JP2008101493A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】噴射された燃料の噴霧状態を良好に形成することができ、またエミッションの改善も図ることができる燃料噴射ノズルを提供する。
【解決手段】ニードル弁２０と、前記ニードル弁を軸方向に往復動可能に収納するノズルボディ１０とを含み、前記ノズルボディは、前記ニードル弁が当接するシート部１３ＳＴを有し当該シート部に第１の噴孔１２が形成されていると共に、更に先端にサック部１５を有し当該サック部に第２の噴孔１６が形成されている燃料噴射ノズル１Ａであって、前記第１の噴孔１２の径Ｄ１が、前記第２の噴孔１６の径Ｄ２よりも大きく形成してある。噴孔１２、１６から噴射した燃料の噴霧を均一に形成して出力の向上を図ることができる。これによりサック部の容積を小さくできるので、燃料の漏れ出しを抑制してエミッションも改善できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関、特にディーゼルエンジンに好適である燃料噴射ノズルに関する。より詳細には、ノズルボディに２種類の噴孔が形成してあるタイプの燃料噴射ノズルに関する。

他の内燃機関と同様に、ディーゼルエンジンについても高効率で高い出力が得られものが望ましい。ディーゼルエンジンから高い出力を得るためには、十分な量の燃料を筒内に噴射できる燃料噴射ノズルが必要である。その一方で、近年においては環境保護に係る規制が一層、厳しくなっているので、排気エミッションの向上を図りつつ、出力性能を向上させることが必須となっている。そのためには、噴孔から噴射した燃料の噴霧状態を良好に維持することが重要となる。ここで良好な噴霧状態とは、一般に噴射された燃料が微粒化されており均一な噴霧が形成されている状態をいう。

従来にあっては、ノズルボディ先端に袋状のサック部を設け、このサック部に噴孔を設けたサック（Sac）型と称される燃料噴射ノズル、またニードル弁がノズルボディに当接したときにノズルボディに形成した噴孔を閉じるように形成してあるＶＣＯ（Valve Covered Orifice）型と称される燃料噴射ノズルが知られている。ところが、サック型の燃料噴射ノズルは、先端に設けたサック部内に滞留した燃料が漏出したときに多量のＨＣ（炭化水素）が発生してエミッションを悪化させる場合がある。また、ＶＣＯ型の燃料噴射ノズルで十分な流量を得ようとすると、外形が大型なものとなりサック型と比較して応答速度が劣る場合がある。

そこで、例えば特許文献１で開示するように、上記２種類タイプの噴孔を併せて持つハイブリッド型の燃料噴射ノズル、すなわちサック部に形成した噴孔とＶＣＯ型の噴孔とを備えた燃料噴射ノズルについても従来から提案がある。ハイブリッド型の燃料噴射ノズルは、２種類の噴孔を備えるので上記サック型とＶＣＯ型の欠点を補うことができる。例えばそれぞれの噴孔を設ける位置が異なるので、配置位置や噴孔径の設定などに自由度があるので、燃料の微粒化を図り易いなどのメリットがある。例えば、特許文献１は、初期噴射率を抑制しつつ噴霧のミキシングを向上させるためのハイブリッド型に形成した燃料噴射ノズルを提案している。この燃料噴射ノズルは、サック部に形成した噴孔が主噴孔とされ、その上流側に小径のＶＣＯ型の噴孔が形成してある。この燃料噴射ノズルはニードル弁が低リフト状態のときに、上流側のＶＣＯ型の噴孔に燃料を導入し易いので噴射圧を確保して噴霧のミキシングを促進する様にしている。

実開平５−８７２７２号公報

しかしながら、特許文献１のハイブリッド型の燃料噴射ノズルではＶＣＯ型の噴孔は補助的であって、サック部に形成した噴孔が主噴孔となっている。この燃料噴射ノズルは、ニードル弁が十分に上昇した場合（リフト量が一定以上となった場合）にはサック部の噴孔からの燃料噴射力が強く、ＶＣＯ型の噴孔からの燃料噴射力が弱くなる。よって、２つの噴孔から噴射された燃料の貫徹力が異なるので噴霧形状が不均一となってしまう。更に、特許文献１の燃料噴射ノズルは、基本がサック型であるので前述したようにサック部に滞留している燃料の漏出によってエミッションが悪化することが懸念される。

