JP3882623B2

JP3882623B2 - 燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JP3882623B2
Application number: JP2002018451A
Authority: JP
Inventors: 稔之依田; 義久山本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2022-01-28
Also published as: JP2003214298A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射ノズルに関し、特にディーゼル機関等の内燃機関の燃料噴射ノズルの可変噴孔の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射ノズルとしては、例えばディーゼル機関用燃料噴射弁において、噴孔およびこの噴孔につながるシート面を形成するノズルボディと、このノズルボディ内に往復移動可能であるとともに、そのシート面に離間、着座することで燃料噴射、噴射停止するノズルニードルと、そのシート面にシール可能であるとともにノズルニードルとは独立に回動可能なロータリバルブとを備え、ロータリバルブを回転させることによって噴孔入口部での噴孔断面積を可変にするものがある（特開２０００−１６１１８４号公報）。
【０００３】
また、欧州特許公開公報ＥＰ０２０９２４４による開示によれば、噴孔が穿設されており、その出口側開口部が覆われるようにノズルボディに内挿されたノズルニードルの上昇とともに、その噴孔が開口していく噴孔断面積可変の外開弁方式のものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者の燃料噴射ノズルでは、ロータリバルブを回転させるために、別部材としてアクチュエータが必要になる。また、後者の燃料噴射ノズルでは、現状の主流となっている内開弁方式のものと互換性がなく、燃料噴射ノズルを支持するノズルホルダ等が新規に必要となる。
【０００５】
さらに上述の従来構成では、噴孔断面積を変化させる際に、前者は噴孔入口部、後者は噴孔出口部にそれぞれ制御エッジ（前者はロータリバルブ、後者はノズルボディ）が存在する。このため、この制御エッジで燃料流れが乱され、偏った噴霧形状等の噴霧性状の悪化が発生する可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、したがってその目的は、噴孔断面積を可変にするものにおいて、噴孔断面積を可変にする際に噴孔内の燃料流れを乱すことなく、安価な構造を備えた燃料噴射ノズルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１によると、先端に当接部を有するノズルニードルと、ノズルニードルを軸方向に往復摺動可能に嵌合する案内孔、当接部と接触可能な弁座部、この弁座部またはその下流側に内外を連通するように穿設される噴孔を有するノズルボディとを備え、噴孔の内壁は、その噴孔内を流れる燃料の噴射圧力が噴孔の内周側から外周側に向けて作用し、この作用する噴射圧力が高くなることにより噴孔断面積が増大する。
【０００８】
これにより、噴孔入口または出口側を制御エッジで可変にする従来構成のように、燃料流れの一部を仕切ることはないので、噴孔での燃料流れの乱れ防止ができる。
【０００９】
本発明の請求項２によると、内壁は、噴射圧力に応じて弾性変形し易い構成を有するものであって、噴孔出口側開口部の周りには、円周溝が形成されている。
【００１０】
これにより、噴孔の内壁のうち、噴孔出口側開口部を弾性変形し易い円環状に形成できるので、噴射圧力に応じて、詳しくは円環状の内壁の内圧としての噴射圧力と外圧としての雰囲気圧との差圧に応じて、噴孔断面積を増減させることができる。
【００１１】
本発明の請求項３によると、内壁は、大径円筒部と小径円筒部とを有する段付円筒体からなり、大径円筒部は、ノズルボディに形成された嵌合孔に嵌合固定されている。
【００１２】
これにより、大径円筒部に比べて薄肉である小径円筒部は、噴射圧力に応じて弾性変形し易く、よって噴孔断面積を増減できる。
【００１３】
