JPH10299617A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気エミッションを大きく改善することがで
きる燃料噴射ノズルを提供する。 【解決手段】 ノズル本体１のサック部１２外周の複数
箇所にニードル弁によって開閉される燃料噴口１４を形
成し、各燃料噴口１４を長孔として、その長径方向をノ
ズル本体の軸線Ｌに対して９０°より小さい所定角度θ
だけ傾斜させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料噴射ノズルに関
し、特に、その燃料噴口の構造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排気エミッション
を改善するために、例えば特開平８−２６１１１１号公
報では、ニードル弁のリフト量に応じて燃料噴口の有効
面積を漸次増加させるようにした燃料噴射ノズルが提案
されている。この場合の燃料噴口は具体的には、上記公
報の図３に示されているように、燃料噴口を長孔として
その長径方向をノズル本体の軸線方向たる上下方向へ向
けたものや、あるいは上記長孔の長径方向をノズル本体
の軸線に対して９０°の角度をなす水平方向へ向けたも
のが提案されている。また、上記公報の図５には、同様
の目的の下に、複数の噴口をノズル本体の上下方向の異
なる位置に設けて、ニードル弁がリフトするにつれて下
方側の噴口から順次開口されるようにしたものが提案さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、燃料噴口を長
孔としてその長径方向を上下方向へ向けたものでは、噴
口を全閉状態から全開状態にするのにニードル弁のリフ
ト量を大きくしなければならないという問題がある上
に、直噴型のディーゼルエンジンにおいて、ピストンキ
ャビティの側壁面に対する燃料噴霧の衝突位置が深さ方
向へ大きく拡がって、排気エミッションを悪化させると
いう問題もある。また、燃料噴口を長孔としてその長径
方向を水平方向へ向けたものでは、全開状態で燃料噴霧
が水平に大きく拡がり、燃焼室内の高速の空気スワール
流によって図９に示すように、隣り合う燃料噴霧Ｆが干
渉して過濃な混合気領域（図９の斜線）が生じ、これが
スモーク発生の原因となるという問題があった。

【０００４】さらに、複数の噴口をノズル本体の上下方
向の異なる位置に設けたものでは、順次開口される上下
の噴口の位置に応じてピストンキャビティの側壁面に対
する燃料噴霧の衝突位置が深さ方向へ大きく変わるため
排気エミッション悪化の原因となる上に、離間しかつ孤
立して設けられた比較的小径の各噴口から供給される燃
料噴霧はその貫徹力が弱いため、エンジン高速回転時に
生じる強力な空気スワール流によって燃料噴霧がピスト
ンキャビティの側壁面に到達することなく流され、良好
な混合気が生成されずに排気エミッションを悪化させる
という問題もある。

【０００５】そこで、本発明はこのような課題を解決す
るもので、排気エミッションを大きく改善することがで
きる燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、ノズル本体（１）の外周の複数箇所に
ニードル弁（２）によって開閉される燃料噴口（１４）
を形成し、各燃料噴口（１４）の開口部位をノズル本体
（１）の軸線（Ｌ）に対して９０°より小さい所定角度
（θ）だけ傾斜させる。上記開口部位は長孔とすること
ができ、この場合にはその長径方向をノズル本体の軸線
に対して９０°より小さい所定角度だけ傾斜させる。

【０００７】本第１発明においては、ニードル弁が上昇
すると燃料噴口の開口部位が開放されて、燃料が、ノズ
ル本体の軸線に対して所定角度で傾斜する帯状噴霧とし
て噴射される。帯状噴霧が所定角度で傾斜していること
により、ピストンキャビティ側壁面に対する燃料の帯状
噴霧の衝突位置を、深さ方向の限られた範囲内に限定す
ることができ、これにより、良好な混合気形成を実現す
ることができる。また、ニードル弁の上昇量が限られて
いても、上記開口部位が傾斜していることにより、噴口
面積を大きく変化させることができる。さらには、高速
高負荷時における隣り合う燃料噴口からの帯状噴霧の干
渉を防止することができ、これによって、過濃な混合気
領域が生じるのを避けつつ、燃焼室の軸方向と周方向へ
燃料噴霧を広く分散させることができる。以上の結果、
燃焼室内に良好な混合気が形成されて、適正燃焼が実現
され、エンジンの高出力化と排気エミッションの向上が
実現される。

