JP2704473B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

燃料噴射装置

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JP2704473B2
JP2704473B2 JP3349071A JP34907191A JP2704473B2 JP 2704473 B2 JP2704473 B2 JP 2704473B2 JP 3349071 A JP3349071 A JP 3349071A JP 34907191 A JP34907191 A JP 34907191A JP 2704473 B2 JP2704473 B2 JP 2704473B2
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勲 上光
展司 江口
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射装置に係り、と
くに燃料噴射ポンプによって燃料を加圧するとともに、
加圧された燃料を噴射管を通して燃料噴射ノズルに供給
し、その噴口から燃料を噴射するようにした燃料噴射装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンはピストンを上死点
側へ移動させることによって、吸気を圧縮して高温の状
態にしておき、ピストンがほぼ上死点に達するのに同期
して燃料噴射ノズルから燃料を噴射するようにし、燃料
の噴霧を吸気の熱によって自然着火させて燃焼を行なう
ようにしている。従ってディーゼルエンジンには燃料噴
射ポンプが付設されており、この燃料噴射ポンプによっ
て燃料を加圧し、噴射管を通して燃料噴射ノズルに供給
するようにしており、この燃料噴射ノズルの噴口から燃
料をシリンダ内に噴射するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジンの
排ガス改善のために、高圧噴射を行なうことが望まし
い。燃料を高圧で燃料噴射ノズルの噴口から噴射する
と、良好な噴霧が形成され、空気との混合がより良好に
行なわれることにより、粒子状物質やススの発生が抑え
られるようになる。そこで従来より、燃料噴射ノズルの
噴口の面積を小さくすることが試みられている。あるい
は燃料噴射ポンプのカムのリフトを増大させ、さらには
燃料噴射ポンプのプランジャの直径を大きくして燃料噴
射ポンプの吐出圧力を高くするようにしている。しかし
燃料噴射ポンプの吐出圧力を上げるようにすると、強度
上の問題が発生し、あるいはまた燃料噴射ポンプの架体
の重量が増大し、さらにはコストが高くなる問題があ
る。
【0004】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、とくに燃料噴射ポンプのカムのリフト
を増大させたりあるいはプランジャの直径を大きくした
りすることなく、しかも高圧噴射を達成するようにした
燃料噴射装置を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明は、燃料噴射
ポンプによって燃料を加圧するとともに、加圧された燃
料を噴射管を通して燃料噴射ノズルに供給し、その噴口
から燃料を噴射するようにした燃料噴射装置において、
前記噴射管のポンプ側から中間部分までをノズル側の方
が細いテーパ管から構成するとともに、前記噴射管の中
間部分から燃料噴射ノズルホルダまでの部分をストレー
ト管から構成するようにしたことを特徴とする燃料噴射
装置に関するものである。
【0006】また第2の発明は、燃料噴射ポンプによっ
て燃料を加圧するとともに、加圧された燃料を噴射管を
通して燃料噴射ノズルに供給し、その噴口から燃料を噴
射するようにした燃料噴射装置において、前記噴射管が
ノズル側の方が細くなるように多段階状に直径を小さく
したことを特徴とする燃料噴射装置に関するものであ
る。
【0007】また第3の発明は、燃料噴射ポンプによっ
て燃料を加圧するとともに、加圧された燃料を噴射管を
通して燃料噴射ノズルに供給し、その噴口から燃料を噴
射するようにした燃料噴射装置において、前記燃料噴射
ポンプと前記燃料噴射ノズルとをテーパ角度が異なる複
数のテーパ管を介して接続するとともに、前記複数のテ
ーパ管を切換え弁によって切換えるようにし、低速側で