本発明の請求項４によると、内壁は、内周が軸方向に向かって鼓形状を有する縮径部を備えた円筒体であって、円筒体は、ノズルボディに形成された収容孔に支承されている。
【００１４】
これにより、円筒体の両軸端部を支点として、円筒体の内周に加わる噴射圧力に応じて内壁の弾性変形が可能であるので、噴射圧力に応じて噴孔断面積の増減ができる。
【００１５】
本発明の請求項１によると、噴孔は、無噴射状態において、前記噴孔の燃料入口から燃料出口に向かって噴孔断面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする燃料噴射ノズルに好適である。これにより、噴孔内を流れる燃料の流体損失の低減ができるので燃料噴霧の微粒化が図れるとともに、噴孔の燃料出口側を噴射圧力に応じて噴孔断面積可変ができる構成を提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
本発明の第１実施形態を図１および図２に示す。図１は、本実施形態の燃料噴射ノズル１０の先端部分の断面図である。なお、この燃料噴射ノズル１０のその他の部分は、周知の構造であるので図示および説明を省略する。図１に示すように、燃料噴射ノズル１０は、ノズルボディ１１と、このノズルボディ１１の内部に軸方向に往復摺動可能なノズルニードル３１とからなる。
【００１８】
ノズルボディ１１は、有底の中空円筒状で、内部に案内孔１２、弁座部１３、噴孔４１、サック部１５が形成される。案内孔１２は、ノズルボディ１１の内部に軸方向に延びており、一方の端部がノズルボディ１１の開口端（図示せず）に接続し、他方の端部側が弁座部１３に接続している。案内孔１２の内壁１２ａは、ノズルボディ１１の開口端から有底側の弁座部１３の近傍まで略同一内径に形成されている。
【００１９】
弁座部（以下、シート部と呼ぶ）１３は、円錐台面（以下、シート面）１３ａを有し、シート面１３ａの大径側の一端が案内孔１２に連続し、小径側の他端側がサック部１５に接続している。このシート部１３にはノズルニードル３１の当接部３６が当接可能である。当接部３６が当接するシート面３６ａの横断面は理論的には円の形状である。サック部１５は、円筒内壁部１５ａと球面壁部１５ｂとを有し、ノズルボディ１１の先端側に袋状に小空間の容積をもって形成されるサックホールである。サックホールの開口側はシート部１３の小径側に連続する。なお、案内孔１２、シート面１３ａ、およびサックホール１５は実質的に同軸に形成されている。
【００２０】
噴孔４１は、図１に示すように、ノズルボディ１１の先端部にノズルボディ１１の内外を連通する通路に形成される。詳しくは、シート部１３もしくはサック部１５から形成される突出し部２０の内壁（以下、噴孔壁部と呼ぶ）２０ｂの内外を連通するように、外周面２０ａに開口する複数の噴孔４１が穿設されている。この噴孔４１は、噴孔入口側開口部４１１と噴孔出口側開口部４１３とからなり、噴孔入口側開口部４１１と噴孔出口側開口部４１３には燃料下流方向に貫通する燃料通路４１２が形成されている。噴孔入口側開口部４１１の位置は、シート部１３に当接するノズルニードル３１の当接部３６との接触部よりもサックホール１５側に形成される。
【００２１】
噴孔通路４１２は噴孔入口側開口部４１１から入った燃料流を案内し、噴孔出口側開口部４１３に導く。噴孔出口側開口部４１３の中心軸は燃料を噴射する所望の方向に一致する。また、噴孔通路４１２は、その内径が、噴孔入口側開口部（以下、噴孔入口と呼ぶ）４１１から噴孔出口側開口部（以下、噴孔出口と呼ぶ）４１３に向って噴孔断面積が小さくなるように形成される構成（図１および図２参照）であっても、噴孔入口４１１から噴孔出口４１３までの噴孔断面積が略同一になるように形成される構成であってもよい。なお、噴孔通路４１２の内径が噴孔入口４１１から噴孔出口４１３に向って噴孔断面積が小さくなるように形成される構成であることが好ましい。これにより、燃料下流側に向かって噴孔断面積が小さくなることに起因して、噴孔通路４１２を流れる燃料の流体損失の低減が図れるので、噴孔出口４１３での燃料流速の向上ができ、よって燃料噴霧の微粒化が図れる。
【００２２】
以下、本実施形態で説明する噴孔４１は、その噴孔通路４１２の内径が噴孔入口４１１から噴孔出口４１３に向って噴孔断面積が小さくなるように形成される構成として説明する。
