JP2009047151A

JP2009047151A - 可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル

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Publication number: JP2009047151A
Application number: JP2007241552A
Authority: JP
Inventors: Toru Mizumura; 徹水村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2009-03-05

Abstract

【課題】蓄圧式燃料噴射システムに適用すると共に、内燃機関の運転状態に適した噴霧角・噴孔断面積を可変ないし選択可能としながら、多段噴射を可能とする可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズルを提供する。
【解決手段】蓄圧式燃料噴射システムに適用すると共に、同一円周上において噴霧角・噴孔断面積を統一させた同心円上に空けられた鋭角噴霧角・小径噴孔４８と鈍角噴霧角・大径噴孔４９の上流に弁座５２と前述弁座５２に着座するニードル弁と円筒型ニードル弁を設けたノズルボディと、前述二種類のニードル弁の背圧を制御するためのピエゾ式アクチュエーターを駆動力とする往復摺動が可能な二方弁４７と低圧弁３６を設け、第一燃料溜まり室と、第二燃料溜まり室と、第一低圧室３４内に存在する燃料の圧力差によって前述弁座５２から前述二種類のニードル弁の内の選ばれたニードル弁が離座することで、前述噴孔から燃料を噴射させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関用の燃料噴射ノズルにおいて、噴霧角と噴孔の断面積を可変にする機構を持ち、多段噴射を可能にする可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズルに関するものである。

従来から、内燃機関の有害排出物の低減を目的として、燃料噴射ノズルの研究開発が行われている。例えば、特開２００１−２６３２０１号に開示されているコモンレール用可変噴孔型燃料噴射ノズルのように、二つのアクチュエーターを用いてドライブシャフトに連結されたロータリーバルブの回動とその軸方向に駆動させるものがある。

また、特開２０００−１４５５８４号に開示されている燃料噴射ノズルのようにバルブニードルに燃料圧力を掛けることでその軸方向に駆動させ、燃料噴射を行っているものがある。
特開２００１−２６３２０１号公報特開２０００−１４５５８４号公報

しかしながら、特開２００１−２６３２０１号のタイプでは、アクチュエーターが二つ装備されているので部品点数および組み付け工程が増えると同時に製造コストが上昇してしまうという問題点と、ドライブシャフトがあるために燃料噴射ノズルの自重が増加するという問題点がある。

また、特開２０００−１４５５８４号のタイプでは、いわゆるジャーク式燃料噴射システムに適した燃料噴射ノズルであるために蓄圧式燃料噴射システムを適用する場合、さらなる機構的な面で工夫を加える必要があるという問題点と、前述蓄圧式燃料噴射システムと比べて多段噴射の自由度が低いという問題点がある。

また、特開２００１−２６３２０１号および特開２０００−１４５５８４号共に燃料噴射ノズル内において燃料圧力を増圧する機構がないという問題点がある。

本発明は、上記のような従来の問題を解決するもので、蓄圧式燃料噴射システムに適用すると共に、内燃機関の運転状態に適した噴霧角・噴孔断面積を可変ないし選択可能としながら、多段噴射を可能とする可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズルを提供することを目的とするものである。

また、本発明は装備するアクチュエーターを一つにし、製造コストを下げることを目的とするものである。

また、本発明はドライブシャフトを用いないことで燃料噴射ノズルの自重を減らすことを目的とするものである。

また、本発明は蓄圧式燃料噴射システムに適し、ジャーク式燃料噴射システムより多段噴射の自由度を高くすることを目的とするものである。

また、本発明は燃料噴射ノズル内において燃料圧力を増圧する機構を持つことを目的とするものである。

請求項１の発明は、可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズルを提供することにより上記課題を解決したものである。蓄圧式燃料噴射システムに適用すると共に、規則的に空けられた複数群の噴孔ないし同一円周上において噴霧角・噴孔断面積を統一させた同心円上に空けられた複数群の噴孔の上流に複数群の弁座と前述弁座に着座する複数のニードル弁を設けたノズルボディと、前述ノズルボディ内の前述ニードル弁の背圧を制御するためのアクチュエーターを駆動力とする往復摺動が可能な弁ないし多方弁・低圧弁を設け、燃料の圧力差によって前述弁座から前述ニードル弁の内の選ばれたニードル弁が離座することで、前述噴孔から燃料を噴射可能とする可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル。

上記蓄圧式燃料噴射システムから送られてきた燃料を上記アクチュエーターが駆動力である上記多方弁と上記低圧弁によって上記ニードル弁の背圧を前述アクチュエーターの駆動を連続的に制御することで内燃機関の運転状態に適した上記噴孔を選択可能であることと多段噴射することが可能である。

上記アクチュエーターに動作増幅機構を設け、前述アクチュエーターが往復摺動する過程において、高圧室内の燃料を押し出すことにより燃料溜まり室内の燃料圧力を上げる増圧機構を持ち、このときの燃料の逆流を防ぐために燃料流路に逆止弁を設けることができる。

本発明によれば、内燃機関の運転状態に適した噴霧角・噴孔断面積を選択することが可能であると同時に多段噴射が可能であることにより、内燃機関の性能向上に大きく寄与することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態である可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル１の一実施例を図１〜図５に基づき説明する。図１は前述可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル１の断面図であり、前述可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル１は大きく分けてアクチュエーター側ノズルハウジング１０とニードル弁側ノズルハウジング１１からなる。

上記アクチュエーター側ノズルハウジング１０は、燃料流路２と、制御用配線４と、ピエゾ式アクチュエーター５と、動作増幅機構６と、予圧スプリング７と、プッシャロッド８と、制御用コネクター９からなる。前述燃料流路２に蓄圧された燃料を供給可能とし、前述供給された燃料は噴孔選択機構１８の弁座５２に至る。前述制御用配線４を経由して、印加する電圧を制御することで前述ピエゾ式アクチュエーター５が伸張して得た変位をてこの原理を応用した前述動作増幅機構６によって増幅させた変位を前述プッシャロッド８が軸方向を往復摺動することで出力させることが可能である。

上記ニードル弁側ノズルハウジング１１は、流路切り替え機構１２と、受圧部１４と、第一燃料溜まり室１６と、第二燃料溜まり室１７と、噴孔選択機構１８と、ニードル弁２０と、円筒型ニードル弁２１と、ノズルボディ２２からなる。上記燃料流路２に供給された燃料は、前述流路切り替え機構１２と、前述第一燃料溜まり室１６と、前述第二燃料溜まり室１７に存在し、上記プッシャロッド８が軸方向を往復摺動することで前述流路切り替え機構１２は前述ニードル弁２０と前述円筒型ニードル弁２１の背圧を制御し、選択された前述弁のシート面（５１あるいは５３）が弁座５２から離座したときに燃料噴射が行われる。

図２は、上記可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル１における上記ニードル弁側ノズルハウジング１１と、上記動作増幅機構６の部分を拡大した断面図である。また、図２は燃料噴射休止状態を示す図であり、このときに上記ピエゾ式アクチュエーター５に印加した電圧を基準電圧とする。プッシャロッドフランジ部４２が低圧ポート４３を閉じているので第二低圧室４０内の燃料は燃料戻り流路２６ａへ流出することはない。このときの低圧弁３６は第二油圧経路シート部３７に接触している状態なので、前述接触部から燃料が燃料戻り流路２６ｂへ流出することもない。つまり、上記第一燃料溜まり室１６内の燃料圧力と、上記第二燃料溜まり室１７内の燃料圧力と、第一低圧室３４内の燃料圧力と、前述第二低圧室４０内の燃料圧力との圧力差を生じることはない。ゆえに、上記ニードル弁２０と、上記円筒型ニードル弁２１は上記弁座５２に着座している状態にあるので、燃料噴射を休止することが可能である。また、前述燃料噴射休止状態のとき、増圧室２７内には燃料が存在する。

図３は、上記可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル１における上記流路切り替え機構１２と、上記噴孔選択機構１８の部分を拡大した断面図である。また、図３は上記図２の燃料噴射休止状態に印加した基準電圧を解除することで鋭角噴霧角・小径噴孔４８から燃料が噴射され、二方弁のシート面４６が第三油圧経路シート部３９に接触しようとする途中を示している。前述図２の燃料噴射休止状態から上記プッシャロッド８が軸方向上方へ摺動し、上記プッシャロッドフランジ部４２によって閉じられていた上記低圧ポート４３が開くことによって上記第一燃料溜まり室１６内の燃料圧力は低下するが上記第二燃料溜まり室１７内の燃料圧力は低下しない。このときに発生した燃料圧力の差によって、円筒型ニードル弁のシート面５３のみが上記弁座５２から離座し、前述鋭角噴霧角・小径噴孔４８から燃料が噴射される。また、前述燃料噴射の期間は、前述プッシャロッド８の往復摺動と連動して往復摺動する前述二方弁のシート面４６が前述第三油圧経路シート部３９に接触するまでである。また、前述燃料噴射期間終了時の上記増圧室２７内の容量は最大であると共に、前述増圧室２７内の燃料は上記燃料戻り流路２６ａへ流出しないので燃料圧力が低下することはない。このときの上記低圧弁３６の状態は上記図２の燃料噴射休止状態と同一であり、前述低圧弁３６は上記第二油圧経路シート部３７に接触しているので前述接触部から燃料が上記燃料戻り流路２６ｂへ流出することはないから、上記第一低圧室３４内の燃料圧力が単独で低下することはない。

図４は、上記可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル１における上記図３と同一部分を拡大した断面図である。また、図４は基準電圧を上記ピエゾ式アクチュエーター５に印加することで前述図３の燃料噴射期間終了時の状態から上記図２の燃料噴射休止状態に移行する途中を示す図である。また、前述移行する間に上記鋭角噴霧角・小径噴孔４８から燃料が噴射されている場面を示す図である。前述図３の燃料噴射期間終了時の状態から上記プッシャロッド８が軸方向下方に摺動し、前述プッシャロッド８に連動して二方弁４７も軸方向下方に摺動することによって上記低圧ポート４３が開くので、上記第一燃料溜まり室１６内の燃料圧力は低下するが、上記第二燃料溜まり室１７内の燃料圧力は低下しない。このときに発生した燃料圧力の差によって、上記円筒型ニードル弁のシート面５３のみが上記弁座５２から離座するので、前述鋭角噴霧角・小径噴孔４８から燃料が噴射される。前述燃料噴射において、上記増圧室２７内の燃料は前述二方弁４７が軸方向下方に摺動して、二方弁のシート面側壁４５が上記燃料戻り流路２６ａを開放するまでの微小時間の間に増圧室出入流路３１を通り、前述第一燃料溜まり室１６と、前述第二燃料溜まり室１７へ押し出そうとすることによって増圧する。このときの逆止弁３０は逆止弁シート部２９に接触する。また、前述燃料噴射の期間は、上記プッシャロッドフランジ部４２が前述低圧ポート４３を閉じるまでである。つまり、前述燃料噴射期間終了時の状態は上記図２の燃料噴射休止状態に戻る。

図５は、上記可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル１における上記図３と同一部分を拡大した断面図である。また、図５は上記図２の燃料噴射休止状態から基準電圧より強い電圧を印加することで鈍角噴霧角・大径噴孔４９から燃料が噴射されている場面を示している。前述図２の燃料噴射休止状態から上記プッシャロッド８が軸方向下方に摺動し、前述プッシャロッド８に連動して上記二方弁４７も軸方向下方に摺動することによってリフト量伝達ロッド２８の先端部が低圧弁シート上部３２に接触し、上記低圧弁３６を押し下げることによって、前述低圧弁３６は上記第二油圧経路シート部３７から離れ、低圧弁シート下部３３が第一油圧経路シート部３５に接触する。このことにより、上記第一低圧室３４内の燃料圧力は低下するが、上記第一燃料溜まり室１６内の燃料圧力は低下しない。このときに発生する燃料圧力の差によってニードル弁のシート面５１のみが上記弁座５２から離座するので、前述鈍角噴霧角・大径噴孔４９から燃料が噴射される。さらに、前述燃料噴射において上記増圧室２７内の燃料は、前述リフト量伝達ロッド２８が軸方向下方に摺動し、前述リフト量伝達ロッド２８の先端部が前述低圧弁シート上部３２に接触するまでの微小時間の間に上記増圧室出入流路３１を通り、上記第一燃料溜まり室１６と、上記第二燃料溜まり室１７へ押し出そうとすることによって増圧する。このときの上記逆止弁３０は上記逆止弁シート部２９に接触する。また、前述燃料噴射の期間は前述低圧弁３６が上記第二油圧経路シート部３７から離れ、前述低圧弁シート下部３３に接触したときに燃料噴射が開始され、任意で上記ピエゾ式アクチュエーター５に印加する電圧を基準電圧に戻したときまでの間である。また、前述燃料噴射が開始された時点の前述増圧室２７の容積は最小値である。また、上記プッシャロッドフランジ部４２によって上記低圧ポート４３を閉じているので前述第一燃料溜まり室１６内と、前述第二燃料溜まり室１７内の燃料圧力が低下することはない。

上記の発明は、内燃機関の運転状態に適した噴霧角・噴孔断面積を選択することが可能であると同時に多段噴射の自由度が高いため、前述内燃機関の有害排出物の低減に利用可能である。

本発明である可変噴霧角・噴孔型燃料噴孔ノズルを示す断面図である。ニードル弁側ノズルハウジングと動作増幅機構を拡大した断面図である。流路切り替え機構と噴孔選択機構を拡大した断面図である。流路切り替え機構と噴孔選択機構を拡大した断面図である。流路切り替え機構と噴孔選択機構を拡大した断面図である。

符号の説明

１・・・可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル
２・・・燃料流路
４・・・制御用配線
５・・・ピエゾ式アクチュエーター
６・・・動作増幅機構
７・・・予圧スプリング
８・・・プッシャロッド
９・・・制御用コネクター
１０・・・アクチュエーター側ノズルハウジング
１１・・・ニードル弁側ノズルハウジング
１２・・・流路切り替え機構
１４・・・受圧部
１６・・・第一燃料溜まり室
１７・・・第二燃料溜まり室
１８・・・噴孔選択機構
２０・・・ニードル弁
２１・・・円筒型ニードル弁
２２・・・ノズルボディ
２３・・・第一油圧経路プレート
２４・・・第二油圧経路プレート
２５・・・第三油圧経路プレート
２６ａ〜ｃ・・・燃料戻り流路
２７・・・増圧室
２８・・・リフト量伝達ロッド
２９・・・逆止弁シート部
３０・・・逆止弁
３１・・・増圧室出入流路
３２・・・低圧弁シート上部
３３・・・低圧弁シート下部
３４・・・第一低圧室
３５・・・第一油圧経路シート部
３６・・・低圧弁
３７・・・第二油圧経路シート部
３９・・・第三油圧経路シート部
４０・・・第二低圧室
４２・・・プッシャロッドフランジ部
４３・・・低圧ポート
４５・・・二方弁のシート面側壁
４６・・・二方弁のシート面
４７・・・二方弁
４８・・・鋭角噴霧角・小径噴孔
４９・・・鈍角噴霧角・大径噴孔
５１・・・ニードル弁のシート面
５２・・・弁座
５３・・・円筒型ニードル弁のシート面

Claims

蓄圧式燃料噴射システムに適用すると共に、規則的に空けられた複数群の噴孔ないし同一円周上において噴霧角・噴孔断面積を統一させた同心円上に空けられた複数群の噴孔の上流に複数群の弁座と前述弁座に着座する複数のニードル弁を設けたノズルボディと、前述ノズルボディ内の前述ニードル弁の背圧を制御するためのアクチュエーターを駆動力とする往復摺動が可能な弁ないし多方弁・低圧弁を設け、燃料の圧力差によって前述弁座から前述ニードル弁の内の選ばれたニードル弁が離座することで、前述噴孔から燃料を噴射可能とする可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル。
上記蓄圧式燃料噴射システムから送られてきた燃料を上記アクチュエーターが駆動力である上記多方弁と上記低圧弁によって上記ニードル弁の背圧を前述アクチュエーターの駆動を連続的に制御することで内燃機関の運転状態に適した上記噴孔を選択可能であることと、多段噴射を可能にすることを特徴とする請求１記載の可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル。
上記アクチュエーターに動作増幅機構を設け、前述アクチュエーターが往復摺動する過程において、増圧室内の燃料を押し出すことにより燃料溜まり室内の燃料圧力を上げる増圧機構を持ち、このときの燃料の逆流を防ぐための逆止弁を燃料流路上に設けることを特徴とする請求１記載の可変噴霧角・噴孔型燃料噴射ノズル。