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JP2010096100A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

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Junichi Samo
純一 佐茂
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Abstract

【課題】冷却風によって冷却されるとともに燃料噴射ノズル20に加わる外力に影響されることなく所定の位置を維持し、ノズルボディ23の変形を防止することで、安定した燃料噴射を可能とする燃料噴射ノズル20の提供を目的とする。
【解決手段】シリンダヘッド3に燃料噴射ノズル20を取り付ける構成であって、ノズルホルダ21と、ノズルボディ23と、に円筒状のリテーニングナット25を外嵌して連結し、リテーニングナット25が、シリンダヘッド3に水平方向に形成される冷却風通路3cを上下方向に貫通するように配置する。
【選択図】図4

Description

本発明は、燃料噴射ノズルに関する。詳しくはシリンダヘッドに対する燃料噴射ノズルの位置決め構造に関する。
近年、ディーゼルエンジン等では燃料噴射ノズルより筒内の燃焼室に直接燃料を噴射する直接噴射式の燃料方式が主流となっている。この直接噴射式エンジンでは燃料噴射ノズルから噴射する噴霧の方向を正確に決める必要があるため、エンジンに対する燃料噴射ノズルの取り付けは、ノズル押さえ部材やノズル押さえボルト等を用いて強固に固定されている。
一方、空冷式ディーゼルエンジンは、燃焼熱により加熱される燃料噴射ノズルを冷却するため、燃料噴射ノズルの周囲に冷却風を送風する必要がある。よって、シリンダヘッドに形成される冷却風通路をまたいで燃料噴射ノズルを配置することで冷却風を直に燃料噴射ノズルに接触させている。つまり、燃料噴射ノズルのノズルホルダ上部を冷却風通路の上部に形成された取付孔よって支持し、燃料噴射ノズルのノズルボディを冷却風通路の下部に形成された取付孔よって支持し、その他の部分は冷却風によって冷却する構成としている。例えば公知文献1の如くである。
しかし、冷却風通路の上部に形成された取付孔は、ノズルホルダより径の大きいリテーニングナットを通過させる必要があるため、ノズルホルダと冷却風通路の上部に形成された取付孔との間には隙間が存在する。また、冷却風通路の下部に形成された取付孔は、燃焼室内部の燃焼ガスの漏洩を防ぐため弾性部材で構成されるシールを介してノズルボディを支持している。よって、燃料噴射ノズル固定の際、固定ボルトの締め付け力の不均等により曲げモーメントが発生すると、燃料噴射ノズルの燃焼室に対する傾きが変動して燃料の噴霧位置がばらついたり、ノズルボディの精密摺動孔が変形し針弁の動きが制限されたりすることで燃料噴射ノズルの性能が安定しない問題があった。
特開2003−49626号公報
本発明は、上記の如き課題を鑑みてなされたものであり、冷却風によって冷却されるとともに燃料噴射ノズルに加わる外力に影響されることなく所定の位置を維持し、ノズルボディの変形を防止することで、安定した燃料噴射を可能とする燃料噴射ノズルの提供を目的とする。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項1においては、シリンダヘッドに燃料噴射ノズルを取り付ける構成であって、ノズルホルダと、ノズルボディと、に円筒状のリテーニングナットを外嵌して連結し、
該リテーニングナットが、シリンダヘッドに水平方向に形成される冷却風通路を上下方向に貫通するように配置することを特徴とするものである。
請求項2においては、前記リテーニングナットは、前記ノズルホルダと、前記ノズルボディと、にインロー嵌合し、前記ノズルホルダとのインロー嵌合部を、前記冷却風通路の上部に形成された上部取付孔にインロー嵌合し、前記ノズルボディとのインロー嵌合部を、前記冷却風通路の下部に形成された下部取付孔にインロー嵌合することを特徴とするものである。
請求項3においては、前記リテーニングナットは、ガスケットを介装して前記下部取付孔とインロー嵌合することを特徴とするものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
請求項1の如く構成したので、燃料噴射ノズルは、リテーニングナットによって補強され、かつリテーニングナットが冷却風通路の上下部で支持されるため、燃料噴射ノズルは、冷却風によって冷却されるとともに燃料噴射ノズルに加わる外力に影響されることなく所定の位置を維持し、ノズルボディの変形を防止する。これにより、燃料噴射ノズルは、安定した燃料噴射を可能とすることができる。
請求項2の如く構成したので、燃料噴射ノズルは、冷却風通路の上部取付孔および下部取付孔にインロー嵌合して支持されるので、冷却風によって冷却されるとともに燃料噴射ノズルに加わる外力に影響されることなく所定の位置を維持し、ノズルボディの変形を防止することができる。これにより、燃料噴射ノズルは、安定した燃料噴射を可能とすることができる。
請求項3の如く構成したので、ノズルボディ先端部のシール材を、フッ素樹脂等の弾性部材から、より安価で熱伝導率の高い銅等のガスケットに変更することができる。これにより、燃料噴射ノズルは、コストが低減されるとともにノズルボディ先端部の冷却効率を高め、安定した燃料噴射を可能とすることができる。
次に、本発明に係る燃料噴射ノズルの実施の一形態である燃料噴射ノズル20の第一実施形態について説明する。なお図1における矢印U方向を上方向として上下方向を規定し、矢印L方向を左方向として左右方向を規定する。また図2における矢印F方向を前方向として前後方向を規定する。
まず、図1および図2より本発明の実施の一形態に係る燃料噴射ノズル20を有する空冷式ディーゼルエンジン1(以下、単に「エンジン1」と記す)の全体構成について説明する。なお本発明に係る燃料噴射ノズル20は、本実施形態に係るエンジン1に限定されるものではない。
図1に示すように、エンジン1は、シリンダブロック2と、シリンダヘッド3と、クランク軸4と、マフラー5と、燃料タンク6等を具備する。
シリンダブロック2は、エンジン1を構成する主な構造体を構成するものである。シリンダブロック2の中央部分には、上下方向に一つまたは複数のシリンダ2aを具備し、各シリンダ2aにピストン7を往復摺動可能に内装している。シリンダブロック2下部には、クランクケース2bが形成され、回転可能に支持されたクランク軸4が前後方向に支持される。ピストン7とクランク軸4とはコンロッド8により連結され、ピストン7の往復摺動運動をクランク軸4に伝動する。クランクケース2bの右側には、燃料噴射ポンプ9と、カム軸10と、ポンプ駆動カム11と、ガバナ12等が配設されている。
燃料噴射ポンプ9は、所定量の燃料を所定のタイミングで供給するものである。燃料噴射ポンプ9は、クランク軸4と連結連動するカム軸10に設けられたポンプ駆動カム11によって駆動される。燃料噴射ポンプ9は、燃料タンク6から燃料を吸入し、シリンダ2a内に構成される燃焼室13へ燃料を供給する。
ガバナ12は、エンジン1の回転速度を安定させるものである。ガバナ12は、カム軸10と図示しないギア等で連結され、負荷変動によるエンジン1の回転数変動を抑制するように燃料の供給を制御する。
シリンダヘッド3は、シリンダブロック2の上部に固設され、シリンダヘッド3と、シリンダ2aと、シリンダ2aに内装されたピストン7とによって燃焼室13を構成する。図2に示すように、各シリンダ2aの上部には、給気弁14と、排気弁15と、燃料噴射ノズル20等を具備する弁腕室16が構成される。また、シリンダヘッド3は、給気ポート3aと、排気ポート3bと、冷却風通路3cとが一体的に形成されている。
給気弁14は、所定のタイミングで開閉されてシリンダ2a内に外気を供給するものである。給気弁14は、開閉することにより、給気ポート3aから外気をシリンダ2a内へ供給する。給気弁14の弁棒14aは、シリンダブロック2を上方に貫通して弁腕室16に突出し、弁腕室16においてばね17を外嵌している。ばね17は給気弁14を閉じるように上方に付勢している。
排気弁15は、所定のタイミングで開閉されてシリンダ2a内の燃焼後の排気ガスを排出するものである。排気弁15は、開閉することにより、シリンダ2a内から排気ガスを排気ポート3bへ排出する。排気弁15の弁棒15aは、シリンダブロック2を上方に貫通して弁腕室16に突出し、弁腕室16においてばね17を外嵌している。ばね17は排気弁15を閉じるように上方に付勢している。
図1に示すように、燃料噴射ノズル20は、燃料を燃焼室13へ噴射するものである。燃料噴射ノズル20は、燃料噴射ポンプ9と連結され、燃料噴射ポンプ9から高圧の燃料を所定のタイミングで所定量燃焼室13へ噴射する。燃料噴射ノズル20は、ノズルホルダ21(図3参照)とノズルボディ23(図3参照)等から構成される。燃料噴射ノズル20は、弁腕室16から冷却風通路3cを貫通してシリンダ2a内にノズルボディ23の先端が突出するように配置される。
マフラー5は、排気の圧力や排気音を低減するものである。マフラー5は、排気ポート3bと連結され、排気の圧力や排気音を低減した後に排気ガスを大気中に排出する。マフラー5はシリンダヘッド3の左側に配置される。
燃料タンク6は、燃料を貯留しておくものである。燃料タンク6からはホースやフィルター等を介して燃料噴射ポンプ9と連結され、燃料タンク6内の燃料を燃料噴射ポンプ9へ供給する。燃料タンク6は、シリンダヘッド3の右側に配置される。
次に、図3および図4より燃料噴射ノズル20の構成について説明する。
図3に示すとおり、燃料噴射ノズル20は、ノズルホルダ21と、ディスタンスピース22と、ノズルボディ23と、ニードル弁24と、リテーニングナット25等を具備し、燃料を供給する燃料供給路26と、余剰燃料を排出する燃料排出路27等を有する。
ノズルホルダ21は、燃料噴射ノズル20を構成する主な構造体を構成するものである。ノズルホルダ21には、リテーニングナット25によってディスタンスピース22とノズルボディ23とが連結される。ノズルホルダ21は、内部に燃料供給路26の一部を構成する第一燃料供給路26aと、燃料排出路27と、ばね室21aと、が形成され、付勢ばね28を具備する。また、ノズルホルダ21の外側側面は外ねじ部21b(図4参照)を有する。
第一燃料供給路26aは、燃料噴射ポンプ9からの燃料をノズルボディ23へ供給するものである。第一燃料供給路26aは、ノズルホルダ21の一端側(反ノズルボディ23側)から他端側(ノズルボディ23側)に向かって形成され、ノズルホルダ21の一端側に接続された燃料噴射ポンプ9からの燃料を供給する燃料供給管9aとノズルホルダ21の他端側端面とを連通している。
燃料排出路27は、余剰燃料を排出するものものである。燃料排出路27は、ノズルホルダ21の一端側から他端側に向かって形成され、ノズルホルダ21の一端側に形成された排出口とノズルホルダ21の他端側に形成されたばね室21aとを連通している。
ばね室21aは、付勢ばね28を内装するものである。ばね室21aはノズルホルダ21の他端側端面から一端側に向かって略円筒状に形成される。ばね室21aの一端(反ノズルボディ23側)は、燃料排出路27と連通し、他端(ノズルボディ23側)は、ノズルホルダ21の他端側端面と連通している。
付勢ばね28は、ニードル弁24を付勢するものである。付勢ばね28は、ばね室21aに伸縮自在に内装される。
ディスタンスピース22は、ノズルボディ23の位置を調整するものである。ディスタンスピース22はノズルホルダ21と同一の断面形状に形成される。また、ディスタンスピース22は、ばね室21aと重複する位置に第一ニードル孔24aと、第一燃料供給路26aと重複する位置に第二燃料供給路26bと、を有し、ディスタンスピース22の一端側(反ノズルボディ23側)端面と他端側(ノズルボディ23側)端面とを連通している。