したがって、本発明の目的は、噴射された燃料の噴霧状態を良好に形成することができ、またエミッションの改善も図ることができる燃料噴射ノズルを提供することである。

上記目的は、ニードル弁と、前記ニードル弁を軸方向に往復動可能に収納するノズルボディとを含み、前記ノズルボディは、前記ニードル弁が当接するシート部を有し当該シート部に第１の噴孔が形成されていると共に、更に先端にサック部を有し当該サック部に第２の噴孔が形成されている燃料噴射ノズルであって、前記第１の噴孔の径が、前記第２の噴孔の径よりも大きく形成してある燃料噴射ノズルにより達成できる。

本発明によると、２種類の噴孔が形成されているので燃料の微粒化を促進でき、シート部に設ける第１の噴孔の径がサック部に設ける第２の噴孔の径よりも大きく形成されていることにより、噴孔から噴射した燃料の噴霧を均一に形成して出力の向上を図ることができる。また、これに対応してサック部に形成する第２の噴孔は噴孔径が小さくなる。これによりサック部の容積（ボリューム）を小さくできるので、燃料の漏れ出しを抑制してエミッションも改善できる。

また、前記第１の噴孔と前記第２の噴孔とは、互いの軸線が交差するように設定されている構造としてもよい。このようにすると、噴射した燃料同士を衝突させて合流させることで噴霧の均一化を促進できる、

また、前記第２の噴孔の数が、前記第１の噴孔の数より少なく設定してある構造としてもよい。このようにすると、サック部を小さく形成したエミッションの改善を促進することができる。

本発明によると、噴射された燃料の噴霧状態を良好に形成することができ、またエミッションの改善も図ることができる燃料噴射ノズルを提供できる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る燃料噴射ノズルについて説明する。

図１は、実施例１に燃料噴射ノズル１Ａについて示した縦断面図である。この燃料噴射ノズル１Ａは、内部に空間を有している円筒形状のノズルボディ１０と、このノズルボディ１０内に収納されて中心軸ＡＸ方向へ往復動可能に配置されているニードル弁２０とを含んで構成されている。ノズルボディ１０の内側の面（以下、内壁面１３とする）は大略において、上側が円筒形状の内壁面１３Ａで、下側が円錐形状の内壁面１３Ｂとなっている。そして、ニードル弁２０が下降したときに、そのバルブ部２０ＢＡが下側の内壁面１３Ｂの一部に当接（着座）して停止する。この位置がニードル弁２０の下限位置であり、これにより燃料噴射ノズル１Ａは閉弁状態となる。図１は、この閉弁状態を示している。本実施例１では、このようにニードル弁２０のバルブ部２０ＢＡが当接する内壁面１３Ｂの一部をシート部１３ＳＴと称する。

そして、ノズルボディ１０には２種類の噴孔１２、１６が中心軸ＡＸを中心として放射状に形成されている。第１の噴孔となる噴孔１２は、燃料流入口（内側の開口）１２ＥＮがシート部１３ＳＴの一部に形成されている。この噴孔１２はニードル弁２０が下降したときにバルブ部２０ＢＡにより燃料流入口１２ＥＮが閉塞されるＶＣＯ（Valve Covered Orifice）型の噴孔である。

ノズルボディ１０の先端側（図１では下側）には袋状のサック部１５が形成してある。サック部１５にはその内部に蓄えた燃料を噴射するための噴孔１６が形成されている。噴孔１６が第２の噴孔となる。このように燃料噴射ノズル１Ａは、ＶＣＯ型の噴孔１２とサック部１５に形成した噴孔１６とを備えたハイブリッド型となる。ハイブリッド型の燃料噴射ノズルは、一種類の噴孔だけを採用している燃料噴射ノズルと比較して、噴孔配置や噴孔径などに自由度があるので噴霧の微粒化を促進できる。

