燃料噴射弁
【課題】サック周壁面に噴孔の入口側開口部を開口させた燃料噴射弁において、低リフト領域での流量係数を高める。
【解決手段】ボデーシート面20およびサック周壁面210に、ボデーシート部よりも下流側から噴孔22の入口側開口部まで延びて噴孔22に接続されたボデー溝部23を形成する。低リフト領域では、ニードルシート部13を通過してサック部21に流れる燃料は、ニードル第2テーパ面12の壁面に引っ張られて、ボデー溝部23における上流側領域bで一旦はボデー溝部23の底面から剥離する。しかし、ボデー溝部23内を流れる燃料は、流速が低下してボデー溝部23の底面側に拡がって、ボデー溝部23における下流側領域cでボデー溝部23の底面に付着(すなわち、剥離が解消)し、これにより、燃料がボデー溝部23から噴孔22にスムーズに流れる。
【解決手段】ボデーシート面20およびサック周壁面210に、ボデーシート部よりも下流側から噴孔22の入口側開口部まで延びて噴孔22に接続されたボデー溝部23を形成する。低リフト領域では、ニードルシート部13を通過してサック部21に流れる燃料は、ニードル第2テーパ面12の壁面に引っ張られて、ボデー溝部23における上流側領域bで一旦はボデー溝部23の底面から剥離する。しかし、ボデー溝部23内を流れる燃料は、流速が低下してボデー溝部23の底面側に拡がって、ボデー溝部23における下流側領域cでボデー溝部23の底面に付着(すなわち、剥離が解消)し、これにより、燃料がボデー溝部23から噴孔22にスムーズに流れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の燃料噴射弁として、図11に示すように、ノズルボデー2のシート面20よりも下流に、サック周壁面210とサック底部壁面211とに囲まれたサック部21を設け、このサック周壁面210に噴孔22の入口側開口部を開口させたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
そして、サック部21と噴孔22の境界部に流体研磨を施して噴孔22の入口側開口部にR面を形成し、これにより流量係数を高めて噴射速度の低下を抑制し、高ペネトレーションを実現するようにしている。そして、高ペネトレーションの実現により、低エミッションで高出力の内燃機関を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−315136号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の燃料噴射弁は、ニードル1の高リフト領域では高ペネトレーションを実現できるが、初期リフト時すなわち低リフト領域におけるペネトレーションが小さいという問題がある。
【0006】
これは、図11に示すように、低リフト領域では、ニードルシート部13を通過してサック部21に流れる燃料が、ニードル1の壁面に引っ張られてニードル1の壁面に沿って流れるため、燃料流れがノズルボデー2のシート面20から剥離し、さらに噴孔22の入口側開口部に到達した時点でも燃料流れが剥離しており、これにより、燃料が噴孔22の入口側開口部のR面に沿ってスムーズに流れることができなくなり、流れの損失が拡大するためである。
【0007】
本発明は上記点に鑑みて、サック周壁面に噴孔の入口側開口部を開口させた燃料噴射弁において、低リフト領域での流量係数を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、ノズルボデー(2)内でニードル(1)が往復動する燃料噴射弁であって、ノズルボデー(2)は、テーパ状のボデーシート面(20)と、ボデーシート面(20)の下流側に設けられ、サック周壁面(210)およびサック底部壁面(211)とに囲まれたサック部(21)と、サック周壁面(210)に入口側開口部が開口し、サック部(21)と外部とを連通して燃料の噴出口となる噴孔(22)とを備え、ニードル(1)は、2つのテーパ面(11、12)の境界部に形成され、ボデーシート面(20)と接離して噴孔(22)を開閉するニードルシート部(13)を備え、ボデーシート面(20)のうちニードルシート部(13)が当接する部位をボデーシート部としたとき、ボデーシート面(20)およびサック周壁面(210)には、ボデーシート部よりも下流側から噴孔(22)の入口側開口部まで延びて噴孔(22)に接続されたボデー溝部(23)が形成されていることを特徴とする。
【0009】
これによると、低リフト領域では、ニードルシート部(13)を通過してサック部(21)に流れる燃料は、ニードル(1)の壁面に引っ張られてボデー溝部(23)における上流側領域で一旦はボデー溝部(23)の底面から剥離するが、ボデー溝部(23)内を流れる燃料は、流速が低下してボデー溝部(23)の底面側に拡がってボデー溝部(23)の底面に付着(すなわち、剥離が解消)し、これにより、燃料がボデー溝部(23)から噴孔(22)にスムーズに流れるようになり、低リフト領域での流量係数を高めることができる。
【0010】
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ボデー溝部(23)の高さをHbとしたとき、Hb≧1/3×Diであることを特徴とする。
【0011】
これによると、ボデー溝部(23)内を流れる燃料の流速を確実に低下させて、ボデー溝部(23)内を流れる燃料をより確実にボデー溝部(23)の底部に付着させることができる。
【0012】
請求項3に記載の発明のように、請求項1または2に記載の燃料噴射弁において、サック周壁面(210)の径をDsとし、ボデー溝部(23)のうちボデーシート面(20)に形成された部位の長さをLbとしたとき、Lb≧1/2×Dsとすることができる。
【0013】
請求項4に記載の発明のように、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ボデー溝部(23)の幅をWbとしたとき、Wb≧Diとすることができる。
【0014】
請求項5に記載の発明のように、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ボデーシート部からボデー溝部(23)の上流端までの距離をYbとしたとき、Yb≧Diとすることができる。
【0015】
請求項6に記載の発明では、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、ボデー溝部(23)の底面は曲面であることを特徴とする。これによると、低リフト領域での流量係数をさらに高めることができる。
【0016】
