JP2000120510A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料の噴霧角が可変である燃料噴射ノズルを
提供する。 【解決手段】 第１スワール形成部６０の円柱部６２お
よび第２円錐台部６３の外壁には第１スワール溝６５が
形成されている。第１スワール溝６５は、円柱部６２の
一方の端部から第２円錐台部６３の他方の端部まで、バ
ルブニードル２０の軸に対して傾斜するように４箇所形
成されている。第２円錐台部６３の外周面は、弁座部１
３を形成するノズルボディ１１の内周面よりも僅かに小
さいか、または同じ円錐角度で形成されている。このた
め、バルブニードル２０のリフト位置に応じて燃料の噴
霧角を調整することができ、エンジンの負荷状態に応じ
て、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることがで
きる。したがって、部品点数を増加することなく簡単な
構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行う
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、燃料噴射ノズルに
関し、特に内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンと
いう）用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ノズルボディにバルブニード
ルを往復移動可能に収容し、バルブニードルの当接部が
ノズルボディに形成した弁座部に着座ならびに弁座部か
ら離座することにより、噴孔から噴射する燃料を断続す
るエンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルが知られてい
る。

【０００３】このような燃料噴射ノズルにおいては、燃
料消費量の低減、排気エミッションの向上、エンジンの
安定した運転性等の観点から、噴孔から噴射される「燃
料の微粒化」が重要な要素であり、特に筒内直接噴射式
エンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルの場合、「燃料
の微粒化」は最も重要な要素の一つである。筒内直接噴
射式エンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルとして、ノ
ズルボディ内部に旋回流（スワール）を形成することに
より、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御をするよ
うにしたスワール式燃料噴射ノズルが知られている。

【０００４】上記のスワール式燃料噴射弁として、例え
ば実開平５−２４９５６号公報に開示されるように、
燃料をスワールにするための部材をノズルボディ内部に
設けた燃料噴射ノズル、特開平３−１７５１４８号公
報に開示されるように、バルブニードルに燃料スワール
機構を設けた燃料噴射ノズル、米国特許第５，１７
０，９４５号公報に開示されるように、バルブニードル
のリフトにより燃料の噴霧形状を変化させる燃料噴射ノ
ズルが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開
平５−２４９５６号公報に開示される燃料噴射ノズルに
おいては、燃料をスワールにするための部材としてスワ
ール孔を有するスワーラと、スワールを形成するスワー
ル形成室の容積を可変する圧電素子とをノズルボディの
内部に設けているので、圧電素子に通電するための手段
を配設しなければならず、部品点数および組付工数が増
大し、製造コストが上昇するという問題があった。

【０００６】また、特開平３−１７５１４８号公報に
開示される燃料噴射ノズルにおいては、弁座部がエンジ
ン筒内にさらされているため、弁座部にカーボン等が付
着し当接部と弁座部との油密を確保するのが困難である
という問題があった。さらに、ニードルバルブの傘部の
角度で燃料の噴霧角が決定されるため、噴霧角の可変機
構を有することができないという問題があった。

【０００７】また、米国特許第５，１７０，９４５号
公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、バルブニ
ードルのリフトに応じて噴霧角を大きくする方向にしか
噴霧特性を制御することができないという問題があっ
た。さらに、バルブニードルの初期リフト状態におい
て、スワールの旋回力が比較的弱いとき、バルブニード
ルの僅かな偏芯により噴霧形状が変形し、噴霧形状の対
称性が崩れるという問題があった。

【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、燃料の噴霧角が可変である燃料
噴射ノズルを提供することを目的とする。本発明の他の
目的は、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃
料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことが可能
な燃料噴射ノズルを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
燃料噴射ノズルによると、ノズルボディ内に第１スワー
ル形成室が形成され、この第１スワール形成室に繋がる
第１燃料入口通路を形成する外壁を有する第１スワール
形成部がバルブニードルの外周に設けられており、第１
燃料入口通路が形成される第１スワール形成部の外周面
は弁座部を形成するノズルボディの内周面と対向してい
る。このため、バルブニードルのリフトに応じて、第１
スワール形成部の外周面と、弁座部を形成するノズルボ
ディの内周面との距離が変化し、バルブニードルの当接
部と弁座部との開口面積が変化する。これにより、第１
スワール形成部の外周を流れる燃料の軸方向成分が調整
され、第１燃料入口通路を流れる燃料の周方向成分と、
第１燃料入口通路および第１スワール形成部の外周を流
れる燃料の軸方向成分との比が調整される。そして、バ
ルブニードルのリフトに応じて燃料の噴霧角が調整され
る。したがって、エンジンの負荷状態に応じて、所望の
噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができ、部品点
数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進
をし、噴霧特性の制御を行うことができる。以上のこと
より、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上さ
せ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。

【００１０】本発明の請求項２記載の燃料噴射ノズルに
よると、第１スワール形成室の一部を形成するノズルボ
ディの内周面は、第１燃料入口通路が形成される第１ス
ワール形成部の外周面よりも外径が小さいので、第１ス
ワール形成室の容積を比較的小さくすることができる。
したがって、燃料のスワールを形成するための時間遅れ
を極力少なくすることができ、噴射初期に比較的大きな
噴霧角とし、燃料微粒化の促進を図ることができる。

