JP2022065542A

JP2022065542A - 液体噴射ノズル

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Publication number: JP2022065542A
Application number: JP2020174182A
Authority: JP
Inventors: 寛松岡; Hiroshi Matsuoka; 宏野口; Hiroshi Noguchi; 敬治岸下; Takaharu Kishishita
Original assignee: ACR Co Ltd
Current assignee: ACR Co Ltd
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2022-04-27
Also published as: US20220120211A1; EP3985242A1; US11680514B2; CN114370362A

Abstract

【課題】この液体噴射ノズルは，運動エネルギーの損失を低減して液体が微粒化して噴霧され，他の気体との混合が促進され，液体と他の気体との反応が促進される。【解決手段】この液体噴射ノズルは，ノズル本体１の先端部３に噴孔７が形成された先端チップ５が複数配設されている。先端チップ５には噴孔７の回りに旋回流室９が形成され，先端部３には中空部４の弁シート１１より先端内壁面１５から先端チップ５の旋回流室９の円錐面２５の先端に連通する細孔１０が形成されている。針弁２のリフトによって，液体流路８の液体１４が連通細孔１０から接線方向に旋回流室９へ流入して渦巻き流を発生させ，渦巻き流が噴孔７から外部１８に噴霧される。【選択図】図１

Description

この発明は，例えば，エンジン，燃焼器，排気ガス浄化装置等の各種装置に用いられる燃料等の液体を噴射する液体噴射ノズルに関する。

従来，エンジン，燃焼器，排気ガス浄化装置等で燃料，アンモニア水等の液体を噴射する液体噴射装置は，液体を高圧状態に溜めて，高圧の液体をノズルに送り込み，ノズル部における針弁を弁シートから開放して高圧の液体を液体噴霧室，燃焼室等のチャンバ内に噴射して液体を噴霧するものである。例えば，コモンレール式燃料噴射装置は，２０００バール以上の燃料を多段噴射できることが可能なため，最新のエンジンで採用されている。該液体噴射装置は，液体の噴射系の最大の欠点は，コストが高いことであり，噴射系部品のコストが高額であり，普及しない原因の１つと言われている。

燃料噴射ノズルとして，噴孔プレートの強度を保持しつつ噴霧の微粒化を促進するものが知られている。該燃料噴射ノズルは，ノズルボディの先端に取り付けられている噴孔プレートには，噴孔が形成されている。噴孔プレートは，噴孔の入口側開口の周縁に凹部を形成し，それによって噴孔の近傍における噴孔プレートの板厚を減少させ，噴孔の全長が短縮されている。燃料は，凹部に沿って噴孔へ流入するため，燃料が衝突する位置は，噴孔の出口側に近づき，噴孔のより出口側で乱れを生じた燃料は，短縮された噴孔により整流され難く，燃料の噴霧の微粒化が促進される（例えば，特許文献１参照）。

また，燃料噴射ノズルとして，可変噴孔式のものが知られている。該燃料噴射ノズルは，アウターニードルにおいて，第２噴孔を開閉するために，貫通孔よりも先端側に第２外側シート部を設け，さらに第２外側シート部の先端側に周状の溝を設ける。第２外側シート部の近傍部分は，背圧等による不正力により弾性変形を起こし易くなる。第２外側シート部は第２外側シート面に強く押しつけられ，外側溜まり部と第２噴孔との間は確実に遮断される（例えば，特許文献２参照）。

ところで，本出願人は，液体噴射ノズルの多噴孔構造体を開発し，先に特許出願した。該液体噴射ノズルは，液体が微粒化して噴霧され，それによって他の気体との混合が促進され，液体と他の気体との反応が促進される。該液体噴射ノズルは，ノズル本体の先端部に噴孔が形成された先端チップが複数配設されている。先端チップには噴孔の回りに旋回流室が形成され，先端部には中空部の弁シートより先端内壁面から先端チップの凹部の外周領域に接線方向に連通する細孔が形成されている。針弁のリフトによって，液体流路の液体が細孔から接線方向に旋回流室へ流入して渦巻き流を発生させ，渦巻き流が噴孔から外部に噴霧される（例えば，特許文献３参照）。

特開２００４－８４５４９号公報特開２００６－２２０１２９号公報特開２０１９－１５２５３号公報

ところで，従来の燃料噴射装置では，ノズルから噴射される噴霧状態が十分な微粒化することができず，チャンバ内に噴霧が十分に拡散することができず，空気と燃料との混合状態，或いは排気ガスと排気ガス浄化に用いるアンモニア水，尿素水等の液体との混合状態が満足できるものではなかった。

