JPH08105367A - ディーゼル機関の噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 噴射ポンプの送油率が高い領域での噴射期間
の長期化を予防しつつ送油率が低い領域での初期噴射率
を低くしてＮＯｘの生成を抑制できるとともに、燃焼室
底部の空気利用率を向上させて燃焼を改善できる噴射ノ
ズルを提供する。 【構成】 燃焼室の周壁下端部に向って開口する主噴口
３と、該主噴口３とほぼ同一位相において燃焼室の底部
に向って開口する副噴口４で噴射ノズル１の噴口を構成
する。主噴口３を副噴口４より噴射ノズル１の先端側に
位置させるとともに、副噴口４を主噴口３より小径にし
たことにより、ディーゼル機関から排出されるＮＯｘ、
未燃成分あるいは黒煙を低減し、燃焼室の底部における
空気利用率を向上させて燃焼を改善するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼル機関の燃料噴
射手段として用いられる噴射ノズルに係り、特に、燃焼
の改善効果に優れたホール型の噴射ノズルに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関の燃料供給手段として用
いられる従来の噴射ノズルとしては、例えば実開昭５７
−１５８９７４号公報などに見られるように複数の等径
の噴口を設けたホール型の噴射ノズル、あるいは、実開
平２−５９２６０号公報などに見られるように、噴口の
開口面積を当該噴口到達時点での流量係数に応じて設定
したホール型の噴射ノズルがある。

【０００３】ところで、自動車用ディーゼル機関のよう
に運転される回転・負荷域が広いディーゼル機関におい
ては、機関の運転速度範囲が広いために噴射ポンプの送
油率が大きく変化する。従って、例えば低速低負荷域で
の運転時のように噴射ノズルに燃料を給送する噴射ポン
プの送油率が低い領域での初期噴射率を低くしてＮＯｘ
の生成を抑制すべく噴口径を小さくすると、高速高負荷
域での運転時のように噴射ポンプの送油率が高い領域で
の噴射期間が必要以上に長期化されてしまう。また、噴
射ポンプの送油率が高い領域での噴射期間を適正化すべ
く噴口径を大きくすると、噴射ポンプの送油率が低い領
域での初期噴射率も高くなって着火時点までの噴射量が
多くなってしまうために、ＮＯｘが生成され易くなると
いう不具合がある。

【０００４】一方、噴射ポンプの送油率が低い状態では
図２に一点鎖線で示したように噴口Ａの延長線Ｂに沿う
燃料噴霧Ｃが形成される。ところが、噴射ポンプの送油
率が高くなると、ニードルＤの下方に形成されているサ
ック部Ｅの内面に沿って流れる燃料がニードルＤを通過
して噴口Ａに至る燃料の流れに影響を及ぼして噴口Ａへ
の流入時点での燃料の流れの形態が変化してしまうため
に、図２に二点鎖線で示したように燃料噴霧Ｃが上方に
偏位することがある。そして、このように燃料噴霧Ｃが
噴口Ａの延長線Ｂより上方に偏位した状態で形成される
と、燃焼室の浅い部分に多量の燃料が供給されて深い部
分に供給され難くなるために、燃焼室底部の空気利用率
が低下して燃焼が悪化するという不具合が生じる。

【０００５】このような不具合を解消するためには、副
室式ディーゼル機関に用いられるピントル型、スロット
ル型もしくはピントークス型の噴射ノズルを用い、ある
いは、二段開弁圧ノズルを採用することが有効である。
しかしながら、前者のような副室式ディーゼル機関用の
噴射ノズルを直接噴射式のディーゼル機関に用いること
は実質的に不可能であり、後者の二段開弁圧ノズルは構
成が複雑で高価であるという問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであって、噴射ポンプの送油率が高い
領域での噴射期間の長期化を予防しつつ送油率が低い領
域での初期噴射率を低くしてＮＯｘの生成を抑制できる
とともに、燃焼室底部の空気利用率を向上させて燃焼を
改善できる噴射ノズルを提供することを課題としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、燃焼室の周壁下端部に向って開口する主噴
口と、該主噴口とほぼ同一位相において燃焼室の底部に
向って開口する副噴口で噴射ノズルの噴口を構成してい
る。そして、主噴口を副噴口より噴射ノズルの先端側に
位置させるとともに、副噴口を主噴口より小径にしたこ
とを特徴している。

【０００８】

【作用】上記のように構成したディーゼル機関の噴射ノ
ズルにおいて、噴射ポンプから吐出された燃料の圧力が
上昇すると、ノズルに設けたニードルがリフトされて噴
口から燃料が噴射される。また、噴口の流路抵抗は、該
噴口の口径が大きくなるにつれて小さくなる。従って、
噴射ポンプの送油率が低い領域では流路抵抗が大きい副
噴口からの噴射量は少なく、流路抵抗が小さい主噴口か
ら主として燃料が噴射されるために初期噴射率が抑えら
れる。

