JPH10331747A - 燃料噴射ノズルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力損失を低減し、高速流の燃料を噴射孔出
口から噴射するようにした燃料噴射ノズルを提供する。 【解決手段】 ノズルボディ１１の弁座部１３に噴射孔
入口４１１が開口し、同一内径の噴射孔通路４１２が噴
射孔出口４１３まで同一曲率半径に湾曲する。噴射孔入
口４１１が弁座部１３に開口しているため、サック部１
５の容積を減少可能になり、燃料噴射後に燃料の後だれ
を発生し難くする。燃料噴射時、ノズルボディ１１の弁
座周辺の燃料が噴射孔入口４１１に進入するとき、燃料
流方向にそって噴射孔４１内に進入し、流体力学的な曲
り損失が低減される。噴射孔出口４１３からは所望の方
向に燃料を噴射する。従って、噴射燃料の高速化による
燃料の微粒化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関の燃料噴射ノズルは、ノ
ズルボディの弁座部にニードルの当接部が接触と離間を
繰り返すことにより弁閉動作と弁開動作を行い、弁開時
にノズルボディの噴射孔から燃料を噴射する。ディーゼ
ル機関においては、機関の排出する排ガスによる大気汚
染対策上、排ガス中の黒煙、ハイドロカーボンを代表と
するパティキュレートを低減することが要求される。こ
のパティキュレートを低減するためには、燃料噴射ノズ
ルから噴射された噴霧の微粒化が有効であることが知ら
れている。燃料噴霧の微粒化を促進するには、燃料噴射
ノズルに導かれる燃料の圧力を噴射ポンプにより高める
ことにより、燃料に与えられた高エネルギーを噴射孔出
口まで導き、流体損失を少なくし噴射孔出口から高流速
の燃料（流量大）を噴射することが重要である。

【０００３】また、ノズルボディの先端に形成されるサ
ックホール（サック部）と噴射孔ならびに燃料溜り部の
容積を低減することが機関の排ガス中のハイドロカーボ
ン量を低減することは周知である。これは、機関の燃焼
室において燃焼が終了した後、燃料溜り部（容積部）に
残った燃料が燃焼室の高温にさらされて膨張し、後だれ
として噴射孔から燃焼室に排出され、ハイドロカーボン
として排ガス中に排出されやすいからである。したがっ
て、燃料噴射ノズルの内部の空間容積部を極力小さくす
ることが重要となる。

【０００４】サック容積を極力低減させた公知の技術と
して知られるバルブカバードオリフィス（ＶＣＯ）ノズ
ルは、ノズルボディの内部のサックホールでなく弁座部
に噴射孔の入口を開口している。これにより、サック容
積を低減することが可能となり、排ガス中のパティキュ
レートに含まれる可溶有機成分ＳＯＦを低減するのに有
効である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、燃料噴射ノズ
ルの製造時、ノズルボディの噴射孔入口部に曲面を形成
する場合、噴射孔入口近傍に電極を設置し、ノズル内部
に電解液を流すと同時にノズルボディと電極間に電流を
流し、噴射孔入口を電蝕させる方法が採用されてきた。

【０００６】しかし、従来から、ノズルボディの個体差
により、噴射孔入口近傍と電極間のクリアランスが不均
一になることで、電蝕度合いが不均一になること、電極
軸芯とノズルボディ軸芯の偏芯により複数の各噴孔と電
極とのクリアランスに差異が生じること、などによって
同一仕様のノズルボディにおいても複数の噴射孔ごとあ
るいは噴射孔周囲の位置によって噴射孔入口部の湾曲部
の曲率半径が異なることが生じ、結果として噴射ノズル
個体間で噴孔流量が不均一となり、単一のノズルボディ
での複数の噴射孔間での噴孔流量も不均一になるという
問題があった。

【０００７】本発明は、燃料噴射時の圧力損失を低減
し、高速流の燃料を噴射孔出口から噴射するようにした
燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。本発明の
別の目的は、燃料噴射後に燃料の後だれが発生し難い燃
料噴射ノズルを提供することを目的とする。本発明のさ
らに別の目的は、燃料流の曲り損失を低減し、単位時間
あたりの噴射孔流量を増大した燃料噴射ノズルを提供す
ることにある。