そこで，本出願人は，上記のように，噴孔構造体として，流路をそれぞれ形成した三層板から構成し，三層板の流路を順次に流れることによって液体に旋回流を発生させる液体噴射ノズルを開発した。該液体噴射ノズルは，液体が微粒化して噴霧され，それによって他の気体との混合が促進され，液体と他の気体との反応が促進されるが，先端チップ部に形成された旋回流室が円盤状であって出口側が平らであるため，先端部に形成された連通細孔が旋回流室の軸に対して２０度程度傾いているが，そのため７０度の角度で旋回流が方向転換して旋回流を形成することになっている。そのため，旋回流室で生成された旋回流即ち渦流が持っている運動エネルギーが円盤状の旋回流室から噴孔へ流入する際に大きく損なわれることになる。更に，円盤状の旋回流室で生成された渦流は円盤状の旋回流室の中央に設けられた噴孔に流入するため噴孔の流路に再度直角に方向転換して流れ込むので，ここでも大きな運動エネルギーの損失が発生する。そこで，針弁のリフトによって，液体流路の液体が細孔から接線方向に旋回流室へ流入して渦流即ち渦巻き流を発生させるが，該渦巻き流の運動エネルギーが大きく損なわれた状態で，その低減した渦巻き流が噴孔から外部に噴霧されることになり，外部に広がりの大きい噴霧や増大した流量を噴霧させることができない。

この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，先願の液体噴射ノズルを更に改善するために，先端部に配設した先端チップに形成した旋回流室を入口側に錐面即ち裁頭円錐面に形成し，ノズル本体の液体溜まり室の液体を連通細孔を通って円錐状の旋回流室に導き，旋回流室で強力な渦流を発生させ，渦流の運動エネルギーを低下させることなく，渦流の旋回流を促進した状態で噴孔から噴霧状態を強力に広角に拡散させて且つ流量を増大させて噴霧し，空気，燃焼ガス等の他の気体との混合を促進させて燃焼等が促進されることを特徴とする液体噴射ノズルを提供することである。

この発明は，液体を供給する液体溜まり部を持つ液体流路を備えたノズル本体，及び前記ノズル本体の長手方向に延びる中空部に往復リフト可能に嵌挿された針弁を有し，
前記ノズル本体の前記中空部の先端側壁面に形成された弁シート部に前記針弁の先端が着座し，前記弁シート部の更に先端側に先端液体溜まり部が形成され，前記先端液体溜まり部の壁面に複数の噴孔が形成され，前記針弁のリフトによって前記ノズル本体の前記中空部の前記先端側壁面と前記針弁の前記先端の外周面との間に形成された前記液体流路が開放して前記噴孔から前記液体が外部に噴霧されることから成る液体噴射ノズルにおいて，前記ノズル本体の先端部には前記噴孔が形成された先端チップが周方向に隔置して複数設けられ，前記先端チップの内側に形成された円錐状の旋回流室と前記旋回流室に連通する外側に形成された前記噴孔とが設けられ，前記連通細孔は，前記旋回流室の軸心に対して傾きを持ち，前記傾きのベクトル成分は，前記噴孔の軸方向と前記旋回流室の接線方向を有して前記先端部に形成され．前記針弁のリフトによって前記液体流路の前記液体が前記液体流路の前記液体が前記連通細孔から前記旋回流室へ流入して前記旋回流室で渦流を発生させ，前記渦流が前記噴孔から前記外部に噴霧されることを特徴とする液体噴射ノズルに関する。

また，この液体噴射ノズルにおいて，前記連通細孔の前記旋回流室に対する傾き角は前記旋回流室の軸心に対して１５度～４０度傾いている。更に，前記旋回流室の前記円錐面は，前記旋回流室の前記軸心に対して１０度～４０度の角度で流入側が開いている。

また，前記噴孔の軸心は，前記旋回流室の前記軸心から偏芯して設けられている。又は，前記噴孔の軸心は，前記旋回流室の前記軸心と同一軸上に設けられている。

また，前記先端チップは，前記ノズル本体の前記先端部に形成された貫通孔に接合されている。

また，前記連通細孔は，前記先端チップに対して前記ノズル本体の前記先端部に２本形成され，前記旋回流室の前記円錐面に対して予め決められた異なった位置で斜め接線方向に交差してそれぞれ形成され，前記連通細孔からの噴流が前記旋回流室で同方向に前記渦流を形成する。

又は，前記連通細孔は，前記先端チップに対して前記ノズル本体の前記先端部に２本形成され，前記旋回流室は，円筒状室と該円筒状室に続く円錐状室から成る複合旋回流室に形成されている。

