JPH0861188A - ホール型燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 噴射量が多い領域での噴射期間の長期化を予
防しつつ、初期噴射率を低くして着火時点までの噴射量
を可及的に少なくしてＮＯｘおよび黒煙の生成を低減す
ることができる燃料噴射ノズルを提供する。 【構成】 大径の主噴口２と該主噴口２のコーン角αよ
り大きいコーン角βに設定した小径の副噴口３をノズル
１に設ける。主噴口２の長さを副噴口３の長さより小さ
くしたことにより、口径の異なる主副の噴口２、３から
噴射された燃料噴霧の貫徹力をほぼ同一にするととも
に、噴射量に応じて噴口の有効数を実質的に変化させて
エンジンから排出されるＮＯｘおよび黒煙を減少させる
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エンジンに用
いられる燃料噴射ノズルに係り、詳しくは、直接噴射式
ディーゼルエンジンから排出される窒素酸化物（以下、
ＮＯｘという）および黒煙を効果的に低減できるように
したホール型の燃料噴射ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の直接噴射式ディーゼルエンジンに
用いられるホール型の燃料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もの、あるいは、実開平２−
５９２６０号公報に見られるように複数個の噴口の開口
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
ものがある。

【０００３】しかしながら、自動車用ディーゼルエンジ
ンのように使用する回転・負荷域が広いエンジンにおい
ては、燃料供給量の制御範囲が広い。従って、例えば低
負荷域のように燃料の供給量が少な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、燃料の噴射量が多い高負荷域で噴射期間が必要
以上に長くなり過ぎてしまう。また、逆に高負荷域での
噴射期間を適正化すべく噴口径を大きくすると、低負荷
域においても初期噴射率が高くなってしまうために着火
時点までの噴射量が多くなってＮＯｘが生成され易くな
るという不具合がある。

【０００４】上記のような不具合を解消するためには副
室式ディーゼルエンジンに用いられるピントル型、スロ
ットル型あるいはピントークス型の燃料噴射ノズルを用
いることが考えられ、もしくは、二段開弁圧ノズルとす
ることが有効である。ところが、前者の副室式ディーゼ
ルエンジン用のノズルを直噴式ディーゼルエンジンに用
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。

【０００５】

【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り、噴射量が多い領域での噴射期
間の長期化を予防しつつ、初期噴射率を低くして着火時
点までの噴射量を可及的に少なくしてＮＯｘの生成を抑
制することができる燃料噴射ノズルを提供してディーゼ
ルエンジンから排出されるＮＯｘを低減することを課題
としている。

【０００６】

【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、ピストンに設けたキャビティの周壁に向っ
て開口する主噴口と、該主噴口よりコーン角が大きな副
噴口で前記噴口を構成している。そして、主噴口を副噴
口より大径にするとともに、主噴口の長さを副噴口の長
さより小さくしたことを特徴としている。

【０００７】また本発明においては、キャビティの底壁
中央に向って開口する補助噴口を設け、該補助噴口を副
噴口より小径にしたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】燃料噴射ポンプから吐出された燃料の圧力が上
昇すると、燃料噴射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
は該噴口の口径が小さくなるにつれて大きくなるため
に、燃料噴射ポンプの送油率が低い領域では流路抵抗が
大きい副噴口および補助噴口からの噴射量は少なくな
る。従って、低負荷域での運転のように送油率が低いと
きは初期噴射率が抑えられるために、静粛な燃焼が行な
われて燃焼音が低減されるとともに、ＮＯｘの生成が抑
制される。

【０００９】一方、高負荷域での運転のように噴射量が
増大した場合は、燃料噴射ポンプの送油率が高くなり、
これにともなって燃料の圧力も上昇する。従って、この
場合は流路抵抗が大きな副噴口および補助噴口からもあ
る程度の量の燃料が噴射されることになり、噴口の有効
開口面積および有効数が増大する。このために、噴射さ
れた燃料と空気との混合性が改善されて黒煙の発生が抑
制される。

