JP3924949B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射ノズルに関し、特に内燃機関(以下、「内燃機関」をエンジンという)用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、ノズルボディにバルブニードルを往復移動可能に収容し、バルブニードルの当接部がノズルボディに形成した弁座部に着座ならびに弁座部から離座することにより、噴孔から噴射する燃料を断続するエンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルが知られている。
【0003】
このような燃料噴射ノズルにおいては、燃料消費量の低減、排気エミッションの向上、エンジンの安定した運転性等の観点から、噴孔から噴射される「燃料の微粒化」が重要な要素であり、特に筒内直接噴射式エンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルの場合、「燃料の微粒化」は最も重要な要素の一つである。筒内直接噴射式エンジン用燃料噴射弁の燃料噴射ノズルとして、ノズルボディ内部に旋回流(スワール)を形成することにより、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御をするようにしたスワール式燃料噴射ノズルが知られている。
【0004】
上記のスワール式燃料噴射弁として、例えば▲1▼実開平5−24956号公報に開示されるように、燃料をスワールにするための部材をノズルボディ内部に設けた燃料噴射ノズル、▲2▼特開平3−175148号公報に開示されるように、バルブニードルに燃料スワール機構を設けた燃料噴射ノズル、▲3▼米国特許第5,170,945号公報に開示されるように、バルブニードルのリフトにより燃料の噴霧形状を変化させる燃料噴射ノズルが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、▲1▼実開平5−24956号公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、燃料をスワールにするための部材としてスワール孔を有するスワーラと、スワールを形成するスワール形成室の容積を可変する圧電素子とをノズルボディの内部に設けているので、圧電素子に通電するための手段を配設しなければならず、部品点数および組付工数が増大し、製造コストが上昇するという問題があった。
【0006】
また、▲2▼特開平3−175148号公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、弁座部がエンジン筒内にさらされているため、弁座部にカーボン等が付着し当接部と弁座部との油密を確保するのが困難であるという問題があった。さらに、ニードルバルブの傘部の角度で燃料の噴霧角が決定されるため、噴霧角の可変機構を有することができないという問題があった。
【0007】
また、▲3▼米国特許第5,170,945号公報に開示される燃料噴射ノズルにおいては、バルブニードルのリフトに応じて噴霧角を大きくする方向にしか噴霧特性を制御することができないという問題があった。さらに、バルブニードルの初期リフト状態において、スワールの旋回力が比較的弱いとき、バルブニードルの僅かな偏芯により噴霧形状が変形し、噴霧形状の対称性が崩れるという問題があった。
【0008】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、燃料の噴霧角が可変である燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことが可能な燃料噴射ノズルを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の燃料噴射ノズルによると、燃料のスワールを形成するスワール形成室に繋がる燃料入口通路の開口面積をバルブニードルの摺動により変化させるので、バルブニードルのリフト位置に応じて上記の燃料入口通路の開口面積を変えることにより、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができる。このため、例えば低速低負荷時にスワール形成室に繋がる燃料入口通路の開口面積を比較的小さくし、高速高負荷時にスワール形成室に繋がる燃料入口通路の開口面積を比較的大きくすることにより、低速低負荷時に大きい噴霧角および小さい到達距離とし、高速高負荷時に小さい噴霧角および大きい到達距離とすることができる。したがって、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことができる。そして、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。
