JP2020045868A

JP2020045868A - 燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JP2020045868A
Application number: JP2018176549A
Authority: JP
Inventors: 浩高鈴木; Hirotaka Suzuki
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】各噴孔の開口間隔を効果的に確保することにより、燃料と空気の混合を促進させる。【解決手段】先端側が閉じられたノズル室２ａを有するノズルボディ２と、ノズル室２ａ内に往復移動自在に収容されたニードル弁３と、ノズル室２ａに連通すると共に、ノズルボディ２の先端部を中心側から径方向外方に向かって放射状に延びる複数の燃料流通孔６と、燃料流通孔６の下流端から径方向外方に向かって延びると共に、ノズルボディ２の外周面に開口する複数の噴孔８とを備え、燃料流通孔６の流路面積は噴孔８の流路面積よりも広く形成されている。【選択図】図２

Description

本開示は、燃料噴射ノズルに関し、特に、エンジンの燃焼室内に燃料を直噴するインジェクタの燃料噴射ノズルに関する。

一般的に、インジェクタの燃料噴射ノズルは、ノズルボディ及びニードル弁を備えており、ノズルボディの先端側内壁にニードル弁を離着座させることにより、燃料の噴射又は停止を切り替えるようになっている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１７−４８７２３号公報特開２０１３−７９６２９号公報

一般的に、ノズルボディの先端部には、サック室から放射状に延びる複数の噴孔が設けられており、各噴孔は、ノズルボディの外周面に周方向に所定のピッチで開口する。これら各噴孔の開口間隔が狭いと、各噴孔から噴射される燃料噴霧も近くなり、各噴霧が燃焼室内の空気を取り合うことで、燃料と空気の混合が不完全になるといった課題がある。

一方、各噴孔の開口間隔を長く確保すべく、ノズルボディの外径を単純に拡径すると、必然的にサック室の容量も拡張されることになる。その結果、燃料の噴射後に、サック室内に残存する燃料の少なくとも一部が噴孔から漏出するいわゆる後だれを生じさせる可能性がある。

本開示の技術は、各噴孔の開口間隔を効果的に確保することにより、燃料と空気の混合を促進させることを目的とする。

本開示の技術は、先端側が閉じられたノズル室を有するノズルボディと、前記ノズル室内に往復移動自在に収容されたニードル弁と、前記ノズル室に連通すると共に、前記ノズルボディの先端部を中心側から径方向外方に向かって放射状に延びる複数の燃料流通孔と、前記先端部を前記燃料流通孔の下流端から径方向外方に向かって延びると共に、前記ノズルボディの外周面に開口する複数の噴孔とを備え、前記燃料流通孔の流路面積は、前記噴孔の流路面積よりも広く形成されていることを特徴とする。

また、前記先端部に環状に形成されると共に、前記燃料流通孔の下流端と前記噴孔の上流端とを連通させ、前記燃料流通孔から流れ込む燃料を前記噴孔に分配する環状サック室をさらに備えることが好ましい。

また、前記先端部の中心部に設けられると共に、前記燃料流通孔の上流端に連通し、前記ノズル室から流れ込む燃料を前記燃料流通孔に分配する中心サック室をさらに備えることが好ましい。

本開示の技術によれば、各噴孔の開口間隔を効果的に確保することにより、燃料と空気の混合を促進させることができる。

本実施形態に係る燃料噴射システムを示す模式的な全体構成図である。本実施形態に係る燃料噴射ノズルを模式的に示す縦断面図である。図２のＩ−Ｉ線断面図である。（Ａ）は比較例の燃料噴射ノズルを模式的に示す縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。他の実施形態に係る燃料噴射ノズルを模式的に示す縦断面図である。他の実施形態に係る燃料噴射ノズルを模式的に示す縦断面図である。他の実施形態に係る燃料噴射ノズルを模式的に示す縦断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る燃料噴射ノズルを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［燃料噴射システム］
図１は、本実施形態に係る燃料噴射システム１０を示す模式的な全体構成図である。

同図に示すように、燃料噴射システム１０は、燃料タンク１１と、燃料吸入配管１２と、燃料フィルタ１３と、フィードポンプ１４と、高圧ポンプ１５と、燃料供給配管１６と、コモンレール１７と、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）Ｅの各燃焼室Ａ内に燃料を噴射する複数のインジェクタ２０と、圧力制御弁１８と、リターン配管１９と、電子制御ユニット１００とを備えている。

燃料タンク１１は、燃料（例えば、軽油）を貯留する。燃料吸入配管１２は、一端側を燃料タンク１１内の燃料に浸漬させると共に、他端側をフィードポンプ１４の吸入口に接続されている。燃料フィルタ１３は、燃料吸入配管１２に介装されており、フィードポンプ１４によって汲み上げられる燃料中の異物を除去する。

フィードポンプ１４及び、高圧ポンプ１５は、エンジンＥの動力で駆動する。フィードポンプ１４は、燃料タンク１１から燃料吸入配管１２を介して汲み上げた燃料を高圧ポンプ１５に供給する。