【０００８】本発明のさらに別の目的は、サック容積縮
小と燃料の微粒化促進とを両立した燃料噴射ノズルを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
燃料噴射ノズルによると、ノズルボディの弁座部から噴
射孔に至る燃料通路の流体力学的曲り損失を低減する曲
り損失低減手段を備えるため、ノズルボディの弁座周辺
の燃料が噴射孔の入口に進入するとき、燃料流方向にそ
って噴射孔内に進入し、流体力学的な曲り損失が低減さ
れる。従って、噴射燃料の高速化による燃料の微粒化が
図れる。

【００１０】本発明の請求項２記載の燃料噴射ノズルに
よると、噴射孔入口が弁座部に開口しているため、サッ
ク部の容積を十分に低減し、機関の排ガス中のハイドロ
カーボン量を低減し、また流体損失エネルギーを少なく
し燃料の微粒化が図れる。サック容積を低減することが
可能となり、排ガス中のパティキュレートに含まれる可
溶有機成分ＳＯＦを低減するのに有効である。

【００１１】本発明の請求項３記載の燃料噴射ノズルに
よると、噴射孔入口から噴射孔出口までの燃料通路が湾
曲または屈曲しているため、流体力学的な曲り損失を低
減し、単位時間当たりの噴孔流量を増大させられる。本
発明の請求項４記載の燃料噴射ノズルによると、噴射孔
入口の開口縁部に面取り部が形成されているため、流体
力学的な曲り損失を低減しながら単位時間当たりの噴孔
流量を増大させられる。

【００１２】本発明の請求項５記載の燃料噴射ノズルに
よると、面取り部の開口縁部を流通する燃料流の上流側
に位置する側の曲率半径Ｒ１が燃料流の下流側に位置す
る側の曲率半径Ｒ２より大きく、開口縁部の曲率半径が
噴射孔入口周上で連続的に変化するため、流量の相対的
に大きな上流側からの曲がり損失が低減されるので、流
速増大への寄与が大である。

【００１３】本発明の請求項６記載の燃料噴射ノズルの
加工方法によると、ノズルボディの内部に研磨用砥粒を
含有する加工媒体をノズルボディ内部から噴射孔を通し
て流通するため、簡単な方法で燃料噴射ノズルを製造す
ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
実施例を図面に基づいて説明する。 （第１実施例）本発明の第１実施例を図１および図２に
示す。図１および図２に示すように、燃料噴射ノズル１
０は、ノズルボディ１１と、このノズルボディ１１の内
部に軸方向に往復摺動可能なニードルバルブ３１とから
なる。

【００１５】ノズルボディ１１は、基本形が有底の中空
円筒状で、内部に案内孔１２、弁座部１３、噴射孔４
１、サック部１５、燃料溜り１６、燃料供給孔１７が形
成される。案内孔１２は、ノズルボディ１１の内部に軸
方向に延びており、一方の端部がノズルボディ１１の開
口端２６に接続しており、他方の端部側が弁座部１３に
接続している。案内孔１２の内壁は、ノズルボディ１１
の開口端２６から有底側の弁座部１３の近傍まで同一内
径に形成されている。

【００１６】弁座部１３は、円錐台面を有し、大径側の
一端が案内孔１２に連続し、小径側の他端側がサック部
１５に接続している。この弁座部１３にニードルバルブ
３１の当接部３６が当接可能である。当接部３６は理論
的には円の形状である。サック部１５は、ノズルボディ
１１の先端側に袋状に小空間の容積をもって形成される
サックホールである。サックホールの開口側は弁座部１
３の小径側に連続する。

【００１７】噴射孔４１は、図１に示すように、ノズル
ボディ１１の先端部にノズルボディ１１の内外を連通す
る通路に形成される。この噴射孔４１は、噴射孔入口４
１１、噴射口通路４１２および噴射孔出口４１３からな
る。噴射孔入口４１１の位置は、弁座部１３に当接する
ニードルバルブ３１の当接部３６との接触部よりもサッ
クホール１５側に形成される。噴射孔入口４１１は、そ
の中心軸線が弁座部１３の上流側からの流れ方向と鈍角
をなして傾斜している。これにより、弁座部１３の周囲
から燃料流が噴射孔入口４１１に入るときの曲り損失を
低減する。噴射孔通路４１２は噴射孔入口４１１から入
った燃料流を案内し、噴射孔出口４１３に導く。噴射孔
出口４１３の中心軸は燃料を噴射する所望の方向に一致
する。噴射孔通路４１２の内径は噴射孔入口４１１から
噴射孔出口４１３まで同径である。また噴射孔通路４１
２の曲率半径は同一である。本発明としては、噴射孔入
口から噴射孔出口までの曲率半径が次第に大きくなるよ
うにしてもよい。また噴射孔出口近傍でストレート状の
噴射孔通路になるようにしてもよい。

