JPH08296533A - 燃料噴射ノズルとその燃焼方式 - Google Patents
燃料噴射ノズルとその燃焼方式Info
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- JPH08296533A JPH08296533A JP13983795A JP13983795A JPH08296533A JP H08296533 A JPH08296533 A JP H08296533A JP 13983795 A JP13983795 A JP 13983795A JP 13983795 A JP13983795 A JP 13983795A JP H08296533 A JPH08296533 A JP H08296533A
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02M61/18—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】直噴ディーゼル機関の燃料噴射方式を噴射弁機
構により改善し、パイロット噴射・分割噴射等、時間変
化による噴射率の自在な制御を行ない得る多噴孔ノズル
技術を提示することによって、燃焼反応の改善を図り、
ディーゼルエンジンの低公害化と高性能化の両立を目的
とする。 【構成】多噴孔ホールノズル先端のサック部内に、先端
部を円柱状としたニードル弁ピン部を小間隙で摺動的に
作動せしめ、スライド的に噴孔の開閉作用を行なう多噴
孔ノズルにおいて、加圧燃料をシート部よりピン部内に
構成した流路を経して、サック部に到達し得る流路を形
成し、ピン中間域にも環状溝を設けてピン内部流路に連
通する流路を構成し、この溝部に近接してサック壁に先
行噴射用噴孔を具備することにより、ピン端部のリフト
作用で開孔する噴孔に先行して、先行噴射孔の噴射を行
なうことにより、燃焼室内に先行反応域を形成し、時差
を有する多段・多角度噴射によって、同時反応と同域反
応特性を有する従来直噴ディーゼルの欠点を改善し得る
多段・多角度噴射技術である。
構により改善し、パイロット噴射・分割噴射等、時間変
化による噴射率の自在な制御を行ない得る多噴孔ノズル
技術を提示することによって、燃焼反応の改善を図り、
ディーゼルエンジンの低公害化と高性能化の両立を目的
とする。 【構成】多噴孔ホールノズル先端のサック部内に、先端
部を円柱状としたニードル弁ピン部を小間隙で摺動的に
作動せしめ、スライド的に噴孔の開閉作用を行なう多噴
孔ノズルにおいて、加圧燃料をシート部よりピン部内に
構成した流路を経して、サック部に到達し得る流路を形
成し、ピン中間域にも環状溝を設けてピン内部流路に連
通する流路を構成し、この溝部に近接してサック壁に先
行噴射用噴孔を具備することにより、ピン端部のリフト
作用で開孔する噴孔に先行して、先行噴射孔の噴射を行
なうことにより、燃焼室内に先行反応域を形成し、時差
を有する多段・多角度噴射によって、同時反応と同域反
応特性を有する従来直噴ディーゼルの欠点を改善し得る
多段・多角度噴射技術である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射機関の基幹技術
である燃料噴射ノズルと、燃焼方式に関する。
である燃料噴射ノズルと、燃焼方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の燃焼は化学反応であり、その
反応は燃料と空気との物理的整合条件や雰囲気条件で支
配されることが公知であることから、燃料供給条件に関
しても多くの手段・方法が提示され、試みられてもい
る。
反応は燃料と空気との物理的整合条件や雰囲気条件で支
配されることが公知であることから、燃料供給条件に関
しても多くの手段・方法が提示され、試みられてもい
る。
【０００３】特に高圧縮比の採用によって高い熱効率を
得ることの可能な直噴ディーゼル燃焼方式は、従来より
多噴孔噴霧拡散方式を用い、近時はこれの噴射を超高圧
化することによってスモークの低減を図る技術を推進し
ている。
得ることの可能な直噴ディーゼル燃焼方式は、従来より
多噴孔噴霧拡散方式を用い、近時はこれの噴射を超高圧
化することによってスモークの低減を図る技術を推進し
ている。
【０００４】しかし噴射圧力の超高圧化によれば、噴射
エネルギーの増加によって噴流の周囲空気巻き込み現象
や、燃料と空気の衝突作用増により微粒化混合が促進さ
れ、同一噴流軸中の同域反応による火炎重合現象の緩和
によってスモークは低減されるが、その反面ＮＯｘが増
加することになり、噴射系の超高圧化は大きなコスト増
加にも拘らず、ＮＯｘを制御することの困難な問題点を
有している。
エネルギーの増加によって噴流の周囲空気巻き込み現象
や、燃料と空気の衝突作用増により微粒化混合が促進さ
