JP2022088969A - 燃料噴射弁および舶用内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料噴射弁の耐久性を向上させる。【解決手段】燃料噴射弁3は、ノズルボディ30に針弁34を収容してなる。ここで、ノズルボディ30は、針弁34を収容する第1および第2内壁部31b,32aと、第2内壁部32aの先端部をテーパ状に縮径させてなる円錐状の第1シール部32bと、を有し、針弁34は、基端側から先端側に向かって順に、第1内壁部31bに内接する摺動部34aと、第2内壁部32aに間隔を空けて相対する非摺動部34cと、非摺動部34cの先端部を第1シール部32bよりも緩慢に縮径させてなり、該第1シール部32bに当接する円錐状の第2シール部34dと、を有し、非摺動部34cの外面には周方向に沿って溝部34eが凹設される。この溝部34eは、針弁34の軸方向において、摺動部34aに比して第2シール部34dに近接するように配置される。【選択図】図2
Description
本開示は、燃料噴射弁、および該燃料噴射弁を備える舶用内燃機関に関する。
例えば特許文献1には、ノズルボディに針弁を収容してなる燃料噴射弁が開示されている。具体的に、特許文献1に係るノズルボディは、その先端に円錐状の第1シール部(第1シール面)を有する一方、同文献に係る針弁は、その先端に同じく円錐状の第2シール部(第2シール面)を有してなる。前記特許文献1によれば、第1シール部と第2シール部とを接離させることで、燃料の流れを制御することができる。
ところで、一般的な燃料噴射弁の場合、前記特許文献1に記載されているような第2シール部の外周面は、第1シール部の内周面に比して緩やかに傾斜することになる。そのように傾斜角を異ならせた場合、第1シール部と第2シール部は、通常、面接触ではなく線接触(線あたり)となる。この場合、第2シール部における特定の部位が、第1シール部と集中的に接触することになる。
そのため、第1シール部と第2シール部との接触面圧(特に、接触面圧の最大値)が過度に高くなると、接触部(エッジ)にへたり、摩耗等が発生し、前述のような線接触から面接触へと不可逆的に変化してしまう可能性があった。面接触に変化した場合、接触面積が広くなることから、接触面圧が常時低下してしまい、開弁圧の永続的な低下、燃料の噴射切れの悪化等の不都合を招くことになる。このことは、燃料噴射弁の耐久性を向上させ、その長寿命化を図る上では不都合である。
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ノズルボディ側の第1シール部と、針弁側の第2シール部との傾斜角を異ならせた場合において、燃料噴射弁の耐久性を向上させることにある。
本開示の第1の態様は、ノズルボディに針弁を収容してなり、該針弁をバネ力に抗して開弁させることで燃料を先端から噴射するように構成された燃料噴射弁に係る。この燃料噴射弁において、前記ノズルボディは、前記針弁の収容空間を区画する内壁部と、前記内壁部の先端部をテーパ状に縮径させてなる円錐状の第1シール部と、を有し、前記針弁は、基端側から先端側に向かって順に、前記内壁部に内接する摺動部と、前記針弁の軸方向に延び、前記内壁部に対して間隔を空けて相対する非摺動部と、前記非摺動部の先端部を前記第1シール部よりも緩慢に縮径させてなり、該第1シール部に当接する円錐状の第2シール部と、を有し、前記非摺動部の外面には、該非摺動部の周方向に沿って溝部が凹設される。
そして、前記第1の態様によれば、前記溝部は、前記針弁の軸方向において、前記摺動部に比して前記第2シール部に近接するように配置される。
本願発明者らは、非摺動部に溝部を設けることで、第2シール部付近の剛性を低下させ、第1シール部と第2シール部との接触面圧が過度に高くならないようにすることを検討した。
しかしながら、溝部を設ける場所次第では、第2シール部付近の剛性が良好に低下しない可能性がある。そこで、前記第1の態様のように、単に溝部を設けるのに留まらず、その溝部を第2シール部に対して相対的に近接させることで、第2シール部付近の剛性を良好に低下させることができる。
また、前記溝部を第2シール部に近接させた場合、その溝部は、軸方向に長く伸びる非摺動部の先端に配置されることになる。非摺動部の先端に溝部を配置することで、溝部および第2シール部付近の部位は、径方向等においてフレキシブルに動くようになる。
このように、第2シール部付近の剛性を良好に低下させたことと、その付近の部位をフレキシブルに動作可能に構成したことと、が相まって、第1シール部と第2シール部とを周方向において均一に当接させることができるようになる。その結果、第1シール部と第2シール部との接触面圧が過度に高くなるのを効果的に抑制し、ひいては、燃料噴射弁の耐久性を向上させることが可能になる。
また、本開示の第2の態様によれば、前記針弁の径方向における前記溝部の深さは、前記針弁の軸方向における前記溝部と前記第2シール部との間隔よりも大きい、としてもよい。
本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、得られた知見によれば、前記第2の態様のように、溝部と第2シール部との間隔よりも大きくなるように溝部の深さを設定することで、第1シール部と第2シール部との接触面圧を効果的に抑制する上で有利になる。
