JP2566072Y2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、燃料噴射ポンプから圧
送されてきた燃料をエンジンの燃焼室に噴射させる燃料
噴射ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭５９ー１３６５６４号公報にはス
ロットル型の燃料噴射ノズルが開示されている。詳述す
ると、この燃料噴射ノズルは、中空の細長いノズル本体
と、ノズル本体に収容された針弁とを備えている。ノズ
ル本体は、燃料溜まり室と、これより下方に形成された
先細のテーパをなす弁座と、この弁座に連なる一つの噴
射孔を有している。この噴射孔は、ノズル本体の軸線方
向に延び、ノズル本体の下端面に開口している。針弁
は、上記燃料溜まり室に臨む受圧部と、これより下方に
形成された先細コーン形状の当接部と、当接部の下端か
ら針弁の軸線方向に延びる第１ピン部と、この第１ピン
部の下端からさらに延びる第２ピン部とを有している。
第１ピン部，第２ピン部は円柱形状をなし、第１ピン部
の径は噴射孔の内径より若干小さく、両者の間に絞りが
形成されている。第２ピン部の径は第１ピン部より小さ
い。

【０００３】上記燃料噴射ノズルにおいて、上記針弁は
スプリングの力により付勢され、その当接部が弁座に着
座している。この着座状態において、噴射孔は閉じられ
ている。燃料噴射ポンプから燃料溜まり室へ送られて来
た燃料の圧力が受圧部に作用することにより、スプリン
グに抗して針弁がリフトし、当接部が弁座から離れる。
その結果、上記噴射孔が開いて燃料がエンジン燃焼室へ
噴射される。この燃料噴射の初期、すなわち、針弁のリ
フト量が小さい時には、上記第１ピン部の外周面と噴射
孔の内周面との間の絞り効果により燃料がわずかしか噴
射せず、予備噴射となる。そして、針弁がさらにリフト
して第１ピン部が噴射孔から離れ、小径の第２ピン部が
噴射孔に位置するようになると、燃料の流通断面積が飛
躍的に増大して、燃料が多量に噴射され、主噴射とな
る。

【０００４】しかしながら、上記燃料噴射ノズルでは、
噴射燃料の粒径とペネトレーションについて次の問題が
あった。まず、噴射燃料の粒径の問題について説明す
る。リフト初期において、絞り効果により噴射燃料の流
速が低いので、空気との摩擦による微細化が進まず、燃
料の粒径が大きい。このため、燃焼を活発化させること
ができない。次に、ペネトレーションの問題について説
明する。リフト初期には、絞り効果で噴射燃料の流速が
低いのでペネトレーションは小さい。針弁のリフト量が
増大して所定値に達すると、第２ピン部が噴射孔に配置
された状態になるので、噴射燃料の流速が高くなり、ペ
ネトレーションが大となる。針弁のリフト速度はエンジ
ン回転数に関係なくほぼ一定であるため、エンジン回転
数が大きい場合には、燃料噴射ポンプのカムアングルが
大きくなってもリフト量が所定値に達せず、ペネトレー
ションが小さいままである。このため、燃焼を効率良く
行えなかった。

【０００５】特開昭６２ー１９７６６６号公報には、上
述した燃料噴射ノズルと形状が似ているが２つの噴射孔
を備えた燃料噴射ノズルが開示されている。この燃料噴
射ノズルでは、ノズル本体の噴射孔は第１噴射孔として
提供されている。針弁の当接部の下方に形成されたピン
部には、第２噴射孔が形成されている。この第２噴射孔
の一端はこのピン部の外周面に開口し、他端はピン部の
下端面に開口している。この燃料噴射ノズルでは、針弁
のリフト量が小さい時には、ピン部の外周面と第１噴射
孔の内周面の隙間から燃料が噴射される。しかし、ピン
部の外周面を流れる燃料の流速が早いので、第２噴射孔
からは噴射されない。ピン部の外周面針弁のリフト量が
大きくなると、第２噴射孔の一端が第１噴射孔の内周面
から離れるため、第１，第２の両方の噴射孔から燃料が
噴射される。この燃料噴射ノズルにおいて、ピン部の径
と第１噴射孔の径の差が小さい場合には、絞り効果が生
じるため、前述した特開昭５９ー１３６５６４号公報と
同様の不都合が生じる。ピン部の径と第１噴射孔の径の
差が大きい場合には、噴射初期において噴射される燃料
の流速が大きく、燃料の粒径が小さくなるため、噴射開
始から少し遅れて着火した瞬間に急激な燃焼が生じ、騒
音発生の原因となる。

