JPH1193805A

JPH1193805A - 直接噴射式ディーゼル機関用燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JPH1193805A
Application number: JP26074997A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogawa; 弘志小川; Shuji Kimura; 修二木村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】噴孔２２の流量を効果的に増大させるととも
に、各噴孔２２からの噴射量を均一化し、排気性能や出
力性能を高める。【解決手段】ノズルボディ１３先端に、サック部２１
が袋状に形成されており、５つの噴孔２２の入口側端部
が、サック部２１に開口している。各噴孔２２は、ノズ
ル１の中心線に対し所定角度傾斜しており、入口側の開
口縁に、全周に亙って、Ｒ面取部２３が設けられてい
る。Ｒ面取部２３は、砥粒流動加工により２次的に加工
されたものであって、その曲率半径は、１２μｍ以上、
より好ましくは、４０μｍよりも小さなものとなってい
る。サックレス型ノズルの場合は、Ｒ面取部の曲率半径
は、４０μｍ以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の噴孔を先
端部に備えた直接噴射式ディーゼル機関用燃料噴射ノズ
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】直接噴射式ディーゼル機関においては、
燃料噴射特性と機関性能は密接に関連しており、近時の
ディーゼル機関に対する排気性能向上と高効率化への要
求に対応するためには、燃料噴射ノズルや燃料噴射ポン
プ等からなる燃料噴射系の適正化が非常に大きな課題と
なっている。

【０００３】良く知られているように、燃料噴霧を微粒
化するためには、燃料噴射ノズルの噴孔を小径化するこ
とが好ましいが、その反面、噴孔を小径化すると、噴射
期間が長くなり、燃費の悪化等を招来する。このような
問題に関し、噴孔の入口側の開口縁にＲ加工を施すこと
で、噴孔の流量係数を高め得ることが知られている（例
えば、特開平５−２３１２６７号公報等参照）。これに
よれば、噴孔径を小径化しつつ噴孔流量を十分に確保す
ることが可能となり、互いにトレードオフの関係にある
ＮＯｘとパティキュレート（ＰＭ）とを、全体として改
善することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】直接噴射式ディーゼル
機関用の燃料噴射ノズルとしては、先端にサック部を有
し、このサック部に各噴孔が開口するサック付ノズル
と、サック部を具備せず、ニードル弁のテーパ状シート
面が対向するノズルボディ側のテーパ面に、噴孔の入口
側の端部が開口してなるサックレス型ノズル（ＶＣＯノ
ズル；ＶａｌｖｅＣｏｖｅｒｅｄＯｒｉｆｉｃｅ）
と、に大別されるが、従来は、このような構成の相違、
特にサック部の有無と噴孔入口部のＲ形状との関係が十
分に解析されておらず、必ずしも適切なＲ形状となって
いない。そのため、各噴孔内の流速分布が不均一となっ
て噴霧の方向にばらつきが生じ、排気性能や出力性能を
十分に高めることができない場合がある。また、Ｒ形状
の形成を砥粒流動加工等の２次的な加工によって行う場
合には、過度に大きなＲ形状つまり曲率半径が過度に大
きな面取を施すとすると、加工時間が非常に長くかかる
ことになり、作業効率の悪化を来す、という問題もあ
る。

【０００５】そこで、この発明は、適切な曲率半径のＲ
面取部を与えることで、各噴孔の流量係数を確実に高
め、かつ複数の噴孔の流量係数の均一化を図って、機関
の出力特性や排気特性を改善することを目的とする。さ
らに、過度の加工を不要とし、加工時間を一層短縮する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に係る発明は、ノズルボディの先端部に
サック部を有し、複数の噴孔の入口側の端部がこのサッ
ク部に開口してなるサック付の直接噴射式ディーゼル機
関用燃料噴射ノズルにおいて、上記噴孔の入口側開口縁
に、曲率半径が１２μｍ以上のＲ面取部を設けたことを
特徴としている。

【０００７】また請求項２に係る発明は、ニードル弁の
テーパ状シート面が対向するノズルボディ側のテーパ面
に、複数の噴孔の入口側の端部が開口してなるいわゆる
サックレス型の直接噴射式ディーゼル機関用燃料噴射ノ
ズルにおいて、上記噴孔の入口側開口縁に、曲率半径が
４０μｍ以上のＲ面取部を設けたことを特徴としてい
る。

【０００８】図１は、例えば５噴孔の燃料噴射ノズルに
おける噴孔入口側開口縁のＲ面取部の曲率半径と噴孔の
流量係数との関係を示している。なお、これは、三次元
数値解析によって求めたものであり、ニードル弁のリフ
ト量が、５０μｍ、１００μｍおよび３００μｍのとき
のそれぞれの特性を示している。そして、白丸がサック
付ノズルの特性、黒丸がサックレス型ノズルの特性であ
る。

【０００９】サック付ノズル、サックレス型ノズルのい
ずれの場合でも、燃料は、ニードル弁のリフトに伴なっ
て、該ニードル弁のシート面周囲に生じる環状の流路を
通って噴孔入口部に至り、かつここで流れの向きが変え
られて噴孔内へ流入する。そのため、噴孔入口側の開口
縁が鋭利なエッジ形状である場合に比して、該開口縁に
Ｒ面取部を設けることにより、噴孔内の速度分布が均一
化され、流量係数が向上する。

【００１０】図２は、一例として、サック付ノズルにお
いて、噴孔入口側の開口縁がエッジ形状（つまり曲率半
径Ｒ＝０）である場合と、開口縁に曲率半径Ｒ＝１００
μｍの面取部を備えている場合との、速度分布を対比し
て示した説明図である。この図に明らかなように、Ｒ形
状がないと、噴孔内では、速度分布が不均一であり、ノ
ズル中心線の上流側に近い側つまり図の上方寄りの部分
で相対的に速度が低いものとなる。これに対し、開口縁
をＲ形状とすることにより、流れが円滑化し、噴孔内で
は、速度の高い領域が拡大している。従って、流量係数
が向上する。

【００１１】ここで、図１に示したように、Ｒ面取部の
曲率半径が小さいと、該Ｒ面取部の効果は小さくなり、
流量係数は低いものとなる。そして、曲率半径が大きく
なれば、流量係数はそれに伴って増大するが、ある曲率
半径よりも大きい範囲では、流量係数の増加は緩やかと
なり、曲率半径の公差もしくは誤差に対する流量係数の
変化は小さい。

【００１２】各噴孔がサック部に開口しているサック付
ノズルにおいては、曲率半径が１２μｍよりも小さいと
流量係数は大きく減少するが、それ以上であれば、図１
に明らかなように、流量係数は殆ど変化しない。従っ
て、請求項１のように曲率半径を１２μｍ以上とするこ
とにより、各噴孔の流量係数が十分に増大し、噴孔流量
を大きく確保できるとともに、曲率半径のばらつきに伴
う流量係数のばらつきが小さくなり、各噴孔からの噴射
量の均一化を達成できる。一方、各噴孔がニードル弁の
シート面によって覆われるサックレス型ノズルにおいて
は、曲率半径が４０μｍよりも小さいと流量係数は大き
く減少し、それ以上であれば、流量係数は殆ど変化しな
い。従って、請求項２のように曲率半径を４０μｍ以上
とすることにより、各噴孔の流量係数が十分に増大し、
噴孔流量を大きく確保できるとともに、曲率半径のばら
つきに伴う流量係数のばらつきが小さくなり、各噴孔か
らの噴射量の均一化を達成できる。

