JP2008082193A

JP2008082193A - 燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JP2008082193A
Application number: JP2006260679A
Authority: JP
Inventors: Tokushi Kuronita; 徳士黒仁田; Satoru Sasaki; 覚佐々木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: DE102007000731A1; JP4306710B2; US7798430B2; US20080073452A1

Abstract

【課題】群噴孔３により噴霧を形成する燃料噴射ノズル（ノズル）１において、噴霧が衝突干渉する領域と噴霧が衝突干渉しない領域との間で当量比が不均一になり黒煙が発生するのを抑制することにある。
【解決手段】ノズル１によれば、同一の群噴孔３に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔２ａ、２ｂは、一方の単噴孔２ａが、内部から外部に向かい他方の単噴孔２ｂが配される側のみに拡径し、外部開口部８ａで最大径となるように設けられ、他方の単噴孔２ｂも、内部から外部に向かい一方の単噴孔２ａが配される側のみに拡径し、外部開口部８ｂで最大径となるように設けられている。これにより、噴霧が衝突干渉する方向への噴射量と、噴霧が衝突干渉しない方向への噴射量との偏差が小さくなり、燃焼室における空気利用が促進され、黒煙の発生を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンに燃料を噴射供給する燃料噴射ノズルに関する。

従来より、燃料噴射ノズル１００では、噴射された燃料の拡散性を向上するため、図６に示すように、２つ以上の単噴孔１０１を近接配置することにより、群噴孔１０２を設けることが行われている。すなわち、単噴孔１０１を近接配置して群噴孔１０２とすると、各単噴孔１０１からの単独の噴霧は互いに衝突干渉する領域を形成し、噴射方向への噴霧の貫徹力が増大し、噴射された燃料の拡散性が向上する。しかし、ディーゼルエンジンのような直噴型のエンジンでは、群噴孔１０２により燃料を噴射する場合、噴霧が衝突干渉する領域と噴霧が衝突干渉しない領域との間で当量比が不均一になりやすいため、黒煙が発生しやすい。

なお、直噴型のエンジンに燃料を噴射する燃料噴射弁に関して、噴霧が吸排気バルブや点火プラグと干渉することを防止するとともにスワール流の旋回力の減衰を抑制するため、噴孔の出口側を拡大する技術が考えられている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この技術は、単噴孔により噴霧を形成する場合を想定しており、群噴孔による噴霧に関する記載が見られない。
特開２００１−２１４８３７号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、群噴孔により噴霧を形成する燃料噴射ノズルにおいて、噴霧が衝突干渉する領域と噴霧が衝突干渉しない領域との間で当量比が不均一になり黒煙が発生するのを抑制することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の燃料噴射ノズルは、２つ以上の単噴孔を近接配置させてなる群噴孔を有し、群噴孔を介して燃料を噴射するものである。そして、この燃料噴射ノズルによれば、同一の群噴孔に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔の少なくとも１つの組合せの内で、少なくとも一方の単噴孔は、内部から外部に向かい、他方の単噴孔が配される側のみに拡径し、外部開口部で最大径となるように設けられている。

これにより、同一の群噴孔に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔から形成される噴霧が衝突干渉する方向への燃料の噴射量が増加する。つまり、噴霧が衝突干渉する方向への噴射量と、噴霧が衝突干渉しない方向への噴射量との偏差が従来よりも小さくなる。そして、この噴射量の偏差の縮小により、噴霧が衝突干渉する方向への噴霧の貫徹力（ペネトレーション）が強くなるので、噴霧が衝突干渉する方向へのペネトレーションと、噴霧が衝突干渉しない方向へのペネトレーションとの偏差も従来よりも小さくなる。この結果、燃焼室における空気利用が促進され、黒煙の発生を抑制することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の燃料噴射ノズルによれば、一方の単噴孔の内部開口部の有効径（「内部開口径」と呼ぶ）と他方の単噴孔の内部開口径とは互いに異なる。
単噴孔の内部開口径は、当該単噴孔からの噴射量に影響する主要因子であるので、一方の単噴孔と他方の単噴孔とで内部開口径を互いに異ならせることにより、２つの単噴孔から形成される噴霧の形状を種々に変形することができる。この結果、燃焼室形状の凹凸に応じて内部開口径を操作することにより、噴霧が燃焼室壁面に到達するのを阻止することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の燃料噴射ノズルによれば、他方の単噴孔も、内部から外部に向かい、一方の単噴孔が配される側のみに拡径し、外部開口部で最大径となるように設けられ、一方の単噴孔および他方の単噴孔は、各々、拡径する部分の壁面が孔軸に対して傾斜するテーパ状に設けられて孔軸に対する傾斜角を形成し、一方の単噴孔の傾斜角と他方の単噴孔の傾斜角とは、互いに異なる。

