JPH03182682A - 燃料噴射弁 - Google Patents
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- JPH03182682A JPH03182682A JP1321655A JP32165589A JPH03182682A JP H03182682 A JPH03182682 A JP H03182682A JP 1321655 A JP1321655 A JP 1321655A JP 32165589 A JP32165589 A JP 32165589A JP H03182682 A JPH03182682 A JP H03182682A
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- F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
- F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ディーゼル機関に燃料を噴射する燃料噴射装
置に用いられる燃料噴射弁に関するものである。
置に用いられる燃料噴射弁に関するものである。
ディーゼル機関の燃料噴射装置では、排ガス、パティキ
ュレート規制対策として、高噴射圧、可変噴射時期およ
び可変噴射率制御が要求されており、燃料噴射弁に対し
ては、閉弁時における噴射弁のシート部と機関の燃焼室
に開口する噴孔までの容積（サックボリューム）を低減
する必要がある。その一つとして、第１３図に示すよう
なサックレスノズル１が提案されている。
ュレート規制対策として、高噴射圧、可変噴射時期およ
び可変噴射率制御が要求されており、燃料噴射弁に対し
ては、閉弁時における噴射弁のシート部と機関の燃焼室
に開口する噴孔までの容積（サックボリューム）を低減
する必要がある。その一つとして、第１３図に示すよう
なサックレスノズル１が提案されている。
このサックレスノズル１は、先端内部に円錐面２１、凹
部２２および噴孔２３．２４を有するバルブボデー２と
、円柱軸３１、第１の傾斜面３２および第２の傾斜面３
３を有するニードル弁３とから構成されている。
部２２および噴孔２３．２４を有するバルブボデー２と
、円柱軸３１、第１の傾斜面３２および第２の傾斜面３
３を有するニードル弁３とから構成されている。
しかし、この構成では、ニードル弁３のリフト量が小さ
い場合には、バルブボデー２とニードル弁３との間にほ
とんど隙間がなく、圧送された燃料はこの小さい隙間を
大きな速度で加工用逃し穴である凹部２２に向いて流れ
込み、噴孔２３．２４にはほとんど流れ込まず、流れ込
む僅かな燃料は噴孔下側に偏って偏流し、縮流係数も非
常に小さい値となる。これにより噴霧は噴孔２３．２４
の出口で非対称となり、しかも噴霧角が拡がり到達距離
が不足し、燃焼の悪化をもたらす。
い場合には、バルブボデー２とニードル弁３との間にほ
とんど隙間がなく、圧送された燃料はこの小さい隙間を
大きな速度で加工用逃し穴である凹部２２に向いて流れ
込み、噴孔２３．２４にはほとんど流れ込まず、流れ込
む僅かな燃料は噴孔下側に偏って偏流し、縮流係数も非
常に小さい値となる。これにより噴霧は噴孔２３．２４
の出口で非対称となり、しかも噴霧角が拡がり到達距離
が不足し、燃焼の悪化をもたらす。
さらに、サックレスの問題を解決するため、ニードル弁
の先端に環状のニードルサックを形成するという提案（
ＳＡＢ８６０４１６）もあるが、この対策では流れが急
変し、また噴孔に対するニードル弁のリフト−面積特性
の変化があり、リフト量の大きいノズルには適用できな
いという問題がある。
