(57)【要約】【課題】噴霧燃料への空気の供給を促進し得るより好適な燃料噴射装置を提供すること。【解決手段】先端部に設けられた噴孔から燃料を噴射するノズルボディ１０を備え、前記噴孔１３は、前記燃料の流入口１３Ｘから直線状に延在する整流部１３ａと、前記整流部１３ａの下流側に当該整流部１３ａから連続して形成され、前記噴孔１３の内周形状を絞り込む縮径部１３ｂと、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に設けられた噴孔から燃料を噴射するノズルボディを備え、
前記噴孔は、
前記燃料の流入口から直線状に延在する整流部と、
前記整流部の下流側に当該整流部から連続して形成され、前記噴孔の内周形状を絞り込む縮径部と、
を有する燃料噴射装置。
【請求項２】
前記整流部は、前記流入口から噴射出口までの間の少なくともＬ／２（但し、Ｌは前記流入口から前記噴射出口までの前記噴孔の長さ）の位置まで延在する
請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記整流部の断面径は、略等径であり、上流側から下流側に直線状に延在する
請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記縮径部の断面径は、Ｔａ／２（但し、Ｔａは前記噴孔の軸線方向の中間位置における断面径）以下まで縮径する
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記縮径部の内周形状は、前記噴孔の軸線方向に沿う断面において、凸型の曲線形状である
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記曲線形状は、Ｒ形状又は流線形状である
請求項５に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記縮径部の下流側に当該縮径部から噴射出口まで連続して形成され、前記噴孔の断面径を、上流側から下流側に向かって拡径する拡径部、を更に備える
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記拡径部の断面径は、Ｔａ（但し、Ｔａは前記噴孔の軸線方向の中間位置における断面径）以上まで拡径する
請求項７に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のエンジンの燃焼室内へ燃料を直接噴射する直噴式の燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
この種の燃料噴射装置は、先端部に設けられた噴孔から燃料を噴射するノズルボディを備え、ノズルボディの噴孔を燃焼室内に向けて配置することにより、エンジンの燃焼室内への直接噴射を実現する。尚、この種の燃料噴射装置が適用されるエンジン（例えば、ディーゼルエンジン）においては、通常、噴孔から噴射した噴霧燃料の拡散と燃焼とがほぼ同時に行われるため、噴霧燃料への空気の供給が燃焼効率を左右する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／００１８０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の燃費や排気エミッションの改善に対し、噴霧燃料の粒径の微細化が有効であることが知られている。即ち、噴霧燃料の粒径の微細化によって、噴霧燃料への空気の供給が促進され、効率的に噴霧燃料を燃焼させることが可能である。
【０００６】
従来技術においては、コモンレールから燃料噴射装置に供給する燃料の高圧化又は噴孔径の小径化により、噴霧燃料の粒径を微細化する構成となっている。
【０００７】
しかしながら、コモンレールから燃料噴射装置に供給する燃料の高圧化は、ポンプの駆動損失の増大や強度面から限界がある。又、噴孔の小径化は、噴孔内に流入する燃料が低減することから、燃料噴射量が低下し、燃料噴射期間が長期化するというデメリットがある。
【０００８】
本開示は、上記問題点に鑑みてなされたもので、噴霧燃料への空気の供給を促進し得るより好適な燃料噴射装置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】
【０００９】
前述した課題を解決する主たる本開示は、
先端部に設けられた噴孔から燃料を噴射するノズルボディを備え、
前記噴孔は、
前記燃料の流入口から直線状に延在する整流部と、
前記整流部の下流側に当該整流部から連続して形成され、前記噴孔の内周形状を絞り込む縮径部と、
