JP4127237B2 - Fuel injection nozzle - Google Patents
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Description
本発明は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関の気筒の燃焼室内に燃料噴射を実施する内燃機関用燃料噴射ノズルに関するもので、特に燃料噴射ポンプにより加圧されて高圧化された燃料を、直接噴射式ディーゼルエンジン等の内燃機関の気筒の燃焼室内に噴射する内燃機関用燃料噴射ノズルを備えた内燃機関用燃料噴射装置に係わる。 The present invention relates to a fuel injection nozzle for an internal combustion engine that injects fuel into a combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine such as a diesel engine, and in particular, directly injects fuel pressurized by a fuel injection pump to increase its pressure. The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine provided with a fuel injection nozzle for an internal combustion engine that injects into a combustion chamber of a cylinder of the internal combustion engine such as a diesel engine.
[従来の技術]
近年、ディーゼルエンジンの排気ガス規制強化に対応し、エンジンより排出される排気ガスをクリーンにする、特に黒煙を代表とするディーゼルパティキュレートを低減化するためには、燃料噴射ノズルの噴孔部から噴射される燃料を極限まで微粒化することが重要である。この燃料の微粒化を促進するためには、燃料の高噴射圧化と噴孔部の小噴孔径化とが有効であるが、ディーゼルエンジン用燃料噴射システムにおける高圧力化は限界に近づいており、小噴孔径化が進んでいる。ここで、小噴孔径化を図った燃料噴射ノズルが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
[Conventional technology]
In recent years, in order to respond to the tightening of exhaust gas regulations of diesel engines and to clean exhaust gases exhausted from engines, especially to reduce diesel particulates typified by black smoke, the nozzle hole part of the fuel injection nozzle It is important to atomize the fuel injected from In order to promote the atomization of fuel, it is effective to increase the injection pressure of fuel and to reduce the diameter of the injection hole, but the increase in pressure in the fuel injection system for diesel engines is approaching the limit. The diameter of small nozzle holes is increasing. Here, a fuel injection nozzle having a small nozzle hole diameter has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
これは、図7に示したように、小噴孔径化した場合に必要な燃料噴射量を確保するために、ノズルボデー101の先端部に設けられる噴孔部102の噴孔断面積を噴孔入口部103から噴孔出口部104に向かって順次減少させて、噴孔部102内における圧力損失を極力低減することで、燃料噴射ポンプが発生した燃料圧力を有効に使い、燃料噴射ノズルの噴孔部102の噴孔出口部104から噴射される燃料噴霧の微粒化を促進するものである。なお、105は、ノズルボデー101の先端部に設けられる半球面形状の円頂部である。この円頂部105の内部には、ノズルニードルがノズルボデー101の弁座部より離座した際に、ノズルボデー101の内壁面とノズルニードルの円錐面との間に、弁座部から噴孔部102に至る燃料通路106の下流側に設けられるサックボリューム107が形成されている。
As shown in FIG. 7, in order to secure the fuel injection amount necessary when the diameter of the nozzle hole is reduced, the nozzle hole cross-sectional area of the
[従来の技術の不具合]
ところが、上記の特許文献1に記載の燃料噴射ノズル(従来の技術)では、噴孔部102の噴孔断面積を噴孔入口部103から噴孔出口部104に向かって順次減少させて、噴孔出口部104の流速に対して噴孔断面積の大きい噴孔入口部103の流速を遅くすることで、燃料流を整流し、噴孔部102を通過する際の燃料の圧力損失を低減するものであるが、噴孔部102内の乱れは小さくなる。これにより、燃料噴射ノズルの噴孔部102からの燃料噴射直後の霧化の核となるキャビティの発生がなくなり、燃料噴射ノズルの噴孔部102から噴射される燃料噴霧の微粒化効果が減少してしまうという問題が生じている。
[Conventional technical problems]
However, in the fuel injection nozzle described in Patent Document 1 (conventional technology), the injection hole cross-sectional area of the
また、噴孔部102の噴孔断面積を噴孔入口部103から噴孔出口部104に向かって順次減少させることで、燃料噴霧の中心に集まる方向に燃料流線が向いている。これにより、燃料噴射ノズルの噴孔部102から噴射される燃料噴霧は、図7に示したように、細く長い燃料噴霧となり、エンジンの各気筒の燃焼室内の空気利用率を上げることが困難になるという問題が生じている。
Further, by sequentially decreasing the nozzle hole cross-sectional area of the
一方、図8に示したように、燃料噴射ノズルのノズルボデー101の円頂部105に設けられる噴孔部102の噴孔断面積を噴孔入口部103から噴孔出口部104に向かって順次増加させて、噴孔部102をディフューザ形状とした場合には、噴孔入口部103直後の噴孔径の拡大により、乱れが生じるため、燃料噴射ノズルの噴孔部102から噴射される燃料噴霧を微粒化することができる。しかし、図8に示したように、燃料噴射ノズルの噴孔部102から噴射された燃料噴霧は、分散し必要な噴霧貫通力が得られないという問題が生じる。
本発明は、ノズルボデーの先端部に設けられる噴孔部の噴孔入口部の噴孔最小径および噴孔出口部の噴孔最小径に対して噴孔拡大部の噴孔最大径を大きくすることで、高貫通力で、且つ燃料噴霧の微粒化の促進を図ることのできる燃料噴射ノズルを提供することにある。 The present invention increases the nozzle hole maximum diameter of the nozzle hole expanding portion with respect to the nozzle hole minimum diameter of the nozzle hole inlet portion and the nozzle hole minimum diameter of the nozzle hole outlet portion provided at the tip of the nozzle body. Then, it is providing the fuel-injection nozzle which can aim at acceleration | stimulation of atomization of fuel spray with high penetration force.