はテーパ角度の大きなテーパ管を用いるとともに、高速
側ではテーパ角度の小さなテーパ管を用いるようにした
ことを特徴とする燃料噴射装置に関するものである。
【0008】
【作用】第1の発明によれば、燃料噴射ポンプによって
加圧された燃料は、中間部分までがテーパ管から構成さ
れるとともに、中間部分よりも先端側がストレート管か
ら構成される噴射管を通して燃料噴射ノズルに供給され
ることになる。
【0009】第2の発明によれば、燃料噴射ポンプによ
って加圧された燃料は、ノズル側の方が細くなるように
多段階状に直径を小さくした噴射管を通して燃料噴射ノ
ズルに供給されることになる。
【0010】第3の発明によれば、エンジンの回転数に
応じて複数のテーパ管が切換えられ、低速側ではテーパ
角度の大きなテーパ管が用いられるとともに、高速側で
はテーパ角度の小さなテーパ管が用いられることにな
る。
【0011】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例に係る燃料噴射
装置を備えるディーゼルエンジンの要部を示すものであ
って、シリンダブロック10には貫通孔から成るシリン
ダ11が設けられており、このシリンダ11内にピスト
ン12が摺動可能に配されている。そしてピストン12
はピストンピン13によってコンロッド14と連結され
るようになっている。
【0012】シリンダ11の上部開口はシリンダヘッド
15によって閉塞されるようになっており、しかもこの
シリンダヘッド15には吸気ポート16と排気ポート1
7とがそれぞれ形成されている。これらの吸気ポート1
6および排気ポート17はそれぞれ吸気バルブおよび排
気バルブ19によって開閉されるようになっている。ま
たシリンダヘッド15には燃料噴射ノズル20が取付け
られており、ピストン12の頂面に形成されている燃焼
室21に向けて燃料を噴射するようにしている。
【0013】燃料噴射ノズル20は図2に示すように、
テーパ管から成る噴射管24によって燃料噴射ポンプ2
5の対応するポンプユニット26に接続されている。燃
料噴射ポンプ25はメカニカルガバナ27を備え、この
メカニカルガバナ27によってコントロールラック28
を動かし、1回に噴射される燃料の供給量を調整するよ
うにしている。また燃料噴射ポンプ25はカムシャフト
29を備え、このカムシャフト29に取付けられている
カム30が各ポンプユニット26を駆動するようになっ
ている。またカムシャフト29にはタイマ31が設けら
れており、このタイマ31によって噴射のタイミングを
調整するようにしている。
【0014】燃料噴射ノズル20は図2に示すように、
その先端部がノズル本体34から構成されており、この
ノズル本体34の先端部に4〜10個の噴口35が形成
されている。そしてノズル本体34はリテーナ36によ
ってノズルホルダ37に取付けられている。ノズル本体
34内にはノズルニードル38が摺動可能に保持されて
いる。そしてこのノズルニードル38の上端は押圧ロッ
ド39を介してノズルホルダ37内の圧縮コイルばね4
0によって下方へ押圧されるようになっている。これに
よってノズルニードル38はノズル本体34に形成され
ているバルブシート41に圧着され、燃料の遮断を行な
うようになっている。またノズルホルダ37には噴射管
24と連通する燃料通路42が形成されている。この燃
料通路42はノズル本体34の燃料通路43と連通され
るようになっている。燃料通路43の終端には燃料だめ
51が形成されている。
【0015】押圧ロッド39を押圧しているばね40は
その上端がばね受け44によって受けられている。そし
てこのばね受け44の上端側には調整ねじ45が取付け
られるようになっている。そしてこの調整ねじ45はノ
ズルホルダ37の内周面に形成されている雌ねじ46と
螺合している。またノズルホルダ37の側面側には突部
48が形成されており、この突部48には雄ねじ49が
形成され、この雄ねじ49と螺合する接続用ナット50
によって噴射管ノズル24がノズルホルダ37に接続さ
れるようになっている。
【0016】つぎに燃料噴射ポンプ25の各ポンプユニ
ットの構成を説明すると、図3および図4に示すよう
に、プランジャ54の下端部にはタペット55が取付け
られている。そしてタペット55は圧縮コイルばね56
によって下方に押圧されており、これによってカム30
