JPH11200994A

JPH11200994A - 可変噴孔型燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JPH11200994A
Application number: JP30953998A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hasegawa; 敏行長谷川; Koji Matsui; 宏次松井; Takao Iwasaki; 隆夫岩崎; Takashi Kobayashi; 小林　　孝; Masahito Shimada; 正仁島田; Isato Maehara; 勇人前原; Riyousuke Tanishige; 亮介谷重; Masaya Nozaki; 真哉野崎; Jun Mizuno; 潤水野
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1997-10-17
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ロータリーバルブ２５を用いて噴孔２１
の開孔面積を可変とすることを前提として、流量係数の
改善を図り、エンジンの高負荷、高速、低負荷、低速な
どすべてのエンジン領域で理想状態にできるだけ近い噴
射特性を得ることができる可変噴孔型燃料噴射ノズルを
提供すること。【解決手段】ロータリーバルブ２５の形状、噴孔入口
部３５の形状、さらには噴孔２１の形成位置などを改良
することに着目したもので、シート面２９にシート可能
であるとともにニードル弁１８とは独立に回動可能なロ
ータリーバルブ２５を有し、ロータリーバルブ２５を回
動させることにより噴孔２１の噴孔面積を変化させるこ
とができる可変噴孔型燃料噴射ノズルであり、ニードル
弁１８がシート面２９にシートする部位と噴孔２１との
間の噴孔２１の内側に所定容積の燃料溜まり空間４２を
設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は可変噴孔型燃料噴射
ノズルにかかるもので、とくにディーゼルエンジンその
他の内燃機関用の燃料噴射ノズルであって、その流量係
数を改善し、噴射特性ないし燃焼特性を向上させること
ができる可変噴孔型燃料噴射ノズルに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来からディーゼルエンジンの燃焼およ
び排気特性を改善をめざして種々の工夫が試みられてい
る。一般にエンジンでは高速運転時、高負荷運転時にお
けるエンジン性能を重視して燃料噴射ノズルの噴射特性
を設計するため、中速運転時、低速運転時、および中負
荷運転時、低負荷運転時における噴射特性ないし燃焼特
性に悪影響が出やすい。

【０００３】とくに窒素酸化物（ＮＯｘ）、スモークあ
るいは炭化水素などの排気ガスに関する問題、さらに振
動および騒音などの問題の解決が要請されている。窒素
酸化物は、燃料噴射初期の着火遅れ期間中に噴射される
燃料の量が多い場合に、多く排出される。言い換える
と、燃料噴射率が噴射初期から急激に高く立ち上がる場
合に、着火後の燃焼は急激なものとなり、さらに燃焼温
度が高くなることによって、窒素酸化物が多く排出され
ることになる。また、とくにアイドリング時などにおい
ては、着火後の急激な燃焼が、振動や騒音の発生原因と
なっている。スモークあるいは炭化水素などは、燃料の
噴射圧力が低い場合に、燃料の微粒化が悪くなり、燃料
と空気の混合が進まないことによって、多く排出され
る。とくに、加速時に多い運転状態である、低速の中高
負荷運転時には、低速のため圧力が上がりにくく、燃料
噴射量が多いため、スモークあるいは炭化水素の排出が
問題となる。これら排気ガスおよび振動や騒音の問題
は、それぞれの理想的な燃焼特性を得るための噴射特性
が相互に異なり、またある場合には相反しているので、
燃料噴射ノズルとしてはエンジンのすべての運転状態に
適正な噴射特性を得ることが困難であるという問題があ
る。

【０００４】また、燃料の流量係数（噴孔の直径、燃料
密度および噴射圧力などから導き出される理想的な噴射
流量に対する実際の噴射流量の割合として定義される）
を理想的な状態（流量係数＝１）に近づけることができ
れば、高速時および高負荷時の噴射量を増加させてエン
ジンの出力を上げることが可能となるとともに、低速時
および低負荷時の噴射量の制御をよりきめ細かく実行す
ることを可能として、排気ガス特性を向上させることが
できるとともに、振動や騒音の問題を解消しやすいが、
この流量係数を向上させることが容易ではないという問
題がある。

【０００５】従来のホールノズルタイプの燃料噴射ノズ
ル、および可変噴孔型燃料噴射ノズル（たとえば特開平
９−２２２０６１号）について概説する。図１８は、従
来からの一般的なホールノズルタイプの燃料噴射ノズル
１の先端部の断面図、図１９は、図１８のＸＩＸ−ＸＩ
Ｘ線断面図であって、燃料噴射ノズル１は、ノズルボデ
ィ２と、ニードル弁３と、を有する。ノズルボディ２に
は、ニードル弁３がシートするシート面４と、先端突部
５に位置する噴孔６と、を形成してある。噴孔６は、図
１９に示すように、たとえば放射状にこれを形成してあ
る。