【０００６】特開昭５８ー１６５５６６号公報の燃料噴
射ノズルでは、上述した特開昭５９ー１３６５６４号公
報に開示したものと同様に、２つの噴射孔を有してい
る。針弁は当接部の下に第１ピン部と第２ピン部を有し
ている。しかし、第１ピン部の径は、ノズル本体に形成
された第１噴射孔の径と極めて僅かしか差がなく、第１
ピン部が第１噴射孔に位置している間は、第１噴射孔は
閉塞されている。この燃料噴射ノズルでは、針弁に第２
噴射孔が形成されている。この第２噴射孔の一端は当接
部の外周面に開口し、他端は針弁の下端面に開口してい
る。針弁が所定のリフト量に達するまでは、第１ピン部
が第１噴射孔を塞いでいるので第２噴射孔だけから燃料
が噴射し、所定リフト量を越えると、第１，第２の両方
の噴射孔から燃料が噴射する。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭５８ー１６５５６６号公報の燃料噴射ノズルでは、
燃料噴射の初期に第２噴射孔から噴射する燃料の流速が
大きいので、燃料の粒径が小さく、上述した特開昭６２
ー１９７６６６号公報の場合と同様に、騒音発生の原因
となっていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案は上記課題を克服
するためになされたものであり、その要旨は、一端が針
弁の当接部の外周面に開口するとともに他端が針弁の下
端面に開口する第２噴射孔を形成し、上記第１噴射孔
は、当接部が弁座に着座することによってのみ閉じら
れ、針弁のリフト初期においては、第１噴射孔の有効流
路断面積が、弁座の先端縁と当接部の隙間によって決定
されることを特徴とする燃料噴射ノズルにある。

【０００９】

【作用】針弁のリフト初期においては、ノズル本体の弁
座と針弁の当接部の隙間が狭いので、オリフィス効果が
働き、第２噴射孔の燃料圧力が高く、第１噴射孔の燃料
圧力が低い。その結果、第２噴射孔から噴射された燃料
の流速が高く、この第２噴射孔からの燃料を囲むように
して第１噴射孔から噴射された燃料の流速が低い。この
ことは燃料噴射初期における燃料の特殊な粒径分布をも
たらす。すなわち、噴射された燃料のうち内部に位置す
る燃料は、主に第２噴射孔から高い流速で噴射されたも
のであり、空気との摩擦により微細化される。他方、周
部に位置する燃料は主に第１噴射孔から低い流速で噴射
されたものであり、空気との摩擦による微細化が促進さ
れず、粒径は比較的大きいままである。このように、周
部の燃料の粒径が大きいので、着火直後の急激な燃焼を
抑制でき、騒音発生を抑制できる。また、その後の拡散
燃焼においては、内部の燃料が微細化されているので、
活発な燃焼を行うことができる。