【００２３】
なお、本発明の要部である噴孔１４の噴孔断面積を可変にする構成については、後述する。
【００２４】
ノズルニードル３１の上端側の大径円柱部（図示せず）は、その外径が案内孔１２の内径と略同一径であって、クリアランスを介して案内孔１２に遊嵌合し、軸方向に往復動することが可能である。一方、大径円柱部の燃料下流側に接続する小径円柱部３４の外径は、案内孔１２の内径よりも小さい。小径円柱部３４と案内孔１２の内壁との隙間２１が燃料通路になる。
【００２５】
円錐台部３５は、一方の端部が小径円柱部３４に連続しており、他方の端部が円状の当接部分３６を介して円錐部３７に連続する。円錐台部３５と円錐部３７との接続部分は円であり、この円の部分が弁閉時の接触部となる。円錐部３７は、シート部１３の傾斜角よりも大きな傾斜角となっている。これは、弁閉時において、当接部３６とシート部１３（詳しくは、シート面１３ａ）との接触を可能にし油密を確保するためである。円錐部３７の先端は、弁閉時、サックホール１５に対面する位置となる。また、開弁時、すなわち当接部３６をシート部１３から離脱させる際には、円錐台部３５および円錐部３７とシート部１３（詳しくは、シート面１３ａ）との隙間２２（図２（ｂ）参照）および上記隙間２１が、噴孔４１へ至る燃料通路を形成している。
【００２６】
なお、上述の大径円柱部と小径円柱部３４と円錐台部３５と円錐部３７とは、ノズルニードル３１を構成している。なお、円錐部３７の先端は、閉弁時、サークホール１５に対面する際、その先端とサックホール１５とで形成される空間を所定の空間とするため、円錐部３７の先端に、円推部３７の外周を形成する母線（以下、テーパと呼ぶ）と異なる傾斜角を有する円錐先端部３７ａを形成してもよい（図１参照）。なお、上述の当接部３６とシート面１３ａとが接触することで閉弁する構成に代えて、円錐部３７の上記テーパの外周面とシート面１３ａとが接触することで閉弁する構成としてもよい。
【００２７】
上述の構成を有する燃料噴射ノズル１０の作動について以下説明する。
【００２８】
燃料噴射ノズル１０には、図示しない燃料噴射ポンプ等から供給される高圧燃料が、ノズルボディ１１の燃料供給孔（図示せず）を介して、燃料通路としての隙間２１、２２に導入される。この導入される高圧燃料の圧力（以下、噴射圧力と呼ぶ）が、図示しないコイルバネ等によるノズルニードル３１（詳しくは、当接部３６）をノズルボディ１１のシート面１３ａに押圧する押付荷重と受圧面積から設定されるいわゆる開弁圧に達すると、ノズルニードル３１は押付荷重に抗して上昇し、当接部３６がシート部１３から離間する。よって、ノズルボディ１１とノズルニードル３１が開弁され、燃料通路２１、２２を介して当接部３６の燃料上流から流入する燃料が、噴孔４１を通して、内燃機関等へ噴射供給される。
【００２９】
一方、燃料噴射ポンプからの燃料の圧送終了等によって、噴射圧力が低下し、開弁圧相当（詳しくは、閉弁圧）に達すると、当接部３６がシート部１３に当接する。よって、ノズルボディ１１とノズルニードル３１が閉弁され、内燃機関へ噴射される燃料が遮断され、燃料噴射が終了する。
【００３０】
ここで、本発明の実施形態の特徴である噴孔４１の構成について、以下図１および図２に従って、説明する。図２は、図１中の本発明の要部である噴孔４１の周りを示す断面図であって、図２（ａ）は噴射していない状態（以下、無噴射状態と呼ぶ）、図２（ｂ）は噴射している状態を表わす模式的断面図である。なお、図２（ｂ）中の二点鎖線は、図２（ａ）の無噴射状態の燃料通路４１２を示すものである。
【００３１】
噴孔４１を形成する内壁としての噴孔壁部２０ｂは、図１および図２（詳しくは、図２（ａ）の無噴射状態、図２（ｂ）の噴射状態参照）に示すように、噴孔通路４１２を流れる燃料に応じて変形することで、噴孔通路４１２の断面積（以下、噴孔断面積と呼ぶ）を増減させる構成を有する。詳しくは、噴孔壁部２０ｂ、すなわち噴噴孔入口側開口部４１１と噴孔出口側開口部４１３のうち、噴孔出口側開口部４１３には、噴孔通路を囲うむように円周溝４１４が形成されている。なお、この円周溝は、燃料噴射ノズル１０を用いて燃料噴射する噴射圧力の使用範囲において、噴孔通路４１２を形成する噴孔壁部２０ｂ、すなわち噴孔出口開口部４１３の円環状壁部４１３ａの肉厚ｔが、その噴射圧力の使用範囲において弾性変形し易い所定の肉厚範囲となるように構成されている。
