JP2000179425A

JP2000179425A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2000179425A
Application number: JP10356324A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kato; 正明加藤; Toshiyuki Yoda; 稔之依田; Kenji Date; 健治伊達
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2000-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンの運転状態に応じて適切な噴射率お
よび噴霧状態で燃料を供給することのできる燃料噴射装
置を提供する。【解決手段】制御室７０の圧力Ｐｃｔが低下すると、
Ｐｃｔと第一ばね１５の荷重Ｆｓ１とを合わせた力よ
り、ポンプから供給される圧力Ｐｄが大きくなりニード
ル３０が押し上げられて開弁する。ニードル３０が第一
リフトｈ１まで上昇すると、第二ばね１６の荷重Ｆｓ２
が負荷され、ニードル３０はｈ１でリフトを停止する。
制御室７０の油圧が低下してもニードル３０はリフトｈ
１で停止する。制御室７０の油圧がさらに低下するとニ
ードル３０は再びリフトを開始する。リフトｈがｈ１＋
ｈ２になると、最大リフト状態で停止する。従って、ニ
ードルリフトを段階的に制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料を直接筒内に
噴射する内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンとい
う）の燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば米国特許５，６９４，
９０３号に開示されているように、高圧燃料供給ポンプ
からインジェクタに燃料を供給する燃料供給装置におい
て、油圧力によりニードルリフトを変化させ噴射率特性
を可変にしようとする技術が提案されている。米国特許
５，６９４，９０３号に開示される従来の燃料供給装置
は、蓄圧式燃料噴射装置のインジェクタ２００に関する
もので、図９に示すようにソレノイド２７４への通電電
流と２個のばね２９０、２９７により、パイロットバル
ブステム２７０のリフトを制御して制御室２６０の油圧
を変化させて、ニードル２２４のリフトを制御してい
る。ステム２７０は、吸引力とばね力の均衡で２段階リ
フトする構成になっている。燃料噴射装置が噴射する噴
霧の濃度や拡散状態は、燃料の着火特性、、ＮＯ_X、黒
煙、ＨＣなどの発生量、燃焼効率などに大きく影響す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の燃料噴射装置の構成では、ソレノイド２７
４に流す駆動電力を２段階に変化させることが必要で、
駆動装置が複雑で高価となる。また、駆動装置はステム
２７０のリフトを制御するのであって、ニードル２２４
は、制御室２６０の圧力の変化とノズルばね２３７と、
燃料溜まり２２２の燃料圧力との均衡でリフトする。そ
のため、ステム２７０のリフトのように、明確に段階的
なリフトは実現できない。さらに、温度変化により吸引
力が変化するとステム２７０のリフト特性が変化し、ス
テム２７０のシート２７１の開口面積特性を変化させ
る。また、燃料特性の変化により、制御室２６０の圧力
変化が不安定になり、ニードル２２４のリフト特性が変
化して噴射燃料の噴射率が不安定になることがある。ま
た、シート２７１下部の非常に狭い面積の制御を行うた
めに、インジェクタ２００の個体間のばらつきを押さえ
ることが難しく、安定した微小噴射制御は困難であっ
た。

【０００４】また、ニードルに対して２つのばねを所定
のニードルリフト間隔をおいて付勢するように構成した
二段開弁圧ノズルも公知となっている。この技術によれ
ば、ニードルは噴射圧力に従い安定してリフトする。し
かし、噴射圧力が噴射ポンプからの圧送圧力により決定
されるために、エンジンの要求する噴射率を全運転条件
にて実現するのは、困難である。

【０００５】また、上記のいずれも、噴射率を可変制御
することは可能であるが、噴霧角や噴霧の到達距離など
の噴霧状態の可変制御は実現不可能である。噴霧状態が
適切に制御されない場合、燃費出力が低下し、ＮＯ_X、
黒煙、ＨＣなどの発生が多くなるという問題がある。本
発明の目的は、エンジンの運転状態に応じて適切な噴射
率および噴霧状態で燃料を供給することのできる燃料噴
射装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１〜３記
載の燃料噴射装置によれば、噴孔を開閉するニードルを
段階的にリフトさせる手段と、ニードルのリフトに従い
噴射される燃料の噴射率及び噴霧状態を変化させる燃料
流路とを有するため、噴射率と噴霧角および到達距離な
どの噴霧特性とをニードルリフト量に応じて変化させる
ことができ、低圧で微粒化できるため、燃費が向上し、
ＮＯ_X、黒煙、ＨＣなどの発生が低減することができ
る。

