JP2508776B2 - 直噴式ディ―ゼルエンジンの燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、供給燃料圧力に応じて針弁を開弁方向へ
作動し噴口の開口面積を調節するようにした燃料噴射ノ
ズルに係り、特に速度・負荷に対して上記針弁のリフト
量及び噴射時間を調節して燃料の噴射量を制限し、燃料
騒音、HC、NOxの低減を図る燃料噴射ノズルに関する。

［従来の技術］ 燃料室内へ燃料を供給する燃料噴射ノズルに、第４図
に示されるような「ディーゼルエンジンの燃料用インジ
ェクタ・ノズル」（特開昭59-206673号公報）の提案が
ある。

同図に示してあるように、この提案は、ノズルボディ
101内に、このノズルボディ101の先端に形成した燃料室
102の噴口103を開閉する針弁104を昇降自在に設けると
共に、その針弁104の先端に針弁104の最大リフト値以下
のリフト値で燃料の噴射量を一定に維持させるスロット
ル軸部105を形成してディーゼルエンジンの燃料用イン
ジェクト・ノズルを構成したものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記提案は第５図（Ａ）（Ｂ）に示してあるように、
燃料用インジェクタ・ノズルに噴射量一定のパイロット
噴射性能（Ｉ）及び噴射量が増加するメイン噴射性能
（II）をたせ、燃焼を良好にして燃費を向上させ、HC、
NOxの低減させようとしたものである。

即ち、低速で噴射率（単位時間あたりの噴射量を差
す）を上げると、燃焼室の温度が低いために、燃料が燃
焼せずにHCとして排出され、高速で噴射率を下げると空
気利用率が低下してNOxを排出させることになるからで
ある。

しかし針弁にスロットル軸部を形成することは、針弁
の閉弁時にもそのスロットル軸部の軸長に応じたパイロ
ット噴射性能Ｉを自ずともたせることになるから、噴射
後期の迅速な閉弁が困難になり、燃費を悪化させる。第
５図中（Ｃ）に示すように、パイロット噴射性能（Ｉ）
の後期からメイン噴射性能（II）に移行する際の立ち上
がり性能が鋭角的に急激であるため、中負荷で燃焼騒音
を増大させるなどの不具合の要因として指摘され、この
ため、燃料噴射ポンプまたは針弁をリフトさせるための
燃料油圧を導く燃料通路のいずれか一方に、燃料通路の
燃料油圧を一時的に低下させてパイロット噴射性能をも
たせるアキュームレータを設けても、第６図の性能（II
I）に示すように上記提案と同様、噴射後期の迅速な閉
弁が困難であった。

［問題点を解決するための手段］ この発明は上記問題点を解決することを目的としてい
る。この発明は、ノズルボディの先端にキャップ状に形
成されたサック部を接続すると共に該サック部に噴口を
穿孔し、他方、かかるノズルボディ内に、上記サック部
内に延出された円柱状のスロットル軸部を有する針弁を
昇降自在に収容した直噴式ディーゼルエンジンの燃料噴
射ノズルにおいて、上記スロットル軸部に、軸方向に順
次に縮径されたテーパ部を設け、該テーパ部に、これよ
りテーパ度が急な円錐部を設け、これら円錐部とテーパ
部とスロットル軸部とによりサック部内に燃料溜室を区
画形成し、該燃料溜室の容積が上記噴口に対して十分大
きく設定されて構成されている。

［作用］ ノズルボディ内の針弁を上昇させて開弁させると、針
弁の上昇が低いときには円柱状のスロットル軸部とサッ
ク部との間から燃料が漏れ、針弁の上昇が中間のときは
テーパ部とサック部との間から燃料が漏れ、針弁の上昇
が高いときには円錐部とサック部との間から燃料が漏れ
ることになる。この際、燃料の漏れ量は、円柱状のスロ
ットル軸部では針弁の上昇に拘らず略一定であり、テー
パ部では針弁の上昇に伴い徐々に増え、円錐部では針弁
の上昇に伴い更に増える。

