にこれら噴孔群の噴孔数は同一でもよく、また第一噴孔
群５の噴孔数が第二噴孔群６の噴孔数より少なくてもよ
い。また、図２において、第一噴孔群５の噴孔径を第二
噴孔群６の噴孔径より大きくしてあるが、これら噴孔径
は同一でも、第二噴孔群６の噴孔径の方が大きくてもよ
い。

【００３５】次に、図６を参照して本発明の第一の実施
例の変更例について説明する。図６に示したようにこの
変更例では、第一の実施例と異なり第二噴孔群６の排出
用噴孔１２の噴孔径が第二噴孔群６の排出用噴孔１２以
外の噴孔の噴孔径より小さい。さらに、第二噴孔群６が
燃料噴射弁１の長手軸線１１周りに等角度間隔を開けて
配置されていない。より詳細には、排出用噴孔１２と排
出用噴孔１２に隣り合った第二噴孔群６の噴孔との間の
角度間隔が、第二噴孔群６の排出用噴孔１２以外の噴孔
間の角度間隔より小さくなるようになっている。なお排
出用噴孔１２以外の噴孔間の角度間隔は等しい。

【００３６】本発明の第一の実施例の変更例において、
第二噴孔群６の排出用噴孔１２の噴孔径を小さくしたこ
とによって、ニードル弁３のリフト量が零になってサッ
ク部７に残った燃料が膨張行程において減圧沸騰によっ
て排出される時に、排出される燃料の排出圧および速度
が高められる。このため燃焼室内に排出される燃料が微
粒化・霧状化される。よって、ニードル弁３のリフト量
が零になった時にサック部７に残った燃料が膨張行程に
おいて減圧沸騰によって排出用噴孔１２のみから排出さ
れることによる燃料の微粒化・霧状化に加えて、更に排
出用噴孔１２の噴孔径を小さくしたことによる燃料の微
粒化・霧状化が行われ、排気ガスの汚染の程度が小さく
なる。

【００３７】ところで、排出用噴孔１２の噴孔径を第二
噴孔群６の排出用噴孔１２以外の噴孔の噴孔径よりも小
さくしたことによって、全開噴射時に排出用噴孔１２か
らの燃料の噴射量が第二噴孔群６の排出用噴孔１２以外
の噴孔からの燃料の噴射量よりも少なくなってしまう。
ここで、本変更例では上述したように排出用噴孔１２と
排出用噴孔１２に隣り合った第二噴孔群６の噴孔との間
の角度間隔が、第二噴孔群６の排出用噴孔１２以外の噴
孔間の角度間隔より小さくなるようになっている。この
ため、全開噴射時において単位体積当たりに噴射される
燃料は全噴射方向で均一になり、燃焼室内での燃焼を最
適化させることができるようになる。こうして内燃機関
の出力性能および排気特性を良好なものにすることがで
きる。

【００３８】次に、図７〜図１０を参照して本発明の第
二の実施例について説明する。第二の実施例では、第一
の実施例と異なり第二噴孔群６の噴孔は燃料噴射弁１の
長手軸線１１周りに等角度間隔を開けて形成される。す
なわち第二噴孔群６の噴孔は周方向に等間隔に配置され
ている。さらに、第二噴孔群６の各噴孔は燃料噴射弁１
の長手軸線に対する相対位置関係に関して互いに同一に
なるように形成される。すなわち長手軸線１１に対して
第二噴孔群６の各噴孔が延在する角度は等しい。また、
第二噴孔群６の噴孔の噴孔径はすべて同一である。さら
に第二の実施例では、ニードル弁３の突出先端部８に、
突出先端部８の先端から下流に向かって延びると共に突
出先端部８の長手方向外周面に配置された切欠部（通
路）１３が形成される。この切欠部１３は第二噴孔群６
の噴孔数をＮとすると周方向に角度３６０°／Ｎに対応
する長さだけ延び、切欠部１３の径方向の深さは少なく
とも突出先端部８の半径よりも浅い。

【００３９】次に、第二の実施例の燃料噴射弁の作用に
ついて説明する。ニードル弁３が図７に示した状態にあ
るとき、すなわち着座シート９によってノズルボディ２
とニードル弁３との間がシールされると共に摺動シール
部１０によってノズルボディ２とニードル弁３の突出先
端部８との間がシールされた状態にあるときには、第一
の実施例と同様に第一噴孔群５および第二噴孔群６がニ
ードル弁３によって閉弁されているので第一噴孔群５お
よび第二噴孔群６の噴孔から燃料は噴射されない。この
ときのノズルボディ２に対するニードル弁３のリフト量
は零であり、以下この場合を非噴射時と称する。