請求項7に記載の発明では、ノズルボデー(2)内でニードル(1)が往復動する燃料噴射弁であって、ノズルボデー(2)は、テーパ状のボデーシート面(20)と、ボデーシート面(20)の下流側に設けられ、サック周壁面(210)およびサック底部壁面(211)とに囲まれたサック部(21)と、サック周壁面(210)に入口側開口部が開口し、サック部(21)と外部とを連通して燃料の噴出口となる噴孔(22)とを備え、ニードル(1)は、2つのテーパ面(11、12)の境界部に形成され、ボデーシート面(20)と接離して噴孔(22)を開閉するニードルシート部(13)と、ニードル(1)の2つのテーパ面(11、12)のうち下流側のテーパ面(12)に形成され、ニードルシート部(13)よりも下流側から閉弁状態において噴孔(22)の入口側開口部に対向する位置まで延びたニードル溝部(14)とを備え、ノズルボデー(2)とニードル(1)は、ノズルボデー(2)とニードル(1)の相対回転を防止する相対回転防止機構(15、24)を備えることを特徴とする。
【0017】
これによると、低リフト領域では、ニードル溝部(14)内を流れる燃料の流速が低下するため、燃料流れをニードル(1)の壁面側に引っ張る力が小さくなって、燃料流れのボデーシート面(20)からの剥離がなくなり、これにより、燃料が噴孔(22)にスムーズに流れるようになり、低リフト領域での流量係数を高めることができる。
【0018】
また、相対回転防止機構(15、24)により、噴孔(22)の入口側開口部とニードル溝部(14)が対向する位置関係を維持して、低リフト領域での流量係数を高める効果を継続して得ることができる。
【0019】
請求項8に記載の発明では、請求項7に記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ニードル溝部(14)の高さをHnとしたとき、Hn≧1/3×Diであることを特徴とする。
【0020】
これによると、ニードル溝部(14)内を流れる燃料の流速を確実に低下させて、燃料流れのボデーシート面(20)からの剥離をより確実に防止することができる。
【0021】
請求項9に記載の発明のように、請求項7または8に記載の燃料噴射弁において、サック周壁面(210)の径をDsとし、ニードル溝部(14)の長さをLnとしたとき、Ln≧1/2×Dsとすることができる。
【0022】
請求項10に記載の発明のように、請求項7ないし9のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ニードル溝部(14)の幅をWnとしたとき、Wn≧Diとすることができる。
【0023】
請求項11に記載の発明のように、請求項7ないし10のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ニードルシート部(13)からニードル溝部(14)の上流端までの距離をYnとしたとき、Yn≧Diとすることができる。
【0024】
請求項12に記載の発明では、請求項7ないし11のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、ニードル溝部(14)の底面は曲面であることを特徴とする。これによると、低リフト領域での流量係数をさらに高めることができる。
【0025】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の第1実施形態に係る燃料噴射弁の要部を示す断面図である。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図である。
【図3】図1のB矢視図である。
【図4】図3のC−C線に沿う断面図である。
【図5】図1の燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図である。
【図6】図1の燃料噴射弁の作動説明に供する要部の断面図である。
【図7】図1の燃料噴射弁における最大噴射圧と溝長さLbとの関係を示す図である。
【図8】本発明の第2実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面図である。
【図9】図8の燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図である。
【図10】図9のD部の拡大断面図である。
【図11】従来の燃料噴射弁の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【0028】
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は第1実施形態に係る燃料噴射弁の要部を示す断面図、図2は図1のA−A線に沿う断面図、図3は図1のB矢視図、図4は図3のC−C線に沿う断面図である。
【0029】
本実施形態の燃料噴射弁は、図示しない多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関(以下エンジンという)の各気筒毎に搭載されて、高圧燃料をエンジンの各気筒の燃焼室内に直接噴射供給するものである。
【0030】
図1〜図4に示すように、この燃料噴射弁は、略円柱状のニードル1と、このニードル1を内部に収容する略円筒状のノズルボデー2とを備えている。そして、ニードル1は、ノズルボデー2に摺動自在に保持され、ニードル1およびノズルボデー2の軸線方向(図1の紙面上下方向。以下、単に軸線方向という)に沿ってノズルボデー2内で往復動するようになっている。
【0031】
また、ニードル1は、軸線方向に延びる円柱状のニードル軸部10と、このニードル軸部10の燃料流れ下流側(図1の紙面下方側)に形成されたテーパ状のニードル第1テーパ面11と、このニードル第1テーパ面11の燃料流れ下流側に形成されたテーパ状のニードル第2テーパ面12とを備えている。
【0032】
ニードル第1テーパ面11およびニードル第2テーパ面12は、燃料流れ向きに沿って径が小さくなっている。また、ニードル第1テーパ面11のテーパ角よりも、ニードル第2テーパ面12のテーパ角が大である。
【0033】
そして、ニードル第1テーパ面11とニードル第2テーパ面12の境界部に、円環状の稜線であるニードルシート部13が形成され、このニードルシート部13がノズルボデー2のボデーシート面20(詳細後述)と接離してノズルボデー2の噴孔22(詳細後述)を開閉するようになっている。
【0034】
ノズルボデー2は、燃料流れ向きに沿って径が小さくなるテーパ状のボデーシート面20と、このボデーシート面20の燃料流れ下流側に設けられた空間であるサック部21と、このサック部21と外部とを連通して燃料の噴出口となる複数個の噴孔22とを備えている。