また、本開示の第3の態様によれば、前記溝部は、前記針弁の中心軸に直交する方向から見た場合に、円弧状の縦断面を有し、前記針弁の径方向における前記溝部の深さは、前記縦断面の半径よりも大きい、としてもよい。
本願発明者らが鋭意検討を重ねた結果、得られた知見によれば、前記第3の態様のように、溝部を断面円弧状に形成するとともに、その円弧の半径よりも大きくなるように溝部の深さを設定することで、第1シール部と第2シール部との接触面圧を効果的に抑制する上で有利になる。
また、本開示の第4の態様は、前記燃料噴射弁を備える舶用内燃機関に係る。
以上説明したように、本開示によれば、燃料噴射弁の耐久性を向上させることができる。
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。図1は、舶用内燃機関(以下、単に「エンジン1」ともいう)の構成を例示する模式図である。
エンジン1は、複数のシリンダ16を備えた直列多気筒式のディーゼルエンジンである。このエンジン1は、ユニフロー掃気方式の2ストローク1サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、大型の船舶に搭載される。
船舶に搭載されたエンジン1は、その船舶を推進させるための主機関として用いられる。そのために、エンジン1の出力軸は、プロペラ軸(不図示)を介して船舶のプロペラ(不図示)に連結されている。エンジン1が運転することにより、その出力がプロペラに伝達されて、船舶が推進するように構成されている。
特に、本開示に係るエンジン1は、そのロングストローク化を実現するべく、いわゆるクロスヘッド式の内燃機関として構成されている。すなわち、このエンジン1においては、下方からピストン21を支持するピストン棒22と、クランクシャフト23に連接される連接棒24と、がクロスヘッド25により連結されている。
(1)主要構成
以下、エンジン1の要部について説明する。
以下、エンジン1の要部について説明する。
図1に示すように、エンジン1は、下方に位置する台板11と、台板11上に設けられる架構12と、架構12上に設けられるシリンダジャケット13と、を備えている。台板11、架構12およびシリンダジャケット13は、上下方向に延びる複数のタイボルトおよびナットにより締結されている。エンジン1はまた、シリンダジャケット13内に設けられるシリンダ16と、シリンダ16内に設けられるピストン21と、ピストン21の往復移動に連動して回転する出力軸(例えばクランクシャフト23)と、を備えている。
台板11は、エンジン1のクランクケースを構成するものであり、クランクシャフト23と、クランクシャフト23を回転自在に支持する軸受26と、を収容している。クランクシャフト23には、クランク27を介して連接棒24の下端部が連結されている。
架構12は、一対のガイド板28と、連接棒24と、クロスヘッド25と、を収容している。このうち、一対のガイド板28は、ピストン軸方向に沿って設けられた一対の板状部材からなり、エンジン1の幅方向(図1の紙面左右方向)に間隔を空けて配置されている。連接棒24は、その下端部がクランクシャフト23に連結された状態で、一対のガイド板28の間に配置されている。連接棒24の上端部は、クロスヘッド25を介してピストン棒22の下端部に連結されている。
具体的に、クロスヘッド25は、一対のガイド板28の間に配置されており、各ガイド板28に沿って上下方向に摺動する。すなわち、一対のガイド板28は、クロスヘッド25の摺動を案内するように構成されている。クロスヘッド25は、クロスヘッドピン29を介してピストン棒22および連接棒24と接続されている。クロスヘッドピン29は、ピストン棒22に対しては一体的に上下動するよう接続されている一方、連接棒24に対しては、連接棒24の上端部を支点として、連接棒24を回動させるように接続されている。
シリンダジャケット13は、内筒としてのシリンダライナ14を支持する。シリンダライナ14は、円筒状に形成されており、シリンダジャケット13に挿入される。シリンダジャケット13の内部空間は、シリンダライナ14の内部空間と連通する。シリンダライナ14の内部には、前述のピストン21が配置されている。このピストン21は、シリンダライナ14の内壁に沿って上下方向に往復移動する。また、シリンダライナ14の上部にはシリンダカバー15が固定されている。シリンダカバー15は、シリンダライナ14とともにシリンダ16を構成している。
また、シリンダカバー15には、不図示の動弁装置によって作動される排気弁18が設けられている。排気弁18は、シリンダライナ14およびシリンダカバー15から構成されるシリンダ16、並びに、ピストン21の頂面とともに燃焼室17を区画している。排気弁18は、その燃焼室17と排気管19との間を開閉するものである。排気管19は、燃焼室17に通じる排気口を有しており、排気弁18は、その排気口を開閉するように構成されている。
また、シリンダカバー15には、燃焼室17に燃料を供給するための燃料噴射弁3が設けられている。燃料噴射弁3は、燃焼室17の室内にディーゼル燃料を噴射する。
さらに、本実施形態に係るエンジン1は、燃料噴射弁3にディーゼル燃料を圧送する燃料ポンプ39を備えている。図1に示すように、燃料ポンプ39は、シリンダ16の近傍にレイアウトされており、不図示の燃料噴射管を介して燃料噴射弁3と流体的に接続されている。
シリンダ16の近傍には、排気マニホールド41も配置される。この排気マニホールド41は、排気管19を介して燃焼室17と接続される。排気マニホールド41は、燃焼室17から排気管19を通じて排ガスを受け入れ、受け入れた排ガスを一時貯留して、この排ガスの動圧を静圧に変える。
エンジン1は、空気等の燃焼用気体を過給する過給機42と、過給機42によって圧縮された燃焼用気体を一時的に貯留する掃気トランク43と、をさらに備えている。過給機42は、排ガスの圧力を利用してタービン(不図示)とともにコンプレッサ(不図示)を回転させ、このコンプレッサによって燃焼用気体を圧縮する。掃気トランク43は、シリンダジャケット13の内部空間と連通するように設けられる。過給機42によって圧縮された燃焼用気体(以下、「圧縮気体」ともいう)は、掃気トランク43からシリンダジャケット13の内部空間に流入し、その内部空間から掃気ポート14aを通じてシリンダライナ14の内部空間(シリンダライナ14の内壁部14bによって包囲された空間)に送給される。
エンジン1の運転に際しては、燃焼室17の室内に、燃料噴射弁3からディーゼル燃料が供給されるとともに、掃気トランク43からシリンダジャケット13等を通じて圧縮気体が供給される。これにより、燃焼室17内においては、ディーゼル燃料が圧縮気体によって燃焼する。
そして、ディーゼル燃料により生じたエネルギーによって、ピストン21は、シリンダライナ14に沿って上下方向に往復移動する。このとき、排気弁18が作動して燃焼室17が開放されると、燃焼によって生じた排ガスが排気管19に押し出される。また、シリンダライナ14に沿ってピストン21が往復移動することで、シリンダジャケット13からシリンダライナ14内へ圧縮気体(空気)が吸い出されて、これをピストン21が押し込むことで、燃焼室17内に圧縮気体が新たに導入される。このような行程を繰り返すことで、ディーゼル燃料の燃焼と、シリンダ16内の掃気と、が繰り返し実行される。
また、燃焼によってピストン21が往復移動をすると、ピストン21とともにピストン棒22が上下方向に往復移動をする。これにより、ピストン棒22に連結されたクロスヘッド25が、上下方向に往復移動をする。このクロスヘッド25は、連接棒24の回動を許容するようになっており、クロスヘッド25との接続部位を支点として、連接棒24を回動させる。そして、連接棒24の下端部に接続されるクランク27がクランク運動し、そのクランク運動に応じてクランクシャフト23が回転する。こうして、クランクシャフト23は、ピストン21の往復移動を回転運動に変換し、プロペラ軸とともに船舶のプロペラを回転させる。これにより、船舶が推進する。
ところで、本実施形態に係る燃料噴射弁3は、後述のように、そのノズルボディ30に針弁34を収容してなり、該針弁34をバネ力に抗して開弁させることで、該燃料噴射弁3の先端から燃料を噴射させるように構成されている。
本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、針弁34の構造に工夫を凝らすことで、燃料噴射弁3の長寿命化を実現するに至った。
以下、燃料噴射弁3の構成のうち、針弁34に係る構成について詳細に説明する。
(2)燃料噴射弁の構成
図2は、燃料噴射弁3の構造を例示する縦断面図である。図3は、針弁34の構造を例示する図である。図4は、燃料噴射弁3の先端を拡大して例示する縦断面図である。図4においては、後述の第2ボディ部32と、針弁34のうち深さBおよび曲率半径Rを示した一部の部位と、が断面視されている。
図2は、燃料噴射弁3の構造を例示する縦断面図である。図3は、針弁34の構造を例示する図である。図4は、燃料噴射弁3の先端を拡大して例示する縦断面図である。図4においては、後述の第2ボディ部32と、針弁34のうち深さBおよび曲率半径Rを示した一部の部位と、が断面視されている。
なお、以下の説明においては、図2に例示される針弁34の中心軸Cに沿う方向を「軸方向」と定義し、この中心軸Cから放射状に延びる方向を「径方向」と定義する。また、この中心軸Cを中心とした時計回り方向および反時計回り方向を「周方向」と定義する。
軸方向は、「上下方向」と言い換えることもできる。また、軸方向に沿って針弁34の基端(摺動部34a)側から先端(第2シール部34d)側へ向かう方向を「下方向」と呼称し、その反対方向を「上方向」と呼称する場合もある。
径方向は、前述の上下方向に直交する。また、径方向において中心軸Cに近接する一側を「内側」と呼称し、中心軸Cから離間する他側を「外側」と呼称する場合もある。
具体的に、本実施形態に係る燃料噴射弁3は、ノズルボディ30と、ノズルボディ30に収容される針弁34と、針弁34の基端部にバネ力を作用させる付勢機構(不図示)と、を備えている。
このうち、ノズルボディ30は、針弁34の基端側部分(摺動部34a)を収容するための第1ボディ部31と、針弁34の先端側部分(連結部34b、非摺動部34c、溝部34eおよび第2シール部34d)を収容するための第2ボディ部32と、燃料の噴射口33aが形成された第3ボディ部33と、を有する。
このうち、第1ボディ部31は、上下両端を開放させた略円筒状の部材によって構成される。そして、第1ボディ部31における上側の開口部からは針弁34の上端部が突出する一方、下側の開口部には第2ボディ部32が嵌合されるようになっている。
詳しくは、第1ボディ部31には、外部から燃料を導入するための導入路31aと、第2ボディ部32における第2内壁部32aとともに針弁34の収容空間Sを区画する第1内壁部31bと、を有する。
図2に示すように、第1内壁部31bの内径は、針弁34の摺動部34aの外径と実質的に一致する。そのため、この第1内壁部31bは、針弁34の摺動部34aと内接し、該摺動部34aの軸方向における摺動を案内することになる。また、第1内壁部31bの下端部は、導入路31aの下端部と連通しており、第2ボディ部32の上端部とともに略ドーム状の空間を区画するようになっている。この空間は、いわゆる油溜まりとして機能する。
一方、第2ボディ部32は、上下両端を開放させかつ第1ボディ部31よりも小径に形成された、略円筒状の部材によって構成される。そして、第2ボディ部32における上側
の開口部には針弁34の下半部が挿入される一方、下側の開口部には第3ボディ部33が取り付けられるようになっている。
の開口部には針弁34の下半部が挿入される一方、下側の開口部には第3ボディ部33が取り付けられるようになっている。
詳しくは、第2ボディ部32には、前述の第1内壁部31bとともに針弁34の収容空間を区画する第2内壁部32aと、針弁34の先端(第2シール部34d)と当接する円錐状の第1シール部32bと、が設けられている。
図2に示すように、第2内壁部32aの内径は、針弁34の非摺動部34cの外径よりも大径である。そのため、この第2内壁部32aは、針弁34の非摺動部34cと内接せず、間隔を空けて相対することになる。第2内壁部32aは、前述の第1内壁部31bとともに、本実施形態における「ノズルボディの内壁部」を構成している。
また、第1シール部32bは、第2内壁部32aの先端部をテーパ状に縮径させてなる円錐状に構成されている。第1シール部32bの内周面がなす第1傾斜角θ1は、後述の第2シール部34dの外周面がなす第2傾斜角θ2に比して急峻である(θ1<θ2)。なお、この第1傾斜角θ1は、第1シール部32bに対応した円錐の斜辺と、中心軸Cとがなす角度のうち、図2に示すように、基端側に向かって扇状に開いた角度を指す。図3に示すように、第2傾斜角θ2についても、第1傾斜角θ1と同様に定義される。
また、第1シール部32bに対応した円錐の頂部には、上下方向に延びる給油孔32cが形成されている。この給油孔32cは、第3ボディ部33における上端側の開口に接続されている。
第3ボディ部33は、上端部を開放させかつ第2ボディ部32よりも小径に形成された、有底円筒状の部材によって構成される。第3ボディ部33における上端側の開口部には、第2ボディ部32の給油孔32cが接続されている。また、第3ボディ部33の下端部には、斜め下方向に延びる噴射口33aが形成されている。
一方、本実施形態に係る針弁34は、上端(基端)側から下端(先端)側に向かって順に、摺動部34aと、連結部34bと、非摺動部34cと、溝部34eと、第2シール部34dと、を有する。
このうち、摺動部34aは、ノズルボディ30の内壁部(具体的には第1ボディ部31における第1内壁部31b)に内接するように構成されている。具体的に、本実施形態に係る摺動部34aは、第1内壁部31bの内径と略同径の外径を有する円柱状に形成されており、その第1内壁部31bに摺接した状態で配置されている。
連結部34bは、摺動部34aの下端部と、非摺動部34cの上端部とを接続するように構成されている。具体的に、本実施形態に係る連結部34bは、下方に向かって緩やかに縮径した円錐台状に形成されている。連結部34bの外周面は、非摺動部34cの外周面と同様に、軸方向および周方向における全域が、ノズルボディ30の内壁部(第2内壁部32a)に対して間隔を空けて相対するようになっている。連結部34bは、バネ力によって針弁34が上下に移動した場合にあってもなお、ノズルボディ30の内壁部(第2内壁部32a)に対して非接触状態を保持するようになっている。
非摺動部34cは、上下方向(針弁34の軸方向)に延び、かつ、ノズルボディ30の内壁部(具体的には、第2ボディ部32における第2内壁部32a)に対して間隔を空けて相対するように構成されている。具体的に、本実施形態に係る非摺動部34cは、上下方向に沿って延びる円柱状に形成されている。非摺動部34cの外周面は、軸方向および周方向における全域が、ノズルボディ30の内壁部(第2内壁部32a)に対して間隔を空けて相対するようになっている。非摺動部34cは、バネ力によって針弁34が上下に移動した場合にあってもなお、ノズルボディ30の内壁部(第2内壁部32a)に対して非接触状態を保持するようなっている。
つまり、本実施形態に係る非摺動部34cは、軸方向における特定の部位をノズルボディ30の内壁部に内接させることなく、全ての部位を当該内壁部から離間させるように構成されている。
第2シール部34dは、非摺動部34cの先端部を第1シール部32bよりも緩慢に縮径させてなる円錐状に構成されており、該第1シール部32bの内周面に当接するように構成されている。
前述のように、第2シール部34dの外周面がなす第2傾斜角θ2は、第1シール部32bの内周面がなす第1傾斜角θ1に比して緩慢である(θ1<θ2)。この第2傾斜角θ2は、第2シール部34dに対応した円錐の斜辺と、中心軸Cとがなす角度のうち、図3に示すように、基端側に向かって扇状に開いた角度を指す。
図4の囲み部Iに示すように、第2シール部34dを相対的に緩慢に傾斜したことによって、第2シール部34dの外周面と第1シール部32bの内周面は、面接触ではなく線接触することになる。つまり、第2シール部34dと第1シール部32bとの接触面は、三次元的に見た場合、中心軸Cまわりにリング状の曲線を描くことになる。
溝部34eは、非摺動部34cの外面に設けられる。この溝部34eは、該非摺動部34cの周方向に沿って凹設される。そして、本実施形態に係る溝部34eは、針弁34の軸方向(上下方向)において、摺動部34aに比して第2シール部34dに近接するように配置される。換言すれば、針弁34の軸方向において、溝部34eと第2シール部34dとの間隔Aは、少なくとも、溝部34eと摺動部34aとの間隔よりも狭い。
具体的に、本実施形態に係る溝部34eと第2シール部34dとの間には、略円柱状の介在部34fが介在する。軸方向における介在部34fの寸法は、前述した溝部34eと第2シール部34dとの間隔Aに等しい。この間隔Aは、本実施形態では、図3から明らかなように、溝部34eと摺動部34aとの間隔よりも短くなる。
また、図4に示すように、溝部34eは、針弁34の中心軸Cに直交する方向から見た場合(言い換えると、中心軸Cに沿って延びかつ該中心軸Cを通過する縦断面を正面視した場合)に、円弧状の縦断面を有する。特に、本実施形態に係る溝部34eは、略半円状の縦断面を有している。
ここで、針弁34の径方向における溝部34eの深さBは、図4に示すように、前記縦断面で見た場合における溝部34eの寸法(特に、径方向における寸法)と定義することができる。例えば、深さBと、前記縦断面で見た場合における溝部34eの半径(以下、これを「曲率半径」ともいう)Rとが一致する場合(B=R)、溝部34eの縦断面は、半円状(中心角が180°の扇形状)となる。一方、深さBが曲率半径Rよりも小さい場合(B<R)、溝部34eの縦断面は、180°未満の中心角を有する扇形状となる。
特に本実施形態では、深さBは曲率半径Rとほぼ等しく、より詳細には、曲率半径Rよりも若干大きい(B>R)。この場合、溝部34eの縦断面は、180°を超える中心角を有する扇形状となる。
図7Aに、深さBが曲率半径Rよりも十分に大きい場合における、溝部34eの断面形状を例示する。なお、溝部34eの断面形状は、扇形状には限定されない。図7Bに示すように、U字型のノッチ形状としてもよい。径方向における溝部34eの深さBは、針弁34の軸方向における溝部34eと第2シール部34dとの間隔Aよりも大きい(B>A)。
(3)実施例
以下に示す実施例1~9および比較例1の燃料噴射弁3を準備した。それぞれの構成は、表1にも示す。そして、本願発明者らは、実施例1~9および比較例1において実現される性能を検証し、各燃料噴射弁3において第1シール部32bと第2シール部34dとの間の接触面圧の最大値(シート最大面圧)を算出した。
以下に示す実施例1~9および比較例1の燃料噴射弁3を準備した。それぞれの構成は、表1にも示す。そして、本願発明者らは、実施例1~9および比較例1において実現される性能を検証し、各燃料噴射弁3において第1シール部32bと第2シール部34dとの間の接触面圧の最大値(シート最大面圧)を算出した。
なお、以下の実施例1~9および比較例1において、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A、径方向における溝部34eの深さB以外の寸法は、溝部34eの曲率半径Rを含め共通である。例えば、非摺動部34cの直径R’の大きさは、以下に示す実施例1~9および比較例1の全てにおいて共通の値に固定されている。
そして、非摺動部34cの直径R’に対する曲率半径Rの比(=R/R’)は、実施例1~9および比較例1の全てにおいて0.105に設定されている。同様に、実施例1~9および比較例1において、間隔Aおよび深さBは、非摺動部34cの直径R’で除算した値として例示する。
また、以下の実施例1~9は、前述した溝部34eを具備した構成例に相当し、比較例1は、溝部34eを非具備とした構成例に相当する。具体的に、図6に示す燃料噴射弁103が、比較例1に係る燃料噴射弁3に相当する。
図6に示すように、比較例1に係る燃料噴射弁103は、前記実施形態と同様に、ノズルボディ130に針弁134を収容してなる。ノズルボディ130は、前記実施形態と同様に構成された第1ボディ部131および第2ボディ部132を有しており、針弁134の収容空間Sを区画している。一方、比較例1における針弁134は、第1ボディ部131の内壁部に内接する摺動部134aと、第2ボディ部132の内壁部132aに間隔を空けて相対する非摺動部134cと、非摺動部134cの先端に設けられ、第2ボディ部132に設けた第1シール部132bよりも緩やかに傾斜する第2シール部134dと、を有している。
また、以下の実施例1~9のうち、実施例1~3は深さB(より正確には、非摺動部34cの直径R’で除算した「B/R’」に相当する。以下、同様である。)が0.105であり、実施例4~6は深さB(B/R’)が0.140であり、実施例7~9は深さB(B/R’)が0.070である。
-実施例1-
実施例1においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(より正確には、非摺動部34cの直径R’で除算した「A/R’」に相当する。以下、同様である。)は0.070であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.105であり、溝部34eの曲率半径R(より正確には、非摺動部34cの直径R’で除算した「R/R’」に相当する。以下、同様である。)は、0.105である。
実施例1においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(より正確には、非摺動部34cの直径R’で除算した「A/R’」に相当する。以下、同様である。)は0.070であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.105であり、溝部34eの曲率半径R(より正確には、非摺動部34cの直径R’で除算した「R/R’」に相当する。以下、同様である。)は、0.105である。
-実施例2-
実施例2においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.105であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.105であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
実施例2においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.105であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.105であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
-実施例3-
実施例3においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.140であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.105であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
実施例3においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.140であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.105であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
-実施例4-
実施例4においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.070であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.140であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
実施例4においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.070であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.140であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
-実施例5-
実施例5においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.105であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.140であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
実施例5においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.105であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.140であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
-実施例6-
実施例6においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.140であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.140であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
実施例6においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.140であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.140であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
-実施例7-
実施例7においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.070であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.070であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
実施例7においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.070であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.070であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
-実施例8-
実施例8においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.105であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.070であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
実施例8においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.105であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.070であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
-実施例9-
実施例9においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.140であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.070であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
実施例9においては、溝部34eと第2シール部34dとの間隔A(A/R’)は0.140であり、径方向における溝部34eの深さB(B/R’)は0.070であり、溝部34eの曲率半径R(R/R’)は、0.105である。
-比較例1-
比較例1においては、溝部34eは非具備とされている。そのため、間隔A、深さB等のパラメータは、特に設定されていない。非摺動部34cの直径R’の大きさは、実施例1~9と同一である。
比較例1においては、溝部34eは非具備とされている。そのため、間隔A、深さB等のパラメータは、特に設定されていない。非摺動部34cの直径R’の大きさは、実施例1~9と同一である。
(評価方法)
前述のようにして構成された各燃料噴射弁3において、その針弁34に0.03Jの運動エネルギーを与え、針弁34とノズルボディ30とを衝突させた。そして、比較例におけるシート最大面圧を100%としたときの、各実施例におけるシート最大面圧の割合を百分率で表し、その大小関係をグラフ化して可視化した。
前述のようにして構成された各燃料噴射弁3において、その針弁34に0.03Jの運動エネルギーを与え、針弁34とノズルボディ30とを衝突させた。そして、比較例におけるシート最大面圧を100%としたときの、各実施例におけるシート最大面圧の割合を百分率で表し、その大小関係をグラフ化して可視化した。
(評価結果)
評価結果は、図5に示すグラフGの通りである。このグラフGにおいて、横軸は間隔Aであり、縦軸はシート最大面圧である。また、横軸に平行な直線L0は比較例1におけるシート最大面圧(=100%)を示し、折れ線L1は実施例1~3におけるシート最大面圧を繋げた折れ線グラフ(つまり、B/R’=0.105の場合のグラフ)を示し、折れ線L2は実施例7~9におけるシート最大面圧を繋げた折れ線グラフ(つまり、B/R’=0.070の場合のグラフ)を示し、折れ線L3は実施例4~6におけるシート最大面圧を繋げた折れ線グラフ(つまり、B/R’=0.140の場合のグラフ)を示す。
評価結果は、図5に示すグラフGの通りである。このグラフGにおいて、横軸は間隔Aであり、縦軸はシート最大面圧である。また、横軸に平行な直線L0は比較例1におけるシート最大面圧(=100%)を示し、折れ線L1は実施例1~3におけるシート最大面圧を繋げた折れ線グラフ(つまり、B/R’=0.105の場合のグラフ)を示し、折れ線L2は実施例7~9におけるシート最大面圧を繋げた折れ線グラフ(つまり、B/R’=0.070の場合のグラフ)を示し、折れ線L3は実施例4~6におけるシート最大面圧を繋げた折れ線グラフ(つまり、B/R’=0.140の場合のグラフ)を示す。
グラフG5に示すように、実施例1~9の全てにおいて、シート最大面圧が良好に低下している。また、シート最大面圧の低下量は、深さBがより大きくなる(より深くなる)につれて、より大きく低下するようになっている。
また、折れ線L1における左端のプロット(実施例1の評価結果を示すプロット)と、中央のプロット(実施例2の評価結果を示すプロット)との比較から示されるように、深さBが間隔Aより大きい場合には、それが小さい場合に比して、シート最大面圧はより大きく低下する。同様の傾向は、折れ線L3における右端のプロット(実施例6の評価結果を示すプロット)と、中央および左端のプロット(実施例4および5の評価結果を示すプロット)と比較からも示されている。一方、折れ線L2では、間隔Aと深さBとの大小関係が逆転することはなく、他の折れ線L1,L3ほどシート最大面圧は著しく変化していないことが見て取れる。
