JP6409068B2

JP6409068B2 - Fuel injection nozzle

Info

Publication number: JP6409068B2
Application number: JP2016541351A
Authority: JP
Inventors: ラベ，ギヨーム; ルクリューズ，エリック; バリン，マリオン; ボノー，ダーヴィッド; オーゲ，ジャン−クリストフ; レーン，デヴィッド・ジェイ
Original assignee: デルファイ・インターナショナル・オペレーションズ・ルクセンブルク・エス・アー・エール・エル
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: JP2017507269A; EP3084203A1; WO2015091180A1; KR102244948B1; KR20160098246A; GB201322485D0

Description

本発明は、燃料噴射ノズルに関し、特に、内燃エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルに関する。 The present invention relates to a fuel injection nozzle, and more particularly to a fuel injection nozzle for injecting fuel into a cylinder of an internal combustion engine.

ＥＰ０８４４３８３およびＥＰ２５６８１５７は、内燃エンジン用の高圧燃料インジェクタを開示している。この燃料インジェクタは、穴を形成する噴射ノズルを有している。この穴は、燃料入口と複数の出口との間に高圧燃料のための流路を提供する。燃料は、高圧燃料供給路から受け入れられる。燃料インジェクタは、穴内で摺動可能なニードルを備えている。穴の下端において、ニードル座部が形成されており、ニードルは、この座部と係合可能である。出口は、座部の下流に設けられており、その結果、ニードルが座部に係合されたとき、燃料は噴射されることが阻止される。ニードルが座部から持ち上げられたときに、燃料は、座部を過ぎて、出口を通り、エンジンの関連する燃焼チャンバに入るように流れることができる。 EP 0 844 383 and EP 2568157 disclose high pressure fuel injectors for internal combustion engines. The fuel injector has an injection nozzle that forms a hole. This hole provides a flow path for high pressure fuel between the fuel inlet and the plurality of outlets. Fuel is received from the high pressure fuel supply path. The fuel injector includes a needle that can slide in the hole. A needle seat is formed at the lower end of the hole, and the needle can be engaged with the seat. The outlet is provided downstream of the seat so that fuel is prevented from being injected when the needle is engaged with the seat. When the needle is lifted from the seat, fuel can flow past the seat, through the outlet, and into the associated combustion chamber of the engine.

ニードルは、少なくとも１つの下流に向いたスラスト面を備えている。このスラスト面に対して穴内の高圧燃料が作用して、リフト力がニードルに提供される。制御チャンバが噴射ノズル内でニードルの上端のところに設けられており、その結果、ニードルの上端は、制御チャンバ内の燃料圧にさらされる。制御チャンバは、高圧の燃料を供給路から受け入れる。また、制御チャンバは、バルブを介して低圧ドレインに接続可能である。したがって、バルブは、制御チャンバ内の燃料の圧力を制御し、それ故、ニードルの上端に作用する下向きの閉鎖力を決定する。このように、ニードルに作用する正味の液圧力の方向（それ故に、バルブニードルの開移動および閉移動）が制御され得る。 The needle has at least one downstream-facing thrust surface. High pressure fuel in the hole acts on this thrust surface, and lift force is provided to the needle. A control chamber is provided in the injection nozzle at the upper end of the needle so that the upper end of the needle is exposed to the fuel pressure in the control chamber. The control chamber receives high pressure fuel from the supply path. The control chamber can also be connected to a low pressure drain via a valve. Thus, the valve controls the pressure of the fuel in the control chamber and therefore determines the downward closing force acting on the upper end of the needle. In this way, the direction of the net hydraulic pressure acting on the needle (hence the opening and closing movement of the valve needle) can be controlled.

制限部（バルブニードルと穴の一部分との間の径方向の小さなクリアランスの形態である）が、燃料入口と出口との間で穴を通る燃料の流れを制限するために設けられる。制限部は、下流に向いたスラスト面の上流にある。したがって、ニードルが開いて噴射が可能になり、次いで、制御チャンバとドレインとの間の連通が閉じられてニードルの閉状態が開始されるときに、穴内の燃料圧に起因する下流に向いたスラスト面に作用する上向きの力が制御チャンバ内の燃料圧に起因するニードルの上端に作用する下向きの力よりも小さくなることが確実になる。制限部によって生じる差圧によって、実質的に正味の閉鎖液圧力がニードルに作用し、迅速なニードル閉鎖を達成することが可能になる。 A restriction (in the form of a small radial clearance between the valve needle and a portion of the hole) is provided to restrict the flow of fuel through the hole between the fuel inlet and outlet. The limiting portion is upstream of the thrust surface facing downstream. Thus, when the needle is opened to allow injection and then the communication between the control chamber and the drain is closed and the needle closed state is initiated, the downstream thrust due to the fuel pressure in the bore It is ensured that the upward force acting on the surface is less than the downward force acting on the upper end of the needle due to the fuel pressure in the control chamber. The differential pressure produced by the restriction allows a substantially net closing fluid pressure to act on the needle and allow rapid needle closure to be achieved.

少なくともいくつかの実施形態では、本発明は、公知の燃料噴射ノズルに関する欠点を克服するか、少なくとも改善することを目的としている。特に、少なくともいくつかの実施形態では、本発明は、ニードルの閉動作が迅速であり、開フェーズ中のニードル速度が制御される燃料噴射ノズルを提供することを目的としている。 In at least some embodiments, the present invention aims to overcome or at least remedy the drawbacks associated with known fuel injection nozzles. In particular, in at least some embodiments, the present invention aims to provide a fuel injection nozzle that has a quick needle closing action and a controlled needle speed during the opening phase.

本発明の諸態様は、燃料噴射ノズルに関し、特に、内燃エンジンのシリンダ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルに関する。 Aspects of the present invention relate to a fuel injection nozzle, and more particularly to a fuel injection nozzle for injecting fuel into a cylinder of an internal combustion engine.

本発明のさらなる態様によれば、内燃エンジンの燃焼チャンバ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルが提供される。この燃料噴射ノズルは、加圧燃料用の供給ラインから燃料を受け入れるための穴を有するノズル本体と；穴から燃焼チャンバまで燃料を供給するための少なくとも１つの噴射開口であって、総断面積Ａtotを有する少なくとも１つの噴射開口と；少なくとも１つの噴射開口を通って燃焼チャンバに入る燃料の流れが阻止される閉位置と、少なくとも１つの噴射開口を通って燃焼チャンバに入る燃料の流れが可能になる噴射位置と、の間で穴内を長手方向に変位可能なニードルと、を備えている。 According to a further aspect of the invention, a fuel injection nozzle is provided for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. The fuel injection nozzle includes a nozzle body having a hole for receiving fuel from a supply line for pressurized fuel; and at least one injection opening for supplying fuel from the hole to the combustion chamber, having a total cross-sectional area Atot A closed position in which the flow of fuel into the combustion chamber through the at least one injection opening is blocked; and the flow of fuel into the combustion chamber through the at least one injection opening. And a needle that can be displaced in the longitudinal direction within the hole.

燃料噴射ノズルは、穴を通る燃料の流れを制限するための制限部を備えている。この制限部は、少なくとも１つの噴射開口の総断面積Ａtotの関数としての寸法を有している。総断面積Ａtotとの用語は、少なくとも１つの噴射開口の累積断面積のことである。少なくともいくつかの実施形態では、噴射開口または噴射開口の各々の断面積は、その長さに沿って変わり得ることが理解されよう。本明細書に記載される少なくとも１つの噴射開口の断面積とは、少なくとも１つの噴射開口の出口のところで測定された断面積のことであり、この出口は、少なくとも１つの噴射開口の、燃焼チャンバに開口した端部のところにある。 The fuel injection nozzle includes a restricting portion for restricting the flow of fuel through the hole. This restriction has a dimension as a function of the total cross-sectional area Atot of the at least one injection opening. The term total cross-sectional area Atot refers to the cumulative cross-sectional area of at least one injection opening. It will be appreciated that in at least some embodiments, the cross-sectional area of each of the injection openings or injection openings may vary along its length. The cross-sectional area of at least one injection opening as described herein is the cross-sectional area measured at the outlet of at least one injection opening, which is the combustion chamber of at least one injection opening. At the end of the opening.

制限部は、１／Ａtotの関数である水力直径を有していてもよい。ここでＡtotは、少なくとも１つの噴射開口の総断面積である。この関数は、線形関数であってもよい。制限部の水力直径の逆数は、総断面積の線形関数であってもよい。線形関数の傾きは、−ａ／Ｌであってもよい。ここで、ａは定数であり、Ｌは制限部の長手方向長さである。 The limiting portion may have a hydraulic diameter that is a function of 1 / Atot. Here, Atot is the total cross-sectional area of at least one injection opening. This function may be a linear function. The inverse of the hydraulic diameter of the limiting portion may be a linear function of the total cross-sectional area. The slope of the linear function may be -a / L. Here, a is a constant, and L is the length in the longitudinal direction of the limiting portion.

