JP2000027734A - ディーゼルエンジンの燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コモンレール型ディーゼルエンジンに適用し
た場合でも燃料噴射率を緩やかに立ち上げる噴射特性を
実現でき、もって、ＮＯx発生を抑制することができる
ディーゼルエンジンの燃料噴射弁を提供する。 【解決手段】 駆動手段に駆動される主弁体５のリフト
作動によって燃料の噴孔１６への流入を遮断・許容する
と共に、その主弁体５に対して相対的にリフトする副弁
体１７を配置して、主弁体５のリフト途中（プレストロ
ークＳ）で、その段差２１を係合部２０に当接させて主
弁体５と共に副弁体１７をリフトさせ、主弁体５への燃
料供給を増大するようにしたため、燃料噴射率の立ち上
がりが緩やかなものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの燃料噴射弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、先端部に噴孔を有するノ
ズル本体にニードル弁がリフト自在に設けられ、ニード
ル弁のリフト作動に伴い噴孔から燃料を噴射させる一般
的なディーゼルエンジンの燃料噴射弁では、図３に二点
鎖線で示すような噴射率で、急激に立ち上がる略台形状
の噴射特性が得られている。しかしながら、ディーゼル
エンジンの動作原理上、燃料噴射の開始から着火までに
僅かながらタイムラグがあるため、上記噴射特性におけ
る前半の噴射燃料が多いと、前半に噴射された燃料が着
火直後に一斉に燃えて急激な温度上昇をもたらし、ＮＯ
xを大量発生させるという問題があった。そこで、例え
ば実開平４−１７１６７号に記載のように、内外二重に
配設したニードルバルブを個別のスプリングにより閉弁
側に付勢すると共に、各ニードルバルブに対応して噴孔
を形成した燃料噴射弁が提案されている。この噴射弁で
は、燃料噴射ポンプから供給される燃料圧の増加に伴っ
て、まずスプリングの付勢力が弱い外側のニードルバル
ブを開弁させて少量の燃料を噴射させ、燃料圧が更に増
加するとスプリングの付勢力が強い内側のニードルバル
ブを開弁させて多量の燃料を噴射させ、もって、燃料噴
射率を緩やかに立ち上げてＮＯx発生を抑制している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年では一定圧
の高圧燃料を燃料噴射弁に常時供給しておき、その噴射
弁に内蔵した電磁弁の開閉に応じて、任意の噴射量及び
噴射時期で燃料噴射を行うように構成した所謂コモンレ
ール型ディーゼルエンジンが広く実用化されている。こ
の種のディーゼルエンジンにおいても、上記した着火直
後の急激な燃焼が起こり得るため何らかの対策が要望さ
れているのであるが、燃料圧が一定であることから、公
報記載のような、燃料圧の増加を利用して時間差をもっ
てニードルバルブを開弁させる燃料噴射弁を適用できな
い。又、仮に適用する場合には、燃料噴射弁への供給燃
料圧を可変する手段が必要となり、構成が複雑化すると
いうデメリットが生じてしまう。

【０００４】本発明の目的は、コモンレール型ディーゼ
ルエンジンに適用した場合でも燃料噴射率を緩やかに立
ち上げる噴射特性を実現でき、もって、ＮＯx発生を抑
制することができるディーゼルエンジンの燃料噴射弁を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、駆動手段に駆動される主弁体のリフト
作動によって燃料の噴孔への流入を遮断・許容すると共
に、その主弁体に対して相対的にリフトする副弁体を配
置して、主弁体の閉位置では副弁体により主弁体側への
燃料供給を制限すると共に、主弁体のリフト途中で副弁
体を主弁体と共にリフトさせて、主弁体への燃料供給を
増大するように構成した。よって、主弁体が開弁し始め
た時点では副弁体により燃料が制限され、その後に主弁
体のリフト途中で主弁体に係合して副弁体がリフトされ
ると、燃料は副弁体に制限されることなく噴孔に流入
し、その結果、燃料噴射率の立ち上がりは緩やかなもの
となる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化したディー
ゼルエンジンの燃料噴射弁の一実施例を説明する。

【０００７】燃料噴射弁は図１の下側（先端側）を燃焼
室内に臨ませた姿勢でディーゼルエンジンに取り付けら
れるようになっている。燃料噴射弁のノズル本体として
のボディ１には、下側より軸心に沿って下側圧力室２、
ばね室３及び上側圧力室４が連続して形成され、それら
の内部には主弁体としてのロッド状のメインニードル５
が軸心に沿って配設されている。下側圧力室２とばね室
３との間にはガイド部６が形成され、このガイド部６に
案内されてメインニードル５は上下方向し得るようにな
っている。上側圧力室４においてメインニードル５の上
端は鍔状に形成されて、その上面を受圧面７としてい
る。又、ばね室３内において、メインニードル５には鍔
状のストッパ部８が形成されるとともに、このストッパ
部８の上側にはメインスプリング９が巻回されている。
メインニードル５はメインスプリング９によって下方に
付勢され、そのストッパ部８をばね室３内の下壁に当接
させた閉弁位置に保持されている。

