JP2010112196A - 燃料噴射弁のノズル - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴孔に流入した燃料が燃料噴孔の入口から出口に至る間，流れの進路を屈曲させることなく，体積の膨張及び収縮を受け得るようにして，燃料ポンプの吐出圧力を特別高めることなく，噴射燃料の微粒化を促進させ得る燃料噴射弁のノズルを提供する。
【解決手段】弁座１３と，この弁座を通過した高圧の燃料をエンジンＥの燃焼室１０に直接噴射する燃料噴孔２６とを備え，この燃料噴孔２６を，その断面積が該燃料噴孔２６の入口２６ａ及び出口２６ｂから該燃料噴孔２６の軸方向中間部に向かって増大するように形成した，燃料噴射弁のノズルにおいて，燃料噴孔２６の形状を，燃料噴孔２６の入口２６ａ周縁を形成する第１の長円３０と，該燃料噴孔２６の出口２６ｂ周縁を形成する，第１の長円３０とは位相を異にする第２の長円３１と，これら第１及び第２の長円３０，３１間を接続する直線の母線３２とで構成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は，弁座と，この弁座を通過した高圧の燃料をエンジンの燃焼室に直接噴射する燃料噴孔とを備え，この燃料噴孔を，その断面積が該燃料噴孔の入口及び出口から該燃料噴孔の軸方向中間部に向かって増大するように形成した，燃料噴射弁のノズルの改良に関する。

かゝる燃料噴射弁のノズルは，特許文献１に開示されるように，既に知られている。
特開２００５−３１５１３６号公報

ところで，従来のかゝる燃料噴射弁のノズルでは，燃料噴孔の断面積を該燃料噴孔の入口及び出口から該燃料噴孔の軸方向中間部に向かって増大させるために，燃料噴孔が，二つの截頭円錐状の孔の大径端部を相互に連結して構成されているので，燃料噴孔の内壁は，軸方向中間部で半径方向に屈曲することになる。このため，燃料噴孔に流入した燃料の流れは，燃料噴孔の軸方向中間部で屈曲を余儀なくされ，この流れの屈曲が燃料噴孔の流路抵抗となり，それによる圧力損失により，燃料噴孔からの燃料噴射速度が下がり，噴射燃料の到達距離の減少が生じる。この減少を補うためには，燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプの吐出圧力を高める必要があるが，そうすることは，燃料ポンプを駆動するエンジンの負担を増して，加速性や低燃費性に悪影響を与えることになり，好ましくない。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，燃料噴孔に流入した燃料が燃料噴孔の入口から出口に至る間，流れの進路を屈曲させることなく，体積の膨張及び収縮を受け得るようにして，燃料ポンプの吐出圧力を特別高めることなく，噴射燃料の微粒化を促進させ得る燃料噴射弁のノズルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，弁座と，この弁座を通過した高圧の燃料をエンジンの燃焼室に直接噴射する燃料噴孔とを備え，この燃料噴孔を，その断面積が該燃料噴孔の入口及び出口から該燃料噴孔の軸方向中間部に向かって増大するように形成した，燃料噴射弁のノズルにおいて，前記燃料噴孔の形状を，該燃料噴孔の入口周縁を形成する第１の長円と，該燃料噴孔の出口周縁を形成する，前記第１の長円とは位相を異にする第２の長円と，これら第１及び第２の長円間を接続する直線の母線とで構成したことを第１の特徴とする。

また，本発明は，第１の特徴に加えて，前記第１及び第２の長円相互に９０°の位相差を与えて，前記燃料噴孔の軸方向中央部の断面形状を円にしたことを第２の特徴とする。

尚，前記長円とは，楕円や小判形などを含むもので，複数の円弧の組み合わせ，又は複数の円弧及び直線の組み合わせからなる偏平化した円をいう。而して，前記第１及び第２長円は，後述する本発明の実施例中の第１及び第２楕円３０，３１に対応する。

