JP5044335B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射ノズルに関する。

内燃機関に用いられる燃料噴射ノズルにおいて、第１及び第２噴孔を有するボディと、第１及び第２噴孔をそれぞれ開閉する第１及び第２ニードルを備えたものが知られている（特許文献１）。このような燃料噴射ノズルは、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合には、第１ニードルが第１噴孔を開き、内燃機関の運転領域が中高負荷域である場合には、第１及び第２ニードルがそれぞれ第１及び第２噴孔を開くものが知られている。

一般的に、第１噴孔の径は小さく形成されていることが望ましい。第１噴孔の径が小さく形成されていることにより、燃料の微粒化が促進され、煤の発生が抑制され、また着火時までに十分に燃料と空気とを混合することができる。これにより、局所的な温度上昇を抑制しＮＯｘの発生を抑制することができる。

また、第２噴孔の径は大きく形成されていることが望ましい。第２噴孔の径が大きく形成されていることにより、短期間で燃料を噴射しきることができ、筒内の温度が低下する前に燃焼を終了させることができる。これにより、筒内の空気を十分に使いきることができ、煤の発生を抑制できる。

また、第１噴孔径よりも第２噴孔径の方を大きく形成することにより、第１噴孔のみが開く軽負荷域において低排気を実現でき、第１及び第２噴孔が開く中高負荷域においては、高出力を実現できる。

特開２００７−７１０９３号公報

しかしながら、第１噴孔の径が小さいと、例えば、内燃機関の温度が低い場合には、第１噴孔から噴射される燃料の貫徹力が強いまま維持され、吸気弁や吸気ポートに燃料が付着し、未燃燃料の排出が増大する恐れがある。また、第２噴孔の径が大きいと、中負荷域のように第２噴孔が僅かに開く運転領域においては、第２噴孔から噴射される燃料の貫徹力が弱まり、煤の発生量が増大する恐れがある。以上のように、従来の燃料噴射ノズルとは異なる観点から燃料の貫徹力を制御する必要がある。

したがって本発明の目的は、従来とは異なる観点から燃料の貫徹力が制御された燃料噴射ノズルを提供することである。

上記目的は、燃料を噴射するための第１及び第２噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディ内に移動可能に配置され前記第１及び第２噴孔をそれぞれ開閉する第１及び第２ニードルとを備え、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合には前記第１ニードルが前記第１噴孔を開き、内燃機関の運転領域が中高負荷域である場合には前記第１及び第２ニードルがそれぞれ前記第１及び第２噴孔を開く内燃機関の燃料噴射ノズルにおいて、前記第１噴孔は、第１流入口及び第１流出口を含み、前記第２噴孔は、第２流入口及び第２流出口を含み、前記第１流入口の開口面積よりも前記第１流出口の開口面積が大きい、ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射ノズルによって達成できる。

この構成により、第１噴孔から噴射される燃料の貫徹力を弱めることができる。これにより、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合に、燃料の過拡散や吸気ポート等への付着による、未燃燃料や一酸化炭素の排出を抑制できる。

また、上記目的は、燃料を噴射するための第１及び第２噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディ内に移動可能に配置され前記第１及び第２噴孔をそれぞれ開閉する第１及び第２ニードルとを備え、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合には前記第１ニードルが前記第１噴孔を開き、内燃機関の運転領域が中高負荷域である場合には前記第１及び第２ニードルがそれぞれ前記第１及び第２噴孔を開く内燃機関の燃料噴射ノズルにおいて、前記第１噴孔は、第１流入口及び第１流出口を含み、前記第２噴孔は、第２流入口及び第２流出口を含み、前記第２流入口の開口面積よりも前記第２流出口の開口面積が小さい、ことを特徴とする燃料噴射ノズルによっても達成できる。

この構成により、第２噴孔から噴射される燃料の貫徹力を強めることができる。これにより、内燃機関の運転領域が中高負荷域である場合に、燃料の微粒化を促進でき煤の発生を低減できる。また、中高負荷域で機関出力が向上する。

