JPH10325378A - ホール型燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＯｘの生成を抑制しつつディーゼルエンジ
ンから排出される黒煙を低減する。 【解決手段】 ノズルサック８から燃焼室に至る主通路
９ａと、該主通路９ａの途中から分岐して燃焼室に至る
副通路９ｂでホール式の燃料噴射ノズルの噴口９を構成
したことにより、噴射量に応じて実質噴口数を変化させ
て混合気分布を改善することにより、黒煙の増加を予防
しつつ、噴霧体積を抑制してＮＯｘの生成を抑えること
ができるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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、特に、ディーゼル
エンジンから排出されるＮＯｘおよび黒煙を効果的に低
減することが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】自動車用ディーゼルエンジンのように運
転される回転・負荷域が広いディーゼルエンジンにおい
ては、燃料噴射量の制御範囲が広い。従って、例えば軽
負荷域のように噴射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、噴射量が多い高負荷域での噴射期間が必要以上に長
くなり過ぎてしまう。

【０００３】また、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、軽負荷域においても初期噴射
率が高くなってＮＯｘが生成され易くなる。なお、噴口
径を大きくした場合は燃料噴霧の粒径が大きくなってし
まうために黒煙の排出量が増加する傾向がある。

【０００４】一方、ＮＯｘの生成を抑制するためには、
排気の一部を燃焼室に戻すＥＧＲを行ない、あるいは、
燃料の噴射時期を遅らせるタイミングリタードを行な
い、もしくは、低スワール化することによって空気と燃
料の混合を抑えることが有効であるとされてきた。

【０００５】ところが、ＮＯｘの生成を抑制すべくＥＧ
Ｒを行なうと、新気の充填効率が低下して燃費の悪化お
よび黒煙の増加を招き、パティキュレートの排出量が増
加する懸念がある。また、タイミングリタードを行なっ
た場合はエンジン性能が犠牲になり、低スワール化する
と空気利用率が低下して黒煙の排出量が増大する可能性
が高いというように、ＮＯｘの生成を抑制しつつ黒煙の
排出を減少させることは至難であるとされていた。

【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、ＮＯｘの生成を抑制しつつ
ディーゼルエンジンから排出される黒煙を低減すること
ができる燃料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
に本発明においては、ノズルサックから燃焼室に至る主
通路と、該主通路の途中から分岐して燃焼室に至る副通
路でホール式燃料噴射ノズルの噴口を構成したことを特
徴としている。なお、ノズルサックの燃料に旋回流を与
える偏向手段を設け、主通路をノズルサックの法線を基
準として円錐断面上で前記旋回流の上流側にオフセット
させるとともに、副通路を旋回流の下流側に向って分岐
させることにより、ＮＯｘの生成および黒煙の排出をよ
り効果的に減少させることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料噴射ノ
ズルの一実施形態を示すノズル先端部の縦断面図、図２
は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１に示した燃料噴射ノ
ズルによる軽負荷域での燃料噴霧の状態を示す燃焼室の
断面図、図４は同じく高負荷域での燃料噴霧の状態を示
す燃焼室の断面図である。

【０００９】これらの図において、ノズルボディ１に設
けた燃料溜り２にニードル３の受圧面４を臨ませてい
る。そして、図示しないノズルスプリングでニードル３
を図中下方に押圧付勢してシート部５をノズルボディ１
のノズルシート６に着座保持させることにより、常時は
燃料溜り２から延設された流入通路７を閉鎖してノズル
サック８への燃料の流入を防止している。

【００１０】なお、燃料溜り２の燃料の圧力の上昇にと
もなって受圧面４を介してニードル３に作用するリフト
力が前記ノズルスプリングによる閉弁付勢力より大きく
なると、ニードル３が図中上方にリフトしてシート部５
をノズルシート６から浮上させる。すると、燃料溜り２
の燃料が流入通路７を経てノズルサック８に流入し、こ
のノズルサック８に設けた複数個の噴口９から燃焼室１
０に噴射されるホール式の燃料噴射ノズル１１を構成し
ている。