また，前記液体は超高圧タイプのディーゼルエンジン用の燃料であり，前記液体噴射ノズルは燃料噴射ノズルである。

この発明による液体噴射ノズルは，上記のように，構成されているので，ノズル本体に設けた先端チップに形成した旋回流室を円錐面で構成することによって，液体溜まり部の液体を連通細孔を通じて旋回流室の円錐面に沿って高速流入させ，液体の流れ方向を変更させずに液体が持っている運動エネルギーを損なうことなく，即ち，旋回流室から噴孔への渦流の流れで運動エネルギーの損失を最小限にし，円錐形の旋回流室で渦流は回転しながら円錐面に沿ってその回転径を小さくしながら回転速度を高め，円錐の先端部へと流れ，流出方向を変えずに噴孔から高速の渦流を噴射する。これによって，旋回流室の渦流の縮流に伴う運動エネルギーの損失が大幅に低減でき，流量の増大が可能になり，連通細孔の運動エネルギーは旋回流室で渦流の運動エネルギーにスムーズに変換され，更に噴孔まで液体の運動エネルギーの最小の損失で流すことが可能になる。その結果，従来の円盤状の旋回流室に比較して，本発明の円錐状の旋回流室では，流体の運動エネルギーを低減することなく，噴孔から噴霧することができる。旋回流室の円錐面はその軸心に対して１０度～４０度の傾き角であり，直径方向の開き角度は２０度～８０度であり，好ましくは片側で１５度であり，開き角度は３０度前後である。言い換えれば，円錐状の旋回流室における連通細孔と同じ傾き角であれば，円錐状の旋回流室を形成することによって噴霧の広がり角度を大きく拡散させることができ，このことは円錐状の旋回流室の底辺直径を小さくすることが可能であり，流路の無駄容積を大幅に低減させることができる。

円盤状の旋回流室の場合．円盤状の旋回流室に流入する連通細孔の円盤に中心軸即ち軸心に対する傾き角，円盤状の旋回流室では２０度傾いており，この傾きにより流入液体即ち流入燃料の流れ方向は円盤中心軸に対して平行な軸流方向と円盤中心軸の垂直方向かつ円盤の接線方向の２つのベクトルに分離できる。この円盤中心軸に対する垂直方向の流れにより旋回流室において強力な渦を生成する。これに対して，円錐状の旋回流室の場合，連通細孔を通った流入する燃料は円錐状の円錐面に沿って角度を持って流入するので，運動エネルギーの損失が少ない。その結果，ノズル本体の連通細孔は，旋回流室に対する傾き角は，先願の円盤状の場合では旋回流室の中心軸即ち軸心に対して２５度～３０度の傾きが最適であったが，本願発明の円錐状の旋回流室の場合では１５度～３０度が最適になった。連通細孔は傾き角が大き過ぎると，ノズルの直径０．８～１ｍｍ程度の油溜まり内に連絡することができないため，液体溜まり部の直径を大きくする必要が無い，ノズルにおける無駄容積の拡大は，ＨＣ等の発生の増大になるので好ましくない。更に，上記のように，円錐状の旋回流室により連通細孔からの液体のスムーズに流れ込み，高圧の噴射ポンプの圧力を損失することなく噴霧に作用する効果がある。即ち，円盤状の旋回流室における連通細孔と同じ傾き角にすれば，円錐状の旋回流室を用いると噴霧の広がり角を大きくすることが可能になる。このことは，円錐状の旋回流室の底部直径を小さくすることが可能であり，油路の無駄容積を大幅に低減することにも寄与することになる。

この液体噴射ノズルは，上記のことより，円錐状の旋回流室を通って噴孔から液体即ち燃料を噴射させると，液体の運動エネルギーが損なわれることなく，強力な渦流を形成でき，噴孔から液体を拡散して噴射される。連通細孔を通じて流入した液体が円錐状の旋回流室で渦流が形成され，該渦流が運動エネルギーが損失されることなく噴孔へ流入し，即ち，円錐状旋回流室から噴孔に液体が流入する場合の運動エネルギーの損失が低減し，円錐状旋回流室の無駄容積がほぼ１／３になる。また，旋回流室に液体を流入させる連通細孔の傾きは，必要な渦流の生成に必要な１／２程度に小さくすることができ，先端チップの製造が容易になる。また，旋回流室を円錐面に形成することにより噴孔から同じ広がり角の噴霧を得る場合に，円錐状の旋回流室の場合には，液体流量を大きくすることができる。この液体噴射ノズルは，先端部に形成し且つ旋回流室に続く連通細孔を複数本でなく１本に構成しても噴霧の形状，広がり，粒径，長さに変化がなく，低コスト化でき，ノズル本体の先端部に設けた先端チップの強度をアップさせることができる。即ち，この液体噴射ノズルは，円錐状の旋回流室で燃料，アンモニア水，尿素水等の液体の運動エネルギーの強力な渦巻き流を形成し，液体を微粒化して噴孔から拡散噴霧し，噴霧液体と空気，排気ガス等の他の気体との混合状態を良好にし，燃焼，酸化還元反応を促進させることができる。即ち，前記先端チップにおいて，旋回流室の円錐面が液体の流れの方向であるベクトルを渦巻き流に変化させてその運動エネルギーを持続した状態で噴孔に導くことによって，噴孔から噴霧される液体の微粒化を促進させると共に，広範囲に噴霧軌跡が広角に拡散されて噴霧されることになる。