上記構成において、前記第１流出口の開口面積よりも前記第２流出口の開口面積が小さい、構成を採用できる。
この構成により、第１噴孔から噴射される燃料の貫徹力は、第２噴孔から噴射される燃料の貫徹力よりも弱いものとなる。これにより、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合には、未燃燃料及び一酸化炭素の排出を抑制でき、高負域である場合には、機関出力を向上させることができる。

また、上記目的は、燃料を噴射するための第１及び第２噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディ内に移動可能に配置され前記第１及び第２噴孔をそれぞれ開閉する第１及び第２ニードルとを備え、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合には前記第１ニードルが前記第１噴孔を開き、内燃機関の運転領域が中高負荷域である場合には前記第１及び第２ニードルがそれぞれ前記第１及び第２噴孔を開く内燃機関の燃料噴射ノズルにおいて、前記第１噴孔から噴射される燃料の貫徹力は、前記第２噴孔から噴射される燃料の貫徹力よりも弱くなるように設定されている、ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射ノズルによっても達成できる。

この構成により、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合には、未燃燃料及び一酸化炭素の排出を抑制でき、中高負域である場合には、機関出力を向上させることができる。

上記構成において、前記第１噴孔は、前記第１流入口から前記第１流出口にかけて開口面積が連続的に拡大している、構成を採用できる。
この構成により、燃料が噴出される流速を低減することができ、第１噴孔から噴射される燃料の貫徹力を弱めることができる。

上記構成において、前記第１噴孔は、前記第１流入口から前記第１流出口までの途中で開口面積が拡大する段部を有する、構成を採用できる。
この構成により、段部から燃料が剥離することにより、第１噴孔から噴射される燃料の貫徹力を弱めることができる。

上記構成において、前記第１流入口の開口面積よりも前記第１流出口の開口面積が大きくなるように、前記第１流出口の内周方向に延びる溝部が形成されている、構成を採用できる。
この構成により、第１噴孔の加工が容易となると共に、第１噴孔から噴射される燃料の貫徹力を弱めることができる。

上記構成において、前記溝部は、前記第１噴孔の中心軸線とニードル軸線との角度よりも前記第１噴孔から噴射される燃料の噴射方向の中心と前記ニードル軸線との角度の方が小さくなるように設定されている、構成を採用できる。
この構成により、未燃燃料の排出を低減できる。

上記構成において、前記第２噴孔は、前記第２流入口から前記第２流出口にかけて開口面積が連続的に縮小している、構成を採用できる。
この構成により、第２噴孔内での燃料の剥離を抑制され、第２噴孔から噴射される燃料の貫徹力を強めることができる。

本発明によれば、従来とは異なる観点から燃料の貫徹力が制御された燃料噴射ノズルを提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る燃料噴射ノズルについて説明する。

図１は、本実施例に係る燃料噴射ノズル１の部分断面図である。燃料噴射ノズル１は、内燃機関の気筒内に直接噴射供給するノズルである。燃料ポンプ（図示せず）により加圧された燃料は、コモンレール８０内に一定の圧力で蓄圧されて、各気筒に備えられた燃料噴射ノズル１へ導入される。導入された燃料のうち余剰燃料は、燃料タンク８２へと戻される。燃料噴射ノズル１は、図１に示すように、第１ニードルである外側ニードル１０、第２ニードルである内側ニードル２０、ノズルボディ５０、スリーブ６０、スプリング９８、９９などから構成される。

ノズルボディ５０は、略円柱状に形成され、その内部には、外側ニードル１０、内側ニードル２０が二重に配置されて、軸方向に往復動可能に収容されている。外側ニードル１０は、ノズルボディ５０内に配置された、略円筒状のスリーブ６０の内周面と摺動して往復動方向が規制されている。また、外側ニードル１０は、略円筒状に形成され、内側ニードル２０の外周面と、外側ニードル１０の内周面とが摺動することにより、内側ニードル２０が軸方向に往復動可能に収容されている。