【0035】
より詳細には、サック部21は、ボデーシート面20の燃料流れ下流側端部から軸線方向に延びる円柱状のサック周壁面210と、このサック周壁面210の燃料流れ下流側端部に位置するテーパ状のサック底部壁面211とに囲まれた空間である。
【0036】
また、噴孔22は、断面形状が円形で、その入口側開口部がサック周壁面210に開口し、入口側開口部にR面が形成されている。さらに、噴孔22は、ニードル1およびノズルボデー2の径方向(以下、単に径方向という)に概略沿って延びている。なお、本実施形態では、噴孔22を2個図示しているが、一般的には、噴孔22は6〜10個設けられる。
【0037】
ボデーシート面20のうちニードルシート部13が当接する部位をボデーシート部としたとき、ボデーシート面20およびサック周壁面210には、ボデーシート部よりも下流側から噴孔22の入口側開口部まで延びて噴孔22に接続されたボデー溝部23が形成されている。ボデー溝部23は、噴孔22と同数設けられており、1つの噴孔22に対して1つのボデー溝部23が接続されている。図4に示すように、このボデー溝部23は、断面形状が略半円形である。したがって、ボデー溝部23の底面は、曲面であり、より詳細には円弧状である。
【0038】
ボデー溝部23の詳細について主に図5に基づいて説明する。なお、図5はボデー溝部23付近を拡大して示す断面図である。
【0039】
本実施形態の燃料噴射弁は、低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現するために、ボデー溝部23の各部の寸法を以下のように設定している。
【0040】
まず、噴孔22の径をDiとし、ボデー溝部23の高さをHbとしたとき、Hb≧1/3×Diに設定している。因みに、Hb=1/3×Diが、最も望ましい。
【0041】
サック周壁面210の径をDsとし、ボデー溝部23のうちボデーシート面20に形成された部位の長さをLbとしたとき、Lb≧1/2×Dsに設定している。
【0042】
ボデー溝部23の幅をWb(図3参照)としたとき、Wb≧Diに設定している。また、ボデーシート部からボデー溝部23の上流端までの距離をYbとしたとき、Yb≧Diに設定している。
【0043】
次に、本実施形態の燃料噴射弁の作動について、図6に基づいて説明する。なお、図6は低リフト領域でのボデー溝部23付近を拡大して示す断面図であり、図中の矢印は燃料の流れを示している。
【0044】
図6に示すように、低リフト領域では、ニードルシート部13を通過してサック部21に流れる燃料は、ニードル第2テーパ面12における領域aの壁面に引っ張られて、ボデー溝部23における上流側領域bで一旦はボデー溝部23の底面から剥離する。
【0045】
しかし、ボデー溝部23内を流れる燃料は、流速が低下してボデー溝部23の底面側に拡がって、ボデー溝部23における下流側領域cでボデー溝部23の底面に付着(すなわち、剥離が解消)し、これにより、燃料がボデー溝部23から噴孔22にスムーズに流れる。したがって、低リフト領域での流量係数を高めることができ、ひいては低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現することができる。
【0046】
高リフト領域では、ボデーシート面20とニードル第2テーパ面12との間の隙間が大きくなるため、燃料をニードル第2テーパ面12側に引っ張る力は、ボデーシート面20に近い部位を流れる燃料までは及ばない。したがって、ボデーシート面20やボデー溝部23の底面において燃料の剥離は発生せず、高リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現することができる。
【0047】
なお、最大噴射圧が高くなるほどボデー溝部23内での燃料の流速が高くなり、燃料流れがボデー溝部23の底面から剥離してからボデー溝部23の底面に付着するまでの距離が長くなるため、図7に示すように、最大噴射圧が高くなるのに伴って溝長さLbを長くすることにより、ボデー溝部23における下流側領域cで燃料流れをボデー溝部23の底面に確実に付着させることができる。
【0048】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。図8は第2実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面図、図9は図8の燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図、図10は図9のD部の拡大断面図である。以下、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0049】
本実施形態の燃料噴射弁は、第1実施形態の燃料噴射弁におけるボデー溝部23を廃止し、代わりにニードルに溝部を設けて、低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現するようにしたものである。
【0050】
図8〜図10に示すように、ニードル1は、ニードルシート部13よりも燃料流れ下流側に位置するニードル第2テーパ面12に、噴孔22と同数(本例では4個)のニードル溝部14が形成されている。このニードル溝部14は、ニードルシート部13よりも下流側から、閉弁状態において噴孔22の入口側開口部に対向する位置まで延びている。また、ニードル溝部14は、断面形状が略半円形である。したがって、ニードル溝部14の底面は、曲面であり、より詳細には円弧状である。
【0051】
ニードル1は、ノズルボデー2に摺動自在に保持される部位に、軸線方向に延びるとともに径方向外側に向かって突出する突起片15を備えている。一方、ノズルボデー2は、ニードル1を摺動自在に保持する部位に、軸線方向に延びるとともに径方向外側に凹んだ案内溝24が形成されている。
【0052】
そして、突起片15が案内溝24内に摺動自在に挿入されて、ニードル1とノズルボデー2の相対回転を防止するようになっている。また、相対回転防止機構を構成する突起片15および案内溝24は、閉弁時に噴孔22の入口側開口部とニードル溝部14が対向するように、周方向の位置が設定されている。
【0053】
本実施形態の燃料噴射弁は、低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現するために、ニードル溝部14の各部の寸法を以下のように設定している。
【0054】
まず、噴孔22の径をDiとし、ニードル溝部14の高さをHnとしたとき、Hn≧1/3×Diに設定している。サック周壁面210の径をDsとし、ニードル溝部14の長さをLnとしたとき、Ln≧1/2×Dsに設定している。
【0055】
ニードル溝部14の幅をWnとしたとき、Wn≧Diに設定している。また、ニードルシート部13からニードル溝部14の上流端までの距離をYnとしたとき、Yn≧Diに設定している。
【0056】
次に、本実施形態の燃料噴射弁の作動を説明する。低リフト領域では、ニードル溝部14内を流れる燃料の流速が低下するため、ニードル第2テーパ面12のうちニードル溝部14が形成された部位では、燃料流れをニードル第2テーパ面12の壁面側に引っ張る力が小さくなる。したがって、ボデーシート面20のうちニードル溝部14に対向する部位の近傍では、燃料流れのボデーシート面20からの剥離がなくなり、これにより、燃料が噴孔22にスムーズに流れるようになり、低リフト領域での流量係数を高めることができる。したがって、低リフト領域での流量係数を高めることができ、ひいては低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現することができる。
【0057】
また、突起片15および案内溝24により、噴孔22の入口側開口部とニードル溝部14が対向する位置関係を維持して、低リフト領域での流量係数を高める効果を継続して得ることができる。
【0058】
なお、上記各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【0059】
1 ニードル
2 ノズルボデー
11 テーパ面
12 テーパ面
13 ニードルシート部
20 ボデーシート面
21 サック部
22 噴孔
23 ボデー溝部
210 サック周壁面
211 サック底部壁面
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の燃料噴射弁として、図11に示すように、ノズルボデー2のシート面20よりも下流に、サック周壁面210とサック底部壁面211とに囲まれたサック部21を設け、このサック周壁面210に噴孔22の入口側開口部を開口させたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
そして、サック部21と噴孔22の境界部に流体研磨を施して噴孔22の入口側開口部にR面を形成し、これにより流量係数を高めて噴射速度の低下を抑制し、高ペネトレーションを実現するようにしている。そして、高ペネトレーションの実現により、低エミッションで高出力の内燃機関を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−315136号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の燃料噴射弁は、ニードル1の高リフト領域では高ペネトレーションを実現できるが、初期リフト時すなわち低リフト領域におけるペネトレーションが小さいという問題がある。
【0006】
これは、図11に示すように、低リフト領域では、ニードルシート部13を通過してサック部21に流れる燃料が、ニードル1の壁面に引っ張られてニードル1の壁面に沿って流れるため、燃料流れがノズルボデー2のシート面20から剥離し、さらに噴孔22の入口側開口部に到達した時点でも燃料流れが剥離しており、これにより、燃料が噴孔22の入口側開口部のR面に沿ってスムーズに流れることができなくなり、流れの損失が拡大するためである。
【0007】
本発明は上記点に鑑みて、サック周壁面に噴孔の入口側開口部を開口させた燃料噴射弁において、低リフト領域での流量係数を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、ノズルボデー(2)内でニードル(1)が往復動する燃料噴射弁であって、ノズルボデー(2)は、テーパ状のボデーシート面(20)と、ボデーシート面(20)の下流側に設けられ、サック周壁面(210)およびサック底部壁面(211)とに囲まれたサック部(21)と、サック周壁面(210)に入口側開口部が開口し、サック部(21)と外部とを連通して燃料の噴出口となる噴孔(22)とを備え、ニードル(1)は、2つのテーパ面(11、12)の境界部に形成され、ボデーシート面(20)と接離して噴孔(22)を開閉するニードルシート部(13)を備え、ボデーシート面(20)のうちニードルシート部(13)が当接する部位をボデーシート部としたとき、ボデーシート面(20)およびサック周壁面(210)には、ボデーシート部よりも下流側から噴孔(22)の入口側開口部まで延びて噴孔(22)に接続されたボデー溝部(23)が形成されていることを特徴とする。
【0009】
これによると、低リフト領域では、ニードルシート部(13)を通過してサック部(21)に流れる燃料は、ニードル(1)の壁面に引っ張られてボデー溝部(23)における上流側領域で一旦はボデー溝部(23)の底面から剥離するが、ボデー溝部(23)内を流れる燃料は、流速が低下してボデー溝部(23)の底面側に拡がってボデー溝部(23)の底面に付着(すなわち、剥離が解消)し、これにより、燃料がボデー溝部(23)から噴孔(22)にスムーズに流れるようになり、低リフト領域での流量係数を高めることができる。
【0010】
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ボデー溝部(23)の高さをHbとしたとき、Hb≧1/3×Diであることを特徴とする。
【0011】
これによると、ボデー溝部(23)内を流れる燃料の流速を確実に低下させて、ボデー溝部(23)内を流れる燃料をより確実にボデー溝部(23)の底部に付着させることができる。
【0012】
請求項3に記載の発明のように、請求項1または2に記載の燃料噴射弁において、サック周壁面(210)の径をDsとし、ボデー溝部(23)のうちボデーシート面(20)に形成された部位の長さをLbとしたとき、Lb≧1/2×Dsとすることができる。
【0013】
請求項4に記載の発明のように、請求項1ないし3のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ボデー溝部(23)の幅をWbとしたとき、Wb≧Diとすることができる。
【0014】
請求項5に記載の発明のように、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ボデーシート部からボデー溝部(23)の上流端までの距離をYbとしたとき、Yb≧Diとすることができる。
【0015】
請求項6に記載の発明では、請求項1ないし5のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、ボデー溝部(23)の底面は曲面であることを特徴とする。これによると、低リフト領域での流量係数をさらに高めることができる。
【0016】
請求項7に記載の発明では、ノズルボデー(2)内でニードル(1)が往復動する燃料噴射弁であって、ノズルボデー(2)は、テーパ状のボデーシート面(20)と、ボデーシート面(20)の下流側に設けられ、サック周壁面(210)およびサック底部壁面(211)とに囲まれたサック部(21)と、サック周壁面(210)に入口側開口部が開口し、サック部(21)と外部とを連通して燃料の噴出口となる噴孔(22)とを備え、ニードル(1)は、2つのテーパ面(11、12)の境界部に形成され、ボデーシート面(20)と接離して噴孔(22)を開閉するニードルシート部(13)と、ニードル(1)の2つのテーパ面(11、12)のうち下流側のテーパ面(12)に形成され、ニードルシート部(13)よりも下流側から閉弁状態において噴孔(22)の入口側開口部に対向する位置まで延びたニードル溝部(14)とを備え、ノズルボデー(2)とニードル(1)は、ノズルボデー(2)とニードル(1)の相対回転を防止する相対回転防止機構(15、24)を備えることを特徴とする。
【0017】
これによると、低リフト領域では、ニードル溝部(14)内を流れる燃料の流速が低下するため、燃料流れをニードル(1)の壁面側に引っ張る力が小さくなって、燃料流れのボデーシート面(20)からの剥離がなくなり、これにより、燃料が噴孔(22)にスムーズに流れるようになり、低リフト領域での流量係数を高めることができる。
【0018】
また、相対回転防止機構(15、24)により、噴孔(22)の入口側開口部とニードル溝部(14)が対向する位置関係を維持して、低リフト領域での流量係数を高める効果を継続して得ることができる。
【0019】
請求項8に記載の発明では、請求項7に記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ニードル溝部(14)の高さをHnとしたとき、Hn≧1/3×Diであることを特徴とする。
【0020】
これによると、ニードル溝部(14)内を流れる燃料の流速を確実に低下させて、燃料流れのボデーシート面(20)からの剥離をより確実に防止することができる。
【0021】
請求項9に記載の発明のように、請求項7または8に記載の燃料噴射弁において、サック周壁面(210)の径をDsとし、ニードル溝部(14)の長さをLnとしたとき、Ln≧1/2×Dsとすることができる。
【0022】
請求項10に記載の発明のように、請求項7ないし9のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ニードル溝部(14)の幅をWnとしたとき、Wn≧Diとすることができる。
【0023】
請求項11に記載の発明のように、請求項7ないし10のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、噴孔(22)の径をDiとし、ニードルシート部(13)からニードル溝部(14)の上流端までの距離をYnとしたとき、Yn≧Diとすることができる。
【0024】
請求項12に記載の発明では、請求項7ないし11のいずれか1つに記載の燃料噴射弁において、ニードル溝部(14)の底面は曲面であることを特徴とする。これによると、低リフト領域での流量係数をさらに高めることができる。
【0025】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【図1】本発明の第1実施形態に係る燃料噴射弁の要部を示す断面図である。
【図2】図1のA−A線に沿う断面図である。
【図3】図1のB矢視図である。
【図4】図3のC−C線に沿う断面図である。
【図5】図1の燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図である。
【図6】図1の燃料噴射弁の作動説明に供する要部の断面図である。
【図7】図1の燃料噴射弁における最大噴射圧と溝長さLbとの関係を示す図である。
【図8】本発明の第2実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面図である。
【図9】図8の燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図である。
【図10】図9のD部の拡大断面図である。
【図11】従来の燃料噴射弁の要部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【0028】
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は第1実施形態に係る燃料噴射弁の要部を示す断面図、図2は図1のA−A線に沿う断面図、図3は図1のB矢視図、図4は図3のC−C線に沿う断面図である。
【0029】
本実施形態の燃料噴射弁は、図示しない多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関(以下エンジンという)の各気筒毎に搭載されて、高圧燃料をエンジンの各気筒の燃焼室内に直接噴射供給するものである。
【0030】
図1〜図4に示すように、この燃料噴射弁は、略円柱状のニードル1と、このニードル1を内部に収容する略円筒状のノズルボデー2とを備えている。そして、ニードル1は、ノズルボデー2に摺動自在に保持され、ニードル1およびノズルボデー2の軸線方向(図1の紙面上下方向。以下、単に軸線方向という)に沿ってノズルボデー2内で往復動するようになっている。
【0031】
また、ニードル1は、軸線方向に延びる円柱状のニードル軸部10と、このニードル軸部10の燃料流れ下流側(図1の紙面下方側)に形成されたテーパ状のニードル第1テーパ面11と、このニードル第1テーパ面11の燃料流れ下流側に形成されたテーパ状のニードル第2テーパ面12とを備えている。
【0032】
ニードル第1テーパ面11およびニードル第2テーパ面12は、燃料流れ向きに沿って径が小さくなっている。また、ニードル第1テーパ面11のテーパ角よりも、ニードル第2テーパ面12のテーパ角が大である。
【0033】
そして、ニードル第1テーパ面11とニードル第2テーパ面12の境界部に、円環状の稜線であるニードルシート部13が形成され、このニードルシート部13がノズルボデー2のボデーシート面20(詳細後述)と接離してノズルボデー2の噴孔22(詳細後述)を開閉するようになっている。
【0034】
ノズルボデー2は、燃料流れ向きに沿って径が小さくなるテーパ状のボデーシート面20と、このボデーシート面20の燃料流れ下流側に設けられた空間であるサック部21と、このサック部21と外部とを連通して燃料の噴出口となる複数個の噴孔22とを備えている。
【0035】
より詳細には、サック部21は、ボデーシート面20の燃料流れ下流側端部から軸線方向に延びる円柱状のサック周壁面210と、このサック周壁面210の燃料流れ下流側端部に位置するテーパ状のサック底部壁面211とに囲まれた空間である。
【0036】
また、噴孔22は、断面形状が円形で、その入口側開口部がサック周壁面210に開口し、入口側開口部にR面が形成されている。さらに、噴孔22は、ニードル1およびノズルボデー2の径方向(以下、単に径方向という)に概略沿って延びている。なお、本実施形態では、噴孔22を2個図示しているが、一般的には、噴孔22は6〜10個設けられる。
【0037】
ボデーシート面20のうちニードルシート部13が当接する部位をボデーシート部としたとき、ボデーシート面20およびサック周壁面210には、ボデーシート部よりも下流側から噴孔22の入口側開口部まで延びて噴孔22に接続されたボデー溝部23が形成されている。ボデー溝部23は、噴孔22と同数設けられており、1つの噴孔22に対して1つのボデー溝部23が接続されている。図4に示すように、このボデー溝部23は、断面形状が略半円形である。したがって、ボデー溝部23の底面は、曲面であり、より詳細には円弧状である。
【0038】
ボデー溝部23の詳細について主に図5に基づいて説明する。なお、図5はボデー溝部23付近を拡大して示す断面図である。
【0039】
本実施形態の燃料噴射弁は、低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現するために、ボデー溝部23の各部の寸法を以下のように設定している。
【0040】
まず、噴孔22の径をDiとし、ボデー溝部23の高さをHbとしたとき、Hb≧1/3×Diに設定している。因みに、Hb=1/3×Diが、最も望ましい。
【0041】
サック周壁面210の径をDsとし、ボデー溝部23のうちボデーシート面20に形成された部位の長さをLbとしたとき、Lb≧1/2×Dsに設定している。
【0042】
ボデー溝部23の幅をWb(図3参照)としたとき、Wb≧Diに設定している。また、ボデーシート部からボデー溝部23の上流端までの距離をYbとしたとき、Yb≧Diに設定している。
【0043】
次に、本実施形態の燃料噴射弁の作動について、図6に基づいて説明する。なお、図6は低リフト領域でのボデー溝部23付近を拡大して示す断面図であり、図中の矢印は燃料の流れを示している。
【0044】
図6に示すように、低リフト領域では、ニードルシート部13を通過してサック部21に流れる燃料は、ニードル第2テーパ面12における領域aの壁面に引っ張られて、ボデー溝部23における上流側領域bで一旦はボデー溝部23の底面から剥離する。
【0045】
しかし、ボデー溝部23内を流れる燃料は、流速が低下してボデー溝部23の底面側に拡がって、ボデー溝部23における下流側領域cでボデー溝部23の底面に付着(すなわち、剥離が解消)し、これにより、燃料がボデー溝部23から噴孔22にスムーズに流れる。したがって、低リフト領域での流量係数を高めることができ、ひいては低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現することができる。
【0046】
高リフト領域では、ボデーシート面20とニードル第2テーパ面12との間の隙間が大きくなるため、燃料をニードル第2テーパ面12側に引っ張る力は、ボデーシート面20に近い部位を流れる燃料までは及ばない。したがって、ボデーシート面20やボデー溝部23の底面において燃料の剥離は発生せず、高リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現することができる。
【0047】
なお、最大噴射圧が高くなるほどボデー溝部23内での燃料の流速が高くなり、燃料流れがボデー溝部23の底面から剥離してからボデー溝部23の底面に付着するまでの距離が長くなるため、図7に示すように、最大噴射圧が高くなるのに伴って溝長さLbを長くすることにより、ボデー溝部23における下流側領域cで燃料流れをボデー溝部23の底面に確実に付着させることができる。
【0048】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。図8は第2実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面図、図9は図8の燃料噴射弁の要部を拡大して示す断面図、図10は図9のD部の拡大断面図である。以下、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【0049】
本実施形態の燃料噴射弁は、第1実施形態の燃料噴射弁におけるボデー溝部23を廃止し、代わりにニードルに溝部を設けて、低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現するようにしたものである。
【0050】
図8〜図10に示すように、ニードル1は、ニードルシート部13よりも燃料流れ下流側に位置するニードル第2テーパ面12に、噴孔22と同数(本例では4個)のニードル溝部14が形成されている。このニードル溝部14は、ニードルシート部13よりも下流側から、閉弁状態において噴孔22の入口側開口部に対向する位置まで延びている。また、ニードル溝部14は、断面形状が略半円形である。したがって、ニードル溝部14の底面は、曲面であり、より詳細には円弧状である。
【0051】
ニードル1は、ノズルボデー2に摺動自在に保持される部位に、軸線方向に延びるとともに径方向外側に向かって突出する突起片15を備えている。一方、ノズルボデー2は、ニードル1を摺動自在に保持する部位に、軸線方向に延びるとともに径方向外側に凹んだ案内溝24が形成されている。
【0052】
そして、突起片15が案内溝24内に摺動自在に挿入されて、ニードル1とノズルボデー2の相対回転を防止するようになっている。また、相対回転防止機構を構成する突起片15および案内溝24は、閉弁時に噴孔22の入口側開口部とニードル溝部14が対向するように、周方向の位置が設定されている。
【0053】
本実施形態の燃料噴射弁は、低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現するために、ニードル溝部14の各部の寸法を以下のように設定している。
【0054】
まず、噴孔22の径をDiとし、ニードル溝部14の高さをHnとしたとき、Hn≧1/3×Diに設定している。サック周壁面210の径をDsとし、ニードル溝部14の長さをLnとしたとき、Ln≧1/2×Dsに設定している。
【0055】
ニードル溝部14の幅をWnとしたとき、Wn≧Diに設定している。また、ニードルシート部13からニードル溝部14の上流端までの距離をYnとしたとき、Yn≧Diに設定している。
【0056】
次に、本実施形態の燃料噴射弁の作動を説明する。低リフト領域では、ニードル溝部14内を流れる燃料の流速が低下するため、ニードル第2テーパ面12のうちニードル溝部14が形成された部位では、燃料流れをニードル第2テーパ面12の壁面側に引っ張る力が小さくなる。したがって、ボデーシート面20のうちニードル溝部14に対向する部位の近傍では、燃料流れのボデーシート面20からの剥離がなくなり、これにより、燃料が噴孔22にスムーズに流れるようになり、低リフト領域での流量係数を高めることができる。したがって、低リフト領域での流量係数を高めることができ、ひいては低リフト領域における燃料噴霧の高ペネトレーションを実現することができる。
【0057】
また、突起片15および案内溝24により、噴孔22の入口側開口部とニードル溝部14が対向する位置関係を維持して、低リフト領域での流量係数を高める効果を継続して得ることができる。
【0058】
なお、上記各実施形態は、実施可能な範囲で任意に組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【0059】
1 ニードル
2 ノズルボデー
11 テーパ面
12 テーパ面
13 ニードルシート部
20 ボデーシート面
21 サック部
22 噴孔
23 ボデー溝部
210 サック周壁面
211 サック底部壁面
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ノズルボデー(2)内でニードル(1)が往復動する燃料噴射弁であって、
前記ノズルボデー(2)は、テーパ状のボデーシート面(20)と、前記ボデーシート面(20)の下流側に設けられ、サック周壁面(210)およびサック底部壁面(211)とに囲まれたサック部(21)と、前記サック周壁面(210)に入口側開口部が開口し、前記サック部(21)と外部とを連通して燃料の噴出口となる噴孔(22)とを備え、
前記ニードル(1)は、2つのテーパ面(11、12)の境界部に形成され、前記ボデーシート面(20)と接離して前記噴孔(22)を開閉するニードルシート部(13)を備え、
前記ボデーシート面(20)のうち前記ニードルシート部(13)が当接する部位をボデーシート部としたとき、
前記ボデーシート面(20)および前記サック周壁面(210)には、前記ボデーシート部よりも下流側から前記噴孔(22)の入口側開口部まで延びて前記噴孔(22)に接続されたボデー溝部(23)が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項2】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ボデー溝部(23)の高さをHbとしたとき、Hb≧1/3×Diであることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。
【請求項3】
前記サック周壁面(210)の径をDsとし、前記ボデー溝部(23)のうち前記ボデーシート面(20)に形成された部位の長さをLbとしたとき、Lb≧1/2×Dsであることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射弁。
【請求項4】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ボデー溝部(23)の幅をWbとしたとき、Wb≧Diであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項5】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ボデーシート部から前記ボデー溝部(23)の上流端までの距離をYbとしたとき、Yb≧Diであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項6】
前記ボデー溝部(23)の底面は曲面であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項7】
ノズルボデー(2)内でニードル(1)が往復動する燃料噴射弁であって、
前記ノズルボデー(2)は、テーパ状のボデーシート面(20)と、前記ボデーシート面(20)の下流側に設けられ、サック周壁面(210)およびサック底部壁面(211)とに囲まれたサック部(21)と、前記サック周壁面(210)に入口側開口部が開口し、前記サック部(21)と外部とを連通して燃料の噴出口となる噴孔(22)とを備え、
前記ニードル(1)は、2つのテーパ面(11、12)の境界部に形成され、前記ボデーシート面(20)と接離して前記噴孔(22)を開閉するニードルシート部(13)と、前記ニードル(1)の2つのテーパ面(11、12)のうち下流側のテーパ面(12)に形成され、前記ニードルシート部(13)よりも下流側から閉弁状態において前記噴孔(22)の入口側開口部に対向する位置まで延びたニードル溝部(14)とを備え、
前記ノズルボデー(2)と前記ニードル(1)は、前記ノズルボデー(2)と前記ニードル(1)の相対回転を防止する相対回転防止機構(15、24)を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項8】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ニードル溝部(14)の高さをHnとしたとき、Hn≧1/3×Diであることを特徴とする請求項7に記載の燃料噴射弁。
【請求項9】
前記サック周壁面(210)の径をDsとし、前記ニードル溝部(14)の長さをLnとしたとき、Ln≧1/2×Dsであることを特徴とする請求項7または8に記載の燃料噴射弁。
【請求項10】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ニードル溝部(14)の幅をWnとしたとき、Wn≧Diであることを特徴とする請求項7ないし9のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項11】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ニードルシート部(13)から前記ニードル溝部(14)の上流端までの距離をYnとしたとき、Yn≧Diであることを特徴とする請求項7ないし10のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項12】
