JPH085341Y2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、ディーゼルエンジン用の燃料噴射ノズル
に関するものである。

［従来の技術］ 燃料噴射ノズルには実開昭57−8362号公報に開示され
たタイプのものがある。この燃料噴射ノズルは第11図、
第12図に示すような構造をなしている。

即ち、ノズルボディ１の摺動孔２に針弁３がその軸線
方向へ摺動可能に挿通されている。針弁３の先端部分は
若干大径のヘッド部４になっていて、ヘッド部４は摺動
孔２から外方へ突出している。摺動孔２の先端縁は、ノ
ズルボディ１の先端に接近するにしたがって徐々に拡径
するテーパ孔５に連なっており、このテーパ孔５におい
て針弁３のヘッド部４の外周縁が当接する部分がシート
部６になっている。針弁３の基端側はノズルホルダ７の
収納孔８に挿入されている。針弁３は収納孔８内に配置
されたスリーブ９を貫通し、更にその基端にばね受け部
材10が外嵌固定されていて、このばね受け部材10には中
間部材11及び受圧部材12が固定されており、これらは針
弁３とともに移動する。針弁３はスリーブ９とばね受け
部材10の間に介装されたノズルスプリング13によってノ
ズルホルダ７に接近する方向（図中上方）へ付勢され、
通常は閉弁状態を保持するようになっている。針弁３に
はその基端面から先端側に向かって中心軸に沿って燃料
通路14が形成されており、その先端はヘッド部４の近傍
に達している。針弁３の先端部には複数の噴孔15が形成
されている。噴孔15の一端はノズルボディ１に対する摺
動面に開口し、他端は燃料通路14に連なっている。ノズ
ルホルダ７には収納孔８に連なる燃料通路16が形成され
ている。上記両燃料通路14,16は、中間部材11及び受圧
部材12に設けられた孔を介して接続されている。

上記燃料噴射ノズルにおいては、燃料噴射ポンプから
圧送された燃料がノズルホルダ７の燃料通路16に供給さ
れる。すると、燃料の圧力によって針弁３がノズルスプ
リング13の弾発力に抗して下方へ移動せしめられ、その
結果、針弁３のヘッド部４がノズルボディ１のシート部
６から離間して開弁状態になるとともに、噴孔15の開口
17が摺動孔２から外方に露出して、ここから燃料が噴射
される。尚、各噴孔15から噴射される燃料の貫通力を同
等にするために、各噴孔15の内径は同一にされており、
又、針弁３の中心軸と各噴孔15の中心軸とのなす角θを
等しくして噴孔15の長さを等しくしている。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、この燃料噴射ノズルの場合には燃料が噴孔
15から噴射されるので、噴射は方向性を有している。し
たがって、針弁３が回転するとそれに伴って燃料の噴射
方向も回転してしまい、エンジン性能が不安定になる等
の問題を生ずるため、針弁３を回転不能にする機構を設
ける必要があった。従来の燃料噴射ノズルにおいては、
第11図に示すように、針弁３のノズルボディ１に対する
摺動面に軸線方向に沿う溝18を形成し、ノズルボディ１
の摺動孔２に固定したガイドピン19の先端を上記溝18に
挿入させ、溝18とガイドピン19とを摺動可能に係合させ
ることによって行っていた。しかしながら、この構造の
ものでは、溝18とガイドピン19との間に渋りが発生して
作動不良を起こす場合がある等、改良の余地があった。

又、周知のようにシリンダヘッドには燃料噴射ノズル
の他に吸気弁や排気弁等が設置されるため、吸気弁等の
他の機器の配置関係から、燃料噴射ノズルを燃焼室の中
央真上から燃焼室の中心に向けて取り付けることができ
ず、燃焼室に対し斜めに差し込むように取り付けざるを
得ない場合がある。しかしながら、従来の燃料噴射ノズ
ルをこのような姿勢に取り付けると、針弁３の中心軸に
対する各噴孔15の中心軸の傾きが同一であるため、燃焼
室に対する燃料の噴射方向が偏ってしまい、燃焼室全体
に燃料を噴射させることができないという不具合があっ
た。この不具合を解消するために、燃料噴射ノズルの取
り付け角度に応じて、針弁３の中心軸に対する各噴孔15
の中心軸の傾きを個々に変えるという方法もあるが、こ
の方法では噴射方向についての問題は解決されるもの
の、個々の噴孔15の長さが相違するため、燃料の貫通力
が噴孔毎に相違して、各噴孔15からの燃料噴射がばらつ
くという不具合が生じた。