高圧ポンプ１５は、何れも図示しないシャフトの回転によって往復運動するプランジャを備えており、プランジャの往復運動によって燃料を加圧して吐出する。高圧ポンプ１５で加圧された高圧燃料は、燃料供給配管１６を介してコモンレール１７に供給される。

コモンレール１７は、高圧ポンプ１５から供給される高圧燃料を蓄圧して各インジェクタ２０に分配する。また、コモンレール１７には、圧力制御弁１８が設けられており、コモンレール１７内の圧力が所定値に達すると、高圧燃料がリターン配管１９を介して燃料タンク１１に戻されるようになっている。

インジェクタ２０は、燃料噴射ノズル１と、駆動部２１とを備えている。燃料噴射ノズル１は、その先端側をエンジンＥの燃焼室Ａ内に臨ませて設けられており、燃焼室Ａ内に燃料を直噴する。駆動部２１は、電子制御ユニット１００と電気的に接続されている。インジェクタ２０の燃料噴射タイミング等は、電子制御ユニット１００から駆動部２１に入力される指示信号に応じて制御される。

以下、本実施形態に係るインジェクタ２０の燃料噴射ノズル１の詳細を説明する。

［燃料噴射ノズル］
図２は、本実施形態に係る燃料噴射ノズル１を模式的に示す縦断面図である。同図に示すように、燃料噴射ノズル１は、ノズルボディ２と、ニードル弁３とを備えている。

ノズルボディ２は、先端部が閉じられた略有底筒状に形成されており、ノズル室２ａを有する。ノズル室２ａ内には、細長棒状のニードル弁３が軸方向に往復移動自在に収容されている。また、ノズル室２ａには、コモンレール１７（図１参照）で蓄圧された高圧燃料が充填される。

ノズルボディ２の先端部には、ニードル弁３が離着座するボディシート部５が設けられている。ボディシート部５は、先端側に向かって略円錐状に窪むテーパ状に形成されている。ニードル弁３の先端部には、先端側から順に、円錐部３Ｂと、円錐台部３Ｃとが設けられている。円錐部３Ｂの軸βに対する傾斜角度は、円錐台部３Ｃの軸βに対する傾斜角度よりも大きく形成されており、これら円錐部３Ｂと円錐台部３Ｃとの境界部３Ｅが、ボディシート部５のテーパ面に離着座するニードルシート部３ａとして機能するようになっている。

具体的には、ニードル弁３は、不図示のリターンスプリングによってボディシート部５に向けて常時付勢されている。駆動部２１（図１参照）に設けられた不図示の電磁コイルが電子制御ユニット１００（図１参照）からの指令により励磁されると、ニードル弁３はリターンスプリングの付勢力に抗して基端側に移動され、ニードルシート部３ａがボディシート部５から離座することで燃料の流路を開放する。一方、電磁コイルが電子制御ユニット１００（図１参照）からの指令により消磁されると、リターンスプリングの付勢力によってニードル弁３は先端側に移動され、ニードルシート部３ａがボディシート部５に着座することで燃料の流路を遮断するように構成されている。

ノズルボディ２の先端部の略中心部には、ボディシート部５から先端側に向けて略円錐状に窪む第１サック室７（中心サック室）が設けられている。なお、第１サック室７は先端側に向けて半球状に窪むように形成されてもよい。

また、ノズルボディ２の先端部には、第１サック室７から径方向外方に向けて放射状に延びる複数の燃料流通孔６が周方向に所定のピッチ（好ましくは、等ピッチ）で設けられている（図３参照）。各燃料流通孔６の上流端は、第１サック室７に連通しており、ノズル室２ａから第１サック室７に流れ込んだ燃料が、第１サック室７にて各燃料流通孔６に均等に分配されるように構成されている。

各燃料流通孔６の下流端は、ノズルボディ２の先端部に第１サック室７と同心円上に略円環状に形成された第２サック室９（環状サック室）によって互いに連接されている。第２サック室９の流路断面積は、好ましくは、燃料流通孔６の流路断面積よりも大きく形成されており、各燃料流通孔６を流通した燃料が第２サック室９内に効果的に導入されるようになっている。

さらに、ノズルボディ２の先端部には、第２サック室９から径方向外方に向けて放射状に延びる複数の噴孔８が周方向に所定のピッチ（好ましくは、等ピッチ）で設けられている（図３参照）。各噴孔８の上流端は、第２サック室９に連通しており、各燃料流通孔６から第２サック室９に流れ込んだ燃料が、第２サック室９にて各噴孔８に均等に分配されるように構成されている。すなわち、第１サック室７にて各燃料流通孔６に均等に分配された燃料が、第２サック室９にて各噴孔８に均等に分配されることで、燃料が二段階で均等に分配されるようになっている。