の外周面に押付けられている。そしてプランジャ54が
摺動可能に嵌合しているバレル57にはスピルポート5
8が形成されるとともに、このスピルポート58とほぼ
対向するように、プランジャ54の外周面には傾斜溝5
9が形成されている。
【0017】バレル57の外周側にはピニオン60が回
転可能に支持されている。そしてこのピニオン60には
コントロールスリーブ61が固着されるとともに、この
コントロールスリーブ61に形成されている切欠き62
は係合板63を受入れている。この係合板63はプラン
ジャ54に固着されている。
【0018】各ポンプユニット26の出口側にはデリベ
リバルブ64が設けられており、ケーシング65の下部
に設けられているバルブシート66上に配されている。
そしてコイルばね67によってデリベルバルブ64はバ
ルブシート66側に押圧されている。
【0019】デリベリバルブ64内には図5に示すよう
に、ボールから成る定残圧弁68が配されており、ばね
受け69を介してばね70によって上方へ押されてお
り、バルブシート71の小孔72を開閉するようになっ
ている。
【0020】つぎに以上のような構成に成る燃料噴射装
置の動作の概要を説明する。
【0021】エンジンの出力の一部によってタイマ31
を介してカムシャフト29が駆動されると、カム30の
外周部がタペット55のローラを押上げることになり、
これによってプランジャ54がバレル57内を上方へ移
動する。するとプランジャ54の頂面がスピルポート5
8を閉じ、燃料の圧送を開始する。プランジャ54がさ
らに上方へ移動すると、やがて傾斜溝59がスピルポー
ト58に整合し、これによってプランジャ54の上側の
空間の圧力が傾斜溝59を通してスピルポート58側に
逃げるようになり、燃料の圧送が終了する。
【0022】燃料噴射ポンプ25のメカニカルガバナ2
7がコントロールラック28を移動させると、ピニオン
60が回転され、これによってコントロールスリーブ6
1が回転されるようになる。このコントロールスリーブ
61の回転は切欠き62および係合板63を介してプラ
ンジャ54に伝達され、バレル57内においてプランジ
ャ54が回転されることになる。従ってスピルポート5
8と整合する傾斜溝59の位置によって決まる有効スト
ロークが変化するようになり、燃料の調量が行なわれ、
1回に噴射される燃料の供給量が制御されるようにな
る。また燃料噴射ポンプ25のカムシャフト29に設け
られているタイマ31によって、カムシャフト29の位
相角が制御され、燃料の噴射のタイミングが調整される
ようになっている。
【0023】バレル57内においてプランジャ54が燃
料を圧送すると、デリベリバルブ64が開かれ、噴射管
24を通して燃料噴射ノズル20に燃料が圧送されるよ
うになる。図2に示す燃料噴射ノズル20の燃料通路4
2および43を通して燃料だめ51に燃料圧が加えられ
ると、ノズルニードル38はロッド39を介してばね4
0を圧縮しながら上方へ移動するようになり、これによ
ってノズルニードル38の先端側の部分がバルブシート
41から離れ、噴口35を通して燃料が噴射されるよう
になる。燃料の圧送を終了すると、ばね40の弾性復元
力によってロッド39を介してノズルニードル38が下
方へ押圧され、その先端部がバルブシート41に圧着さ
れて燃料の噴射を停止する。
【0024】燃料の噴霧は燃料噴射ノズル20の噴口3
5から、図1に示すピストン12の頂面に形成されてい
る燃焼室21に向けて噴射されるようになる。そしてこ
の燃料の噴霧は、圧縮された吸気の熱によって自然着火
され、シリンダ11内で燃焼が起り、ピストン12が下
方へ押され、エンジンの出力が取出されるようになる。
そしてこの後に排気弁19が開かれ、排気ポート17を
通して排気ガスが排出されるようになる。
【0025】しかも本実施例に係る燃料噴射装置におい
ては、図5に示すように、デリベリバルブ64内に定残
圧弁68を組込むようにし、この定残圧弁68によって
設定される圧力に噴射管24内の残圧を保持するように
している。また燃料噴射ポンプ25によって加圧された
燃料を燃料噴射ノズル20に供給するための噴射管24
を図6に示すように一部がテーパ管から成る噴射管24
から構成するようにしている。
【0026】すなわちここでは、図6に示すように、ポ
ンプ側の部分がテーパ部75から形成されるとともに、
先端側の部分がストレート部76から形成される噴射管