この考案は上述従来の技術の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、構造が簡単で作
動不良のない燃料噴射方向不変機構を有し、且つ、燃焼
室に対する取り付け姿勢が傾いていても燃焼室に良好な
燃料噴射を行うことができる燃料噴射ノズルを提供しよ
うとするところにある。

［課題を解決するための手段］ この考案は上記目的を達成するためになされたもの
で、その要旨は、ノズルボディの摺動孔に針弁がその軸
線方向へ摺動可能に挿通され、ノズルボディの先端部に
は摺動孔よりも径方向外側に位置するシート部が形成さ
れていて、摺動孔から突き出た針弁のヘッド部が上記シ
ート部に着座することにより閉弁状態になり、針弁が軸
線方向先端側へ移動してヘッド部がシート部から離間す
ることにより開弁状態になる燃料噴射ノズルにおいて、
上記針弁には、軸線方向に沿って内部に形成された第１
燃料通路と、一端がノズルボディに対する摺動面に開口
し他端が上記第１燃料通路に連なる第２燃料通路とが設
けられ、ノズルボディの先端部には、摺動孔の内周面に
形成された環状溝からなる均圧室と、一端がこの均圧室
の側壁に開口し他端が針弁ヘッド部に対する対向面であ
ってシート部よりも径方向内側にて開口する複数の同一
内径の噴孔とが設けられ、上記均圧室の側壁の縦断面形
状が各噴孔の上記他端開口を中心とした同一半径からな
る円弧をなすように形成されていることを特徴とする燃
料噴射ノズルにある。

［作用］ この考案の燃料噴射ノズルでは、噴孔が固定系である
ノズルボディに設けられ、且つ、噴孔の一端が摺動孔の
内周面に形成された環状の均圧室に連なっており、この
均圧室に針弁の第２燃料通路から燃料が供給されるの
で、針弁が回転しても燃料の噴射方向を一定不変にする
ことができる。

又、均圧室の側壁の縦断面形状が各噴孔の出口側開口
を中心とした同一半径からなる円弧をなすように形成さ
れていることにより、針弁の中心軸に対する個々の噴孔
の中心軸の傾きを相違させても、各噴孔の長さを同一寸
法にすることができ、しかも、各噴孔の内径が同一寸法
にされていることにより、燃料の貫通力が噴孔毎に相違
するということがなく、殆ど同等になる。したがって、
燃料噴射ノズルを燃焼室に対して傾斜姿勢に取り付けた
場合にも、良好な燃焼条件が得られるように燃料を噴射
させることができる。

［実施例］ 以下、この考案の実施例を第１図から第10図までの図
面に基づいて説明する。

第１図から第４図の図面はこの考案による燃料噴射ノ
ズル30の一実施例を示しており、第１図は燃料噴射ノズ
ル30の全体縦断面図、第２図は閉弁状態における同先端
部の拡大断面図、第３図及び第４図は開弁状態における
同拡大断面図である。

燃料噴射ノズル30は、ノズルボディ31と針弁32とノズ
ルホルダ33とを具備している。ノズルボディ31はノズル
ナット34によってノズルホルダ33に連結固定されてお
り、ノズルホルダ32との間に取り付けられたノックピン
35によって回転不能にされている。ノズルボディ31の先
端部は截頭円錐状をなし、その先端面36は先端部外周面
31aよりも軸線に対する傾斜角が大きいテーパ面になっ
ている。ノズルボディ31は、基端面から先端に向かって
中心軸に沿って延び先端面36に開口する摺動孔37を有し
ている。この摺動孔37に針弁32がその軸線方向へ摺動可
能に挿通されており、上記先端面36の外周縁が針弁32に
対するシート部36aになっている。

ノズルボディ31の先端近傍に位置する摺動孔37の内周
面にはその全周に亙って環状の溝からなる均圧室38が形
成されている。又、ノズルボディ31の先端部には周方向
等間隔に同一内径の４つの噴孔39が形成されている。各
噴孔39は一端を上記均圧室38の側壁38aに開口させ、他
端をノズルボディ31の先端面36においてシート部36aに
極めて接近した位置に開口させている。第４図に示すよ
うに、各噴孔39の他端開口39aの中心は全てノズルボデ
ィ31の軸心に直交する一平面上に位置している。一方、
各噴孔39の中心軸はノズルボディ31の中心軸に対する傾
きを異にしており、各噴孔39の傾斜角度は、燃焼室内に
燃料が満遍なく噴射されるように、燃料噴射ノズル30の
燃焼室に対する取り付け角度に応じて個々に最適角度に
設定されている。又、均圧室38の側壁38aの縦断面形状
は、上記各噴孔39の他端開口39aを中心とした同一半径
Ｒの円弧をなすように形成されている。したがって、各
噴孔39の長さは全て同一長さになっている。

