JP7724058B2 - 燃料噴射弁および舶用内燃機関 - Google Patents

Description

本開示は、燃料噴射弁、および該燃料噴射弁を備える舶用内燃機関に関する。

例えば特許文献１には、ノズルボディに針弁を収容してなる燃料噴射弁が開示されている。具体的に、特許文献１に係るノズルボディは、その先端に円錐状の第１シール部（第１シール面）を有する一方、同文献に係る針弁は、その先端に同じく円錐状の第２シール部（第２シール面）を有してなる。前記特許文献１によれば、第１シール部と第２シール部とを接離させることで、燃料の流れを制御することができる。

特開平９－３２６９６号公報

ところで、一般的な燃料噴射弁の場合、前記特許文献１に記載されているような第２シール部の外周面は、第１シール部の内周面に比して緩やかに傾斜することになる。そのように傾斜角を異ならせた場合、第１シール部と第２シール部は、通常、面接触ではなく線接触（線あたり）となる。この場合、第２シール部における特定の部位が、第１シール部と集中的に接触することになる。

そのため、第１シール部と第２シール部との接触面圧（特に、接触面圧の最大値）が過度に高くなると、接触部（エッジ）にへたり、摩耗等が発生し、前述のような線接触から面接触へと不可逆的に変化してしまう可能性があった。面接触に変化した場合、接触面積が広くなることから、接触面圧が常時低下してしまい、開弁圧の永続的な低下、燃料の噴射切れの悪化等の不都合を招くことになる。このことは、燃料噴射弁の耐久性を向上させ、その長寿命化を図る上では不都合である。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ノズルボディ側の第１シール部と、針弁側の第２シール部との傾斜角を異ならせた場合において、燃料噴射弁の耐久性を向上させることにある。

本開示の第１の態様は、ノズルボディに針弁を収容してなり、該針弁をバネ力に抗して開弁させることで燃料を先端から噴射するように構成された燃料噴射弁に係る。この燃料噴射弁において、前記ノズルボディは、前記針弁の収容空間を区画する内壁部と、前記内壁部の先端部をテーパ状に縮径させてなる円錐状の第１シール部と、を有し、前記針弁は、基端側から先端側に向かって順に、前記内壁部に内接する摺動部と、前記針弁の軸方向に延び、前記内壁部に対して間隔を空けて相対する非摺動部と、前記非摺動部の先端部を前記第１シール部よりも緩慢に縮径させてなり、該第１シール部に当接する円錐状の第２シール部と、を有し、前記非摺動部の外面には、該非摺動部の周方向に沿って溝部が凹設される。

そして、前記第１の態様によれば、前記溝部は、前記針弁の軸方向において、前記摺動部に比して前記第２シール部に近接するように配置される。

本願発明者らは、非摺動部に溝部を設けることで、第２シール部付近の剛性を低下させ、第１シール部と第２シール部との接触面圧が過度に高くならないようにすることを検討した。

しかしながら、溝部を設ける場所次第では、第２シール部付近の剛性が良好に低下しない可能性がある。そこで、前記第１の態様のように、単に溝部を設けるのに留まらず、その溝部を第２シール部に対して相対的に近接させることで、第２シール部付近の剛性を良好に低下させることができる。

また、前記溝部を第２シール部に近接させた場合、その溝部は、軸方向に長く伸びる非摺動部の先端に配置されることになる。非摺動部の先端に溝部を配置することで、溝部および第２シール部付近の部位は、径方向等においてフレキシブルに動くようになる。

このように、第２シール部付近の剛性を良好に低下させたことと、その付近の部位をフレキシブルに動作可能に構成したことと、が相まって、第１シール部と第２シール部とを周方向において均一に当接させることができるようになる。その結果、第１シール部と第２シール部との接触面圧が過度に高くなるのを効果的に抑制し、ひいては、燃料噴射弁の耐久性を向上させることが可能になる。

また、本開示の第２の態様によれば、前記針弁の径方向における前記溝部の深さは、前記針弁の軸方向における前記溝部と前記第２シール部との間隔よりも大きい、としてもよい。

本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、得られた知見によれば、前記第２の態様のように、溝部と第２シール部との間隔よりも大きくなるように溝部の深さを設定することで、第１シール部と第２シール部との接触面圧を効果的に抑制する上で有利になる。

また、本開示の第３の態様によれば、前記溝部は、前記針弁の中心軸に直交する方向から見た場合に、円弧状の縦断面を有し、前記針弁の径方向における前記溝部の深さは、前記縦断面の半径よりも大きい、としてもよい。

