JP2001165017A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

燃料噴射ノズル

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JP2001165017A JP30909299A JP30909299A JP2001165017A JP 2001165017 A JP2001165017 A JP 2001165017A JP 30909299 A JP30909299 A JP 30909299A JP 30909299 A JP30909299 A JP 30909299A JP 2001165017 A JP2001165017 A JP 2001165017A
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injection hole
fuel
injection
spray
nozzle
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Kenji Date
健治 伊達
Toshiyuki Yoda
稔之 依田
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Denso Corp
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M61/1806Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/182Discharge orifices being situated in different transversal planes with respect to valve member direction of movement
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料の微粒化を阻害することなく、適切な噴
霧数を確保し、かつ適用するエンジンの形状または性能
に合わせて噴霧の形状を制御することにより、エンジン
からの黒煙の排出を低減することができる燃料噴射ノズ
ルを提供する。 【解決手段】 第1噴孔601の外周と第2噴孔602
の外周との最短距離L、ならびに第1噴孔601の中心
軸と第2噴孔62の中心軸がなす角度を規定することに
より、噴孔から噴射された燃料の微粒子は単一の噴霧を
形成し、かつ噴霧を形成する燃料の微粒化を促進するこ
とができる。また、1つの噴孔群60で単一の噴霧を形
成するので、噴霧の数が過剰になることがない。さら
に、噴霧同士の衝突を回避することができるので、燃料
の微粒化を促進することができる。したがって、燃焼室
内における燃料の燃焼効率が向上し、排出される黒煙の
発生を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関(以下、
内燃機関を「エンジン」という)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、排気エミッション効率の向上、エンジ
ン運転の安定性等の観点から、噴孔から噴射される「燃
料の微粒化」が重要な要素である。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、噴霧
を形成する燃料微粒子の粒径がエンジンから排出される
黒煙に対し大きな影響をおよぼすため、「燃料の微粒
化」は最も重要な要素の1つである。微粒化を促進する
方法として、例えば噴孔径を小さくすることが考えられ
るが、噴孔径が小さくなると流路面積が小さくなり噴射
率が低下するため、噴射期間が長くなり、逆に排出され
る黒煙が増加することが懸念される。
【0004】以上のような問題点の対策として、特開
平9−195893号公報、および特開平8−240
121号公報に開示されるように噴孔の総数を増加さ
せ、適切な噴射率の確保を目的とした燃料噴射ノズルが
提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開
平9−195893号公報に開示される燃料噴射ノズル
においては、径の大きな主噴孔と径の小さな副噴孔が形
成されており、主噴孔および副噴孔で別々の噴霧を形成
する。そのため、燃焼室内に形成される噴霧数が過剰と
なり、エンジンから排出される黒煙が増加することが懸
念される。また、特開平8−240121号公報に開
示される燃料噴射ノズルにおいては、噴孔から噴射され
た噴霧同士を積極的に衝突させ、合体させることにより
噴霧を適切な数に調節している。ところが、噴霧粒子を
衝突させることにより、燃料微粒子の粒径が増大し、燃
料の微粒化が阻害されていた。さらに、衝突により噴霧
が有している運動量が減少するため、噴霧の貫徹力が低
下し、エンジン燃焼室内全域に噴霧を分散させることが
できなかった。そのため、排出される黒煙を低減する効
果が阻害されるという問題があった。
【0006】そこで、本発明の目的は、燃料の微粒化を
阻害することなく、適切な噴霧数を確保し、かつ適用す
るエンジンの形状または性能に合わせて噴霧の形状を制
御することにより、エンジンからの黒煙の排出を低減す
ることができる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】本発明の請求項1記載の
燃料噴射ノズルによると、1つの噴孔群から噴射される
燃料は1つの噴霧を形成する。噴孔群から噴射される燃
料の噴霧の形状は、噴孔群を構成する1つの特定噴孔と
特定噴孔に最も近接する近接噴孔との間で、噴孔の内径
と噴孔間の距離との関係、ならびに燃料の噴射方向が調
整されることにより設定される。噴孔群を構成する噴孔
間において上記の関係を規定することにより、噴孔群の
複数の噴孔から噴射された燃料の噴霧は積極的な衝突を
起こすことなく1つの噴霧を形成する。1つの噴霧を形
成することにより、各噴孔から噴射された燃料は個々に
噴霧を形成することがなく、エンジンの燃焼室内に形成
