JPH0914091A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】噴射を終了したときに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する。 【解決手段】ノズルボディ１０の内部に弁座１７と、こ
の弁座１７に開口された燃料噴射孔１９および上記弁座
１７に連通してサックホール１８を形成し、上記ノズル
ボディ１０に収容されたニードル２０に、上記弁座１７
に着座して上記燃料噴射孔１９を閉止するシート部２２
およびこのシート部の先端に上記サックホールに摺動自
在に嵌合される摺動ピン２３を形成した。上記構成であ
れば、シート部が弁座から離れると燃料が燃料噴射孔を
通じて噴射される。この場合、摺動ピンでせき止められ
ているサックホールに燃料が流れ込むのが抑制され、燃
料噴射孔の入口部で燃料の流速が低下し、静圧が増加す
る。ゆえに燃料噴射孔内の燃料の流速が増加し、噴孔流
量が増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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（Ｖａｌｕｅ
Ｃｏｖｅｒｅｄ Ｏｒｉｆｉｃｅ）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燃料噴射孔が開設され、かつ上記
弁座に連設して先端が閉塞された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して上記燃料噴射孔
を開閉可能に閉止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
嵌合される摺動ピンを有し、最大リフトした場合にもこ
の摺動ピンが上記サックホールに嵌合されるニードル
と；を具備した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、１
０は円筒形のノズルボディ、１１はノズルホルダー、１
２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１
６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１
７の上記サックホール１８に近い箇所には燃料噴射孔１
９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１
５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３
１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２
０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４
１、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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にテーパ形状の弁座が形成されると
   ともにこの弁座に燃料噴射孔が開設され、かつ上記弁座
   に連設して先端が閉塞された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して上記燃料噴射孔を開
   閉可能に閉止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
   される摺動ピンを有し、最大リフトした場合にもこの摺
   動ピンが上記サックホールに嵌合されるニードルと；を
   具備したことを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】 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。