(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料を微粒子化して霧状とし、広範囲に燃焼室内に噴射できる燃料装置の噴射ノズルの提供。【解決手段】内側に中空部を通するノズル本体１に取付孔１０を穿設しこの取付孔１０に噴口部材２０を嵌着する。噴口部材２０には、外側端面２０ｂから任意の深さにわたり切込み２１を形成し、該切込み２１の内部空間を燃料衝突空間Aとする。さらに噴口部材２０に、ノズル本体１の中空部に供給された燃料を燃料衝突空間Aへと導く複数の縦溝２２およびノズル孔２３からなる燃料導通路を形成し、これらの燃料導通路から噴出した燃料が燃料衝突空間Aで互いに衝突するようにする。【選択図】図１
2006170081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料導通路と、これら各燃料導通路がそれぞれ開口する燃料衝突空間とを備え、前記燃料衝突空間が外部へ通じ、前記各燃料通路の開口から前記燃料衝突空間へ噴出した燃料を該燃料衝突空間で互いに衝突させて外部へ噴射させるようにしたことを特徴とする燃焼装置の噴射ノズル。
【請求項２】
内側に中空部を有するノズル本体と、該ノズル本体に形成され前記中空部から外部にかけて貫通する取付孔と、この取付孔に装着される噴口部材とを備えた燃焼装置の噴射ノズルであって、前記噴口部材は、外側端面から任意の深さにわたり形成した燃料衝突空間と、前記ノズル本体の中空部に供給された燃料を前記燃料衝突空間へと導く複数の燃料導通路とを有し、かつ前記複数の燃料導通路は、噴出した燃料が前記燃料衝突空間で互いに衝突するように該燃料衝突空間への開口位置および燃料の噴出方向を調整してあることを特徴とする燃焼装置の噴射ノズル。
【請求項３】
請求項２記載の燃焼装置の噴射ノズルにおいて、前記噴口部材に二本の燃料導通路を、それぞれの開口が前記燃料衝突空間を介して互いに対向するように形成し、かつこれら燃料導通路の開口からほぼ等しい圧力で燃料が噴出するようにしたことを特徴とする燃焼装置の噴射ノズル。
【請求項４】
一または複数の燃料通路と、該燃料通路が開口する燃料衝突空間とを備え、前記燃料衝突空間が外部へ通じ、前記各燃料通路の開口から前記燃料衝突空間へ噴出した燃料を該燃料衝突空間の壁面に衝突させた後、前記燃焼室へ噴射させるようにしたことを特徴とする燃焼装置の噴射ノズル。
【請求項５】
本考案による燃焼装置の噴射ノズルは図４における１噴射ノズル本体３５分流子３９取り付けカバーの三分割された部品により構成された事を特徴としたものであり３０、３１の燃料噴出孔を設ける手段として３５分流子と３９取り付けカバーの接触面が平滑面であり且つ気密性の高いことを利用し３５分流子側の端面からワイヤー放電加工又は成形研削加工等の手段を用いて極小の溝加工を施し組み合わせ後３０、３１の燃料噴出孔が得られるようにしたことを特徴とする燃焼装置の噴射ノズル。
【請求項６】
図４の４燃焼導通路を通過した圧力は３２噴出口へ吐出されるまで各部品へかかってくるが、燃料の圧力を３５分流子と３９取り付けカバーの３５接触面で受けて且つ３５分流子が３９取り付けカバーより脱落しない様に３８接触面をコの字形状で圧力を受けるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルエンジン，ガソリンエンジン等の燃焼装置において、同装置の燃焼室内に燃料（液体燃料）を噴射させるための噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、エンジンに装着される従来の噴射ノズルを示す縦断面図である。ノズル本体１の先端部には中空状のノズルサック２が形成してあり、このノズルサック２の内面から外面にかけてノズル孔３が貫通している。ノズルサック２の中空部内は基端側が燃料供給口２ａとなっている。