外側ニードル１０には、軸方向の中間位置で径方向に突出した鍔部１２が形成されており、この鍔部１２とスリーブ６０の下端部との間にスプリング９８が配設されている。スプリング９８は、外側ニードル１０を下方向に付勢する。また、外側ニードル１０には、鍔部１２よりも下部に連通路１１が形成されている。連通路１１は、外側ニードル１０の外周部周辺の燃料を外側ニードル１０の内周部へと導く機能を有している。これにより、外側ニードル１０の内周面と内側ニードル２０の外周面との間のクリアランス部７４にも燃料が供給される。外側ニードル１０の下端部には、第１噴孔３０からの燃料の噴出を遮断又は開放するシール部１３が形成されている。

内側ニードル２０は、軸方向上部から下部にかけて、鍔部２９、略円柱状をなす大径部２１、大径部２１よりも径の小さい小径部２２、３段の円錐形状面からなる先端部２３が形成されている。鍔部２９は、スプリング９９の下端部が当接し、これにより内側ニードル２０は、軸方向下方に付勢される。大径部２１は、外側ニードル１０の内周面と摺動する。小径部２２と外側ニードル１０の内周面との間には、燃料通路が確保されている。また、先端部２３には、シート面５１の座部に液密的に接触して、第２噴孔４０からの燃料の噴出を遮断又は開放するシート部２４を有する。尚、外側ニードル１０、内側ニードル２０、ノズルボディ５０は、例えば炭素鋼等の金属材料により形成されている。

ノズルボディ５０は、下端部に、内燃機関の気筒（不図示）内に燃料を噴射するための第１噴孔３０、第２噴孔４０、先端部２３が着座するためのシート面５１が形成されている。第１噴孔３０、第２噴孔４０は、それぞれ軸方向に上段と下段とに形成され、それぞれノズルボディ５０の中心軸を中心として、径の異なる同心円に沿って複数形成されている。また、第１噴孔３０、第２噴孔４０は、それぞれ軸方向に並ぶように同一の数だけ設けられている。第１噴孔３０は、第２噴孔４０よりも外側に形成されている。

また、ノズルボディ５０と、スリーブ６０の外周面及び外側ニードル１０の外周面との間には、燃料供給路７１、リターン通路７２が形成され、燃料供給路７１は、コモンレール８０から供給される高圧燃料の通路となる。また、リターン通路７２は、燃料噴射に使用されなかった余剰燃料を燃料タンク８２へ戻すための通路である。燃料供給路７１内の燃料は、連通路１１を介してリターン通路７２へと流入する。

また、燃料供給路７１内の燃料は、絞り路６１を介して、スリーブ６０の内周面によって画定される圧力制御室７３内へと流入する。尚、圧力制御室７３にも図示はしないが、余剰燃料を燃料タンク８２へと戻すためのリターン通路が形成されている。このリターン通路を介して燃料タンク８２へと戻される燃料量は、調圧装置８１によって調整される。調圧装置８１は、ＥＣＵ（不図示）からの指令に応じて、開閉する電磁弁である。尚、圧力制御室７３内に流入した燃料の圧力は、外側ニードル１０及び内側ニードル２０を下方向へ付勢するように作用する。

次に、燃料噴射ノズル１の動作について簡潔に説明する。まず、燃料噴射が停止されている状態について説明する。調圧装置８１によって圧力制御室７３から燃料タンク８２へ燃料を戻すリターン通路を遮断することによって、圧力制御室７３内の圧力は、コモンレール８０内の圧力と同じになる。これにより、外側ニードル１０、内側ニードル２０は、下方向に付勢されて、シール部１３及びシート部２４がシート面５１に着座した状態で維持される。

次に、第１噴孔３０を開くための作動について説明する。ＥＣＵからの指示により、調圧装置８１が圧力制御室７３と燃料タンク８２とが連通したリターン通路を開放すると、圧力制御室７３内の燃料は燃料タンク８２へと戻される。これにより、圧力制御室７３内の燃料圧力は低下する。この燃料圧力の低下によって、外側ニードル１０がリフトされ、シール部１３はシート面５１から離座する。これにより、第１噴孔３０が開き燃料が噴射される。尚、圧力制御室７３内の燃料圧力が低下しても、圧力制御室７３に流入する燃料は絞り路６１によって絞られているため、直ちに圧力制御室７３内の燃料圧力は上昇しない。また、外側ニードル１０がリフトされることにより、燃料供給路７１を通過して外側ニードル１０の外周面とノズルボディ５０の内周面との間で蓄圧された燃料と、連通路１１を通過してクリアランス部７４に蓄圧された燃料とが、第１噴孔３０に向けて流れ込むことになる。従って、相反する方向から第１噴孔３０に向けて燃料が流れることになる。