また、グラフG5において、折れ線L2は深さBが曲率半径Rよりも小さい場合(B<R)を示し、折れ線L1は深さBが曲率半径Rに一致する場合(B=R)を示し、折れ線L3は深さBが曲率半径Rよりも大きい場合(B>R)を示す。折れ線L1~L3の比較から示されるように、深さBが大きくなるにしたがって、シート最大面圧は徐々に低下するようになっている。特に折れ線L3と、折れ線L1および折れ線L2との比較から示されるように、深さBが曲率半径Rよりも大きい場合には、曲率半径R以下の場合に比して、シート最大面圧は著しく低下するようになっている。このような傾向は、全ての間隔Aにおいて共通である。
(4)燃料噴射弁の耐久性について
以上説明したように、前記実施形態およびその実施例によれば、図4に示すように、単に溝部34eを設けるのに留まらず、その溝部34eを第2シール部34dに対して相対的に近接させることで、第2シール部34d付近の剛性を良好に低下させることができる。
以上説明したように、前記実施形態およびその実施例によれば、図4に示すように、単に溝部34eを設けるのに留まらず、その溝部34eを第2シール部34dに対して相対的に近接させることで、第2シール部34d付近の剛性を良好に低下させることができる。
また、溝部34eを第2シール部34dに近接させた場合、その溝部34eは、軸方向に長く伸びる非摺動部34cの先端に配置されることになる。非摺動部34cの先端に溝部34eを配置することで、溝部34eおよび第2シール部34d付近の部位は、径方向等においてフレキシブルに動くようになる。
このように、第2シール部34d付近の剛性を良好に低下させたことと、その付近の部位をフレキシブルに動作可能に構成したことと、が相まって、第1シール部32bと第2シール部34dとを周方向において均一に当接させることができるようになる。その結果、第1シール部32bと第2シール部34dとの接触面圧が過度に高くなるのを効果的に抑制し、ひいては、燃料噴射弁3の耐久性を向上させることが可能になる。
また、図5のグラフGを用いて説明したように、溝部34eと第2シール部34dとの間隔Aよりも大きくなるように溝部34eの深さBを設定することで、第1シール部32bと第2シール部34dとの接触面圧を効果的に抑制する上で有利になる。
また、図5のグラフGを用いて説明したように、溝部34eの曲率半径Rよりも大きくなるように溝部34eの深さBを設定することで、第1シール部32bと第2シール部34dとの接触面圧を効果的に抑制する上で有利になる。
1 エンジン(舶用内燃機関)
3 燃料噴射弁
30 ノズルボディ
31 第1ボディ部
31b 第1内壁部(内壁部)
32 第2ボディ部
32a 第2内壁部(内壁部)
32b 第1シール部
34 針弁
34a 摺動部
34c 非摺動部
34d 第2シール部
A 溝部と第2シール部との間隔
B 溝部の深さ
R 溝部の曲率半径
C 中心軸
S 収容空間
3 燃料噴射弁
30 ノズルボディ
31 第1ボディ部
31b 第1内壁部(内壁部)
32 第2ボディ部
32a 第2内壁部(内壁部)
32b 第1シール部
34 針弁
34a 摺動部
34c 非摺動部
34d 第2シール部
A 溝部と第2シール部との間隔
B 溝部の深さ
R 溝部の曲率半径
C 中心軸
S 収容空間
Claims (4)
- ノズルボディに針弁を収容してなり、該針弁をバネ力に抗して開弁させることで燃料を先端から噴射するように構成された燃料噴射弁であって、
前記ノズルボディは、
前記針弁の収容空間を区画する内壁部と、
前記内壁部の先端部をテーパ状に縮径させてなる円錐状の第1シール部と、を有し、
前記針弁は、基端側から先端側に向かって順に、
前記内壁部に内接する摺動部と、
前記針弁の軸方向に延び、前記内壁部に対して間隔を空けて相対する非摺動部と、
前記非摺動部の先端部を前記第1シール部よりも緩慢に縮径させてなり、該第1シール部に当接する円錐状の第2シール部と、を有し、
前記非摺動部の外面には、該非摺動部の周方向に沿って溝部が凹設され、
前記溝部は、前記針弁の軸方向において、前記摺動部に比して前記第2シール部に近接するように配置される
ことを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項1に記載された燃料噴射弁において、
前記針弁の径方向における前記溝部の深さは、前記針弁の軸方向における前記溝部と前記第2シール部との間隔よりも大きい
ことを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項1または2に記載された燃料噴射弁において、
前記溝部は、前記針弁の中心軸に直交する方向から見た場合に、円弧状の縦断面を有し、
前記針弁の径方向における前記溝部の深さは、前記縦断面で見た場合における前記溝部の半径よりも大きい
ことを特徴とする燃料噴射弁。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載された燃料噴射弁を備える
ことを特徴とする舶用内燃機関。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
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