JP2003214298A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 噴孔断面積を可変にするものにおいて、噴孔
断面積を可変にする際に噴孔内の燃料流れを乱すことな
く、安価な構造を備えた燃料噴射ノズルを提供する。 【解決手段】 先端に当接部３６を有するノズルニード
ル３１と、ノズルニードル３１を軸方向に往復摺動可能
に嵌合する案内孔１２、当接部３６と接触可能なシート
部１３、このシート部１３またはその下流側に内外を連
通するように穿設される噴孔４１を有するノズルボディ
１１とを備え、噴孔４１の噴孔壁部２０ｂは、その噴孔
４１内を流れる燃料の噴射圧力に応じて変形すること
で、噴孔断面積を増減させる。なお、例えば噴孔壁部２
０ｂは、噴射圧力に応じて弾性変形し易い構成を有する
ものであって、噴孔出口側開口部４１３の周りには、円
周溝４１４が形成されていることが望ましい。

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、特にディーゼル機関等の内燃機関の燃料噴射ノズ
ルの可変噴孔の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射ノズルとしては、例えばディー
ゼル機関用燃料噴射弁において、噴孔およびこの噴孔に
つながるシート面を形成するノズルボディと、このノズ
ルボディ内に往復移動可能であるとともに、そのシート
面に離間、着座することで燃料噴射、噴射停止するノズ
ルニードルと、そのシート面にシール可能であるととも
にノズルニードルとは独立に回動可能なロータリバルブ
とを備え、ロータリバルブを回転させることによって噴
孔入口部での噴孔断面積を可変にするものがある（特開
２０００−１６１１８４号公報）。

【０００３】また、欧州特許公開公報ＥＰ０２０９２４
４による開示によれば、噴孔が穿設されており、その出
口側開口部が覆われるようにノズルボディに内挿された
ノズルニードルの上昇とともに、その噴孔が開口してい
く噴孔断面積可変の外開弁方式のものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前者の燃料噴射ノズル
では、ロータリバルブを回転させるために、別部材とし
てアクチュエータが必要になる。また、後者の燃料噴射
ノズルでは、現状の主流となっている内開弁方式のもの
と互換性がなく、燃料噴射ノズルを支持するノズルホル
ダ等が新規に必要となる。

【０００５】さらに上述の従来構成では、噴孔断面積を
変化させる際に、前者は噴孔入口部、後者は噴孔出口部
にそれぞれ制御エッジ（前者はロータリバルブ、後者は
ノズルボディ）が存在する。このため、この制御エッジ
で燃料流れが乱され、偏った噴霧形状等の噴霧性状の悪
化が発生する可能性がある。

【０００６】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたものであり、したがってその目的は、噴孔断面積を
可変にするものにおいて、噴孔断面積を可変にする際に
噴孔内の燃料流れを乱すことなく、安価な構造を備えた
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による
と、先端に当接部を有するノズルニードルと、ノズルニ
ードルを軸方向に往復摺動可能に嵌合する案内孔、当接
部と接触可能な弁座部、この弁座部またはその下流側に
内外を連通するように穿設される噴孔を有するノズルボ
ディとを備え、噴孔の内壁は、その噴孔内を流れる燃料
の噴射圧力に応じて変形することで、噴孔断面積を増減
させる。

【０００８】これにより、噴孔入口または出口側を制御
エッジで可変にする従来構成のように、燃料流れの一部
を仕切ることはないので、噴孔での燃料流れの乱れ防止
ができる。

【０００９】本発明の請求項２によると、内壁は、噴射
圧力に応じて弾性変形し易い構成を有するものであっ
て、噴孔出口側開口部の周りには、円周溝が形成されて
いる。

【００１０】これにより、噴孔の内壁のうち、噴孔出口
側開口部を弾性変形し易い円環状に形成できるので、噴
射圧力に応じて、詳しくは円環状の内壁の内圧としての
噴射圧力と外圧としての雰囲気圧との差圧に応じて、噴
孔断面積を増減させることができる。

【００１１】本発明の請求項３によると、内壁は、大径
円筒部と小径円筒部とを有する段付円筒体からなり、大
径円筒部は、ノズルボディに形成された嵌合孔に嵌合固
定されている。

【００１２】これにより、大径円筒部に比べて薄肉であ
る小径円筒部は、噴射圧力に応じて弾性変形し易く、よ
って噴孔断面積を増減できる。

【００１３】本発明の請求項４によると、内壁は、内周
が軸方向に向かって鼓形状を有する縮径部を備えた円筒
体であって、円筒体は、ノズルボディに形成された収容
孔に支承されている。

