JP2001003841A - 燃料噴射ノズルの特性評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二段開弁ノズルにおける一次噴射点と二次噴
射点の開弁圧と燃料噴射流量を明確に確認でき、使用す
るエンジンに適した燃料噴射ノズルを評価できる装置を
提供する。 【解決手段】 油圧ポンプ１１と測定対象の燃料噴射ノ
ズル１８との間を燃料供給管路１２で連結し、この燃料
供給管路１２に圧力制御弁１５とアキュームレータ１３
を接続して燃料の圧力を調整すると共に蓄圧し、更に前
記燃料供給管路１２中に燃料の流通を制御する切換弁１
７を設けて燃料の供給と遮断を行うように構成すること
によって、前記アキュームレータ１３で管路１２内の燃
料を蓄圧して線図の傾斜角度を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明はエンジン用燃料噴射ノズル
の噴射特性を評価する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃料噴射ノズルは、そのエン
ジンの性能を最大限に発揮させる上で重要な部材であ
り、特にピストン頂部のキャビティ（燃焼室）の形状や
出力などの各種の条件に合わせて製作されている。

【０００３】最近のディーゼルエンジンにおいては、排
気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X とスモークの排出量の低
減が、大気汚染の防止の面から要求され、前記燃料噴射
ノズル形状や燃料の噴射量とその噴射時期などの適正化
を目指して種々研究が行なわれ、その成果を上げつつあ
る。

【０００４】図５は通常の燃料噴射ノズルＮ₁ の断面図
で、一段階で燃料を噴霧する形式のものの断面図を、図
６はその燃料噴射特性を示すＰ−ｔ線図をそれぞれ示し
ている。

【０００５】１はノズルホルダーであり、図示しないが
その先端部に円周方向に放射状に燃料を噴霧する噴射孔
を所定間隔で開口している。そしてこのノズルホルダー
１の軸芯方向中央部に開口した中空孔１ａ内にニードル
２と、これに弾性力を作用させるスプリング３を直線状
に収容し、そして図示しない油圧ポンプ（燃料ポンプ）
より圧送された燃料ｆを所定の圧力で燃料供給部１ｂよ
り供給することによって、ノズルホルダー１とニードル
２の間のシート面の受圧面積に受ける燃料圧力と、この
ニードル２を前方に押圧するスプリング３の弾性力との
釣合い関係で噴射条件を決定し、図６に示すように燃料
噴射を行なっている。

【０００６】この図６に示すように、噴射時間ｔの経過
とともに中空孔１ａ内の圧力Ｐが上昇し、その圧力がＰ
₁ になるとニードル２がノズルホルダー１の先端部の弁
座より僅かに浮き上がって燃料噴霧を行うようになって
いる。従って、この図６のＰ−ｔ線図より燃料噴射ノズ
ルＮ₁ に供給する燃料ｆの圧力Ｐと燃料を噴霧するのに
要する時間ｔを知り、エンジンに適した特性のものに調
整することができる。

【０００７】ところで、エンジンの排気ガス特性や振動
騒音に影響を与える要因として、燃料噴射ノズルから噴
射される燃料の噴射時期や噴射のキレ、さらに低回転時
の噴射ムラ等がある。

【０００８】特に、最近の排気ガス規制の強化による対
応策として検討されている燃料の噴射圧力の高圧化を行
うと、前記した低回転時の噴射ムラが顕著になるという
問題がある。

【０００９】こうした問題の解決策として、２つのスプ
リングを使用した二段開弁ノズルが検討されている。図
７は二段開弁ノズルＮ２の断面図である。ノズルホルダ
ー５の中空部５ａの内部にニードル６を収容し、このニ
ードル６の後端部を第１スプリング７で押圧し、さら
に、ニードル６がある程度リフトした状態になると押し
当たるような第２スプリング８で押圧され、開弁圧とニ
ードルリフト量を２段階に設定できる構成とされてい
る。