れ、同一噴流軸中の同域反応による火炎重合現象の緩和
によってスモークは低減されるが、その反面ＮＯｘが増
加することになり、噴射系の超高圧化は大きなコスト増
加にも拘らず、ＮＯｘを制御することの困難な問題点を
有している。
【０００５】この問題を改善する手段として多くのノズ
ル技術や燃焼技術が提示されているが、そのいずれもが
複雑な構成であり実用化に困難な形態が多く、その有効
性に関しても推測記述のみであり、ディーゼル燃焼技術
の中核とも云うべき燃料噴射技術に関しては、抜本的有
効技術が未だ見出せぬ現状にある。
ル技術や燃焼技術が提示されているが、そのいずれもが
複雑な構成であり実用化に困難な形態が多く、その有効
性に関しても推測記述のみであり、ディーゼル燃焼技術
の中核とも云うべき燃料噴射技術に関しては、抜本的有
効技術が未だ見出せぬ現状にある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は噴射系に超高
圧を用いることなく、ノズル構造を新規に構築すること
により、多噴孔噴霧拡散による燃料の展開作用を時差的
・分割的・多角度的に行なうことにより、燃料噴射率の
制御と火炎反応域の重合回避を可能とし、空気利用率を
向上させ、燃焼圧力上昇率・最高圧力を制御することに
より、機関出力の向上・排気有害成分の低減を図り得
る、燃料噴射ノズルと燃焼方式の提示を目的とするもの
である。
圧を用いることなく、ノズル構造を新規に構築すること
により、多噴孔噴霧拡散による燃料の展開作用を時差的
・分割的・多角度的に行なうことにより、燃料噴射率の
制御と火炎反応域の重合回避を可能とし、空気利用率を
向上させ、燃焼圧力上昇率・最高圧力を制御することに
より、機関出力の向上・排気有害成分の低減を図り得
る、燃料噴射ノズルと燃焼方式の提示を目的とするもの
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は多噴孔噴霧拡散
燃焼方式（直噴ディーゼル方式）において、ノズル先端
の噴孔部（サック部）と、この噴孔部内壁に摺動的に作
動するニードル先端を円柱状ピン部とした構造におい
て、円柱状ピン部外壁に環状溝部を構成し、この溝部と
ピン中心軸に構成した燃料流路を連通させ、噴射ポンプ
によって加圧しうる燃料供給路を形成し、ニードルリフ
トの上昇移動により環状溝部を経して、噴孔と合致した
位置において噴射を開始すべくにし、噴孔の開閉作用は
溝部の切線によるスライド作用で行なわしめ、燃焼室内
へ噴霧流を微粒化して展開させ、かつ閉鎖しうる構造の
燃料噴射弁構造である。
燃焼方式（直噴ディーゼル方式）において、ノズル先端
の噴孔部（サック部）と、この噴孔部内壁に摺動的に作
動するニードル先端を円柱状ピン部とした構造におい
て、円柱状ピン部外壁に環状溝部を構成し、この溝部と
ピン中心軸に構成した燃料流路を連通させ、噴射ポンプ
によって加圧しうる燃料供給路を形成し、ニードルリフ
トの上昇移動により環状溝部を経して、噴孔と合致した
位置において噴射を開始すべくにし、噴孔の開閉作用は
溝部の切線によるスライド作用で行なわしめ、燃焼室内
へ噴霧流を微粒化して展開させ、かつ閉鎖しうる構造の
燃料噴射弁構造である。
【０００８】更に環状部の複数構成やピン先端部の切線
的開閉作用によって、多段・多角度的に設けた噴孔より
の噴霧展開を、噴孔位置と環状溝部あるいはピン先端部
との設定組み合わせ条件を相関距離を変えることによ
り、時差を有する多段・多角度・分割構成とし、パイロ
ット等の燃料噴射形態や噴射率の物理的可変条件設定を
可能とした、燃料噴射ノズルと燃焼システムを提示する
ものである。
的開閉作用によって、多段・多角度的に設けた噴孔より
の噴霧展開を、噴孔位置と環状溝部あるいはピン先端部
との設定組み合わせ条件を相関距離を変えることによ
り、時差を有する多段・多角度・分割構成とし、パイロ
ット等の燃料噴射形態や噴射率の物理的可変条件設定を
可能とした、燃料噴射ノズルと燃焼システムを提示する
ものである。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例を図について説明すると次の
ごとくである。図１においてニードル（１）先端のピン
部（２）にはシート部（３）の開により、横流路（４）
中心流路（５）を経して加圧燃料が供給されるごとくの
流路構成である。
ごとくである。図１においてニードル（１）先端のピン
部（２）にはシート部（３）の開により、横流路（４）
中心流路（５）を経して加圧燃料が供給されるごとくの
流路構成である。
【００１０】この場合ピン部中間域（２）には環状溝部
（６）が形成され、溝底部（７）と中心流路（５）に複
数流路（８）で連通された構成である。
（６）が形成され、溝底部（７）と中心流路（５）に複