本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、得られた知見によれば、前記第３の態様のように、溝部を断面円弧状に形成するとともに、その円弧の半径よりも大きくなるように溝部の深さを設定することで、第１シール部と第２シール部との接触面圧を効果的に抑制する上で有利になる。

また、本開示の第４の態様は、前記燃料噴射弁を備える舶用内燃機関に係る。

以上説明したように、本開示によれば、燃料噴射弁の耐久性を向上させることができる。

図１は、舶用内燃機関の構成を例示する模式図である。 図２は、燃料噴射弁の構造を例示する縦断面図である。 図３は、針弁の構造を例示する図である。 図４は、燃料噴射弁の先端を拡大して例示する縦断面図である。 図５は、燃料噴射弁の実施例の性能を示すグラフである。 図６は、燃料噴射弁の従来例を示す図２対応図である。 図７Ａは、溝部の一例を示す縦断面図である。 図７Ｂは、溝部の別例を示す縦断面図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。図１は、舶用内燃機関（以下、単に「エンジン１」ともいう）の構成を例示する模式図である。

エンジン１は、複数のシリンダ１６を備えた直列多気筒式のディーゼルエンジンである。このエンジン１は、ユニフロー掃気方式の２ストローク１サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、大型の船舶に搭載される。

船舶に搭載されたエンジン１は、その船舶を推進させるための主機関として用いられる。そのために、エンジン１の出力軸は、プロペラ軸（不図示）を介して船舶のプロペラ（不図示）に連結されている。エンジン１が運転することにより、その出力がプロペラに伝達されて、船舶が推進するように構成されている。

特に、本開示に係るエンジン１は、そのロングストローク化を実現するべく、いわゆるクロスヘッド式の内燃機関として構成されている。すなわち、このエンジン１においては、下方からピストン２１を支持するピストン棒２２と、クランクシャフト２３に連接される連接棒２４と、がクロスヘッド２５により連結されている。

（１）主要構成
以下、エンジン１の要部について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、下方に位置する台板１１と、台板１１上に設けられる架構１２と、架構１２上に設けられるシリンダジャケット１３と、を備えている。台板１１、架構１２およびシリンダジャケット１３は、上下方向に延びる複数のタイボルトおよびナットにより締結されている。エンジン１はまた、シリンダジャケット１３内に設けられるシリンダ１６と、シリンダ１６内に設けられるピストン２１と、ピストン２１の往復移動に連動して回転する出力軸（例えばクランクシャフト２３）と、を備えている。

台板１１は、エンジン１のクランクケースを構成するものであり、クランクシャフト２３と、クランクシャフト２３を回転自在に支持する軸受２６と、を収容している。クランクシャフト２３には、クランク２７を介して連接棒２４の下端部が連結されている。

架構１２は、一対のガイド板２８と、連接棒２４と、クロスヘッド２５と、を収容している。このうち、一対のガイド板２８は、ピストン軸方向に沿って設けられた一対の板状部材からなり、エンジン１の幅方向（図１の紙面左右方向）に間隔を空けて配置されている。連接棒２４は、その下端部がクランクシャフト２３に連結された状態で、一対のガイド板２８の間に配置されている。連接棒２４の上端部は、クロスヘッド２５を介してピストン棒２２の下端部に連結されている。

具体的に、クロスヘッド２５は、一対のガイド板２８の間に配置されており、各ガイド板２８に沿って上下方向に摺動する。すなわち、一対のガイド板２８は、クロスヘッド２５の摺動を案内するように構成されている。クロスヘッド２５は、クロスヘッドピン２９を介してピストン棒２２および連接棒２４と接続されている。クロスヘッドピン２９は、ピストン棒２２に対しては一体的に上下動するよう接続されている一方、連接棒２４に対しては、連接棒２４の上端部を支点として、連接棒２４を回動させるように接続されている。

シリンダジャケット１３は、内筒としてのシリンダライナ１４を支持する。シリンダライナ１４は、円筒状に形成されており、シリンダジャケット１３に挿入される。シリンダジャケット１３の内部空間は、シリンダライナ１４の内部空間と連通する。シリンダライナ１４の内部には、前述のピストン２１が配置されている。このピストン２１は、シリンダライナ１４の内壁に沿って上下方向に往復移動する。また、シリンダライナ１４の上部にはシリンダカバー１５が固定されている。シリンダカバー１５は、シリンダライナ１４とともにシリンダ１６を構成している。