この燃料供給口２ａは、ニードル弁４の軸方向の移動によって開閉する。図示しない燃料供給装置から供給路５を経由して送られてきた液体燃料は、ニードル弁４の開放動作に伴い、燃料供給口２ａからノズルサック２内に充填され、さらにノズル孔３から霧状に噴射される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さて一般に、燃焼室内で燃料を燃焼する場合、燃料をなるべく微粒子化し、かつ広角度に広がる霧状に噴射供給した方が、燃焼効率を向上させることができる。特に、ディーゼルエンジンの場合は、燃料が微粒子化するほど、そして燃焼室内に霧状に広がるほど燃焼効率が向上し、燃費の向上とともに、排ガスに含まれる黒煙などのパティキュレート（粒子上物質）の発生が抑制されて公害防止対策に寄与することが知られている。
【０００４】
しかしながら、従来の噴射ノズルは、図１０に示したように細孔からなるノズル孔３を介して、燃料を直接的に燃焼室内へ噴射する構造であったので、噴射燃料が微粒子化しにくいばかりか、燃焼室内での広がりも少なく、燃焼効率の向上を実現することが困難であった。
【０００５】
この発明は、上述したような事情に鑑みてなされたもので、燃料を微粒子化して霧状とし、広範囲に燃焼室内に噴射することのできる燃焼装置の噴射ノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためにこの発明の噴射ノズルは、複数の燃料導通路と、これら各燃料導通路がそれぞれ開口する燃料衝突空間とを備えている。そして、燃料衝突空間は外部へ通じており、各燃料通路の開口から噴出した燃料を該燃料衝突空間で互いに衝突させて外部へ噴射させるようになっている。このように、複数の燃料導通路から噴出した燃料を燃料衝突空間内で衝突させることにより、その衝撃によって燃料を微粒子化して霧状にすることができるので、霧状になった燃料が広がりをもって燃焼室内に噴射され、燃焼効率の向上を実現することが可能となる。
【０００７】
この発明の噴射ノズルは、内側に中空部を有するノズル本体と、該ノズル本体に形成され中空部から外部にかけて貫通する取付孔と、この取付孔に装着される噴口部材とを備えた構成とすることもできる。ここで、噴口部材は、外側端面から任意の深さにわたり形成した燃料衝突空間と、ノズル本体の中空部に供給された燃料を燃料衝突空間へと導く複数の燃料導通路とを有している。また、複数の燃料導通路は、噴出した燃料が燃料衝突空間で互いに衝突するように該燃料衝突空間への開口位置および燃料の噴出方向を調整する。
【０００８】
特に、噴口部材に形成する燃料導通路を二本とし、それぞれの開口が燃料衝突空間を介して互いに対向するように位置決めするとともに、これら燃料導通路の開口からほぼ等しい圧力で燃料が噴出するようにすれば、各燃料導通路の開口から噴出した燃料が、燃料衝突空間のほぼ一定箇所で正面衝突を続けるので、安定して燃料を微粒子化することができ、高いレベルで燃焼効率を安定化させることができる。
【０００９】
さらに、この発明の噴射ノズルは、一または複数の燃料通路と、該燃料通路が開口する燃料衝突空間とを備え、燃料衝突空間が外部へ通じ、各燃料通路の開口から燃料衝突空間へ噴出した燃料を該燃料衝突空間の壁面に衝突させた後、燃焼室へ噴射させるように構成することもできる。この発明では、燃料衝突空間に噴出した燃料が同空間の壁面に衝突した際の衝撃によって燃料を微粒子化して霧状にすることができるので、霧状になった燃料が広がりをもって燃焼室内に噴射され、燃焼効率の向上を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の燃焼装置の噴射ノズルによれば、燃料を微粒子化して霧状に広い角度範囲にわたり噴射することができるので、燃焼装置の燃焼効率を格段に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明の一実施形態に係る噴射ノズルを説明するためのもので、図１０に示した噴射ノズルの先端部に相当する部分を拡大して示す縦断面図である。この実施形態に示すノズル本体１は、先端部以外は図１０に示した従来の噴射ノズルとほぼ同様の構成となっている。
