JPS60550B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、一般的に云えば霧化した燃料をディーゼル型
の内燃機関のシリンダーに送る噴射／ズルに関する。 更に詳細には、本発明はエンジンのガス状放出物及び排
気煙を最少とし、ノズル製造を助け、弁座の流れ容量を
増大せしめ得るノズル弁構造を有し、内部に閉口する閉
鎖型の改良燃料噴射ノズルに関する。閉鎖型の燃料噴射
ノズルにおいては、ノズルの先端がエンジンの燃焼室内
に延伸しており、従ってノズルの射霧オリフィスが霧化
した燃料頃霧を燃焼室内に所定形状で噴射できる位置に
ある。 典型的なノズルの贋霧オリフィスは、ノズルの弁の直下
に位置する所謂ノズル裏室から外方に拡がっている。例
えば特公昭２９−７６５６号公報に示されるような、公
知のノズルの欠点は噴射された燃料が燃焼室内で燃焼す
る際に、翼室内に残留する燃料が沸騰することである。
蒸発した燃料は翼室から蹟霧オリフィスを介して燃焼室
に出てゆくが、噴射された装填物とともに燃焼するには
遅すぎるために、燃焼する代わりに燃焼生成物とともに
エンジンから排出されて、ガス状放出物及び視認できる
煙を増大させる。このようにして未燃焼のまま出てゆく
燃料は極〈少量ではあるが、特に例えば高速道路を走る
トラック等の自動車エンジンの排気の場合には、顕著に
人別こつく。自動車エンジンの排気制御がますます強調
されている今日、本発明は時機を得たものでありディー
ゼルエンジンの放出物量の低下について重要な進歩をも
たらすものである。これと関連する他の問題は、燃焼室
の強熱条件下において繁室内の残留燃料が化学的に分解
され、その結果贋霧オリフィスが汚染されノズル先端に
炭素が蓄積されることである。 本発明によれば、公知のノズルと比較して嚢室の容積が
大幅に減少しているから、噴射後の穣室内に残留する燃
料の量を減少させ、ここから排気中に逃れ出る未燃焼燃
料の量を最少限に抑えることができる。 嚢室の容積を減少せしめ得た理由の１つは、弁頭を新た
な形状となしたからである。弁頭の形状は、後に詳しく
説明するように、公知のノズルにおける如く弁座と嚢室
の交線においてではなく、例えば弁頭において燃料流量
が最少となる制御（コントロール）点が形成されるよう
にする。裏室は収束壁を有するからより小さくなる。弁
座の仕上げ研磨の精度に気をつかうことは不要であり、
弁が開放しているときに弁頭が嚢室内に突出していなく
ともよい。ノズルの流量特性は加工が難しい裏室と弁座
の交線によってではなく、弁頭の加工によってコントロ
ールされるから製造工程が容易になる。弁頭の形状を改
良することにより、ノズル製造における自由度が増す。
何故なら後述するように、単に弁頭の形を変えることに
よって麓室の容積を結果的にごくわずか増大させるだけ
で、所与の弁ストロー外こおける燃料流れ面積を増大す
ることができるからである。更に弁の形状を改良するこ
とにより所与の弁ストローク及び特定の弁座角における
流量が増大するから、多くの使用例において弁ストロー
クを減少せしめ、弁座とばねにかかる応力を可能な限り
小さくし寿命を長くすることができる。従って本発明の
第一の目的は、ノズルの裏室容積を最少限に抑えること
により、エンジンからのガス状放出物及び視認できる煙
を減少させ、ノズルの汚染を減少させ得る改良燃料噴射
ノズルを提供することである。 本発明の他の目的は、ノズル製造を助ける新規な弁頭構
造を有する改良燃料噴射ノズルを提供することである。 本発明の更に他の目的は、結果的に裏室の容積の聴く僅
かな増大を伴なうだけの弁頭形状変化によって、燃料の
流量特性を変化させ得る燃料噴射ノズルを提供すること