の先端に環状のニードルサックを形成するという提案（
ＳＡＢ８６０４１６）もあるが、この対策では流れが急
変し、また噴孔に対するニードル弁のリフト−面積特性
の変化があり、リフト量の大きいノズルには適用できな
いという問題がある。
そこで、本発明では、サックボリュームが少なく、かつ
噴霧特性の優れた燃料噴射弁を提供することを目的とす
る。
噴霧特性の優れた燃料噴射弁を提供することを目的とす
る。
上記目的を遠戚するため、本発明の燃料噴射弁は、先端
内部に所定の角度をなして形成された円錐面と、この円
錐面の内部から外部に連通して形成された噴孔とを有す
るバルブボデーと、円柱軸体と、この円柱軸体の先端に
形成され、円錐面より小さい角度をなし、下端面が円錐
面と離着する接線をなす第１の傾斜面と、この第１の傾
斜面の先端に形成され、円錐面とほぼ等しい角度をなす
第２の傾斜面と、この第２の傾斜面の先端に形成され、
円錐面より大きい角度をなす第３の傾斜面とを有し、バ
ルブボデー内に移動可能に配されたニードル弁とを備え
、バルブボデー内に燃料が圧送されることでニードル弁
が開弁し、噴孔から燃料が噴射されることを要旨とする
。
内部に所定の角度をなして形成された円錐面と、この円
錐面の内部から外部に連通して形成された噴孔とを有す
るバルブボデーと、円柱軸体と、この円柱軸体の先端に
形成され、円錐面より小さい角度をなし、下端面が円錐
面と離着する接線をなす第１の傾斜面と、この第１の傾
斜面の先端に形成され、円錐面とほぼ等しい角度をなす
第２の傾斜面と、この第２の傾斜面の先端に形成され、
円錐面より大きい角度をなす第３の傾斜面とを有し、バ
ルブボデー内に移動可能に配されたニードル弁とを備え
、バルブボデー内に燃料が圧送されることでニードル弁
が開弁し、噴孔から燃料が噴射されることを要旨とする
。
以下図面に基づき本発明の詳細な説明する。
第１図において、本実施例の燃料噴射弁１は、ノズルボ
デー２と、ニードル弁３とから構成され、ニードル弁３
はノズルボデー２内に移動可能に挿入され、径方向に図
示しないガイド部で保持されている。
デー２と、ニードル弁３とから構成され、ニードル弁３
はノズルボデー２内に移動可能に挿入され、径方向に図
示しないガイド部で保持されている。
ノズルボデー２は、図示しない内燃機関の燃焼室に向け
て装着され、ノズルボデー２の先端内部には、円柱孔２
１と、円錐面２２と、加工逃し用の凹み２３と、円錐面
２２の内部と外部とを連通する噴孔２４．２５とが形成
されており、噴孔２４と噴孔２５の長さが等しい長さｌ
となるように座ぐり２６．２７が形成されている。また
、噴孔２４が中心軸Ｘとなす角β１は、噴孔２５が中心
軸Ｘとなす角β２より小さく設定されている。
て装着され、ノズルボデー２の先端内部には、円柱孔２
１と、円錐面２２と、加工逃し用の凹み２３と、円錐面
２２の内部と外部とを連通する噴孔２４．２５とが形成
されており、噴孔２４と噴孔２５の長さが等しい長さｌ
となるように座ぐり２６．２７が形成されている。また
、噴孔２４が中心軸Ｘとなす角β１は、噴孔２５が中心
軸Ｘとなす角β２より小さく設定されている。
ニードル弁３は、円柱軸３１と、バルブボデー２の円錐
面２２の角度α冨より小さい角度をなす第１の傾斜面３
２と、円錐面２２と当接する環状の接線３０を境として
円錐面２２より僅かに大きい角度をなす第２の傾斜面３
３と、円錐面２２の角度α２より大きい角度α１をなす
第３の傾斜面３４とが連続的に形成されることにより構
成され、バルブボデー２の円柱孔２１内へ図示しない燃
料噴射ポンプから高圧燃料が供給されることでニードル
弁３は開弁方向（図中上方）へ押圧され、また図示しな
い弾性部材により閉弁方向（図中下方）へ押圧され、そ
のつり合いによりニードル弁３は往復駆動される。
面２２の角度α冨より小さい角度をなす第１の傾斜面３
２と、円錐面２２と当接する環状の接線３０を境として
円錐面２２より僅かに大きい角度をなす第２の傾斜面３
３と、円錐面２２の角度α２より大きい角度α１をなす
第３の傾斜面３４とが連続的に形成されることにより構
成され、バルブボデー２の円柱孔２１内へ図示しない燃
料噴射ポンプから高圧燃料が供給されることでニードル
弁３は開弁方向（図中上方）へ押圧され、また図示しな
い弾性部材により閉弁方向（図中下方）へ押圧され、そ
のつり合いによりニードル弁３は往復駆動される。
ニードル弁３０円柱軸３１および第１の傾斜面３２には
、複数の傾斜溝３５が形成されており、この複数の傾斜
溝３５によって円柱孔２１内に供給された燃料はニード
ル弁３の周囲を旋回しながら流れる。
、複数の傾斜溝３５が形成されており、この複数の傾斜
溝３５によって円柱孔２１内に供給された燃料はニード
ル弁３の周囲を旋回しながら流れる。
次に、本実施例の作動について説明する。
ニードル弁３のリフトａが小さい時には、第２図に示す
ようにバルブボデー１の円錐面２２とニードル弁３の接
線３０との距離Ｈ，が小さく、円錐面２２と接線３０と
によって形成される流路面積が小さいため、燃料流量は
少なく、流速は速い。
ようにバルブボデー１の円錐面２２とニードル弁３の接
線３０との距離Ｈ，が小さく、円錐面２２と接線３０と
によって形成される流路面積が小さいため、燃料流量は
少なく、流速は速い。
このため、傾斜溝３５による旋回流の円周速度成分が強
く影響して、噴孔２４．２５には中心軸χに対して傾い
た速度を持った燃料が流入する。そして、噴孔２４．２
５の入口部は流路面積が増大しているので流速が低下し
、燃料は第３図に示すように旋回しながら流れる。
く影響して、噴孔２４．２５には中心軸χに対して傾い
た速度を持った燃料が流入する。そして、噴孔２４．２
５の入口部は流路面積が増大しているので流速が低下し
、燃料は第３図に示すように旋回しながら流れる。
その後、ニードル弁ｌのリフトｌが大きくなると、第４
図に示すように、ニードル弁１の円錐面２２と接ｗＡ３
０との距離Ｈ０が大きく、円錐面２２と接線とによって
形成される流路面積が大きくなり、燃料流量は増加し、
流速は遅くなり、中心軸Ｘに沿う流れが中心となる。さ
らに、燃料は噴孔２４．２５の入口部で流速が低下し、
逆に圧力が高まる。これにより、噴孔２４．２５には第
５図に示すように入口の全周から均一に燃料が流入する
。
図に示すように、ニードル弁１の円錐面２２と接ｗＡ３
０との距離Ｈ０が大きく、円錐面２２と接線とによって
形成される流路面積が大きくなり、燃料流量は増加し、
流速は遅くなり、中心軸Ｘに沿う流れが中心となる。さ
らに、燃料は噴孔２４．２５の入口部で流速が低下し、
逆に圧力が高まる。これにより、噴孔２４．２５には第
５図に示すように入口の全周から均一に燃料が流入する
。
次に、第６図および第７図を用いて、この噴射特性の基
本原理を説明する。第６図および第７図は、ニードル弁
３のリフト量の増加によってニードル弁３とバルブボデ
ー２との距離が大きくなる、つまりニードル弁３と噴孔
２４との距離が大きくなるにつれて噴射特性がどのよう
に変化するかを模式的に示すもので、第６図はリフト量
が小さい場合、第７図はリフト量が大きい場合を各々示
している。
本原理を説明する。第６図および第７図は、ニードル弁
３のリフト量の増加によってニードル弁３とバルブボデ
ー２との距離が大きくなる、つまりニードル弁３と噴孔
２４との距離が大きくなるにつれて噴射特性がどのよう
に変化するかを模式的に示すもので、第６図はリフト量
が小さい場合、第７図はリフト量が大きい場合を各々示
している。
第６図に示すように、ニードル弁３のリフト量が小さい
場合は、ニードル弁３とバルブボデー２との間隙は狭く
、圧送された燃料はニードル弁３とバルブボデー２間を
大きな流速で流れ、噴孔２４で大きな縮流損失が発生し
、噴孔２４内における最小縮流面積へ〇はかなり小さく
なる。このことは、縮小係数がかなり小さくなることを
示す。
場合は、ニードル弁３とバルブボデー２との間隙は狭く
、圧送された燃料はニードル弁３とバルブボデー２間を
大きな流速で流れ、噴孔２４で大きな縮流損失が発生し
、噴孔２４内における最小縮流面積へ〇はかなり小さく
なる。このことは、縮小係数がかなり小さくなることを
示す。
そして、−度縮流した燃料は、圧縮性があるため、噴孔
２４の半径方向に急激に拡大して噴霧角α３で噴射され
る。従って、噴孔２４の長さＥを、拡大した燃料が衝突
しないような適当な長さに設定すれば、燃料は噴霧角α
、で図示しない燃焼室へ噴射される。
２４の半径方向に急激に拡大して噴霧角α３で噴射され
る。従って、噴孔２４の長さＥを、拡大した燃料が衝突
しないような適当な長さに設定すれば、燃料は噴霧角α
、で図示しない燃焼室へ噴射される。
そして、第７図に示すように、ニードル弁３のリフト量
が大きくなると、ニードル弁３とバルブボデー２との間
隙は大きくなり、ニードル弁３とバルブボデー２との間
を流れる燃料の流速は低下し、噴孔２４の人口でも縮流
はほとんど発生せず、たとえ発生したとしても、すぐに
整流されてしまい、噴孔に沿う流れが主となり、噴霧角
α、は小さな値になる。
が大きくなると、ニードル弁３とバルブボデー２との間
隙は大きくなり、ニードル弁３とバルブボデー２との間
を流れる燃料の流速は低下し、噴孔２４の人口でも縮流
はほとんど発生せず、たとえ発生したとしても、すぐに
整流されてしまい、噴孔に沿う流れが主となり、噴霧角
α、は小さな値になる。
従って、ニードル弁２のリフト量が小さい時は噴霧角α
、が大きくなって空気との混合が活発に行われ、燃料の
着火性が高められるとともに、ニードル弁２のリフト量
が大きい時は噴霧角α、が小さくなって到達距離が大き
くなり、噴霧の運動エネルギーによって空気との混合が
促進される。
、が大きくなって空気との混合が活発に行われ、燃料の
着火性が高められるとともに、ニードル弁２のリフト量
が大きい時は噴霧角α、が小さくなって到達距離が大き
くなり、噴霧の運動エネルギーによって空気との混合が
促進される。
第８図は、ニードル弁２のリフトＩＨｅに一ドル弁２と
噴孔２４との距離）と噴霧角α、との関係を実験により
確認したもので、◎、Ｏ１Δ、×は噴射圧が１００ＭＰ
ａ、８０ＭＰａ、６０ＭＰａ、４０ＭＰａの場合を各々
示し、実線は噴射圧が１００ＭＰａの場合の計算値、破
線は噴射圧が４０ＭＰａの場合の計算値を示している。
噴孔２４との距離）と噴霧角α、との関係を実験により
確認したもので、◎、Ｏ１Δ、×は噴射圧が１００ＭＰ
ａ、８０ＭＰａ、６０ＭＰａ、４０ＭＰａの場合を各々
示し、実線は噴射圧が１００ＭＰａの場合の計算値、破
線は噴射圧が４０ＭＰａの場合の計算値を示している。
第８図から明らかなように、リフト量が大きくなるにつ
れて噴霧角は小さくなる。
れて噴霧角は小さくなる。
また、燃料噴射弁１の機関への適合は噴孔２４の径ｄと
、噴孔２４の長さｌとによって行われる。
、噴孔２４の長さｌとによって行われる。
第９図は、噴孔２４の長さｌに対する孔径ｄの割合ｄ／
ｆｆｉと噴霧角α、との関係を示し、第９図の場合と同
様に、◎、Ｑ、Δ、×は噴射圧が１００ＭＰａ、８０Ｍ
Ｐａ、６０ＭＰａ、４０ＭＰａの場合の実験値、実線は
噴射圧が１００ＭＰａの場合の計算値、破線は噴射圧が
４０ＭＰａの場合の計算値を各々示している。従って、
噴孔の長さｌに対する孔径ｄの割合ｄｌｌを調整するこ
とで噴霧角α８、すなわち到達距離を調整することがで
きる。
ｆｆｉと噴霧角α、との関係を示し、第９図の場合と同
様に、◎、Ｑ、Δ、×は噴射圧が１００ＭＰａ、８０Ｍ
Ｐａ、６０ＭＰａ、４０ＭＰａの場合の実験値、実線は
噴射圧が１００ＭＰａの場合の計算値、破線は噴射圧が
４０ＭＰａの場合の計算値を各々示している。従って、
噴孔の長さｌに対する孔径ｄの割合ｄｌｌを調整するこ
とで噴霧角α８、すなわち到達距離を調整することがで
きる。
さらに、第３の傾斜面３４と、円錐面２２とのなす角δ
、は、接ｖＡ３０と円錐面２２との間隙から流入する燃
料の拡大損失をもっとも少なくし、かつ噴孔入口に適当
な距離を保てるように、６２−７〜１５°の範囲に設定
されている。第１０図は、拡大角θ、と拡大損失係数ζ
。との関係を示すもので、θ。＝０〜１５°の範囲で拡
大損失係数ζ、が小さいことが示されている。
、は、接ｖＡ３０と円錐面２２との間隙から流入する燃
料の拡大損失をもっとも少なくし、かつ噴孔入口に適当
な距離を保てるように、６２−７〜１５°の範囲に設定
されている。第１０図は、拡大角θ、と拡大損失係数ζ
。との関係を示すもので、θ。＝０〜１５°の範囲で拡
大損失係数ζ、が小さいことが示されている。
また、本実施例では、曲り損失を均一とするため、噴孔
２４．２５の開孔の位置を角度β１、βに応じてずらし
である。つまり、βが小さいほど曲り損失は小さくなる
。第１１図は曲り角θと、曲り損失係数ζ６との関係を
示すもので、曲り角θが小さいほど曲り損失係数ζ−が
小さいことが示されている。また、曲り損失は流速の２
乗に比例するので、曲り損失の大きい噴孔２５（角度β
は、曲り損失の小さい噴孔２４（角度β、）より下部に
開孔することで、流入する燃料の流速を低くしている。
２４．２５の開孔の位置を角度β１、βに応じてずらし
である。つまり、βが小さいほど曲り損失は小さくなる
。第１１図は曲り角θと、曲り損失係数ζ６との関係を
示すもので、曲り角θが小さいほど曲り損失係数ζ−が
小さいことが示されている。また、曲り損失は流速の２
乗に比例するので、曲り損失の大きい噴孔２５（角度β
は、曲り損失の小さい噴孔２４（角度β、）より下部に
開孔することで、流入する燃料の流速を低くしている。
その結果、噴孔２４．２５における曲り損失の値がほぼ
一定となるよう調整される。
一定となるよう調整される。
第１２図は他の実施例を示すもので、斜め溝３５を第２
の傾斜面３３および第３の傾斜面３４に形成するように
したものである。
の傾斜面３３および第３の傾斜面３４に形成するように
したものである。
以上説明したように、本発明によれば、ニードル弁のリ
フト量が小さい場合には、円錐面と接線とのなす流路面
積が小さいため、流入する燃料の流速は速く、噴孔から
噴則される噴霧角は大きく、空気との混合が活発になり
、着火性が高められ、またニードル弁のリフト量が大き
い場合には、円錐面と接線のなす流路面積が大きくなり
、燃料の流速は低下し、噴孔から噴射される噴霧角は小
さくなり、到達距離が増大し、噴霧の運動エネルギーに
よって空気との混合が促進される。
フト量が小さい場合には、円錐面と接線とのなす流路面
積が小さいため、流入する燃料の流速は速く、噴孔から
噴則される噴霧角は大きく、空気との混合が活発になり
、着火性が高められ、またニードル弁のリフト量が大き
い場合には、円錐面と接線のなす流路面積が大きくなり
、燃料の流速は低下し、噴孔から噴射される噴霧角は小
さくなり、到達距離が増大し、噴霧の運動エネルギーに
よって空気との混合が促進される。
）
第１図〜第１１図は本発明の実施例に関するもので、第
１図は本実施例の特徴部分を示す図、第２図〜第５図は
本実施例の作動を説明するためのもので、第２図および
第３図はニードル弁３のリフト量が小さい時の作動状態
を示し、第４図および第５図はニードル弁のリフト量が
大きい時の作動状態を示し、２第６図および第７図は本
実施例の基本原理を説明するための図、第８図はニード
ル弁３のリフトＩＨ，と噴霧角α、との関係を示す図、
第９図は噴孔２４の径ｄに対する長さｌの割合と噴霧角
α、との関係を示す図、第１Ｏ図は拡大角θ。と拡大損
失係数ζ３との関係を示す図、第１１図は曲り角θと曲
り損失係数ζθとの関係を示す図、第１２図は本発明の
他の実施例を示す図、第１３図は本発明の従来技術を示
す図である１１・・・燃料噴射弁、２・・・バルブボデ
ー、２２・・・円錐面、２４．２５・・・噴孔、３・・
・ニードル弁、３０・・・接線、３１・・・円柱軸体、
３２・・・第１の傾斜面。 ３３・・・第２の傾斜面、３４・・・第３の傾斜面。 第 図 第 ４ 図 ５秀と二速ノ）＼ ＋◆↓↓↓＋↓ 第 図 第 図 第 図 ｏ１稿色 ｔｓ ｅｇ 唄孔長／惺 ！Ｌ／ｄ 第 図 主窺尺角 ９ｅ （ｄｅｎ） 第 ０ 図 第 １ 図 第１２ 図
１図は本実施例の特徴部分を示す図、第２図〜第５図は
本実施例の作動を説明するためのもので、第２図および
第３図はニードル弁３のリフト量が小さい時の作動状態
を示し、第４図および第５図はニードル弁のリフト量が
大きい時の作動状態を示し、２第６図および第７図は本
実施例の基本原理を説明するための図、第８図はニード
ル弁３のリフトＩＨ，と噴霧角α、との関係を示す図、
第９図は噴孔２４の径ｄに対する長さｌの割合と噴霧角
α、との関係を示す図、第１Ｏ図は拡大角θ。と拡大損
失係数ζ３との関係を示す図、第１１図は曲り角θと曲
り損失係数ζθとの関係を示す図、第１２図は本発明の
他の実施例を示す図、第１３図は本発明の従来技術を示
す図である１１・・・燃料噴射弁、２・・・バルブボデ
ー、２２・・・円錐面、２４．２５・・・噴孔、３・・
・ニードル弁、３０・・・接線、３１・・・円柱軸体、
３２・・・第１の傾斜面。 ３３・・・第２の傾斜面、３４・・・第３の傾斜面。 第 図 第 ４ 図 ５秀と二速ノ）＼ ＋◆↓↓↓＋↓ 第 図 第 図 第 図 ｏ１稿色 ｔｓ ｅｇ 唄孔長／惺 ！Ｌ／ｄ 第 図 主窺尺角 ９ｅ （ｄｅｎ） 第 ０ 図 第 １ 図 第１２ 図
Claims (3)
- （１）先端内部に所定の角度をなして形成された円錐面
と、この円錐面の内部から外部に連通して形成された噴
孔とを有するバルブボデーと、 円柱軸体と、この円柱軸体の先端に形成され、前記円錐
面より小さい角度をなし、下端面が前記円錐面と離着す
る接線をなす第１の傾斜面と、この第１の傾斜面の先端
に形成され、前記円錐面とほぼ等しい角度をなす第２の
傾斜面と、この第２の傾斜面の先端に形成され、前記円
錐面より大きい角度をなす第３の傾斜面とを有し、前記
バルブボデー内に移動可能に配されたニードル弁とを備
え、 前記バルブボデー内に燃料が圧送されることで前記ニー
ドル弁が開弁し、前記噴孔から燃料が噴射されることを
特徴とする燃料噴射弁。 - （２）前記円柱軸体、第１の傾斜面、第２の傾斜面およ
び第３の傾斜面に前記バルブボデー内に圧送された燃料
をニードル弁の周囲で旋回させる斜め溝を複数形成した
請求項１記載の燃料噴射弁。 - （３）前記バルブボデーには異なる傾斜角をなす複数の
噴孔が形成され、中心軸に対して大きな傾斜角をなす噴
孔が前記円錐面の先端側の位置で開孔している請求項１
記載の燃料噴射弁。
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