【００３２】
これにより、噴孔入口４１１または出口４１３側を制御エッジで可変にする従来構成のように、燃料流れの一部を仕切ることはないので、噴孔４１（詳しくは、噴射圧力に応じて変形する噴孔通路４１２）での燃料流れの乱れ防止ができる。したがって、上記の従来構成のように制御エッジ等で燃料流れが乱されることはないので、偏った噴霧形状等の噴霧形状が悪化する現象の発生防止ができる。
【００３３】
さらにまた、噴孔出口側開口部４１３の周りに上記円周溝４１４を設けることで、噴孔出口側開口部４１３を、弾性変形し易い円環状（詳しくは、円環状壁部４１３ａ）に形成できるので、噴射圧力に応じて、詳しくは円環状の内壁の内圧としての噴射圧力と外圧としての雰囲気圧との差圧に応じて、噴孔断面積を増減させることができる。図２（ｂ）に示すように、燃料噴射ポンプ等の燃料圧送によってノズルボディ１１に供給される高圧燃料の噴射圧力が開弁圧に達すると、ノズルボディ１１とノズルニードル３１が開弁され、燃料通路２１、２２を介して噴孔４１（詳しくは、噴孔通路４１３）にその高圧燃料が導入される。このとき、高圧燃料の噴射圧力に応じて円環状壁部４１３ａが弾性変形するので、噴射圧力に応じた噴孔断面積可変ができる。
【００３４】
なお、円周溝の幅は、円環状壁部４１３ａの弾性変形量Δδより大きく形成されている。これにより、燃料噴射ノズル１０から噴射する燃料圧力の使用範囲において、その噴射圧力に対応して噴孔４１を弾性変形させ、噴孔断面積を可変にする構成の提供が確実にできる。
【００３５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態としては、第１の実施形態で説明した噴射圧力に応じて変形し、噴孔断面積を可変にする構成において、噴孔出口側開口部４１３の周りに円周溝４１４を形成することで、噴孔壁部２０ｂに弾性変形し易い円環状壁部４１３ａを備える構成に代えて、図３に示すように、内周に噴孔通路４１２が形成される段付円筒体４１５を、ノズルボディ１１に形成される嵌合孔４１６に嵌合固定する構成としてもよい。図３は、第２の実施形態の燃料噴射ノズル１０の先端を示す断面図である。
【００３６】
図３に示すように、噴孔４１を形成する噴孔壁部２０ｂとしては、ノズルボディ１１に圧入嵌合される段付円筒体４１５が設けられており、この段付円筒体４１５は、大径円筒部４１５ａと小径円筒部４１５ｂとを備えている。詳しくは、大径円筒部４１５ａは、突出し部２０の外周面２０ａに形成される嵌合孔４１６に液密に嵌合固定されている。これにより、小径円筒部４１５ｂは、第１の実施形態で説明した円環状壁部４１３ａと同じ機能を備えることができる。なお、小径円筒部４１５ｂと嵌合孔４１６との間に形成される隙間は、第１の実施形態で説明した円周溝４１４に相当する。
【００３７】
これにより、大径円筒部４１５ａに比べて薄肉である小径円筒部４１５ｂは、噴射圧力に応じて弾性変形し易く、よって噴孔断面積を増減できる。
【００３８】
（第３の実施形態）
第３の実施形態としては、第１の実施形態で説明した噴射圧力に応じて変形し、噴孔断面積を可変にする構成において、噴孔出口側開口部４１３側に弾性変形し易い円環状壁部４１３ａを備える構成に代えて、図４および図５に示すように、内周が噴孔通路４１２の少なくとも一部を形成するものであって、軸方向に向かって鼓形状を有する収縮部４１７ａを備えた円筒体４１７がノズルボディ１１内に収容されている構成としてもよい。図４は、第３の実施形態の燃料噴射ノズル１０の先端を示す断面図である。図５は、図４中の本発明の要部である噴孔の周りを示す断面図であって、図５（ａ）は噴射していない状態、図５（ｂ）は噴射している状態を表わす模式的断面図である。なお、図５（ｂ）中の二点鎖線は、図５（ａ）の無噴射状態の円筒体４１７の内周（詳しくは、噴孔通路４１２の一部）を示すものである。
【００３９】
図４および図５に示すように、噴孔４１を形成する噴孔壁部２０ｂの一部として、ノズルボディ１１に形成される収容孔４１８に支承される円筒体（以下、鼓状円筒体と呼ぶ）４１７が設けられており、この円筒体４１７の内周は噴孔通路４１２の一部を形成している。なお、円筒体４１７の下流側には収容孔４１８に圧入嵌合可能な円筒部材４１９が液密に配設されている。一方、円筒体４１７の上流側には突出し部２０の内周に開口する噴孔通路４１２の一部が形成されており、上記鼓状円筒体４１７および円筒部材４１９の内周とともに噴孔通路４１２を構成している。
