JP2015504128A - 渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタ - Google Patents

Abstract

本発明は、渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタに関するもので、ハウジングの下端部にオリフィスが設けられたチップを備え、このチップは、カップ形状のノズル部を手段として上部を閉鎖するが、ノズル部は、円筒形状の側壁面、この側壁面の上部を仕上げる平坦な形状のベース、及び中空部とオリフィスとを連通する１つ以上のノズルホールを備え、このノズルホールは、オリフィスと接線方向に形成され、燃料を渦巻き方式で噴射する。【選択図】図２

Description

本発明は、コモンレールインジェクタに関し、特に、燃焼室の内部に燃料を渦巻き（ｓｗｉｒｌ）方式で噴射可能なノズルを備えたコモンレールインジェクタに関する。

一般に、コモンレールシステム（ｃｏｍｍｏｎ ｒａｉｌ ｓｙｓｔｅｍ）は、高圧ポンプのエンジン制御部の統制下、コモンレールから燃料を供給され、この燃料をエンジンの燃焼室の内部に噴射可能な１つ以上のインジェクタを備えている。

特に、コモンレールシステムのインジェクタは、エンジンの性能向上と共に燃費向上のために、燃料の微粒化（ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ）及び粒子大きさのより精密な制御が可能である必要がある。このようなコモンレールインジェクタは、特許文献１に示されている。
特許文献１に記載のコモンレールインジェクタは、周知のように、ハウジング、燃料ライン、ノズルニードル及びノズルから構成される。
従来の技術に係るコモンレールインジェクタは、ハウジングの内部にノズルニードルを収容し得る内部空間が設けられている。また、ハウジングの内部空間においてノズルニードルが往復移動することが可能である。燃料供給ラインを介してインジェクタの内部に供給された燃料は、ノズルニードルの上昇でハウジングの下端部に位置したオープンノズルを貫通して燃焼室に噴射される。

このような構造を有するコモンレールインジェクタは、ハウジングの下端部に多数のノズルが設けられている。多数のノズルは、ハウジングの下端部で放射状に貫通形成され、燃料を燃焼室内に直射（ｓｔｒａｉｇｈｔ ｓｐｒａｙ）方式で高圧噴射する。
また、ノズルは、全般的に、円筒形の直管又は漏斗状の断面形状でハウジングの下端部に形成される。ノズルの入口より出口に近づくほど、縮小管の形態で可変できることを特徴としている。
それで、従来のコモンレールインジェクタでは、直管又は縮小管形態の断面を通過する燃料を加速化し、かつ燃料の微粒化を促進させることができるようになる。
このようなコモンレールインジェクタでは、上述のように燃料を直射方式で吹き付けるが、直射方式で吹き付けられた燃料の一部は、燃焼室の内部において吸入空気と十分に接触しなくなる。
また、直射方式の燃料噴射は、燃焼室の形状と正確に一致することができず、高速で噴射される燃料の特性上、燃焼室の内部に流入される吸入空気と混合されず、燃焼室の内部壁と衝突するようになる。
従って、燃料が燃焼室の内部に衝突して冷却され、これにより、不完全燃焼されて煤（ｓｏｏｔ）が生成されるようになる。煤が燃焼室の内部に付着すると、エンジンの性能低下を引き起こすことがある。

このような燃料の直射方式を補完するため、特許文献２では、噴射燃料を渦巻き方式で供給し得る内燃機関用渦巻き噴射インジェクタが示されている。
特許文献２に記載のインジェクタにおいては、ニードルの外周面上に螺旋状溝が形成されている。また、インジェクタは、高圧で供給される燃料を、ニードルに形成された螺旋状溝に沿って移動し、円筒形状の排出オリフィスを通って燃焼室の内部へ噴射するようになる。この時、燃料は、螺旋状溝を通過しながら渦巻きで流動するようになるが、ニードルの上昇で開放された円筒形状の排出オリフィスに噴射される燃料は、圧力降下（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ）現象を誘発し、燃焼室内部へ広く拡散し難くなる。
また、ニードルの螺旋状溝に沿って噴射される燃料は、ニードルの先端と円筒形状の排出オリフィスとの間の空間においても渦巻き方式で噴射されるが、これは、円筒形状の排出オリフィスの流入部において相当な衝突の発生が予想され、このような衝突は、燃料の噴射速度を低下させると共に渦巻きの流動を低減させるという問題点を持っている。
従って、上述の問題点を解決するため、現在、当業界の熟練者等により、燃焼室内部への燃料の拡散を図ると共に燃料の液滴をより微粒化させ得る方法を講じることが行われている。