【００１８】燃料溜り１６は、ノズルボディ１１の案内
孔１２を形成する内壁中途部に環状に形成されている。
この燃料溜り１６に外部から燃料を供給する燃料供給孔
１７が接続されている。ニードルバルブ３１は、基本形
が中実円柱状の形状で、図２に示すように、大径円柱部
３２、小径円柱部３４、円錐台部３５および円錐部３７
からなる。

【００１９】大径円柱部３２は、外径が同一径で、クリ
アンスを介して案内孔１２に遊嵌合し、軸方向に往復動
することが可能である。小径円柱部３４は、燃料溜り１
６の近傍から弁座部１３の近傍まで軸方向に延びてい
る。小径円柱部３４の外径は、案内孔１２の内径よりも
小さい。小径円柱部３４と案内孔１２の内壁との隙間が
燃料通路になる。

【００２０】円錐台部３５は、一方の端部が小径円柱部
３４に連続しており、他方の端部が円状の当接部分３６
を介して円錐部３７に連続する。円錐台部３５と円錐部
３７との接続部分は円であり、この円の部分が弁閉時の
接触部となる。円錐部３７は、弁座部１３の傾斜角より
も大きな傾斜角となっている。これは弁閉時の当接部３
６と弁座部１３との接触を可能にし油密を確保するため
である。円錐部３７の先端は、弁閉時、サック部１５に
対面する位置となる。

【００２１】次に、作動を説明する。図１に示すよう
に、ノズルボディ１１の弁座部１３からニードルバルブ
３１の当接部３６が離間しているとき、弁開状態とな
る。弁開状態では、弁座部１３と円錐部３７との間にク
リアランス４６が形成される。クリアランス４６側から
供給される燃料は、噴射孔入口４１１に入り、噴射孔通
路４１２、噴射孔出口４１３を経て矢印７０方向に噴射
される。

【００２２】図１に示す弁開状態から弁閉状態に移行す
るとき、弁座部１３に対しニードルバルブ３１が図１で
下降し、当接部３６が弁座部１３に接触すると、燃料流
が遮断される。図示しない燃料噴射ポンプからノズルボ
ディ１１の燃料供給孔に入った燃料は、燃料溜り１６に
供給される。燃料溜り１６の内圧が、図示しないばねに
よるニードルバルブ３１の押付荷重と受圧面積から設定
される開弁圧に到達すると、図１に示すように、ニード
ルバルブ３１は燃料圧力に抗して上昇し、弁座部１３か
ら当接部３６が離間し、噴射孔４１から燃料を噴射す
る。燃料は、燃料通路４７を通り、噴射孔入口４１１、
噴射孔通路４１２ならびに噴射孔出口４１３を通り矢印
７０方向に噴射される。噴射ポンプからの燃料圧送が終
了すると、燃料圧力が降下し、設定された閉弁圧に達す
ると、ニードルバルブ３１の当接部３６が弁座部１３に
当接し、燃料通路を閉じ、燃料噴射を終了する。

【００２３】この第１実施例によると、燃料噴射時、燃
料流の流体力学的な曲り損失が低減されているため、噴
射孔４１から噴射される燃料流量を相対的に増大させる
ことができる。また噴射孔４１の入口が弁座部１３に開
口する構成であるため、弁座部１３から弁座周辺の燃料
が噴射孔４１の入口に進入するとき、燃料流方向にそっ
て噴射孔４１内に進入し、流体力学的な曲り損失が低減
される。従って、サック容積縮小と燃料の微粒化促進と
を両立することができる。

