JP3766987B2

JP3766987B2 - 燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JP3766987B2
Application number: JP16762095A
Authority: JP
Inventors: 稔之依田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2015-07-03
Also published as: JPH0914091A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射孔から噴射される燃料の噴孔流量を増加させた燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射ノズルにおいて、従来のホール型ノズルは、ノズルボディの内部にテーパ形状の弁座を形成するとともにこの弁座に連設して先端側にサックホールを形成し、このサックホールに燃料噴射孔を開設してある。そして、このノズルボディに摺動自在に収容されたニードルには、上記弁座に接離自在に着座するテーパ形のシート部が形成されている。このニードルが燃料圧力を受けてリフトされたときに上記テーパ形のシート部が前記弁座から離れ、これにより燃料が弁座を通りサックホールに送られ、このサックホールから燃料噴射孔を通じてエンジンの燃焼室へ噴射されるようになっている。
【０００３】
しかしながら、上記構造のホール型ノズルは、ニードルのシート部が弁座に着座して燃料の供給を停止しても、サックホールに残留している燃料が燃料噴射孔から洩れ出すことがあり、このような漏洩燃料は未燃焼成分として排出される。ディーゼルエンジンの場合、上記のような未燃焼成分は排出ガス中に存在するパティキュレートに含まれる可溶有機成分（ＳＯＦ）を生成させる要因の１つとなり、このような可溶有機成分は低減することが要請されている。
【０００４】
未燃焼成分として漏洩する上記燃料を低減するには、サックホールに残っている燃料の残量を少なくすればよく、このため従来より、サックホールの容積を低減する工夫がなされている。サックホールの容積を極限まで低減する公知の技術としてＶＣＯ（ＶａｌｕｅＣｏｖｅｒｅｄＯｒｉｆｉｃｅ）型ノズルが知られている。
【０００５】
ところがＶＣＯ型ノズルはニードルのシート部が燃料噴射孔の入口に近接しており、燃料の通路面積が狭いため単位時間当りの燃料流量が低下するという問題がある。このような問題点を解決するため、例えば特開平２−１９６１５９号公報や実開平１−５８７７２号公報などに開示されたノズルが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の公報に開示された燃料噴射ノズルは、ニードルのシート部先端側に逃がしが形成されており、ニードルのシート部が弁座に着座して燃料の供給を停止しても、サックホールに残っている燃料が燃料噴射孔を通じて洩れ出すため、ＶＣＯ型ノズルの機能を充分に発揮できず、燃料が洩れ出して未燃焼成分が発生する。
【０００７】
一方、後者の公報に記載された燃料噴射ノズルは、シート部の先端部や燃料噴射孔の位置を高精度に定めなければならないがしかし加工や組み付けばらつきの発生により高精度な設定が得に難く、噴孔流量が大幅にばらつくという不具合が生じ、さらに、ニードルがリフトされた場合にニードルの先端がふらつき、燃料噴射孔の入口の開口面積がばらつき、これにより噴孔流量がばらつくという問題もある。
【０００８】
本発明はこのような不具合を回避する目的でなされたものであり、燃料の漏洩を防止するとともに噴孔流量のばらつきを抑止し、かつ噴孔流量を増加できる燃料噴射ノズルを提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１の発明は、
内部にテーパ形状の弁座が形成されるとともにこの弁座に連続した一つの内径を有する円筒内面の先端を閉塞してなるサックホールが形成されたノズルボディと；上記ノズルボディに摺動自在に収容され、上記弁座に接離自在に着座するテーパ形のシート部およびこのシート部の先端に形成され上記サックホールに摺動自在に嵌合される円柱状の摺動ピンを有したニードルと；を具備し、上記ノズルボディの弁座に、上記シート部で開閉可能に閉止されるとともに、上記シート部が上記弁座から離れると、これら弁座とシート部との間のクリアランスを通して燃料が流入する燃料噴射孔を開設し、上記摺動ピンは、上記弁座から上記ニードルのシート部が離れた時から上記ニードルが最大リフトした時に渡って、この摺動ピンで上記サックホールが塞がれるように上記サックホールに嵌合しているとともに、上記サックホールを摺動する長さを有していることを特徴とする燃料噴射ノズルである。