24を用いるようにしている。なお図7に示す変形例の
ように、ポンプ側のテーパ部75とノズル側のストレー
ト部76とをジョイント77および一対のナット78に
よって連結するような構造としてもよい。
【0027】このような構造によると、とくに先端側の
部分であってノズル側の部分をストレート部76から構
成することになり、噴射管24内のデッドボリュームが
図8に示すように、全長をテーパ管で構成した場合より
も少なくなる。そしてこのようなデッドボリュームの減
少に伴って、図9に示すように噴射管24内の圧力が増
大する。
【0028】とくに図9から明らかなように、噴射管2
4の入口側においてはほとんど差がないものの、噴射管
24の出口側においては大きな差を生じ、噴射管24を
テーパ管24のみから構成した場合に比べて燃料圧が著
しく増圧されるようになる。従ってこのような構造の噴
射管24を用いることによって、燃料噴射ポンプ側の圧
力を高めることなく、しかも燃料噴射ノズル20側の圧
力をより高くし、これによって超高圧噴射が可能にな
る。
【0029】すなわちこの実施例によれば、噴射管内の
反射圧力波を利用して増圧を行なうようにテーパ管から
成る噴射管24を用いるようにする際に、全長にわたっ
てテーパ管にすると、燃料噴射ポンプ25のカムの送油
期間に対して無駄な長さの部分のテーパ部をテーパ管2
4の先端部に生ずることになる。
【0030】そこで本実施例においては、この問題を解
決するために、噴射管24の先端側にストレート部76
を設けるようにしたものである。このような噴射管24
を用いることによって、超高圧噴射が可能になり、エン
ジン性能を改善するとともに、排ガスが著しく改善され
るようになる。すなわち従来と同様の列型燃料噴射ポン
プ25を用いながら、しかもノズル20側において高圧
噴射が達成されることになる。
【0031】つぎに第2の実施例を図10および図11
によって説明する。燃料噴射ポンプ25と燃料噴射ノズ
ル20とを接続する噴射管24としてテーパ管を用いる
ことにより、燃料噴射ポンプ25側の送油率を変更する
ことなく、しかも高圧噴射を行なうことが可能になる。
しかし全長をテーパ状にしたり、あるいはまた中間部分
までをテーパ状にする噴射管は、製造が非常に難しく、
またそのコストが増大する欠点があり、これによって実
用化が妨げられることになる。そこで本実施例において
は、図10に示すように、噴射管24の内径を、ポンプ
側からノズル側に向って段階的に細くするようにしてい
る。
【0032】このような噴射管24は、現在噴射管24
を製作する方法である引抜きしぼりの多段化によって対
応可能であり、実用化が容易に行ない得るようになる。
例えば図10に示す構成において、ポンプ側の大径部8
1の内径を2.4mmとし、中径部82の内径を2.0
mmとし、そしてノズル側の小径部83の内径を1.6
mmとすることが可能になる。なおこのような噴射管2
4の全長は例えば300〜1000mmの長さである。
【0033】一般に噴射管24内のボリュームは増方向
にあり、燃料噴射ポンプのデリベリバルブの部分に吸い
戻し弁を備える等容弁式のデリベリバルブを用いると、
噴射管24に気泡を生じ、増圧効果が得られない。従っ
てこのような多段階に内径が変化する噴射管24を用い
る場合においても、上記第1の実施例と同様の定残圧弁
68を用いるようにし、この定残圧弁68をデリベリバ
ルブと組合わせることによって、高い増圧効果を得るよ
うにしている。なお図10は3段階に内径が変化する噴
射管24を示しているが、噴射管24の内径の変化は2
段階以上であればよい。
【0034】つぎに第3の実施例を図12〜図18によ
って説明する。この実施例は図12および図13に示す
ように、燃料噴射ポンプ25の各ポンプユニット26か
ら燃料噴射ノズル20にそれぞれ3本の噴射管91、9
2、93を介して接続するとともに、これらの噴射管9
1〜93を切換え弁94を介して切換えるようにしたも
のである。またこのときに燃料噴射ポンプ25の各ポン
プユニット26のプランジャ54を突上げるカム30は
第14図に示すように、突上げ部分が凹み形状の凹みカ
ムが用いられる。
【0035】低速側で使用する噴射管91は、管内の反
射波により増圧効果を得るテーパ管であって、極力管内
のボリュームを小さくするとともに、テーパ角度を大き
くするようにしており、例えばその内径を1.6〜1.