次に、第２噴孔４０を開放するための作動について説明する。前述した場合よりも更に圧力制御室７３内の燃料圧力が低下すると、内側ニードル２０がリフトし、シート部２４はシート面５１から離座する。これにより、第２噴孔４０が開き燃料が噴射される。

次に、燃料噴射を停止するための作動について説明する。ＥＣＵからの指示により、調圧装置８１が圧力制御室７３と連通したリターン通路を閉じると、圧力制御室７３内の圧力が上昇し、コモンレール８０内の圧力と一致する。この過程で、外側ニードル１０、内側ニードル２０が下方へ移動し、シール部１３、シート部２４はそれぞれ略同時にシート面５１に着座する。これにより、第１噴孔３０、第２噴孔４０が遮断されて、燃料噴射が停止される。

尚、ＥＣＵからの指示により、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合に、外側ニードル１０は第１噴孔３０を開き、内燃機関の運転領域が中高負荷域である場合には、外側ニードル１０及び内側ニードル２０がそれぞれ第１噴孔３０、第２噴孔４０を開く。これにより、内燃機関への負荷に応じて、燃料噴射量が調整される。

次に、第１噴孔３０、第２噴孔４０について簡単に説明する。図２は、第１噴孔３０、第２噴孔４０周辺の拡大図である。尚、図２においては、内側ニードル２０については図示を省略してある。また、図２は、外側ニードル１０が上方にリフトして、第１噴孔３０を開放した状態を示している。

第１噴孔３０は、シート面５１に開口した流入口３１と、ノズルボディ５０の外周面に開口した流出口３２とを有する。流入口３１は、第１流入口に、流出口３２は、第１流出口に相当する。第１噴孔３０は、流入口３１から流出口３２にかけて、開口面積は連続的に拡大するように形成されており、流入口３１の開口面積よりも流出口３２の開口面積が大きく形成されている。

第２噴孔４０は、シート面５１に開口した流入口４１と、ノズルボディ５０の外周面に開口した流出口４２とを有する。流入口４１は、第２流入口に、流出口４２は、第２流出口に相当する。第２噴孔４０は、流入口４１から流出口３２にかけて、開口面積が連続的に縮小するように形成されている。

次に、シール部１３について詳細に説明する。図２に示すように、シール部１３は、上シール部１３ａ、下シール部１３ｂからなり、いわゆる二重シール構造であり、流入口３１の開口端部全体をシールすることが可能に形成されている。上シール部１３ａ、下シール部１３ｂにより、流入口３１と対向しうる外側ニードル１０の先端部は、略円環状となるように溝部が形成されている。シール部１３がシート面５１に着座することにより、第１噴孔３０からの燃料漏れが防止される。

ここで、内側及び外側ニードルにそれぞれ開閉される第１及び第２噴孔が形成された、従来の燃料噴射ノズルの噴孔形状について説明する。図３及び図４は、従来の燃料噴射ノズルの噴孔形状の説明図である。図３（ａ）は、従来の燃料噴射ノズルの第１噴孔３０ｘの説明図である。図３（ａ）に示すように、従来の燃料噴射ノズルにおける第１噴孔３０ｘは、流入口３１ｘから流出口３２ｘにかけて、開口面積が略等しく形成されている。

外側ニードルが第１噴孔３０ｘを開くことにより、外側ニードルの外周面とノズルボディの内周面との間に蓄圧された燃料と、外側ニードルの内周面と内側ニードルの外周面との間（クリアランス部７４に相当する）に蓄圧された燃料とが、第１噴孔３０ｘに向かって流れる。図３（ａ）において、シート面５１に沿って下降するように流れる燃料ｆ１は、外側ニードルの外周面とノズルボディの内周面との間に蓄圧された燃料が第１噴孔３０ｘに向かって流れる燃料であり、シート面５１に沿って上昇するように流れる燃料ｆ２は、外側ニードルの内周面と内側ニードルの外周面との間に蓄圧された燃料が第１噴孔３０ｘに向かって流れる燃料である。