【００１０】
このような請求項１の発明によると、ニードルのシート部が弁座から離れると燃料が弁座に沿って流れ、この弁座に開口した燃料噴射孔を通じて外部に噴射される。この場合、弁座の先端に形成されているサックホールはニードル先端に形成した摺動ピンが嵌合しているからサックホールに燃料が流れ込むのが抑制され、よって燃料噴射孔の入口部分で燃料の流速が低下する。このため燃料噴射孔の入口付近の静圧が増加し、燃料噴射孔を通る燃料の流速が増加し、単位時間当りの噴孔流量が増加する。また、噴射が終了するとシート部が燃料噴射孔を閉じ、しかもサックホールが摺動ピンで閉じられているから燃料洩れが生じなく、未燃焼成分の発生が防止される。しかも、ニードル先端の摺動ピンがサックホールに嵌合しているから、ニードル先端のふらつきが防止され、燃料噴射孔の入口面積がばらつくのが規制され、噴孔流量のばらつきが抑制される。
【００１１】
また、請求項２の発明は、
上記ニードルには、上記摺動ピンの先端面とシート部より後端側の側面とに開口して上記サックホールと燃料通路とを連通させる連通路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノズルである。
【００１２】
このような請求項２の発明によれば、ニードルに形成した連通路がサックホールと燃料通路とを連通しているから、摺動ピンの出入りによりサックホールの容積が変化しても燃料通路から燃料が補充されまたは逃がされる。よって、オイルロックされることがないとともに、ニードルのリフトに伴いシート部を通じてサックホールに燃料が流れ込むのが低減され、このため燃料噴射孔の入口付近で燃料の流速が効果的に低下されるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明について、図１および図２に示す第１の実施例にもとづき詳細に説明する。
図１は本発明の構成を示すノズル先端部の噴射状態の拡大した断面図、図２は本発明の燃料噴射ノズルを用いた燃料噴射系の全体を示す構成図である。
図２において、１は燃料噴射ノズル、２は燃料噴射ポンプ、３は燃料供給パイプを示す。燃料噴射ポンプ２は例えば列型燃料噴射ポンプであり、この燃料噴射ポンプ２はエンジンの運転状況に応じて、所定量の燃料を所定のタイミングで上記燃料供給パイプ３…より各気筒の燃料噴射ノズル１…へ分配供給する。
【００１４】
燃料噴射ノズル１について説明すると、１０は円筒形のノズルボディ、１１はノズルホルダー、１２はこれらノズルボディ１０とノズルホルダー１１を締結するリテーニングナットである。また、１３は上記ノズルボディ１０とノズルホルダー１１との間に挾持されたパッキングプレートである。
【００１５】
ノズルボディ１０にはガイド孔１４が形成されており、このガイド孔１４にはニードル２０の上部が摺動自在に収容されている。ガイド孔１４の下端には燃料溜り部１５が形成されている。この燃料溜り部１５は、ノズルボディ１０、パッキングプレート１３およびノズルホルダー１１に亘って形成された燃料導入通路１６に接続されており、この燃料導入通路１６は前記燃料供給パイプ３に連結されている。
【００１６】
ノズルボディ１０の先端には図１にも示すように、上記燃料溜り部１５に連通して円錐面からなる弁座１７が設けられているとともに、この弁座１７の先端に連続してサックホール１８が形成されている。サックホール１８は図１に示すように円筒内面１８ａとこの先端を閉塞する半球面１８ｂとで構成されており、文字通り袋状の孔である。
【００１７】
上記円錐弁座１７の先端部、つまり弁座１７の上記サックホール１８に近い箇所には燃料噴射孔１９が開設されている。燃料噴射孔１９の外端はノズルボディ１０の外面に開口されており、通常上記ノズルボディ１０はエンジン５に取り付けられて先端がエンジン５の燃焼室６に臨まされるようになっているので、上記燃料噴射孔１９の外端はエンジン５の燃焼室６に開放されている。なお、燃料噴射孔１９は１個であってもよいが、周方向に離間して複数個形成されていてもよい。
【００１８】
上記ニードル２０の下端には、連結斜面部２１およびこの先端に円錐面シート部２２が形成されている。このシート部２２は上記ノズルボディ１０に形成した弁座１７に接離して上記噴射孔１９を開閉するようになっている。シート部２２の先端には円柱状の摺動ピン２３が一体に突設されており、この摺動ピン２３はサックホール１８に摺動自在に嵌挿されている。