8mmの直径とするとともに、長さを短く設定してい
る。これに対して高速側で使用する噴射管93は、その
内径を例えば2.0〜2.2mmの直径とするととも
に、長さを噴射管91、92よりも長くし、管内のボリ
ュームを大きくするようにしている。中速で用いる噴射
管92は、上記噴射管91、93の中間的な値に設定さ
れるようにしている。
【0036】極低速から低速においては、テーパ角度が
大きくてしかも反射波が有効に利用される長さの短い噴
射管91が図13に示す切換え弁94によって切換えら
れて選択される。低速から中速においては、テーパ角度
が中程度であってしかも長さが中間の中速用の噴射管9
2が用いられる。これに対して中速から高速域において
は、テーパ角度が小さく、しかも長さが最も長い高速用
の噴射管93が用いられるようになっている。これらの
各回転領域における噴射圧の特性は図15、図16、お
よび図17に示すようになる。
【0037】エンジン性能を向上させるとともに、排ガ
スの改善のためには、燃料の高圧噴射が必要である。従
来より高圧化のためにノズルの噴口径を小さくし、また
は高圧噴射ポンプで高圧化を行なうようにしていた。と
くに低速から高速に対しては回転数に比例して高圧化す
るようにしている。このような高圧化によると、低速側
の噴射圧が十分に得られず、高速側では過大な圧力を生
じ、燃料噴射ポンプ25の耐圧性や信頼性に問題を生ず
る。そこでこの実施例においては、極低速から低速の領
域、低速から中速の領域、および中速から高速の領域の
3段階に分けて噴射管91〜93のテーパ角とデッドボ
リュームを変化させるようにし、これによって図18に
示すように広い回転領域にわたってフラットな噴射圧を
得るようにしたものである。
【0038】従来より列型燃料噴射ポンプのカムリフト
を高めたり、プランジャの直径を大きくすることによっ
て、高圧化を行なっているが、回転数に比例して高圧化
を行なうようにしているために、低速側では思うように
圧力が上がらず、高速側では余剰の高圧となってしま
い、ポンプ本体の耐圧性より架体が強化され、重量が増
加するとともに、搭載スペースが増大し、コスト高とな
ってエンジンの搭載上限界に達している。本実施例によ
れば、図18に示すように、エンジンの低速から高速に
わたる広い回転領域にわたって、高速でかつフラットな
圧力特性が得られるようになり、とくに極低速から中速
にかけての噴射圧力を高めることが可能になる。
【0039】
【発明の効果】第1の発明は、燃料噴射ポンプから中間
部分までをノズル側の方が細いテーパ管から構成すると
ともに、噴射管の中間部分から燃料噴射ノズルホルダま
での部分をストレート管から構成するようにしたもので
ある。
【0040】従って噴射管内のデッドボリュームが少な
くなり、その分燃料圧が高くなり、これによってより高
い噴射圧が得られるようになる。従ってさらに高圧での
燃料噴射が行なわれるようになる。
【0041】第2の発明は、噴射管がノズル側の方が細
くなるように多段階状に直径を小さくした噴射管を用い
るようにしたものである。従って引抜きしぼりの方法に
よって内径が多段階状に変化する噴射管を得ることが可
能になり、高圧噴射の実用化が可能になる。
【0042】また第3の発明によれば、燃料噴射ポンプ
と燃料噴射ノズルとをテーパ角度が異なる複数のテーパ
管を介して接続するとともに、複数のテーパ管を切換え
弁によって切換えるようにし、低速側ではテーパ角度の
大きなテーパ管を用いるとともに、高速側ではテーパ角
度の小さなテーパ管を用いるようにしたものである。従
って低速側においてはテーパ角度の大きなテーパ管で増
圧することができるとともに、高速側ではテーパ角度の
小さなテーパ管によって過剰な高圧を抑えることが可能
になる。これによってエンジンの広い回転領域にわたっ
てほぼフラットな圧力特性を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る燃料噴射装置を備
えるディーゼルエンジンの要部の縦断面図である。
【図2】燃料噴射ノズルの縦断面図である。