そして、本実施例１の燃料噴射ノズル１Ａに関しては更に従来にはない新規な条件が設定されている。具体的には、上記第１の噴孔１２と第２の噴孔１６との間に所定の大小関係が設定されている。すなわち、図１で図示するように、第１の噴孔１２の噴孔径Ｄ１の方が、第２の噴孔１６の噴孔径Ｄ２よりも大きく形成してある。

ところで、ニードル弁２０を一定量以上上昇させる（リフトアップする）と、サック部１５に十分な燃料が流入する。そして、このような状態となったときには、噴孔（第２の噴孔）１６に加わる燃料圧の方が壁面の途中に開口する噴孔（第１の噴孔）１２に加わる燃料圧よりも大きく、流量も十分な状態となる。ここのときに、仮にＶＣＯ型の噴孔１２の噴孔径Ｄ１とサック部の噴孔１６の噴孔径Ｄ２とが同じであると、噴孔１６からの噴霧貫徹力の方が強くなるので噴霧形状が不均一なものとなる。前述した従来技術の場合には、サック部の噴孔が主噴孔でありＶＣＯ型の噴孔よりも大径である。よって、噴霧形状の不均一がより顕著になり出力性能が悪化してしまう場合がある。

本実施例の燃料噴射ノズル１Ａは、上記のようにサック部１５の噴孔１６からの燃料噴霧の方が強く流量も多くなることを考慮し、噴孔（第２の噴孔）１６の噴孔径を噴孔（第１の噴孔）１２に対して、相対的に小さく設定しているものである。例えばニードル弁２０を所定位置までリフトアップとしたときに、噴孔１２によって形成される燃料噴霧状態と噴孔１６によって形成される燃料噴霧状態とが等しくなるように、噴孔径Ｄ１と噴孔径Ｄ２との大小比率を決定する。

なお、ニードル弁２０の先端は、ノズルボディ１０の内壁面１３と対応して略円錐形状に形成されている。この円錐状形状の所定位置にノズルボディ１０側のシート部１３ＳＴに当接するように前記バルブ部２０ＢＡが形成されている。また、燃料噴射ノズル１Ａは、図示しないニードル弁移動機構を備えており、ニードル弁２０を中心軸ＡＸ方向へ移動させてリフト量を変更できる。

以上、説明したような構成の燃料噴射ノズル１Ａは、ＶＣＯ型の第１の噴孔１２とサック部の第２の噴孔１６とを備えたハイブリッド型であるので噴霧の微粒化を促進できる。そして、前述したように噴孔径に大小を設定することにより、上記２種類の噴孔から噴射する燃料の噴霧貫徹力を揃えるこができるので、全体として均一な噴霧を実現できる。更に、燃料噴射ノズル１Ａは上記のようにサック部１５の噴孔１６はその噴孔径が相対的に小さくなるので、これに伴ってサック部１５を小さく（容積を小さく）形成できる。これによって、先に指摘したサック部に滞留した燃料の漏出によるエミッション悪化の問題を抑制することもできる。したがって、上記燃料噴射ノズル１Ａは良好な燃料噴霧を形成することによる出力向上と、サック部１５を小型化することによるエミッションの向上とを両立させた燃料噴射ノズルとして提供できることになる。

更に、実施例２に係る燃料噴射ノズルを図を参照して説明する。この実施例２は、実施例１の燃料噴射ノズルの改善に係るものである。図２は実施例２の燃料噴射ノズル１Ｂについて示した縦断面図である。この図２では実施例１の燃料噴射ノズル１Ａと同じ部位に同一の符号を付すことで、重複する説明を省略する。

燃料噴射ノズル１Ｂは、ＶＣＯ型の第１の噴孔１２の中心軸線Ｌ１と、サック部１５に形成された第２の噴孔１６の中心軸線Ｌ２とが互いに交差するように設定されている。すなわち、実施例２の燃料噴射ノズル１Ｂでは、２種類の噴孔の燃料噴射方向が異なる角度とされ、２つの噴霧が途中で合流するように調整されている。このように設定すると、異なる噴孔から噴射された燃料が衝突するので燃料の微粒化を促進できる。また、２方向からの燃料噴射を衝突後に合流させることで一体で均一な噴霧を実現できる。これによって、筒内でより良好な燃焼を促進できる。したがって、実施例２に係る燃料噴射ノズル１Ｂは、更に出力向上を図ることができる。