水力直径と総断面積との関係は、アファイン変換によって定義され得る。アファイン変換は、変換（translation）を含み得る。変換は、制限部の長手方向長さＬの逆数の関数になり得る。変換は、ｂ／Ｌの関数になり得る。ここで、ｂは定数であり、Ｌは制限部の長手方向長さである。制限部の水力直径は、次の式にしたがうことができる。 The relationship between hydraulic diameter and total cross-sectional area can be defined by affine transformation. An affine transformation may include a translation. The transformation can be a function of the inverse of the longitudinal length L of the restriction. The transformation can be a function of b / L. Here, b is a constant, and L is the length in the longitudinal direction of the limiting portion. The hydraulic diameter of the restriction can be according to the following formula:

ここで、Ｄhydは水力直径であり、Ｌは制限部の長手方向長さであり、Ａtotは少なくとも１つの噴射開口の総断面積であり、ａおよびｂは定数である。定数ａは、例えば１１．５〜２２の範囲とすることができる。定数ｂは、例えば２〜４．５の範囲とすることができる。 Where Dhyd is the hydraulic diameter, L is the length of the restriction in the longitudinal direction, Atot is the total cross-sectional area of at least one injection opening, and a and b are constants. The constant a can be set in the range of 11.5 to 22, for example. The constant b can be in the range of 2 to 4.5, for example.

燃料噴射ノズルは、上流断面を有する上流領域と、下流断面を有する下流領域と、を備えていてもよい。上流断面は、下流断面よりも大きい。制限部は、上流領域に配置されてもよい。変形形態では、制限部は、下流領域に配置されてもよい。 The fuel injection nozzle may include an upstream region having an upstream cross section and a downstream region having a downstream cross section. The upstream cross section is larger than the downstream cross section. The limiting unit may be disposed in the upstream region. In a variant, the restricting part may be arranged in the downstream region.

制限部は、ノズル本体とフランジとの間に形成されてもよい。制限部は、フランジによって形成されてもよい。フランジは、ニードルに配置されてもよい。変形形態では、フランジは、ノズル本体に配置されてもよい。 The restricting portion may be formed between the nozzle body and the flange. The restricting portion may be formed by a flange. The flange may be disposed on the needle. In a variant, the flange may be arranged on the nozzle body.

フランジの上面は、少なくとも１つの噴射開口の総断面積Ａtotの２００〜８００倍の、ニードルの長手方向中央軸線に直交する断面積を有していてもよい。フランジの断面積は、少なくとも１つの噴射開口の総断面積Ａtotの４００〜６００倍であってもよい。フランジの断面積は、少なくとも１つの噴射開口の総断面積Ａtotの約５００倍であってもよい。 The upper surface of the flange may have a cross-sectional area perpendicular to the central longitudinal axis of the needle that is 200 to 800 times the total cross-sectional area Atot of the at least one injection opening. The cross-sectional area of the flange may be 400 to 600 times the total cross-sectional area Atot of the at least one injection opening. The cross-sectional area of the flange may be about 500 times the total cross-sectional area Atot of the at least one injection opening.

燃料噴射ノズルは、閉位置に向けてニードルを付勢するためのスプリングを備えていてもよい。ニードルは、スプリングのためのスプリング座部を形成する環状カラーを備えていてもよい。 The fuel injection nozzle may include a spring for biasing the needle toward the closed position. The needle may include an annular collar that forms a spring seat for the spring.

また、環状カラーは、制限部を形成してもよい。制限部は、環状カラーと穴との間に形成されてもよい。使用時において、環状カラーとノズル本体との間の燃料の流れは制限され得る。 Further, the annular collar may form a limiting portion. The limiting portion may be formed between the annular collar and the hole. In use, fuel flow between the annular collar and the nozzle body can be restricted.

環状カラーは、フランジを備えていてもよい。制限部は、ノズル本体とフランジとの間に形成されてもよい。 The annular collar may comprise a flange. The restricting portion may be formed between the nozzle body and the flange.

代替的または追加的に、環状カラーは、燃料の流れを制限するための制限部を形成するために、１つ以上の孔部を備えていてもよい。例えば、１つ以上の孔部は、フランジを貫通していてもよい。孔部は、それぞれ、フランジを貫通する貫通穴の形態であってもよい。フランジは、ノズル本体内で穴と摺動的に協働して、少なくとも実質的にシール部を形成する。この構成では、環状カラーは、穴内にピストンを形成する。供給ラインから噴射開口に至る燃料の流れは、フランジに形成された１つ以上の孔部を通る。 Alternatively or additionally, the annular collar may include one or more holes to form a restriction for restricting fuel flow. For example, the one or more holes may pass through the flange. Each of the holes may be in the form of a through hole that passes through the flange. The flange slidably cooperates with the hole in the nozzle body to at least substantially form a seal. In this configuration, the annular collar forms a piston within the hole. The flow of fuel from the supply line to the injection opening passes through one or more holes formed in the flange.

環状カラーは、ニードルと一体的に形成されてもよい。代替的には、環状カラーは、別体で形成され、ニードルに取り付けられてもよい。例えば、環状カラーは、ニードルに圧入されてもよい。 The annular collar may be formed integrally with the needle. Alternatively, the annular collar may be formed separately and attached to the needle. For example, the annular collar may be press fit into the needle.

本発明のさらなる態様によれば、内燃エンジンの燃焼チャンバ内に燃料を噴射するための燃料噴射ノズルが提供される。この燃料噴射ノズルは、加圧燃料用の供給ラインから燃料を受け入れるための穴を有するノズル本体と；穴から燃焼チャンバまで燃料を供給するための少なくとも１つの噴射開口と；少なくとも１つの噴射開口を通って燃焼チャンバに入る燃料の流れが阻止される閉位置と、少なくとも１つの噴射開口を通って燃焼チャンバに入る燃料の流れが可能となる噴射位置と、の間で穴内において長手方向に変位可能なニードルと；ニードルを閉位置に向けて付勢するためのスプリングと、を備えている。ニードルは、スプリング座部を形成する環状カラーと、穴を通る燃料の流れを制限するための制限部と、を備えている。制限部は、オプションとして、少なくとも１つの噴射開口の総断面積Ａtotの関数としての寸法を有していてもよい。 According to a further aspect of the invention, a fuel injection nozzle is provided for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine. The fuel injection nozzle includes a nozzle body having a hole for receiving fuel from a supply line for pressurized fuel; at least one injection opening for supplying fuel from the hole to the combustion chamber; and at least one injection opening. Displaceable longitudinally in the bore between a closed position where the flow of fuel through the combustion chamber is blocked and an injection position where fuel flow through the at least one injection opening is allowed into the combustion chamber And a spring for biasing the needle toward the closed position. The needle includes an annular collar forming a spring seat and a restriction for restricting fuel flow through the hole. The restriction may optionally have a dimension as a function of the total cross-sectional area Atot of the at least one injection opening.

制限部は、環状カラーと穴との間に形成されてもよい。環状カラーは、フランジを備えていてもよい。制限部は、ノズル本体とフランジとの間に形成されてもよい。 The limiting portion may be formed between the annular collar and the hole. The annular collar may comprise a flange. The restricting portion may be formed between the nozzle body and the flange.

環状カラーは、ニードルと一体的に形成されてもよい。代替的に、環状カラーは、別体で形成され、ニードルに取り付けられてもよい。環状カラーは、例えば、ニードルに圧入されてもよい。 The annular collar may be formed integrally with the needle. Alternatively, the annular collar may be formed separately and attached to the needle. The annular collar may be press-fitted into the needle, for example.

代替的または追加的に、フランジは、制限部を形成するために、１つ以上の孔部を備えていてもよい。１つ以上の孔部は、フランジを貫通していてもよい。孔部は、それぞれ、フランジを貫通する貫通穴の形態であってもよい。フランジは、ノズル本体内で穴と摺動的に協働してもよい。この構成では、環状カラーは、穴内にピストンを形成する。 Alternatively or additionally, the flange may be provided with one or more holes to form a restriction. One or more holes may pass through the flange. Each of the holes may be in the form of a through hole that passes through the flange. The flange may slidably cooperate with the hole in the nozzle body. In this configuration, the annular collar forms a piston within the hole.

本発明のさらなる態様によれば、本明細書で説明されるタイプの燃料噴射ノズルを備える燃料インジェクタが提供される。 According to a further aspect of the present invention, a fuel injector is provided comprising a fuel injection nozzle of the type described herein.