【００２４】（第２実施例）本発明の第２実施例を図３
に基づいて説明する。図３に示す第２実施例は、噴射孔
５１が直状の第１噴孔５２と直状の第２噴孔５３とから
なる。第１噴孔５２の入口側は弁座部１３に連通しその
連通部が鈍角をなすように曲折して形成される。第１噴
孔５２の出口部は鈍角をなして第２噴孔５３に連通して
いる。第２噴孔５３は、入口部が第１噴孔との境界の曲
折部５４に接続し、出口側が外部に連通している。入口
側は鈍角に形成されている。これにより、流体的な曲り
損失が低減され、燃料が噴射孔５１から所望の方向に高
速に噴射される。

【００２５】（第３実施例）本発明の第３実施例を図４
および図５に基づいて説明する。噴射孔６１は、ノズル
ボディ１１の弁座部１３に入口部が開口する。噴射孔６
１は、噴射孔入口６２から噴射孔出口６３までストレー
ト状の同一内径に形成される。噴射孔入口６２は、弁座
部１３から燃料流がなめらかに噴射孔６１に流入するよ
うに湾曲状の面取り部６４が形成される。図５に示すよ
うに、面取り部６４は、曲面状に形成され、反サックホ
ール側の曲率半径Ｒ１、サックホール側の曲率半径Ｒ２
とすると、燃料流の上流側に位置する曲率半径Ｒ１の方
が下流側に位置する曲率半径Ｒ２よりも大きく形成され
ている。また面取り部６４は噴射孔６１の入口円周上で
連続的に変化するように形成されている。

【００２６】この第２実施例では、噴射孔入口６２に最
小必要限の面取り部６４を形成することで、噴霧の微粒
化とサック容積増大抑制を両立させている。 （第４実施例）本発明の第４実施例を図６示す。図６に
示す第４実施例は、噴射孔７１の入口７２をサック部１
５の内壁面に開口している。この噴射孔入口７２の入口
側に面取り部７４を形成している。

【００２７】この第３実施例においては、弁座部１３か
らサック部１５に入り、このサック部１５の内壁から面
取り部７４を経由して噴射孔入口７２に燃料が入り、噴
射孔出口７３から燃料が噴射される。面取り部７４の周
囲から燃料が入るため、燃料の流体的圧力損失が低減さ
れる。したがって、噴射孔７１から噴射される燃料流速
を高められ、噴霧の微粒化が促進されるので、黒煙とハ
イドロカーボンの排出量を低減できるという効果があ
る。また最少量の面取り部７４を形成することで、サッ
ク部１５の容積の増加を抑制し、燃料噴射後の燃料の後
だれによるハイドロカーボン排出量増加を抑制すること
ができる。

【００２８】（第５実施例）本発明の第５実施例を図
７、８、９、１０に示す。この第５実施例は、ノズルボ
ディ１１の先端に４個の噴射孔８１、８２、８３、８４
を主方向に等間隔に形成している。これらの噴射孔８
１、８２、８３、８４は、それぞれ基本的形状が同様で
あるので、代表として噴射孔８１について説明する。

【００２９】噴射孔８１の軸線は、ストレート状になっ
ている。噴射孔入口８５から入った燃料が噴射孔出口８
６から外部に噴射される。噴射孔入口８５は、その通路
内壁と弁座１３との境界域が湾曲面８８に形成される。
図９に示すように、湾曲面８８は、通路軸芯ｍの周りに
環状に形成され、燃料流の上流側に位置する湾曲面上流
側８９の曲率半径が湾曲面下流側９０の曲率半径よりも
大きく形成されている。湾曲面下流側９０の曲率半径Ｒ
４と湾曲面上流側８９の曲率半径Ｒ３は連続的に周方向
に単調増加して形成される。

【００３０】本発明としては、噴射孔入口の湾曲面の面
取り部の曲率半径については、図１０に示すように、上
流側位置の曲率半径Ｒ３が下流側位置の曲率半径Ｒ４よ
りも大きくする。そして上流側位置の曲率半径Ｒ３と下
流側位置の曲率半径Ｒ４との中間位置については連続し
た曲率半径であればよい。すなわち図１０に３個の例
Ａ、Ｂ、Ｃを示したが、中間の曲率半径の値については
限定されない。