【００１１】ここに本実施形態においては、燃料溜り２
からノズルサック８に至る流入通路７を狭搾する大径部
１２をニードル３の先端近傍に形成している。そして、
吸気によって燃焼室１０に誘起されるスワール１３と同
一方向に向って偏向する螺旋状の溝１４を上記大径部１
２に設けることにより、この溝１４による偏向案内作用
でノズルサック８の燃料にスワール１３と同一方向に向
う旋回流１５を発生させるようにしている。

【００１２】一方、ノズルサック８から燃焼室１０に至
る主通路９ａと、該主通路９ａの途中から分岐して燃焼
室１０に至る副通路９ｂで噴口９を構成している。ま
た、主通路９ａをそれぞれノズルサック８の法線１６と
平行に、しかも、この法線１６を基準として円錐断面上
で旋回流１５の上流側にオフセットさせるとともに、副
通路９ｂを旋回流１５の下流側に向って分岐させてい
る。１７ａ、１７ｂは主通路９ａおよび副通路９ｂから
噴射された燃料による燃料噴霧、１８は燃料溜り２に燃
料を給送する燃料通路である。

【００１３】以上のように構成された燃料噴射ノズル１
１において、図示しない燃料噴射ポンプなどから吐出さ
れた燃料は、燃料通路１８を経て燃料溜り２に送り込ま
れ、流入通路７に供給保持されている。

【００１４】燃料溜り２の燃料の圧力は、受圧面４を介
してニードル３にリフト力として作用する。ところが、
噴射時期以外では図示しないニードルスプリングによる
閉弁付勢力が上記リフト力よりも大きくなっているため
に、ニードル３のシート部５がノズルボディ１のノズル
シート６に着座保持されてノズルサック８への燃料の流
入を阻止している。

【００１５】噴射時期に到達して燃料溜り２の圧力が上
昇すると、これにともなってニードル３に作用するリフ
ト力がノズルスプリングによる付勢力よりも大きくな
る。すると、ニードル３が図中上方にリフトしてシート
部５をノズルシート６から浮上させるために、燃料溜り
２の燃料が流入通路７を経てノズルサック８に送り込ま
れ、このノズルサック８から噴口９を経て燃焼室１０に
噴射される。

【００１６】このようにしてニードル３がリフトされて
燃料溜り２から流入通路７を経てノズルサック８に燃料
が供給されると同時に、燃料通路１８を通って燃料溜り
２に燃料が補給される。このとき、流入通路７の一部を
スワール１３と同一方向に向って偏向する螺旋状の溝１
４で構成している。

【００１７】従って、流入通路７の終端部においては該
流入通路７の一部を構成する溝１４による偏向案内作用
を受けてスワール１３と同一の方向に旋回する燃料の流
れが誘起されており、この流れがそのままノズルサック
８に持ち込まれるために、スワール１３と同一方向の旋
回流１５がノズルサック８に誘起される。

【００１８】ところで、上記のようにして誘起されるノ
ズルサック８の旋回流１５は、ニードル３のリフト量が
大きくなってノズルサック８に流入する燃料の量が増加
するにつれて強くなる。また、噴口９の主通路９ａをそ
れぞれノズルサック８の法線１６と平行にしたうえで、
この法線１６を基準として円錐断面上で旋回流１５の上
流側にオフセットさせている。

【００１９】このために、ノズルサック８から各主通路
９ａに流入した燃料の流速は、主通路９ａの断面ごとに
異なり、各主通路９ａにおける旋回流１５の上流側断面
における燃料の流速が旋回流１５の下流側断面における
燃料の流速よりも高くなる。また、主通路９ａを流れる
燃料の一部は副通路９ｂに流入するが、燃料は主通路９
ａを流れ易いために、主通路９ａから流出した燃料によ
る燃料噴霧１７ａのペネトレーションが副通路９ｂから
流出した燃料による燃料噴霧１７ｂのペネトレーション
より大きくなるために、混合気の分布が改善されて黒煙
の発生が減少する。

