JPH0565713B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直接噴射式（以下、単に直噴式とい
う）デイーゼルエンジンに装着され、燃料をピス
トンの頂部に設けられた凹状燃料室に噴射する燃
料噴射ノズルの改良に関するものである。

第１図は、従来の直噴式デイーゼルエンジンに
装着される燃料噴射ノズル１の構造を示す一部破
断による側面図であり、前記燃料噴射ノズルはそ
のノズルナツト９をもつて２点鎖線で示すデイー
ゼルエンジンのシリンダヘツド２に噴孔７を有す
る先端部３が燃焼室４に臨むように装着されてい
て、噴射燃料ｆを前記燃焼室４に噴射するように
構成されている。

この種の燃料噴射ノズル１では針弁５を摺動自
在に嵌装した弁本体６は、噴孔７が形成されてい
る先端部３まで一体に耐熱鋼により構成され、そ
しての噴孔７は加工性の容易さから第２図に示す
ようにその断面形状７ｓを円形とする場合が殆ん
どであつた。

従つて、噴孔７から燃焼室４に噴射された燃料
噴霧ｆの表面積が少ないので、その中心部の燃料
噴霧が濃く外周部が薄くなり、燃焼室４内の空気
流との均一化された混合が得られず、円滑な燃焼
が得られていないという欠点があつた。

また、前記欠点を解消するために噴孔として直
線状のスリツトを構成し、燃料噴霧を板状に噴射
して空気との接触面積を大きくするように構成し
たノズルが提案されている。

ところで、直噴式デイーゼルエンジンのように
極く短時間に燃焼を完結させる必要がある場合に
は燃料の自由噴流だけでは空気との混合が充分得
られない。そのため、燃焼室内で吸気によるスワ
ールを発生させ、該スワールに燃料を吹き付けて
急速に混合させていることは周知である。したが
つて、前記の直線状スリツトから噴射される厚み
のない燃料噴霧は腰が弱くてスワールによつて中
央部分で分断され易く、この分断された個所は燃
焼が不連続となつて燃焼が遅れ、その結果燃焼効
率が低下する欠点があつたのである。

更に、噴孔を直線状に形成したノズルの場合に
は、必要な燃焼噴霧量を得るためにスリツトを長
くしなければならず、余りこのスリツトが長くな
るとノズル先端部の強度が低下すると共に、噴孔
を配置する上でスペース的な制約を受けるという
欠点があつた。

また、別の問題点として従来の燃料噴射ノズル
においては、燃料噴霧の形状が燃焼室内の空気の
分布に対応していないという問題があつた。即
ち、シリンダヘツド側とピストン燃焼室側とで
は、前者の方が後者よりも遥かに多いのである
が、燃料噴霧の分布は必ずしもこのように成つて
いない。このことは、空気と燃料噴霧との混合に
むらを生ずると共に、燃焼速度を低下させる原因
となつている。

本発明は前記従来の直噴式デイーゼルエンジン
用燃料噴射ノズルの有する欠点を解消するために
得られたものであり、燃焼室における空気流とし
てのスキツシユとスワールにマツチングした燃料
噴射を噴射し、空気と燃焼噴霧との適切な混合促
進を図り、かつ燃料噴霧の空気との接触面積（表
面積）を著しく増大させて上記空気と燃料噴霧と
の混合促進を一段と向上せしめ、さらにスリツト
状噴孔からの燃料噴霧の腰を強くしてスワールに
よつて分断されるのを防止して、着火性および燃
焼効率を向上せしめた直噴式デイーゼルエンジン
用燃料噴射ノズルを提供することを目的としてい
る。

上記目的を達成するために、本発明の直噴式デ
イーゼルエンジン用燃料噴霧ノズルは、ピストン
の頂部に凹状燃焼室を設けてなる直噴式デイーゼ
ルエンジンの前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴
射ノズルの噴孔部に、前記燃焼室の開口縁近傍に
燃料を噴射する横辺と前記燃焼室の側壁面に上下
方向に燃料を噴射する縦辺とを有するＴ字状スリ
ツトからなる噴孔を形成したことを特徴とするも
のである。

以下、図面を参照して本発明の直噴式デイーゼ
ルエンジン用燃料噴射ノズルの実施例を説明す
る。

第３図は本発明による直噴式デイーゼルエンジ
ン用燃料噴射ノズルの実施例を示す一部破断断面
図、第４図は同実施例における燃料噴射ノズルの
先端部の拡大断面図、また第４図Ａは燃料噴射ノ
ズルの先端部に設けた噴孔の拡大正面図である。

