JP5145906B2 - 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。

従来から、内燃機関に用いられる燃料噴射ノズルは、燃料の上流側及び下流側にそれぞれ第１及び第２噴孔を備え、ニードルのリフト量を段階的に制御できるものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００１−２２７４３４号公報

このような燃料噴射ノズルにおいて、ニードルのリフトが小さい低リフト時には、第１及び第２噴孔間で、噴射される燃料の到達距離が相違し、燃料噴霧の形状を均一化することができない恐れがある。このような燃料の噴霧の特性が異なると、排気特性に影響を与える恐れがある。

したがって本発明の目的は、噴霧形状が均一化された燃料噴射ノズルを提供することである。

本発明の目的は、燃料の流れ方向の上流側及び下流側にそれぞれ形成された第１及び第２噴孔と、前記第１噴孔より上流側に形成されたシート面と、前記シート面よりも下流側に形成され前記第１及び第２噴孔により貫通されるサック室とを含むノズルボディと、前記ノズルボディ内に昇降可能に収容されていると共に、前記シート面に当接可能なシート部を有し、先端部が略円錐状に形成されたニードルとを備え、前記シート面に前記シート部が当接した下限位置、前記下限位置から上昇した低リフト状態、前記低リフト状態から更に上昇した高リフト状態、の順番に前記ニードルが上昇可能な燃料噴射ノズルにおいて、前記ニードルの前記シート部よりも下流側には、前記ニードルが前記低リフト状態の場合において前記第１噴孔に燃料を案内するガイド部が形成され、前記ガイド部は、前記ニードルが前記低リフト状態の場合において前記第１及び第２噴孔間に位置するように形成され、円錐状に形成された前記先端部から径方向外側に隆起するように形成され、前記ニードルが前記下限位置にある場合、前記第１及び第２噴孔からの燃料は噴射されず、前記ニードルが前記低リフト状態及び前記高リフト状態のいずれの場合にも前記第１及び第２噴孔の双方から燃料が噴射される、ことを特徴とする燃料噴射ノズルによって達成できる。

上記構成において、ガイド部によって燃料が第１噴孔に案内されるので、低リフト時においても第１噴孔からの燃料噴射量と、第２噴孔からの燃料噴射量との差を小さくすることができる。これにより、噴霧形状を均一化することができる。

上記構成において、前記第１及び第２噴孔は、前記ニードルの軸方向に隣接して形成されている構成とすることができる。

本発明によれば、噴霧形状が均一化された燃料噴射ノズルを提供を提供できる。

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の縦断面図である。本実施例に係る燃料噴射ノズルは、内部に空間を有している円筒形状のノズルボディ１０と、このノズルボディ１０内に収納され軸方向へ昇降可能に配置されているニードル２０とを含んでいる。ノズルボディ１０、ニードル２０は、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１０の先端部（図１で下側）は略円錐形状に形成されており、特にその端部には大型のサック室Ｓが設けられている。サック室Ｓは、燃料ＦＥが噴射される噴孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって内外が貫通されている。燃料ＦＥが流れる上流側から下流側にかけて、順に噴孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃが形成されている。噴孔１２ａは、第１噴孔に、噴孔１２ｂは、第２噴孔に相当する。噴孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、内燃機関の気筒（不図示）内に燃料を噴射するためのものである。噴孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、それぞれノズルボディ１０の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１０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、噴孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃ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。

ノズルボディ１０の内壁面は、上側が円筒状で、下側が円錐状となっている。ニードル２０が下降すると内壁面の一部に当接（着座）して停止する。この位置がニードル２０の下限位置であり、これにより燃料噴射ノズルは閉弁状態となる。このようにニードル２０が当接する内壁面の一部をシート面１３と称する。

一方、ニードル２０は、軸方向上部から下部にかけて、略円柱状をなす胴部２１、略円錐状をなす先端部２２が形成されている。胴部２１と、先端部２２と間には、ノズルボディ１０のシート面１３に当接するシート部２３が形成されている。

燃料噴射ノズルは、図示しないニードル弁移動機構を備えておりニードル２０が軸方向へ移動され、リフト量を変更できる。このニードル移動機構によって、ニードルのリフト量が小さい低リフトとリフト量が大きい高リフトとが設定される。図１は、ニードル２０が閉弁位置に位置する際の燃料噴射ノズルを示している。