【００１０】そして図示しない油圧ポンプより圧送され
た燃料ｆを燃料供給部５ｂより前記中空部５ａ内に供給
すると、前記ノズルホルダー５とニードル６との間の受
圧面積に受ける燃料圧力と、第１のスプリング７の弾性
力との関係で第一段の噴射圧力を決定して一次燃料噴射
を行ない、更に高い燃料圧力と第１のスプリング７と第
２のスプリング８との和の弾性力との関係で第二段の噴
射圧力を決定して二次燃料噴射を行なうように構成して
いる。

【００１１】この燃料噴射圧力Ｐと噴射時間ｔとの関係
は、図８のＰ−ｔ線図に示しており、中空部５ａ内の燃
料ｆの圧力がＯからＰ₁ まで次第に上昇し、この圧力Ｐ
₁ とｔ₁の第一噴射点Ａにおいてニードル６がノズルホ
ルダー５の先端に形成された弁座部よりリフトして噴射
孔より一次燃料噴射を行う。

【００１２】そして燃料の圧力がＰ₁ と次の二次燃料噴
射の燃料噴射圧力Ｐ₂ の直前の圧力に至るまでこの一次
燃料噴射を継続する。更に燃料圧力が増加してＰ₂ にな
り、時間ｔ₂ の第二噴射点Ｂにおいて二次燃料噴射を行
ない、燃焼室内に燃料を噴霧してこの燃焼室内に充填さ
れている空気と混合して燃焼するようになっている。

【００１３】このように、従来の燃料噴射ノズルＮ₁ と
しては一段開弁ノズルが用いられてきたが、前記のよう
に排気ガスの改善を図るために、二次燃料噴射を行う二
段開弁ノズルＮ₂が使用されるようになってきた。

【００１４】前記図６と図８とを比較すると理解できる
ように、図５に示す一段開弁ノズルＮ₁ と図７に示す二
段開弁ノズルＮ₂ の燃料噴射特性が全く異なるために、
エンジンを最適な状態で運転するためには、この二段開
弁ノズルＮ₂ の燃料噴射特性を評価する装置が必要とな
ってきた。

【００１５】従来の一段開弁ノズルにおける燃料噴射特
性の評価装置（ノズルテスター）は、被測定対象である
燃料噴射ノズルにハンドポンプより燃料を加圧供給しな
がらその噴射圧力を測定するもので、１回のストローク
でノズルより噴射させることが可能に構成されている。
しかし、このノズルテスターでは二段開弁のノズルを測
定することは下記理由で困難であった。

【００１６】即ち、第一段開弁（一次噴射）よりノズル
ホルダー５内の圧力低下がおこり、第二開弁まで十分に
ノズル内の圧力を保持することができず、従って第二開
弁（二次噴射）を行なうことができなかった。これの対
策としてハンドポンプの容量を大きくして昇圧時間を短
縮する方法が考えられるが、この装置では大きな駆動力
を必要とすることから、従来のハンドポンプを使用した
装置では到底困難である。

【００１７】このような問題点の解決手段として、特開
平４−２８４１６３号公報等に記載されているように、
モータ付き油圧ポンプと圧力制御弁を設けることによ
り、ハンドポンプでは成し得なかった燃料噴射ノズルへ
供給する燃料の圧力調整を行うことができ、二段開弁ノ
ズルでも燃料噴射特性を評価することができるようにな
った。

【００１８】さて、燃料噴射ノズルの燃料噴射特性を正
確に表すためには、前記図６と図８に示した燃料噴射ノ
ズル内の昇圧時間ｔと開弁圧Ｐとの関係を示すＰ−ｔ線
図を正確に把握することが必要である。

【００１９】ノズルＮ内のニードルの受圧面に受けた燃
料の圧力によりこのニードルが押し上げられる際は、ニ
ードルの慣性力（ニードルを押圧するスプリングの慣性
力にも関係）により、ニードルの押し上げ動作に若干の
遅れが生ずることになり、圧力上昇が急になる、即ち昇
圧時間が短くなるにつれ、ニードルの上昇の遅れが大き
くなる。これに反して圧力上昇が緩やかになる、即ち昇
圧時間が長くなるにつれ、遅れが小さくなる傾向があ
る。