【００１０】また針弁のリフト初期においては、上述し
たオリフィス効果により、第２噴射孔からの比較的高い
流速の燃料の噴射量が、第１噴射孔からの比較的低い流
速の燃料の噴射量より多いので、燃料全体のペネトレー
ションを必要レベルに確保することができる。したがっ
て、エンジン回転数が大の場合でも燃焼効率の悪化を防
止することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本考案を図面を参照して説明する。図
３に示ように、燃料噴射ノズルＮは上から下に向かって
順に、細長いノズルホルダ１０と、円盤形状のスペーサ
２０と、細長いノズル本体３０とを有している。ノズル
本体３０は、筒形状のリテーナー４０によってノズルホ
ルダ１０に支持されている。詳述すると、ノズルホルダ
１０の下端部外周には雄ねじ１１が形成されている。リ
テーナー４０の上端部内周には雌ねじ４１が形成されて
おり、下端部内周にはテーパをなす段４２が形成されて
いる。ノズル本体３０の中間部にはテーパをなす段３８
が形成されている。そして、リテーナー４０にノズル本
体３０を挿入した状態で、リテーナー４０の雌ねじ４１
をノズルホルダ１０の雄ねじ１１に螺合させることによ
り、ノズル本体３０はノズルホルダ１０と同軸をなして
ノズルホルダ１０に支持される。この支持状態におい
て、スペーサ２０はノズルホルダ１０の下面とノズル本
体３０の上面に挟まれ、リテーナー４０の段４２がノズ
ル本体３０の段３８に強く当たっている。このように、
ノズルホルダ１０，スペーサ２０，ノズル本体３０，リ
テーナー４０は、協働して一つのボデイを構成してい
る。

【００１２】上記ノズル本体３０は、細長い筒形状をな
しており、下端部が閉塞されている。ノズル本体３０
は、その上端から下端側へ向かって順に、ガイド孔３
１、燃料溜まり室３２、燃料通過孔３３、先細の弁座３
４と、第１噴射孔３５とを有している。燃料通過孔３３
はガイド孔３１より小径であり、両者は同軸をなしてい
る。燃料溜まり室３２は、ノズルホルダ１０の上端面に
形成された燃料入口１８に、ノズル１０の長手方向に沿
って形成された燃料通路１９，スペーサ２０に形成され
た燃料通路２９，ノズル本体３０の長手方向に延びる燃
料通路３９を介して、連なっている。上記燃料入口１８
は、パイプを介して燃料噴射ポンプ（図示しない）に接
続されている。上記第１噴射孔３５の内周面は弁座３４
に連なり、ノズル本体３０の軸線に沿って延び、下端が
ノズル本体３０の下端面に開口している。

【００１３】ノズル本体３０には針弁５０が収容されて
いる。この針弁５０は、上端から下端に向かって順に、
スライド部５１と、受圧部５２と、延長部５３と、先細
コーン形状の当接部５４と，円柱形状のピン部５５とを
同軸に有している。延長部５３はスライド部５１より小
径であり、受圧部５２はテーパをなしている。スライド
部５１は、上記ノズル本体３０のガイド孔３１に軸方向
スライド可能に収容されている。受圧部５２は、ノズル
本体３０の燃料溜まり室３２に臨み、燃料溜まり室３２
の圧力を受ける。延長部５３はノズル本体３０の燃料通
過孔３３に配置され、延長部５３の外周面と燃料通過孔
３３の内周面との間の間隙が、燃料通路として提供され
る。当接部５４はノズル本体３０の弁座３４に対峙して
配置されており、ピン部５５は第１噴射孔３５に配置さ
れている。

【００１４】第１図に良く示されているように、上記針
弁５０の当接部５４のテーパ角度は、弁座３４のテーパ
角度に比べて極めて僅か（例えば１０分程度）だけ大き
く、実質的に等しい。したがって、当接部５４は、後述
するスプリング６０の力により、僅かに弾性変形した状
態で弁座３４に面接触することができる。上記当接部５
４の外周面のうち、延長部５３との境の部分は弁座３４
の内周面に最も強く接触するので、メイン当接部分５４
ａとして提供され、これより下方の面部分がサブ当接部
分５４ｂとして提供される。また、弁座３４のうち、メ
イン当接部分５４ａが当接する部分はメインシート部分
３４ａとして提供され、サブ当接部分５４ｂが面接触す
る部分はサブシート部分３４ｂとして提供される。な
お、サブ当接部分５５ｂとサブシート部分３４ｂは、面
接触せず微小の隙間だけ離れていてもよい。