ここで、テーパ部とサック部との間から漏れた燃料
は、サック部内の燃料溜室の容積が噴口に対して十分大
きく設定されているため、その燃料溜室によって一旦圧
力が減衰された後、サック部の噴口から噴出される。こ
れにより、テーパ部による通過断面積の漸次増加と相俟
って、噴射量の増加特性が穏やかになる（第３図のVIを
参照）。この噴射量変化が穏やかな特性は、直噴式ディ
ーゼルエンジンにこそ望まれる特性であり、本願発明の
目的はまさにこの特性を得ることである。

［実施例］ 以下、この発明の好適一実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図に示してあるように、燃料噴射ノズルは主に、
ノズルホルダ１と、ノズルホルダ１の先端に一体的に取
り付けられる円筒形のノズルボディ２とからなる。

図示されるように、円筒形のノズルホルダ１には後端
側内周面に拡径された筒部３が形成され、その筒部３の
後端側には雌ネジ４が形成してある。雌ネジ４には上記
ノズルホルダ１の内周面に嵌合し、且つ、嵌合状態で上
端側のつば部を上記筒部３の底面に着座させた状態のス
リーブ５を、その状態で、上記ノズルホルダ１に固定す
る円筒状のスプリング収容部材６が螺合される。一方、
ノズルホルダ１の先端外周面にも雌ネジ７が形成してあ
り、この雌ネジ７には、ノズルホルダ１の先端に、スペ
ーサ８を介してノズルボデティ２の後端を気密に着座さ
せる略スリーブ状のリテーニングナット９が螺合され
る。

ところで、ノズルホルダ１の先端側には、第１スプリ
ングリテーナ10と、この第１スプリングリテーナ10と上
記スリーブ５の先端との間でスプリングリテーナ10を閉
弁方向に付勢する第１スプリング11とが、摺動自在ある
いは伸縮自在に収容され、スプリング収容部材６の後端
側には、上記スリーブ５に摺動自在に嵌合する軸部12と
一体的に形成した第２スプリングリテーナ13と、この第
２スプリングリテーナ13を閉弁方向に付勢する第２スプ
リング14とが摺動自在あるいは伸縮自在に収容される。
実施例にあって、第２スプリング14はスプリング収容部
材６の後端側に形成した雌ネジ15と螺合するロック用の
プラグ16によってセットフォースの調節を行えるように
してあり、第１スプリング14はスリーブ５の軸長を適正
にすることによってセットフォースを調節できるように
してある。17はプラグ16のロックナット部材であり、18
はノズルホルダ１からのリーク燃料を外部へ導くための
カップリング部材であり、19,20,21は第１スプリングリ
テーナ10と第２スプリングリテーナ13との間で力の伝達
を行うロッド部材である。

次にノズルボディ２の構成を説明する。

ノズルボディ２は、このノズルボディ２の先端側に開
口された噴口から噴射される燃料の噴射量を針弁のリフ
ト量に応じて調節するように構成されるものである。

針弁25は軸方向に沿って太い後端側の第１ステム部26
と、先端側の細い第２ステム部27とをテーパ形状の受圧
部28で接続し、第２図に示されるように第２ステム部27
の先端と、さらに細いスロットル軸部29の後端とを錘体
状のシート部30で接続して構成される。

一方、ノズルボディ２は、その軸芯上に、上記針弁25
を所定のクリアランスを有して昇降自在に嵌合する針弁
収容部31を有し、且つ、先端にキャップ状に閉じられて
燃料噴射室32を区画形成する噴口部33を有して形成され
る。この噴口部33には円周方向に間隔をおいて複数の噴
口35が開口してあり、この噴口35より後端側となる上記
針弁収容部31と上記噴口部33との接続部とは、上記シー
ト部30が気密に着座する弁座36で接続される。