また、図３（ａ）に示すように、流入口３１ｘの上部周辺で第１噴孔３０ｘの内壁面から燃料が剥離する剥離領域Ｒ３ｘが生じる。剥離した燃料は、流出口３２ｘに到る前に、第１噴孔３０ｘの内壁面に再付着する。第１噴孔３０ｘの内壁面から剥離した燃料が再び付着する理由は、燃料ｆ２が、第１噴孔３０ｘの内壁面から剥離した燃料ｆ１を、第１噴孔３０ｘの内壁面の上方に向けて押戻すように作用するからである。このようにして、剥離領域Ｒ３ｘが僅かなもとのなる。剥離領域Ｒ３ｘが僅かであるため、第１噴孔３０ｘを通過する燃料は、剥離による損失が少なく、貫徹力も大きなものとなる。従って、噴射された燃料Ｆの到達距離Ｌ３ｘは、比較的長いもとのとなる。

図３（ｂ）は、内側及び外側ニードルにそれぞれ開閉される第１及び第２噴孔が形成された、従来の燃料噴射ノズルでの第１噴孔から噴射された燃料の到達距離と、第１噴孔のみが形成された単孔式の従来の燃料噴射ノズルでの噴孔から噴射された燃料の到達距離とを比較したグラフである。縦軸は、燃料の到達距離を、横軸は、噴射開始から経過した時間を示している。図４に示した、曲線ＬＬ３ｘは、上述した第１噴孔３０ｘから噴射された燃料の到達距離を示しており、曲線ＬＬ３ｘ１は、単孔式での従来の燃料噴射ノズルの噴孔から噴射された燃料の到達距離を示している。

単孔式の燃料噴射ノズルの場合、上述した燃料噴射ノズルと異なり、単一のニードルと、単一のニードルによって開閉される第１噴孔が形成されたノズルボディとから構成される。尚、ここでいう単孔式の燃料噴射ノズルでの第１噴孔とは、ノズルボディの中心軸を中心として、径の異なる同心円に沿って複数形成された孔を含む。このニードルがリフトした際には、ニードルの外周面とノズルボディの内周面との間に蓄圧された燃料が、噴孔に流れ込むことになる。従って、シート面に沿って下降するようにして噴孔に燃料が流れ込む。このため、噴孔内で燃料が剥離する領域が、大きいものとなる。剥離領域が大きいと、燃料の損失が大きく、燃料の到達距離が比較的短くなる。従って、図４に示したように、第１及び第２噴孔を備えた従来の燃料噴射ノズルにおける、第１噴孔から噴射された燃料の到達距離は、単孔式の燃料噴射ノズルにおける、噴孔から噴射された燃料の到達距離よりも長くなる。

また、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合に、第１噴孔３０ｘから噴射される燃料の貫徹力が強いと、燃料の過拡散や吸気ポートへの付着などの理由により、未燃燃料の排出が増大する恐れがある。

次に、内側及び外側ニードルにそれぞれ開閉される第１及び第２噴孔が形成された、従来の燃料噴射ノズルにおける、第２噴孔の形状について説明する。図４は、従来の燃料噴射ノズルにおける、第２噴孔４０ｘの説明図である。

内側及び外側ニードルがリフトすることにより、第１噴孔３０ｘと共に、第２噴孔４０ｘが開く。これにより、内側ニードルの先端の外周面周辺に蓄圧された燃料が、第２噴孔４０ｘに向かって流れる。図４において、シート面５１ｘに沿って下降するように流れる燃料ｆ３は、内側ニードルの先端の外周面周辺に蓄圧された燃料が第２噴孔４０ｘに向かって流れる燃料である。