【００１２】
ノズル本体１の先端部にはノズルサック２が形成してあり、このノズルサック２の内側は、中空部（燃料溜り）２ｂとなっている。ノズル本体１の先端部壁面には、ノズルサック２の内面から外面にかけて貫通する取付孔１０が形成してある。この取付孔１０の内周面は段付き形状に形成してあり、段部１０ａより外側の内周面が内側の内周面より小さな内径となっている。
【００１３】
この取付孔１０には、噴口部材２０が嵌着される。図２〜図４はこの噴口部材を示しており、図２は平面図、図３は底面図、図４は一部を切欠いて示す拡大斜視図である。噴口部材２０の外周面形状は、取付孔１０に嵌着されるような段付き形状となっており、同部材の段部２０ａと取付孔１０の段部１０ａとで、ノズルサック２の内側から作用する燃料の供給圧力を受けとめて、噴口部材２０の抜けを防止する構造となっている。
【００１４】
なお、取付孔１０の内周面および噴口部材２０の外周面にテーパ（外側に向かって徐々に小径となる）をつけたり、接着剤を用いて噴口部材２０を取付孔１０へ強固に接着する等により、噴口部材２０の抜けを防止することもできる。噴口部材２０には、ノズルサック２の外側に露出する端面（以下、外側端面という）２０ｂから任意の深さで任意幅の切込み２１が軸方向に入れてあり、この切込み２１の内部空間が、燃料を衝突させて微粒子化させるための燃料衝突空間Ａを形成している。
【００１５】
また、噴口部材２０の外周面には、中心軸に関し対称な二箇所に縦溝２２が形成してある。これらの縦溝２２は、それぞれノズルサック２の内側に位置する端面（以下、内側端面という）２０ｃから軸方向へ任意の長さにわたり、任意の深さで形成してある。各縦溝２２の形状寸法はほぼ同一となっている。
【００１６】
図１に示すように、噴口部材２０の外側端面２０ｂから任意の深さに形成した切込み２１と、内側端面２０ｃから任意の長さに形成した各縦溝２２とは、側方からみて互いに交差する位置まで切り込まれており、これら各縦溝２２と切込み２１との間を、ノズル孔２３によってそれぞれ連通させてある。各ノズル孔２３もほぼ同一の形状寸法となるように形成してある。これらのノズル孔２３は、噴口部材２０の中心軸と直交する同一軸上に形成してある。これにより、各ノズル孔２３の燃料衝突空間Ａ（切込み２１）側への開口は、互いに対向している。このノズル孔２３と上記の縦溝２２とによって、ノズルサック２内に供給された燃料を燃料衝突空間Ａへと噴出するための燃料導通路が形成されている。
【００１７】
図５は図１に示す噴口部材２０の嵌着部分をさらに拡大して示す縦断面図である。次に、上述した噴射ノズルの作用について、図５を主に参照して説明する。燃料供給装置から図１０に示す供給路５を経由して送られてきた燃料（液体燃料）は、ニードル弁４の開放動作に伴い、燃料供給口２ａからノズルサック２内に高圧充填され、さらに噴口部材２０に形成した各縦溝２２（図５参照）にそれぞれ導入されていく。各縦溝２２に導入された燃料は、それぞれノズル孔２３を通りほぼ等しい圧力で各開口から燃料衝突空間Ａへと噴出する。各開口から噴出した燃料は、燃料衝突空間Ａで正面衝突する。このときの衝突圧力によって燃料は砕かれ微粒子化して霧状となる。このようにして霧状となった燃料は、燃料衝突空間Ａの外側端面２０ｂ側の開口から外部（燃焼装置の燃焼室）へ広がりをもって噴射される。
【００１８】
なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形または応用が可能であり、その一部を以下に示す。