【００２０】このように、燃料噴射ノズルの開弁圧（噴
射圧）は、燃料の昇圧時間により変化する傾向がある。
従って、燃料噴射ノズルの燃料の昇圧時間と開弁圧との
関係を明確にする必要がある。

【００２１】これを具体的に図を参照して説明すると、
図９は昇圧時間の遅い場合を、また図１０は昇圧時間が
速い場合をそれぞれ示しており、これらの図より次のこ
とが言える。即ち、 Ａｔ₁ ＞Ｂｔ₁ ，Ａｔ₂ ＞Ｂｔ₂ のとき、ＡＰ₁ ＜ＢＰ
_{1 ,} ＡＰ₂ ＜ＢＰ₂ の可能性が大きい。

【００２２】従って、燃料噴射ノズルの開弁圧を正確に
把握するためには、燃料の昇圧時間も考慮する必要があ
る。燃料の昇圧時間は、燃料噴射ノズルＮへの燃料ｆの
供給速度を変化させることによって変えることができ
る。このようにして、前記図６と図８に示した。

【００２３】Ｐ−ｔ線図上の曲線の傾斜を微妙に変化さ
せることができ、それによって一次燃料噴射と二次燃料
噴射の際の開弁圧Ｐと昇圧時間ｔとの関係を正確に測定
することができ、その結果、多段燃料噴射する燃料噴射
ノズルＮの特性を正確に評価することができ、これによ
ってこの燃料噴射ノズルＮを取付けるエンジンの特性を
最も良好な状態のものとすることができるのである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明に係る燃料噴射ノズルの特性評価装置は、油圧
ポンプ１１と測定対象の燃料噴射ノズル１８との間を燃
料供給管路１２で連結し、この燃料供給管路１２に圧力
制御弁１５とアキュームレータ１３を接続して燃料の圧
力を調整すると共に蓄圧し、更に前記燃料供給管路１２
中に燃料の流通を制御する切換弁１７を設けて燃料の供
給と遮断を行うように構成したことを特徴としている。

【００２５】また、前記燃料供給管路１２に、油圧ポン
プ１１から燃料噴射ノズル１８に供給される燃料を圧力
を検出するための圧力検出センサ１９と、この圧力検出
センサ１９で検出された燃料の圧力を記録する記録装置
２１を設けたことを特徴としている。

【００２６】更に、燃料噴射ノズル１８から噴射される
燃料噴射量を測定する流量計２２と、この流量計２２で
検出された燃料噴射量を記録する記録装置２１を設けた
ことを特徴としている。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００２８】図１は二段開弁ノズルの評価装置の概略図
であって、油タンク１０内の燃料ｆをモータ付油圧ポン
プ１１（燃料ポンプ）で吸引加圧して管路１２に供給す
る。この管路１２には本発明において採用した、複数個
の小アキュームレータ１３ａ，１３ｂ，１３ｃで構成さ
れたアキュームレータ１３が、それぞれ弁１４を介して
付設されている。

【００２９】また、この管路１２には圧力制御弁１５、
圧力計１６及び手動または電磁切換弁１７が設けられ、
この切換弁１７の下流側に被測定対象である燃料噴射ノ
ズル１８が接続される。

【００３０】そして前記燃料噴射ノズル１８の上流側に
設けた圧力検出器１９の検出信号を高応答性ＡＭＰ２０
を介して増幅してデータレコーダ２１（記録装置）に入
力して図２に示すような開弁圧と時間との関係を示す
「Ｐ−ｔ」線図として記録するようになっている。

【００３１】前記のように管路１２にアキュームレータ
１３が付設されているが、このアキュームレータ１３は
燃料噴射ノズル１８に供給する燃料圧力Ｐの昇圧時間ｔ
を調整するためのもので、弁１４を順次開くことによっ
て管路１２の昇圧時間を変化させてＰ−ｔ曲線の傾斜角
度を調節することができる。

【００３２】このアキュームレータ１３は、図示しない
が、圧力容器（外殻）の内部にニトリルゴム等で形成し
た袋（柔軟性のある壁体）を収容し、この袋の内部に窒
素ガス等のガス体を燃料圧力に見合う所定の圧力で充填
することによって弾力性を持たせておき、この外殻の内
面と袋の外表面との間の空間と前記管路１２とを接続す
ることによって、恰も管路１２の容積が弾性的に拡大し
たような作用をさせるもので、油圧ポンプ１１より一定
の圧力で燃料ｆを管路１２中に送り込んでも、このアキ
ュームレータ１３の弾力的な緩和作用によって燃料噴射
ノズル１８に加えられる燃料ｆの圧力Ｐの変化する時間
ｔ、即ちＰ−ｔ線図の傾斜角を変化させることができ
る。

【００３３】また、前記のように管路１２に手動または
電磁切換弁１７が付設されているが、この手動または電
磁切換弁１７はモータ付油圧ポンプ１１から燃料噴射ノ
ズル１８への燃料の供給、または遮断を行うことができ
るようにするためのもので、この切換え弁の開閉操作に
よってもＰ−ｔ曲線の傾斜角度を調節することができ
る。

【００３４】手動または電磁切換弁１７を閉としてお
き、油圧ポンプ１１を駆動して管路１２内の圧力を圧力
制御弁１５によって調節して圧力をある程度まで昇圧さ
せておき、その後、手動または電磁切換弁１７を開とす
ることによって燃料ｆを燃料噴射ノズル１８へ供給する
と、非常に短い昇圧時間（例えば図１０）で燃料噴射ノ
ズル１８を開弁することができる。一方、手動または電
磁切換弁１７を開としておき、油圧ポンプ１１を駆動し
て管路１２内の圧力をアキュムレータ１３によって調節
して圧力を昇圧させつつ、燃料ｆを燃料噴射ノズル１８
へ供給すると、少し長い昇圧時間（例えば図９）で燃料
噴射ノズル１８を開弁することができる。このようにし
て、手動または電磁切換弁１７の開閉操作によっても、
Ｐ−ｔ線図の傾斜角度を変化させることができる。

【００３５】図１に示した本発明に係る評価装置を使用
して燃料噴射ノズルの噴射特性を試験する際の手順は次
のようにして行う。先づ、噴射特性を測定する燃料噴射
ノズル１８を所定の位置にセットすると共にこの燃料噴
射ノズル１８の燃料噴射量や噴射圧力を考慮してアキュ
ームレータ１３の使用の有無やその使用個数等を設定す
る。

【００３６】次に油圧ポンプ１１を駆動して高圧で燃料
ｆを送給する準備をする。そして圧力制御弁１５を操作
して圧力計１６によって管路１２内の圧力を測定しなが
らその圧力を上昇させて燃料噴射ノズル１８に燃料ｆを
送給できるようにする。この時、手動又は電磁切換弁１
７を閉としておき、圧力計１６の読みが目標とする圧
力、即ち二次開弁圧以上の圧力まで昇圧させる。

【００３７】その後、前記手動又は電磁切換弁１７を開
とすることによって最も短い昇圧時間を得ることができ
る。そしてこの燃料供給時（燃料昇圧時）の圧力Ｐを圧
力検出器１９で検出し、その信号を高応答性ＡＭＰ２０
で増幅してデータレコーダ２１に入力して図２に示すＰ
−ｔ線図を記録する。図２の圧力Ｐ₁ と時間ｔ₁ の一次
噴射点Ｃにおいて第一噴射を行ない、更に高い圧力Ｐ２
との時間ｔ２の二次噴射点Ｄにおいて、第二燃料噴射を
行う。

【００３８】このようにして、急峻な角度を持ったＰ−
ｔ線図が得られるが、手動または電磁切換弁１７を開と
したまま前記した操作手順に従って測定を行うこと傾斜
角度を緩やかなものとしたＰ−ｔ線図を得ることができ
る。この時、弁１４を開くアキュムレータ１３の個数に
よって傾斜角度を変化させることができる。

【００３９】図３は噴射する燃料の流量を検出できる二
段開弁測定機の概略図であって、図１に示す測定機を基
本構造として燃料噴射ノズル１８より噴射される燃料の
流量を測定するための流量検出器２２を設けている。具
体的には示されていないが、燃料噴射ノズル１８の先端
には燃料の受け部を設け、この受け部で受けた燃料を流
す際にその量を測定するようになっている。

【００４０】そしてこの流量検出器２２の検出信号Ｑを
データレコーダ２１に入力して図４に示すように油圧ポ
ンプ１１で供給される燃料の圧力Ｐと燃料噴射ノズル１
８からの燃料噴射流量Ｑとの関係を「Ｐ−Ｑ」線図を作
成できる。この線図から、一次噴射圧力Ｐ₁ と二次噴射
圧力Ｐ₂ とその時点における流量Ｑを得ることができ
る。勿論、このＰ−Ｑ線図は、前記のようにアキューム
レータ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ・・を次々に管路１２に
接続して前記線図の角度を調節して一次噴射圧力とその
時点の燃料流量と、二次噴射圧力とその時点の燃料流量
とを明確に把握することができる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１の発明により、燃料噴射ノズル
に油圧ポンプより燃料を供給する管路に圧力制御弁とア
キュームレータと切換弁とを設け、このアキュームレー
タの蓄圧作用を利用して管路内の燃料に対して緩和作用
を与えることができるので、燃料の噴射圧力と噴射時間
を示す曲線において、その傾斜角度を自由に変更するこ
とができる。

【００４２】従って、本発明に係るノズル特性評価装置
を使用することによって使用するエンジンの能力を最大
限に引き出すことができる最適な燃料噴射ノズルとする
ことができる。

【００４３】請求項２の発明により、請求項１の発明に
更に燃料の圧力検出センサと、この燃料の圧力の変化を
時間的に記録する装置を設けたことにより、燃料の噴射
圧力と噴射時間との関係を示す正確な曲線を得ることが
でき、二段燃料噴射ノズルの一次噴射点と二次噴射点を
明確に線図上から確認することができる。

【００４４】請求項３の発明により、請求項１あるいは
２の発明に、更に燃料噴射ノズルから噴射する燃料の流
量を測定できることから、二段燃料噴射ノズルの一次噴
射点と二次噴射点における燃料の噴射流量を正確に確認
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料噴射ノズルの特性評価装置の
概略構成を示す図である。

【図２】図１に示した装置で得られるＰ−ｔ曲線の例で
ある。

【図３】本発明に係る別の燃料噴射ノズルの特性評価装
置の概略構成を示す図である。

【図４】図３に示した装置で得られるＱ−Ｐ曲線の例で
ある。

【図５】一段開弁ノズルの断面図である。

【図６】図５の一段開弁ノズルのＰ−ｔ線図である。

【図７】二段開弁ノズルの断面図である。

【図８】図７の二段開弁ノズルのＰ−ｔ線図である。

【図９】二段開弁ノズルのＰ−ｔ線図である。

【図１０】二段開弁ノズルのＰ−ｔ線図である。

【符号の説明】

１０ 油タンク １１ モータ付油圧タンク １２
管路 １３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ アキュームレータ １４ 弁 １５ 圧力制御弁 １６ 圧力計 １
７ 切換弁 １９ 圧力検出器 ２０ 高応答性増幅器 ２１ データレコーダ（記録計） ２２ 流量計

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ポンプと測定対象の燃料噴射ノズル
   との間を燃料供給管路で連結し、この燃料供給管路に圧
   力制御弁とアキュームレータを接続して燃料の圧力を調
   整すると共に蓄圧し、更に前記燃料供給管路中に燃料の
   流通を制御する切換弁を設けて燃料の供給と遮断を行う
   ように構成した燃料噴射ノズルの特性評価装置。
2. 【請求項２】 前記燃料供給管路に、油圧ポンプから燃
   料噴射ノズルに供給される燃料の圧力を検出するための
   圧力検出センサと、この圧力検出センサで検出された燃
   料圧力を記録する記録装置を設けた請求項１記載の燃料
   噴射ノズルの特性評価装置。
3. 【請求項３】 燃料噴射ノズルから噴射される燃料噴射
   量を測定する流量計と、この流量計で検出された燃料噴
   射量を記録する記録装置を有する請求項１あるいは２に
   記載の燃料噴射ノズルの特性評価装置。