さらに、本発明の請求項1記載の燃料噴射ノズルによると、低速低負荷時におけるバルブニードルのリフト量から高速高負荷時におけるバルブニードルのリフト量まで、燃料入口通路の開口面積と、当接部と弁座部との開口面積との比が所定の一定値となるので、バルブニードルのリフトに応じて、ノズルボディの周方向と軸方向との燃料の速度比が変化しない。このため、低速低負荷時から高速高負荷時まで、噴霧角を一定に保つことができる。したがって、バルブニードルのリフトに対する噴霧角の変化を小さくすることができ、燃料噴射ノズルの個体間のばらつきを抑えることができる。
【0010】
本発明の請求項2記載の燃料噴射ノズルによると、ノズルボディの内壁と、バルブニードルの外壁と、スワール形成部材の内壁とでスワール形成室を形成し、バルブニードルの摺動によりスワール形成室の容積を変化させるので、バルブニードルのリフト位置に応じてスワール形成室の容積を変えることにより、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができる。このため、例えば低速低負荷時にスワール形成室の容積を比較的小さくし、高速高負荷時にスワール形成室の容積を比較的大きくすることにより、低速低負荷時に大きい噴霧角および小さい到達距離とし、高速高負荷時に小さい噴霧角および大きい到達距離とすることができる。したがって、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことができる。そして、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。
ここで、エンジンの負荷状態に応じて噴霧角および噴霧の到達距離をどのように設定するかは、エンジンの燃焼室の形状に依存する。
【0011】
本発明の請求項3記載の燃料噴射ノズルによると、バルブニードルの初期リフト状態において、バルブニードルの大径部の小径部側端部がスワール形成室に繋がる燃料入口通路の開口部の一部を塞ぐので、バルブニードルのリフト位置に応じてスワール形成室に繋がる入口通路の開口面積を確実に変えることができる。したがって、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を確実に得ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
(第1実施例)
本発明をディーゼルエンジン用燃料噴射弁に適用した第1実施例を図1〜図6に示す。
【0014】
図4に示す燃料噴射弁1は、図示しないディーゼルエンジンの燃焼室内へ段階的に燃料を噴射する燃料噴射弁であって、ノズルホルダ18、リテーニングナット17、ディスタンスピース16、燃料噴射ノズル10からなる外郭形成部材を備えている。燃料噴射弁1は、ノズルホルダ18、ディスタンスピース16および燃料噴射ノズル10がリテーニングナット17により固定されている。
【0015】
ノズルホルダ18は、燃料インレット30を有しており、軸方向に貫通する第1スプリング収容室40および第2スプリング収容室50が形成されている。燃料インレット30は、図示しない高圧ポンプから図示しない燃料配管が接続されており、高圧ポンプから燃料噴射ノズル10内に高圧燃料が供給されている。燃料インレット30の内部には燃料通路31が形成されている。
【0016】
第1スプリング収容室40内には、第1スプリング41、スペーサ42およびプレッシャピン28のフランジ部29が収容されている。第1スプリング41は、一方の端部がプレッシャピン28のフランジ部29に当接し、他方の端部がスペーサ42に当接している。第1スプリング41はバルブニードル20を図4に示す下方向に付勢している。
【0017】
第2スプリング収容室50内には、第2スプリング51、スペーサ52、スプリングキャップ53およびスプリング座54が収容されている。第2スプリング51は、一方の端部がスプリング座54に当接し、他方の端部がスペーサ52に当接している。スペーサ52はスプリングキャップ53に当接し、スプリングキャップ53はスプリング収容室50の内壁に形成された段差部50aに当接しているので、第2スプリング51はスプリング座54をディスタンスピース16に押付ける方向に付勢している。
【0018】
ディスタンスピース16は、縮径部16aを有しており、ディスタンスピース16内にはスペーサ46が設けられている。このスペーサ46と縮径部16aとの距離でバルブニードル20の最大リフト量が規制される。また、スペーサ46とスプリング座54との距離で初期リフト量が規制される。
【0019】
燃料噴射弁1の噴孔側に燃料噴射ノズル10が設けられており、燃料噴射ノズル10は、ノズルボディ11と、このノズルボディ11の内部に軸方向に往復摺動可能に収容されるバルブニードル20と、ノズルボディ11の内部に圧入により固定されるスワール形成部材としてのスワーラ60とから構成される。
【0020】
ノズルボディ11は、有底の中空円筒形状であって、内部に案内孔14、弁座部13、噴孔12、燃料通路孔34、燃料溜り33、燃料供給孔32が形成されている。
【0021】
案内孔14は、ノズルボディ11の内部に軸方向に延びており、一方の端部がノズルボディ11の開口端15に接続しており、他方の端部側が燃料溜り33に接続している。案内孔14の内壁は、ノズルボディ11の開口端15から燃料溜り33の近傍まで概略同一内径に形成されている。
【0022】
図1に示すように、弁座部13は、円錐台面を有し、大径側の一端が燃料通路孔34に連続し、小径側の他端側が噴孔12に接続している。この弁座部13に後述するバルブニードル20の当接部21が当接可能である。噴孔12は、ノズルボディ11の先端部にノズルボディ11の内外を連通する通路として形成されている。噴孔12は弁座部13に入口部が開口している。
【0023】
図4に示すように、燃料通路孔34は、ノズルボディ11の内部に軸方向に延びており、一方の端部が弁座部13に接続しており、他方の端部側が燃料溜り33に接続している。燃料溜り33は、案内孔14と燃料通路孔34とを接続する内壁に環状に形成されている。燃料溜り33には、外部から燃料を供給する燃料供給孔32が接続されている。
【0024】
ニードル弁20は、中実円柱形状であって、首部27、摺動部26、円錐台部25、大径部24、小径部23および円錐部22からなる。
バルブニードル20の反噴孔側端部に首部27が形成されており、首部27の外径はスペーサ46の内径よりも僅かに小さい。
【0025】
摺動部26は、外径が同一径で、クリアンスを介して案内孔14に遊嵌合し、軸方向に往復移動することが可能である。摺動部26は、一端が首部27に接続し、他端が円錐台部25に接続している。円錐台部25は、大径側の一端が摺動部26に接続し、小径側の他端が大径部24に接続している。大径部24は、外径が同一径で、クリアンスを介してスワーラ60に遊嵌合し、軸方向に往復移動することが可能である。大径部24は、一端が円錐台部25に接続し、他端が小径部23に接続している。大径部24の小径部23に接続する端面に大径部端面24aが形成されている。
【0026】
図1に示すように、小径部23の外径は大径部24の外径よりも小さい。小径部23は、一端が大径部端面24aに接続しており、他端が当接部21を介して円錐部22に接続している。小径部23と円錐部22との接続部分は円形状であり、この円形状の部分が弁閉時に弁座部13と当接する当接部21である。弁閉時、当接部21が弁座部13に着座することにより噴孔からの燃料噴射が遮断される。
【0027】
図2および図3に示すように、スワーラ60は中空円筒形状であって、溝部61と、スワール孔62とが形成されている。溝部61はスワーラ60の外壁に一方の端部から他方の端部まで軸方向に連続して4箇所形成されている。4箇所の溝部61は、それぞれの中心軸が略90°間隔となっている。スワール孔62は、溝部61を形成するスワーラ60の外壁からスワーラ60の内壁までを貫通するように、周方向斜めかつ軸方向水平にほぼ同一内径でストレート状に4箇所形成されている。4箇所のスワール孔62は、軸方向位置が略同一である。スワール孔62の反溝部側には後述するスワール室70に開口する開口部62aが形成されている。
【0028】