【００４０】ニードル弁３が図９に示した状態にまでリ
フトされたときにはノズルボディ２とニードル弁３との
間の着座シート９によるシールが開放されることによっ
て第一噴孔群５が開弁される。このときニードル弁３は
第二噴孔群６の突出先端部８の切欠部１３よりも上流に
おいて摺動シール部１０によってシールされたままであ
り、よって第二噴孔群６の全ての噴孔は閉弁されてい
る。このとき燃料は矢印で示したように、上流からノズ
ルボディ２とニードル弁３との間の空間を通ってニード
ル弁３の先端付近まで流れ、第一噴孔群５の噴孔のみか
ら噴射される。このときのノズルボディ２に対するニー
ドル弁３のリフト量は第一リフト量であり、以下この場
合を半開噴射時と称する。

【００４１】ニードル弁３が図１０に示した状態にまで
リフトされたときにはノズルボディ２とニードル弁３と
の間の着座シート９によるシールが開放されて第一噴孔
群５が開弁されると共に、ノズルボディ２とニードル弁
３の突出先端部８との間の摺動シール部１０が開放され
て第二噴孔群６が開弁される。このとき、燃料は矢印で
示したように上流からノズルボディ２とニードル弁３と
の間の空間を通ってニードル弁３の先端付近まで流れ、
第一噴孔群５と第二噴孔群６との噴孔から噴射される。
このときのノズルボディ２に対するニードル弁３のリフ
ト量は上記第一リフト量よりも大きい第二リフト量であ
り、この場合を全開噴射時と称する。

【００４２】ここで、切欠部１３の長手方向の長さは、
全開噴射を行うためにニードル弁３を下流方向に移動さ
せる場合において、突出先端部８の切欠部１３を介して
サック部７に流入する燃料が第二噴孔群６の全ての噴孔
からほぼ同時に噴射されるような長さである。すなわ
ち、ニードル弁３のリフト量を第二リフト量にする場合
に、突出先端部８の切欠部１３が摺動シール部１０から
開放されてサック部７に圧力の加えられた燃料が流入す
る時には第二噴孔群６の全ての噴孔が開かれているよう
に切欠部１３が形成される。言い換えると、ニードル弁
３のリフト量が零の場合において摺動シール部１０と接
触する突出先端部８の位置から切欠部１３の上流端まで
の長さを最短シール長（切欠部シール長）Ｌ₁とし、ニ
ードル弁３のリフト量が零の場合において第二噴孔群６
の噴孔の入口開口に面する突出先端部８の位置からニー
ドル弁３の突出先端部８の先端までの距離を噴孔完全開
口リフト長Ｌ₂とすると、最短シール長Ｌ₁を噴孔完全開
口リフト長Ｌ₂より大きく設定する。

【００４３】次に、本発明の第二の実施例の燃料噴射弁
１の利点について説明する。本実施例の燃料噴射弁１で
は、第一の実施例と同様に、非噴射時、すなわちニード
ル弁３のリフト量が零の時に切欠部１３に対応する噴孔
のみがサック部７に対して開口している。このため、ニ
ードル弁３のリフト量が零の時に燃料がサック部７から
排出されずに高圧になってしまうことがない。さらに、
ニードル弁３のリフト量が零になった時にサック部７に
残った燃料が膨張行程において減圧沸騰によって切欠部
１３に対応する噴孔のみから排出されることで、排出さ
れる燃料の排出圧および速度が高められる。このため燃
焼室内に排出される燃料が微粒化・霧状化され、排気ガ
スの残熱によって燃料の酸化・燃焼が促進されて、排気
ガス中のＨＣが減少し、排気ガスが浄化される。また、
サック部７に残った燃料を排出する噴孔数の減少に伴っ
て、減圧沸騰によって発生する気体燃料分の量が少なく
なり、結果として気体燃料分により燃焼室内へと押し出
される液体燃料分の量が少なくなる。このことによって
も、燃料の酸化・燃焼が促進されて、排気ガスの汚染の
程度が小さくなる。また、このように上記第一の実施例
と同様な効果が得られるのにもかかわらず、上記第一の
実施例と比べて製造に高い精度が必要でなくなる。ま
た、第一の実施例のようなノズルボディの噴孔の加工よ
りも第二の実施例のようなニードル弁の加工の方が容易
である。このため製造が容易になり、コストを抑えるこ
とができるようになる。

【００４４】なお、第一の実施例と同様に切欠部１３に
対応する第二噴孔群６の噴孔のみを流量係数が低く抑え
られるように形成してもよい。また、第二噴孔群６の噴
孔の噴孔径は同一であるとしたが、第一の実施例の変更
例と同様に切欠部１３に対応する噴孔の噴孔径のみを小
さくしてもよい。また、この場合、切欠部１３に対応す
る噴孔とこの切欠部１３に対応する噴孔に隣り合った第
二噴孔群６の噴孔との間の角度間隔が、第二噴孔群６の
切欠部１３に対応する噴孔以外の噴孔間の角度間隔より
小さくなるようにしてもよい。

【００４５】

【発明の効果】第１の発明によれば、非噴射時において
サック部から排出される燃料が微粒化・霧状化されるた
め、排気ガスの残熱によって燃料の酸化・燃焼が促進さ
れて排気ガス中のＨＣが減少し、よって排気ガスが浄化
される。すなわち燃料噴射後に容積空間内に残存する燃
料を内燃機関の運転性能を低下させず且つ排気ガスのエ
ミッションを悪化させずに処理することができるように
なる。