また、シリンダカバー１５には、不図示の動弁装置によって作動される排気弁１８が設けられている。排気弁１８は、シリンダライナ１４およびシリンダカバー１５から構成されるシリンダ１６、並びに、ピストン２１の頂面とともに燃焼室１７を区画している。排気弁１８は、その燃焼室１７と排気管１９との間を開閉するものである。排気管１９は、燃焼室１７に通じる排気口を有しており、排気弁１８は、その排気口を開閉するように構成されている。

また、シリンダカバー１５には、燃焼室１７に燃料を供給するための燃料噴射弁３が設けられている。燃料噴射弁３は、燃焼室１７の室内にディーゼル燃料を噴射する。

さらに、本実施形態に係るエンジン１は、燃料噴射弁３にディーゼル燃料を圧送する燃料ポンプ３９を備えている。図１に示すように、燃料ポンプ３９は、シリンダ１６の近傍にレイアウトされており、不図示の燃料噴射管を介して燃料噴射弁３と流体的に接続されている。

シリンダ１６の近傍には、排気マニホールド４１も配置される。この排気マニホールド４１は、排気管１９を介して燃焼室１７と接続される。排気マニホールド４１は、燃焼室１７から排気管１９を通じて排ガスを受け入れ、受け入れた排ガスを一時貯留して、この排ガスの動圧を静圧に変える。

エンジン１は、空気等の燃焼用気体を過給する過給機４２と、過給機４２によって圧縮された燃焼用気体を一時的に貯留する掃気トランク４３と、をさらに備えている。過給機４２は、排ガスの圧力を利用してタービン（不図示）とともにコンプレッサ（不図示）を回転させ、このコンプレッサによって燃焼用気体を圧縮する。掃気トランク４３は、シリンダジャケット１３の内部空間と連通するように設けられる。過給機４２によって圧縮された燃焼用気体（以下、「圧縮気体」ともいう）は、掃気トランク４３からシリンダジャケット１３の内部空間に流入し、その内部空間から掃気ポート１４ａを通じてシリンダライナ１４の内部空間（シリンダライナ１４の内壁部１４ｂによって包囲された空間）に送給される。

エンジン１の運転に際しては、燃焼室１７の室内に、燃料噴射弁３からディーゼル燃料が供給されるとともに、掃気トランク４３からシリンダジャケット１３等を通じて圧縮気体が供給される。これにより、燃焼室１７内においては、ディーゼル燃料が圧縮気体によって燃焼する。

そして、ディーゼル燃料により生じたエネルギーによって、ピストン２１は、シリンダライナ１４に沿って上下方向に往復移動する。このとき、排気弁１８が作動して燃焼室１７が開放されると、燃焼によって生じた排ガスが排気管１９に押し出される。また、シリンダライナ１４に沿ってピストン２１が往復移動することで、シリンダジャケット１３からシリンダライナ１４内へ圧縮気体（空気）が吸い出されて、これをピストン２１が押し込むことで、燃焼室１７内に圧縮気体が新たに導入される。このような行程を繰り返すことで、ディーゼル燃料の燃焼と、シリンダ１６内の掃気と、が繰り返し実行される。

また、燃焼によってピストン２１が往復移動をすると、ピストン２１とともにピストン棒２２が上下方向に往復移動をする。これにより、ピストン棒２２に連結されたクロスヘッド２５が、上下方向に往復移動をする。このクロスヘッド２５は、連接棒２４の回動を許容するようになっており、クロスヘッド２５との接続部位を支点として、連接棒２４を回動させる。そして、連接棒２４の下端部に接続されるクランク２７がクランク運動し、そのクランク運動に応じてクランクシャフト２３が回転する。こうして、クランクシャフト２３は、ピストン２１の往復移動を回転運動に変換し、プロペラ軸とともに船舶のプロペラを回転させる。これにより、船舶が推進する。

ところで、本実施形態に係る燃料噴射弁３は、後述のように、そのノズルボディ３０に針弁３４を収容してなり、該針弁３４をバネ力に抗して開弁させることで、該燃料噴射弁３の先端から燃料を噴射させるように構成されている。

本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、針弁３４の構造に工夫を凝らすことで、燃料噴射弁３の長寿命化を実現するに至った。

以下、燃料噴射弁３の構成のうち、針弁３４に係る構成について詳細に説明する。

（２）燃料噴射弁の構成
図２は、燃料噴射弁３の構造を例示する縦断面図である。図３は、針弁３４の構造を例示する図である。図４は、燃料噴射弁３の先端を拡大して例示する縦断面図である。図４においては、後述の第２ボディ部３２と、針弁３４のうち深さＢおよび曲率半径Ｒを示した一部の部位と、が断面視されている。