【００１１】本発明の請求項３記載の燃料噴射ノズルに
よると、第１スワール形成室よりも上流側のノズルボデ
ィ内に第２スワール形成室が形成され、第１スワール形
成部よりも上流側のバルブニードルの外周に第２スワー
ル形成室に繋がる第２燃料入口通路を形成する外壁ある
いは内壁を有する第２スワール形成部が設けられてい
る。このため、バルブニードルの当接部と弁座部との開
口面積が比較的小さい噴射初期において、下流側の第１
スワール形成部により噴霧角が決定され、バルブニード
ルの当接部と弁座部との開口面積が比較的大きい噴射後
期において、上流側の第２スワール形成部により噴霧角
が決定される。したがって、エンジンの負荷状態に応じ
て、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることがで
きる。

【００１２】さらに、第２スワール形成部より第１スワ
ール形成部に周方向の回転力が負荷され、弁開毎にバル
ブニードルが僅かずつ回転し、ノズルボディに対するバ
ルブニードルの周方向位置が変化する。したがって、バ
ルブニードルの当接部および弁座部の偏摩耗を防止する
ことができ、燃料噴射ノズルの耐久性が向上する。

【００１３】さらに、第２スワール形成部によりバルブ
ニードルが調芯され、ノズルボディにバルブニードルを
同軸に保持することができ、噴霧の形状が変形するのを
防止することができる。

【００１４】本発明の請求項４記載の燃料噴射ノズルに
よると、第１燃料入口通路と第２燃料入口通路とは所定
の角度をなすので、第１燃料入口通路および第２燃料入
口通路のノズルボディの軸となす角度を任意に選択する
ことにより、噴射初期から噴射後期まで、噴霧角を任意
に選択することができる。したがって、様々な型のエン
ジン用の燃料噴射弁に簡便に対応することができる。

【００１５】本発明の請求項５記載の燃料噴射ノズルに
よると、第１スワール形成室は弁座部の上流側近傍に形
成されているので、バルブニードルのリフトに応じて噴
霧角を素早く変化させることができる。したがって、燃
料のスワールを形成するための時間遅れを極力少なくす
ることができ、噴射初期に大きい噴霧角とし、燃料微粒
化の促進を図ることができる。

【００１６】さらに、第１スワール形成室内の圧力均衡
作用により、バルブニードルが調芯され、ノズルボディ
にバルブニードルを同軸に保持することができるので、
噴霧の形状が変形するのを防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）本発明をディーゼルエンジン用燃料噴射
弁に適用した第１実施例を図１〜図９に示す。

【００１８】図５に示す燃料噴射弁１は、図示しないデ
ィーゼルエンジンの燃焼室内へ段階的に燃料を噴射する
燃料噴射弁であって、ノズルホルダ１８、リテーニング
ナット１７、ディスタンスピース１６、燃料噴射ノズル
１０からなる外郭形成部材を備えている。燃料噴射弁１
は、ノズルホルダ１８、ディスタンスピース１６および
燃料噴射ノズル１０がリテーニングナット１７により固
定されている。

【００１９】ノズルホルダ１８は、燃料インレット３０
を有しており、軸方向に貫通する第１スプリング収容室
４０および第２スプリング収容室５０が形成されてい
る。燃料インレット３０は、図示しない高圧ポンプから
図示しない燃料配管が接続されており、高圧ポンプから
燃料噴射ノズル１０内に高圧燃料が供給されている。燃
料インレット３０の内部には燃料通路３１が形成されて
いる。

【００２０】第１スプリング収容室４０内には、第１ス
プリング４１、スペーサ４２およびプレッシャピン２８
のフランジ部２９が収容されている。第１スプリング４
１は、一方の端部がフランジ部２９に当接し、他方の端
部がスペーサ４２に当接している。第１スプリング４１
はバルブニードル２０を図４に示す下方向に付勢してい
る。

【００２１】第２スプリング収容室５０内には、第２ス
プリング５１、スペーサ５２、スプリングキャップ５３
およびスプリング座５４が収容されている。第２スプリ
ング５１は、一方の端部がスプリング座５４に当接し、
他方の端部がスペーサ５２に当接している。スペーサ５
２はスプリングキャップ５３に当接し、スプリングキャ
ップ５３はスプリング収容室５０の内壁に形成された段
差部５０ａに当接しているので、第２スプリング５１は
スプリング座５４をディスタンスピース１６に押付ける
方向に付勢している。

【００２２】ディスタンスピース１６は、縮径部１６ａ
を有しており、ディスタンスピース１６内にはスペーサ
４６が設けられている。このスペーサ４６と縮径部１６
ａとの距離でバルブニードル２０の最大リフト量が規制
される。また、スペーサ４６とスプリング座５４との距
離で初期リフト量が規制される。

【００２３】燃料噴射弁１の噴孔側に燃料噴射ノズル１
０が設けられており、燃料噴射ノズル１０は、ノズルボ
ディ１１と、このノズルボディ１１の内部に軸方向に往
復摺動可能に収容されるバルブニードル２０とから構成
される。