【００１４】これにより、円筒体の両軸端部を支点とし
て、円筒体の内周に加わる噴射圧力に応じて内壁の弾性
変形が可能であるので、噴射圧力に応じて噴孔断面積の
増減ができる。

【００１５】本発明の請求項５によると、噴孔は、前記
噴孔の燃料入口から燃料出口に向かって、噴孔断面積が
小さくなるように形成されていることを特徴とする燃料
噴射ノズルに好適である。これにより、噴孔内を流れる
燃料の流体損失の低減ができるので燃料噴霧の微粒化が
図れるとともに、噴孔の燃料出口側を噴射圧力に応じて
噴孔断面積可変ができる構成を提供できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
従って説明する。

【００１７】（第１の実施形態）本発明の第１実施形態
を図１および図２に示す。図１は、本実施形態の燃料噴
射ノズル１０の先端部分の断面図である。なお、この燃
料噴射ノズル１０のその他の部分は、周知の構造である
ので図示および説明を省略する。図１に示すように、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なノズルニー
ドル３１とからなる。

【００１８】ノズルボディ１１は、有底の中空円筒状
で、内部に案内孔１２、弁座部１３、噴孔４１、サック
部１５が形成される。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、一方の端部がノズルボデ
ィ１１の開口端（図示せず）に接続し、他方の端部側が
弁座部１３に接続している。案内孔１２の内壁１２ａ
は、ノズルボディ１１の開口端から有底側の弁座部１３
の近傍まで略同一内径に形成されている。

【００１９】弁座部（以下、シート部と呼ぶ）１３は、
円錐台面（以下、シート面）１３ａを有し、シート面１
３ａの大径側の一端が案内孔１２に連続し、小径側の他
端側がサック部１５に接続している。このシート部１３
にはノズルニードル３１の当接部３６が当接可能であ
る。当接部３６が当接するシート面３６ａの横断面は理
論的には円の形状である。サック部１５は、円筒内壁部
１５ａと球面壁部１５ｂとを有し、ノズルボディ１１の
先端側に袋状に小空間の容積をもって形成されるサック
ホールである。サックホールの開口側はシート部１３の
小径側に連続する。なお、案内孔１２、シート面１３
ａ、およびサックホール１５は実質的に同軸に形成され
ている。

【００２０】噴孔４１は、図１に示すように、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
通路に形成される。詳しくは、シート部１３もしくはサ
ック部１５から形成される突出し部２０の内壁（以下、
噴孔壁部と呼ぶ）２０ｂの内外を連通するように、外周
面２０ａに開口する複数の噴孔４１が穿設されている。
この噴孔４１は、噴孔入口側開口部４１１と噴孔出口側
開口部４１３とからなり、噴孔入口側開口部４１１と噴
孔出口側開口部４１３には燃料下流方向に貫通する燃料
通路４１２が形成されている。噴孔入口側開口部４１１
の位置は、シート部１３に当接するノズルニードル３１
の当接部３６との接触部よりもサックホール１５側に形
成される。

【００２１】噴孔通路４１２は噴孔入口側開口部４１１
から入った燃料流を案内し、噴孔出口側開口部４１３に
導く。噴孔出口側開口部４１３の中心軸は燃料を噴射す
る所望の方向に一致する。また、噴孔通路４１２は、そ
の内径が、噴孔入口側開口部（以下、噴孔入口と呼ぶ）
４１１から噴孔出口側開口部（以下、噴孔出口と呼ぶ）
４１３に向って噴孔断面積が小さくなるように形成され
る構成（図１および図２参照）であっても、噴孔入口４
１１から噴孔出口４１３までの噴孔断面積が略同一にな
るように形成される構成であってもよい。なお、噴孔通
路４１２の内径が噴孔入口４１１から噴孔出口４１３に
向って噴孔断面積が小さくなるように形成される構成で
あることが好ましい。これにより、燃料下流側に向かっ
て噴孔断面積が小さくなることに起因して、噴孔通路４
１２を流れる燃料の流体損失の低減が図れるので、噴孔
出口４１３での燃料流速の向上ができ、よって燃料噴霧
の微粒化が図れる。

【００２２】以下、本実施形態で説明する噴孔４１は、
その噴孔通路４１２の内径が噴孔入口４１１から噴孔出
口４１３に向って噴孔断面積が小さくなるように形成さ
れる構成として説明する。