【００１０】すなわち、主噴口を副噴口より大径にする
とともに、主噴口の外端部を例えばザグリ加工するなど
して該主噴口の長さを副噴口の長さよりも小さくするこ
とにより、両噴口から噴射された燃料噴霧の貫徹力をほ
ぼ等しくして、ノズルからキャビティ壁面までの最適距
離の選定を容易化しつつ、主噴口から噴射された燃料の
拡散性を高くしている。

【００１１】さらに、副噴口のコーン角を主噴口のコー
ン角よりも大きくしているために、主噴口から噴射され
た燃料噴霧がキャビティの深い部分において空気と混合
され、副噴口から噴射された燃料噴霧をキャビティの入
口部分（浅い部分）において空気と混合される。このた
めに、副噴口から噴射された燃料はキャビティに流入す
る激しい空気の流れを利用して空気と混合されるため
に、黒煙の抑制効果が高くなる。

【００１２】なお、キャビティの底壁中央部に向って開
口する補助噴口を設け、この補助噴口を副噴口よりも小
径にした場合は、この補助噴口の流路抵抗が主噴口およ
び副噴口よりも大きくなっているために、噴射量がさら
に多くなったときにある程度の量の燃料が補助噴口から
噴射される。

【００１３】ところで、ディーゼルエンジンのキャビテ
ィの底壁中央部には通常センターコーンを設けているた
めに、キャビティの中央部が浅くなっている。しかしな
がら、補助噴口を副噴口よりも小径にしているために該
補助噴口から噴射された燃料噴霧の貫徹力はきわめて小
さなものとなる。従って、補助噴口を設けた場合にもキ
ャビティの底壁に燃料噴霧が付着することによる不具合
が回避される。

【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は本発明に係るホール型燃料噴射ノズル
の一実施例を示す断面図、図２は図１の正面図であり、
放射方向に向って開口する６個の噴口をノズル１の先端
に設けている。噴口は大径の主噴口２と小径の副噴口３
の組合せで構成されており、３個の主噴口２と３個の副
噴口３をほぼ同一の円周上に交互に等間隔で配設してい
る。

【００１５】また、副噴口３の開口面積を主噴口２の開
口面積の３５％〜６５％に設定している。そして、主噴
口２をピストン４に設けたキャビティ５の周壁のほぼ中
央部に向って開口させるとともに、この主噴口２の外端
部にザグリ加工６を施すことにより、主噴口２の実質長
さを副噴口３の長さよりも小さくしている。さらに、副
噴口３のコーン角βを主噴口２のコーン角αより大きく
することにより、副噴口３をキャビティ５のエッジ部に
向って開口させている（なお、図においては主噴口２の
コーン角αおよび副噴口３のコーン角βの２分の１に相
当するα／２、β／２を示している）。

【００１６】なお、ノズル１の内部には従来のホール型
燃料噴射ノズルの場合と同様に図示しないニードルなど
を設けており、図示しない燃料噴射ポンプから供給され
た燃料の圧力が上昇すると、この燃料の圧力でニードル
がリフトされて噴口２、３を経て燃料が噴射されるよう
にしている。

【００１７】以上のような構成になる燃料噴射ノズルに
おいて、図示しない燃料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１に設けられているニード
ル（図示省略）がリフトされて噴口２、３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
２、３の流路抵抗および噴口２、３の開口位置による流
量係数に依存して変化する。

【００１８】従って、燃料噴射ポンプの送油率が低い領
域では流路抵抗が大きい小径の副噴口３からの噴射量が
少なくなり、流路抵抗が小さい大径の主噴口２から主と
して燃料が噴射される。このために、低負荷域での運転
のように噴射量が少ないときは噴口の有効数（全体とし
ての噴口の有効開口面積）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減さ
れるとともに、ＮＯｘの生成が抑制される。なお、主噴
口２をキャビティ５の周壁の中間部に向って開口させて
いるために、主噴口２から噴射された燃料噴霧がキャビ
ティ５の深い部分に噴射されることになり、未燃成分が
キャビティ５から流出することがない。

【００１９】一方、高負荷域での運転時のように噴射量
が増大した場合は、燃料噴射ポンプの送油率が高くな
り、これにともなって燃料の圧力も上昇する。すると、
流路抵抗が大きな小径の副噴口３からもかなりの量の燃
料が噴射されることになり、噴口の有効数および有効開
口面積が増加する。このために、初期噴射率を低くでき
るにも拘らず噴射期間が必要以上に長くなることがな
く、噴射された燃料と空気との混合性が改善されて黒煙
の発生が抑制される。なお、副噴口３から噴射された燃
料噴霧はキャビティ５に流入する強い流れとともにキャ
ビティ５に持ち込まれて混合されるために、空気の導入
が改善される。

【００２０】また、主噴口２の長さを副噴口３の長さよ
りも小さくしているために両噴口２、３から噴射された
燃料噴霧の貫徹力をほぼ等しくすることができる。すな
わち、大径の噴口（主噴口２）から噴射された燃料噴霧
の貫徹力は小径の噴口（副噴口３）から噴射された燃料
噴霧の貫徹力よりも大きい。従って、噴口２、３の大き
さを異ならせたのみでは主噴口２による燃料噴霧の到達
距離に対して副噴口３による燃料噴霧の到達距離が小さ
くなってしまうために、主噴口２による燃料噴霧の貫徹
力を前提としてノズル１からキャビティ５の壁面までの
距離を設定すると、副噴口３による燃料噴霧の貫徹力が
小さくなり過ぎるので空気利用率が低下する懸念があ
る。

【００２１】ところが、噴口の長さを短縮した場合は燃
料噴霧の拡散性が大きくなって空気の導入が改善されて
黒煙の発生を低減できるとともに燃料噴霧の貫徹力が小
さくなる。このために、本実施例のように口径の大きな
主噴口２の長さを口径が小さい副噴口３の長さよりも小
さくした場合は、両噴口２、３から噴射される燃料噴霧
の貫徹力をほぼ等しくしてノズル１からキャビティ５の
壁面までの最適距離を容易に設定することができるとと
もに、排気中に含まれるＮＯｘおよび黒煙をより効果的
に低減することができる。

【００２２】さらに、副噴口３の開口面積を主噴口２の
開口面積の３５％〜６５％に設定しているために、黒煙
およびＮＯｘの生成をともに効果的に抑制することがで
きる。すなわち、図３は噴口の総開口面積および噴射タ
イミングを一定にして主噴口２の開口面積に対する副噴
口３の開口面積の割合を変化させた場合におけるＮＯｘ
および黒煙の排出特性を示している。

【００２３】この図３からも明らかなように、副噴口３
の開口面積を主噴口２の開口面積の３５％より小さくし
た場合は、主噴口３の開口面積が相対的に増大して低負
荷域における初期噴射率が高くなるとともに燃料噴霧の
微粒化性能が低下するためにＮＯｘおよび黒煙の生成量
が増大する。

【００２４】一方、副噴口３の開口面積を主噴口２の開
口面積の６５％より大きくした場合は、黒煙の発生を抑
制する点では好ましい。しかしながら、この場合は低負
荷域における副噴口３からの噴射量が増加して初期噴射
率が高くなるために、ＮＯｘの生成が多くなってしま
う。従って、エンジンの要求性能によっても相違する
が、副噴口３の開口面積を主噴口２の開口面積の３５％
〜６５％に設定することで黒煙およびＮＯｘの生成をと
もに効果的に抑制することができる。

【００２５】また、図４は主噴口２のコーン角αを一定
（１４５°）として副噴口３のコーン角βを変化させた
場合における黒煙生成の変化状態を示している。この図
４から明らかなように、副噴口３のコーン角βを主噴口
２のコーン角αより大きくすると主噴口２から噴射され
た燃料噴霧と副噴口３から噴射された燃料噴霧がキャビ
ティ５の広い範囲に分布して空気導入が改善されるため
に、黒煙の抑制効果が高くなる。

【００２６】しかしながら、副噴口３のコーン角βを大
きくし過ぎるとキャビティ５に流入する空気によって総
ての燃料噴霧をキャビティ５に押し込むことが不可能に
なるために、未燃成分の発生が増加して燃焼効率が低下
する。従って、エンジンの特性あるいはキャビティ５の
形状によっても相違するが、主噴口２のコーン角αを１
４５°とした場合は、副噴口３のコーン角βを１５０°
〜１７０°の範囲に設定することで所期の目的を達成す
ることができる。

【００２７】図５は本発明に係るホール型燃料噴射ノズ
ルの他の実施例を示す断面図、図６は図５の正面図であ
る。この実施例においては、キャビティ５の底壁の中央
部に向って開口する補助噴口７を設けている。そして、
この補助噴口７の開口面積を副噴口２の開口面積の５０
％〜８０％に設定することにより、キャビティ５の中心
付近の空気が有効に利用できるだけの噴射量および貫徹
力の燃料噴霧を得るようにした点で前記実施例と異な
り、他の部分は同一構成である。

【００２８】従って、本実施例による場合は、噴射量が
きわめて多い高負荷域においては補助噴口７からも燃料
が噴射されてキャビティ５の中央部に燃料を直接に供給
できるために、従来は必ずしも有効利用されていなかっ
た中央部の空気も燃焼に供されることになり、噴射量が
増加するにつれて噴口の有効開口面積が増大する。この
ために、初期噴射率の増加をともなうことなく噴射期間
を短縮できるために、ディーゼルエンジンから排出され
るＮＯｘおよび黒煙を充分に少なくして燃焼効率をより
改善することができる。

【００２９】なお、上記実施例においては主噴口２の外
端部に段付状のザグリ加工６を施して主噴口２の長さを
短くしているが、円錐状のザグリ加工を施し、あるい
は、主噴口２を形成する部分においてノズル１の肉厚を
小さくして主噴口２の長さを短縮することもできる。ま
た、上記実施例においてはいずれも３個の主噴口２と３
個の副噴口３を交互に等配形成しているが、主噴口２お
よび副噴口３を必ずしも等配形成する必要性はなく、燃
料の噴射特性に応じて主噴口２および副噴口３の数、口
径および形成位置を設定すればよく、本発明を二段開弁
圧ノズルの噴口に適用してＮＯｘの低減効果をより改善
することもできる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
係るホール型燃料噴射ノズルによれば、噴射期間が長期
化されることを予防しつつ初期噴射率を低くすることが
できるために、ディーゼルエンジンから排出されるＮＯ
ｘおよび黒煙を少なくできるとともに、燃焼効率を改善
することができる。また、例えば二段開弁圧ノズルに比
較してノズルの構成を簡略化できるために、燃料噴射ノ
ズルを安価に提供することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料噴射ノズルの一実施例を示す
断面図である。

【図２】図１の正面図である。

【図３】主噴口と副噴口の開口面積比によるＮＯｘおよ
び黒煙の排出特性を示す図である。

【図４】主噴口のコーン角αを一定として副噴口のコー
ン角βを変化させた場合における黒煙の生成の変化状態
を示す図である。

【図５】本発明に係るホール型燃料噴射ノズルの他の実
施例を示す断面図である。

【図６】図５の正面図である。

【符号の説明】

１ ノズル ２ 主噴口 ３ 副噴口 ４ ピストン ５ キャビティ ６ ザグリ加工 ７ 補助噴口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の噴口を備えたホール型燃料噴射
   ノズルにおいて、ピストンに設けたキャビティの周壁に
   向って開口する主噴口と、該主噴口よりコーン角が大き
   な副噴口で前記噴口を構成し、主噴口を副噴口より大径
   にするとともに、主噴口の長さを副噴口の長さより小さ
   くしたことを特徴とするホール型燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】 キャビティの底壁中央に向って開口する
   補助噴口を設けるとともに、該補助噴口を副噴口より小
   径にしたことを特徴とする請求項１に記載のホール型燃
   料噴射ノズル。