本願の範囲内において、上述の段落、特許請求の範囲、および／または、次の説明および図面に説明された様々な態様、実施形態、例および代替形態、特に、その個々の特徴は、独立して、または、任意の組み合わせで実施することができることが明確に考えられる。１つの実施形態に関連して説明される特徴は、そのような特徴が矛盾しなければ、すべての実施形態に適用可能である。 Within the scope of the present application, the various aspects, embodiments, examples and alternatives described in the preceding paragraphs, the claims and / or the following description and drawings, in particular the individual features thereof, are independent. It is clearly conceivable that it can be implemented in any combination. Features described in connection with one embodiment are applicable to all embodiments as long as such features do not conflict.

本発明の１つ以上の実施形態について、単に例示目的で、添付図面を参照しつつ説明する。 One or more embodiments of the present invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.

本発明の第１実施形態にしたがった燃料噴射ノズルの縦断面を示している。1 shows a longitudinal section of a fuel injection nozzle according to a first embodiment of the present invention. 図１に示される噴射ノズルの下部先端の詳細図を示している。FIG. 2 shows a detailed view of the lower end of the injection nozzle shown in FIG. 本発明の一実施形態にしたがった燃料噴射ノズルの横断面を示している。1 shows a cross section of a fuel injection nozzle according to an embodiment of the present invention. 様々な噴射ノズルについての水力直径Ｄhydと総断面積Ａtotとの関係のグラフ表示を示している。3 shows a graphical representation of the relationship between hydraulic diameter Dhyd and total cross-sectional area Atot for various injection nozzles. 本発明の第２実施形態にしたがった燃料噴射ノズルの縦断面を示している。4 shows a longitudinal section of a fuel injection nozzle according to a second embodiment of the invention.

本発明の第１実施形態にしたがった燃料噴射ノズルについて添付図面を参照して説明する。 A fuel injection nozzle according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

本発明の一態様にしたがった燃料噴射ノズル１が図１に示されている。図示される噴射ノズル１は、関連する内燃エンジンの燃焼チャンバ（図示せず）内に燃料を供給するように構成される。噴射ノズル１は、圧縮点火エンジン（すなわち、ディーゼルエンジン）における特定の用途を有しているが、本発明は、火花点火エンジン（すなわち、ガソリンエンジン）用の噴射ノズル１において実施されてもよい。 A fuel injection nozzle 1 according to one aspect of the present invention is shown in FIG. The illustrated injection nozzle 1 is configured to supply fuel into a combustion chamber (not shown) of an associated internal combustion engine. Although the injection nozzle 1 has particular application in a compression ignition engine (ie, a diesel engine), the present invention may be implemented in an injection nozzle 1 for a spark ignition engine (ie, a gasoline engine).

「上」および「下」との用語は、本明細書では、噴射ノズル１の特徴の相対位置を説明するために使用されるものであり、付与される保護の範囲を限定するものではない。噴射ノズル１の「下」端との言及は、燃焼チャンバに近い側に配置された端部（図１の下側に示される）を指している。逆に、噴射ノズル１の「上」端との言及は、燃焼チャンバから遠い側に配置された端部（図１の上側に示される）を指している。さらに、「上流」および「下流」との用語は、本明細書では、通常の使用において噴射ノズル１を通って燃焼チャンバに入る燃料の流れの方向に関して使用される。 The terms “upper” and “lower” are used herein to describe the relative positions of the features of the injection nozzle 1 and do not limit the scope of protection afforded. Reference to the “lower” end of the injection nozzle 1 refers to the end located on the side closer to the combustion chamber (shown on the lower side of FIG. 1). Conversely, reference to the “upper” end of the injection nozzle 1 refers to the end (shown on the upper side of FIG. 1) located on the side far from the combustion chamber. Further, the terms “upstream” and “downstream” are used herein with respect to the direction of fuel flow through the injection nozzle 1 and into the combustion chamber in normal use.

噴射ノズル１は、長手方向軸線ＸＸ’に沿って延在している。噴射ノズル１は、ノズル本体３と、加圧燃料用の供給ラインから燃料を受け入れるためにノズル本体３に形成された穴５と、を備えている。噴射ノズル１には、ニードル７が設けられている。ニードル７は、穴５内において長手方向軸線ＸＸ’に沿って変位可能である。穴５は、高圧供給路１１に連通する拡大上部領域９を備えている。この高圧供給路１１を通って高圧の燃料が供給される。ニードル７には、円錐台形態のスラスト面１０が設けられている。スラスト面１０は、穴５内の燃料圧にさらされる。 The injection nozzle 1 extends along the longitudinal axis XX '. The injection nozzle 1 includes a nozzle body 3 and a hole 5 formed in the nozzle body 3 for receiving fuel from a supply line for pressurized fuel. The injection nozzle 1 is provided with a needle 7. The needle 7 is displaceable along the longitudinal axis XX ′ in the bore 5. The hole 5 includes an enlarged upper region 9 that communicates with the high-pressure supply path 11. High-pressure fuel is supplied through the high-pressure supply path 11. The needle 7 is provided with a truncated cone-shaped thrust surface 10. The thrust surface 10 is exposed to the fuel pressure in the hole 5.

ニードル座部１３が穴５の下端のところに形成されている。ニードル座部１３は、円錐台形態を有しており、ニードル７の先端１４は、この円錐台形態と係合可能である。ニードル座部１３の下流において、ノズル本体３には、複数の噴射開口１５（図１および図２には、これらのうちの１つのみが示されている）が設けられている。噴射開口１５は、
穴５の最下部先端１９に形成されたサック容積１７に連通している。噴射開口１５によって、穴５内の高圧燃料を関連する内燃エンジンの燃焼チャンバ（図示せず）内に噴射することができる。ニードル７が座部１３に係合されるとき、燃料は、噴射ノズル１から燃焼チャンバ内に噴射されることが阻止される。この場合、ニードル７は、閉位置にあるということができる。ニードル７が座部１３から持ち上がって離れると、ニードル７の先端１４は、座部１３から係合解除され、燃料が噴射開口１５を通って燃焼チャンバ内に噴射される。この状態では、ニードル７は噴射位置にあるということができる。 A needle seat 13 is formed at the lower end of the hole 5. The needle seat portion 13 has a truncated cone shape, and the tip 14 of the needle 7 can be engaged with the truncated cone shape. Downstream of the needle seat portion 13, the nozzle body 3 is provided with a plurality of injection openings 15 (only one of them is shown in FIGS. 1 and 2). The injection opening 15 is
It communicates with a sack volume 17 formed at the lowermost tip 19 of the hole 5. The injection opening 15 allows high pressure fuel in the hole 5 to be injected into the combustion chamber (not shown) of the associated internal combustion engine. When the needle 7 is engaged with the seat 13, fuel is prevented from being injected from the injection nozzle 1 into the combustion chamber. In this case, it can be said that the needle 7 is in the closed position. When the needle 7 is lifted away from the seat 13, the tip 14 of the needle 7 is disengaged from the seat 13 and fuel is injected through the injection opening 15 into the combustion chamber. In this state, it can be said that the needle 7 is in the injection position.

図１に示されるように、噴射ノズル１は、穴５を通る燃料の流れを制限するための制限部２１を備えている。制限部２１は、ニードル７に設けられたフランジ２３の形態の制限的圧力低減要素を有して形成される。フランジ２３は、ニードル７の円柱状シャフト部分２５に続いている。フランジ２３は、環状であり、ニードル７から径方向外側に延在しており、ニードルの残りの部分の平均断面積よりも大きな断面積を有している。以下でより詳細に説明するように、ニードル７が動作可能に座部１３から持ち上がると、フランジ２３は、高圧供給路１１と噴射開口１５との間で穴５を通る燃料流路に圧力低下を生じさせる。 As shown in FIG. 1, the injection nozzle 1 includes a restricting portion 21 for restricting the flow of fuel through the hole 5. The restricting part 21 is formed with a restrictive pressure reducing element in the form of a flange 23 provided on the needle 7. The flange 23 continues to the cylindrical shaft portion 25 of the needle 7. The flange 23 is annular and extends radially outward from the needle 7 and has a larger cross-sectional area than the average cross-sectional area of the remaining portion of the needle. As will be described in more detail below, when the needle 7 is operatively lifted from the seat 13, the flange 23 causes a pressure drop in the fuel flow path through the hole 5 between the high pressure supply path 11 and the injection opening 15. Cause it to occur.

