JP3926218B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents

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、特に噴孔部内壁や噴孔部端面へのカーボンデポジットの堆積を防止することができる燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ノズルボディにニードル弁を往復移動可能に収容し、前記ニードル弁がノズルボディに当接する弁座部に着座ならびに前記弁座部から離座することにより、噴孔部から燃料を噴射する燃料噴射ノズルが知られている。燃料噴射ノズルは、シリンダ内における燃焼効率を向上する観点から、燃料の噴射量を調整する性能（調量性能）と燃料をシリンダ内に噴霧する性能（噴霧性能）とを高めることが要求される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃料噴射ノズルは燃焼室（シリンダ）に面しているため、燃料の燃焼により加熱されたノズルの熱や燃焼時の火炎などにより噴孔部内壁や噴孔部端面に付着した燃料が化学反応を起こして炭化してカーボンデポジットを生成する。このカーボンデポジットの主成分はＣ（炭素）、Ｏ（酸素）であり、さらに微量成分としてＳ（硫黄）、さらにオイル添加剤に由来するＫ（カリウム）、Ｃａ（カルシウム）などが含まれることがある。このため、時間経過とともに噴孔部内壁および噴孔部表面にカーボンデポジットが堆積し、燃料の調量性能や噴霧性能が著しく損なわれるという問題がある。さらに極端な場合には、カーボンデポジットの堆積が弁座部周辺部への流路にも及び、弁座部からのニードル弁の離座が悪化するという問題もある。
【０００４】
カーボンデポジットの上記諸問題を解決するために、これまでに燃焼噴射ノズルの加熱時に生じる付着燃料の炭化を防ぐために、燃料噴射ノズル表面に断熱層を設けて燃料噴射ノズルの温度を降下させる技術が提案されている。しかし、この技術では加熱時の燃料噴射ノズルへの燃料付着は防げても、燃焼時の火炎によって噴孔部内壁や噴孔部端面に付着した燃料が炭化してしまうため、カーボンデポジットの低減効果としては十分ではなかった。
【０００５】
また、噴孔部の噴孔と先端部との間に空間を設けて噴孔部内壁や噴孔部端面への燃料の付着を防止して燃料の炭化を防ぐ技術も提案されている（特開平８−１４４８９３号公報）。しかしながら、かかる空間を設けても燃料の付着の問題は完全には解決されておらず、燃料の炭化によるカーボンデポジットの低減効果としては、なお十分なものとはいえなかった。
【０００６】
本発明は、上記諸問題に鑑みてなされたものであり、燃料噴射ノズルの噴孔部内壁および噴孔部端面に付着した燃料が炭化してカーボンデポジットを生成するのを阻止できる燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、カーボンデポジットに関する上記諸問題を解決するために、燃料噴射ノズルの噴孔部内壁及び噴孔部端面への燃料の付着を阻止する手段につき鋭意検討を重ねた。その結果、従来の燃料噴射ノズルに比べて噴孔部内壁及び噴孔部端面への燃料付着を良好に阻止できる燃料噴射ノズルを開発し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の目的は、エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための噴孔部を有する燃料噴射ノズルであって、前記噴孔部に磁場勾配が発生するように、前記噴孔部を囲むように永久磁石を設置されることを特徴とする燃料噴射ノズルにより達成される（第１の態様）。
【００１０】
本発明の第１の態様及びその好ましい態様では、磁気カーテンが噴孔部に常磁性を有する酸素分子の壁を形成するため、シリンダ内での燃料の燃焼により発生する燃焼ガスなどの雰囲気ガスの噴孔部内への侵入を阻止できる。このため、噴孔部内壁および噴孔部端面に残留した燃料の熱分解を防止してカーボンデポジットの生成を阻止することができる。さらに噴孔部に磁気カーテンが形成されることにより噴孔部内壁および噴孔部端面に残留した燃料の脱水素反応を防止して、脱水素反応に起因するカーボンデポジットの生成を阻止することもできる。特に永久磁石で磁場を形成できれば、操作性と安全性を向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の燃料噴射ノズルの好ましい実施の態様を図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【００１５】
本発明の燃料噴射ノズルを直噴エンジン用インジェクタに適用した好適な実施例を図１〜図５に示す。図１及び図２は、本発明の第１の態様の燃料噴射ノズルを示す図面であり、図１は、本発明の第１の態様の燃料噴射ノズルの断面概略図、図２は、本発明の第１の態様の燃料噴射ノズルの噴孔部における磁気カーテンを説明するための噴孔部周辺の模式図である。また、図３は、本発明の燃料噴射ノズルが使用されるインジェクタの概略説明図である。さらに、図４〜６は、本発明の第２の態様の一実施例における燃料噴射ノズルを示す図面であり、図４は、本発明の第２の態様の一実施例における燃料噴射ノズルの概略説明図、図５は、本発明の第２の態様の他の実施例における燃料噴射ノズルの概略説明図、および図６は、本発明の第２の態様の燃料噴射ノズル部分の拡大図である。
【００１６】
（本発明の第１の態様）
図１に示される燃料噴射ノズル１は、ノズルボディ２と、ニードル弁３と、ノズルボディ２の先端外側に取付けられたソケット４と、ノズルボディ２およびソケット４の間に配置された磁石８とで構成される。
【００１７】
燃料噴射ノズル１は、図３に示されるようにコネクタ３４を有するインジェクタ３１の先端部に設けられる。インジェクタ３１は、燃料噴射ノズル１がシリンダ内に向くようにしてシリンダヘッド３３に嵌合される。燃料噴射ノズル１は、燃料供給部３２から供給された燃料をノズルボディ２の先端に設けられた噴孔部６からシリンダ内へ噴射する。
ここで、燃料噴射シリンダ１のシリンダ内への燃料噴射の機構を図１および図３に基づいて具体的に説明する。燃料供給部３２（図３）からニードルガイド部１１内の燃料通路１２を介して供給された燃料は、一旦、ニードル弁３の上方に設けられた燃料溜まり室１３に貯溜される。燃料をシリンダ内へ噴射する場合には、ニードル弁３の上方に設けられた電磁弁（図示せず）によりニードル弁３を上方向にリフトし、ノズルボディ２の弁座５からニードル弁３を離座する。ニードル弁３の離座により燃料溜まり室１３に貯溜されていた燃料は、ニードル弁３と弁座５との間（燃料通路）を通って噴孔部６及び貫通孔７に流入し、燃料がシリンダ（燃焼室）内へ噴射される。
【００１８】
ノズルボディ２は、内部にニードル弁３を往復運動可能な状態で収容され、その先端には燃料を噴射するための噴孔部６を有する。ニードル弁３は、閉弁時には弁座５に着座し、開弁時には弁座５から離座する。
【００１９】
ソケット４は、後述する磁石８をノズルボディ２との間に収納する役割を有するとともに、シリンダ内で発生する燃焼ガス熱及び火炎熱によりノズルボディ２が昇温するのを防止する断熱材としての役割をも有する。ソケット４は、嵌合、溶接、焼きばめ等によりノズルボディ２の先端外側に取付けられる。ソケット４をノズルボディ２に嵌合して取付ける場合、例えば、図１に示されるように、ソケット４の上端部に設けられた環状の凸部９をノズルボディ２の先端付近の外周に設けられた環状の溝１０に嵌合することにより行われる。このとき、ソケット４の底部に設けられた貫通孔７の軸が噴孔部６の軸と同軸となるようする。
【００２０】
噴孔部６は、燃料をシリンダ内へ噴射するためにノズルボディ２の先端に設けられた孔である。図１では説明の便宜のため、噴孔部６がノズルボディ２の先端において垂直方向に１つ設けられているが、噴孔部６の形成される方向及び個数はこれに限定されるものではない。噴孔部６から噴射される燃料を燃焼室（シリンダ）内で均一に拡散するためには、噴孔部６はニードル弁３の軸方向に対して斜め方向に複数形成されることが好ましい。
噴孔部６の孔径、孔長及び孔の軸方向に対する角度は、燃料噴射ノズルの大きさ等に応じて適宜決定できる。
【００２１】
ソケット４の底部に形成される貫通孔７は、噴孔部６と同軸に形成できれば、その形状は特に限定されない。燃料噴射中にソケット４上に燃料噴霧が付着しないようにするためには、貫通孔７の断面形状はシリンダ側に広がるような逆テーパ状にすることが好ましい。
【００２２】
本発明の第１の態様では、噴孔部６に磁気カーテンが形成されている。本発明における「磁気カーテン」とは、噴孔部に磁場が印加されたときに、空気中の酸素と磁場勾配との相互作用により噴孔部に形成される障壁をいう。
以下、図２に基づいて本発明の第１の態様における磁気カーテンについて説明する。図２は、噴孔部における磁気カーテンを説明するための噴孔部周辺の模式図である。図２に示されるように噴孔部６を囲むようにして磁石８を設置すると噴孔部６には磁場勾配が発生する。酸素は常磁性を有しており、磁場勾配はこの常磁性の酸素と相互作用することにより噴孔部６に磁気カーテン２１を形成する。磁気カーテン２１は常磁性を有する酸素との相互作用により形成される酸素分子の障壁であるため、シリンダ内での燃料の燃焼に伴って発生する燃焼ガスがソケット４側から噴孔部６内に侵入するのを阻止する。その結果、噴孔部６内壁および噴孔部６端面における燃料の熱分解反応を防止してカーボンデポジットの生成を阻止できる。さらに噴孔部６に磁気カーテン２１を形成することにより、噴孔部６内における化学反応、すなわち脱水素反応を防止し、脱水素反応に起因するカーボンデポジットの生成を阻止できる。
【００２３】
図１および図２に示される磁石８は、磁極と磁場勾配を形成し得るものであれば特に制限はない。このような磁石としては、例えば、電磁石、永久磁石のような磁石が挙げられる。操作性、安全性等を考慮すれば、永久磁石を使用することが好ましい。図１では、磁石８はノズルボディ２とソケット４との間において噴孔部６を囲むように配置される。磁石８の個数は、噴孔部６の個数に対応して適宜決定され、噴孔部６が複数設けられる場合には磁石８も複数設けられる。また、磁石８の磁極は特に制限されず、例えばシリンダ側をＳ極としノズルボディ２側をＮ極としてもよく、その逆であってもよい。
【００２４】
また、磁石の噴孔部６に対する磁場の強さは、シリンダ側からの燃料ガスの噴孔部６内への侵入を阻止できる程度の強さであればよく、例えば、磁極間の距離をできるだけ短くし、かつ小さい磁場強度で磁場勾配を大きくすることが好ましい。
【００３５】
本発明の燃料噴射ノズルは、各種のエンジン用インジェクタの燃料噴射ノズルとして使用できる。本発明の燃料噴射ノズルは、特にシリンダ内直噴ガソリン噴射エンジン用のインジェクタの燃料噴射ノズルとして使用されることが好ましい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の第１の態様では、噴孔部に磁気カーテンを形成できるため、シリンダ内の燃料の燃焼に伴って発生する燃焼ガスの噴孔部への侵入を阻止できる。このため、本発明の第１の態様は、噴孔部内壁および噴孔部端面に残留した燃料の熱分解を防止してカーボンデポジットの生成を阻止できる。また、本発明の第１の態様では噴孔部に磁気カーテンが形成されるため、噴孔部内における化学反応を阻止できるため、脱水素反応に起因するカーボンデポジットの生成も阻止できると同時に、化学反応に伴う噴孔部の劣化を阻止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の態様の燃料噴射ノズルの断面概略図である。
【図２】本発明の第１の態様の燃料噴射ノズルの噴孔部における磁気カーテンを説明するための噴孔部周辺の模式図である。
【図３】本発明の燃料噴射ノズルが使用されるインジェクタの概略説明図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射ノズル
２ ノズルボディ
３ ニードル弁
４ ソケット
５ 弁座
６ 噴孔部
７ 貫通孔
８ 磁石
９ 凸部
１０ 溝
２１ 磁気カーテン
３１ インジェクタ
３２ 燃料供給部
３３ シリンダヘッド
３４ コネクタ

Claims (4)

1. エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための噴孔部を有する燃料噴射ノズルであって、前記噴孔部に磁場勾配が発生するように、前記噴孔部を囲むように永久磁石を設置されることを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 前記磁場勾配は、空気中の酸素との相互作用により、前記噴孔部に磁気カーテンを形成する請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
3. 前記磁場勾配は、前記噴孔部のシリンダ側をＳ極としノズルボディ側をＮ極とする請求項１または２に記載の燃料噴射ノズル。
4. 前記磁場勾配は、前記噴孔部のシリンダ側をＮ極としノズルボディ側をＳ極とする請求項１または２に記載の燃料噴射ノズル。

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