JPH04347362A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に燃料を噴射
する燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関においては、燃料の単位時間当
たりの噴射量すなわち噴射率を制御することが要求され
る。この要求に対して例えば英国公開特許第２２２６３
６２号公報に示されるように、噴射ノズルのニードル弁
のリフト量を制御して噴射率を変えようとする方法、あ
るいは独国公開公報第３９０５３９１号公報に示される
ように、噴孔面積を幾何学的に可変にして制御しようと
する方法が知られている。また従来の燃料噴射ノズルと
しては、例えば図１０に示すような標準ノズルがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、英国公
開特許第２２２６３６２号公報に示される方法に従来の
標準ノズルを使用すると、噴孔入口の圧力としての実噴
射圧が低下し、噴霧粒子が粗くまた貫通力が不足すると
いう問題がある。またこの公報には、サックレスノズル
を改良した形状が提案されているが、この形状のものは
、ニードル弁の最大リフト時に噴孔面積を有効に使用す
ることができないため、ノズル内での圧力損失が増大す
るという問題がある。また独国公開特許第３９０５３９
１号公報に示される噴射ノズルは、ニードル先端形状が
複雑で製作が困難であるだけでなく噴孔面積を可変とす
る制御が難しく噴射弁全体の体格が大型化するという問
題がある。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、ニードルリフト制御によって噴射
率を制御しても実噴射圧を低下させずに噴霧特性を向上
するようにした燃料噴射弁を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明による
燃料噴射弁は、先端内部に所定の角度をなして形成され
た円錐面と、この円錐面の内部から外部に連通して形成
された噴孔とを有するバルブボディと、円柱軸体と、こ
の円柱軸体の先端に形成され、前記円錐面より小さい角
度をなし、下端面が前記円錐面と離着する接線をなす第
１の傾斜面と、この第１の傾斜面の先端に形成され、前
記円錐面とほぼ等しい角度をなす第２の傾斜面とを有し
、前記バルブボディ内に移動可能に配されたニードル弁
であって、リフト量に応じて前記噴孔入口の有効流路面
積を可変とするニードル弁とを備え、前記バルブボディ
内に燃料が圧送されることで前記ニードル弁が開弁し、
前記噴孔から燃料が噴射されることを特徴とする。

【０００６】本発明の第２発明による燃料噴射弁は、前
記ニードル弁の先端部が前記噴孔の中心軸延長上に位置
し、ニードル弁の閉弁時にニードル弁の先端部と前記噴
孔の入口とが所定の距離に設定されることを特徴とする
。

【０００７】本発明の第３発明による燃料噴射弁は、前
記ニードル弁と前記噴孔入口間の距離Ｌが０．１〜０．
３ｍｍの範囲にあることを特徴とする。

【０００８】本発明の第４発明による燃料噴射弁は、前
記バルブボディには異なる傾斜角をなす複数の噴孔が形
成され、バルブボディの中心軸に対して大きな傾斜角を
なす噴孔が前記円錐面の先端側の位置で開孔しているこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の燃料噴射弁によると、流体力学理論に
もとづいてニードルリフト量に従いノズル噴孔面積を可
変とするノズル形状にし、かつサック室容積を小容量に
保持する構成であるため、ニードルリフト制御によって
噴射率を制御する場合、実噴射圧が低くならずに噴霧特
性が改善される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説
明する。ディーゼル機関の燃料噴射装置に適用した本発
明の燃料噴射ノズルの第１実施例を図１〜図３に示す。 図２に示すように、ディーゼル機関１のシリンダブロッ
ク３に嵌合されるシリンダライナ５内にピストン４が摺
動自在に設けられ、このピストン４の頂面とシリンダラ
イナ５の内周面とシリンダヘッド２との底面で燃焼室６
が画定されている。シリンダヘッド２にはバルブボディ
としてのノズルボディ１４とノズルホルダ１２等からな
る燃料噴射装置１０が取付けられ、そのノズルボディ１
４の先端が燃焼室６内に配置されている。

