(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダーにおけるピストン燃焼室Ｐａに向けて傾斜状に配設され、複数の噴孔を有する燃料噴射弁Ｖにおいて、
噴孔の弁軸ＶＣに対する対弁軸角度βと噴霧方向の上方偏位角度Δβとの関係を基に、全噴孔のシリンダー軸ＣＣに対する対シリンダー軸角度θが、一定となるよう幾何学的に算出した各噴孔方向に対して、燃料噴射弁Ｖの傾斜方向より前方の噴孔は上方に、後方の噴孔は下方に、実際の噴孔の穿設角度を補正し、全噴孔における対シリンダー軸噴霧角度を同一としたことを特徴とする傾斜型燃料噴射弁。
【請求項２】
エンジンのシリンダーにおけるピストン燃焼室Ｐａに向けて傾斜状に配設され、複数の噴孔を有する燃料噴射弁Ｖにおいて、
噴孔の弁軸ＶＣに対する対弁軸角度βと噴孔出口部内の噴霧最速部の偏心度ψとの関係、及び該噴霧最速部の偏心度ψと噴霧方向の上方偏位角度Δβとの関係を基に、全噴孔のシリンダー軸ＣＣに対する対シリンダー軸角度θが、一定となるよう幾何学的に算出した各噴孔方向に対して、燃料噴射弁Ｖの傾斜方向より前方の噴孔は上方に、後方の噴孔は下方に、実際の噴孔の穿設角度を補正し、全噴孔における対シリンダー軸噴霧角度を同一としたことを特徴とする傾斜型燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二弁式（一吸気弁・一排気弁）、或いは三弁式（一吸気弁・二排気弁、或いは二吸気弁・一排気弁）の直接噴射式ディーゼル機関における傾斜型燃料噴射弁先端のノズルに複数個穿設される噴孔において、全噴孔からの噴霧方向が均一になるようにするための噴孔の穿設構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼル機関の排出ガス中のＮＯＸ低減の要望が高まっている。
この中で、二弁式（一吸気弁、一排気弁）、或いは三弁式（一吸気弁、二排気弁）の直接噴射式ディーゼル機関においては、ＮＯＸ低減対策として、噴射した燃料にて乱流を発生しないようにすべく、ピストン上部の燃焼室を改良した構成が、特開平４−２７２４４７等にて公知となっている。
そして、同じく傾斜型の燃料噴射弁を配設する直接噴射式ディーゼル機関において、燃料噴射弁における複数個の噴孔は、該噴射弁先端のノズル内のサック部の中心、或いはノズルボディの中心軸を始点とし、燃料を噴射しようとする燃焼室における一定の深さの位置を終点とすべく、三次元的な幾何学的計算により、方向を決定づけられて穿設されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような方法にて噴孔を穿設した、燃料噴射弁を使用したディーゼル機関においては、弁が傾斜しているが故に、噴孔毎の実際の噴霧方向と噴射量が異なる。
直立状の燃料噴射弁に複数の噴孔を穿設した場合でも、噴霧方向は燃料の比重が軽いために、噴孔方向よりも若干上方に偏位するが、この噴霧方向の噴孔方向に対する上方偏位角度が全噴孔で均一なので、各噴孔の燃焼室壁面に対する噴霧方向が同一であり、各噴霧が燃焼室内に発達して混合気を形成していく過程が同等であり、従って、各燃焼領域の空燃比（空気と燃料の比率）が均一となり、燃焼効率が良好となっている。
しかし、傾斜型燃料噴射弁の場合には、この噴霧方向の噴孔方向に対する上方偏位角度が噴孔毎に異なる。
例えば、弁の傾斜方向より前方の噴孔では、燃料が円滑に導入されて、高速度で噴霧されるので、噴霧方向が噴孔方向に対してあまり上方に偏位しない。
一方、後方の噴孔では、噴霧速度が遅いので、噴霧方向が噴孔方向よりかなり上向きになる。また、弁自体の傾斜方向に対する噴孔位置によって、噴霧量に差が生じる。
例えば、傾斜方向の前方に位置する噴孔には、弁内の燃料が円滑に導入されて、噴霧量も多くなるが、後方に位置する噴孔の方向は、弁内の燃料の流れ方向からは急な角度になるので、該噴孔には燃料の導入が円滑に行われず、噴霧量が少なくなる。
