JP2000130291A

JP2000130291A - 燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JP2000130291A
Application number: JP10306744A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yoda; 稔之依田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-05-09
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: JP3885853B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料の噴霧角度が可変である燃料噴射ノズル
を提供する。【解決手段】バルブニードル２０の先端のニードルピ
ン部６０に形成される溝６２は、バルブニードル２０の
軸方向の位置によって軸線に対する角度が変化するよう
に形成されている。したがって、バルブニードル２０の
リフト位置に応じて、溝６２のバルブニードル２０軸方
向の角度が変化し、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、燃料の微粒化を
促進し、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。

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）用の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、例
えば実開平５−２４９５６号公報に開示されるよう
に、燃料を旋回流（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、実開昭６２−
１７１６６２号公報に開示されるように、バルブニード
ルの先端の外周に螺旋状の溝を形成することにより、特
に高速高負荷域で燃料に十分な貫通力とスワール性を付
与する燃料噴射角度が得られる燃料スワール機構を設け
た燃料噴射ノズルが知られている。

【０００４】

【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。

【０００５】また、実開昭６２−１７１６６２号公報
に開示されている燃料噴射装置においては、ニードルの
先端の外周に形成された螺旋状の溝はニードルの軸方向
に対して外接線の角度が一定になるように形成されてい
るため、ニードルのリフト量にかかわらず燃料噴射角度
が常に一定であった。そのため、高速高負荷域では燃料
に十分な貫通力とスワール性を付与する燃料噴射角度と
することができたが、低速低負荷域では十分なスワール
性を付与する燃料噴射角度とすることができなかった。

【０００６】そこで本発明は、燃料の噴霧角度が可変で
ある燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。本発
明の別の目的は、部品点数を増加することなく簡単な構
成で、燃料の微粒化を促進し、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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の燃料噴射
ノズルによると、バルブニードル先端の突出部に溝が形
成されている。溝は、溝の中心線がバルブニードルの軸
方向に対して角度が変化するように形成されており、燃
料は溝に沿って溝の接線方向に噴射されるため、バルブ
ニードルのリフト量によって燃料の噴射角度を変化させ
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、燃料の
微粒化を促進し、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。

【０００８】本発明の請求項２記載の燃料噴射ノズルに
よると、溝の中心線とニードルバルブ軸との角度は、当
接部から遠ざかるにしたがって小さくなるので、ニード
ルバルブのリフト量が小さい低速低負荷時は軸方向と溝
の外接線との角度を大きく、ニードルバルブのリフト量
が大きい高速高負荷時は軸方向と溝の中心線との角度を
小さくすることができ、低速低負荷時に大きい噴霧角お
よび小さい到達距離とし、高速高負荷時に小さい噴霧角
および大きい到達距離とすることができる。したがっ
て、バルブニードルのリフト量によって燃料噴射角度を
可変にすることができ、部品点数を増加することなく簡
単な構成で、燃料の微粒化を促進し、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。

【０００９】本発明の請求項３記載の燃料噴射ノズルに
よると、溝の中心線とニードルバルブ軸との角度は、当
接部から遠ざかるにしたがって大きくなるので、ニード
ルバルブのリフト量が小さい低速低負荷時は軸方向と溝
の外接線との角度を小さく、ニードルバルブのリフト量
が大きい高速高負荷時は軸方向と溝の中心線との角度を
大きくすることができる。したがって、バルブニードル
のリフト量によって燃料噴射角度を可変にすることがで
き、エンジンの特性に応じて所望の燃料の噴射角および
到達距離とすることができる。

【００１０】本発明の請求項４および５記載の燃料噴射
ノズルによると、溝の中心線の角度は連続的、または段
階的に変化させることができる。したがって、燃料噴射
ノズルを適用するエンジンの特性に応じて所望の噴霧角
および到達距離とすることができる。

【００１１】

【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６に示す。図２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１
８、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。

【００１２】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。

【００１３】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および後述するプレッシャ
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４１は、一方の端部がプレッシャピン２８のフラ
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はプレッシャピン２８を
介してバルブニードル２０を図２に示す下方向に付勢し
ている。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。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。

【００１７】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。

【００１８】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に後述するバルブニードル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に形成されてい
る。噴孔１２は弁座部１３に入口部が開口している。

【００１９】図２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。燃料供給孔３２は、ノズル
ボディ１１に軸方向に傾斜して形成されている。

