JP2004019481A

JP2004019481A - Fuel injection nozzle

Info

Publication number: JP2004019481A
Application number: JP2002172437A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Koie; 鯉江　和俊
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection nozzle capable of atomizing fuel by a means different from increase of injection pressure. <P>SOLUTION: A first nozzle hole section 42 and a second nozzle hole section 43 of the nozzle hole 41 are interconnected via a connection surface 44 substantially orthogonal to a nozzle hole axis 41a, and a contour line 42a of the first nozzle hole section 42 on the connection surface 44 lies inside the contour line 43a of the second nozzle hole section 43 on the connection surface 44, and a storing section 43b for storing part of fuel jet 51 as a fuel body 52 is formed between the fuel jet 51 and the inner wall of the second nozzle hole section 43. Thus, a cavitation bubble 61 is formed near the outer peripheral surface of the fuel jet 51, and energy in their collapse can be utilized for fuel spray atomization. The spray atomization can be promoted by an easy means of changing the shape of the nozzle hole 41 without relying on the conventional means of the increase of the injection pressure. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射ノズルに関するものであり、特にディーゼル機関に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関、たとえばディーゼル機関の燃料噴射ノズルは、ノズルボディの弁座部にニードルの当接部が接触と離間を繰り返すことにより弁閉動作と弁開動作を行い、弁開時にノズルボディの噴孔から燃料を噴射する。すなわち、燃料噴射ポンプから高圧化された燃料を燃料噴射ノズルへ導き、噴孔内において燃料の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、噴孔出口から高流速の燃料を噴射する。
【０００３】
ディーゼル機関においては、環境汚染防止のために、ディーゼル機関から排出される排ガス中に含まれる有害成分であるパティキュレート（いわゆる黒煙、炭素、炭化水素等からなる粒子状物質）を低減することが要求される。
【０００４】
パティキュレートを低減するためには、燃料噴射ノズルから噴射される燃料液滴の粒径を小さくすること、つまり噴霧の微粒化が有効であることが知られている。これは、噴霧粒径が小さいほど燃料の気化、燃焼が速やかに行われるためである。
【０００５】
ここで、燃料噴射ノズルによる燃料噴霧形成について簡単に説明する。燃料噴射ノズルの噴孔から噴射された燃料は、空気と接触する外周部分において周囲の空気との摩擦力等により分裂が進み、やがて表面張力により球形になる。燃料粒径が小さいほど表面張力による内部圧力が高いので、燃料粒子径は、外力により破壊できないような大きさになったところで安定する。これらの燃料粒子は軽いので空気抵抗のため早く速度を失い、まだ分裂が進んでいない噴流中心部を円錐状の霧で包む形となる。噴流中心部の燃料はこの霧を追い越しながら、同様に分裂して微粒化される。噴孔からの燃料噴射が停止し、燃料噴霧形成が完了した時点において、噴霧を構成する燃料粒子の直径は均一ではなく、種々の直径の燃料粒子が或る分布割合で混在している。したがって、燃料噴霧の微粒化促進とは、燃料噴霧中における直径の小さい燃料粒子、つまり燃料の気化・燃焼が速やかに行われるような燃料粒子の存在割合を高めることを意味する。
【０００６】
燃料噴霧の微粒化を促進する方法の１つに噴孔径の縮小がある。噴孔径を小さくすると、噴孔から噴射される噴流の単位体積当たりの表面積が大きくなるので、噴流周囲の空気との摩擦力が大きくなり、噴霧の微粒化が促進される。しかし、この場合、噴射率が低下する、つまり単位時間当たりの燃料噴射量が減少するために、所定量の燃料を噴射するのに要する噴射期間が増大し、それにより燃焼期間が長くなりパティキュレート排出量が増加する可能性がある。これを補うための方法として、噴射圧力の高圧化がある。これにより、噴孔から噴射される噴流の速度を増大させて、噴射率を増大させ噴射期間を短縮できると同時に、噴流周囲の空気との摩擦力を増大させ、噴霧粒径を小さくすることができる。したがって、パティキュレート排出量をある程度低減することが可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、噴射圧力の高圧化は、燃料噴射ポンプ、高圧燃料配管等の噴射系構成部品への負荷が増大するため、噴射系構成部品の強度向上が必要となる。さらに、燃料噴射ポンプの駆動に必要な動力も増加する。
【０００８】
したがって、燃料圧力の高圧化に頼らずに燃料噴霧の微粒化が可能である手法の採用が必要となってくる。
【０００９】
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、その目的は、噴射圧力の高圧化とは異なる手段により、燃料を微粒化することが可能な燃料噴射ノズルを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
【００１１】
本発明の請求項１に記載の燃料噴射ノズルは、先端に当接部を有するニードルと、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を備えたノズルボディと、弁座部またはその下流側に形成された内外を連通する噴孔とを備え、弁座部と当接部との接触および離間により燃料の遮断および流通を行う噴射ノズルであって、噴孔は、噴孔の上流側の第１噴孔部と噴孔の下流側の第２噴孔部とを備え、第２噴孔部において、第２噴孔部の内壁と第１噴孔部から流出する噴流との間に噴流の一部を燃料塊として収容する収容部を有する構成としている。一般に、液体が流体中に噴射されると、噴射される液体噴流と周囲の流体との間に摩擦力が発生する。この摩擦力により、液体噴流の表面近傍に微小な渦流が発生し、渦流の中心部は圧力が低くなるためキャビテーション気泡が発生する。キャビテーション気泡の数は、上述の摩擦力が大きいほど多くなる。このキャビテーション気泡が崩壊する時に放出するエネルギーは、液体噴流が微細な液滴に分裂する際に効果的に作用する。ところで、噴射される液体噴流と周囲の流体との間に生ずる摩擦力の大きさは、流体の動粘性係数の大きさによって変化し、流体の動粘性係数が大きいほど摩擦力は大きくなる。したがって、流体が空気の場合と液体の場合とを比較すると、液体の場合の方が摩擦力は大きくなり、液体噴流の表面近傍に発生するキャビテーション気泡の数も多くなり、キャビテーション気泡が崩壊する時に放出するエネルギーも大きくなる。以上から、燃料噴射ノズルにおいて、噴孔内に液体雰囲気を作り、その中を燃料噴流を通過させることができるならば、燃料噴流中にキャビテーション気泡を効果的に発生させて、キャビテーション気泡の崩壊時に放出されるエネルギーにより噴霧を微粒化することが可能となる。すなわち、従来のように噴射圧力の高圧化せずとも噴霧の微粒化が可能となる。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の燃料噴射ノズルにおいては、第２噴孔部において、第２噴孔部の内壁と第１噴孔部から流出する噴流との間に噴流の一部を燃料塊として収容する収容部を形成することで、液体中への燃料噴射を実現している。これにより、燃料噴流中にキャビテーション気泡を効果的に発生させ、キャビテーション気泡の崩壊時に放出されるエネルギーにより噴霧を微粒化することができる。したがって、従来における噴射圧力の高圧化という手法に依らずに、噴孔形状を変更するという容易な手段により、噴霧を微粒化することができる。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の燃料噴射ノズルは、第１噴孔部と第２噴孔部は噴孔の軸である噴孔軸と略直交する平面を介して接続し、この平面上における第１噴孔部の輪郭線の全部または一部が平面上における第２噴孔部の輪郭線の内側にある構成としている。これにより、第２噴孔部において、第１噴孔部から流出する噴流と第２噴孔部の内壁との間に噴流の一部を燃料塊として収容する収容部を確実に形成して、噴霧を微粒化することができる。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の燃料噴射ノズルは、噴孔のノズルボディ外表面側開口の噴孔軸方向における投影面積が平面上における第２噴孔部の輪郭線で囲まれる面積より小さく設定されるる構成としている。これにより、第２噴孔部の断面積を噴孔のノズルボディ外表面側開口に向かって小さく形成し、つまり先細り状に形成して、第１噴孔部から流出する噴流と第２噴孔部の内壁との間に収容される燃料塊を、第２噴孔部内に確実に保持することができる。
【００１５】
この場合、本発明の請求項４に記載の燃料噴射のように、噴孔のノズルボディ外表面側開口の噴孔軸方向における投影面積が平面上における第１噴孔部の輪郭線で囲まれる面積より大きく設定される構成とすれば、第１噴孔部から流出する噴流と第２噴孔部の内壁との間に収容される燃料塊を、第２噴孔部内に確実に維持することができると共に、第１噴孔部から第２噴孔部内に流出する噴流が、噴孔のノズルボディ外表面側開口、つまり噴孔出口において絞られることを確実に防止して、噴射率低下を抑制することができる。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の燃料噴射ノズルは、第１噴孔部は複数の孔から構成される構成としている。これにより、第２噴孔部内に流出する噴流の数を複数とし、第２噴孔部の燃料塊中を通過する噴流の表面積を増加させて、噴流中に発生するキャビテーション気泡の数を増加させることができるので、噴霧の微粒化を促進することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態による燃料噴射ノズルをディーゼル機関用燃料噴射ノズルに適用した例をもとに図面に従って説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズル１０を図１および図２に示す。図１は、本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズル１０の断面図である。図２は、本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズル１０の先端部分の部分拡大断面図である。
【００１９】
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に組み付けられているニードル３１とからなる。
【００２０】
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、噴射孔（以下、噴孔と呼ぶ）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１における上端）に接続しており、他方の端部側が弁座部１３に接続している。案内孔１２の内壁は、ノズルボディ２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。
【００２１】
弁座部１３は、円錐台面を有し、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。この弁座部１３にニードル３１の当接部３６が当接可能である。当接部３６は理論的には円の形状である。サック部１５は、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弁座部１３の小径側に連続する。
【００２２】
噴孔４１は、図１に示すように、ノズルボディ１１の弁座部１３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る。この噴孔４１は、噴孔４１の上流側の第１噴孔部４２と、その下流側の第２噴孔部４３とから構成されている。噴孔４１を構成する第１、第２噴孔部４２、４３は、図２に示すように、噴孔軸４１ａと直交する平面である接続面４４を介して互いに接続して、噴孔４１の上流側から、第１噴孔部４２、第２噴孔部４３が直列に連続して配置されている。
【００２３】
燃料溜まり１６は、ノズルボディ１１の案内孔１２を形成する内壁中途部に環状この燃料溜まり１６に外部から燃料を供給する燃料供給孔１７が接続されている。
【００２４】
ニードル３１は、基本形が中実円柱状形状で、図１に示すように、大径円柱部３２、小径円柱部３４、円錐台部３５および円錐部３７からなる。
【００２５】
大径円柱部３２は、外形が同一径で、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。小径円中部３４は、燃料溜まり１６の近傍から弁座部１３の近傍まで軸方向に延びている。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の内壁との隙間が燃料通路になる。
【００２６】
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、弁座部１３の傾斜角よりも大きな傾斜角となっている。これは弁閉時の当接部３６と弁座部１３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、サック部１５に対面する位置となる。
【００２７】
ここで、本発明の実施形態の特徴である噴孔４１の形状、および作動時、すなわち燃料噴射時における噴孔４１の作用について、以下説明する。
【００２８】
図３は、噴孔４１の接続面４４上の断面図、すなわち、図２中における、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、図２中における、ＩＶ矢視図、すなわち、噴孔４１を噴孔軸４１ａ方向から見た図である。
【００２９】
図３に示すように、接続面４４上における第１噴孔部４２の輪郭線である輪郭線４２ａは、接続面４４上における第２噴孔部４３の輪郭線である輪郭線４３ａの内側にある。また、第１、第２噴孔部４２、４３は、断面形状が円形に形成されると共に、噴孔軸４１ａの同軸上に配置されている。したがって、両輪郭線４２ａ、４３ａは同心円形状を成している。また、噴孔４１のノズルボディ１１外表面側開口である噴孔出口４１ｂの噴孔軸４１ａ方向における投影面積は、輪郭線４３ａで囲まれる面積より小さく形成され、且つ輪郭線４２ａで囲まれる面積よりも大きく形成されている。すなわち、図４に示すように、噴孔軸４１ａ方向から見た噴孔出口４１ｂの輪郭線である輪郭線４１ｃは、輪郭線４３ａの内側、且つ輪郭線４２ａの外側にある。言い換えると、第２噴孔部４３は略円錐台状に形成されている。一方、第１噴孔部４２は円筒状に形成されている。
【００３０】
次に、本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズルにおける燃料噴射時の、噴孔４１の作用について説明する。
【００３１】
図５は、噴孔４１周辺の拡大断面図であり、燃料噴射中の状態を示す。
【００３２】
燃料が噴射されない時は、噴孔出口４１ｂにおける燃料の表面張力の作用により、噴孔４１内は噴孔出口４１ｂまで燃料で満たされている。
【００３３】
ニードル３１が上昇して、高圧燃料が噴孔４１に導入されると、図５に示すように、噴孔出口４１ｂから燃料噴流５１が空気中に噴射される。この燃料噴流５１は、第１噴孔部４２の断面形状とほぼ同一断面形状、つまり円柱状を成している。第２噴孔部４３においては、流出中の燃料噴流５１と、第２噴孔部４３の内壁との間に空間、すなわち燃料噴流５１の一部を燃料塊として収容する収容部４３ｂが形成される。この収容部４３ｂは、燃料で満たされている。収容部４３ｂ内の燃料は、その一部は燃料噴流５１と共に噴孔出口４１ｂから流出すると同時に、第２噴孔部４３に流出した燃料噴流５１の一部により補充され、燃料噴流５１に対する液体雰囲気である静止した燃料塊５２を形成している。
【００３４】
第１噴孔部４２から第２噴孔部４３内へ噴射される燃料噴流５１は、図５に示すように燃料中に噴射されることになる。したがって、第２噴孔部４３内において、燃料噴流５１とその周囲の燃料、つまり燃料塊５２との間に摩擦力が発生する。この摩擦力により、燃料噴流５１の外周表面近傍に微小な渦流が多数発生し、渦流の中心部は圧力が低くなるため、図５に示すように、キャビテーション気泡６１が発生する。すなわち、燃料噴流５１は、その外周表面近傍にキャビテーション気泡６１が多数形成された状態で、噴孔出口４１ｂから空気中に噴射される。空気中に噴射された燃料噴流５１は、周囲の空気との摩擦力により燃料粒子に分裂して燃料噴霧が形成される。同時に、燃料噴流５１内に多数形成されたキャビテーション気泡６１は、燃料噴流５１が空気中に噴射されると崩壊し、その際に放出されるエネルギーにより燃料は微細な粒子に分裂する。
【００３５】
以上説明した、本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズル１０においては、噴孔４１を、第１噴孔部４２と第２噴孔部４３は噴孔軸４１ｃと略直交する接続面４４を介して接続し、この接続面４４上における第１噴孔部４２の輪郭線４２ａが接続面４４上における第２噴孔部４３の輪郭線４３ａの内側にあるように形成することで、燃料噴射中において、第１噴孔部４２から流出する燃料噴流５１と第２噴孔部４３の内壁との間に燃料噴流５１の一部を燃料塊５２として収容する収容部４３ｂを形成して、液体中への燃料噴射を実現している。これにより、燃料噴流５１の外周表面近傍にキャビテーション気泡６１を多数形成し、それらが崩壊する際に放出されるエネルギーにより燃料噴霧を微粒化することができる。つまり、燃料噴流周囲の空気との摩擦力と、燃料噴流５１内に形成されるキャビテーション気泡６１が崩壊する際に放出されるエネルギーとによって噴霧を形成することができる。したがって、従来における噴射圧力の高圧化という手法に依らずに、噴孔形状を変更するという容易な手段により、噴霧の微粒化を促進することができる。
【００３６】
また、本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズル１０においては、噴孔軸４１ａ方向における噴孔出口４１ｂの投影面積は、第２噴孔部４３の輪郭線４３ａで囲まれる面積より小さく形成される構成とした。これにより、第２噴孔部４３の断面積を噴孔の噴孔出口４１ｂに向かって小さく形成し、つまり先細り状に形成して、燃料噴流５１と第２噴孔部４３の内壁との間に形成される燃料塊５２を、第２噴孔部４３内に確実に保持することができる。
【００３７】
また、本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズル１０においては、噴孔軸４１ａ方向における噴孔出口４１ｂの投影面積は、第１噴孔部４２の輪郭線４２ａで囲まれる面積よりも大きく形成されている。これにより、第１噴孔部４２から流出する燃料噴流５１が、噴孔出口４１ｂにおいて絞られることを確実に防止できるので、噴射率低下を抑制することができる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による燃料噴射ノズル１０について説明する。
【００３９】
図６に、本発明の第２実施形態による燃料噴射ノズル１０における接続面４４上の断面図、すなわち、図２中におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図に相当するものである。
【００４０】
本発明の第２実施形態による燃料噴射ノズル１０においては、第１噴孔部４２の個数を１個から複数個に変更している。すなわち、図６に示すように、第１噴孔部４２を３個、互いに平行に設けている。また、各第１噴孔部４２の輪郭線４２ａは、それぞれが第２噴孔部４３の輪郭線４３ａの内側にある。また、３個の第１噴孔部４２の断面積の総和は、第１実施形態による燃料噴射ノズル１０における第１噴孔部４２の断面積と等しく設定されている。したがって、３個の第１噴孔部４２の断輪郭線４２ａの長さの総和は、第１実施形態による燃料噴射ノズル１０における第１噴孔部４２の輪郭線４２ａの長さより長くなっている。これにより、本発明の第２実施形態による燃料噴射ノズル１０においては、噴射率を第１実施形態による燃料噴射ノズル１０の場合と同等としつつ、第２噴孔部４３内において、３個の燃料噴流５１とその周囲の燃料、つまり燃料塊５２との接触面積の総和を第１実施形態による燃料噴射ノズル１０の場合よりも増大させて、３個の燃料噴流５１の外周表面近傍に形成されるキャビテーション気泡６１の個数の総和を第１実施形態による燃料噴射ノズル１０の場合よりも増大させることができ、噴霧の微粒化をより促進することができる。
【００４１】
なお、以上説明した本発明の第２実施形態による燃料噴射ノズル１０において、第１噴孔部４２の個数を３個としたが、２個、または、４個以上あってもよい。
【００４２】
また、以上説明した本発明の第２実施形態による燃料噴射ノズル１０において、３個の第１噴孔部４２を、互いに平行な関係ではなく、噴孔出口４１ｃ側に向かって先細り状、または先開き状に形成してもよい。
【００４３】
また、以上説明した本発明の第１および第２実施形態による燃料噴射ノズル１０において、第２噴孔部４３の断面積を噴孔の噴孔出口４１ｂに向かって小さく形成している、つまり先細り状に形成しているが、これを、断面積が変わらない円筒状としてもよい。あるいは、第２噴孔部４３の断面積を噴孔の噴孔出口４１ｂに向かって大きく形成する、つまり先開き状に形成してもよい。
【００４４】
また、以上説明した本発明の第１および第２実施形態による燃料噴射ノズル１０において、第１噴孔部４２の輪郭線４２ａの全体が第２噴孔部４３の輪郭線４３ａの内側にあるが、図７の第１実施形態の変形例、あるいは、図８の第２実施形態の変形例に示すように、第１噴孔部４２の輪郭線４２ａの一部分が第２噴孔部４３の輪郭線４３ａの内側にあってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズルの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズル先端部の拡大断面図である。
【図３】図２中における、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。図４は、図２中における、ＩＶ矢視図、すなわち、噴孔４１を噴孔軸４１ａ方向から見た図である。
【図４】図２中における、ＩＶ矢視図、すなわち、噴孔４１を噴孔軸４１ａ方向から見た外観図である。
【図５】本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズルの噴孔４１周辺の拡大断面図であり、燃料噴射中の状態を示す。
【図６】本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズルの、図２中における、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による燃料噴射ノズルの変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による燃料噴射ノズルの変形例を示す断面図である。
【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　　弁座部
１５　　サック部
３１　　バルブニードル
４１　　噴孔
４１ａ　　噴孔軸
４１ｂ　　噴孔出口（開口）
４２　　第１噴孔部
４２ａ　　輪郭線
４３　　第２噴孔部
４３ａ　　輪郭線
４３ｂ　　収容部
４４　　接続面（平面）
５１　　燃料噴流
５２　　燃料塊
６１　　キャビテーション気泡[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection nozzle for an internal combustion engine, and is particularly suitable for use in a diesel engine.
[0002]
[Prior art]
A conventional fuel injection nozzle of an internal combustion engine, for example, a diesel engine, performs a valve closing operation and a valve opening operation by repeating contact and separation of a needle contact portion with a valve seat portion of a nozzle body. Fuel is injected from the injection hole. In other words, the high-pressure fuel is guided from the fuel injection pump to the fuel injection nozzle, the pressure energy of the fuel is converted into velocity energy in the injection hole, and high-velocity fuel is injected from the injection hole outlet.
[0003]
In diesel engines, in order to prevent environmental pollution, it is necessary to reduce particulates (particulate matter consisting of so-called black smoke, carbon, hydrocarbons, etc.), which is a harmful component contained in exhaust gas emitted from diesel engines. Required.
[0004]
It is known that reducing the particle size of the fuel droplets injected from the fuel injection nozzle, that is, atomizing the spray, is effective in reducing the particulates. This is because the smaller the spray particle size, the more quickly the fuel is vaporized and burned.
[0005]
Here, the formation of the fuel spray by the fuel injection nozzle will be briefly described. The fuel injected from the injection hole of the fuel injection nozzle is divided at an outer peripheral portion that comes into contact with air due to a frictional force with surrounding air and the like, and eventually becomes spherical due to surface tension. The smaller the fuel particle size, the higher the internal pressure due to the surface tension, so that the fuel particle size becomes stable when it becomes large enough not to be broken by an external force. These fuel particles lose their speed due to air resistance because of their lightness, and form a conical mist around the center of the jet that has not yet split. The fuel in the center of the jet also breaks down and atomizes while overtaking the mist. When the fuel injection from the injection hole is stopped and the formation of the fuel spray is completed, the diameter of the fuel particles constituting the spray is not uniform, and the fuel particles having various diameters are mixed at a certain distribution ratio. Therefore, promoting atomization of fuel spray means increasing the proportion of fuel particles having a small diameter during fuel spray, that is, fuel particles that can be rapidly vaporized and burned.
[0006]
One method of promoting atomization of fuel spray is to reduce the diameter of the injection hole. When the diameter of the injection hole is reduced, the surface area per unit volume of the jet injected from the injection hole increases, so that the frictional force with the air around the jet increases, and the atomization of the spray is promoted. However, in this case, the injection rate decreases, that is, the fuel injection amount per unit time decreases, so that the injection period required for injecting a predetermined amount of fuel increases, thereby prolonging the combustion period and increasing the particulate matter. Emissions may increase. As a method for compensating for this, there is an increase in injection pressure. As a result, it is possible to increase the velocity of the jet injected from the injection hole, increase the injection rate and shorten the injection period, and at the same time, increase the frictional force with the air around the jet and reduce the spray particle diameter. it can. Therefore, it is possible to reduce the amount of particulate emissions to some extent.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, increasing the injection pressure increases the load on the injection system components such as the fuel injection pump and the high-pressure fuel pipe, so that it is necessary to improve the strength of the injection system components. Further, the power required for driving the fuel injection pump also increases.
[0008]
Therefore, it is necessary to adopt a method that enables atomization of fuel spray without relying on increasing the fuel pressure.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel injection nozzle capable of atomizing fuel by means different from increasing the injection pressure. is there.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following technical means to achieve the above object.
[0011]
The fuel injection nozzle according to claim 1 of the present invention has a needle having a contact portion at a tip, a guide hole for fitting the needle so that the needle can reciprocately slide in the axial direction, and a valve seat portion capable of contacting the contact portion. An injection nozzle having a nozzle body provided with a valve seat and an injection hole formed on the downstream side of the valve seat and communicating with the inside and outside, and intercepting and separating fuel by contact and separation between the valve seat and the contact portion Wherein the injection hole includes a first injection hole portion upstream of the injection hole and a second injection hole portion downstream of the injection hole, wherein the second injection hole portion has an inner wall of the second injection hole portion and an inner wall of the second injection hole portion. A configuration is provided that has a storage section that stores a part of the jet as a fuel lump between the jet and the jet flowing out of the first injection hole. Generally, when a liquid is injected into a fluid, a frictional force is generated between the injected liquid jet and the surrounding fluid. Due to this frictional force, a minute vortex is generated near the surface of the liquid jet, and cavitation bubbles are generated because the pressure is reduced at the center of the vortex. The number of cavitation bubbles increases as the frictional force increases. The energy released when the cavitation bubbles collapse is effective when the liquid jet breaks up into fine droplets. Incidentally, the magnitude of the frictional force generated between the jetted liquid jet and the surrounding fluid changes according to the magnitude of the kinematic viscosity coefficient of the fluid, and the frictional force increases as the kinematic viscosity coefficient of the fluid increases. Therefore, when comparing the case where the fluid is air and the case where the fluid is a liquid, the friction force is larger in the case of the liquid, the number of cavitation bubbles generated near the surface of the liquid jet increases, and when the cavitation bubbles collapse, The emitted energy also increases. From the above, in the fuel injection nozzle, if a liquid atmosphere can be created in the injection hole and the fuel jet can be passed through it, cavitation bubbles can be effectively generated in the fuel jet, and when the cavitation bubble collapses The released energy makes it possible to atomize the spray. That is, atomization of the spray can be achieved without increasing the injection pressure as in the conventional case.
[0012]
In the fuel injection nozzle according to the first aspect of the present invention, in the second injection hole portion, a part of the jet flow is formed between the inner wall of the second injection hole portion and the jet flowing out from the first injection hole portion. The fuel injection into the liquid is realized by forming the storage part for storing as. As a result, cavitation bubbles can be effectively generated in the fuel jet, and the spray can be atomized by the energy released when the cavitation bubbles collapse. Therefore, the spray can be atomized by an easy means of changing the injection hole shape without depending on the conventional technique of increasing the injection pressure.
[0013]
In the fuel injection nozzle according to the second aspect of the present invention, the first injection hole portion and the second injection hole portion are connected via a plane substantially orthogonal to the injection hole axis which is the axis of the injection hole. The configuration is such that all or a part of the outline of the first injection hole is inside the outline of the second injection hole on a plane. Thereby, in the second injection hole, an accommodation portion for accommodating a part of the jet as a fuel mass is reliably formed between the jet flowing out of the first injection hole and the inner wall of the second injection hole, The spray can be atomized.