【００２０】さらに、主通路９ａおよび副通路９ｂを流
れる燃料の流速は上記のように各断面ごとに異なるもの
となる。そして、これらの流速差による影響を受けて各
燃料噴霧１７ａ、１７ｂがそれぞれスワール１３の下流
側に曲るために、空気との接触面積が増大する。また、
各燃料噴霧１７ａの流速がスワール１３の上流側と下流
側で異なったものとなり、この流速差による影響で空気
の取り込み性が向上して空気との混合が改善されるため
に、ＮＯｘの生成を抑制すべく低スワール化を行なった
としても黒煙の排出量が増加することがない。

【００２１】さらにまた、上記のように燃料は主通路９
ａに流れ易い。このために、噴射量が少ない軽負荷域で
の運転時は、例えば図３に示したようにほとんどの燃料
が主通路９ａから噴射されてスワール１３による押し流
し作用を受けて拡散する。一方、噴射量が多くなる高負
荷域での運転時には主通路９ａの圧力が上昇するため
に、該主通路９ａから副通路９ｂに流入する燃料の流量
が増加する。従って、この場合は例えば図４に示したよ
うに主副の通路９ａ、９ｂからそれぞれ燃料が噴射され
て燃料噴霧１７ａ、１７ｂを形成するというように、噴
射量の増大にともなって噴口の数が実質的に増加するた
めに、混合気分布が改善される。

【００２２】同様に、図示しない燃料噴射ポンプの送油
率が低い領域では流路抵抗が小さくて流量係数が大きい
主通路９ａから主として燃料が噴射される。従って、軽
負荷域での運転時のように噴射量が少ないときは噴霧体
積を抑制することができるために、静粛な燃焼が行なわ
れるとともに、ＮＯｘの生成が抑制される。

【００２３】なお、スワール１３による影響を受けない
状態では燃料噴霧１７は図３および図４にそれぞれ実線
で示したように分布するが、実際にはスワール１３によ
る押し流し作用を受けるために、同図に二点鎖線で示し
たようにスワール１３の下流側に向って拡散して空気と
混合される。従って、適度な強さのスワール１３を燃焼
室１０に誘起させることにより、燃料噴霧１７と空気と
の接触面積をさらに増大させることができるとともに、
混合をより促進させて黒煙の悪化を確実に予防すること
ができる。

【００２４】また、燃料噴霧１７ａ、１７ｂの拡散速度
は、主通路９ａおよび副通路９ｂの各断面における燃料
の流速差とスワール１３の強さに応答して変化するもの
であり、燃料噴霧１７ａ、１７ｂの流速に対比してスワ
ール１３が強い場合は、スワール１３の上流側に位置す
る通路から噴射された燃料噴霧が隣接する下流側の噴口
から噴射された燃料噴霧に追いついて重なり合ってしま
う可能性がある。従って、このように燃料噴霧が重なり
合う可能性がある場合は、例えば副通路９ｂのコーン角
と主通路９ａのコーン角を異ならせて燃料噴霧の重なり
による不具合を回避することが望まれる。

【００２５】さらに、通常は副通路９ｂの径を主通路９
ａの径と同等にするが、副通路９ｂの分岐角度によって
は該副通路９ｂの径を主通路９ａの径よりも小さくして
主副通路９ａ、９ｂの流量係数比を最適制御することが
でき、あるいは、副通路９ｂの分岐角度の変更によって
も主副通路９ａ、９ｂの流量係数比を変化させることが
できる。

【００２６】さらにまた、一般的には副通路９ｂのコー
ン角を主通路９ａのコーン角と同等にし、あるいは、副
通路９ｂのコーン角を主通路９ａのコーン角より大きく
することにより、噴射量の増大時にキャビティの浅い部
分もしくはスキッシュエリアの空気をも積極的に有効利
用して空気利用率をより高くすることが望まれるが、燃
焼室の形状によっては副通路９ｂのコーン角を主通路９
ａのコーン角より小さくしてもよい。