なお、以下の説明においては、図２に例示される針弁３４の中心軸Ｃに沿う方向を「軸方向」と定義し、この中心軸Ｃから放射状に延びる方向を「径方向」と定義する。また、この中心軸Ｃを中心とした時計回り方向および反時計回り方向を「周方向」と定義する。

軸方向は、「上下方向」と言い換えることもできる。また、軸方向に沿って針弁３４の基端（摺動部３４ａ）側から先端（第２シール部３４ｄ）側へ向かう方向を「下方向」と呼称し、その反対方向を「上方向」と呼称する場合もある。

径方向は、前述の上下方向に直交する。また、径方向において中心軸Ｃに近接する一側を「内側」と呼称し、中心軸Ｃから離間する他側を「外側」と呼称する場合もある。

具体的に、本実施形態に係る燃料噴射弁３は、ノズルボディ３０と、ノズルボディ３０に収容される針弁３４と、針弁３４の基端部にバネ力を作用させる付勢機構（不図示）と、を備えている。

このうち、ノズルボディ３０は、針弁３４の基端側部分（摺動部３４ａ）を収容するための第１ボディ部３１と、針弁３４の先端側部分（連結部３４ｂ、非摺動部３４ｃ、溝部３４ｅおよび第２シール部３４ｄ）を収容するための第２ボディ部３２と、燃料の噴射口３３ａが形成された第３ボディ部３３と、を有する。

このうち、第１ボディ部３１は、上下両端を開放させた略円筒状の部材によって構成される。そして、第１ボディ部３１における上側の開口部からは針弁３４の上端部が突出する一方、下側の開口部には第２ボディ部３２が嵌合されるようになっている。

詳しくは、第１ボディ部３１には、外部から燃料を導入するための導入路３１ａと、第２ボディ部３２における第２内壁部３２ａとともに針弁３４の収容空間Ｓを区画する第１内壁部３１ｂと、を有する。

図２に示すように、第１内壁部３１ｂの内径は、針弁３４の摺動部３４ａの外径と実質的に一致する。そのため、この第１内壁部３１ｂは、針弁３４の摺動部３４ａと内接し、該摺動部３４ａの軸方向における摺動を案内することになる。また、第１内壁部３１ｂの下端部は、導入路３１ａの下端部と連通しており、第２ボディ部３２の上端部とともに略ドーム状の空間を区画するようになっている。この空間は、いわゆる油溜まりとして機能する。

一方、第２ボディ部３２は、上下両端を開放させかつ第１ボディ部３１よりも小径に形成された、略円筒状の部材によって構成される。そして、第２ボディ部３２における上側
の開口部には針弁３４の下半部が挿入される一方、下側の開口部には第３ボディ部３３が取り付けられるようになっている。

詳しくは、第２ボディ部３２には、前述の第１内壁部３１ｂとともに針弁３４の収容空間を区画する第２内壁部３２ａと、針弁３４の先端（第２シール部３４ｄ）と当接する円錐状の第１シール部３２ｂと、が設けられている。

図２に示すように、第２内壁部３２ａの内径は、針弁３４の非摺動部３４ｃの外径よりも大径である。そのため、この第２内壁部３２ａは、針弁３４の非摺動部３４ｃと内接せず、間隔を空けて相対することになる。第２内壁部３２ａは、前述の第１内壁部３１ｂとともに、本実施形態における「ノズルボディの内壁部」を構成している。

また、第１シール部３２ｂは、第２内壁部３２ａの先端部をテーパ状に縮径させてなる円錐状に構成されている。第１シール部３２ｂの内周面がなす第１傾斜角θ１は、後述の第２シール部３４ｄの外周面がなす第２傾斜角θ２に比して急峻である（θ１＜θ２）。なお、この第１傾斜角θ１は、第１シール部３２ｂに対応した円錐の斜辺と、中心軸Ｃとがなす角度のうち、図２に示すように、基端側に向かって扇状に開いた角度を指す。図３に示すように、第２傾斜角θ２についても、第１傾斜角θ１と同様に定義される。

また、第１シール部３２ｂに対応した円錐の頂部には、上下方向に延びる給油孔３２ｃが形成されている。この給油孔３２ｃは、第３ボディ部３３における上端側の開口に接続されている。

第３ボディ部３３は、上端部を開放させかつ第２ボディ部３２よりも小径に形成された、有底円筒状の部材によって構成される。第３ボディ部３３における上端側の開口部には、第２ボディ部３２の給油孔３２ｃが接続されている。また、第３ボディ部３３の下端部には、斜め下方向に延びる噴射口３３ａが形成されている。