【００１１】図３に示すように、燃料噴射装置１０は、
ノズルホルダ１２とノズルボディ１４とニードル弁１５
とからなり、リテイニングナット１３によりノズルボデ
ィ１４がチップパッキン１６を介してノズルホルダ１２
の端面１２ａに固定されている。ノズルホルダ１２に形
成されるノズルスプリング室２２にはノズルスプリング
１９が収納され、このノズルスプリング１９の付勢力に
よりプレッシャピン１７が図３で下方に押され、その先
端１７ａがニードル弁を下方に付勢している。チップパ
ッキン１６は、ニードル弁１５の最大リフト量を規制す
るものであり、ノズルホルダ１２との回転位置をロック
ピン１８によって固定されている。ノズルボディ１４内
に収納されるニードル弁１５の周囲の空間は、高圧側が
高圧燃料通路２０に連通し、低圧側がピン穴１６ａを経
てノズルスプリング室２２から燃料逃し通路２１に連通
している。高圧燃料通路２０から高圧燃料が圧送される
と、その燃料の圧力がノズルスプリング１９のスプリン
グ設定圧に打ち勝つと、ニードル弁１５をリフトして図
１に示す噴孔２８、２９から燃料を噴射する。燃料の圧
力がノズルスプリング１９の設定圧以下になると、ニー
ドル弁１５が着座してニードル弁１５の周囲の燃料がピ
ン穴１６ａを経てノズルスプリング室２２から燃料逃し
通路２１に逃がされる。

【００１２】ノズルボディ１４の先端部は、図１に示す
ようにノズルボディ１４とニードル弁１５とから構成さ
れ、ニードル弁１５は、ノズルボディ１４内に図に示す
位置から上方に移動可能に挿入され、図３に示すように
、案内孔１４ａによって大径部１５ａが径方向に保持さ
れている。ノズルボディ１４は、図１に示すように、円
柱孔２４と、座面としての第１円錐面２５と、第２円錐
面２６と、球形の凹面２７の内部と外部とを連通する噴
孔２８、２９とが形成されている。また、噴孔２８が中
心軸Ｘとなす角δ１　は、噴孔２９が中心軸Ｘとなす角
δ２　より小さく設定されている。噴孔２８、２９は、
第２円錐面２６上に形成されている。

【００１３】ニードル弁１５は、円柱軸３１と、ノズル
ボディ１４の第１円錐面２５の角度α１　より小さい角
度β１　をなす第１傾斜面３２と、第１円錐面２５と当
接する環状の接線３４を境として第１円錐面２５の角度
α１　よりわずかに大きい角度β２をなす第２傾斜面３
３とが連続的に形成されることにより構成される。噴孔
２８、２９は、ニードル弁１５の第２傾斜面３３と噴孔
２８、２９の入口との距離Ｌａ、Ｌｂが所定の値に設定
されるようノズルボディ１４に開口している。この所定
の値は、噴孔２８、２９の分岐および曲がりによる圧力
損失を利用して各噴孔入口の流量係数を所定値に設定す
るものである。ノズルボディ１４の円柱孔２４内へ図示
しない燃料噴射ポンプから高圧燃料が供給されると、ニ
ードル弁１５はその燃料圧力により開弁方向（図１で上
方）へ押圧され、図３に示すノズルスプリング２２によ
り閉弁方向（図１で下方）へ押圧され、その釣合により
往復駆動される。

【００１４】次に、この燃料噴射ノズルの作動について
説明する。ニードル弁１５のリフト量が小さいとき、流
量係数が小さく設定され、有効噴孔面積が噴孔の幾何学
的面積より小さい。このとき、第２傾斜面３３と噴孔２
８、２９の入口間の最小流路面積から有効噴孔面積を設
定できるため、シート部による圧損を回復して実噴射圧
を高くし、噴霧の質が悪化することなく噴射率を低く抑
えることができる。

【００１５】ニードル弁１５のリフト量をさらに大きく
すると、シート部面積が十分大きくなったとき、噴孔２
８、２９と第２傾斜面３３との距離Ｌａ、Ｌｂが十分大
きくなり、噴孔入口の流量係数は大きな値となる。する
と、全噴孔面積が有効に使われるため、圧損はなく、高
い噴射率が得られる。このような燃料噴射ノズルの形状
ならびに位置関係をもつことにより、燃料噴射ノズルは
ニードル弁１５のリフト量の変化に従いニードル弁１５
と噴孔２８、２９間の幾何学的位置を変化させ、流体特
性の変化をもたらし、有効噴孔面積を変化させる。なお
、噴孔２８、２９間の開孔角度の差異にもとづく噴霧形
態は、開孔位置を変更することで補正することができ、
また差をつけることもできる。

【００１６】次に前記第１実施例（実施例１）と従来の
比較例１および比較例２とを対比すると次のとおりであ
る。図１０に示される比較例１による燃料噴射ノズル４
０は、標準ノズル形のもので、円筒状のサック室４１を
有し、ニードル弁１５に形成される先端円錐面４２と噴
孔２８、２９の入口との間には比較的大きな距離がある
。この距離が噴孔２８、２９の流量係数μＨ　に与える
影響は少なく、この標準ノズル形の燃料噴射ノズルでは
ほぼμＨ　＝１となる。この標準ノズル形の燃料噴射ノ
ズル４０を流体的にモデル化した図が図１１に示される
。 この場合のサック室４１の圧力ＰＳ　とノズル室４３の
圧力ＰＤ　は、数１の関係式をもつ。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここにＰＤ　：ノズル室圧、ＰＳ　：サッ
ク室圧、ＰＺ　：燃焼室圧、μＤ　：シート部流量係数
、μＨ：噴孔流量係数、ＦＤ　：シート部流路面積、Ｆ
Ｈ　：噴孔面積である。噴孔面積ＦＨ　は一定であるた
め、圧力比ＰＳ　／ＰＤ　は、シート部流路面積ＦＤに
影響される。図１２に示されるように噴孔面積ＦＨ　は
、ニードル弁１５のリフト量に応じて変化するから、圧
力比ＰＳ　／ＰＤ　は、ニードル弁１５のリフト量によ
って変化する。

【００１９】図１３に示される比較例２による燃料噴射
ノズル５０は、ＶＣＯノズル形のもので、ノズルボディ
１４の円錐面５１に噴孔２８、２９が開口され、ニード
ル弁１５の閉弁時、ニードル弁１５の第２傾斜面３３と
噴孔２８、２９の入口間の距離がほとんど零である。

【００２０】次に、前記比較例１および比較例２と前記
実施例１のニードルリフトと噴孔流量係数との関係の測
定結果を図４に示す。図４に示されるように、比較例１
はニードル弁１５のリフト量にほとんど影響せず噴孔流
量係数μＨはほぼ一定であり、比較例２および実施例１
は、ニードル弁１５のリフト量に応じて噴孔流量係数μ
Ｈ　が変化する。このニードルリフト量をニードル弁１
５と噴孔２８、２９との間の距離（ニードル弁と噴孔入
口距離）Ｌに置換してこれをグラフにすると図５に示す
ようになる。ニードル弁と噴孔入口間距離Ｌは、噴孔流
量係数μＨ　との関係において、図５に示される関係に
ある。図５に示されるように、ニードル弁と噴孔入口間
距離Ｌが約０．３ｍｍ以下の距離になると比較例２およ
び実施例１の噴孔流量係数μＨ　は、次第に小さくなる
。これは、各種圧力損失、特に分岐損失、曲がり損失が
流路面積この場合ニードル弁と噴孔入口間距離Ｌの関数
で変化していくためである。

【００２１】ニードルリフト量と圧力比ＰＳ　／ＰＤ　
との関係について比較例１および比較例２と前記実施例
１と対比した結果を図６に示す。図６に示されるように
、ニードルリフト量が小さいとき、実施例１は比較例１
よりも高い圧力比ＰＳ　／ＰＤ　を示す。この結果より
、前記実施例１の燃料噴射ノズルによると、ニードル弁
１５の小リフト時、噴孔流量係数μＨ　を小さくするこ
とにより噴射率を低減することができ、また小リフト時
の実噴射圧すなわちサック室圧ＰＳ　を標準ノズルの比
較例１よりも高くすることができるため、燃料の噴霧が
微粒化されて貫通力を大きくすることができることが解
る。

【００２２】また本発明の前記実施例１による燃料噴射
ノズルでは、ノズルが内燃機関に傾いて取付けられた場
合、噴霧が噴孔間で均一であり、またニードルリフト量
に応じて噴射率の制御を可能とし良質な噴霧を得ること
ができる。これに対し比較例２による燃料噴射ノズルは
、噴孔間で距離Ｌを均一に変えることができず、ノズル
が傾いてディーゼル機関に取付けられた場合、噴孔間で
ノズル中心に対し傾斜角が異なると、噴霧が噴孔間で不
均一となる。またニードルリフトが大きいとき、流量係
数が小さいままであり圧力損失が大きく、噴射径の駆動
損失が大となる。

【００２３】次に、噴射開始からの経過時間と噴霧粒径
との関係を図７に示す。図７に示す測定結果は、下記の
測定条件のもとで得られた。噴射圧：１００ＭＰａ、噴
射量３０ｍｍ３　／行程、雰囲気圧１ＭＰａ（Ａｒガス
中）であった。本発明の前記実施例１による平均噴霧粒
径は、比較例１および比較例２による平均噴霧粒径より
も小径であることが解る。すなわち前記実施例１による
燃料噴射ノズルでは、噴霧燃料が微粒化されて霧化特性
の良い噴霧が得られることが理解できる。