ニードル７の移動は、制御チャンバ２７内の燃料圧を制御することによって行われる。ニードル７は、上流端２９を有している（図１では、これらのうちの下部部分のみが示されている）。ニードル７を閉位置に向けて押圧するために、スプリング（図示せず）が設けられている。ニードル７の上流端２９は、制御チャンバ２７内に受け入れられ、その結果、ニードル７の端面は、制御チャンバ２７内の燃料圧にさらされる。 The needle 7 is moved by controlling the fuel pressure in the control chamber 27. The needle 7 has an upstream end 29 (only the lower part of these is shown in FIG. 1). A spring (not shown) is provided to press the needle 7 toward the closed position. The upstream end 29 of the needle 7 is received in the control chamber 27, so that the end face of the needle 7 is exposed to the fuel pressure in the control chamber 27.

制御チャンバ２７内の燃料圧は、当業者によく知られた作動システム（図示せず）によって制御される。例えば、作動システムは、燃料が高圧燃料供給路１１から制御チャンバ２７へ流れるのか、それとも、制御チャンバ２７と低圧ドレインとの間の燃料の流れが阻止されるのか、あるいは、燃料が制御チャンバ２７から低圧ドレインへ流れることができ、高圧燃料供給路１１から制御チャンバ２７への燃料の流れが阻止されるのかを制御する三方弁を備えていてもよい。三方弁の動作は、例えば、ソレノイドまたは圧電アクチュエータによって制御される。変形形態では、作動システムの三方弁は、二方弁に置き換えられてもよい。 The fuel pressure in the control chamber 27 is controlled by an actuation system (not shown) well known to those skilled in the art. For example, the actuation system may either allow fuel to flow from the high pressure fuel supply path 11 to the control chamber 27, or prevent fuel flow between the control chamber 27 and the low pressure drain, or allow fuel to flow from the control chamber 27. A three-way valve that can flow to the low-pressure drain and controls whether the flow of fuel from the high-pressure fuel supply path 11 to the control chamber 27 is blocked may be provided. The operation of the three-way valve is controlled by, for example, a solenoid or a piezoelectric actuator. In a variant, the three-way valve of the actuation system may be replaced with a two-way valve.

ノズル本体３は、２つの別々の部分、すなわち、上流大径部３１と下流小径部３５とを有している。噴射開口１５は、小径部３５の端部に配置されている。より正確には、噴射開口１５は、小径部３５の先端３９のところに配置されている。先端３９は、使用時において、関連するエンジンの燃焼チャンバ（図示せず）内に位置する。 The nozzle body 3 has two separate portions, that is, an upstream large diameter portion 31 and a downstream small diameter portion 35. The injection opening 15 is disposed at the end of the small diameter portion 35. More precisely, the injection opening 15 is disposed at the tip 39 of the small diameter portion 35. The tip 39 is located in use in the combustion chamber (not shown) of the associated engine.

ノズル本体３の穴５は、上流領域４１と下流領域４３とから形成されている。下流領域４３は、内径Ｄeを有している。ニードル７は、穴５の上流領域４１および下流領域４３の両方を通って同軸に延在している。 The hole 5 of the nozzle body 3 is formed from an upstream region 41 and a downstream region 43. The downstream region 43 has an inner diameter De. The needle 7 extends coaxially through both the upstream region 41 and the downstream region 43 of the hole 5.

燃料は、高圧燃料供給路１１から、穴５の上流領域４１の上端のところに設けられた燃料入口４５を通って、穴５に入る。穴５は、燃料入口４５から上流領域４１を通って下流領域４３に入り、噴射開口１５に向かう燃料用の流路を形成する。使用時において、燃料は、上流領域４１および下流領域４３の両方を満たし、上流領域４１および下流領域４３は、ともに燃料のためのアキュムレータ容積を形成する。 The fuel enters the hole 5 from the high-pressure fuel supply path 11 through a fuel inlet 45 provided at the upper end of the upstream region 41 of the hole 5. The hole 5 enters the downstream region 43 from the fuel inlet 45 through the upstream region 41 and forms a fuel flow path toward the injection opening 15. In use, the fuel fills both the upstream region 41 and the downstream region 43, and the upstream region 41 and the downstream region 43 together form an accumulator volume for the fuel.

フランジ２３は、穴５の下流領域４３においてニードル７に設けられている。フランジ２３は、図３に示すように、環状の形態であり、穴５の下流領域４３の内径Ｄeよりも小さい直径Ｄiを有している。したがって、フランジ２３は、穴５の内面５１の隣接部分５３とともに、燃料入口４５と噴射開口１５との間での燃料流路に沿った燃料の流れを制限するための制限部２１を形成する。制限部２１は、制限部２１と隣接部分５３との間で、フランジ２３の外周面のまわりに形成される。したがって、制限部２１は、環状通路すなわちクリアランスの形態をとる。以下で説明されるように、制限部２１の寸法は、ニードル７が噴射位置にあり、燃料が穴５を通って流れているときに、フランジの前後での圧力低下が生じるように形成される。このようにして、ニードル７が噴射位置にあるとき、フランジ２１の上流の燃料圧と比べて低減された燃料圧がフランジの下流に存在する。 The flange 23 is provided on the needle 7 in the downstream region 43 of the hole 5. As shown in FIG. 3, the flange 23 has an annular shape, and has a diameter Di smaller than the inner diameter De of the downstream region 43 of the hole 5. Therefore, the flange 23 together with the adjacent portion 53 of the inner surface 51 of the hole 5 forms a restricting portion 21 for restricting the flow of fuel along the fuel flow path between the fuel inlet 45 and the injection opening 15. The restricting portion 21 is formed around the outer peripheral surface of the flange 23 between the restricting portion 21 and the adjacent portion 53. Accordingly, the restriction 21 takes the form of an annular passage or clearance. As will be explained below, the size of the restriction 21 is such that when the needle 7 is in the injection position and fuel is flowing through the hole 5, a pressure drop across the flange occurs. . In this way, when the needle 7 is in the injection position, a fuel pressure that is reduced compared to the fuel pressure upstream of the flange 21 exists downstream of the flange.

制限部２１の寸法は、次のように定義される。制限部２１は、次式によって定義され得る水力直径Ｄhydを有している。 The dimension of the limiting part 21 is defined as follows. The limiting portion 21 has a hydraulic diameter Dhyd that can be defined by the following equation.

ここで、Ａは制限部２１の断面積であり、Ｐは制限部２１の断面の浸辺長である。換言すると、浸辺長Ｐは、使用時において燃料と接触する、制限部２１の断面の周長である。 Here, A is the cross-sectional area of the limiting portion 21, and P is the immersion side length of the cross section of the limiting portion 21. In other words, the immersion side length P is the circumferential length of the cross section of the limiting portion 21 that comes into contact with the fuel during use.

図３に示されるように、制限部２１は、環状の間隙であり、穴５の下流領域４３の内径Ｄeに等しい外径と、フランジの直径Ｄiと等しい内径と、を有している。したがって、水力直径は次式によって定義される。 As shown in FIG. 3, the limiting portion 21 is an annular gap, and has an outer diameter equal to the inner diameter De of the downstream region 43 of the hole 5 and an inner diameter equal to the flange diameter Di. Therefore, the hydraulic diameter is defined by:

噴射開口１５は、総断面積Ａtotを有している。噴射開口１５の総断面積Ａtotは、本明細書では、噴射開口１５を通る燃料の流れのために利用可能な総面積として定義される。つまり、複数の噴射開口を有する噴射ノズル１について、総断面積Ａtotは、各々の噴射開口の断面積の合計である。本明細書で説明される噴射開口の断面積とは、噴射開口の出口のところで測定された断面積のことである。噴射開口の出口は、噴射開口の下端のところにあり、燃焼チャンバ内に開口している。本実施形態では、制限部２１は、噴射開口１５の総断面積Ａtotの関数としての寸法を有している。総断面積Ａtotは、所与の噴射ノズル１について固定される。しかしながら、総断面積Ａtotは、様々な噴射ノズル１ごとに異なっていてもよいことが理解されよう。例えば、総断面積Ａtotは、様々な噴射ノズル１ごとに０．０５〜０．１５ｍｍ^２の範囲にあってもよい。 The injection opening 15 has a total cross-sectional area Atot. The total cross sectional area Atot of the injection opening 15 is defined herein as the total area available for fuel flow through the injection opening 15. That is, for the injection nozzle 1 having a plurality of injection openings, the total cross-sectional area Atot is the sum of the cross-sectional areas of the respective injection openings. The cross-sectional area of the injection opening described herein is the cross-sectional area measured at the outlet of the injection opening. The outlet of the injection opening is at the lower end of the injection opening and opens into the combustion chamber. In the present embodiment, the restricting portion 21 has a dimension as a function of the total cross-sectional area Atot of the injection opening 15. The total cross-sectional area Atot is fixed for a given injection nozzle 1. However, it will be appreciated that the total cross-sectional area Atot may be different for the various injection nozzles 1. For example, the total cross-sectional area Atot may be in the range of 0.05 to 0.15 mm ² for each of various injection nozzles 1.

本実施形態では、制限部２１の水力直径Ｄhydは、総断面積Ａtotの逆数の関数である。具体的には、水力直径Ｄhydは、次式によって定義される。 In the present embodiment, the hydraulic diameter Dhyd of the limiting portion 21 is a function of the reciprocal of the total cross-sectional area Atot. Specifically, the hydraulic diameter Dhyd is defined by the following equation.

ここで、Ｄhydは水力直径であり、Ｌは制限部２１の長手方向長さである。Ａtotは噴射開口１５の総断面積であり、ａ，ｂは定数である。本実施形態では、ａは１１．５〜２２の範囲にあり、ｂは２〜４．５の範囲にある。ａ，ｂ，Ａtotについての上述の範囲の値を有する上記の式によってカバーされる対応する領域が図４に示されている。より正確には、図４は、０．０５〜０．１５ｍｍ^２の範囲の様々な総断面積Ａtotをそれぞれ有するいくつかのタイプのインジェクタについて、総断面積Ａtotの関数としてのＬ／Ｄhydの値を示している。総断面積Ａtotの各々の値についてのＬ／Ｄhydの様々な値、および、定数ａ，ｂの各々の値についての様々な値は、図４に表された斜線部分によって表されている。 Here, Dhyd is the hydraulic diameter, and L is the length of the restricting portion 21 in the longitudinal direction. Atot is the total cross-sectional area of the injection opening 15, and a and b are constants. In the present embodiment, a is in the range of 11.5 to 22, and b is in the range of 2 to 4.5. Corresponding regions covered by the above equations having values in the above range for a, b, Atot are shown in FIG. More precisely, FIG. 4 shows the value of L / Dhyd as a function of the total cross-sectional area Atot for several types of injectors each having various total cross-sectional areas Atot ranging from 0.05 to 0.15 mm ² . Is shown. The various values of L / Dhyd for each value of the total cross-sectional area Atot and the various values for each value of the constants a and b are represented by the hatched portions shown in FIG.

したがって、フランジ２３は、アキュムレータ容積を２つの分離した圧力制御容積（以下で穴容積と称される）に分割する。上部穴容積５５は、穴５の頂部端とフランジ２３との間に形成され、下部穴容積５７は、フランジ２３と座部１３との間に形成される。ニードル７が噴射位置にあるとき、上部穴容積５５の燃料圧は、制限部２１によって、下部穴容積５７の燃料圧よりも大きくなる。 Thus, the flange 23 divides the accumulator volume into two separate pressure control volumes (hereinafter referred to as hole volumes). The upper hole volume 55 is formed between the top end of the hole 5 and the flange 23, and the lower hole volume 57 is formed between the flange 23 and the seat portion 13. When the needle 7 is in the injection position, the fuel pressure in the upper hole volume 55 becomes larger than the fuel pressure in the lower hole volume 57 due to the restriction unit 21.

本発明の本実施形態によれば、フランジ２３は、ニードル７とは別の噴射ノズル１の構成要素である。フランジは、ニードル７のシャフト部分に圧入されるように構成されており、その結果、フランジ２３は、ニードル７に対して移動できない。したがって、フランジは、ニードル７が穴５内を摺動するときにニードル７とともに移動する。ニードル７とは別にフランジを製造する１つの利点は、ニードル７の製造に必要な棒状部材の大きさを低減することができ、それによって、製造コストおよび製造中の廃棄材料を低減できることである。しかしながら、本発明の代替実施形態では、フランジはニードルと一体的な構造であってもよいことが理解されよう。 According to this embodiment of the invention, the flange 23 is a component of the injection nozzle 1 that is separate from the needle 7. The flange is configured to be press-fitted into the shaft portion of the needle 7, and as a result, the flange 23 cannot move with respect to the needle 7. Therefore, the flange moves with the needle 7 as the needle 7 slides in the hole 5. One advantage of manufacturing the flange separately from the needle 7 is that the size of the bar-like member required to manufacture the needle 7 can be reduced, thereby reducing manufacturing costs and waste material being manufactured. However, it will be appreciated that in alternative embodiments of the present invention, the flange may be integral with the needle.

フランジの上面は、噴射開口１５の総断面積Ａtotよりも２００〜８００倍大きい（好ましくは、約５００倍大きい）、長手方向軸線ＸＸ’に垂直な断面積を有するように構成される。この面積比を提供することは、閉鎖中にニードル７が、フランジ２３の近傍の燃料とおよそ同じ速度で移動することを意味している。 The top surface of the flange is configured to have a cross-sectional area perpendicular to the longitudinal axis XX 'that is 200 to 800 times larger (preferably about 500 times larger) than the total cross-sectional area Atot of the injection aperture 15. Providing this area ratio means that the needle 7 moves at approximately the same speed as the fuel near the flange 23 during closure.

本発明の一実施形態にしたがった噴射ノズル１の動作について図１〜３を参照して説明する。 The operation of the injection nozzle 1 according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

ニードル７が閉位置にあると、ニードル７の先端１４は、燃焼チャンバにおいて噴射開口１５の燃料流出の流れを阻止するために、座部１３と係合する。この位置では、高圧燃料が、穴５の上流領域４１および下流領域４３を満たす。燃料の流れが阻止されているので、フランジ２３のいずれかの側の上部穴容積５５および下部穴容積５７内の圧力は同じになる。この段階では、制御チャンバ２７とドレインとの間の連通は閉じられており、その結果、制御チャンバ２７内の燃料圧は高い。 When the needle 7 is in the closed position, the tip 14 of the needle 7 engages with the seat 13 to block the flow of fuel out of the injection opening 15 in the combustion chamber. In this position, the high pressure fuel fills the upstream region 41 and the downstream region 43 of the hole 5. Since the fuel flow is blocked, the pressure in the upper hole volume 55 and the lower hole volume 57 on either side of the flange 23 is the same. At this stage, the communication between the control chamber 27 and the drain is closed, so that the fuel pressure in the control chamber 27 is high.

その結果、制御ピストン２９に作用する制御チャンバ２７内の燃料圧と、スプリングによって提供される下向きの力と、に起因してニードル７に作用する組み合わされた下向きの力すなわち閉鎖力は、ニードル７のスラスト面１０に作用する燃料の圧力に起因してニードル７に作用する上向きの力すなわち開放力よりも大きくなる。これによって、正味の下向きの力すなわち閉鎖力がニードル７にもたらされ、ニードル７は、閉位置に留まる。上部穴容積５５および下部穴容積５７内の燃料圧が同じであるので、それぞれの容積内の燃料圧に起因してフランジ２３に作用する上向きの力および下向きの力は互いに平衡する。 As a result, the combined downward or closing force acting on the needle 7 due to the fuel pressure in the control chamber 27 acting on the control piston 29 and the downward force provided by the spring is the needle 7 Due to the pressure of the fuel acting on the thrust surface 10, the upward force acting on the needle 7, that is, the opening force becomes larger. This provides a net downward force or closing force on the needle 7, which remains in the closed position. Since the fuel pressure in the upper hole volume 55 and the lower hole volume 57 is the same, the upward force and the downward force acting on the flange 23 due to the fuel pressure in each volume are balanced with each other.

ニードル７を開けるために、三方弁が操作されて、制御チャンバ２７と低圧ドレインとの間の接続が開かれ、それによって、制御チャンバ２７内の圧力が低下する。制御チャンバ２７の圧力が低下すると、結果として生じるニードル７の上流端２９に作用する下向きの力が減少し、最終的には、下部穴容積５７内の燃料圧に起因してニードル７のスラスト面１０に与えられる上向きの力が、スプリングに起因する下向きの力と組み合わされた、制御チャンバ２７内の燃料圧に起因してニードル７に作用する下向きの力よりも大きくなる点に到達する。この点では、正味の上向きの力すなわち開放力がニードル７に作用し、ニードル７は、座部１３から離れて噴射位置に向けて上方に変位される。 In order to open the needle 7, the three-way valve is operated to open the connection between the control chamber 27 and the low pressure drain, thereby reducing the pressure in the control chamber 27. As the pressure in the control chamber 27 decreases, the resulting downward force acting on the upstream end 29 of the needle 7 decreases and eventually the thrust surface of the needle 7 due to the fuel pressure in the lower bore volume 57. A point is reached where the upward force applied to 10 is greater than the downward force acting on the needle 7 due to the fuel pressure in the control chamber 27 combined with the downward force due to the spring. In this respect, a net upward force, i.e., an opening force, acts on the needle 7, and the needle 7 is displaced upward from the seat 13 toward the injection position.

ニードル７が座部１３から持ち上がると、燃料は、開口１５から流出して、燃焼チャンバ内に流入し始める。高圧燃料供給路１１は、燃料を穴５に供給し続けるが、下部穴容積５７における穴５の下端での圧力は、燃料が燃焼チャンバ内に噴射されることに起因して低下する。これは、ニードル７が持ち上がる初期速度を低速化する助けとなる。それは、燃料によってスラスト面１０に与えられる上向きの圧力が低下するからである。 When the needle 7 is lifted from the seat portion 13, the fuel flows out from the opening 15 and starts to flow into the combustion chamber. The high-pressure fuel supply path 11 continues to supply fuel to the hole 5, but the pressure at the lower end of the hole 5 in the lower hole volume 57 decreases due to the fuel being injected into the combustion chamber. This helps to reduce the initial speed at which the needle 7 is lifted. This is because the upward pressure applied to the thrust surface 10 by the fuel decreases.

さらに、燃料がフランジ２３を超えて（したがって、制限部２１を通って）下部穴容積５７内へ流れるので、下部穴容積５７の燃料圧は、上部穴容積５５の燃料圧と比べて低下する。結果として、フランジ２３の各側に作用する燃料圧は、もはや平衡しておらず、その代わりに、フランジ２３は、ニードル７に下向きの力を加える。それによって、フランジ２３の上面領域は、上流に向いたスラスト面を形成する。このスラスト面は、上部穴容積５５の燃料圧にさらされて、ニードル７に作用する下向きの力成分を生成する。 Further, since the fuel flows over the flange 23 (and therefore through the restricting portion 21) and into the lower hole volume 57, the fuel pressure in the lower hole volume 57 is lower than the fuel pressure in the upper hole volume 55. As a result, the fuel pressure acting on each side of the flange 23 is no longer balanced, and instead the flange 23 applies a downward force on the needle 7. Thereby, the upper surface region of the flange 23 forms a thrust surface directed upstream. This thrust surface is exposed to the fuel pressure of the upper hole volume 55 and generates a downward force component acting on the needle 7.

その結果、燃料が穴５を通って流れると、この燃料は、フランジ２３の上流に向いたスラスト面に対して圧力を加える。このため、ニードル７が座部１３から離れて上向きに移動する速度を低下させる助けとなる。さらに、燃料を通るフランジ２３の移動によって抗力効果が生じる。抗力効果によってもニードル７の速度が弱まる。したがって、フランジ２３は、ニードル７の移動とは反対方向の燃料の流れに対してニードル７の開放移動を緩衝させる効果を有している。フランジ２３を介してニードル７に作用する下向きの力成分は、スラスト面を介して作用する上向きの力成分に打ち克つには十分ではなく、このため、正味の上向きの力はニードル７を開けるように作用し続けることに留意されたい。 As a result, when the fuel flows through the hole 5, the fuel exerts pressure on the thrust surface facing the upstream of the flange 23. For this reason, it helps to reduce the speed at which the needle 7 moves away from the seat 13 and moves upward. Furthermore, a drag effect is produced by the movement of the flange 23 through the fuel. The speed of the needle 7 also decreases due to the drag effect. Therefore, the flange 23 has an effect of buffering the opening movement of the needle 7 against the fuel flow in the direction opposite to the movement of the needle 7. The downward force component acting on the needle 7 via the flange 23 is not sufficient to overcome the upward force component acting via the thrust surface, so that a net upward force will open the needle 7. Note that it continues to work.

ニードル７は、最終的には、最大リフト位置に到達し、燃料は、高圧燃料路から穴５を通り、開口１５を通って燃焼チャンバ内まで流れ続ける。 The needle 7 eventually reaches the maximum lift position and fuel continues to flow from the high pressure fuel path through the hole 5 and through the opening 15 into the combustion chamber.

所望の量の燃料が燃料チャンバに供給されると、バルブが操作されて、ドレインへの接続が閉じられ、高圧燃料が制御チャンバ２７へ流れることができるようになる。制御チャンバ２７内の圧力は増加し、この結果、ニードル７の上流端２９を介してニードル７に作用する下向きの力すなわち閉鎖力は大きくなる。最終的には、ニードル７に作用する組み合わせられた下向きの力は、ニードル７に作用する上向きの力を超え、ニードル７に作用する正味の下向きの力が生じ、この力によってニードル７が閉位置に移動される。 When the desired amount of fuel is supplied to the fuel chamber, the valve is operated to close the connection to the drain and allow high pressure fuel to flow to the control chamber 27. The pressure in the control chamber 27 increases, and as a result, the downward or closing force acting on the needle 7 via the upstream end 29 of the needle 7 increases. Eventually, the combined downward force acting on the needle 7 exceeds the upward force acting on the needle 7, resulting in a net downward force acting on the needle 7, which forces the needle 7 into the closed position. Moved to.

上述からも分かるように、制限部はフランジ２３の前後間の圧力低下をもたらすので、上部穴容積５５には、フランジ２３の下流の下部穴容積５７に存在する圧力よりも高圧が存在する。上流に向いたスラスト面に作用する燃料の圧力によってフランジ２３を介してニードル７に加えられる結果として生じる下向きの力は、閉鎖力の追加的な成分を提供し、この成分はニードル７の閉鎖速度を増大させる。 As can be seen from the above, the limiting portion causes a pressure drop between the front and rear of the flange 23, so that the upper hole volume 55 has a higher pressure than the pressure present in the lower hole volume 57 downstream of the flange 23. The resulting downward force applied to the needle 7 via the flange 23 by the pressure of the fuel acting on the thrust surface facing upstream provides an additional component of the closing force, which component is the closing speed of the needle 7. Increase.

この閉動作は、ニードル７が座部１３と係合すると終了となり、それによって、さらなる開動作が実行されるまで開口１５から燃料が流出することが阻止される。 This closing operation ends when the needle 7 engages the seat 13 and thereby prevents fuel from flowing out of the opening 15 until a further opening operation is performed.

ニードル７の移動に関する制限部２１の効果はヒステリシスを表すことが理解されよう。噴射ノズル１の開動作中において、フランジ２３は、ニードル７の移動を緩衝させ、小さな噴射容積の良好な制御を可能にしている。ニードル７が閉じられている間、フランジは、ニードル７の閉鎖速度を高め、これによって、噴射の迅速な停止が可能になる。 It will be appreciated that the effect of the restriction 21 on the movement of the needle 7 represents hysteresis. During the opening operation of the injection nozzle 1, the flange 23 cushions the movement of the needle 7 and enables good control of a small injection volume. While the needle 7 is closed, the flange increases the closing speed of the needle 7, which allows a quick stop of the injection.

ニードル７の中央軸線に平行な方向に沿ったフランジ２３の長手方向長さＬすなわち厚みは、フランジ２３の直径Ｄiと比べて相対的に小さい。薄いフランジ２３は、フランジ２３の質量（したがって、ニードル７の移動質量）を低減するために好ましい。 The longitudinal length L, that is, the thickness of the flange 23 along the direction parallel to the central axis of the needle 7 is relatively smaller than the diameter Di of the flange 23. A thin flange 23 is preferred to reduce the mass of the flange 23 (and thus the moving mass of the needle 7).

他の実施形態では、点または場所が限定された制限部が、ノズル本体の内面と、フランジの縁部と、の間に形成されてもよい。例えば、フランジは、鋭利なまたは先が尖った外側縁部を形成するように形状付けられてもよい。 In other embodiments, a limited point or location restriction may be formed between the inner surface of the nozzle body and the edge of the flange. For example, the flange may be shaped to form a sharp or pointed outer edge.

図５は、本発明の第２実施形態にしたがった燃料噴射ノズル１０１の縦断面を示している。同様の構成要素には同様の符号が使用されるが、明確化のために１００だけ増やした値にしている。 FIG. 5 shows a longitudinal section of the fuel injection nozzle 101 according to the second embodiment of the present invention. Similar components are used for similar components, but have been increased by 100 for clarity.

噴射ノズル１０１は、ノズル本体１０３と、加圧燃料用の供給ラインから燃料を受け入れるためにノズル本体１０３に形成された穴１０５と、を備えている。噴射ノズル１０１には、長手方向軸線ＸＸ’に沿って移動可能なニードル１０７が設けられている。高圧供給路１１１は、複数の噴射開口１１５を介した噴射のために、高圧燃料を穴１０５に供給する。ニードル座部１１３は、ニードル１０７の先端１３９と協働して噴射開口１１５を閉じるために、穴１０５の下端のところに形成されている。ニードル１０７が座部１１３と係合すると、燃料は、噴射ノズル１０１から噴射されることが阻止される。ニードル１０７が座部１１３から持ち上がると、噴射開口１１５が開き、燃料が噴射される。 The injection nozzle 101 includes a nozzle body 103 and a hole 105 formed in the nozzle body 103 for receiving fuel from a supply line for pressurized fuel. The injection nozzle 101 is provided with a needle 107 that is movable along the longitudinal axis XX ′. The high pressure supply path 111 supplies high pressure fuel to the hole 105 for injection through the plurality of injection openings 115. The needle seat portion 113 is formed at the lower end of the hole 105 in order to close the injection opening 115 in cooperation with the tip 139 of the needle 107. When the needle 107 engages with the seat 113, fuel is prevented from being injected from the injection nozzle 101. When the needle 107 is lifted from the seat 113, the injection opening 115 is opened and fuel is injected.

噴射ノズル１０１は、ニードル１０７を制御するための制御チャンバ（図示せず）を備えている。ニードル１０７を閉位置に向けて付勢するために、スプリング１５９が設けられている。スプリング１５９は、ニードル１０７のまわりに配置されたコイルスプリングである。環状カラー１６１がニードル１０７に固定的に取り付けられている。環状カラー１６１は、スプリング１５９の下端を支持するために、スプリング座部１６２を形成する。穴１０５を通る燃料の流れを制限するために、環状フランジ１２３が環状カラー１６１によって形成されている。フランジ１２３の直径Ｄiは、穴１０５の内径Ｄeと実質的に等しい。フランジ１２３は、穴１０５の側壁と摺動的に係合し、少なくとも実質的にシール部を形成する。複数の孔部１６３がフランジ１２３に形成されている。本実施形態における孔部１６３は、フランジ１２３を通って噴射ノズル１０１の長手方向軸線ＸＸ’と実質的に平行に延在する複数の穴の形態である。孔部１６３は、環状カラー１３１を超えた流体連通を確立するように動作可能である。 The injection nozzle 101 includes a control chamber (not shown) for controlling the needle 107. A spring 159 is provided to urge the needle 107 toward the closed position. The spring 159 is a coil spring disposed around the needle 107. An annular collar 161 is fixedly attached to the needle 107. The annular collar 161 forms a spring seat 162 to support the lower end of the spring 159. An annular flange 123 is formed by an annular collar 161 to restrict fuel flow through the hole 105. The diameter Di of the flange 123 is substantially equal to the inner diameter De of the hole 105. The flange 123 slidably engages the side wall of the hole 105 and forms at least a substantially sealed portion. A plurality of holes 163 are formed in the flange 123. The holes 163 in the present embodiment are in the form of a plurality of holes that extend substantially parallel to the longitudinal axis XX ′ of the injection nozzle 101 through the flange 123. The hole 163 is operable to establish fluid communication beyond the annular collar 131.

使用時において、ニードル１０７が座部１１３から作動的に持ち上がると、フランジ１２３の下方に圧力低下が生じる。孔部１６３は、本明細書で説明される第１の実施形態における制限部１２１によって形成されるのと同等の水力断面積を集合的に形成する。フランジ１２３の孔部１６３は、有効水力断面積が噴射開口１１５の総断面積Ａtotの関数になるように構成されてもよい。総断面積Ａtotに対する水力断面積の関係は、本明細書で定義される本発明の第１の実施形態にしたがった総断面積Ａtotに対する水力直径Ｄhydに関する関係と同等であってもよい。 In use, when the needle 107 is operatively lifted from the seat 113, a pressure drop occurs below the flange 123. The hole portion 163 collectively forms a hydraulic cross-sectional area equivalent to that formed by the limiting portion 121 in the first embodiment described in this specification. The hole 163 of the flange 123 may be configured such that the effective hydraulic cross-sectional area is a function of the total cross-sectional area Atot of the injection opening 115. The relationship of the hydraulic cross-sectional area to the total cross-sectional area Atot may be equivalent to the relationship related to the hydraulic diameter Dhyd to the total cross-sectional area Atot according to the first embodiment of the present invention as defined herein.

環状カラー１６１は噴射ノズル１０１内において緩衝ピストンを形成することが理解されよう。環状カラー１６１を超える燃料の流れを制限することによって、孔部１６３は、ニードル１０７のリフト（上昇）速度を低下させることができる。ニードル１０７の開動作の速度は、環状カラー１６１が燃料を通って穴１０５内を移動する際の液圧緩衝、および、環状カラー１６１の前後での圧力低下によって低減され得る。圧力低下は、ニードル先端１３９に向かう方向に正味の力を生じさせる、環状カラー１６１よりも下方での減圧に起因して生じる。環状カラー１６１は、スプリング１５９のためにスプリング座部１６３を形成する機能と、穴１０５内の燃料の流れを制御するために孔部１６３を形成する機能と、の２つの機能を提供することが理解されよう。 It will be appreciated that the annular collar 161 forms a buffer piston within the injection nozzle 101. By restricting the flow of fuel beyond the annular collar 161, the hole 163 can reduce the lift (rise) speed of the needle 107. The speed of the opening operation of the needle 107 can be reduced by a hydraulic buffer when the annular collar 161 moves through the hole 105 through the fuel, and a pressure drop across the annular collar 161. The pressure drop occurs due to the reduced pressure below the annular collar 161 that creates a net force in the direction toward the needle tip 139. The annular collar 161 can provide two functions: a function of forming a spring seat 163 for the spring 159 and a function of forming a hole 163 to control the flow of fuel in the hole 105. It will be understood.

噴射ノズル１０１の第２実施形態の変形形態では、制限部１２１は、穴１０５とフランジ１２３との間に形成された環状の間隙である。制限部１２１は、穴１０５の内径Ｄeと等しい外径と、フランジ１２３の直径Ｄiに等しい内径と、を有している。噴射開口１１５は、総断面積Ａtotを有している。制限部１２１は、噴射開口１１５の総断面積Ａtotの関数としての寸法を有している。制限部１２１の水力直径Ｄhydは、総断面積Ａtotの逆数の関数である。水力直径Ｄhydと総断面積Ａtotとの関係は、第１実施形態について本明細書で定義された関係と変わらない。この構成では、環状カラー１６１は、スプリング１５９のためにスプリング座部１６３を形成する機能と、穴１０５内の燃料の流れを制御するための制限部１２１を形成する機能と、の２つの機能を提供する。 In the modification of the second embodiment of the injection nozzle 101, the restricting portion 121 is an annular gap formed between the hole 105 and the flange 123. The limiting part 121 has an outer diameter equal to the inner diameter De of the hole 105 and an inner diameter equal to the diameter Di of the flange 123. The ejection opening 115 has a total cross-sectional area Atot. The limiting part 121 has a dimension as a function of the total cross-sectional area Atot of the injection opening 115. The hydraulic diameter Dhyd of the limiting part 121 is a function of the reciprocal of the total cross-sectional area Atot. The relationship between the hydraulic diameter Dhyd and the total cross-sectional area Atot is not different from the relationship defined in this specification for the first embodiment. In this configuration, the annular collar 161 has two functions: a function of forming a spring seat 163 for the spring 159 and a function of forming a restriction 121 for controlling the flow of fuel in the hole 105. provide.

本明細書で説明される噴射ノズル１；１０１の第１および第２の実施形態に対して様々な変更および修正がなされ得る理解されよう。例えば、他の任意の適切な制限部が設けられ、少なくとも部分的にフランジまたは他の任意の適切な制限要素によって形成されてもよい。 It will be appreciated that various changes and modifications may be made to the first and second embodiments of the injection nozzle 1; 101 described herein. For example, any other suitable restriction may be provided and at least partially formed by a flange or any other suitable restriction element.

変形形態では、噴射ノズルは、凹部を有するフランジ２３を備えていてもよい。この凹部は、穴と一緒になって制限部を形成するその外面に、平坦部を備えている。フランジとニードルとにアンバランスな負荷が作用することを避けるために、複数の平坦部が設けられてもよい。この変形形態では、フランジの環状縁部は、ニードルが穴内を自由に移動することができるように、穴の内面に摺動的に接触する。この場合、燃料は、平坦部と穴との間で流れることができるだけであり、フランジの周囲全体のまわりを流れることはできない。多数の制限部を設けるために、フランジの角度付けられて離間された複数の場所に多数の平坦部が設けられてもよい。この平坦部は、多数の制限部によって提供される総断面積がフランジの前後での所望の総圧力低下を提供するように構成されてもよい。平坦部に代えて、または、加えて、他の任意の形状の凹部または構造（例えば、１つ以上のチャネルまたは溝）が使用されてもよい。 In a variant, the injection nozzle may comprise a flange 23 having a recess. This recess has a flat portion on its outer surface that together with the hole forms a limiting portion. In order to avoid an unbalanced load acting on the flange and the needle, a plurality of flat portions may be provided. In this variation, the annular edge of the flange slidably contacts the inner surface of the hole so that the needle can move freely within the hole. In this case, the fuel can only flow between the flat and the hole, not around the entire circumference of the flange. In order to provide multiple limiting portions, multiple flat portions may be provided at a plurality of angularly spaced locations on the flange. This flat may be configured such that the total cross-sectional area provided by the multiple restrictors provides the desired total pressure drop across the flange. Instead of or in addition to the flat portion, any other shaped recess or structure (eg, one or more channels or grooves) may be used.

他の変形形態では、制限部は、フランジの上面からフランジの下面まで延在する１つ以上の穴の形態のフランジのオリフィスによって提供されてもよい。この構成では、フランジの外周は、ニードルが穴内で摺動的に移動することができるように、穴の内面との摺動嵌めを提供するように構成されてもよい。この場合、燃料は制限部を通って流れることができるだけであり、フランジの外面のまわりを流れることはできない。多数のオリフィスが設けられて、フランジを通る複数の制限部が形成されてもよい。これらのオリフィスは、所望の機能を達成するのに適した任意の形状または形態で提供され得る。 In other variations, the restriction may be provided by a flange orifice in the form of one or more holes extending from the top surface of the flange to the bottom surface of the flange. In this configuration, the outer periphery of the flange may be configured to provide a sliding fit with the inner surface of the hole so that the needle can slidably move within the hole. In this case, the fuel can only flow through the restriction and cannot flow around the outer surface of the flange. Multiple orifices may be provided to form a plurality of restrictions through the flange. These orifices can be provided in any shape or form suitable to achieve the desired function.

他の構成では、複数の凹部がノズル本体に設けられてもよい。この凹部は、フランジの外面とともに、フランジを超える燃料流路の制限部を形成する。再述するが、フランジの外面は、ノズル本体の内面との摺動嵌めを提供するように構成されており、ニードルは穴領域内において摺動移動することができる。このため、燃料は、制限部を通って流れることができるだけであり、フランジの外面の残りの部分を超えて流れることはできない。他の実施形態では、フランジの外面のまわりに環状流路が設けられてもよい。任意の適切な数の凹部が設けられてもよいことが理解されよう。凹部は、ノズル本体を加工して凹部を形成することによって、または、ノズル本体を形成するための鋳造工程に凹部形状を組み入れることによって製造されてもよい。 In other configurations, a plurality of recesses may be provided in the nozzle body. This recess forms, together with the outer surface of the flange, a restricting portion of the fuel flow path that exceeds the flange. Again, the outer surface of the flange is configured to provide a sliding fit with the inner surface of the nozzle body, and the needle can slide within the bore region. Thus, fuel can only flow through the restriction and cannot flow beyond the remainder of the outer surface of the flange. In other embodiments, an annular flow path may be provided around the outer surface of the flange. It will be appreciated that any suitable number of recesses may be provided. The recess may be manufactured by processing the nozzle body to form the recess, or by incorporating the recess shape into a casting process for forming the nozzle body.

制限要素の前後での圧力低下を提供するための他の任意の適切な手段が利用されてもよく、それは、異なるタイプの制限部の組み合わせであってもよい。再述するが、制限部は、制限部によって提供される総断面積が所望の総圧力低下を提供するように構成される。多数の制限部が噴射ノズルを通る燃料流路内に直列に配置されてもよい。フランジは、その外周面のまわりに周方向に形成された２つ以上の溝を有していてもよい。２つの溝が、フランジのまわりを周方向に延在する複数の突出環状部を形成してもよい。 Any other suitable means for providing a pressure drop across the restriction element may be utilized, which may be a combination of different types of restriction. Again, the restriction is configured such that the total cross-sectional area provided by the restriction provides the desired total pressure drop. Multiple restrictions may be arranged in series in the fuel flow path through the injection nozzle. The flange may have two or more grooves formed circumferentially around its outer peripheral surface. The two grooves may form a plurality of protruding annular portions that extend circumferentially around the flange.

本願の範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な変更および修正がなされ得ることが理解されよう。 It will be understood that various changes and modifications can be made to the present invention without departing from the scope of the application.

１，１０１…燃料噴射ノズル
３，１０３…ノズル本体
５，１０５…穴
７，１０７…ニードル
９…拡大上部領域
１０…スラスト面
１１，１１１…高圧燃料供給路
１３，１１３…ニードル座部
１４…先端
１５，１１５…噴射開口
１７…サック容積
１９…最下部先端
２１，１２１…制限部
２３…フランジ
２５…円柱状シャフト部分
２７…制御チャンバ
２９…上流端
３１…上流大径部
３５…下流小径部
３９，１３９…先端
４１…上流領域
４３…下流領域
４５…燃料入口
５１…内面
５３…隣接部分
５５…上部穴容積
５７…下部穴容積
１２３…環状フランジ
１３１…環状カラー
１５９…スプリング
１６１…環状カラー
１６２…スプリング座部
１６３…孔部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 ... Fuel injection nozzle 3,103 ... Nozzle main body 5,105 ... Hole 7, 107 ... Needle 9 ... Enlarged upper area 10 ... Thrust surface 11, 111 ... High-pressure fuel supply path 13, 113 ... Needle seat 14 ... Tip DESCRIPTION OF SYMBOLS 15,115 ... Injection opening 17 ... Suck volume 19 ... Lowermost tip 21, 121 ... Restriction part 23 ... Flange 25 ... Cylindrical shaft part 27 ... Control chamber 29 ... Upstream end 31 ... Upstream large diameter part 35 ... Downstream small diameter part 39 , 139 ... tip 41 ... upstream area 43 ... downstream area 45 ... fuel inlet 51 ... inner surface 53 ... adjacent part 55 ... upper hole volume 57 ... lower hole volume 123 ... annular flange 131 ... annular collar 159 ... spring 161 ... annular collar 162 ... Spring seat 163 ... hole

Claims

A fuel injection nozzle for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine,
A nozzle body having a hole for receiving fuel from a supply line for pressurized fuel;
At least one injection opening for supplying fuel from the hole to the combustion chamber and having a total cross-sectional area (Atot);
A closed position in which a flow of fuel entering the combustion chamber through the at least one injection opening is blocked and a flow of fuel entering the combustion chamber through the at least one injection opening A needle that is displaceable in the longitudinal direction of the needle in the hole between the injection position and
The fuel injection nozzle, by generating a pressure drop in the fuel flow path through the hole, provided with a restriction portion for restricting the flow of fuel through said hole,
The restriction has a dimension as a function of the total cross-sectional area (Atot) of the at least one injection aperture;
The limiting portion has a hydraulic diameter (Dhyd) that is a function of 1 / Atot,
Atot is the total cross-sectional area of the at least one injection aperture;
The hydraulic diameter (Dhyd) is according to the following formula:

Dhyd is a hydraulic diameter, L is the length of the restriction in the longitudinal direction, Atot is the total cross-sectional area of the at least one injection opening, and a and b are constant fuel injection nozzles.

The fuel injection nozzle according to claim 1,
The constant a is in the range of 11.5 or more and 22 or less,
The constant b is in the range of 2 or more and 4.5 or less. Fuel injection nozzle.

The fuel injection nozzle according to claim 1 or 2,
An upstream region having an upstream cross-section, and a downstream region having a downstream cross-section,
The upstream cross section is larger than the downstream cross section,
The restriction part is disposed in the upstream region.

The fuel injection nozzle according to claim 1 or 2,
An upstream region having an upstream cross-section, and a downstream region having a downstream cross-section,
The upstream cross section is larger than the downstream cross section,
The restriction part is disposed in the downstream region. Fuel injection nozzle.

A fuel injection nozzle according to any one of claims 1 to 4,
The restricting portion is formed by a flange disposed in the hole, and as a result, the restricting portion is formed between the nozzle body and the flange.

The fuel injection nozzle according to claim 5,
The flange is disposed on the needle. Fuel injection nozzle.

The fuel injection nozzle according to claim 5,
The said flange is arrange | positioned at the said nozzle body Fuel injection nozzle.

A fuel injection nozzle according to any one of claims 1 to 4,
The fuel injection nozzle includes a spring for biasing the needle toward the closed position;
The needle includes an annular collar that forms a spring seat and defines the restriction. Fuel injection nozzle.

The fuel injection nozzle according to claim 8,
The annular collar includes a flange;
The restriction part is formed between the nozzle body and the flange. Fuel injection nozzle.

The fuel injection nozzle according to claim 8,
The annular collar includes one or more holes for forming the restricting portion. Fuel injection nozzle.

The fuel injection nozzle according to claim 10,
The annular collar includes a flange;
The one or more holes penetrate the flange. A fuel injection nozzle.

The fuel injection nozzle according to any one of claims 8 to 11,
The annular collar is formed integrally with the needle or attached to the needle.

A fuel injector comprising the fuel injection nozzle according to any one of claims 1 to 12.