JPH10331745A - 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】 ノズルボディ１に設けたノズルサック８
の燃料を旋回させる偏向手段を設ける。ノズルサック８
に設けた噴口９をそれぞれノズルサック８の法線１６を
基準として円錐断面上で前記燃料の旋回流１５の上流側
にオフセットまたはオフセットさせつつ湾曲させたこと
により、噴口９の各断面における燃料の流速を異ならせ
て燃料噴霧に曲りを与え、もって、燃料噴霧と空気との
混合性を改善するようにした。

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
の燃焼室に燃料を噴射供給するホール式の燃料噴射ノズ
ルに係り、特に、燃料噴霧への空気の取り込み性を向上
して空気利用率を改善することができる燃料噴射ノズル
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジ
ンに比較して排気中に含まれるＨＣが少なく、熱効率が
高いという利点を有している反面、ＮＯｘおよびパティ
キュレートの排出量が多いという不具合がある。かかる
不具合を解消するためには、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。

【０００３】ところが、ＮＯｘの生成を抑制すべくＥＧ
Ｒを行なうと、空気充填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うとエ
ンジン性能が犠牲になり、低スワール化した場合は空気
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。

【０００４】

【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。

【０００５】

【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、ノズルボディに設けたノズルサックの燃料
に旋回流を与える偏向手段を設けるとともに、ノズルサ
ックに設けた噴口をそれぞれ該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
させたことを特徴としている。なお、ノズルサックに与
える燃料の旋回流の方向を燃焼室に誘起されるスワール
の方向と一致させることができるとともに、出口に至る
につれて反オフセット側に偏位する湾曲通路で噴口を構
成し、あるいは、螺旋状の溝によるノズルサックへの流
入通路をニードルに形成して偏向手段を構成することが
できる。

【０００６】

【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２に示した噴口の拡大
図、図４は燃料噴霧の状態を示す燃焼室の断面図であ
る。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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、
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１２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。

【００１０】また、ノズルサック８に設けた噴口９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ている。１７は噴口９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。

【００１１】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。

【００１２】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。しかしなが
ら、噴射時期以外において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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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でノズルサッ
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。

【００１６】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。

【００１７】このために、ノズルサック８から各噴口９
に流入した燃料の流速は、噴口９の断面ごとに異なり、
各噴口９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。

【００１８】従って、噴口９から燃焼室１０に噴射され
た燃料による燃料噴霧１７は、図４に示したように先端
に至るにつれて拡散しつつ、噴口９の各断面における流
速差による影響を受けてスワール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
１７の流速が噴口９の断面の上流側と下流側で異なった
ものとなり、空気の取り込み性が向上するために、燃料
噴霧１７と空気との混合が改善されることになり、ＮＯ
ｘ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。

【００１９】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
ために図４に二点鎖線で示したようにより拡散して空気
と混合される。このために、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。

【００２０】また、燃料噴霧１７の拡散速度は、噴口９
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１７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
側に位置する噴口９から噴射された燃料噴霧１７が隣接
する下流側の噴口９から噴射された燃料噴霧１７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１７が重なり合う可能性がある場合は、
隣接する噴口９のコーン角を異ならせることにより、燃
料噴霧１７の重なりによる不具合を回避することができ
る。

【００２１】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と同一の方向に向って偏向する螺旋
状の溝１４をニードル３に形成することにより、ノズル
サック８への流入通路７の終端近傍の一部を螺旋状に形
成してノズルサック８の燃料に旋回流１５を与える偏向
手段を構成してその構成を簡略化しているが、偏向手段
は螺旋状の溝１４のみに限定されるものではなく、ノズ
ルサック８の燃料に旋回流１５を誘起させるものであれ
ば任意である。

【００２２】また、上記実施形態においては噴口９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ているが、必ず
しも噴口９を法線１６と平行にする必要性はなく、各断
面における燃料の流速差を確保することができる範囲内
で噴口９と法線１６の間に適度な角度を与え、あるい
は、湾曲した通路で噴口９を構成することができる。

