JP2015140753A - 燃料噴射ノズル - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、ノズルボディの軸を含む断面(X)において、側面とシート面とは、側面およびシート面の両方に内接する円の円弧により滑らかに連続しており、ニードルの内、シート部よりも軸方向先端側の部分は、軸方向先端側ほど縮径する1つの円錐である。
すなわち、断面(X)において、ノズルボディの軸の方向にz軸座標を考え、さらに、ノズルボディの軸から特定の方位に垂直かつ径方向外側に向かってr軸座標を考えて、ニードルの外周縁をz軸座標の関数r(z)で表す。そして、「滑らかに連続する」とは、微分係数dr(z)/dzを一意的に求めることが可能であることである。
また、ニードルには、シート部よりも軸方向先端側に、ニードルの軸と平行な外周面を有する柱状部が存在し、シート部から柱状部に向かいニードルの外周径は縮径し、シート部と柱状部の外周面とは滑らかに連続している。
また、第2発明によれば、小リフト量の時に面積S1が面積S2に等しいことから、噴孔の入口近傍のサック面に沿う燃料の流れと、噴孔内の燃料の流れとに関し、流路断面積が等しくなる。このため、小リフト量の時には、燃料がサック室から噴孔に流入する際にも流路断面積が急激に変化しない。この結果、小リフト量の時には、より一層、流量係数の低下を抑制して噴霧の貫徹力を維持することができる。
実施例1の燃料噴射ノズル(以下、ノズル1と呼ぶ。)は、開弁して燃料を噴射するものであり、ノズル1を開弁駆動または閉弁駆動するアクチュエータ(図示せず。)とともに燃料噴射弁を構成する。そして、燃料噴射弁は、例えば、内燃機関(図示せず。)に搭載され、100MPaを超える高圧の燃料を気筒内に直接噴射するために用いられる。
そして、燃料噴射弁は、例えば、燃料を高圧化して吐出する燃料供給ポンプ(図示せず。)、および、燃料供給ポンプから吐出された燃料を高圧状態で蓄圧する蓄圧容器(図示せず。)とともに蓄圧式の燃料供給装置を構成し、蓄圧容器から高圧の燃料を分配されて気筒内に噴射する。
ノズルボディ3の内周は、軸方向に長い円筒状をなし先端が閉じられている。また、ノズルボディ3の内周の一部は、局部的に径方向に拡大され、噴射すべき燃料が一時的に溜まる燃料溜まり4をなす。
ノズル1は、ノズルボディ3の内周壁に設けたシート面9に対し、ニードル2に設けたシート部10を離座または着座させることで、シート面9よりも軸方向先端側に存在する噴孔11を介する燃料の噴射を開始または停止する。なお、シート部10は、アクチュエータがニードル2を駆動することにより、シート面9に対して離座または着座する。
また、シート部10がシート面9に着座しているとき、ニードル2の先端(つまり、逃し面20aの頂点)は、サック室12において、噴孔入口11aと径方向に向かい合う位置まで軸方向先端側に突出している。
なお、リフト量Lは、隙間23の大きさに相当する。
実施例1のノズル1によれば、ノズルボディ3の軸3αを含む断面Xにおいて、シート面9と側面15とは、シート面9および側面15の両方に内接する円の円弧(サックR部17)により滑らかに連続している。また、ニードル2の内、シート部10よりも軸方向先端側の部分は、軸方向先端側ほど縮径する1つの円錐である。
まず、ノズル1Aによれば、図5に示すように、先端部2bの外周面は、3つの異なる円錐面20a、20b、20cが先端から軸方向後端側に同軸に連続するものであり、円錐面20a〜20cは、それぞれの母線とニードル2の軸2αとの間に形成される角度が先端側ほど大きくなっている。そして、円錐面20a、20b同士の交線21a、および円錐面20b、20c同士の交線21bは軸2αに垂直な円であり、交線21bがシート部10として機能する。
なお、ノズル1、1A、1Bでは、シート部10の直径、側面15の直径、およびシート角それぞれが共通であって同じ数値である。ここで、シート角とは、シート部10の軸方向後端側の円錐面(ノズル1では円錐面20b、ノズル1Aでは円錐面20c、ノズル1Bでは円錐面20bに相当する。)の母線とニードル2の軸2αとの間に形成される角度である。
なお、図4(b)および図7における太い点線は、縦軸の流路面積に関し、全ての噴孔11の流路断面の面積を合計した数値であることを示す。つまり、図7において太い点線とそれぞれの相関とが交差する位置から、リフト量L=Lxのときに、シート位置18から噴孔入口11aまでの距離は、ノズル1、1Bが略一致しており、ノズル1Aがノズル1、1Bよりも短いことがわかる。
さらに、図9には、ノズル1、1A、1Bのそれぞれについて、絞り部分の流路面積とリフト量Lとの相関を、シート絞り、逃し絞りおよび噴孔絞りとなる範囲と併せて図示した。
したがって、ノズル1は、ノズル1A、1Bよりも、サック室12におけるキャビテーションの発生を抑制して流量係数の低下を抑える上で有利な構造である。