【００２７】上記実施形態においては燃焼室１０に誘起
されるスワール１３と同一の方向に向う旋回流１５をノ
ズルサック８に発生させるとともに、主通路９ａをそれ
ぞれノズルサック８の法線１６と平行に保持させたまま
旋回流１５の上流側にオフセットさせることにより、主
通路９ａの各断面における燃料の流速差を積極的に確保
して噴射量に対する主副通路９ａ、９ｂの間の流量配分
の対応ならびに燃料噴霧の拡がりを確実に行なわせるよ
うにしているが、スワール１３と逆方向の旋回流１５を
ノズルサック８に発生させるようにしてもよい。

【００２８】また、エンジンの特性によっては旋回手段
を省略し、あるいは、主通路９ａのオフセットを省略す
ることもできる。さらに、燃焼室１０のスワール１３を
弱くし、もしくは、スワール１３をなくしてＮＯｘの生
成を抑制するようにしたエンジンの場合においても、主
副通路９ａ、９ｂの流量係数比を適度に設定することに
より、燃料噴霧１７ａ、１７ｂの拡散および空気のとり
込み性を充分に高くして空気との混合を改善することが
できるために、黒煙の排出量が増加することがない。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、ノズルサックから燃焼室に至る主通路と、該主通路
の途中から分岐して燃焼室に至る副通路でホール式の燃
料噴射ノズルの噴口を構成したものであるから、噴射量
に応じて噴口の実質開口面積が変化するために、噴射期
間の長期化および黒煙の増加を予防しつつ噴霧体積を抑
制することができるためにＮＯｘの生成を抑制すること
ができる。また、主通路から噴射された燃料による燃料
噴霧のペネトレーションと副通路から噴射された燃料に
よる燃料噴霧のペネトレーションが異なるものとなるた
めに、混合気の分布が改善されて黒煙の発生が減少す
る。

【００３０】なお、請求項２の発明のようにノズルサッ
クの燃料に旋回流を与える一方、主通路をノズルサック
の法線を基準として円錐断面上で前記旋回流の上流側に
オフセットさせるとともに、副通路を旋回流の下流側に
向って分岐させた場合は、混合気の分布が改善されるた
めに、ＮＯｘの生成および黒煙の排出をより効果的に減
少させることがができる利点がある。

【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形態を示
すノズル先端部の縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１に示した燃料噴射ノズルによる軽負荷域で
の燃料噴霧の状態を示す燃焼室の断面図である。

【図４】図１に示した燃料噴射ノズルによる高負荷域で
の燃料噴霧の状態を示す燃焼室の断面図である。

【符号の説明】

１ ノズルボディ ２ 燃料溜り ３ ニードル ４ 受圧面 ５ シート部 ６ ノズルシート ７ 流入通路 ８ ノズルサック ９ 噴口 ９ａ 主通路 ９ｂ 副通路 １０ 燃焼室 １１ 燃料噴射ノズル １２ 大径部 １３ スワール １４ 螺旋状の溝 １５ 旋回流 １６ ノズルサック８の法線 １７ａ、１７ｂ 燃料噴霧 １８ 燃料通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルボディに設けた燃料溜りの燃料圧
   力の上昇にともなってニードルをリフトさせることによ
   り、前記燃料溜りの燃料をノズルサックの法線に沿う複
   数個の噴口から燃焼室に噴射させるようにしたホール式
   の燃料噴射ノズルにおいて、ノズルサックから燃焼室に
   至る主通路と、該主通路の途中から分岐して燃焼室に至
   る副通路で前記噴口を構成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】 ノズルサックの燃料に旋回流を与える偏
   向手段を設け、主通路をノズルサックの法線を基準とし
   て円錐断面上で前記旋回流の上流側にオフセットさせる
   とともに、副通路を旋回流の下流側に向って分岐させた
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノズル。