JPH06264845A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、混合気生成のためのエアと燃料
粒との混合時の空気利用率を向上させることのできる燃
料噴射弁を提供することにある。 【構成】 エンジンの基部３に支持され燃料噴霧位置４
に対向配備されるスロットルノズル２１を備え、このス
ロットルノズルのノズル噴孔２２にスロットルノズルの
中心線Ｌ３の方向に作動する環状傾斜面２４ｘ，２４ｙ
を形成された針弁先端部２５を備え、環状隙間ｔを通し
て燃料噴射を行もので、環状傾斜面２４ｘ，２４ｙのス
ロットルノズル中心線Ｌ３に対する傾斜角が、エアの流
動方向Ｘの傾斜角α１よりエアの流動方向と直角な方向
Ｙの傾斜角α２が大きく設定されたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの混合気生成に
用いられる燃料噴射弁、特に、噴霧を行うノズル噴孔と
その内側の針弁先端部とで形成される環状隙間を通して
燃料噴霧を行うスロットルノズルを備えた燃料噴射弁に
関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃料供給系の先端部には燃料
噴射弁が設けられ、この燃料噴射弁によって燃料粒を燃
焼室に供給されるエア中に噴霧して混合気を生成してい
る。ここで、燃料粒とエアとの混合を促進するほど、混
合気の空気利用率が早期に進み、燃焼速度を向上させる
ことが出来る。特に、圧縮着火式のディーゼルエンジン
では燃料粒とエアとの混合を促進して着火性を改善し、
ＮＯxの発生率を低減し、排煙濃度を低減することの必
要性が高い。

【０００３】ところで、渦流室付きのディーゼルエンジ
ンは直噴式ディーゼルエンジンと比べて圧縮比が高く、
燃料粒を渦流室の旋回エア流中に噴霧して比較的早期に
着火を行うことが出来多用されている。例えば、図７及
び図８に示すように、この渦流室付きエンジンはシリン
ダブロック１内の主室Ｃとシリンダヘッド３内に形成さ
れ、ピストン頂面に対して垂直な渦流室中心線Ｌ２を有
する渦流室４とを備え、主室Ｃと渦流室４とは両者に挾
まれた口金２上の噴口５を通して連通されている。

【０００４】このエンジンはシリンダブロック１内でシ
リンダ中心線Ｌ１方向に摺動するピストン６が圧縮上死
点近傍にあるとき、主室Ｃをピストン６の頂面上の凹部
７により形成している。このエンジンの渦流室４は渦流
室中心線Ｌ２を中心とした筒状壁面４０２と、筒状壁面
４０２の上側に連続して形成されると共に上開口５０１
からの上向き流ｆ１を下向き流ｆ２に偏向させる半円球
状のドーム壁面４０１と、筒状壁面の下側に環状傾斜面
４０４を介して連続して形成され下向き流ｆ２を上開口
５０１に向けて流れる低壁流ｆ３に偏向させる低壁面４
０３とを備える。そしてドーム壁面４０１の中央部分に
は渦流室中心線Ｌ２に対して所定量傾斜してインジェク
タ装着孔８が形成され、そこにスロットルノズル型の燃
料噴射弁９が取り付けられている。

【０００５】スロットルノズル型の燃料噴射弁９は図９
に示すように、シリンダヘッド３の渦流室対向部に固着
される保持器９０１と、この保持器９０１の先端に保持
されるスロットルノズル１１とで構成される。スロット
ルノズル１１はそのノズル噴孔１２の内側に上記スロッ
トルノズルのノズル中心線Ｌ３（図９参照）の方向に作
動する針弁１３を備え、同針弁１３はその中央段部１３
１の受ける燃料圧のレベルに応じてノズル中心線Ｌ３の
方向に作動し、その環状シール面１３２をケース１１１
の環状内壁面に接離して開閉作動する。ここで針弁１３
はその先端部にノズル中心線Ｌ３に対して傾斜する環状
傾斜面１４を形成された針弁先端部１５を備え、この針
弁１３が図９に２点鎖線で示す閉弁位置ｐ１より実線で
示す開弁位置ｐ２に作動した際に、ノズル噴孔１２と針
弁先端部１５とで形成される環状隙間ｔを通して燃料噴
射を行うことができる。

