JP3042018B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，シリンダヘッド
に形成した副室等の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射ノ
ズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に，燃料噴射ノズルのノズル本体の
先端部に噴孔を形成する場合に，噴孔はノズル本体にド
リル加工，放電加工等によって直接加工されており，噴
孔の形状もこれらの加工方法で穿孔される形状に限られ
ている。ところで，燃料噴射ノズルにおいて，ノズル先
端部に形成される噴孔については，噴孔径及び噴孔数
は，燃焼状態に大きな影響を及ぼす条件であり，噴孔に
対するこれらの諸条件の決定は，エンジン性能とも関係
してエンジン性能の向上に重要な要素となる。また，噴
孔径及び噴孔数についてのみでなく，形状，噴孔角度等
の噴孔形状も燃焼に大きな影響を及ぼすことは，従来か
らも分かっている要素である。例えば，燃料噴射ノズル
の噴孔形状を従来の円形形状から四角形状等の異形形状
にすることによって，噴霧粒の速度分布を変え，空気の
取り込みを良くすることができるものである。

【０００３】上記のような噴孔については，本出願人に
係わる出願である特願平１−２５２２７７号（特開平３
−１１５７２２号公報参照）に開示されたものがある。
該燃料噴射ノズルは，図１０に示すように，先端部に燃
料噴射のため燃焼室に開口する噴口５３を備えたセラミ
ック製ノズル本体５１，及びノズル本体５１内を上下動
可能に配置したセラミック製針弁５２を有している。該
燃料噴射ノズルは，針弁５２に燃料圧が付勢すると，針
弁５２がノズル本体５１に対して移動し，針弁５２が噴
口５３を開放して燃料通路５５からの燃料を噴口５３か
ら噴射するように構成されている。噴口５３は，多数の
噴孔から成り，ノズル本体５１の先端部に軸方向に多段
に形成されているものである。

【０００４】また，副室式断熱エンジンとして，図７に
示すようなものが開示されている。該副室式断熱エンジ
ンは，シリンダ４９を形成したシリンダブロック４０，
シリンダブロック４０に固定したシリンダヘッド４２，
シリンダヘッド４２に形成した断熱構造の副室４４，シ
リンダ４９内を往復運動するピストン４８，副室４４を
主室４３に連通する連絡孔４６，及び副室４４に噴口４
７を開口する燃料噴射ノズル４１を有している。副室４
４の形状は，種々の形状に形成することができ，例え
ば，図８に示すように，断面円形状の側壁面４５に形成
することができ，又は，図９に示すように，断面四角形
状の側壁面５０に形成することができる。噴口４７から
噴射された燃料は側壁面４５又は５０に衝突して着火燃
焼し，副室４４から連絡孔４６を通って主室４３に吹き
出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，図７に
示すような燃料噴射ノズルは，噴口はホール型多噴孔４
７に形成され，該多噴孔４７から噴射された燃料を副室
壁面４５（図８参照）又は５０（図９参照）に衝突させ
て拡散させ，副室４４内での燃料と空気との混合を達成
しているが，多噴孔４７から噴射された燃料は副室４４
内の全域にわたって良好には拡散せず，特に副室４４の
上部には燃料噴霧が拡散することができず，燃料と空気
との混合が良好に行われず，副室４４内での着火燃焼が
良好に行われず，連絡孔４６からの吹き出しも弱く，エ
ンジン出力の低下，熱効率の低下，ＨＣ，ＮＯ_X 等の発
生等の原因となっている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の課題を解決することであり，副室式エンジンの燃焼を
改善するものであり，副室の上部壁面に向かってほぼ水
平方向に噴射する多噴口を小噴口に形成し，副室の下部
壁面に斜め下方に向かって噴射する多噴口を大噴口に形
成し，前記小噴口から噴射された燃料噴霧の燃料微粒化
を促進して先ず副室上部で着火し燃焼させ，前記大噴口
から副室下部に向けて噴射された燃料噴霧の未燃混合気
を連絡孔から吹き出させ，エンジン出力，熱効率を向上
させる燃料噴射ノズルを提供することである。

【０００７】この発明は，燃料通路を形成したノズル本
体及び該ノズル本体に形成した中空穴内を往復動可能に
配置した針弁を有し，該針弁に燃料圧を付勢することで
前記針弁が前記ノズル本体に形成した多噴口を開放して
燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいて，前記多噴口は
前記ノズル本体のほぼ水平方向に燃料を噴射するように
前記ノズル本体のほぼ水平方向に伸びる複数の小噴口
と，該小噴口より下方に燃料を噴射するように前記ノズ
ル本体の軸方向下方に傾斜して伸びる複数の大噴口とを
有し，シリンダヘッドに配置した側壁面を断面四角形に
形成した断熱構造の副室内に前記多噴口を開口し，前記
多噴口の前記小噴口からの噴射燃料を副室上部の辺部側
壁面に衝突反射させ，また，前記多噴口の前記大噴口か
らの噴射燃料を副室下部の角部側壁面に衝突反射させる
ことを特徴とする燃料噴射ノズルに関する。

【０００８】又は，この発明は，軸心方向に伸びる穴部
を形成したノズル本体，該穴部内で往復動可能に嵌合さ
れた燃料通路を備えたバルブ，及び該バルブの前記燃料
通路から外周に貫通する前記バルブに形成した多噴口を
有し，前記バルブに燃料圧を付勢することで前記バルブ
を前記ノズル本体に対して移動させ且つ前記多噴口を開
放して燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいて，前記多
噴口はほぼ水平方向に燃料を噴射するように前記バルブ
のほぼ水平方向に伸びる複数の小噴口と，該小噴口より
下方に燃料を噴射するように前記バルブの軸方向下方に
傾斜して伸びる複数の大噴口とを有し，シリンダヘッド
に配置した側壁面を断面四角形に形成した断熱構造の副
室内に前記多噴口を開口し，前記多噴口の前記小噴口か
らの噴射燃料を副室上部の辺部側壁面に衝突反射させ，
また，前記多噴口の前記大噴口からの噴射燃料を副室下
部の角部側壁面に衝突反射させることを特徴とする燃料
噴射ノズルに関する。

【０００９】この燃料噴射ノズルは，上記のように構成
されているので，前記小噴口から噴射された燃料噴霧の
燃料微粒化が促進され，噴流のエントレインメント性即
ち空気の巻き込み性を促進して燃料と空気との混合を促
進し，副室上部で着火し燃焼する。これに対して，副室
下部では大噴口からの燃料噴射であり，多量の噴射燃料
には着火は発生せず，燃料と空気とはある程度混合され
た未燃混合気の状態になっている。そこで，副室上部で
燃焼が始まると，急激にその体積を膨張させるため，副
室下部の未燃混合気は勢いよく副室から連絡孔を通じて
主室に吹き出され，主室に存在する新気と混合し，ピス
トンを押す強力な力即ち出力が発生する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による燃料噴射ノズルの実施例を説明する。図１はこの
発明による燃料噴射ノズルの一実施例を示す要部の概略
斜視図，図２は図１の燃料噴射ノズルを副室に配置した
場合の燃料噴射の噴霧パターンを示す概略説明図，及び
図３は図２の線Ａ−Ａから見た燃料噴射の噴霧パターン
を示す概略説明図である。

【００１１】この発明による燃料噴射ノズルは，図示し
ていないが，燃料通路を形成したノズル本体６及び該ノ
ズル本体６に形成した中空穴内に往復動可能に配置した
針弁を有し，該針弁に燃料圧を付勢することで針弁がノ
ズル本体６に形成した多噴口を開放して燃料を噴射する
ものである。この燃料噴射ノズルについては，図１に示
すように，多噴口はほぼ水平方向に燃料を噴射する複数
の小噴口４と小噴口４からの燃料噴射より下方に噴射す
る複数の大噴口５を有している。図１では，小噴口４は
ノズル本体６の先端部に形成された燃料サック部１０の
上部周方向に複数個隔置して形成され，また，大噴口５
は燃料サック部１０の下部に下向きに傾斜して伸び小噴
口４より下方に周方向に複数個隔置して形成されてい
る。

【００１２】この燃料噴射ノズルは，図２に示すよう
に，副室式エンジンにおける副室２に配置することが好
ましいものである。即ち，副室式エンジンは，シリンダ
ブロックに固定されたシリンダヘッド７，シリンダヘッ
ド７に形成した断熱構造の副室２，シリンダブロックに
形成したシリンダ内を往復運動するピストン，副室２内
に噴口を開口した燃料噴射ノズル６及びピストン側に形
成した主室１を有している。副室２を断熱構造に構成す
る場合には，例えば，シリンダヘッド７に形成された穴
部に配置された耐熱性及び断熱性に富んだセラミックス
等から成る副室壁体から構成することができる。副室２
は，連絡孔３を通じて主室１に連通している。また，主
室１については，ピストンヘッドのキャビティ或いはラ
イナ上部とヘッド下面で囲まれる空所に形成され，セラ
ミックス等で断熱構造に構成することもできる。