本発明の第１の特徴によれば，燃料噴孔の形状を，その入口の周縁を形成する第１の長円と，出口の周縁を形成する，第１の長円とは位相を異にする第２の長円と，これら第１及び第２の長円間を接続する直線の母線とで構成したので，弁座から燃料噴孔に流入した燃料は，直線の母線に沿って入口から出口に直線状に流れることになり，その間の流路抵抗は小さい。しかも，燃料噴孔の上記形状は，燃料噴孔の断面積を，入口及び出口から軸方向中間部に向けて増加させるので，燃料噴孔に流入した燃料は，入口から中間部に至る間に体積を膨張することにより，飽和蒸気圧以下の領域が生じてキャビテーション気泡を発生し，次いでその中間部から出口に至る間に体積を収縮することにより，上記キャビテーション気泡内の圧力が飽和蒸気圧を超えて上記キャビテーション気泡が崩壊することになり，その結果，出口から燃焼室に噴射されたとき，噴射燃料の微粒化を効果的に促進することができる。したがって，燃料ポンプの吐出圧力を特別高めることなく，噴射燃料の微粒化を効果的に促進しながら，所望の燃料噴射到達距離を確保することができる。

本発明の第２の特徴によれば，燃料噴孔における燃料の体積膨張及び収縮を最大限に利用できて，噴射燃料の微粒化を，より効果的に促進することができる。

本発明の実施の形態を，添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

図１は本発明に係る燃料噴射弁のノズルをエンジンへの装着状態で示す縦断面図，図２は図１の２部拡大断面図，図３（Ａ）は図２の３−３線断面図，同図（Ｂ）は上記（Ａ）の各部断面図，図４は上記ノズルの燃料噴孔の軸方向位置と断面積との関係を示す線図である。

図１において，ディーゼル又は火花点火式のエンジンＥに，その燃焼室１０に高圧の燃料Ｆを直接噴射する燃料噴射弁Ｉが取り付けられる。この燃料噴射弁Ｉのノズル１１は，エンジンＥに，その燃焼室１０に開口するように設けられる取り付け孔１２に嵌装され，このノズル１１のニップル状の前端部１１ａが燃焼室１０に配置される。

ノズル１１内には，前端部１１ａ側から円錐状の弁座１３と，この弁座１３の大径端部に連なる燃料通路孔１４と，この燃料通路孔１４の後端に連なる拡張室１５と，この拡張室１５の後端に連なるガイド孔１６とが順次同軸状に形成され，またガイド孔１６と並んで拡張室１５に開口する燃料導入孔１７も形成される。燃料導入孔１７には，図示しない燃料ポンプから高圧の燃料が供給されるようになっている。

このノズル１１内にニードル弁２０が配設される。このニードル弁２０は，弁座１３に着座し得る円錐状の弁部２１と，ガイド孔１６に摺動自在に嵌合される大径ニードル部２２と，この大径ニードル部２２及び弁部２１間を一体に連結して燃料通路孔１４に配置される小径ニードル部２３とからなっており，その小径ニードル部２３と，燃料通路孔１４の内周面との間には，拡張室１５を弁座１３に連通する筒状の燃料通路２４が画成される。ニードル弁２０の後端部には，これを弁座１３側に付勢する戻しばねと，励起時，その戻しばねの付勢力に抗してニードル弁２０を弁座１３から離座させる電磁アクチュエータ（何れも図示せず。）とが接続される。

次に，図２に示すように，ノズル１１のニップル状の前端部１１ａには，弁座１３の前端部に連なる燃料集合室２５と，燃料集合室２５を燃焼室１０に開放する１もしくは複数の燃料噴孔２６とが形成される。而して，各燃料噴孔２６は，その入口２６ａを燃料集合室２５に，出口２６ｂを燃焼室１０に臨む前端部１１ａ外周面に開口させる。

各燃料噴孔２６の形状は，図２〜図４に示すように，その入口２６ａの周縁を形成する第１の楕円３０と，出口２６ｂの周縁を形成する，第１の楕円３０とは位相を相違させる第２の楕円３１と，これら第１及び第２の楕円３０，３１間を接続する直線の母線３２とで構成され，この構成により，燃料噴孔２６の断面積は，入口２６ａ及び出口２６ｂから燃料噴孔２６の軸方向中間部に向かって増加するようになっている。特に，図示例では，第１の楕円３０と第２の楕円３１とは，９０°の位相差が付与されて，燃料噴孔２６の軸方向中央部の断面形状が円３３とされ，したがって，その中央部の断面積が最大とされる。燃料噴孔２６のこのような形状は，円筒形の弾性パイプの両端部を，相互に異なる位相で楕円形に潰してなる形状をイメージすれば，理解し易いであろう。