【０００６】このような燃料噴射弁９を備えたエンジン
はその圧縮行程でピストン頂面Ｐｆ上の主室Ｃより、噴
口５を通して渦流室４にエアを押し込み、旋回流Ｆを生
成し、スロットルノズル１１より燃料を噴霧する。する
と燃料の噴霧流束は旋回流Ｆによってエアと撹拌され、
混合気が生成され、この混合気が着火して燃焼膨張を開
始する。この燃焼膨張を開始した混合気は噴口５よりピ
ストン頂面Ｐｆに対して所定の噴口角βで噴出され、主
室Ｃに噴出された混合気は噴口中心線Ｌ５（図８参照）
を中心に拡散して主燃焼し、エンジンは燃焼膨張行程を
行うことと成る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】処で、図９及び図１０
に示すように、スロットルノズル１１の針弁先端部１５
の環状傾斜面１４はのノズル中心線Ｌ３に対する傾斜角
α０が全周にわたって一定であり、環状隙間ｔを通して
噴霧される単一の噴霧流束の噴霧角（＝２×α０）は全
周にわたって一定である。このため噴霧流束は旋回流Ｆ
によって拡散される際に、旋回流Ｆの方向に対しては比
較的拡散されるが、旋回流Ｆと直行する旋回中心線Ｌ４
の方向にはあまり拡散されない。

【０００８】このように、スロットルノズル１１を備え
た燃料噴射弁９によって燃料を渦流室４に噴霧した場
合、渦流室４の旋回中心線Ｌ４の方向に対する燃料粒の
拡散が十分になされなかった。このため、この燃料噴射
弁では渦流室４の全域に燃料粒を一様に分散して空気と
燃料粒とが接触する比率、即ち空気利用率を向上させる
が十分に出来なかった。結果として、この燃料噴射弁を
用いた渦流室４の着火性を十分に改善出来ず、燃焼期間
が延びる傾向にあり、機関の排煙濃度を十分に低減出来
ず、燃費も悪化するという問題が有った。本発明の目的
は混合気生成のためのエアと燃料粒との混合時の空気利
用率を向上させることのできる燃料噴射弁を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明はエンジンの基部に支持されると共に上記
エンジンの混合気生成のためのエアが流動する所定の燃
料噴霧位置に対向配備されるスロットルノズルを備え、
上記スロットルノズルのノズル噴孔の内側に上記スロッ
トルノズルの中心線の方向に作動すると共に上記スロッ
トルノズル中心線に対して傾斜する環状傾斜面を形成さ
れた針弁先端部を備え、上記ノズル噴孔と上記針弁先端
部で形成される環状隙間を通して燃料噴射を行う燃料噴
射弁において、上記針弁先端部の環状傾斜面の上記スロ
ットルノズル中心線に対する傾斜角が、上記エアの流動
方向の傾斜角より上記エアの流動方向と直角な方向の傾
斜角が大きく設定されたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】針弁先端部の環状傾斜面のスロットルノズル中
心線に対する傾斜角が、エアの流動方向の傾斜角より、
エアの流動方向と直角な方向の傾斜角が大きく設定され
たので、エアの流動方向と直角な方向に対してより燃料
粒を大きく拡散噴霧出来、燃料噴霧位置の流動するエア
と燃料粒との混合を促進出来る。

【００１１】

【実施例】図１の燃料噴射弁２０は図７に示したと同様
の渦流室付きエンジンの渦流室４に装着されている。し
かも、ここでの燃料噴射弁２０は図７乃至図１０に示し
たものと比較して、スロットルノズル２１内のノズル噴
孔２２（図３参照）及び針弁２３の構成のみが異なり、
ここでは同一部分には同一符号を付し、重複説明を略
す。図１の渦流室４の燃料噴射弁装着孔８には、そこに
スロットルノズル型の燃料噴射弁２０が取り付けられ
る。この燃料噴射弁２０はシリンダヘッド３の渦流室対
向部に固着される保持器２０１と、この保持器２０１の
先端に保持されるスロットルノズル２１とで構成され
る。図３に示すように、スロットルノズル２１はそのノ
ズル噴孔２２を真円に形成され、その内側にノズル中心
線Ｌ３の方向に作動する針弁２３を備え、同針弁２３は
その中央段部２３１の受ける燃料圧のレベルに応じてノ
ズル中心線Ｌ３の方向に作動し、その環状シール面２３
２をケース２１１の環状内壁面に接離して開閉作動す
る。

