(57)【要約】【課題】従来より、ノズルボディの噴射部に設けた単一の補助噴口に、複数の主噴口を周設すると共に、前記補助噴口を、ピストン頂部で燃焼室を構成するキャビティの略中央に形成された突体の平面部に対して、略直角に対向配置した多噴口燃料噴射ノズルでは、前記補助噴口からの補助噴霧により、前記平面部に燃料が容易に付着して多量にカーボンが堆積する、という問題があった。【解決手段】補助噴口２５の噴口径ｄ２を主噴口６の噴口径ｄ１よりも小さく形成すると共に、補助噴口２５の噴口長さＬ２１を主噴口６の噴口長さＬ１よりも短くする噴口長さ調節構造を備え、更に、該噴口長さ調節構造は、補助噴口２５の開口外側２５ａに削除面である水平下面２０ｂを形成して成る構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルボディの噴射部に単一の補助噴口を設け、該補助噴口に複数の主噴口を周設すると共に、前記補助噴口を、ピストン頂部で燃焼室を構成するキャビティの略中央に形成された突体の平面部に対して、略直角に対向配置した多噴口燃料噴射ノズルにおいて、前記補助噴口の噴口径を主噴口の噴口径よりも小さく形成すると共に、前記補助噴口の噴口長さを主噴口の噴口長さよりも短く設定する噴口長さ調節構造を備えたことを特徴とする多噴口燃料噴射ノズル。
【請求項２】
前記噴口長さ調節構造は、前記補助噴口の開口外側に削除面を形成して成ることを特徴とする請求項１記載の多噴口燃料噴射ノズル。
【請求項３】
前記噴口長さ調節構造により、前記補助噴口における噴口径に対する噴口長さの割合と、前記主噴口における噴口径に対する噴口長さの割合を略同一に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多噴口燃料噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直噴式ディーゼルエンジンに用いられる多噴口燃料噴射ノズルに関し、特に、ピストン頂部の燃焼室内に形成した突体の平面部に対して略直角に補助噴口を対向配置した多噴口燃料噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃焼室内に燃料を直接噴射して自然燃焼を起こすようにした直噴式ディーゼルエンジンにおいては、ピストン頂部にキャビティを設け、該キャビティにより、シリンダ内側面とシリンダヘッド下面との間で燃焼室を構成すると共に、燃料噴射ノズルの噴射部の噴口を、前記キャビティ内に臨むように配置することにより、スワール等の空気流動を積極的に利用して、燃料噴射ノズルから噴射した噴霧をキャビティの壁面に向かって拡散させ、燃料を空気と十分に混合させて効率良く燃焼させるようにしていた。
【０００３】
特に、前記噴射部に複数の噴口を設けて噴霧の数を増やすことにより、広範囲に燃料を拡散させて空気の利用効率を高めると共に、平面部を有する突体を前記キャビティの略中央に設け、前記噴射部の下端には、小径の噴口（以下、「補助噴口」とする。）を、前記平面部に対して略直角に対向配置することにより、燃料噴射ノズル直下のキャビティ内の空気を有効に利用し、これらによって、燃費の向上、及びエンジン稼働時に排出する煙の低減等を図る対向配置型の多噴口燃料噴射ノズルが知られている。
【０００４】
ここで、図５は、このような従来の多噴口燃料噴射ノズルの先部の側面一部断面図であり、図６は、同じく従来の多噴口燃料噴射ノズルによる噴霧状況を示す、燃焼室近傍の側面一部断面図である。