ノズルボディ23は、燃料噴射口23aを形成するものである。ノズルボディ23は、一端側(ノズルホルダ21側)をディスタンスピース22と同一の断面形状で略円錐状に形成され、他端側(反ノズルホルダ21側)の尖端部に燃料噴射口23aを有する。ノズルボディ23は、第一ニードル孔24aと重複する位置にニードル弁24を挿通するための第二ニードル孔24bを有し、ノズルボディ23の一端側端面と他端側の燃料噴射口23aとを連通している。
またノズルボディ23は、第二ニードル孔24bの途中部に燃料を貯める油たまり部24cと、第三燃料供給路26cを有し、ディスタンスピース22の第二燃料供給路26bと油たまり部24cとが第三燃料供給路26cによって連通されている。第二ニードル孔24bの内径は、一端(ノズルホルダ21側)から油たまり部24cまでの内径(以下、単に「一側径」と記す)より、油たまり部24cから他端(反ノズルホルダ21側)までの内径(以下、単に「他側径」と記す)が若干大きく、第二ニードル孔24bの内径の他端は略円錐状に形成される。
ニードル弁24は、燃料噴射口23aを開閉するものである。ニードル弁24は、第二ニードル孔24bの一側径より若干小さく形成され、第二ニードル孔24bに摺動自在に内装される。ニードル弁24の一端(ノズルホルダ21側)は、突出部24dが形成され、第一ニードル孔24aに挿通される。突出部24dの端部にはばね受け24eが固定され、付勢ばね28がばね受け24eを介してニードル弁24を付勢する。ニードル弁24の他端(反ノズルホルダ21側)は、第二ニードル孔24bの他端と同一の略円錐状に形成され、付勢ばね28の付勢力により第二ニードル孔24bの他端とニードル弁24の他端とが密接して、燃料噴射口23aを閉口している。
リテーニングナット25は、ノズルホルダ21と、ディスタンスピース22と、ノズルボディ23と、を連結するものである。リテーニングナット25は、ノズルホルダ21と、ディスタンスピース22と、ノズルボディ23とが隙間なく挿入できる程度の内径部、つまりインロー嵌合可能な内径部を有する略円筒状に形成される。また、リテーニングナット25は、一端(反ノズルボディ23側)の内径部に内ねじ部25aが形成され、他端(ノズルボディ23側)の内径部に、ノズルボディ23を係止するよう段付部31cが形成される。さらに、リテーニングナット25は、一端側の外径が、他端側の外径以上の大きさに形成され、かつノズルホルダ21の外径より大きく形成される。
リテーニングナット25は、内部にノズルボディ23とディスタンスピース22とを挿入し、ノズルホルダ21の外ねじ部21bとリテーニングナット25の内ねじ部25aとを螺合する。この際、ノズルホルダ21と、ディスタンスピース22と、ノズルボディ23と、は位置決めピン29で位置決めされている。
このような構成により、燃料噴射ノズル20が燃料を噴射する場合、燃料噴射ポンプ9から燃料供給管9aを介して圧送されてきた燃料は、第一燃料供給路26a、第二燃料供給路26bおよび第三燃料供給路26cを通って、油たまり部24cにたまる。油たまり部24cに燃料がたまると、油たまり部24cの圧力が上昇するとともに油たまり部24cに面するニードル弁24に圧力が加わる。ニードル弁24が油たまり部24cから受ける力が、ニードル弁24が付勢ばね28から受ける付勢力を上回ると、ニードル弁24が一端側に摺動し、第二ニードル孔24bの他端とニードル弁24の他端とが離間する。これにより燃料噴射口23aが開口する。油たまり部24cにたまる燃料は、ニードル弁24と第二ニードル孔24bの他側径との隙間を通って燃料噴射口23aから噴射される。この際、油たまり部24cにたまる燃料の一部は、ニードル弁24と第二ニードル孔24bの一側径との隙間を通ってノズルホルダ21のばね室21aに到達する。ばね室21aに到達した燃料は燃料排出路27から排出される。
次に、図4より燃料噴射ノズル20の取り付け構造について説明する。
燃料噴射ノズル20は、シリンダヘッド3の冷却風通路3cの上部に形成された上部取付孔30と、冷却風通路3cの下部に形成された下部取付孔31とに鉛直より傾斜し、かつノズルボディ23を下方に向けた状態で各シリンダ2aの燃焼室13に挿入される。挿入された燃料噴射ノズル20は、植え込みボルト32およびノズル押さえプレート33等で固定される。
上部取付孔30は、リテーニングナット25の他側端部の外径が隙間なく挿入できる程度の内径、つまりインロー嵌合可能な内径に形成される。下部取付孔31は、リテーニングナット25の一側端部の外径が隙間なく挿入できる程度の内径、つまりインロー嵌合可能な内径に形成された大径部31aと、ノズルボディ23の先端部外径より若干大きい内径に形成された小径部31bと、を有する。大径部31aは冷却風通路3cの下部に中途部まで形成され、小径部31bは大径部31aの中心位置に燃焼室13まで連通するよう形成される。よって、下部取付孔31は、段付部31cを有する。
燃料噴射ノズル20は、ノズルボディ23の先端部がフッ素樹脂等の弾性部材で構成されるシール材34を介して下部取付孔31の小径部31bに挿入され、リテーニングナット25の一側端部が下部取付孔31の大径部31aに挿入され、リテーニングナット25の他側端部が上部取付孔30に挿入される。この際、リテーニングナット25は、上部取取付孔および下部取付孔31の両方に挿入されているように形成される。
植え込みボルト32およびノズル押さえプレート33は、燃料噴射ノズル20を固定するものである。植え込みボルト32は、燃料噴射ノズル20と並行に、上部取付孔30の両側に螺挿される。ノズル押さえプレート33は、ノズルボディ23の上方をまたぐように配置され、植え込みボルト32と重複する位置に固定孔33aを有する。ノズル押さえプレート33は、固定孔33aに植え込みボルト32を挿入しナット35等で下方に締め付けることで、燃料噴射ノズル20を固定する。
このような構成により、燃料噴射ノズル20の挿入深さは、リテーニングナット25の他側端部と下部取付孔31の段付部31cとが当接することで決定される。燃料噴射ノズル20の傾きは、リテーニングナット25が、上部取付孔30および下部取付孔31にインロー嵌合されることで決定される。これにより、燃料噴射ノズル20は、冷却風により冷却されるとともに上部取付孔30および下部取付孔31に隙間なく支持される。
以上の如く、シリンダヘッド3に燃料噴射ノズル20を取り付ける構成であって、ノズルホルダ21と、ノズルボディ23と、に円筒状のリテーニングナット25を外嵌して連結し、リテーニングナット25が、シリンダヘッド3に水平方向に形成される冷却風通路3cを上下方向に貫通するように配置するものである。
このように構成することで、燃料噴射ノズル20は、リテーニングナット25によって補強され、かつリテーニングナット25が冷却風通路3cの上下部で支持されるため、燃料噴射ノズル20は、冷却風によって冷却されるとともに燃料噴射ノズル20に加わる外力に影響されることなく所定の位置を維持し、ノズルボディ23の変形を防止する。これにより、燃料噴射ノズル20は、安定した燃料噴射を可能とすることができる。
また、リテーニングナット25は、ノズルホルダ21と、ノズルボディ23と、にインロー嵌合し、ノズルホルダ21とのインロー嵌合部を、冷却風通路3cの上部に形成された上部取付孔30にインロー嵌合し、ノズルボディ23とのインロー嵌合部を、冷却風通路3cの下部に形成された下部取付孔31にインロー嵌合するものである。
このように構成することで、燃料噴射ノズル20は、冷却風通路3cの上部取付孔30および下部取付孔31にインロー嵌合して支持されるので、冷却風によって冷却されるとともに燃料噴射ノズル20に加わる外力に影響されることなく所定の位置を維持し、ノズルボディ23の変形を防止することができる。これにより、燃料噴射ノズル20は、安定した燃料噴射を可能とすることができる。
以下では、図5を用いて本発明に係る燃料噴射ノズル20の実施の一形態である燃料噴射ノズル20の第二実施形態について説明する。なお、以下の実施形態において、既に説明した第一実施形態と同様の点に関しては同一符号を付してその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。
まず、燃料噴射ノズル20の取り付け構造について説明する。
燃料噴射ノズル20は、シリンダヘッド3の冷却風通路3cの上部に形成された上部取付孔30と、冷却風通路3cの下部に形成された下部取付孔31とに鉛直より傾斜し、かつノズルボディ23を下方に向けた状態で各シリンダ2aの燃焼室13に挿入される。挿入された燃料噴射ノズル20は、植え込みボルト32およびノズル押さえプレート33等で固定される。
上部取付孔30は、リテーニングナット25の他側端部の外径が隙間なく挿入できる程度の内径、つまりインロー嵌合可能な内径に形成される。下部取付孔31は、リテーニングナット25の一側端部の外径が隙間なく挿入できる程度の内径、つまりインロー嵌合可能な内径に形成された大径部31aと、ノズルボディ23の先端部外径より若干大きい内径に形成された小径部31bと、を有する。大径部31aは冷却風通路3cの下部に中途部まで形成され、小径部31bは大径部31aの中心位置に燃焼室13まで連通するよう形成される。よって、下部取付孔31は、段付部31cを有する。
燃料噴射ノズル20は、ノズルボディ23の先端部が下部取付孔31の小径部31bに挿入され、リテーニングナット25の一側端部が、銅等で構成されるガスケット44を介装しつつ下部取付孔31の大径部31aに挿入され、リテーニングナット25の他側端部が、上部取付孔30に挿入される。この際、リテーニングナット25は、上部取付孔30および下部取付孔31の両方に挿入されているように形成される。
このような構成により、燃料噴射ノズル20の挿入深さは、リテーニングナット25の他側端部と下部取付孔31の段付部31cとがガスケット44を介して当接することで決定される。燃料噴射ノズル20の傾きは、リテーニングナット25が上部取付孔30および下部取付孔31にインロー嵌合されることで決定される。これにより、燃料噴射ノズル20は、冷却風により冷却されるとともに上部取付孔30および下部取付孔31に隙間なく支持される。
以上の如く、リテーニングナット25は、ガスケット44を介装して下部取付孔31とインロー嵌合することを特徴とするものである。
このように構成することで、ノズルボディ23先端部のシール材34を、フッ素樹脂等の弾性部材から、より安価で熱伝導率の高い銅等のガスケット44に変更することができる。これにより、燃料噴射ノズル20は、コストが低減されるとともにノズルボディ23先端部の冷却効率を高め、安定した燃料噴射を可能とすることができる。
本発明に係る燃料噴射ノズルを有するエンジンを示す正面図。 本発明に係る燃料噴射ノズルを有するエンジンを示す側面図。 本発明に係る燃料噴射ノズルの構造を示す構成図。 本発明の第一実施形態に係る燃料噴射ノズルの取り付け構造を示す構成図。 本発明の第二実施形態に係る燃料噴射ノズルの取り付け構造を示す構成図。
符号の説明
1 エンジン
3 シリンダヘッド
3c 冷却風通路
20 燃料噴射ノズル
23 ノズルボディ
25 リテーニングナット

Claims (3)

  1. シリンダヘッドに燃料噴射ノズルを取り付ける構成であって、
    ノズルホルダと、ノズルボディと、に円筒状のリテーニングナットを外嵌して連結し、
    該リテーニングナットが、シリンダヘッドに水平方向に形成される冷却風通路を上下方向に貫通するように配置することを特徴とする燃料噴射ノズル。
  2. 前記リテーニングナットは、
    前記ノズルホルダと、前記ノズルボディと、にインロー嵌合し、
    前記ノズルホルダとのインロー嵌合部を、前記冷却風通路の上部に形成された上部取付孔にインロー嵌合し、
    前記ノズルボディとのインロー嵌合部を、前記冷却風通路の下部に形成された下部取付孔にインロー嵌合す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. 前記リテーニングナットは、
    ガスケットを介装して前記下部取付孔とインロー嵌合することを特徴とする請求項1または請求項2に燃料噴射ノズル。
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