JPH08105368A - ディーゼル機関の噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料噴霧の貫徹力を損なうことなく拡散性を
高くして燃焼室内の空気利用率を向上させる。 【構成】 噴射ノズル２の先端部に設けた噴口６の各断
面における有効長さをノズル２の先端側に至るにつれて
小さくしたことにより、燃料噴霧の貫徹力を損なうこと
なく燃焼室の深さ方向への拡散角度を拡大させつつ、燃
料噴霧の内部に乱れを誘発させて燃焼室内の空気利用率
を高くして燃焼を改善するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼル機関の噴射ノ
ズルに係り、特に、燃焼室空気の取り込み性に優れた燃
料噴霧を得るに適した噴射ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関の燃料供給手段として用
いられる従来の噴射ノズルとしては、例えば実開昭５７
−１５８９７４号公報などに見られるように複数の等径
の噴口を設けたホール型の噴射ノズル、あるいは、実開
平２−５９２６０号公報などに見られるように、噴口の
開口面積を当該噴口到達時点での流量係数に応じて設定
したホール型の噴射ノズルがある。

【０００３】しかしながら、燃料噴霧の貫徹力および拡
散性は噴口の口径、有効長さおよび噴射ポンプの送油率
などに依存して一義的に定められてしまう。従って、上
記のような噴射ノズルを用いたとしても燃料噴霧の貫徹
力を損なうことなく拡散性を高くすることが不可能であ
り、従来の噴射ノズルを用いる限りは燃焼室内の空気の
利用率を高くして燃焼を改善するにも限界があるとされ
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであって、燃料噴霧の貫徹力を損なう
ことなく拡散性を高くして燃焼室内の空気利用率を向上
させることができる噴射ノズルを提供することを課題と
している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、ノズルの先端側に位置する断面における噴
口の有効長さをノズルの基端側に位置する断面における
噴口の有効長さより小さくしたことを特徴としている。

【０００６】

【作用】上記のように構成したディーゼル機関の噴射ノ
ズルにおいて、噴射ポンプから供給された燃料の圧力が
上昇すると、ノズルに設けたニードルがリフトされて噴
口から燃料が噴射される。また、同一の噴口内において
もノズルの先端側に位置する断面における噴口の有効長
さをノズルの基端側に位置する断面における噴口の有効
長さより小さくしている。

【０００７】一方、燃料噴霧の貫徹力および拡散性は噴
口の口径、有効長さおよび噴射ポンプの送油率などに依
存して定められ、噴口の口径および噴射ポンプの送油率
が同一であっても噴口の有効長さが小さくなるにつれて
燃料噴霧の貫徹力が小さくなるとともに拡散性が大きく
なる。このために、ノズルの先端側に位置する断面から
噴射された燃料噴霧ほど貫徹力が小さくなるとともに拡
散性が大きくなるために、噴口の開口方向などを従来と
同一に設定したとしても、燃料噴霧の拡散範囲が燃焼室
の中央側に拡大されて燃焼室内の広い領域において空気
と混合される。よって、燃焼室内における空気利用率が
高くなり、燃焼が改善されて黒煙および未燃成分の排出
量が減少する。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて詳細に
説明する。図１は本発明に係るディーゼル機関の噴射ノ
ズルの一実施例を示すノズル先端部分の断面図、図２は
図１に示したノズルによる燃料噴霧と燃焼室の関係を示
す断面図であり、シリンダヘッド１に取り付けた噴射ノ
ズル２の先端をピストン３の頂面に凹設した燃焼室４に
臨ませている。なお、噴射ノズル２には従来同様にニー
ドル５を設けている。また、放射方向に向って開口する
６個の噴口６を噴射ノズル２の先端に設けることによ
り、ニードル５がリフトされたときにこれらの噴口６か
ら燃焼室４に燃料を噴射供給するようにしている。

【０００９】ここに、噴射ノズル２の先端外周面を噴口
６の開口端においてノズル１の先端に至るにつれて中心
側に変位するように凹入湾曲する段付面７で構成するこ
とにより、噴口６の各断面における有効長さを先端側に
至るに従って小さくしている。８はサック部、９は噴口
３に対向させて燃焼室６に設けた凹部、１０はシリンダ
ライナである。

【００１０】以上のように構成した噴射ノズルにおい
て、図示しない噴射ポンプから供給された燃料の圧力が
上昇すると、ニードル５がリフトされて噴口６から燃料
が噴射される。このような噴射に際して、噴口６におけ
る各断面の有効長さが同一である場合は各断面における
噴射速度が同一であるために、図１に示すように噴口６
の中心線ａを挟んだ上下対象の角度αの範囲内で燃料噴
霧が拡散する。

【００１１】しかしながら、実施例のように噴射ノズル
６の先端部の外周面に段付面７を形成し、この段付面７
において噴口６を開口させることにより、噴口６の各断
面における有効長さをノズル２の先端側ほど小さくした
場合は、ノズル２の先端側の断面からの燃料の噴射速度
が低くなって拡散性が高くなる。このために、噴口６の
上端近傍においては燃料噴霧が従来と同程度に拡散され
るが、噴射速度が低い下方においては拡散度が大きくな
るために、図１に角度βで示したように燃料噴霧の拡散
角度が燃焼室４の底部側に拡大される。なお、燃料噴霧
の噴射速度は部分的に低くなっているのみであり、噴口
６の中心線ａより上方の断面部分においては噴射速度が
高くなっているために、前記のように拡散性が高くなる
にも拘らず充分な貫徹力が確保される。

【００１２】従って、噴口６の口径およびコーン角（噴
射ノズル２の中心線ｂと噴口６の中心線ａが形成する角
度）を従来と同一にした場合においても、図２に示した
ようにピストン３に凹設した燃焼室４の周壁の全域に沿
って燃料を噴射供給することができる。また、噴口６の
各断面における燃料の噴射速度が異なるために、燃料噴
霧の内部に乱れが生じ、この乱れにより空気の取り込み
性が改善される。

【００１３】すなわち、本実施例によれば燃料噴霧の貫
徹力を損なうことなく拡散角度を大きくできるとともに
その内部に乱れを誘発させることができるために、燃焼
室４内において空気と積極的に混合されることになり、
空気利用率が高くなって燃焼が改善される。さらに、噴
口６の各断面における燃料噴霧の速度差は噴射ポンプの
送油率の大きさに関係なく現れるために、機関の回転数
が低くて噴射ポンプの送油率が低い領域での運転時はも
とより、回転数の増大にともなって噴射ポンプの送油率
が高くなった場合においても燃焼室４内の空気利用率が
高くなる。

【００１４】図３は本発明に係る噴射ノズルの他の実施
例を示すノズル先端部分の断面図であり、この実施例に
おいては噴口６を主噴口６ａと副噴口６ｂで構成し、噴
射ノズル２の先端部外周面を各噴口６ａ、６ｂの開口端
において凹入湾曲する段付面面７ａ、７ｂで構成して主
噴口６ａおよび副噴口６ｂにおける各断面の有効長さを
ノズル２の先端側に至るにつれて小さくしている。ま
た、本実施例においては副噴口６ｂを主噴口６ａより噴
射ノズル２の先端側に位置させるとともに、副噴口６ｂ
を主噴口６ａより小径にすることにより、副噴口６ｂの
開口面積を主噴口６ａの開口面積の３５％〜６５％にす
るとともに、副噴口６ｂのコーン角を主噴口６ａのコー
ン角より小さくしている。

【００１５】このように構成した噴射ノズル２において
も、図示しない噴射ポンプから供給された燃料の圧力が
上昇すると、ニードル５がリフトされて噴口６ａ、６ｂ
から燃料が噴射される。また、このような噴射に際して
は、燃料噴霧の貫徹力を損なうことなく拡散角度が燃焼
室の深さ方向に拡大されることは前記実施例の場合と同
様である。

【００１６】ところで、主噴口６ａおよび副噴口６ｂか
らの噴射量は、各噴口６ａ、６ｂの流路抵抗および噴口
６ａ、６ｂの開口位置による流量係数に依存して変化す
る。従って、噴射ポンプの送油率が低い領域では流路抵
抗が大きい副噴口６ｂからの噴射量は少なくなり、主と
して流路抵抗の小さな主噴口６ａから噴射される。この
ために、噴射ポンプの送油率が低い領域では噴口の有効
開口面積および有効数が少なくなるために、初期噴射率
が抑えられ、静粛な燃焼が行なわれて燃焼音が低くなる
とともに、ＮＯｘの生成が抑制される。

【００１７】一方、機関が高速運転された場合のように
噴射ポンプの送油率が高くなると、燃料の圧力も高くな
る。すると、流路抵抗が大きな副噴口６ｂからもかなり
の量の燃料が噴射されて噴口の有効開口面積および有効
数が増大するために、噴射期間の長期化が防止される。
また、副噴口６ｂから噴射された燃料噴霧は主噴口６ａ
から噴射された燃料噴霧より燃焼室４の中心側に供給さ
れるために、従来は利用が困難であった燃焼室４の中央
部の空気が有効に利用される。