この発明による液体噴射ノズルの一実施例を示し，ノズル本体の先端部に設けた多噴孔構造体を示しており，先端チップを２個示し，ノズル本体の先端部に形成した連通細孔は２本の場合を示している概略断面図である。図１の符号Ｃ領域を示し，図２の（Ａ）は拡大断面図，図２の（Ｂ）は（Ａ）における符号Ｄから見た正面図である。この発明による液体噴射ノズルにおいて，先端側から多噴孔構造体における６個の先端チップを透視して示す正面図であり，ノズル本体の先端部に形成した連通細孔が１本の場合を示し，先端チップに形成した噴孔と旋回流室とを立体的に示す説明図である。図３のノズル本体の先端部を示す側面図である。この発明による液体噴射ノズルにおいて，先端側から多噴孔構造体における６個の先端チップを透視して示す斜視図であり，ノズル本体の先端部に形成した連通細孔が１本の場合を示し，先端チップに形成した噴孔と旋回流室とを立体的に示す説明図である。図５の燃料噴射ノズルの多噴孔構造体に比較して，ノズル本体の先端部に形成した連通細孔が逆方向に傾斜した場合を示し，先端チップに形成した噴孔と旋回流室とを立体的に示す説明図である。この発明による液体噴射ノズルにおいて，先端側から多噴孔構造体における２個の先端チップを透視して示す斜視図であり，ノズル本体の先端部に形成した連通細孔が１本の場合を示し，先端チップに形成した噴孔と旋回流室とを立体的に示す説明図である。この発明による液体噴射ノズルにおいて，ノズル本体の先端部に形成した１本の連通細孔，先端チップに形成した旋回流室，及び先端チップに形成したと噴孔の位置関係を示し，図８の（Ａ）は旋回流室の軸心が噴孔の軸心と一致して連通し，図８の（Ｂ）はノズル本体の先端部３に形成した１本の連通細孔が先端チップに形成した旋回流室とが偏芯して連通し，及び図８の（Ｃ）は（Ａ）の平面を示す説明図である。この発明による液体噴射ノズルにおいて，ノズル本体の先端部に形成した１本の連通細孔，及び先端チップに形成した旋回流室と噴孔の位置関係を示す説明図であり，図９の（Ａ）は旋回流室の軸心と噴孔の軸心とが互いに偏芯した場合を示す説明図，及び図９の（Ｂ）は（Ａ）の平面を示す説明図である。この発明による液体噴射ノズルにおいて，ノズル本体の先端部に形成した２本の連通細孔，及び先端チップに形成した旋回流室と噴孔の位置関係を示す説明図であり，図１０の（Ａ）は２本の連通細孔が旋回流室と互いに偏芯して連通し，旋回流室の軸心と噴孔の軸心とが一致した場合を示す第３実施例の説明図，図１０の（Ｂ）は（Ａ）の側面を示す説明図，及び図１０の（Ｃ）は（Ｂ）の平面を示す説明図である。この発明による液体噴射ノズルにおいて，ノズル本体の先端部に形成した２本の連通細孔，及び先端チップに形成した複合旋回流室と噴孔の位置関係を示す説明図であり，図１０の（Ａ）は２本の連通細孔が複合旋回流室と互いに偏芯して連通し，複合旋回流室の軸心と噴孔の軸心とが一致した場合を示す第４実施例の説明図，図１０の（Ｂ）は（Ａ）の側面を示す説明図，及び図１０の（Ｃ）は（Ｂ）の平面を示す説明図である。

以下，図面を参照して，この液体噴射ノズルの実施例について説明する。まず，図１及び図２を参照して，この液体噴射ノズルの第１実施例について概略的な構成について説明する。この液体噴射ノズルは，例えば，ディーゼルエンジンやガソリンエンジンを搭載した燃料噴射ノズル，或いはアンモニア水，尿素水等の液体を噴霧する排気ガス浄化装置に適用できるものである。この液体噴射ノズルは，主として，エンジン，噴射装置，燃焼機器等の取付け部に固定される液体を供給する液体流路８，１６を備えたパイプ状のノズル本体１，及びノズル本体１の長手方向に延びる中空部４内に液体溜め部６を形成し且つ摺動リフト可能に嵌挿された弁体を構成する針弁２を備えている。この発明による液体噴射ノズルにおける噴孔構造体は，概して，ノズル本体１の先端部３の構造に特徴を有している。ノズル本体１は，同径に貫通する中空部４に形成された金属製のパイプから構成され，先端部３には縮径の中空部２０が形成されている。また，この液体噴射ノズルは，ノズル本体１の中空部４の先端側の側壁面１５に形成されたすり鉢状の弁シート１１に，針弁２の円錐面の先端面１２が着座し，針弁２のリフトによってノズル本体１の中空部４の壁面２４と針弁２の外周面１３との間に形成された液体流路８が開放し，ノズル本体１の先端部３に設けられた複数の噴孔７から液体が噴霧されるものである。この液体噴射ノズルは，多噴孔構造体に構成されており，特に，噴射圧が大きく，例えば，１００～３００Ｍｐａ程度で，液体噴霧の秒速が１０００ｍ前後に達するディーゼルエンジン用超高圧タイプの燃料噴射ノズルに適用して好ましいものである。また，直噴のガソリンエンジンについても燃料の微粒化が要望されているので，この液体噴射ノズルの多噴孔構造体をガソリンエンジン用の高圧の燃料噴射ノズルに適用することもできるものである。