【０００７】ニードルを段階的にリフトさせる手段とし
ては、例えば、ニードルを閉弁方向に付勢する第一の付
勢手段とニードルのリフトが第一のリフト以上のときニ
ードルを閉弁方向に付勢する第二の付勢手段とを設け、
第一の付勢手段の付勢力をニードルに負荷するピンの少
なくとも一つは燃料圧力を受けてニードルを閉弁方向に
付勢する構成とすることにより実現可能である。ニード
ルのリフトに従い噴射される燃料の噴射率及び噴霧状態
を変化させるには、例えば、燃料流路中の燃料に旋回力
を発生させる斜め溝を形成することにより、実現可能で
ある。

【０００８】本発明の請求項４または５記載の燃料噴射
装置によれば、ニードルを閉弁方向に付勢するピンの断
面積はニードルが開弁時に油圧力を受ける断面積より小
さく、あるいはニードルが閉弁時に油圧力を受ける断面
積と開弁時に油圧力を受ける断面積の中間に形成され
る。そのため、着座直前のニードル閉弁速度を低減し、
閉弁衝撃をやわらげることができる。

【０００９】本発明の請求項６記載の燃料噴射装置によ
れば、燃料流路はニードルのリフトに従い噴霧角を変化
させる渦巻き室を有するため、低い噴射圧力でより噴霧
を微粒化することができる。本発明の請求項７記載の燃
料噴射装置によれば、ニードルのリフトに従い開口する
噴孔を変更するため、異なる噴霧角で燃料を噴射するこ
とが可能である。本発明の請求項８記載の燃料噴射装置
によれば、ピンに付勢する燃料圧力を制御する制御室を
有する。そのため、制御室の圧力を制御することにより
ニードルのリフトを制御することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の複数の実施例を図
面に基づいて説明する。（第１実施例）本発明の第１実施例の燃料噴射装置を図
１、図２及び図３を用いて説明する。図１は、本発明の
第１実施例における、エンジンの燃料供給装置に用いら
れる燃料噴射装置１である。燃料噴射装置１は図示しな
いエンジンのエンジンヘッドに挿入搭載され、エンジン
のシリンダとシリンダ内を往復運動するピストンとの間
に形成された燃焼室に向けて燃料を噴射するように構成
されている。燃料噴射装置１は、エンジンの回転数、負
荷、あるいは、燃料、吸入空気、冷却水の温度、圧力の
入力に従いＥＣＵにより演算されコントロールされた、
ポンプからの高圧燃料によって駆動される。燃料噴射装
置１には、ニードルリフトを制御する第一の付勢手段と
しての第一ばね１５及び第二の付勢手段としての第二ば
ね１６、制御室７０、および噴霧角の変化あるいは開口
噴孔を変更することのできる噴射弁部４０を含むノズル
部２が構成されている。

【００１１】燃料噴射装置１は、ノズル部２をチップパ
ッキン１２をはさんでホルダ１７にリテーニングナット
１１で締結した構成になっている。ノズル部２のノズル
ボディ２０の内径部２２には、ニードル３０が摺動自在
に嵌挿されている。ニードル３０は、第一ばね１５によ
ってロッド１４とプレッシャピン１９を介して、ノズル
ボディ２０のシート面に押接されている。第一ばね１５
はホルダ１７の内径部に設けられたばね室１５ａに嵌挿
されている。第一ばね１５の初期設定荷重はＦｓ１、ば
ね定数はｋ１である。第二ばね１６が同様にホルダ１７
の内径部に設けられたばね室１６ａに嵌挿され、ばね座
１３をチップパッキン１２に押接している。第二ばね１
６の初期設定荷重はＦｓ２、ばね定数はｋ２である。ば
ね座１３がチップパッキン１２に着座しているとき、ば
ね座１３の下端面はプレッシャピン１９と隙間ｈ１、す
なわち第一リフトを形成している。また、その時ばね座
１３の下端面はチップパッキン１２の凹面の下端面より
ｈ２、すなわち第二リフト分だけ突き出している。した
がって、ニードル３０が上方にリフト可能な最大リフト
はｈ１＋ｈ２となる。

【００１２】また、ホルダ１７には制御電磁弁３がナッ
ト５８で締結されている。制御電磁弁３はソレノイド５
４、制御弁５１、ボディ５２、出口絞り７４を有するプ
レート６０、入口絞り７３を有するプレート６１、及び
制御弁５１のシート５５をボディ５２のシート面５６に
押接するばね５３で構成される。入口絞り７３、出口絞
り７４は上述の制御室７０に開口している。制御ピスト
ン４は、ホルダ１７の内径部４ａに嵌挿され、その下部
はロッド１４に当接する。制御ピストン４の上部はホル
ダ１７との間に制御室７０を形成している。制御ピスト
ン４が制御室７０の油圧を受ける断面積Ａｃｔは、ニー
ドル３０のガイド部、すなわちノズルボディ２０の内径
部２２の断面積Ａｇより小さく形成されている。制御ピ
ストン４、ロッド１４およびプレッシャピン１９が特許
請求の範囲に記載したピンを構成している。

【００１３】図示しない高圧ポンプより供給される高圧
燃料は、ホルダ１７内の高圧流路１８、チップパッキン
１２内の通路１２ａ、ノズルボディ２０内の通路２１と
内径部２２ａを介して噴孔２３へ供給される。同様に、
ホルダ１７内の通路７６を介して、入口絞り７３、制御
室７０、出口絞り７４へと連通している。制御弁５１が
ボディ５２の開口５７を開閉制御することで、前記出口
絞り７４は低圧側の燃料通路７１、７２、７５を介して
ホロースクリュー６２を通過して燃料タンクへ連結され
る。通路７５は、ばね室１５ａにも開口して、ばね室１
５ａ、１６ａの低圧燃料をタンクへ連絡排出している。

【００１４】次に、噴射弁部４０について、その構成を
説明する。図３に示す噴射弁部４０は、旋回力形成部３
１、渦巻き室２５、シート３５および噴孔２３を有す
る。旋回力形成部３１は、ノズルボディ２０のシート面
２４と、ニードル３０外周上に形成された円錐面３２、
３６、３８、円筒面３７と複数の斜め溝３３によって構
成され、通過する燃料にニードル３０の周方向の旋回力
を加える。円錐面３２はシート面２４と同一か、あるい
はわずかに小さい円錐角度で形成されている。旋回力形
成部３１は上記の構成だけでなく、基本構成として、シ
ート面２４のようなノズルボディ２０の内径部に形成さ
れた円錐面と、ニードル３０の外周面に形成された円錐
面３２とが相対し、円錐面である２４または３２のいず
れかに斜め溝３３が形成されている構造であれば、同様
の効果を十分得ることができる。また、円錐面でなくと
も球面同士であってもよい。

【００１５】渦巻き室２５は、ノズルボディ２０上のシ
ート面２４とニードル３０の前記旋回力形成部３１の下
流部にある円錐面３８と円筒面３４とによって形成され
る。この渦巻き室２５は、前記形状に限定されるもので
なく、円筒面３４は円錐面であっても、または円筒と円
錐の合成面や球面等としても構成可能である。

【００１６】ニードル３０のシート３５は、第一ばね１
５によって閉弁されノズルボディ２０のシート面２４に
当接し、噴射圧力により第一ばね１５に抗して押し上げ
られ開弁する。シート３５の下流側にはノズルボディ２
０のシート面２４とそれより大きな円錐角をもつニード
ル３０の円錐面３９とさらに大きな円錐角を持つ円錐面
３９１とにより流路を構成する。ノズルボディ２０はシ
ート面２４から２４１と連続的に円錐面を変化させて噴
孔２３へと連通し、流路を構成する。ここで、円錐面３
９と３９１は同じ角度で形成された一つの円錐面であっ
てもよい。また、ノズルボディ２０側も円錐面２４１は
円錐面２４と同じ角度でひとつの円錐面であってもよ
く、さらには円弧等の曲面でも構成可能である。

【００１７】斜め溝３３は、その上流側入口は円錐面３
６、円筒面３７とは溝３３の傾斜入口を大きな曲面半径
Ｒａで、逆側入口を小さい曲率Ｒｂで形成され、出口側
も同様にＲａ’＞Ｒｂ’に形成されている。制御ピスト
ン４が油圧を受ける断面積Ａｃｔ、ノズルボディ２０の
内径部２２の断面積Ａｇ、ニードル３０のシート３５の
断面積Ａｓは、Ａｃｔ＜Ａｇ、あるいは（Ａｇ−Ａｓ）
＜Ａｃｔ＜Ａｇの関係が成立するように形成されてい
る。

【００１８】次に、本実施例の燃料噴射装置の作動を図
２を用いて説明する。図２は制御用パルス、圧力挙動お
よび弁のリフトｈを示すタイミングダイアグラムであ
る。まず、図示しない高圧ポンプにより、所定の噴射圧
力が生成され、燃料噴射装置１に供給される。また、図
示しないＥＣＵによりエンジンの運転条件に応じた制御
弁駆動パルスが発生され、制御電磁弁３に供給される。
ソレノイド５４に電流が供給されることにより励起吸引
力が発生すると制御弁５１は、ばね５３に抗して引き上
げられる。これにより、制御室７０が開口５７と出口絞
り７４を介して低圧側に連通する。２つの絞りの面積
は、入口絞り７３より出口絞り７４が大きく設定されて
いるために、流入燃料より流出燃料量が多く、制御室７
０の圧力Ｐｃｔは低下し始める。この圧力低下速度は、
ふたつの絞りの面積差と制御室７０の容積の設定で任意
に調節することが可能である。

【００１９】圧力Ｐｃｔがニードル３０を押し上げる力
より小さくなるとニードル３０は開弁しはじめる。ここ
で、ニードル３０に働く力を各場合に分けて説明する。ニードル３０のリフトｈがｈ１より小さいとき（ｈ＜
ｈ１）ニードル３０に働く力は、次のようになっている。 (i) ニードル閉弁時（ｈ＝０）閉弁力Ｆｃ１は、制御ピストン４に働く油圧力Ｆｃｔと
第一ばね１５の初期設定荷重Ｆｓ１の合計である。Ｆｃ１＝Ｆｃｔ＋Ｆｓ１＝Ｐｃｔ×Ａｃｔ＋Ｆｓ１となる。開弁力Ｆｏは、ニードル３０に加わる油圧力Ｆ
ｄでＦｏ＝Ｆｄ＝Ｐｄ（Ａｇ−Ａｓ）となる。したがって、ニードルに加わる力Ｆは、Ｆ＝Ｆｏ−Ｆｃ１＝Ｐｄ（Ａｇ−Ａｓ）−Ｐｃｔ×Ａｃｔ＋Ｆｓ１（１）である。

【００２０】(ii)ニードル開弁時（０＜ｈ＜ｈ１）第一ばね１５の収縮分が加わり、ばね力Ｆｓは、Ｆｓ＝Ｆｓ１＋ｋ１×ｈとなり、閉弁力は、Ｆｃ１＝Ｆｃｔ＋Ｆｓ＝Ｆｃｔ＋Ｆｓ１＋ｋ１×ｈとなる。開弁力は、Ｆｏ＝Ｆｄ＝Ｐｄ×Ａｇとなる。したがって、ニードルに加わる力Ｆは、Ｆ＝Ｆｏ−Ｆｃ１＝Ｐｄ×Ａｇ−Ｆｃｔ−Ｆｓ１−ｋ１×ｈ（２）である。

【００２１】ニードル３０のリフトｈが第一リフトｈ
１以上のとき（ｈ１≦ｈ）ばね力Ｆｓは第二ばね１６の初期設定荷重Ｆｓ２と収縮
分が加わりＦｓ＝ｋ１×ｈ＋Ｆｓ１＋ｋ２（ｈ−ｈ１）＋Ｆｓ２閉弁力Ｆｃ１は、Ｆｃ１＝Ｆｃｔ＋Ｆｓ＝Ｐｃｔ×Ａｃｔ＋ｋ１×ｈ＋Ｆｓ１＋ｋ２（ｈ−ｈ１）＋Ｆｓ２となり、開弁力Ｆｏは、Ｆｏ＝Ｆｄ＝Ｐｄ×Ａｇとなる。したがって、ニードル３０に加わる力Ｆは、Ｆ＝Ｆｏ−Ｆｃ１＝Ｐｄ×Ａｇ−Ｐｃｔ×Ａｃｔ−ｋ１×ｈ−Ｆｓ１ −ｋ２（ｈ−ｈ１）−Ｆｓ２（３）である。