【０００８】図２に示すように、下側圧力室２内におい
て、メインニードル５には上側より縮径部１０、より大
径の摺接部１１、テーパ状の圧接部１２が連続して形成
されている。下側圧力室２内の下端には、二段テーパ状
をなすサブシート面１３及びメインシート１４面が形成
され、メインシート面１４の中心に形成された球状のサ
ック部１５からは、放射状に複数の噴孔１６がボディ１
の外部（エンジンの燃焼室内）に向けて貫設されてい
る。そして、メインニードル５が閉弁位置にあるとき、
その圧接部１２はメインシート面１４に当接して、下側
圧力室２とサック部１５とを区画している。

【０００９】メインニードル５の摺接部１１には副弁体
としての筒状のサブニードル１７が上下に摺動可能に嵌
め込まれ、サブニードル１７の上端には、メインニード
ル５の縮径部１０に巻回されたサブスプリング１８の下
端が当接している。このサブスプリング１８に付勢され
てサブニードル１７は、下端の圧接部１９をサブシート
面１３に当接させた閉弁位置に保持されている。ここ
で、サブスプリング１８の付勢力は、メインスプリング
９に比較して遥かに弱く設定されている。

【００１０】サブニードル１７の上端には内周側に屈曲
する係合部２０が形成され、サブニードル１７が閉弁位
置にあるとき、係合部２０はメインニードル１７の縮径
部１０と摺接部１１の間の段差２１に対して所定間隔Ｓ
だけ離間している。この間隔Ｓは、メインニードル５の
閉弁位置から開弁位置までのストロークに比較して小さ
な値に設定されており、以下、この間隔Ｓをプレストロ
ークと称す。サブニードル１７の圧接部１２には多数の
オリフィス溝２２が放射状に列設して形成され、圧接部
１２がサブシート面１３に当接した閉弁位置において
も、サブニードル１７の内外はこれらのオリフィス溝２
２を介して連通している。

【００１１】ボディ１には、図示しないコモンレール
（蓄圧室）を介して燃料噴射ポンプと接続された燃料供
給路２３が形成され、その燃料供給路２３は下側圧力室
２と接続されると共に、オリフィス孔２４を介して上側
圧力室４と接続されている。各圧力室２，４内には、燃
料噴射ポンプにより加圧されてコモンレールで蓄圧され
た一定圧の高圧燃料が接燃料供給路２３を経て供給さ
れ、その燃料圧がメインニードル５に対して上側圧力室
４では下方（閉弁位置側）に、下側圧力室２では上方
（開弁位置側）に作用して互いに均衡している。

【００１２】ボディ１内の上側圧力室４の直上にはソレ
ノイド室２５が形成され、ソレノイド室２５と上側圧力
室４とはドレン孔２６を介して連通している。ソレノイ
ド室２５内には弁体２７が配設され、この弁体２７はソ
レノイドスプリング２８で下方に付勢されてドレン孔２
６を閉鎖すると共に、ソレノイド２９の励磁に伴って上
方に吸着されてドレン孔２６を開放し得るようになって
いる。又、ソレノイド室２５とばね室３とは逃がし通路
３０により連結され、この逃がし通路３０を経て両室２
５，３間の燃料が自由に移動し得るようになっている。
以上のドレン孔２６、弁体２７、ソレノイドスプリング
２８及びソレノイド２９によって電磁弁Ｂが構成され、
本実施例では、この電磁弁Ｂが駆動手段として機能す
る。

【００１３】次に、上記のように構成されたディーゼル
エンジンの燃料噴射弁の動作を説明する。

【００１４】前記したように上側圧力室４及び下側圧力
室２内には、コモンレールに蓄圧された一定圧の高圧燃
料が燃料供給路２３を経て供給されており、その高圧燃
料はばね室３やソレノイド室２５内、更に逃がし通路３
０内も満たしている。ソレノイド２９が励磁されていな
いとき、ソレノイドスプリング２８により弁体２７はド
レン孔２６を閉鎖しており、その結果、ソレノイド室２
５内の燃料圧は上側圧力室４に比較して低められてい
る。又、メインニードル５はメインスプリング９によ
り、サブニードル１７はサブスプリング１８によりそれ
ぞれ閉弁位置に保持され、下側圧力室２とサック部１５
とを区画して高圧燃料を遮断している。