前記ニードル溝部(14)の底面は曲面であることを特徴とする請求項7ないし11のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項1】
ノズルボデー(2)内でニードル(1)が往復動する燃料噴射弁であって、
前記ノズルボデー(2)は、テーパ状のボデーシート面(20)と、前記ボデーシート面(20)の下流側に設けられ、サック周壁面(210)およびサック底部壁面(211)とに囲まれたサック部(21)と、前記サック周壁面(210)に入口側開口部が開口し、前記サック部(21)と外部とを連通して燃料の噴出口となる噴孔(22)とを備え、
前記ニードル(1)は、2つのテーパ面(11、12)の境界部に形成され、前記ボデーシート面(20)と接離して前記噴孔(22)を開閉するニードルシート部(13)を備え、
前記ボデーシート面(20)のうち前記ニードルシート部(13)が当接する部位をボデーシート部としたとき、
前記ボデーシート面(20)および前記サック周壁面(210)には、前記ボデーシート部よりも下流側から前記噴孔(22)の入口側開口部まで延びて前記噴孔(22)に接続されたボデー溝部(23)が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項2】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ボデー溝部(23)の高さをHbとしたとき、Hb≧1/3×Diであることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁。
【請求項3】
前記サック周壁面(210)の径をDsとし、前記ボデー溝部(23)のうち前記ボデーシート面(20)に形成された部位の長さをLbとしたとき、Lb≧1/2×Dsであることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射弁。
【請求項4】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ボデー溝部(23)の幅をWbとしたとき、Wb≧Diであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項5】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ボデーシート部から前記ボデー溝部(23)の上流端までの距離をYbとしたとき、Yb≧Diであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項6】
前記ボデー溝部(23)の底面は曲面であることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項7】
ノズルボデー(2)内でニードル(1)が往復動する燃料噴射弁であって、
前記ノズルボデー(2)は、テーパ状のボデーシート面(20)と、前記ボデーシート面(20)の下流側に設けられ、サック周壁面(210)およびサック底部壁面(211)とに囲まれたサック部(21)と、前記サック周壁面(210)に入口側開口部が開口し、前記サック部(21)と外部とを連通して燃料の噴出口となる噴孔(22)とを備え、
前記ニードル(1)は、2つのテーパ面(11、12)の境界部に形成され、前記ボデーシート面(20)と接離して前記噴孔(22)を開閉するニードルシート部(13)と、前記ニードル(1)の2つのテーパ面(11、12)のうち下流側のテーパ面(12)に形成され、前記ニードルシート部(13)よりも下流側から閉弁状態において前記噴孔(22)の入口側開口部に対向する位置まで延びたニードル溝部(14)とを備え、
前記ノズルボデー(2)と前記ニードル(1)は、前記ノズルボデー(2)と前記ニードル(1)の相対回転を防止する相対回転防止機構(15、24)を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項8】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ニードル溝部(14)の高さをHnとしたとき、Hn≧1/3×Diであることを特徴とする請求項7に記載の燃料噴射弁。
【請求項9】
前記サック周壁面(210)の径をDsとし、前記ニードル溝部(14)の長さをLnとしたとき、Ln≧1/2×Dsであることを特徴とする請求項7または8に記載の燃料噴射弁。
【請求項10】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ニードル溝部(14)の幅をWnとしたとき、Wn≧Diであることを特徴とする請求項7ないし9のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項11】
前記噴孔(22)の径をDiとし、前記ニードルシート部(13)から前記ニードル溝部(14)の上流端までの距離をYnとしたとき、Yn≧Diであることを特徴とする請求項7ないし10のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【請求項12】
前記ニードル溝部(14)の底面は曲面であることを特徴とする請求項7ないし11のいずれか1つに記載の燃料噴射弁。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2013−79629(P2013−79629A)
【公開日】平成25年5月2日(2013.5.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−221017(P2011−221017)
【出願日】平成23年10月5日(2011.10.5)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月2日(2013.5.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年10月5日(2011.10.5)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【Fターム(参考)】
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