JPH05202826A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】噴孔内の燃料の流れを音速が極めて低い気液二
相流にし、噴孔から音速を越えた燃料を噴射して、燃焼
室に衝撃波を発生させ、燃料の噴霧形状特性を向上す
る。また噴孔内の気液二相流である燃料の流速を容易に
超音速にする。 【構成】空気導入通路２６が所定の圧力の空気をニード
ルバルブ１７の上部周面に導く。空気供給通路２７がニ
ードルバルブのシート面１４ａ圧接時に空気導入通路と
燃料溜り室１８とを連通し、かつニードルバルブの上昇
前に空気導入通路と燃料溜り室とを遮断する。空気供給
通路の途中に形成された弁室２８に開閉弁２９を摺動可
能に内蔵する。開閉弁はニードルバルブのシート面圧接
状態で燃料溜り室の圧力が空気導入通路の圧力を越える
とき空気導入通路と燃料溜り室とを遮断しかつ燃料溜り
室の圧力が空気導入通路の圧力未満になるとき空気導入
通路と燃料溜り室とを連通する。噴孔２４をラバルノズ
ルに形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンに燃料を噴射す
る噴射ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の燃料噴射ノズルとして、ノズル
ボデーのガイドホールに挿入されたニードルバルブがプ
レッシャピンを介してプレッシャスプリングによりガイ
ドホールの下部のシート面に圧接され、ニードルバルブ
の周囲に形成された燃料溜り室の燃料の圧力がプレッシ
ャスプリングの押下げ圧力を越えたとき、ニードルバル
ブがシート面から離れて燃料溜り室の燃料をノズルボデ
ーの下端に形成された噴孔から霧状に噴射するように構
成されたものが知られている。この燃料噴射ノズルの噴
孔からエンジンの燃焼室に噴射される燃料をできるだけ
小径の粒子に霧化しかつ燃焼室に分散すること、即ち噴
霧形状特性を改善することが、燃料の燃焼を向上させる
ために必要である。

【０００３】この噴霧形状特性を改善する方法として、
燃料噴射ノズルの噴孔から燃焼室に噴射される燃料の流
速を音速を越えて大きくすること（超音波）により、燃
焼室内に衝撃波を発生させ、燃焼室の内壁で反射した衝
撃波を後続の噴射された燃料に衝突させて更に燃料を微
粒化する方法が考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法で
は、噴孔から噴射される燃料の流速を音速を越えて大き
くしなければならない。このため、燃料溜り室の燃料圧
を増大させなければならないが、燃料を加圧する燃料噴
射ポンプのカムとタペットとの接触面の面圧強さに限界
があり、その限界を越えて燃料噴射圧力を増大できない
問題点があった。

【０００５】本発明の第１の目的は、噴孔内の燃料の流
れを音速が極めて低い気液二相流にして、噴孔から音速
を越えた燃料を噴射することによりエンジンの燃焼室に
衝撃波を発生させ、燃料の噴霧形状特性を向上できる燃
料噴射ノズルを提供することにある。本発明の第２の目
的は、噴孔をラバルノズル（末広ノズル）に形成するこ
とにより噴孔内の燃料の流速を容易に超音速にすること
のできる燃料噴射ノズルを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成を、実施例に対応する図１及び図６を用
いて説明する。本発明は、ノズルホルダボデー１２の下
面にノズルボデー１４がリテーニングナット１３により
固着され、ノズルボデー１４に内蔵されるニードルバル
ブ１７がノズルホルダボデー１２に内蔵されるプレッシ
ャピン２１及びプレッシャスプリング２２によりノズル
ボデー１４内のシート面１４ａに圧接され、ニードルバ
ルブ１７の下部周囲に形成された燃料溜り室１８に燃料
噴射ポンプからの燃料がノズルホルダボデー１２とノズ
ルボデー１４に形成されたフィードホール１９を介して
貯えられ、燃料溜り室１８の圧力がスプリング２２の押
下げ力を越えるときニードルバルブ１７がシート面１４
ａを離れて燃料溜り室１８に貯えられた燃料を噴孔２４
を介して燃料溜り室１８からエンジンに噴射する燃料噴
射ノズルの改良である。その特徴ある構成は、ノズルホ
ルダボデー１２とノズルボデー１４に形成され所定の圧
力の空気をニードルバルブ１７の上部周面に導く空気導
入通路２６と、ニードルバルブ１７に形成されニードル
バルブ１７のシート面１４ａ圧接時に空気導入通路２６
と燃料溜り室１８とを連通しかつニードルバルブ１７の
上昇前に空気導入通路２６と燃料溜り室１８とを遮断す
る空気供給通路２７と、空気供給通路２７の途中に形成
された弁室２８と、弁室２８に摺動可能に内蔵された開
閉弁２９とを備え、開閉弁２９がニードルバルブ１７の
シート面１４ａ圧接状態で燃料溜り室１８の圧力が空気
導入通路２６の圧力を越えるとき空気導入通路２６と燃
料溜り室１８とを遮断しかつ燃料溜り室１８の圧力が空
気導入通路２６の圧力未満になるとき空気導入通路２６
と燃料溜り室１８とを連通するように構成されたところ
にある。また、本発明の燃料噴射ノズルは、噴孔２４が
ラバルノズルであることが好ましい。

【０００７】

【作用】燃料噴射ポンプの吸戻し作用により燃料溜り室
１８の燃料圧が空気導入通路２６の空気圧より低くなる
と、開閉弁２９が空気導入通路２６と燃料溜り室１８と
を連通して空気導入通路２６の空気が燃料溜り室１８の
燃料に混入し又は溶け込む。燃料噴射ポンプによる燃料
の圧送が開始され、燃料溜り室１８の燃料圧が空気導入
通路２６の空気圧を越えると、開閉弁２９が空気導入通
路２６と燃料溜り室１８とを遮断し、空気導入通路２６
の空気が燃料溜り室１８の燃料に混入しなくなり又は溶
け込まなくなる。燃料噴射ポンプにより圧送される燃料
圧力が更に上昇し、燃料溜り室１８の燃料圧がプレッシ
ャスプリング２２の押下げ力を越えると、燃料溜り室１
８の燃料がニードルバルブ１７を押上げ、空気の混入し
た燃料溜り室１８の燃料が気液二相流になって噴孔２４
より噴射される。この気液二相流体における音速は気体
のみの音速又は液体のみの音速より低下するため、噴孔
２４から噴射された燃料の流速は音速を越え、エンジン
の燃焼室に衝撃波が生じる。

【０００８】

【実施例】次に本発明の一実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。図６に示すように、燃料噴射ノズル１１は
直接噴射式エンジンに用いられるホール型ノズルであ
り、ノズルホルダボデー１２の下面にリテーニングナッ
ト１３によりノズルボデー１４が取付けられ、ノズルボ
デー１４内に形成されたガイドホール１６に上下動可能
にニードルバルブ１７が挿入される。ニードルバルブ１
７の下部周囲のノズルボデー１４には燃料溜り室１８が
形成され、この燃料溜り室１８はノズルホルダボデー１
２及びノズルボデー１４に形成されたフィードホール１
９に連通する。このフィードホール１９は図示しない燃
料噴射ポンプの噴射管に接続される。

【０００９】ニードルバルブ１７の上端にはニードル端
軸部１７ａが設けられ、下端にはニードルシート部１７
ｂが設けられる。ニードル端軸部１７ａはプレッシャピ
ン２１の下端に当接し、このプレッシャピン２１の上端
にはプレッシャスプリング２２が圧接される。このスプ
リング２２はアジャスティングスクリュー２３によりそ
の弾性力が調整される（図６）。プレッシャスプリング
２２はプレッシャピン２１を介してニードルバルブ１７
のニードルシート部１７ｂをノズルボデー１４の燃料溜
り室１８の下端に形成されたシート面１４ａに圧接す
る。このシート面１４ａより下方にはニードルバルブ１
７の下端が臨む凹部１４ｂが形成され、ノズルボデー１
４の下端には凹部１４ｂとエンジンのシリンダ（図示せ
ず）とを連通する複数の噴孔２４が形成される（図１〜
図３）。

【００１０】本実施例の特徴ある構成は、ノズルホルダ
ボデー１２とノズルボデー１４に空気導入通路２６が形
成され、ニードルバルブ１７に空気供給通路２７が形成
され、空気供給通路２７の途中に弁室２８が形成され、
弁室２８に摺動可能に開閉弁２９が内蔵されたところに
ある（図１〜図３及び図６）。空気導入通路２６の入口
２６ａはノズルホルダボデー１２に形成され、図示しな
いエアタンクに接続される（図６）。空気導入通路２６
の出口２６ｂはノズルボデー１４のガイドホール１６に
臨むように形成され、エアタンクの所定の圧力の空気を
ニードルバルブ１７の上部周面に導くようになってい
る。空気供給通路２７はニードルバルブ１７の上部周面
に形成されたリング状溝２７ａと、このリング状溝２７
ａ及び弁室２８を連通するＴ字状の通孔２７ｂと、弁室
２８の下部周面から燃料溜り室１８に向って放射状に形
成された複数のオリフィス２７ｃとを有する。空気供給
通路２７はニードルバルブ１７のシート面１４ａ圧接時
に空気導入通路２６と燃料溜り室１８とを連通し、かつ
ニードルバルブ１７の上昇前に空気導入通路２６と燃料
溜り室１８とを遮断するようになっている（図１〜図
３）。弁室２８の内周面の略中央には凹溝２８ａが形成
される。開閉弁２９はその上部に形成され弁室２８の内
周面に摺動可能に密接する摺動部２９ａと、その下部に
形成され摺動部２９ａより小径の小径部２９ｂと、小径
部２９ｂの外周面に等間隔に形成された３個のリブ２９
ｃとを有する。３個のリブ２９ｃは弁室２８の内周面に
摺動可能に密接する（図１〜図４）。開閉弁２９はニー
ドルバルブ１７のシート面１４ａ圧接状態で、燃料溜り
室１８の圧力が空気導入通路２６の圧力を越えるとき空
気導入通路２６と燃料溜り室１８とを遮断し、かつ燃料
溜り室１８の圧力が空気導入通路２６の圧力未満になる
とき空気導入通路２６と燃料溜り室１８とを連通するよ
うになっている。

【００１１】また空気を溶かし込んだ燃料溜り室１８の
燃料の噴孔２４内での流れは気液二相流になり、この気
液二相流体における音速は、図５に示すように液体であ
る燃料における音速又は気体である空気における音速よ
りも極めて低くなることが知られている。噴孔２４はそ
の孔面積が下流に向うに従って徐々に絞られる収束部２
４ａと、この収束部２４ａの後端に接続され徐々に広が
る拡大部２４ｂとを有するラバルノズルに形成される。
空気が混入した燃料である気液二相流はその流速が噴孔
２４の収束部２４ａで加速されて音速に達し、拡大部２
４ｂで引続いて減圧加速されて超音速となり、噴孔２４
外のエンジンの燃焼室（図示せず）に衝撃波が発生する
ようになっている（図１〜図３）。

【００１２】このように構成された燃料噴射ノズルの動
作を説明する。燃料噴射ポンプのプランジャ（図示せ
ず）が下降すると、デリバリバルブ（図示せず）の吸戻
し作用により燃料溜り室１８の燃料圧は空気導入通路２
６の空気圧より低くなるので、図１に示すように開閉弁
２９が下降して空気導入通路２６の空気がリング状溝２
７ａ、通孔２７ｂ、弁室２８、凹溝２８ａ及びオリフィ
ス２７ｃを介して燃料溜り室１８に供給され、燃料溜り
室１８の燃料に空気が混入し又は溶け込む。燃料噴射ポ
ンプのプランジャが上昇し始めると、燃料溜り室１８の
燃料圧が空気導入通路２６の空気圧を越えるので、図２
に示すように開閉弁２９が上昇して空気導入通路２６と
燃料溜り室１８が遮断され、空気導入通路２６の空気が
燃料溜り室１８の燃料に混入しなくなり又は溶け込まな
くなる。

【００１３】燃料噴射ポンプのプランジャが更に上昇し
て燃料溜り室１８の燃料圧が更に上昇すると、燃料溜り
室１８の燃料圧がプレッシャスプリング２２の押下げ力
を越えるので、燃料溜り室１８の燃料がニードルバルブ
１７を押上げ、燃料溜り室１８と噴孔２４が連通して空
気の混入した燃料が噴孔２４より噴射される。このと
き、噴孔２４を通過する流体は音速が極めて低い気液二
相流体になり、しかも噴孔２４がラバルノズルに形成さ
れているので、噴孔２４から噴射された燃料の流速は超
音速となる。この結果、衝撃波がエンジンの燃焼室（図
示せず）に発生し、燃焼室の内壁で反射した衝撃波は後
続の噴射された燃料に衝突して燃料の粒子を更に細かく
破壊するので、燃料の微粒化が促進される。従って燃料
と空気の混合が改善されて燃料の燃焼が向上し、エンジ
ンから排出されるパティキュレートや有害ガスの発生が
低減される。

【００１４】なお、実施例では噴孔をラバルノズルに形
成したが、これは一例であって噴孔から音速を越えて燃
料を噴射できれば孔面積が一様な噴孔又はその他の形状
の噴孔でもよい。