【００２４】ノズルボディ１１は、有底の中空円筒形状
であって、内部に案内孔１４、弁座部１３、噴孔１２、
燃料通路孔３４、燃料溜り３３、燃料供給孔３２が形成
されている。

【００２５】案内孔１４は、ノズルボディ１１の内部に
軸方向に延びており、一方の端部がノズルボディ１１の
開口端１５に接続しており、他方の端部側が燃料溜り３
３に接続している。案内孔１４の内壁は、ノズルボディ
１１の開口端１５から燃料溜り３３の近傍まで概略同一
内径に形成されている。

【００２６】図１に示すように、弁座部１３は、円錐台
面を有し、大径側の一端が燃料通路孔３４に連続し、小
径側の他端側が噴孔１２に接続している。この弁座部１
３に後述するニードル弁２０の当接部２１が当接可能で
ある。噴孔１２は、ノズルボディ１１の先端部にノズル
ボディ１１の内外を連通する通路として形成されてい
る。噴孔１２は弁座部１３に入口部が開口している。

【００２７】図５に示すように、燃料通路孔３４は、ノ
ズルボディ１１の内部に軸方向に延びており、一方の端
部が弁座部１３に接続しており、他方の端部側が燃料溜
り３３に接続している。燃料溜り３３は、案内孔１４と
燃料通路孔３４とを接続する内壁に環状に形成されてい
る。燃料溜り３３には、外部から燃料を供給する燃料供
給孔３２が接続されている。

【００２８】ニードル弁２０は、中実円柱形状であっ
て、首部２７、摺動部２６、円錐台部２５、大径部２
４、第１スワール形成部、小径部２３および円錐部２２
からなる。バルブニードル２０の反噴孔側端部に首部２
７が形成されており、首部２７の外径はスペーサ４６の
内径よりも僅かに小さい。

【００２９】摺動部２６は、外径が同一径で、クリアン
スを介して案内孔１４に遊嵌合し、軸方向に往復移動す
ることが可能である。摺動部２６は、一端が首部２７に
接続し、他端が円錐台部２５に接続している。円錐台部
２５は、大径側の一端が摺動部２６に接続し、小径側の
他端が大径部２４に接続している。大径部２４は、一端
が円錐台部２５に接続し、他端が後述する第１スワール
形成部６０の第１円錐台部６１に接続している。

【００３０】図１に示すように、第１スワール形成部６
０は、第１円錐台部６１、円柱部６２、第２円錐台部６
３および第３円錐台部６４から構成される。第１円錐台
部６１は、小径側の一端が大径部２４に接続し、大径側
の他端が円柱部６２に接続している。円柱部６２は、一
端が第１円錐台部６１に接続し、他端が第２円錐台部６
３に接続している。第２円錐台部６３は、大径側の一端
が円柱部６２に接続し、小径側の他端が第３円錐台部６
４に接続している。第３円錐台部６４は、大径側の一端
が第２円錐台部６３に接続し、小径側の他端が小径部２
３に接続している。

【００３１】円柱部６２および第２円錐台部６３の外壁
には、第１燃料入口通路としての第１スワール溝６５が
形成されている。図１および図２に示すように、第１ス
ワール溝６５は、円柱部６２の一方の端部から第２円錐
台部６３の他方の端部まで、バルブニードル２０の軸に
対して傾斜するように４箇所形成されている。第２円錐
台部６３の外周面は、弁座部１３を形成するノズルボデ
ィ１１の内周面よりも僅かに小さいか、または同じ円錐
角度で形成されている。すなわち、第２円錐台部６３の
外周面は、弁座部１３を形成するノズルボディ１１の内
周面と対向している。

【００３２】図３に示すように、第１スワール溝６５の
中心軸６５ａは、バルブニードル２０の軸２０ａに対し
て所定の角度αで傾斜している。第１スワール溝６５の
一方の入口部６２ａは、他方の入口部６２ｂよりも大き
い曲率半径で形成されており、第１スワール溝６５の一
方の出口部６３ａは、他方の出口部６３ｂよりも大きい
曲率半径で形成されている。また、図４（Ａ）、図４
（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように、第１スワール溝６５
の断面形状は矩形状であって、入口から出口にかけて断
面形状が変化している。このため、第１スワール溝６５
内に燃料が流れ込み易く、かつ第１スワール溝６５から
燃料が流れ出易い構成となっている。したがって、第１
スワール溝６５は、燃料が旋回力を受け易い形状となっ
ている。

【００３３】図１に示すように、小径部２３は、一端が
第３円錐台部６４に接続しており、他端が当接部２１を
介して円錐部２２に接続している。小径部２３と円錐部
２２との接続部分は円形状であり、この円形状の部分が
弁閉時に弁座部１３と当接する当接部２１である。弁閉
時、当接部２１が弁座部１３に着座することにより噴孔
からの燃料噴射が遮断される。

【００３４】ノズルボディ１１の弁座部１３を形成する
内壁と、第１スワール形成部６０の第３円錐台部６４を
形成する外壁と、ニードル弁２０の小径部２３を形成す
る外壁とで第１スワール形成室としての第１スワール室
７０が形成される。第１スワール室７０は第１スワール
溝６５を経由して燃料供給孔３４に連通している。第１
スワール室７０の一部を形成するノズルボディ１１の内
周面は、第１スワール溝６５が形成される第１スワール
形成部６０の円柱部６２および第２円錐台部６３の外周
面よりも外径が小さい。