図1に示すように、上記の構成のスワーラ60がノズルボディ11内に圧入により固定され、バルブニードル20がノズルボディ11内に収納されることにより、ノズルボディ11の弁座部13を形成する内壁と、ニードル弁20の大径部端面24aおよび小径部23を形成する外壁と、スワーラ60の内壁とでスワール形成室としてのスワール室70が形成される。スワール室70はスワール孔62を経由して燃料供給孔32に連通している。ここで、スワール孔62はスワール室70に繋がる燃料入口通路を構成している。図1に示す弁閉状態において、大径部24の大径部端面24a近傍の壁面、すなわち大径部24の小径部23側端部がスワール孔62の開口部62aの一部を塞いでいる。
【0029】
次に、上記構成の燃料噴射弁1の作動を説明する。
(1) 高圧ポンプから所定量の燃料が所定の時期に圧送され、高圧燃料が燃料配管を経由して燃料インレット30に供給される。この高圧燃料は、燃料通路31、燃料供給孔32、燃料溜り33を経由して燃料通路孔34、スワール孔62およびスワール室70内に蓄えられる。燃料通路孔34、スワール孔62およびスワール室70内の燃料圧力が増大し、この圧力が第1スプリング41の付勢力に打勝つ圧力に達すると、バルブニードル20は図4の上方にリフトし、弁座部13から当接部21が離間して開弁する。そして、スワール室70でスワールが形成され、このスワールとなった燃料が弁座部13と当接部21との開口部を通って噴孔12から噴射される。図5に示すように、低速低負荷時においては、バルブニードル20のリフト量が比較的小さいので、大径部24の大径部端面24a近傍の壁面がスワール孔62の開口部62aの一部を塞いでおり、スワール孔62の開口面積は比較的小さく、かつスワール室70の容積は比較的小さい。このため、低速低負荷時の燃料噴霧QLの噴霧角θLは比較的大きく、燃料噴霧QLの到達距離は比較的小さい。
【0030】
(2) 燃料通路孔34、スワール孔62およびスワール室70内の燃料圧力がさらに増大すると、バルブニードル20のリフト量が増大し、スペーサ46がスプリング座54に当接する。この状態がバルブニードル20の初期リフト状態である。この初期リフト状態においては、スワール孔62の開口面積は上記の(1)よりも増大している。しかし、スワール孔62の開口部62aの一部は、大径部24の大径部端面24a近傍の壁面により、まだ塞がれた状態になっている。そして、燃料通路孔34、スワール孔62およびスワール室70内の燃料圧力が第1スプリング41の付勢力と第2スプリング51の付勢力との合力に打勝つ圧力に達すると、スペーサ46がディスタンスピース16の縮径部16aに当接し、バルブニードル20はフルリフト状態に達する。このフルリフト状態においては、スワール孔62の開口部62aは全開状態となってスワール孔62の開口面積は最大となり、スワール室70の容積は最大となる。このため、図6に示すように、高速高負荷時の燃料噴霧QHの噴霧角θHは比較的小さく、かつ燃料噴霧QHの到達距離は比較的大きくなる。
【0031】
(3) 高圧ポンプの燃料圧送が終わりに近づくと、燃料通路孔34、スワール孔62およびスワール室70内の燃料圧力が低下し、第1スプリング41および第2スプリング51の付勢力によりバルブニードル20が図4の下方に移動し、当接部21が弁座部13に着座して燃料噴射を終了する。
【0032】
次に、スワール孔62の開口面積をAswとし、弁座部13と当接部21との開口面積をAseとしたとき、バルブニードル20のリフト量hと、開口面積比Asw/Aseおよび噴霧角θとの関係を図7を用いて説明する。
【0033】
図7に示すように、低速低負荷時においては、開口面積比Asw/Aseが所定の一定値αとなり、弁座部13と当接部21との開口部を流れる燃料速度と、スワール孔62の開口部62aからスワール室70に流入する燃料速度との速度比が一定となる。このため、低速低負荷時におけるバルブニードル20のリフト量hLから高速高負荷時におけるバルブニードル20のリフト量hHに至る途中まで、スワール室70内の周方向速度成分が比較的大きくなり、弁座部13と当接部21との開口部から噴孔12へ旋回エネルギの比較的大きな燃料流れを供給することができる。したがって、低速低負荷時においては、図5に示すように、比較的大きな噴霧角θLを得ることができる。さらに、高速高負荷時におけるバルブニードル20のリフト量hHに近づくにしたがって、開口面積比Asw/Aseが所定の一定値αからしだいに増加すると、スワール室70内の周方向速度成分が比較的小さくなり、噴霧角θがしだいに小さくなる。したがって、高速高負荷時においては、図6に示すように、比較的小さな噴霧角θHとなり、比較的大きな到達距離を得ることができる。
【0034】