【０００９】一方、噴射ポンプの送油率が高くなると、
これにともなって燃料の圧力も高くなる。従って、この
場合は流路抵抗が大きな副噴口からもかなりの量の燃料
が噴射されて噴口の有効開口面積および有効数が増大す
るために、噴射期間の長期化が防止されるとともに、噴
射された燃料と空気の混合性が改善される。

【００１０】すなわち、主噴口を副噴口より大径にして
両噴口の流路抵抗を異ならせているために、噴射ポンプ
の送油率が低い領域では噴口の有効開口面積および有効
数が少なくなり、噴射ポンプの送油率が高くなると噴口
の有効開口面積および有効数が増加する。よって、送油
率が低い領域での初期噴射率を低くして静粛な燃焼を行
なわせつつ、送油率が高い領域では噴射期間の長期化が
防止されるとともに燃料と空気の混合性が改善されるた
めに、黒煙の発生が抑制される。

【００１１】ところで、噴射ポンプの送油率が低いとき
は主噴口の延長線に沿って燃料噴霧が形成されるため
に、主噴口から噴射された燃料噴霧は燃焼室の深い部分
に供給されて渦流による撹拌作用を受けて空気と混合さ
れる。しかしながら、噴射ポンプの送油率が高くなる
と、ニードルの下方に形成されているサック部の内面に
沿って流れる燃料がニードルを通過してきた燃料の流れ
に影響を及ぼすために、主噴口の延長線より上方に偏位
した燃料噴霧が形成されようとする。

【００１２】ところが、このように噴射ポンプの送油率
が高くなった場合は前記のように副噴口からかなりの量
の燃料が噴射されて主噴口から噴射された燃料噴霧を燃
焼室の底部に向って押し流し拡散させる。従って、主噴
口および副噴口から噴射された燃料は、噴射ポンプの送
油率が低い場合はもとより、送油率が高くなった場合に
も燃焼室の深い部分確実に到達し、渦流による撹拌作用
を受けて空気と混合される。

【００１３】このために、ディーゼル機関の回転数およ
び負荷の変化にともなって噴射ポンプの送油率が大きく
変動した場合においても、燃料と空気の撹拌性が確保さ
れて空気と燃料が充分に混合される。また、多量の空気
を必要とする領域での運転時には前記したように副噴口
から噴射された燃料噴霧による押し流し作用で主噴口か
ら噴射された燃料噴霧を燃焼室の底部に強制的に押し流
し拡散させるようにしているために、従来は利用し難い
とされていた燃焼室底部の空気をも有効利用することが
でき、燃焼が改善されて黒煙および未燃成分の排出が減
少する。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて詳細に
説明する。図１は本発明に係るディーゼル機関の噴射ポ
ンプの一実施例を示すノズル先端部分の断面図であり、
図示しないピストンの頂面に凹設した燃焼室に噴射ノズ
ル１の先端を臨ませている。なお、噴射ノズル１には従
来同様にニードル２を設けている。噴射ノズル１の先端
には放射方向に向って開口する６個の主噴口３と、これ
ら主噴口３とほぼ同一位相において燃焼室の底部に向っ
て開口する６個の副噴口４をそれぞれほぼ同一円周上に
等配形成することにより、ニードル２がリフトされたと
きにこれら主噴口３および副噴口４から燃料を噴射供給
するようにしている。

【００１５】また、主噴口３を副噴口４より噴射ノズル
１の先端側に位置させるとともに、副噴口４を主噴口３
より小径にすることにより、副噴口４の開口面積を主噴
口３の開口面積の３５％〜６５％にしている。５は主噴
口３の延長線、６、７は主噴口３および副噴口４により
形成される燃料噴霧、８はサック部を示している。

【００１６】以上のような構成になるディーゼル機関の
噴射ノズルにおいて、図示しない噴射ポンプから吐出さ
れた燃料の圧力が上昇すると、ニードル２がリフトされ
て噴口３、４から燃料が噴射される。また、このときに
おける噴射量は、各噴口３、４の流路抵抗および噴口
３、４の開口位置による流量係数に依存して変化する。

【００１７】従って、噴射ポンプの送油率が低い領域で
は流路抵抗が大きい副噴口４からの噴射量は少なくな
り、流路抵抗の小さな主噴口３から主として噴射され
る。このために、噴射ポンプの送油率が低い領域では噴
口の有効開口面積および有効数が少なくなるために、初
期噴射率が抑えられ、静粛な燃焼が行なわれて燃焼音が
低くなるとともに、ＮＯｘの生成が抑制される。なお、
主噴口３から噴射された燃料噴霧６は燃焼室の深い部分
において空気と混合されて充分な長さの期間だけ燃焼ガ
スが燃焼室に閉じ込められて燃焼が継続されるために、
燃焼室から未燃状態のまま流出することはない。

【００１８】一方、噴射ポンプの送油率が高くなった場
合は、燃料の圧力も高くなる。すると、流路抵抗が大き
な副噴口４からもかなりの量の燃料が噴射されて噴口の
有効開口面積および有効数が増大するために、噴射期間
の長期化が防止される。