大韓民国公開特許第１０−２００５−００７０３９３号公報 米国特許第６，５１０，８３６号公報

本発明が解決しようとする技術的課題は、インジェクタの構造的な変更を最小化し、かつ燃料を燃焼室の内部に広く拡散させることができるコモンレールインジェクタを提供することにある。
なお、本発明が解決しようとする技術的課題は、上記の課題に制限されず、言及していない他の技術的課題は、後述する説明から、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、明確に理解できるだろう。

上記のような目的を達成するための本発明に係る渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタは、中空部、この中空部で上下方向に往復移動するノズルニードル、及びその下端部にオリフィスを有するチップを備え、燃焼室の内部へ燃料を噴射する。
特に、本発明のチップは、カップ形状のノズル部を手段として上部を閉鎖するが、ノズル部は、円筒形状の側壁面、この側壁面の上部を仕上げる平坦な形状のベース、及び中空部とオリフィスとを連通する１つ以上のノズルホールが設けられ、このノズルホールは、オリフィスと接線方向に形成され、燃料を渦巻き方式で噴射することを特徴とする。

本発明において、オリフィスは、好ましくは、その上部から下部まで漸次直径が増大するような拡大管の形態を有する円錐形状の断面で形成される。
本発明において、ノズルホールは、側壁面の上端に穿孔されている。
特に、本発明のノズルホールは、側壁面の円柱方向に沿って等間隔で配列され、燃料の均一な噴射を可能にする。
これと共に、本発明において、ノズルホールがオリフィスに向かって下方に傾斜するように配列される。また、ノズルホールは、オリフィスとの接線方向が、このインジェクタの中心軸から放射状方向、即ち、接線方向から９０°をなす角度まで、オリフィスまで穿孔される。

なお、本明細書及び請求の範囲で使用される用語は、通常かつ辞典的な意味に限定して解釈されてはいけず、発明者が当該発明を最善の方法で説明するため用語を適切に定義することができるという原則に即して、本発明の技術的思想に符合する概念及び意味に解釈すべきである。

以上、本発明によれば、燃焼室の内部に燃料を渦巻き方式で噴射させることができる。
また、本発明によれば、渦巻き方式で燃料を噴射するインジェクタを手段として、燃料が燃焼室の内部に空気と効率的に混合されることで、燃焼能率を向上させることができる。
更に、本発明によれば、高速で渦を巻く燃料の粒子を更に微粒化させることで、エンジンの完全燃焼を助ける。

図１は、本発明の第１の実施例に係るコモンレールインジェクタの概略的な断面図である。 図２は、図１における円弧部の拡大図である。 図３は、図２におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図４は、本発明の第２の実施例に係るコモンレールインジェクタの一部を拡大した図である。

本発明の利点及び特徴、並びに、その達成方法については、添付の図面及び後述の詳細な実施例を参照すれば、明確に理解できる。
なお、本明細書中、同じ参照符号は、同一の構成要素を指し、従来の技術と同様な構成については、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本発明に係る渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタについて添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係るコモンレールインジェクタの概略的な断面図であり、図２は、図１における円弧部（Ａ）を拡大した図である。
本発明の第１の実施例に係るコモンレールインジェクタ１は、ハウジング１０と、この下端部にはノズルが設けられている。
本発明のインジェクタ１は、具体的に、ハウジング１０、燃料ライン１１、中空部１２、ノズルニードル１３及びノズル部２０で構成されている。
特に、本発明に係るインジェクタ１は、燃焼室（図示せず）内に突出配置される自由端部にノズル部２０を備えている。自由端部は、通常、インジェクタのチップ（ｔｉｐ）１４と呼ぶこともできる。
ハウジング１０は、中空の円筒形状を呈し、その下端部、即ち、チップ１４にノズル部２０が設けられている。ハウジング１０は、中空部１２から軸方向に垂直に往復移動可能に設けられたノズルニードル１３を収容する。
燃料ライン１１は、燃料供給ラインに沿ってコモンレールで供給される燃料を、本発明に係るインジェクタ１へ供給する。
既述のように、燃料ライン１１に沿ってハウジング１０の内部に供給された燃料は、ノズルニードル１３の上昇・下降によって、ノズルホール２３を開放・閉鎖することで、燃焼室への燃料供給を制御する。
インジェクタ１は、ノズル部２０の上部に配列された１つ以上のノズルホール２３を手段として、前記燃料ライン１１へ流入された燃料を、燃焼室の内部に渦巻き方式で噴射することができる。