また，この液体噴射ノズルの多噴孔構造体については，先端チップ５は，ノズル本体１の先端部３と一体構造に加工されるか，或いは，ノズル本体１の先端部３の周方向に隔置して複数個（図では６個）が先端部３にそれぞれ接合されてノズル本体１の先端部３に設けることができる。勿論，先端チップ５は，図１及び図２ではノズル本体１の外面から突出しているが，ノズル本体１の凹部に埋め込んだ状態に配設することができることは勿論である。噴孔構造体は，特に，ノズル本体１の先端部３に先端チップ５を周方向に隔置して複数，好ましくは６個，サイズやタイプによっては４，５，７，１２個と複数個設けることができる。先端チップ５の内側に液体溜まりとして裁頭円錐状の円錐面２５を形成して旋回流室９を形成し，ノズル本体１の先端部３に流路となる少なくとも１本（好ましくは２本）の連通細孔１０（図１では２本）が形成されている。ここでは，連通細孔１０は，好ましくは，先端チップ５の旋回流室５に対して，ノズル本体１の先端部３に互い違いに２本形成され，例えば，φ０．１程度に形成されている。図１及び図２に示すように，先端部３に形成した連通細孔１０を旋回流室９の外周領域１７に対して斜め接線方向に連通する。好ましくは２本の連通細孔１０を通じて液体溜まりの旋回流室９に液体（以下，一例として，燃料１４という）を互い違いに流入させて，旋回流室９で渦巻き流即ち旋回流を発生させ，燃焼室等の外部に噴射させる。外部の燃焼室（図示せず）では，通常高圧空気に燃料１４の噴霧が衝突して剪断力が加わり，燃料１４の微粒化が促進される。即ち，燃料１４は，超高圧タイプのディーゼルエンジンでは，種々の軽油であり，また，ガソリンエンジンでは，種々のガソリンを意図している。

この発明による液体噴射ノズルは，特に，燃料１４に対して上記剪断力に更に旋回流が加わって遠心力が発生し，燃料１４の微粒化が更に促進されることを特徴としている。また，この液体噴射ノズルは，燃焼室に噴孔７から燃料１４の噴霧の渦流を強く噴射すれば，燃焼室内での噴霧が広角に広がり，好ましい状態で噴射される。旋回流室９は，特に，裁頭円錐形状の円錐面２５に形成されているので，旋回流室９に流入した燃料１４は円錐面２５に沿ってえ運動エネルギーを損なうことなく，渦流になってスムーズに流れることを特徴としている。また，連通細孔１０から旋回流室９に流入する偏芯半径が大きければ，渦流が増大する。ここで，偏芯半径は，旋回流室９の軸心２６から燃料１４が流入する地点即ち連通細孔１０の軸心２１までの距離ｒをいう〔図８の（Ｂ）参照〕。そこで，流入する燃料１４の単位質量をｍ，及び慣性モーメントをＩとすると，Ｉ＝ｍｒ²である。また，回転する燃料１４の角速度をωとすると，回転する円盤の運動エネルギーは，（１／２）ｍｒ²ω²である。従って，回転する運動エネルギーは，偏芯半径ｒが大きければ，大きくなり，渦流が増大する。更に，連通細孔１０から旋回流室９に流入する流速である角速度ωが大きければ，渦流は増加して促進されることになる。流速は，連通細孔１０の直径で決まるものであり，運動エネルギーは（１／２）ｍＶ²である。また，この多噴孔構造体は，連通細孔１０と旋回流室９との境界部が滑らかに加工されており，圧力損失が低減されている。

また，この発明による液体噴射ノズルにおいて，ノズル本体１の連通細孔１０の傾き角は，先願の円盤状の場合では旋回流室の中心軸即ち軸心に対して２５度～３０度の傾きが最適であったが，本願発明の円錐状の旋回流室９の場合では１５度～３０度が最適であった。連通細孔１０は傾き角が大き過ぎると，ノズルの直径０．８～１ｍｍ程度の油溜まり内に連絡することができないため，液体溜まり部６の直径を大きくする必要が無い，ノズルにおける無駄容積の拡大は，ＨＣ等の発生の増大になるので好ましくない。更に，上記のように，この液体噴射ノズルは，円錐状の旋回流室９により連通細孔１０からの液体１４がスムーズに流れ込み，高圧の噴射ポンプの圧力を損失することなく，噴霧に作用する効果がある。即ち，この液体噴射ノズルでは，連通細孔１０の旋回流室９に対する傾き角は，旋回流室９の軸心２６に対して１５度～３０度傾いていることが好ましい。