図５、図６に示すように、多噴口燃料噴射ノズル１のノズルボディ２の下部には半球状の噴射部３が形成され、該噴射部３の下端には、噴口長さＬ２・噴口径ｄ２の小径の補助噴口５が形成されると共に、該補助噴口５の周囲には、噴口長さＬ１・噴口径ｄ１の大径の噴口（以下、「主噴口」とする。）６が複数形成されている。更に、前記噴口長さＬ２は噴口長さＬ１と等しく、噴口径ｄ２は噴口径ｄ１よりも小さく設定されている。
【０００５】
そして、このような多噴口燃料噴射ノズル１は、そのノズル軸心７が、ピストン９を収納する図示せぬシリンダのシリンダ中心線１８と同軸上に配置されるように、シリンダヘッド８に嵌着され、該シリンダヘッド８の下面８ａからは、前記噴射部３の主噴口６と補助噴口５が燃焼室４内に臨むようにしている。
【０００６】
該燃焼室４は、前記シリンダヘッド８の下面８ａと、図示せぬシリンダの内側面と、ピストン９の頂部９ａを凹状に加工したキャビティ１０との間に形成され、該キャビティ１０の平面視略中央においては、突体１１が上方に膨出され、該突体１１の上部には、略平坦な平面部１１ａが形成されており、該平面部１１ａに対して、前記補助噴口５は、その補助噴口中心線１２が略直交するように対向配置されている。
【０００７】
以上のような構成において、前記複数の主噴口６から噴射される燃料は、主噴霧１６として主噴口中心線１３上を円錐状に広がりながら、斜め下方にある、キャビティ１０の内側壁１０ａに向かって進行し、更に、前記補助噴口５から噴射される燃料は、補助噴霧１５として補助噴口中心線１２上を円錐状に広がりながら、下方にある前記平面部１１ａに向かって進行する。これにより、噴霧の数を増加させると共に、前記突体１１が占めることにより縮小された多噴口燃料噴射ノズル１直下の空間に存在する空気を、前記補助噴霧１５によって燃料と十分に混合して燃焼させ、空気の利用効率を高めるようにしている。
【０００８】
しかし、前記補助噴口５の噴口長さＬ２や噴口径ｄ２が不適切であると、補助噴霧１５の貫徹力が強くなって噴霧長さＳ２が長くなり、この補助噴霧１５を構成する燃料が、十分に微粒化される前に平面部１１ａに衝突し、その衝突面に付着する。このような燃料付着を防止する技術として、補助噴口における噴口径に対する噴口長さの割合を、主噴口における噴口径に対する噴口長さの割合以下に設定する等により、補助噴霧の噴霧角を広げて前記貫徹力を緩和し、噴霧長さを短くする技術が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２０４８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記技術では、補助噴口はノズルボディに形成された上下２段の噴口列のうちの下段の噴口であって、補助噴口から噴射する補助噴霧も、主噴霧と同様に、キャビティの内側壁に対して斜めに進行して衝突する。これに対し、本発明に係わる対向配置型の多噴口燃料噴射ノズル１の場合には、補助噴口５から噴射する補助噴霧１５は、突体１１の平面部１１ａに向かって略直角に衝突するため、その衝突面への燃料の付着力は一層強力なものとなっており、このために、多噴口燃料噴射ノズル１では、噴霧長さＳ２が少しでも変動して補助噴霧１５の先部が平面部１１ａに接触すると、該平面部１１ａには、燃料が容易に付着して多量にカーボンが堆積することとなる。
【００１０】
ここで、前記技術のように、噴口径ｄに対する噴口長さＬの割合（以下、単に「形状係数」とする。）Ｌ／ｄだけを調整しても、噴口径が大きすぎると、噴霧角拡大による貫徹力緩和の効果以外に、噴霧量増加に伴う質量増大による貫徹力強化の効果も奏するようになり、噴霧がキャビティの内壁に接触しない長さまで、噴霧長さを確実に短縮させるのは難しい。特に、前述した多噴口燃料噴射ノズル１の補助噴口５のように、燃料を略垂直下方に噴射させる場合には、質量増大を通じた、噴霧量増加による貫徹力強化の効果が著しい。
【００１１】
従って、たとえ前記技術を適用しても、従来の前記多噴口燃料噴射ノズル１のように、平面部１１ａへの燃料付着力が強力で、しかも噴霧量増加による貫徹力強化の効果が著しい場合には、供給燃料圧の脈動等によって僅かでも変動して噴霧量が増加すると、補助噴霧１５の先部が、すぐ近くに位置する平面部１１ａに接触して、該平面部１１ａに燃料が容易に付着して多量にカーボンが堆積し、これにより、低負荷時の黒煙や始動直後の白煙の発生が頻発する等して、エンジン性能が著しく低下する、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、対向配置型の多噴口燃料噴射ノズル１において平面部１１ａへの燃料付着を防止するには、補助噴口５の形状係数Ｌ２／ｄ２の調整よりも、噴口径ｄ２を小さく形成した上での噴口長さＬ２の調整の方が極めて有効であることを見出したのである。
【００１３】
すなわち、請求項１においては、ノズルボディの噴射部に単一の補助噴口を設け、該補助噴口に複数の主噴口を周設すると共に、前記補助噴口を、ピストン頂部で燃焼室を構成するキャビティの略中央に形成された突体の平面部に対して、略直角に対向配置した多噴口燃料噴射ノズルにおいて、前記補助噴口の噴口径を主噴口の噴口径よりも小さく形成すると共に、前記補助噴口の噴口長さを主噴口の噴口長さよりも短く設定する噴口長さ調節構造を備えたものである。
請求項２においては、前記噴口長さ調節構造は、前記補助噴口の開口外側に削除面を形成して成るものである。
請求項３においては、前記噴口長さ調節構造により、前記補助噴口における噴口径に対する噴口長さの割合と、前記主噴口における噴口径に対する噴口長さの割合を略同一に設定するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示す効果を奏する。
すなわち、請求項１においては、ノズルボディの噴射部に単一の補助噴口を設け、該補助噴口に複数の主噴口を周設すると共に、前記補助噴口を、ピストン頂部で燃焼室を構成するキャビティの略中央に形成された突体の平面部に対して、略直角に対向配置した多噴口燃料噴射ノズルにおいて、前記補助噴口の噴口径を主噴口の噴口径よりも小さく形成すると共に、前記補助噴口の噴口長さを主噴口の噴口長さよりも短く設定する噴口長さ調節構造を備えたので、前記主噴口では、噴口径を大きく形成して噴霧量を増加し、噴射される主噴霧の貫徹力を強く維持する一方、前記補助噴口では、噴口径を小さく設定して噴霧量増加による貫徹力強化を防止した上で、噴口長さを短くして噴霧角を広げることにより、貫徹力を十分に緩和することができ、補助噴霧の噴霧長さを短縮して、平面部に衝突する前に燃料を微粒化し、該平面部への燃料付着を確実に防止することができる。これにより、対向配置型の多噴口燃料噴射ノズルであっても、該多噴口燃料噴射ノズル直下のキャビティ内の空気を有効に利用し、低負荷時の黒煙や始動直後の白煙の発生を抑制する等してエンジン性能を向上させることができる。
請求項２においては、前記噴口長さ調節構造は、前記補助噴口の開口外側に削除面を形成して成るので、該削除面形成によって補助噴口の開口外側を前記平面部から離間させ、該平面部に補助噴霧の先部を接触しにくくして平面部への燃料付着を一層抑制することができ、エンジン性能の更なる向上を図ることができる。
