JPH0477150B2 - - Google Patents

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JPH0477150B2
JPH0477150B2 JP58204369A JP20436983A JPH0477150B2 JP H0477150 B2 JPH0477150 B2 JP H0477150B2 JP 58204369 A JP58204369 A JP 58204369A JP 20436983 A JP20436983 A JP 20436983A JP H0477150 B2 JPH0477150 B2 JP H0477150B2
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fuel
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injection
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Akinori Saito
Kenji Imai
Kyomi Kawamura
Masanobu Kimura
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、接線通路ならびに渦巻室により燃料
を旋回させると共に噴射孔を通じてほぼ円錐状の
燃料噴霧を供給する間欠式渦巻噴射弁の改良で、
特に、燃料噴霧の角度、貫徹力（到達距離）、微
粒化等の特性を針弁のリフト量に応じて制御する
ようにした渦巻噴射弁に関する。
近年の自動車用内燃機関は、小形（小排気量）、
高速化の傾向にあり、そのために燃料噴射系にお
いても新たな性能が要求されてきている。すなわ
ち回転数や負荷の幅広い運転条件において機関の
性能を最良に維持するには、それぞれの運転条件
において常に最適適合が可能な燃料噴射系が必要
である。
例えば、デイーゼル機関用燃料噴射系は、主に
噴射ポンプと噴射管と燃料噴射弁とから構成され
ている。このうち燃料噴射弁の噴霧特性は特に機
関の性能に直接的に影響していることは良く知ら
れている。
例えば、従来の直接噴射式内燃機関において
は、ピストン頂面に形成した凹所のほぼ中央に燃
料噴射弁を配設し、複数の噴口より放射状に複数
の噴霧を噴射する。機関の吸入時に吸気弁や吸気
通路などによつて発生させた吸気渦流は圧縮行程
末期においても存続し、凹所内で燃料噴霧を渦流
旋回方向におし流しながら混合気を形成する。該
凹所の直径は、ピストンまたはシリンダの直径の
40％ないし70％の範囲内のものが一般に使われて
いる。したがつて、ピストンの直径が100mm以下
の小型機関では、凹所径は小さくなり、しかも圧
縮比を大きくとろうとすると一層凹所の径が小さ
くなる。よつて燃料噴射弁の複数の噴口から放射
状に噴射した燃料噴霧は、凹所の内側壁面に衝突
し、壁面に液膜として付着して、または粗大粒と
して残存するので有効に燃焼しないため、燃焼の
ための有効な混合気が減少し、出力および燃費の
低下、吐煙発生の問題があつた。
本発明者らが既に試みている燃料噴射弁の一つ
である渦巻噴射弁を直接噴射式内燃機関に適用し
その有用性を確認しているが、この場合でも広い
運転領域にわたつて理想的な混合気を形成して最
良の機関性能を得るには、運転条件を合せて渦巻
噴射弁の噴霧特性が異なる必要があることが判つ
てきた。したがつて、運転条件によつて噴霧特性
が異なる渦巻噴射弁の開発が必要となつてきてい
る。
ところで、間欠式渦巻噴射弁には、燃料に旋回
を与えるために第１図々示のように針弁１の周囲
に接線通路として接線溝４を設けたものＡや、第
２図々示のように渦巻室５に接線的に連通する接
線ポート６によるものＢや、第３図々示のように
ノズルボデー７の内腔と針弁１の間に隔壁部材９