【００２３】なお、本発明の要部である噴孔１４の噴孔
断面積を可変にする構成については、後述する。

【００２４】ノズルニードル３１の上端側の大径円柱部
（図示せず）は、その外径が案内孔１２の内径と略同一
径であって、クリアランスを介して案内孔１２に遊嵌合
し、軸方向に往復動することが可能である。一方、大径
円柱部の燃料下流側に接続する小径円柱部３４の外径
は、案内孔１２の内径よりも小さい。小径円柱部３４と
案内孔１２の内壁との隙間２１が燃料通路になる。

【００２５】円錐台部３５は、一方の端部が小径円柱部
３４に連続しており、他方の端部が円状の当接部分３６
を介して円錐部３７に連続する。円錐台部３５と円錐部
３７との接続部分は円であり、この円の部分が弁閉時の
接触部となる。円錐部３７は、シート部１３の傾斜角よ
りも大きな傾斜角となっている。これは、弁閉時におい
て、当接部３６とシート部１３（詳しくは、シート面１
３ａ）との接触を可能にし油密を確保するためである。
円錐部３７の先端は、弁閉時、サックホール１５に対面
する位置となる。また、開弁時、すなわち当接部３６を
シート部１３から離脱させる際には、円錐台部３５およ
び円錐部３７とシート部１３（詳しくは、シート面１３
ａ）との隙間２２（図２（ｂ）参照）および上記隙間２
１が、噴孔４１へ至る燃料通路を形成している。

【００２６】なお、上述の大径円柱部と小径円柱部３４
と円錐台部３５と円錐部３７とは、ノズルニードル３１
を構成している。なお、円錐部３７の先端は、閉弁時、
サークホール１５に対面する際、その先端とサックホー
ル１５とで形成される空間を所定の空間とするため、円
錐部３７の先端に、円推部３７の外周を形成する母線
（以下、テーパと呼ぶ）と異なる傾斜角を有する円錐先
端部３７ａを形成してもよい（図１参照）。なお、上述
の当接部３６とシート面１３ａとが接触することで閉弁
する構成に代えて、円錐部３７の上記テーパの外周面と
シート面１３ａとが接触することで閉弁する構成として
もよい。

【００２７】上述の構成を有する燃料噴射ノズル１０の
作動について以下説明する。

【００２８】燃料噴射ノズル１０には、図示しない燃料
噴射ポンプ等から供給される高圧燃料が、ノズルボディ
１１の燃料供給孔（図示せず）を介して、燃料通路とし
ての隙間２１、２２に導入される。この導入される高圧
燃料の圧力（以下、噴射圧力と呼ぶ）が、図示しないコ
イルバネ等によるノズルニードル３１（詳しくは、当接
部３６）をノズルボディ１１のシート面１３ａに押圧す
る押付荷重と受圧面積から設定されるいわゆる開弁圧に
達すると、ノズルニードル３１は押付荷重に抗して上昇
し、当接部３６がシート部１３から離間する。よって、
ノズルボディ１１とノズルニードル３１が開弁され、燃
料通路２１、２２を介して当接部３６の燃料上流から流
入する燃料が、噴孔４１を通して、内燃機関等へ噴射供
給される。

【００２９】一方、燃料噴射ポンプからの燃料の圧送終
了等によって、噴射圧力が低下し、開弁圧相当（詳しく
は、閉弁圧）に達すると、当接部３６がシート部１３に
当接する。よって、ノズルボディ１１とノズルニードル
３１が閉弁され、内燃機関へ噴射される燃料が遮断さ
れ、燃料噴射が終了する。

【００３０】ここで、本発明の実施形態の特徴である噴
孔４１の構成について、以下図１および図２に従って、
説明する。図２は、図１中の本発明の要部である噴孔４
１の周りを示す断面図であって、図２（ａ）は噴射して
いない状態（以下、無噴射状態と呼ぶ）、図２（ｂ）は
噴射している状態を表わす模式的断面図である。なお、
図２（ｂ）中の二点鎖線は、図２（ａ）の無噴射状態の
燃料通路４１２を示すものである。

【００３１】噴孔４１を形成する内壁としての噴孔壁部
２０ｂは、図１および図２（詳しくは、図２（ａ）の無
噴射状態、図２（ｂ）の噴射状態参照）に示すように、
噴孔通路４１２を流れる燃料に応じて変形することで、
噴孔通路４１２の断面積（以下、噴孔断面積と呼ぶ）を
増減させる構成を有する。詳しくは、噴孔壁部２０ｂ、
すなわち噴噴孔入口側開口部４１１と噴孔出口側開口部
４１３のうち、噴孔出口側開口部４１３には、噴孔通路
を囲うむように円周溝４１４が形成されている。なお、
この円周溝は、燃料噴射ノズル１０を用いて燃料噴射す
る噴射圧力の使用範囲において、噴孔通路４１２を形成
する噴孔壁部２０ｂ、すなわち噴孔出口開口部４１３の
円環状壁部４１３ａの肉厚ｔが、その噴射圧力の使用範
囲において弾性変形し易い所定の肉厚範囲となるように
構成されている。