【００１９】
この場合、摺動ピン２３の外周面とサックホール１８の内周面との間には、ニードル２０が往復移動する際にサックホール１８の容積変化に伴い燃料が出入りできる程度のクリアランスが設けられており、摺動ピン２３はサックホール１８に対しいわゆる遊嵌状態に挿入されている。また、摺動ピン２３の長さは、ニードル２０が最大リフトになった場合でもこの摺動ピン２３がサックホール１８から抜け出さないような長さに設定されている。
【００２０】
上記ニードル２０には上記燃料溜り部１５に臨んで傾斜形状の受圧面２５が形成されている。また、ニードル２０の外周面とノズルボディ１０の内周面との間には、上記燃料溜り部１５から弁座１７に連なる燃料送り通路２６が形成されている。
【００２１】
したがって、燃料溜り部１５の燃料圧力が所定値以上になるとニードル２０が押し上げられてシート部２２が弁座１７から離れ、これにより燃料溜り部１５の燃料が燃料送り通路２６、弁座１７および燃料噴射孔１９を通じて燃焼室６に噴射される。
【００２２】
上記ノズルホルダー１１にはばね室２７が形成されており、このばね室２７にはコイルばね２８が収容されている。このコイルばね２８は一端がシム２９に当接しているとともに、他端はばね受座としてのプレッシャピン３０に当接している。このプレッシャピン３１は上記ニードル２０の上端に係止されている。ニードル２０の上端は、前記パッキングプレート１３を貫通してばね室２７に導かれているものである。したがって、ニードル２０はコイルばね２８の押圧力を受けて押し下げられており、これによりシート部２２が弁座１７に着座して燃料噴射孔１９を閉じるようになっている。なお、この場合、ニードル２０の連結斜面部２１とシート部２２との間に形成された境界稜線２１ａが弁座１７に密着して燃料送り通路２６と燃料噴射孔１９の連通を遮断するようにしてもよい。
【００２３】
上記ばね室２７は燃料逃し通路３１を介して図示しない燃料タンクに通じており、燃料溜り部１５からばね室２７に洩れる燃料を逃すようになっている。
このような構成の燃料噴射ノズル１について作用を説明する。
燃料噴射ポンプ２より、エンジンの運転状況に応じて所定タイミングで所定量の燃料が燃料供給パイプ３を通じて燃料導入通路１６に供給されると、燃料溜り部１５の燃料圧力が上昇する。この燃料圧力がコイルばね２８の押し下げ力に抗して開弁圧以上になるとニードル２０が押し上げられ、よってシート部２２が弁座１７から離れる。これにより燃料溜り部１５の燃料が、燃料送り通路２６、弁座１７とシート部２２との間のクリアランス部３３から燃料噴射孔１９を通じて燃焼室６に噴射される。
【００２４】
そして、所定の燃料噴射が終わって燃料溜り部１５の燃料圧が上記コイルばね２８の押し下げ力よりも弱くなるとニードル２０が押し下げられ、シート部２２が弁座１７に着座する。これにより燃料噴射孔１９が閉塞され、燃料の噴射が終了する。
【００２５】
このような作用を奏する本実施例の燃料噴射ノズル１においては、図１に示すように、ニードル２０がリフトされて燃料溜り部１５の燃料が燃料送り通路２６を通じて弁座１７とシート部２２との間のクリアランス部３３に達すると、シート部２２に連なるサックホール１８が摺動ピン２３で塞がれているから燃料は燃料噴射孔１９の入口付近で一旦せき止められた状態になる。このため燃料噴射孔１９の入口近傍で燃料の流速が低下し、下記［数１］に示すベルヌーイの定理により、燃料噴射孔１９の入口近傍の静圧Ｐが上昇する。
【００２６】
【数１】

【００２７】
したがって、燃料噴射孔１９の入口と出口で圧力差が増大し、燃料噴射孔１９の内部を通る燃料の流速が高まり、流量が増加する。すなわち、同一仕様であっても本例であれば単位時間当りの噴孔流量が増加することになる。
【００２８】
そして、ニードル２０が下降して噴射が終了すると、シート部２２が弁座１７に着座して燃料噴射孔１９を閉塞するから、燃料の洩れが生じない。このときは、サックホール１８内に摺動ピン２３が進入しているからサックホール１８内に燃料が残存せず、または残存量は極めて少なく、例え残っていても燃料噴射孔１９が閉塞されているから燃料の洩れが防止される。よって、未燃焼成分の発生を防止することができ、排出ガス中の可溶有機成分の生成を低減させることができる。
【００２９】
