JPH09195894A - ホール型燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 燃料噴霧中に空気の導入量を増加して着火
遅れを減少し、スモークやＮＯｘを低減する。 【解決手段】 内燃機関用ホール型燃料噴射ノズルであ
って、ノズル本体１１の先端部１６に穿設された噴射孔
１８に対し、エジエクタ効果を出せる角度をもって噴射
孔１８に連通、もしくは噴射孔１８の出口付近に開口す
る空気導入孔２０をノズル本体１１の先端部に穿設し、
前記空気導入孔２０の入口は、ノズル本体１１の先端部
近傍のシリンダ内空気を導入できる位置に設けたホール
型燃料噴射ノズル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関、特にディ
ーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの改良に関し、噴射孔
から噴射される燃料に空気を混入して噴霧中の空気導入
量を増加させることによって着火性を向上し、燃焼に伴
う各種の問題点を解消することができる燃料噴射ノズル
を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃焼室内に噴射ノズルより燃
料を噴射することは周知であり、この噴射した燃料を微
粒化することによって着火性を改善して良好な燃焼を確
保し、騒音の低減や排ガス中の有害成分の低減および燃
費の向上を図ることも知られている。

【０００３】噴射ノズルより噴射した燃料を微細化して
空気と混合し易くすることは重要な事項であり、その第
１の手段として燃料の圧力を高めて噴射する方法がある
が、この圧力は機関の種類によって制限を受けるのが普
通である。燃料の噴射に際して噴射ノズルに供給される
燃料の圧力を所定の高圧に保持する方法と、機関の回転
数に依存して変化するようにした方法とがあるが、特に
後者においては内燃機関の高速回転時に噴射圧が高まっ
て高圧となり、図７に示すように噴射ノズル１の噴孔１
ａから噴射した燃料噴霧２は、ピストン３の頂部に凹状
に形成されている燃焼室４内を進行して燃焼室壁５に到
達する間に拡散しながら、近傍の空気ａを巻き込んで燃
料の微細粒と空気ａとの混合体を形成する。

【０００４】この噴孔１ａから噴射された燃料噴霧２の
周囲より空気ａが導入されると、この空気ａと燃料噴霧
２とのミキシング効果が向上して着火遅れが減少するこ
とになり、予混合燃焼より拡散燃焼が長くなり、その結
果、スモークやＮＯx の発生を低減する効果がある。し
かし、機関が高速回転してそれに応じた高圧で燃料を噴
射する場合、噴孔１ａから燃焼室壁５までの距離が短い
ため、十分に空気を導入して混合することができず、空
気の利用率がまだ低いと云う問題がある。

【０００５】図８は同様な機関が低速回転して噴射圧が
低い場合であって、図７に示す高速回転の場合に比較し
て燃料噴霧２の速度が低く拡散する範囲も小さく、その
ために燃料噴霧２中に巻き込む空気ａの量が少なく、空
気ａの利用効率が悪いと云う問題がある。このように、
燃料噴霧２と空気ａとの混合には機関の回転数に起因す
る制約があることから、低圧噴射の場合にはスワールと
スキッシュの作用を利用して燃料噴霧２と空気ａとの混
合効果を向上するようにしているが、実際にはスワール
の強さのマッチングを低速回転から高速回転に至るまで
円滑に満足させることは実質的に困難である。

【０００６】そこで積極的な改善方法として燃料噴射ノ
ズル内において空気を供給する方法の検討がなされ、特
開平７−１４５７６７号公報によって提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開平７−１４５７６
７号公報の発明は、燃料噴射ノズルの先端に噴射孔を開
口すると共に噴射孔より小さな直径の空気吸入通路を開
口し、燃料が流路部を通過する際に微妙に発生する低圧
を利用して空気吸入通路より流路部内に空気を吸入して
これを燃料の流れに混入させるように構成したものであ
る。

【０００８】しかし、この噴射ノズルにおいては空気吸
入通路より燃料が噴出しないように０．０２〜０．０８
ｍｍの微細な貫通孔を開口する必要がある。その上に流
路部内において燃料の流れによって低圧が発生したとし
ても流路部内の形状や燃料の流れの状態にも微妙に関係
し、その値はごく僅かであることが予想され、実質的に
燃焼を改善する程度の量の空気を吸入することができな
いものと考えられる。