【００２４】次に、本発明の第２実施例（実施例２）に
よる燃料噴射ノズルを図８に示す。第２実施例では、ニ
ードル弁１５の先端に第３の円錐部６１を形成した例で
ある。ニードル弁１５のリフト量が零のとき、ニードル
弁１５と噴孔２８、２９との距離Ｌａ、Ｌｂが設定され
ている。また個々の噴孔２８、２９のノズル中心に対す
る傾斜角δ３　、δ４　による曲がり損失の差を補正し
、総圧力損失が同じになるように距離Ｌａ、Ｌｂが設定
される。噴孔間の噴霧が均一になり、第１実施例と同等
の効果が得られる。

【００２５】本発明の第３実施例による燃料噴射ノズル
を図９に示す。第３実施例による燃料噴射ノズル７０で
は、ニードル弁１５の先端部に球形部７１を形成してい
る。この球形部７１の形成によって噴孔２８、２９の入
口部とニードル弁１５の先端との距離Ｌａ、Ｌｂを選定
し、所定の噴霧特性が得られるようにされている。以上
のように、本発明の実施例によると、ノズルサックボリ
ュームを減らし、噴射率をニードルのリフト量で制御す
る構成であるから、良質な噴霧を得ることができ、噴孔
間の噴霧のばらつきを抑えることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の燃料噴射
弁によれば、噴孔の入口部にニードルが所定の距離Ｌを
もつように設定し、噴孔入口有効流路の面積をニードル
のリフト量に従い流体的に可変とする形状としたため、
燃料の噴霧特性を改善することができるという効果があ
る。

【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弁のノズル
部を示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施例による燃料噴射弁をディー
ゼル機関に取付けた状態を示す部分断面図である。

【図３】本発明の第１実施例による燃料噴射弁を示す断
面図である。

【図４】ニードルリフトと噴孔流量係数の関係を示す特
性図である。

【図５】ニードルおよび噴孔間距離と噴孔流量係数の関
係を示す特性図である。

【図６】ニードルリフトと圧力比の関係を示す特性図で
ある。

【図７】噴射開始からの経過時間と噴霧粒径との関係を
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弁のノズル
部を示す断面図である。

【図９】本発明の第３実施例による燃料噴射弁のノズル
部を示す断面図である。

【図１０】従来の比較例１による燃料噴射弁のノズル部
を示す断面図である。

【図１１】従来の比較例１による燃料噴射弁の流体モデ
ルを示す説明図である。

【図１２】比較例１によるニードルリフトとシート部流
路面積との関係を示す特性図である。

【図１３】従来の比較例２による燃料噴射弁のノズル部
を示す断面図である。

【符号の説明】

１４　　ノズルボディ（バルブボディ）１５　　ニード
ル弁 ２５　　第１円錐面 ２６　　第２円錐面 ２８　　噴孔 ２９　　噴孔 ３２　　第１傾斜面 ３３　　第２傾斜面 ３４　　接線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端内部に所定の角度をなして形成された
   円錐面と、この円錐面の内部から外部に連通して形成さ
   れた噴孔とを有するバルブボディと、円柱軸体と、この
   円柱軸体の先端に形成され、前記円錐面より小さい角度
   をなし、下端面が前記円錐面と離着する接線をなす第１
   の傾斜面と、この第１の傾斜面の先端に形成され、前記
   円錐面とほぼ等しい角度をなす第２の傾斜面とを有し、
   前記バルブボディ内に移動可能に配されたニードル弁で
   あって、リフト量に応じて前記噴孔入口の有効流路面積
   を可変とするニードル弁とを備え、前記バルブボディ内
   に燃料が圧送されることで前記ニードル弁が開弁し、前
   記噴孔から燃料が噴射されることを特徴とする燃料噴射
   弁。
2. 【請求項２】前記ニードル弁の先端部が前記噴孔の中心
   軸延長上に位置し、ニードル弁の閉弁時にニードル弁の
   先端部と前記噴孔の入口とが所定の距離に設定されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】前記ニードル弁と前記噴孔入口間の距離Ｌ
   が０．１〜０．３ｍｍの範囲にあることを特徴とする請
   求項１に記載の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】前記バルブボディには異なる傾斜角をなす
   複数の噴孔が形成され、バルブボディの中心軸に対して
   大きな傾斜角をなす噴孔が前記円錐面の先端側の位置で
   開孔していることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴
   射弁。