一方、本実施形態に係る針弁３４は、上端（基端）側から下端（先端）側に向かって順に、摺動部３４ａと、連結部３４ｂと、非摺動部３４ｃと、溝部３４ｅと、第２シール部３４ｄと、を有する。

このうち、摺動部３４ａは、ノズルボディ３０の内壁部（具体的には第１ボディ部３１における第１内壁部３１ｂ）に内接するように構成されている。具体的に、本実施形態に係る摺動部３４ａは、第１内壁部３１ｂの内径と略同径の外径を有する円柱状に形成されており、その第１内壁部３１ｂに摺接した状態で配置されている。

連結部３４ｂは、摺動部３４ａの下端部と、非摺動部３４ｃの上端部とを接続するように構成されている。具体的に、本実施形態に係る連結部３４ｂは、下方に向かって緩やかに縮径した円錐台状に形成されている。連結部３４ｂの外周面は、非摺動部３４ｃの外周面と同様に、軸方向および周方向における全域が、ノズルボディ３０の内壁部（第２内壁部３２ａ）に対して間隔を空けて相対するようになっている。連結部３４ｂは、バネ力によって針弁３４が上下に移動した場合にあってもなお、ノズルボディ３０の内壁部（第２内壁部３２ａ）に対して非接触状態を保持するようになっている。

非摺動部３４ｃは、上下方向（針弁３４の軸方向）に延び、かつ、ノズルボディ３０の内壁部（具体的には、第２ボディ部３２における第２内壁部３２ａ）に対して間隔を空けて相対するように構成されている。具体的に、本実施形態に係る非摺動部３４ｃは、上下方向に沿って延びる円柱状に形成されている。非摺動部３４ｃの外周面は、軸方向および周方向における全域が、ノズルボディ３０の内壁部（第２内壁部３２ａ）に対して間隔を空けて相対するようになっている。非摺動部３４ｃは、バネ力によって針弁３４が上下に移動した場合にあってもなお、ノズルボディ３０の内壁部（第２内壁部３２ａ）に対して非接触状態を保持するようなっている。

つまり、本実施形態に係る非摺動部３４ｃは、軸方向における特定の部位をノズルボディ３０の内壁部に内接させることなく、全ての部位を当該内壁部から離間させるように構成されている。

第２シール部３４ｄは、非摺動部３４ｃの先端部を第１シール部３２ｂよりも緩慢に縮径させてなる円錐状に構成されており、該第１シール部３２ｂの内周面に当接するように構成されている。

前述のように、第２シール部３４ｄの外周面がなす第２傾斜角θ２は、第１シール部３２ｂの内周面がなす第１傾斜角θ１に比して緩慢である（θ１＜θ２）。この第２傾斜角θ２は、第２シール部３４ｄに対応した円錐の斜辺と、中心軸Ｃとがなす角度のうち、図３に示すように、基端側に向かって扇状に開いた角度を指す。

図４の囲み部Ｉに示すように、第２シール部３４ｄを相対的に緩慢に傾斜したことによって、第２シール部３４ｄの外周面と第１シール部３２ｂの内周面は、面接触ではなく線接触することになる。つまり、第２シール部３４ｄと第１シール部３２ｂとの接触面は、三次元的に見た場合、中心軸Ｃまわりにリング状の曲線を描くことになる。

溝部３４ｅは、非摺動部３４ｃの外面に設けられる。この溝部３４ｅは、該非摺動部３４ｃの周方向に沿って凹設される。そして、本実施形態に係る溝部３４ｅは、針弁３４の軸方向（上下方向）において、摺動部３４ａに比して第２シール部３４ｄに近接するように配置される。換言すれば、針弁３４の軸方向において、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａは、少なくとも、溝部３４ｅと摺動部３４ａとの間隔よりも狭い。

具体的に、本実施形態に係る溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間には、略円柱状の介在部３４ｆが介在する。軸方向における介在部３４ｆの寸法は、前述した溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａに等しい。この間隔Ａは、本実施形態では、図３から明らかなように、溝部３４ｅと摺動部３４ａとの間隔よりも短くなる。

また、図４に示すように、溝部３４ｅは、針弁３４の中心軸Ｃに直交する方向から見た場合（言い換えると、中心軸Ｃに沿って延びかつ該中心軸Ｃを通過する縦断面を正面視した場合）に、円弧状の縦断面を有する。特に、本実施形態に係る溝部３４ｅは、略半円状の縦断面を有している。