【００１５】図３に示すように、上記針弁５０はスプリ
ング６０の力により下方に付勢され、当接部５４が弁座
３４に当接されている。このスプリング６０は、ノズル
ホルダ１０の下端部に形成された収容孔１５に収容さ
れ、ばね受け６１および針弁５０の上端に形成された突
起５８を介して、針弁５０に作用する。

【００１６】次に、本考案の特徴部について特に図１を
参照して説明する。針弁５０の下端部には略Ｔ字形の第
２噴射孔５６が形成されている。この第２噴射孔５６
は、針弁５０の軸線に沿って延びる軸孔部５６ａと、針
弁５０の軸線と直交して延びる横孔部５６ｂとからな
る。軸孔部５６ａはピン部５５を貫通し、その下端がピ
ン部５５の下端面に開口する。横孔部５６ｂの両端は当
接部５４の外周面に開口し、中央部が軸孔部５６ａの上
端に連なる。また、ピン部５５の径は第１噴射孔３５の
径に比べて小さい。ピン部５５の外周面と第１噴射孔５
６の内周面との間の隙間の断面積は、第２噴射孔５６の
軸孔部５６ａの断面積より大きい。針弁のリフト時の第
１噴射孔の有効流通断面積は、リフト量が所定量に達す
るまでは、弁座３４の下端縁と当接部５４との隙間Ｄ
（図２参照）の断面積によって決定され、リフト量が所
定量を越えた時には、ピン部５５の外周面と第１噴射孔
５６の内周面との間の隙間の断面積によって決定され
る。なお、この所定リフト量は、針弁５０の着座状態に
おける弁座３４の下端縁と当接部５４の下端縁との距離
Ｌにほぼ相当する。

【００１７】上記構成の燃料噴射ノズルＮは、図４に示
すように、エンジンＥのシリンダヘッドＨに、シリンダ
ＳおよびピストンＰの軸線に対して傾斜して装着されて
いる。ノズルＮの先端は、ピストンＰの上端面に形成さ
れた凹部Ｒ（燃焼室を形成する）に臨んでいる。

【００１８】上記構成の燃料噴射ノズルＮには、燃料噴
射ポンプから燃料が間欠的に圧送されてくる。燃料圧送
がない状態では、スプリング６０の力で針弁５０が下方
に押されるため、針弁５０の当接部５４は、弁座３４に
面接触状態で着座している。この状態では、第１噴射孔
３５，第２噴射孔５６はともに閉じられている。

【００１９】燃料噴射ポンプから燃料が圧送された時、
燃料溜まり室３２の圧力が上昇し、この圧力が針弁５０
の受圧部５２に作用するため、針弁５０がリフトし、針
弁５０の当接部５４が弁座３４から離れる。この時、燃
料溜まり室３２から燃料通過孔３３を経た燃料が、噴射
孔３５，５６からエンジンＥの燃焼室Ｒに噴射される。

【００２０】上記燃料噴射の特性を説明する前に、まず
針弁５０のリフトに伴う噴射孔３５，５６の有効流通断
面積の変化について説明する。第１噴射孔３５の有効流
通断面積は、針弁５０のリフト初期では、弁座３４の下
端縁と当接部５４との間の隙間Ｄの断面積によって決定
されるので、針弁５０のリフト量に応じて増大する。針
弁５０のリフト量が所定量Ｌを越えると、一定（ピン部
５５の外周面と第１噴射孔５６の内周面との間の隙間の
断面積）となる。第２噴射孔５６の有効流通断面積は、
針弁５０のリフト初期では、弁座３４と当接部５４との
間の距離と、２つの横孔部５６ｂの開口周縁の合計長さ
の積によって決定されるので、針弁５０のリフト量に応
じて増大する。針弁５０のリフト量が所定量（上記所定
量Ｌとは異なる）を越えると、一定（軸孔部５６ａの断
面積）となる。