【０００８】上記各燃料噴口（１４）の開口部位を、近
接して線状に連なる複数の通孔（１４１〜１４３）によ
り構成して、これら通孔（１４１〜１４３）から噴射さ
れる燃料が実質的に同一の燃料噴霧を形成するように
し、かつ上記通孔（１４１〜１４３）が線状に連なる方
向を、ノズル本体（１）の軸線（Ｌ）に対して９０°よ
り小さい所定角度だけ傾斜させても良い。

【０００９】これによれば、噴射された燃料噴霧は合流
して、通孔の連なる方向へ幅を有する帯状噴霧となる。
したがって、このような構成としても、上記と同様の作
用効果が得られるとともに、長孔を形成するのに比し
て、複数の通孔を連ねて形成する方が加工作業が容易で
ある。

【００１０】なお、近接して線状に連なる複数の通孔
（１４１〜１４３）を、ノズル本体（１）の軸線（Ｌ）
を含む垂直面内で当該軸線（Ｌ）に対して異なる角度
（θ1 〜θ3 ）をなすように貫通形成しても良い。この
ようにすると、通孔（１４１〜１４３）の連なる方向と
ノズル本体（１）の軸線（Ｌ）とがなす角度（θ）を０
°あるいは９０°に設定した場合でも、隣り合う噴口か
らの燃料噴霧が互いに干渉したり、あるいはピストンキ
ャビティの側壁面への衝突領域が過度に拡がったりしな
いようにできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）図１には燃料噴射ノズルのノズル本体
１の断面を示す。図において、ノズル本体１は全体が筒
状で、基端（図の上端）の大径部１１から段付きに縮径
して先端へ延び、先端部はさらに縮径して閉鎖されたサ
ック部１２となっている。ノズル本体１内にはニードル
弁２が上下に摺動可能に収納されており、その先端に形
成された小径の噴口面積制御部２１がサック部１２の内
周に接して位置して、サック部１２外周の複数箇所に貫
通形成された後述する燃料噴口１４を閉鎖している。噴
口面積制御部２１にはその基端に水平方向へ燃料通路２
２が貫通形成されるとともに、その中間位置から先端へ
向けて延びる燃料通路２３が形成されている。ニードル
弁２は図略のバネ部材により先端方向（図の下方）へ付
勢されており、噴口面積制御部２１に続く円錐台部２４
がノズル本体１内周のバルブシート１５に圧接してい
る。ニードル弁２の中間部２５外周とノズル本体１内周
との間には上下方向へ延びる燃料流通間隙１６が形成さ
れて、その上端はノズル本体大径部１１内のニードル弁
２周囲に形成された燃料溜り１７に通じている。燃料溜
り１７には斜め上方から燃料供給路１８が至っている。
さて、サック部１２外周の各燃料噴口１４は図２に示す
ように、両端部が円弧状になった長孔となっており、そ
の長径方向はノズル本体１の軸線Ｌに対して角度θで傾
斜している。

【００１２】このような構造の燃料噴射ノズルにおい
て、燃料供給路１８に燃料が圧送されていない状態で
は、ニードル弁２は図１の下降位置にあり、この位置で
は上述のように円錐台部２４がバルブシート１５に圧接
して燃料流通間隙１６と燃料通路２２との間を遮断する
とともに（図３（Ａ））、燃料噴口１４は噴口面積制御
部２１によって閉鎖されており、燃料の噴射は行われな
い。エンジン低負荷運転時には、燃料供給路１８に低圧
燃料が圧送され、油溜り１７内の圧力上昇に応じてニー
ドル弁２が上昇（リフト）して、図３（Ｂ）に示すよう
に、円錐台部２４がバルブシート１５から離間するとと
もに、噴口面積制御部２１の上方移動によって燃料噴口
１４の一部が開放されて必要量の燃料が所定幅の帯状噴
霧として噴射される。エンジン高負荷運転時には、燃料
供給路１８に高圧燃料が圧送されてニードル弁２は上昇
端まで移動し、この状態では図３（Ｃ）に示すように、
燃料噴口１４は全部が開放されて、最大量の燃料が、ノ
ズル本体１の軸線Ｌに対して角度θで傾斜する最大幅の
帯状噴霧として噴射供給される。