ここで、針弁３４の径方向における溝部３４ｅの深さＢは、図４に示すように、前記縦断面で見た場合における溝部３４ｅの寸法（特に、径方向における寸法）と定義することができる。例えば、深さＢと、前記縦断面で見た場合における溝部３４ｅの半径（以下、これを「曲率半径」ともいう）Ｒとが一致する場合（Ｂ＝Ｒ）、溝部３４ｅの縦断面は、半円状（中心角が１８０°の扇形状）となる。一方、深さＢが曲率半径Ｒよりも小さい場合（Ｂ＜Ｒ）、溝部３４ｅの縦断面は、１８０°未満の中心角を有する扇形状となる。

特に本実施形態では、深さＢは曲率半径Ｒとほぼ等しく、より詳細には、曲率半径Ｒよりも若干大きい（Ｂ＞Ｒ）。この場合、溝部３４ｅの縦断面は、１８０°を超える中心角を有する扇形状となる。

図７Ａに、深さＢが曲率半径Ｒよりも十分に大きい場合における、溝部３４ｅの断面形状を例示する。なお、溝部３４ｅの断面形状は、扇形状には限定されない。図７Ｂに示すように、Ｕ字型のノッチ形状としてもよい。径方向における溝部３４ｅの深さＢは、針弁３４の軸方向における溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａよりも大きい（Ｂ＞Ａ）。

（３）実施例
以下に示す実施例１～９および比較例１の燃料噴射弁３を準備した。それぞれの構成は、表１にも示す。そして、本願発明者らは、実施例１～９および比較例１において実現される性能を検証し、各燃料噴射弁３において第１シール部３２ｂと第２シール部３４ｄとの間の接触面圧の最大値（シート最大面圧）を算出した。

なお、以下の実施例１～９および比較例１において、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａ、径方向における溝部３４ｅの深さＢ以外の寸法は、溝部３４ｅの曲率半径Ｒを含め共通である。例えば、非摺動部３４ｃの直径Ｒ’の大きさは、以下に示す実施例１～９および比較例１の全てにおいて共通の値に固定されている。

そして、非摺動部３４ｃの直径Ｒ’に対する曲率半径Ｒの比（＝Ｒ／Ｒ’）は、実施例１～９および比較例１の全てにおいて０．１０５に設定されている。同様に、実施例１～９および比較例１において、間隔Ａおよび深さＢは、非摺動部３４ｃの直径Ｒ’で除算した値として例示する。

また、以下の実施例１～９は、前述した溝部３４ｅを具備した構成例に相当し、比較例１は、溝部３４ｅを非具備とした構成例に相当する。具体的に、図６に示す燃料噴射弁１０３が、比較例１に係る燃料噴射弁３に相当する。

図６に示すように、比較例１に係る燃料噴射弁１０３は、前記実施形態と同様に、ノズルボディ１３０に針弁１３４を収容してなる。ノズルボディ１３０は、前記実施形態と同様に構成された第１ボディ部１３１および第２ボディ部１３２を有しており、針弁１３４の収容空間Ｓを区画している。一方、比較例１における針弁１３４は、第１ボディ部１３１の内壁部に内接する摺動部１３４ａと、第２ボディ部１３２の内壁部１３２ａに間隔を空けて相対する非摺動部１３４ｃと、非摺動部１３４ｃの先端に設けられ、第２ボディ部１３２に設けた第１シール部１３２ｂよりも緩やかに傾斜する第２シール部１３４ｄと、を有している。

また、以下の実施例１～９のうち、実施例１～３は深さＢ（より正確には、非摺動部３４ｃの直径Ｒ’で除算した「Ｂ／Ｒ’」に相当する。以下、同様である。）が０．１０５であり、実施例４～６は深さＢ（Ｂ／Ｒ’）が０．１４０であり、実施例７～９は深さＢ（Ｂ／Ｒ’）が０．０７０である。

－実施例１－
実施例１においては、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａ（より正確には、非摺動部３４ｃの直径Ｒ’で除算した「Ａ／Ｒ’」に相当する。以下、同様である。）は０．０７０であり、径方向における溝部３４ｅの深さＢ（Ｂ／Ｒ’）は０．１０５であり、溝部３４ｅの曲率半径Ｒ（より正確には、非摺動部３４ｃの直径Ｒ’で除算した「Ｒ／Ｒ’」に相当する。以下、同様である。）は、０．１０５である。

－実施例２－
実施例２においては、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａ（Ａ／Ｒ’）は０．１０５であり、径方向における溝部３４ｅの深さＢ（Ｂ／Ｒ’）は０．１０５であり、溝部３４ｅの曲率半径Ｒ（Ｒ／Ｒ’）は、０．１０５である。

