JP2002210392A - 流体噴射ノズルとその流体噴射ノズルを備えた流体噴射弁 - Google Patents
流体噴射ノズルとその流体噴射ノズルを備えた流体噴射弁Info
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Abstract
射ノズルとその流体噴射ノズルを備えた流体噴射弁を提
供する。 【解決手段】 流体噴射ノズル5は、開弁により流体を
噴射口3bから噴射する流体噴射弁本体に設けられる。
噴射口3bから噴射された流体の流れ方向を段階的に制
御する入口孔部51a、長孔部52a、出口孔部53a
からなる噴孔5aを備える。長孔部52aは、ノズル軸
線L1に交差する方向に延びる。長孔部52aの一端部
には出口孔部53aが連通される。長孔部52aの他端
部には入口孔部51aが連通される。長孔部52aは、
ほぼ全長にわたって一定の孔幅で形成される。長孔部5
2aの長軸線に対し出口孔部53aの中心線をオフセッ
トさせる。
Description
噴射口から噴射された流体の流れ方向を制御する流体噴
射ノズルとその流体噴射ノズルを備えた流体噴射弁に関
する。なお、流体噴射弁の代表例としては、例えば車両
用のエンジン(内燃機関ともいう)に燃料を噴射して供
給する燃料噴射弁を挙げることができる。
許公開公報(特開平10−200998号公報参照)に
より開示されたものがある。その特許公開公報の流体噴
射ノズルについて図7及び図8を参照して説明する。図
7は流体噴射ノズルの周辺部を示す断面図、図8はその
流体噴射ノズルの一部破断平面図である。
は、バルブシート103とバルブ104とを備えてい
る。バルブシート103は、燃料通路を形成する内壁面
に形成された弁座103a、及び、その弁座103aの
下流に形成された噴射口103bを有している。また、
バルブ104は、前記弁座103aに当接可能な当接部
104aを有している。
当接部104aがバルブシート103の弁座103aに
対し離れること(いわゆる開弁)により、バルブシート
103の噴射口103bから燃料を噴射する。また、バ
ルブ104の当接部104aがバルブシート103の弁
座103aに対し当接すること(いわゆる閉弁)により
前記燃料の噴射を遮断する。
ノズル105が配置されている。燃料噴射ノズル105
は、上下2枚のプレート材151,153を備える。上
側のプレート材151は、バルブシート103に面して
取付けられている。上側のプレート材151は、板厚方
向に貫通する8個の入口孔部151a(図8参照)を有
している。
3は、上側のプレート材151の下流側(図7における
下側)に重ねるようにして前記バルブシート103に取
付けられている。下側のプレート材153は、上流側に
凹面153bを有している。凹面153bは、前記上側
のプレート材151の燃料下流側の面との間に略円板状
の燃料室155を形成する。図8に示すように、下側の
プレート材153は、板厚方向に貫通する4個の出口孔
部153a(図8参照)を有している。
噴射弁本体101の開弁によりバルブシート103の噴
射口103bから噴射された燃料が上側のプレート材1
51の入口孔部151aを通って燃料室155を通り、
出口孔部153aを通じて噴出される。
105によると、燃料室155において、上側のプレー
ト材151の入口孔部151aを通じて流入した燃料に
対し、下側のプレート材153の凹面153bに沿った
横方向の流れが形成される。しかしながら、入口孔部1
51aと出口孔部153aとは対応がとれておらず、1
つの出口孔部153aに対して全方向から燃料が流れ込
むことになる。ここで、出口孔部153aは凹面153
bに斜めに空いているため、燃料の出口孔部153aへ
の流入角度は各方向で異なる。出口孔部153aへの鈍
角方向からの流れが多くなると、安定した流れが生じて
噴霧粒径の大きな液滴が多くなり、微粒化が悪くなる。
なされたものであり、本発明が解決しようとする課題
は、流体の微粒化を促進することのできる流体噴射ノズ
ルとその流体噴射ノズルを備えた流体噴射弁を提供する
ことにある。
範囲の欄に記載された構成を要旨とする流体噴射ノズル
と流体噴射弁により解決することができる。請求項1に
記載された構成の流体噴射ノズルによると、流体噴射弁
本体の開弁により噴射口から噴射された流体は、噴孔の
入口孔部及び出口孔部を含む3段以上の孔部を通ること
により、流れ方向が段階的に制御されてから噴出され
る。しかして、ノズル軸線に交差する方向に延びかつほ
ぼ全長にわたって一定の孔幅で形成された長孔部を流体
が流れることにより、指向性をもった横方向の流れが得
られる。また、長孔部の長軸線に対し出口孔部の中心線