実施例2のノズル1によれば、図10に示すように、ニードル2の軸方向先端は、軸2αと平行な円筒面を外周面とする柱状部26であり、シート部10から柱状部26に向かいニードル2の外周径は縮径し、円錐面20aと柱状部26の外周面とは滑らかに連続している。また、サック面14は、実施例1のノズル1と同じ形状である。
なお、図11は、実施例2のノズル1、および、図5に示すノズル1Aのそれぞれに関し、図7と同様の相関を図示したものである。
ノズル1の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例1、2のノズル1によれば、サック面14における側面15の形状は円筒面であり、底面16の形状は、軸方向先端側に凸をなす半球面であったが、例えば、側面15の形状をシート面9よりも急勾配の円錐面としてもよく、底面16の形状を円錐面としてもよい。
また、実施例2のノズル1によれば、柱状部26の外周面は円筒面であったが、角柱面としてもよい。
Claims (2)
- 円筒状のノズルボディ(3)と、このノズルボディ(3)の内周に軸方向に移動可能となるように収容されるニードル(2)とを備え、前記ノズルボディ(3)の内周壁に設けたシート面(9)に対し、前記ニードル(2)に設けたシート部(10)を離座または着座させることで、前記シート面(9)よりも軸方向先端側に存在する噴孔(11)を介する燃料の噴射を開始または停止する燃料噴射ノズル(1)において、
前記シート面(9)は、軸方向先端側ほどテーパ状に縮径しており、前記シート面(9)の軸方向先端側には、前記シート面(9)よりも小径であって前記噴孔(11)の入口(11a)を有するサック室(12)が設けられ、
このサック室(12)を形成するサック面(14)は、前記シート面(9)よりも急勾配、かつ、前記シート面(9)と同軸である側面(15)、および、この側面(15)の軸方向先端側で前記サック室(12)を袋状に閉じる底面(16)であり、前記側面(15)と前記底面(16)とは滑らかに連続しており、
前記ノズルボディ(3)の軸(3α)を含む断面(X)において、前記側面(15)と前記シート面(9)とは、前記側面(15)および前記シート面(9)の両方に内接する円の円弧(17)により滑らかに連続しており、
前記ニードル(2)の内、前記シート部(10)よりも軸方向先端側の部分は、軸方向先端側ほど縮径する1つの円錐であることを特徴とする燃料噴射ノズル(1)。 - 円筒状のノズルボディ(3)と、このノズルボディ(3)の内周に軸方向に移動可能となるように収容されるニードル(2)とを備え、前記ノズルボディ(3)の内周壁に設けたシート面(9)に対し、前記ニードル(2)に設けたシート部(10)を離座または着座させることで、 前記シート面(9)よりも軸方向先端側に存在する噴孔(11)を介する燃料の噴射を開始または停止し、
前記シート面(9)と前記シート部(10)とに挟まれる隙間から前記噴孔(11)の出口(11b)に至る燃料の噴射流れに対して流路面積最小となる絞り部分に関し、前記ニードル(2)のリフト量(L)がLcのときに、前記絞り部分が前記噴孔(11)に移行する燃料噴射ノズル(1)において、
前記シート面(9)は、軸方向先端側ほどテーパ状に縮径しており、前記シート面(9)の軸方向先端側には、前記シート面(9)よりも小径であって前記噴孔(11)の入口(11a)を有するサック室(12)が設けられ、
このサック室(12)を形成するサック面(14)は、前記シート面(9)よりも急勾配、かつ、前記シート面(9)と同軸である側面(15)、および、この側面(15)の軸方向先端側で前記サック室(12)を袋状に閉じる底面(16)であり、前記側面(15)と前記底面(16)とは滑らかに連続しており、
前記ノズルボディ(3)の軸(3α)を含む断面(X)において、前記側面(15)と前記シート面(9)とは、前記側面(15)および前記シート面(9)の両方に内接する円の円弧(17)により滑らかに連続しており、
前記ニードル(2)には、前記シート部(10)よりも軸方向先端側に、前記ニードル(2)の軸(2α)と平行な外周面を有する柱状部(26)が存在し、
前記シート部(10)から前記柱状部(26)に向かい前記ニードル(2)の外周径は縮径し、前記シート部(10)と前記柱状部(26)の外周面とは滑らかに連続しており、
前記柱状部(26)の外周面と前記サック面(14)とが径方向に対向することで、前記噴射流れの流路として、円環状の流路断面(A)を有する円筒状の流路が形成され、
α、βを所定の正の数としたときに前記ニードル(2)のリフト量(L)がLc−αからLc+βの範囲では、前記噴孔(11)の入口(11a)の軸方向最後端の位置における前記円環状の流路断面(A)の面積S1は、全ての前記噴孔(11)の流路断面の面積を合計した面積S2に等しいことを特徴とする燃料噴射ノズル(1)。
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