される噴霧の数が過剰となることがない。また、各噴孔
から噴射された燃料の噴霧が積極的な衝突を起こさない
ため、噴霧の粒子同士が合体し粒径が増大することがな
く、燃料の微粒化が阻害されることはない。さらに、噴
孔群の噴孔から噴射された燃料の噴霧の形状は制御する
ことができるため、微粒化された燃料はエンジンの形状
または性能に合わせて適切な形状の噴霧となってエンジ
ンの燃焼室内に噴射される。したがって、燃料の微粒化
は阻害されることがなく、かつ噴霧の数および噴霧の形
状を適切な状態として確保することができる。そのた
め、噴霧はエンジン燃焼室内の空気と十分に混合される
ので、燃料の完全燃焼が促進され、エンジンからの黒煙
の排出を低減することができる。
【0008】本発明の請求項2記載の燃料噴射ノズルに
よると、噴孔群はノズルボディの周方向に1つまたは複
数形成されているので、所望の噴霧の数に合わせて噴孔
群を形成することができる。本発明の請求項3記載の燃
料噴射ノズルによると、噴霧の噴射方向に対し垂直な断
面の形状が略円形状であるので、噴霧の貫徹力を向上さ
せることができる。したがって、貫徹力の大きな噴霧が
要求される例えば大型、圧縮比が高い、またはスワール
が大きなエンジンからの黒煙の排出を低減することがで
きる。
【0009】本発明の請求項4記載の燃料噴射ノズルに
よると、噴孔群を構成する噴孔の噴孔径と噴孔間の距離
との関係を規定することにより、噴射方向に対し垂直な
断面が略円形状の噴霧を形成することができる。また、
噴孔径と噴孔間の距離との関係を規定することにより、
噴孔から噴射され噴霧を形成する燃料の微粒子同士は積
極的な衝突を起こさない。そのため、噴霧の運動量が低
下せず噴霧の貫徹力が向上する。したがって、微粒化を
阻害することなく噴霧の貫徹力が向上するように噴霧の
形状を制御することができるので、エンジンからの黒煙
の排出を低減することができる。
【0010】本発明の請求項6記載の燃料噴射ノズルに
よると、噴霧の噴射方向に対し垂直な断面の形状が連円
形状であるので、噴霧の表面積を拡大することができ
る。したがって、表面積の大きな噴霧が要求される例え
ば小型、圧縮比が低い、またはスワールが小さなエンジ
ンからの黒煙の排出を低減することができる。
【0011】本発明の請求項7記載の燃料噴射ノズルに
よると、噴孔群を構成する噴孔の噴孔径と噴孔間の距離
との関係を規定することにより、噴射方向に対し垂直な
断面が連円形状の噴霧を形成する。また、噴孔径と噴孔
間の距離との関係を規定することにより、噴孔から噴射
され噴霧を形成する燃料の微粒子同士が積極的な衝突を
起こすことなく噴霧の表面積を拡大させることができ
る。したがって、微粒化を阻害することなく噴霧の表面
積が拡大するように噴霧の形状を制御することができ
る。本発明の請求項8記載の燃料噴射ノズルによると、
各噴孔間の距離と各噴孔の中心軸がなす角度とを適切な
値に組合わせることで、エンジンの特性に応じたさらに
良好な噴霧の形状を確保することができる。
【0012】
【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の燃料噴
射ノズルに適用した第1実施例を図1〜図3に示す。図
3に示す燃料噴射弁1は、図示しないディーゼルエンジ
ンの燃焼室内に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20、リテーニングナット30、デ
ィスタンスピース40、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20、ディスタンスピース40および燃料噴射ノズル
10がリテーニングナット30により固定されている。
【0013】ノズルホルダ20は、燃料インレット23
を有しており、軸方向に貫通する第1スプリング収容室
21および第2スプリング収容室22が形成されてい
る。燃料インレット23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23の内部には燃料通路24が形成されて
いる。
【0014】第1スプリング収容室21内には、第1ス
プリング211、スペーサ212およびバルブニードル
50のフランジ部51が収容されている。第1スプリン
グ211は、一方の端部がバルブニードル50のフラン
ジ部51に当接し、他方の端部がスペーサ212に当接
している。第1スプリング211はバルブニードル50
を図3に示す下方向、つまり閉弁方向に付勢している。
【0015】第2スプリング収容室22内には、第2ス
プリング221、スペーサ222、スプリングキャップ
223およびスプリング座224が収容されている。第
2スプリング221は、一方の端部がスプリング座22
4に当接し、他方の端部がスペーサ222に当接してい
る。スペーサ222はスプリングキャップ223に当接
し、スプリングキャップ223は第2スプリング収容室
22の内壁に形成された段差部225に当接しているの
で、第2スプリング221はスプリング座224をディ
スタンスピース40に押付ける方向に付勢している。
【0016】ディスタンスピース40は縮径部41を有
しており、ディスタンスピース40内にはスペーサ42
が設けられている。このスペーサ42と縮径部41との
距離でバルブニードル50の最大リフト量が規制され
る。また、スペーサ42とスプリング座224との距離
で初期リフト量が規制される。燃料噴射弁1の噴孔群側
に燃料噴射ノズル10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50とから構成される。
【0017】ノズルボディ11は有低の中空円筒形状で
あって、内部に案内孔12、弁座部13、噴孔群60、
燃料通路孔14、燃料溜り15、燃料供給孔16が形成
されている。案内孔12はノズルボディ11の内部に軸
方向に延びており、他方の端部側が燃料溜り15に接続
している。案内孔12の内壁は、ノズルボディ11の開
口端17から燃料溜り15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は略円錐面