をオフセットさせたことにより、長孔部を流れてきた指
向性をもった流れの中心が長孔部の終端面で正反射する
ことによる逆流の発生が抑制される。
横方向の流れが得られることと、その長孔部の終端面で
の逆流の発生が抑制されることの相乗作用によって、流
体の微粒化を促進することができる。なお、本明細書で
いう「孔部」とは流体の流れ方向を制御する機能を有す
る孔部をいい、その機能を有しない孔部を含まない。ま
た、本明細書でいう「入口側の孔部」には、長孔部に入
口孔部が直接的に連通する場合の「入口孔部」だけでな
く、長孔部に入口孔部が間接的に連通する場合の「長孔
部の上流側に連通する孔部」が含まれる。
ルによると、長孔部を流れてきた指向性をもった横方向
の流れが90°以上に急激に方向を変えて出口孔部に流
れ込むことにより、流体の剥離効果が増大される。
ルによると、3枚以上のプレート材を重ねることによっ
て、3段以上の孔部を有する噴孔を容易に形成すること
ができる。
よると、流体の微粒化を促進することのできる請求項1
〜3のいずれかに記載の流体噴射ノズルを備えた流体噴
射弁を提供することができる。
燃料噴射ノズルの周辺部が正断面図で示されている。図
1において、燃料噴射弁の主体をなす燃料噴射弁本体1
は、バルブボデー2とバルブシート3とバルブ4とを主
要構成部品として構成されている。なお、燃料噴射弁本
体1は本明細書でいう流体噴射弁本体に相当する。
されており、その先端部(図1における下端部)内に前
記バルブシート3を内蔵している。バルブシート3は、
燃料通路を形成する内壁面に形成された円環状の弁座3
a、及び、その弁座3aの下方に形成された円形の噴射
口3bを有している。また、前記バルブ4は、ニードル
バルブからなるもので、前記バルブシート3内に嵌挿さ
れている。バルブ4は、前記弁座3aに当接可能な球状
の当接部4aを有している。なお、例えばバルブボデー
2は磁性を有するステンレス製であり、バルブシート3
及びバルブ4はステンレス製である。
下方向)の開閉によりバルブシート3の噴射口3bから
の流体すなわち燃料の噴射を断続する。すなわち、バル
ブ4の当接部4aがバルブシート3の弁座3aに対し離
れること(いわゆる開弁)により、バルブシート3の噴
射口3bから燃料を噴射する。また、バルブ4の当接部
4aがバルブシート3の弁座3aに対し当接すること
(いわゆる閉弁)により前記燃料の噴射を停止する。な
お、燃料噴射弁本体1は、周知のものとほとんど同一構
成であるから、その詳細な説明については省略する。
る下側)には、噴射口3bから噴射された燃料を微粒化
するための燃料噴射ノズル5が配置されている。図1の
部分拡大図が図2に示されている。なお、本明細書にお
いては、燃料噴射弁本体1に燃料噴射ノズル5を備えた
ものが燃料噴射弁に相当する。また、燃料噴射ノズル5
は本明細書でいう流体噴射ノズルに相当し、燃料噴射弁
は本明細書でいう流体噴射弁に相当する。
積層状をなす3枚のステンレス製のプレート材51,5
2,53を備えている。なお説明の都合上、上流側のプ
レート材51を第1のプレート材、中央のプレート材5
2を第2のプレート材、下流側のプレート材53を第3
のプレート材と称する。なお、各プレート材51,5
2,53はそれぞれ円板状に形成されている。
状に重ねられている。燃料噴射ノズル5の外周部には、
図1に示すように、上方に折り曲げられた嵌合片部5b
が形成されている。その嵌合片部5bは、前記バルブシ
ート3の下端部(図1において下端部)に嵌合されてい
る。バルブシート3の下端面には第1のプレート材51
が接面される。
53の下端面には、ほぼリング状をなすステンレス製の
プレートホルダー54が配置されている。プレートホル
ダー54は、断面ほぼL字状に形成されている。プレー
トホルダー54の一方の片部54aは、前記バルブシー
ト3に対し前記3枚のプレート材51,52,53を間
にして例えばレーザー溶接により取り付けられている。
また、プレートホルダー54の他方の片部54bは、一
方の片部54aの外周部から図1において下方に折り曲
げられており、前記バルブボデー2に対し例えばレーザ
ー溶接により取り付けられている。
5aを有している(図1参照)。噴孔5aは、燃料噴射
弁本体1の噴射口3bから噴射された燃料の流れ方向を
段階的に制御するもので、次に述べるように構成されて
いる。
孔5aは、第1のプレート材51に形成された入口孔部
51aと、第2のプレート材52に形成された長孔部5
2aと、第3のプレート材53に形成された出口孔部5
3aとによって形成されている。図3に図2の要部拡大
図、図4に燃料噴射ノズル5の要部平面図、図5に図4
のV−V線断面図が示されている。なお、第2のプレー
ト材52の長孔部52aは、本明細書でいう「出口孔部
53aに一端部が連通する孔部」に相当する。また、第
1のプレート材51の入口孔部51aは本明細書でいう
「入口側の孔部」に相当する。
ート材51の入口孔部51aは、円形状をなしており、
第1のプレート材51を板厚方向(図3及び図5におい
て上下方向)に貫通している。入口孔部51aは、前記
噴射口3b(図2参照)内に収まるように適数個配置さ
れている。
材52の長孔部52aは、前記入口孔部51aと同じ数
だけ配置されている。長孔部52aは、ノズル軸線L1
(図3参照)に交差する方向(図3において左右方向)
に延びるほぼ長細状に形成されており、第2のプレート
材52を板厚方向(図3及び図5において上下方向)に
貫通している。図4に示すように、長孔部52aの上流
側の端面52b及び下流側の端面(終端面という)52
cは、半径Rの円弧状にそれぞれ形成されている。長孔
部52aの上流側の端部(図5において右端部)は、前
記第1のプレート材51の入口孔部51aと連通してい
る。なお、入口孔部51aは、前記半径R(図4参照)
よりもやや大きい孔径で形成されている。
材53の出口孔部53aは、前記入口孔部51a及び長
孔部52aと同じ数だけ配置されている。出口孔部53
aは、円形状に形成されており、第3のプレート材53
を板厚方向(図3及び図5において上下方向)に貫通し
ている。また、出口孔部53aは、図3に示すように、
燃料の噴出方向下流(図3において下方)にむけてノズ
ル軸線L1から遠ざかる方向に例えば40°の傾斜角θ
1で傾斜している。これにより、出口孔部53aが長孔
部52aに対し鋭角をなしており、ほぼ折り返し状をな
している。出口孔部53aは、前記第2のプレート材5
2における長孔部52aの下流側の端部(図5において
左端部)と連通している。
ら出口孔部53aへの燃料の流れ(図3中、矢印参照)
の内側に傾斜角θ2(図5参照、本例の場合、90°−
θ1=50°)のエッジ部53bが形成されている。な
お、エッジ部53bの傾斜角θ2は、鋭角になってい
る。
は、次の寸法関係をもって形成されている。図4におい
て、長孔部52aの孔幅Wと出口孔部53aの孔径φd
とが、 φd<W の条件を満たす値に設定されている。しかして、長孔部
52aの長軸線L2に対し出口孔部53aの中心線L3
がオフセット量Yをもってオフセットされている。その
オフセット量Yは、 Y≦(W−φd)/2 の条件を満たす値に設定される。
1a、第2のプレート材52の長孔部52a、第3のプ
レート材53の出口孔部53aは、それぞれのプレート
材51,52,53に対するプレス加工によって形成さ
れている。また、第3のプレート材53の板厚は、噴射
する燃料に指向性を付与するのに必要な出口孔部53a
の長さを稼ぐことのできる大きさに設定される。なお、
各プレート材51,52,53のそれぞれ板厚は例えば
同一に設定されている。
は、ノズル軸線L1(図1参照)の上方が天上に向くよ
うにしてエンジンに搭載される。このようにエンジンに
搭載すると、燃料噴射ノズル5の噴孔5a内から燃料ベ
ーパが上方へ抜けやすくなるため、燃料噴射弁の高温に
対する性能を向上することができる。
噴射弁本体1(図1参照)の開弁により噴射口3bから
噴射された燃料は、噴孔5aの3段の孔部51a,52
a,53a(図2及び図3参照)を通ることにより、流
れ方向が段階的に制御(図3中、矢印参照)されてから
噴出(図3中、二点鎖線F参照)される。
交差する方向に延びかつほぼ全長にわたって一定の孔幅
W(図4参照)で形成された長孔部52aを燃料が流れ
ることにより、指向性をもった横方向の流れ(図4中、
矢印N参照)が得られる。また、ほぼ全長にわたって一
定の孔幅Wで形成された長孔部52aの長軸線L2に対
し出口孔部53aの中心線L3をオフセット量Y(図4
参照)をもってオフセットさせたことにより、長孔部5
2aを流れてきた指向性をもった横方向の流れ(図4
中、矢印N参照)の中心が長孔部52aの終端面52c
で正反射することによる逆流(図5中、矢印B参照)の
発生が抑制される。詳しくは、長孔部52aの長軸線L
2に対し出口孔部53aの中心線L3をオフセットさせ
たことにより、長孔部52aの終端面52cに燃料の流
れの中心が衝突する位置が出口孔部53aの中心線L3
上から相対的にずれる。このため、燃料の流れが長孔部
52aの終端部で旋回流(図4中、矢印A参照)を形成
し、長孔部52aでの逆流(図5中、矢印B参照)の発
生が抑制される。したがって、長孔部52aにより指向
性をもった横方向の流れが得られることと、その長孔部
52aの終端面52cでの逆流の発生が抑制されること
の相乗作用によって、燃料の微粒化を促進することがで
きる。
燃料の流れの内側に鋭角のエッジ部53b(図3参照)
が形成されている。これにより、長孔部52aを流れて
きた指向性をもった横方向の流れが90°以上に急激に
方向を変えて出口孔部53aに流れ込むことにより、燃
料の剥離効果が増大される(図3中、二点鎖線F1参
照)。これによっても、燃料の微粒化が促進される。
5aから噴射される燃料の微粒化が促進されることによ
り、燃料が広範囲に渡って空気と混合しやすく燃料の燃
焼効率が増大するので、排気ガス中に排出される有害物
質および燃料消費量を低減することができる。
参照)に対する出口孔部53aの孔径φd(図4参照)
の比率(W/φd)と噴霧粒径(SMD)との関係を示
す特性線図が示されている。図6において横軸は比率
(W/φd)を示し、縦軸は噴霧粒径(SMD(μ
m))を示している。なお、出口孔部53aの孔径φd
は、0.14mmとした。図6の特性線Cが本実施の形
態による噴霧粒径(SMD(μm))の実験結果をまと
めたものであり、点P1,P2,P3が長孔部52aの
長軸線L2に対する出口孔部53aの中心線L3をオフ
セット量Y(図4参照)を0(ゼロ)から段階的に増大
させた結果である。
に、オフセット量Yを増大させるほど、噴霧粒径(SM
D(μm))が小さくなり、微粒化が良くなる。なお、
図6の特性線Cからは、比率(W/φd)を1(W=φ
d)に近づけるほど、噴霧粒径(SMD(μm))が小
さくなり、微粒化が良くなることも判る。
れぞれ有する3枚のプレート材51,52,53を重ね
ることによって噴孔5a(図3参照)が形成されてい
る。これにより、3段の孔部51a,52a,53aを
有する噴孔5aを容易に形成することができる。
えている燃料噴射弁である。これにより、燃料の微粒化
を促進することのできる燃料噴射ノズル5を備えた燃料
噴射弁を提供することができる。
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更
が可能である。例えば、本発明は、燃料に限らず、その
他の流体の流体噴射ノズル及び流体噴射弁として適用す
ることができる。また、一つのプレート材に、相互に連
通する2つの孔部、例えば入口孔部51aと長孔部52
a、又は、長孔部52aと出口孔部53aとを同時に形
成しても良い。また、3段以上の孔部からなる噴孔5a
を形成するために、孔部を有するプレート材を使用した
が、プレート材を使用しないで前記噴孔5aを形成する
ことも可能である。また、上記実施の形態では、噴孔5
aを3段の孔部51a,52a,53aによって形成し
たが、その噴孔5aを4段以上の孔部によって形成して
もよい。また、入口孔部51a、長孔部52a、出口孔
部53aの個数、形状は上記実施の形態のものに限定さ
れるものではなく、適宜変更することができる。
ノズルを備えた流体噴射弁によれば、長孔部により指向
性をもった横方向の流れが得られることと、その長孔部
の終端面での逆流の発生が抑制されることの相乗作用に
よって、流体の微粒化を促進することができる。
示す正断面図である。
比率(W/φd)と噴霧粒径(SMD)との関係を示す
特性線図である。
面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 開弁により流体を噴射口から噴射する流
体噴射弁本体に設けられ、前記噴射口から噴射された流
体の流れ方向を段階的に制御する入口孔部及び出口孔部
を含む3段以上の孔部からなる噴孔を備えている流体噴
射ノズルであって、 前記噴孔は、ノズル軸線に交差する方向に延びる長孔部
を有し、 前記長孔部の一端部には前記出口孔部が連通され、同長
孔部の他端部には入口側の孔部が連通され、 前記長孔部は、ほぼ全長にわたって一定の孔幅で形成さ
れ、 前記長孔部の長軸線に対し前記出口孔部の中心線をオフ
セットさせたことを特徴とする流体噴射ノズル。 - 【請求項2】 請求項1に記載の流体噴射ノズルであっ
て、 前記長孔部と前記出口孔部との流体の流れの内側には、
鋭角のエッジ部が形成されていることを特徴とする流体
噴射ノズル。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の流体噴射ノズル
であって、各孔部をそれぞれ有する3枚以上のプレート
材を重ねることによって噴孔が形成されていることを特
徴とする流体噴射ノズル。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の流体噴
射ノズルを備えていることを特徴とする流体噴射弁。
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