次に、図1に示す第1実施例のスワール孔62の開口部62aが弁閉時において、全開状態となっている比較例について、図16および図17を用いて説明する。その他は、第1実施例と同一構成であり、同一構成部分に同一符号を付す。
【0035】
比較例においては、図16に示すように、弁閉時において、バルブニードル120の大径部124の大径部端面124a近傍の壁面、すなわち大径部124の小径部123側端部はスワール孔62の開口部62aを塞いでいない。したがって、スワール孔62の開口部62aは、弁閉時において、全開状態となっている。
【0036】
図16に示す比較例においては、スワール孔62の開口面積は、バルブニードル120のリフト量に関係なく一定である。つまり、図17に示すように、バルブニードル120のリフト量に応じて弁座部13と当接部121との開口面積が大きくなるにしたがって、スワール孔62の開口部からスワール室70に流出する燃料速度が開口面積比Asw/Aseに逆比例して増加し、スワール室70内の周方向速度成分がしだいに増加する。したがって、噴霧角θの変化は、バルブニードル120のリフトにしたがい増加する方向にしか設定することができない。さらに、バルブニードル120のリフトに敏感に反応し、燃料噴射ノズルの個体間のばらつきを低減することが困難である。さらにまた、スワール室70の容積が比較的大きいので、慣性質量が比較的大きくなり、燃料噴射開始時において、燃料のスワールを形成することが遅れ、噴射初期に燃料噴霧が広がらないという問題がある。
【0037】
一方、第1実施例においては、バルブニードル20のリフト位置に応じてスワール孔62の開口面積およびスワール室70の容積を変えることができるので、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができる。このため、低速低負荷時にスワール孔62の開口面積およびスワール室70の容積を比較的小さくし、高速高負荷時にスワール孔62の開口面積およびスワール室70の容積を比較的大きくすることにより、低速低負荷時に大きい噴霧角および小さい到達距離とし、高速高負荷時に小さい噴霧角および大きい到達距離とすることができる。したがって、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことができる。そして、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。
【0038】
さらに第1実施例においては、バルブニードル20の初期リフト状態において、大径部24の大径部端面24a近傍の壁面がスワール孔62の開口部62aの一部を塞ぐので、バルブニードル20のリフト位置に応じてスワール孔62の開口面積を確実に変えることができる。したがって、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角θおよび噴霧の到達距離を確実に得ることができる。
【0039】
さらにまた、第1実施例においては、バルブニードル20の外周にスワーラ60を設けているので、バルブニードル20の当接部21の偏芯を防止することができる。したがって、バルブニードル20をノズルボディ11と同軸に維持し、噴霧の形状が変形するのを防止することができる。
【0040】
(第2実施例)
図1および図2に示す第1実施例の4箇所のスワール孔62のうち2箇所を他の2箇所と軸方向位置をずらして形成した第2実施例について、図8および図9を用いて説明する。第1実施例と同一構成部分に同一符号を付す。
【0041】
図8および図9に示すように、スワール形成部材としてのスワーラ90は中空円筒形状であって、溝部91と、スワール孔92および93とが形成されている。溝部91はスワーラ90の外壁に一方の端部から他方の端部まで軸方向に連続して4箇所形成されている。4箇所の溝部91は、それぞれの中心軸が略90°間隔となっている。スワール孔92および93は、溝部91を形成するスワーラ90の外壁からスワーラ90の内壁までを貫通するように、周方向斜めかつ軸方向水平にほぼ同一内径でストレート状に4箇所形成されている。互いに対向する2箇所のスワール孔92と、やはり互いに対向する2箇所のスワール孔93とは、軸方向位置がずれている。スワール孔92および93の反溝部側にはスワール室70に開口する開口部92aおよび93aが形成されている。ここで、スワール孔92および93はスワール室70に繋がる燃料入口通路を構成している。
【0042】
図8に示す弁閉状態において、バルブニードル20の大径部24の大径部端面24a近傍の壁面がスワール孔92の開口部92aを塞いでおり、スワール孔93の開口部93aを塞いでいない。すなわち、スワール孔92の開口部92aは全閉状態にあり、スワール孔93の開口部93aは全開状態にある。そして、バルブニードル20の初期リフト状態において、大径部24の大径部端面24a近傍の壁面がスワール孔92の開口部92aの一部を塞ぎ、バルブニードル20のフルリフト状態において、スワール孔92の開口部92aは全開状態となる。
【0043】
第2実施例においては、バルブニードル20のリフト位置に応じてスワール孔92の開口面積およびスワール室70の容積を変えることができるので、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を得ることができる。このため、低速低負荷時にスワール孔92の開口面積およびスワール室70の容積を比較的小さくし、高速高負荷時にスワール孔92の開口面積およびスワール室70の容積を比較的大きくすることにより、低速低負荷時に大きい噴霧角および小さい到達距離とし、高速高負荷時に小さい噴霧角および大きい到達距離とすることができる。したがって、部品点数を増加することなく簡単な構成で、燃料微粒化の促進をし、噴霧特性の制御を行うことができる。そして、燃料消費量を低減し、排気エミッションを向上させ、エンジンの安定した運転性を得ることができる。
【0044】
さらに第2実施例においては、バルブニードル20の初期リフト状態において、大径部24の大径部端面24a近傍の壁面がスワール孔92の開口部92aの一部を塞ぐので、バルブニードル20のリフト位置に応じてスワール孔92の開口面積を確実に変えることができる。したがって、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角および噴霧の到達距離を確実に得ることができる。
【0045】
(第3実施例)
次に、図1に示す第1実施例のスワール孔62の開口部62aの形状を方形状とした第3実施例について、図10および図11を用いて説明する。その他は、第1実施例と同一構成であり、同一構成部分に同一符号を付す。
【0046】
図10に示すように、スワーラ160は中空円筒形状であって、溝部161と、スワール孔162とが形成されている。溝部161はスワーラ160の外壁に一方の端部から他方の端部まで軸方向に連続して4箇所形成されている。4箇所の溝部161は、それぞれの中心軸が略90°間隔となっている。スワール孔162は、溝部161を形成するスワーラ160の外壁からスワーラ160の内壁までを貫通するように、周方向斜めかつ軸方向水平にほぼ同一内径でストレート状に4箇所形成されている。4箇所のスワール孔162は、軸方向位置が略同一である。スワール孔162の反溝部側にはスワール室70に開口する開口部162aが形成されている。ここで、スワール孔162はスワール室70に繋がる燃料入口通路を構成している。
【0047】
第3実施例においては、スワーラ160のスワール孔162の開口部162aの形状が方形状である。さらに、バルブニードル20のリフトにしたがって、スワール孔162の開口面積は弁座部13と当接部21との開口面積と同等に増加する。このため、図11に示すように、低速低負荷時においては、開口面積比Asw/Aseが所定の一定値βとなり、弁座部13と当接部21との開口部を流れる燃料速度と、スワール孔162の開口部162aからスワール室70に流入する燃料速度との速度比が一定となる。これにより、低速低負荷時におけるバルブニードル20のリフト量hLから高速高負荷時におけるバルブニードル20のリフト量hHまで、スワール室70内の周方向速度成分が比較的大きくなり、弁座部13と当接部21との開口部から噴孔12へ旋回エネルギの比較的大きな燃料流れを供給することができる。したがって、低速低負荷時から高速高負荷時まで、比較的大きな噴霧角θLおよびθHを得ることができる。
【0048】
さらに、第3実施例においては、バルブニードル20のリフトに対する噴霧角θの変化を小さくすることができ、燃料噴射ノズルの個体間のばらつきを抑えることができる。
【0049】
(第4実施例)
次に、図10に示す第3実施例のスワール孔162の開口部162aの形状を逆台形状とした第3実施例について、図12および図13を用いて説明する。その他は、第1実施例と同一構成であり、同一構成部分に同一符号を付す。
【0050】
第4実施例においては、図12に示すように、スワーラ260は中空円筒形状であって、溝部261と、スワール孔262とが形成されている。スワーラ260のスワール孔262の開口部262aの形状は逆台形状である。開口部262aの短辺である下辺の長さは、図10に示す第3実施例のスワール孔162の開口部162aの下辺の長さと略同等である。また、開口部262aの長辺である上辺の長さは、図10に示す第3実施例のスワール孔162の開口部162aの上辺の長さよりも長い。したがって、スワール孔262の開口面積は、図10に示す第3実施例のスワール孔162の開口面積よりも大きい。さらに、バルブニードル20のリフトにしたがって増加するスワール孔362の開口面積の増加率は、弁座部13と当接部21との開口面積の増加率よりも大きい。このため、図13に示すように、バルブニードル20のリフトにしたがって、低速低負荷時におけるバルブニードル20のリフト量hLから高速高負荷時におけるバルブニードル20のリフト量hHまで、開口面積比Asw/Aseがしだいに増加する。これにより、バルブニードル20のリフト量に応じて弁座部13と当接部21との開口面積が大きくなるにしたがって、スワール孔262の開口部からスワール室70に流出する燃料速度が開口面積比Asw/Aseに逆比例して減少し、スワール室70内の周方向速度成分がしだいに減少する。したがって、低速低負荷時に比較的大きい噴霧角θLを得ることができ、高速高負荷時に比較的小さい噴霧角θHを得ることができる。そして、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角θおよび噴霧の到達距離を得ることができる。
【0051】
(第5実施例)
次に、図10に示す第3実施例のスワール孔162の開口部162aの形状を台形状とした第3実施例について、図14および図15を用いて説明する。その他は、第1実施例と同一構成であり、同一構成部分に同一符号を付す。
【0052】
第5実施例においては、図14に示すように、スワーラ360は中空円筒形状であって、溝部361と、スワール孔362とが形成されている。スワーラ360のスワール孔362の開口部362aの形状は台形状である。開口部362aの長辺である下辺の長さは、図10に示す第3実施例のスワール孔162の開口部162aの下辺の長さと略同等である。また、開口部362aの短辺である上辺の長さは、図10に示す第3実施例のスワール孔162の開口部162aの上辺の長さよりも短い。したがって、スワール孔362の開口面積は、図10に示す第3実施例のスワール孔162の開口面積よりも小さい。さらに、バルブニードル20のリフトにしたがって増加するスワール孔362の開口面積の増加率は、弁座部13と当接部21との開口面積の増加率よりも小さい。このため、図15に示すように、バルブニードル20のリフトにしたがって、低速低負荷時におけるバルブニードル20のリフト量hLから高速高負荷時におけるバルブニードル20のリフト量hHまで、開口面積比Asw/Aseがしだいに減少する。これにより、バルブニードル20のリフト量に応じて弁座部13と当接部21との開口面積が大きくなるにしたがって、スワール孔362の開口部からスワール室70に流出する燃料速度が開口面積比Asw/Aseに逆比例して増加し、スワール室70内の周方向速度成分がしだいに増加する。したがって、低速低負荷時から高速高負荷時まで比較的大きい噴霧角θLおよびθHを得ることができる。そして、エンジンの負荷状態に応じて、所望の噴霧角θおよび噴霧の到達距離を得ることができる。
上記第5実施例では、スワール孔362の開口部362aの形状を台形状としたが、三角形状であってもよいのはもちろんのことである。
【0053】
以上説明した本発明の複数の実施例では、バルブニードル20のフルリフト状態において、スワール孔の開口部が全開状態となる構成としたが、本発明にいては、スワール孔の開口部が全開状態となった後もバルブニードルがさらにリフトする構成としてもよい。スワール孔の開口部が全開状態となった後にバルブニードルがさらにリフトする場合、弁座部と当接部との開口面積はスワール孔の開口部の全開後にもさらに増加するので、スワール室内の周方向速度成分はしだいに増加し、噴霧角θはしだいに増加する。
【0054】
本発明の複数の実施例では、スワール孔の数を4個に設定したが、本発明では、スワール孔の数は2個以上であればよい。
また、本発明の複数の実施例では、ディーゼルエンジン用の燃料噴射弁に本発明の燃料噴射ノズルを適用したが、ガソリンエンジン用の燃料噴射弁に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による燃料噴射ノズルを示すものであって、図4の主要部拡大図である。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】本発明の第1実施例のスワーラを示す斜視図である。
【図4】本発明の第1実施例による燃料噴射ノズルを適用した燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図5】本発明の第1実施例による燃料噴射ノズルの低速低負荷時における作動を説明するための縦断面図である。
【図6】本発明の第1実施例による燃料噴射ノズルの高速高負荷時における作動を説明するための縦断面図である。
【図7】本発明の第1実施例による燃料噴射ノズルのバルブニードルのリフト量と開口面積比および噴霧角との関係を示す特性図である。
【図8】本発明の第2実施例による燃料噴射ノズルを示す縦断面図である。
【図9】図7のVIII−VIII線断面図である。
【図10】本発明の第3実施例による燃料噴射ノズルを示す縦断面図である。
【図11】本発明の第3実施例による燃料噴射ノズルのバルブニードルのリフト量と開口面積比および噴霧角との関係を示す特性図である。
【図12】本発明の第4実施例による燃料噴射ノズルを示す縦断面図である。
【図13】本発明の第4実施例による燃料噴射ノズルのバルブニードルのリフト量と開口面積比および噴霧角との関係を示す特性図である。
【図14】本発明の第5実施例による燃料噴射ノズルを示す縦断面図である。
【図15】本発明の第5実施例による燃料噴射ノズルのバルブニードルのリフト量と開口面積比および噴霧角との関係を示す特性図である。
【図16】比較例の燃料噴射ノズルを示す縦断面図である。
【図17】比較例の燃料噴射ノズルのバルブニードルのリフト量と開口面積比および噴霧角との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射弁
10 燃料噴射ノズル
11 ノズルボディ
12 噴孔
13 弁座
20 バルブニードル
21 当接部
23 小径部
24 大径部
24a 大径部端面
41 第1スプリング
51 第2スプリング
60 スワーラ(旋回流形成部材)
61 溝部
62 スワール孔(燃料入口通路)
62a 開口部
70 スワール室(旋回流形成室)
90 スワーラ(旋回流形成部材)
91 溝部
92、93 スワール孔(燃料入口通路)
92a、93a 開口部
160、260、360 スワーラ(旋回流形成部材)
162、262、362 スワール孔(燃料入口通路)
162a、262a、362a 開口部
Claims (3)
- 噴孔の上流に弁座部を設けたノズルボディと、
前記ノズルボディに往復摺動可能に支持され、前記弁座部に着座可能な当接部を有し、前記当接部が前記弁座部から離座ならびに前記弁座部に着座することにより燃料の遮断および流通を行うバルブニードルと、
前記ノズルボディ内に形成され、燃料の旋回流を形成する旋回流形成室と、
前記ノズルボディ内に形成され、前記旋回流形成室に繋がる燃料入口通路とを備え、
前記バルブニードルの摺動により前記燃料入口通路の開口面積を変化させ、
低速低負荷時における前記バルブニードルのリフト量から高速高負荷時における前記バルブニードルのリフト量まで、前記燃料入口通路の開口面積と、前記当接部と前記弁座部との開口面積との比が所定の一定値となることを特徴とする燃料噴射ノズル。 - 前記バルブニードルの外周に設けられ、前記燃料入口通路を形成する内壁を有する旋回流形成部材を備え、
前記ノズルボディの内壁と、前記バルブニードルの外壁と、前記旋回流形成部材の内壁とで前記旋回流形成室を形成し、
前記バルブニードルの摺動により前記旋回流形成室の容積を変化させることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射ノズル。 - 前記バルブニードルは、前記旋回流形成部材と遊嵌合する大径部と、この大径部と前記当接部との間に前記大径部よりも小さい外径で形成される小径部とを有し、
前記バルブニードルの初期リフト状態において、前記大径部の前記小径部側端部が前記燃料入口通路の開口部の一部を塞ぐことを特徴とする請求項1または2記載の燃料噴射ノズル。
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