針弁32はロッド部40とロッド部40の先端に形成された
錨形のヘッド部41とから構成されており、ヘッド部41を
摺動孔37から外方へ突出させている。ヘッド部41の付け
根部42は基端側に戻りながら拡径するテーパ面になって
おり、この付け根部42の外周縁が閉弁時において前記ノ
ズルボディ31のシート部36aに着座するようになってい
る。又、この時に、付け根部42とノズルボディ31の先端
面36との間には断面楔形の空間が形成されるようになっ
ており、ノズルボディ31の先端部外周面31aとヘッド部4
1の外周テーパ面43とが面一になるようになっている。
針弁32のロッド部40の基端側は摺動孔37を貫通してノズ
ルホルダ33の収納孔44に挿入されている。針弁32にはロ
ッド部40の基端面から先端に向かって中心軸に沿って延
びる第１燃料通路45が形成されており、第１燃料通路45
の先端はヘッド部41に達している。ロッド部40において
ヘッド部41の近傍に位置する部位には第２燃料通路46が
形成されている。第２燃料通路46は、ロッド部40の外周
面に全周に亙って形成された環状溝47と、この環状溝47
と第１燃料通路45とを接続する複数の連通孔48とから構
成されている。第２図に示す閉弁状態において、上記環
状溝47とノズルボディ31の均圧室38とは針弁31の軸線方
向に所定寸法（以下、これをスロットル長さという）Ｌ
だけ離間して位置するようになっている。尚、連通孔48
は一つでもよい。

一方、ノズルホルダ33の収納孔44に挿入された針弁32
のロッド部40は、収納孔44内に収容された最大リフトセ
ット用シム49及びスリーブ50を貫通している。又、ロッ
ド部40の基端部にはストッパー51が離脱不能に外嵌され
ている。針弁32はスリーブ50とストッパー51との間に介
装されたノズルスプリング52によってノズルホルダ33に
接近する方向（図中上方）に付勢されており、これによ
って通常は閉弁状態を維持するようになっている。尚、
針弁32の開弁圧は、ストッパー51とノズルスプリング52
の間に開弁圧調整用シム53を介装することによって所望
に設定されている。又、針弁32の最大リフトはストッパ
ー51がスリーブ50の上端に突き当たることにより規制さ
れる。

ノズルホルダ33にはその基端面から先端に向かって延
びる燃料通路54が形成されており、燃料通路54の先端は
収納孔44に連なっている。ノズルホルダ33の基端部外周
面は雄ねじ部55にされており、ここに一端を燃料噴射ポ
ンプに接続された燃料供給パイプ（いずれも図示せず）
の他端が接続されるようになっている。

次に、上記燃料噴射ノズル30の作用について説明す
る。

今、閉弁状態にある燃料噴射ノズル30に燃料噴射ポン
プから燃料が圧送されくると、ノズルホルダ33の燃料通
路54と収納孔44、及び針弁32の各燃料通路45,46内の燃
料圧力が上昇し、これによってノズルスプリング52の弾
発力に抗して針弁32が下降し始める。その結果、針弁32
のヘッド部41がノズルボディ31のシート部36aから離間
して開弁状態になる。

針弁32が閉弁状態からスロットル長さＬだけ下降する
までは、即ち第３図に示すように第２燃料通路46の環状
溝47の下端がノズルボディ31の均圧室38の上端に達する
までは、環状溝47は摺動孔37の内周面によって塞がれて
いるので、燃料が第２燃料通路46から直接に均圧室38に
噴射されることはない。しかしながら、針弁32のロッド
部40が摺動孔37に摺動可能にされている限りロッド部40
の外周面と摺動孔37の内周面とは完全に密着しているわ
けではなく、両者間には極めて僅かながら隙間が存在し
ている。そのため、針弁32が閉弁状態からスロットル長
さＬだけ下降する間に、高圧の燃料が微量ながら第２燃
料通路46から上記隙間を通って均圧室38に噴射され、更
に各噴孔39を通って燃焼室内に噴射される。これが第１
次燃料噴射〔Ｉ〕であり、第１次燃料噴射〔Ｉ〕は、貫
通力が小さく、噴射率が低くて、噴射形状が第６図に示
すようにフィルム状にお椀形に広がるという特徴を有し
ている。