【００２０】バルブニードル２０は、中実円柱形状であ
って、首部２７、摺動部２６、柱部２４、第１円錐台部
２２、第２円錐台部２５、シート部６１および突出部と
してのニードルピン部６０からなる。バルブニードル２
０の首部２７は、一端がプレッシャピン２８に接続し、
他端が摺動部２６に接続しており、首部２７の外径はス
ペーサ４６の内径よりも僅かに小さい。

【００２１】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、他端が第１円錐台部２２に接続している。第１
円錐台部２２は、大径側の一端が摺動部２６に接続し、
小径側の他端が柱部２４に接続している。柱部２４は、
外径が同一径で軸方向に往復移動することが可能であ
る。柱部２４は、一端が第１円錐台部２２に接続し、他
端が第２円錐台部２５に接続している。第２円錐台部２
５は、一端が柱部２４に接続し、他端がシート部６１に
接続している。シート部６１は、大径側の一端が第２円
錐台部２５に接続し、小径側の他端がバルブニードル２
０の先端のニードルピン部６０に接続している。シート
部６１と第２円錐台部２５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１２からの燃料噴射が遮断され
る。

【００２２】ニードルピン部６０は、外径が噴孔１２と
略同径になるような外径がほぼ同一径の中実円柱形状に
形成され、噴孔１２内壁を摺動可能である。図１に示す
ように、ニードルピン部６０の外周面には複数の溝６２
が形成され、噴孔１２に遊嵌合状態にある部分には噴孔
１２の内壁面と溝６２によって燃料通路が形成される。
ノズルボディ１１の終端部１１ａにおいて噴孔１２の内
壁面と溝６２によって形成された燃料通路は消滅し、開
放端となって燃料が噴射される。

【００２３】溝６２は、ニードルピン部６０とシート部
６１との接続部からニードルピン部６０の下端に向かっ
て放物線を描くようにニードルピン部６０の外周面を旋
回しながらほぼ同一幅で形成されている。溝６２の深さ
は、溝幅とほぼ同一であり、溝６２の燃料流通方向に垂
直な断面は略半円形に形成されている。溝６２相互間の
間隔は、溝幅とほぼ同一に等間隔に形成されている。

【００２４】溝６２の中心線は、バルブニードル２０の
軸方向の位置によって軸線との角度が変化する。燃料は
溝６２の外接線に沿って噴射され、溝６２の中心線と溝
６２の外接線の角度は同一である。バルブニードル２０
のリフト量が増大するにしたがって、溝６２の外接線の
角度が軸線に対し小さくなるように形成されている。図
３に示すように、ニードルピン部６０の当接部２１に近
い燃料流通路の上流側における溝６２の外接線とバルブ
ニードル２０の軸線との角度が大きく、ニードルピン部
６０の当接部から遠い燃料通路の下流側は溝６２の外接
線とバルブニードル２０の軸線との角度が小さくなって
いる。

【００２５】例えば、バルブニードル２０のリフト量が
ｈ_１であるとき、ノズルボディ１１の終端部１１ａは図
３に示すＡの位置にあり、溝６２の外接線の角度はα_A
となるため、噴霧角がα_Aになるように燃料が噴射され
る。一方、バルブニードルのリフト量がフルリフトｈ_２
であるとき、終端部１１ａは図３に示すＢの位置にあ
り、溝６２の外接線の角度はα_Bとなるため、噴霧角が
α_Bになるように燃料が噴射される。

【００２６】本実施例において溝６２は、図３に示すよ
うに外接線の角度が連続的に変化するように緩やかな曲
線で形成されているが、図６に示すように外接線の角度
が段階的に変化するように溝６２を形成することもでき
る。

【００２７】次に、上記構成の燃料噴射弁の作動を説明
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に蓄
えられる。燃料通路孔３４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２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、
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。図４に示すように、低速低負荷時
においては、バルブニードル２０のリフト量が比較的小
さいので、ノズルボディ１１の終端部１１ａは図３のＡ
付近であり、低速低負荷時の燃料噴霧Ｑ_Lの噴霧角θ_Lは
比較的大きく、燃料噴霧Ｑ_Lの到達距離は比較的小さ
い。

【００２８】(2) 燃料通路孔３４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。図５に示すように、フルリフト
状態においては、ノズルボディ１１の終端部１１ａは図
３のＢ付近であり、高速高負荷時の燃料噴霧Ｑ_Hの噴霧
角θ_Hは比較的小さく、かつ燃料噴霧Ｑ_Hの到達距離は比
較的大きくなる。

【００２９】(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２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。

