JPH06147058A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料噴射を段階的に行う燃料噴射ノズルにお
いて、燃料噴射特性を改善する。 【構成】 複数対のパイロット噴孔３とメイン噴孔９を
それぞれの出口付近で交差させ、各メイン噴孔９をノズ
ル中心線Ｏ₁から放射状に形成する一方、燃焼室にスワ
ールを生起する手段を設け、各パイロット噴孔３をその
中心線Ｏ₃がノズル中心線Ｏ₁と交わらないように、かつ
その燃料噴射方向がスワールと同一回転方向に向けられ
るように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直噴式ディーゼルエン
ジン等に用いられる燃料噴射ノズルの改良に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの着火遅れを少なく
して円滑な燃焼を実現するために、燃料噴射を段階的に
行う燃料噴射ノズルがある。

【０００３】この種の燃料噴射ノズルとして従来例えば
図８に示すものがあった(特開昭５９−１４７８６２号
公報、同６４−４５９６０号公報参照)。

【０００４】これについて説明すると、ノズルボディ４
１に複数のパイロット噴孔４３とメイン噴孔４９がそれ
ぞれ放射状に開口し、針弁４２の初期リフト時に小径の
パイロット噴孔４３のみが開いて、図９に矢印Ｂで示す
ように少量の燃料をピストン４５のキャビティ４０に噴
射し、さらに針弁４２がリフトするのに伴って大径のメ
イン噴孔４９も開いて矢印Ｃで示すように大量の燃料を
噴射するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置にあっては、パイロット噴孔４３とメイン
噴孔４９で同一の噴霧形態で噴射されるため、初期噴射
時に比較的低圧でパイロット噴孔４３から噴射される燃
料の微粒化が不足するという問題点があった。

【０００６】また、大量の燃料が噴射される主噴射時に
パイロット噴孔４３からの燃料噴霧とメイン噴孔４９か
らの燃料噴霧とが重なり合い、燃焼室に燃料が過濃とな
る領域をつくってスモークの悪化を来すという問題点が
あった。

【０００７】本発明は上記の問題点に着目し、燃料噴射
を段階的に行う燃料噴射ノズルにおいて、燃料噴射特性
を改善することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料噴射ポン
プからエンジン回転に同期して圧送される燃料圧力に応
じて針弁が多段階にリフトして燃料を噴射する燃料噴射
ノズルにおいて、針弁を収装するノズルボディに円錐形
に窪む座面を形成する一方、針弁に円錐形に突出するシ
ート面部を形成するとともに、シート面部の基端縁部に
座面に対して線状に接触するシート線部を形成し、座面
にシート線部の直下流側で開口する複数のパイロット噴
孔とシート線部に対して比較的遠い位置で開口する複数
のメイン噴孔を形成し、それぞれ対応するパイロット噴
孔とメイン噴孔をそれぞれの出口付近で交差させ、針弁
の初期リフト時にシート線部と座面の間に画成される入
口有効開口面積を各パイロット噴孔の開口面積の総和よ
り小さく設定し、各メイン噴孔をノズル中心線から放射
状に形成する一方、燃焼室にスワールを生起する手段を
設け、各パイロット噴孔をその中心線がノズル中心線と
交わらないように、かつその燃料噴射方向がスワールと
同一回転方向に向けられるように形成する。

【０００９】

【作用】シート面部と座面の間に画成される円錐状流路
を通って導かれる燃料流はシート線部と座面の間で強く
絞られる針弁の初期リフト時において、シート線部と座
面の間に画成される入口有効開口面積を各パイロット噴
孔の開口面積の総和より小さく小さく設定したため、燃
料の大部分がシート線部の直下流側に開口する各パイロ
ット噴孔に流入する一方、シート面部から離れて開口す
る各メイン噴孔に流入することが抑制される。これによ
り初期リフト時に噴射される少量の燃料は各パイロット
噴孔を通って燃焼室の中央部に向けて噴出する。初期噴
射燃料の大部分を小径のパイロット噴孔から噴射するこ
とにより、十分に微粒化された燃料噴霧を燃焼室の中央
部に集められ、着火遅れの少ない安定かつ円滑な初期燃
焼を実現する。

【００１０】針弁が初期リフト量を越えてリフトする
と、シート線部と座面の間に画成される入口による絞り
効果が相対的に小さくなり、シート面部と座面の間に画
成される円錐筒状流路を通って導かれる燃料の圧力が均
一化し、多くの燃料が大径かつ噴射角の浅い各メイン噴
孔を通って噴出し、残りの燃料が各パイロット噴孔を通
って噴出する。

【００１１】パイロット噴孔とメイン噴孔はそれぞれの
出口部付近で互いに交差しているため、各噴孔を通った
燃料流は燃焼室に噴出する直前で互いに衝突し、噴霧の
微粒化が促進されるともに、１回の噴射中に噴射方向が
燃焼室の下方から側方へと変化し、かつ燃料噴射量の増
大に伴って貫徹力の強い燃料噴霧が供給される。

【００１２】各パイロット噴孔をその中心線がノズル中
心線と交わらないように、かつその燃料噴射方向が燃焼
室に生起されるスワールと同一回転方向となるように形
成したため、各パイロット噴孔を通って噴出する燃料噴
霧がスワールの空気流動と合流して旋回することによ
り、各メイン噴孔を通って噴出する燃料噴霧と燃焼室に
おいて重なり合うことが抑えられ、拡散燃焼を活発化さ
せてスモークを抑えるとともに、燃料噴射時期をある程
度遅らせてＮＯｘの低減をはかることが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１４】図４に示すように、直噴式ディーゼルエン
ジンに備えられる燃料噴射ノズル１０は、燃料ポンプか
ら通路を介して圧送される燃料圧力に応じて針弁２が２
段階にリフトして燃料噴射を段階的に行うようになって
いる。図示しないピストン頂面には皿状に窪むキャビテ
ィが形成され、燃料噴射ノズル１０はシリンダヘッドか
ら燃焼室の中央に臨んで垂直に設けられる。

【００１５】中空の筒状ノズルボディ１内に針弁２が摺
動可能に収装され、針弁２を閉弁付勢する第一バネ６と
第二バネ７が並列に介装され、針弁２がリテーナ８に当
接する初期リフトまでの段階では第一バネ６が働き、初
期リフトを過ぎるとこれに加えて第二バネ７の付勢力が
プッシュロッド５を介して働くことにより、燃料噴射圧
力に対して針弁２が段階的にリフトし、初期噴射燃料が
着火した後に大量の主噴射が行われる。ここでは初期リ
フト量Ｌ₁が例えば０．０６ｍｍ、全リフト量Ｌ₂が例え
ば０．２５ｍｍに設定される。

【００１６】図１に示すように、ノズルボディ１には円
錐形に窪む座面１１が形成され、座面１１には複数対の
メイン噴孔９とパイロット噴孔３が形成される。対にな
るパイロット噴孔３とメイン噴孔９はそれぞれの出口で
互いに交差する。なお、この先端合流タイプの噴孔を有
する燃料噴射ノズルについては、既に本出願人により特
願平２−４０４０７５号として出願されている。

【００１７】針弁２の先端には円錐形のシート面部２１
が形成され、シート面部２１より基端側に円錐面２３が
形成され、シート面部２１より先端側には円錐面２４が
形成され、それぞれの円錐角度は円錐面２３、シート面
部２１、円錐面２４の順に段階的に大きく設定される。
シート面部２１の円錐角度は座面１１の円錐角度より所
定の比率で大きく形成され、シート面部２１の基端縁部
（円錐面２３とシート面部２１の境界線）に当たるシー
ト線部２２を座面１１に線接触させて各噴孔３，９に至
る円錐筒状の燃料流路を閉塞するようになっている。

【００１８】座面１１の先端部には下穴１２が形成され
る。この下穴１２は座面１１の加工逃げとなるととも
に、主噴射時に各メイン噴孔９に導かれる燃料圧力を均
一にするように所定容積を持っている。

【００１９】パイロット噴孔３はその入口３ａがシート
線部２２の直下流側に位置して座面１１に開口する一
方、メイン噴孔９はその入口９ａがシート面部２１の先
端部に対峙して座面１１に開口する。すなわち、メイン
噴孔９の入口９ａはパイロット噴孔３の入口３ａよりシ
ート線部２１に対して遠い位置で開口している。

【００２０】各パイロット噴孔３の入口３ａはノズル中
心線Ｏ₁と直交する円周面上に所定の間隔で並び、メイ
ン噴孔９の入口９ａは同じくノズル中心線Ｏ₁と直交す
る別の円周面上に所定の間隔で並んでいる。メイン噴孔
９はシリンダ軸と直交する水平方向に配置されるのに対
し、パイロット噴孔３は下方のキャビティ内に向けて傾
斜している。

【００２１】各メイン噴孔９は図２の平面投影図上にお
いて放射状に配置され、メイン噴孔９の中心線Ｏ₉はノ
ズル中心線Ｏ₁を含む平面上に位置している。

【００２２】一方、図示しない吸気弁の開弁に伴って吸
気ポートから流入する吸気を燃焼室内で図２に矢印で示
すように旋回させて吸気スワールを生起する手段が設け
られ、かつパイロット噴孔３は図２の平面投影図上にお
いてメイン噴孔９に対しα度だけ傾斜し、その燃料噴射
方向が吸気スワールと同一回転方向に向くように傾斜し
て形成される。図３は座面１１の展開図であるが、各パ
イロット噴孔３の入口３ａは各メイン噴孔９の入口９ａ
に対してスワール旋回方向について上流側に位置してい
る。

【００２３】パイロット噴孔３の孔径Ｄ₃はメイン噴孔
９の孔径Ｄ₉に対し所定の比率で小さく設定される。パ
イロット噴孔３の孔径Ｄ₃は後述するように初期リフト
時に要求される噴射率が得られるように任意に設定され
る一方、メイン噴孔９の孔径Ｄ₉は主噴射時に要求され
る噴射率が得られるように任意に設定される。

【００２４】そして、パイロット噴孔３の開口面積Ａ₃
（＝Ｄ₃ ²×π／４）の総和ΣＡ₃は初期リフト時の入口
有効開口面積Ａｓより所定の比率で大きく設定されると
ともに、初期リフト時の入口有効開口面積Ａｓはパイロ
ット噴孔３の入口カーテン面積Ａｃの総和ΣＡｃより小
さく設定され、初期リフト時に燃料の大部分が各パイロ
ット噴孔３から噴射されるように構成される。ただし、
入口有効開口面積Ａｓは針弁２のシート線部２２とノズ
ルボディ１の座面１１の間で画成される環状流路の開口
面積とし、入口カーテン面積Ａｃはパイロット噴孔３の
開口縁部（入口円周）と針弁２のシート面部２１の間で
画成される環状流路の最小開口面積とする。

【００２５】次に、作用について説明する。

【００２６】燃料噴射ポンプから燃料噴射ノズル１０に
エンジン回転に同期して送られる燃料は、その圧力上昇
に伴って第一バネ６のみを圧縮して針弁２を初期リフト
させて少量の燃料を初期噴射した後、圧力が所定値を越
えると、こんどは第二バネ７も圧縮しながらフルリフト
して大量の燃料を主噴射する。

【００２７】シート面部２１と座面１１の間に画成され
る円錐筒状流路を通って導かれる燃料流はシート線部２
２と座面１１の間で強く絞られる針弁２の初期リフト
時、シート線部２２と座面１１の間に画成される入口有
効開口面積Ａｓがパイロット噴孔３の開口面積Ａ₃の総
和ΣＡ₃より小さく、かつパイロット噴孔３の入口カー
テン面積Ａｃの総和ΣＡｃより小さく設定されたため、
燃料の大部分がシート線部２２の直下流側に開口する各
パイロット噴孔３に流入する一方、シート線部２２から
離れて開口する各メイン噴孔９に流入することが抑制さ
れる。これにより初期噴射燃料は図中２点鎖線で示すよ
うに各パイロット噴孔３を通って燃焼室の中央部に向け
て噴出する。

【００２８】パイロット噴孔３の孔径Ｄ₃は所定の初期
噴射量となるように適切に設定したことにより、初期リ
フト時の噴射率を低く抑えられると同時に、小径のパイ
ロット噴孔３を通って燃焼室に噴射されるため、燃料噴
霧の微粒化が促進される。この結果、着火遅れ少ない、
従って振動や騒音の少ない、安定かつ円滑な初期燃焼を
実現する。

【００２９】燃料圧力の上昇に伴って針弁２が初期リフ
ト量を越えてリフトすると、シート線部２２と座面１１
の間に画成される入口有効開口面積Ａｓがパイロット噴
孔３の開口面積Ａ₃の総和ΣＡ₃より大きく、かつパイロ
ット噴孔３の入口カーテン面積Ａｃの総和ΣＡｃより大
きくなるため、シート面部２１と座面１１の間に画成さ
れる円錐状流路を通って導かれる燃料圧力が、上流と下
流でほとんど同等となり、多くの燃料が開口面積の大き
い各メイン噴孔９を通って噴出し、残りの燃料が各パイ
ロット噴孔３を通って噴出する。

【００３０】パイロット噴孔３とメイン噴孔９はそれぞ
れの出口部で互いに交差しているため、各噴孔３，９を
通った燃料流は燃焼室に噴出する直前で互いに衝突し、
燃料噴霧の微粒化が促進されるともに、１回の噴射中に
燃料噴射方向が燃焼室の下方から側方へと変化し、燃料
噴射量の増大に伴って貫徹力の強い燃料噴霧が供給され
る。

【００３１】各パイロット噴孔３をその中心線Ｏ₃がノ
ズル中心線Ｏ₁と交わらないように、かつその燃料噴射
方向が燃焼室に生起されるスワールと同一回転方向とな
るように形成したため、各パイロット噴孔３を通って噴
出する燃料噴霧がスワールの空気流動と合流して旋回す
ることにより、各メイン噴孔９を通って噴出する燃料噴
霧と燃焼室において重なり合うことが抑えられる。この
結果、拡散燃焼を活発化させてスモークを抑えるととも
に、燃料噴射時期をある程度遅らせてＮＯｘの低減をは
かることが可能となる。

【００３２】燃料噴射停止時は、燃料圧力の低下に伴っ
て針弁２のシート線部２２がノズルボディ１の座面１１
に線状に接合して、円錐状流路への燃料の流入が止めら
れる。

【００３３】次に、図５、図６、図７に示した他の実施
例は、メイン噴孔９に対して第一パイロット噴孔３と第
二パイロット噴孔４をそれぞれの出口で連通し、第二パ
イロット噴孔３を燃焼室に生起されるスワールと同一回
転方向となるように形成する一方、第二パイロット噴孔
４をノズル中心線Ｏ₁から放射状に形成するものであ
る。

【００３４】第一パイロット噴孔３の入口３ａと第二パ
イロット噴孔４の入口４ａはそれぞれシート線部２２の
直下流側に位置してノズル中心線Ｏ₁と直交する同一円
周上に並んで開口する。

【００３５】針弁２の初期リフト時、第一パイロット噴
孔３の開口面積Ａ₃と第二パイロット噴孔４の開口面積
Ａ₄の総和ΣＡ₃＋ΣＡ₄をシート線部２２と座面１１の
間に画成される入口有効開口面積Ａｓより大きく形成す
る。

【００３６】第一パイロット噴孔３の孔径Ｄ₁と第二パ
イロット噴孔４の孔径Ｄ₄をそれぞれ比較的小さく設定
することが可能となり、針弁２の初期リフト時の噴射率
を低く抑えられると同時に、小径の各パイロット噴孔
３，４を通って噴射される燃料噴霧の微粒化が促進され
る。

【００３７】この場合も、第一パイロット噴孔３をその
中心線Ｏ₃がノズル中心線Ｏ₁と交わらないように、かつ
その燃料噴射方向が燃焼室に生起されるスワールと同一
回転方向となるように形成したため、各第一パイロット
噴孔３を通って噴出する燃料噴霧がスワールの空気流動
と合流して旋回することにより、各メイン噴孔９を通っ
て噴出する燃料噴霧と燃焼室において重なり合うことが
抑えられる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、燃料噴射
を段階的に行う燃料噴射ノズルにおいて、パイロット噴
孔とメイン噴孔をそれぞれの出口付近で交差させ、針弁
の初期リフト時にシート線部と座面の間に画成される入
口有効開口面積を各パイロット噴孔の開口面積の総和よ
り小さく設定し、各メイン噴孔をノズル中心線から放射
状に形成する一方、燃焼室にスワールを生起する手段を
設け、各パイロット噴孔をその中心線がノズル中心線と
交わらないように、かつその燃料噴射方向がスワールと
同一回転方向に向けられるように形成したため、初期噴
射率を低減しつつ燃料の微粒化が促進されるとともに、
主噴射に移行するのに伴って燃料の噴霧方向を変え、ス
ワールの空気流動によって拡散燃焼が促進されることに
より、燃焼を円滑にしてディーゼルエンジンの騒音を低
減するとともに、スモークとＮＯｘを両立して低減する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す燃料噴射ノズルの先端部
の断面図である。

【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】同じく座面の展開図である。

【図４】同じく燃料噴射ノズルの全体断面図である。

【図５】他の実施例を示す燃料噴射ノズルの先端部の断
面図である。

【図６】同じく図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図７】同じく座面の展開図である。

【図８】従来例を示す燃料噴射ノズルの断面図である。

【図９】同じく燃料噴射ノズルおよびピストンの断面図
である。

【符号の説明】

１ ノズルボディ ２ 針弁 ３ パイロット噴孔 ３ａ パイロット噴孔入口 ３ｂ パイロット噴孔出口 ９ メイン噴孔 １１ 座面 ２１ シート面部 ２２ シート線部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 卓史 埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号 株 式会社ゼクセル東松山工場内 (72)発明者 吉津 文嗣 埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号 株 式会社ゼクセル東松山工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射ポンプからエンジン回転に同期
   して圧送される燃料圧力に応じて針弁が多段階にリフト
   して燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいて、針弁を収
   装するノズルボディに円錐形に窪む座面を形成する一
   方、針弁に円錐形に突出するシート面部を形成するとと
   もに、シート面部の基端縁部に座面に対して線状に接触
   するシート線部を形成し、座面にシート線部の直下流側
   で開口する複数のパイロット噴孔とシート線部に対して
   比較的遠い位置で開口する複数のメイン噴孔を形成し、
   それぞれ対応するパイロット噴孔とメイン噴孔をそれぞ
   れの出口付近で交差させ、針弁の初期リフト時にシート
   線部と座面の間に画成される入口有効開口面積を各パイ
   ロット噴孔の開口面積の総和より小さく設定し、各メイ
   ン噴孔をノズル中心線から放射状に形成する一方、燃焼
   室にスワールを生起する手段を設け、各パイロット噴孔
   をその中心線がノズル中心線と交わらないように、かつ
   その燃料噴射方向がスワールと同一回転方向に向けられ
   るように形成したことを特徴とする燃料噴射ノズル。