【００１３】この副室式エンジンにおいて，副室２の形
状は，図３に示すように，副室壁面８が断面四角形に形
成されている。副室２に配置された燃料噴射ノズル６
は，副室２内に燃料を放射状に噴霧し，噴射燃料が副室
壁面８に衝突できるようにノズル軸線の周方向に形成し
た多噴口を備えている。燃料噴射ノズル６は，副室２内
にほゞ中央部で軸線方向下方に伸びて配置され，多噴口
は副室２の壁面８に向かって開口している。このよう
に，燃料噴射ノズル６を副室２に配置すると，多噴口の
小噴口４からの噴射燃料は小さな噴霧パターンＢを形成
し，副室上部の四角形辺部の壁面８に衝突して反射し，
副室２内に拡散する。また，多噴口の大噴口５からの噴
射燃料は，大きな噴霧パターンＣを形成し，副室下部の
四角形角部９の壁面８に衝突して反射し，副室２内に円
錐状に拡散する。

【００１４】更に，この燃料噴射ノズルにおいて，小噴
口４からの噴射燃料は，大噴口５からの噴射燃料に比較
して少量である。また，小噴口４からの噴射燃料が壁面
８に到達する距離は，大噴口５からの噴射燃料が壁面８
に到達する距離より短くなっている。従って，先ず小噴
口４からの噴射燃料が壁面８に衝突して反射拡散して空
気と混合し，副室２内で着火燃焼が始まる。次いで，大
噴口５からの多量の噴射燃料が壁面８に衝突して反射拡
散して空気との混合がある程度進行し，多量の噴射燃料
には着火は発生せず，燃料と空気とはある程度混合され
た未燃混合気の状態になる。従って，副室２内が非常に
高温になって着火遅れが短期間になった場合でも，副室
上部では確実に着火が起こり，失火等はない。そこで，
小噴口４からの噴射燃料が副室上部で燃焼し始めると，
急激にその体積を膨張させるため，副室下部の未燃混合
気は燃焼ガスと火炎となって勢いよく副室２から連絡孔
３を通じて主室１に高速で吹き出され，主室１に存在す
る新気と短時間に混合し，燃焼期間を短縮して良好な状
態で完全に燃焼し，しかも，ＨＣの発生を低減し且つＮ
Ｏ_X の発生を抑制した燃焼を行わせることができ，ピス
トンを押す強力な力即ち出力が発生する。

【００１５】次に，この発明による燃料噴射ノズルの別
の実施例を，図４，図５及び図６を参照して説明する。
この燃料噴射ノズルは，本出願人の出願に係わる実願平
３−８４６５号（実開平４−１０００６６号公報参照）
に開示されているサックボリュームを零にしたポペット
カバードオリフィス型のものに適用できるものであり，
その内の一例を説明する。従って，以下に説明する以外
のタイプにも適用できることは勿論である。この燃料噴
射ノズルは，燃料噴射ポンプから供給される燃料を導入
する燃料通路２３を軸心中央部の長手方向に備えたホル
ダ２４，ホルダ２４の下端部にねじ止め等で固定したノ
ズル本体１２，ノズル本体１２に形成した軸心中央部の
長手方向に形成した穴部１１に上下動可能即ち摺動移動
可能に嵌入したバルブ１３，バルブ１３の上端部に固定
したリテーナ２５，及びリテーナ２５とノズル本体１２
の上端面に配置されたワッシャ２６，２７との間に配置
されたリターンスプリング２８を有する。ホルダ２４と
ノズル本体１２との間には，シール２９が介在されてい
る。また，ノズル本体１２に対するバルブ１３の上下動
の移動範囲即ちリフト量を限定するため，ノズル本体１
２の上端面とリテーナ２５の下端面との間には，リフト
ストッパ３０が配置されている。

【００１６】ノズル本体１２の端面１５にはバルブシー
ト３２が形成されている。バルブ１３の先端に形成され
た突出部１８には，バルブリング１４が嵌合されてい
る。バルブリング１４の上面には弁フェース３１が形成
されており，弁フェース３１はノズル本体１２のバルブ
シート３２に当接可能になるように構成されている。バ
ルブシート３２と弁フェース３１とが当接状態になるこ
とによって，ノズル本体１２とバルブ１３との間には，
液密的なシール状態が提供されることになる。バルブ１
３は，ノズル本体１２に対して上下方向に摺動するが，
回転方向には回転できないようにキー３３が双方に跨が
って挿入されている。

