JP5976586B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents
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Description
しかし、噴霧態様を制御することは極めて困難であり、サック室の設定とは別に更なる改善策が求められている。
そして、シート部がシート位置から離座している状態で、シート部とシート位置との間を通ってサック室に流入した燃料は、重心(G)を中心とする渦流を形成する。また、シート部とシート位置との軸方向の距離をニードルのリフト量と定義すると、シート位置とシート部との隙間から噴孔の内壁における開口に至る流れの流線は、リフト量に対する所定の臨界値を境に、重心(G)に対して対称性を有して反転する。
ここで、本発明者らは、噴霧態様の変動を抑制することを目的として、シート部とシート位置との軸方向の距離(ニードルのリフト量)がノズルボディの内周における燃料の流動状態に与える影響に着目する(以下、説明の便宜のため、軸方向の先端側を下側として先端側に向かって動作することを「下降する」と呼ぶことがあり、先端側と反対側を上側として先端側と反対側に向かって動作することを「上昇する」と呼ぶことがある。)。
より具体的に説明すると、リフト量が臨界値よりも小さいとき、シート部とシート位置との間を通ってサック室に流入した燃料は、主に、ニードルの壁面に沿い内周側に向かって下降し、その後、旋回して外周側に向かって流れ、さらにノズルボディの内壁に沿って上昇する。つまり、リフト量が臨界値よりも小さいとき、サック室における流動状態は、ノズルボディの内壁に沿って上昇するように渦流を形成するものとなる。
つまり、渦流の中心は、重心(G)に略一致するものであり、重心(G)は、シート部がシート位置から離座すると(ノズルが開弁すると)、シート部がシート位置に着座しているとき(ノズルが閉弁しているとき)よりも上側に移動する。これにより、「シート部がシート位置に着座しているときに、延長線(L)が重心(G)の軸方向の先端側を通る」という特定関係を採用することで、渦流の中心は、開口(11a)よりも確実に上側に形成される。
以上により、サック室における燃料の流動状態が噴霧態様に及ぼす影響を緩和して噴霧態様の変動を抑制することができる。
実施例1の燃料噴射ノズル1(以下、ノズル1と呼ぶ。)の構成を、図面を用いて説明する。
ノズル1は、開弁して燃料を噴射するものであり、ノズル1を開弁駆動または閉弁駆動するアクチュエータ(図示せず。)とともに燃料噴射弁を構成する。そして、燃料噴射弁は、例えば、内燃機関(図示せず。)に搭載され100MPaを超える高圧の燃料を気筒内に直接噴射するために用いられる。
そして、燃料噴射弁は、例えば、燃料を高圧化して吐出する燃料供給ポンプ(図示せず。)、および、燃料供給ポンプから吐出された燃料を高圧状態で蓄圧する蓄圧容器(図示せず。)とともに蓄圧式の燃料供給装置を構成し、蓄圧容器から高圧の燃料を分配されて気筒内に噴射する。
ノズルボディ3の内周は、軸方向に長い円筒状をなし先端が閉じられている。また、ノズルボディ3の内周の一部は、局部的に径方向に拡大され、噴射すべき燃料が一時的に溜まる燃料溜まり4をなす。
ノズル1は、特徴的な構成として、シート位置10および噴孔11、ならびに、シート部13がシート位置10に着座しているときの配置関係である特定関係、および、ノズルボディ3の先端近傍の内壁の形状を規定する第1構造を備える。
ここで、先端部2bの外周面は、例えば、3つの異なる円錐面14a、14b、14cが先端から軸方向後端側に同軸に連続するものであり、円錐面14a〜14cは、それぞれの母線とニードル2の軸αとの間に形成される角度が先端側ほど大きくなっている。そして、円錐面14a、14b同士の交線15a、および円錐面14b、14c同士の交線15bは軸αに垂直な円であり、交線15bがシート部13として機能し、シート位置10は円形である。
円錐面17は、軸βと同軸に設けられ、軸方向先端側ほど小径であって先端が円20である。そして、円錐面17は、シート位置10を含んでシート面となっている。
実施例1のノズル1は次の特定関係を備える。すなわち、特定関係とは、軸γのサック室16への延長線L、および、サック室16の重心Gに関わる配置関係であり、ノズル1が閉弁しているときに、延長線Lが重心Gの軸方向の先端側を通る、というものである。
これにより、サック室16における燃料の流動状態が噴霧態様に及ぼす影響を緩和して噴霧態様の変動を抑制することができる。
そこで、ノズル1が閉弁しているときの配置関係として、延長線Lが重心Gの軸方向の先端側を通る、という特定関係を採用する。
つまり、渦流の中心は重心Gに略一致するものであり、重心Gは、シート部13がシート位置10から離座すると(ノズル1が開弁すると)、シート部13がシート位置10に着座しているとき(ノズル1が閉弁しているとき)よりも上側に移動する。これにより、「ノズル1の閉弁時に、延長線Lが重心Gの軸方向の先端側を通る」という特定関係を採用することで、渦流の中心は、開口11aよりも確実に上側に形成される。
この流線の対称性は、例えば、ノズルボディ3の断面の内、軸βおよび軸γを含む特定断面を考えたとき、図4に示すようにして確認することができる。
以上により、サック室16における燃料の流動状態が噴霧態様に及ぼす影響を緩和して噴霧態様の変動を抑制することができる。
実施例2のノズル1は、実施例1と同様の特定関係を備える。また、実施例2のノズル1は、ノズルボディ3の先端近傍の内壁の形状を規定する構造として、次の第2構造を備える。
ここで、第2構造とは、第1構造と同様にシート面と噴孔開口面との関係を規定するものであるが、第2構造によれば、図5に示すようにシート面および噴孔開口面は共通の円錐面17であって、共通の円錐面17にシート位置10および開口11aが両方とも存在する。
なお、先端部2bの内、円錐面14aを有する最先端部2eは実施例1のノズル1よりも軸方向に短縮されている。また、サック室16の先端には、研削による逃し22が形成されている。
実施例3のノズル1は、実施例1、2と同様の特定関係を備える。また、実施例3のノズル1は、ノズルボディ3の先端近傍の内壁の形状を規定する構造として、次の第3構造を備える。
ここで、第3構造とは、第1、第2構造と同様にシート面と噴孔開口面との関係を規定するものであるが、第3構造によれば、図6に示すようにシート面および噴孔開口面は異なる2つの円錐面である。より詳しくは、第3構造によれば、シート面および噴孔開口面は、次のように規定される。すなわち、第3構造によれば、シート面は、軸βと同軸の円錐面として設けられ軸方向先端側ほど小径であって先端が円である。また、噴孔開口面は、軸βと母線との間に形成される角度がシート面よりも小さく、かつ、軸βと同軸の円錐面として設けられ軸方向先端側ほど小径である。
第1、第2円錐面17a、17bはノズルボディ3の軸βと同軸であり、第1円錐面17aは、軸方向先端側ほど小径であって先端が円20である。また、第2円錐面17bは、円20の軸方向先端側に連続しており、軸βと母線との間に形成される角度が第1円錐面17aよりも小さい。そして、シート位置10は第1円錐面17aに設けられ、第1円錐面17aがシート面となっている。また、開口11aは第2円錐面17bに設けられ、第2円錐面17bが噴孔開口面となっている。
なお、最先端部2eは実施例1のノズル1よりも軸方向に短縮されている。
ノズル1の態様は実施例に限定されず、種々の変形例を考えることができる。例えば、第2、第3構造を有するノズル1において、最先端部2eを従来と比較してさほど軸方向に短縮することなく、特定関係を形成してもよい。また、例えば、第2構造を備えるノズル1において、図7に示すように、サック室16の先端を、軸βに垂直な平面24に設けてもよい。
11 噴孔 11a 開口 13 シート部 G 重心 L 延長線 γ 軸
Claims (4)
