JPH1113595A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼルエンジンから排出される黒煙を効
果的に低減することができる燃料噴射ノズルを提供す
る。 【解決手段】 ホール式の燃料噴射ノズル１１における
噴口９を、ノズルサック８の法線１６を基準として円錐
断面上でオフセットさせる一方、噴口幅を反オフセット
側に拡大させるスリット９ａを少なくとも噴口９の出口
部に設けたことにより、噴口９の各断面における燃料の
流速に差を与えて燃料噴霧を積極的に拡散させ、もっ
て、空気の利用率を改善して黒煙の排出を効果的に減少
させて黒煙の排出を減少させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
に用いられる燃料噴射ノズルに係り、特に、ディーゼル
エンジンから排出される黒煙を効果的に低減することが
できるようにしたホール型の燃料噴射ノズルに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用ディーゼルエンジンのように運
転される回転・負荷域が広いディーゼルエンジンにおい
ては、燃料噴射量の制御範囲が広い。従って、例えば軽
負荷域のように噴射量が少ない運転領域での初期噴射率
を低くしてＮＯｘの生成を抑制すべく噴口径を小さくす
ると、噴射量が多い高負荷域での噴射期間が必要以上に
長くなり過ぎてしまう。

【０００３】また、高負荷域での噴射期間を適正化すべ
く噴口径を大きくすると、軽負荷域においても初期噴射
率が高くなってＮＯｘが生成され易くなる。なお、噴口
径を大きくした場合は燃料噴霧の粒径が大きくなってし
まうために黒煙の排出量が増加する傾向がある。

【０００４】一方、ＮＯｘの生成を抑制するためには、
排気の一部を燃焼室に戻すＥＧＲを行ない、あるいは、
燃料の噴射時期を遅らせるタイミングリタードを行な
い、もしくは、低スワール化することによって空気と燃
料の混合を抑えることが有効であるとされてきた。

【０００５】ところが、ＥＧＲを行なった場合は新気の
充填効率が低下して燃費の悪化および黒煙の増加を招
き、パティキュレートの排出量が増加する懸念がある。
また、タイミングリタードを行なった場合はエンジン性
能が犠牲になり、低スワール化すると空気利用率が低下
して黒煙の排出量が増大する可能性が高くなるというよ
うに、ＮＯｘの生成を抑制しつつ黒煙の排出を減少させ
ることは至難であるとされていた。

【０００６】

【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、ディーゼルエンジンから排
出される黒煙を効果的に低減することができる燃料噴射
ノズルを提供することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては、ホール式の燃料噴射ノズルにおけ
る噴口を、ノズルサックの法線を基準として円錐断面上
でオフセットさせるとともに、噴口幅を反オフセット側
に拡大させるスリットを少なくとも噴口の出口部に設け
たことを特徴としている。なお、ノズルサックの燃料に
旋回流を与える偏向手段を設ける一方、噴口を前記旋回
流の上流側にオフセットさせることにより、黒煙の排出
をより効果的に減少させることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料噴射ノ
ズルの一実施形態を示すノズル先端部の縦断面図、図２
は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図２に示した噴口の入口
部分の断面形状を示す正面図、図４は図２に示した噴口
の出口部分の断面形状を示す正面図、図５は図１に示し
た燃料噴射ノズルによる燃料噴霧の状態を示す燃焼室の
略示平面図である。

【０００９】これらの図において、ノズルボディ１に設
けた燃料溜り２にニードル３の受圧面４を臨ませてい
る。そして、図示しないノズルスプリングでニードル３
を図中下方に押圧付勢してシート部５をノズルボディ１
のノズルシート６に着座保持させることにより、常時は
燃料溜り２から延設された流入通路７を閉鎖してノズル
サック８への燃料の流入を防止している。

【００１０】なお、燃料溜り２の燃料の圧力の上昇にと
もなって受圧面４を介してニードル３に作用するリフト
力が前記ノズルスプリングによる閉弁付勢力より大きく
なると、ニードル３が図中上方にリフトしてシート部５
をノズルシート６から浮上させる。すると、燃料溜り２
の燃料が流入通路７を経てノズルサック８に流入し、こ
のノズルサック８に設けた複数個の噴口９から燃焼室１
０に噴射されるホール式の燃料噴射ノズル１１を構成し
ている。なお、コモンレール式の燃料噴射装置の場合
は、図示しないコントロールユニットから噴射信号（電
気信号）が出力されたときにニードル３がリフトされて
燃料の噴射が行なわれる。

