JP6203115B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents
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Description
なお、以下では、説明の便宜上、ニードルのリフトアップ方向(開弁方向)を「上」、噴射終了時にニードルが移動する閉弁方向を「下」と称して説明するが、この上下方向は天地方向を示すものではない。
高圧燃料の供給を受けるノズルボディと、このノズルボディの内部において直線方向(上下方向)に移動可能に配置されるニードルとを備える燃料噴射ノズルが知られている。ニードルがリフトアップされると高圧燃料の供給側と噴孔とが連通して、噴孔から燃料が噴射される。
ニードルがリフトアップされて噴孔から高圧燃料を噴射する際、噴孔内にてキャビテーションが発生する場合がある。
高圧燃料は、上方から下方へ流れて噴孔に流入するため、高圧燃料の急激な曲がりにより、キャビテーションは、噴孔の上面付近(曲がりによる低圧部付近)で発生し、噴孔の上面に沿って流れる{図2(a)のハッチング範囲αを参照}。
曲がりによる低圧部で発生したキャビテーションは、噴孔の通路途中で圧力が回復する辺りで崩壊する。キャビテーションが崩壊する際、局所的に大きな衝撃圧が生じる。このため、噴孔の内壁にキャビテーションの崩壊に伴うエロージョン(キャビテーションエロージョン)が発生する不具合がある。
しかし、噴孔の孔径を途中から拡径すると、噴孔から燃料が拡散噴射されることになり、噴霧貫徹力が損なわれてしまう。
減圧孔(7)によって噴孔(3)の通路途中の上側に低圧部(高圧圧力への回復を抑制する範囲)を設けることにより、キャビテーションの崩壊を防ぐことができる。これにより、キャビテーションエロージョンを防ぐことができる。また、キャビテーションの崩壊が起きたとしても、減圧孔(7)によってキャビテーションの崩壊箇所の圧力が下げられるため、キャビテーションの崩壊に伴う衝撃圧を緩和することができ、エロージョンの発生を防ぐことができる。
図1〜図3を参照して実施例1を説明する。
燃料噴射装置は、加圧された高圧燃料をエンジンの各気筒へ噴射するものであり、以下では具体例としてディーゼルエンジン用の燃料噴射装置を説明する。
コモンレールは、サプライポンプから加圧された高圧燃料の供給を受けて、高圧燃料を蓄圧する容器であり、蓄圧した高圧燃料はインジェクタに供給される。
なお、サプライポンプには、高圧ポンプによる燃料の圧送量を調整する調量弁が搭載されている。そして、この調量弁と、コモンレールに搭載される減圧弁とが制御装置によって調整されることで、コモンレールの燃料圧力が制御装置の算出した目標圧力に調整される。
ノズル孔の下端には、円錐形状の弁座4が設けられており、この弁座4をなす円錐面に燃料噴射用の噴孔3が1つまたは複数設けられる。
ニードル2の下端には、テーパ角の異なる複数の円錐を組み合わせた弁部5が設けられている。具体的に弁部5は、複数段の円錐であり、その境界部には弁座4に着座するシート線6が形成されている。シート線6より上側の広がり角度は、弁座4の広がり角度より小さいものであり、シート線6より下側の広がり角度は、弁座4の広がり角度より大きいものである。
高圧燃料を噴孔3から噴射する際、図2(a)のハッチング範囲αに示すように、噴孔3の上面付近においてキャビテーションが発生する場合がある。具体的には、極めて高圧の燃料が上方から下方へ流れて噴孔3に流入した際、高圧燃料の急激な曲がりにより、噴孔3の上面付近の低圧部でキャビテーションが発生する。
噴孔3内で発生したキャビテーションは、何ら対策を施さない場合、噴孔3の通路途中で圧力が高圧に回復する辺りで崩壊する。キャビテーションが崩壊する際、局所的に大きな衝撃圧が発生し、噴孔3の内壁にエロージョンが生じてしまう。なお、噴孔3の噴孔入口から下流側の距離とキャビテーションの崩壊量との関係を図2(b)に示す。
キャビテーションが崩壊する領域の流路面積を上方へ拡大する手段は、ノズルボディ1に形成する減圧孔7によって設けられる。この減圧孔7は、噴孔3の上側のみと連通し、噴孔3の通路途中からノズルボディ1の外壁面に至る軸穴であり、噴孔3と同様、刃具による切削加工や放電加工等により形成される。
具体的に、噴孔3の噴孔入口から減圧孔7の上流端までの距離をL1、
噴孔3の噴孔入口から噴孔3内におけるキャビテーションの崩壊開始位置までの距離をLcとした場合、
L1<Lc
の関係を満足するように設けられる。
噴孔3の噴孔入口から減圧孔7の上流端までの距離L1とした場合、
0.1<L1/L<1
の関係を満足するように設けられる。
具体的に、噴孔3の孔径をd1、
減圧孔7の孔径をd2、
噴孔3の中心軸から減圧孔7の中心軸までのオフセット寸法(ずれ量)をL2とする。
d1<d2
の関係に設ける例を示すが、一例であって限定するものではない。
この実施例1の燃料噴射ノズルは、上述したように、噴孔3の上側のみと連通し、噴孔3の通路途中からノズルボディ1の外壁面に至る減圧孔7を設けている。
噴孔3の通路途中の上側に減圧孔7による低圧部を設けることにより、キャビテーションの崩壊を防ぐことができる。これにより、キャビテーションエロージョンを防ぐことができる。また、キャビテーションの崩壊が起きたとしても、減圧孔7によってキャビテーションの崩壊箇所の圧力が下げられるため、キャビテーションの崩壊に伴う衝撃圧を緩和することができ、エロージョンの発生を防ぐことができる。
この実施例1の燃料噴射ノズルは、上述したように、噴孔3の噴孔入口から減圧孔7の上流端までの距離をL1、噴孔3の噴孔入口から噴孔3内におけるキャビテーションの崩壊開始位置までの距離をLcとした場合、「L1<Lc」の関係に設けられる。
即ち、減圧孔7の上流端の位置が、キャビテーションの崩壊開始位置より上流側に設けられる。これにより、キャビテーションの崩壊位置よりも上流側から減圧孔7によって噴孔3内を減圧することができ、噴孔3内で発生したキャビテーションの崩壊を抑えて噴孔3の外部へ導くことができる。
この実施例1の燃料噴射ノズルは、噴孔3の上側において噴孔3と減圧孔7が連通するとともに、噴孔3の下面形状が減圧孔7に影響されない円弧形状に設けられる。このため、噴孔3の下面に沿って流れる高圧燃料は減圧孔7に影響されないため、噴霧貫徹力が損なわれる不具合がない。
この実施例の燃料噴射ノズルは、上述したように、噴孔3の下面形状が減圧孔7に影響されない円弧形状に設けられる。このため、この実施例1の燃料噴射ノズルの噴霧貫徹力Aは、減圧孔7を設けない参考例の噴霧貫徹力Bと比較して低下しておらず、逆に4%増加する結果が得られた。この測定結果からも、減圧孔7を設けても噴霧貫徹力が損なわれないことが解る。
図4を参照して実施例2を説明する。なお、以下の各実施例において、上記実施例1と同一符号は、同一機能物を示すものである。
実施例2の燃料噴射ノズルは、噴孔3と減圧孔7の連通部を、噴孔3の円弧の接線と、減圧孔7の円弧の接線とを繋いだ形状に設けるものである。
このように設けることで、噴孔3と減圧孔7とを滑らかに繋げることができ、噴孔3内における燃料流れの乱れを抑えることができる。
図5を参照して実施例3を説明する。
実施例3の燃料噴射ノズルは、
噴孔3の孔径をd1、
減圧孔7の孔径をd2、
噴孔3の中心軸から減圧孔7の中心軸までのオフセット寸法をL2とした場合、
d1=d2
で且つ、
L2<(d1+D2)/2
の関係を満足するように設けられる。
このように設けることで、噴孔3と減圧孔7とを同一の加工具(刃具または放電電極など)で形成することができ、減圧孔7の加工性を向上させることができる。
図6を参照して実施例4を説明する。
上記の各実施例では、減圧孔7の形状を円筒形状(軸穴形状)に設ける例を示した。
これに対し、この実施例4は、減圧孔7の形状を、多角柱形状(例えば、矩形溝形状)に設けたものである。
このように、減圧孔7の形状を多角柱形状で設けても、上述した減圧孔7と同様の効果を得ることができる。
図7を参照して実施例5を説明する。
上記の各実施例では、噴孔3の中心軸に対して減圧孔7の中心軸を平行に設ける例を示した。
これに対し、この実施例5は、噴孔3の中心軸に対して減圧孔7の中心軸を傾斜した設けたものであり、図7中では噴孔3の中心軸に対する減圧孔7の中心軸を傾斜角をθで示す。
図8を参照して実施例6を説明する。
上記の各実施例では、弁座4(具体的には、シート線6が着座する部位より下側の円錐面)に噴孔入口が形成される噴孔3に減圧孔7を設ける例を示した。
これに対し、この実施例6は、弁座4の下部に形成されたサック室8(サックボリューム)に噴孔入口が形成される噴孔3に減圧孔7を設けるものである。
このように、サック室8に形成された噴孔3に減圧孔7を設けても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
2 ニードル
3 噴孔
7 減圧孔
β 加圧燃料の供給を受ける空間
Claims (4)
- 加圧燃料の供給を受ける空間(β)が内部に設けられるノズルボディ(1)と、このノズルボディ(1)の内部において直線方向に移動可能に配置されるニードル(2)とを備え、
前記ニードル(2)の直線方向の移動により、加圧燃料の供給側と、前記ノズルボディ(1)に形成された噴孔(3)との間を開閉する燃料噴射ノズルにおいて、
加圧燃料の供給側と前記噴孔(3)との間を開く方向に前記ニードル(2)が移動する方向を上、加圧燃料の供給側と前記噴孔(3)との間を閉じる方向に前記ニードル(2)が移動する方向を下とした場合、
前記ノズルボディ(1)には、前記噴孔(3)に連通する減圧孔(7)が設けられており、
前記減圧孔(7)が前記連通孔(3)に連通する範囲は、前記噴孔(3)の通路途中から前記ノズルボディ(1)の外壁面に至るまでであり、
前記減圧孔(7)の中心軸は、前記噴孔(3)の中心軸より上方に設けられており、
前記減圧孔(7)は、前記噴孔(3)の下面形状に影響を与えないことを特徴とする燃料噴射ノズル。 - 請求項1に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記噴孔(3)の噴孔入口から前記減圧孔(7)の上流端までの距離をL1、
前記噴孔(3)の噴孔入口から前記噴孔(3)内におけるキャビテーションの崩壊開始位置までの距離をLcとした場合、
L1<Lc
の関係を満足することを特徴とする燃料噴射ノズル。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記噴孔(3)と前記減圧孔(7)の連通部は、前記噴孔(3)の円弧の接線と、前記減圧孔(7)の円弧の接線とを繋いだ形状に設けられることを特徴とする燃料噴射ノズル。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記噴孔(3)の孔径をd1、
前記減圧孔(7)の孔径をd2とした場合、
d1=d2
の関係を満足することを特徴とする燃料噴射ノズル。
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