【００１７】この燃料噴射ノズルは，穴部１１を形成し
たノズル本体１２と，ノズル本体１２の穴部１１内で摺
動可能に嵌合し且つ中央に燃料通路１６と燃料通路１６
に連通する複数個の多噴口２０，２１を形成したバルブ
１３とから成るものである。バルブ１３は，ノズル本体
１２に対して所定のリフト量で上下方向に摺動移動す
る。バルブ１３の軸心中央部の長手方向には，燃料通路
１６が形成されている。また，バルブ１３には，燃料通
路１６に一端を開放し且つ他端を外周面側に開放する複
数の嵌合孔１９が形成されている。嵌合孔１９には，噴
口形成体１７が嵌合される。従って，各噴口形成体１７
をバルブ１３の嵌合孔１９に嵌合すれば，噴口形成体１
７に形成された複数の多噴口２０，２１がバルブ１３に
形成されることになる。

【００１８】この燃料噴射ノズルについては，バルブ１
３に燃料圧が付勢されると，バルブ１３をノズル本体１
２に対して移動させ，多噴口２０，２１を開放して燃料
が噴射されるように構成されている。即ち，図６に示す
ように，バルブ１３をノズル本体１２に対して下方にリ
フト量Ｌだけ摺動移動させれば，ノズル本体１２のバル
ブシート３２とバルブ１３に嵌合したバルブリング１４
の弁フェース３１との間に環状隙間２２が形成され，該
環状隙間２２に噴口形成体１７に形成された複数の多噴
口２０，２１が開放するようになる。

【００１９】特に，この燃料噴射ノズルにおいて，噴口
形成体１７に形成した多噴口は，噴口形成体１７の下部
に形成した複数の小噴口２０と上部に形成した複数の大
噴口２１から構成されている。小噴口２０は，ほぼ水平
方向に燃料を噴射するように，コーン開き角度は大きく
形成されている。また，大噴口２１は，小噴口２０から
の燃料噴射より下方に噴射するように，コーン開き角度
は小さく形成されている。即ち，小噴口２０は，ほぼ水
平方向に燃料を噴射するようにバルブ１３のほぼ水平方
向即ち周方向に複数個隔置して形成され，また，大噴口
２１は，小噴口２０より下方に燃料を噴射するようにバ
ルブ１３の軸方向下方に傾斜して複数個隔置して形成さ
れている。従って，この燃料噴射ノズルの多噴口２０，
２１を，断熱構造の副室内に開口するように配置する
と，小噴孔２０からの噴射燃料を副室上部の辺部側壁面
に衝突反射させことができ，また，大噴口２１からの噴
射燃料を副室下部の角部側壁面に衝突反射させることが
できる。この燃料噴射ノズルの機能については，図１に
示す上記燃料噴射ノズルと同様の機能を有するものであ
るので，ここではその説明は省略する。

【００２０】

【発明の効果】この発明による燃料噴射ノズルは，上記
のように構成されているので，小噴口から噴射された燃
料噴霧の燃料微粒化が促進され，噴流のエントレインメ
ント性即ち空気の巻き込み性を促進して燃料と空気との
混合を促進する。これに対して，大噴口からの燃料噴射
は多量の噴射量であり，着火は発生せず，燃料と空気と
はある程度混合された未燃混合気の状態になっている。
特に，燃料噴射ノズルをシリンダヘッドに配置した側壁
面を断面四角形に形成した断熱構造の副室に配置し，該
副室内に小噴口と大噴口を開口すると，前記小噴口から
の噴射燃料は副室上部の辺部側壁面に衝突反射させ，ま
た，前記大噴口からの噴射燃料は副室下部の角部側壁面
に衝突反射させることができる。そして，前記小噴口か
ら噴射された燃料噴霧は副室上部の辺部側壁面に向かっ
て水平で円形状な噴霧パターンＢであるので，壁面まで
の距離は短く，前記小噴口からの燃料噴霧がまず壁面に
衝突して燃料微粒化が促進され，副室上部で着火燃焼が
始まり，急激にその体積を膨張することになる。これに
対して，前記大噴口からの噴射は噴射燃料が多量であ
り，副室下部の角部側壁面に向かって噴射されるので，
壁面までの距離は遠く，燃料と空気とはある程度混合さ
れた状態で着火は発生せず，未燃混合気の状態であり，
該未燃混合気は勢いよく副室から連絡孔を通じて主室に
吹き出されることになる。主室に吹き出された燃焼ガス
及び混合気は主室に存在する新気と短期に混合し，燃焼
期間を短縮して燃焼スピードを増速し，ピストンを押す
強力な力即ちエンジン出力が発生する。

【００２１】又は，この燃料噴射ノズルは，軸心方向に
伸びる穴部を形成したノズル本体，該穴部内で往復動可
能に嵌合された燃料通路を備えたバルブ，及び該バルブ
の前記燃料通路から前記外周に貫通する前記バルブに形
成した小噴口と大噴口とから成る多噴口を有し，前記バ
ルブに燃料圧を付勢することで前記バルブを前記ノズル
本体に対して移動させ且つ前記多噴口の前記小噴口と前
記大噴口とを開放して燃料を噴射するタイプの燃料噴射
ノズルにも適用でき，その効果も上記のタイプのものと
同様な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による燃料噴射ノズルの一実施例を示
す要部の概略斜視図である。

【図２】図１の燃料噴射ノズルを副室に配置した場合の
燃料噴射の噴霧パターンを示す概略説明図である。

【図３】図２の線Ａ−Ａから見た燃料噴射の噴霧パター
ンを示す概略説明図である。

【図４】この発明による燃料噴射ノズルの別の実施例を
示す断面図である。

【図５】図４の燃料噴射ノズルの非噴霧時の状態を示す
要部の断面図である。

【図６】図４の燃料噴射ノズルの噴霧時の噴霧パターン
を示す要部の断面図である。

【図７】従来の燃料噴射ノズルを副室式エンジンに配置
した場合の一例を示す概略説明図である。

【図８】図７の燃料噴射ノズルを配置した副室の一例を
示す説明図である。

【図９】図７の燃料噴射ノズルを配置した副室の別の例
を示す説明図である。

【図１０】従来の燃料噴射ノズルの一例を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１ 主室 ２ 副室 ３ 連絡孔 ４ 小噴口 ５ 大噴口 ６ ノズル本体 ７ シリンダヘッド ８ 壁面 ９ 角部 １１ 穴部 １２ ノズル本体 １３ バルブ １４ バルブリング １５ 下面 １６ 燃料通路 １７ 噴口形成体 ２０ 小噴口 ２１ 大噴口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 19/08 F02B 19/14 F02B 19/16 F02B 23/02 F02M 61/08 F02M 61/18 320

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料通路を形成したノズル本体及び該ノ
   ズル本体に形成した中空穴内を往復動可能に配置した針
   弁を有し，該針弁に燃料圧を付勢することで前記針弁が
   前記ノズル本体に形成した多噴口を開放して燃料を噴射
   する燃料噴射ノズルにおいて，前記多噴口は前記ノズル
   本体のほぼ水平方向に燃料を噴射するように前記ノズル
   本体のほぼ水平方向に伸びる複数の小噴口と，該小噴口
   より下方に燃料を噴射するように前記ノズル本体の軸方
   向下方に傾斜して伸びる複数の大噴口とを有し，シリン
   ダヘッドに配置した側壁面を断面四角形に形成した断熱
   構造の副室内に前記多噴口を開口し，前記多噴口の前記
   小噴口からの噴射燃料を副室上部の辺部側壁面に衝突反
   射させ，また，前記多噴口の前記大噴口からの噴射燃料
   を副室下部の角部側壁面に衝突反射させることを特徴と
   する燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】 軸心方向に伸びる穴部を形成したノズル
   本体，該穴部内で往復動可能に嵌合された燃料通路を備
   えたバルブ，及び該バルブの前記燃料通路から外周に貫
   通する前記バルブに形成した多噴口を有し，前記バルブ
   に燃料圧を付勢することで前記バルブを前記ノズル本体
   に対して移動させ且つ前記多噴口を開放して燃料を噴射
   する燃料噴射ノズルにおいて，前記多噴口はほぼ水平方
   向に燃料を噴射するように前記バルブのほぼ水平方向に
   伸びる複数の小噴口と，該小噴口より下方に燃料を噴射
   するように前記バルブの軸方向下方に傾斜して伸びる複
   数の大噴口とを有し，シリンダヘッドに配置した側壁面
   を断面四角形に形成した断熱構造の副室内に前記多噴口
   を開口し，前記多噴口の前記小噴口からの噴射燃料を副
   室上部の辺部側壁面に衝突反射させ，また，前記多噴口
   の前記大噴口からの噴射燃料を副室下部の角部側壁面に
   衝突反射させることを特徴とする燃料噴射ノズル。