を設けこの周囲に接線溝１０を設けたものＣがあ
る。これら間欠式渦巻噴射弁Ａ，Ｂ，Ｃいずれの
場合も、燃料は接線溝や接線ポートで旋回流とな
り、噴射孔から噴射されると微粒化されて噴霧を
形成する。これら噴射弁Ａ，Ｂ，Ｃはその他の噴
射弁としての、ホール弁やスロツトル弁、に比較
して噴霧角は大きく微粒化特性が優れているの
で、噴霧の到達距離は小さい。
しかしながら、従来の設計、製造手法による渦
巻噴射弁では噴霧角が大きすべるために、噴霧は
燃焼室、壁面には衝突しないが、ピストン上面に
付着してしまうとともに、噴霧の貫徹力も極端に
小さくなり、燃料粒が燃焼室内で静止してしま
う。
燃料粒が燃焼室内で静止していると、燃焼ガス
に包まれ、燃焼が進行しない。したがつて燃料粒
は燃焼が終るまで燃焼室内で突き進んでいく力を
持つ必要がある。そのため、このように燃料を直
接噴射するような内燃機関に用いる渦巻噴射弁と
しては、内燃機関の運転条件に対応して良好な噴
霧特性を発揮するものを使う必要がある。従来こ
のような渦巻噴射弁を設計、製造する手法は見出
されていなかつた。
しかも、前述の間欠式渦巻噴射弁Ａ，Ｂ，Ｃ
は、弁体に設けた弁孔に針弁を摺嵌する構造であ
るため、弁孔と針弁との間に所定の隙間が必須で
ある。かかる隙間は従来にあつては高圧燃料の洩
れを防ぐ観点から約２〜5μｍといつた極力小さ
い値とするか、流体力学的手段を施すといつた設
計、製造手法を採用していた。しかしこの隙間を
きびしく管理することは容易ではなくまた精度の
均一化を図ることは難しい。
一方、この種の間欠式渦巻噴射弁Ａ，Ｂ，Ｃ
は、噴霧角が大きいので、燃料粒が内燃機関の燃
焼室又は吸気管の壁面に付着することがあり、燃
料粒の壁面への付着を防止するため、噴霧角を燃
焼室又は吸気管の形状ないし寸法に適した角度に
する必要がある。ところが、従来の間欠式渦巻噴
射弁は、噴霧角を簡単に所望の角度にすることが
できない。
いま、渦巻噴射弁Ａ，Ｂ，Ｃの特性を、燃料の
抵抗の大きさを流量係数Ｃ、噴霧の形状を噴霧角
αで代表させると、渦巻噴射弁における接線通路
の諸元によつて、特性が異なつてくる。特に、噴
射孔径、接線通路の面積、接線通路の中心線と針
弁の中心軸とのなす角度、針弁接線通路と弁孔と
の隙間が渦巻噴射弁の特性に大きな影響を与える
ことが判つてきた。このうち接線通路の面積と針
弁における接線通路と弁孔との隙間の影響を第４
図に示す。特に針弁接線通路における隙間は噴霧
角に最も大きな影響を与える。
そこで、本発明者らは、上記のような従来の隙
間、噴霧角、噴射孔等の状況からしてこれを改良
し内燃機関の運転条件に対応する噴霧特性を得る
ため数次の実験、解析を行つた。
そして、従来は隙間を単に燃料洩れ防止の観点
からしか考慮しなかつたのに対し、かかる隙間を
本発明者らは渦巻噴射弁の性能を左右する必須要
件として捉えた。すなわち、内燃機関の運転条件
に対応して前記噴霧角、流量係数、到達距離等と
いつた渦巻噴射弁に関する最適性能を発揮するた
めに、上記隙間を有効利用する画期的な手法を確
立し従来にはない機能を実奏する間欠式渦巻噴射
弁を案出した。
本発明の主たる目的は、上記の状況からして前
記隙間等を有効利用しその開口面積を針弁リフト
の挙動に対応して変化させ当該部位における燃料
の旋回運動を制御して内燃機関の運転条件に適合
する所望の噴霧角や流量係数、到達距離を得るこ
とができる間欠式渦巻噴射弁を提供することであ
る。
また、本発明のその他の目的は、構造簡単で、
製作及び組付けが容易であり、精度は高く均一
で、かつ微粒化特性が良好で圧力損失の少ない高
性能な間欠式渦巻噴射弁を提供することである。
すなわち、本発明の間欠式渦巻噴射弁は、弁体
に設けた弁孔に針弁を摺嵌し、針弁の先端部が当
接する弁孔の弁座部に噴射孔を連設し、針弁が弁
孔の弁座部からリフトして離脱することにより開