ノズル本体は、図１０に示した全体構造のものに限らず、各種燃焼装置で燃料噴射のために用いられる噴射ノズルの本体構造を適用することがでる。すなわち、そのようなノズル本体のノズル孔部分にこの発明特有の構成、すなわち燃料導通路および燃料衝突空間を形成すればよい。先の実施形態では、加工の容易化を図るため、燃料導通路および燃料衝突空間を噴口部材に形成して、ノズル本体の取付孔に嵌着する構成としたが、ノズル本体に直接燃料導通路および燃料衝突空間を形成することもできる。
【００１９】
先の実施形態で示したノズル孔２３を、燃料衝突空間Ａへの開口に向かって徐々に小径となるようなテーパ状に形成することで、燃料の噴出圧力を増大させてもよい。
【００２０】
先の実施形態で示したノズル孔２３を、噴口部材２０の中心軸に対して鋭角または鈍角の傾きを付けて形成し、噴出する燃料が一定の角度をもって衝突するようにしてもよい。このように角度を付けた場合、衝撃圧力は正面衝突させる場合に比べ減少するものの、角度によっては衝突した燃料に外部方向への流れが生じ、外部への噴射が円滑化するという好ましい作用効果が生ずる。
【００２１】
先の実施形態で示した縦溝２２を、噴口部材２０の外周面でなく、同部材２０が嵌着される取付孔１０の内周面側（すなわち、ノズルサック２側）に形成し、噴口部材２０に形成したノズル孔２３と連通させるようにしてもよい。
【００２２】
燃料導通路は、二本に限らず、三本以上形成してもよい。それら三本以上の燃料導通路から噴出した燃料が燃料衝突空間で互いに衝突して微粒子化するような構成であれば、燃焼装置の燃焼効率を向上させることができる。
【００２３】
また、複数の燃料導通路の開口をそれぞれ燃料衝突空間の内壁に対向させ、各燃料導通路の開口から噴出した燃料をそれぞれ燃料衝突空間の内壁に衝突させることにより、その衝撃によって燃料を微粒子化する構造とすることもできる。
【００２４】
また、単一の燃料導通路を形成し、該燃料導通路の開口を燃料衝突空間の内壁と対向させた構成とし、該燃料導通路の開口から噴出した燃料を燃料衝突空間の内壁に衝突させることにより、その衝撃によって燃料を微粒子化する構造とすることもできる。
【００２５】
燃料衝突空間は、図１〜図５に示したような切込み２１で形成する以外にも、例えば噴口部材の中心軸部分に外端面から任意の深さの陥凹部を形成し、この陥凹部の内部空間を燃料衝突空間とすることもできる。その他にも、燃料導通路を開口させるとともに外部に通じる適宜の内部空間をもって、燃料衝突空間とすることができる。
【００２６】
燃料衝突空間の内壁を外端面に向かって徐々に拡開させた構成とすれば、燃料衝突空間内で霧状となった燃料を一層広い角度範囲に噴射することが可能となる。
【００２７】
特開平９−２０９８７５号の噴射ノズルに於ける２３燃料噴出孔製作方法の改善を行い図１１の１噴射ノズル本体３５分流子３９取り付けカバーの三分割された各部品により構成された事を特徴とした噴射ノズルであり２３の燃料噴出孔はできるだけ小さくすることにより燃料が微粒化される訳であるが現状におけるドリル等による加工方法ではφ0.17程度と限界があった。そこで発明者らは３分割され構成された２３燃料噴出孔を制作方法とし３５分流子と３９取り付けカバーの３８接触面が平滑であり且つ気密性を保つ上で都合のよい構造を利用し３５分流子側の端面からワイヤー放電加工又は成形研削加工又は放電加工等の手段により極小（φ0.06〜φ0.13）の溝加工を施し３５分流子と３９取り付けカバーを組合せ後２３燃料噴出孔を製作できるようにした。
【００２８】
近頃、燃料噴射圧力を低圧１５０paから高圧（１５００pa〜２０００pa）とすることにより燃料の微粒化が顕著に進むことが解明され又それに対する噴射ノズルが求められる状況である。そこで発明者らは上記でも述べたような３分割ノズル製作方法への改善を行い図１１における３０燃料導通路を通過した圧力はA噴出へ吐出されるまで各部品へかかってくるが燃料の圧力により３９取り付けカバーより３５分流子が脱落しない様３８接触面における構造を平坦部を設けるコの字状にした。
【実施例】
【００２９】
先端部（燃料噴射部分）が図６に示すような構造の噴射ノズル（本発明）を製作して、燃料の時間に対する噴霧角および前方への先端到達距離を測定した。噴射ノズルの各部寸法は次の通りであり、二本形成したノズル孔２３の各開口から噴出する燃料の噴出圧力Ｐｃは、共に５０ＭＰａに設定した。なお、燃料を噴射する外部の雰囲気圧Ｐａは、０．１ＭＰａという低雰囲気圧に調整してこの測定を実施した。
各部寸法：ａ＝φ０．１３ｍｍ（ノズル孔断面積の総和＝０．０２６ｍｍ2）
ｂ＝０．２４ｍｍ，ｃ＝φ１．０ｍｍその測定結果を、図８，図９に実線で示す。
【００３０】
一方、比較例として、図７に示すような従来の標準的なノズル孔３０を有する噴射ノズルを製作し、同様の条件（すなわち、噴出圧力Ｐｃ＝５０ＭＰａ、外部の雰囲気圧Ｐａ＝０．１ＭＰａ）で、燃料の時間に対する噴霧角および前方への先端到達距離を測定した。なお、ノズル孔３０の内径は０．１７ｍｍ（断面積：０．０２３ｍｍ2）とした。その測定結果を、図８，図９に破線で示す。
【００３１】
図８に示した時間に対する噴霧角の測定結果から、噴射開始から本発明の噴射ノズルは、従来の標準的なノズル孔を有する噴射ノズルに比べ、広い角度範囲にわたり燃料が噴霧されていることがわかる。また、図９に示した時間に対する燃料の先端到達距離の測定結果から、本発明の噴射ノズルは、従来の標準的なノズル孔を有する噴射ノズルに比べ、燃料が前方に進む速度の遅いことがわかる。
【００３２】
これらの測定結果から、本発明の噴射ノズルは、燃料を微粒子化して霧状にし、広い角度範囲にじわじわと均一に噴射することを確認することができる。このような噴射の形態は、ディーゼルエンジン等の燃焼装置において、燃焼効率を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施形態に係る噴射ノズルの先端部分を拡大して示す縦断面図である。
【図２】同実施形態で使用する噴口部材の平面図である。
【図３】同噴口部材の底面図である。
【図４】同噴口部材を一部切欠いて示す拡大斜視図である。
【図５】図１に示す噴口部材の嵌着部分をさらに拡大して示す縦断面図である。
【図６】この発明の実施例に使用した噴射ノズルの先端部分を拡大して示す縦断面図である。
【図７】この発明の比較例として使用した噴射ノズルの先端部分を拡大して示す縦断面図である。
【図８】この発明の実施例のおける時間に対する噴霧角の測定結果を示す図である。
【図９】この発明の実施例のおける時間に対する燃料の先端到達距離の測定結果を示す図である。
【図１０】従来の燃焼装置の噴射ノズルを示す縦断面図である。
【図１１】分割型にしたノズルの縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：ノズル本体 １０：取付孔
２０：噴口部材 ２１：切込み
２２：縦溝 ２３：ノズル孔
Ａ：燃料衝突空間
３５：分流子
３８：２３ノズル孔における３９取り付けカバーと３５分流子との外径部接触面
３９：取り付けカバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006170081.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006170081.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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