【００２３】すなわち、図５は本発明に係る燃料噴射ノ
ズルに最適な噴口９の断面形状を示したものであり、こ
の図５に示したように出口（下流）に至るにつれて反オ
フセット側（旋回流１５の下流側）に偏位する湾曲通路
で噴口９を構成することにより、旋回流１５に対して噴
口９を迎え角をもって開口させ、噴口９の出口をスワー
ル１３の下流側に向って開口させている。

【００２４】従って、この場合はノズルサック８から噴
口９への燃料の流入抵抗が小さくなって圧力損失が減少
するので燃料噴霧１７の到達距離が大きくなり、しか
も、流速差による燃料噴霧１７の曲りが噴口９の曲りに
よって助長されるために、燃料噴霧１７と空気の混合が
より改善されて黒煙の抑制効果が高くなる。

【００２５】さらに、上記実施例では燃焼室１０にスワ
ール１３が誘起されることを前提として説明している
が、スワールのないエンジンにも本発明を適用すること
ができる。すなわち、本発明においてはノズルサック８
の燃料に旋回流１５を発生させる偏向手段を設けるとと
もに、ノズルサック８に設けた噴口９をこの旋回流１５
の上流側にオフセットさせて噴口９の各断面における燃
料の流速を異ならせるようにしている。

【００２６】従って、噴口９から噴射された燃料による
燃料噴霧１７は、先端に至るにつれて拡散しつつ噴口９
の各断面の流速差で旋回流１５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１７の
流速が旋回流１５の上流側と下流側で異なったものとな
り、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。

【００２７】このために、燃焼室１０のスワールをなく
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、ノズルサック８に発生させる燃料の旋回流
１５の強さおよび噴口９のオフセット量あるいは曲りを
適度に設定することにより、燃料噴霧１７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、黒煙の排出を確実に防止する
ことができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
おいては、ノズルサックの燃料を旋回させつつ、この旋
回流の上流側にオフセットさせた噴口に流入させるよう
にしている。従って、ノズルサックから各噴口に流入し
た燃料の流速は噴口の各断面ごとに異なったものとな
り、各噴口における旋回流の上流側断面における燃料の
流速が旋回流の下流側断面における燃料の流速よりも高
くなる。

【００２９】このために、噴口から燃焼室に噴射された
燃料による燃料噴霧は、先端に至るにつれて拡散しつ
つ、噴口の各断面における流速差による影響を受けて旋
回流の下流側に向って曲るために、空気との接触面積が
増大する。また、各燃料噴霧の流速が旋回流の上流側と
下流側で異なったものとなるために、燃料噴霧の拡散性
が改善されて空気の取り込み性が高くなり、空気との混
合性が改善される。よって、ＮＯｘの生成を抑制すべく
スワールをなくし、あるいは、低スワール化を行なった
場合においても黒煙の排出量が増加することがない。

【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２に示した噴口の拡大図である。

【図４】燃料噴霧の状態を示す燃焼室の断面図である。

【図５】噴口の変形例を示す図２に相当する断面図であ
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 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 １７ 燃料噴霧 １８ 燃料通路

Claims (4)

【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
   の燃料噴射ノズルであって、前記ノズルサックの燃料に
   旋回流を与える偏向手段を設けるとともに、ノズルサッ
   クに設けた噴口をそれぞれ該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
   せたことを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】 ノズルサックの燃料に与える旋回流の方
   向を燃焼室に誘起されるスワールの方向と一致させたも
   のであることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノ
   ズル。
3. 【請求項３】 出口に至るにつれて反オフセット側に偏
   位する湾曲通路で噴口を構成したことを特徴とする請求
   項１または請求項２のいずれか１項に記載の燃料噴射ノ
   ズル。
4. 【請求項４】 ニードルに形成した螺旋状の溝によるノ
   ズルサックへの流入通路で偏向手段を構成したことを特
   徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燃
   料噴射ノズル。