JP2006207489A - 筒内噴射エンジン用燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 上下二段の噴孔列を有する筒内噴射エンジン用燃料噴射弁において、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力に比較して確実に小さくする。
【解決手段】 本筒内噴射エンジン用燃料噴射弁は、弁体２と、弁体のシート部３ａが位置する切頭円錐形状表面３と、切頭円錐形状表面の下流側に位置するサック室４と、シート部の下流側において切頭円錐形状表面に入口開口６ａを有する上段噴孔列６と、サック室に入口開口５ａを有する下段噴孔列５とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筒内噴射エンジン用燃料噴射弁に関する。

ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火エンジンのような筒内噴射エンジンでは、燃料噴射弁により圧縮行程後半においてピストン頂面に形成された燃焼室又は気筒内に燃料が噴射される。燃料噴射弁からピストン頂面に形成された燃焼室内に燃料が噴射される場合には、一般的な燃焼室形状において、気筒上部略中心に位置する燃料噴射弁から燃焼室底面までの距離は、燃料噴射弁から燃焼室側面までの距離より短いために、燃料噴射弁が上下二段の噴孔列を有していれば、燃焼室底面へ向けられた下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を、燃焼室側面へ向けられた上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力より小さくして、燃焼室側面及び底面への多量の燃料付着なしに燃焼室全体に噴射燃料を分散させることが好ましい。

ピストン頂面に燃焼室が形成されずに、燃料噴射弁が圧縮行程後半において気筒内へ燃料を噴射する場合においても、気筒上部略中心に位置する燃料噴射弁からシリンダボアまでの距離は、燃料噴射弁からピストン頂面までの距離より短いために、燃料噴射弁が上下二段の噴孔列を有していれば、ピストン頂面へ向けられた下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を、シリンダボアへ向けられた上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力より小さくして、シリンダボア及びピストン頂面に噴射燃料を付着させ難くして気筒内のある程度の範囲に噴射燃料を分散させることが好ましい。

いずれにしても、上下二段の噴孔列を有する燃料噴射弁においては、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力より小さくすることが好ましく、そのために、下段の噴孔列の噴孔径に対する噴孔長さの割合を、上段の噴口列の噴孔径に対する噴孔長さの割合より小さくすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２０４８０８

前述の背景技術において、燃料噴射弁の上下二段の噴孔列はいずれも、弁体のシート部が位置する切頭円錐形状表面より下流側に形成された半球状先端を有するサック室に入口開口を有するように形成されている。弁体の開弁時において、サック室内には切頭円錐形状表面に沿って燃料が流入し、この際に、燃料は、切頭円錐形状表面の頂部に集中した後に、サック室の中央部から半球状先端に沿って外側部へ流れる渦となり易い。

それにより、サック室に入口開口を有する上下二段の噴孔列においては、下段の噴孔列が上段の噴孔列より燃料流上流側に位置することとなり、噴射される燃料の圧力は、上段の噴孔列に比較して下段の噴孔列の方が高くなる。こうして、下段の噴孔列の噴孔径に対する噴孔長さの割合を上段の噴孔列の噴孔径に対する噴孔長さの割合に比較して小さくしても、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力が上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力に比較して小さくならないことがある。

従って、本発明の目的は、上下二段の噴孔列を有する筒内噴射エンジン用燃料噴射弁において、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力に比較して確実に小さくすることである。

本発明による請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁は、弁体と、前記弁体のシート部が位置する切頭円錐形状表面と、前記切頭円錐形状表面の下流側に位置するサック室と、前記シート部の下流側において前記切頭円錐形状表面に入口開口を有する上段噴孔列と、前記サック室に入口開口を有する下段噴孔列とを具備することを特徴とする。

また、本発明による請求項２に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁は、請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁において、前記下段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合が、前記上段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合より小さくされていることを特徴とする。

また、本発明による請求項３に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁は、請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁において、前記下段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合と前記上段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合とがほぼ等しくされ、前記下段噴孔列における噴孔径が前記上段噴孔列における噴孔径より小さくされていることを特徴とする。