を有し、大径側の一端が燃料通路孔14に連通してい
る。この弁座部13にバルブニードル50の当接部59
が当接可能である。噴孔群60は、図2に示すように2
個の噴孔から構成されており、ノズルボディ11の周方
向に噴孔群60として複数形成されている。図1に示す
ように噴孔はノズルボディ11の弁座部13近傍にノズ
ルボディ11の内外を連通するように形成されており、
弁座部13側の内壁面に噴孔の燃料入口が開口してい
る。
【0019】図3に示すように、燃料通路孔14はノズ
ルボディ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15
に接続している。燃料溜り15は、案内孔12と燃料通
路孔14とを接続する内壁に環状に形成されている。燃
料溜り15には、外部から燃料を供給する燃料供給孔1
6が接続されている。燃料供給孔16は、ノズルボディ
11の軸方向に対し傾斜した状態で形成されている。ノ
ズルボディ11内部の先端部には、袋穴部18が形成さ
れている。袋穴部18は、円柱部と半球部とが組み合わ
された形状に形成されている。
【0020】バルブニードル50は、中実円柱形状であ
って、フランジ部51、拡径部52、首部53、摺動部
54、柱部55、第1円錐台部56、第2円錐台部5
7、および円錐部58を有している。バルブニードル5
0の反噴孔側端部にフランジ部51が形成されており、
フランジ部51には第1スプリング211の一方の端部
が当接している。フランジ部51が接続される拡径部5
2の外径はスプリングキャップ223およびスプリング
座224の内径よりも僅かに小さく、首部53に接続し
ている。首部53は、一端が拡径部52に接続し、他端
が摺動部54に接続しており、首部53の外径はスペー
サ42の内径よりも僅かに小さい。
【0021】摺動部54は外径が同一であり、クリアラ
ンスを介して案内孔12に遊嵌合し、軸方向に往復移動
可能である。摺動部54は一端が首部53に接続し、他
端が第1円錐台部56に接続している。第1円錐台部5
6は大径側の一端が摺動部54に接続し、小径側の他端
が柱部55に接続している。柱部55は外径が同一径で
あり、軸方向に往復移動可能である。柱部55は一端が
第1円錐台部56に接続し、他端が第2円錐台部57に
接続している。第2円錐台部57は大径側の一端が柱部
55に接続し、小径側の他端が円錐部58に接続してい
る。第2円錐台部57と円錐部58との接続部分は円形
状であり、この円形状の部分が閉弁時に弁座部13と当
接する当接部59である。閉弁時、当接部59が弁座部
13に着座することにより、噴孔からの燃料の噴射が遮
断される。
【0022】次に、噴孔群60について詳細に説明す
る。図1および図2に示すように、噴孔群60は第1噴
孔601および第2噴孔602の2個の噴孔から構成さ
れている。第1噴孔601および第2噴孔602は、ノ
ズルボディ11の内壁面から外壁面へ貫通している。各
噴孔はノズルボディ11の内壁面に開口している燃料入
口から外壁面に開口している燃料出口までほぼ同一内径
の円管状である。第1噴孔601の内径および第2噴孔
602の内径は、同一であっても異なっていてもよい。
【0023】噴孔群60を構成する噴孔は、次の条件が
成立するように形成されている。噴孔の燃料出口側つま
りノズルボディ11の外壁面において、噴孔群を形成す
るある噴孔Aの外周部とある噴孔から最も近接する噴孔
Bの外周部間との最短距離をL、噴孔Aまたは噴孔Bの
いずれか内径の大きい噴孔の内径(内径が同一の場合、
噴孔Aまたは噴孔Bのいずれか一方の内径)をD、噴孔
Aの中心軸と噴孔Bの中心軸とが燃料上流側でなす角度
をθとする。
【0024】このとき、噴孔Aと噴孔Bとの間には、 条件 L≦2×D 条件 2×D<L≦5×D 条件 噴孔Aの中心軸と噴孔Bの中心軸とが平行 条件 0°<θ≦15° のうち、条件または条件のいずれかが成立するよう
に、かつ条件または条件のいずれかが成立するよう
に噴孔Aおよび噴孔Bは形成されている。
【0025】上記の条件または条件は、燃料噴射ノ
ズル10を適用するエンジンの性能または形状により選
択される。すなわち、エンジンは噴射される燃料の噴霧
と噴霧の周囲の空気とが効率よく混合される必要があ
る。例えば、大型、圧縮比が高い、またはスワールが大
きなエンジンの場合、燃料噴射ノズル10から遠方にあ
る空気と噴射された噴霧とを混合させるため、貫徹力が
大きな噴霧を形成する必要がある。一方、小型、圧縮比
の低い、またはスワールの小さなエンジンの場合、燃料
噴射ノズル10の近傍で空気と噴霧とを混合させるた
め、噴霧と空気との接触面積、すなわち表面積が大きな
噴霧を形成する必要がある。
【0026】したがって、貫徹力の大きな噴霧を形成す
る場合、噴霧の噴射方向に垂直な断面が円形状であり、
噴孔群の複数の噴孔から噴射される燃料が1つの噴霧を
形成することが好ましい。一方、表面積が大きな噴霧を
形成する場合、噴霧の噴射方向に垂直な断面が連円形状
であり、かつ噴孔群の複数の噴孔から噴射される燃料が
1つの噴霧を形成することが好ましい。
【0027】そこで、上記の条件を導き出した理由を以
下に説明する。図4は、噴孔群60を構成する第1噴孔
601と第2噴孔602とが平行に形成されていると
き、内径の大きい方の噴孔の内径Dに対する噴孔間の最
短距離Lの比L/Dが燃料微粒子の粒径と噴霧の断面形
状に対しおよぼす影響を示している。
【0028】図4に示すように、噴孔群60から噴射さ
れ、噴霧を形成する燃料微粒子の粒径は、L/Dの値に
関係なくほぼ一定である。つまり、各噴孔間の距離は燃
料の微粒化には大きな影響をおよぼさないことを示して
いる。これに対し、L/Dの値が大きくなるにしたがっ
て噴孔間の距離が大きくなるため、噴霧の断面が単一の
円形状から単一の連円形状を経て2つの円形状へと変化
する。5<L/Dとなると、1つの噴孔群から噴射され
る噴霧が2つ以上となってしまい、噴霧の数が過剰とな
ってしまう。貫徹力の大きな噴霧の場合、断面が円形状
で単一の噴霧が好ましいため、噴霧の形状を確保するた
めには、図4に示すようにL/Dの値が2以下となれば