第２噴孔４０ｘは、第１噴孔３０ｘよりも内側に形成されているため、内側シート径（内側ニードルがシート面５１ｘに着座するシート位置）は、外側シート径（外側ニードルがシート面５１ｘに着座するシート位置）よりも小さいものとなる。従って、内側ニードルがリフトした際における、内側ニードルの先端部周辺と、内側ニードルがシート面５１ｘに着座するシート位置との間の流路面積は、外側ニードルの場合と比較して小さなものとなる。従って、内側ニードルがリフトした際に、第２噴孔４０ｘへ流れ込む燃料の流量が少ないため、第２噴孔４０ｘから噴射される燃料の圧力が減少し、貫徹力が低減するという問題があった。

また、第２噴孔４０ｘには、シート面５１ｘに沿って上方からのみから燃料ｆ３が流入するため、第２噴孔４０ｘの内壁面から燃料が剥離する剥離領域Ｒ４ｘは、第１噴孔３０ｘにおける剥離領域Ｒ３ｘよりも大きなものとなる。従って、第２噴孔４０ｘから噴射される燃料の損失が大きく、貫徹力が弱まる。

第２噴孔４０ｘから噴射される燃料の貫徹力が弱いと、例えば中負荷領域などの、第２噴孔４０ｘが僅かな期間開かれる場合には、煤の発生が増大する恐れがある。

そこで本実施例における燃料噴射ノズル１における第１噴孔３０、第２噴孔４０は、図２に示した形状により、上記問題点を解消できる。以下に、第１噴孔３０、第２噴孔４０について詳細に説明する。図５は、本実施例に係る燃料噴射ノズルにおける第１噴孔３０、第２噴孔４０の説明図である。図５（ａ）は、第１噴孔３０の説明図である。

図５（ａ）に示すように、第１噴孔３０内には、燃料が第１噴孔３０の内壁面から剥離する剥離領域Ｒ３が生じる。剥離した燃料は、再び第１噴孔３０の内壁面に付着することなく、流出口３２から噴射される。この理由は、流入口３１によってその燃料ｆ１、ｆ２が流入する流路面積が絞られた後、流入口３１から流出口３２に到るまで第１噴孔３０の開口面積が連続的に拡大する逆テーパ状に形成されているからである。これにより、大きな剥離領域Ｒ３が生じる。大きな剥離領域Ｒ３が生じることにより、第１噴孔３０を通過する燃料は剥離による損失が大きく、貫徹力が弱まる。従って、第１噴孔３０から噴射される燃料Ｆの到達距離Ｌ３についても、図３（ａ）において示した到達距離Ｌ３ｘよりも短くなる。

以上のように、第１噴孔３０から噴射される燃料の貫徹力を弱めることにより、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合に、燃料の過拡散や吸気ポート等への付着による、未燃燃料や一酸化炭素の排出を抑制できる。

また、第１噴孔３０は、流入口３１から流出口３２にかけて開口面積が連続的に拡大しているので、燃料が噴出される流速を低減することができ、第１噴孔３０から噴射される燃料の貫徹力を弱めることができる。

次に、第２噴孔４０について説明する。図５（ｂ）は、第２噴孔４０の説明図である。図５（ｂ）に示すように、第２噴孔４０内には、燃料が流入口４１の上部で第２噴孔４０の内壁面から剥離する剥離領域Ｒ４が僅かに生じる。剥離した燃料は、直ちに第２噴孔４０の内壁面の上部に再度付着する。この理由は、流入口４１から流出口４２に到るまで第２噴孔４０の開口面積が連続的に縮小するテーパ状に形成されているからである。これにより、第２噴孔４０内では僅かな剥離領域Ｒ４が生じる。僅かな剥離領域Ｒ４が生じることにより、第２噴孔４０を通過する燃料は剥離による損失が少なく、貫徹力が強まる。従って、第２噴孔４０から噴射された燃料Ｆの到達距離Ｌ４についても、図４（ａ）において示した到達距離Ｌ４ｘよりも長くなる。

以上のように、第２噴孔４０から噴射される燃料の貫徹力を強めることにより、内燃機関の運転領域が中高負荷域である場合に、燃料の微粒化を促進でき煤の発生を低減できる。また、中高負荷域で機関出力が向上する。また、第２噴孔４０から噴射される燃料が僅かであるような中負荷域において、流出口４２の開口面積が流入口４１の開口面積よりも小さいので、煤の発生を抑制することができる。