【００３１】上流側位置の曲率半径が下流側位置の曲率
半径よりも大きいことは、燃料上流側の燃料流が比較的
流れやすい進路をとる上流側位置で曲り圧力損失を低減
することとなり、流速増大に寄与する。次に、この第５
実施例による燃料噴射ノズルの製造方法について説明す
る。ノズルボディの内部に研磨用砥粒を含有する流体
（加工媒体）を加圧して流す。すると、この加工媒体の
もつ流体エネルギーにより、曲り抵抗の高い噴孔入口部
においてエッジ部が砥粒により湾曲状に研磨される。こ
の研磨速度すなわち面取りの拡大速度は、流体の速度が
高いほどまた曲率半径が小さいほど増加する。

【００３２】流体通路から噴射孔へ流れ込む加工媒体
は、サック部側から噴射孔に流れ込む流速よりも反サッ
ク側つまり上流側から流れ込む流速が速く、曲り角度も
大きく、その加工速度は定性的にＲ３＞Ｒ４となるポテ
ンシャルをもつ。つまり反サック部側の独立半径Ｒ３と
サック部側の曲率半径Ｒ４との比Ｒ３／Ｒ４を変更する
には、加工媒体の絶対流速を変更する。Ｒ３／Ｒ４比を
大きくする場合、加工媒体の流速を増加、小さくする場
合は加工媒体の流速を低下させる。

【００３３】Ｒ３／Ｒ４比を大きくとる場合、加工媒体
の粘度の低粘度の流体を使用し、Ｒ比を小さくする場
合、高粘度の流体を使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による流体噴射ノズルの先
端を示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施例による流体噴射ノズルの断
面図である。

【図３】本発明の第２実施例による流体噴射ノズルの断
面図である。

【図４】本発明の第３実施例による流体噴射ノズルの断
面図である。

【図５】図４に示す噴射孔部分の拡大断面図である。

【図６】本発明の第４実施例による流体噴射ノズルを示
す断面図である。

【図７】本発明の第５実施例による流体噴射ノズルの断
面図である。

【図８】本発明の第５実施例による噴射孔の配置図を示
す模式図である。

【図９】本発明の第５実施例による噴射孔の入口部分の
面取り部を示す説明図である。

【図１０】本発明の噴射孔の噴射孔入口の上流側位置と
下流側位置の各曲率半径の関係を示す図である。

【符号の説明】

１１ ノズルボディ １２ 案内孔 １３ 弁座部 １５ サック部 ３１ ニードルバルブ ３６ 当接部 ３７ 円錐部 ４１ 噴射孔 ４１１ 噴射孔入口 ４１２ 噴射孔通路 ４１３ 噴射孔出口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に当接部を有するバルブニードル
   と、 前記バルブニードルを軸方向に往復摺動可能に嵌合する
   案内孔、前記当接部と接触可能な弁座部、および該弁座
   部またはその下流側に内外を連通する噴射孔を有する基
   本形が円筒状のノズルボディとを備え、 前記弁座部と前記当接部との接触および離間により燃料
   の遮断および流通を行う燃料噴射ノズルであって、 前記弁座部から前記噴射孔に至る燃料通路は、流体力学
   的曲り損失を低減する曲り損失低減手段を備えることを
   特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】 前記曲り損失低減手段は、前記噴射孔入
   口が前記弁座部に開口していることを特徴とする請求項
   １記載の燃料噴射ノズル。
3. 【請求項３】 前記曲り損失低減手段は、前記噴射孔入
   口から噴射孔出口までの燃料通路が湾曲または屈曲して
   いることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズル。
4. 【請求項４】 前記曲り損失低減手段は、前記噴射孔入
   口の開口縁部に面取り部が形成されていることを特徴と
   する請求項１記載の燃料噴射ノズル。
5. 【請求項５】 前記面取り部は、前記開口縁部を流通す
   る燃料流の上流側に位置する側の曲率半径Ｒ１、燃料流
   の下流側に位置する側の曲率半径Ｒ２とすると、Ｒ１＞
   Ｒ２であり、前記開口縁部の曲率半径が噴射孔入口周上
   で連続的に変化することを特徴とする請求項４記載の燃
   料噴射ノズル。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５のいずれか一項に
   記載の流体噴射ノズルの製造方法であって、 ノズルボディの内部に研磨用砥粒を含有する加工媒体を
   ノズルボディ内部から噴射孔を通して流通することを特
   徴とする燃料噴射ノズルの加工方法。