よい。したがって、L≦2×Dという条件が導かれ
る。
【0029】これに対し、表面積の大きな噴霧の場合、
断面は上述のように連円形状で単一の噴霧が好ましいた
め、適切な噴霧の形状を確保するためには図4に示すよ
うにL/Dの値が2から5の範囲にあればよい。したが
って、2×D<L≦5×Dという条件が導かれる。
【0030】次に、噴孔の中心軸同士が燃料上流側でな
す角度について説明する。図5は、噴孔群60を構成す
る第1噴孔601と第2噴孔602とを例えばL/D=
1に設定したとき、第1噴孔601の中心軸と第2噴孔
602の中心軸とが燃料上流側でなす角度θが燃料微粒
子の粒径と噴霧の断面形状におよぼす影響を示してい
る。
【0031】図5に示すようにθ<0°のとき、断面が
円形状の単一の噴霧となり貫徹力の大きな噴霧としては
好ましい形状である。しかし、各噴孔から噴射された噴
霧の燃料微粒子同士が衝突するため、燃料微粒子の粒径
が大きくなり微粒化が阻害され、かつ噴霧の衝突によっ
て噴霧の運動量が低下し噴霧の貫徹力が低下する。ま
た、15°<θの場合、燃料は十分に微粒化されるが、
噴霧の断面の形状が1つの円形とならず、噴霧の数が2
つ以上となってしまう。
【0032】0°<θ≦5°のとき、断面が円形状の単
一の噴霧となり貫徹力の大きな噴霧が得られる。このと
き、各噴孔から噴射された噴霧同士は積極的な衝突を起
こすことがないため、燃料の微粒化が阻害されることは
ない。また、5°<θ≦15°のとき、断面が連円形状
の単一の噴霧となり、表面積の大きな噴霧が得られる。
したがって、θの範囲として好ましいのは、0°<θ≦
15°ということになる。
【0033】また、第1噴孔601の中心軸と第2噴孔
602の中心軸とが平行の場合も、例えばL/D=1の
ときは断面が円形状の単一の噴霧を形成する。図5はL
/Dの設定値の一例としてL/D=1のときのθと噴霧
の形状との関係を示している。θとLとは相関するた
め、Lが変化すると所定の形状の噴霧を形成するための
θの範囲は変化する。しかし、θ<0°、または15°
<θのとき、Lを変化させても噴霧は所望の形状、なら
びに所望の粒径とはならない。したがって、第1噴孔6
01の中心軸および第2噴孔602の中心軸が平行、ま
たはそれらが燃料上流側でなす角度θが0°<θ≦15
°であればよい。
【0034】なお、L/Dおよびθと噴霧の形状との関
係について図6に示す。図6では、L/Dを横軸および
θを縦軸として、円形状の噴霧断面が得られる領域、な
らびに連円形状の噴霧断面が得られる領域を示してい
る。図6に示すように、円形状の噴霧断面が得られる領
域において、上記に述べた第1噴孔601の中心軸と第
2噴孔602の中心軸とが燃料上流側でなす角度θが最
大、すなわちθ=5°のとき、L/Dが約1.5よりも
大きくなると、2つの噴孔から噴射されこのθおよびL
/Dに基づいて形成される噴霧断面の形状は、連円形状
となる。
【0035】また、連円形状の噴霧断面が得られる領域
において、2つの噴孔の中心軸のなす角度θが最大、す
なわちθ=15°のとき、L/Dが約3.5よりも大き
くなると、2つの噴孔から噴射されこのθおよびL/D
に基づいて形成される噴霧断面の形状は、連円形状とは
ならず、2つの円形状となる。
【0036】上記のように、θおよびL/Dの相互の関
係により、円形状および連円形状の噴霧断面が得られる
領域は、図6に示すようになる。なお、燃料噴射ノズル
からディーゼルエンジンの燃焼室へ燃料を噴射する圧力
(すなわち、上記の図示しない高圧ポンプから供給され
る燃料の圧力にほぼ等しい。)が一般的なエンジンの運
転状態で使用される圧力範囲(例えば20MPa〜18
0MPa)にある場合、どのような燃料圧力であって
も、θおよびL/Dを図6に示す各領域を満たすように
第1噴孔601および第2噴孔602を形成することに
より、所望の噴霧断面の形状を得ることが可能となる。
【0037】次に、上記構成の燃料噴射弁1の作動につ
いて説明する。 (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
23に供給される。この高圧燃料は、燃料通路24、燃
料供給孔16、燃料溜り15を経由して燃料通路孔14
に蓄えられる。燃料通路孔14内の燃料圧力が増大し、
この圧力によりバルブニードル50に作用する力が第1
スプリング211の付勢力よりも大きくなると、バルブ
ニードル50は図3の上方にリフトし、弁座部13から
当接部59が離間して開弁する。そして燃料が弁座部1
3と当接部59との間の開口部を通って噴孔から噴射さ
れる。
【0038】(2) 燃料通路孔14内の燃料圧力がさ
らに増大すると、バルブニードル50のリフト量が増大
し、スペーサ42がスプリング座224に当接する。こ
の状態がバルブニードル50の初期リフト状態である。
そして、燃料通路孔14内の燃料圧力によりバルブニー
ドル50に作用する力が第1スプリング211の付勢力
と第2スプリング221の付勢力との和よりも大きくな
ると、スペーサ42がディスタンスピース40の縮径部
41に当接し、バルブニードル50はフルリフト状態に
達する。
【0039】(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14の燃料圧力が低下し、燃料通
路孔14内の燃料圧力によりバルブニードル50に作用
する力が第1スプリング211および第2スプリング2
21の付勢力の和よりも小さくなると、バルブニードル
50が図3の下方に移動し、当接部59が弁座部13に
着座して燃料噴射を終了する。
【0040】第1実施例では、噴孔群60を構成する第
1噴孔601および第2噴孔602を上述の条件が成立
するように形成することにより、噴孔群60から噴射さ
れる噴霧の形状を制御することができる。そのため、エ
ンジンの性能、またはエンジンの形状に応じた噴霧を形
成することができるとともに、燃料の微粒化を促進する
ことができる。
【0041】また、条件が成立する場合、噴霧同士の
衝突を回避することができるので、噴霧の運動量が確保
され、貫徹力を向上することができる。一方、条件が
成立する場合、噴霧の内部に取り込まれる空気の量が増
大し、燃料と空気との混合を促進することができる。
【0042】さらに、条件または条件で設定した噴
孔径Dと噴孔の外周部間の距離Lとの関係、ならびに条
件または条件で設定した各噴孔の中心軸がなす角度
θを組み合わせることにより、噴孔群60から噴射され
る噴霧の形状を貫徹力を増大した噴霧、または表面積を
拡大した噴霧などに制御することができる。これによ
り、燃料噴射ノズルを適用するエンジンに適した形状の
噴霧を形成することができる。したがって、燃焼室内に
おける燃料の燃焼効率が向上し、黒煙の排出を低減する
ことができる。
【0043】(第2実施例)本発明の第2実施例を図7
に示す。第1実施例と実質的に同一構成部分に同一符号
を付し、説明を省略する。第2実施例では、図7に示す
ように噴孔群61を構成する第1噴孔611の内径をD
1、第2噴孔612の内径をD2、ならびに第1実施例の
条件または条件を満たすような噴孔間の距離をLと
すると、第2噴孔612の中心軸は第1噴孔611の中
心軸を中心とした半径R=(D1/2+L+D2/2)の
円上に配置されている。例えば、図7に示すように第2
噴孔は、612a、612b、612cの位置などに配
置することができる。
【0044】また、図7に示すような場合であっても、
第1噴孔611および第2噴孔612の各中心軸が燃料
上流側でなす角度θは第1実施例と同様に条件または
条件に示すとおりである。
【0045】第2実施例では、第1噴孔611の中心軸
を中心に半径Rの円上に第2噴孔612の中心軸を配置
することができるので、噴霧の形状だけでなく、噴霧の
形成位置を制御することができる。
【0046】(第3実施例)本発明の第3実施例を図8
に示す。第1実施例と実質的に同一構成部分に同一符号
を付し、説明を省略する。第3実施例では、噴孔群62
が第1噴孔621、第2噴孔622および第3噴孔62
3の3つの噴孔から構成されている。各噴孔の中心軸を
結ぶ線は、図8に示すように不等辺の3角形である。
【0047】第1噴孔621の場合、最も近接する第2
噴孔622との間に第1実施例で示した条件または条
件が成立するように形成されている。また、第2噴孔
622の場合、最も近接する第3噴孔623との間に条
件または条件が成立するように形成されている。同
様に第3噴孔623の場合、最も近接する第2噴孔62
2との間に条件または条件が成立するように形成さ
れている。さらに、第1噴孔621と第3噴孔623は
それぞれ最も近接する関係ではないものの、条件また
は条件が成立するように形成されている。また、第1
噴孔621、第2噴孔622および第3噴孔623は、
各噴孔間で第1実施例と同様に条件または条件が成
立するように形成されている。
【0048】第3実施例では、噴孔群62を構成する噴
孔の数が3個の場合であっても所望の形状の単一の噴霧
を形成することができる。第3実施例では、各噴孔の中
心軸が不等辺の三角形を形成するように各噴孔が配置さ
れている。しかし、各噴孔の中心軸が正三角形を形成す
るように各噴孔を配置してもよい。
【0049】(第4実施例)本発明の第4実施例による
燃料噴射ノズルを図9に示す。第1実施例と実質的に同
一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第4実施例では、図9に示すように噴孔群63は第1噴
孔631、第2噴孔632および第3噴孔633の3個
の噴孔から構成され、燃料噴射ノズルの軸方向に直列に
形成されている。すなわち、第1噴孔631、第2噴孔
632および第3噴孔633の中心が一直線上となるよ
うに形成されている。各噴孔の中心軸間の間隔は、等間
隔であっても等間隔でなくてもよい。
【0050】図9に示すように、第1噴孔631に最も
近接するのは第2噴孔632である。したがって、第1
噴孔631は、第2噴孔632との間に第1実施例に示
した条件または条件が成立するように形成されてい
る。同様に、第2噴孔632に最も近接するのは第3噴
孔633である。したがって、第2噴孔632は、第3
噴孔633との間に上述の条件または条件が成立す
るように形成されている。
【0051】一方、第1噴孔631と第3噴孔633と
は最も近接の関係ではないため、第1噴孔631と第3
噴孔633との間には上記の条件または条件が成立
していない。また、第1噴孔631と第2噴孔632と
の間、第2噴孔632と第3噴孔633との間には、第
1実施例と同様に条件または条件が成立するように
第1噴孔631、第2噴孔632および第3噴孔633
が形成されている。
【0052】第4実施例では、噴孔群63を構成する噴
孔を燃料噴射ノズル10の軸方向に直線的に複数配置す
ることができる。また、第4実施例では、噴孔群63を
構成する噴孔を軸方向に直線的に配置しても、所望の形
状の単一の噴霧を形成することができる。
【0053】(第5実施例)本発明の第5実施例による
燃料噴射ノズルを図10に示す。第1実施例と実質的に
同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略す
る。第5実施例では、図10に示すように噴孔群64は
第1噴孔641、第2噴孔642、第3噴孔643およ
び第4噴孔644の4個の噴孔から構成されている。す
なわち、第1噴孔641、第2噴孔642、第3噴孔6
43および第4噴孔644の中心を結ぶ直線が四辺形と
なるように形成されている。
【0054】第5実施例では、最も近接する噴孔間で第
1実施例に示した条件または条件、ならびに条件
または条件が成立するように形成されているととも
に、四辺形の各辺の両端部に位置する噴孔間で上記の条
件が成立するように形成されている。
【0055】図10に示すように、第1噴孔641に最
も近接するのは第2噴孔642である。したがって、第
1噴孔641および第2噴孔642は、両噴孔間に第1
実施例で示した条件または条件が成立するように形
成されている。また、最も近接の関係ではないものの、
四辺形の辺の端部同士である第1噴孔641と第4噴孔
644とは、各噴孔間に条件および条件が成立する
ように形成されている。
【0056】第1噴孔641の場合と同様に、第2噴孔
642と第1噴孔641および第3噴孔643、第3噴
孔643と第2噴孔642および第4噴孔644、なら
びに第4噴孔644と第3噴孔643および第1噴孔6
41とは、条件または条件が成立するように形成さ
れている。ただし、第1噴孔641と第3噴孔643、
ならびに第2噴孔642と第4噴孔644とは四辺形の
両端部同士ではないため、条件または条件が成立し
ない。
【0057】また第1実施例と同様に、第1噴孔641
と第2噴孔642および第4噴孔644、第2噴孔64
2と第1噴孔641および第3噴孔643、第3噴孔6
43と第2噴孔642および第4噴孔644、ならびに
第4噴孔644と第3噴孔643および第1噴孔641
とは、条件または条件が成立するように形成されて
いる。
【0058】第5実施例では、噴孔群64を構成する噴
孔の数が4個の場合であっても所望の形状の単一の噴霧
を形成することができる。第5実施例では、各噴孔の中
心軸が不等辺の四辺形を形成するように各噴孔が配置さ
れている。しかし、各噴孔の中心軸が等辺の四辺形を形
成するように各噴孔を配置してもよい。
【0059】(第6実施例)本発明の第6実施例による
燃料噴射ノズルを図11に示す。第1実施例と実質的に
同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略す
る。第6実施例では、図11に示すように第1噴孔65
1aおよび第2噴孔651bからなる規定噴孔群651
と噴孔652とが形成され、規定噴孔群651と噴孔6
52とが噴孔群65を構成している。規定噴孔群651
を構成する噴孔から噴射される燃料は、1つの噴霧を形
成する。
【0060】規定噴孔群651を構成する第1噴孔65
1aと第2噴孔651bとの間には、第1実施例で示し
た条件または条件が成立するように第1噴孔651
aおよび第2噴孔651b形成されている。これに対
し、噴孔652と規定噴孔群651を構成する第1噴孔
651aおよび第2噴孔651bとの間では、条件ま
たは条件が成立しない。すなわち、条件または条件
が成立するように形成された規定噴孔群651と、こ
れらの条件とは無関係に形成された噴孔652とから噴
孔群65が構成されている。
【0061】例えば、ノズルボディ11の周方向に噴孔
群65を5個配置する場合、図12に示すように72°
の間隔で規定噴孔群651および噴孔652からなる噴
孔群65が配置されている。また、第1実施例と同様に
規定噴孔群651を構成する第1噴孔651aと第2噴
孔652bとは、条件または条件が成立するように
形成されている。
【0062】第6実施例では、条件または条件、な
らびに条件または条件が成立するように複数の噴孔
が形成されている規定噴孔群651と、それらの条件を
満たしていない噴孔652とを1つの噴孔群65として
形成している。したがって、噴孔群65を構成する噴孔
にすべてに条件または条件、ならびに条件または
条件を適用する必要がないので、噴孔群65の形成が
容易になり、製造コストを低減することができる。第6
実施例では、規定噴孔群651を構成する噴孔を2個と
したが、規定噴孔群651を構成する噴孔は2個以上で
あってもよい。
【0063】(第7実施例)本発明の第7実施例による
燃料噴射ノズルを図13に示す。第7実施例では、第6
実施例と同様にノズルボディ11の外周部に第1噴孔6
61および第2噴孔662からなる噴孔群66と噴孔6
63とが形成されている。噴孔群661および噴孔66
2に成立するべき条件は、第6実施例と同様である。す
なわち、噴孔群66の第1噴孔661と第2噴孔662
とは、各噴孔間に第1実施例で示した条件または条件
、ならびに条件または条件が成立する。しかし、
噴孔群66の第1噴孔661および第2噴孔662と噴
孔663との間には、上記の条件が成立しない。また、
噴孔群66を構成する各噴孔から噴射される燃料は、単
一の噴霧を形成する。
【0064】第7実施例では噴孔群66と噴孔663と
が周方向に所定の間隔で配置されており、規定噴孔群と
噴孔とにより噴孔群を構成している第6実施例と異な
る。例えば、図13に示すように噴孔群66と噴孔66
3とを周方向に60°の間隔で交互に形成することがで
きる。また、図14に示すように噴孔群66と噴孔66
3とを周方向に60°の間隔で規則的に配置することも
できる。
【0065】第7実施例では、燃料噴射ノズル10を適
用するエンジンの形状、性能に合わせて噴孔群66およ
び噴孔663の配置を変更することができる。第7実施
例では、噴孔群66を構成する噴孔を2個としたが、噴
孔群66を構成する噴孔は2個以上であってもよい。
【0066】(第8実施例)本発明の第8実施例による
燃料噴射ノズルを図15に示す。第1実施例と実質的に
同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略す
る。第8実施例は、噴孔群67が形成されている部位が
第1実施例から第7実施例までと異なる。第8実施例で
は、弁座部13近傍に噴孔群が形成されている第1実施
例から第7実施例までと異なり、図15に示すように袋
穴部18に噴孔群67を構成する噴孔671、672の
噴孔入口が開口している。
【0067】(第9実施例)本発明の第9実施例による
燃料噴射ノズルを図16に示す。第1実施例と実質的に
同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略す
る。第9実施例は、袋穴部19の形状が第1実施例から
第8実施例までと異なる。第9実施例では、袋穴部19
が円錐台部と半球部とを組み合わせた形状であり、第8
実施例と同様に袋穴部19に噴孔群68の噴孔入口部が
開口している。すなわち、袋穴部が円柱部と半球部を組
み合わせた形状である第1実施例から第8実施例までと
は異なる。
【0068】(第10実施例)本発明の第10実施例に
よる燃料噴射ノズルを図17および図18に示す。第1
0実施例は、噴孔の燃料入口を直接バルブニードルで開