弁したときに燃料に旋回運動を付与する接線通路
を設け噴射孔を通じてほぼ円錐状に燃料噴霧する
間欠式渦巻噴射弁において、前記接線通路の近傍
であつて弁孔と針弁との摺嵌する部位における開
口面積を針弁のリフト量に応じて変化する通路を
設け当該部位を流通する燃料により前記接線通路
における燃料の旋回運動を制御するようにしたこ
とを特徴とする間欠式渦巻噴射弁である。
さらに本発明は前記弁孔と針弁との摺嵌する部
位において、弁孔側もしくは針弁側の少なくとも
一方でその開口面積を針弁のリフト量に応じて変
化する通路を設けたことを特徴とする間欠式渦巻
噴射弁である。
本発明の間欠式渦巻噴射弁は、上記構成により
接線通路の近傍であつて弁孔と針弁との摺嵌する
部位における開口面積が針弁のリフト量に応じて
変化する通路を設けることによつて、当該部位に
おける燃料の旋回運動を制御し内燃機関の運転条
件に対応する所望の噴霧角、流量係数、到達距
離、微粒化等の燃料噴霧特性をもたらすことがで
きる。このため、本発明の間欠式渦巻噴射弁から
ほぼ円錐状に噴射した燃料噴霧は、燃焼室凹所の
壁面に衝突したりピストン上面に付着することは
なく吸気流と相まつて良好な混合気形成を図ると
共に、噴霧の貫徹力も維持されて微細な燃料粒は
燃焼が終るまで燃焼室内を突き進んでいく。従つ
て、燃料噴霧は有効に燃焼して出力の向上。燃費
の低減を図り吐煙発生の問題を解消すると共に、
排気ガス中の有害成分の発生や燃焼騒音を著しく
低減することができる。
次に、本発明の実施例について説明する。
第１実施例（第５図参照） 本第１実施例の間欠式渦巻噴射弁は、ノズルボ
デー７の基端面に穿設した弁孔２に針弁１を摺嵌
し、針弁１の基端面に螺旋ばねを弾接し、弁孔２
の先端部に針弁１の円錐状先端部１２が当接する
円錐状弁座部１３を設け、円錐状弁座部１３から
ノズルボデー７の先端面に開口する噴射孔１４を
設け、針弁１の円柱状本体部と円錐状先端部１２
の境界付近の回りに位置するノズルボデー７に円
環状の渦巻室５を形成し、ノズルボデー７の基端
面に穿設した各供給通路１５の先端部から渦巻室
５の外周面にその接線方向に沿つた接線通路とし
て接線ポート６を設け、各供給通路１５と各接線
ポート６を経て渦巻室５に供給された燃料の圧力
が上昇すると、針弁１が螺旋ばねに抗して弁孔２
の弁座部１３から離脱し、針弁１の先端部１２と
弁孔２の弁座部１３間の隙間を経て渦巻室５が噴
射孔１４に連通して開弁するように装置し、供給
通路１５、接線ポート６、渦巻室５及び針弁１の
先端部１２と弁孔２の弁座部１３間の隙間によつ
て、開弁時に噴射孔１４に燃料を渦巻状ないし螺
旋状に供給する通路を構成している。
ところで、本第１実施例の間欠式渦巻噴射弁
は、接線ポート６の近傍で針弁１と弁孔２との摺
嵌する部位２０における隙間２１にはこれより大
なる口径の環状通路２２が形成されている。この
ため本例の間欠式渦巻噴射弁は前記隙間２１から
旋回せずに噴射孔１４に流通する燃料流量が針弁
１のリフトＳと共に変化する構成である。
本第１実施例の間欠式渦巻噴射弁においては、
内燃機関の運転条件に対応して従来困難とされて
いた所望の噴霧角が得られる。
第２実施例（第６図参照） 本第２実施例の間欠式渦巻噴射弁は、前例のそ
れが噴射孔１４に供給する燃料に旋回力を付与す
るのにノズルボデー７に設けた接線通路を用いた
ポートタイプであるのに対し、噴射孔１４に供給
する燃料に旋回力を付与するのに針弁１に設けた
接線溝４を用いたスクリユータイプである。その
他の点は、前例のそれと同様又はほぼ同様である
ので、同一の符号を付して説明を省略する。
ところで本第２実施例の渦巻噴射弁は、その先
端部分において、針弁１の接線溝４が形成されて
いる部位２０（外径d0）と弁孔２（内径d1）との
隙間２１（C1およびC2）から、旋回せずに噴射
