JP2001159382A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の簡素化、低コスト化を図れる燃料噴射
ノズルを提供することにある。 【解決手段】 外側針弁１１内に嵌挿された内側針弁１
２を備え、分岐部Ｐ１に燃料を導く燃料流入通路３７
と、分岐部の一方側流出口ｃの燃料を噴孔１１ｅ，１６
に供給可能な燃料通路１５と、他方側流出口ｄからの燃
料を燃料排出口４２に流動させ、圧力室３５と連通した
燃料通路２５と、ノズル本体２６内に互いに同心円状に
組み合わせて配置され、外側内側の両針弁に閉弁方向Ｘ
のバネ力を伝達する外側ロッド部材２９及び内側ロッド
部材３２と、一端が外側ロッド部材２９に当接し他端が
圧力室３５に臨んで位置し、外側針弁１１に閉弁力を加
えるプレッシャピストン２８と、分岐部Ｐ１に介装さ
れ、燃料を遮断する状態と、燃料を第１、第２の両燃料
通路１５，２５に供給する状態と、燃料を第１の燃料通
路１５に供給する状態とに切換可能な弁装置３６とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼室
への燃料噴射を行う燃料噴射ノズル、特に、運転条件に
合わせた噴射率、噴射特性の調整が容易な燃料噴射ノズ
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンに装着される燃料噴
射ノズルは、一般に内部に１本の針弁が嵌挿され先端に
噴孔を有するノズルチップと．針弁に閉弁方向のバネ力
を伝える１本のロッド部材等を収めたノズルホルダとを
一体的に組み合わせた構造が用いられる。ところで、低
ＮＯｘ、パティキュレートの低減、燃費向上のために
は．運転条件に合った噴射率、噴霧特性等の噴射パター
ンを組み合わせて、最適な噴射モードで燃料噴射が行わ
れることが望ましいが、１本の針弁を用いて噴孔を開閉
するタイプの燃料噴射ノズルではこうした要求に答える
ことが難しい。このため、特開平９−３２６９３号公報
に開示されているように、２本の針弁、２本のロッド部
材を並列に配置した燃料噴射ノズルを用いて、２種類の
噴霧が行えるようにしたものが提案されているが、この
種の燃料噴射ノズルは比較的外径が太く、シリンダヘッ
ドのように燃焼室対向部上での燃料噴射ノズルの取付け
スペースが比較的狭くなるものでは、その取付けが難し
い場合が多い。

【０００３】そこで、本出願人は先に、図３に示すよう
な構成の燃料噴射ノズルを提案している。この燃料噴射
ノズル１００は、外側針弁１０１と内側針弁１０２とを
同心円状に組み合わせた二重針弁構造を採り、これら両
針弁と対応するようノズルボディ１０５内に外側ロッド
部材１０３と内側ロッド部材１０４とを同心円状に組み
合わせて配置し、各針弁に閉弁方向のバネ力を伝達して
いる。ノズルボディ１０５部分には外内側の各針弁１０
１、１０２の先端に向かう燃料通路１０６、１０７とを
備える。ここで、燃料通路１０６、１０７の上端側は内
外プレッシャピストン１０８、１０９と対向する圧力室
１１０で合流し、圧力室１１０は常閉の電磁弁１１１を
介し燃料排出口１１２に連通する。内側針弁１０２の燃
料通路１０７は常閉の電磁弁１１３を介しリーク路ｒに
連通可能である。なお、符号Ｃは絞りを，Ｄは逆止弁を
それぞれ示す。

【０００４】この燃料噴射ノズル１００は電磁弁１１１
を開にして、圧力室１１０と燃料排出口１１２を連通さ
せる事により、圧力室１１０の圧力が抜け、外内側の各
針弁１０１、１０２がリフト可能となる。また電磁弁１
１１と電磁弁１１３とを開にして、圧力室１１０と燃料
排出口１１２とを連通させると共に，燃料通路１０６と
リーク路ｒを連通させる事により内側針弁１０２のみが
リフト可能な状態となる。この様に電磁弁１１１及び１
１３とを切り換えることにより内外両方または内側のみ
からの燃料噴射を切換え可能とし、エンジンの運転状態
に応じた噴霧特性を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図３の燃料噴射ノズル
は複数の噴射モードを確保できるが、ここでは、２つの
燃料流入通路１０６、１０７に２つの高圧燃料源を接続
することとなり、４つの絞りＣ、２つの逆止弁Ｄを必要
とし、２つの電磁弁１１１、１１３も必要となり、部品
点数が多く、装置が複雑化し、コスト増を招き、この点
での改善が望まれている。しかも、図３の燃料噴射ノズ
ルは、一方の針弁、ここでは内側針弁１０２のみを噴射
状態にする際に、常閉の電磁弁１１１，１１３を同時に
オンする必要があり、実際には各電磁弁に応答性の個体
差、温度の影響等により、同時に開制御することは非常
に困難である。もし電磁弁１１１の方が電磁弁１１３よ
りも早く開いてしまった場合には、意図しない両針弁の
リフトによる燃料噴射が発生し、また、両針弁のリフト
を防止するために電磁弁１１３を先行させて開いた後に
電磁弁１１１を開くように制御しようとすると、この場
合には、先に電磁弁１１３を開いてしまうため無駄な燃
料リークが発生してしまい、結果的に図示しない図示し
ない燃料供給ポンプの駆動ロスとなってしまうことから
その分燃費が悪化してしまう。

【０００６】本発明は、上述の課題を解決するものであ
って、装置の簡素化、低コスト化、低燃費化を図れる燃
料噴射ノズルを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は、先端が燃焼室内に突き出す状
態でノズル本体に嵌挿された外側針弁と、同外側針弁内
に摺動自在に嵌挿された内側針弁とを備えた燃料噴射ノ
ズルであって、上記ノズル本体に設けた分岐部に燃料供
給手段からの燃料を導く燃料流入通路と、上記分岐部の
一方側流出口からの燃料を上記外側針弁及び内側針弁の
各噴孔に供給可能な第１の燃料通路と、上記分岐部の他
方側流出口からの燃料を絞りを介し燃料排出口に流動さ
せ、途中が圧力室と連通した第２の燃料通路と、上記ノ
ズル本体内に互いが同心円状に組み合わせて配置され、
上記外側針弁及び内側針弁に閉弁方向のバネ力を伝達す
るようそれぞれ対設された外側ロッド部材及び内側ロッ
ド部材と、一端が上記外側ロッド部材に当接し他端が上
記圧力室に臨んで位置し、上記圧力室の燃料圧力を上記
外側ロッド部材を介し外側針弁に閉弁力として加えるプ
レッシャピストンと、上記分岐部に介装され、燃料流入
通路の燃料を遮断する状態と、燃料流入通路の燃料を上
記第１、第２の両燃料通路に供給する状態と、燃料流入
通路の燃料を上記第１の燃料通路のみに供給する状態と
に切換可能な弁装置と、を具備している。

【０００８】このように、弁装置が燃料流入通路の燃料
を遮断する状態では外側針弁及び内側針弁が共に閉じて
無噴射状態を保持でき、燃料流入通路の燃料を上記第１
の燃料通路と上記第２の燃料通路とに供給する状態に切
り換わるとプレッシャピストンが外側針弁の開弁を阻止
し、内側針弁のみでの燃料噴射状態を保持でき、燃料流
入通路の燃料を上記第１の燃料通路のみに供給する状態
に切り換わると圧力室が低圧化し、外側針弁及び内側針
弁での燃料噴射状態を保持できる。このため、エンジン
の運転状態に応じた燃料噴射を簡単な構成、低コストな
構成で、且つ低燃費で実現できる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の燃料噴
射装置において、上記弁装置は燃料流入通路の遮断状態
と上記第１，第２の両燃料通路の開放状態と上記第１の
燃料通路のみの開放状態とに切換え可能な三方電磁弁で
あるとしている。このように、１つの三方電磁弁を、燃
料流入通路からの燃料を第１第２の燃料通路に供給しな
い状態と、両通路に供給する状態と、第１通路のみへ供
給する状態とに容易に切換えでき、装置の簡素化、小型
化を図れ、内燃機関への装着がより容易化される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明が適用された燃料噴
射ノズルを図1、図２を用いて説明する。この燃料噴射
ノズル１は図示しないディーゼルエンジンのシリンダヘ
ッド２に装着され、二重針弁構造を採用したノズルチッ
プ３とその基部に接続具４で一体的に締め付け結合され
二重ロッド構造を収容したノズルホルダ５とを備え、例
えば、エンジンの運転状態が低速軽負荷である時に適し
た噴霧パターン、高速高負荷運転に適した噴霧パターン
といった２種類の異なる噴霧パターンの燃料（軽油）噴
霧を可能にしている。燃料噴射ノズル１のノズルチップ
３は小径部６ｂと大径部６ａを有したノズルボディ６
と、その内側に形成された針弁室７に嵌挿される二重針
弁Ｎとを備える。

【００１１】ノズルボディ６は有孔キャップ状の接続具
４より小径部６ｂを突き出した状態で嵌合され、この接
続具４を介しノズルホルダ５に螺着され、小径部６ｂを
燃焼室Ｓに突出し配設している。

【００１２】針弁室７内の二重針弁Ｎは大小２種類の外
側針弁１１及び内側針弁１２が同心円状に組み合わさ
れ、即ち、針状の内側針弁１２と、その外周面に摺動自
在に嵌合された有底筒状の外側針弁１１とを組み合わせ
た構造を用いている。具体的には、図２に示すように、
外側針弁１１は大径部６ａに収まる中空の大径軸部１１
ａと小径部６ｂ内に収まる中空の小径軸部１１ｂとを有
し、両輪部１１ａ、１１ｂとの境界部には円錐面１１ｃ
が形成され、先端部が半球状に形成された有底筒形状を
なしている。半球状部１１ｄには、複数個の噴孔、例え
ば６個の噴孔１１ｅが周方向に所定の間隔で形成してあ
る。小径軸部１１ｂの直状部分を形成する外周面には、
噴孔１１ｅとの対向位置にそれぞれ軸方向に延びるスリ
ット状の溝部９か周方向に複数並設されている。各溝部
９の上端は、円錐面１１ｃまで延びている。ここで、円
錐面１１ｃはこれと接離するノズルボディ６のシール面
６ｃとで外側シート部１３を形成し、その直上に位置し
大径部６ａの内側面に油溜り部１４が形成され、油溜り
部１４は大径部６ａに形成された後述の外側燃料通路１
５１を介してノズルホルダ５の上部の第２分岐部Ｐ２
（図１参照）に達している。また各溝部９は小径部６ｂ
に覆われ、各下端部が開放され、燃焼室Ｓ内に開ロし、
噴孔１６を形成している。

【００１３】内側針弁１２は、大径軸部１１ａ内に収ま
る太軸部１２ａと、小径軸部１１ｂ内に収まる細軸部１
２ｂと、それらの間の円錐面状の受圧部１２ｃとを有し
た針状をなしている。細軸部１２ｂの下端部には、小径
軸部１１ｂの内面部分に形成してある円錐状のシール面
１１ｆと組み合う円錐面１２ｄが形成されていて、同部
分に噴孔１１ｅを開閉する内側シート部１７を配備して
いる。内側シート部１７は、細軸部１２ｂと中空の小径
軸部１１ｂとの間の通路１８を介し上方の油溜り部１９
に連通する。この上方油溜り部１９は内側針弁１２の受
圧部１２ｃと大径軸部１１ａの内壁面との間に形成さ
れ、同上方油溜り部１９は大径軸部１１ａの外周面に凹
設された中継用の環状溝２４に連通するように形成され
る。更に、環状溝２４は大径部６ａに形成された後述の
内側燃料通路１５２を介しノズルホルダ５の上部の第２
分岐部Ｐ２に達している。

【００１４】こうしたノズルチップ３にはこれとほぼ同
様の外径で筒状に形成してあるノズルホルダ５の本体を
なすホルダボディ２６が接続具４を介して直列に組み付
けられる。ホルダボディ２６内のロッド室２７には、二
重針弁Ｎと対応するよう大小２種類のロッド部材を同心
円状に組み合わせた二重ロッドＲが上下方向に摺動自在
に納められている。二重ロッドＲの外側プッシュロッド
２９は外側針弁１１に連なる外側ロッド部材３０及びそ
の上端を閉弁方向Ｘ（下方向）に押圧する外側スプリン
ク３１とで構成され、内側プッシュロッド３２は内側針
弁１２に連なる内側ロッド部材３３及び内側スプリング
３４とで構成される。

【００１５】外側ロッド部材３０は外側針弁１１を閉弁
方向Ｘ（下方向）に押圧する押圧部３０１及び頂部３０
２を備え、頂部３０２にはホルダボディ２６に摺動可能
に収容されたプレッシャピストン２８のロッド部２８１
が対向配備される。このロッド部２８１を覆うように配
備された外側スプリンク３１はその上端がロッド室２７
の上側内壁に当接し、下端が外側ロッド部材３０を介し
外側針弁１１を閉弁方向Ｘに押圧するように配備され
る。内側プッシュロッド３２はその拡径下端部３２１を
形成され、拡径下端部３２１と頂部３０２との間に圧縮
付勢された状態で内側スプリング３４が配設される。こ
のため、内側針弁１２は内側ロッド部材３３を介し内側
スプリング３４の弾性力で常時閉弁付勢され、受圧部１
２ｃが所定値以上の燃料圧を受けた際に弾性力に抗して
開弁作動できる。外側針弁１１は外側ロッド部材３０を
介して外側スプリンク３１の弾性力で常時閉弁付勢さ
れ、円錐面１１ｃが所定値以上の燃料圧を受けた際に弾
性力に抗して開弁作動できる。

【００１６】ホルダボディ２６は二重ロッドＲの上方部
位に所定容量の圧力室３５を形成し、同部に上下に摺動
可能にプレッシャピストン２８の主部２８２を収容す
る。プレッシャピストン２８は圧力室３５の燃料圧を受
けた際にそのロッド部２８１，外側ロッド部材３０を介
し、外側針弁１１に閉弁方向Ｘの閉弁力を付与できるよ
うに形成される。 ホルダボディ２６は圧力室３５の近傍に膨出部２６１を
形成し、同部に弁装置としての三方電磁弁３６を収容
し、その下側部位には燃料流入通路３７を形成する。燃
料流入通路３７は膨出部２６１の外壁面に開口３７１を
配備し、同部に図示しない燃料噴射ポンプ等の燃料供給
源３８に連通する高圧燃料管３９が接続される。燃料流
入通路３７の内側端は分岐部としての第１分岐部Ｐ１に
連通する。第１分岐部Ｐ１は燃料流入通路３７側の流入
ポートａと、弁室ｂと、第１の燃料通路１５に続く一方
側流出口をなす第１流出ポートｃと，第２の燃料通路２
５に続く他方側流出口をなす第２流出ポートｄとを備え
る。

【００１７】弁室ｂは三方電磁弁３６の弁体３６１を開
閉作動可能に収容する。この弁室ｂの内壁は弁体３６１
の下向き円錐面ｆｂ１が当接する際流入ポートａを閉鎖
できる下シール面ｆｗ１と、第１の燃料通路１５に続く
第１流出ポートｃの開口を常時開放する内周壁ｆｗ２
と、弁体３６１の上向き円錐面ｆｂ３が当接する際に第
２流出ポートｄを閉鎖できる上シール面ｆｗ３とを形成
される。第１流出ポートｃより延出する第１の燃料通路
１５は二重ロッドＲの上方部位に配備された第２分岐部
Ｐ２に達し、同部で外側燃料通路１５１と内側燃料通路
１５２に分岐する。外側燃料通路１５１は外側針弁１１
の円錐面１１ｃに達し、外側針弁１１の開作動時に溝部
９を介し噴孔１６に連通し、燃料噴射を可能とする。内
側燃料通路１５２は内側針弁１２の受圧部１２ｃに達
し、内側針弁１２の開作動時に噴孔１１ｅに連通し、燃
料噴射を可能とする。ここで、噴孔１１ｅと噴孔１６は
互いに対向するように形成され、これにより両噴孔１１
ｅ，１６の同時噴射の際には燃料拡散特性の良い衝突噴
射を可能としている。

【００１８】第２流出ポートｄに続く第２の燃料通路２
５は第１絞り４０を介し圧力室３５に連通し、更に、圧
力室３５は第２絞り４１を介し燃料排出口４２に達し、
同燃料排出口４２はリーク路４３を介し図示しない燃料
タンクに連通する。圧力室３５の燃料圧は第２の燃料通
路２５を流動する燃料が第２絞り４１によって流動規制
を受けることで上昇し、その燃料圧でプレッシャピスト
ン２８が外側ロッド部材３０を介し外側針弁１１を閉弁
方向Ｘに押圧し、その開弁作動を阻止する。なお、第１
絞り４０は外側針弁１１の経時的な開弁パターンを調整
するもので、場合により排除して、装置の簡素化を図っ
ても良い。

【００１９】三方電磁弁３６は図示しないエンジンコン
トローラより第１、第２の各励磁電流Ｉ１，Ｉ２を受け
ることで、弁体３６１を３位置に切換えるものが使用さ
れる。即ち、三方電磁弁３６は励磁電流がオフ時に戻し
バネ３６２により弁体３６１を閉鎖位置（下向き円錐面
ｆｂ１が下シール面ｆｗ１に接する位置）に保持し、流
入ポートａを閉鎖し、燃料流入通路３７の燃料を遮断す
る状態を保持する。更に、第１励磁電流Ｉ１の入力時に
は弁体３６１を図１に実線で示す中間位置に切換えて流
入ポートａを第１第２流出ポートｂ、ｃに連通させ、燃
料流入通路３７から流入する燃料を第１の燃料通路１５
と第２の燃料通路２５とに供給する状態を保持する。更
に、第２の励磁電流Ｉ２の入力時には弁体３６１を開位
置（上向き円錐面ｆｂ３が上シール面ｆｗ３に接する位
置）に切換えて流入ポートａを第１流出ポートｂに連通
させ、第２流出ポートｃを閉鎖し、燃料流入通路３７か
ら流入する燃料を第１の燃料通路１５のみに供給する状
態を保持できる。なお、三方電磁弁３６は第１、第２の
各励磁電流Ｉ１，Ｉ２を入力されることで、上述の３位
置を順次切り換える構成を採っているが、これに代え
て、圧電素子（ピエゾ素子）利用の図示しない切換えア
クチュエータを用いてもよい。この場合、第１、第２の
互いに異なる切換え電圧を切換えアクチュエータに入力
し、弁体を上述と同様の三位置に順次切換えることがで
きる。

【００２０】ここで、上述の燃料噴射ノズル１が可変噴
孔ノズルとして機能する場合を説明する。たとえば、エ
ンジンコントローラでエンジン運転状態が高負荷域にあ
ると判定されるとエンジンコントローラから三方電磁弁
３６にＩ１電流が入力され、これにより三方電磁弁３６
が中間位置に切り替わり、プレッシャピストン２８が外
側針弁１１を非作動に抑え、内側針弁１２のみが開き、
噴孔１１ｅからのみ燃料噴射され、通常のディーゼル機
関に適した燃料噴射が行われる。この時、本発明の燃料
噴射ノズルにおいては、制御すべき電磁弁が１つで済む
ことから前述した従来技術のように無駄な無駄なリーク
燃料が発生する事がないので、燃料供給ポンプの駆動ロ
スを低減できる。また、エンジン運転状態が低中負荷域
と判定されると、三方電磁弁３６にＩ２電流が入力さ
れ、これにより三方電磁弁３６が開位置に切り替わり、
圧力室３５が低圧化してプレッシャピストン２８が外側
針弁１１の開作動を許容し、内外の両針弁１１、１２が
開作動して、両噴孔１１ｅ、１６より燃料噴射されて、
衝突噴射が行われる。この場合には、互いの燃料が衝突
することにより、広分散、低貫徹力、微粒化の点で優れ
た燃料噴射が得られ、特に予混合圧縮着火燃焼に適した
噴射が行われて、低エミッション燃焼が可能になる。

【００２１】なお、上述した実施形態では衝突噴射が行
える燃料噴射ノズルに本発明の構成を適用したが、これ
に限らず、径の異なる２種類の噴孔からそれぞれ衝突さ
せずに燃料を噴射する燃料噴射ノズルに適用しても良
い。

【００２２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、二重針
弁構造の燃料噴射ノズルおける燃料噴射切換えを１つの
電磁弁により切換可能な構成としたので、ノズルの構造
が簡素化でき、コストを軽減できる。さらに、リーク燃
料量を低減できることから燃料供給ポンプの駆動損失が
低減されて燃費を良化できる。請求項２の発明によれ
ば、１つの三方電磁弁を、燃料流入通路からの燃料を第
１第２の燃料通路に供給しない状態と、両通路に供給す
る状態と、第１通路のみへ供給する状態とに容易に切換
えでき、装置の簡素化、小型化を図れ、内燃機関への装
着がより容易される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である燃料噴射ノズルの断
面図である。

【図２】図１の燃料噴射ノズルのノズルチップの拡大断
面図である。

【図３】従来の燃料噴射ノズルの断面図である。

【符号の説明】

３ ノズルチップ １１ 外側針弁 １２ 内側針弁 １１ｅ，１６ 噴孔 １５ 第１の燃料通路 ２５ 第２の燃料通路 ２６ ホルダボディ ２８ プレッシャピストン ２９ 外側ロッド部材 ３２ 内側ロッド部材 ３５ 圧力室 ３６ 三方電磁弁 ３７ 燃料流入通路 ３８ 燃料供給手段 ４１ 絞り ４２ 燃料排出口 Ｓ 燃焼室 Ｐ１ 分岐部 Ｎ２ ２重針弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端が燃焼室内に突き出す状態でノズル本
   体に嵌挿された外側針弁と、同外側針弁内に摺動自在に
   嵌挿された内側針弁とを備えた燃料噴射ノズルであっ
   て、 上記ノズル本体に設けた分岐部に燃料供給手段からの燃
   料を導く燃料流入通路と、 上記分岐部の一方側流出口からの燃料を上記外側針弁及
   び内側針弁の各噴孔に供給可能な第１の燃料通路と、 上記分岐部の他方側流出口からの燃料を絞りを介し燃料
   排出口に流動させ、途中が圧力室と連通した第２の燃料
   通路と、 上記ノズル本体内に互いが同心円状に組み合わせて配置
   され、上記外側針弁及び内側針弁に閉弁方向のバネ力を
   伝達するようそれぞれ対設された外側ロッド部材及び内
   側ロッド部材と、 一端が上記外側ロッド部材に当接し他端が上記圧力室に
   臨んで位置し、上記圧力室の燃料圧力を上記外側ロッド
   部材を介し外側針弁に閉弁力として加えるプレッシャピ
   ストンと、 上記分岐部に介装され、燃料流入通路の燃料を遮断する
   状態と、燃料流入通路からの燃料を上記第１、第２の両
   燃料通路に供給する状態と、燃料流入通路からの燃料を
   上記第１の燃料通路のみに供給する状態とに切換可能な
   弁装置と、を具備したことを特徴とする燃料噴射ノズ
   ル。
2. 【請求項２】請求項１記載の燃料噴射ノズルにおいて、 上記弁装置は燃料流入通路の遮断状態と上記第１，第２
   の両燃料通路の開放状態と上記第１の燃料通路のみの開
   放状態とに切換え可能な三方電磁弁であることを特徴と
   する燃料噴射ノズル。