上記の傾斜角が大きいほど、噴霧の広がりが大きくなるとともにペネトレーションが弱くなる。このため、一方の単噴孔と他方の単噴孔とで傾斜角を互いに異ならせることにより、２つの単噴孔から噴霧が広がる種々の方向において、噴射量とペネトレーションとを可変することができる。つまり、各々の単噴孔の傾斜角を操作することにより、噴霧が広がる種々の方向において、噴射量とペネトレーションとを可変することができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の燃料噴射ノズルによれば、同一の群噴孔に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔は、外表面から内側に陥没するように設けられた１つの凹部に開口している。
これにより、凹部において噴霧に空気が導入されて、燃料と空気との混合状態が改善される。このため、噴霧が衝突干渉する領域で、従来よりも当量比が均一になり、黒煙が発生するのを抑制することができる。

最良の形態１の燃料噴射ノズルは、２つ以上の単噴孔を近接配置させてなる群噴孔を有し、群噴孔を介して燃料を噴射するものである。そして、この燃料噴射ノズルによれば、同一の群噴孔に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔の少なくとも１つの組合せの内で、少なくとも一方の単噴孔は、内部から外部に向かい、他方の単噴孔が配される側のみに拡径し、外部開口部で最大径となるように設けられている。

最良の形態２の燃料噴射ノズルによれば、一方の単噴孔の内部開口部の有効径（内部開口径）と他方の単噴孔の内部開口径とは互いに異なる。また、他方の単噴孔も、内部から外部に向かい、一方の単噴孔が配される側のみに拡径し、外部開口部で最大径となるように設けられ、一方の単噴孔および他方の単噴孔は、各々、拡径する部分の壁面が孔軸に対して傾斜するテーパ状に設けられて孔軸に対する傾斜角を形成し、一方の単噴孔の傾斜角と他方の単噴孔の傾斜角とは、互いに異なる。

最良の形態３の燃料噴射ノズルによれば、同一の群噴孔に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔は、外表面から内側に陥没するように設けられた１つの凹部に開口している。

〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料噴射ノズル１（以下、ノズル１と呼ぶ）の構成を、図１を用いて説明する。
ノズル１は、２つ以上の単噴孔２を近接配置させてなる群噴孔３を有し、群噴孔３を介して燃料を噴射するものである。なお、群噴孔３は、単噴孔２の径小化と孔数増加により燃料の微粒化を促進するとともに、各単噴孔２からの噴霧を互いに衝突干渉させ、噴射方向への貫徹力を増大することを目的とする。

ここで、ノズル１は、複数の群噴孔３を有するボディ５、ボディ５の内部に移動自在に収容され群噴孔３を開閉する弁体としてのニードル６を備え、ニードル６のアクチュエータとして作動する電磁弁（図示せず）とともにインジェクタを構成する。そして、このインジェクタは、例えば、ディーゼルエンジン（図示せず）の各気筒に搭載され燃焼室（図示せず）に燃料を噴射供給するために用いられる。

なお、ノズル１から噴射される燃料は、例えば、周知の燃料噴射ポンプ（図示せず）により高圧化して吐出されたものであり、周知のコモンレール（図示せず）を介してインジェクタに供給される。そして、電磁弁が作動すると、群噴孔３を開放する方向にニードル６が駆動され、燃料の噴射供給が行われる。また、電磁弁が作動を停止すると、群噴孔３を閉鎖する方向にニードル６が駆動され、燃料の噴射供給が停止する。

〔実施例１の特徴〕
実施例１のノズル１の特徴を、図２を用いて説明する。
実施例１のノズル１によれば、同一の群噴孔３に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔２の組合せの少なくとも１つは、一方の単噴孔２ａが、内部から外部に向かい他方の単噴孔２ｂが配される側のみに拡径し、外部開口部８ａで最大径となるように設けられている。また、他方の単噴孔２ｂも、内部から外部に向かい、一方の単噴孔２ａが配される側のみに拡径し、外部開口部８ｂで最大径となるように設けられている。