【０００６】図１８に示すように、燃料圧力の上昇によ
るシート面４からのニードル弁３のリフトにともなって
燃料通路７と噴孔６とが連通し、噴孔６からエンジンの
燃焼室８内に燃料が噴射される。このような燃料噴射ノ
ズル１では、エンジンの高速高負荷運転時における性能
を重視して、噴射特性が設計されるため、他の運転状態
における窒素酸化物（ＮＯｘ）、スモーク、炭化水素な
どの排気ガスに関する問題、さらに振動および騒音など
の問題が指摘されている。

【０００７】つぎに図２０は、従来の可変噴孔型燃料噴
射ノズルを採用した燃料噴射装置１０の概略図であっ
て、燃料噴射装置１０は、燃料噴射ポンプ１１と、可変
噴孔型燃料噴射ノズル１２と、噴射量センサー１３と、
制御手段１４と、を有する。

【０００８】燃料噴射ポンプ１１は、燃料タンク（図示
せず）からの燃料を高圧化して燃料噴射ノズル１２の燃
料導入部１５に供給する。

【０００９】燃料噴射ノズル１２は、燃料導入部１５を
形成したノズルハウジング１６と、ノズルハウジング１
６に取り付けたノズルボディ１７と、ノズルボディ１７
内に往復摺動するニードル弁１８と、噴孔可変機構１９
と、を有する。燃料噴射ノズル１２は、ホールノズルタ
イプであり、そのノズルボディ１７の先端部に先端突部
２０を有し、この先端突部２０に噴孔２１を形成してあ
る。

【００１０】制御手段１４は、噴射量センサー１３から
の燃料圧力の検出信号に応じて噴孔可変機構１９のアク
チュエーター２２（たとえば、ロータリーソレノイドあ
るいはステッピングモーターなど）を駆動し、燃料噴射
ノズル１２における噴孔可変機構１９を制御する。

【００１１】図２１は、燃料噴射ノズル１２のノズルボ
ディ１７および噴孔可変機構１９部分の要部拡大斜視図
であり、噴孔可変機構１９は、アクチュエーター２２
と、アクチュエーター２２に取り付けたロータリーシャ
フト２３と、連結部２４と、ロータリーバルブ２５と、
を有する。ロータリーシャフト２３はノズルハウジング
１６の頂部からニードル弁１８の内部に挿入されてその
下部に至る。連結部２４は、ロータリーシャフト２３の
回動用連結凹部２３Ａ（回動用連結部）と、ロータリー
バルブ２５の回動用連結凸部２５Ａ（回動用連結部）
と、からこれを構成し、ロータリーシャフト２３とロー
タリーバルブ２５とを、ロータリーシャフト２３の軸方
向に可動可能に（遊びを持って）、かつロータリーシャ
フト２３の回転運動をロータリーバルブ２５に伝達可能
に連結している。ロータリーバルブ２５は、ニードル弁
１８の下部に位置して先端突部２０の内部に係合可能
な、下流側に先細りとしたほぼ円錐状を呈し、噴孔２１
を閉鎖可能なシート円弧部２６と、シート円弧部２６の
間であって噴孔２１に連通可能な可変用溝部２７（導入
用燃料通路）とを（図示の例ではそれぞれ５個づつ）有
する。

【００１２】図２２は、ニードル弁１８のリフト時にお
ける噴孔可変機構１９部分の断面図であって、ニードル
弁１８は、そのシート時には、ニードル弁１８のシート
部２８がノズルボディ１７の噴孔２１より上流側のシー
ト面２９にシートすることにより、燃料導入部１５から
の燃料通路３０と噴孔２１とを遮断している。燃料溜ま
り室３１（図２０）においてニードル弁１８の受圧部３
２が燃料噴射ポンプ１１からの燃料圧力を受けると、バ
ルブスプリング３３の付勢力に抗してニードル弁１８が
リフトして噴孔２１から燃焼室８に燃料を噴射する。ま
た、ニードル弁１８のシート時に、ロータリーバルブ２
５はその軸線のまわりに回転可能であり、ロータリーバ
ルブ２５のシート円弧部２６が噴孔２１に対向位置すれ
ば噴孔２１を閉鎖し、可変用溝部２７が噴孔２１に臨め
ばニードル弁１８のリフトにより燃料通路３０と噴孔２
１とが可変用溝部２７を介して連通可能となる。

【００１３】図２３は、図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩ
Ｉ線断面図で、図中ロータリーバルブ２５を時計方向あ
るいは反時計方向に回動させることにより、ノズルボデ
ィ１７（先端突部２０）における噴孔２１に対するロー
タリーバルブ２５の可変用溝部２７の相対位置を可変と
して、噴孔２１の開孔度を可変可能である。噴孔２１
は、噴孔主部３４と、噴孔主部３４の上流側の噴孔入口
部３５と、噴孔主部３４の下流側の噴孔出口部３６と、
を有し、噴孔入口部３５側において噴孔入口部３５の開
孔断面部分の断面積を可変としている。すなわち、噴孔
２１と可変用溝部２７（導入用燃料通路）との交差部３
７において噴孔入口部３５の開孔断面積を可変とするこ
とができる。

【００１４】こうした構成の可変噴孔型燃料噴射ノズル
１２ないし噴孔可変機構１９において、噴孔可変機構１
９により噴孔２１の開孔断面積を可変とすることが可能
であり、エンジンの負荷状態ないし回転状態に応じた噴
射特性を得ることが可能とはなるが、燃料通路３０から
噴孔２１に至る燃料流路が、図１８の燃料噴射ノズル１
に比較して複雑化するため、燃料噴射ノズル１より流量
係数が低下してしまい、十分な噴射量を得ることができ
ないという問題がある。すなわち図２４は、可変用溝部
２７、交差部３７および噴孔２１部分の要部拡大断面図
であって、とくに可変用溝部２７の導入部分、および可
変用溝部２７から交差部３７を経た噴孔２１の噴孔入口
部３５部分において流路抵抗が大きくなって流線の剥離
が見られることがわかった。

【００１５】要するに、図１８および図１９に示した燃
料噴射ノズル１、および図２０ないし図２４に示した可
変噴孔型燃料噴射ノズル１２はともに、高負荷、高速、
低負荷、あるいは低速などすべてのエンジン運転状態で
理想的な噴射特性を獲得することには無理があるという
問題がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、ロータリーバルブを
用いて噴孔の開孔断面積を可変とする噴孔可変機構が装
備されていることを前提として、流量係数の改善を図っ
た可変噴孔型燃料噴射ノズルを提供することを課題とす
る。

【００１７】また本発明は、エンジンの高負荷、高速、
低負荷、低速などすべてのエンジン運転状態で理想状態
にできるだけ近い、流量係数ないし噴射特性を得ること
ができる可変噴孔型燃料噴射ノズルを提供することを課
題とする。

【００１８】また本発明は、簡単かつ単純な構成であっ
て、従来の燃料噴射ノズルの構成に大きな変更を加える
ことなく、その噴射特性さらに排気ガス特性を向上可能
な可変噴孔型燃料噴射ノズルを提供することを課題とす
る。

【００１９】また本発明は、従来の燃料噴射ノズルの構
成に大きな変更を加えることなく、さらに加工が容易で
あるとともに流量係数を向上可能な可変噴孔型燃料噴射
ノズルを提供することを課題とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ロー
タリーバルブの形状、噴孔入口部の形状、さらには噴孔
の形成位置などを改良することに着目したもので、噴孔
およびこの噴孔につながるシート面を形成したノズルボ
ディと、このノズルボディ内に摺動可能に設けるととも
に、上記シート面からリフトすることにより上記噴孔か
ら燃料を噴射可能とするニードル弁と、上記シート面に
シート可能であるとともに上記ニードル弁とは独立に回
動可能なロータリーバルブと、を有し、このロータリー
バルブを回動させることにより上記噴孔の噴孔断面積を
変化させることができる可変噴孔型燃料噴射ノズルであ
って、上記ニードル弁が上記シート面にシートする部位
と上記噴孔との間の上記噴孔の内側に所定容積の燃料溜
まり空間を設けたことを特徴とする可変噴孔型燃料噴射
ノズルである。

【００２１】上記燃料溜まり空間は、上記ロータリーバ
ルブが上記噴孔に臨む部位にこれを形成することができ
る。

【００２２】上記ロータリーバルブは、これを下流側に
先細りとした円錐形状とするとともに、上記噴孔は、こ
のロータリーバルブの上流側にずらせてこれを形成する
ことができる。

【００２３】上記噴孔の噴孔入口部は、これをＲ形状と
することができる。

【００２４】上記燃料溜まり空間は、その断面形状を三
角形とすることができる。

【００２５】上記燃料溜まり空間は、その断面形状とし
て、上記ロータリーバルブの軸線方向に沿った軸線壁部
を有するとともに、上記燃料溜まり空間を隔ててこの軸
線壁部に対向するように上記噴孔を臨ませることができ
る。

【００２６】上記軸線壁部は、上記ロータリーバルブの
外周面にまでこれを到達させることができる。

【００２７】上記軸線壁部は、上記ロータリーバルブを
回動させるための回動用連結部の外周面と同一面上にこ
れを形成することができる。

【００２８】本発明による可変噴孔型燃料噴射ノズルに
おいては、噴孔の内側に所定容積の燃料溜まり空間を設
けたので、燃料通路からこの燃料溜まり空間および噴孔
に至る燃料の流路抵抗が減少し、流量係数を増加させて
理想的な流路に近づけることができる。したがって、高
速、高負荷時の定格運転においてもエンジン出力の向上
を図ることができるとともに、低速、低負荷のアイドリ
ング運転時などにおいても噴孔を大きく絞ってその開孔
断面積を小さくすることによって所定噴射圧を確保して
適正な噴射特性を得ることが可能となる。

【００２９】燃料溜まり空間の断面を三角形状とするこ
とにより、燃料溜まり空間の加工が容易になるととも
に、噴射する燃料の流線がさらにそろいやすくなり流量
係数を向上させることができる。とくに、燃料溜まり空
間の断面形状として、ロータリーバルブの軸線方向に沿
った軸線壁部を形成し、燃料溜まり空間を隔ててこの軸
線壁部に対向するように噴孔を臨ませることにより、燃
料通路から燃料溜まり空間を通って噴孔に至る燃料の圧
力損失を極力抑えることができ、所定の噴射圧力を維持
するとともに、有効流路断面積を増加させ、流量係数を
さらに向上させることができる。

【００３０】また軸線壁部をロータリーバルブの外周面
にまで到達させるようにすれば、加工作業を容易にする
ことができる。さらに軸線壁部を、ロータリーバルブの
回動用連結部の外周面と同一面上に形成すれば、燃料通
路から噴孔に至るまで圧力損失を生ずることを回避する
ことができるとともに、所定の噴射圧力を維持して有効
流路断面積を増加させ、流量係数をさらに向上させるこ
とができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
可変噴孔型燃料噴射ノズル４０を図１ないし図１７にも
とづき説明する。ただし、図１８ないし図２４と同様の
部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、可変噴孔型燃料噴射ノズル４０の、図２２と同
様のニードル弁１８のリフト時における噴孔可変機構４
１部分の断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図で
あって、可変噴孔型燃料噴射ノズル４０は、可変噴孔型
燃料噴射ノズル１２（図２０ないし図２４）における噴
孔可変機構１９の部分を改良した噴孔可変機構４１を有
し、他の構造は可変噴孔型燃料噴射ノズル１２と事実上
同様である。

【００３２】噴孔可変機構４１は、可変噴孔型燃料噴射
ノズル１２（噴孔可変機構１９）における前記可変用溝
部２７に相当する部分として前記ロータリーバルブ２５
に燃料溜まり空間４２を形成するとともに、この燃料溜
まり空間４２が噴孔２１に臨むことができるようにして
ある。この燃料溜まり空間４２は、可変用溝部２７より
も燃料の流れ方向に短いとともに、流れ方向とは直角方
向（ロータリーバルブ２５の円錐の半径方向）にはより
大きく、ニードル弁１８がシート面２９にシートする部
位と噴孔２１との間の噴孔２１の内側に所定容積を有す
るようにこれを形成してある。

【００３３】図３は、燃料溜まり空間４２を形成したロ
ータリーバルブ２５の斜視図、図４は、図２４と同様
の、燃料溜まり空間４２および噴孔２１部分の要部拡大
断面図であって、図１に示すように、ニードル弁１８が
シート面２９からリフトしたときに、燃料は燃料通路３
０から燃料溜まり空間４２に流れ込んで、わずかに滞留
したのち、再び噴孔２１の方向に流れ出すことになる。
すなわち、燃料通路３０から燃料溜まり空間４２さらに
噴孔２１に至る流路において燃料への抵抗が減少するこ
とになる。さらに燃料溜まり空間４２は、その断面形状
として、ロータリーバルブ２５の軸線方向に沿った軸線
壁部４２Ａおよび半径方向に沿った底壁部４２Ｂを有す
るとともに、燃料溜まり空間４２を隔ててこの軸線壁部
４２Ａに対向するように噴孔２１を臨ませてあるため、
燃料溜まり空間４２に至った燃料はその軸線壁部４２Ａ
に押されて噴孔２１の噴孔入口部３５部分に誘導される
ことになる。

【００３４】噴孔２１は、図２２の場合とは異なり、円
錐状のロータリーバルブ２５の、より上流側（円錐の断
面における半径の大きい方向）にずらせてこれを形成し
てある。したがって、とくに図２に示すように、噴孔２
１部分の断面において先端突部２０およびロータリーバ
ルブ２５は、図２２に示した構成に比較して、より大き
な半径を有することになり、シート円弧部２６は、図２
２の場合より広い範囲にわたってノズルボディ１７（先
端突部２０）と所定圧力で接触することになる（図中破
線で示した図２２の場合のシール範囲Ｓ１より、本発明
の場合のシール範囲Ｓ２の方がより広い部分を占め
る）。すなわち、シート円弧部２６とノズルボディ１７
（先端突部２０）のシート面２９との間による燃料の遮
蔽機能が高まり、燃料漏れが少なくなる。

【００３５】さらに噴孔２１の噴孔入口部３５部分に
は、砥粒研磨処理加工を施すことにより、この周縁部分
４３をＲ形状として燃料が燃料溜まり空間４２から噴孔
２１方向に円滑に流れるようにしてある。このＲ形状の
周縁部分４３はとくに燃料溜まり空間４２から噴孔２１
に至る鋭角部分（図４において上方側）をより大きく形
成することが望ましい。

【００３６】こうした構成の可変噴孔型燃料噴射ノズル
４０および噴孔可変機構４１において、燃料の流量特性
および噴射特性を向上させることが可能となった。具体
的には、図５の比較データ図表に示すように、図１８に
示した一般的なホールノズルタイプの燃料噴射ノズル
１、図２０に示した可変噴孔型燃料噴射ノズル１２（図
２２に示した噴孔可変機構１９を有する）、および本発
明による可変噴孔型燃料噴射ノズル４０について、流量
係数、定格点（エンジンの高負荷、高回転状態）での噴
射量、最大流量、最小流量、およびアイドル点での最大
噴射圧などを比較すると、定格点での噴射量を従来の燃
料噴射ノズル１と同等とすることができるとともに、い
ずれの点においても可変噴孔型燃料噴射ノズル４０がす
ぐれていることがわかる。なお図５において流量係数
は、油圧流量（噴射圧、１０ＭＰａ）を与えた場合の計
算値である。しかも、噴孔２１自体をより大きく形成し
ても、噴孔可変機構４１により噴孔２１の開孔断面積を
可変とすることができるので、噴射特性を選択設計する
にあたりその自由度を多くすることが可能となる。

【００３７】図６は、噴孔可変機構４１による噴孔２１
の開孔断面積を可変としてその開孔断面積に対する流量
の関係を示すグラフであって、開孔断面積を大きくした
ときに本発明による可変噴孔型燃料噴射ノズル４０が最
大の流量を流すことができることがわかり、定格点にお
いて必要な出力を容易に得ることが可能である。しかも
図示のように、開孔断面積が小さいときに、流量を図２
０の可変噴孔型燃料噴射ノズル１２の場合よりも小さく
することが可能であり、これは、とくに図２に示すよう
に、ロータリーバルブ２５のシート円弧部２６による燃
料溜まり空間４２および噴孔２１の遮蔽効果が図２０の
可変噴孔型燃料噴射ノズル１２の場合よりも有効に作用
し、燃料の漏れが少ないためと考えられる。したがっ
て、図５の図表におけるアイドル点での最大噴射圧の項
目に示しているように、可変噴孔型燃料噴射ノズル１２
の場合より可変噴孔型燃料噴射ノズル４０の方が最大噴
射圧を大きくすることができる。

【００３８】すなわち図７は、定格点におけるカム角度
に対する噴射圧の関係を示すグラフ（なお噴孔２１の開
孔度は１００％）、図８は、低負荷、低速状態（アイド
リング）におけるカム角度に対する噴射圧の関係を示す
グラフ（なお噴孔２１の開孔度は２％）、図９は、低負
荷、低速状態（アイドリング）におけるカム角度に対す
る噴射率の関係を示すグラフ（なお噴孔２１の開孔度は
２％）である。ただし、各図中点線は、図１８の従来の
燃料噴射ノズル１の場合を、図中実線は本発明による可
変噴孔型燃料噴射ノズル４０の場合をそれぞれ示す。可
変噴孔型燃料噴射ノズル４０においては、流量係数が
０．７８と大きく、理想状態に近いので、噴孔可変機構
４１を設けて開孔断面積を１００％とすれば、図７に示
すように、従来の燃料噴射ノズル１（図１８）と同様の
定格運転が可能である。

【００３９】また、噴孔２１の形成位置を上流側にずら
せた結果、図２に示すようにシート円弧部２６による燃
料溜まり空間４２の遮蔽効果が増加され、図８に示すよ
うに、開孔断面積を２％と小さくしても燃料の漏れを防
止して噴射圧力を上げることができ、燃料の微粒化を促
進することができる。

【００４０】さらに、開孔断面積を２％と小さくして
も、必要な噴射圧力を得ることができ、かつ図９に示す
ように、噴射率を低く滑らかにすることができるので、
急激な噴射を回避してゆっくりした燃焼を実現し、とく
にアイドリング時などにおける騒音および振動の増加を
防止することができる。

