WO2007097092A1

WO2007097092A1 - インジェクタノズル

Info

Publication number: WO2007097092A1
Application number: PCT/JP2006/324565
Authority: WO
Inventors: Shigehisa Takase
Original assignee: Isuzu Motors Limited
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2007-08-30
Also published as: EP1988281A1; EP1988281A4; JP2007224746A; US20090050717A1; CN101379286A

Abstract

　燃料の最大噴射率の向上を図ることができるインジェクタノズルを提供する。　ノズル本体２の先端部に形成され燃料を溜めると共に、その溜めた燃料を噴射する噴孔１１が形成されたサック部２１と、そのサック部２１の基端部側に形成され、該サック部２１を閉塞するための針弁３を着座させるシート部２２とを有するインジェクタノズル１において、上記針弁３の先端部を、先端側に至るにつれ縮径されるテーパ状に形成すると共に、そのテーパ状の先端部における上記シート部２２との当接位置より先端側を切除したものである。

Description

明細書

インジェクタノズル技術分野

[0001] 本発明は、ジメチルエーテルを燃料とするディーゼルエンジンなどに適用されるィンジェクタノズルに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、ディーゼルエンジンなどに適用されるインジェクタノズルとして、先端部に形成した複数の噴孔 (ノズル噴孔)を、ノズル内に昇降可能に収容した針弁 (以下、二一ドルと、う)にて開閉するように構成したインジェクタノズルが知られてヽる（特許文献 1参照)。

[0003] 例えば、図 6に示すように、インジェクタノズル 61は、ニードル 62を収容するノズル本体 63を有し、そのノズル本体 63は、複数の噴孔 64が形成されたサック部 65と、二一ドル 62を着座させるシート部（ノズルシート） 66とで構成される。

[0004] 図 6のインジェクタノズル 61では、シート部 66力下方に至るにつれ縮径されるテーパシート構造をなす。

[0005] また、近年、燃料噴射後の後ダレによる HC量を低減することを目的として、サック部の容量を低減したもの（例えば、コ-カル形状のサック部、ミニサック、あるいは VC O (Valve Covered Orifice)；サックなし）が主流となっており、例えば、図 6のインジェクタノズル 61では、サック部 65がコ-カル形状にて形成される。

[0006] 図 6のインジェクタノズル 61では、ニードル 62がリフトすると、図示しないコモンレールなどに貯留された加圧燃料力ニードル 62とシート部 66およびサック部 65の隙間を通りサック部 65に流入し、噴孔 64より燃焼室に噴射される。

[0007] ところで、インジェクタノズル 61にて噴射させる燃料には、一般的な軽油の他に、例えば、ジメチルエーテル (以下、 DMEという）などの液ィ匕ガス燃料などが考えられる。

[0008] DMEを燃料とする場合、 DMEは軽油と比較して体積当たりの発熱量が小さいため、軽油に対し約 2倍の燃料を噴射する必要がある。

[0009] また、軽油噴射のディーゼルエンジンと異なり、 DME燃料を用いたディーゼルェンジンでは、 C C結合 (炭素炭素結合）がないことにより、スモークの発生がなぐコモンレール圧力は、軽油と比較して低い領域が使用可能である。

[0010] 以上から、 DMEディーゼルエンジンにおいて、エンジン回転数'負荷などを、従来の軽油ディーゼルエンジンと同領域を使用し、同出力を得るためにはインジエタタノズルの噴孔径 ·噴孔数の総面積 (つまり、ノズル噴孔総面積)を、軽油に対し広く取る必要がある。

[0011] 特許文献 1 :特開 2005— 180253号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] し力しながら、ノズル噴孔総面積を大きくし、かつサック部容積を低減した場合に、サック部 65の内壁面と-一ドル 62との間の流路面積力ノズル噴孔総面積よりも小さくなつてしまうことがある。

[0013] そのように、サック部 65および-一ドル 62間の流路面積がノズル噴孔総面積よりも小さくなると、噴孔 64による所望の噴霧特性が得られなくなり、最大噴射率の低下を招いてしまう。

[0014] つまり、サック部 65の入口で燃料が絞られてしまい、大きく設定した噴孔総面積に見合うだけの燃料噴射率が得られなくなる。

[0015] 最大噴射率が低下してしまう場合、総噴射量を維持するために、噴射期間を長く設定することが考えられるが、高速エンジン回転速度領域では、噴射可能な期間が短いため、その短い噴射期間内では所望量の燃料を噴射しきれず、出力低下を引き起こしてしまう。

[0016] そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、燃料の最大噴射率の向上を図ることができるインジェクタノズルを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0017] 上記目的を達成するために本発明は、ノズル本体の先端部に形成され燃料を溜めると共に、その溜めた燃料を噴射する噴孔が形成されたサック部と、そのサック部の基端部側に形成され、該サック部を閉塞するための針弁を着座させるシート部とを有するインジェクタノズルにおいて、上記針弁の先端部を、先端側に至るにつれ縮径されるテーパ状に形成すると共に、そのテーパ状の先端部における上記シート部との当接位置より先端側を切除したものである。

[0018] 上記目的を達成するために本発明は、ノズル本体の先端部に形成され燃料を溜めると共に、その溜めた燃料を噴射する噴孔が形成されたサック部と、そのサック部の基端部側に形成され、該サック部を閉塞するための針弁を着座させるシート部とを有し、上記サック部の内壁面が先端側に至るにつれ縮径されるテーパ状に形成されたインジェクタノズルにおいて、上記サック部における上記針弁の先端部に対畤する内壁面に、拡径部を形成したものである。

[0019] 好ましくは、上記燃料がジメチルエーテルである。

発明の効果

[0020] 本発明によれば、燃料の最大噴射率の向上を図ることができるという優れた効果を発揮するものである。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]図 1は、本発明に係る一実施形態によるインジクタノズルの断面図である。

[図 2]図 2は、図 1の II部拡大図である。

[図 3]図 3は、インジェクタノズルにおける開口面積と、ニードルリフト量との関係を説明するための図である。

[図 4]図 4は、他の実施形態に係るインジクタノズルの断面図である。

[図 5]図 5は、他の実施形態に係るインジェクタノズルの断面図および従来のインジェクタノズルの断面図である。

[図 6]図 6は、従来のインジタタノズノレの断面図である。

符号の説明

[0022] 1、4 インジェクタノズル

2 ノズル本体

3 針弁 (ニードル）

11 噴孔

21 サック部

22 シート部 215 拡径部

発明を実施するための最良の形態

[0023] 以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

[0024] 本実施形態のインジェクタノズルは、例えば、ジメチルエーテル（以下、 DMEと!、う )を燃料とするディーゼルエンジンのインジェクタなどに適用される。

[0025] 図 1に示すように、インジェクタノズル 1は、燃料を噴射するための噴孔 11を有するノズル本体 2と、そのノズル本体 2内に昇降可能（図 1において上下方向移動可能）に収容され、噴孔 11を開閉するための針弁（以下、ニードルという） 3とを備える。

[0026] より具体的には、インジェクタノズル 1は、ノズル本体 2の先端部（図 1において下端部）に形成され燃料を溜めると共に、その溜めた燃料を噴射する噴孔 11が形成されたサック部 21と、そのサック部 21の基端部側（図 1において上側）に形成され、該サック部 21を閉塞するための-一ドル 3を着座させるシート部 22と、そのシート部 22から上方に延出し-一ドル 3を収容する揷通穴 23とを有する。

[0027] 揷通穴 23は、略円形断面にて上下方向（ニードル軸方向）に延出し、ニードル 3よりも大径に形成される。揷通穴 23は、図示しない燃料供給路を介してコモンレールに連通し、そのコモンレール力もの加圧燃料力揷通穴 23と-一ドル 3との間に供給される。また、揷通穴 23の下部における径方向外側には、加圧された燃料を貯留して、後述する-一ドル 3の受圧部 32を押圧する油溜まり 231が形成される。

[0028] シート部 22は、ノズル本体 2の内壁面をなし、揷通穴 23よりも小径で、かつ揷通穴 23から下方に縮径しつつ延出するテーパ状に形成される。図例では、シート部 22は、漏斗状に形成される。シート部 22の上下方向の中間部は、後述する-一ドル 3のシ一ト当接部 33と略同じ径を有し、ニードル 3の着座時に、ニードル 3のシート当接部 3 3と当接する。

[0029] 詳しくは後述する力ニードルリフト時には、その-一ドル 3のシート当接部 33とシート部 22との間に燃料流路をなす隙間が形成される。本実施形態では、その流路の最小流路面積が、噴孔 11の開口面積よりも大きくなるように設定される。図例では、最大リフト時の-一ドル 3のシート当接部 33の上端力もシート部 22の内壁面に垂線を下ろした位置での径が φ 2. 2mmに設定される（図 2符号 C1参照)。また、シート当接部 33の下端の径が φ 1. 7mmに設定される。

[0030] サック部 21は、シート部 22から下方に延出する第一テーパ面 211と、その第一テーパ面 211から下方に延出する第二テーパ面 212と、その第二テーパ面 212の下端に接続された底面 213とを有する。第一テーパ面 211は、シート部 22よりも小さなテーパにて下方に至るにつれ縮径されるように形成される。第二テーパ面 212は、第一テーパ面 211よりも大きなテーパにて下方に至るにつれ縮径されるように形成される

[0031] サック部 21の内壁面には、複数の噴孔 11が設けられる。本実施形態では、それら噴孔 11は、周方向に並ぶよう所定の間隔を隔てて形成される。それら噴孔 11の数や、孔径は、噴射する燃料などに応じて適切に設定され、図例では、噴孔 11の合計開口面積 (以下、噴孔面積という）が 0. 67mm²となるよう、数および孔径が設定される。また、本実施形態では、噴孔 11は、第一テーパ面 211と第二テーパ面 212との境界部に配置される。

[0032] ニードル 3は、円柱状の基部 31と、その基部 31の下端から下方に縮径しつつ延出するテーパ状の受圧部 32と、その受圧部 32の下端から下方に延出し、ニードル着座時にシート部 22に当接するシート当接部 33とを有する。

[0033] シート当接部 33は、受圧部 32よりも大きなテーパにて下方に至るにつれ縮径されるテーパ状に形成される。本実施形態では、シート当接部 33の幅（図において上下方向の長さ）は、シート部 22との接触面積幅を想定している。

[0034] このように、本実施形態では、ニードル 3の先端部が、先端側に至るにつれ縮径されるニ段のテーパ状 (受圧部 32およびシート当接部 33)に形成されると共に、そのテーパ状の先端部における上記シート部 22との当接位置の先端側境界より先端側が切除される。

[0035] 次に、本実施形態のインジヱクタノズル 1の作用を説明する。

[0036] インジェクタの閉弁時には、ニードル 3はシート部 22に着座し、サック部 21が上方側から閉塞される。このとき、サック部 21内には燃料は供給されず、噴孔 11からの燃料噴射は行われない。

[0037] 図 2に示すように、インジェクタの開弁時には、図示しないァクチユエータなどによりニードル 3がリフト（図 2にお、て上方に移動）される。

[0038] その-一ドル 3のリフトにより、ニードル 3とシート部 22との間に、隙間が形成される。

その隙間を通り、揷通穴 23の燃料がサック部 21内に供給され、そのサック部 21に供給された燃料は、噴孔 11から燃焼室に向けて噴射される。

[0039] ここで、本実施形態では、ニードル 3におけるシート部 22との当接位置よりも先端側を切除している。そのため、燃料は、サック部 21の入口にて絞られることなぐサック部 21に流入する。さらに、ニードル 3のリフト時に、その-一ドル 3とシート部 22との間に形成される隙間の最小断面積 (最小流路面積)が、噴孔面積よりも大きくなるよう、シート部 22の径およびテーパを設定して!/、るので、コモンレールから噴孔 11に至るまの燃料流路の途中で燃料が絞られてしまうことがない。

[0040] このように、本実施形態では、ニードル 3の先端部をサック部 21の内壁面力もできるだけ距離をおき流路面積を確保することで、噴孔 11に至るまでの圧力損失を防止することができる。その結果、噴孔面積を大きく設定することで、燃料の最大噴射率の向上を図ることができる。

[0041] 次に、図 3に基づきインジヱクタノズル 1における開口面積 (流路面積）と、ニードル 3 のリフト量との関係について説明する。

[0042] 図 3において、ライン L1は、本実施形態のインジェクタノズル 1における燃料流路上の最小開口面積と、ニードルリフト量との関係を示す。ライン L2は、シート部において径が φ 2. 2mmの位置での開口面積と-一ドルリフト量との関係を示す。ライン L3は、シート部 22において径が φ 1. 7mmの位置での開口面積と-一ドルリフト量との関係を示す。ライン L4は、噴孔 11の噴孔面積 (0. 67mm²)を示す。

[0043] ライン L11は、図 6に示す従来の-一ドル 62を用いた場合のサック部 65上端（ φ 1 . Omm)での開口面積と-一ドルリフト量との関係を示す。

[0044] ライン L21は、軽油ノズル（サック径 φ 1. Omm、シート径 φ 1. 8mm、噴孔面積； 0 . 15mm²)における燃料流路上の最小開口面積と、ニードルリフト量との関係を示す。ライン L22は、軽油ノズルにおける噴孔面積 (0. 15mm²)を示す。

[0045] 図 3のライン L1に示すように、燃料流路上の最小開口面積は、ニードルリフト量が増大するにしたがい増大し、噴孔面積に近づいたところで収束して、噴孔面積と略同面積となる。この最小開口面積が収束するときの-一ドルリフト量力燃料を噴孔面積で噴射する（つまり、最大噴射率を得る）ために必要な-一ドルリフト量 (以下、必要-一ドルリフト量と、う）となる。

[0046] 例えば、軽油ノズル L21では、必要-一ドルリフト量は 0. 25mm程度となる。

[0047] 本実施形態では、 DMEノズルの噴孔面積 L4は、 0. 67mm²に達する力シート径の拡大と、ニードル 3の先端を截頭円錐状に形成してサック部 21での流路面積を向上させることとにより、図 2のようにシート部 22の径 φ ΐ. 7mm部分 L3が最小開口面積（図 2符号 C1参照）となり、必要-一ドルリフト量は、 0. 35mm程度となる。

[0048] これに対して、従来のインジェクタノズル 61 (図 6参照）の場合は、サック部 65の入口が最小流路面積 L11 (図 2符号 C2参照）となるので、図 3のライン L11より推定すると、必要-一ドルリフト量は 0. 55mm以上となる。したがって、従来のノズル 61では、ニードル 62の応答性 (コモンレール圧力による-一ドル速度を一定とすると）が悪ィ匕し、制御室容量も増加し、インジェクタの応答性が悪ィ匕してしまう。また、ニードルリフト量を、 0. 55mm以下とした場合には、噴孔面積を大きく設定したとしても有効活用できない。

[0049] 以上のように、本実施形態では、 DMEインジェクタノズル 1におけるノズル噴孔面積の増大に伴い、サック部 21の内壁面と-一ドル 3間の流路面積を広げ、所定のノズル噴孔面積を有効に活用することが可能となる。

[0050] また、噴孔面積を拡大しても、必要-一ドルリフト量を、従来に比べて小さく抑えることができるので、応答性の悪ィ匕を防止することができる。

[0051] その他にも、本実施形態では、ニードル 3を、先端をカット加工するという単純なカロェにより形成することができるので、加工コスト抑制と工程簡素化とが実現可能であり、かつ精度管理が容易に行える。

[0052] なお、切除された-一ドル先端の分だけ、サック容量は増大することになるが、軽油と DMEとの分子当たりの炭素数を比較すると、軽油が炭素数 14〜16程度であるのに対し、 DMEは、炭素数 2と極端に少ないことから、噴射終了後、ニードル閉弁後のサック部 21に DMEが滞留し後ダレが生じたとしても、その滞留 DMEによる排気ガス中の HC 出への影響は少ない。 [0053] 次に、図 4および図 5に基づき他の実施形態を説明する。

[0054] 本実施形態は、上述した図 1の実施形態とは、ニードルおよびサック部の形状が異なり、それ以外は同様となっている。したがって、上述の実施形態と同一の要素については、図中同一符号を付すに止め、詳細な説明は省略する。

[0055] なお、図 5は、中央線 Cで左右に分割されており、左側に本実施形態のインジェクタノズル 4を示し、右側に従来のインジェクタノズル 61を示す。

[0056] 本実施形態では、サック部 21に拡径部 215を設けて、サック部 21と-一ドル 3と間に区画される流路面積を広げることで、揷通穴 23から噴孔 11に至る燃料流路上の最小流路面積を噴孔面積より大きく設定する。

[0057] 具体的には、本実施形態のインジヱクタノズル 4は、ノズル本体 2の先端部に形成され燃料を溜めると共に、その溜めた燃料を噴射する噴孔 11が形成されたサック部 21 と、そのサック部 21の基端部側に形成され、該サック部 21を閉塞するための-一ドル 3を着座させるシート部 22とを有する。

[0058] ニードル 3は、基部 31と、受圧部 32と、その受圧部 32の下端から下方に延出し、上下逆さの円錐状に形成されたシート当接部 35とを有する。本実施形態では、ニードル着座時に、シート当接部 35の上端部のみがシート部 22に当接する。

[0059] サック部 21は、その内壁面が先端側に至るにつれ縮径されるテーパ状（図例では、二段のテーパ状）に形成され、本実施形態では、サック部 21における-一ドル 3の先端部に対畤する内壁面に、拡径部 215が形成される。

[0060] 本実施形態の拡径部 215は、シート部 22の下端から断面円形にて下方に所定長さ延出する。図例では、拡径部 215は、シート部 22の下端から、ニードル着座時の- 一ドル 3の先端位置まで延出する。拡径部 215の内径は、ニードルリフト時にその- 一ドル 3と拡径部 215間の最小流路面積が、噴孔面積よりも大きくなるように設定される。さらに、ニードル 3とシート部 22との間の最小流路面積も、噴孔面積よりも大きくなるように設定される。

[0061] また、拡径部 215の内壁面は、下端部にて径方向内側に丸められ R形状に形成される。その R形状は、例えば、ボールエンドなどにて力卩ェ、形成される。

[0062] 本実施形態でも、上述した図 1の実施形態と同様の効果が得られる。 [0063] なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。

[0064] 例えば、燃料は、 DMEに限定されず、軽油、ガソリンなど様々な液体燃料が考えられる。

[0065] また、上述した実施形態では、断面円形状の拡径部 215を設けたが、これに限定されず、例えば、サック部 21の内壁面を、噴孔 11に対応する周方向位置にて窪ませて、溝状の拡径部を設けることが考えられる。

Claims

請求の範囲

[1] ノズル本体の先端部に形成され燃料を溜めると共に、その溜めた燃料を噴射する噴孔が形成されたサック部と、そのサック部の基端部側に形成され、該サック部を閉塞するための針弁を着座させるシート部とを有するインジェクタノズルにおいて、上記針弁の先端部を、先端側に至るにつれ縮径されるテーパ状に形成すると共に、そのテーパ状の先端部における上記シート部との当接位置より先端側を切除したことを特徴とするインジェクタノズル。

[2] ノズル本体の先端部に形成され燃料を溜めると共に、その溜めた燃料を噴射する噴孔が形成されたサック部と、そのサック部の基端部側に形成され、該サック部を閉塞するための針弁を着座させるシート部とを有し、上記サック部の内壁面が先端側に至るにつれ縮径されるテーパ状に形成されたインジェクタノズルにおいて、

上記サック部における上記針弁の先端部に対畤する内壁面に、拡径部を形成したことを特徴とするインジェクタノズル。

[3] 上記燃料がジメチルエーテルである請求項 1または 2記載のインジェクタノズル。