本発明の好ましい実施例においては燃料噴射ノ
ズル１０の弁本体６の先端部の噴孔部６０をセラ
ミツク材により構成すると共に、その外周部に形
成したキー溝６１にキー６２を挿入して弁本体６
と噴孔部６０との間の位置決めを行なつた後に、
噴孔部６０の下方よりノズルナツト９を嵌合し、
そのねじ部９１を弁本体６のねじ部６３に螺合
し、更に、第３図に示すように２点鎖線で示す直
噴式デイーゼルエンジンのシリンダヘツド２に、
前記噴孔部６０がピストンの頂部に設けられた凹
状燃焼室４内に臨むように装着される。

本発明において重要な点は、燃料噴射ノズル１
０の噴孔部６０に設けた噴孔７０の形状をＴ字状
に形成し、この噴孔７０を形成するスリツトの中
の横辺を燃焼室４の開口縁近傍に燃料を噴射する
ように、また縦辺を燃焼室４の側壁面に上下方向
に燃料を噴射するように向けた点にある。

第４図Ａに噴孔７０を拡大して示しているが、
この噴孔７０は横辺ａと縦辺ｂとからなるスリツ
トをＴ字状に形成し、この横辺ａは燃焼室４の開
口縁近傍に燃料を噴射するように、また縦辺ｂは
燃焼室４の側壁面に上下方向に燃料を噴射するよ
うに形成されている。

前記横辺ａと縦辺ｂとの幅Ｓと横辺の長さＬと
の比は多数の実験結果を考慮して次のように決定
するのが望ましい。

Ｓ＝Ｌ／８〜Ｌ／２ 前記のように噴孔７０を横辺ａと縦辺ｂとを組
合せてＴ字状にすることによつて第５図に示すよ
うに横辺ａによる燃焼噴霧a′は燃焼室４の開口縁
近傍に噴射され、燃焼室４の側壁面に上下方向に
縦辺ｂによる燃料噴霧b′が噴射される。

従つて、燃料室４の開口縁近傍では、開口縁全
周にわたりピストンの圧縮行程の上昇時に伴つて
垂直方向の空気渦流、いわゆるスキツシユが生ず
るので、このスキツシユと横方向に沿つて噴射さ
れた前記燃料噴霧a′に迅速にかつ適切に混合され
る。

一方、燃焼室４の内部には、側壁面全長にわた
り吸入空気の導入に伴つて水平方向の空気渦流、
いわゆるスワールが生じているので、このスワー
ルと縦方向に沿つて噴射された前記燃料噴霧b′が
適切に混合される。

更に、燃料噴霧Ｆ（a′，b′）はＴ字状に広がり
ながら分布するので、空気流との接触面積（表面
積）が著しく増大する。

第６図Ａ，Ｂは燃料の噴霧の状態を本発明の燃
料噴射ノズルのＴ字状の噴孔と通常の燃料噴射ノ
ズルの丸い噴孔との場合を比較したものであり、
本発明に係る燃料噴射ノズルの場合には燃料噴霧
Ｆの外周の表面積が増加し燃料噴霧Ｆの進行方向
に直角な任意の断面における矢印で示す空気の導
入率が第６図Ｂの従来の燃料噴射ノズルの丸形の
噴孔の場合に比較して1.6〜5.2倍と非常に増加し
ていることがわかる。

因に、同一の断面積の噴孔より噴射された燃料
噴霧ＦについてＴ字状の噴孔よりのものと丸形の
噴孔のものとの任意の断面における空気の接触面
積は、Ｔ字状のものの方が丸形のものに比較して
1.5〜５倍となつている。

更に、燃料噴霧Ｆは各燃料噴霧a′，b′がＴ字状
に接続された状態となつて噴射されるためにその
腰が強くなり、単なる一文字状スリツトより噴射
された燃料噴霧のようにスワールによつて分断さ
れるおそれがなく、着火が連続的に行われるの
で、着火性が向上し、それに伴つて燃料効率も向
上する。

第７図は燃料当量比、スモーク、出力の関係を
示す図であるが、本発明の燃料噴射ノズルのデー
タを曲線Ｔに、また従来の燃料噴射ノズルのデー
タを曲線Ｒに示している。

前記第７図によると本発明の燃料噴射ノズルの
データの曲線Ｔの方が従来の燃料噴射ノズルのデ
ータを示す曲線Ｒに比較して平均有効圧力Pme
が増加し、スモークが低下していることがわか
る。

さらに、この改良の効果は、両曲線の間の斜線
で示した部分Ｍで燃料当量の多い部分が著しい。

一方、燃料噴射ノズルの先端部、特に噴孔部６
０は火炎に直接接触しているため非常に高温とな
り易く、高温になると共にスラツヂ等が発生す
る。従つて、噴孔部６０と本体６との接触部６４
が熱伝導が良好になるように面精度を良好にする
とか、この接触部６４に銅等の熱伝導が良好な材
料を挿入するのがよい。