【００１９】ところで、噴射ポンプの送油率が低い状態
では図１に一点鎖線で示したように主噴口３の延長線５
に沿って燃料噴霧６が形成されるために、主噴口３から
噴射された燃料噴霧６は燃焼室の深い部分に供給されて
渦流による撹拌作用を受けて空気と混合される。しかし
ながら、噴射ポンプの送油率が高くなった場合はニード
ル２の下方に形成されているサック部８の内面に沿って
流れる燃料がニードル２を通過して主噴口３に向う燃料
の流れに影響を及ぼすために、主噴口３の延長線５より
上方に偏位した燃料噴霧が形成されようとする。

【００２０】しかしながら、この場合は副噴口４からか
なりの量の燃料が噴射されて主噴口３から噴射された燃
料噴霧６を燃焼室の底部に向って押し流し拡散させるた
めに、図１に二点鎖線で示したように燃焼室の底部に向
って拡散する。従って、主噴口３および副噴口４から噴
射された燃料は、噴射ポンプの送油率が低い場合はもと
より、送油率が高い領域においても燃焼室の深い部分に
確実に到達し、渦流による撹拌作用を受けて空気と混合
されて充分な長さの期間だけ燃焼ガスが燃焼室に閉じ込
められて燃焼が継続されるために、燃焼室から未燃状態
のまま流出することはない。なお、副噴口４による燃料
噴霧７で主噴口３による燃料噴霧６を燃焼室の底部に押
し流し拡散させた場合においても、主噴口３による燃料
噴霧６の貫徹力はほとんど減少しない。

【００２１】このために、ディーゼル機関の回転数など
の変化にともなって噴射ポンプの送油率が大きく変動し
たとしても、燃料と空気の撹拌性が確保されて空気と燃
料が充分に混合される。また、多量の空気を必要とする
領域では前記したように副噴口４から噴射された燃料噴
霧７による押し流し作用で主噴口３から噴射された燃料
噴霧６を燃焼室の底部に強制的に押し流し拡散させるよ
うにしているために、従来は利用し難いとされていた燃
焼室底部の空気をも有効利用することができ、燃焼が改
善されて黒煙および未燃成分の排出が減少する。

【００２２】すなわち、噴射ポンプの送油率が低い領域
では噴口の有効開口面積および有効数が少なくなり、噴
射ポンプの送油率が高くなると噴口の有効開口面積およ
び有効数が増加する。よって、送油率が低い領域での初
期噴射率を低くして静粛な燃焼を行なわせつつ、送油率
が高い領域での噴射期間の長期化を防止し、しかも、噴
射ポンプの送油率の上昇にともなう燃料噴霧の浮き上が
りを予防して空気導入の悪化を回避して燃焼の改善を行
なうために、ＮＯｘの生成を防止しつつ未燃成分および
黒煙の排出を抑制することができる。

【００２３】なお、実施例においては６個の主噴口３お
よび副噴口４を設けるとともに、副噴口４の開口面積を
主噴口３の開口面積の３５％〜６５％に設定して黒煙お
よびＮＯｘの生成をともに低減させるようにしている
が、例えば副噴口４の開口方向を燃焼室内に形成される
渦流を助長させる方向に傾斜させることにより、副噴口
からの燃料噴霧を利用して主噴口からの燃料噴霧の拡散
性を確保しつつ渦流の減衰を補償するなど、ディーゼル
機関、噴射ポンプもしくは噴射ノズルの仕様などに応じ
て主噴口と副噴口の開口面積比、数もしくは開口方向を
変更し、あるいは、本発明を二段開弁圧ノズル、ユニッ
トインジェクタあるいは蓄圧式ノズルに適用することも
できる。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、噴射ポンプの送油率が高い領域での噴射期間の
長期化を予防しつつ送油率が低い領域での初期噴射率を
低くできるために、ディーゼル機関から排出されるＮＯ
ｘ、未燃成分あるいは黒煙を低減することができる。ま
た、噴射ポンプの送油率の上昇にともなう燃料噴霧の浮
き上がりを予防しつつ燃料噴霧を燃焼室の底部に確実に
拡散させるようにしているために、空気利用率が向上し
て燃焼が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るディーゼル機関の噴射ポンプの一
実施例を示すノズル先端部分の断面図である。

【図２】ディーゼル機関の噴射ポンプの従来例を示すノ
ズル先端部分の断面図である。

【符号の説明】

１ 噴射ノズル ２ ニードル ３ 主噴口 ４ 副噴口 ５ 主噴口の延長線 ６ 燃料噴霧 ７ 燃料噴霧 ８ サック部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 噴射ノズルの先端をピストンの頂面に凹
   設した燃焼室に臨ませたディーゼル機関において、燃焼
   室の周壁下端部に向って開口する主噴口と、該主噴口と
   ほぼ同一位相において燃焼室の底部に向って開口する副
   噴口で噴射ノズルの噴口を構成し、主噴口を副噴口より
   噴射ノズルの先端側に位置させるとともに、副噴口を主
   噴口より小径にしたことを特徴とするディーゼル機関の
   噴射ノズル。