また，この発明による液体噴射ノズルにおいて，先端チップ５に形成された旋回流室９の円錐面２５は，旋回流室９の軸心２６に対して１０度～４０度の角度で液体１４の流入側が開いており，液体１４の流出側である噴孔７の流入側が収縮したロート状の裁頭円錐面２５に形成されていることが，液体１４が旋回流室９から噴孔７へ渦流として強力にスムーズに流れ込んで有効であることが分った。

図１～図７を参照して，この発明による液体噴射ノズルの多噴孔構造体の各実施例について説明する。この実施例の多噴孔構造体は，ノズル本体１の先端部３の外面１８には１個の噴孔７が形成された先端チップ５が周方向に隔置して複数（例えば，６個）設けられており，先端チップ５の内側には噴孔７の回りの円錐面２５の旋回流室９が形成されていることを特徴としている。図１及び図２には，この液体噴射ノズルにおける多噴孔構造体の第１実施例が示されている。第１実施例について，燃料１４の流れ方向は矢印で示されている。先端チップ６の背面に形成された旋回流室９は，壁面が円錐面２５に形成されており，燃料１４の流れの抵抗になることは無い。また，この多噴孔構造体は，ノズル本体１の先端部３には，中空室４の弁シート１１より先端側壁面１５から先端チップ５の旋回流室９の外周領域１７に接線方向に連通する少なくとも１本の連通細孔１０（図では２本）が互い違いに形成されている。更に，この多噴孔構造体は，針弁２のリフトによって，液体流路８の燃料１４が細孔１０から接線方向に旋回流室９の外周領域１７に接線方向から流入して旋回流室９で円錐状の渦巻き流を発生させ，該渦巻き流が噴孔７から外部に噴霧されることを特徴としている。また，連通細孔１０は，先端チップ５に対してそれぞれ少なくとも１本形成されていることが好ましく，旋回流室９の外周領域１７に対して予め決められた異なった位置，外周領域１７の対向位置に異なった角度の斜め接線方向に連通してノズル本体１の先端部３にそれぞれ形成されている。即ち，燃料１４が連通細孔１０から旋回流室９の円錐面２５に流れ込むため，旋回流室９は，円錐状の円錐面２５であるので，旋回流室９で渦流が生成され，圧損が少なくなる。燃料１４は，旋回流室９で渦流になって，次いで噴孔７から外部の燃焼室に噴霧され，噴霧状態が広角に拡がって微粒化し，燃焼室内の空気や排気ガスとの混合が促進されることになる。

次に，図３～図６を参照して，この発明による液体噴射ノズルにおける多噴孔構造体の第２実施例を説明する。図３には，この発明による液体噴射ノズルにおいて，第２実施例では，先端側から多噴孔構造体における６個の先端チップ５を透視して示す正面図が示されている。ノズル本体１の先端部３には，１本の連通細孔１０がそれぞれ形成されている。先端チップ５には，噴孔７と旋回流室９とがそれぞれ立体的に示されている。また，図４は，図３のノズル本体１の先端部３を側方から見た側面図である。図５には，図３に示すよる多噴孔構造体における６個の先端チップ５を透視して示す透視図が示されている。ノズル本体１の先端部３に形成した連通細孔１０が１本の場合を示しており，先端チップ５に形成した噴孔７と旋回流室９とが立体的に示されている。図６には，図５の多噴孔構造体において，ノズル本体１の先端部３に形成した連通細孔１０が逆方向に傾斜した場合が示されており，先端チップ５に形成した噴孔７と旋回流室９とが立体的に示されている。

次に，図７を参照して，この発明による液体噴射ノズルにおける多噴孔構造体の第３実施例を説明する。この発明による液体噴射ノズルにおける多噴孔構造体が先端側から透視して示す斜視図が示されている。ノズル本体１の先端部３に設けされた多噴孔構造体としては，２個の先端チップ５を透視して示されている。先端部３に形成した連通細孔１０が１本の場合であり，先端チップ５に形成した噴孔７と旋回流室９とを立体的に示されている。る。

図３～図７には，上記のように，概して，ノズル本体１の先端部３を透視し，空所となる連通細孔１０と先端チップ部５とを説明するため，連通細孔１０と先端チップ部５との外形を立体的に示し，先端部３は透視してそれぞれ透視図が示されている。これらの実施例の多噴孔構造体は，特に，ノズル本体１の先端部３の外面１８には１個の噴孔７が形成された先端チップ部６が周方向に隔置して複数個（図３～図６では６個，図７では２個）が設けられており，先端チップ６の内側には噴孔７の回りに裁頭円錐形状の旋回流室９と該旋回流室９に接線方向に延びる少なくとも１本の連通細孔１０が外周領域１７の対向位置に形成されていることを特徴としている。先端チップ部６の背面に形成された旋回流室９は，円錐面２５に形成されており，燃料１４の流れの抵抗を最小限にするように形成されている。また，この液体噴射ノズルは，ノズル本体１の先端部３には中空室４の弁シート１１より先端側の先端側壁面１５から先端チップ５の旋回流室９の接線流路の壁面に連通する少なくとも１本の連通細孔２０（図３～図６では６本，図７では２本）が形成されており，針弁２のリフトによって液体流路８の燃料１４が連通細孔１０を通って接線流路から接線方向に旋回流室９へ流入して旋回流室９で円錐面２５で渦流即ち渦巻き流を発生させ，該渦巻き流が噴孔７から外部に噴霧されることを特徴としている。更に，連通細孔１０は，先端チップ５に対してそれぞれ少なくとも１本形成されており，接線流路に対して予め決められた傾き方向に連通するように，ノズル本体１の先端部３にそれぞれ形成されている。燃料１４は，連通細孔１０から接線流路の端部へと流れ，次いで，接線流路に流れ込んだ燃料１４が旋回流室９の外周領域の円錐面２５に接線方向から流れ込み，旋回流室９で渦流になって，噴孔７から外部の燃焼室に噴霧され，噴霧状態が広角に拡がって微粒化し，燃焼室内の空気や排気ガスとの混合が促進されることになる。この液体噴射ノズルは，連通細孔１０が接線流路の円錐面２５に沿ってスムーズに導入されるので，運動エネルギーの損失が低減される。

図８を参照して，この発明による液体噴射ノズルにおける多噴孔構造体の第４実施例を説明する。第４実施例では，ノズル本体１の先端部３に形成した１本の連通細孔１０，先端チップ５に形成した旋回流室９，及び先端チップ５に形成した噴孔７の位置関係を示し，図８の（Ａ）は，噴孔７の軸心２７が旋回流室９の軸心２６と一致して連通する状態を示し，図８の（Ｂ）は噴孔７の軸心２７が旋回流室９の軸心２６と一致して連通すると共に，ノズル本体１の先端部３に形成した１本の連通細孔１０の軸心２１が先端チップ５に形成した旋回流室９の軸心と距離ｒだけ偏芯する状態を示し，及び図８の（Ｃ）は（Ａ）の平面を示す説明図である。第４実施例は，基本的なタイプであり，先端部３に設ける連通細孔１０が１本であり，容易で製作可能であり，連通細孔１０が複数本のものに比較して，強度が強く製作することができる。

図９を参照して，この発明による液体噴射ノズルにおける多噴孔構造体の第５実施例を説明する。第５実施例では，ノズル本体１の先端部３に形成した１本の連通細孔１０，及び先端チップ５に形成した旋回流室９と噴孔７の位置関係を示す説明図である。図９の（Ａ）は旋回流室９の軸心２６と噴孔７の軸心２７とが偏芯した場合を示し，及び図９の（Ｂ）は（Ａ）の平面を示す説明図である。第５実施例では，旋回流室９の軸心２６と噴孔７の軸心２７とが偏芯しているので，均一の噴霧でなく，噴霧において極部的に濃い所を生成し，燃焼室での混合気生成をコントロールすることが可能になる。

図１０を参照して，この発明による液体噴射ノズルにおける多噴孔構造体の第６実施例を説明する。第６実施例では，ノズル本体１の先端部３に形成した２本の連通細孔１０，及び先端チップ５に形成した旋回流室９と噴孔７の位置関係を示す説明図である。図１０の（Ａ）は２本の連通細孔１０が旋回流室９に偏芯して連通し，旋回流室９と噴孔７との軸心２６，２７が一致した場合を示し，図１０の（Ｂ）は（Ａ）の側面を示す説明図，及び図１０の（Ｃ）は（Ａ）の平面を示す説明図である。第６実施例では，連通細孔１０が２本で有しているので，先願（特開２０１９－１５２５３号公報）のものに比較して，燃料１４が円錐状の旋回流室９で直角に曲がることなく，円錐面２５に沿って渦流を発生させながら，スムーズに斜めに縮流して流れ，縮流に伴う損失を大幅に低減することができ，即ち，圧力損失が大幅に低減し，流量を大幅に増大させることが可能である。