【００１８】従って、本実施例による場合は、ディーゼ
ル機関の回転数の変化にともなって噴射ポンプの送油率
が大きく変動した場合においても、燃焼室４内の空気を
充分に有効利用し、かつ、多量の空気を必要とする領域
では前記したように副噴口６ｂから燃焼室４の中央部近
傍に燃料噴霧を供給することができるために、従来は利
用し難いとされていた燃焼室４の底部の空気も有効に利
用される。よって、噴射ポンプの送油率の大きさに関係
なく常に燃焼が改善されることになり、黒煙および未燃
成分の排出が減少する。

【００１９】なお、副噴口６ｂの開口面積を主噴口６ａ
の開口面積の３５％より小さくした場合は主噴口６ａの
開口面積が相対的に大きくなって初期噴射率が高くなる
とともに、燃料噴霧の微粒化性能が低下するためにＮＯ
ｘおよび黒煙の生成量が増大する。また、副噴口６ｂの
開口面積を主噴口６ａの開口面積の６５％より大きくし
た場合は黒煙の発生を抑制する点では好ましい。しかし
ながら、この場合は噴射ポンプの送油率が低い領域での
副噴口６ｂからの噴射量が増加して初期噴射率が高くな
るために、ＮＯｘの生成量が増加する。従って、主副の
噴口６ａ、６ｂを設けて両噴口６ａ、６ｂの開口面積を
異ならせる場合は、機関の要求性能によっても相違する
が副噴口６ｂの開口面積を主噴口６ａの開口面積の３５
％〜６５％に設定することでＮＯｘおよび黒煙の生成を
ともに抑制することができる。

【００２０】さらに、図３に示した実施例のように主噴
口６ａと副噴口６ｂを噴射ノズル２の軸方向に離間させ
るとともに副噴口６ｂのコーン角を主噴口６ａのコーン
角より小さくして燃焼室４の半径方向への燃料噴霧の拡
散性を高くした場合は、図４に示したように主噴口６ａ
に対向する主凹部９ａおよび副噴口６ｂに対向する副凹
部９ｂを燃焼室４に設けて壁面への燃料噴霧の付着を回
避することが望まれる。

【００２１】上記実施例においては、噴口６、主噴口６
ａおよび副噴口６ｂをともに放射方向に沿わせている
が、これらを燃焼室４に形成される渦流を助長させる方
向に傾斜させて燃料噴霧の拡散性を確保しつつ渦流の減
衰を補償することができる。また、実施例においてはい
ずれも凹入湾曲する段付面７、７ａ、７ｂを噴射ノズル
２の先端部外周面に設けて噴口６、６ａ、６ｂにおける
各断面の有効長さを変化させているが、噴口６、６ａ、
６ｂの開口端部における噴射ノズル２の先端部外周面を
傾斜面で構成して噴口６、６ａ、６ｂの各断面における
有効長さを変化させることができる。さらに、噴口の構
造、数および開口方向などは実施例に限定されるもので
はなく、ディーゼル機関、噴射ポンプもしくは噴射ノズ
ルの仕様などに応じて噴口の構造、数もしくは開口方向
を変更し、もしくは、本発明を二段開弁圧ノズル、ユニ
ットインジェクタあるいは蓄圧式ノズルに適用すること
もできる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、噴口の開口端において噴射ノズルの先端部外周
面をノズルの先端に至るにつれて中心側に変位させて各
断面における噴口の有効長さをノズルの先端部に至るに
つれて小さくして燃料噴霧の貫徹力を損なうことなく燃
焼室の深さ方向への拡散角度を拡大させつつ、燃料噴霧
の内部に乱れを誘発させるようにしているために、燃焼
室内の空気利用率が大幅に高くなって燃焼が改善され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る噴射ノズルの一実施例を示すノズ
ル先端部分の断面図である。

【図２】図１に示したノズルによる燃料噴霧と燃焼室の
関係を示す断面図である。

【図３】本発明に係る噴射ノズルの他の実施例を示すノ
ズル先端部分の断面図である。

【図４】図３に示した噴射ノズルに適した燃焼室の構造
を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ 噴射ノズル ３ ピストン ４ 燃焼室 ５ ニードル ６ 噴口 ６ａ 主噴口 ６ｂ 副噴口 ７、７ａ、７ｂ 段付面 ８ サック部 ９ 凹部 ９ａ 主凹部 ９ｂ 副凹部 １０ シリンダライナ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射方向に向って開口する複数個の噴口
   を先端部に設けた噴射ノズルであって、ノズルの先端側
   に位置する断面における噴口の有効長さをノズルの基端
   側に位置する断面における噴口の有効長さより小さくし
   たことを特徴とするディーゼル機関の噴射ノズル。