また、第２噴孔４０は、流入口４１から流出口４２にかけて開口面積が連続的に縮小しているので、第２噴孔４０内での燃料の剥離が抑制され、第２噴孔４０から噴射される燃料の貫徹力を強めることができる。

尚、流出口３２よりも流出口４２の開口面積が小さく形成されている。従って、第１噴孔３０から噴射される燃料の貫徹力は、第２噴孔４０から噴射される燃料の貫徹力よりも弱いものとなる。これにより、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合には、未燃燃料及び一酸化炭素の排出を抑制でき、中高負域である場合には、機関出力を向上させることができる。また、流入口３１よりも流入口４１の開口面積が大きく形成されている。

次に、第１噴孔３０の形状の第１変形例について説明する。図６は、第１噴孔の第１変形例の説明図である。図６に示すように、第１の変形例に係る第１噴孔３０ａは、流入口３１ａから流出口３２ａに到るまでの途中で開口面積が拡大する段部３３ａが形成されている。詳細には、流入口３１ａから段部３３ａに到るまでの開口面積は略一定に形成されており、段部３３ａから流出口３２ａに到るまでの開口面積は略一定に形成されている。流入口３１ａから段部３３ａに到るまでの開口面積は、段部３３ａから流出口３２ａに到るまでの開口面積よりも小さく形成されている。

図６に示すように、第１噴孔３０ａ内には、燃料が第１噴孔３０ａの内壁面から剥離する剥離領域Ｒ３ａ１、Ｒ３ａ２が生じる。第１噴孔３０ａの内壁面の上部から燃料が剥離する剥離領域Ｒ３ａ１は、第１噴孔３０ａの内壁面の上部に再付着することなく、流入口３１ａから噴射される。一方、剥離領域Ｒ３ａ２は、段部３３ａの近傍で生じる。流入口３１ａから段部３３ａまでの間の内壁面の下部においては、燃料の剥離は生じない。これは、流入口３１ａから段部３３ａまでの開口面積が比較的小さく、流入口３１ａから流入した燃料ｆ１が、燃料ｆ２を第１噴孔３０ａの内壁面の下部に向けて押し付けるように作用し、燃料ｆ２は、流入口３１ａから段部３３ａまでの第１噴孔３０ａの内壁面の下部に沿って流れるためである。このような構成によっても、燃料の貫徹力を弱めることができる。

次に、第１噴孔３０の第２変形例について説明する。図７は、第１噴孔の第２変形例の説明図である。第１噴孔３０ｂは、流入口３１ｂから流出口３２ｂに到るまでに、開口面積が略一定となるように形成されているが、流出口３２ｂの内周には、全周に渡って溝部３３ｂが形成されている。溝部３３ｂは、流出口３２ｂの径を拡大するように形成されている。従って、第１噴孔３０ｂ内では、溝部３３ｂから燃料が剥離する剥離領域Ｒ３ｂが生じる。これにより、第１噴孔３０ｂから噴射される燃料Ｆの貫徹量を弱めることができる。

次に、第１噴孔３０ｂの加工方法について簡単に説明する。まず、ノズルボディ５０の所定の位置に、一定の径で所定方向に延びる孔を形成する。次に、ノズルボディ５０の外周側から、孔の流出口端部周辺を放電加工により、溝部３３ｂを形成する。このように、容易に溝部３３ｂを形成することができ、燃料の貫徹力が弱めることができる第１噴孔３０ｂを形成することができる。

次に、第１噴孔３０の第３変形例について説明する。図８は、第１噴孔の第３変形例の説明図である。第１噴孔３０ｃは、第１噴孔３０ｂと同様に、流出口３２ｃの内周に、溝部３３ｃが形成されている。溝部３３ｃは、流出口３２ｃの上部側よりも下部側の方が、流出口３２ｃの径方向の深さが大きくなるように形成されている。これにより、図８に示すように、流出口３２ｃの下部で、大きな剥離領域Ｒ３ｃが生じることになる。このような形状によっても、燃料の貫徹力を弱めることができる。