である。本発明の更に別の目的は、‘１｝弁座角又は弁
ストロークを変えることなく燃料流量を増加させるか、
若しくは

【２）弁ストロークを減少させて弁座とばねに
かかる応力を減少させ且つ燃料流量を保持し得る、新規
な弁頭形状を有する燃料噴射ノズルを提供することであ
る。 本発明の他の目的及び利点は、添附の図面を参照しつつ
実施例について加える詳細な説明から明らかとなろう。 添附の図面において、第１図は一部を示した口金ナット
１２によってノズル支持部材（図面せず）に固着されエ
ンジンに取付けられた総括的に１０で示す燃料噴射ノズ
ル組立の下部を表わしている。ノズル集合体１０は下部
円筒部１６と「 これより直径の大きい上部同Ｄ円筒部
１８とを有する弁体部１４とから成る。口金ナット】２
は体部１６及び１８の接合部に形成された肩部２０と俵
合する。弁頭２２は弁体部１４の同じ孔部２４内に配設
される。 弁頭２２は円筒状上部２２ａと先細の下部２２ｂとから
成り、以下に詳細に説明する新規な形状を持つ弁端２８
がその下端部である。弁端２８は孔部２４からそれと同
じで下方にノズル体部内に延伸する円錐台形の弁座３０
と係合せしめられる。当該技術分野において「翼室」（
ｓａｃ）として知られている小さな室３２を、弁座の直
ぐ下にこれと蓮適するよう設ける。複数本の贋霧オリフ
ィス３４が弁体部を介して嚢室の壁部に実質的に直角に
外方に延伸している。裏室領域における弁体部の外形は
、針状形状であり、頃霧オリフィスが非対称である場合
においても燃料の噴霧方向は実質的に横方向となる。弁
頭はばねによって下方に押圧されて第１図に示す閉鎖位
置に置かれる。 燃料噴射ポンプからの燃料は、弁頭と孔部壁との間の環
状通路３６を介して下方に流れ、燃料圧がばね圧以上で
ある場合には弁頭に抗して弁を開放する。高圧の燃料流
は裏室内に流入し、贋霧オリフィスを介して燃焼室内に
送られる際に霧化される。燃料圧が低下するとばね圧に
よって弁が閉鎖して噴射を中断する。上述のように、本
発明の要旨とするところは弁頭先端と弁座と菱室との共
働形状にあり、その詳細は第３図乃至第７図から明らか
となろう。然し乍らこの点についての本発明の詳細につ
いて考察するに先立ち、第２図に示す公知のノズル先端
構造について触れておくのがよいと思う。第２図におい
て、上述の本発明によるノズルと共通の部材には同一の
参照符号にダッシュをつけて示す。第２図において、先
行技術によるノズル集合体１０′は、ノズル体部１４′
と該体部の孔部２４′内に配設された弁頭２２′とから
成る。体部１４′は円錐台形の弁座３０′を有し、第２
図の断面図においては弁座の直径方向に対向する壁部の
角度はＢ′である。弁端２８′の表面は円錐形であり、
傾斜した弁頭下部２２ｂ′と交差して円形綾部４０を形
成する。円錐形の弁端２８′の直径方向に対向する緑部
が形成する角度はＶ′であり、弁座によって形成される
角度Ｂ′より僅かに大きく、従って弁頭は緑部４０に沿
って弁座と係合して閉鎖する。公知のノズルの裏室３２
′は比較的大きく、後述する理由によって半円形端部を
有する円筒状である。嚢室３２′から外方に向かって延
伸する噴霧オリフィス３４′は、ノズル弁が開放した場
合に所定の蹟霧形状で霧化した燃料をエンジンシリンダ
ーに流入させる。上述の公知のノズルにおいては、弁が
開放位置にある場合における最少燃料流れ領域は、弁座
と翼室の円筒壁部の交差によって形成される円形の制御
縁部４２の位置である。 通常のノズルは図面に示したものの幾分の一かの小さな
ものである（補助用具を用いない人間の眼によっては贋
霧ノズルは程んど視認できない）から、弁体部の底部に
あって加工し‘こくい弁座及び裏室の機械加工は困難で
