JP6254122B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents
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Description
この明細書では、ニードルが移動する方向を軸方向、燃料噴射を開始する際にニードルが移動する方向を上として説明する。
噴射開始直後など、ニードルのリフト量が小さい低リフト時は、サック室内で燃料の流れに強い乱れが生じてしまう。このため、サック室から噴孔に燃料を導くサック室内の流量係数が小さくなる不具合が生じてしまう。
本発明の目的は、サック室内の流量係数を大きくできるとともに、サック室における燃料の流れを安定化できる円錐挿入タイプの燃料噴射ノズルを提供することにある。
図1〜図5に基づいて実施形態1を説明する。
自動車に搭載されるエンジンは、燃料噴射装置を備える。
ノズルボディ1の内部には、高圧燃料が供給されるノズル孔4と、円錐面形状を呈する弁座シート5と、弁座シート5の内側を通過した加圧燃料を集合させる球面形状を呈するサック室6とが形成されている。
弁座シート5は、ノズル孔4の下端に形成されており、弁座シート5の円錐面は上方から下方に向かって縮径するように設けられている。
具体的に、ノズルボディ1の下端の外面には、エンジンの燃焼室に露出する半球状の膨出部7が設けられており、サック室6は膨出部7の内側に形成される。
ニードル2には、弁座シート5に着座してサック室6への加圧燃料の供給を遮断する円環状のシート部8が設けられている。
以下では、シート部8の下側の円錐個所を円錐部9と称して説明する。即ち、ニードル2には、シート部8を境界部とし、シート部8から下方へ縮径する円錐形状を呈する円錐部9が設けられている。
円錐挿入タイプの燃料噴射ノズルは、シート部8が弁座シート5に着座した状態の時に、逃げ部10が境界線11より下方に位置して、円錐部9とサック室6が軸方向hにオーバーラップするものである。
そして、ニードル2の最大リフト時に円錐部9がサック室6と軸方向hにオーバーラップすることが好ましいが、最大リフト時に円錐部9がサック室6から抜け出るものであっても良い。
逆に、ニードル2が下降してシート部8が弁座シート5に着座する状態では、加圧燃料の供給側と噴孔3の連通が遮断され、燃料噴射が停止される。
この明細書で用いる用語を説明する。
円筒面6aの軸方向の寸法をサック長Iとする。
円筒面6aの直径を径寸法φdsとする。
サック室6の中心を通る軸方向の直線、即ち円筒面6aを成す円筒の中心を通る軸方向の直線をサック中心線L1とする。
噴孔3の中心軸をサック室6内へ延長した直線を噴孔延長線L2とする。
噴孔3においてサック室6内で開口する箇所を噴孔入口3aとする。
この噴孔入口3aの下端を通って噴孔延長線L2に平行な直線を下端延長線L3とする。
サック室6の上端と円錐部9との間に形成される絞り部xの開口面積を絞り開口面積S1とする。
サック室6をサック中心線L1に沿ってカットした断面(図1参照)のうち、絞り部x、ニードル2、サック室6の内壁、下端延長線L3で囲まれる面積の1/2を噴孔上流面積S2とする。
噴孔3の通路面積を噴孔面積S3(図3参照)とする。
絞り開口面積S1が噴孔面積S3に噴孔3の数を乗じた面積に等しくなる時のニードル2のリフト量を所定リフト量Lとする。もちろん、噴孔3の数は、上述したように1つを含むものである。
燃料の粘性係数を係数ρとする。
サック室6をサック中心線L1に沿ってカットした断面を図1に示す。図1の断面では、サック中心線の両側に噴孔上流面積S2が存在する。
図1に示すサック室6の断面を、サック中心線を境に2分割する。このように2分割した断面の一方を図2に示す。図2に示す断面のうちで、絞り部x、ニードル2、サック室6の内壁、下端延長線L3で囲まれる面積が噴孔上流面積S2である。
広角噴射タイプは、噴射角θ1が60°から85°の範囲内に設けられる燃料噴射ノズルである。
具体的な一例として、図1に示すように、サック中心線L1を介して対向する2つの噴孔3を例に説明する。この場合、一方の噴孔3の噴孔延長線L2から下側のサック中心線L2を通って他方の噴孔3の噴孔延長線L2に至る角度が120°から170°の範囲内に設けられるものが広角噴射タイプである。
サック室6内の流量係数は、上述した数式2に比例する。
この実施形態の燃料噴射ノズルは、下記の数式3で求められる指標値Saが、
Sa≧0.5
の関係を満足するように設けられる。
このことをさらに具体的に説明する。径寸法φdsの大径化によって絞り開口面積S1を大きくするとともに、サック長Iの短縮化によって噴孔上流面積S2を小さくすることで、指標値Saを0.5以上に設けている。
絞り開口面積S1が小さいと、サック室6の内部に流入する燃料の勢いが強くなる。すると、サック室6内で燃料の流れに強い乱れが生じてしまい、サック室6内の流量係数が小さくなってしまう。
噴孔上流面積S2が大きいと、サック室6に流入した燃料の流れb1がサック室6の内壁に沿うように変化する。このように、サック室6における燃料の流れが安定しない。
絞り開口面積S1が大きいと、サック室6の内部に流入する燃料の勢いを弱めることができる。すると、サック室6内における燃料の乱れを抑えることができ、サック室6内の流量係数を大きくできる。
噴孔上流面積S2が小さいと、サック室6に流入した燃料の流れb2の変化が抑えられる。即ち、サック室6における燃料の流れが安定化する。
上述したように、上記の数式3によって求められる指標値Saを0.5以上に設けることで、サック室6内の流量係数を大きくできるとともに、サック室6における燃料の流れを安定化できる。
このため、リフト量が変化しても噴霧貫徹力が安定であり、且つ噴霧貫徹力の強い燃料噴射ノズルを提供することができる。
また、上記の数式3によって求められる指標値Saを0.5以上に設けることで、サックボリュームを小さくできる。なお、サックボリュームは、サック室5内におけるノズルボディ1とニードル2の間の容積である。
このように、サックボリュームを小さくできることで、噴射を停止した後に、サック室6に残る燃料を減らすことができる。すると、サック室6に残った燃料が噴孔3を通って燃焼室に漏れ出すことにより生じる排気ガス中のHCを低減する効果が得られる。
本発明は、上記で示した形態に限定されるものではなく、以下の形態を採用するものであっても良い。
3・・・噴孔 3a・・噴孔入口
5・・・弁座シート 6・・・サック室
8・・・シート部 9・・・円錐部
h・・・軸方向 L1・・サック中心線、
L2・・噴孔延長線 L3・・下端延長線
S1・・絞り開口面積 S2・・噴孔上流面積
S3・・噴孔面積 x・・・絞り部
Claims (3)
- 円錐面形状を呈する弁座シート(5)が内側に形成されるとともに、前記弁座シートの内側を通過した加圧燃料を集合させるサック室(6)が内側に形成され、さらに前記サック室に供給された加圧燃料を外部に噴射する噴孔(3)が形成されるノズルボディ(1)と、
前記弁座シートに着座して前記サック室への加圧燃料の供給を遮断するシート部(8)を有するとともに、前記シート部を境界部とした円錐形状を呈する円錐部(9)を有し、前記円錐部が前記サック室の内側に挿し入れられ、前記ノズルボディの内部において直線方向へ駆動されるニードル(2)とを備え、
燃料噴射を開始する際に前記ニードルが移動する方向を上、
燃料噴射を停止する際に前記ニードルが移動する方向を下、
前記ニードルの上方への移動量をリフト量、
前記ニードルが移動する方向を軸方向(h)、
前記サック室の中心を通る軸方向の直線をサック中心線(L1)、
前記サック室の上端と前記円錐部との間に形成される絞り部(x)の開口面積を絞り開口面積(S1)、
前記噴孔の中心軸を前記サック室内へ延長した直線を噴孔延長線(L2)、
前記噴孔において前記サック室内で開口する箇所を噴孔入口(3a)、
前記噴孔入口の下端を通り、前記噴孔延長線に平行な直線を下端延長線(L3)、
前記サック室を前記サック中心線に沿ってカットした断面のうち、前記絞り部、前記ニードル、前記サック室の内壁、前記下端延長線で囲まれる面積の半分を噴孔上流面積(S2)、
前記噴孔の通路面積を噴孔面積(S3)、
前記絞り開口面積が、前記噴孔面積に前記噴孔の数を乗じた面積に等しくなる時のリフト量を所定リフト量(L)、
燃料の粘性係数を係数(ρ)、
とした場合、
Sa≧0.5
の関係を満足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、
前記サック室は、前記弁座シートの下端から下方へ伸びる円筒面(6a)と、この円筒面の下端に形成される半球面(6b)とを備えることを特徴とする燃料噴射ノズル。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記サック中心線の下側から前記噴孔延長線までの角度(θ1)は、60°から85°の範囲内に設けられることを特徴とする燃料噴射ノズル。
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