【００３２】これにより、噴孔入口４１１または出口４
１３側を制御エッジで可変にする従来構成のように、燃
料流れの一部を仕切ることはないので、噴孔４１（詳し
くは、噴射圧力に応じて変形する噴孔通路４１２）での
燃料流れの乱れ防止ができる。したがって、上記の従来
構成のように制御エッジ等で燃料流れが乱されることは
ないので、偏った噴霧形状等の噴霧形状が悪化する現象
の発生防止ができる。

【００３３】さらにまた、噴孔出口側開口部４１３の周
りに上記円周溝４１４を設けることで、噴孔出口側開口
部４１３を、弾性変形し易い円環状（詳しくは、円環状
壁部４１３ａ）に形成できるので、噴射圧力に応じて、
詳しくは円環状の内壁の内圧としての噴射圧力と外圧と
しての雰囲気圧との差圧に応じて、噴孔断面積を増減さ
せることができる。図２（ｂ）に示すように、燃料噴射
ポンプ等の燃料圧送によってノズルボディ１１に供給さ
れる高圧燃料の噴射圧力が開弁圧に達すると、ノズルボ
ディ１１とノズルニードル３１が開弁され、燃料通路２
１、２２を介して噴孔４１（詳しくは、噴孔通路４１
３）にその高圧燃料が導入される。このとき、高圧燃料
の噴射圧力に応じて円環状壁部４１３ａが弾性変形する
ので、噴射圧力に応じた噴孔断面積可変ができる。

【００３４】なお、円周溝の幅は、円環状壁部４１３ａ
の弾性変形量Δδより大きく形成されている。これによ
り、燃料噴射ノズル１０から噴射する燃料圧力の使用範
囲において、その噴射圧力に対応して噴孔４１を弾性変
形させ、噴孔断面積を可変にする構成の提供が確実にで
きる。

【００３５】（第２の実施形態）第２の実施形態として
は、第１の実施形態で説明した噴射圧力に応じて変形
し、噴孔断面積を可変にする構成において、噴孔出口側
開口部４１３の周りに円周溝４１４を形成することで、
噴孔壁部２０ｂに弾性変形し易い円環状壁部４１３ａを
備える構成に代えて、図３に示すように、内周に噴孔通
路４１２が形成される段付円筒体４１５を、ノズルボデ
ィ１１に形成される嵌合孔４１６に嵌合固定する構成と
してもよい。図３は、第２の実施形態の燃料噴射ノズル
１０の先端を示す断面図である。

【００３６】図３に示すように、噴孔４１を形成する噴
孔壁部２０ｂとしては、ノズルボディ１１に圧入嵌合さ
れる段付円筒体４１５が設けられており、この段付円筒
体４１５は、大径円筒部４１５ａと小径円筒部４１５ｂ
とを備えている。詳しくは、大径円筒部４１５ａは、突
出し部２０の外周面２０ａに形成される嵌合孔４１６に
液密に嵌合固定されている。これにより、小径円筒部４
１５ｂは、第１の実施形態で説明した円環状壁部４１３
ａと同じ機能を備えることができる。なお、小径円筒部
４１５ｂと嵌合孔４１６との間に形成される隙間は、第
１の実施形態で説明した円周溝４１４に相当する。

【００３７】これにより、大径円筒部４１５ａに比べて
薄肉である小径円筒部４１５ｂは、噴射圧力に応じて弾
性変形し易く、よって噴孔断面積を増減できる。

【００３８】（第３の実施形態）第３の実施形態として
は、第１の実施形態で説明した噴射圧力に応じて変形
し、噴孔断面積を可変にする構成において、噴孔出口側
開口部４１３側に弾性変形し易い円環状壁部４１３ａを
備える構成に代えて、図４および図５に示すように、内
周が噴孔通路４１２の少なくとも一部を形成するもので
あって、軸方向に向かって鼓形状を有する収縮部４１７
ａを備えた円筒体４１７がノズルボディ１１内に収容さ
れている構成としてもよい。図４は、第３の実施形態の
燃料噴射ノズル１０の先端を示す断面図である。図５
は、図４中の本発明の要部である噴孔の周りを示す断面
図であって、図５（ａ）は噴射していない状態、図５
（ｂ）は噴射している状態を表わす模式的断面図であ
る。なお、図５（ｂ）中の二点鎖線は、図５（ａ）の無
噴射状態の円筒体４１７の内周（詳しくは、噴孔通路４
１２の一部）を示すものである。

【００３９】図４および図５に示すように、噴孔４１を
形成する噴孔壁部２０ｂの一部として、ノズルボディ１
１に形成される収容孔４１８に支承される円筒体（以
下、鼓状円筒体と呼ぶ）４１７が設けられており、この
円筒体４１７の内周は噴孔通路４１２の一部を形成して
いる。なお、円筒体４１７の下流側には収容孔４１８に
圧入嵌合可能な円筒部材４１９が液密に配設されてい
る。一方、円筒体４１７の上流側には突出し部２０の内
周に開口する噴孔通路４１２の一部が形成されており、
上記鼓状円筒体４１７および円筒部材４１９の内周とと
もに噴孔通路４１２を構成している。

【００４０】これにより、鼓状円筒体４１７は、軸方向
に向かって鼓形状を有する収縮部４１７ａを備えること
で、鼓状円筒体４１７の両軸端部を支点として収容孔４
１８に支承されるので、鼓状円筒体４１７の内周に加わ
る噴射圧力に応じて弾性変形が可能である。そして、例
えば噴射圧力の増加に伴って、収縮部の噴孔断面積を、
図５（ａ）から図５（ｂ）へ増加させることができる。
したがって、噴射圧力に応じて収縮部の噴孔断面積の増
減ができ、よって、噴孔断面積を可変にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の燃料噴射ノズルの先
端を示す断面図である。

【図２】図１中の本発明の要部である噴孔の周りを示す
断面図であって、図２（ａ）は噴射していない状態、図
２（ｂ）は噴射している状態を表わす模式的断面図であ
る。

【図３】第２の実施形態の燃料噴射ノズルの先端を示す
断面図である。

【図４】第３の実施形態の燃料噴射ノズルの先端を示す
断面図である。

【図５】図４中の本発明の要部である噴孔の周りを示す
断面図であって、図５（ａ）は噴射していない状態、図
５（ｂ）は噴射している状態を表わす模式的断面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 燃料噴射ノズル １１ ノズルボディ １２ 案内孔 １３シート部（弁座部） １３ａ シート面（円錐台面） １５サックホール（サック部） ２０ 突出し部 ２０ａ 外周面 ２０ｂ 噴孔壁部（内壁） ２１、２２ 隙間 ３１ ノズルニードル ３４ 小径円柱部 ３５ 円錐台部 ３６ 当接部 ３７ 円錐部 ４１ 噴孔 ４１１ 噴孔入口（噴孔入口側開口部） ４１２ 噴孔通路 ４１３ 噴孔出口（噴孔出口側開口部） ４１３ａ 円環状壁部 ４１４ 円周溝 ４１５ 段付円筒体 ４１５ａ、４１５ｂ 大径円筒部、小径円筒部 ４１６ 嵌合孔 ４１７ 鼓状円筒体（円筒体） ４１７ａ 収縮部 ４１８ 収容孔 ４１９ 円筒部材 ｔ （円環状壁部の）肉厚 Δδ 弾性変形量

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に当接部を有するノズルニードル
   と、 前記ノズルニードルを軸方向に往復摺動可能に嵌合する
   案内孔、前記当接部と接触可能な弁座部、前記弁座部ま
   たはその下流側に内外を連通するように穿設される噴孔
   を有するノズルボディとを備え、 前記噴孔の内壁は、前記噴孔内を流れる燃料の噴射圧力
   に応じて変形することで、噴孔断面積を増減させること
   を特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】 前記内壁は、前記噴射圧力に応じて弾性
   変形し易い構成を有するものであって、 前記噴孔出口側開口部の周りには、円周溝が形成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノズ
   ル。
3. 【請求項３】 前記内壁は、大径円筒部と小径円筒部と
   を有する段付円筒体からなり、 前記大径円筒部は、前記ノズルボディに形成された嵌合
   孔に嵌合固定されていることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載の燃料噴射ノズル。
4. 【請求項４】 前記内壁は、内周が軸方向に向かって鼓
   形状を有する縮径部を備えた円筒体であって、 前記円筒体は、前記ノズルボディに形成された収容孔に
   支承されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料
   噴射ノズル。
5. 【請求項５】 前記噴孔は、前記噴孔の燃料入口から燃
   料出口に向かって、前記噴孔断面積が小さくなるように
   形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３
   のいずれか一項に記載の燃料噴射ノズル。