そして、第３図の状態から針弁32が更に下降すると、
第４図に示すように環状溝47が徐々に均圧室38内に突き
出てきて、燃料が第２燃料通路46から直接に均圧室38内
に流れ出て、更に各噴孔39から燃焼室内に噴射されるよ
うになる。これが、第２次燃料噴射〔II〕であり、第７
図から第９図は第２次燃料噴射〔II〕の成長過程を示し
たものである。第２次燃料噴射〔II〕は第１次燃料噴射
〔Ｉ〕に比べると、貫通力が大きく、噴射率が高いとい
う特徴があり、噴射形状も第１次燃料噴射〔Ｉ〕のよう
に広がらず、収束性の強いものとなっている。

第５図は、横軸にカム角度をとり、縦軸に貫通力をと
って、第１次燃料噴射〔Ｉ〕と第２次燃料噴射〔II〕を
比較したものであり、角度αはスロットル長さＬに相当
するカム角度である。そして、第６図から第９図に示し
た燃料噴射の様子は、それぞれ第５図におけるＡ点,B
点,C点,D点の時に対応している。尚、第７図から第９図
において第２次燃料噴射〔II〕が開始された後も第１次
燃料噴射〔Ｉ〕が消滅していないのは、実際の燃料噴射
の周期が時間的に非常に短く、先の第１次燃料噴射
〔Ｉ〕が消滅する前に次の第１次燃料噴射〔Ｉ〕が開始
されるため、第１次燃料噴射〔Ｉ〕が連続しているよう
に見えるためである。

このように、この燃料噴射ノズル30では、燃料噴射初
期において噴射率の低い第１次燃料噴射〔Ｉ〕が行わ
れ、噴射後半において噴射率の高い第２次燃料噴射〔I
I〕が行われるという理想的な燃料噴射が行われるよう
になり、ディーゼルノックが非常に発生しにくくなって
エンジンの静粛性が向上し、又、燃焼後の排気ガス中に
NO_X等の有害物質が発生しにくくなり、排気ガスの清浄
化を図ることができる。

尚、第１次燃料噴射〔Ｉ〕の噴射率はスロットル長さ
Ｌの設定を変更することにより適宜調整することができ
る。

又、この燃料噴射ノズル30によれば、噴孔39が固定系
であるノズルボディ31に形成されており、噴孔39の一端
がノズルボディ31の摺動孔37の内周面に設けられた環状
の均圧室38に連なっているので、針弁32が回転しても燃
料の噴射方向が回転することはなく一定不変にすること
ができる。このような構成からなる燃料噴射方向不変機
構は従来のものに比べて構造が非常に簡単で、作動不良
も生じにくいという点で優れている。

更に、この燃料噴射ノズル30は、燃焼室に対する取り
付け角度に応じて、ノズルボディ31の中心軸に対する噴
孔39の中心軸の傾きを予め個々の噴孔39に最適な角度に
設定されているので、各噴孔39からの燃焼室内への燃料
の噴射が一方向へ偏ることがなくなる。しかも、前述し
たように各噴孔39の内径は同径で長さも同寸法になって
いるので、燃料の貫通力が噴孔39毎に相違するというこ
とがなく、殆ど同等にすることができる。したがって、
燃焼室内に燃料を満遍なく噴射させることができ、燃料
の燃焼を良好に行わしめることができる。

第10図は燃料噴射ノズル30の他の実施例におけるノズ
ルボディ31及び針弁32の先端部の断面図である。この燃
料噴射ノズル30と前記実施例のものとの相違点は、ノ
ズルボディ31の先端面36が断面略への字形になっている
こと、針弁32のヘッド部41の付け根部42が断面略への
字形になっていること、これら先端面36と付け根部42
の間に断面略への字形の隙間が形成されること、各噴
孔39の他端開口39aがノズルボディ31の先端面36の屈曲
部に位置していること、である。その他の点は前記第１
実施例の燃料噴射ノズル30と変わりないので、同一態様
部分に同一符号を付してその説明は省略する。この燃料
噴射ノズル30においても、第１実施例のものと同様の効
果を得ることができる。