数流路（８）で連通された構成である。
【００１１】このピン部（２）に対するノズル先端噴孔
部（９）は、ニードル先端のピン部（２）が小間隙を有
して摺動しうるサック部構造であり、サック部側壁には
複数の燃料噴射孔（１０）が設けられている。
部（９）は、ニードル先端のピン部（２）が小間隙を有
して摺動しうるサック部構造であり、サック部側壁には
複数の燃料噴射孔（１０）が設けられている。
【００１２】これらの噴孔は目的に応じた噴孔径と噴射
角度を有し、ピン部の環状溝部（６）上縁に噴孔（１
０）下縁部が近接して設けられている。したがって、ニ
ードルピン部の少移動によって噴孔が切線的に開口する
仕組みである。
角度を有し、ピン部の環状溝部（６）上縁に噴孔（１
０）下縁部が近接して設けられている。したがって、ニ
ードルピン部の少移動によって噴孔が切線的に開口する
仕組みである。
【００１３】このような開孔手段によれば、噴射開始時
の先頭燃料は絞り作用により必然的に微粒化が促進され
着火に有利な条件が成立する。
の先頭燃料は絞り作用により必然的に微粒化が促進され
着火に有利な条件が成立する。
【００１４】環状溝部（６）の巾を噴孔径（１０）と同
径とし、ニードルの運動量を制御することによれば、噴
孔開き速度を速め閉作用を遅らせることや、下部に位置
付けした主噴孔（１１）を先行噴孔（１０）より時差的
に遅らせて開孔せしめること、ならびに先行噴孔を閉し
た後に、下部噴孔（１１）よりの噴射を行なわせる等が
自在に行なえる。
径とし、ニードルの運動量を制御することによれば、噴
孔開き速度を速め閉作用を遅らせることや、下部に位置
付けした主噴孔（１１）を先行噴孔（１０）より時差的
に遅らせて開孔せしめること、ならびに先行噴孔を閉し
た後に、下部噴孔（１１）よりの噴射を行なわせる等が
自在に行なえる。
【００１５】本発明によれば各噴孔径と噴射方向の設定
が自在で裕度を有することから、図２のごとき拡散反応
形態の構築が容易に行なわれる。即ち、先行噴射によっ
て燃焼室内にパイロット的先行反応域（１２）を形成
し、次にピン先端部によって開孔する主噴孔（１１）よ
りの噴射を先行反応域（１２）間へ（１３）のごとく行
なうことによれば、従来のパイロット噴射方式で解決す
ることが出来なかった反応域の重合現象によるスモーク
増加問題が解決する。即ち、パイロット反応の規模を選
択することによって、理想的な燃焼圧力上昇率を有する
反応の構築が可能となる。
が自在で裕度を有することから、図２のごとき拡散反応
形態の構築が容易に行なわれる。即ち、先行噴射によっ
て燃焼室内にパイロット的先行反応域（１２）を形成
し、次にピン先端部によって開孔する主噴孔（１１）よ
りの噴射を先行反応域（１２）間へ（１３）のごとく行
なうことによれば、従来のパイロット噴射方式で解決す
ることが出来なかった反応域の重合現象によるスモーク
増加問題が解決する。即ち、パイロット反応の規模を選
択することによって、理想的な燃焼圧力上昇率を有する
反応の構築が可能となる。
【００１６】また、噴孔の多段構成とニードルリフト制
御とによれば、噴孔群の分割噴射が自在となることは自
明である。したがって機関の負荷に応じた燃料量の拡散
分布形態の構成が容易に行なわれる。
御とによれば、噴孔群の分割噴射が自在となることは自
明である。したがって機関の負荷に応じた燃料量の拡散
分布形態の構成が容易に行なわれる。
【００１７】例えば、ピン部に複数の環状燃料供給路を
形成し、これとピン先端部を利用した噴孔の開閉作用と
を併用すれば、燃焼室内における燃料の拡散分布形態の
多段化・多角化・多噴孔化の構成は更に多様化する。
形成し、これとピン先端部を利用した噴孔の開閉作用と
を併用すれば、燃焼室内における燃料の拡散分布形態の
多段化・多角化・多噴孔化の構成は更に多様化する。
【００１８】
【作 用】記述のごとく本発明のノズル構成によれば、
従来の単純な多噴孔拡散ノズルによる噴霧形態の構成と
較べ噴射要素が格段に多様化するので、燃焼反応の前提
である燃料供給の物理的条件によって構成される関係要
素も必然的に大きく変革する。
従来の単純な多噴孔拡散ノズルによる噴霧形態の構成と
較べ噴射要素が格段に多様化するので、燃焼反応の前提
である燃料供給の物理的条件によって構成される関係要
素も必然的に大きく変革する。
【００１９】即ち、エンジンの燃焼反応を支配する燃料
供給条件と空気流動条件との二大要素のうち、燃料供給
条件が主要素とされている直噴ディーゼル燃焼方式にお
いては、特に本発明技術は燃焼技術の基本に係わる重要
素であり、従来技術が有する問題点を抜本的に改善し得
るべき、新燃焼技術開発の期待を合理的に立証し得る技
術である。
供給条件と空気流動条件との二大要素のうち、燃料供給
条件が主要素とされている直噴ディーゼル燃焼方式にお