[0014]
In the fuel injection nozzle according to a third aspect of the present invention, the projected area of the opening of the injection hole on the outer surface side of the nozzle body in the injection hole axial direction is set to be smaller than the area surrounded by the contour of the second injection hole on a plane. The configuration is as follows. Thereby, the cross-sectional area of the second injection hole portion is reduced toward the nozzle body outer surface side opening of the injection hole, that is, is formed in a tapered shape, and the jet flowing out of the first injection hole portion and the second injection hole are formed. The fuel mass accommodated between the inner wall of the fuel injection port and the inner wall of the fuel injection port can be reliably held in the second injection hole.
[0015]
In this case, as in the fuel injection according to the fourth aspect of the present invention, the projected area of the opening of the injection hole on the outer surface side of the nozzle body in the injection hole axial direction is surrounded by the contour of the first injection hole on a plane. With the configuration set to be larger than the area, the fuel mass accommodated between the jet flowing out of the first injection hole and the inner wall of the second injection hole is reliably maintained in the second injection hole. In addition, it is possible to reliably prevent the jet flowing out of the first injection hole into the second injection hole from being restricted at the opening of the injection hole on the outer surface of the nozzle body, that is, at the injection hole outlet, thereby reducing the injection rate. Can be suppressed.
[0016]
The fuel injection nozzle according to claim 5 of the present invention has a configuration in which the first injection hole portion includes a plurality of holes. Thus, the number of jets flowing out into the second injection hole is made plural, the surface area of the jet flowing through the fuel mass of the second injection hole is increased, and the number of cavitation bubbles generated in the jet is increased. Therefore, atomization of the spray can be promoted.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a fuel injection nozzle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings based on an example in which the fuel injection nozzle is applied to a diesel engine fuel injection nozzle.
[0018]
(1st Embodiment)
1 and 2 show a fuel injection nozzle 10 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view of a fuel injection nozzle 10 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a tip portion of the fuel injection nozzle 10 according to the first embodiment of the present invention.
[0019]
As shown in FIG. 1, the fuel injection nozzle 10 includes a nozzle body 11 and a needle 31 that is reciprocally slidable in the axial direction inside the nozzle body 11.
[0020]
The nozzle body 11 has a hollow cylindrical shape with a bottom, and has a guide hole 12, a valve seat 13, an injection hole (hereinafter, referred to as an injection hole) 41, and a sack portion 15 formed therein. The guide hole 12 extends in the axial direction inside the nozzle body 11, one end is connected to the open end (the upper end in FIG. 1) of the nozzle body 11, and the other end is connected to the valve seat 13. Connected to The inner wall of the guide hole 12 is formed to have substantially the same inner diameter from the opening end of the nozzle body 2 to the vicinity of the valve seat 13 on the bottom side.
[0021]
The valve seat 13 has a truncated conical surface, one end on the large diameter side is continuous with the guide hole 12, and the other end on the small diameter side is connected to the sack 15. The contact portion 36 of the needle 31 can contact the valve seat 13. The contact portion 36 has a circular shape in theory. The sack portion 15 is a sack hole formed in the tip end side of the nozzle body 11 in a bag shape with a small space volume. The opening side of the suck hole is continuous with the small diameter side of the valve seat 13.
[0022]
As shown in FIG. 1, the injection hole 41 is formed as a passage communicating with the inside and outside of the nozzle body 11 to the valve seat 13 of the nozzle body 11. The injection hole 41 includes a first injection hole portion 42 on the upstream side of the injection hole 41 and a second injection hole portion 43 on the downstream side thereof. As shown in FIG. 2, the first and second injection hole portions 42 and 43 constituting the injection hole 41 are connected to each other via a connection surface 44 which is a plane orthogonal to the injection hole axis 41a. The first injection hole portion 42 and the second injection hole portion 43 are arranged in series from the upstream side.
[0023]
The fuel reservoir 16 is connected to a fuel supply hole 17 for supplying fuel from outside to the annular fuel reservoir 16 at an intermediate portion of an inner wall forming the guide hole 12 of the nozzle body 11.
[0024]
The needle 31 has a solid cylindrical basic shape and includes a large-diameter cylindrical portion 32, a small-diameter cylindrical portion 34, a truncated conical portion 35, and a conical portion 37, as shown in FIG. 1.
[0025]
The large-diameter cylindrical portion 32 has the same outer shape, is loosely fitted into the guide hole 12 via a clearance, and can reciprocate in the axial direction. The small diameter middle portion 34 extends in the axial direction from the vicinity of the fuel reservoir 16 to the vicinity of the valve seat 13. The outer diameter of the small-diameter cylindrical portion 34 is smaller than the inner diameter of the guide hole 12. The gap between the small-diameter cylindrical portion 34 and the inner wall of the guide hole 12 becomes a fuel passage.
[0026]
One end of the truncated conical portion 35 is continuous with the small-diameter cylindrical portion 34, and the other end is continuous with the conical portion 37 via a circular contact portion 36. The connecting portion between the truncated conical portion 35 and the conical portion 37 is a circle, and this circular portion is a contact portion when the valve is closed. The conical portion 37 has a larger inclination angle than the inclination angle of the valve seat 13. This is to allow the contact portion 36 and the valve seat portion 13 to come into contact with each other when the valve is closed, thereby ensuring oil tightness. The tip of the conical portion 37 is at a position facing the sack portion 15 when the valve is closed.
[0027]
Here, the shape of the injection hole 41 and the operation of the injection hole 41 during operation, that is, the function of the injection hole 41 during fuel injection, which are features of the embodiment of the present invention, will be described below.
[0028]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the injection hole 41 on the connection surface 44, that is, a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is a view taken in the direction of the arrow IV in FIG. 2, that is, a view of the injection hole 41 as viewed from the injection hole axis 41a.
[0029]
As shown in FIG. 3, the outline 42 a that is the outline of the first injection hole portion 42 on the connection surface 44 is located inside the outline 43 a that is the outline of the second injection hole 43 on the connection surface 44. is there. The first and second injection hole portions 42 and 43 have a circular cross section and are arranged coaxially with the injection hole shaft 41a. Therefore, both contour lines 42a and 43a are concentric. The projected area in the direction of the injection hole axis 41a of the injection hole outlet 41b, which is the opening on the outer surface side of the nozzle body 11 of the injection hole 41, is formed smaller than the area surrounded by the contour line 43a and the area surrounded by the contour line 42a. It is formed larger than. That is, as shown in FIG. 4, the contour 41c, which is the contour of the nozzle hole outlet 41b viewed from the direction of the nozzle hole axis 41a, is inside the contour 43a and outside the contour 42a. In other words, the second injection hole portion 43 is formed in a substantially truncated cone shape. On the other hand, the first injection hole portion 42 is formed in a cylindrical shape.
[0030]
Next, the operation of the injection hole 41 at the time of fuel injection in the fuel injection nozzle according to the first embodiment of the present invention will be described.
[0031]
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view around the injection hole 41 and shows a state during fuel injection.
[0032]
When the fuel is not injected, the inside of the injection hole 41 is filled with the fuel up to the injection hole outlet 41b by the action of the surface tension of the fuel at the injection hole outlet 41b.
[0033]
When the needle 31 rises and high-pressure fuel is introduced into the injection hole 41, a fuel jet 51 is injected into the air from the injection hole outlet 41b as shown in FIG. The fuel jet 51 has substantially the same cross-sectional shape as the cross-sectional shape of the first injection hole portion 42, that is, a columnar shape. In the second injection hole portion 43, a space, that is, an accommodation portion 43b for accommodating a part of the fuel jet flow 51 as a fuel mass is formed between the fuel jet 51 flowing out and the inner wall of the second injection hole 43. You. This storage section 43b is filled with fuel. A part of the fuel in the storage part 43b flows out of the injection hole outlet 41b together with the fuel jet 51, and at the same time, is replenished by a part of the fuel jet 51 flowing out to the second injection hole 43, and the liquid atmosphere with respect to the fuel jet 51 Is formed as a stationary fuel mass 52.
[0034]
The fuel jet 51 injected from the first injection hole portion 42 into the second injection hole portion 43 is injected into the fuel as shown in FIG. Therefore, a frictional force is generated between the fuel jet 51 and the surrounding fuel, that is, the fuel mass 52, in the second injection hole portion 43. Due to this frictional force, a number of small eddies are generated near the outer peripheral surface of the fuel jet 51, and the pressure is reduced at the center of the eddy, so that cavitation bubbles 61 are generated as shown in FIG. That is, the fuel jet 51 is injected into the air from the injection hole outlet 41b in a state where many cavitation bubbles 61 are formed near the outer peripheral surface. The fuel jet 51 injected into the air is divided into fuel particles by a frictional force with surrounding air to form a fuel spray. At the same time, the cavitation bubbles 61 formed in the fuel jet 51 in large numbers collapse when the fuel jet 51 is injected into the air, and the fuel is split into fine particles by the energy released at that time.
[0035]
As described above, in the fuel injection nozzle 10 according to the first embodiment of the present invention, the injection hole 41 is formed, and the first injection hole portion 42 and the second injection hole portion 43 are connected to the connection surface 44 substantially orthogonal to the injection hole shaft 41c. The fuel injection is performed by forming the first injection hole 42 on the connection surface 44 such that the outline 42a of the first injection hole 42 is inside the outline 43a of the second injection hole 43 on the connection surface 44. In the inside, between the fuel jet 51 flowing out from the first injection hole 42 and the inner wall of the second injection hole 43, an accommodation portion 43b for accommodating a part of the fuel jet 51 as a fuel mass 52 is formed. Fuel injection into the inside is realized. Thereby, many cavitation bubbles 61 are formed near the outer peripheral surface of the fuel jet 51, and the fuel spray can be atomized by the energy released when they collapse. That is, the spray can be formed by the frictional force with the air around the fuel jet and the energy released when the cavitation bubble 61 formed in the fuel jet 51 collapses. Therefore, atomization of the spray can be promoted by an easy means of changing the shape of the injection hole without depending on the conventional technique of increasing the injection pressure.
[0036]
Further, in the fuel injection nozzle 10 according to the first embodiment of the present invention, the projected area of the injection hole outlet 41b in the direction of the injection hole axis 41a is formed smaller than the area surrounded by the contour 43a of the second injection hole portion 43. Configuration. As a result, the cross-sectional area of the second injection hole portion 43 is reduced toward the injection hole outlet 41b of the injection hole, that is, formed in a tapered shape, so that the space between the fuel jet 51 and the inner wall of the second injection hole portion 43 is reduced. Can be reliably held in the second injection hole portion 43.
[0037]
Further, in the fuel injection nozzle 10 according to the first embodiment of the present invention, the projected area of the injection hole outlet 41b in the direction of the injection hole axis 41a is formed larger than the area surrounded by the contour 42a of the first injection hole portion 42. Have been. Accordingly, it is possible to reliably prevent the fuel jet 51 flowing out of the first injection hole portion 42 from being throttled at the injection hole outlet 41b, so that a decrease in the injection rate can be suppressed.
[0038]
(2nd Embodiment)
Next, a fuel injection nozzle 10 according to a second embodiment of the present invention will be described.
[0039]
FIG. 6 is a cross-sectional view on the connection surface 44 of the fuel injection nozzle 10 according to the second embodiment of the present invention, that is, a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
[0040]
In the fuel injection nozzle 10 according to the second embodiment of the present invention, the number of the first injection holes 42 is changed from one to a plurality. That is, as shown in FIG. 6, three first injection holes 42 are provided in parallel with each other. The outline 42 a of each first injection hole 42 is inside the outline 43 a of the second injection hole 43. The total sum of the cross-sectional areas of the three first injection holes 42 is set equal to the cross-sectional area of the first injection holes 42 in the fuel injection nozzle 10 according to the first embodiment. Therefore, the sum of the lengths of the contour lines 42a of the three first injection holes 42 is longer than the length of the outline 42a of the first injection holes 42 in the fuel injection nozzle 10 according to the first embodiment. . Thereby, in the fuel injection nozzle 10 according to the second embodiment of the present invention, while the injection rate is equal to that of the fuel injection nozzle 10 according to the first embodiment, three fuel The total area of the contact area between the jet 51 and the fuel around it, that is, the fuel lump 52 is made larger than that of the fuel injection nozzle 10 according to the first embodiment, and is formed near the outer peripheral surfaces of the three fuel jets 51. The total number of the cavitation bubbles 61 can be increased as compared with the case of the fuel injection nozzle 10 according to the first embodiment, and the atomization of the spray can be further promoted.
[0041]
In the fuel injection nozzle 10 according to the second embodiment of the present invention described above, the number of the first injection holes 42 is three, but may be two or four or more.
[0042]
In the fuel injection nozzle 10 according to the second embodiment of the present invention described above, the three first injection holes 42 are not parallel to each other, but are tapered or tapered toward the injection hole outlet 41c. It may be formed in an open shape.
[0043]
In the fuel injection nozzle 10 according to the first and second embodiments of the present invention described above, the cross-sectional area of the second injection hole portion 43 is reduced toward the injection hole outlet 41b of the injection hole, that is, is tapered. Although it is formed in a shape, it may be a cylindrical shape whose cross-sectional area does not change. Alternatively, the cross-sectional area of the second injection hole portion 43 may be increased toward the injection hole outlet 41b of the injection hole, that is, may be formed in a first opening shape.
[0044]
In the fuel injection nozzle 10 according to the first and second embodiments of the present invention described above, the entire contour 42a of the first injection hole 42 is inside the outline 43a of the second injection hole 43. As shown in the modification of the first embodiment in FIG. 7 or the modification in the second embodiment in FIG. 8, a part of the contour 42a of the first injection hole 42 is It may be inside the line 43a.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a fuel injection nozzle according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a tip portion of a fuel injection nozzle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is a view taken in the direction of the arrow IV in FIG. 2, that is, a view of the injection hole 41 as viewed from the injection hole axis 41a.
FIG. 4 is a view taken in the direction of the arrow IV in FIG. 2, that is, an external view of the injection hole 41 as viewed from the injection hole axis 41a direction.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view around the injection hole 41 of the fuel injection nozzle according to the first embodiment of the present invention, showing a state during fuel injection.
FIG. 6 is a sectional view of the fuel injection nozzle according to the first embodiment of the present invention, taken along line III-III in FIG.
FIG. 7 is a sectional view showing a modification of the fuel injection nozzle according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view showing a modification of the fuel injection nozzle according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 Fuel injection nozzle 11 Nozzle body 12 Guide hole 13 Valve seat 15 Suck portion 31 Valve needle 41 Injection hole 41a Injection hole shaft 41b Injection hole outlet (opening)
42 First injection hole portion 42a Contour line 43 Second injection hole portion 43a Contour line 43b Housing 44 Connection surface (flat surface)
51 Fuel jet 52 Fuel mass 61 Cavitation bubbles

Claims

A needle having a contact portion at the tip,
A guide hole for fitting the needle so as to be capable of reciprocating sliding in the axial direction, a nozzle body having a valve seat capable of contacting the contact portion,
An injection hole communicating between the inside and the outside formed on the valve seat or on the downstream side thereof,
An injection nozzle that shuts off and circulates fuel by contact and separation between the valve seat portion and the contact portion,
The injection hole includes a first injection hole portion on the upstream side of the injection hole and a second injection hole portion on the downstream side of the injection hole, and an inner wall of the second injection hole portion in the second injection hole portion. A fuel injection nozzle, comprising: a storage portion for storing a part of the jet as a fuel mass between the jet and a jet flowing out of the first injection hole.

The first injection hole portion and the second injection hole portion are connected via a plane substantially orthogonal to the injection hole axis which is the axis of the injection hole, and all the contour lines of the first injection hole portion on the plane are provided. 2. The fuel injection nozzle according to claim 1, wherein a part of the fuel injection nozzle is located inside a contour of the second injection hole on the plane. 3.

The projection area of the nozzle hole outer surface side opening in the nozzle hole axis direction of the nozzle hole is set to be smaller than the area surrounded by the contour of the second nozzle hole portion on the plane. 3. The fuel injection nozzle according to 2.

The projection area of the nozzle hole outer surface side opening of the nozzle hole in the nozzle hole axis direction is set to be larger than the area surrounded by the contour of the first nozzle hole portion on the plane. 4. The fuel injection nozzle according to 3.

The fuel injection nozzle according to any one of claims 1 to 4, wherein the first injection hole portion includes a plurality of holes.