また、ニードル２０の先端部２２には、略円錐状に形成された先端部２２の中腹で若干径方向外側に隆起したガイド部３０が形成されている。ガイド部３０は、ニードル２０の中心軸を中心として円環状に形成されている。

図２は、低リフト状態にあるときのガイド部３０周辺の拡大図である。ガイド部３０は、上流側案内面３２ａと、上流側案内面３２ａから連続した下流側案内面３２ｂと、上流側案内面３２ａと下流側案内面３２ｂの間の稜線３１とから構成される。ガイド部３０は、稜線３１を頂点として隆起した形状となっている。ガイド部３０は、図２に示すように、側面視で山形状に形成されている。図２に示すように、ニードル２０が低リフト状態にあるときに、ガイド部３０の位置が、噴孔１２ａ、１２ｂ間に位置するように形成されている。詳細には、低リフト状態において、稜線３１の位置が、噴孔１２ａの軸Ａａと、噴孔１２ｂの軸Ａｂとの間に位置するように形成されている。このようにガイド部３０が形成されたことによる効果を述べる前に、従来の燃料噴射ノズルの問題点について説明する。

図３は、従来の燃料噴射ノズルの説明図である。尚、本実施例に係る燃料噴射ノズルと類似の構成部分については、類似の符号を用いることにより、その詳細な説明を省略する。図３（Ａ）は、低リフト時における従来の燃料噴射ノズルの縦断面図である。図３（Ａ）に示すように、従来の燃料噴射ノズルにおいては、ニードル２０ｘにガイド部は設けられていない。即ち、従来の燃料噴射ノズルには、ニードル２０ｘの先端部２２ｘは、隆起した部位はなく、滑らから円錐形状に形成されている。

このように先端部２２ｘが円錐形状に形成されている場合には、ニードル２０ｘが低リフト時において、噴孔１２ａｘ付近での領域Ｒ１を流れる燃料ＦＥの特性と、噴孔１２ｃｘ付近での領域Ｒ２を流れる燃料ＦＥの特性とは異なることになる。詳細には、ニードル２０ｘが低リフト状態にあるときは、先端部２２ｘの外周面とサック室Ｓｘの内壁面との間の流路幅は、高リフト時に比べて狭いものとなる。特に、シート面１３Ｘに近い噴孔１２ａｘ付近の領域Ｒ１においては、高リフト時と比較し、顕著に流路幅が狭くなる。一方、領域Ｒ２においては、領域Ｒ１での流路幅よりも広くなる。

このため、領域Ｒ１を流れる燃料ＦＥは、流速が大きくなり、圧力は小さくなる。一方、領域Ｒ２を流れる燃料ＦＥは、流速が小さくなり、圧力は大きくなる。特に、領域Ｒ２を流れる燃料ＦＥは、領域Ｒ１を流れる燃料ＦＥよりも動圧が強くかかるため、両者間の圧力差は、大きなものとなる。従って、低リフト時においては、噴孔１２ａｘから噴射される燃料は、噴孔１２ｂｘ、１２ｃｘから噴射される燃料よりも、飛距離が短くなると共に、燃料噴射量も少なくなる。また、噴霧の粒径にも差が生じることになる。この結果、低リフト時においては、噴射される燃料の噴霧形状が不均一になるという問題を有していた。このような問題は、燃焼室内に予混合気を形成する予備噴射によって形成される噴霧の制御に対して影響を与える。

また、従来の燃料噴射ノズルは、サック室Ｓｘが大型化することによって、以下の問題を有していた。サック室Ｓｘが大型化することにより、閉弁時において、先端部２２ｘとサック室Ｓｘとの間に残留する燃料量が多くなる。この結果、閉弁後も、この残留した燃料が、噴孔１２ａｘ等から気筒へと流出することになる。これにより、未燃燃料の排出が増大することになる。一方で、ノズルボディ１０ｘに噴孔を多数設ける場合には、サック室Ｓｘの容積は、ある程度大型にする必要がある。

しかしながら、本実施例に係る燃料噴射ノズルは、図２に示したように、先端部２２にガイド部３０が設けられている。このガイド部３０の上流側案内面３２ａが、燃料ＦＥが噴孔１２ａに向かって流れるように案内する機能を有している。これにより、低リフト時に噴孔１２ａから噴射される燃料は、従来の燃料噴射ノズルと比較し、飛距離も長くなり、噴射量も多くなる。