【００１５】ソレノイド２９が励磁されると、弁体２７
はソレノイドスプリング２８に抗して上方に吸着されて
ドレン孔２６を開放し、上側圧力室４の燃料圧がドレン
孔２６、ソレノイド室２５、逃がし通路３０を経てばね
室３側に逃がされる。その結果、上側圧力室４内におい
て受圧面７に作用する燃料圧が低下し、メインニードル
５は下側圧力室２の燃料圧によってメインスプリング９
に抗して閉弁位置から開弁位置へと上昇し始める（図３
のａ時点）。それに伴って下側圧力室２内の高圧燃料は
サブニードル１７のオリフィス溝２２を経てサック部１
５内に流入し、噴孔１６からエンジンの燃焼室内に噴射
される。このときの燃料はオリフィス溝２２の絞りによ
って制限されるため、図３に示すように、燃料噴射率は
緩やかに立ち上げられる。

【００１６】そして、メインニードル５がプレストロー
クＳ分上昇した時点（図３のｂ時点）で、その段差２１
がサブニードル１７の係合部２０に下方より当接し、以
降のストロークではサブニードル１７もメインニードル
５と一体で上昇する。よって、それ以降の燃料はオリフ
ィス溝２２により制限されることなくサック部１５に流
入して噴射され、燃料噴射率は急激に立ち上げられて、
メインニードル５及びサブニードル１７が開弁位置に達
した時点（図３のｃ時点）で最大値に達する。

【００１７】その後、ソレノイド２９の励磁が中止され
ると、弁体２７によって再びドレン孔２６が閉鎖され
て、上側圧力室４内にはオリフィス孔２４を経て燃料供
給路２３の燃料圧が作用し、その燃料圧とメインスプリ
ング９の付勢力によってメインニードル５は閉弁位置へ
と下降し始める（図３のｄ時点）。このとき、サブスプ
リング１８の付勢力が弱いため、サブニードル１７は自
体の慣性によって一時的に開弁位置付近に保持された後
にメインニードル５より遅れて下降し始め（図３のｅ時
点）、メインニードル５の閉弁位置の到達（図３のｆ時
点）に若干遅れて閉弁位置に達する（図３のｇ時点）。
つまり、メインニードル５が先行して閉弁するため、噴
射燃料は開弁時のようにオリフィス溝２２によって絞ら
れることなく急速に遮断され、燃料噴射率も急激に立ち
下げられる。

【００１８】以上のように、開弁当初のプレストローク
Ｓ期間中にサブニードル１７のオリフィス溝２２の絞り
によって噴射燃料を制限するようにしたため、本実施例
のように燃料噴射弁への供給燃料圧が一定であるコモン
レール型ディーゼルエンジンに具体化した場合であって
も、燃料噴射率が緩やかに立ち上がる噴射特性を実現す
ることができる。その結果、着火までの噴射燃料を適量
に制限して、急激な温度上昇によるＮＯxの発生を抑制
することができる。

【００１９】以上で実施例の説明を終えるが、本発明の
態様はこの実施例に限定されるものではない。例えば、
上記実施例では、サブニードル１７を筒状に形成してメ
インニードル５の外周に嵌め込み、その下端にオリフィ
ス溝２２を放射状に列設したが、要は燃料供給路２３側
からメインニードル５に供給される燃料を、閉弁位置の
サブニードル１７によって制限できればよい。従って、
サブニードル１７の形状やオリフィス溝２２の数等を変
更してもよい。

【００２０】又、上記実施例では、サブニードル１７を
閉弁位置に復帰させるためにサブスプリング１８の付勢
力を利用したが、本発明はこれに限定されず、例えば、
これに代えて燃料供給路２３の燃料圧を利用してもよ
い。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のディーゼル
エンジンの燃料噴射弁によれば、燃料噴射率が緩やかに
立ち上がる噴射特性を実現でき、その結果、着火までの
噴射燃料を適量に制限して、急激な温度上昇によるＮＯ
xの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のディーゼルエンジンの燃料噴射弁の全
体構成を示す断面図である。

【図２】サブニードル周辺の構成を示す部分断面図であ
る。

【図３】ニードルリフト量と噴射率の推移を示すタイム
チャートである。

【符号の説明】

１ ボディ（ノズル本体） ５ メインニードル（主弁体） １６ 噴孔 １７ サブニードル（副弁体） Ｂ 電磁弁（駆動手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部に噴孔が形成されたノズル本体
   と、 該ノズル本体内にリフト自在に設けられ、リフト動作に
   伴って燃料の噴孔への流入を遮断・許容する主弁体と、 上記主弁体を駆動する駆動手段と、 前記ノズル本体内に前記主弁体に対してリフト自在に設
   けられると共に、主弁体の閉弁位置において主弁体側に
   供給される燃料を制限すると共に、開弁位置へのリフト
   途中で主弁体に係合して主弁体と共にリフトされ、前記
   主弁体側への燃料供給を増大する副弁体とを備えたこと
   を特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射弁。