【００１１】ここに本実施形態においては、燃料溜り２
からノズルサック８に至る流入通路７を狭搾する大径部
１２をニードル３の先端近傍に形成している。そして、
吸気によって燃焼室１０に誘起されるスワール１３と同
一方向に向って偏向する螺旋状のガイド溝１４を上記大
径部１２に設けることにより、このガイド溝１４による
偏向案内作用でノズルサック８の燃料にスワール１３と
同一方向に向う旋回流１５を発生させるようにしてい
る。

【００１２】また、ノズルサック８から燃焼室１０に至
る噴口９をそれぞれノズルサック８の法線１６と平行
に、しかも、この法線１６を基準として円錐断面上で旋
回流１５の上流側にオフセットさせている。そして、ほ
ぼ中間部分を起点として出口部に至るにつれて次第に広
くなるスリット９ａを噴口９に設けることにより、噴口
９の幅を旋回流１５の下流側に向って拡大させている。
１７は燃料噴霧、１８は燃料溜り２に燃料を給送する燃
料通路、１９は噴口９の中心線である。

【００１３】以上のように構成された燃料噴射ノズル１
１において、図示しない燃料噴射ポンプなどから吐出さ
れた燃料は、燃料通路１８を経て燃料溜り２に送り込ま
れ、流入通路７に供給保持されている。

【００１４】燃料溜り２の燃料の圧力は、受圧面４を介
してニードル３にリフト力として作用する。ところが、
噴射時期以外では図示しないニードルスプリングによる
閉弁付勢力が上記リフト力よりも大きくなっているため
に、ニードル３のシート部５がノズルボディ１のノズル
シート６に着座保持されてノズルサック８への燃料の流
入を阻止している。

【００１５】噴射時期に到達して燃料溜り２の圧力が上
昇すると、これにともなってニードル３に作用するリフ
ト力がノズルスプリングによる付勢力よりも大きくな
る。すると、ニードル３が図中上方にリフトしてシート
部５をノズルシート６から浮上させるために、燃料溜り
２の燃料が流入通路７を経てノズルサック８に送り込ま
れ、このノズルサック８から噴口９を経て燃焼室１０に
噴射される。なお、コモンレール式の燃料噴射装置の場
合は、図示しないコントロールユニットから噴射信号
（電気信号）が出力されたときにニードル３がリフトさ
れて燃料の噴射が行なわれる。

【００１６】このようにしてニードル３がリフトされて
燃料溜り２から流入通路７を経てノズルサック８に燃料
が供給されると同時に、燃料通路１８を通って燃料溜り
２に燃料が補給される。このとき、流入通路７の一部を
スワール１３と同一方向に向って偏向する螺旋状のガイ
ド溝１４で構成している。

【００１７】従って、ノズルサック８に流入しようとす
る燃料にはガイド溝１４による偏向力が与えられること
になり、この偏向力による流れがそのままノズルサック
８に持ち込まれるために、スワール１３と同一方向の旋
回流１５がノズルサック８に誘起される。

【００１８】また、上記のようにして誘起されるノズル
サック８の旋回流１５は、ニードル３のリフト量が大き
くなってノズルサック８に流入する燃料の量が増加する
につれて強くなる。また、噴口９をそれぞれノズルサッ
ク８の法線１６と平行にしたうえで、この法線１６を基
準として円錐断面上で旋回流１５の上流側にオフセット
させている。

【００１９】このために、ノズルサック８から各噴口９
に流入した燃料の流速は、噴口９の断面ごとに異なり、
各噴口９における旋回流１５の上流側断面における燃料
の流速が旋回流１５の下流側断面における燃料の流速よ
りも高くなる。従って、噴口９を流れる燃料は前記流速
差による影響を受けてスリット９ａ側に偏流しつつ燃焼
室１０に噴射されるために、各燃料噴霧１７がそれぞれ
スワール１３の下流側に大きく拡散して空気との接触面
積が増大する。

【００２０】また、各燃料噴霧１７の流速がスワール１
３の上流側と下流側で異なったものとなり、この流速差
による影響で空気の取り込み性が向上して空気との混合
が改善されるために、黒煙の排出量が減少する。従っ
て、ＮＯｘの生成を抑制すべくＥＧＲを行ない、あるい
は、低スワール化を行なったとしても黒煙の排出量が増
加することがない。

【００２１】なお、スワール１３による影響を受けない
状態では燃料噴霧１７は図５に実線で示したように分布
する。ところが、実際にはスワール１３による押し流し
作用を受けるために、同図に二点鎖線で示したようにス
ワール１３の下流側に向って拡散して空気と混合され
る。従って、適度な強さのスワール１３を燃焼室１０に
誘起させることにより、燃料噴霧１７と空気との接触面
積をさらに増大させることができるとともに、混合をよ
り促進させて黒煙の排出をより的確に減少させることが
できる。

【００２２】ところで、燃料噴霧１７の拡散速度は、噴
口９の各断面における燃料の流速差とスワール１３の強
さに応答して変化するものであり、燃料噴霧１７の流速
に対比してスワール１３が強い場合は、スワール１３の
上流側に位置する通路から噴射された燃料噴霧が隣接す
る下流側の噴口から噴射された燃料噴霧に追いついて重
なり合ってしまう可能性がある。従って、このように燃
料噴霧が重なり合う可能性がある場合は、図４に二点鎖
線あるいは破線で示したようにスリット９ａのコーン角
と噴口９のコーン角を異ならせて燃料噴霧の重なりによ
る不具合を回避しつつ、燃焼室１０の深さ方向への燃料
噴霧１７の分布を改善して空気利用率をより高くするこ
とができる。

【００２３】上記実施形態では厚さが一定のスリット９
ａを噴口９における旋回流１５の下流側に連設している
が、図６に示したように厚さが次第に減少するスリット
９ａを噴口９における旋回流１５の下流側に連設するこ
とにより、燃料噴霧１７の分布状態を変えることもでき
る。

【００２４】さらに、図７に示したように幅が次第に大
きくなるスリット９ａを噴口９の入口端から出口端の全
域にわたって形成して燃料噴霧１７の拡がり性能をより
高くし、あるいは、図８に示したように入口端近傍にお
いてはスリット９ａの幅を一定に保持させつつ、出口端
に至るにつれてスリット９ａの幅を次第に広くすること
により、ノズルサック８とスリット９ａが斜めに交差す
ることを回避して加工誤差にともなう噴口９の入口端の
断面積のバラツキを小さくすることができる。

【００２５】なお、図７および図８に示した実施形態の
ように噴口９の全域にわたってスリット９ａを設ける場
合は、図９に示したように入口端におけるスリット９ａ
の幅を小さくして図１０に示したように出口端に至るに
つれてスリット９ａの幅を次第に大きくすることもでき
る。なお、スリット９ａの厚さは図９および図１０に示
したように同一である必要性はなく、図１１および図１
２に示したように噴口９から離間するにつれてスリット
９ａの厚さを次第に薄くすることができる。

【００２６】上記実施形態においてはいずれも出口端に
至るにつれて次第に幅が広くなるスリット９ａを設けた
場合について説明しているが、図１３に示したように噴
口９の全域にわたって同一幅のスリット９ａを設けた場
合は、スリット９ａの加工性が高くなる利点がある。な
お、図１４は図１３に示した噴口９の断面図、図１５は
スリット９ａの変形例を示す噴口９の断面図である。

【００２７】また、上記実施形態においては燃焼室１０
に誘起されるスワール１３と同一の方向に向う旋回流１
５をノズルサック８に発生させるとともに、噴口９をそ
れぞれノズルサック８の法線１６と平行に保持させたま
ま旋回流１５の上流側にオフセットさせることにより、
噴口９の各断面における燃料の流速差を積極的に確保し
て燃料噴霧の拡がりを確実に行なわせるようにしている
が、スワール１３と逆方向の旋回流１５をノズルサック
８に発生させるようにしてもよい。

【００２８】さらにまた、上記実施形態においてはいず
れも４個の噴口９を設けた場合について説明している
が、噴口９の数は実施形態のものに限定されるものでは
なく、５個以上の噴口あるいは３個以下の噴口を設けた
ものにも本発明を適用することができるものであり、エ
ンジンの特性によってはガイド溝１４などによる旋回手
段を省略し、あるいは、燃焼室１０のスワール１３を弱
くし、もしくは、スワール１３をなくしてＮＯｘの生成
を抑制するようにしたエンジンの場合にも、噴口９をオ
フセットさせたことによって得られる噴口９の各断面に
おける燃料の流速差で燃料噴霧１７の拡がりおよび空気
のとり込み性を充分に高くして空気との混合を改善する
ことができるために、黒煙の排出量が増加することがな
い。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、ホール式燃料噴射ノズルの噴口を、ノズルサックの
法線を基準として円錐断面上でオフセットさせるととも
に、噴口幅を反オフセット側に拡大させるスリットを少
なくとも噴口の出口部に設けたことにより、噴口の各断
面における燃料の流速に差を与えて燃料噴霧を積極的に
拡散させ、もって、空気の利用率を改善して黒煙の排出
を効果的に減少させるようにしたものであるから、ＮＯ
ｘの生成を抑制すべくＥＧＲを行ない、あるいは、低ス
ワール化を行なったとしても黒煙の排出量が増加するこ
とがない。

【００３０】また、請求項２の発明のようにズルサック
の燃料に旋回流を与える偏向手段を設ける一方、噴口を
前記旋回流の上流側にオフセットさせた場合は、噴口の
各断面における燃料の流速差を大きくすることができる
ために、黒煙の排出をより効果的に減少させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料噴射ノズルの一実施形態を示
すノズル先端部の縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図２に示した噴口の入口部分の断面形状を示す
正面図である。

【図４】図２に示した噴口の出口部分の断面形状を示す
正面図である。

【図５】図１に示した燃料噴射ノズルによる燃料噴霧の
状態を示す燃焼室の略示平面図である。

【図６】図２に示した噴口のスリットの変形例による出
口部分の断面形状を示す正面図である。

【図７】図１のＡ−Ａ断面に相当するスリットの変形例
による断面図である。

【図８】図１のＡ−Ａ断面に相当するスリットの他の変
形例による断面図である。

【図９】図７および図８に示した噴口の入口部分の断面
形状を示す正面図である。

【図１０】図７および図８に示した噴口の出口部分の断
面形状を示す正面図である。

【図１１】図７および図８に示した噴口のスリットの変
形例による入口部分の断面形状を示す正面図である。

【図１２】図７および図８に示した噴口のスリットの変
形例による出口部分の断面形状を示す正面図である。

【図１３】スリットの別の変形例による図１のＡ−Ａ断
面に相当する断面図である。

【図１４】図１３に示した噴口の断面形状を示す正面図
である。

【図１５】図１３に示した噴口のスリットの変形例によ
る断面形状を示す正面図である。

【符号の説明】

１ ノズルボディ ２ 燃料溜り ３ ニードル ４ 受圧面 ５ シート部 ６ ノズルシート ７ 流入通路 ８ ノズルサック ９ 噴口 ９ａ スリット １０ 燃焼室 １１ 燃料噴射ノズル １２ 大径部 １３ スワール １４ ガイド溝 １５ 旋回流 １６ ノズルサック８の法線 １７ 燃料噴霧 １８ 燃料通路 １９ 噴口の中心線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルサックの法線に沿う複数個の噴口
   を備えたホール式の燃料噴射ノズルにおいて、噴口をノ
   ズルサックの法線を基準として円錐断面上でオフセット
   させるとともに、噴口幅を反オフセット側に拡大させる
   スリットを少なくとも噴口の出口部に設けたことを特徴
   とするホール型燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】 ノズルサックの燃料に旋回流を与える偏
   向手段を設けるとともに、噴口を前記旋回流の上流側に
   オフセットさせたことを特徴とする請求項１に記載の燃
   料噴射ノズル。