ところで、第２図に示すように、弁座36にシート部30
が着座した状態で、上記スロットル軸部29と、このスロ
ットル軸部29を収容する上記噴口部33には、上部にその
スロットル軸部29との間に所定のクリアランスを有して
包囲する円筒部分37が形成してある。上記噴口部33は、
ノズルボディ２の先端にキャップ状に形成されたサック
部から構成されており、このサック部（噴口部33）には
複数の噴口35が穿孔されている。実施例にあっては上記
クリアランスが区画形成する容積は上記噴口35の容積よ
り小さくし、且つ、スロットル軸部29の包囲される軸長
は略0.2〜0.4mmに定めてある。スロットル軸部29は、第
２図に示してあるように、後端から先端側へ間隔をおい
て順次段階的にテーパ状に縮径し且つ先端を円錐体状に
成型して形成される。すなわち、円柱状のスロットル軸
部29に、軸方向に順次に縮径されたテーパ部41を設け、
該テーパ部41に、これよりテーパ度が急な円錐部（先端
部40）を設けている。したがって、スロットル軸部29が
リフトされたとき、後端側（円柱状の部分）での漏れ量
が一定であるのに対し、先端側（テーパ部41および円錐
部40）ではテーパの度合に応じて漏れ量が増加する。詳
しくは、本実施例では、中負荷での噴射量を比例的に増
加させるため、スロットル軸部29の先端部40（円錐部）
と後端部（円柱部）との間にテーパ部41（円錐部よりは
テーパ度が小さい）を形成して、第３図に示すような噴
射特性を得るようにしているのである。即ち、パイロッ
ト噴射性能（IV）とメイン噴射性能（Ｖ）との間を接続
する噴射性能（VI）を得るようにしてある。

また、図２に示すように、上記スロットル軸部29の先
端部（円錐部40）と中間部（テーパ部41）と後端部（円
柱部）とにより、サック部としての噴口部33内に燃料溜
室としての燃料噴射室32を区画形成し、該燃料噴射室32
の容積が上記噴口35に対して十分大きく設定されてい
る。

一方、シート部30の着座状態で受圧部28が対面する針
弁収容部31には、半径方向外方へ拡径された凹の燃料室
38が形成され、第２ステム部27の先端側が対面する針弁
収容部31には、円周方向に沿う部分を半径方向に拡径さ
れて凹の燃料室38が形成されている。この燃料室38に
は、上記ノズルホルダ１、スペーサ８、そしてノズルボ
ディ２内を通る一連の燃料通路39が接続してあり、供給
燃料の圧力が上記受圧部29に加えられることで、まず第
１スプリング11をたわませて針弁25を開弁方向へ動作
し、ノズルボディ２の先端を開口して形成した噴口から
燃料を噴出させ、次いで、第１スプリング11のたわみ量
が所定値に達すると、第２スプリング14をたわませて噴
口35からの噴射燃料を増加させるように構成してある。
即ち、実施例にあっては、燃料油圧に対する第１スプリ
ング11のセットフォースが、第２のスプリング14のセッ
トフォースより弱く設定されて形成される。参考値とし
て第２スプリング14が機能させるまでの第１スプリング
11のたわみ量を実施例にあっては、略0.1mmに設定して
ある。

針弁25の後端には、上記スペーサ８の軸芯を貫通して
後方へ延びるプッシュロッド40が一体に形成されると共
に、このプッシュロッド40の延出端部47は、上記ノズル
ボディ１に昇降自在に案内される上記第１スプリングリ
テーナ10に当接させて設けられる。

次に作用を説明する。

機関の回転速度が低速であるときは、燃料噴射ポンプ
（図示せず）も低速で回転する。このため燃料噴射ポン
プの送油間隔は長くなり、燃料通路38へ送られる単位時
間当りの送油量も少なくなる。ゆえに燃料室38の燃料圧
は低圧となり、この低圧で針弁25が徐々にリフトされて
第１スプリング11がたわませられ、同時に燃料が噴射さ
れる。このときスロットル軸部29と円筒部分37とが形成
するクリアランスから、定量の燃料が噴口35へ供給され
るが、上述したように、そのクリアランスが形成する容
積が噴口35の容積に対して小さいため、噴口35から噴射
される燃料は少量に制限されるようになる。これが第３
図に示すパイロット噴射期間（IV）で、全負荷に比較し
て長期にわたって少量、且つ、定量の燃料を噴射するよ
うにしている。したがってパイロット噴射期間（IV）中
に噴射された燃料は、燃焼室に対して過剰噴射とはなり
得ずに燃焼室を冷却することがない。その結果、HCの生
成を防止できる。