【００３０】第１実施例においては、バルブニードル２
０のリフト位置に応じて、ニードルピン部６０に形成さ
れた溝６２のバルブニードル２０軸方向の角度が変化す
るため、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。このため、低
速低負荷時に溝６２の軸方向の角度を比較的大きくし、
高速高負荷時に溝６２の軸方向の角度を比較的小さくす
ることにより、低速低負荷時に大きい噴霧角および小さ
い到達距離とし、高速高負荷時に小さい噴霧角および大
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、燃料の微粒化を促
進し、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。

【００３１】（第２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２実施例を図７〜図８に示
す。第１実施例と実質的に同一の構成部分に同一の符号
を付す。本実施例においては、第１実施例とは反対にバ
ルブニードル２０のリフト量が増大するにしたがって、
溝６２の外接線の角度が軸線に対し大きくなるように形
成されている。ニードルピン部６０の当接部２１に近い
燃料流通路の上流側における溝６２の外接線とバルブニ
ードル２０の軸線との角度が小さく、ニードルピン部６
０の当接部から遠い燃料通路の下流側は溝６２の外接線
とバルブニードル２０の軸線との角度が大きくなってい
る。

【００３２】例えば、バルブニードル２０のリフト量が
ｈ_１であるとき、ノズルボディ１１の終端部１１ａは図
７に示すＡの位置にあり、溝６２の外接線の角度はα_A
となるため、噴霧角がα_Aになるように燃料が噴射さ
れ、燃料の噴射角は比較的小さく、到達距離は比較的大
きくなる。一方、バルブニードルのリフト量がフルリフ
トｈ_２であるとき、終端部１１ａは図７に示すＢの位置
にあり、溝６２の外接線の角度はα_Bとなるため、噴霧
角がα_Bになるように燃料が噴射され、燃料の噴射角は
比較的大きく、到達距離は比較的小さくなる。

【００３３】図７に示すように、溝６２の外接線の角度
が連続的に変化するように緩やかな曲線で形成されてい
るが、第２実施例においても図８に示すように外接線の
角度が段階的に変化するように溝６２を形成することも
できる。

【００３４】第２実施例においては、低速低負荷時に溝
６２の軸方向の角度を比較的小さくし、高速高負荷時に
溝６２の軸方向の角度を比較的大きくすることにより、
低速低負荷時に小さい噴霧角および大きい到達距離と
し、高速高負荷時に大きい噴霧角および小さい到達距離
とすることができる。したがって、エンジンの特性に応
じて所望の噴霧特性の制御を行うことができ、エンジン
の安定した運転性を得ることができる。

【００３５】本発明の第１実施例と第２実施例において
は、燃料の噴霧形成において逆の特性を有しているが、
本発明の燃料噴射ノズルを適用するエンジンの特性に応
じて最適な形状を選択することで、より最適な噴霧特性
の制御を行なうことができ、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。

【００３６】本発明の複数の実施例においては、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主
要部を拡大した断面図である。

【図２】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３】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルのニ
ードルピン部に形成される溝を示す拡大図である。

【図４】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルの低
速低負荷時における作動を説明するための縦断面図であ
る。

【図５】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルの高
速高負荷時における作動を説明するための縦断面図であ
る。

【図６】本発明の第１実施例による燃料噴射ノズルのニ
ードルピン部に形成される溝を示す拡大図である。

【図７】本発明の第２実施例による燃料噴射ノズルのニ
ードルピン部に形成される溝を示す拡大図である。

【図８】本発明の第２実施例による燃料噴射ノズルのニ
ードルピン部に形成される溝を示す拡大図である。

【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弁座部２０バルブニードル２１当接部２２第１円錐台部２４柱部２５第２円錐台部４１第１スプリング５１第２スプリング６０ニードルピン部（突出部）６１シート部６２溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】噴孔の上流に弁座部が設けられるノズル
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、および前記噴孔の内壁を摺動可
能な突出部を有し、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を備え、前記噴孔と摺動する前記突出部の外周面は溝を有し、前
記溝の中心線と前記バルブニードルの軸との角度は前記
軸方向に変化することを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】前記中心線と前記軸との角度は、前記当
接部から遠ざかるにしたがって小さくなることを特徴と
する請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【請求項３】前記中心線と前記軸との角度は、前記当
接部から遠ざかるにしたがって大きくなることを特徴と
する請求項１記載の燃料噴射ノズル。
【請求項４】前記中心線と前記軸との角度は、連続的
に変化することを特徴とする請求項２または３のいずれ
か記載の燃料噴射ノズル。
【請求項５】前記中心線と前記軸との角度は、段階的
に変化することを特徴とする請求項２または３のいずれ
か記載の燃料噴射ノズル。