【図3】燃料噴射ポンプの要部斜視図である。
【図4】同燃料噴射ポンプの縦断面図である。
【図5】デリベリバルブに組込まれている定残圧弁を示
す縦断面図である。
【図6】テーパ管とストレート管との組合わせから成る
噴射管の縦断面図である。
【図7】変形例の噴射管の縦断面図である。
【図8】噴射管内のデッドボリュームの変化を示すグラ
フである。
【図9】噴射管内の圧力の変化を示すグラフである。
【図10】第2の実施例の噴射管を示す縦断面図であ
る。
【図11】噴射管の内径の変化を示すグラフである。
【図12】第3の実施例の燃料噴射装置の正面図であ
る。
【図13】切換え弁の断面図である。
【図14】凹みカムの正面図である。
【図15】低速用の噴射管の特性を示すグラフである。
【図16】】中速用の噴射管の特性を示すグラフであ
る。
【図17】高速用の噴射管の特性を示すグラフである。
【図18】3つの噴射管の組合わせによって得られる噴
射特性を示すグラフである。
【符号の説明】
10 シリンダブロック 11 シリンダ 12 ピストン 13 ピストンピン 14 コンロッド 15 シリンダヘッド 16 吸気ポート 17 排気ポート 18 吸気バルブ 19 排気バルブ 20 燃料噴射ノズル 21 燃焼室 24 噴射管(テーパ管) 25 燃料噴射ポンプ 26 ポンプユニット 27 メカニカルガバナ 28 コントロールラック 29 カムシャフト 30 カム 31 タイマ 34 ノズル本体 35 噴口 36 リテーナ 37 ノズルホルダ 38 ノズルニードル 39 押圧ロッド 40 ばね 41 バルブシート 42、43 燃料通路 44 ばね受け 45 調整ねじ 46 雌ねじ 47 キャップ 48 突部 49 雄ねじ 50 接続用ナット 51 燃料だめ 54 プランジャ 55 タペット 56 コイルばね 57 バレル 58 スピルポート 59 傾斜溝 60 ピニオン 61 コントロールスリーブ 62 切欠き 63 係合板 64 デリベリバルブ 65 ケーシング 66 バルブシート 67 コイルばね 68 定残圧弁(ボール) 69 ばね受け 70 ばね 71 バルブシート 72 小孔 75 テーパ部 76 ストレート部 77 ジョイント 78 ナット 81 大径部 82 中径部 83 小径部 91 噴射管(低速用) 92 噴射管(中速用) 93 噴射管(高速用) 94 切換え弁 95 スプール

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料噴射ポンプによって燃料を加圧する
    とともに、加圧された燃料を噴射管を通して燃料噴射ノ
    ズルに供給し、その噴口から燃料を噴射するようにした
    燃料噴射装置において、 前記噴射管のポンプ側から中間部分までをノズル側の方
    が細いテーパ管から構成するとともに、 前記噴射管の中間部分から燃料噴射ノズルホルダまでの
    部分をストレート管から構成するようにしたことを特徴
    とする燃料噴射装置。
  2. 【請求項2】 燃料噴射ポンプによって燃料を加圧する
    とともに、加圧された燃料を噴射管を通して燃料噴射ノ
    ズルに供給し、その噴口から燃料を噴射するようにした
    燃料噴射装置において、 前記噴射管がノズル側の方が細くなるように多段階状に
    直径を小さくしたことを特徴とする燃料噴射装置。
  3. 【請求項3】 燃料噴射ポンプによって燃料を加圧する
    とともに、加圧された燃料を噴射管を通して燃料噴射ノ
    ズルに供給し、その噴口から燃料を噴射するようにした
    燃料噴射装置において、 前記燃料噴射ポンプと前記燃料噴射ノズルとをテーパ角
    度が異なる複数のテーパ管を介して接続するとともに、 前記複数のテーパ管を切換え弁によって切換えるように
    し、低速側ではテーパ角度の大きなテーパ管を用いると
    ともに、高速側ではテーパ角度の小さなテーパ管を用い
    るようにしたことを特徴とする燃料噴射装置。
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