また、単噴孔２ａ、２ｂは、各々、内部開口部９ａ、９ｂから外部開口部８ａ、８ｂに向かい、拡径する部分の壁面が孔軸に対して傾斜するテーパ状に設けられて孔軸に対する傾斜角を形成する。そして、実施例１の単噴孔２ａ、２ｂの傾斜角は、両方とも同一の角度αである。なお、外部開口部８ａ、８ｂは、同一有効径の略楕円形に、かつ、これらの長軸が同一の直線上に配されるように設けられ、内部開口部９ａ、９ｂは、同一径の略円形に設けられている。

すなわち、外部開口部８ａ、８ｂの長軸を含む切断面でボディ５を切断したＡ−Ａ断面図を考えると、単噴孔２ａの左切断縁１１および単噴孔２ｂの右切断縁１２は、ボディ５の内表面１４および外表面１５に垂直である。また、単噴孔２ａの右切断縁１７は孔軸に対し時計回りに角度αだけ傾いており、単噴孔２ｂの左切断縁１８は孔軸に対し反時計回りに角度αだけ傾いている。

つまり、単噴孔２ａの右切断縁１７近傍の壁面と単噴孔２ｂの左切断縁１８近傍の壁面とは、内表面１４から外表面１５に向かい互いに接近するように設けられ、単噴孔２ａの左切断縁１１近傍の壁面と単噴孔２ｂの右切断縁１２近傍の壁面とは、内表面１４から外表面１５に向かい略一定の距離を保つように設けられている。

〔実施例１の効果〕
実施例１のノズル１によれば、同一の群噴孔３に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔２の組合せの少なくとも１つは、一方の単噴孔２ａが、内部から外部に向かい他方の単噴孔２ｂが配される側のみに拡径し、外部開口部８ａで最大径となるように設けられ、他方の単噴孔２ｂも、内部から外部に向かい一方の単噴孔２ａが配される側のみに拡径し、外部開口部８ｂで最大径となるように設けられている。

これにより、単噴孔２ａ、２ｂからの単独の噴霧は互いに衝突干渉する領域ｃを形成し、領域ｃに向かう方向への燃料の噴射量が従来よりも増加する。つまり、噴霧が衝突干渉する方向への噴射量と、噴霧が衝突干渉しない方向への噴射量との偏差が従来よりも小さくなる。そして、この噴射量の偏差の縮小により、噴霧が衝突干渉する方向への噴霧の貫徹力（ペネトレーション）が強くなるので、噴霧が衝突干渉する方向へのペネトレーションと、噴霧が衝突干渉しない方向へのペネトレーションとの偏差も従来よりも小さくなる。この結果、燃焼室における空気利用が促進され、黒煙の発生を抑制することができる。

〔実施例２の特徴〕
実施例２のノズル１の特徴を、図３を用いて説明する。
実施例２のノズル１によれば、内部開口部９ａの有効径と内部開口径９ｂの有効径とは互いに異なる。また、単噴孔２ａの傾斜角と単噴孔２ｂの傾斜角とは、互いに異なる。

すなわち、内部開口部９ａは略円形に設けられ、内部開口部９ｂは内部開口部９ａよりも有効径が大きい略惰円形に設けられている。また、外部開口部８ａ、８ｂは、両方とも略楕円形に設けられ、内部開口部９ｂおよび外部開口部８ａ、８ｂの長軸が全て同一の直線上に配されている。また、単噴孔２ａの傾斜角は実施例１と同様の角度αであり、単噴孔２ｂの傾斜角は角度αよりも小さい角度βである。

また、実施例１と同様のＢ−Ｂ切断面を考えると、左切断縁１１および右切断縁１２は、内表面１４および外表面１５に垂直である。また、右切断縁１７は孔軸に対し時計回りに角度αだけ傾斜しており、左切断縁１８は孔軸に対し反時計回りに角度αよりも小さい角度βだけ傾斜している。

そして、内部開口部９ｂの有効径が内部開口部９ａの有効径よりも大きいことにより、単噴孔２ｂからの噴射量が単噴孔２ａからの噴射量よりも多くなり、単噴孔２ｂからの噴霧は孔軸近傍の到達距離が実施例１よりも大きくなる。また、単噴孔２ｂの傾斜角（角度β）が、単噴孔２ａの傾斜角（角度α）よりも小さいことから、単噴孔２ｂからの噴霧の単噴孔２ａの方への広がりが小さくなり、領域ｃが実施例１よりも縮小する。