いては、特に本発明技術は燃焼技術の基本に係わる重要
素であり、従来技術が有する問題点を抜本的に改善し得
るべき、新燃焼技術開発の期待を合理的に立証し得る技
術である。
【００２０】
【効 果】本発明による多段・多角度・多噴孔ノズを直
噴ディーゼル機関に用いれば、従来の単純な多噴孔ノズ
ルを用いたことによる問題点（特性とされた欠点）であ
る同時反応による急激な圧力上昇と、同域反応・火炎域
重合によるスモークの増加因は総て改善されることにな
る。
噴ディーゼル機関に用いれば、従来の単純な多噴孔ノズ
ルを用いたことによる問題点（特性とされた欠点）であ
る同時反応による急激な圧力上昇と、同域反応・火炎域
重合によるスモークの増加因は総て改善されることにな
る。
【００２１】即ち、多段噴射によるパイロット噴射方式
によれば、時差的に先行して小規模な反応域を形成し、
この先行反応域形成の直後に多段的に反応域の重合しな
い高温・高圧雰囲気へ主燃料群の噴射供給を行なえば、
主燃料群の反応は着火遅れ少なく、理想的拡散燃焼反応
として火炎重合度少なく燃焼室内に展開することにな
る。
によれば、時差的に先行して小規模な反応域を形成し、
この先行反応域形成の直後に多段的に反応域の重合しな
い高温・高圧雰囲気へ主燃料群の噴射供給を行なえば、
主燃料群の反応は着火遅れ少なく、理想的拡散燃焼反応
として火炎重合度少なく燃焼室内に展開することにな
る。
【００２２】このような多段燃焼形態は圧力上昇率・燃
焼最高圧を抑制し、同時にＮＯｘと騒音低減に有効であ
る。また、反応域・火炎域重合を多角度の噴孔構成によ
って排除することにより、酸素不足炭化因によるスモー
クの発生が減少する。更にスワール等の空気流動作用の
依存度が減ずる多噴孔特性によって、給気路抵抗の少な
い流路構成は給気効率を向上させ、この空気量と燃料噴
射パターンの多様化との整合によって、機関比出力を向
上させ得る有効性を確認した。
焼最高圧を抑制し、同時にＮＯｘと騒音低減に有効であ
る。また、反応域・火炎域重合を多角度の噴孔構成によ
って排除することにより、酸素不足炭化因によるスモー
クの発生が減少する。更にスワール等の空気流動作用の
依存度が減ずる多噴孔特性によって、給気路抵抗の少な
い流路構成は給気効率を向上させ、この空気量と燃料噴
射パターンの多様化との整合によって、機関比出力を向
上させ得る有効性を確認した。
【００２３】また、ピン部中間域に構成された環状溝部
よりの燃料供給手段は、ピン摺動作用の円滑化と潤滑性
を高め、耐久性に有効である。
よりの燃料供給手段は、ピン摺動作用の円滑化と潤滑性
を高め、耐久性に有効である。
【００２４】従来より多段・多角度・多噴孔を目的とし
たノズルの構成案は、いずれもその構造が複雑化し、コ
スト、信頼性を踏まえて実用化に困難な物や方法が多
く、実用化されていない現状である。
たノズルの構成案は、いずれもその構造が複雑化し、コ
スト、信頼性を踏まえて実用化に困難な物や方法が多
く、実用化されていない現状である。
【００２５】本発明はこれらと較べ、構造が簡単であ
り、製造の容易なことを最大の特徴とし、その効果を立
証するものである。
り、製造の容易なことを最大の特徴とし、その効果を立
証するものである。
【００２６】
【図１】 本発明の構成を示すノズル先端部断面拡大図
である。
である。
【図２】 反応域の重合を回避した多段・多角度噴射パ
ターンを示す模式説明図である。図２における中心域
は、ノズルピン環状溝部の偶数連通路と奇数噴孔の組み
合わせ例を表し、斜線部は先行反応域を示し、ドット部
は主反応域を示す。
ターンを示す模式説明図である。図２における中心域
は、ノズルピン環状溝部の偶数連通路と奇数噴孔の組み
合わせ例を表し、斜線部は先行反応域を示し、ドット部
は主反応域を示す。
【００２７】
１…ニードル弁の一部、２…ニードル先端ピン部、３…
燃料シート部、４…横連通路、５…中心連通路、６…環
状溝部、７…溝底部、８…複数連通路、９…先端孔部、
１０…先行用噴孔、１１…主噴孔、１２…先行反応域、
１３…主反応域。
燃料シート部、４…横連通路、５…中心連通路、６…環
状溝部、７…溝底部、８…複数連通路、９…先端孔部、
１０…先行用噴孔、１１…主噴孔、１２…先行反応域、
１３…主反応域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 61/10 Ｆ０２Ｍ 61/10 Ｑ
Claims (4)
- 【請求項１】 ノズル先端のサック部に多段・多角度的
に噴孔を複数に構成し、この噴孔の開閉作用をニードル
弁先端の円筒状ピン部摺動作用によってスライド的に行
なう燃料噴射弁において、円筒状ピン部外周壁に環状溝
部を設け、この溝部とピン中心軸の燃料流路間を連通し
た流路構成とし、ニードルリフトに伴い環状部よりの燃