【００２１】次に、燃料噴射特性について詳述する。針
弁５０のリフト初期においては、ノズル本体３０の弁座
３４と針弁５０の当接部５４の隙間が狭いので、特に第
２噴射孔５６の横孔部５６ｂより下方の隙間でのオリフ
ィス効果により、第２噴射孔５６の燃料圧力が高く、第
１噴射孔３５の燃料圧力が低くなる。したがって、第２
噴射孔５６から噴射された燃料の流速が高く、この第２
噴射孔５６からの燃料を囲むようにして第１噴射孔３５
から円筒状に噴射された燃料の流速が低い。その結果、
燃料噴射初期において、図５に示すような特殊な燃料粒
径分布が得られる。すなわち、噴射された燃料のうち内
部Ａに位置する燃料は、主に第２噴射孔５６から高い流
速で噴射されたものであり、空気との摩擦により微細化
される。他方、周部Ｂに位置する燃料は主に第１噴射孔
３５から低い流速で噴射されたものであり、空気との摩
擦による微細化が促進されず、粒径は比較的大きいまま
である。このように、周部Ｂの燃料の粒径が大きいの
で、着火直後の急激な燃焼を抑制でき、騒音発生を抑制
できる。また、その後の拡散燃焼においては、内部Ａの
燃料が微細化されているので、活発な燃焼を行うことが
できる。

【００２２】また、針弁５０のリフト初期においては、
図６に示すように、第２噴射孔５６からの比較的高い流
速の燃料はペネトレーションが大きく、第１噴射孔３５
からの比較的低い流速の燃料はペネトレーションが小さ
い。しかし、図７に示すように、第１噴射孔３５からの
燃料噴射量が第２噴射孔５６からの燃料噴射量より多い
ので、燃料全体のペネトレーションを必要レベルに確保
することができる。したがって、エンジン回転数が大の
場合でも燃焼効率の悪化を防止することができる。

【００２３】針弁５０のリフト量が増大すると、上述し
たようなオリフィス効果がなくなり、燃料噴射は、第
１，第２噴射孔３５，５６の有効断面積によって議論で
きるようになる。この場合、第２噴射孔５６からの噴射
燃料の流速が伸び悩むのに対して、第１噴射孔３５から
の噴射燃料の流速が増大し、図６のようなペネトレーシ
ョン特性を得る。また、第２噴射孔５６からの燃料噴射
量が減少していくのに対して、第１噴射孔３５からの燃
料噴射量が増大する（図７参照）。このように、第２噴
射孔５６の役割は相対的に低くなり、第１噴射孔３５の
役割が増大し、前述した第１，第２ピン部を有するスロ
ットル型燃料噴射ノズルにおいて針弁が所定リフト量越
えた時とほぼ同等の作用が得られる。

【００２４】なお、本考案は上記の実施例に限定される
ことなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更
可能である。以下に示す実施例では、先行する実施例に
対応する構成について、図中同番号を付すことによりそ
の詳細な説明を省略する。

【００２５】図８に示す実施例では、当接部５４の外周
に環状の溝５８が形成されている。針弁５０のリフト初
期において、この溝５８に高圧燃料を滞留させ第２噴射
孔５６への燃料の流入をより円滑に行うことにより、針
弁５０のリフト領域において、第２噴射孔５６からの燃
料噴射が流速，量ともに第１噴射孔３５より勝る領域を
広げる。

【００２６】図９に示す実施例では、第２噴射孔５６が
略Ｙ字形に形成されている。すなわち、横孔部５６ｂ′
は中央部が低く、その両側部が斜め上方に延びており、
その両端は、当接部５４のメイン当接部５４ａに近い位
置に開口している。この実施例では、横孔部５６ｂ′の
開口端より下方での当接部５４と弁座３４との間のオリ
フィス効果を高めることができ、図８の実施例と同様
に、針弁５０のリフト領域において、第２噴射孔５６か
らの燃料噴射が流速，量ともに第１噴射孔３５より勝る
領域を広げることができる。