【００１５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ノ
ズルホルダボデーとノズルボデーに形成された空気導入
通路が所定の圧力の空気をニードルバルブの上部周面に
導き、ニードルバルブに形成された空気供給通路がニー
ドルバルブのシート面圧接時に空気導入通路と燃料溜り
室とを連通しかつニードルバルブの上昇前に空気導入通
路と燃料溜り室とを遮断し、空気供給通路の途中に形成
された弁室に開閉弁を摺動可能に内蔵し、開閉弁はニー
ドルバルブのシート面圧接状態で燃料溜り室の圧力が空
気導入通路の圧力を越えるとき空気導入通路と燃料溜り
室とを遮断しかつ燃料溜り室の圧力が空気導入通路の圧
力未満になるとき空気導入通路と燃料溜り室とを連通す
るように構成したので、燃料溜り室の燃料に空気が混入
し又は溶け込んで噴孔から気液二相流体が噴射される。
この流体における音速は低下するため、噴孔から噴射さ
れた燃料の流速は超音速となり、エンジンの燃焼室に衝
撃波が発生する。この結果、噴孔から噴射された燃料が
極めて微粒化されて燃料の噴霧形状特性が向上するの
で、燃料の燃焼が向上し、エンジンから排出されるパテ
ィキュレートや有害ガスの発生を低減できる。また、噴
孔をラバルノズルに形成すると、噴孔内の燃料の流速を
容易に超音速にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例の燃料噴射ノズルのニードルバ
ルブがシート面に圧接されかつ開閉弁が下降して空気導
入通路と燃料溜り室とが連通した状態を示す図６のＡ部
拡大断面図。

【図２】ニードルバルブがシート面に圧接されかつ開閉
弁が上昇して空気導入通路と燃料溜り室とが遮断された
状態を示す図１に対応する断面図。

【図３】ニードルバルブが上昇して燃料溜り室の燃料が
噴孔から噴射された状態を示す図１に対応する断面図。

【図４】図６のＢ−Ｂ線断面図。

【図５】気体と液体の混合比率に対する音速の変化を示
す図。

【図６】本実施例の燃料噴射ノズルの縦断面図。

【符号の説明】

１１ 燃料噴射ノズル １２ ノズルホルダボデー １３ リテーニングナット １４ ノズルボデー １４ａ シート面 １７ ニードルバルブ １８ 燃料溜り室 １９ フィードホール ２１ プレッシャピン ２２ プレッシャスプリング ２４ 噴孔 ２６ 空気導入通路 ２７ 空気供給通路 ２８ 弁室 ２９ 開閉弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村井 等 広島県広島市佐伯区海老園４丁目８番１− 404号 (72)発明者 塩崎 忠一 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルホルダボデー(12)の下面にノズル
   ボデー(14)がリテーニングナット(13)により固着され、 前記ノズルボデー(14)に内蔵されるニードルバルブ(17)
   が前記ノズルホルダボデー(12)に内蔵されるプレッシャ
   ピン(21)及びプレッシャスプリング(22)により前記ノズ
   ルボデー(14)内のシート面(14a)に圧接され、 前記ニードルバルブ(17)の下部周囲に形成された燃料溜
   り室(18)に燃料噴射ポンプからの燃料が前記ノズルホル
   ダボデー(12)と前記ノズルボデー(14)に形成されたフィ
   ードホール(19)を介して貯えられ、 前記燃料溜り室(18)の圧力が前記スプリング(22)の押下
   げ力を越えるとき前記ニードルバルブ(17)が前記シート
   面(14a)を離れて前記燃料溜り室(18)に貯えられた燃料
   を噴孔(24)を介して前記燃料溜り室(18)からエンジンに
   噴射する燃料噴射ノズルにおいて、 前記ノズルホルダボデー(12)と前記ノズルボデー(14)に
   形成され所定の圧力の空気を前記ニードルバルブ(17)の
   上部周面に導く空気導入通路(26)と、 前記ニードルバルブ(17)に形成され前記ニードルバルブ
   (17)の前記シート面(14a)圧接時に前記空気導入通路(2
   6)と前記燃料溜り室(18)とを連通しかつ前記ニードルバ
   ルブ(17)の上昇前に前記空気導入通路(26)と前記燃料溜
   り室(18)とを遮断する空気供給通路(27)と、 前記空気供給通路(27)の途中に形成された弁室(28)と、 前記弁室(28)に摺動可能に内蔵された開閉弁(29)とを備
   え、 前記開閉弁(29)は前記ニードルバルブ(17)の前記シート
   面(14a)圧接状態で前記燃料溜り室(18)の圧力が前記空
   気導入通路(26)の圧力を越えるとき前記空気導入通路(2
   6)と前記燃料溜り室(18)とを遮断しかつ前記燃料溜り室
   (18)の圧力が前記空気導入通路(26)の圧力未満になると
   き前記空気導入通路(26)と前記燃料溜り室(18)とを連通
   するように構成されたことを特徴とする燃料噴射ノズ
   ル。
2. 【請求項２】 噴孔(24)がラバルノズルである請求項１
   記載の燃料噴射ノズル。