時間を要する作業である。公知の／ズルの弁座３０′は
熱処理後に仕上げ研磨されるから、弁座の研磨によって
制御緑部４２が変化しないよう、蓑室壁部は円筒状で且
つ同心円になっていた。更に、弁端の円錐状面２８′が
裏室内に突出し得るに充分な裏室容積を備えなければな
らない。弁頭が開放位置にあるときに、この突出部が綾
部４２と共鋤して、燃料の流量をコントロールする。従
って公知のノズルは必然的に、望ましくないほどに大き
い容積の菱室を有するものとなっていた。第３図乃至第
７図の拡大図に示す本発明によるノズル構造に話を戻せ
ば、第３図に示す如く、弁端２８の表面は円錐台形であ
り、この円錐台の直径方向に対向する面の角度はＶであ
る。 この円錐台形の表面４４は、円形縁部４６において傾斜
した弁頭の表面２２ｂと交差している。弁端の終端部は
円錐面４８であり、この円錐面の直径方向に対向する面
の角度は、第３図に示す如くＡである。円錐台４８と円
錐台面４４との交差によって円形の制御縁部５０が形成
され、この制御縁部の直径は第３図に示す如くＤである
。第３図に示すように弁座３０の直径方向に対向する壁
部は、弁頭の表面４４によって形成される角度Ｖよりも
僅かに小さい角度Ｂを包含する。従って第３図に示す閉
鎖位置においては、弁頭は綾部４６に沿って弁座と接触
する。裏室３２の側壁は円錐台形であり、その直径方向
に対向する面は角度Ｃを形成する。角度Ｃは弁座によっ
て形成される角度Ｂよりも小さく、嚢室と弁座との交差
によって円形の縁部５２が形成される。制御縁部５０の
直径Ｄは、前記円形綾部５２の直径と同等又はより大き
くすることが望ましい。第５図乃至第７図に示す断面図
から、弁の開放位置における最少燃料流れ領域は、弁頭
の制御縁部５０（第６図）と弁座との間にあることが判
る。 円錐面４８のなす角度Ａは弁頭の位置に関係なく、制御
綾部５０の下部の流れ面積が増大するように（例えば円
錐台形の爽角Ｖより充分に大きく）選定する。本発明に
よるノズルの作動は、第４図に最もわかり易く示されて
いるが、第４図は弁頭が開放位暦にある場合を示す。 流れを示す矢印によってわかるように、高圧の燃料は弁
座及び弁頭の表面４４及び４８の間の環状通路３６から
裏室３２に送入される。流量は制御縁部５川こ隣接する
最少燃料流れ領域によって定められ、縁部５０の直径Ｄ
がノズルの流量特性を支配する。燃料は髪室３２から鰭
霧オリフィス３４を介して霧化した噴霧体として、エン
ジンの燃焼室に送入される。弁頭の制御縁部５０１こお
いてノズルの最少燃料流量がコントロールされるから、
角度Ａを保持しつつ面４８を機械加工することにより、
ノズルの噴射特性が変更できる。 このことは、制御綾部５０の直径Ｄを大きくし、裏室の
容積を結果的に極く僅かに増大させるだけで燃料の流れ
面積を増大させることができる。換言すれば、弁ストロ
ークが一定の条件で流量を増やすには制御縁部５０を相
対的に上方にずらせばよいわけである。制御縁部５０が
上方にずれれば、この部分における流量が増大すること
は第６図と第５図の関係から容易に理解できよう。なお
、この場合、裏室の容積の結果的増大が極く僅かですむ
理由は、弁頭と穣室がともに円錐形状であるからである
。また、制御綾部５０の上方移動によって、ある特定の
流量を得るための弁スト。ークを小さくできることも理
解できよう。最少燃料制御点が公知の場合の裏室壁部と
弁座壁部との交差位置とは異なっているから、容積を最
少にするべく髪室を円錐台形壁部を有する形状となし得
る。 然し乍ら翼室壁部の角度Ｃは、弁座研磨の誤差を許容す
るため、弁座角Ｂよりも小さくなければならない。流量
コントロールのための円筒状嚢室が要求されないから、
翼室の深さを著しく減少できる。更に本発明の構造にお
ける弁頭の先端は、嚢室内に程んど突出していない。斯
くの如き種々の理由により、本発明によるノズル弁の構
成は公知のノズルに比較して嚢室の容積を著しく減少で
き、従ってエンジンのガス状放出物及び視認し得る煙を
減少できる。少なくとも一つの実例においては、本発明
による構造のノズルを用いれば、公知の構造のノズルを
用いた場合の嚢室容積の１１％の嚢室容積しか必要とし
なかった。裏室容積の減少とこれに伴なう製造上の利点
及び本発明構造で可能となるノズルの流れ容量の増大に
より、排気制御の観点からのノズルの改良及び製造上の
経済性と自由度の両目的が達成できる。本発明の精神及
び技術的思想の範囲内において、当該技術に通暁した者
によって、構造の細部に変更を加え得ることは明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のノズル構成の一部を断面で
示す部分側面図、第２図は公知の燃料頃霧ノズルの下端
部の拡大断面図、第３図はノズル弁が閉鎖位置にある場
合の第１図に示すノズルの下端部の拡大図、第４図は第
３図に示すノズルが開放位置にある場合を示す図、第５
図は第４図の５−５線に沿う一部切断図、第６図は第４
図の６−６線に沿う断面図、第７図は第４図の７一７線
に沿う断面図である。 １０・・・・・・ノズル組立、１４・・・・・・弁体部
、２２・・・・・・弁頭、２４・・・・・・孔部、３０
・・・…弁座、３２・・・・・・翼室、３４・・・・・
・頃霧オリフィス、３６・・・…通路。 ＨＣ．ｌ．ｒｉＧ．２， 〔ＩＣ，３． （ＩＣ．４ ＦＩＯ．５． 〔Ｉ０．６． Ｆ‘Ｃ．７．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弁体部と、前記弁体部内の孔部と、前記孔部内に配
   設され開放位置及び閉鎖位置に進退自在に作動する弁頭
   と、前記孔部の下端部の円錐台形の弁座とを有し、前記
   弁頭の下端部は前記弁座と係合して通路を密封するよう
   構成されており、更に前記弁座の下部にこれと連通して
   設けられた嚢室と、前記弁体部を介して前記嚢室から外
   方に延伸する噴霧オリフイスと、前記弁座上の前記孔部
   に高圧燃料を導入する手段とを有し、前記弁頭には前記
   弁頭が開放位置にあるときに弁頭の下端部が弁座と共働
   して該弁頭と該弁座との間の最少燃料流れ領域を定める
   円形の制御縁部が形成され、前記制御縁部は前記弁頭に
   おける２つの回転面の交差によって形成され、前記嚢室
   の側壁は円錐台形を有して円形縁部で前記弁座と交差し
   、前記円錐台形の弁座の夾角は前記嚢室の夾角よりも大
   であることを特徴とする、燃料噴射ノズル集合体。 ２ 前記弁頭の制御縁部の直径を前記弁座と前記嚢室の
   側壁の交差により形成される前記円形縁部の直径と同等
   又はより大きくした、特許請求の範囲第１項記載の燃料
   噴射ノズル集合体。 ３ 交差して前記制御縁部を形成する前記弁頭の２つの
   回転面は弁頭先端の円錐面と前記円錐面に隣接する円錐
   台形の部分を含んで成り前記弁頭の円錐台形の夾角を前
   記弁座の夾角より大きくした、特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の燃料噴射ノズル集合体。 ４ 前記弁頭の円錐面の夾角を前記弁頭の円錐台形の夾
   角より充分に大きくし、前記弁頭が如何なる位置にあっ
   ても前記制御縁部の下側における燃料の流れ面積が前記
   制御縁部における燃料の流れ面積よりも大になるように
   した、特許請求の範囲第３項記載の燃料噴射ノズル組立
   体。