【００１２】ここで針弁２３はその先端部に針弁先端部
２５を備え、同針弁先端部２５はその外周にノズル中心
線Ｌ３に対する傾斜角α１，α２が異なる環状傾斜面２
４ｘ，２４ｙを形成される。即ち、旋回流Ｆの方向であ
るＸ方向の環状傾斜面２４ｘは図３に示すように、その
傾斜角α１が比較的小さく、旋回流Ｆの方向と直角な方
向であるＹ方向の環状傾斜面２４ｙは図４に示すよう
に、その傾斜角α２が比較的小さく形成される。このよ
うな針弁先端部２５に対してそれと対向するノズル噴孔
２２は真円である。このため、ノズル噴孔２２と針弁先
端部２５とで形成される環状隙間ｔ（図５参照）を通し
て燃料噴射が成された場合、Ｘ方向の噴射角は図１、図
３に示すように２×α１となり、Ｙ方向の噴射角は図
２、図４に示すように２×α２となり、Ｘ方向よりＹ方
向、即ち、旋回流Ｆの方向と直角な方向により大きく燃
料粒が分散して噴霧されるように成る。

【００１３】図３、図４に示すスロットルノズル２１の
ケーシング２１１には針弁２３の中央段部２３１側に燃
料を導く燃料路２６が形成され、同路には周知の高圧燃
料供給系が連結されている。更に、図３、図４には針弁
２３の側壁に固着されるピン２８と、同ピン２８をノズ
ル中心線Ｌ３の方向にのみガイドするケーシング２１１
内壁の長溝２９を示した。ここで、ピン２８と長溝２９
の働きによって針弁２３のノズル中心線Ｌ３回りの回転
を規制出来る。このような燃料噴射弁９を備えたエンジ
ン（図７参照）はその圧縮行程で主室Ｃより噴口５を通
して渦流室４にエアを流入させ、燃料噴射弁２０によっ
て旋回流Ｆ中に燃料粒を噴霧して燃料とエアの混合気を
生成し、この混合気を着火させた上で噴口５より主室Ｃ
に噴出させて主燃焼を完了させる。

【００１４】この際、燃料噴射弁のスロットルノズル２
１は図示しない高圧燃料噴射ポンプよりの高圧燃料を燃
料路２６を通して中央段部２３１で受け、その燃料圧の
レベルが所定の開弁圧を上回った時点で針弁２３を閉弁
位置Ｐ１より開弁位置Ｐ２に切換え、ノズル噴孔２２と
針弁先端部２５とで形成される環状隙間ｔを通して燃料
噴射が成される。この時の噴霧流束の分布はＸ方向の噴
射角２×α１に対してＹ方向の噴射角２×α２が十分に
大きいため、旋回流Ｆの方向と直角なＹ方向には十分に
大きな噴射角２×α２で燃料粒が拡散され、Ｘ方向には
比較的小さな噴射角２×α１で燃料粒が噴霧されてもこ
の方向の燃料粒は旋回流Ｆの働きでＸ方向に大きく拡散
される。結果として、この燃料噴射弁によれば、燃焼室
４の全域に燃料粒が拡散され、エアと十分に混合され空
気利用率を向上させることができ、この点から着火性が
改善されることと成る。

【００１５】このような燃料噴射弁２０を用いた図１の
エンジンでは早期着火が成され、主室Ｃ中のエアと早期
に燃焼が進み、燃焼期間が短縮され、機関の排煙濃度を
低減出来、燃費も改善される。更に、図６（ａ）には、
本発明の他の実施例としての燃料噴射弁３０を示した。
この燃料噴射弁３０は図７に示したと同様の渦流室付き
エンジンの渦流室４に装着されている。しかも、ここで
の燃料噴射弁２０は図１乃至図５に示したものと比較し
て、スロットルノズル３１内に２つのノズル噴孔３２及
び２つの針弁先端部３５を一体的に有した針弁３３を設
けた点でのみその構成が異なり、ここでは重複説明を略
す。

【００１６】図６（ａ）の燃料噴射弁３０はシリンダヘ
ッド３の渦流室対向部に固着される保持器３０１と、こ
の保持器３０１の先端に保持されるスロットルノズル３
１とで構成される。スロットルノズル３１はノズル中心
線Ｌ３の方向に沿って互いに並行に２つのノズル噴孔３
２を形成される（図６（ｂ）参照）。各ノズル噴口３２
の内側にはノズル中心線Ｌ３の方向に作動する針弁先端
部３５をそれぞれ備え、２つの針弁先端部３５を一体的
に備える針弁３３はその中央段部３３１の受ける燃料圧
のレベルに応じてノズル中心線Ｌ３の方向に作動し、２
つの環状シール面３３２をケーシング３１１の２つの環
状内壁面に接離して開閉作動する。

