JP4288233B2 - 燃料噴射用インジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの噴射孔を介して内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するためのインジェクタに関する。

燃焼室に燃料を噴射するための公知のインジェクタの場合、燃料が燃焼室へ噴射される噴射孔は、一般に円筒形に形成されている。この場合、従来は１つ又は２つの噴射孔が設けられた。内燃機関のより良好な排気特性を達成するためには、比較的小さな直径を有する噴射孔を製作すると同時に、噴射孔の数を増大することが提案された。但し、エンジンの広範な調査によって、例えば亜鉛、銅等並びにこれらの化合物のような混和物の濃度増大を含む、汚れた燃料を使用した場合、噴射孔の流出開口に堆積物（カーボンの付着）が形成されるということが判った。これにより、噴射孔を介した通流量が減少されるので、エンジン内への噴射量が減少し延いてはエンジン出力が連続的に低下する。この問題は、特に極めて高い温度が支配する最高負荷条件において発生する。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８５４８２８号明細書に基づき公知の燃焼室に燃料を噴射するためのインジェクタは、流入開口及び流出開口を備えた少なくとも１つの噴射孔を有している。この噴射孔の横断面は外側に向かって弁座面とは反対の側の方向に、つまり内燃機関の燃焼室に向かって広がっているので、既に噴射孔流入部においてキャビテーション又は乱流が形成可能であり、これにより、燃料噴流はノズルの極めて近傍で減衰する。

本発明の課題は、構成が単純であり簡単且つ廉価に製作可能であると同時に、噴射孔のカーボン堆積を確実に防止することのできる、燃料を噴射するための噴射孔を備えたインジェクタを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の構成を有するインジェクタによって解決される。本発明の有利な改良は、従属請求項に記載されている。

本発明では、運転中に堆積する堆積物を除去するため若しくは堆積物の発生を防止するために、流出開口において意図的にキャビテーションを形成するための装置を各噴射孔に設けることを提案する。即ち、本発明では意図的にキャビテーションが形成される。つまり、噴射孔において蒸気圧を下回ることにより意図的に気泡を生ぜしめ、次いで、これらの気泡は意図的に、不都合な堆積物が生じる噴射孔の出口で内側に向かって破裂させられる（内破）。この場合、これらの箇所では数千ｂａｒの圧力波が発生し、これにより、噴射孔から堆積物が除去されるか、若しくは最初から堆積物が防止される。即ち、本発明に基づいて、噴射ノズルの流出開口をセルフクリーニングするための装置を供給することができる。

特に有利には、意図的にキャビテーションを形成するための装置は、噴射孔のジオメトリックな寸法形態に基づいて噴射孔に組み込まれている。この場合に噴射孔のキャビテーション形成傾向を増大させるためには、噴射孔形状が流体技術的にやや不都合に構成されているので、ある程度の意図的なキャビテーションが生ぜしめられる。この場合、流れに起因するキャビテーションは、噴射孔の形状に基づいて、流れが最早噴射孔の規定されたジオメトリに従わないことによって得られ、これにより、キャビテーションが発生する。

本発明の有利な構成では、噴射孔は断面図で見て樽状の形状を有している。樽状の形状とは、本発明では、通流方向で見てまず最初に広がって、次いで再び先細になる形状であると理解される。これにより、不都合な堆積物を防止するために、噴射孔の簡単なジオメトリックな構成に基づいて、噴射孔の流出開口に対して空洞気泡を内破させることができる。簡単に製作可能にするためには、噴射孔は有利には対称的な樽形を有している。更に有利には、樽形の噴射孔の流入横断面は、流出横断面よりも大きいか又は等しい。更に有利には、流入横断面及び流出横断面はそれぞれ円形であり、入口直径は出口直径と等しいか、又は出口直径よりも大である。この場合、有利には、樽形の噴射孔の最大直径に対する入口直径の比は０．９〜０．９５である。この場合、樽形の噴射孔の最大直径に対する入口直径の比が０．９１であると、堆積物の確実な防止が可能である。特に有利には、入口直径は５μｍ〜２５μｍだけ、樽形の噴射孔の最大直径よりも小さい。最大直径に対する入口直径の差が少なくとも１０μｍであると、堆積物が確実に防止され得る。更に有利には、樽形の噴射孔の出口直径に対する入口直径の比は１〜１．３、特に１．１である。

噴射孔の別の有利な形状は、噴射孔が通流方向で見て広がる、特に円錐形に広がる形を有している場合である。この場合、噴射孔の流入開口では燃料の著しい変向に基づいて、ディフューザとして働く噴射孔内の増圧に際して流出開口で内破する複数の空洞気泡が発生し、これにより、不都合な堆積物を防止若しくは除去することができる。

噴射孔の別の有利なジオメトリックな構成では、噴射孔の中間直径に対する噴射孔長さの比が６．５であるか、又は６．５未満である。この場合の中間直径とは、噴射孔の全長にわたる平均的な直径である。上で説明したように噴射孔を設計することによって、規定量のキャビテーションを意図的に発生させることが可能である。この場合、噴射孔の形状は任意であり、例えば円筒形、特に円錐形に先細になる形又は樽形であってよい。

本発明の別の有利な構成では、噴射孔のカーボン付着傾向は、流出開口に鋭利な縁部が形成されていることによって低下させられる。つまり、流出開口では縁部は丸みを付けられていないので、噴射孔と燃焼室との間に鋭利な移行部が存在している。この鋭利な移行部が混和物の堆積を防止し、この場合同時に、噴射孔縁部において空洞気泡が発生し、そこで内破可能であるということが保証される。

亜鉛、銅等によって汚染されていない燃料を使用した場合は、流出開口においてキャビテーションを意図的に形成するための装置が設けられているにも関わらず、流出開口自体にはキャビテーションによる摩耗は生じない。それというのも、本発明では専ら堆積物発生時にこの堆積物が除去されるように、キャビテーションを正確に調整することができるからである。更に、カーボン付着に基づく堆積物は、噴射孔が形成されている材料よりも簡単に除去される。それというのも、この材料の方が、キャビテーションに対してより高い耐性を有しているからである。

本発明は、シートノズルを有するインジェクタ（ＶＣＯ）においても、止り穴ノズルを有するインジェクタにおいても使用可能である。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１及び図２に関連して本発明の第１実施例による噴射孔１を説明する。図１から判るように、噴射孔１は対称的な樽形を有している。この場合、噴射孔１は、この噴射孔１の中心軸線を含む平面に対しても対称的であり且つ噴射孔１の最大直径Ｄ_ｍａｘを通る仮想平面においても対称的である。噴射孔１は、流入開口２及び流出開口３を有している。この場合、流入開口２の直径Ｄ_Ｅｉｎは、流出開口３の直径Ｄ_Ａｕｓと同じである。流入開口２及び流出開口３は円形である。

噴射孔１は、公知の形式でノズル体６に形成されており且つ止り穴の噴射側の端部に配置されている。前記止り穴は弁座面を有しており、この弁座面は噴射を実施するために、弁ニードルによって開閉される。

燃料は、流入開口２において噴射孔１へ流入し且つ流出開口３から内燃機関の燃焼室１０に流入する。

図１から判るように、噴射孔１の最大直径Ｄ_ｍａｘは、この噴射孔の全長Ｌの半分の長さＬ／２のところに配置されている。

第１実施例では、最大直径Ｄ_ｍａｘに対する入口直径Ｄ_Ｅｉｎの比は０．９１である。この入口直径Ｄ_Ｅｉｎは出口直径Ｄ_Ａｕｓと等しいので、出口直径に対する入口直径の比は１である。

流れの通流方向及び噴射孔１における変向は、それぞれ図面に矢印で示されている。噴射孔を樽形でジオメトリックに成形することにより、流入開口２において著しい流れの変向が生ぜしめられるので、複数の空洞気泡７が発生する。流入開口２においてできるだけ良好な流れを得るためには、流入開口２の流入縁部４が、規定の半径Ｒを以て丸くされている。この場合、直径Ｄ_Ｅｉｎ及び流入縁部の丸みＲに関連して、キャビテーション形成傾向は、圧力及び流速に適当に影響を及ぼすことによって意図的に増大される。発生した空洞気泡７は、流れによって連行される。噴射孔１内の大きな差圧に基づいて気泡は内側に向かって破裂する。このことは図面に符号８で示されている。内側に向かって破裂する気泡８に基づいて数千ｂａｒの圧力波が発生し、これにより、流出開口３からそこに発生する堆積物９が除去される。即ち、噴射孔１のセルフクリーニングが可能である。更に、流出開口３において内側に向かって破裂させるための空洞気泡７が形成される傾向は、鋭利な流出縁部５を形成することによっても、やはり意図的に調整可能である。この実施例では、流出縁部５は鋭利な縁部として形成されている。

次に、図３に関連して本発明の第２実施例による噴射孔１を説明する。この場合、第１実施例と同じ構成部材には同一符号が付されている。

第２実施例による噴射孔１は、第１実施例とほぼ同じであるが、噴射孔の中心軸線を通る平面に関してのみ対称的に形成されており、ノズル体６の肉厚Ｌの半分の長さＬ／２の高さにおける平面に関しては非対称的であるという点において異なっている。換言すると、第２実施例による樽形の噴射孔１の最大直径Ｄ_ｍａｘは、流入開口２と、噴射孔１の半分の長さＬ／２との間に配置されている（図３参照）。この場合、最大直径Ｄ_ｍａｘに対する入口直径Ｄ_Ｅｉｎの比は０．９４である。更に、出口直径Ｄ_Ａｕｓに対する入口直径Ｄ_Ｅｉｎの比は１．０５である。その他の点については、この実施例は第１実施例と同じなので、第１実施例の説明を参照されたい。

次に、図４に関連して本発明の第３実施例を説明する。先行実施例と同じ構成部材には同一符号が付されている。

図４から判るように、この場合はノズル体６の外面と噴射孔１の流出開口３との間に、角度αを有する流出縁部５が形成されているので、噴射孔から燃焼室１０に向かって鋭利な移行部が得られる。

図４に示したように、第４実施例による噴射孔１は通流方向で見て広がるように、より正確には円錐形に拡径するように形成されている。先行実施例と同様に、流入開口において複数の空洞気泡７が発生される。これらの気泡７は、噴射孔１から出る際の圧力上昇に基づいて空洞化し、これにより、場合によっては存在する堆積物９を、内側に向かって破裂する気泡８によって除去することができる。

本発明の第１実施例による噴射孔の概略断面図である。

図１に示した噴射孔の流出縁部の拡大図である。

本発明の第２実施例による噴射孔の概略断面図である。

本発明の第３実施例による噴射孔の概略断面図である。

符号の説明

１ 噴射孔、 ２ 流入開口、 ３ 流出開口、 ４ 流入縁部、 ５ 流出縁部、 ６ ノズル体、 ７，８ 気泡、 ９ 堆積物、 １０ 燃焼室

Claims (9)

1. 流入開口（２）及び流出開口（３）を備えた少なくとも１つの噴射孔（１）を介して燃焼室（１０）に燃料を噴射するためのインジェクタであって、運転中に流出開口（３）において発生する堆積物（９）を除去するために、噴射孔（１）が、流出開口（３）において意図的にキャビテーションを形成するための装置を有している形式のものにおいて、
   キャビテーションを形成するために、噴射孔（１）が、断面図で見て樽状の形状を有しており、該形状が、通流方向で見て最初は広がり、次いで再び先細になっていることを特徴とする、燃料噴射用インジェクタ。
2. 樽状の噴射孔（１）の流入横断面が、流出横断面よりも大きいか又は等しい、請求項１記載のインジェクタ。
3. 噴射孔（１）が対称的な樽形を有している、請求項１又は２記載のインジェクタ。
4. 流入横断面及び流出横断面が円形であり且つ入口直径（Ｄ_Ｅｉｎ）が出口直径（Ｄ_Ａｕｓ）に等しい、請求項３記載のインジェクタ。
5. 噴射孔（１）の最大直径（Ｄ_ｍａｘ）に対する入口直径（Ｄ_Ｅｉｎ）の比が０．９〜０．９５、殊に０．９１である、請求項１から４までのいずれか１項記載のインジェクタ。
6. 入口直径（Ｄ_Ｅｉｎ）が、最大直径（Ｄ_ｍａｘ）よりも５μｍ〜２５μｍ、特に１０μｍだけ小さい、請求項１から４までのいずれか１項記載のインジェクタ。
7. 出口直径（Ｄ_Ａｕｓ）に対する入口直径（Ｄ_Ｅｉｎ）の比が１〜１．１、殊に１．０５である、請求項２から６までのいずれか１項記載のインジェクタ。
8. 中間直径に対する噴射孔長さ（Ｌ）の比が６．５であるか又は６．５未満であり、前記中間直径が、噴射孔（１）の全長（Ｌ）にわたる平均的な直径である、請求項１から７までのいずれか１項記載のインジェクタ。
9. 流出開口（３）に鋭利な縁部（５）が形成されており、流入開口（２）の縁部（４）に規定された丸み（Ｒ）が形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のインジェクタ。

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