【００４０】
これにより、鼓状円筒体４１７は、軸方向に向かって鼓形状を有する収縮部４１７ａを備えることで、鼓状円筒体４１７の両軸端部を支点として収容孔４１８に支承されるので、鼓状円筒体４１７の内周に加わる噴射圧力に応じて弾性変形が可能である。そして、例えば噴射圧力の増加に伴って、収縮部の噴孔断面積を、図５（ａ）から図５（ｂ）へ増加させることができる。したがって、噴射圧力に応じて収縮部の噴孔断面積の増減ができ、よって、噴孔断面積を可変にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の燃料噴射ノズルの先端を示す断面図である。
【図２】図１中の本発明の要部である噴孔の周りを示す断面図であって、図２（ａ）は噴射していない状態、図２（ｂ）は噴射している状態を表わす模式的断面図である。
【図３】第２の実施形態の燃料噴射ノズルの先端を示す断面図である。
【図４】第３の実施形態の燃料噴射ノズルの先端を示す断面図である。
【図５】図４中の本発明の要部である噴孔の周りを示す断面図であって、図５（ａ）は噴射していない状態、図５（ｂ）は噴射している状態を表わす模式的断面図である。
【符号の説明】
１０燃料噴射ノズル
１１ノズルボディ
１２案内孔
１３シート部（弁座部）
１３ａシート面（円錐台面）
１５サックホール（サック部）
２０突出し部
２０ａ外周面
２０ｂ噴孔壁部（内壁）
２１、２２隙間
３１ノズルニードル
３４小径円柱部
３５円錐台部
３６当接部
３７円錐部
４１噴孔
４１１噴孔入口（噴孔入口側開口部）
４１２噴孔通路
４１３噴孔出口（噴孔出口側開口部）
４１３ａ円環状壁部
４１４円周溝
４１５段付円筒体
４１５ａ、４１５ｂ大径円筒部、小径円筒部
４１６嵌合孔
４１７鼓状円筒体（円筒体）
４１７ａ収縮部
４１８収容孔
４１９円筒部材
ｔ（円環状壁部の）肉厚
Δδ 弾性変形量

Claims

先端に当接部を有するノズルニードルと、
前記ノズルニードルを軸方向に往復摺動可能に嵌合する案内孔、前記当接部と接触可能な弁座部、前記弁座部またはその下流側に内外を連通するように穿設される噴孔を有するノズルボディとを備え、
前記噴孔は、無噴射状態において、前記噴孔の燃料入口から燃料出口に向かって前記噴孔断面積が小さくなるように形成され、
前記噴孔の内壁は、前記噴孔内を流れる燃料の噴射圧力が前記噴孔の内周側から外周側に向けて作用し、この作用する噴射圧力が高くなることにより噴孔断面積が増大することを特徴とする燃料噴射ノズル。
先端に当接部を有するノズルニードルと、
前記ノズルニードルを軸方向に往復摺動可能に嵌合する案内孔、前記当接部と接触可能な弁座部、前記弁座部またはその下流側に内外を連通するように穿設される噴孔を有するノズルボディとを備え、
前記噴孔の内壁は、前記噴射圧力に応じて弾性変形し易い構成を有し、前記噴孔内を流れる燃料の噴射圧力に応じて変形することで、噴孔断面積を増減させ、
前記噴孔出口側開口部の周りには、円周溝が形成されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
前記内壁は、大径円筒部と小径円筒部とを有する段付円筒体からなり、
前記大径円筒部は、前記ノズルボディに形成された嵌合孔に嵌合固定されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射ノズル。
先端に当接部を有するノズルニードルと、
前記ノズルニードルを軸方向に往復摺動可能に嵌合する案内孔、前記当接部と接触可能な弁座部、前記弁座部またはその下流側に内外を連通するように穿設される噴孔を有するノズルボディとを備え、
前記噴孔の内壁は、内周が軸方向に向かって鼓形状を有する縮径部を備えた円筒体であって、前記噴孔内を流れる燃料の噴射圧力に応じて変形することで、噴孔断面積を増減させ、
前記円筒体は、前記ノズルボディに形成された収容孔に支承されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。