【００１３】また請求項３に係る発明は、請求項１のも
のにおいて、Ｒ面取部の曲率半径が、４０μｍよりも小
さいことを特徴としている。

【００１４】上述したように、サック付ノズルにおいて
は、Ｒ面取部の曲率半径は、１２μｍ以上あれば十分で
ある。このようなＲ面取部の加工を、砥粒流動加工等の
２次的な加工によって行う場合には、曲率半径を大きく
するためには、それだけ加工時間が長くかかることにな
り、作業効率の悪化を来す。そこで、この請求項３のよ
うにすれば、最小限の加工で十分な流量係数を確実に確
保できる。

【００１５】各噴孔の基本的な寸法としては、請求項４
のように、噴孔の孔径が０．０５〜０．３ｍｍ、噴孔の
長さが１．０〜２．０ｍｍの範囲にあることが望まし
い。

【００１６】

【発明の効果】この発明に係る直接噴射式ディーゼル機
関用燃料噴射ノズルによれば、適切な曲率半径のＲ面取
部を設けることにより、各噴孔の流量を効果的に増大さ
せることができ、噴孔の小径化による噴霧の微粒化と同
時に、噴射期間の短縮化を図ることができる。また、曲
率半径のばらつきに伴う流量係数のばらつきが小さくな
ることから、各噴孔からの噴射量の均一化を達成でき、
ディーゼル機関の排気性能や出力性能を高めることがで
きる。

【００１７】また請求項３によれば、最小限の加工で十
分な流量係数を確実に確保でき、加工時間や加工コスト
を低減できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基いて詳細に説明する。

【００１９】図３は、この発明に係る燃料噴射ノズル１
が用いられる直接噴射式ディーゼル機関の断面図であっ
て、複数のシリンダ２が形成されたシリンダブロック３
の上面に、吸気ポート５および排気ポート６を備えたシ
リンダヘッド４が固定されており、シリンダ２内にピス
トン７が摺動可能に嵌合している。このピストン７の頂
面中央部には、例えば深皿型のキャビティ８が凹設され
ている。シリンダヘッド４側には、各ポート５，６を開
閉する吸気弁９および排気弁１０が、各気筒にそれぞれ
一対づつ設けられており、かつ、これらの計４個の吸気
弁９，排気弁１０に囲まれた気筒中心部に、燃料噴射ノ
ズル１が装着されている。この燃料噴射ノズル１は、キ
ャビティ８の略中心に対向し、かつ気筒中心線に沿った
垂直姿勢で取り付けられている。

【００２０】この燃料噴射ノズル１は、後述するよう
に、サック付ノズルもしくはサックレス型ノズルとして
構成されており、例えば５つの噴孔を先端部に備えてい
る。図４は、燃料噴射ノズル１の要部を示す断面図であ
って、筒状をなすノズルホルダ１１の先端に、ノズルナ
ット１２によってノズルボディ１３が固定され、その中
心部にニードル弁１４が摺動可能に保持されている。上
記ニードル弁１４は、プッシュロッド１５を介してノズ
ルスプリング１６の付勢力を受け、常に閉方向に付勢さ
れている。そして、図示せぬ燃料入口から燃料通路１７
を通して油溜まり部１８に流入した燃料の圧力によって
上方へリフトするようになっている。

【００２１】図５は、第１の実施例として、サック付ノ
ズルの場合のノズルボディ１３先端部の構成を示してい
る。図示するように、ノズルボディ１３先端に、適宜な
容積のサック部２１が袋状に形成されており、５つの噴
孔２２の入口側の端部が、それぞれこのサック部２１に
開口している。各噴孔２２は、ノズル１の中心線に対し
所定角度傾斜しており、かつ、ノズル１の周方向に均等
に、つまり７２°毎に配置されている。また、各噴孔２
２は、円形断面を有し、この実施例では、直径が０．２
２ｍｍ、長さが１．０ｍｍ〜１．２ｍｍとなっている。
そして、サック部２１に開口した入口側の開口縁に、全
周に亙って、Ｒ面取部２３が設けられている。このＲ面
取部２３は、砥粒を混合した粘性を有する流体を通過さ
せることによってエッジを丸める公知の砥粒流動加工に
より２次的に加工されたものであって、その曲率半径
は、１２μｍ以上、より好ましくは、４０μｍよりも小
さなものとなっている。なお、この曲率半径は、砥粒流
動加工における粒度や加工時間によって管理される。

【００２２】図６は、第２の実施例として、サックレス
型ノズルの場合のノズルボディ１３先端部の構成を示し
ている。このサックレス型の場合は、ニードル弁１４の
テーパ状シート面１４ａが対向するノズルボディ１３側
のテーパ面１３ａに、５つの噴孔２２の入口側の端部
が、それぞれ開口している。各噴孔２２は、ノズル１の
中心線に対し所定角度傾斜しており、かつ、ノズル１の
周方向に均等に、つまり７２°毎に配置されている。ま
た、各噴孔２２は、円形断面を有し、この実施例では、
直径が０．２２ｍｍ、長さが１．０ｍｍ〜１．２ｍｍと
なっている。そして、テーパ面１３ａに開口した入口側
の開口縁に、全周に亙って、Ｒ面取部２３が設けられて
いる。このＲ面取部２３は、前述した砥粒流動加工によ
り２次的に加工されたものであって、その曲率半径は、
４０μｍ以上に設定されている。なお、上記ニードル弁
１４は、シート面１４ａより上方に位置する図示せぬシ
ート線が上記テーパ面１３ａに当接するようになってお
り、噴孔２２の付近では、シート面１４ａとテーパ面１
３ａとの間に図示するように僅かな間隙が生じている。

【００２３】図７は、上記のように噴孔２２の入口側の
開口縁に十分な曲率半径のＲ面取部２３を設けたもの
（実線）と、Ｒ面取を施していないもの（破線）との、
等スモーク曲線を対比して示したものであり、この特性
図から明らかなように、Ｒ面取を施すことにより、等ス
モーク条件での出力向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｒ面取部の曲率半径と噴孔の流量係数との関係
を示す特性図。

【図２】噴孔の開口縁がエッジ形状である場合とＲ面取
部を備えている場合との速度分布を対比して示した説明
図。

【図３】この発明に係る燃料噴射ノズルが用いられる直
接噴射式ディーゼル機関の断面図。

【図４】この発明に係る燃料噴射ノズルの要部を示す断
面図。

【図５】サック付ノズルの場合のノズルボディ先端部の
断面図。

【図６】サックレス型ノズルの場合のノズルボディ先端
部の断面図。

【図７】Ｒ面取部の有無による等スモーク条件での出力
特性を対比して示す特性図。

【符号の説明】

２２…噴孔２３…Ｒ面取部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルボディの先端部にサック部を有
し、複数の噴孔の入口側の端部がこのサック部に開口し
てなる直接噴射式ディーゼル機関用燃料噴射ノズルにお
いて、上記噴孔の入口側開口縁に、曲率半径が１２μｍ
以上のＲ面取部を設けたことを特徴とする直接噴射式デ
ィーゼル機関用燃料噴射ノズル。
【請求項２】ニードル弁のテーパ状シート面が対向す
るノズルボディ側のテーパ面に、複数の噴孔の入口側の
端部が開口してなる直接噴射式ディーゼル機関用燃料噴
射ノズルにおいて、上記噴孔の入口側開口縁に、曲率半
径が４０μｍ以上のＲ面取部を設けたことを特徴とする
直接噴射式ディーゼル機関用燃料噴射ノズル。
【請求項３】Ｒ面取部の曲率半径が、４０μｍよりも
小さいことを特徴とする請求項１記載の直接噴射式ディ
ーゼル機関用燃料噴射ノズル。
【請求項４】噴孔の孔径が０．０５〜０．３ｍｍ、噴
孔の長さが１．０〜２．０ｍｍの範囲にあることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載の直接噴射式ディ
ーゼル機関用燃料噴射ノズル。