また、本発明による請求項４に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁は、請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁において、前記下段噴孔列の噴孔径は、入口開口から出口開口へ向けて徐々に大きくされ、前記上段噴孔列の噴孔径は、入口開口から出口開口へ向けて徐々に小さくされることを特徴とする。

また、本発明による請求項５に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁は、請求項１から４のいずれか一項に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁において、前記サック室は半球形状先端部を有し、前記下段噴孔列の各噴孔中心軸線を前記半球形状先端部の中心より上方で集合させることを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁によれば、弁体の開弁時において、シート部の下流側において切頭円錐形状表面に入口開口を有する上段噴孔列は、サック室に入口開口を有する下段噴孔列より確実に燃料流上流側に位置するために、下段噴孔列から噴射される燃料圧力は、上段噴孔列から噴射される燃料圧力に比較して確実に低くなり、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力に比較して小さくすることができる。

また、本発明による請求項２に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁によれば、請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁において、下段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合が、上段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合より小さくされているために、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力をさらに確実に上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力に比較して小さくすることができる。

また、本発明による請求項３に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁によれば、請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁において、下段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合と上段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合とがほぼ等しくされ、下段噴孔列における噴孔径が上段噴孔列における噴孔径より小さくされているために、下段噴孔列から噴射される燃料流量が少なくなると共に噴射燃料が微粒化され易く、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力は上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力に比較して小さくすることができ、さらに、下段の噴孔列から噴射される燃料を容易に気化させて燃焼室底面又はピストン頂面に付着し難くすることができる。

また、本発明による請求項４に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁によれば、請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁において、下段噴孔列の噴孔径は、入口開口から出口開口へ向けて徐々に大きくされ、上段噴孔列の噴孔径は、入口開口から出口開口へ向けて徐々に小さくされるために、上段噴孔列から噴射される燃料の貫徹力が強められ、下段噴孔列から噴射される燃料の貫徹力が弱められ、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力をさらに確実に上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力に比較して小さくすることができる。

また、本発明による請求項５に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁によれば、請求項１から４のいずれか一項に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁において、下段噴孔列の各噴孔中心軸線をサック室の半球形状先端部の中心より上方で集合させるために、下段噴孔列の入口開口は、各噴孔中心軸線がサック室の半球形状先端部の中心で集合する一般的な場合に比較して、サック室の上方に位置してサック室内の燃料渦の下流側となるために、下段噴孔列から噴射される燃料圧力は一般的な場合に比較して低くなり、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力をさらに確実に上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力に比較して小さくすることができる。

図１は本発明による筒内噴射エンジン用燃料噴射弁の第一実施形態を示す先端部分縦断面図である。筒内噴射エンジン用燃料噴射弁がディーゼルエンジンに使用される場合において、ピストン頂面に形成された燃焼室内の広範囲に燃料を分散させるために、上下二段の噴孔列が形成される。圧縮行程後半の燃料噴射時において、上段の噴孔列の各噴孔は、燃焼室側面へ向けられ、下段の噴孔列の各噴孔は、燃焼室底面へ向けられている。

一般的な燃焼室形状において、下段の噴孔列の各噴孔から燃焼室側面までの距離は、上段の噴孔列の各噴孔から燃焼室底面までの距離より短い。燃焼室側面方向に広範囲に燃料を分散させるには、上段の噴孔列から噴射される燃料は、ある程度の貫徹力を必要とし、そのために比較的高い燃料噴射圧が必要とされる。しかしながら、下段の噴孔列の各噴孔から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列の各噴孔から噴射される燃料の貫徹力と同じにすると、下段の噴孔列の各噴孔から噴射される燃料は、容易に燃焼室底面に衝突して付着し、白煙及び黒煙を発生させる。

また、筒内噴射式火花点火エンジンにおいて成層燃焼を実施する際に、圧縮行程後半において気筒内のある程度の範囲に燃料を分散させる場合にも、下段の噴孔列の各噴孔から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列の各噴孔から噴射される燃料の貫徹力に比較して小さくしないと、下段の噴孔列の各噴孔から噴射される燃料は、容易にピストン頂面に衝突して付着し、未燃燃料の排出量を増加させる。