孔１４に流通する燃料流量が、針弁１のリフトＳ
とともに変化する構成である。
第３実施例（第７図参照） 本第３実施例の間欠式渦巻噴射弁はノズルボデ
ー７の内腔８と針弁１の間に隔壁部材９を設けこ
の周囲に接線溝１０を設けると共に、隔壁部材９
の内部には針弁１を摺嵌する弁孔２を設ける構成
が前述の各実施例と相違する。その他は前例とほ
ぼ同様であるので同一符号を付して説明を省略す
る。
ところで、本第３実施例の渦巻噴射弁におい
て、針弁１のリフトとともにしだいに隙間２１か
ら旋回せずに流通する燃料流量が増加するように
して、噴霧角αを漸次減少させることができる。
前述の各実施例いずれの場合も針弁１のリフト
Ｓ、噴霧角αとの関係は第８図で示される通りで
ある。
本発明の間欠式渦巻噴射弁は上記各実施例の態
様に限られず、その他幾多の態様を採り得るので
あつて、以下前例と同一部分は同一符号を付して
詳述は省略する。すなわち、第９図は、渦巻噴射
弁において針弁１の部位２０に接する弁孔２の内
径がd1からd2までとテーパ状に変化しており、ま
た第１０図は、渦巻噴射弁において固定された隔
壁部材９の弁孔２の内径がd1からd2までとテーパ
状に変化しており、いずれも針弁１のリフトＳと
ともに隙間２１がしだいに増加するために旋回し
ないで隙間２１を流通する燃料が増加するため、
噴霧角αは第１１図に示すようにしだいに減少す
る。
さらに第１２図及び第１３図は渦巻噴射弁にお
いて、針弁１の外周には接線溝４とは別に逃し溝
２３を有する構成である。この逃し溝２３は接線
溝４の途中から噴射孔１４側に通じており、針弁
１のリフトがS1に達すると燃料通路２４と導通し
て、燃料は逃し溝２３を通過するようになる。逃
し溝２３は旋回していないか、またはわずかに旋
回しているだけなので、旋回速度をもたない燃料
によつて噴霧角αは小さくなる。
次に第１４図は渦巻噴射弁において、針弁１の
隔壁部材９の接線溝１０に対応した部分に逃し溝
２３を有する構成であつて、針弁１のリフトがS1
に達すると逃し溝２３が燃料通路２４と導通して
逃し溝２３を通つて旋回速度をもたない燃料が前
記隔壁部材９の接線溝１０を通つて旋回速度を持
つ燃料と合流するため噴霧角αは小さくなる。第
１２図ないし第１４図々示の渦巻噴射弁の場合の
針弁１のリフトＳと噴霧角αとの関係は第１５図
となるのである。
また、第１６図は、渦巻噴射弁において針弁１
には接線溝４０を有し、さらにこの接線溝４０の
途中から噴射孔１４に通ずる他の１つ以上の接線
溝４１，４２、を有する構成である。このため、
噴霧初期には接線溝４０を通過する燃料は針弁１
のリフトがS1に達すると接線溝４１をも通過する
ようになり、さらに針弁１のリフトがS2に達する
と接線溝４２をも通過することとなる。したがつ
て針弁１のリフトがS1およびS2に達すると燃料が
通過する接線溝の流路面積が増加するので、燃料
が接線溝を通過する流速は減少して旋回速度が遅
くなり、その結果噴霧角αは小さくなる。次に、
第１７図は渦巻噴射弁において、上述と同様に針
弁１の隔壁部材９における接線溝１０に対応する
部分に、途中から噴射孔１４に通ずる１つ以上の
旋回溝２４，２５を有する構成である。前記第１
６図と同様に針弁１のリフトがS1に達すると旋回
溝２４を、また針弁１のリフトがS2に達すると旋
回溝２５をも燃料が通過することになるので、旋
回溝中の燃料流速は減少し、噴霧角αは減少する
こととなる。
したがつて噴霧角αと針弁１のリフトＳとの関
係は第１８図々示の通りとなる。なお、これらの
旋回溝２４，２５などは１つ以上で、溝面積、溝
の傾斜角などは、前述の接線溝とそれぞれが同じ
である必要はなくほぼ同様の作用効果を奏する。
なお、上記各実施例における開口面積の増減
は、これらに限らずこの他に第１９図及び第２０
図々示のように針弁１と弁孔２との摺嵌する部位
２０に平滑面２６を施すことにより、または第２