- 円筒状のノズルボディ(3)と、このノズルボディ(3)の内周に軸方向に移動可能となるように収容されるニードル(2)とを備え、前記ニードル(2)が前記ノズルボディ(3)の内周で軸方向に移動することで燃料の噴射を開始または停止する燃料噴射ノズル(1)において、
前記ノズルボディ(3)の内壁の一部であり、前記ニードル(2)の軸方向の先端近傍に設けられたシート部(13)が離着するシート位置(10)と、
前記シート位置(10)よりも軸方向の先端側で前記ノズルボディ(3)の内壁に開口し、前記シート部(13)が前記シート位置(10)から離座することで前記ノズルボディ(3)の内周から外部に燃料を導くものであり、自身の軸(γ)が直線である噴孔(11)と、
前記ノズルボディ(3)の内周の内、前記シート位置(10)よりも軸方向の先端側であって前記ニードル(2)により区画される領域であるサック室(16)と、
前記軸(γ)が前記ノズルボディ(3)の内周に延長したものであって前記軸(γ)と同一の直線をなす延長線(L)、および、前記ノズルボディ(3)の軸(β)を含む断面を想定し、この軸(β)を線対称の対称軸としたときに前記軸(β)の片側断面における前記サック室(16)の断面の内、前記シート位置(10)よりも軸方向の先端側であって前記ニードル(2)により区画される領域の重心(G)の配置に関わる関係であり、前記シート部(13)が前記シート位置(10)に着座しているときに、前記延長線(L)が前記重心(G)の軸方向の先端側を通る特定関係とを備え、
前記シート部(13)が前記シート位置(10)から離座している状態で、前記シート部(13)と前記シート位置(10)との間を通って前記サック室(16)に流入した燃料は、前記重心(G)を中心とする渦流を形成し、
前記シート部(13)と前記シート位置(10)との軸方向の距離を前記ニードル(2)のリフト量と定義すると、
前記シート位置(10)と前記シート部(13)との隙間から前記噴孔(11)の前記内壁における開口(11a)に至る流れの流線(a、b)は、前記リフト量に対する所定の臨界値を境に、前記重心(G)に対して対称性を有して反転することを特徴とする燃料噴射ノズル(1)。 - 請求項1に記載の燃料噴射ノズル(1)において、
前記内壁の内、前記シート位置(10)および前記開口(11a)が存在する壁部分の形状を規定する構造であり、前記壁部分の内、前記シート位置(10)を含む部分であるシート面は、前記ノズルボディ(3)の軸(β)と同軸の円錐面(17)として設けられ軸方向先端側ほど小径であって先端が円(20)であり、前記開口(11a)を含む部分である噴孔開口面は、前記軸(β)と同軸であって前記シート面の先端の径以下の径を有する円筒面(18)、または、この円筒面(18)の軸方向の先端側に連続するとともに、前記円筒面(18)の径と同じ径を有して軸方向の先端側に凸を形成する半球面(19)であることを特徴とする燃料噴射ノズル(1)。 - 請求項1に記載の燃料噴射ノズル(1)において、
前記内壁の内、前記シート位置(10)および前記噴孔(11)の前記開口(11a)が存在する壁部分の形状を規定する構造であり、前記壁部分の内、前記シート位置(10)を含む部分であるシート面は、前記ノズルボディ(3)の軸(β)と同軸の円錐面(17)として設けられ軸方向先端側ほど小径であり、前記開口(11a)も前記シート面に存在することを特徴とする燃料噴射ノズル(1)。 - 請求項1に記載の燃料噴射ノズル(1)において、
前記内壁の内、前記シート位置(10)および前記噴孔(11)の前記開口(11a)が存在する壁部分の形状を規定する構造であり、前記壁部分の内、前記シート位置(10)を含む部分であるシート面は、前記ノズルボディ(3)の軸(β)と同軸の円錐面(17a)として設けられ軸方向先端側ほど小径であって先端が円(20)であり、前記開口(11a)を含む部分である噴孔開口面は、前記軸(β)と母線との間に形成される角度が前記シート面よりも小さく、かつ、前記軸(β)と同軸の円錐面(17b)として設けられ軸方向先端側ほど小径であることを特徴とする燃料噴射ノズル(1)。
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