この考案は上述実施例に制約されず種々の態様が採用
可能である。例えば、上述実施例では針弁32の第２燃料
通路46を環状溝47と連通孔48とから構成しているが、環
状溝47は必ずしも必要ではなく、第２燃料通路46を針弁
の径方向に延びる通路のみから構成しても構わない。

又、実施例では閉弁状態において針弁32の第２燃料通
路46とノズルボディ31の均圧室38とをスロットル長さＬ
だけ離間させたが、スロットル長さを設けなくても構わ
ない。即ち、スロットル長さＬ＝０であってもよいし、
あるいは、閉弁状態においても第２燃料通路46と均圧室
38とが直結するようになっていてもよい。ただし、その
場合には、上述実施例において説明した第１次燃料噴射
は生じなくなり、燃料噴射は上述実施例における第２次
燃料噴射だけが行われることになる。

又、噴孔39の数は４つに限るものではなく、適宜設計
変更が可能である。

［考案の効果］ 以上説明したように、この考案は、以下に記載される
優れた効果を奏する。

この考案の燃料噴射ノズルでは、噴孔を固定系である
ノズルボディに設け、且つ、噴孔の一端を摺動孔の内周
面に形成された環状の均圧室に連ね、この均圧室に針弁
の第２燃料通路から燃料を供給しているので、針弁が回
転しても燃料の噴射方向は一定し不変になるという優れ
た効果が奏される。この燃料噴射方向不変機構は従来の
ものに比べて構造が簡単なだけでなく、作動の確実性も
高く極めて優れている。

又、均圧室の側壁の縦断面形状を、各噴孔の出口側開
口を中心とした同一半径からなる円弧をなすように形成
したことにより、針弁の中心軸に対する個々の噴孔の中
心軸の傾きを相違させても、各噴孔の長さを同一寸法に
することができ、しかも、各噴孔の内径を同一にしたこ
とによって、燃料の貫通力が噴孔毎に相違するというこ
とがなくなり、各噴孔から噴射される燃料の貫通力を同
等にすることができる。したがって、燃料噴射ノズルを
燃焼室に対して傾斜姿勢に取り付けた場合にも、良好な
燃焼条件が得られるように燃料を噴射させることができ
るという優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図から第10図までの図面はこの考案の実施例を示す
ものであり、第１図は第１実施例における燃料噴射ノズ
ルの縦断面図、第２図は同ノズルの閉弁状態を示すノズ
ルボディ及び針弁の先端部の拡大断面図、第３図、第４
図はそれぞれ同ノズルの開弁状態を示す第２図に相当す
る拡大断面図である。第５図は横軸にカム角度、縦軸に
噴射燃料の貫通力をとったグラフであり、第６図から第
９図は第５図のＡ点からＤ点に対応する時点における燃
料噴射の様子を示す図である。又、第10図は他の実施例
における第２図に相当する拡大断面図である。又、第11
図は従来の燃料噴射ノズルの縦断面図、第12図は同ノズ
ルの先端部の拡大断面図である。 30…燃料噴射ノズル、31…ノズルボディ、32…針弁、36
a…シート部、37…摺動孔、38…均圧室、38a…側壁、39
…噴孔、39a…他端開口、41…ヘッド部、45…第１燃料
通路、46…第２燃料通路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ノズルボディの摺動孔に針弁がその軸線方
   向へ摺動可能に挿通され、ノズルボディの先端部には摺
   動孔よりも径方向外側に位置するシート部が形成されて
   いて、摺動孔から突き出た針弁のヘッド部が上記シート
   部に着座することにより閉弁状態になり、針弁が軸線方
   向先端側へ移動してヘッド部がシート部から離間するこ
   とにより開弁状態になる燃料噴射ノズルにおいて、 上記針弁には、軸線方向に沿って内部に形成された第１
   燃料通路と、一端がノズルボディに対する摺動面に開口
   し他端が上記第１燃料通路に連なる第２燃料通路とが設
   けられ、ノズルボディの先端部には、摺動孔の内周面に
   形成された環状溝からなる均圧室と、一端がこの均圧室
   の側壁に開口し他端が針弁ヘッド部に対する対向面であ
   ってシート部よりも径方向内側にて開口する複数の同一
   内径の噴孔とが設けられ、上記均圧室の側壁の縦断面形
   状が各噴孔の上記他端開口を中心とした同一半径からな
   る円弧をなすように形成されていることを特徴とする燃
   料噴射ノズル。