料を近接構造としたサック部噴孔より、切線的開閉作用
によって噴射を行なうディーゼルエンジンの燃料噴射ノ
ズル。 - 【請求項２】 ノズル先端サック部の噴孔を多段・多角
度に構成し、ニードル弁の作動を制御することによっ
て、ピン環状溝部とピン先端縁に近接するごとく構成し
た複数の燃料噴射孔より、時差を有して分割・多段・多
角度な噴霧供給を行なう、前記特許請求範囲１記載の燃
料噴射ノズル。 - 【請求項３】 ニードル先端ピン部中間域に構成した環
状溝部と、ピン軸域の燃料流路間を連絡する流路本数
が、これに対するサック部の噴孔数と奇数・偶数関係と
することを特徴とした、前記特許請求範囲１記載の燃料
噴射ノズル。 - 【請求項４】 ニードル先端ピン部中間域の環状燃料供
給部に近接してパイロット噴射用噴孔を設け、ピン先端
部によって開閉される主噴孔よりの燃料噴射に先行して
パイロット噴射を行ない、パイロット噴射と主噴射との
時間差・噴射率・噴霧角度を変えることによって圧力上
昇率・熱発生率を制御し、主反応域とパイロット反応域
の重合を回避した条件構成を特徴とした、前記特許請求
範囲１記載のディーゼル燃焼方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13983795A JPH08296533A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 燃料噴射ノズルとその燃焼方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13983795A JPH08296533A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 燃料噴射ノズルとその燃焼方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08296533A true JPH08296533A (ja) | 1996-11-12 |
Family
ID=15254665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13983795A Pending JPH08296533A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 燃料噴射ノズルとその燃焼方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08296533A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6220146B1 (en) | 1998-09-16 | 2001-04-24 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Single-headed-piston type refrigerant compressor with means for preventing rotation of the piston about its own axis within the cylinder bore |
| CN1323239C (zh) * | 2005-02-07 | 2007-06-27 | 大连理工大学 | 喷油嘴 |
| JP2010007619A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Nissan Motor Co Ltd | ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法 |
| EP2378109A1 (en) * | 2010-04-15 | 2011-10-19 | Man Diesel & Turbo, Filial Af Man Diesel & Turbo Se, Tyskland | A fuel valve for large stroke diesel engines |
| JP2014070573A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Keihin Corp | 燃料噴射弁 |
| CN108533432A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-09-14 | 中国第汽车股份有限公司 | 一种提高各孔喷油均匀性的喷油嘴 |
-
1995
- 1995-04-26 JP JP13983795A patent/JPH08296533A/ja active Pending
Cited By (10)
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