閉し、燃料を流通、または遮断する形態の燃料噴射ノズ
ルに本発明を適用したものである。
【0069】燃料噴射ノズル80は、図示しないリテー
ニングナットにより図示しないノズルホルダに固定され
ている。図17に示すように、燃料噴射ノズル80は、
ノズルボディ81と、ノズルボディ81の内部に軸方向
に往復移動可能に収容されるバルブニードル90とから
構成される。ノズルボディ81は、内部に案内孔82、
燃料供給孔84、燃料溜り85が形成され、先端部の近
傍に噴孔群83が形成されている。また、ノズルボディ
81は、案内孔82の先端部にバルブニードル90の当
接部97と当接する弁座部87を有している。
【0070】案内孔82は、ノズルボディ81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81の
開口端88に接続しており、他方の端部側に弁座部87
が設けられている。案内孔82の内壁は、ノズルボディ
81の開口端88近傍から弁座部87近傍まで概略同一
内径に形成されている。燃料供給孔84は、ノズルボデ
ィ81の軸方向に傾斜して形成されており、一端は燃料
溜り85に接続され、他端は図示しない高圧ポンプに接
続される図示しない高圧燃料通路に接続されている。
【0071】バルブニードル90は、ノズルボディ81
の案内孔82内を往復移動可能である。図18に示すよ
うに、バルブニードル90は小径部91、大径部92、
シール部93を有しており、内部に燃料通路室94、燃
料通路孔95が形成されている。また、バルブニードル
90の外壁面の一部は、余剰となった燃料をノズルボデ
ィ81の燃料溜り85へ給送するための燃料通路96が
形成されている。バルブニードル90の先端は、弁座部
87と当接する当接部97を有している。
【0072】バルブニードル90は、図示しないノズル
プレッシャピンなどを介して図示しない付勢手段により
図17の下方向、つまり閉弁方向に付勢されている。バ
ルブニードル90の燃料通路96が形成されている部分
以外の外壁面、およびシール部93は、ノズルボディ8
1の案内孔82の内壁面と摺動可能な摺動面を形成して
いる。
【0073】図18に示すように、案内孔82の内壁面
に形成されている噴孔群83の燃料入口は、バルブニー
ドルの外周端部901によって直接開閉される。当接部
97が弁座部87に着座すると、外周端部901が噴孔
群83の燃料入口を閉塞するため噴孔群83の燃料の流
通が遮断される。また、当接部97が弁座部87から離
座すると、外周端部901が噴孔の燃料入口を開放する
ため噴孔群83の燃料の流通が行われる。
【0074】図18に示すように、噴孔群83は同一径
または径の異なる第1噴孔831および第2噴孔832
の2個の噴孔を有しており、ノズルボディ81の内外を
連通するようにノズルボディ81の周方向に複数形成さ
れている。噴孔は、案内孔82の内壁面に入口部が開口
している。噴孔群83には、上述の第1実施例〜第7実
施例で説明したいずれかの噴孔配置が適用される。
【0075】次に、上記のように構成された第10実施
例の燃料噴射ノズルの作動について説明する。 (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図17に示す燃
料供給孔84に供給される。この高圧燃料は、バルブニ
ードル90の燃料通路室94を経由して燃料通路孔95
に蓄えられる。燃料通路孔95内の燃料圧力が増大し、
この圧力によりノズルボディ81の弁座部87に作用す
る力が付勢手段の付勢力よりも大きくなると、バルブニ
ードル90は図17の上方にリフトし、弁座部87から
当接部97が離間する。そして、バルブニードル90の
外周端部901は第2噴孔832の燃料入口側を開放
し、燃料は弁座部87と当接部97との間を通って第2
噴孔832から燃焼室内へ噴射される。
【0076】(2) 図18に示すように、バルブニー
ドル90のリフト量が小さいとき、弁座部87と当接部
97との間の開口部は第2噴孔832と連通し、燃料は
第2噴孔832からのみ噴射される。 (3) 燃料通路孔95の燃料圧力がさらに増大する
と、バルブニードル90のリフト量が増大する。バルブ
ニードル90のリフト量が大きくなると、当接部97の
外周端部901は第1噴孔831の燃料入口側も開放
し、弁座部87と当接部97との間の開口部は第2噴孔
832だけでなく、第1噴孔831とも連通する。そし
て、燃料は第1噴孔831および第2噴孔832から噴
射される。
【0077】(4) 高圧ポンプの燃料圧送が終わりに
近づくと、燃料通路孔95の燃料圧力が低下し、付勢手
段の付勢力によりバルブニードル90が図17の下方に
移動し、当接部97が弁座部87に着座する。そして、
当接部97の外周端部901は第1噴孔831および第
2噴孔832の燃料入口側を閉塞し、燃料噴射を終了す
る。
【0078】第10実施例では、バルブニードル90の
リフト量に応じて開口する噴孔の数、開口面積が変化す
る。したがって、バルブニードル90のリフト量に応じ
て噴霧の形状、噴霧の量を可変とすることができる。そ
のため、黒煙の発生を低減できるだけでなく、エンジン
の負荷に応じて燃料の噴霧特性を制御することができ
る。
【0079】以上複数の実施例では、弁座部に噴孔群が
形成されている燃料噴射ノズル、およびバルブニードル
で直接噴孔の燃料入口を開閉する燃料噴射ノズルに本発
明の燃料噴射ノズルを適用したが、ノズルボディの先端
部に噴孔を形成した燃料噴射ノズル、あるいは噴孔の燃
料出口を開閉する燃料噴射ノズルなど他の形態の燃料噴
射ノズルにも本発明の燃料噴射ノズルを適用することが
できる。
【0080】また、以上の複数の実施例では、燃料自身
の圧力によりバルブニードルがリフトする形態の燃料噴
射ノズルに本発明の燃料噴射ノズルを適用したが、ソレ
ノイドなどを用いて電気的にバルブニードルを直接的あ
るいは間接的に駆動する燃料噴射弁に本発明の燃料噴射
ノズルを適用することができる。また、ディーゼルエン
ジン用の燃料噴射ノズル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の
燃料噴射ノズルを適用することができる。
【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
要部を示す断面図である。
【図2】本発明の第1実施例による燃料噴射ノズルを図
1のII方向から見た矢視図である。
【図3】本発明の第1実施例による燃料噴射ノズルを適
用した燃料噴射弁を示す断面図である。
【図4】噴孔群を構成する2個の噴孔において、各噴孔
の中心軸が平行であるとき、(L/D)の値が噴霧の粒
径、噴霧断面の表面積および噴霧断面形状におよぼす影
響を示す図である。
【図5】噴孔群を構成する2個の噴孔において、(L/
D)=1のとき、θが噴霧の粒径および噴霧断面形状に
およぼす影響を示す図である。
【図6】噴孔群を構成する2個の噴孔において、L/D
とθとの相互の関係によって得られる噴霧断面形状の領
域を示す図である。
【図7】本発明の第2実施例による燃料噴射ノズルの噴
孔群を構成する噴孔の位置関係を示す模式図である。
【図8】本発明の第3実施例による燃料噴射ノズルであ
って、(A)は主要部の側面図、(B)は噴孔群を拡大
した模式図である。
【図9】本発明の第4実施例による燃料噴射ノズルであ
って、(A)は主要部の側面図、(B)は噴孔群を拡大
した模式図である。
【図10】本発明の第5実施例による燃料噴射ノズルで
あって、(A)は主要部の側面図、(B)は噴孔群を拡
大した模式図である。
【図11】本発明の第6実施例による燃料噴射ノズルで
あって、(A)は主要部の側面図、(B)は噴孔群を拡
大した模式図である。
【図12】本発明の第6実施例による燃料噴射ノズルの
噴孔群が形成された外周面を展開した模式図である。
【図13】本発明の第7実施例による燃料噴射ノズルの
噴孔群が形成された外周面を展開した模式図である。
【図14】本発明の第7実施例による燃料噴射ノズルの
噴孔群が形成された外周面を展開した模式図である。
【図15】本発明の第8実施例による燃料噴射ノズルの
主要部を示す断面図である。
【図16】本発明の第9実施例による燃料噴射ノズルの
主要部を示す断面図である。
【図17】本発明の第10実施例による燃料噴射ノズル
の主要部を示す断面図である。
【図18】本発明の第10実施例による燃料噴射ノズル
を示し噴孔群近傍を拡大した断面図である。
【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 13 弁座部 50 バルブニードル 59 当接部 60、61、62、63、64、65、66、67、6
8 噴孔群 80 燃料噴射ノズル 81 ノズルボディ 83 噴孔群 90 バルブニードル 97 当接部 87 弁座部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G066 AA07 AB02 AD12 BA03 BA24 BA61 CC06T CC06U CC14 CC20 CC28 CC48 CC52 CD28 CD29 CD30 CE13 DA16

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の噴孔からなる噴孔群、ならびに前
    記噴孔群の上流に弁座部を有するノズルボディと、 前記ノズルボディに往復摺動自在に支持され、前記弁座
    部に着座可能な当接部を有し、前記弁座部に前記当接部
    が着座または前記弁座部から離座することにより燃料の
    流通または遮断を行うバルブニードルとを備え、 1つの噴孔群から噴射される燃料は1つの噴霧を形成
    し、前記噴孔群から噴射される燃料の噴霧の形状は、前
    記噴孔群を構成する1つの特定噴孔と前記特定噴孔に最
    も近接している近接噴孔との間で、噴孔の内径と噴孔間
    の距離との関係、ならびに燃料の噴射方向を調整するこ
    とにより設定されていることを特徴とする燃料噴射ノズ
    ル。
  2. 【請求項2】 前記噴孔群は、前記ノズルボディの周方
    向に1つまたは複数形成されている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】 前記噴孔群から噴射された噴霧は、前記
    噴霧の噴射方向に垂直な断面の形状が略円形状であるこ
    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】 前記特定噴孔の外周部と前記近接噴孔の
    外周部との距離Lは、前記特定噴孔および前記近接噴孔
    の内径が異なる場合前記特定噴孔または前記近接噴孔の
    いずれか内径の大きい方の噴孔、または前記特定噴孔お
    よび前記近接噴孔の内径が同一の場合いずれか一方の噴
    孔の内径をDとすると、 L≦2×D の関係である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】 前記噴孔群から噴射された噴霧は、前記
    噴霧の噴射方向に垂直な断面の形状が連円形状であるこ
    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。
  6. 【請求項6】 前記特定噴孔の外周部と前記近接噴孔の
    外周部との距離Lは、前記特定噴孔および前記近接噴孔
    の内径が異なる場合前記特定噴孔または前記近接噴孔の
    いずれか内径の大きい方の噴孔、または前記特定噴孔お
    よび前記近接噴孔の内径が同一の場合いずれか一方の噴
    孔の内径をDとすると、 2×D<L≦5×D の関係であることを特徴とする請求項5記載の燃料噴射
    ノズル。
  7. 【請求項7】 前記特定噴孔の中心軸と前記近接噴孔の
    中心軸とは平行、または燃料上流側でなす角度θが 0°<θ≦15° であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記
    載の燃料噴射ノズル。
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