【００１３】このようにして、長孔の燃料噴口１４によ
り、燃料が帯状噴霧として噴射供給されるとともに、こ
の帯状噴霧の幅がニードル弁２のリフト量に応じて連続
的に変化させられる。これにより、噴射燃料量が急変す
ることはないから安定なエンジン運転が実現される。加
えて、燃料噴口１４の開口面積が小さい場合には実質的
に極めて小さい噴口径に相当するものとなるから、燃料
噴霧の微粒化や乱流混合効果が促進されて排気ガスの低
パティキュレート化が実現されるとともに、燃料噴口１
４の開口面積が大きい場合には十分な幅を有する帯状噴
霧となるから、噴霧噴流の運動量が大きくなって、エン
ジン高負荷高回転時に要求される、空気スワール流に影
響されない大きな噴霧貫徹力が得られる。

【００１４】さらに、本実施形態では、燃料噴口１４の
長孔をノズル本体１の軸線Ｌに対して所定角度θだけ傾
斜させてあるから、以下の作用効果を得ることができ
る。すなわち、上記軸線Ｌに沿った上下方向（θ＝０
°）へ燃料噴口１４の長孔を位置させるのに比して、０
°より大きい適正角度θだけ上記長孔を傾斜させること
により、ピストンキャビティ側壁面に対する燃料の帯状
噴霧の衝突位置を、深さ方向の限られた範囲内に限定す
ることができ、これにより、良好な混合気形成を実現す
ることができる。さらに、ニードル弁２のリフト量（図
３（Ｃ）のｄ）が限られていても、適正角度θだけ上記
長孔が傾斜していることにより、噴口面積を大きく変化
させることができる。また、上記軸線Ｌに対して直交す
る水平方向（θ＝９０°）へ燃料噴口１４の長孔を位置
させるのに比して、９０°より小さい適正角度θだけ燃
料噴口１４の長孔を傾斜させることによって、高速高負
荷時における隣り合う燃料噴口１４からの帯状噴霧の干
渉を防止することができ、これによって、過濃な混合気
領域が生じるのを避けつつ、燃焼室の軸方向と周方向へ
燃料噴霧を広く分散させることができる。以上の結果、
燃焼室内に良好な混合気が形成されて、適正燃焼が実現
され、エンジンの高出力化と排気エミッションの向上が
実現される。

【００１５】なお、本実施形態において、ニードル弁２
のリフトを燃料圧で行う以外に、機械的あるいは電気的
に、さらには油圧により行うことがてきる。

【００１６】（第２実施形態）燃料噴口１４の長孔の形
状は上記第１実施形態におけるものに限られず、図４
（Ａ）〜（Ｅ）に示すような種々の形状とすることがで
きる。すなわち、図４（Ａ），（Ｄ）は噴射初期に十分
な燃料増加率を得るのに適した形状、図４（Ｂ）は噴射
初期あるいは後期の燃料増加率を抑えるのに適した形
状、図４（Ｃ）は噴射初期の燃料増加率を抑えるのに適
した形状、図４（Ｅ）は湾曲した帯状噴霧を得るのに適
した形状である。なお、湾曲した長孔の傾斜角θは、そ
の両端を結ぶ直線がノズル本体１の軸線Ｌとなす角度と
する。

【００１７】（第３実施形態）図５には本実施形態にお
けるノズル本体１先端のサック部１２の外観を示す。図
において、サック部１２外周には周方向の複数箇所に燃
料噴口１４が形成されており、各燃料噴口１４は複数
（本実施形態では３個）の小径円形通孔１４１〜１４３
により構成されている。燃料噴口１４を構成する通孔１
４１〜１４３は近接して線状に連なっており、この連な
る方向はノズル本体１の軸線Ｌに対して所定角度θだけ
傾斜している。このような構造において、ニードル弁２
が上昇すると、これに応じて各燃料噴口の下側の通孔１
４１から順次開放される。この際、各噴口１４の通孔１
４１〜１４３は互いに近接して連なっているから、これ
ら通孔１４１〜１４３から噴射された燃料噴霧は合流し
て、通孔１４１〜１４３の連なる方向へ幅を有する帯状
噴霧となる。したがって、本実施形態においても、上記
第１実施形態と同様の作用効果が得られるとともに、長
孔を形成するのに比して、複数の円形通孔を連ねて形成
する方が加工作業は容易である。