請求項1に記載の発明によれば、ノズルボデーの内壁で開口した噴孔入口部の噴孔最小径をφD1、ノズルボデーの外壁で開口した噴孔出口部の噴孔最小径をφD2、噴孔入口部と噴孔出口部との間に設けられる噴孔拡大部の噴孔最大径をφD3としたとき、φD1<φD3で、且つφD2<φD3の関係を満足するように、ノズルボデーの先端部に噴孔部を設けることにより、噴孔入口部の噴孔最小径および噴孔出口部の噴孔最小径に対して噴孔拡大部の噴孔最大径を大きくすることが可能となり、噴孔入口部および噴孔出口部よりも噴孔拡大部の噴孔断面積を拡げることが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the minimum nozzle hole diameter of the nozzle hole opening portion opened at the inner wall of the nozzle body is φD1, the minimum nozzle hole diameter of the nozzle hole outlet portion opened at the outer wall of the nozzle body is φD2, and the nozzle hole inlet When the maximum nozzle hole diameter of the nozzle hole expansion part provided between the nozzle part and the nozzle hole outlet part is φD3, the nozzle body is sprayed to the tip of the nozzle body so that φD1 <φD3 and φD2 <φD3 are satisfied. By providing the hole portion, it is possible to increase the maximum nozzle hole diameter of the nozzle hole expanding portion relative to the nozzle hole minimum diameter of the nozzle hole inlet portion and the nozzle hole minimum diameter of the nozzle hole outlet portion. In addition, it is possible to expand the nozzle hole cross-sectional area of the nozzle hole expanding part rather than the nozzle hole outlet part.
これによって、噴孔入口部から噴孔拡大部に至る噴孔部内の燃料の流れに乱れが発生するため、燃料噴射後の燃料噴霧の微粒化の核となるキャビティ(気泡)が生成される。その後、噴孔拡大部から噴孔出口部に至る噴孔部内の燃料の流れ内にキャビティを取り込んだ状態で、噴孔出口部の中心軸線に向かって収束しながら、内燃機関の気筒の燃焼室内に噴射される。したがって、燃料噴射の直後から燃料噴霧の微粒化を促進でき、且つ高貫通力の燃料噴霧を噴射することができる。すなわち、燃料噴霧を分散させることなく、内燃機関の気筒の燃焼室内の狙った方向に燃料噴霧を噴射させることができる。この結果、噴孔部の噴孔出口部から内燃機関の気筒の燃焼室内に噴射される燃料噴霧は、太くて長い燃料噴霧となり、内燃機関の気筒の燃焼室内全体に行き渡るので、内燃機関の気筒の燃焼室内の空気利用率を上げることができ、良好な燃焼を確保できる。これにより、内燃機関の気筒の燃焼室内の燃焼状態を改善できるので、内燃機関の排気ガス性能を向上でき、且つ内燃機関の出力を向上できる。 As a result, the flow of fuel in the nozzle hole part extending from the nozzle hole inlet part to the nozzle hole enlarged part is disturbed, so that a cavity (bubble) serving as a nucleus for atomization of fuel spray after fuel injection is generated. Thereafter, in a state where the cavity is taken into the flow of fuel in the nozzle hole portion extending from the nozzle hole expanding portion to the nozzle hole outlet portion, the cavity is converged toward the central axis of the nozzle hole outlet portion, and the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine is Is injected into. Therefore, atomization of the fuel spray can be promoted immediately after the fuel injection, and the fuel spray having a high penetration force can be injected. That is, the fuel spray can be injected in the target direction in the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine without dispersing the fuel spray. As a result, the fuel spray injected from the nozzle hole outlet of the nozzle hole into the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine becomes a thick and long fuel spray and spreads throughout the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine. The air utilization rate in the combustion chamber can be increased, and good combustion can be ensured. Thereby, since the combustion state in the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine can be improved, the exhaust gas performance of the internal combustion engine can be improved and the output of the internal combustion engine can be improved.
さらに、請求項1に記載の発明によれば、噴孔入口部から噴孔拡大部に向かって噴孔断面積が次第に大きくなるように形成された噴孔拡大流路の噴孔軸線方向の長さをL1、噴孔拡大部から噴孔出口部に向かって噴孔断面積が次第に小さくなるように形成された噴孔縮小流路の噴孔軸線方向の長さをL2としたとき、L1<L2の関係を満足するように、ノズルボデーの先端部に噴孔部を設けることにより、噴孔縮小流路に対して噴孔拡大流路を急拡大とすることが可能となる。これによって、噴孔拡大部に対して噴孔断面積(噴孔径)が小径の噴孔入口部以降の噴孔拡大流路では、噴孔径が急拡大するため、燃料の流れは乱れ、燃料噴射後の燃料噴霧の微粒化の核となるキャビティが良好に生成される。 Furthermore, according to the first aspect of the present invention, the length of the nozzle hole expanding channel formed in such a manner that the nozzle hole sectional area gradually increases from the nozzle hole inlet part toward the nozzle hole expanding part. When the length in the nozzle hole axial direction of the nozzle hole reducing channel formed so that the nozzle hole cross-sectional area gradually decreases from the nozzle hole expanding part toward the nozzle hole outlet part is L1, L1 < By providing the nozzle hole at the tip of the nozzle body so as to satisfy the relationship of L2, it is possible to make the nozzle hole expanding channel rapidly expand with respect to the nozzle hole reducing channel. As a result, in the nozzle hole enlargement channel after the nozzle hole inlet part where the nozzle hole cross-sectional area (nozzle hole diameter) is smaller than the nozzle hole expanding part, the nozzle hole diameter rapidly expands, so that the fuel flow is disturbed and the fuel injection The cavity which becomes the nucleus of atomization of the later fuel spray is generated well.
請求項2に記載の発明によれば、ノズルニードルがノズルボデーの弁座部より離座した際に、ノズルボデーの内壁とノズルニードルとの間に弁座部から噴孔部に至る燃料通路を形成している。そして、噴孔部の噴孔軸線方向を、燃料通路を流れる燃料の流れ方向に対して所定の傾斜角度だけ傾いて配置することにより、燃料通路から噴孔部の噴孔入口部に流入する燃料流は急激に曲げられる。
請求項3に記載の発明によれば、ノズルボデーの内壁から噴孔入口部の噴孔最小径に至る部分に、面取りが施された面取り部を設けることにより、燃料通路から噴孔部の噴孔入口部に燃料流が入る時の曲がり圧力損失を低減することができる。
According to the second aspect of the present invention, when the nozzle needle is separated from the valve seat portion of the nozzle body, a fuel passage extending from the valve seat portion to the nozzle hole portion is formed between the inner wall of the nozzle body and the nozzle needle. ing. Then, by arranging the nozzle hole axial direction of the nozzle hole portion at a predetermined inclination angle with respect to the flow direction of the fuel flowing through the fuel passage, the fuel flowing into the nozzle hole inlet portion of the nozzle hole portion from the fuel passage The flow is bent sharply.
According to the third aspect of the present invention, the chamfered chamfered portion is provided in the portion from the inner wall of the nozzle body to the nozzle hole minimum diameter of the nozzle hole inlet, so that the nozzle hole of the nozzle hole from the fuel passage is provided. The bending pressure loss when the fuel flow enters the inlet can be reduced.
請求項4に記載の発明によれば、ノズルボデーの先端部に、内部にサックボリュームを形成する略半球状の円頂部を設けている。その円頂部の略同一円周上に複数の噴孔部を配置することにより、内燃機関の気筒の燃焼室内の隅々まで燃料噴霧を噴射することができ、内燃機関の気筒の燃焼室内の空気利用率を上げることができ、良好な燃焼を確保できる。これにより、内燃機関の気筒の燃焼室内の燃焼状態を改善できるので、内燃機関の排気ガス性能を向上でき、且つ内燃機関の出力を向上できる。 According to invention of Claim 4 , the substantially hemispherical top part which forms a sac volume inside is provided in the front-end | tip part of a nozzle body. By arranging a plurality of nozzle holes on substantially the same circumference of the top of the circle, fuel spray can be injected to every corner of the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine, and the air in the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine The utilization rate can be increased and good combustion can be secured. Thereby, since the combustion state in the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine can be improved, the exhaust gas performance of the internal combustion engine can be improved and the output of the internal combustion engine can be improved.
本発明を実施するための最良の形態は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関用の燃料噴射ノズルの噴孔部から噴射される燃料噴霧の微粒化と高噴霧貫通力とを両立させるという目的を、ノズルボデーの先端部に設けられる噴孔部の噴孔入口部の噴孔最小径および噴孔出口部の噴孔最小径に対して、噴孔入口部と噴孔出口部との間に設けられる噴孔拡大部の噴孔最大径を大きくすることで実現した。 The best mode for carrying out the present invention aims to achieve both the atomization of fuel spray injected from the injection hole portion of a fuel injection nozzle for an internal combustion engine such as a diesel engine and the high spray penetration force. The nozzle provided between the nozzle hole inlet part and the nozzle hole outlet part with respect to the nozzle hole minimum diameter of the nozzle hole inlet part and the nozzle hole minimum diameter of the nozzle hole outlet part of the nozzle hole part provided at the tip of the nozzle body. This was realized by increasing the maximum diameter of the nozzle hole in the hole expansion part.
[実施例1の構成]
図1ないし図4は本発明の実施例1を示したもので、図1は燃料噴射ノズルの全体構成を示した図で、図2は燃料噴射ノズルの主要構成を示した図である。
[Configuration of Example 1]
1 to 4 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the fuel injection nozzle, and FIG. 2 is a diagram showing the main configuration of the fuel injection nozzle.
本実施例の燃料噴射ノズル(以下燃料噴射ノズルと略す)は、図示しない多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関(以下エンジンと言う)の各気筒毎に対応して搭載されて、図示しない列型燃料噴射ポンプや分配型燃料噴射ポンプ等の燃料噴射ポンプの加圧室内で加圧されて高圧化された高圧燃料を、直接エンジンの各気筒の燃焼室内に霧状に噴射供給する直接噴射タイプのホール型燃料噴射ノズルである。この燃料噴射ノズルは、ノズルニードル1を摺動自在に収容するノズルボデー2と、図示しないニードル付勢手段としてのスプリングを収容するノズルホルダー(図示せず)と、ノズルボデー2の密着面とノズルホルダーの密着面との間に配置されたチップパッキン(図示せず)と、このチップパッキンを介してノズルボデー2の密着面とノズルホルダーの密着面とを所定の締結軸力によって締め付け固定するためのリテーニングナット(図示せず)とから構成されている。
A fuel injection nozzle (hereinafter abbreviated as a fuel injection nozzle) of this embodiment is mounted corresponding to each cylinder of an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) such as a multi-cylinder diesel engine (not shown), and is not shown in a row type fuel. A direct injection type hole that directly injects high-pressure fuel that has been pressurized and pressurized in the pressure chamber of a fuel injection pump such as an injection pump or a distributed fuel injection pump directly into the combustion chamber of each cylinder of the engine. Type fuel injection nozzle. This fuel injection nozzle includes a
なお、ノズルボデー2には、密着面から油溜り室4へ延びる燃料送出路(以下燃料孔と言う)3が設けられている。また、ノズルホルダーには、継手部から密着面へ延びる燃料供給路(図示せず)が設けられている。また、チップパッキンには、ノズルボデー2の燃料孔3とノズルホルダーの燃料供給路とを連通する燃料中継路(図示せず)が設けられている。また、チップパッキンの端面には、ノズルニードル1の最大リフト量を規制する規制面が設けられている。
The
ノズルニードル1は、例えば炭素鋼等の金属材料によって略丸棒形状に形成されて、ノズルホルダー内に収容されたスプリング等のニードル付勢手段の付勢力によって噴孔部9を閉じる方向に常に付勢されており、先端部がノズルボデー2のシート面10の弁座に着座、離脱して、噴孔部9を閉塞、開放するものである。このノズルニードル1は、単純な円柱面形状の軸方向部11とこの軸方向部11よりも外径が小さい単純な円柱面形状の軸方向部12との間に径小部13を有している。なお、ノズルニードル1の軸方向部11は、ノズルボデー2の軸方向孔6の図示上部側に設けられる摺動孔7内において摺動自在に保持されている。また、軸方向部11の図示上端面より軸方向に突出した凸状部17の周りには、ノズルニードル1が最もリフトした際にチップパッキンの規制面に当接する円環状の肩部18が形成されている。そして、ノズルニードル1は、軸方向部12とノズルボデー2の軸方向孔6との間に所定のクリアランスを保って往復移動自在に収容されている。そのクリアランスは、油溜り室4からシート面10へ延びる燃料通路5を形成している。
The nozzle needle 1 is formed in a substantially round bar shape with a metal material such as carbon steel, for example, and is always applied in a direction to close the
ノズルニードル1の燃料流方向の下流側(図1および図2において図示下端側)の先端部には、概略2段の円錐形状面が設けられており、それらの円錐形状面間に設けられる円環状の稜線(エッジ)には、ノズルボデー2の先端部に形成されたシート面10の弁座に液密的に接触(着座)して燃料通路5と燃料通路14との連通状態を遮断するためのシート部15が形成されている。なお、ノズルニードル1のシート部15よりも先端側には、先端円錐面16が形成されている。また、ノズルニードル1の開弁方向の移動(リフト)によって、シート部15をノズルボデー2のシート面10の弁座から離脱(リフト)させた場合には、燃料通路5と燃料通路14とは連通状態(開放状態)となり、燃料通路5側から供給される燃料を噴孔部9側の燃料通路14へと通過させる。
The tip of the nozzle needle 1 on the downstream side in the fuel flow direction (the lower end in the drawing in FIGS. 1 and 2) is provided with a substantially two-stage conical surface, and a circle provided between the conical surfaces. In order to block the communication state between the
ノズルボデー2は、例えば炭素鋼等の金属材料によって略円筒形状に形成されている。そのノズルボデー2の先端側の円頂部24には、エンジンの各気筒の燃焼室内に燃料を噴射するための噴孔部9が設けられている。そして、ノズルボデー2の拡大部には、密着面より噴孔部9側へと延びる軸方向孔6が設けられ、その軸方向孔6の図示上端側には、軸方向孔6よりも孔径が窄められて、ノズルニードル1を摺動自在に保持するための摺動孔7が設けられ、軸方向孔6と摺動孔7との間には、軸方向孔6および摺動孔7よりも孔径が拡げられた油溜り室4が設けられている。
The
そのノズルボデー2は、図示上端側から図示下端側に向かって、円筒壁部21、この円筒壁部21よりも外径の小さい円筒壁部22、この円筒壁部22よりも外径の小さい円筒壁部23、およびこの円筒壁部23よりも外径が小さく、略逆円錐形状の円頂部(テーパ壁部)24が順に設けられている。なお、円筒壁部21内には、チップパッキンを介してノズルホルダーの密着面に液密的に当接する密着面(ノズルボデー2の密着面)から油溜り室4へ斜めに延びる燃料孔3が設けられている。また、円筒壁部22、23内には、摺動孔7よりも孔径が拡げられた軸方向孔6が形成され、その軸方向孔6とノズルニードル1の軸方向部12との間には、油溜り室4から噴孔部9側へ軸方向に真っ直ぐ延びる燃料通路5が形成されている。そして、ノズルボデー2の円頂部24の内周面には、燃料噴射終了時にノズルニードル1のシート部15が着座する弁座を有する逆円錐面形状のシート面10が形成されている。
The
また、ノズルボデー2の円頂部24には、サックボリューム(サック室)25が形成されている。そして、ノズルボデー2の噴孔部9には、ノズルボデー2のシート面10の弁座よりも燃料流方向の下流側の円頂部24の内壁面から外壁面(エンジンの各気筒の燃焼室内に露出する面)までを斜めに貫通する複数の噴孔流路が形成されている。そして、これらの噴孔流路は、図2ないし図4に示したように、ノズルボデー2の円頂部24の内壁面で開口した噴孔入口部31、ノズルボデー2の円頂部24の外壁面で開口した噴孔出口部32、および噴孔入口部31と噴孔出口部32との間に設置された噴孔拡大部33等から構成されている。なお、複数の噴孔流路は、ノズルボデー2の円頂部24の周方向に所定の間隔(例えば90°の等間隔)で4個形成されている。
Further, a sac volume (sack chamber) 25 is formed at the
ノズルボデー2の噴孔部9のうちの噴孔入口部31は、略円形状の断面を有し、噴孔拡大部33よりも燃料の流れ方向の上流側に設けられている。この噴孔入口部31は、ノズルボデー2の円頂部24の半径方向にドリル等の工具によってノズルボデー2の円頂部24の内壁面から噴孔拡大部33までを連通するように穿設されている。また、噴孔入口部31は、噴孔拡大部33よりも噴孔断面積(噴孔径)が小さく、噴孔出口部32および噴孔拡大部33に対して略同一の噴孔軸線上に設けられている。
The nozzle
ノズルボデー2の噴孔部9のうちの噴孔出口部32は、略円形状の断面を有し、噴孔拡大部33よりも燃料の流れ方向の下流側に設けられている。この噴孔出口部32は、ノズルボデー2の円頂部24の半径方向にドリル等の工具によってノズルボデー2の円頂部24の外壁面から噴孔拡大部33までを連通するように穿設されている。また、噴孔出口部32は、噴孔拡大部33よりも噴孔断面積(噴孔径)が小さく、噴孔入口部31および噴孔拡大部33に対して略同一の噴孔軸線上に設けられている。
The nozzle
ノズルボデー2の噴孔部9のうちの噴孔拡大部33は、略円形状の断面を有し、噴孔入口部31よりも燃料の流れ方向の下流側で、且つ噴孔出口部32よりも燃料の流れ方向の上流側に設けられている。また、噴孔拡大部33は、噴孔入口部31の噴孔最小径および噴孔出口部32の噴孔最小径よりも噴孔断面積(噴孔径)が大きい噴孔最大径を有している。
The nozzle
ここで、本実施例の噴孔部9の各噴孔流路は、噴孔入口部31の噴孔最小径をφD1とし、また、噴孔出口部32の噴孔最小径をφD2とし、また、噴孔拡大部33の噴孔最大径をφD3としたときに、φD1<φD3で、且つφD2<φD3の関係を満足するように、噴孔入口部31の噴孔最小径(φD1)、噴孔出口部32の噴孔最小径(φD2)および噴孔拡大部33の噴孔最大径(φD3)を設定している。また、本実施例では、燃料噴霧の高貫通力を得るために、φD1>φD2の関係を満足するように、噴孔入口部31の噴孔最小径(φD1)および噴孔出口部32の噴孔最小径(φD2)を設定している。また、φD3−φD1=10〜20μm、およびφD3−φD2=15〜25μmの関係を満足するように、噴孔入口部31の噴孔最小径(φD1)、噴孔出口部32の噴孔最小径(φD2)および噴孔拡大部33の噴孔最大径(φD3)を設定している。また、ノズルボデー2の円頂部24の内壁面から噴孔入口部31の噴孔最小径に至る部分には、燃料通路14から噴孔入口部31に燃料流が入る時の曲がり圧力損失を低減するためにR形状の面取りが施された面取り部34が設けられている。ここで、面取り部34の半径をRとしたときに、2R=φD1または2R=φD2の関係を満足するように設定している。
Here, each nozzle hole flow path of the
また、本実施例の噴孔部9の各噴孔流路には、噴孔入口部31の噴孔最小径から噴孔拡大部33の噴孔最大径に向かって噴孔断面積(噴孔径)が次第に大きくなるように形成された噴孔拡大流路35、および噴孔拡大部33の噴孔最大径から噴孔出口部32の噴孔最小径に向かって噴孔断面積(噴孔径)が次第に小さくなるように形成された噴孔縮小流路36を有している。ここで、噴孔拡大流路35の噴孔軸線方向の長さをL1とし、また、噴孔縮小流路36の噴孔軸線方向の長さをL2としたときに、L1<L2の関係を満足するように設定している。なお、L1は燃料噴霧の微粒化を促進させるために、0.15〜0.45mmの範囲が望ましく、0.30mm程度が最も望ましい。また、L2は燃料噴霧の高貫通力を得るために、0.75〜1.25mmの範囲が望ましく、1.00mm程度が最も望ましい。また、噴孔拡大流路35の噴孔軸線方向に対する傾斜角度をθ1とし、また、噴孔縮小流路36の噴孔軸線方向に対する傾斜角度をθ2としたときに、θ1>θ2の関係を満足するように設定している。すなわち、噴孔拡大流路35の傾斜角度は、噴孔縮小流路36の緩やかな収束角度に対して急拡大な角度となる。
Moreover, in each nozzle hole flow path of the
[実施例1の作用]
次に、本実施例のディーゼルエンジン用の燃料噴射ノズルの作用を図1ないし図4に基づいて簡単に説明する。
[Operation of Example 1]
Next, the operation of the fuel injection nozzle for the diesel engine of this embodiment will be briefly described with reference to FIGS.
燃料噴射ポンプから所定量の燃料が所定の圧送時期に圧送され、この高圧燃料がいずれも図示しない噴射管、燃料噴射装置を経由して燃料孔3に供給される。この高圧燃料は、燃料孔3、油溜り室4を経由して、ノズルニードル1の軸方向部12とノズルボデー2の軸方向孔6との間に形成される燃料通路5内に蓄えられる。その燃料通路5内の燃料圧力が増大して、ノズルホルダー内に収容されたスプリングの付勢力に打ち勝つ圧力に達すると、ノズルニードル1はノズルボデー2のシート面10の弁座から離脱(リフト)する。例えばノズルニードル1の肩部18がチップパッキン等の規制部材に到達するまでリフトする。
A predetermined amount of fuel is pumped from the fuel injection pump at a predetermined pumping timing, and this high-pressure fuel is supplied to the
このノズルニードル1の開弁方向の移動(リフト)によって、ノズルニードル1のシート部15がノズルボデー2のシート面10の弁座から離脱(リフト)するため、燃料通路5と燃料通路14とは連通状態(開放状態)となり、燃料孔3、油溜り室4および燃料通路5から供給される燃料がノズルボデー2の噴孔部9側の燃料通路14へと流れ込む。そして、ノズルボデー2の噴孔部9側の燃料通路14から噴孔部9へと流れ込んだ燃料流は、噴孔軸線方向に急激に曲げられるが、ノズルボデー2の円頂部24の内壁面から噴孔部9の噴孔入口部31の噴孔最小径に至る部分にR形状の面取り部34が設けてあるため、曲がり圧力損失は最小となる。
Due to the movement (lift) of the nozzle needle 1 in the valve opening direction, the
また、小径の噴孔入口部31の噴孔最小径(φD1)から噴孔拡大部33の噴孔最大径(φD3)に至る噴孔拡大流路35の噴孔断面積(噴孔径)は、急拡大とされているため、噴孔拡大流路35内を通過する際に燃料流が乱れ、燃料噴射後の燃料噴霧の微粒化の核となるキャビティ(気泡)が生成される。さらに、噴孔拡大流路35の噴孔最大径(φD3)を越えて、噴孔拡大部33の噴孔最大径(φD3)から小径の噴孔出口部32の噴孔最小径(φD2)に至る噴孔縮小流路36内に流入した燃料流は、噴孔縮小流路36の噴孔断面積(噴孔径)が緩やかに狭くなるため、噴孔出口部32に向かってもう一度噴孔軸線方向に収束される。そして、燃料は、噴孔部9の噴孔出口部32から流出してエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射される。そして、燃料噴射ポンプからの燃料圧送が終わりに近づくと、燃料通路5内の燃料圧力が低下するため、スプリングの付勢力により、ノズルニードル1がシート面10方向に付勢され、シート部15がシート面10の弁座に着座すると燃料噴射は終了する。
Further, the nozzle hole cross-sectional area (the nozzle hole diameter) of the nozzle
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例のディーゼルエンジン用の燃料噴射ノズルにおいては、ノズルボデー2の円頂部24の内壁面から噴孔部9の噴孔入口部31の噴孔最小径に至る部分にR形状の面取り部34を設けているので、燃料通路14から噴孔部9の噴孔入口部31に燃料流が入る時に噴孔部9の噴孔軸線方向に急激に曲げられるが、その曲がり圧力損失を低減することができる。
[Effect of Example 1]
As described above, in the fuel injection nozzle for the diesel engine of the present embodiment, an R shape is formed in the portion from the inner wall surface of the circular
また、小径の噴孔入口部31の噴孔最小径(φD1)から噴孔拡大部33の噴孔最大径(φD3)に至る噴孔拡大流路35の噴孔断面積(噴孔径)を急拡大とすることで、噴孔拡大流路35内を通過する際に燃料流が乱れ、キャビティ(気泡)を大量に生成できるので、燃料噴射の直後から燃料噴霧の微粒化を促進することができる。この結果、燃料の着火性が向上して良好な燃焼が確保されるため、エンジンの排気ガス中に含まれる有害成分(ディーゼルパティキュレート)や黒煙の生成量を低減できる。
Further, the injection hole cross-sectional area (injection hole diameter) of the injection
さらに、噴孔拡大部33の噴孔最大径(φD3)から小径の噴孔出口部32の噴孔最小径(φD2)に至る噴孔縮小流路36の噴孔断面積(噴孔径)が緩やかに狭くなるため、噴孔縮小流路36内を通過する燃料流が噴孔出口部32に向かってもう一度噴孔軸線方向に収束される。これにより、噴孔部9の噴孔出口部32の近傍から、燃料噴霧の外輪は霧化・分散することで、太い燃料噴霧を形成すると共に、軸線中央部はより遠くに飛ぶようになる。この結果、噴孔部9の噴孔出口部32からエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射される燃料噴霧は、太くて長い燃料噴霧となり、燃料噴霧を分散させることなく、エンジンの各気筒の燃焼室内の狙った方向に噴射され、且つエンジンの各気筒の燃焼室内全体に行き渡る。
Further, the nozzle hole cross-sectional area (nozzle hole diameter) of the nozzle
したがって、噴孔部9の噴孔出口部32からエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射される燃料噴霧の微粒化の促進と燃料噴霧の高貫通力とを両立させることができるので、エンジンの各気筒の燃焼室内の空気利用率を向上することができ、良好な燃焼を確保できる。これにより、エンジンの各気筒の燃焼室内の燃焼状態を更に改善できるので、エンジンの排気ガス性能を更に向上でき、且つエンジン出力を向上することができる。よって、エンジンの排気ガスを浄化することができ、且つ低燃費化を図ることができる。
Therefore, since the atomization of the fuel spray injected from the nozzle
図5は本発明の実施例2を示したもので、ノズルボデーの噴孔流路の形状を示した図である。本実施例では、ノズルボデー2の円頂部24の内壁面から噴孔部9の噴孔入口部31の噴孔最小径(φD1)に至る部分に、燃料通路14から噴孔入口部31に燃料流が入る時の曲がり圧力損失を低減するためにテーパ形状の面取りが施された面取り部37が設けられている。この場合には、噴孔部9の噴孔入口部31の噴孔断面積(噴孔最小径:φD1)が、実施例1よりも大きくなるので、燃料流の流速が遅くなり、摩擦損失を低減することができる。その他の作用および効果は実施例1と同様である。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention and is a diagram showing the shape of the nozzle hole passage of the nozzle body. In the present embodiment, the fuel flow from the
図6は本発明の実施例3を示したもので、ノズルボデーの噴孔流路の形状を示した図である。本実施例では、噴孔部9の噴孔入口部31に、噴孔最小径(φD1)が同一のストレート部31aを設けている。この場合には、噴孔入口部31をストレートにすることで、噴孔入口部31のR形状の面取り部34の加工精度を出し易くなる。その他の作用および効果は実施例1と同様である。
FIG. 6 shows
[変形例]
本実施例では、本発明の燃料噴射ノズルを、列型燃料噴射ポンプや分配型燃料噴射ポンプ等の燃料噴射ポンプから油溜り室4および燃料通路5内に直接圧送され、燃料通路5内の燃料圧力がスプリング等のニードル付勢手段の付勢力よりも大きくなるとノズルニードル1が開弁して、エンジンの各気筒の燃焼室内に燃料噴射する内燃機関用燃料噴射装置(エンジン制御システム)に使用される燃料噴射ノズルに適用した例を説明したが、本発明の燃料噴射ノズルを、列型燃料噴射ポンプや分配型燃料噴射ポンプ等の燃料噴射ポンプから油溜り室4および燃料通路5内に直接圧送され、燃料通路5内の燃料圧力が第1、第2スプリング等の第1、第2ニードル付勢手段の付勢力よりも大きくなるとノズルニードル1が開弁して、エンジンの各気筒の燃焼室内に燃料噴射する内燃機関用燃料噴射装置(エンジン制御システム)に使用される燃料噴射ノズルに適用しても良い。
[Modification]
In this embodiment, the fuel injection nozzle of the present invention is directly pumped from the fuel injection pump such as the row type fuel injection pump or the distribution type fuel injection pump into the oil sump chamber 4 and the
また、本発明を、燃料噴射ポンプ(燃料供給ポンプ、高圧供給ポンプ、サプライポンプ)から圧送された高圧燃料をコモンレール(蓄圧配管)内に蓄圧し、このコモンレール内に蓄圧した高圧燃料を、エンジンの各気筒の燃焼室内に噴射供給する蓄圧式燃料噴射装置(コモンレール式燃料噴射システム、エンジン制御システム)に使用されるインジェクタ(例えば電磁式燃料噴射弁)の燃料噴射ノズルに適用しても良い。この場合には、図示しない電磁式アクチュエータ(ノズルニードル1を開弁方向に駆動するニードル駆動手段)としての電磁弁を開弁駆動することによってノズルニードル1と連動して動作するコマンドピストンの背後(例えばノズルホルダーの後端部)に形成される背圧制御室(図示せず)内の燃料圧力を制御することにより、ノズルニードル1が軸方向(図示上下方向)に往復移動するように構成される。なお、インジェクタとして、圧電方式の燃料噴射弁を採用しても良い。また、本発明の燃料噴射ノズルを、ガソリンエンジン用のフューエルインジェクタの燃料噴射ノズルに適用しても良い。 Further, according to the present invention, high-pressure fuel pumped from a fuel injection pump (fuel supply pump, high-pressure supply pump, supply pump) is accumulated in a common rail (pressure accumulation pipe), and the high-pressure fuel accumulated in the common rail is stored in the engine. You may apply to the fuel-injection nozzle of the injector (for example, electromagnetic fuel injection valve) used for the pressure accumulation type fuel-injection apparatus (a common rail type fuel-injection system, an engine control system) which injects and supplies in the combustion chamber of each cylinder. In this case, the back of the command piston that operates in conjunction with the nozzle needle 1 by opening the electromagnetic valve as an electromagnetic actuator (needle driving means for driving the nozzle needle 1 in the valve opening direction) (not shown). For example, the nozzle needle 1 is configured to reciprocate in the axial direction (vertical direction in the drawing) by controlling the fuel pressure in a back pressure control chamber (not shown) formed in the rear end portion of the nozzle holder. The A piezoelectric fuel injection valve may be employed as the injector. Further, the fuel injection nozzle of the present invention may be applied to a fuel injection nozzle of a fuel injector for a gasoline engine.
本実施例では、本発明を、直接噴射式ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに取り付けて燃料をエンジンの各気筒の燃焼室内に直接噴射する直接噴射タイプの燃料噴射ノズルに適用した例を説明したが、本発明を、副燃焼室式ディーゼルエンジンのシリンダヘッドに取り付けて燃料をエンジンの各気筒の副燃焼室内に噴射するタイプの燃料噴射ノズルに適用しても良い。また、本実施例では、複数の噴孔流路の断面形状を円形状としたが、複数の噴孔流路の断面形状を多角形状、長円形状、楕円形状としても良い。また、本実施例では、ノズルニードル1のシート部15よりも先端側を単純な円錐面形状(先端円錐面16)としたが、複数段の円錐面形状としても良い。また、ノズルボデー2のシート面10を単純な円錐面形状としたが、ノズルニードル1のシート部(稜線、エッジ部)15がシート面10側のエッジ部に接触しなければ、複数段の円錐面形状としても良い。
In this embodiment, an example in which the present invention is applied to a direct injection type fuel injection nozzle that is attached to a cylinder head of a direct injection type diesel engine and directly injects fuel into a combustion chamber of each cylinder of the engine has been described. The invention may be applied to a fuel injection nozzle that is attached to a cylinder head of a sub-combustion chamber type diesel engine and injects fuel into the sub-combustion chamber of each cylinder of the engine. In the present embodiment, the cross-sectional shape of the plurality of nozzle hole channels is circular, but the cross-sectional shape of the plurality of nozzle hole channels may be polygonal, elliptical, or elliptical. In the present embodiment, the tip side of the nozzle needle 1 with respect to the
本実施例では、噴孔入口部31の噴孔最小径から噴孔拡大部33の噴孔最大径に至る噴孔拡大流路35を、噴孔入口部31の噴孔最小径から噴孔拡大部33の噴孔最大径に向かって噴孔断面積(噴孔径)が次第に大きくなるように円錐台形状に形成したが、噴孔拡大流路35を、噴孔入口部31の噴孔最小径から噴孔拡大部33の噴孔最大径に向かって噴孔断面積(噴孔径)が次第に大きくなるように所定の曲率を持つように湾曲させても良い。また、本実施例では、噴孔部9の噴孔入口部31を、内部にサックボリューム(サック室)25が形成される円頂部24の内壁面で開口させているが、噴孔部9の噴孔入口部31を、ノズルボデー2の円錐形状の内壁面(シート面10)で開口させても良い。
In the present embodiment, the nozzle
本実施例では、噴孔拡大部33の噴孔最大径から噴孔出口部32の噴孔最小径に至る噴孔縮小流路36を、噴孔拡大部33の噴孔最大径から噴孔出口部32の噴孔最小径に向かって噴孔断面積(噴孔径)が次第に小さくなるように円錐台形状に形成したが、噴孔縮小流路36を、噴孔拡大部33の噴孔最大径から噴孔出口部32の噴孔最小径に向かって噴孔断面積(噴孔径)が次第に小さくなるように所定の曲率を持つように湾曲させても良い。また、噴孔拡大部33に、実施例3の噴孔入口部31のストレート部31aのように噴孔最大径(φD3)が同一のストレート部を設けても良い。
In this embodiment, the nozzle hole reducing
本実施例では、燃料噴霧の微粒化の促進と比べて燃料噴霧の高貫通力を重視するために、φD1>φD2の関係を満足するように、噴孔入口部31の噴孔最小径(φD1)および噴孔出口部32の噴孔最小径(φD2)を設定しているが、燃料噴霧の高貫通力と比べて燃料噴霧の微粒化の促進を重視するために、φD1<φD2の関係を満足するように、噴孔入口部31の噴孔最小径(φD1)および噴孔出口部32の噴孔最小径(φD2)を設定しても良い。また、φD1=φD2の関係を満足するように、噴孔入口部31の噴孔最小径(φD1)および噴孔出口部32の噴孔最小径(φD2)を設定しても良い。
In the present embodiment, in order to emphasize the high penetrating force of the fuel spray as compared with the promotion of atomization of the fuel spray, the minimum nozzle hole diameter (φD1) of the
1 ノズルニードル
2 ノズルボデー
9 噴孔部
10 シート面
15 シート部
16 先端円錐面
24 円頂部
25 サックボリューム(サック室)
31 噴孔入口部
32 噴孔出口部
33 噴孔拡大部
34 面取り部
35 噴孔拡大流路
36 噴孔縮小流路
37 面取り部
31a ストレート部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF
Claims (4)
このノズルボデーの先端部に、前記ノズルボデーの内壁で開口した噴孔入口部と前記ノズルボデーの外壁で開口した噴孔出口部とを連通する噴孔部を有し、
前記ノズルニードルが前記ノズルボデーの弁座部より離座した際に、前記ノズルボデー内部に供給された燃料を、前記噴孔部を介して内燃機関の気筒の燃焼室内に噴射する燃料噴射ノズルにおいて、
前記噴孔部は、前記噴孔入口部と前記噴孔出口部との間に噴孔拡大部を有し、
前記噴孔入口部の噴孔最小径をφD1、
前記噴孔出口部の噴孔最小径をφD2、
前記噴孔拡大部の噴孔最大径をφD3としたとき、
φD1<φD3で、且つφD2<φD3
の関係を満足し、
且つ、前記噴孔部は、前記噴孔入口部から前記噴孔拡大部に向かって噴孔断面積が次第に大きくなるように形成された噴孔拡大流路、および前記噴孔拡大部から前記噴孔出口部に向かって噴孔断面積が次第に小さくなるように形成された噴孔縮小流路を有し、
前記噴孔拡大流路の噴孔軸線方向の長さをL1、
前記噴孔縮小流路の噴孔軸線方向の長さをL2としたとき、
L1<L2
の関係を満足していることを特徴とする燃料噴射ノズル。 It has a cylindrical nozzle body that slidably holds the nozzle needle,
At the tip of this nozzle body, it has a nozzle hole part that communicates with a nozzle hole inlet part opened at the inner wall of the nozzle body and a nozzle hole outlet part opened at the outer wall of the nozzle body,
In the fuel injection nozzle for injecting the fuel supplied into the nozzle body into the combustion chamber of the cylinder of the internal combustion engine through the nozzle hole when the nozzle needle is separated from the valve seat of the nozzle body,
The nozzle hole part has a nozzle hole enlarged part between the nozzle hole inlet part and the nozzle hole outlet part,
The minimum nozzle hole diameter of the nozzle hole inlet is φD1,
The minimum diameter of the nozzle hole at the nozzle hole outlet is φD2,
When the maximum diameter of the nozzle hole enlarged portion is φD3,
φD1 <φD3 and φD2 <φD3
Satisfy the relationship,
In addition, the nozzle hole section includes a nozzle hole expanding channel formed so that a nozzle hole cross-sectional area gradually increases from the nozzle hole inlet section toward the nozzle hole expanding section, and the nozzle hole section from the nozzle hole expanding section. It has a nozzle hole reduction channel formed so that the nozzle hole cross-sectional area gradually decreases toward the hole outlet part,
The length of the nozzle hole expansion channel in the nozzle hole axial direction is L1,
When the length of the nozzle hole axial direction of the nozzle hole reducing channel is L2,
L1 <L2
A fuel injection nozzle characterized by satisfying the above relationship .
前記ノズルボデー内部には、前記ノズルニードルが前記弁座部より離座した際に、前記ノズルボデーの内壁と前記ノズルニードルとの間に、前記弁座部から前記噴孔部に至る燃料通路が設けられており、
前記噴孔部の噴孔軸線方向は、前記燃料通路を流れる燃料の流れ方向に対して所定の傾斜角度だけ傾いて配置されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to claim 1,
A fuel passage extending from the valve seat portion to the nozzle hole portion is provided between the inner wall of the nozzle body and the nozzle needle when the nozzle needle is separated from the valve seat portion. And
The fuel injection nozzle according to claim 1, wherein an injection hole axial direction of the injection hole portion is inclined with respect to a flow direction of the fuel flowing through the fuel passage by a predetermined inclination angle .
前記噴孔部は、
前記ノズルボデーの内壁から前記噴孔入口部の噴孔最小径に至る部分に、面取りが施された面取り部を設けていることを特徴とする燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to claim 2 ,
The nozzle hole part is
A fuel injection nozzle, wherein a chamfered portion is provided in a portion from an inner wall of the nozzle body to a nozzle hole minimum diameter of the nozzle hole inlet portion .
前記ノズルボデーの先端部には、内部にサックボリュームを形成する略半球状の円頂部が設けられ、
前記円頂部には、略同一円周上に前記噴孔部が複数配置されていることを特徴とする燃料噴射ノズル。 The fuel injection nozzle according to any one of claims 1 to 3 ,
The tip of the nozzle body is provided with a substantially hemispherical top that forms a sac volume inside,
The fuel injection nozzle according to claim 1, wherein a plurality of the nozzle hole portions are arranged on substantially the same circumference at the circular top portion .
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