【００１７】ここで２つの針弁先端部３５はノズル中心
線Ｌ３と並行な２つの先端中心線Ｌ３’、Ｌ３’を中心
に形成されている。各針弁先端部３はその外周に沿って
傾斜角α１，α２が異なる環状傾斜面３４ｘ，３４ｙを
形成される。即ち、旋回流Ｆの方向であるＸ方向の環状
傾斜面２４ｘの傾斜角α１は比較的小さく、旋回流Ｆの
方向と直角な方向であるＹ方向で外側（２つの針弁先端
部３５が互いに対向する内側は環状傾斜面２４ｘと同様
の形状）の環状傾斜面３４ｙの傾斜角α２は比較的大き
く形成される。

【００１８】このような燃料噴射弁３０で燃料噴射が成
された場合、Ｘ方向の噴射角は図１と同様に２×α１と
なり、Ｙ方向の噴射角は２×α２で、噴霧幅は２つのノ
ズル中心線Ｌ３の間隔ｅ分が図１の燃料噴射弁２０より
も大きくなる。このため、Ｘ方向よりＹ方向、即ち、旋
回流Ｆの方向と直角な方向により大きく燃料粒を分散し
て噴霧でき、結果として、この燃料噴射弁によれば、図
１の燃料噴射弁と同様の効果が得られ、特に、燃焼室４
の全域に燃料粒がより大きく拡散して燃料粒とエアとを
十分に混合して空気利用率を向上させることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、針弁先
端部の環状傾斜面のスロットルノズル中心線に対する傾
斜角の内、特にエアの流動方向と直角な方向の流動直角
方向傾斜角が大きく設定し、同方向に対してより燃料粒
を大きく拡散噴霧出来るので、燃料噴霧位置の広範囲に
燃料粒を噴霧出来、エアと十分に混合出来、空気利用率
を向上させることができ、この点からこの燃料噴射弁の
装着されるエンジンの着火性を改善出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料噴射弁を備えた渦流室付きエンジ
ンの要部概略断面図である。

【図２】図１のエンジンの渦流室の要部平断面図であ
る。

【図３】図１中の燃料噴射弁の拡大要部断面図である。

【図４】図３の燃料噴射弁の側方視における要部断面図
である。

【図５】図３の燃料噴射弁のノズル噴孔の正面図であ
る。

【図６】（ａ）は本発明の他の実施例としての燃料噴射
弁の拡大要部断面図である。（ｂ）は同上燃料噴射弁の
ノズル噴孔の正面図である。

【図７】従来燃料噴射弁を備えたエンジンの要部概略断
面図である。

【図８】図７のエンジンの渦流室の要部平断面図であ
る。

【図９】図７中の燃料噴射弁の拡大要部断面図である。

【図１０】図７中の燃料噴射弁のノズル噴孔の平面図で
ある。

【符号の説明】

１ シリンダブロック ３ シリンダヘッド ４ 渦流室 ５ 噴口 ６ ピストン ２０ 燃料噴射弁 ２１ スロットルノズル ２０１ 保持器 ２２ ノズル噴孔 ２３ 針弁 ２４ｘ 環状傾斜面 ２４ｙ 環状傾斜面 ２５ 針弁先端部 ３２ ノズル噴孔 ３３ 針弁 ３４ｘ 環状傾斜面 ３４ｙ 環状傾斜面 ３５ 針弁先端部 α１ 噴射角 α２ 噴射角 Ｆ 旋回流 Ｐｆ ピストン頂面 Ｃ 主室 ｔ 環状隙間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの基部に支持されると共に上記エ
   ンジンの混合気生成のためのエアが流動する所定の燃料
   噴霧位置に対向配備されるスロットルノズルを備え、上
   記スロットルノズルのノズル噴孔の内側に上記スロット
   ルノズルの中心線の方向に作動すると共に上記スロット
   ルノズル中心線に対して傾斜する環状傾斜面を形成され
   た針弁先端部を備え、上記ノズル噴孔と上記針弁先端部
   で形成される環状隙間を通して燃料噴射を行う燃料噴射
   弁において、上記針弁先端部の環状傾斜面の上記スロッ
   トルノズル中心線に対する傾斜角が、上記エアの流動方
   向の傾斜角より上記エアの流動方向と直角な方向の傾斜
   角が大きく設定されたことを特徴とする燃料噴射弁。