１図々示のように針弁１における弁孔２と摺嵌す
る部位２０を環状の印付部３０を施すことにより
それぞれ上述とほぼ同様な作用効果を奏する。
以上述べた構成からなる渦巻噴射弁は、燃料が
旋回しないか、または旋回が弱くなるように接線
通路の近傍であつて弁孔と針弁との摺嵌する部位
における開口面積を針弁のリフト量増加に対応し
て増加形成し、針弁のリフトが増大すると燃料が
この開口面積を通過するようになつて、噴射する
燃料の旋回速度が低下し、噴霧角αが減少する特
性を有する。このため、内燃機関の運転状態が低
速時燃料噴霧が広角で貫徹力小でありまた高速時
燃料噴霧が比較的狭い角度で貫徹力大であること
を必要とする場合に最適である。
本発明の間欠式渦巻噴射弁は、上述の他に、例
えば副室式や空気室付、渦流室付のような内燃機
関の運転状態が低速時、燃料噴霧が比較的狭い角
度で貫徹力が大であり、高速時には燃料噴霧が広
角で貫徹力小であることを必要とする場合には、
接線通路の近傍であつて弁孔と針弁との摺嵌する
部位における開口面積を針弁のリフト量増加に対
応して減少形成すればよい。すなわち、第２２図
及び第２３図々示のように針弁１のリフト増加に
伴ない燃料が上記開口面積２２を通過する量が減
つて接線通路４に集中することとなり噴射する燃
料の旋回速度が高まり噴霧角αが増大する特性を
発揮するのである。その他本発明の間欠式渦巻噴
射弁は、前記各実施例の選択組合せにより針弁の
リフト量に対応して上記開口面積の増加と減少と
の両者を具備することができる。
なお上記各実施例にあつては、前記弁孔と針弁
との摺嵌する部位において、弁孔側または針弁側
でその開口面積を針弁のリフト量に応じて変化す
る。すなわち増加もしくは減少の少なくとも一つ
を行うように構成してあるが、これに限らず弁孔
側と針弁側との両者により開口面積を針弁のリフ
ト量に応じて増加もしくは減少の少なくとも一つ
を行うように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図ないし第３図は本発明を適用する間欠式
渦巻噴射弁をそれぞれ示す概要図、第４図は間欠
式渦巻噴射弁における諸元によつて特性を示す線
図、第５図ないし第２３図は本発明の各実施例の
間欠式渦巻噴射弁の要部欠裁の縦断面図ないし線
図である。 １……針弁、２……弁孔、１３……弁座部、１
４……噴射孔、１２……先端部、５……渦巻室、
１５……供給通路、６……接線ポート、４……接
線溝。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 弁体に設けた弁孔に針弁を摺嵌し、針弁の先
    端部が当接する弁孔の弁座部に噴射孔を連設し、
    針弁が弁孔の弁座部からリフトして離脱すること
    により開弁したときに燃料に旋回運動を付与する
    接線通路を設け噴射孔を通じてほぼ円錐状に燃料
    噴霧する間欠式渦巻噴射弁において、 前記接線通路の近傍であつて弁孔と針弁との摺
    嵌する部位における両者の間に形成される通路を
    針弁のリフト量に応じてその面積が変化するよう
    にし、当該部位を流通する燃料により前記接線通
    路における燃料の旋回運動を制御するようにした
    ことを特徴とする間欠式渦巻噴射弁。 ２ 前記弁孔と針弁との摺嵌する部位において、
    弁孔側もしくは針弁側の少なくとも一方でその開
    口面積を針弁のリフト量に応じて変化するように
    構成したことを特徴とする前記特許請求の範囲第
    １項記載の間欠式渦巻噴射弁。
JP58204369A 1983-10-31 1983-10-31 間欠式渦巻噴射弁 Granted JPS6095186A (ja)

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