請求項３においては、前記噴口長さ調節構造により、前記補助噴口における噴口径に対する噴口長さの割合と、前記主噴口における噴口径に対する噴口長さの割合を略同一に設定するので、補助噴口の噴口長さが長すぎて噴霧角が狭くなり、貫徹力が増加して補助噴霧の噴霧長さが長くなったり、補助噴口の噴口長さが短すぎて補助噴口近傍の部材厚が減少し、耐圧・耐熱等の強度が低下して多噴口燃料噴射ノズル全体の耐久性が悪化するのを、確実に防止して良好なエンジン性能とノズル耐久性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、発明の実施形態を説明する。
図１は本発明に係わる多噴口燃料噴射ノズルの先部の側面一部断面図、図２は同じく拡大図、図３は本発明に係わる多噴口燃料噴射ノズルによる噴霧状況を示す、燃焼室近傍の側面一部断面図、図４は低負荷時の黒煙濃度に及ぼす補助噴口の形状係数の影響を示す説明図である。なお、これら図１乃至図４によって、本発明を適用した多噴口燃料噴射ノズルの実施形態を説明しているが、前述した図５及び図６の従来例と同じ部品や寸法には、同一符号を付するようにしている。
【００１６】
まず、本発明に係わる多噴口燃料噴射ノズル２１について、図１乃至図３により説明する。
該多噴口燃料噴射ノズル２１も、前述した多噴口燃料噴射ノズル１と同様、そのノズル軸心７が、図示せぬシリンダのシリンダ中心線１８と同軸上に配置されるように、シリンダヘッド８に嵌着されている。更に、この多噴口燃料噴射ノズル２１の下部には、本発明に係わる噴射部２０が形成され、該噴射部２０は、前記シリンダヘッド８の下面８ａより、燃焼室４内に臨むようにしている。
【００１７】
前記噴射部２０の内部には、球面状のサック孔１４が形成され、該サック孔１４の球心１９は前記ノズル軸心７上に位置している。そして、該サック孔１４には、上下摺動可能な弁体１７の円錐状の下端部１７ａが突出され、該下端部１７ａは、ノズルボディ２２内の弁座２２ａに着座可能に形成されている。更に、該ノズルボディ２２の内周側面と弁体１７の外周側面との間には、燃料供給路２３が形成されている。
【００１８】
このような構成において、燃料噴射開始時には、高圧の燃料が、図示せぬ燃料噴射ポンプから前記燃料供給路２３に供給された後、弁体１７の下端部１７ａと弁座２２ａとの間の隙間２３ａを通ってサック孔１４内に流入し、噴射部２０に形成された後述の噴口６・２５より、燃焼室４を構成するキャビティ１０内に噴射されるようにしている。
【００１９】
燃料噴射終了時には、図示せぬ制御装置からの制御信号に基づいて電磁弁等が作動し、油圧ピストン等のアクチュエータによって前記弁体１７が下降して前記隙間２３ａを遮断し、これにより、サック孔１４内への燃料の供給を停止して、噴口６・２５からキャビティ１０内への燃料の噴射を停止するようにしている。
【００２０】
次に、前記噴射部２０の構造と本発明に係わる噴口６・２５について、図１乃至図６により説明する。
【００２１】
図１乃至図３に示すように、該噴射部２０は、前記多噴口燃料噴射ノズル１の半球状の噴射部３の下半部を水平に切断除去して設けられている。そして、この噴射部２０上部の半球側面２０ａでは、その球心２４は前記サック孔１４の球心１９に略一致すると共に、該半球側面２０ａには、前記複数の主噴口６が開口されている。一方、前記噴射部２０下部の水平下面２０ｂは、前記ノズル軸心７に略直角に形成されると共に、該水平下面２０ｂの平面視略中央には、単一の補助噴口２５が開口されている。
【００２２】
前記複数の主噴口６は、ノズル軸心７を中心とした同一円周上に、周方向に等間隔をあけて配置され、更に、各主噴口６は、主噴口中心線１３が前記半球側面２０ａの球心２４を略通過するように形成されており、半球側面２０ａに対して略直角に開口されている。一方、前記補助噴口２５は、補助噴口中心線１２が前記ノズル軸心７と一致するように形成されており、水平下面２０ｂに対して略直角に開口されている。
【００２３】
これにより、燃料を、前記主噴口６・補助噴口２５のいずれからも、噴射部２０の外周面に対して略直角に噴射させることができ、燃料噴射時の不規則な渦流等の発生を防止し、燃焼室４内における燃料分布のばらつきを軽減することができる。
【００２４】
そして、図１乃至図３、図５、図６に示すように、前記主噴口６は、従来の多噴口燃料噴射ノズル１の場合と同様に、噴口長さがＬ１、噴口径がｄ１であり、このような主噴口６から噴射した燃料は、噴霧角θ１で噴霧長さＳ１まで広がり、円錐状の主噴霧１６を形成するが、該主噴霧１６の先部は、キャビティ１０の内側壁１０ａまでは到達せず、主噴霧１６を構成する燃料が、内側壁１０ａに付着することはない。
【００２５】
これに対し、補助噴口２５においては、噴口径は、従来の多噴口燃料噴射ノズル１と同様に、主噴口６の噴口径ｄ１よりも小さいｄ２に設定したままで増加させず、噴口長さについては、主噴口６の噴口長さＬ１よりも短いＬ２１まで短縮している。
【００２６】
これにより、前述したような、噴霧量増加による貫徹力強化を防止した上で、形状係数をＬ２／ｄ２からＬ２１／ｄ２まで減少させて噴霧角をθ２からθ２１まで拡大し、その結果、噴霧長さをＳ２からＳ２１まで短縮することができる。
【００２７】
また、図１、図２に示すように、このような、補助噴口２５の噴口径を増加させることなく噴口長さのみをＬ２からＬ２１まで短縮する構造（以下、「噴口長さ調節構造」とする。）は、本実施例では、前述の如く、半球状の噴射部３の下半部を水平に切断除去し、補助噴口２５の開口外側２５ａに削除面として水平下面２０ｂを形成することによって設けているが、特に、限定されるものではなく、例えば、補助噴口２５の開口内側２５ｂの方に削除面を設けるようにしてもよい。
【００２８】
ただし、本実施例の如く補助噴口２５の開口外側２５ａに削除面を設けた場合には、補助噴霧２６の噴射開始位置が位置２７から位置２８まで上昇し、その結果、補助噴霧２６の先部から前記突体１１の平面部１１ａまでの距離３０が長くなり、補助噴霧２６を構成する燃料が平面部１１ａに付着するのを一層抑制することができる。
【００２９】
すなわち、ノズルボディ２２の噴射部２０の下端に単一の補助噴口２５を設け、該補助噴口２５に複数の主噴口６を周設すると共に、前記補助噴口２５を、ピストン９の頂部９ａで燃焼室４を構成するキャビティ１０の略中央に形成された突体１１の平面部１１ａに対して、略直角に対向配置した多噴口燃料噴射ノズル２１において、前記補助噴口２５の噴口径ｄ２を主噴口６の噴口径ｄ１よりも小さく形成すると共に、補助噴口２５の噴口長さＬ２１を主噴口６の噴口長さＬ１よりも短くする噴口長さ調節構造を備えたので、前記主噴口６では、噴口径ｄ１を大きく形成して噴霧量を増加し、噴射される主噴霧１６の貫徹力を強く維持する一方、前記補助噴口２５では、噴口径ｄ２を小さく設定して噴霧量増加による貫徹力強化を防止した上で、噴口長さをＬ２からＬ２１まで短くして噴霧角をθ２からθ２１まで広げることにより、貫徹力を十分に緩和することができ、補助噴霧２６の噴霧長さをＳ２からＳ２１まで短縮して、平面部１１ａに衝突する前に燃料を微粒化し、該平面部１１ａへの燃料付着を確実に防止することができる。
【００３０】
これにより、対向配置型の多噴口燃料噴射ノズル２１であっても、該多噴口燃料噴射ノズル２１直下のキャビティ１０内の空気を有効に利用し、低負荷時の黒煙や始動直後の白煙の発生を抑制する等してエンジン性能を向上させることができる。
【００３１】
更に、前記噴口長さ調節構造は、前記補助噴口２５の開口外側２５ａに削除面である水平下面２０ｂを形成して成るので、該水平下面２０ｂ形成によって補助噴口２５の開口外側２５ａを前記平面部１１ａから離間させ、該平面部１１ａに補助噴霧２６の先部を接触しにくくして平面部１１ａへの燃料付着を一層抑制することができ、エンジン性能の更なる向上を図ることができる。
【００３２】
また、以上の如く、補助噴口２５の噴口径ｄ２を主噴口６の噴口径ｄ１よりも小さく維持しつつ、補助噴口２５の噴口長さＬ２１を主噴口６の噴口長さＬ１よりも短く設定した場合であっても、図４に示すように、前記補助噴口２５の形状係数Ｌ２１／ｄ２が主噴口６の形状係数Ｌ１／ｄ１よりも大きすぎると、噴口長さＬ２１が極端に長くなって噴霧角θ２１が狭くなり、噴霧長さＳ２１が長くなる。例えば、形状係数Ｌ２１／ｄ２がＬ１／ｄ１からＦ１まで増加すると、黒煙濃度はＣ１からＣ２まで増加する。
【００３３】
逆に、補助噴口２５の形状係数Ｌ２１／ｄ２が主噴口６の形状係数Ｌ１／ｄ１よりも小さすぎると、噴口長さＬ２１が極端に短くなって補助噴口２５近傍の部材厚が極めて薄くなる。例えば、形状係数Ｌ２１／ｄ２がＬ１／ｄ１からＦ２まで減少すると、黒煙濃度はＣ１からほとんど変化しないにもかかわらず、補助噴口２５近傍の部材に微小クラック等が発生して耐圧・耐熱等の強度が著しく低下する。従って、補助噴口２５の形状係数Ｌ２１／ｄ２は主噴口６の形状係数Ｌ１／ｄ１と略同一であることが好ましい。
【００３４】
すなわち、前記噴口長さ調節構造により、前記補助噴口２５における噴口径ｄ２に対する噴口長さＬ２１の割合と、前記主噴口６における噴口径ｄ１に対する噴口長さＬ１の割合を略同一に設定するので、補助噴口２５の噴口長さＬ２１が長すぎて噴霧角θ２１が狭くなり、貫徹力が増加して補助噴霧２６の噴霧長さＳ２１が長くなったり、補助噴口２５の噴口長さＬ２１が短すぎて補助噴口２５近傍の部材厚が減少し、耐圧・耐熱等の強度が低下して多噴口燃料噴射ノズル２１全体の耐久性が悪化するのを、確実に防止して良好なエンジン性能とノズル耐久性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ノズルボディの噴射部の下端に単一の補助噴口を設け、該補助噴口に複数の主噴口を周設すると共に、前記補助噴口を、ピストン頂部で燃焼室を構成するキャビティの略中央に形成された突体の平面部に対して、略直角に対向配置した、全ての多噴口燃料噴射ノズルに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係わる多噴口燃料噴射ノズルの先部の側面一部断面図である。
【図２】同じく拡大図である。
【図３】本発明に係わる多噴口燃料噴射ノズルによる噴霧状況を示す、燃焼室近傍の側面一部断面図である。
【図４】低負荷時の黒煙濃度に及ぼす補助噴口の形状係数の影響を示す説明図である。
【図５】従来の多噴口燃料噴射ノズルの先部の側面一部断面図である。
【図６】従来の多噴口燃料噴射ノズルによる噴霧状況を示す、燃焼室近傍の側面一部断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
４  燃焼室
６  主噴口
９  ピストン
９ａ  頂部
１０  キャビティ
１１  突体
１１ａ  平面部
２０  噴射部
２０ｂ  削除面
２１  多噴口燃料噴射ノズル
２２  ノズルボディ
２５  補助噴口
２５ａ  開口外側
ｄ１  主噴口の噴口径
ｄ２  補助噴口の噴口径
Ｌ１  主噴口の噴口長さ
Ｌ２１  補助噴口の噴口長さ
【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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