【００３５】次に、上記構成の燃料噴射弁１の作動を説
明する。 (1) 高圧ポンプから所定量の燃料が所定の時期に圧送さ
れ、高圧燃料が燃料配管を経由して燃料インレット３０
に供給される。この高圧燃料は、燃料通路３１、燃料供
給孔３２、燃料溜り３３を経由して燃料通路孔３４、第
１スワール溝６５およびスワール室７０内に蓄えられ
る。燃料通路孔３４、第１スワール溝６５およびスワー
ル室７０内の燃料圧力が増大し、この圧力が第１スプリ
ング４１の付勢力に打勝つ圧力に達すると、バルブニー
ドル２０は図５の上方にリフトし、弁座部１３から当接
部２１が離間して開弁する。そして、スワール室７０で
スワールが形成され、このスワールとなった燃料が弁座
部１３と当接部２１との開口部を通って噴孔１２から噴
射される。

【００３６】(2) 燃料通路孔３４、第１スワール溝６５
およびスワール室７０内の燃料圧力がさらに増大する
と、バルブニードル２０のリフト量が増大し、スペーサ
４６がスプリング座５４に当接する。この状態がバルブ
ニードル２０の初期リフト状態である。そして、燃料通
路孔３４、第１スワール溝６５およびスワール室７０内
の燃料圧力が第１スプリング４１の付勢力と第２スプリ
ング５１の付勢力との合力に打勝つ圧力に達すると、ス
ペーサ４６がディスタンスピース１６の縮径部１６ａに
当接し、バルブニードル２０はフルリフト状態に達す
る。

【００３７】(3) 高圧ポンプの燃料圧送が終わりに近づ
くと、燃料通路孔３４、第１スワール溝６５およびスワ
ール室７０内の燃料圧力が低下し、第１スプリング４１
および第２スプリング５１の付勢力によりバルブニード
ル２０が図５の下方に移動し、当接部２１が弁座部１３
に着座して燃料噴射を終了する。

【００３８】次に、第１スワール溝６５を流れる燃料の
速度をＶｎとし、第２円錐台部６３の外周面と、弁座部
１３を形成するノズルボディ１１の内周面との隙間を流
れる燃料の速度をＷｂとしたとき、バルブニードル２０
のリフト量と、速度Ｖｎ、速度Ｗｂおよび噴霧角との関
係を図６〜図９を用いて説明する。

【００３９】図８に示すように、速度Ｖｎは、周方向速
度成分Ｕｎと軸方向速度成分Ｗｎとに分解される。初期
リフト状態においては、図２に示すように、第３円錐台
部６３の外周面と、弁座部１３を形成するノズルボディ
１１の内周面との隙間は比較的小さい。速度Ｖｎおよび
速度Ｗｂは、ほぼそれぞれの流路面積で決定され、バル
ブニードル２０のリフト量に対して、図９に示すように
変化する。つまり、バルブニードル２０のリフト量にか
かわらず第１スワール溝６５は一定の流路断面積を有し
ているため、初期リフト状態までは、バルブニードル２
０のリフトにより当接部２１と弁座部１３との開口面積
が増大するにしたがって燃料の流量が増大し、速度Ｖｎ
が増大する。ここで、初期リフト状態において、当接部
２１と弁座部１３との開口面積と、第１スワール溝６５
の断面積が等しくなる程度に設定されているとすると、
初期リフト状態において速度Ｖｎは最大となる。一方、
速度Ｗｂは、ほぼバルブニードル２０のリフト量ｈに比
例して増加する。このため、初期リフト状態近傍で、速
度Ｖｎと速度Ｗｂとの比は最大になる。このとき、噴霧
角は、噴孔１２における周方向速度成分と軸方向速度成
分との比で決定され、運動量保存則および自由渦の法則
から、スワール室７０に流入する周方向速度成分Ｕｎと
軸方向速度成分Ｗとの比と同等になる。ここで、軸方向
速度成分Ｗは、 Ｗ＝Ｗｎ＋Ｗｂ で定義される。つまり、 ｔａｎ（θ／２）＝Ｕｎ／（Ｗｎ＋Ｗｂ） で求められる噴霧角θで燃料は噴射される。したがっ
て、バルブニードル２０のリフト量ｈがｈ1となる初期
リフト状態においては、比較的大きな噴霧角θ1を得る
ことができ、燃料噴霧の到達距離が比較的小さくなる。

【００４０】また、バルブニードル２０のリフト量ｈが
ｈ2となるフルリフト状態においては、図６および図７
に示すように、第３円錐台部６３の外周面と、弁座部１
３を形成するノズルボディ１１の内周面との隙間は比較
的大きい。このフルリフト状態では、当接部２１と弁座
部１３との開口面積が増大するにしたがって、速度Ｗｂ
が増大し、この速度Ｗｂに乱されて速度Ｖｎが僅かに減
少する。この結果、フルリフト状態における噴霧角θ2
は、図９に示すように、初期リフト状態に比べて小さく
なり、比較的大きな燃料噴霧の到達距離を得ることがで
きる。

【００４１】次に、図１に示す第１実施例のスワール形
成部６０とは構成が異なるスワール形成部を備える比較
例について、図１４および図１５を用いて説明する。そ
の他は、第１実施例と同一構成であり、同一構成部分に
同一符号を付す。

【００４２】比較例においては、図１４に示すように、
スワール形成部１６０は、第１円錐台部１６１、第２円
錐台部１６２、円柱部１６３、第３円錐台部１６４およ
び第４円錐台部１６６から構成される。第１円錐台部１
６１は、小径側の一端が大径部２４に接続し、大径側の
他端が第２円錐台部１６２に接続している。第２円錐台
部１６２は、小径側の一端が第１円錐台部１６１に接続
し、大径側の他端が円柱部１６３に接続している。円柱
部１６３は、外径が同一径で、クリアンスを介してノズ
ルボディ１１の内壁に遊嵌合し、軸方向に往復移動する
ことが可能である。円柱部１６３は、一端が第２円錐台
部１６２に接続し、他端が第３円錐台部１６４に接続し
ている。第３円錐台部１６４は、大径側の一端が円柱部
１６３に接続し、小径側の他端が第４円錐台部１６６に
接続している。第４円錐台部１６６は、大径側の一端が
第３円錐台部１６４に接続し、小径側の他端が円錐部２
２に接続している。

【００４３】第２円錐台部１６２、円柱部１６３および
第３円錐台部１６４の外壁には、燃料入口通路としての
スワール溝１６５が形成されている。スワール溝１６５
は、第２円錐台部１６２の途中部から第３円錐台部１６
４の途中部まで、バルブニードルの軸に対して傾斜する
ように４箇所形成されている。

【００４４】ノズルボディ１１の弁座部１３を形成する
内壁と、スワール形成部１６０の第３円錐台部１６４を
形成する外壁とでスワール形成室としてのスワール室１
７０が形成される。

【００４５】図１４に示す比較例においては、燃料の速
度成分はスワール溝１６５を流れる燃料の速度成分のみ
であり、その速度成分比はバルブニードルのリフト量に
関係なく一定である。つまり図１５に示すように、バル
ブニードルのリフト量ｈに応じて弁座部１３と当接部１
２との開口面積が大きくなるにしたがって、燃料速度が
増加する。特に、バルブニードルのリフト量ｈがｈ1と
なる初期リフト状態からバルブニードルのリフト量ｈが
ｈ2となるフルリフト状態まで、ほぼバルブニードルの
リフト量ｈに比例して燃料速度が増加する。したがっ
て、噴霧角θは、初期リフト状態からフルリフト状態ま
でほぼ一定の噴霧角θ3となる。また、スワール室１７
０の一部を形成するノズルボディ１１内周面の外径が比
較的大きいため、スワール室１７０の容積は比較的大き
く、かつスワール室１７０が弁座部１３から比較的離れ
て形成されている。したがって、燃料噴射開始時におい
て、燃料のスワールを形成することが遅れ、噴射初期に
燃料噴霧が広がらないという問題がある。

【００４６】一方、第１実施例においては、バルブニー
ドル２０のリフト量ｈに応じて燃料の噴霧角θを調整す
ることができるので、エンジンの負荷状態に応じて、所
望の噴霧角θおよび噴霧の到達距離を得ることができ
る。このため、低速低負荷時の初期リフト状態におい
て、比較的大きい噴霧角θ1および比較的小さい到達距
離とし、高速高負荷時のフルリフト状態において、比較
的小さい噴霧角θ2および比較的大きい到達距離とする
ことができる。したがって、部品点数を増加することな
く簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制
御を行うことができる。そして、燃料消費量を低減し、
排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転
性を得ることができる。

【００４７】さらに第１実施例においては、第１スワー
ル室７０の一部を形成するノズルボディ１１の内周面
は、第１スワール溝６５が形成される第１スワール形成
部６０の円柱部６２および第２円錐台部６３の外周面よ
りも外径が小さいので、第１スワール室７０の容積を比
較的小さくすることができる。さらに、第１スワール室
７０は弁座部２１の上流側近傍に形成されているので、
バルブニードル２０のリフト位置に応じて噴霧角θを素
早く変化させることができる。したがって、燃料のスワ
ールを形成するための時間遅れを極力少なくすることが
でき、噴射初期に比較的大きな噴霧角とし、燃料微粒化
の促進を図ることができる。

【００４８】さらにまた、第１実施例においては、第１
スワール室７０内の圧力均衡作用により、バルブニード
ル２０が調芯され、ノズルボディ１１にバルブニードル
２０を同軸に保持することができるので、噴霧の形状が
変形するのを防止することができる。

【００４９】（第２実施例）図１に示す第１実施例の第
１スワール形成部６０の上流側に第２スワール形成部を
設けた第２実施例について、図１０および図１１を用い
て説明する。第１実施例と同一構成部分に同一符号を付
す。