また、溝部３３ｃは、流出口３２ｃの上部側よりも下部側の方が、流出口３２ｃの径方向の深さが大きくなるように形成されているので、第１噴孔３０ｃから噴射される燃料Ｆは、第１噴孔３０ｃの軸心方向ＨＡよりも、下方側に向けて噴射されることになる。図８に示すように、第１噴孔３０ｃの軸線ＨＡとニードル軸線ＮＡとの間の角度θ２とし、第１噴孔３０ｃから噴射される燃料Ｆの中心軸線ＦＡとニードル軸線ＮＡとの間の角度をθ１とすると、θ１＜θ２の関係を有する。

図９は、第１噴孔３０ｃから噴射される燃料Ｆの中心軸線ＦＡとニードル軸線ＮＡとの間の角度θ１と、未燃燃料の排出量との関係を示したマップである。図９に示すように、θ１が大きいほど、未燃燃料の排出量が多くなることを示している。この理由は、θ１が大きいほど、スキッシュエリアに燃料が入りやすくなるため、燃料火炎が比較的低温の壁面等により冷却されるクエンチ効果により、未燃燃料として排出されやすくなるからである。

尚、溝部３３ｃについても、溝部３３ｂと同様な方法により加工することができる。具体的には、第１噴孔３０ｃの中心よりも下方にずらした位置を中心として、溝部３３ｃを形成する。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

第１噴孔においてのみ、流入口の開口面積よりも流出口の開口面積が大きく形成し、第２噴孔については、流入口及び流出口の開口面積を等しくしてもよい。また、第２噴孔においてのみ、流入口の開口面積よりも流出口の開口面積が小さく形成し、第１噴孔については、流入口及び流出口の開口面積を等しくしてもよい。

本実施例に係る燃料噴射ノズルの部分断面図である。 本実施例に係る燃料噴射ノズルの第１及び第２噴孔周辺の拡大図である。 従来の燃料噴射ノズルの噴孔形状の説明図である。 従来の燃料噴射ノズルの噴孔形状の説明図である。 本実施例に係る燃料噴射ノズルにおける第１及び第２噴孔の説明図である。 第１噴孔の第１変形例の説明図である。 第１噴孔の第２変形例の説明図である。 第１噴孔の第３変形例の説明図である。 第１噴孔から噴射される燃料の中心軸線とニードル軸線との間の角度と、未燃燃料の排出量との関係を示したマップである。

符号の説明

１ 燃料噴射ノズル
１０ 外側ニードル
１３ シール部
２０ 内側ニードル
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 第１噴孔
３３ａ 段部
３３ｂ、３３ｃ 溝部
４０ 第２噴孔
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、４１ 流入口
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、４２ 流出口
５０ ノズルボディ
５１ シート面

Claims (3)

1. 燃料を噴射するための第１及び第２噴孔を有するノズルボディと、前記ノズルボディ内に移動可能に配置され前記第１及び第２噴孔をそれぞれ開閉する第１及び第２ニードルとを備え、内燃機関の運転領域が低負荷域である場合には前記第１ニードルが前記第１噴孔を開き、内燃機関の運転領域が中高負荷域である場合には前記第１及び第２ニードルがそれぞれ前記第１及び第２噴孔を開く内燃機関の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記第１噴孔は、第１流入口及び第１流出口を含み、
   前記第２噴孔は、第２流入口及び第２流出口を含み、
   前記第１流入口の開口面積よりも前記第１流出口の開口面積が大きく、
   前記第１流出口の開口面積よりも前記第２流出口の開口面積が小さく、
   前記第１噴孔は、前記第１流入口から前記第１流出口にかけて開口面積が連続的に拡大し、
   前記第２噴孔は、前記第２流入口から前記第２流出口にかけて開口面積が連続的に縮小し、
   前記第２噴孔は、前記第１噴孔よりも燃料の下流側に形成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射ノズル。
2. 前記第２流入口の開口面積よりも前記第２流出口の開口面積が小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射ノズル。
3. 前記第１噴孔から噴射される燃料の貫徹力は、前記第２噴孔から噴射される燃料の貫徹力よりも弱くなるように設定されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射ノズル。
   
   

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