【０００９】また、この種の燃料噴射ノズルの持つ決定
的な問題点は、このような微細な空気吸入通路では燃料
噴射後の燃焼ガス中に含まれるカーボンがブローバック
するためにこの空気吸入通路が簡単に閉止されてしまう
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記従来技術の問題点を
解消するための本発明に係るホール型燃料噴射ノズル
は、ノズル本体の先端部に穿設された噴射孔に対しエジ
ェクタ効果を出せる角度をもって噴射孔に連通、もしく
は噴射孔の出口付近に開口する空気導入孔をノズル本体
の先端部に穿設し、前記空気導入孔の入口はノズルボデ
ィの先端部近傍のシリンダ内空気を導入できる位置に設
けて構成されている。

【００１１】好ましくは、ノズル本体の先端部に穿設し
た噴射孔の近傍であって、ピストンの頂面と対面するよ
うに凹部を形成し、この凹部より前記先端部の外周側に
向けて空気導入孔を開口し、この空気導入孔の先端部は
噴射孔に鋭角的に交差して噴射孔の先端部と連通もしく
は噴射する燃料に向けて開口されている。更に、ノズル
本体の先端部に開口した噴射孔に対して上下方向から交
差し、その先端が噴射孔の先端部に連通もしくは噴射す
る燃料に向けて開口されている。

【００１２】要するに、本発明に係る燃料噴射ノズル
は、ノズル先端部に設けた噴射孔を高速で流出する燃料
の流れによって発生する負圧によるエジエクタ効果を利
用し、噴射ノズル先端部の近傍、特にピストンの中央部
の頂面付近に存在する空気を積極的に吸引し、これを燃
料の流れに混合させる構造のものである。あるいは噴射
した直後の燃料の流れによって発生する負圧を利用し、
噴出口の近傍に開口する空気導入孔より空気を燃料噴霧
中に噴出させて混合させるものである。

【００１３】エジエクタ効果を発揮するためには、燃料
の流れに交差して、好ましくは鋭角的に交差して空気導
入孔を開口する。この空気導入孔はあくまでも噴射孔を
流れる燃料に悪影響を与えないことが必要であり、この
意味において噴射口に近い部分に空気の噴出口を開口す
る。また、噴射孔の断面積に比較して空気導入孔の断面
積は小さいものである。

【００１４】空気を導入する位置はピストンの頂面部分
であり、従って、ノズル先端部に凹部を形成し、この凹
部を通じて空気を導入するのが良い。また、空気導入孔
が小径であり、空気量が不足する場合には、１本の噴射
孔に対して２本あるいはそれ以上の空気導入孔を設ける
のが良い。この空気導入孔の直径ｄは、内燃機関の排気
量にも関係するが、０．１５〜０．２ｍｍ程度のものを
使用するのが良い。また、空気導入孔の直径ｄと噴射孔
の直径Ｄとの関係を示すｄ／Ｄは０．５〜０．８の範囲
である。また、噴射孔に対して空気導入孔が交差する角
度θは、９０°以下の範囲である。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は燃料噴射ノズル１０の先端部
を示す断面図であって、ノズル本体１１の軸線方向に開
口した燃料充填部１２内にニードル１３を、その軸線方
向に移動可能に設け、この燃料充填部１２の先端に弁座
１４を円錐状に形成し、この弁座１４にニードル１３の
先端部の周囲に形成した円錐状の弁部１５を接離して、
燃料を先端部１６に形成した流路１７内に供給し、この
流路１７を経由して噴射孔１８より噴射するようになっ
ている。

【００１６】そして本発明においては、図２の拡大図に
示すようにノズル本体１１の先端部１６の頂部を切除し
て燃焼室内の空気を受入れるように凹部２１を形成し、
そして先端部１６の側方であって、燃焼室壁に向かうよ
うに開口した噴射孔１８の噴射口付近に角度θで鋭角的
に交差して空気導入孔２０を直接に接続して開口してい
る。なおＫはこの空気導入孔２０を加工する際のドリル
の方向を示している。

【００１７】この角度θは、内燃機関の出力や燃焼室の
構造等にもよるが、９０°以下、好ましくは３０°〜６
０°の範囲であり、燃料が逆流しない範囲に選定するこ
とが必要である。また、空気導入孔２０の直径ｄは噴射
孔１８の噴射口との関係からスペース的に制約を受ける
が、この噴射孔１８の直径Ｄとの比ｄ／Ｄは、０．５〜
０．８の範囲が好ましい。

【００１８】そしてこのように構成した燃料噴射ノズル
１０を設けた内燃機関が作動してこの噴射孔１８内を燃
料が高速で流れる際に、この噴射孔１８に交差して開口
している空気導入孔２０の流出口２０ｂに負圧が発生
し、この空気導入孔２０の流入口２０ａ通じて矢印ａで
示すように空気を吸引し、そして噴霧される燃料内に混
合し、燃料噴霧２Ａとして噴射孔１８より燃焼室内に噴
射する。

【００１９】この空気導入孔２０の流出口２０ｂは噴射
孔１８の噴出口の近傍に交差して直接に接続した構造が
最も効率が良いものを得られるが、この流出口２０ｂを
噴射した直後の燃料に向けて開口することもできる。こ
の構造の噴射ノズルにおいても噴射孔１８より噴射され
る燃料によって前記と同様に流出口２０ｂに負圧が発生
して凹部２１に開口した流入口２０ａより空気ａを吸引
して燃料噴霧２Ａ中に積極的に混入することができる。

【００２０】前記のように噴射孔１８に鋭角的に交差す
るように空気導入孔２０を設け、その流出口２０ｂを前
記噴射孔１８の噴出口付近に開口した理由は、噴射孔１
８を燃料が高速で通過する際に空気導入孔２０に「エジ
エクタ作用」を与えて空気ａを凹部２１に開口している
流入口２０ａより吸引ないしは導入して前記噴射孔１８
に流出させる効果を与えるためのものである。

【００２１】また、２弁式内燃機関のように、噴射ノズ
ルの位置が燃焼室に対してオフセットしているような構
造のものにおいては、各ノズル本体１１に設けた噴射孔
１８の位置と燃焼室との距離によって空気導入孔２０の
位置と直径を変えて最良の空気導入効果を得るように各
部を設定するのが良い。図３は第２の発明の実施の形態
を示すもので、ノズル本体１１の先端部１６の頂部の中
心に臼状の凹部２１ａを形成し、この凹部２１ａに流入
口２０ａを開口するように空気導入孔２０を穿設し、そ
の流出口２０ｂを噴射孔１８の噴出口付近に接続するよ
うに開口している。

【００２２】図４は第３の実施の形態を示すもので、ノ
ズル本体１１の先端部１６の中心に浅い凹部２１ｂを形
成し、噴射孔１８の上下に第１空気導入孔２５と第２空
気導入孔２６を設けたもので、２本の空気導入孔２５，
２６の流出口は前記噴射孔１８の噴射口の近傍に交差状
態で接続されている。前記第１空気導入孔２５は凹部２
１ｂ側よりドリルＫを進入して穿設することができる
が、第２空気導入孔２６は先端部１６の周面よりキリ穴
２７を穿設し、噴射孔１８と前記キリ穴２７とを接続す
るように前記第２空気導入孔２６を穿設する。

【００２３】前記のように１本の噴射孔１８の上下に第
１空気導入孔２５と第２空気導入孔２６とを設けた噴射
ノズルにおいては、燃料噴霧に対する空気の導入が均一
化するとともに空気の導入量が増加するので、空気利用
率が更に向上する。なお、図４の構造の噴射ノズルの変
形として、第１空気導入孔２５を省略した構造のもので
も使用することができる。

【００２４】図５は第４の実施の形態を示すもので、第
３の実施の形態の変形例である。この実施の形態におい
ては、第１空気導入孔２５ａと第２空気導入孔２６ａと
を噴射孔１８の途中に接続するように開口せず、この噴
射孔１８の噴射口に近づけた位置に開口したものであ
る。この噴射ノズルの場合も燃料噴霧２Ａによって噴射
口１８と第１空気導入孔２５ａと第２空気導入孔２６ａ
の流出口付近が負圧の状態となり、これらの導入孔より
矢印で示すように空気ａを導入して燃料噴霧２Ａ内に混
入させる。

【００２５】なお、このこの構造の噴射ノズルの場合
は、燃料の流れに直接に空気ａを作用させないで、噴射
した燃料によってエジエクタ効果を与えるように構成し
たものであるが、この構造の噴射ノズルも図４に示した
噴射ノズルに遜色ない空気導入効果を示すものである。
図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は第５の実施の形態を示す
もので、ノズル本体１１の先端部１６の側方に向けて噴
射孔１８を開口し、更にこの噴射孔１８の周囲に断面が
皿形の溝３０を形成してこの噴射孔１８の先端部を筒状
部３１として突出させている。そしてこの突出した筒状
部３１に対してＫで示す斜めの方向からドリルを通して
１本の筒状部３１に対して複数本の空気導入孔３２を開
口している。