【００５０】図１０に示すように、第２スワール形成部
９０は、第１円錐台部９１、第２円錐台部９２、第１円
柱部９３、第３円錐台部９４および第２円柱部９６から
構成される。第１円錐台部９１は、小径側の一端が大径
部２４に接続し、大径側の他端が第２円錐台部９２に接
続している。第２円錐台部９２は、小径側の一端が第１
円錐台部９１に接続し、大径側の他端が第１円柱部９３
に接続している。第１円柱部９３は、外径が同一径で、
クリアンスを介してノズルボディ１１の内壁に遊嵌合
し、軸方向に往復移動することが可能である。第１円柱
部９３は、一端が第２円錐台部９２に接続し、他端が第
３円錐台部９４に接続している。第３円錐台部９４は、
大径側の一端が第１円柱部９３に接続し、小径側の他端
が第２円柱部９６に接続している。第２円柱部９６は、
一端が第３円錐台部９４に接続し、他端が第１スワール
形成部６０の第１円錐台部６１に接続している。

【００５１】第２円錐台部９２、第１円柱部９３および
第３円錐台部９４の外壁には、第２燃料入口通路として
の第２スワール溝９５が形成されている。第２スワール
溝９５は、第２円錐台部９２の途中部から第３円錐台部
９４の途中部まで、バルブニードルの軸に対して傾斜す
るように４箇所形成されている。

【００５２】ノズルボディ１１の内壁と、第１スワール
形成部６０の第１円錐台部６１を形成する外壁と、第２
スワール形成部９０の第３円錐台部９４および第２円柱
部９６を形成する外壁とで第２スワール形成室としての
第２スワール室８０が形成される。すなわち、第２スワ
ール室８０は、第１スワール室７０よりも上流側のノズ
ルボディ１１内に形成されている。

【００５３】第２スワール溝９５の中心軸９５ａは、バ
ルブニードル２０の軸２０ａに対して所定の角度βで傾
斜している。すなわち、第１スワール溝６５と第２スワ
ール溝９５とは所定の角度（α−β）をなしている。第
２スワール溝９５の一方の入口部９２ａは、他方の入口
部９２ｂよりも大きい曲率半径で形成されており、第２
スワール溝９５の一方の出口部９３ａは、他方の出口部
９３ｂよりも大きい曲率半径で形成されている。このた
め、第２スワール溝９５内に燃料が流れ込み易く、かつ
第２スワール溝９５から燃料が流れ出易い構成となって
いる。したがって、第２スワール溝９５は、燃料が旋回
力を受け易い形状となっている。

【００５４】次に、第１スワール溝６５と第２スワール
溝９５とがなす角度（α−β）の設定を変化させたとき
の噴霧角の変化を図１１を用いて説明する。図１１に示
すように、 α−β＝０ のとき、第２スワール溝９５によるスワール形成力で第
１スワール溝６５と同等の速度ベクトルを形成するた
め、バルブニードルのリフト量ｈがｈ1となる初期リフ
ト状態からバルブニードルのリフト量ｈがｈ2となるフ
ルリフト状態まで、ほぼ一定の噴霧角θ11となる。

【００５５】 α−β＜０ のとき、第２スワール溝９５が形成する速度ベクトルは
周方向成分が比較的大きくなるため、バルブニードルの
リフト量ｈがｈ2となるフルリフト状態において、比較
的大きい噴霧角θ12となる。

【００５６】 α−β＞０ のとき、第２スワール溝９５が形成する速度ベクトルは
周方向成分が比較的小さくなるため、バルブニードルの
リフト量ｈがｈ2となるフルリフト状態において、比較
的小さい噴霧角θ13となる。

【００５７】さらに、 α＋β＝０ のとき、第２スワール溝９５によるスワール形成力で第
１スワール溝６５と逆向きで同等の大きさの速度ベクト
ルを形成するため、バルブニードルのリフト途中で噴霧
角θをゼロとすることができる。

【００５８】第２実施例においては、バルブニードルの
当接部２１と弁座部１３との開口面積が比較的小さい噴
射初期において、下流側の第１スワール形成部６０によ
り噴霧角θが決定され、バルブニードルの当接部２１と
弁座部１３との開口面積が比較的大きい噴射後期におい
て、上流側の第２スワール形成部９０により噴霧角θが
決定される。したがって、第１スワール溝６５と第２ス
ワール溝９５とがなす角度（α−β）を任意に設定する
ことにより、噴射初期から噴射後期まで、エンジンの負
荷状態に応じて、所望の噴霧角θおよび噴霧の到達距離
を得ることができる。したがって、様々な型のエンジン
用の燃料噴射弁に簡便に対応することができる。

【００５９】さらに第２実施例においては、第２スワー
ル形成部９０より第１スワール形成部６０に周方向の回
転力が負荷され、弁開毎にバルブニードルが僅かずつ回
転し、ノズルボディ１１に対するバルブニードルの周方
向位置が変化する。したがって、バルブニードルの当接
部２１および弁座部１３の偏摩耗を防止することがで
き、燃料噴射ノズルの耐久性が向上する。

【００６０】さらにまた、第２実施例においては、第２
スワール形成部９０によりバルブニードルが調芯され、
ノズルボディ１１にバルブニードルを同軸に保持するこ
とができ、噴霧の形状が変形するのを防止することがで
きる。

【００６１】（第３実施例）次に、図１０に示す第２実
施例の第１スワール形成部６０および第２スワール形成
部９０の構成を変更した第３実施例について、図１２お
よび図１３を用いて説明する。その他は、第２実施例と
同一構成であり、同一構成部分に同一符号を付す。

【００６２】図１２に示すように、第１スワール形成部
２６０は、円柱部２６１と円錐台部２６２とから構成さ
れる。円柱部２６１は、一端が大径部２４の大径部端面
２４ａに接続し、他端が円錐台部２６２に接続してい
る。円錐台部２６２は、大径側の一端が円柱部２６１に
接続し、小径側の他端が小径部２３に接続している。円
錐台部２６２の小径部２３に接続する小径部端面２６２
ａが形成されている。

【００６３】円錐台部２６２の外壁には、第１燃料入口
通路としての第１スワール溝２６５が形成されている。
第１スワール溝２６５は、円錐台部２６２の一方の端部
から円錐台部２６２の他方の端部まで、バルブニードル
の軸に対して傾斜するように４箇所形成されている。円
錐台部２６２の外周面は、弁座部１３を形成するノズル
ボディ１１の内周面よりも僅かに小さいか、または同じ
円錐角度で形成されている。すなわち、円錐台部２６２
の外周面は、弁座部１３を形成するノズルボディ１１の
内周面と対向している。

【００６４】ノズルボディ１１の弁座部１３を形成する
内壁と、第１スワール形成部２６０の小径部端面２６２
ａを形成する外壁と、ニードル弁の小径部２３を形成す
る外壁とで第１スワール形成室としての第１スワール室
２７０が形成される。第１スワール室２７０の一部を形
成するノズルボディ１１の内周面は、第１スワール溝２
６５が形成される第１スワール形成部２６０の円錐台部
２６２の外周面よりも外径が小さい。

【００６５】第２スワール形成部としてのスワーラ１９
０はノズルボディ１１に圧入により固定され、大径部２
４がスワーラ１９０に遊嵌合して軸方向に往復移動する
ことが可能である。スワーラ１９０は中空円筒形状であ
って、溝部１９１と、スワール孔１９２とが形成されて
いる。溝部１９１はスワーラ１９０の外壁に一方の端部
から他方の端部まで軸方向に連続して４箇所形成されて
いる。４箇所の溝部１９１は、それぞれの中心軸が略９
０°間隔となっている。スワール孔１９２は、溝部１９
１を形成するスワーラ１９０の外壁からスワーラ１９０
の内壁までを貫通するように、周方向斜めかつ軸方向水
平にほぼ同一内径でストレート状に４箇所形成されてい
る。４箇所のスワール孔１９２は、軸方向位置が略同一
である。スワール孔１９２の反溝部側には後述する第２
スワール室１８０に開口する開口部１９２ａが形成され
ている。開口部１９２ａは、バルブニードルのリフト位
置に関係なく全開状態である。ここで、スワール孔１９
２は第２スワール室１８０に繋がる第２燃料入口通路を
構成している。

【００６６】ノズルボディ１１の内壁と、バルブニード
ルの大径部２４および大径部端面２４ａを形成する外壁
と、第１スワール形成部２６０の円柱部２６１を形成す
る外壁と、スワーラ１９０の内壁とで第２スワール形成
室としての第２スワール室１８０が形成される。すなわ
ち、第２スワール室１８０は、第１スワール室２７０よ
りも上流側のノズルボディ１１内に形成されている。

【００６７】第３実施例においては、バルブニードルの
当接部２１と弁座部１３との開口面積が比較的小さい噴
射初期において、下流側の第１スワール形成部２６０に
より噴霧角θが決定され、バルブニードルの当接部２１
と弁座部１３との開口面積が比較的大きい噴射後期にお
いて、上流側のスワーラ１９０により噴霧角θが決定さ
れる。つまり、図１３に示すように、バルブニードルの
リフト量ｈに応じて弁座部１３と当接部１２１との開口
面積が大きくなるにしたがって、スワール孔１９２の開
口部１９２ａから第２スワール室１８０に流出する燃料
速度が増加し、第２スワール室１８０内の周方向速度成
分がしだいに増加する。したがって、バルブニードルの
リフト量ｈがｈ1となる初期リフト状態からバルブニー
ドルのリフト量ｈがｈ2となるフルリフト状態になるに
したがって、噴霧角θはθ21からθ22に増加する。すな
わち、フルリフト状態において、比較的大きな噴霧角θ
22および比較的小さな到達距離を得ることができる。

【００６８】さらに第３実施例においては、第１スワー
ル室２７０の一部を形成するノズルボディ１１の内周面
は、第１スワール溝２６５が形成される第１スワール形
成部２６０の円錐台部２６２の外周面よりも外径が小さ
いので、第１スワール室２７０の容積を比較的小さくす
ることができる。さらに、第１スワール室２７０は弁座
部１１の上流側近傍に形成されているので、バルブニー
ドルのリフト位置に応じて噴霧角θを素早く変化させる
ことができる。したがって、燃料のスワールを形成する
ための時間遅れを極力少なくすることができ、噴射初期
に比較的大きな噴霧角とし、燃料微粒化の促進を図るこ
とができる。