を有する燃料噴射装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本開示に係る燃料噴射装置によれば、噴霧燃料への空気の供給を促進することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る燃料噴射装置の概略構造を示す図
【図２】一実施形態に係る燃料噴射装置の噴孔の拡大図
【図３】燃料噴射装置の噴孔の他の一例を示す拡大図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１３】
以下では、本発明に係る燃料噴射装置の適用例として、ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」と称する）に適用した態様について説明する。但し、本発明に係る燃料噴射装置は、ガソリンエンジン等にも適用することができる。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る燃料噴射装置１の概略構造を示す図である。尚、以下では、ニードル弁２０の先端側を下方側（図１の下側に相当）、ニードル弁２０の基端側を上方側（図１の上側に相当）として、説明する。
【００１５】
本実施形態の燃料噴射装置１は、先端側に噴孔１３が形成された中空状のノズルボディ１０と、ノズルボディ１０の中空部１０ａ内に軸線方向に移動可能に収容されたニードル弁２０と、を含んで構成される。そして、燃料噴射装置１は、ノズルボディ１０の先端がエンジンの燃焼室（図示せず）内に配されるように、組み付けられる。
【００１６】
ノズルボディ１０の中空部１０ａの下部領域は、ニードル弁２０の先端部が配設されるノズル室１１を構成し、ノズルボディ１０の中空部１０ａの上部領域は、ニードル弁２０の基端部が配設される圧力制御室１２を構成する。
【００１７】
ノズル室１１及び圧力制御室１２には、コモンレール（図示せず）から高圧燃料が導入され、ノズル室１１及び圧力制御室１２は、当該高圧燃料が充填された状態で保持される。そして、圧力制御室１２側の内圧が調整されることによって、ニードル弁２０が下方側又は上方側に移動する。
【００１８】
圧力制御室１２の上方側の壁部には、当該圧力制御室１２内の高圧燃料を排出するための排出路１５が配設されている。又、圧力制御室１２の上方には、当該排出路１５を開閉し、当該圧力制御室１２内の内圧を調整するための電磁弁３０が配設されている。
【００１９】
ノズル室１１の下方側の壁部には、ニードル弁２０の先端側の弁本体２４が着座するシート面１４、及び、当該ノズル室１１内の高圧燃料をエンジンの燃焼室内に噴射するための噴孔１３が配設されている。尚、噴孔１３は、ノズルボディ１０の軸線回りに、複数設けられている。
【００２０】
ニードル弁２０は、中空部１０ａ内に摺動可能に配設されている。ニードル弁２０は、略円柱状に形成されており、圧力制御室１２内の高圧燃料から下向きの圧力を受けるサーボピストン２１と、ノズル室１１内の高圧燃料から上向きの圧力を受けると共に、スプリング２２から下向きの付勢力を受けるノズルピストン２３とを有する。又、ノズルピストン２３の下部には、シート面１４に着座する円錐面を有する弁本体２４が接続されている。尚、ニードル弁２０は、圧力制御室１２内の高圧燃料から受ける下向きの圧力とノズル室１１内の高圧燃料から受ける上向きの圧力の圧力バランスによって、摺動する。
【００２１】
かかる燃料噴射装置１において、燃料の噴射制御は、電磁弁３０への通電を制御するコントロールユニット（図示せず）により実行される。コントロールユニットは、例えば、燃料噴射時に電磁弁３０へ通電し、燃料噴射停止時に電磁弁３０への通電を遮断するように構成されている。尚、コントロールユニットは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び、入出力ポートをバスで接続した公知の形式のコンピュータによって構成されており、各種センサや作動装置と信号をやり取りして燃料噴射装置１を制御する。
【００２２】
コントロールユニットは、噴射を休止する際には、電磁弁３０により排出路１５を閉鎖する。これにより、圧力制御室１２内の高圧燃料及びスプリング２２による下向きの力がノズル室１１による上向きの力よりも大きくなり、ニードル弁２０は下方に移動する。このように、ニードル弁２０が下方に移動すると、弁本体２４の円錐面がシート面１４に着座して噴孔１３は閉塞される。
【００２３】
一方、コントロールユニットは、噴射を実行する際には、電磁弁３０により排出路１５を開放する。これにより、圧力制御室１２内の高圧燃料及びスプリング２２による下向きの力がノズル室１１による上向きの力よりも小さくなり、ニードル弁２０は上方に移動する。そして、ニードル弁２０が上昇して弁本体２４の円錐面がシート面１４から離間すると、噴孔１３にノズル室１１内の高圧燃料が流入し、噴孔１３からエンジンの燃焼室内に高圧燃料が噴射される。
【００２４】
次に、ノズルボディ１０の噴孔１３の形状について詳細に説明する。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る燃料噴射装置１の噴孔１３の拡大図である。
【００２６】
噴孔１３は、上流側から下流側に向かって、整流部１３ａ、縮径部１３ｂ、及び拡径部１３ｃを有している。
【００２７】
尚、図２において、Ｌは噴孔１３の流入口１３Ｘから噴射出口１３Ｙまでの長さ、Ｔａは噴孔１３の軸線方向の中間位置における断面径、Ｔｂは縮径部１３ｂにおける断面径、Ｔｃは拡径部１３ｃにおける断面径、を表す。ここで、断面径とは、噴孔１３の軸線方向に直交する断面の径を表す。
【００２８】
図２では、噴孔１３の軸線方向に沿う断面を示している。噴孔１３の軸線方向に直交する断面形状は、典型的には、円形状であるが、楕円形状又はその他の形状であってもよい。
【００２９】
整流部１３ａは、噴孔１３の流入口１３Ｘから連続して形成され、流入口１３Ｘから流入する燃料を整流する領域である。流入口１３Ｘから流入した燃料は、整流部１３ａにおいて整流されることによって、縮径部１３ｂに流入しやすくなる。その結果、効果的に高圧化することが可能となる。
【００３０】
整流部１３ａは、燃料の流入口１３Ｘから噴射出口１３Ｙまでの間の少なくともＬ／２の位置（即ち、噴孔１３の軸線方向における中間位置）まで、直線状に延在する。
【００３１】
整流部１３は、噴孔１３の断面径を略等径にして、上流側から下流側に直線状に延在する。換言すると、整流部１３ａにおける噴孔の断面径は、例えば、上流側と下流側の間の各位置において略同一の断面径Ｔａとなるように設定されている。但し、整流部１３ａにおける噴孔の断面径は、流入口１３Ｘに流入する燃料の量を確保する観点から、上流側から下流側に向かって直線状に縮小するように、設定されてもよい。
【００３２】
尚、ここで、整流部１３ａが延在する領域を燃料の流入口１３Ｘから噴射出口１３Ｙまでの間の少なくともＬ／２としているのは、流入口１３Ｘから流入する燃料を確実に整流するためである。換言すると、仮に、整流部１３ａが延在する領域が短い場合には、整流部１３ａを通過した燃料は、乱流成分が残留した状態で縮径部１３ｂに流入しようとすることになり、円滑に縮径部１３ｂに流入することができない。かかる状態は、燃料の高圧化を抑制するように作用する。
【００３３】
縮径部１３ｂは、燃料の流路を狭め、整流部１３ａから流入する燃料を圧縮する領域である。縮径部１３ｂは、整流部１３ａの下流側に当該整流部１３ａと連続して形成され、噴孔１３の内周形状を絞り込むようにして、当該噴孔１３の断面径を縮径する。縮径部１３ｂは、典型的には、噴孔１３の断面径Ｔｂを、少なくともＴａ／２以下まで縮径する。
【００３４】
縮径部１３ｂにおける内周形状は、噴孔１３の軸線方向に沿う断面において、例えば、凸型の曲線形状であり、より好適には、Ｒ形状又は流線形状である。換言すると、縮径部１３ｂは、噴孔１３の内壁の軸線回りの全周に亘って延在する凸型の曲線形状の突起によって形成されている。縮径部１３ｂをＲ形状や又は流線形状等で形成することによって、噴孔１３内においてよどみ点が発生したり、又、噴孔１３内を流動する際に圧力損失が発生したりすることを抑制することができる。又、縮径部１３ｂをＲ形状や又は流線形状等で形成することによって、流れの剥離を抑制することができる。
【００３５】
尚、図２は、縮径部１３ｂにおける噴孔１３の内周形状がＲ形状の突起によって形成されている態様を示している。
【００３６】
拡径部１３ｃは、縮径部１３ｂの下流側に当該縮径部１３ｂから噴射出口１３Ｙまで連続して形成される領域である。拡径部１３ｃは、噴孔１３の断面径を、上流側から下流側に向かって直線状又は曲線状に拡径する。拡径部１３ｃは、典型的には、噴孔１３の断面径Ｔｃが噴射出口１３Ｙの位置においてＴａ以上になるように拡径する。
【００３７】
拡径部１３ｃは、コアンダ効果により、噴射出口１３Ｙからエンジンの燃焼室内に噴射される噴霧燃料の噴霧角を広角化する。つまり、これにより、噴霧燃料の微粒化を促進する。尚、図２、図３中の点線は、噴射出口１３Ｙから噴射された噴霧燃料を表している。
【００３８】
拡径部１３ｃにおける内周形状は、例えば、噴孔１３の軸線方向に沿う断面において、Ｒ形状を呈している。
【００３９】
尚、拡径部１３ｃは、コアンダ効果により噴霧燃料の噴霧角を広角化する目的で設けられるものであるため、噴射出口１３Ｙの直前位置（例えば、噴孔１３の噴射出口１３Ｙ側のＬ／１０より下流側の位置）にのみ設けられるのが望ましい。換言すると、整流部１３ａの長さを可能な限り確保するのが望ましい。
【００４０】
図３は、噴孔１３の他の一例を示す拡大図である。図３の噴孔１３は、縮径部１３ｂにおける内周形状が流線形状によって形成されている態様を示している。かかる態様によっても、図２に示した噴孔１３と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
次に、噴孔１３へ流れ込み噴射される燃料の態様を説明する。
【００４２】
ニードル弁２０がリフトした際、燃料は、噴孔１３の流入口１３Ｘから流入する。この際、燃料は、噴孔１３の周囲の各方向から当該噴孔１３内に流入するため、燃料流には、乱流成分が含まれた状態となっている。この燃料流に含まれる乱流成分は、整流部１３ａにて整流されて除去される。
【００４３】
その後、整流部１３ａにて整流された燃料は、縮径部１３ｂにて、圧縮される。これにより、燃料は、効果的に高圧化される。
【００４４】
そして、高圧化された噴孔１３内の燃料は、エンジンの燃焼室内との圧力差によって噴霧状態、即ち微粒化されて、噴射出口１３Ｙからエンジンの燃焼室内に噴霧される。尚、当該燃料が噴射出口１３Ｙから噴霧される際には、燃料は、コアンダ効果によって、拡径部１３ｃの曲線形状に沿って流れながら、噴孔１３から周囲に拡散する。
【００４５】
このようにして、噴孔１３からエンジンの燃焼室内に噴霧燃料が噴射され、当該噴霧燃料は、エンジンの燃焼室内にて拡散しながら燃焼することになる。尚、この際、噴霧燃料は、微粒化した状態で拡散するため、当該噴霧燃料は、周囲の空気を十分に取り込みながら、燃焼することになる。
【００４６】
［効果］
以上のように、本実施形態に係る燃料噴射装置１の噴孔１３は、燃料の流入口１３Ｘから連続して形成され、当該流入口１３Ｘから噴射出口１３Ｙまでの間の少なくともＬ／２（但し、Ｌは流入口１３Ｘから噴射出口１３Ｙまでの噴孔１３の長さ、を表す）の位置まで直線状に延在する整流部１３ａと、整流部１３ａの下流側に当該整流部１３ａから連続して形成され、前記噴孔の内周形状を絞り込む縮径部１３ｂと、を有する。
【００４７】
従って、本実施形態に係る燃料噴射装置１によれば、整流部１３ａにて噴孔１３に流入した燃料を整流した後に、縮径部１３ｂにて当該燃料を急激に圧縮するため、効果的に燃料圧力を高めることが可能である。これによって、噴射の前後の圧力差を利用して、噴孔１３から噴射される燃料の微粒化を促進し、噴霧燃料に対する空気の供給を促進することが可能である。換言すると、これによって、噴霧燃料の燃焼効率を高め、排気ガス中の煤の発生を抑制することができる。尚、これによって、ＮＯｘと煤排出のトレードオフの関係を軽減することができる。
【００４８】
又、特に、本実施形態に係る燃料噴射装置１において、噴孔１３の縮径部１３ｂは、噴孔１３の断面径を、当該噴孔１３の断面径を少なくともＴａ／２（但し、Ｔａは噴孔１３の軸線方向の中間位置における断面径、を表す）以下まで縮小する。これによって、より効果的に、整流部１３ａから流入する燃料の圧縮を促進することができる。
【００４９】
又、特に、本実施形態に係る燃料噴射装置１において、噴孔１３の縮径部１３ｂにおける内周形状は、噴孔１３の軸線方向に沿う断面において、曲線形状（典型的には、Ｒ形状又は流線形状）である。これによって、整流部１３ａからの燃料の流入を円滑にし、より効果的に、整流部１３ａから流入する燃料の圧縮を促進することができる。
【００５０】
又、特に、本実施形態に係る燃料噴射装置１において、噴孔１３は、縮径部１３ｂの下流側に当該縮径部１３ｂから噴射出口１３Ｙまで連続して形成され、噴孔１３の断面径を、上流側から下流側に向かって直線状又は曲線状にＴａ（但し、Ｔａは噴孔１３の軸線方向の中間位置における断面径、を表す）以上まで拡径する拡径部１３ｃ、を更に有する。これによって、コアンダ効果により、噴霧燃料が噴射出口１３Ｙから噴射される際の噴霧角度を広角化し、より効果的に、噴霧燃料の微粒化を促進することができる。
【００５１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本開示に係る燃料噴射装置によれば、噴霧燃料への空気の供給を促進することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  燃料噴射装置  
１０  ノズルボディ
１０ａ  中空部
１１  ノズル室
１２  圧力制御室
１３  噴孔
１３ａ  整流部
１３ｂ  縮径部
１３ｃ  拡径部
１３Ｘ  流入口
１３Ｙ  噴射出口
２０  ニードル弁
【図１】
2019196723.tif 000003
【図２】
2019196723.tif 000004
【図３】
2019196723.tif 000005