また、ニードル２０の先端に形成した摺動ピン２３がサックホール１８の内面に摺動自在に遊嵌されているから、上記したように摺動ピン２３がサックホール１８を塞ぐばかりでなく、この摺動ピン２３のガイド作用によりニードル２０先端の偏心やふらつきを防止し、この先端の位置を規制することができる。ニードル先端の位置決めがなされると、燃料噴射孔１９の入口付近のクリアランス部３３の寸法が各噴射毎にばらつくことがなく、噴射量や噴射速度のばらつきを防止することができる。また、複数の燃料噴射孔１９を形成した場合は、各燃料噴射孔１９…の入口付近のクリアランスを均一に保つこともでき、各燃料噴射孔１９…間の噴射量や噴射速度のばらつきを防止することができる。
【００３０】
なお、サックホール１８は、テーパ形座面１７を研削加工や表面仕上げ加工するときの下孔として加工されるドリル孔を利用すれば、格別な孔開け加工が不要である。
【００３１】
図３は本発明の第２の実施例を示す。
この実施例は、ニードル２０の内部に、一端が摺動ピン２３の先端に開口してサックホール１８に連通するとともに、他端がニードル２０の連結斜面部２１よりも上部の側面に開口して燃料送り通路２６に連通する連通路４１、４２が形成されている。
【００３２】
このようにすれば、ニードル２０の移動に伴いサックホール１８内の燃料が連通路４１、４２を通って出入りするから、摺動ピン２３とサックホール１８の摺動面のクリアランスを小さくすることができ、よってシート部２２のクリアランス３３を通ってサックホール１８に出入りする燃料の量を極めて少なくすることができる。よって、ニードル２０がリフトした場合でも摺動ピン２３がサックホール１８を完全に閉じているから燃料噴射孔１９の入口付近の流速を下げることができ、静圧を高めて燃料噴射孔１９内の流速を増し、噴孔流量を増大させることができる。
【００３３】
なお、サックホール１８の先端の形状は半球面１８ｂに限らず、円錐面であってもよく、また摺動ピン２３の先端の形状も半球面、平坦面または円錐面などであってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によると、ニードルがリフトした場合に燃料噴射孔の入口付近で燃料の流速が低下し、この燃料噴射孔の入口付近の静圧が高くなるから燃料噴射孔を通る燃料の流速が増加し、よって単位時間当りの噴孔流量が増加する。また、噴射が終了すると、燃料噴射孔が閉じられかつサックホールが摺動ピンで閉じられているから燃料の洩れが生じなく、未燃焼成分の発生が防止される。しかも、ニードル先端の摺動ピンがサックホールに嵌合しているから、ニードル先端のふらつきが防止され、燃料噴射孔の入口面積がばらつくのが規制され、噴孔流量のばらつきが抑制される。
【００３５】
また、請求項２の発明によれば、ニードルに形成した連通路がサックホールと燃料通路とを連通しているから、サックホールの容積が変化してもオイルロックされることがないとともに、シート部を通じてサックホールに燃料が流れ込むのが低減されるから燃料噴射孔の入口付近で燃料の流速が効果的に低下されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示し、燃料噴射ノズルの先端部を拡大した断面図。
【図２】同実施例の燃料噴射ノズルを用いた燃料噴射系の全体を示す構成図。
【図３】本発明の第２の実施例を示し、燃料噴射ノズルの先端部を拡大した断面図。
【符号の説明】
１…燃料噴射ノズル
２…燃料噴射ポンプ
１０…ノズルボディ
１１…ノズルホルダー
１５…燃料溜り部
１７…弁座
１８…サックホール
１９…燃料噴射孔
２０…ニードル
２２…シート部
２３…摺動ピン
２８…コイルばね

Claims

内部にテーパ形状の弁座が形成されるとともにこの弁座に連続した一つの内径を有する円筒内面の先端を閉塞してなるサックホールが形成されたノズルボディと；
上記ノズルボディに摺動自在に収容され、上記弁座に接離自在に着座するテーパ形のシート部およびこのシート部の先端に形成され上記サックホールに摺動自在に嵌合される円柱状の摺動ピンを有したニードルと；
を具備し、
上記ノズルボディの弁座に、上記シート部で開閉可能に閉止されるとともに、上記シート部が上記弁座から離れると、これら弁座とシート部との間のクリアランスを通して燃料が流入する燃料噴射孔を開設し、
上記摺動ピンは、上記弁座から上記ニードルのシート部が離れた時から上記ニードルが最大リフトした時に渡って、この摺動ピンで上記サックホールが塞がれるように上記サックホールに嵌合しているとともに、上記サックホールを摺動する長さを有していることを特徴とする燃料噴射ノズル。
上記ニードルには、上記摺動ピンの先端とシート部より後端側の側面とに開口して上記サックホールと燃料通路とを連通させる連通路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノズル。