JPH1054330A - 内燃機関用燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 騒音を含むすべての有害放出物の放出特性を
改善された燃料噴射ノズルを提供する。 【構成】 燃料噴射ノズルはノズル先端３に終るノズル
ハウジング１とこのノズルハウジング内に案内されるノ
ズルニードル７とを含み、ノズルニードル７はノズル先
端３にある円錐状弁座４へ弾性的に押付けられ、この円
錐状弁座４はノズルニードル７の円錐状端部８により覆
われる複数の噴孔１５を持ち、かつ盲穴６へ移行してい
る。ノズルニードル７の第１の行程段階の終りにおい
て、ノズルニードル７の円錐状端都８と円錐状弁座４と
の間で噴孔１５の延長部に生ずるそれぞれの仮想円筒の
周面積Ｍは、それぞれの噴孔１５の断面積Ｑより小さ
い。この仮想円筒の周面積Ｍはそれぞれの噴孔１５の断
面積Ｑの最大０．３倍であり、噴孔１５への入口１７
は、噴孔１５の直径２６の少なくとも１０分の１の半径
２７で丸められている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノズル先端に終るノズ
ルハウジングとこのノズルハウジング内に案内されかつ
下端が円錐状のノズルニードルとを含み、ノズルニード
ルがノズル先端にある円錐状弁座へ弾性的に押付けら
れ、円錐状弁座がノズルニードルの円錐状端部により覆
われる複数の噴孔を持ち、かつ盲穴へ移行し、供給され
る燃料の圧力を受けるノズルニードルが、第１の行程段
階において、第１のばねの力に抗して弁座から離れて、
第２の行程段階において第２のばねの力に抗して移動可
能なストツパへ当り、第１の行程段階の終りにおいて、
ノズルニードルの円錐状端部と円錐状弁座との間で各噴
孔の延長部に生ずるそれぞれの仮想円筒の周面積が、そ
れぞれの噴孔の断面積より小さく、それにより、ノズル
ニードルの円錐状端部と円錐状弁座との間の空間におい
て燃料流の第１の転向と、続いて噴孔への流入の際の第
２の転向とが行われる、内燃機関用燃料噴射ノズルに関
する。

【０００２】

【従来の技術】欧州特許出願公告第４１３１７３号明細
書からこのような噴射ノズルが公知であり、各噴孔の延
長部にある仮想円筒の周面積がそれぞれの噴孔の断面積
の最大０．７５倍である。それにより生ずる特別な流れ
状態のため、このような噴射ノズルでは、第１の行程段
階において最高の霧化が行われ、第２の行程段階では充
分な貫通力で最適な霧化が行われる。しかし特に第１の
行程段階において、有害放出物及び燃焼騒音に関して更
に改善の余地があつた。ＥＵＲＯＩＩＩによる将来の排
気ガス限界値を考慮して、一層の改善と最適化が必要で
あつた。これらは、大規模な一連の実験で流体力学的考
察に支えられて達成された。

【０００３】これらの考察により次のことが付加され
た。即ち第１の行程段階において必要な少ない噴射割合
は、できるだけ小さいニードル行程を必要とし、これに
より特に燃焼騒音が低減される。この小さいニードル行
程は圧力損失を高め、霧化が最大になり、これにより点
火後粒子放出が高まる。しかしこの圧力損失は貫通力を
も減少し、その結果炭化水素放出が少なくなる（炭化水
素放出は燃料の壁接触により生ずる）が、燃焼用空気中
における燃料の不均一な分布従つて粒子放出が生ずる。
その点でニードル行程を大きくする方がよいけれども、
これにより再び燃焼騒音が増大することになる。それに
もかかわらず、第１の行程段階におけるニードル行程の
大きさに任意に変えることはできない。即ち流れ及び圧
力の状態は、欧州特許出願公告第４１３１７３号明細書
に詳細に記載されているように、噴孔への入口のすぐ近
くにおける２回の転向を持つ特別な流れモデルの構成を
常に可能にせねばならない。この状態が非常に狭い限界
を越えて変化すると、特別な流れ形状が形成されない
か、崩壊する可能性がある。それにより噴射霧が噴射ジ
エツト流になり、炭化水素及び粒子の放出を急激に増大
させるので、すべての利点が失われてしまう。

【０００４】更にこのような噴射ノズルが、通常のよう
に、従つてシリンダ毎に２つの弁を持つ機関において、
少し傾斜して設けられていると、別の困難も生ずる。そ
の場合噴孔は噴射ノズル軸線に対してもはや同じでない
ので、噴孔の入口区域及び出口区域及び噴孔自体におけ
る圧力損失が相違する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従つて本発明の目的
は、このジレンマの打開策を示し、従来の技術による噴
射ノズルを改善して、全体として従つて騒音放出を含む
すべての有害放出物の放出特性を更に改善することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達するため本
発明によれば、仮想円筒の周面積がそれぞれの噴孔の断
面積の最大０．３倍であり、噴孔への入口が、それぞれ
の噴孔の直径の８ないし２５％の半径で丸められてい
る。

【０００７】こうして仮想円筒の周面積は特に小さくな
り、それにより、絞り損失をあまり高めることなく、噴
射率は低下せしめられるが、壁の所における境界層流れ
は一層大きい影響を及ぼす。この状態で２回転向される
流れの噴孔への飛び込みを保証するために、特定の丸み
づけが求められた。

【０００８】それにより次のような複数の改善が行われ
る。即ち小さい噴射率のため、僅かな燃焼騒音しか発生
されない。更に２回転向される流れのため、霧化が極め
て微細であり、比較的高い圧力のため、貫通力が良好な
混合のために充分であり、それにより、極端な運転条
件、例えば燃焼室の高い圧力（それに伴つて現れる高い
密度が傾向的に貫通力を減少する）でも、僅かな粒子放
出しか生じない。

【０００９】付加的な利点として、丸みづけにより、転
向によつて生ずる圧力損失が、異なる噴孔角で斜めに組
込まれる噴射ノズルでも、互いにあまり相違しないの
で、全体として噴射モデルが一層規則正しくなる。

【００１０】好ましい構成では、噴孔への入口が、それ
ぞれの噴孔の直径の８ないし１５％の半径で丸められて
いる（請求項２）。それにより比較的小さい噴孔で特に
良い結果が得られる。

【００１１】本発明の展開では、丸められる入口から円
錐状弁座への移行部が稜を形成している（請求項３）こ
とによつて、境界層へ更に影響を及ぼすことができる。
稜は、最小の圧力損失で２回転向される流れの形成を助
長する剥離稜を形成する。

【００１２】噴孔への入口が、それぞれの噴孔の直径の
１８ないし２５％の半径で丸められている（請求項４）
と、剥離稜により最適の結果が得られる。丸められる入
口の加工後に始めて円錐状弁座を最終加工する（請求項
５）ことによつて、剥離稜を製造するのがよい。

【００１３】噴孔の出口側が、噴孔の軸線に対して直角
な面にある鋭い稜により区画されている（請求項６）
と、更に改善が行われる。鋭い稜は、損失のない流出を
確実にする剥離稜を形成する。噴孔軸線に対して直角な
この面により、出口面に対して傾斜するか又は異なる大
きさで傾斜する噴孔軸線を持つ噴射ノズルにおいて、流
出する燃料が更に圧力に関係する角だけ転向されない。
従つてこの直角な面は、良好な放出値に著しく寄与す
る。

【００１４】更にすべての噴孔が同じ長さを持つている
（請求項７）ことによつて、回転する流れのため、噴射
霧の形状が直接影響を受ける。それによりすべての噴孔
における圧力損失が同じになる。これは、特に加工深さ
を適当に選ぶことができる鋭い稜の形成の際達成され
る。

【００１５】

【実施例】図面について本発明を以下に説明する。

【００１６】図１の（Ａ）において、袋ナツト２により
他の装置部分に結合されているノズルハウジング１は、
内側に円錐状弁座４を持つノズル先端３に終つており、
この弁座４は鋭い稜５を介して約３０゜の角で盲穴６へ
移行している。ノズルハウジング１内にはノズルニード
ル７が案内され、円錐状弁座４へ弾性的に押付けられ、
同様に円錐状の端部８を持つているので、ノズルニード
ル７の円錐状端部８は弁座４と共に弁を形成し、この弁
は図１に閉じた位置で示されている。