本発明の燃料噴射ノズルを構成する噴孔部３０
のセラミツク材としては、第１表に掲げた物性を
持つた窒化珪素（Si₃O₄）燃結体や窒化珪素に酸
化アルミニウム（Al₂O₃）成分を含有せしめたサ
イアロン燃結体が最適のセラミツク材である。

この第１表から明らかなように窒化珪素燃結体
は高温強度において、金属材料に較べて数段優れ
た特性を持ち、而も熱シヨツクに対する極めて大
きな耐熱衝撃性を持つと共に、熱膨張係数が小さ
いこと、熱伝導率が小さいことなど燃料噴射ノズ
ルの噴孔部の構成には適した材料である。

このように、本発明の燃料噴射ノズルは、少な
くとも噴孔部をセラミツク製としたので、セラミ
ツクの特性として耐熱性があるため針弁の焼付
き、噴孔の詰り、弁座部の過度の摩耗等、従来の
金属性の燃料噴射ノズルの有する欠点を完全に解
消することが可能となる。

更にまた、噴孔部をセラミツク材により構成す
ることにより、焼結前に成型品に噴孔としての細
孔を予めあけた後に焼成することができるため、
前記噴孔のＴ字状の形状を形成することが簡単に
できると共に、噴孔の壁の粗さは0.8s以下とする
ことができるので、燃料がこの噴孔を通過する際
の抵抗を減少することが可能である。

尚、前記実施例では噴孔部のみをセラミツク材
により構成した燃料噴射ノズルの例を示したが、
本発明はこの実施例に限定されるものではなく、
例えば、弁体がセラミツク材で構成されたものに
も応用できることは当然である。

以上詳述したように、本発明の直噴式デイーゼ
ルエンジン用燃料噴射ノズルは、ピストンの頂部
に凹状燃焼室を設けてなる直噴式デイーゼルエン
ジンの前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射ノズ
ルの噴孔部に、前記燃焼室の開口縁近傍に燃料を
噴射する横辺と前記燃料室の側壁面に上下方向に
燃料を噴射する縦辺とを有するＴ字状スリツトか
らなる噴孔を形成したことを特徴とするので、以
下の効果を得ることができる。

即ち、燃焼室の開口縁近傍では、開口縁全周に
わたつて生ずるスキツシユと前記横辺からの燃料
噴霧a′とが適切に混合し、燃焼室の内部では、側
壁面全長にわたつて生じているスワールと前記縦
辺からの燃料噴霧b′が適切に混合されるので、全
体として燃料噴霧Ｆと空気の混合が大巾に促進さ
れる効果がある。

さらに、燃料噴霧Ｆは、Ｔ字状に広がりながら
分布するので、空気流との接触面積（表面積）が
著しく増大するので、上述の如き燃料噴霧Ｆと空
気との混合促進が一段と向上する効果がある。

また、前記横辺からの燃料噴霧a′と前記縦辺か
らの燃料噴霧b′とがＴ字状に接続された状態とな
つて噴射されるために、その腰が強くなり、単な
る一文字状スリツトより噴射された燃料噴霧のよ
うにスワールによつて分断されるおそれがなく、
着火が連続的に行われるので、着火性が向上し、
それに伴つて燃焼効率も向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料噴射ノズルの一部破断によ
る側断面図、第２図は同噴射ノズルの噴孔の正面
図である。第３図は本発明の実施例における燃料
噴射ノズルの一部破断による側面図、第４図は同
噴射ノズルの先端部の拡大断面図、第４図Ａは同
噴射ノズルの先端に位置する噴孔部に形成された
Ｔ字状の噴孔の拡大正面図である。又、第５図は
本発明に係るノズルより燃料が燃焼室内に噴射さ
れる状態を示す図であり、第６図は本発明に係る
ノズルのＴ字状の噴孔と従来の丸形噴孔との燃料
噴霧が空気を巻き込む状態を説明する図、第７図
は本発明の作用効果を示す図で、有効平均圧力と
スモークとが燃料当量比について変化する状況を
示す図である。 １，１０……燃料噴射ノズル、２……シリンダ
ヘツド、３……先端部、６０……噴孔部、４……
燃焼室、５……針弁、６……弁本体、７，７０…
…噴孔、８……弁座部、９……ノズルナツト、６
１……キー溝、６２……キー、６３，９１……ね
じ部。

【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ピストンの頂部に凹状燃焼室を設けてなる直
   噴式デイーゼルエンジンの前記燃焼室に燃料を噴
   射する燃料噴射ノズルの噴孔部に、前記燃焼室の
   開口縁近傍に燃料を噴射する横辺と前記燃焼室の
   側壁面に上下方向に燃料を噴射する縦辺とを有す
   るＴ字状スリツトからなる噴孔を形成したことを
   特徴とする直噴式デイーゼルエンジン用燃料噴射
   ノズル。