【００１８】（第４実施形態）各噴口を構成する通孔１
４１〜１４３は必ずしも第３実施形態におけるように全
てを同径とする必要はなく、例えば図６（Ａ）〜（Ｃ）
に示すように、各通孔１４１〜１４３を順次開放した時
に所望の噴射特性が得られるように異径のものとするこ
とができる。このうち、図６（Ａ）は噴射初期および後
期に燃料増加率を抑えるのに適したもの、図６（Ｂ）は
噴射初期に燃料増加率を抑えるのに適したもの、図６
（Ｃ）は噴射初期に十分な燃料増加率を得るのに適した
ものである。また、図７（Ｄ）では通孔１４１〜１４３
を円弧曲線状に近接させて連ねたことにより、第２実施
形態の図４（Ｅ）と同様に、湾曲した帯状噴霧を得るこ
とができる。

【００１９】（第５実施形態）上記第３および第４実施
形態における噴口を構成する各通孔１４１〜１４３を、
図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ノズル本体１の軸線
Ｌを含む垂直面内で当該軸線Ｌに対して異なる角度θ1
〜θ3 をなすように貫通形成する。例えば、最下位置の
通孔１４１の角度θ1 を最も大きくし、中間位置の通孔
１４２の角度θ2 、最上位置の通孔１４３の角度θ3 を
順次小さくすれば、上記第１実施形態の作用効果に加え
て、通孔１４１〜１４３が全て開口した時の噴霧の衝突
位置をピストンキャビティの側壁面のほぼ同一深さに絞
り込むことができ、さらに良好な混合気を形成すること
ができる。

【００２０】なお、ピストンキャビティの側壁面に衝突
させて混合気を形成するものではなく、噴霧自身で空間
的な分散を確保して適正な混合気を形成するようなエン
ジンにおいては、上記と逆に角度θ1 〜θ3 をθ1 ＜θ
2 ＜θ3 のように設定することにより、ピストンキャビ
ティの深さ方向へ広く噴霧を拡散させることができる。

【００２１】このように、本実施形態では、ノズル本体
１の軸線Ｌを含む垂直面内で当該軸線に対する各通孔１
４１〜１４３の傾斜角θ1 〜θ3 を適当に異ならせて設
定しているから、通孔１４１〜１４３の連なる方向とノ
ズル本体１の軸線Ｌとがなす角度θを０°あるいは９０
°に設定した場合でも、ピストンキャビティの側壁面へ
の衝突領域が過度に拡がったり、あるいは隣り合う噴口
からの燃料噴霧が互いに干渉したりしないようにでき
る。

【００２２】（第６実施形態）図８に示すように、噴口
面積制御部２１内の燃料通路２３の下端を、燃料噴口１
４に向けて傾斜開放するように成形すれば、燃料流は噴
口入口部で剥離を生じることなく円滑に噴口へ導かれ
る。これは特に、ニードル弁２のリフト量が小さい時に
も燃料流を燃料噴口１４に沿うように噴出させることが
できるから（図８Ａ中矢印）、噴霧の噴出方向を安定化
させることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明の燃料噴射ノズル
によれば、排気エミッションを大きく改善することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における、ノズル本体の
全体縦断面図である。

【図２】ノズル本体先端のサック部の側面図である。

【図３】ノズル本体先端のサック部の縦断面図である。

【図４】本発明の第２実施形態における、燃料噴口の概
略正面図である。

【図５】本発明の第３実施形態における、ノズル本体先
端のサック部の側面図である。

【図６】本発明の第４実施形態における、燃料噴口の概
略正面図である。

【図７】本発明の第５実施形態における、ノズル本体先
端のサック部の縦断面図である。

【図８】本発明の第６実施形態における、ノズル本体先
端のサック部の半部断面図である。

【図９】従来の燃料噴射ノズルによる、燃料噴霧の分布
を示す図である。

【符号の説明】

１…ノズル本体、１４…燃料噴口、１４１，１４２，１
４３…通孔、２…ニードル弁、Ｌ…軸線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 清美 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 堀田 義博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル本体の外周の複数箇所にニードル
   弁によって開閉される燃料噴口を形成し、各燃料噴口の
   開口部位をノズル本体の軸線に対して９０°より小さい
   所定角度だけ傾斜させたことを特徴とする燃料噴射ノズ
   ル。