〔実施例２の効果〕
実施例２のノズル１によれば、内部開口部９ａの有効径と内部開口部９ｂの有効径とは互いに異なる。
内部開口部９ａ、９ｂの有効径は、単噴孔２ａ、２ｂからの噴射量に影響する主要因子であるので、内部開口部９ａと内部開口部９ｂとで有効径を互いに異ならせることにより、単噴孔２ａ、２ｂから形成される噴霧の形状を種々に変形することができる。この結果、燃焼室形状の凹凸に応じて内部開口部９ａ、９ｂの有効径を操作することにより、噴霧が燃焼室壁面に到達するのを阻止することができる。

実施例２のノズル１によれば、単噴孔２ａの傾斜角と単噴孔２ｂの傾斜角とは、互いに異なる。
傾斜角が大きいほど、噴霧の広がりが大きくなるとともにペネトレーションが弱くなる。このため、単噴孔２ａと単噴孔２ｂとで傾斜角を互いに異ならせることにより、単噴孔２ａ、２ｂから噴霧が広がる種々の方向において、噴射量とペネトレーションとを可変することができる。つまり、単噴孔２ａ、２ｂの傾斜角を操作することにより、噴霧が広がる種々の方向において、噴射量とペネトレーションとを可変することができる。

実施例３のノズル１を、図４を用いて説明する。
実施例３のノズル１によれば、同一の群噴孔３に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔２は、外表面１５から内側に陥没するように設けられた１つの凹部２０に開口している。
これにより、凹部２０において噴霧に空気が導入されて、燃料と空気との混合状態が改善される。このため、噴霧が衝突干渉する領域で、従来よりも当量比が均一になり、黒煙の発生を抑制することができる。

なお、凹部２０は、１つの外部開口部８ｃを形成して外表面１５に開口しており、外部開口部８ｃは、略楕円形に設けられている。そして、Ｃ−Ｃ断面図は、外部開口部８ｃの長軸を含む切断面でボディ５を切断して得られる断面図である。

〔変形例〕
実施例１、２の単噴孔２ａ、２ｂによれば、単噴孔２ａ、２ｂは、両方とも外部開口部８ａ、８ｂの有効径が内部開口部９ａ、９ｂの有効径よりも大きくなるように設けられ、また、内表面１４から外表面１５に向かう全区間において連続的に拡径するように設けられていたが、このような形態に限定されない。例えば図６に示すように、単噴孔２ｂを、外部開口部８ｂの有効径と内部開口部９ｂの有効径とが同一になるように設けてもよく、単噴孔２ａを、内表面１４から外表面１５に向かう途中から拡径するように設けてもよい。また、実施例１、２の単噴孔２ａ、２ｂによれば、外部開口部８ａ、８ｂが両方とも略楕円形に設けられていたが、外部開口部８ａ、８ｂを略円形に設けてもよい。

燃料噴射ノズルの要部構成図である（実施例１）。燃料噴射ノズルの特徴を示す説明図である（実施例１）。燃料噴射ノズルの特徴を示す説明図である（実施例２）。燃料噴射ノズルの特徴を示す説明図である（実施例３）。燃料噴射ノズルの特徴を示す説明図である（変形例）。燃料噴射ノズルの特徴を示す説明図である（従来例）。

符号の説明

１ノズル（燃料噴射ノズル）
２単噴孔
３群噴孔
８外部開口部
９内部開口部
１５外表面
２０凹部

Claims

２つ以上の単噴孔を近接配置させてなる群噴孔を有し、この群噴孔を介して燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいて、
同一の前記群噴孔に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔の少なくとも１つの組合せの内で、少なくとも一方の単噴孔は、内部から外部に向かい、他方の単噴孔が配される側のみに拡径し、外部開口部で最大径となるように設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
請求項１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記一方の単噴孔の内部開口部の有効径と前記他方の単噴孔の内部開口部の有効径とは、互いに異なることを特徴とする燃料噴射ノズル。
請求項１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記他方の単噴孔も、内部から外部に向かい、一方の単噴孔が配される側のみに拡径し、外部開口部で最大径となるように設けられ、
前記一方の単噴孔および前記他方の単噴孔は、各々、拡径する部分の壁面が孔軸に対して傾斜するテーパ状に設けられて孔軸に対する傾斜角を形成し、
前記一方の単噴孔の傾斜角と前記他方の単噴孔の傾斜角とは、互いに異なることを特徴とする燃料噴射ノズル。
２つ以上の単噴孔を近接配置させてなる群噴孔を有し、この群噴孔を介して燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいて、
同一の前記群噴孔に属し、かつ隣り合う２つの単噴孔は、外表面から内側に陥没するように設けられた１つの凹部に開口していることを特徴とする燃料噴射ノズル。