－実施例３－
実施例３においては、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａ（Ａ／Ｒ’）は０．１４０であり、径方向における溝部３４ｅの深さＢ（Ｂ／Ｒ’）は０．１０５であり、溝部３４ｅの曲率半径Ｒ（Ｒ／Ｒ’）は、０．１０５である。

－実施例４－
実施例４においては、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａ（Ａ／Ｒ’）は０．０７０であり、径方向における溝部３４ｅの深さＢ（Ｂ／Ｒ’）は０．１４０であり、溝部３４ｅの曲率半径Ｒ（Ｒ／Ｒ’）は、０．１０５である。

－実施例５－
実施例５においては、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａ（Ａ／Ｒ’）は０．１０５であり、径方向における溝部３４ｅの深さＢ（Ｂ／Ｒ’）は０．１４０であり、溝部３４ｅの曲率半径Ｒ（Ｒ／Ｒ’）は、０．１０５である。

－実施例６－
実施例６においては、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａ（Ａ／Ｒ’）は０．１４０であり、径方向における溝部３４ｅの深さＢ（Ｂ／Ｒ’）は０．１４０であり、溝部３４ｅの曲率半径Ｒ（Ｒ／Ｒ’）は、０．１０５である。

－実施例７－
実施例７においては、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａ（Ａ／Ｒ’）は０．０７０であり、径方向における溝部３４ｅの深さＢ（Ｂ／Ｒ’）は０．０７０であり、溝部３４ｅの曲率半径Ｒ（Ｒ／Ｒ’）は、０．１０５である。

－実施例８－
実施例８においては、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａ（Ａ／Ｒ’）は０．１０５であり、径方向における溝部３４ｅの深さＢ（Ｂ／Ｒ’）は０．０７０であり、溝部３４ｅの曲率半径Ｒ（Ｒ／Ｒ’）は、０．１０５である。

－実施例９－
実施例９においては、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａ（Ａ／Ｒ’）は０．１４０であり、径方向における溝部３４ｅの深さＢ（Ｂ／Ｒ’）は０．０７０であり、溝部３４ｅの曲率半径Ｒ（Ｒ／Ｒ’）は、０．１０５である。

－比較例１－
比較例１においては、溝部３４ｅは非具備とされている。そのため、間隔Ａ、深さＢ等のパラメータは、特に設定されていない。非摺動部３４ｃの直径Ｒ’の大きさは、実施例１～９と同一である。

（評価方法）
前述のようにして構成された各燃料噴射弁３において、その針弁３４に０．０３Ｊの運動エネルギーを与え、針弁３４とノズルボディ３０とを衝突させた。そして、比較例におけるシート最大面圧を１００％としたときの、各実施例におけるシート最大面圧の割合を百分率で表し、その大小関係をグラフ化して可視化した。

（評価結果）
評価結果は、図５に示すグラフＧの通りである。このグラフＧにおいて、横軸は間隔Ａであり、縦軸はシート最大面圧である。また、横軸に平行な直線Ｌ０は比較例１におけるシート最大面圧（＝１００％）を示し、折れ線Ｌ１は実施例１～３におけるシート最大面圧を繋げた折れ線グラフ（つまり、Ｂ／Ｒ’＝０．１０５の場合のグラフ）を示し、折れ線Ｌ２は実施例７～９におけるシート最大面圧を繋げた折れ線グラフ（つまり、Ｂ／Ｒ’＝０．０７０の場合のグラフ）を示し、折れ線Ｌ３は実施例４～６におけるシート最大面圧を繋げた折れ線グラフ（つまり、Ｂ／Ｒ’＝０．１４０の場合のグラフ）を示す。

グラフＧ５に示すように、実施例１～９の全てにおいて、シート最大面圧が良好に低下している。また、シート最大面圧の低下量は、深さＢがより大きくなる（より深くなる）につれて、より大きく低下するようになっている。

また、折れ線Ｌ１における左端のプロット（実施例１の評価結果を示すプロット）と、中央のプロット（実施例２の評価結果を示すプロット）との比較から示されるように、深さＢが間隔Ａより大きい場合には、それが小さい場合に比して、シート最大面圧はより大きく低下する。同様の傾向は、折れ線Ｌ３における右端のプロット（実施例６の評価結果を示すプロット）と、中央および左端のプロット（実施例４および５の評価結果を示すプロット）と比較からも示されている。一方、折れ線Ｌ２では、間隔Ａと深さＢとの大小関係が逆転することはなく、他の折れ線Ｌ１，Ｌ３ほどシート最大面圧は著しく変化していないことが見て取れる。

また、グラフＧ５において、折れ線Ｌ２は深さＢが曲率半径Ｒよりも小さい場合（Ｂ＜Ｒ）を示し、折れ線Ｌ１は深さＢが曲率半径Ｒに一致する場合（Ｂ＝Ｒ）を示し、折れ線Ｌ３は深さＢが曲率半径Ｒよりも大きい場合（Ｂ＞Ｒ）を示す。折れ線Ｌ１～Ｌ３の比較から示されるように、深さＢが大きくなるにしたがって、シート最大面圧は徐々に低下するようになっている。特に折れ線Ｌ３と、折れ線Ｌ１および折れ線Ｌ２との比較から示されるように、深さＢが曲率半径Ｒよりも大きい場合には、曲率半径Ｒ以下の場合に比して、シート最大面圧は著しく低下するようになっている。このような傾向は、全ての間隔Ａにおいて共通である。

（４）燃料噴射弁の耐久性について
以上説明したように、前記実施形態およびその実施例によれば、図４に示すように、単に溝部３４ｅを設けるのに留まらず、その溝部３４ｅを第２シール部３４ｄに対して相対的に近接させることで、第２シール部３４ｄ付近の剛性を良好に低下させることができる。

また、溝部３４ｅを第２シール部３４ｄに近接させた場合、その溝部３４ｅは、軸方向に長く伸びる非摺動部３４ｃの先端に配置されることになる。非摺動部３４ｃの先端に溝部３４ｅを配置することで、溝部３４ｅおよび第２シール部３４ｄ付近の部位は、径方向等においてフレキシブルに動くようになる。

このように、第２シール部３４ｄ付近の剛性を良好に低下させたことと、その付近の部位をフレキシブルに動作可能に構成したことと、が相まって、第１シール部３２ｂと第２シール部３４ｄとを周方向において均一に当接させることができるようになる。その結果、第１シール部３２ｂと第２シール部３４ｄとの接触面圧が過度に高くなるのを効果的に抑制し、ひいては、燃料噴射弁３の耐久性を向上させることが可能になる。

また、図５のグラフＧを用いて説明したように、溝部３４ｅと第２シール部３４ｄとの間隔Ａよりも大きくなるように溝部３４ｅの深さＢを設定することで、第１シール部３２ｂと第２シール部３４ｄとの接触面圧を効果的に抑制する上で有利になる。

また、図５のグラフＧを用いて説明したように、溝部３４ｅの曲率半径Ｒよりも大きくなるように溝部３４ｅの深さＢを設定することで、第１シール部３２ｂと第２シール部３４ｄとの接触面圧を効果的に抑制する上で有利になる。

１ エンジン（舶用内燃機関）
３ 燃料噴射弁
３０ ノズルボディ
３１ 第１ボディ部
３１ｂ 第１内壁部（内壁部）
３２ 第２ボディ部
３２ａ 第２内壁部（内壁部）
３２ｂ 第１シール部
３４ 針弁
３４ａ 摺動部
３４ｃ 非摺動部
３４ｄ 第２シール部
Ａ 溝部と第２シール部との間隔
Ｂ 溝部の深さ
Ｒ 溝部の曲率半径
Ｃ 中心軸
Ｓ 収容空間

Claims (2)

1. ノズルボディに針弁を収容してなり、該針弁をバネ力に抗して開弁させることで燃料を先端から噴射するように構成された燃料噴射弁であって、
   前記ノズルボディは、
   前記針弁の収容空間を区画する内壁部と、
   前記内壁部の先端部をテーパ状に縮径させてなる円錐状の第１シール部と、を有し、
   前記針弁は、基端側から先端側に向かって順に、
   前記内壁部に内接する摺動部と、
   前記針弁の軸方向に延び、前記内壁部に対して間隔を空けて相対する非摺動部と、
   前記非摺動部の先端部を前記第１シール部よりも緩慢に縮径させてなり、該第１シール部に当接する円錐状の第２シール部と、を有し、
   前記非摺動部の外面には、該非摺動部の周方向に沿って溝部が凹設され、
   前記溝部は、前記針弁の軸方向において、前記摺動部に比して前記第２シール部に近接するように配置され、
   前記溝部は、前記針弁の中心軸に直交する方向から見た場合に、円弧状の縦断面を有し、
   前記針弁の径方向における前記溝部の深さを深さＢとし、前記針弁の軸方向における前記溝部と前記第２シール部との間隔を間隔Ａとし、前記縦断面で見た場合における前記溝部の曲率半径を半径Ｒとすると、
   前記深さＢは前記半径Ｒよりも大きく、かつ前記深さＲは前記間隔Ａよりも大きい
   ことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載された燃料噴射弁を備える
   ことを特徴とする舶用内燃機関。