【００１７】噴射の際燃料は、図示しない噴射ポンプか
ら通路１１へ供給されて、集合空間１２へ達し、そこか
らノズルニードル７に沿つて弁座４の所まで進む。集合
空間１２内の圧力は上方へ向く力をノズルニードル７へ
及ばす。このノズルニードル７へまず作用する弱い方の
ばね９は、著しく強いばね１０により包囲されている。
燃料圧力が上昇すると、ノズルニードル７又はその円錐
状端部８が、ストツパ１３の面へ当るまで、ばね９の力
に抗して弁座４から離れる。これが第１の行程段階であ
り、この第１の行程段階において噴孔１５の延長部にあ
る仮想円筒の周面積が、噴孔の断面積より小さい。燃料
圧力が更に上昇すると始めて、ストツパ１３も、第２の
ストツパとしてのスリーブ１４の内側肩部１４ａへ当る
まで、ばね１０の力に抗して持ち上げられる。これが第
２の行程段階であり、この第２の行程段階において仮想
円筒の周面積が噴孔の断面積より大きくなる。

【００１８】ノズル先端３は弁座４の範囲に複数の噴孔
１５を持ち、弁の閉じる際これらの噴孔１５がノズルニ
ードル７の円錐状端部８により覆われる。この円錐状端
部８は、盲穴６に対して、第１の行程段階の終りにも噴
孔１５の入口の下に留まる稜１６により区画されてい
る。

【００１９】図１の（Ｂ）に示すように、本発明によれ
ば、ノズルニードル７の第１の行程段階後に、噴孔１５
の内側縁Ｒと円錐状端部８の表面との間で噴孔１５の延
長部に生ずる仮想円筒の周面積Ｍは、それぞれ噴孔１５
の断面積の３０％未満であり、内側縁Ｒは噴孔１５の延
長部とノズル先端３の弁座４の円錐面との交差曲線であ
る。それにより、非常に僅かな間隙高さ１８にもかかわ
らず、噴孔１５の範囲において始めて燃料流の２回の転
向が行われ（この流れモデルは欧州特許出願公告第４１
３１７３号明細書に詳細に記載されている）、また噴孔
入口の周りで等しい高い速度のため及び流れの回転成分
のため特に微細な霧化を生ずる燃料流の絞りが行われ
る。

【００２０】２つの弁のみを持つ直接噴射デイーゼル機
関用の本発明による噴射ノズルの図２に示す実施例は、
シリンダ内に少し偏心しかつ傾斜して設けられている。
このことを示すため、噴射ノズル軸線２０及びシリンダ
軸線２１が記入されている。既に述べた部分又は大きさ
例えば間隙高さ１８は同じ符号を持つている。しかし噴
射ノズルの傾斜位置のため噴孔１５は異なつているの
で、両方の見える噴孔は符号１５′及び１５″を付けら
れ、その軸線は符号２４′及び２４″を付けられてい
る。これらの軸線２４′及び２４″はシリンダ軸線２１
とほぼ同じ角をなしているので、弁座４にある噴孔１
５′及び１５″も異なる角で開口している。噴孔の入口
における丸みづけは符号１７′及び１７″を付けられて
いる。

【００２１】噴孔１５′及び１５″の外側端部即ち出口
にはなるべく球面状凹所２２′及び２２″が設けられ、
それと噴孔１５′及び１５″との交差部は、噴孔１５′
及び１５″の軸線２４′及び２４″に対して直角な面に
ある鋭い稜２３′及び２３″を形成している。球面状凹
所２２′及び２２″の深さが適当に選ばれると、噴孔１
５′及び１５″の長さ２５′及び２５″は等しい。

【００２２】図３には、噴孔１５′から弁座４の円錐面
への移行部が詳細に示されている。噴孔１５′の直径２
６′を持つ円筒部分が、丸みづけ１７′の接続部２９′
の所まで達している。丸みづけ２７の半径は符号２７′
を付けられ、対応する円弧３０′は弁座４の面と交差
し、この面と共に稜２８′を形成している。この稜２
８′は周囲にわたつて延びていても、延びていなくても
よい。稜２８′が周囲にわたつて延びている場合、丸み
づけ１７′の上縁にある稜２８′がこの丸みづけの下縁
にある稜より鋭いと、等しくない速度分布の稜２８′
は、均一な回転流れの形成のために有利である。円弧３
０′の破線で示す延長部によつて示すような丸みづけを
まず加工し、それから円錐状弁座４の面を精密加工する
ことによつて、特別な精度と表面品質でこの稜２８′が
製造される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）はノズルニードルの２つの行程段階を持
つ燃料噴射ノズルの本発明による部分の軸線に沿う断面
図、（Ｂ）は本発明による噴孔の範囲の拡大図である。