同図において、１は燃料噴射弁の本体であり、２は本体内の燃料通路内に配置された弁体である。燃料通路の先端部分は切頭円錐形状表面３とされ、切頭円錐形状表面３の先端側には半球形状先端を有するサック室４が形成されている。例えば、弁体２の基部に大気圧を作用させることで、弁体２は燃料噴射弁の軸線上を上方向に移動して図１に示すように開弁される。また、弁体２の基部に燃料圧力を作用させることで、弁体２は燃料噴射弁の軸線上を下方向に移動して閉弁される。

弁体２の先端部分には、少なくとも二つのテーパ面が形成され、二つのテーパ面の間の角部が弁体２のシール部２ａとなる。弁体２の閉弁時には、弁体２のシール部２ａが切頭円錐形状表面３に当接し、この時の当接部３ａが切頭円錐形状表面３上のシート部となる。

本実施形態において、下段の噴孔列は、略放射状に形成された、例えば、六つ又は八つの第一噴孔５から成り、各第一噴孔５はサック室４に入口開口５ａを有している。各第一噴孔５の入口開口５ａから出口開口５ｂまでの噴孔長さはＬ１であり、各第一噴孔５の噴孔径はＤ１である。上段の噴孔列も、略放射状に形成された、例えば、六つ又は八つの第二噴孔６から成り、各第二噴孔６は切頭円錐形状表面３のシート部３ａより下流側に入口開口６ａを有している。各第二噴孔６の入口開口６ａから出口開口６ｂまでの噴孔長さはＬ２であり、各第二噴孔６の噴孔径はＤ２である。噴孔径に対する噴孔長さの割合を小さくするほど噴射燃料の貫徹力を小さくすることができる。本実施形態において、第一噴孔５の噴孔径Ｄ１は第二噴孔６の噴孔径Ｄ２と等しいが、第一噴孔５の噴孔長さＬ１は第二噴孔６の噴孔長さＬ２に比較して短くされており、第一噴孔５の割合Ｌ１／Ｄ１は第二噴孔６の割合Ｌ２／Ｄ２に比較して小さくされている。

ところで、弁体２の開弁時において、燃料は燃料通路の切頭円錐形状表面３と弁体２との間の隙間を通過してサック室４内へ流入するが、この時に、燃料は、図１に点線で示すように、切頭円錐形状表面３又は弁体２に沿ってサック室４の中央部に集中し、サック室４の中央部からサック室４の半球形状先端を介してサック室４の外側部へ流れる渦となり易い。

このような燃料の渦がサック室４内に形成されるために、もし、上段の噴孔列の各第二噴孔６をサック室４内に開口させると、上段の噴孔列の各第二噴孔６は、下段の噴孔列の各第一噴孔５より燃料流れの下流側に位置することとなり、下段の噴孔列の各第一噴孔５における噴孔径に対する噴孔長さの割合Ｌ１／Ｄ１を上段の噴孔列の各第二噴孔６における噴孔径に対する噴孔長さの割合Ｌ２／Ｄ２より小さくしても、下段の噴孔列から噴射される燃料圧力が上段の噴孔列から噴射される燃料圧力より高くなり、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力より確実に小さくすることはできない。

これに対して、本実施形態では、上段の噴孔列の各第二噴孔６は、切頭円錐形状表面３に開口させているために、サック室４内に前述の燃料渦が形成されても、上段の噴孔列の各第二噴孔６を下段の噴孔列の各第一噴孔５より確実に燃料流れの上流側に位置させることができ、下段の噴孔列から噴射される燃料圧力が上段の噴孔列から噴射される燃料圧力より低くなるために、もし、下段の噴孔列の各第一噴孔５における噴孔径に対する噴孔長さの割合Ｌ１／Ｄ１と上段の噴孔列の各第二噴孔６における噴孔径に対する噴孔長さの割合Ｌ２／Ｄ２とが等しくても、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力より確実に小さくすることができる。

本実施形態においては、下段の噴孔列の各第一噴孔５における噴孔径に対する噴孔長さの割合Ｌ１／Ｄ１は、上段の噴孔列の各第二噴孔６における噴孔径に対する噴孔長さの割合Ｌ２／Ｄ２より小さくされており、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力よりさらに確実に小さくすることができる。それにより、下段の噴孔列の各第一噴孔５から噴射される燃料は、燃焼室底面又はピストン頂面に到達する以前に容易に気化し、燃焼室底面又はピストン頂面への燃料付着を十分に抑制することができる。

図２は本発明による筒内噴射エンジン用燃料噴射弁の第二実施形態を示す先端部分縦断面図である。第一実施形態と同じ要素に関しては同じ参照番号を付して説明を省略する。本実施形態と第一実施形態との違いは、下段の噴孔列の各第一噴孔５’の噴孔径Ｄ１’が、第一実施形態の各第一噴孔５の噴孔径Ｄ１に比較して小さくされたことであり、その結果として、下段の噴孔列の各第一噴孔５’における噴孔径に対する噴孔長さの割合Ｌ１／Ｄ１’は、上段の噴孔列の各第二噴孔６における噴孔径に対する噴孔長さの割合Ｌ２／Ｄ２とほぼ等しくなっている。

それにより、燃料圧力が同じであれば、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力と上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力とは、ほぼ等しくなるが、本実施形態においては、上段の噴孔列の各第二噴孔６を下段の噴孔列の各第一噴孔５’より確実に燃料流れの上流側に位置させることができるために、下段の噴孔列から噴射される燃料圧力が上段の噴孔列から噴射される燃料圧力より低くなり、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力より確実に小さくすることができる。

さらに、下段の噴孔列の各第一噴孔５’の噴孔径Ｄ１’は小さくされており、このような小径噴孔から噴射される燃料は、流量が少なくなると共に微粒化され易く、燃焼室底面又はピストン頂面に到達する以前に容易に気化し、燃焼室底面又はピストン頂面への燃料付着を十分に抑制することができる。

図３は本発明による筒内噴射エンジン用燃料噴射弁の第三実施形態を示す先端部分縦断面図である。第一実施形態と同じ要素に関しては同じ参照番号を付して説明を省略する。本実施形態と第一実施形態との違いは、下段の噴孔列の各第一噴孔５”における噴孔径が入口開口５ａ”から出口開口５ｂ”へ向けて徐々に大きくなっており、上段の噴孔列の各第二噴孔６”における噴孔径が入口開口６ａ”から出口開口６ｂ”へ向けて徐々に小さくなっている。第一噴孔５”の最小噴孔径はＤ１であり、第一実施形態の第一噴孔５の噴孔径と同じであり、また、第二噴孔６”の最小噴孔径はＤ２であり、第一実施形態の第二噴孔６の噴孔径と同じである。

その結果として、第一実施形態と同様に、下段の噴孔列の各第一噴孔５”における最小噴孔径に対する噴孔長さの割合Ｌ１／Ｄ１は、上段の噴孔列の各第二噴孔６”における最小噴孔径に対する噴孔長さの割合Ｌ２／Ｄ２より小さくなっている。

本実施形態においても、上段の噴孔列の各第二噴孔６”を下段の噴孔列の各第一噴孔５”より確実に燃料流れの上流側に位置させることができるために、下段の噴孔列から噴射される燃料圧力が上段の噴孔列から噴射される燃料圧力より低くなり、また、最小噴孔径に対する噴孔長さの割合が、上段の噴孔列より下段の噴孔列の方が小さくされているために、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力より確実に小さくすることができる。

さらに、第一噴孔５”は、噴孔径を入口開口５ａ”から出口開口５ｂ”へ向けて徐々に大きくした先太形状であり、噴射燃料の貫徹力を弱くする。一方、第二噴孔６”は、噴孔径を入口開口６ａ”から出口開口６ｂ”へ向けて徐々に小さくした先細形状であり、噴射燃料の貫徹力を強くする。それにより、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力よりさらに確実に小さくすることができる。

図４は本発明による筒内噴射エンジン用燃料噴射弁の第四実施形態を示す先端部分縦断面図である。第三実施形態と同じ要素に関しては同じ参照番号を付して説明を省略する。第三実施形態において、サック室４に入口開口５ａ”を有する各第一噴孔５”は、それぞれの中心軸線がサック室４の半球形状先端の中心Ｃ１において集合するように形成されているが、本実施形態における各第一噴孔５”は、それぞれの中心軸線が、サック室４の半球形状先端の中心Ｃ１より上方の燃料噴射弁中心軸線上の位置Ｃ２において集合するように形成されている。

それにより、本実施形態における各第一噴孔５”の入口開口５ａ”は、第三実施形態におけるより、サック室４内の燃料流下流側に位置することとなる。こうして、下段の噴孔列の各第一噴孔５”から噴射される燃料の圧力を第三実施形態におけるより低下させることができる。

しかしながら、本実施形態における各第一噴孔５”から噴射される燃料の貫徹力を第三実施形態に比較して確実に小さくするために、本実施形態における第一噴孔５”の噴孔径に対する噴孔長さの割合を、第三実施形態における第一噴孔５”の割合と等しく又はそれより小さくすることが好ましい。

第三実施形態において、燃料噴射弁の本体１の部分球形状先端の中心と、サック室４の半球形状先端の中心とは一致している。それにより、単に、各第一噴孔５”の中心軸線を、サック室４の半球形状先端の中心Ｃ１より上方のＣ２において集合させると、各第一噴孔５”の噴孔長さが長くなり、噴孔径に対する噴孔長さの割合は大きくなってしまう。それにより、第四実施形態では、燃料噴射弁の本体１の部分球形状先端の中心を、燃料噴射弁の中心軸線上において、サック室４の半球形状先端の中心より上方とし、各第一噴孔５”の噴孔長さを長くても第三実施形態と同じＬ１とし、各第一噴孔５”における噴孔径に対する噴孔長さの割合を第三実施形態における第一噴孔５”の割合以下としている。

こうして、本実施形態の下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力は、第三実施形態の下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力より小さくすることができ、第三実施形態に比較して、下段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力を上段の噴孔列から噴射される燃料の貫徹力よりさらに確実に小さくすることができる。

本発明による筒内噴射エンジン用燃料噴射弁の第一実施形態を示す先端部分縦断面図である。 本発明による筒内噴射エンジン用燃料噴射弁の第二実施形態を示す先端部分縦断面図である。 本発明による筒内噴射エンジン用燃料噴射弁の第三実施形態を示す先端部分縦断面図である。 本発明による筒内噴射エンジン用燃料噴射弁の第四実施形態を示す先端部分縦断面図である。

符号の説明

１ 本体
２ 弁体
３ 切頭円錐形状表面
４ サック室
５，５’，５” 第一噴孔
６，６’，６” 第二噴孔

Claims (5)

1. 弁体と、前記弁体のシート部が位置する切頭円錐形状表面と、前記切頭円錐形状表面の下流側に位置するサック室と、前記シート部の下流側において前記切頭円錐形状表面に入口開口を有する上段噴孔列と、前記サック室に入口開口を有する下段噴孔列とを具備することを特徴とする筒内噴射エンジン用燃料噴射弁。
2. 前記下段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合が、前記上段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合より小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁。
3. 前記下段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合と前記上段噴孔列における噴孔径に対する噴孔長さの割合とがほぼ等しくされ、前記下段噴孔列における噴孔径が前記上段噴孔列における噴孔径より小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁。
4. 前記下段噴孔列の噴孔径は、入口開口から出口開口へ向けて徐々に大きくされ、前記上段噴孔列の噴孔径は、入口開口から出口開口へ向けて徐々に小さくされることを特徴とする請求項１に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁。
5. 前記サック室は半球形状先端部を有し、前記下段噴孔列の各噴孔中心軸線を前記半球形状先端部の中心より上方で集合させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の筒内噴射エンジン用燃料噴射弁。

Images