次に，この実施例の作用について説明する。

図示しない電磁アクチュエータによりニードル弁２０を引き上げて，弁部２１を弁座１３から離座させると，燃料導入孔１７，拡張室１５及び燃料通路孔１４に待機していた高圧の燃料が弁座１３を通過し，燃料集合室２５で合流した後，燃料噴孔２６を通して燃焼室１０に噴射される。

ところで，燃料噴孔２６は，前述のように，入口２６ａの周縁を形成する第１の楕円３０と，出口２６ｂの周縁を形成する，第１の楕円３０とは位相を相違させる第２の楕円３１と，これら第１及び第２の楕円３０，３１間を接続する直線の母線３２とで構成される形状を有しているから，燃料集合室２５から燃料噴孔２６に流入した燃料は，直線の母線３２に沿って入口２６ａから出口２６ｂに直線状に流れることになり，その間の流路抵抗は小さい。したがって，燃料ポンプの吐出圧力を特別高める必要がない。

しかも，燃料噴孔２６の上記形状は，燃料噴孔２６の断面積を，入口２６ａ及び出口２６ｂから軸方向中間部に向けて増加させるので，燃料噴孔２６に流入した燃料は，入口２６ａから中間部に至る間に体積を膨張することにより，飽和蒸気圧以下の領域が生じてキャビテーション気泡を発生し，次いでその中間部から出口に至る間に体積を収縮することにより，上記キャビテーション気泡内の圧力が飽和蒸気圧を超えて上記キャビテーション気泡が崩壊することになり，その結果，出口２６ｂから燃焼室１０に噴射されたとき，噴射燃料Ｆの微粒化を効果的に促進することができる。特に，第１及び第２の楕円３０，３１相互に９０°の位相差を与えて，燃料噴孔２６の軸方向中央部の断面形状を円３３にした場合には，燃料噴孔２６における燃料の体積膨張及び収縮を最大限に利用できて，噴射燃料Ｆの微粒化を，より効果的に促進することができる。

かくして，燃料ポンプの吐出圧力を特別高めることなく，噴射燃料Ｆの微粒化を効果的に促進しながら，所望の燃料噴射到達距離を確保することができる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば，燃料噴孔２６の出口２６ｂの周縁を形成する第２の楕円３１の向きは，燃焼室１０の形状や，燃料噴霧フォームの望む形状に応じて自由に決定される。

本発明に係る燃料噴射弁のノズルをエンジンへの装着状態で示す縦断面図。 図１の２部拡大断面図。 （Ａ）は図２の３−３線断面図，（Ｂ）は上記（Ａ）の各部断面図。 上記ノズルの燃料噴孔の軸方向位置と断面積との関係を示す線図。

符号の説明

Ｅ・・・・・エンジン
Ｉ・・・・・燃料噴射弁
１０・・・・燃焼室
１１・・・・ノズル
１３・・・・弁座
２６・・・・燃料噴孔
２６ａ・・・燃料噴孔の入口
２６ｂ・・・燃料噴孔の出口
３０・・・・第１の長円（第１の楕円）
３１・・・・第２の長円（第２の楕円）
３２・・・・母線
３３・・・・円

Claims (2)

1. 弁座（１３）と，この弁座（１３）を通過した高圧の燃料をエンジン（Ｅ）の燃焼室（１０）に直接噴射する燃料噴孔（２６）とを備え，この燃料噴孔（２６）を，その断面積が該燃料噴孔（２６）の入口（２６ａ）及び出口（２６ｂ）から該燃料噴孔（２６）の軸方向中間部に向かって増大するように形成した，燃料噴射弁のノズルにおいて，
   前記燃料噴孔（２６）の形状を，該燃料噴孔（２６）の入口（２６ａ）周縁を形成する第１の長円（３０）と，該燃料噴孔（２６）の出口（２６ｂ）周縁を形成する，前記第１の長円（３０）とは位相を異にする第２の長円（３１）と，これら第１及び第２の長円（３０，３１）間を接続する直線の母線（３２）とで構成したことを特徴とする，燃料噴射弁のノズル。
2. 請求項１記載の燃料噴射弁のノズルにおいて，
   前記第１及び第２の長円（３０，３１）相互に９０°の位相差を与えて，前記燃料噴孔（２６）の軸方向中央部の断面形状を円（３３）にしたことを特徴とする，燃料噴射弁のノズル。

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