【００２７】図１０の実施例の針弁５０は、当接部５４
の下方にピン部を有していない。図１１の実施例のノズ
ル本体３０は、弁座３４の下端周縁によって形成された
第１噴射孔３５′を有している。図１２の実施例では、
図１０の針弁５０と図１１のノズル本体３０が組み合わ
されている。

【００２８】さらに、本考案では、第２噴射孔は、軸孔
部と軸孔部の状態から径方向に延びる１つの横孔部によ
り逆Ｌ字形に形成してもよい。また、軸孔部の上端から
延びる横孔部を３つ以上形成してもよい。本考案は、上
述した実施例のようにエンジン燃焼室に直接燃料を噴射
するタイプの燃料噴射ノズルに限らず、副燃焼室へ燃料
を噴射するタイプの燃料噴射ノズルにも適用できる。

【００２９】

【考案の効果】本考案は以上説明したように、特にリフ
ト初期において、噴射燃料のうち内部に位置する燃料の
粒径が小さく、その周囲の燃料の粒径が大きくなるよう
な特殊な粒径分布を得ることができ、これにより、着火
直後の急激な燃焼を押えて騒音発生を抑制することがで
きるとともに、その後の拡散燃焼を活発化させて燃焼効
率を向上させることができる。また、リフト初期におけ
る必要なペネトレーションを確保することができ、エン
ジン回転数が大きい場合でも良好な燃焼効率を確保する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の特徴部をなす燃料噴射ノズルの先端部
の拡大断面図である。

【図２】針弁リフト時の燃料噴射ノズルの先端部を更に
拡大して示す断面図である。

【図３】燃料噴射ノズルの全体を示す断面図である。

【図４】エンジンに燃料噴射ノズルを装着した状態を示
す断面図である。

【図５】針弁のリフト初期の噴射ノズルの粒径分布を示
す図である。

【図６】燃料噴射開始からのカムアングルの増大に伴う
第１，第２噴射孔からの燃料のペネトレーションを示す
図である。

【図７】燃料噴射開始からのカムアングルの増大に伴う
第１，第２噴射孔の燃料噴射量を示すずである。

【図８】本考案の他の実施例を示す要部断面図である。

【図９】本考案のさらに他の実施例を示す要部断面図で
ある。

【図１０】本考案のさらに他の実施例を示す要部断面図
である。

【図１１】本考案のさらに他の実施例を示す要部断面図
である。

【図１２】本考案のさらに他の実施例を示す要部断面図
である。

【符号の説明】

３０ … ノズル本体 ３２ … 燃料溜まり室 ３４ … 弁座 ３５ … 第１噴射孔 ５０ … 針弁 ５２ … 受圧部 ５４ … 当接部 ５６ … 第２噴射孔 ６０ … スプリング

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）燃料溜まり室と、これより先方に形
   成された先細のテーパをなす弁座と、この弁座に連なり
   ノズル本体の軸線方向に延びるとともに先端面に開口す
   る第１噴射孔を有する細長いノズル本体と、 （ｂ）上記ノズル本体に収容され、上記ノズル本体の燃
   料溜まり室に対向して形成された受圧部と、この受圧部
   より先方に形成され上記弁座に対峙して配置された先細
   コーン形状の当接部とを有し、スプリングの力により上
   記弁座に着座するとともに、燃料溜まり室の燃料圧力が
   受圧部に作用することに起因する力により弁座から離れ
   る針弁とを備えた燃料噴射ノズルにおいて、上記針弁
   に、一端が上記当接部の外周面に開口するとともに他端
   が針弁の下端面に開口する第２噴射孔を形成し、上記第
   １噴射孔は、当接部が弁座に着座することによってのみ
   閉じられ、針弁のリフト初期においては、第１噴射孔の
   有効流路断面積が、弁座の先端縁と当接部との隙間によ
   って決定されることを特徴とする燃料噴射ノズル。