【００２２】制御室７０の圧力Ｐｃｔが低下すると、Ｐ
ｃｔと第一ばね１５の初期設定荷重Ｆｓ１とを合わせた
力より、ポンプから供給される圧力Ｐｄが大きくなりニ
ードル３０が噴射圧力によって第一ばね１５に抗して押
し上げられ開弁する。これが、式（１）のニードルに働
く力Ｆ≧０の条件が成立したときである。

【００２３】ニードル３０が第一リフトｈ１まで上昇す
ると、このリフトｈ１から第二ばね１６の初期設定荷重
Ｆｓ２が負荷されるために、ニードル３０はｈ１でリフ
トを停止する。これが図２のニードルリフト線図のａ点
で示す位置である。制御室７０の油圧がさらに低下して
も式（２）でＦ≧０、式（３）でＦ＜０である間は、ニ
ードル３０はリフトｈ１で停止する。これが図２のｂ点
で示す位置である。

【００２４】さらに、制御室７０の油圧が低下して式
（３）のＦ≧０が成立するとニードル３０は再びリフト
を開始する。これが図２のｃ点で示す位置である。さら
に、ニードルがｈ２だけ上昇し、リフトｈがｈ１＋ｈ２
になると、最大リフト状態で停止する。これが図２のｄ
点で示す位置である。

【００２５】制御室７０の油圧が低下していくとニード
ル３０を開弁させようとする力は、さらに増加していく
が、ニードル３０はこれ以上は上昇しない。このときの
負荷重はチップパッキン１２が受ける。これが図２のｄ
〜ｆ点で示す位置である。

【００２６】所定の駆動パルス時間が過ぎると、ソレノ
イド５４への通電が停止され、制御弁５１が閉弁し始め
て制御室７０の油圧が上昇を開始する。これが図２のｅ
点で示す位置である。さらに、制御ピストン４を押し下
げる力が上昇すると、ニードル３０をロッド１４を介し
て閉弁方向に駆動を開始する。これが図２のｆ点で示す
位置である。

【００２７】ニードル３０がｈ２だけ下降したところ
で、第二ばね１６の荷重が負荷されなくなる（図２のｇ
〜ｈ点）。そのため、ニードル３０に加わる閉弁力は制
御室７０の油圧と第一ばね１５の付勢力Ｆｓ１だけとな
り、シート３５は速度を落としてシート面２４に着座す
る。したがって、着座時の衝撃力と騒音を低減すること
ができる。

【００２８】このように、２つの絞り７３、７４の面積
の設定と２つのばね１５、１６により、ニードル３０を
段階的に開閉弁でき、開弁時はリフトｈ１の期間を長く
し、閉弁時はリフトがｈ１の期間をなくするか短く設定
することができる。これにより、燃焼初期の燃料噴射量
を減少させて窒素酸化物の発生や、燃焼時の騒音を低下
させることができる。さらに、噴射終わりの燃料噴射率
の終了を短時間で行うことで黒煙の発生を押さえること
ができる。

【００２９】次に、上述のようにニードル３０のリフト
が制御されたときのノズル部２の作動を図３〜図５を用
いて説明する。ニードル３０のリフトｈがｈ１のとき、
図３（ａ）に示すようにニードル３０の円錐面３２とシ
ート面２４はごくわずかなすきまを形成する。このとき
図４に示すように、斜め溝３３を流れる燃料の速度Ｖｎ
と円錐面３２とシート面２４を流れる燃料速度Ｗｂが発
生する。速度Ｖｎは図５の（ａ）に示すように円周方向
速度成分Ｕｎと軸方向速度成分Ｗｎに分解することがで
きる。

【００３０】ＶｎとＷｂの速度の大きさの比は、ほぼそ
れぞれの流路面積比で決まり、ニードル３０のリフトに
対し図５の（ｂ）に示すように変化する。斜め溝３３の
流速Ｖｎは斜め溝３３がニードル３０のリフトにかかわ
らず一定の流路断面積を有しているために、リフトによ
り開口するシート３５とシート面２４との間の面積に従
い、流量が増加するにつれてＶｎは増加する。第一リフ
トｈ１付近でシート３５の開口面積と斜め溝３３の断面
積が等しくなる程度に設定すると、第一リフト時にＶｎ
は最高速に達する。