【００４６】第５の発明によれば、ニードル弁に通路を
設けるため、高い精度が必要でなくなり、よって製造が
容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の燃料噴射弁の先端部の
断面図である。

【図２】図１の線IV−IVに沿って見た燃料噴射弁の先端
部の平面図である。

【図３】第二噴孔が開弁されたときにおける図１の燃料
噴射弁の先端部の断面図である。

【図４】第一噴孔と第二噴孔とが開弁されたときにおけ
る図１の燃料噴射弁の先端部の断面図である。

【図５】（Ａ）図１の燃料噴射弁の第二噴孔群の排出用
噴孔以外の噴孔の拡大図である。（Ｂ）図１の燃料噴射弁の第二噴孔群の排出用噴孔の拡
大図である。

【図６】本発明の第一の実施例の変更例の図２と同様な
図である。

【図７】本発明の第二の実施例の燃料噴射弁の先端部の
断面図である。

【図８】図１の線IIX−IIXに沿って見たニードル弁の断
面図である。

【図９】第二噴孔が開弁されたときにおける図７の燃料
噴射弁の先端部の断面図である。

【図１０】第一噴孔と第二噴孔とが開弁されたときにお
ける図７の燃料噴射弁の先端部の断面図である。

【符号の説明】

１…燃料噴射弁２…ノズルボディ３…ニードル弁４…先端部５…第一噴孔群６…第二噴孔群７…サック部８…突出先端部９…着座シート１０…摺動シール部１１…長手軸線１２…排出用噴孔１３…切欠部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 61/10 Ｆ０２Ｍ 61/10 Ｇ (72)発明者大前和広愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者岡田晋愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者太長根嘉紀愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AD12 BA03 BA26 BA32 BA55 BA61 CC14 CC17 CC21 CC26 CC28 CC48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の噴孔を有する噴孔群と該噴孔群に
連通可能なサック部とを備え、燃料噴射時には上記噴孔
群の全ての噴孔が一斉に開放されてサック部内の燃料が
上記噴孔群の全ての噴孔から一斉に噴射され、非噴射時
になるとサック部内に燃料が残るような内燃機関用の燃
料噴射弁において、非噴射時には前記噴孔群のうちの一部の噴孔がサック部
に対して開放されていると共に該噴孔群の残りの噴孔が
閉鎖されているようにし、該開放されている噴孔が前記
サック部から燃料を排出するための排出用噴孔として機
能するようにした燃料噴射弁。
【請求項２】前記噴孔群とは別に複数の噴孔を有する
追加噴孔群をさらに具備し、燃料噴射が全開噴射と半開
噴射との二段階に分けられ、全開噴射時には前記噴孔群
と前記追加噴孔群とが開放されてこれら噴孔群と追加噴
孔群とから燃料が噴射され、半開噴射時には追加噴孔群
のみが開放されて該追加噴孔群のみから燃料が噴射され
るようにした請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】前記サック部に対する相対位置に関して
該排出用噴孔のサック部側の開口の相対位置が前記噴孔
群の排出用噴孔以外の噴孔のサック部側の開口の相対位
置とは異なるようにした請求項１または２に記載の燃料
噴射弁。
【請求項４】前記噴孔群から燃料が噴射される場合に
おいて、該噴孔群の排出用噴孔以外の噴孔から噴射され
る燃料の目標到達地点は当該燃料噴射弁の長手軸線を中
心とした円上にあり、前記噴孔群の排出用噴孔から噴射
される燃料も前記円上にある目標到達地点に到達するよ
うに前記排出用噴孔の噴射角度を設定した請求項３に記
載の燃料噴射弁。
【請求項５】非噴射時において噴孔を閉鎖し且つ燃料
を噴射すべき時には噴孔を開放するニードル弁を具備
し、該ニードル弁が非噴射時においてサック部に対して
前記噴孔群の排出用噴孔のみを開放するような通路を有
するように構成された請求項１または２に記載の燃料噴
射弁。
【請求項６】非噴射時において前記噴孔群の排出用噴
孔から排出される燃料の排出圧を高めるための排出圧増
加手段を設けた請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃
料噴射弁。
【請求項７】前記排出圧増加手段として、前記噴孔群
の排出用噴孔の噴孔径を噴孔群の排出用噴孔以外の噴孔
の噴孔径より小さく設定した請求項６に記載の燃料噴射
弁。
【請求項８】前記排出圧増加手段として、前記噴孔群
の排出用噴孔の流量係数を低くするようにした請求項６
に記載の燃料噴射弁。
【請求項９】非噴射時において前記排出用噴孔から噴
射される燃料がピストン上壁面のうち熱により劣化が促
進される可能性がより小さい領域に向けて噴射されるよ
うに排出用噴孔の噴射方向を設定した請求項１〜８のい
ずれか一つに記載の燃料噴射弁。