一方下流側案内面３２ｂは、稜線３１から下流側に離れるにつれ、下流側案内面３２ｂと、サック室Ｓの内壁面との間の流路幅が広くなるように形成されている。これにより、噴孔１２ｂ、１２ｃから噴射される燃料の圧力が必要以上に低下することはない。

この結果、噴孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃ間での燃料の噴射特性のバラつきが抑制されて、噴霧形状が均一化される。従って、燃料噴射量が少量の場合であっても、噴霧形状を均一化することができる。

また、ガイド部３０を設けることにより、閉弁時における、サック室Ｓと先端部２２との間の容積を減らすことができる。これにより、閉弁時において、サック室Ｓから噴孔１２ａ等を介して外部へと流出する燃料量を減らすことができる。従って、未燃燃料の排出を抑制することができる。

図４は、本実施例に係る燃料噴射ノズルを用いた場合と、従来の燃料噴射ノズルを用いた場合との、排気特性を比較したグラフである。図４に示したグラフには、それぞれの燃料噴射ノズルから噴射される噴射量を変えた場合での、排気特性をプロットして示している。図４に示すように、燃料噴射量に関わらず、従来の燃料噴射ノズルよりも、本実施例に係る燃料噴射ノズルの方が、スモーク、ＮＯｘ、共に排出量が低減されている。これは、本実施例に係る燃料噴射ノズルが、燃料噴射量が少ない場合であっても噴霧形状を均一できることに起因するものと考えられる。

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。

ガイド部３０は、上記実施例に示した形状に限定されず、噴孔１２ａに燃料を案内する機能を有した形状であればよい。

上記実施例において、ガイド部３０は、ニードル２０が低リフト時において、噴孔１２ａ、１２ｂ間に位置するように形成されているが、噴孔１２ｂ、１２ｃ間に位置するように形成してもよい。この場合、ガイド部３０は、低リフト時において噴孔１２ｂに燃料を案内するように形成されていればよい。

また、上記実施例においては、上流から下流にかけて、３段にわたって噴孔１２ａ、１２ｂ、１２ｃが形成されているが、２段にわたって噴孔が形成されている場合であってもよい。

本実施例に係る燃料噴射ノズルの縦断面図である。 低リフト状態にあるときのガイド部周辺の拡大図である。 従来の燃料噴射ノズルの説明図である。 本実施例に係る燃料噴射ノズルを用いた場合と、従来の燃料噴射ノズルを用いた場合との、排気特性を比較したグラフである。

符号の説明

１０ ノズルボディ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 噴孔
１３ シート面
２０ ニードル
２１ 胴部
２２ 先端部
３０ ガイド部
３１ 稜線
３２ａ 上流側案内面
３２ｂ 下流側案内面
Ｓ サック室

Claims (2)

1. 燃料の流れ方向の上流側及び下流側にそれぞれ形成された第１及び第２噴孔と、前記第１噴孔より上流側に形成されたシート面と、前記シート面よりも下流側に形成され前記第１及び第２噴孔により貫通されるサック室とを含むノズルボディと、
   前記ノズルボディ内に昇降可能に収容されていると共に、前記シート面に当接可能なシート部を有し、先端部が略円錐状に形成されたニードルとを備え、
   前記シート面に前記シート部が当接した下限位置、前記下限位置から上昇した低リフト状態、前記低リフト状態から更に上昇した高リフト状態、の順番に前記ニードルが上昇可能な燃料噴射ノズルにおいて、
   前記ニードルの前記シート部よりも下流側には、前記ニードルが前記低リフト状態の場合において前記第１噴孔に燃料を案内するガイド部が形成され、
   前記ガイド部は、前記ニードルが前記低リフト状態の場合において前記第１及び第２噴孔間に位置するように形成され、円錐状に形成された前記先端部から径方向外側に隆起するように形成され、
   前記ニードルが前記下限位置にある場合、前記第１及び第２噴孔からの燃料は噴射されず、
   前記ニードルが前記低リフト状態及び前記高リフト状態のいずれの場合にも前記第１及び第２噴孔の双方から燃料が噴射される、ことを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 前記第１及び第２噴孔は、前記ニードルの軸方向に隣接して形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノズル。

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