【０００４】
このようなことから、傾斜型燃料噴射弁を取り付けたディーゼル機関では、燃焼室において、燃焼壁面に対する噴霧方向が噴孔によって異なるので、均等な噴射がなされず、傾斜していない直立型の燃料噴射弁を使用した場合と比較すると、特に低速時の高負荷条件において、燃焼効率が落ちて、排気煙濃度が高まり、有効なＮＯＸ低減に結びつかなかった。この燃焼効率の悪化を防止するには、全噴孔の噴霧方向、即ち、対シリンダー軸噴霧角度を同一とすべく、噴孔を穿設する必要があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上のような課題を解決するために、次のような手段を用いる。
請求項１においては、エンジンのシリンダーにおけるピストン燃焼室Ｐａに向けて傾斜状に配設され、複数の噴孔を有する燃料噴射弁Ｖにおいて、噴孔の弁軸ＶＣに対する対弁軸角度βと噴霧方向の上方偏位角度Δβとの関係を基に、全噴孔のシリンダー軸ＣＣに対する対シリンダー軸角度θが、一定となるよう幾何学的に算出した各噴孔方向に対して、燃料噴射弁Ｖの傾斜方向より前方の噴孔は上方に、後方の噴孔は下方に、実際の噴孔の穿設角度を補正し、全噴孔における対シリンダー軸噴霧角度を同一としたものである。
【０００６】
請求項２においては、エンジンのシリンダーにおけるピストン燃焼室Ｐａに向けて傾斜状に配設され、複数の噴孔を有する燃料噴射弁Ｖにおいて、噴孔の弁軸ＶＣに対する対弁軸角度βと噴孔出口部内の噴霧最速部の偏心度ψとの関係、及び該噴霧最速部の偏心度ψと噴霧方向の上方偏位角度Δβとの関係を基に、全噴孔のシリンダー軸ＣＣに対する対シリンダー軸角度θが、一定となるよう幾何学的に算出した各噴孔方向に対して、燃料噴射弁Ｖの傾斜方向より前方の噴孔は上方に、後方の噴孔は下方に、実際の噴孔の穿設角度を補正し、全噴孔における対シリンダー軸噴霧角度を同一としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を、添付の図面に基づいて説明する。
図１は傾斜型燃料噴射弁の配設構成を示すディーゼルエンジンの内部側面図、図２の（ａ）は傾斜型燃料噴射弁のノズル位置が燃焼室中心よりずれている場合の燃焼室の側面断面図、（ｂ）は同じく平面図、図３の（ａ）は同じくノズル位置が燃焼室中心と一致する場合の燃焼室の側面断面図、（ｂ）は同じく平面図である。
【０００８】
図４は噴孔方向に対する噴霧方向の上方偏位を示す燃料噴射弁ノズル部の側面断面図、図５は同じく直立型燃料噴射弁ノズル部の側面断面図、図６は同じく傾斜型燃料噴射弁ノズル部の側面断面図、図７は噴孔の対弁軸角度βと噴霧方向の上方偏位角度Δβを示す燃料噴射弁のノズル部の断面側面図である。
【０００９】
図８は噴孔の対弁軸角度βに対する噴霧方向の上方偏位角度Δβの変位を示すグラフ、図９は噴孔出口部における燃料噴霧速度の分布を示す噴孔径方向の断面図、図１０は噴孔の対弁軸角度βに対する噴霧最速部の偏心度ψの偏位を示すグラフ、図１１は噴霧最速部の偏心度ψに対する噴霧方向の  上方偏位角度Δβの偏位を示すグラフである。
【００１０】
まず、傾斜型燃料噴射弁のディーゼルエンジンにおける取付構造について図１乃至図３より説明する。
エンジンのシリンダーヘッドＣＨ内に、燃料噴射弁Ｖを傾斜状に内設している。なお、シリンダーの芯軸をシリンダー軸ＣＣとし、燃料噴射弁Ｖの芯軸を弁軸ＶＣとしており、シリンダー軸ＣＣに対する弁軸ＶＣの傾斜角度をαとしている。
該燃料噴射弁Ｖの下端部はノズル１となっていて、複数の噴孔を穿設しており、直接噴射式であることから、この噴孔穿設部分を、該シリンダーヘッドＣＨの下部に取り付けられたシリンダーブロックＣＢにおけるシリンダー内に臨ませ、該シリンダー内を往復摺動するピストンＰの燃焼室Ｐａ内に噴射する構成となっている。
このように傾斜状に燃料噴射弁Ｖを配設するのは、その傾斜方向に対して直交状に吸気弁又は排気弁（図１中Ｖ’）を配設している二弁式機関の場合に、或いはそれに加えて、燃料噴射弁の傾斜方向の前方に、更に一つの吸気弁または排気弁を配設した三弁式機関の場合に、これらの弁に当接しないように燃料噴射弁を配設するためである。
【００１１】
ここで、傾斜型燃料噴射弁Ｖを配設した場合に、燃焼室Ｐａ内では、全域において燃焼を均等にすべく、該燃料噴射弁Ｖの傾斜に合わせて、燃焼室Ｐａの平面視中心Ｙは、シリンダーの平面視中心Ｘに対して、燃料噴射弁Ｖの配設側にずらせている。
そして、図２の如く、ノズル１の内部に後記サック部１ａが形成されているが、燃焼室Ｐａの中心Ｙより、燃料噴射弁Ｖのノズル下端のサック部中心Ｚが、シリンダー中心Ｘよりも更に遠い場合には、該燃料噴射弁Ｖのシリンダー軸ＣＣに対する傾斜角度αを大きくし、図３の如く、燃焼室Ｐａの中心Ｙと燃料噴射弁Ｖのサック部中心Ｚが、平面視において一致する場合には、該燃料噴射弁Ｖのシリンダー軸ＣＣに対する傾斜角度αは小さくしている。
こうして、燃焼室に対する燃料噴射弁のノズル位置に対応して、燃料が均等に噴射され、燃焼効率が良好になるよう設計されている。
【００１２】
燃焼室や燃料噴射弁の傾斜については、以上のように、燃焼効率を考えて設計されるものであるが、燃料噴射弁Ｖのノズルにおける噴孔の穿設構造についても均等な燃焼を起こすために、穿設角度を補正する等の設計がなされる。以下、傾斜型燃料噴射弁における噴孔の穿設構造について説明する。まず、噴孔方向と、実際の噴霧方向とのずれについて図４乃至図６より説明する。
図４図示の燃料噴射弁Ｖの例より判るように、噴霧方向は、燃料の比重が軽いために、噴孔方向より上方になる。
この噴孔方向に対する噴霧方向の上方偏位角度をΔθ（後記のΔβと同一である。）とする。
ここで、図５のように、直立状に配設した燃料噴射弁Ｖにおいては、シリンダー軸ＣＣと弁軸ＶＣの方向が一致しており、複数個の噴孔をいずれも対シリンダー軸角度をθとして穿設した場合には、いずれの噴孔においても、噴霧方向は、一定の上方偏位角度Δθで噴孔方向よりずれているので、全噴孔で噴霧方向は等しくなり、燃焼室内における燃焼は、全方向で均等になる。
【００１３】
しかし、図６のように、燃料噴射弁Ｖが傾斜している場合、即ち、シリンダー軸ＣＣと弁軸ＶＣの方向が一致しない時に、全噴孔を対シリンダー軸角度θで穿設した場合には、傾斜方向より前方の噴孔においての噴霧方向の噴孔方向に対する上方偏位角度Δθ’は、後方の噴孔においての噴霧方向の噴孔方向に対する上方偏位角度Δθ”とは異なり、Δθ’＜Δθ”となる。これは、前方の噴孔には弁内からの燃料の導入が円滑で、噴霧速度が速くなり、遠くに噴霧される分、噴霧方向の上方偏位角度が少なくなるのに対して、後方においては、弁の傾斜方向に対して急角度になるので、燃料が円滑に導入されず、従って、噴霧速度も遅くなり、その分、噴霧方向の上方偏位角度は大きくなる。その結果、前方においては、燃焼室の壁面に対しての噴霧角度は小さく、後方においては大きくなるので、燃焼室内における燃焼が均等とならず、燃焼むらが生じる。
【００１４】
そこでまず、全噴孔の噴霧方向の対シリンダー軸角度を均等にすべく、噴孔の対弁軸角度に対応しての該上方偏位量に着目して、噴孔の位置を是正する方法について、図７及び図８より説明する。
図７のように、噴孔の対弁軸角度をβとし、噴霧方向の噴孔方向に対する上方偏位角度をΔβとして、対弁軸角度βを様々に変えて実験した噴孔の噴霧結果の実験データを基に、図８のように、噴孔の対弁軸角度βに対する噴霧方向の上方偏位角度Δβの変位をグラフ化する。直立噴射弁について、全噴孔を対弁軸角度β１（対シリンダー軸角度も等しい。）として穿設した場合、噴霧方向は、どの噴孔においても上方偏位角度Δβ１で、噴孔方向より上方にずれる。
【００１５】
対して、弁軸ＶＣ方向をシリンダー軸ＣＣ方向に対して、傾斜角度αで傾斜させた傾斜型燃料噴射弁において、全噴孔の対シリンダー軸角度を、前記の直立型噴射弁と等しくしようとすれば、弁の傾斜方向より前方の噴孔の対弁軸角度をβ２、傾斜方向より後方の噴孔の対弁軸角度をβ３とすると、β２＝β１−α’、β３＝β１＋α”（０＜α’＜α，０＜α”＜α）となる。
これで、幾何学的には全噴孔の対シリンダー角度が同一となる（全てβ１）のだが、対弁軸角度によって噴霧方向の上方偏位角度Δβが異なる。例えば、噴孔の対弁軸角度がβ２の場合、噴霧方向の上方偏位角度はΔβ２（＜Δβ１）、噴孔の対弁軸角度がβ３の場合、噴霧方向の上方偏位角度はΔβ３（＞Δβ１）である。従って、単に対シリンダー軸角度を等しく（β１）して噴孔を穿設すれば、弁の傾斜方向より前方の噴孔では、同じ対シリンダー軸角度で直立型燃料噴射弁に穿設した噴孔における噴霧方向に比べて、Δβ２’（＝Δβ１−Δβ２）だけ噴霧方向が低く、後方の噴孔では、Δβ３’（＝Δβ３−Δβ１）だけ噴霧方向が高い。
よって、弁の傾斜方向より前方の噴孔は、対弁軸角度をβ２＋Δβ２’に、後方の噴孔は、対弁軸角度をβ３−Δβ３’に補正して穿設する。他の位置の噴孔も、図８のグラフを基に、噴孔の対弁軸角度がβ、その噴孔における噴霧方向の上方偏位角度がΔβの場合、上方偏位角度の定数Δβ１とΔβとの差を基に、幾何学的に対シリンダー軸角度を一定（β１）とした場合の噴孔の穿設角度に対して、穿設角度を上下に補正する。こうして、傾斜型燃料噴射弁における全噴孔の噴霧方向（対シリンダー軸噴霧角度）が一定になり、燃焼室内における均等な燃焼が可能となる。
【００１６】
次に、前記の噴孔の対弁軸角度βに対応する噴霧方向の上方偏位角度Δβの計測方法であるが、直接的に上方偏位角度Δβを測るだけでなく、噴孔の対弁軸角度βに対応する噴霧中心の偏心度を基に求めるという方法がある。
これを基にして噴孔の穿設角度を補正する方法について、図９乃至図１１より説明する。噴霧中における噴孔出口の燃料は、断面視において、噴霧速度によって図９のように分布している。図９中、Ｓ１部分は最速部であり、その周囲のＳ２はそれよりやや遅い部分、そして、周辺部のＳ３は、最も遅い部分となっている。この最速部Ｓ１は、噴孔出口における噴霧中の燃料の大体中心をなすが、噴孔の径方向断面視中心よりもやや下方にずれている。即ち、燃料の噴霧中心部分は、噴孔中心に比べて偏心している。
【００１７】
これは、噴孔上端がノズル１内に形成される図７図示のサック部１ａに対して角度を持つことにより、噴孔内の上方部分は、燃料の導入が妨げられるため、噴霧中心、即ち噴霧最速部Ｓ１が、下方にずれているからである。従って、該偏心度ψは、図７図示の噴孔の対弁軸角度βによって変動する。弁軸ＶＣ方向に近いほど、ノズル１内に形成されるサック部１ａにおける燃料の流れの向きに近くなるので、偏心度ψは小さくなる。噴孔上端とサック部との間の角度が鈍角状になり、噴孔内の上方部分にも円滑に燃料が導入されるようになるからである。噴孔の対弁軸角度βを様々にして、噴孔出口の噴霧最速部Ｓ１の偏心度ψを計測した結果、図１０のようなグラフが得られた。
【００１８】
また、噴霧最速部Ｓ１の偏心度ψは、その噴孔における噴霧方向の上方偏位角度Δβを決定する。偏心度ψが大きく、即ち、噴霧最速部Ｓ１が下方にずれていれば、それだけ噴霧方向の噴孔方向に対する上方偏位角度Δβは大きく、噴霧方向が噴孔方向に比べて、上方にずれる。これについても、一噴孔について、噴霧最速部Ｓ１をさまざまに偏心させ、各偏心度ψ毎に、その噴孔における上方偏位角度Δβを計測し、グラフ化した結果、図１１のようなグラフが得られた。
【００１９】
前記の図１０及び図１１のうち、図１０図示のグラフは、ノズル１内のサック部１ａの寸法によって異なる。つまり、同じ対弁軸角度βを有する噴孔であっても、サック部１ａの寸法が異なれば、噴霧最速部Ｓ１の偏心度ψも異なるのである。よって、サック部１ａの寸法の違いにより、噴孔の対弁軸角度βに対応する噴霧最速部Ｓ１の偏心度ψを計測し、グラフ化する。一方、噴霧最速部Ｓ１の偏心度ψに対応する噴霧方向の上方偏位角度Δβの変位は一定であり、図１１図示のグラフを常に使用できる。
【００２０】
こうして、ノズルのサック部寸法に対応して、図１０に示すグラフと図１１に示すグラフを用意しておけば、傾斜型燃料噴射弁において、対シリンダー軸角度βを一定にした場合（例えば前記の図８の場合の如く、β１）の噴孔方向に対する各噴孔の上方偏位角度Δβが、図１０及び図１１を基に求められる。各噴孔の上方偏位角度Δβが判れば、前記の図８で説明した実施例と同様に、対シリンダー噴霧角度が全噴孔で等しくなるように、噴孔の穿設角度を補正すればよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、次のような効果を奏する。
請求項１の如く構成したので、傾斜型燃料噴射弁における全噴孔の噴霧方向を燃焼室壁面に対して同一にし、燃焼室内に発達して混合気を形成していく過程を同等として、各燃焼領域における空気と燃料との比率を均一化する。
これにより、混合気形成のアンバランスに起因する燃焼不良状態を改善して、特に低速高負荷時に生じていた排気煙濃度を低減する。
【００２２】
請求項２の構成によっても、前記と同等の効果を得、燃焼不良を起こさない、従って、ＮＯＸの排出の少ない、環境保全に貢献するディーゼルエンジンの傾斜型燃料噴射弁を提供できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  傾斜型燃料噴射弁の配設構成を示すディーゼルエンジンの内部側面図である。
【図２】  （ａ）は傾斜型燃料噴射弁のノズル位置が燃焼室中心よりずれている場合の燃焼室の側面断面図、（ｂ）は同じく平面図である。
【図３】  （ａ）は同じくノズル位置が燃焼室中心と一致する場合の燃焼室の側面断面図、（ｂ）は同じく平面図である。
【図４】  噴孔方向に対する噴霧方向の上方偏位を示す燃料噴射弁ノズル部の側面断面図である。
【図５】  同じく直立型燃料噴射弁ノズル部の側面断面図である。
【図６】  同じく傾斜型燃料噴射弁ノズル部の側面断面図である。
【図７】  噴孔の対弁軸角度βと噴霧方向の上方偏位角度Δβを示す燃料噴射弁のノズル部の断面側面図である。
【図８】  噴孔の対弁軸角度βに対する噴霧方向の上方偏位角度Δβの変位を示すグラフ図である。
【図９】  噴孔出口部における燃料噴霧速度の分布を示す噴孔径方向の断面図である。
【図１０】  噴孔の対弁軸角度βに対する噴霧最速部の偏心度ψの偏位を示すグラフ図である。
【図１１】  噴霧最速部の偏心度ψに対する噴霧方向の上方偏位角度Δβの偏位を示すグラフ図である。
【符号の説明】
Ｖ    燃料噴射弁
１    ノズル
１ａ  サック部
１ｂ  噴孔
１ｃ  噴孔
ＶＣ  弁軸
ＣＣ  シリンダー軸
α    燃料噴射弁の傾斜角度
θ    噴孔の対シリンダー軸角度
β    噴孔の対弁軸角度
Δβ  噴霧方向の上方偏位角度
ψ    噴霧最速部の偏心度
【図１】
0003737167.tif 000002
【図２】
0003737167.tif 000003
【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】
0003737167.tif 000008
【図８】
0003737167.tif 000009
【図９】
0003737167.tif 000010
【図１０】
0003737167.tif 000011
【図１１】
0003737167.tif 000012