【００６９】さらにまた、第３実施例においては、スワ
ーラ１９０によりバルブニードルが調芯され、ノズルボ
ディ１１にバルブニードルを同軸に保持することがで
き、噴霧の形状が変形するのを防止することができる。

【００７０】本発明の複数の実施例では、スワール溝あ
るいはスワール孔の数を４個に設定したが、本発明で
は、スワール溝あるいはスワール孔の数は２個以上であ
ればよい。

【００７１】また、本発明の複数の実施例では、ディー
ゼルエンジン用の燃料噴射弁に本発明の燃料噴射ノズル
を適用したが、ガソリンエンジン用の燃料噴射弁に本発
明を適用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルの初
期リフト状態を示す縦断面図である。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】図１の第１スワール溝の拡大図である。

【図４】（Ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図であり、（Ｂ）
は図３のＢ−Ｂ線断面図であり、（Ｃ）は図３のＣ−Ｃ
線断面図である。

【図５】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルを適
用した燃料噴射弁を示す縦断面図である。

【図６】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルのフ
ルリフト状態を示す縦断面図である。

【図７】図６のVII−VII線断面図である。

【図８】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルにお
ける燃料の速度ベクトルを示す図である。

【図９】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルのバ
ルブニードルのリフト量と燃料の速度および噴霧角との
関係を示す特性図である。

【図１０】本発明の第２実施例による燃料噴射ノズルを
示す縦断面図である。

【図１１】本発明の第２実施例による燃料噴射ノズルの
バルブニードルのリフト量と噴霧角との関係を示す特性
図である。

【図１２】本発明の第３実施例による燃料噴射ノズルを
示す縦断面図である。

【図１３】本発明の第３実施例による燃料噴射ノズルの
バルブニードルのリフト量と噴霧角との関係を示す特性
図である。

【図１４】比較例の燃料噴射ノズルを示す縦断面図であ
る。

【図１５】比較例の燃料噴射ノズルのバルブニードルの
リフト量と燃料の速度および噴霧角との関係を示す特性
図である。

【符号の説明】

１ 燃料噴射弁 １０ 燃料噴射ノズル １１ ノズルボディ １２ 噴孔 １３ 弁座 ２０ バルブニードル ２１ 当接部 ４１ 第１スプリング ５１ 第２スプリング ６０ 第１旋回流形成部 ６５ 第１スワール溝（第１燃料入口通路） ７０ 第１スワール室（第１旋回流形成室） ８０ 第２スワール室（第２旋回流形成室） ９０ 第２旋回流形成部 ９５ 第２スワール溝（第２燃料入口通路） １９０ スワーラ（第２旋回流形成部） １９２ スワール孔（第２燃料入口通路） １９２ａ 開口部 ２６０ 第１旋回流形成部 ２６５ 第１スワール溝（第１燃料入口通路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊達 健治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AA07 AB02 AD12 BA03 BA17 BA23 BA49 CC01 CC06T CC14 CC18 CC20 CC21 CC37 CC42 CC43 CC48 CC52 CC66 CE13 DA16 DB08 DB09 DB12 DB13

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 噴孔の上流に弁座部を設けたノズルボデ
   ィと、 前記ノズルボディに往復摺動可能に支持され、前記弁座
   部に着座可能な当接部を有し、前記当接部が前記弁座部
   から離座ならびに前記弁座部に着座することにより燃料
   の遮断および流通を行うバルブニードルと、 前記ノズルボディ内に形成され、燃料の旋回流を形成す
   る第１旋回流形成室と、 前記バルブニードルの外周に設けられ、前記第１旋回流
   形成室に繋がる第１燃料入口通路を形成する外壁を有す
   る第１旋回流形成部とを備え、 前記第１燃料入口通路が形成される前記第１旋回流形成
   部の外周面は、前記弁座部を形成する前記ノズルボディ
   の内周面と対向していることを特徴とする燃料噴射ノズ
   ル。
2. 【請求項２】 前記第１旋回流形成室の一部を形成する
   前記ノズルボディの内周面は、前記第１燃料入口通路が
   形成される前記第１旋回流形成部の外周面よりも外径が
   小さいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズ
   ル。
3. 【請求項３】 前記第１旋回流形成室よりも上流側の
   前記ノズルボディ内に形成され、燃料の旋回流を形成す
   る第２旋回流形成室と、 前記第１旋回流形成部よりも上流側の前記バルブニード
   ルの外周に設けられ、前記第２旋回流形成室に繋がる第
   ２燃料入口通路を形成する外壁あるいは内壁を有する第
   ２旋回流形成部とを備えることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の燃料噴射ノズル。
4. 【請求項４】 前記第１燃料入口通路と前記第２燃料入
   口通路とは、所定の角度をなすことを特徴とする請求項
   ３記載の燃料噴射ノズル。
5. 【請求項５】 前記第１旋回流形成室は、前記弁座部の
   上流側近傍に形成されていることを特徴とする請求項１
   〜４のいずれか一項記載の燃料噴射ノズル。