【００２６】この筒状部３１に開口した空気導入孔３２
は、図（Ｂ）に示すように、正面視において縦・横の十
字形に等角度に４個開口したもの、あるいは図（Ｃ）に
示すように逆Ｙ形に等角度に３個設けたもの等を採用す
ることができる。前記構造の燃料噴射ノズルとすること
によって、複数個の空気導入孔３２の加工が容易とな
る。さらに前記図（Ｂ），（Ｃ）に示すように、隣り合
う複数の空気導入孔３２どうしの挟み角度が均一になる
ように配置することにより、これらの空気導入孔３２を
通じて空気ａを、噴霧２Ａ中に複数の方向から均等かつ
効果的に導入して良好な燃焼状態を得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次の効果を奏することができる。 １）機関回転数が高く、高圧噴射の場合は従来の噴射ノ
ズルに比較して燃料噴霧中に空気の導入量が増加し、着
火遅れが減少し、予混合燃焼が短かくなるので、更にス
モークやＮＯｘを低減する効果がある。

【００２８】２）機関回転数が低く、低圧噴射の場合
は、従来の燃料噴射ノズルに比較して著しく空気導入量
が増加するので、燃焼自体が改善される。そして着火遅
れが減少し、予混合燃焼が短かくなるので、更にスモー
クやＮＯｘを低減する上に、スワールの強さやスキッシ
ュの強さ、燃焼室壁面の形状に燃焼が左右される要因が
減って燃料噴霧と燃焼とを最適の状態とすることができ
る。

【００２９】３）各燃料噴霧の空気導入量が安定するこ
とにより、燃焼自体も安定し、エンジン特性を改善する
ことができる。 ４）従来のホール型燃料噴射ノズルをべースとしてこれ
に追加加工して本発明を適用することができることか
ら、経済的でしかも安価である。 ５）一般に、燃焼室内の空気の流動は、ピストンの頂面
と噴射ノズルの先端部との間で動きがないことから、こ
の部分の空気利用率が低いという問題があったが、本発
明によれば前記部分の空気を有効利用して空気利用率を
高め、燃焼を改善することができる。

【００３０】また、ピストンの頂部の中央部分の空気に
動きが発生することで、二次的にミキシング効果が向上
する。 ６）前記のように空気導入量が増加し、空気利用率も向
上するので燃焼が改善され、馬力、トルクの向上と共に
燃費も向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃焼噴射ノズルの先端部の断面図である。

【図２】第１の実施の形態のノズル本体の先端部の拡大
断面図である。

【図３】第２の実施の形態のノズル本体の先端部の拡大
断面図である。

【図４】第３の実施の形態のノズル本体の先端部の拡大
断面図である。

【図５】第４の実施の形態のノズル本体の先端部の拡大
断面図である。

【図６】（Ａ）は第５の実施の形態のノズル本体先端部
の拡大断面図、そして（Ｂ）は噴射孔の周囲に形成した
筒状部に４個の空気導入孔を開口したもの、（Ｃ）は同
様に３個の空気導入孔を開口したものをそれぞれ示す正
面図である。

【図７】従来の燃料噴射ノズルの作用状態の説明図であ
る。

【図８】従来の燃料噴射ノズルの作用状態の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０ 燃料噴射ノズル １１ ノズル本体 １２
燃料充填部 １３ ニードル １４ 弁座 １５ 弁部 １６
先端部 １７ 流路 １８ 噴射孔 ２０ 空気導入孔
２０ａ 流入口 ２０ｂ 流出口 ２１ 凹部 ２５ 第１空気導入孔 ２６ 第２空気導入孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関用ホール型燃料噴射ノズルであ
   って、ノズル本体の先端部に穿設された噴射孔に対しエ
   ジェクタ効果を出せる角度をもって噴射孔に連通、もし
   くは噴射孔の出口付近に開口する空気導入孔をノズル本
   体の先端部に穿設し、前記空気導入孔の入口はノズル本
   体の先端部近傍のシリンダ内空気を導入できる位置に設
   け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】 ノズル本体の先端部に穿設した噴射孔の
   近傍であって、ピストンの頂面と対面するように凹部を
   形成し、この凹部より前記先端部の外周側に向けて空気
   導入孔を開口し、この空気導入孔の先端部は噴射孔に鋭
   角的に交差して噴射孔の先端部と連通もしくは噴射する
   燃料に向けて開口されている請求項１記載のホール型燃
   料噴射ノズル。
3. 【請求項３】 ノズル本体の先端部に開口した噴射孔に
   対して上下方向から交差し、その先端が噴射孔の先端部
   に連通もしくは噴射する燃料に向けて開口されている請
   求項１記載のホール型燃料噴射ノズル。