各噴孔８は、ノズルボディ２の先端部を燃料流通孔６と同一軸心上に延びると共に、その下流端はノズルボディ２の先端側の外周面に開口する。すなわち、各噴孔８の開口８Ａが、燃料を燃焼室Ａに向けて噴射する噴口として機能するようになっている。噴孔８の流路断面積は、好ましくは、燃料流通孔６の流路断面積よりも小さく形成されており、各燃料流通孔６から第２サック室９を介して流れ込む燃料が各噴孔８にて絞られた後、開口８Ａから燃焼室Ａ内に噴射されるように構成されている。なお、燃料噴射ノズル１の成型は、鋳造後に中子から取り除いて製造する方法や、３Ｄプリンタによる製造方法を適用できる。

［作用効果］
次に、本実施形態に係る燃料噴射ノズル１の作用効果を、比較例を用いて説明する。

図４は、比較例の燃料噴射ノズル３１を模式的に示す断面図である。同図に示すように、比較例においては、ノズルボディ３２の先端部の略中心に小容量のサック室３７が１個のみ設けられると共に、複数の噴孔３８がサック室３７から直接的に延びており、ノズルボディ３２の外径Ｄ２は全体的に小さく抑えられている。このため、各噴孔３８の開口間隔Ｗ２が狭くなり、各噴孔３８から噴射される燃料噴霧も近くなることで、燃料と空気の混合が不完全になる課題がある。

また、比較例において、各噴孔３８の開口間隔Ｗ２を広く確保すべく、ノズルボディ３２の外径Ｄ２を単純に拡径すると、必然的にサック室３７の容量も拡張することになり、燃料の噴射後にサック室３７に残存する燃料が噴孔３８から漏出する後だれを生じさせる課題がある。

これに対して、本実施形態の燃料噴射ノズル１によれば、第１サック室７から開口８Ａに向けて燃料を流通させる流通孔を、流路面積が大きい燃料流通孔６と、流路面積が小さい噴孔８とにより構成することで、ノズルボディ２の外径Ｄが比較例よりも全体的に拡径されている（Ｄ＞Ｄ２）。また、ノズルボディ２の外径Ｄを拡径したことで、各噴孔８の開口間隔Ｗも比較例よりも広く確保されている（Ｗ＞Ｗ２）。これにより、各噴孔８から噴射される燃料の噴霧間距離が大きく確保されて、各噴霧間の空気の取り合いが効果的に抑制されるようになり、燃料と空気の混合を確実に促進させることが可能になる。

また、本実施形態の燃料噴射ノズル１によれば、燃料流通孔６と噴孔８との間に円環状の第２サック室９を設けることで、サック室が第１サック室７と第２サック室９とに分割形成されている。すなわち、サック室を分割することにより、サック室７，９全体の容積が小さく抑えるように構成されている。これにより、燃料の噴射後に各サック室７，９に残存する燃料が燃料流通孔６や噴孔８を介して漏出する燃料の後だれを効果的に防止することが可能になる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図５に示すように、各燃料流通孔６の上流端をノズルボディ２の先端部の中心部まで延長し、第１サック室７を省略して構成してもよい。

また、図６に示すように、各燃料流通孔６の下流端を径方向外方に延長し、燃料流通孔６の下流端を噴孔８の上流端と直接的に連通することにより、第２サック室９を省略して構成してもよい。

また、図７に示すように、各燃料流通孔６の上流端をノズルボディ２の先端部の中心部まで延長すると共に、各燃料流通孔６の下流端を径方向外方に延長して噴孔８の上流端と直接的に連通させて、第１サック室７及び第２サック室９を省略して構成してもよい。

これら何れの場合も、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

１燃料噴射ノズル
２ノズルボディ
２ａノズル室
３ニードル弁
３ａニードルシート部
５ボディシート部
６燃料流通孔
７第１サック室（中心サック室）
８噴孔
９第２サック室（環状サック室）

Claims

先端側が閉じられたノズル室を有するノズルボディと、
前記ノズル室内に往復移動自在に収容されたニードル弁と、
前記ノズル室に連通すると共に、前記ノズルボディの先端部を中心側から径方向外方に向かって放射状に延びる複数の燃料流通孔と、
前記先端部を前記燃料流通孔の下流端から径方向外方に向かって延びると共に、前記ノズルボディの外周面に開口する複数の噴孔と、を備え、
前記燃料流通孔の流路面積は、前記噴孔の流路面積よりも広く形成されている
ことを特徴とする燃料噴射ノズル。
前記先端部に環状に形成されると共に、前記燃料流通孔の下流端と前記噴孔の上流端とを連通させ、前記燃料流通孔から流れ込む燃料を前記噴孔に分配する環状サック室をさらに備える
請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
前記先端部の中心部に設けられると共に、前記燃料流通孔の上流端に連通し、前記ノズル室から流れ込む燃料を前記燃料流通孔に分配する中心サック室をさらに備える
請求項１又は２に記載の燃料噴射ノズル。