図２を参照して、本発明のノズル部２０は、チップ１４の中心と同心軸をなして配置される。
特に、チップ１４は、その中央に円筒形状のオリフィス１４１を形成し、オリフィス１４１の上側部は、ノズル部２０で仕上げられる。選択的に、オリフィス１４１は、上部から下部まで漸次直径が増大するような円錐形状の断面を提供することができる。
円錐形状の断面を有するオリフィス１４１は、渦巻き方式の燃料噴射を改善して、燃焼室の内部に空気の流動方向、例えば、渦巻き方式で流動する空気と効率的に混合される。
換言すれば、渦巻き方式で噴射される燃料と渦巻き方式で流動する空気との混合が最適に行われることで煤のような排出ガスを低減することが可能となる。
上述のように、ノズル部２０は、インジェクタ１の下端部に位置する一方、燃料の噴射を保障し得るノズルホール２３を有している。ノズル部２０は、円筒形状の側壁面２１と、平坦なベース２２とからなっている。
ノズル部２０の側壁面２１は、オリフィス１４１の上端に配置され、好ましくは、ノズル部２０の側壁面２１とオリフィス１４１を限るチップ１４の内部側面は、一体に形成され、耐久性を向上させることができる。
ノズル部２０は、円筒形状の側壁面２１の上部を平坦なベース２２で閉鎖し、下部を開放したカップ形状を呈している。
また、ノズル部２０は、ハウジング１０の内部に充填された燃料を外部に向かって高速で噴射し得るノズルホール２２が、その側壁面２１に設けられている。ノズルホール２２は、側壁面２１の上端に穿孔され、好ましくは、ベース２２の下部に位置する。

図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、ノズル部２０の平坦なベース２２を除いた状態が示されている。
ノズルホール２３は、ノズル部２０（図２参照）の側壁面２１を貫通する。換言すれば、ノズルホール２３は、オリフィス１４１とハウジングの中空部１２（図２参照）とを連通する。
ノズルホール２３は、従来のようにオリフィス１４１の中心軸から外側方向に向かって放射状に管の形態で形成されないが、その代わりに、オリフィス１４１の接線方向に沿うように側壁面２１を貫通して形成されている。
このような接線方向のノズルホール２３は、ノズルニードル１３（図２参照）の上昇により開放され、その後、ノズルホール２３で形成された流路に沿って、燃料がオリフィス１４１へ流出される。
この時、燃料は、オリフィス１４１と接線方向に進入するため、チップのオリフィス１４１の内周面に沿って流れながら渦巻き方式で噴射されることができる。矢印は、燃料の移動方向を示している。
ノズルホール２３は、図３に示されるように、側壁面２１に６つのノズルホールが穿孔されているが、これに制限されず、噴射される燃料の流量と渦巻きの強さに応じて可変的に穿孔することができる。
選択的に、ノズルホール２３は、側壁面２１の円柱方向に等間隔で配列されることができる。これにより、渦巻き方式で噴射される燃料を均一に燃焼室の内部に拡散させることができる。
特に、ノズルホール２３では、オリフィス１４１の接線方向から放射状方向に角度を大きくするほど渦巻きの強さは漸次減少される。従って、ノズルホール２３は、燃料の渦巻き程度を調節するため、オリフィス１４１に対するノズルホール２３の入射角度を可変させることができる。例えば、ノズルホール２３は、オリフィス１４１の接線方向から９０°（即ち、接線方向と直角をなす）まで穿孔されることができる。

図４は、本発明の第２の実施例に係るコモンレールインジェクタの下部を拡大したもので、第１の実施例のコモンレールインジェクタとノズル部２０を除いて同じ構成を有しているため、重複する内容を省略する。
図示のように、ノズル部２０は、インジェクタの下端部に位置するが、円筒形状の側壁面２１と、平坦なベース２２と、燃料の流動経路を提供するノズルホール２３とからなっている。
特に、本発明の第２の実施例に係るノズル部２０は、下向きに傾斜したノズルホール２３を備えている。即ち、ノズルホール２３は、側壁面２１を横切って管形状で形成されるが、軸方向、換言すれば、オリフィス１４１に向かって下方に傾斜している。
傾斜したノズルホール２３は、燃焼室内部への燃料の進入をより容易化することができ、下方に噴射される燃料への渦巻き作用を助ける。

以上、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明してきたが、本発明が属する技術分野の当業者であれば、本発明は、その技術的思想や必須な特徴を変更することなく他の具体的な形態に変更して実施可能であることが理解できる。
従って、上述した実施例は、あくまでも例示に過ぎず、限定的に解釈されるものではないことを理解されたい。また、本発明の範囲は、後述する特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその等価な概念から導出される全ての変更又は変形した形態は、本発明の範囲に属するものと解釈すべきである。

本発明に係る渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタは、渦巻き方式で燃料を噴射することで、排ガスの低減と共に燃焼効率の向上を図るコモンレールシステムに適用することが可能である。

１ インジェクタ
１０ ハウジング
１１ 燃料ライン
１２ 中空部
１３ ノズルニードル
１４ チップ
２０ ノズル部
２１ 側壁面
２２ ベース
２３ ノズルホール
１４１ オリフィス

図２を参照して、本発明のノズル部２０は、チップ１４の中心と同心軸をなして配置される。
特に、チップ１４は、その中央に円筒形状のオリフィス１４１を形成し、オリフィス１４１の上側部は、ノズル部２０で仕上げられる。選択的に、オリフィス１４１は、上部から下部まで漸次直径が増大するような円錐形状の断面を提供することができる。
円錐形状の断面を有するオリフィス１４１は、渦巻き方式の燃料噴射を改善して、燃焼室の内部に空気の流動方向、例えば、渦巻き方式で流動する空気と効率的に混合される。
換言すれば、渦巻き方式で噴射される燃料と渦巻き方式で流動する空気との混合が最適に行われることで煤のような排出ガスを低減することが可能となる。
上述のように、ノズル部２０は、インジェクタ１の下端部に位置する一方、燃料の噴射を保障し得るノズルホール２３を有している。ノズル部２０は、円筒形状の側壁面２１と、平坦なベース２２とからなっている。
ノズル部２０の側壁面２１は、オリフィス１４１の上端に配置され、好ましくは、ノズル部２０の側壁面２１とオリフィス１４１を限るチップ１４の内部側面は、一体に形成され、耐久性を向上させることができる。
ノズル部２０は、円筒形状の側壁面２１の上部を平坦なベース２２で閉鎖し、下部を開放したカップ形状を呈している。
また、ノズル部２０は、ハウジング１０の内部に充填された燃料を外部に向かって高速で噴射し得るノズルホール２３が、その側壁面２１に設けられている。ノズルホール２３は、側壁面２１の上端に穿孔され、好ましくは、ベース２２の下部に位置する。

Claims (7)

1. 中空部１２；前記中空部１２で上下往復移動するノズルニードル１３；及び下端部にオリフィス１４１を有するチップ１４；を備えたハウジング１０；を含んで構成され、燃焼室の内部に燃料を噴射するコモンレールインジェクタにおいて、
   円筒形状の側壁面２１、前記側壁面２１の上部を仕上げる平坦なベース２２、及び、前記中空部１２と前記オリフィス１４１とを連通する１つ以上のノズルホール２３が設けられ、カップ形状を有するノズル部２０；を含み、
   前記ノズルホール２３は、前記オリフィス１４１と接線方向に形成され、前記チップ１４は、前記ノズル部２０を手段として上部を閉鎖することを特徴とする渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタ。
2. 前記オリフィス１４１は、その上部から下部まで漸次直径を増大させた円錐形状の断面を有する請求項１に記載の渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタ。
3. 前記ノズルホール２３は、前記側壁面２１の上端に穿孔される請求項１に記載の渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタ。
4. 前記ノズルホール２３は、前記側壁面２１の円柱方向に沿って等間隔で配列されている請求項１に記載の渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタ。
5. 前記燃料は、渦巻き噴射方式で吹き付けられる請求項１に記載の渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタ。
6. 前記ノズルホール２３は、前記オリフィス１４１に向かって下方に傾斜している請求項１に記載の渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタ。
7. 前記ノズルホール２３は、前記オリフィス１４１との接線方向と、この接線方向から直角方向との間で形成される請求項１に記載の渦巻き噴射型ノズルを備えたコモンレールインジェクタ。