【００４１】つぎに本発明においては、その燃料溜まり
空間の形状を任意に選択可能である。たとえば、図１０
は、燃料溜まり空間の変形例を形成したロータリーバル
ブ５０を示す斜視図、図１１は、同、軸線方向断面図で
あって、このロータリーバルブ５０においては、円錐形
状のロータリーバルブ５０の円周部（たとえば放射状に
５箇所）を軸線方向に半円形に切削しきって（切り落と
して）、断面形状が三角形である燃料溜まり空間５１を
形成してある（図１１参照）。燃料溜まり空間５１は、
その断面形状として、ロータリーバルブ５０の軸線方向
に沿った軸線壁部５１Ａを有するとともに、燃料溜まり
空間５１を隔ててこの軸線壁部５１Ａに対向するように
噴孔２１を臨ませてある。すなわち、軸線壁部５１Ａ
は、ロータリーバルブ５０の外周面５０Ａにまでこれを
到達させてあるとともに、燃料溜まり空間５１の上流側
に噴孔２１を臨ませてある。なお、ロータリーバルブ５
１における前記ロータリーシャフト２３との間の連結部
２４の部分は、回動用連結凹部２３Ａと係合可能な断面
矩形状の回動用連結凸部５２（回動用連結部）としてあ
る。

【００４２】つぎに、燃料溜まり空間の形状によるその
流路容積および流量係数を比較してみる。図１２は、燃
料溜まり空間４２を形成したロータリーバルブ２５（図
１）の断面図である。図１３は、他のロータリーバルブ
５３の断面図であって、ロータリーバルブ５３において
は、燃料溜まり空間５４を円錐面外周部に沿って形成し
てあるとともに、矩形状の回動用連結凸部２５Ａ（図
１）の代わりに、円柱形状の回動用連結凸部５５（回動
用連結部）を形成してある。なお、回動用連結凸部５５
とロータリーシャフト２３との係合構造は、上流側にお
いて任意の凹凸部（図示せず）を形成することによりこ
れを構成する。図１４は、さらに他のロータリーバルブ
５６の断面図であって、ロータリーバルブ５６において
は、上記断面三角形状の燃料溜まり空間５１を形成して
あるとともに、図１４と同様に、円柱形状の回動用連結
凸部５５（回動用連結部）を形成してある。ただし図１
４に仮想線で示すように、軸線壁部５１Ａをより外周に
近づけるように加工して燃料溜まり空間５１の容積を小
さくした構成の他のロータリーバルブ５７、５８も準備
した。

【００４３】図１５は、それぞれのロータリーバルブ２
５、５３、５６、５７、５８の流路容積および流量係数
の数値を示す図表であって、流量係数としては、断面三
角形状の燃料溜まり空間５１を形成した場合がいちばん
良好であることがわかる。さらに、ロータリーバルブ５
７、５８の場合のように流路容積を小さくしても所定の
流量係数を得ることができるため、燃料溜まり空間５１
部分の全圧損失を小さくすることが可能で、噴射圧力の
向上に寄与することができる。

【００４４】また断面三角形状の燃料溜まり空間５１
は、図１０のロータリーバルブ５０、図１４のロータリ
ーバルブ５６、５７、５８の外周部において軸線に沿っ
て軸線壁部５１Ａを単純かつ直線的に切削すればよいの
で、軸線壁部４２Ａおよび底壁部４２Ｂを有するため放
電加工を行う必要がある燃料溜まり空間４２（図１）の
場合に比較して、加工が容易でコスト削減可能である。

【００４５】さらに、燃料溜まり空間５１を隔ててこの
軸線壁部５１Ａに対向するように噴孔２１を臨ませてあ
ることにより、燃料通路３０から燃料溜まり空間５１を
通って噴孔２１に至る燃料の圧力損失を極力抑えること
ができ、所定の噴射圧力を維持するとともに、有効流路
断面積を増加させ、流量係数を向上させることができ
る。

【００４６】図１６は、燃料溜まり空間の他の変形例を
形成したロータリーバルブ５９を示す斜視図、図１７
は、ロータリーバルブ５９における燃料溜まり空間５１
部分の軸線方向断面図であって、このロータリーバルブ
５９においても、その外周部を軸線方向に切り落として
燃料溜まり空間５１を形成し、燃料溜まり空間５１の断
面形状を三角形としてある。なおロータリーバルブ５９
においては、ロータリーシャフト２３との間の連結部２
４の部分を断面円形状の回動用連結凸部６０（回動用連
結部）としてあるとともに、この回動用連結凸部６０の
外周面６０Ａまで、燃料溜まり空間５１を形成してあ
る。すなわち、回動用連結凸部６０の外周面６０Ａと燃
料溜まり空間５１の軸線壁部５１Ａとは、ロータリーバ
ルブ５９の軸線方向に互いに同一面上に配置されている
ことになる。

【００４７】図１７に細かい矢印で速度ベクトルを示す
ように、ロータリーバルブ５９の場合には、燃料通路３
０から燃料溜まり空間５１を介して噴孔２１にまで至る
燃料が、回動用連結凸部６０の外周面６０Ａおよび燃料
溜まり空間５１の軸線壁部５１Ａに押されて噴孔２１の
噴孔入口部３５部分に向かって流線が揃う。つまり、燃
料溜まり空間５１が外周面６０Ａの外周部におけるその
上流側領域６１とともに三角形状の断面を有しているた
め、噴孔２１の噴孔入口部３５において噴孔２１の軸線
とほぼ平行に燃料が流入してくるので、噴孔２１の内部
の流れが改善され、噴孔出口部３６において事実上流路
断面積がより大きくなり、燃料溜まり空間５１を形成し
た場合には、全圧損失が少なくなることがわかる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ロータリ
ーバルブに燃料溜まり空間を形成するようにしたので、
この容積部分に燃料を一時的にわずかに滞留させ、噴射
の流量係数を向上させ、噴射特性および燃焼特性を改善
することができるとともに、噴射率パターンの制御範囲
を拡張可能である。またとくに燃料溜まり空間の断面形
状を三角形に形成することにより、加工を容易とすると
ともに、流量係数をさらに改善可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による可変噴孔型燃料噴射
ノズル４０の、図２２と同様のニードル弁１８のリフト
時における噴孔可変機構４１部分の断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】同、燃料溜まり空間４２を形成したロータリー
バルブ２５の斜視図である。

【図４】同、図２４と同様の、燃料溜まり空間４２およ
び噴孔２１部分の要部拡大断面図である。

【図５】同、図１８の一般的なホールノズルタイプの燃
料噴射ノズル１、図２０に示した可変噴孔型燃料噴射ノ
ズル１２（図２２に示した噴孔可変機構１９を有す
る）、および本発明による可変噴孔型燃料噴射ノズル４
０についての比較データ図表である。

【図６】同、噴孔可変機構４１による噴孔２１の開孔断
面積を可変としてその開孔断面積に対する流量の関係を
示すグラフである。

【図７】同、定格点におけるカム角度に対する噴射圧の
関係を示すグラフ（なお噴孔２１の開孔度は１００％）
である。

【図８】同、低負荷、低速状態（アイドリング）におけ
るカム角度に対する噴射圧の関係を示すグラフ（なお噴
孔２１の開孔度は２％）である。

【図９】同、低負荷、低速状態（アイドリング）におけ
るカム角度に対する噴射率の関係を示すグラフ（なお噴
孔２１の開孔度は２％）である。

【図１０】同、燃料溜まり空間の変形例（燃料溜まり空
間５１）を形成したロータリーバルブ５０を示す斜視図
である。

【図１１】同、軸線方向断面図である。

【図１２】同、燃料溜まり空間４２を形成したロータリ
ーバルブ２５（図１）の断面図である。

【図１３】同、燃料溜まり空間５４を形成した他のロー
タリーバルブ５３の断面図である。

【図１４】同、断面三角形状の燃料溜まり空間５１を形
成したさらに他のロータリーバルブ５６の断面図であ
る。

【図１５】同、それぞれのロータリーバルブ２５、５
３、５６、５７、５８の流路容積および流量係数の数値
を示す図表である。

【図１６】同、燃料溜まり空間の他の変形例（燃料溜ま
り空間５１）を形成したロータリーバルブ５９を示す斜
視図である。

【図１７】同、ロータリーバルブ５９における燃料溜ま
り空間５１部分の軸線方向断面図である。

【図１８】従来からの一般的なホールノズルタイプの燃
料噴射ノズル１の先端部の断面図である。

【図１９】図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ線断面図である。

【図２０】従来の可変噴孔型燃料噴射ノズル１２を採用
した燃料噴射装置１０の概略図である。

【図２１】同、燃料噴射ノズル１２のノズルボディ１７
および噴孔可変機構１９部分の要部拡大斜視図である。

【図２２】同、ニードル弁１８のリフト時における噴孔
可変機構１９部分の断面図である。

【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線断面図で
ある。

【図２４】同、可変用溝部２７、交差部３７および噴孔
２１部分の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１ホールノズルタイプの燃料噴射ノズル（図１８）２ノズルボディ３ニードル弁４シート面５先端突部６噴孔７燃料通路８エンジンの燃焼室１０可変噴孔型燃料噴射ノズル１２を採用した燃料噴
射装置（図２０）１１燃料噴射ポンプ１２可変噴孔型燃料噴射ノズル１３噴射量センサー１４制御手段１５燃料導入部１６ノズルハウジング１７ノズルボディ１８ニードル弁１９噴孔可変機構２０先端突部２１噴孔２２アクチュエーター（ロータリーソレノイドあるい
はステッピングモーターなど）２３ロータリーシャフト２３Ａロータリーシャフト２３の回動用連結凹部（回
動用連結部）２４ロータリーシャフト２３とロータリーバルブ２５
との間の連結部２５ロータリーバルブ２５Ａロータリーバルブ２５の回動用連結凸部（回動
用連結部）２６ロータリーバルブ２５のシート円弧部２７ロータリーバルブ２５の可変用溝部２８ニードル弁１８のシート部２９ノズルボディ１７のシート面３０燃料通路３１燃料溜まり室３２ニードル弁１８の受圧部３３バルブスプリング３４噴孔２１の噴孔主部３５噴孔２１の噴孔入口部３６噴孔２１の噴孔出口部３７噴孔２１と可変用溝部２７（導入用燃料通路）と
の交差部４０可変噴孔型燃料噴射ノズル（実施の形態、図１）４１噴孔可変機構４２燃料溜まり空間４２Ａ燃料溜まり空間４２の軸線壁部（図４）４２Ｂ燃料溜まり空間４２の底壁部４３Ｒ形状とした噴孔入口部３５部分の周縁部分（図
４）５０ロータリーバルブ５０（図１０）５０Ａロータリーバルブ５０の外周面（図１１）５１断面形状が三角形である燃料溜まり空間（図１
１）５１Ａ燃料溜まり空間５１の軸線壁部５２断面矩形状の回動用連結凸部（回動用連結部）５３ロータリーバルブ（図１３）５４燃料溜まり空間５５円柱形状の回動用連結凸部（回動用連結部）５６、５７、５８ロータリーバルブ（図１４）５９ロータリーバルブ（図１６）６０回動用連結凸部（回動用連結部、図１６）６０Ａ回動用連結凸部６０の外周面（図１７）６１外周面６０Ａの外周部における燃料溜まり空間５
１の上流側領域Ｓ１図２２の場合のシール範囲（図２）Ｓ２本発明の場合のシール範囲（図２、Ｓ１＜Ｓ２）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｍ 61/10 Ｆ０２Ｍ 61/10 ＨＦＰ (72)発明者小林孝埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号株式会社ゼクセル東松山工場内 (72)発明者島田正仁埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号株式会社ゼクセル東松山工場内 (72)発明者前原勇人埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号株式会社ゼクセル東松山工場内 (72)発明者谷重亮介埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号株式会社ゼクセル東松山工場内 (72)発明者野崎真哉埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号株式会社ゼクセル東松山工場内 (72)発明者水野潤埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号株式会社ゼクセル東松山工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】噴孔およびこの噴孔につながるシート
面を形成したノズルボディと、このノズルボディ内に摺動可能に設けるとともに、前記
シート面からリフトすることにより前記噴孔から燃料を
噴射可能とするニードル弁と、前記シート面にシート可能であるとともに前記ニードル
弁とは独立に回動可能なロータリーバルブと、を有し、このロータリーバルブを回動させることにより前記噴孔
の噴孔断面積を変化させることができる可変噴孔型燃料
噴射ノズルであって、前記ニードル弁が前記シート面にシートする部位と前記
噴孔との間の前記噴孔の内側に所定容積の燃料溜まり空
間を設けたことを特徴とする可変噴孔型燃料噴射ノズ
ル。
【請求項２】前記燃料溜まり空間は、前記ロータリ
ーバルブが前記噴孔に臨む部位にこれを形成したことを
特徴とする請求項１記載の可変噴孔型燃料噴射ノズル。
【請求項３】前記ロータリーバルブは、これを下流
側に先細りとした円錐形状とするとともに、前記噴孔は、このロータリーバルブの上流側にずらせて
これを形成してあることを特徴とする請求項１記載の可
変噴孔型燃料噴射ノズル。
【請求項４】前記噴孔の噴孔入口部は、これをＲ形
状としたことを特徴とする請求項１記載の可変噴孔型燃
料噴射ノズル。
【請求項５】前記燃料溜まり空間は、その断面形状
を三角形としたことを特徴とする請求項１記載の可変噴
孔型燃料噴射ノズル。
【請求項６】前記燃料溜まり空間は、その断面形状
として、前記ロータリーバルブの軸線方向に沿った軸線
壁部を有するとともに、前記燃料溜まり空間を隔ててこの軸線壁部に対向するよ
うに前記噴孔を臨ませたことを特徴とする請求項１記載
の可変噴孔型燃料噴射ノズル。
【請求項７】前記軸線壁部は、前記ロータリーバル
ブの外周面にまでこれを到達させることを特徴とする請
求項６記載の可変噴孔型燃料噴射ノズル。
【請求項８】前記軸線壁部は、前記ロータリーバル
ブを回動させるための回動用連結部の外周面と同一面上
にこれを形成することを特徴とする請求項６記載の可変
噴孔型燃料噴射ノズル。