更に、図を参照して、実施例３に係る燃料噴射ノズル１Ｃについて説明する。この実施例３は、上記実施例１或いは実施例２の燃料噴射ノズルの改善として適用できる技術に関するものである。この実施例３は２種類の噴孔、すなわち第１の噴孔１２、第２の噴孔１６の噴孔数の設定に関係している。なお、本実施例３についても実施例１の燃料噴射ノズル１Ａと同じ部位に同一の符号を付して説明する。

図３は、実施例３の燃料噴射ノズル１Ｃについて示した図である。この図３は、燃料噴射ノズル１Ｃのノズルボディ１０に形成されている噴孔１２、１６の配置位置と配置数を確認できるように模式的に示した内部上面視図である。

噴孔１２、１６共に、中心軸ＡＸを中心にして放射状に配置、より好ましくは図示の様に同一円周上に等間隔で配置されている。この条件については、２種類の噴孔１２、１６について同じであるが、各噴孔の配置数が異なっている。前述のようにサック部１５に配置する噴孔（第２の噴孔）１６はＶＣＯ型の噴孔（第１の噴孔）１２より噴孔径が小さくされているが、さらに配置する数についても噴孔１６を噴孔１２より相対的に少なく設定するのが望ましい。

図３は、サック部１５内に設ける噴孔（第２の噴孔）１６を４個としたのに対して、ＶＣＯ型の噴孔（第１の噴孔）１２はその倍数、８個を配置した場合を例示している。ここでノズルボディの周方向において、噴射される燃料量の均一化を図ることが望ましい。よって、本実施例３では、第２の噴孔１６と対応する位置にある第１の噴孔１２Ａより、第２の噴孔１６が存在しない位置に配置した第１の噴孔１２Ｂの噴孔径を大きく形成してある。以上の構成の燃料噴射ノズル１Ｃは、トータルの燃料噴射量を確保しながらサック部１５の容積を更に小さくできる。よって、エミッションの更なる改善を図ることができる。

以上で説明した実施例の燃料噴射ノズルによると、噴孔から微粒化した燃料を均一に噴霧できる。そして、サック部を従来のサック型の燃料噴射ノズルと比較して小さく形成できる。よって、このような燃料噴射ノズルを適用したディーゼルエンジン等の内燃機関は、燃費の向上及びエミッションの改善を図ることができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施例１に燃料噴射ノズル１Ａについて示した縦断面図である。 実施例２の燃料噴射ノズル１Ｂについて示した縦断面図である。 実施例３の燃料噴射ノズル１Ｃについて示した図であり、ノズルボディに形成されている噴孔の配置位置と配置数を確認できるように模式的に示した内部上面視図である。

符号の説明

１（１Ａ〜１Ｃ） 燃料噴射ノズル
１０ ノズルボディ
１２ ＶＣＯ型の噴孔（第１の噴孔）
１３ 内壁面
１３ＳＴ シート部
１５ サック部
１６ サック部に形成した噴孔（第２の噴孔）
２０ ニードル弁
２０ＢＡ バルブ部
ＡＸ 中心軸
Ｄ１ 第１の噴孔の径
Ｄ２ 第２の噴孔の径
Ｌ１ 第１の噴孔の軸線
Ｌ２ 第２の噴孔の軸線

Claims (3)

1. ニードル弁と、前記ニードル弁を軸方向に往復動可能に収納するノズルボディとを含み、
   前記ノズルボディは、前記ニードル弁が当接するシート部を有し当該シート部に第１の噴孔が形成されていると共に、更に先端にサック部を有し当該サック部に第２の噴孔が形成されている燃料噴射ノズルであって、
   前記第１の噴孔の径が、前記第２の噴孔の径よりも大きく形成してある、ことを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 前記第１の噴孔と前記第２の噴孔とは、互いの軸線が交差するように設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
3. 前記第２の噴孔の数が、前記第１の噴孔の数より少なく設定してある、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射ノズル。

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