図１１を参照して，この発明による液体噴射ノズルにおける多噴孔構造体の第７実施例を説明する。第７実施例では，ノズル本体１の先端部３に形成した２本の連通細孔１０，及び先端チップ５に形成した複合旋回流室１９と噴孔７の位置関係を示す説明図である。図１０の（Ａ）は２本の連通細孔１０が複合旋回流室１９と互いに偏芯して連通し，複合旋回流室１９の軸心２６と噴孔７の軸心２７とが一致した場合を示し，図１１の（Ｂ）は（Ａ）の側面を示す説明図，及び図１１の（Ｃ）は（Ｂ）の平面を示す説明図である。第７実施例では，複合旋回流室１９は，円筒状室２３とそれに続く円錐状室２３とから形成されている。複合旋回流室１９は，連通細孔１０が２本で有しており，複合旋回流室１９では燃料１４が連通細孔１０から円筒状室２３へ円筒面に沿って噴流エネルギーを損なうことなくスムーズに流れ込んで渦流を発生させ，次いで，渦流は円筒状室２３から円錐状室２３へとスムーズに流れ，円錐面２５に沿って渦流を増強させながら，スムーズに斜めに縮流して流れ，縮流に伴う損失を大幅に低減することができ，即ち，圧力損失が大幅に低減し，流量を大幅に増大させることが可能である。

この発明による液体噴射ノズルの多噴孔構造体は，例えば，ディーゼルエンジンを搭載した燃料噴射装置，アンモニア水，尿素水等の液体を噴霧する排気ガス浄化装置等の液体を噴霧するノズルに適用して好ましいものである。

１ノズル本体
２針弁
３先端部
４中空部
５先端チップ
６液体溜まり部
７噴孔
８液体流路
９旋回流室
１０連通細孔
１１弁シート部
１２先端面
１３外周面
１４燃料
１５先端側壁面
１６液体流路
１７外部
１８外面
１９複合旋回流室
２０中空部
２１連通細孔の軸心
２２円筒状室
２３円錐状室
２４壁面
２５円錐面
２６旋回流室の軸心
２７噴孔の軸心

Claims

液体を供給する液体溜まり部を持つ液体流路を備えたノズル本体，及び前記ノズル本体の長手方向に延びる中空部に往復リフト可能に嵌挿された針弁を有し，
前記ノズル本体の前記中空部の先端側壁面に形成された弁シート部に前記針弁の先端が着座し，前記弁シート部の更に先端側に先端液体溜まり部が形成され，前記先端液体溜まり部の壁面に複数の噴孔が形成され，前記針弁のリフトによって前記ノズル本体の前記中空部の前記先端側壁面と前記針弁の前記先端の外周面との間に形成された前記液体流路が開放して前記噴孔から前記液体が外部に噴霧されることから成る液体噴射ノズルにおいて，前記ノズル本体の先端部には前記噴孔が形成された先端チップが周方向に隔置して複数設けられ，前記先端チップの内側に形成された円錐状の旋回流室と前記旋回流室に連通する外側に形成された前記噴孔とが設けられ，前記ノズル本体の前記先端部には前記先端液体溜まり部と前記旋回流室を連通する少なくと１本の連通細孔が形成され，前記連通細孔は，前記旋回流室の軸心に対して傾きを持ち，前記傾きのベクトル成分は，前記噴孔の軸方向と前記旋回流室の接線方向を有して前記先端部に形成され．前記針弁のリフトによって前記液体流路の前記液体が前記液体流路の前記液体が前記連通細孔から前記旋回流室へ流入して前記旋回流室で渦流を発生させ，前記渦流が前記噴孔から前記外部に噴霧されることを特徴とする液体噴射ノズル。
前記連通細孔の前記旋回流室に対する傾き角は前記旋回流室の軸心に対した１５度～４５度傾いていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ノズル。
前記旋回流室の前記円錐面は，前記旋回流室の前記軸心に対して１０度～４０度の角度で流入側が開いていることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ノズル。
前記噴孔の軸心は，前記旋回流室の前記軸心から偏芯して設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体噴射ノズル。
前記噴孔の軸心は，前記旋回流室の前記軸心と同一軸上に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体噴射ノズル。
前記先端チップは，前記ノズル本体の前記先端部に形成された貫通孔に接合されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の液体噴射ノズル。
前記連通細孔は，前記先端チップに対して前記ノズル本体の前記先端部に２本形成され，前記旋回流室の前記円錐面に対して予め決められた異なった位置で斜め接線方向に交差してそれぞれ形成され，前記連通細孔からの噴流が前記旋回流室で同方向に前記渦流を形成することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の液体噴射ノズル。
前記連通細孔は，前記先端チップに対して前記ノズル本体の前記先端部に２本形成され，前記旋回流室は，円筒状室と該円筒状室に続く円錐状室から成る複合旋回流室に形成されたことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の液体噴射ノズル。
前記液体は，超高圧タイプのディーゼルエンジン用の燃料であることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の液体噴射ノズル。