【図２】本発明による噴射ノズルの好ましい実施例の軸
線に沿う断面図である。

【図３】図２の部分ＩＩＩの拡大図である。

【符号の説明】

１ ノズルハウジング ３ ノズル先端 ４ 円錐状弁座 ６ 盲穴 ７ ノズルニードル ８ 円錐状端部 ９，１０ ばね １３，１４ａ ストツパ １５ 噴孔 １７ 入口 ２６ 直径 ２７ 丸みづけ半径 Ｍ 仮想円筒の周面積 Ｑ 断面積

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨーゼフ・モレル オーストリア国マウエルバツハ・ヴオーン ドルフヴエーク18／９ (72)発明者 ハインツ・ヴアラス オーストリア国シユタイル・カンメルマイ ルシユトラーセ22 (72)発明者 パトリツク・ラツフエルスベルゲル オーストリア国シユタイル・レストホーフ シユトラーセ53

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル先端（３）に終るノズルハウジン
   グ（１）とこのノズルハウジング内に案内されかつ下端
   が円錐状のノズルニードル（７）とを含み、ノズルニー
   ドル（７）がノズル先端（３）にある円錐状弁座（４）
   へ弾性的に押付けられ、円錐状弁座（１４）がノズルニ
   ードル（７）の円錐状端部（８）により覆われる復数の
   噴孔（１５）を持ち、かつ盲穴（６）へ移行し、供給さ
   れる燃料の圧力を受けるノズルニードル（７）が、第１
   の行程段階において、第１のばね（９）の力に抗して弁
   座（４）から離れて、第２の行程段階において第２のば
   ね（１０）の力に抗して移動可能なストツパ（１４ａ）
   へ当り、第１の行程段階の終りにおいて、ノズルニード
   ル（７）の円錐状端部（８）と円錐状弁座（４）との間
   で各噴孔（１５）の延長部に生ずるそれぞれの仮想円筒
   の周面積（Ｍ）が、それぞれの噴孔（１５）の断面積
   （Ｑ）より小さく、それにより、ノズルニードル（７）
   の円錐状端部（８）と円錐状弁座（４）との間の空間に
   おいて燃料流の第１の転向と、続いて噴孔（１５）への
   流入の際の第２の転向とが行われる、燃料噴射ノズルに
   おいて、仮想円筒の周面積（Ｍ）がそれぞれの噴孔（１
   ５；１５′，１５″）の断面積（Ｑ）の最大０．３倍で
   あり、噴孔（１５；１５′，１５″）への入口（１７；
   １７′，１７″）が、それぞれの噴孔（１５；１５′，
   １５″）の直径（２６；２６′，２６″）の８ないし２
   ５％の半径（２７；２７′，２７″）で丸められている
   ことを特徴とする、内燃機関用燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】 噴孔（１５）への入口（１７）が、それ
   ぞれの噴孔（１５）の直径（２６）の８ないし１５％の
   半径で丸められてい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】 丸められる入口から円錐状弁座（４）へ
   の移行部が稜（２８；２８′，２８″）を形成している
   ことを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
4. 【請求項４】 噴孔（１５；１５′，１５″）への入口
   （１７；１７′，１７″）が、それぞれの噴孔の直径
   （２６；２６′，２６″）の１８ないし２５％の半径
   （２７；２７′，２７″）で丸められていることを特徴
   とする、請求項３に記載の燃料噴射ノズル。
5. 【請求項５】 丸められる入口（１７；１７′，１
   ７″）から円錐状弁座（４）への移行部にある稜（２
   ８；２８′，２８″）が、丸められる入口（１７；１
   ７′，１７″）の加工後に始めて円錐状弁座（４）を最
   終加工することによつて形成されることを特徴とする、
   請求項３に記載の燃料噴射ノズル。
6. 【請求項６】 噴孔（１５；１５′，１５″）の出口側
   が、噴孔（１５；１５′，１５″）の軸線（２４；２
   ４′，２４″）に対して直角な面にある鋭い稜（２３；
   ２３′，２３″）により区画されていることを特徴とす
   る、請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
7. 【請求項７】 シリンダへ傾斜して組込まれる燃料噴射
   ノズルのすべての噴孔（１５；１５′，１５″）が同じ
   長さ（２５；２５′，２５″）を持つていることを特徴
   とする、請求項６に記載の燃料噴射ノズル。