【００３１】一方、Ｗｂはほぼニードル３０のリフトに
比例して増加するが、Ｖｎの増加に比して、実際のノズ
ルのリフト量の十分の数ｍｍ程度では値は小さく緩やか
な増加である。その結果、第一リフト付近でＶｎとＷｂ
の比は最大になる。このとき、噴霧角は噴孔出口での円
周方向速度成分と軸方向速度成分の比で決まるが、運動
量保存則と自由渦の法則から、渦巻き室２５に流入する
円周方向速度成分Ｕｎと軸方向速度成分Ｗ＝Ｗｎ＋Ｗｂ
の比と同じになる。従って、ｔａｎ（α／２）＝Ｕｎ／（Ｗｎ＋Ｗｂ）の式から求められる噴霧角αで噴孔２３から燃料が噴射
される。

【００３２】制御室７０の油圧が低下していくと、ニー
ドル３０は第一ばね１５及び第二ばね１６の付勢力に抗
して押し上げられ、最大リフトｈ１＋ｈ２に達する。こ
の状態では、シート３５とシート面２４との間の面積が
増加するため軸方向流速Ｗｂが増加し、斜め溝３３内の
速度Ｖｎは、Ｗｂに乱されてやや減速する。この結果、
噴霧角αは図４ｂに示すように小さくなる。

【００３３】また、渦巻き室２５の径を小さく形成する
ことにより容積を少なくでき、旋回力を形成するのに時
間遅れが少なくできる。さらに、シート３５の直上に渦
巻き室２５が形成されているために、噴霧角の変化はリ
フトに素早く追随する。渦巻き噴射弁による噴霧は、燃
料をせん断して微粒化するために、ホールノズル他に比
べて低い噴射圧力でより微粒化できる。

【００３４】上述したように、本実施例によれば、ノズ
ル内に渦巻き弁とニードルリフトを安定して二段階に制
御し、ニードルリフトに従って旋回形成力を変化させる
ように構成することで、将来の燃焼概念に必要とされる
噴霧角可変技術が安価にかつ低噴射圧力で実現できる。
また、斜め溝３３の出入り口の曲面の曲率半径をそれぞ
れ傾斜側、つまり入口では流れ込む側、出口側では渦巻
き流の下流側を大きく形成していることより、流れの損
失が少なく剥離が起こりにくいのでキャビテーションの
発生を防止できる。すなわち、噴射系の不要な圧力上昇
を少なくし、機械効率を向上させることができ、かつ、
ノズルの信頼性を向上させることができる。

【００３５】また、閉弁開始時は、第一ばね１５の荷重
と第二ばね１６の荷重とで閉弁速度は大きいが、第一リ
フトｈ１以下になるとニードルより小さい径の制御ピス
トンの油圧と第一ばね１５の小さい初期設定荷重によ
り、着座直前のニードル閉弁速度を低減し、閉弁衝撃を
やわらげるため、この面からも、ノズル部の信頼性を向
上することができる。また、第一リフトだけの噴射期間
で済む軽負荷時には、ノズルの噴射率を低く押さえられ
るために微小噴射量を安定して制御できる。

【００３６】さらに、渦巻き室２５を有することによ
り、ニードル３０がシート３５に対して偏心した場合で
も、渦巻き室２５内の圧力均衡作用により調心して、ニ
ードル３０をノズルボディ２０と同軸に維持し噴霧の変
形を防止することができる。

【００３７】（第２実施例）本発明の第２実施例を図６
に従い説明する。図６は第２実施例の燃料噴射装置のノ
ズル部を示す断面図である。第１実施例では、旋回力形
成部３１とシート面２４の間の距離で旋回速度方向を変
えたが、第２実施例では、ノズルボディ２０の径方向に
複数の噴孔１２３ａからなる第一の噴孔群と、複数の噴
孔１２３ｂからなる第二の噴孔群とを設け、ニードル３
０のリフトに従って開口する噴孔群を変更することによ
り、噴射率、噴霧状態を変化させる構成になっている。

【００３８】第２実施例では、ニードル３０はその内部
に燃料通路１２７と１２８が形成され、ノズルボディ２
０内にある燃料通路２１が油溜まり１２６を介して燃料
通路１２７、１２８と連通している。ニードル３０は先
端部１２２をノズルボディ２０に形成されたシート部１
２１に押接している。先端部１２２には、燃料通路１２
７に連なる円錐面１３３と１３４とが形成され、円錐面
１３３と１３４の交線がシート１３５を形成し、シート
部１２１のシート面１２４に接し燃料通路１２７と噴孔
１２３ａ、１２３ｂの連通を開閉する。

【００３９】ニードル３０先端の外径部１４０はノズル
ボディ２０の内径部２２ａに嵌挿され、摺動自在になっ
ている。外径部１４０と円錐面１３４との交線により噴
孔開口制御部１３６を形成している。噴孔１２３ａ、１
２３ｂはノズルボディ２０の内径部２２ａと外径部を連
通させるように複数開口し、第一の噴孔群と第二の噴孔
群を構成している。噴孔１２３ａと１２３ｂとは、それ
ぞれの内径側で下端面が軸方向距離Ｌｈの差を有するよ
うに開口している。この距離Ｌｈは前記のニードル３０
の第一リフトｈ１より大きく、最大リフトｈ１＋ｈ２よ
りも小さく構成されている。

【００４０】ニードル３０が制御電磁弁３の駆動により
リフトを開始すると、シート１３５がシート面１２４を
離れ、高圧燃料は噴孔開口制御部１３６が開口させる第
一の噴孔１２３ａより燃料を噴射開始する。ニードル３
０はさらにリフトを継続し、第一リフトｈ１で停止す
る。この状態では、開口制御部１３６は第一の噴孔群の
噴孔１２３ａのみを開口している。図２に示すようにニ
ードル３０がさらにリフトして、リフトが噴孔１２３ａ
と１２３ｂの下端間距離Ｌｈより大きくなると、第二の
噴孔群の噴孔１２３ｂが開口し噴孔１２３ｂからも燃料
噴射を開始する。ニードル３０のリフトがｈ１＋ｈ２の
最大リフトでは、噴孔１２３ａ、１２３ｂが完全に開口
され最大の噴射率となる。ｈ１＋ｈ２はＬｈ＋（第二の
噴孔１２３ｂの径）よりも大きく設定されている。

【００４１】この構成によれば、第１実施例における一
つの広い角度をもつ円錐噴霧とは異なり、各噴孔群の小
さな噴霧角度をもつ複数の噴霧が形成され、噴霧群全体
として、一つの円錐角をもつ噴霧を形成する。また、第
一の噴孔群と第二の噴孔群とで異なる円錐噴霧角をもつ
ことが可能である。また、噴射率が開口する噴孔に応じ
て２段階に変化する。さらに第一の噴孔１２３ａと第二
の噴孔１２３ｂの噴孔径を変化させることで噴射率を調
整することができる。

【００４２】（第３実施例）次に第３実施例について図
７を参照して説明する。第１実施例と異なるのは、第一
ばね１５を制御ピストン４上部の制御室７０内に構成し
たことにある。基本的な作動は第１実施例と同様であ
る。この構成によれば、制御ピストン４とロッド１４の
合計質量が軽減できるため、ニードル３０の開閉応答性
を向上できるとともに、ニードル３０の閉弁時に質量が
少ないため、ニードル３０の着座時の衝撃力と騒音をよ
り低減できる効果がある。

【００４３】（第４実施例）さらに、第４実施例につい
て図８を参照して説明する。第１実施例と異なるのは、
第一ばね１５をプレッシャピン１３０を介してニードル
３０に付勢するように下方へ移動し、第二ばね１６をロ
ッド８０を介して制御ピストン４を押接してニードル３
０を付勢するように、制御室７０の上方に設けた構成に
ある。

【００４４】制御ピストン４はロッド１４を押接する。
制御ピストン４とロッド１４は一体化することも可能で
ある。ロッド８０とロッド４との隙間が第一リフトｈ１
を形成する。ニードル３０の肩部３０ｂとチップパッキ
ン１２の下端面の距離が最大リフトｈ１＋ｈ２を規定す
る。基本的な作動は第１実施例、第３実施例と同様であ
る。この構成によれば、ニードル３０と一体で運動する
質量がさらに軽減される。すなわち、ロッド８０はニー
ドル３０の閉弁時にはリフトｈ１以下であり、ニードル
３０より離れることで閉弁質量よりロッド８０の質量は
軽減され、制御ピストン４とロッド１４は合計全長を短
縮でき質量が軽減される。これにより、ニードル３０の
閉弁衝撃と騒音をより軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射装置を示す
断面図である。

【図２】図１に示す燃料噴射装置の作動ダイアグラムを
示す図である。

【図３】（ａ）は本発明の第１実施例におけるノズル部
の先端を示す拡大図であり、（ｂ）はニードル低リフト
時の（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）はニードル
最大リフト時の（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】本発明の第１実施例によるニードルがリフトし
た状態を示す図である。

【図５】（ａ）は本発明の第１実施例における斜め溝を
流れる燃料流速を軸方向と円周方向に分解する説明図で
あり、（ｂ）はニードルのリフト量と燃料流速との関係
を示す特性図であり、（ｃ）はニードルのリフト量と噴
霧角との関係を示す特性図である。

【図６】本発明の第２実施例によるノズル部を示す断面
図である。

【図７】本発明の第３実施例による燃料噴射装置を示す
断面図である。

【図８】本発明の第４実施例による燃料噴射装置を示す
断面図である。

【図９】従来の燃料噴射装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１燃料噴射装置２ノズル部３制御電磁弁４制御ピストン（ピン）１４ロッド(ピン) １５第一ばね（第一の付勢手段）１６第二ばね（第二の付勢手段）１７ノズルホルダ１９プレッシャピン（ピン）２０ノズルボディ２５渦巻き室３０ニードル７０制御室

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 61/18 ３１０Ｆ０２Ｍ 61/18 ３１０Ａ３２０３２０Ｄ 61/20 61/20 Ｐ (72)発明者伊達健治愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3G066 AB02 AD12 BA17 BA19 BA22 BA24 BA25 BA26 BA40 CC06T CC08T CC14 CC26 CC30 CC42 CC48 CC52 CC55 CC61 CC64T CC66 CC67 CC68U CC70 CE13 CE22 DA08 DA12 DA14 DA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の気筒内に燃料を噴射する噴孔
を有するノズルボディと、前記ノズルボディ内に軸方向に摺動自在に設けられ前記
噴孔を開閉するニードルと、前記ニードルを開弁方向に付勢する燃料圧力と、前記ニ
ードルを閉弁方向に付勢する複数の付勢手段の付勢力と
の均衡により、前記ニードルを段階的にリフトさせる手
段と、前記ニードルと前記ノズルボディとの間に設けられ、前
記ニードルのリフトに従い噴射される燃料の噴射率及び
噴霧状態を変化させる燃料流路とを有することを特徴と
する燃料噴射装置。
【請求項２】前記ニードルを閉弁方向に付勢する第一
の付勢手段と、前記ニードルのリフトが第一のリフト以
上のとき前記ニードルを閉弁方向に付勢する第二の付勢
手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料
噴射装置。
【請求項３】前記第一の付勢手段の付勢力をニードル
に負荷するピンを有し、前記ピンの少なくとも一つは燃
料圧力を受けて前記ニードルを閉弁方向に付勢すること
を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の燃料
噴射装置。
【請求項４】前記ニードルを閉弁方向に付勢するピン
の断面積は、前記ニードルが開弁時に油圧力を受ける断
面積より小さく形成されることを特徴とする請求項３に
記載の燃料噴射装置。
【請求項５】前記ニードルを閉弁方向に付勢するピン
の断面積は、前記ニードルが閉弁時に油圧力を受ける断
面積と開弁時に油圧力を受ける断面積の中間に形成され
ることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】前記燃料流路は、前記ニードルのリフト
に従い噴霧角を変化させる渦巻き室を有することを特徴
とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装
置。
【請求項７】複数の噴孔を有し、前記ニードルのリフ
トに従い開口する噴孔を変更することを特徴とする請求
項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】前記ピンに付勢する燃料圧力を制御する
制御室を有することを特徴とする請求項３〜７のいずれ
か一項に記載の燃料噴射装置。