一方、燃料噴射室32の燃料圧は、噴口35で絞られるこ
とによって、次第に上昇することになるから、針弁25の
リフト値はパイロット噴射期間（IV）のリフト値を越え
て第２スプリング14をたわませるリフト値に増加する
が、この実施例にあってはテーパ部41の存在によって、
メイン噴射期間（Ｖ）前に中噴射期間（VI）が存在す
る。詳しくは、テーパ部41の外面と噴口部33の内面との
間から漏れた燃料は、噴口部33内の燃料噴射室32の容積
が噴口35に対して十分大きく設定されているため、その
燃料噴射室32によって一旦圧力が減衰された後、噴口部
33の噴口35から噴出される。これにより、テーパ部41に
よる通過断面積の漸次増加と相俟って、噴射量の増加特
性が第３図のVIに示すように穏やかになる。この噴射量
変化が穏やかな特性は、直噴式ディーゼルエンジンにこ
そ望まれる特性であり、本願発明の目的はまさにこの特
性を得ることである。これによって、中噴射期間（VI）
での噴射量は低く抑えられることになるから、燃料過剰
供給による着火遅れが阻まれ、燃焼騒音の異常増加が抑
止される。

メイン噴射期間（Ｖ）に移行すると噴口35からは多量
で且つ貫徹力のつよい燃料が噴射されることになる。

ところで、パイロット噴射期間（IV）を過ぎると、噴
口35から燃料室38の燃料が噴射される。このときの単位
時間当りの噴射量は、機関回転数が高速であるときに比
較して少なく、且つ、噴射時間も長い。これは上記した
ように燃料噴射ポンプの送油量が少なく、送油間隔が長
いからである。

このように機関回転数が低速であるときには、転位時
間当りの噴射率を全体的に下げ、且つ、噴射時間を長く
することができるから、燃焼室のHC発生を抑えることが
できる。また、閉弁時にあっては、第２スプリング14、
第１スプリング11の総和で瞬時のうちに弁座36にシート
部30が着座されることになるから優れた閉弁性能が得ら
れると共に、第１スプリング11が第２スプリング14に対
して衝撃緩衝としても機能する。

機関回転数が高速であるときには、燃料噴射ポンプの
回転速度も速まり、単位時間当りの送油量が大、送油間
隔も短くなるから、燃料室38の燃料圧も高まり、針弁25
が高圧でリフトされる。このとき、燃料圧が高圧である
ことによって、上記パイロット噴射期間（IV）および中
噴射期間（VI）の期間は短くなり、噴射率は上昇する。
ゆえに高速時には噴射率が上がり、噴射間隔も短くなる
から、燃焼室の空気利用率が上げり、NOxの排出を低く
抑えられる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、サック部内の燃
料溜室の容積を噴口に対して十分大きく設定しているた
め、テーパ部とサック部との間から漏れた燃料を、その
燃料溜室によって一旦圧力が減衰させた後、サック部の
噴口から噴出させることができる。これにより、テーパ
部による通過断面積の漸次増加と相俟って、噴射量の増
加特性を穏やかにすることができる。よって、着火遅れ
を防止して、燃焼騒音の異常増大やHC、NOxの増加を大
幅に低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の好適一実施例を示す断面図、第２図
はノズルボディの部分拡大断面図、第３図は噴射率の変
化を示す性能線図、第４図は従来例としてのスロットル
形のインジェクタを示す断面図、第５図（Ａ）（Ｂ）は
スロットル形のインジェクタの一般的な噴射率の変化を
示す性能線図、第６図は他の燃料噴射ノズルの噴射率の
変化を示す性能線図である。 図中、２はノズルボディ、11は第１スプリング、14は第
２スプリング、25は針弁、29はスロットル軸部、35は噴
口である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 61/16 Ｆ０２Ｍ 61/16 Ｘ (56)参考文献 特開 昭61−129458（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−71372（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−188873（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−66874（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ノズルボディの先端にキャップ状に形成さ
   れたサック部を接続すると共に該サック部に噴口を穿孔
   し、他方、かかるノズルボディ内に、上記サック部内に
   延出された円柱状のスロットル軸部を有する針弁を昇降
   自在に収容した直噴式ディーゼルエンジンの燃料噴射ノ
   ズルにおいて、上記スロットル軸部に、軸方向に順次に
   縮径されたテーパ部を設け、該テーパ部に、これよりテ
   ーパ度が急な円錐部を設け、これら円錐部とテーパ部と
   スロットル軸部とによりサック部内に燃料溜室を区画形
   成し、該燃料溜室の容積が上記噴口に対して十分大きく
   設定されたことを特徴とする直噴式ディーゼルエンジン
   の燃料噴射ノズル。