JP2850501B2 - 燃料噴射ノズル - Google Patents

燃料噴射ノズル

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はディーゼル機関などに燃料を霧化状態で供給
するための燃料噴射ノズルに関する。
[従来の技術] ディーゼル機関に使用されている燃料噴射ノズルは特
開昭59−200063号等に開示されているように、ノズルボ
ディ内に摺動自在に収容された針弁の先端側にテーパ状
の受圧面を形成してこれに燃料圧力を作用させて開弁
し、ノズルボディの先端部に形成された噴口から燃料を
噴射させるように構成されている。また、最近では、燃
料噴射ノズルの噴口の数や、燃焼室に対する燃料噴射方
向が検討され、燃料の噴射状態や、噴射時期と噴射期間
を調節することにより、自発的な燃焼の促進、出力・燃
費の向上、燃焼騒音の低減、NOx等の排出の低減等を可
能とする技術が検討されている。
[発明が解決しようとする課題] しかし、従来の燃料噴射ノズルは、噴射圧力、燃料噴
射量、噴射期間等が、通常、燃料噴射ノズルへ燃料を送
油する噴射ポンプによって決定されてしまう構造であ
り、また、噴口の数が固定で噴口合計面積を増減するこ
とができない構造となっているため、従来では、エンジ
ン低速回転時には噴射圧が低くなってしまったり、エン
ジン低負荷時には噴射時間が短くなってしまったりする
等、良好な燃焼状態を継続させることができないという
問題があった。
[課題を解決するための手段] 本発明は上記課題を解決することを目的として、以下
のような手段を採用した。
すなわち、ノズルボディの先端部に加圧燃料を導くた
めのホールを形成すると共にその先端部に上記ホールと
連通された複数の噴口を形成し、上記ホールの外周側に
ノズルボディの弁座に着座・離間される昇降自在な針弁
を設け、この針弁の軸心部に上記ホールに摺動自在に係
合されて上記噴口を開閉するロータリー弁を回転自在に
設けた。
さらに、上記ロータリー弁の作動により、上記複数の
噴口のうちの一部の噴口を選択的に開閉することとし
た。
さらに、上記ロータリー弁の作動により、上記複数の
噴口の開口合計面積を変更することとした。
さらに、上記ロータリー弁の作動を、機関の負荷、回
転数に応じて制御することとした。
[作用] ロータリー弁の回転位置は調節自在であるため、燃料
の噴射状態等を調整できる。
例えば、エンジンのスタート時から低負荷,低回転時
にロータリー弁の回転位置を実際に使用する噴口の数を
減少させたり、または、その使用する噴口の開度を調節
して各噴口の開口面積を減少させ、高負荷、高回転時に
は、ロータリー弁の回転位置を実際に使用する噴口の数
を増加させたり、または、その使用する噴口の開度を調
節して各噴口の開口面積を最大面積の範囲で増加させる
ことが可能になる。
この切換えにより、低負荷、低回転時では、噴口数の
減少または噴口面積の減少に伴って噴霧の圧力は、高圧
化され噴射期間が延長されるようになり、エンジン低回
転時には噴霧の圧力上昇による噴霧の空気過剰率(噴霧
中に取込む空気の取込み率)の増大により良好な濃度
(空燃比)の混合気が生成されて燃費が改善され、低負
荷時には適正な空燃比の混合気の生成により着火遅れ割
合が減少して全体的に熱発生率が下がりNOxが減少させ
るようになる。一方、高負荷・高回転数では、ロータリ
ー弁の回転位置を変更して使用する噴口の数を増加さ
せ、または各噴口の開口面積を増加させて噴射圧力を低
下させ、噴射期間を短縮する。この結果、燃焼室内には
高負荷に必要な流量の噴霧が全体的に均一に分散されて
供給されるようになり、安定した高出力の燃焼が行われ
るようになる。このようにエンジンの負荷と回転数に対
応した噴射圧力、噴射期間、噴射量となるように噴口の
合計面積を実質的に調節することが可能であり、NOxの
低減や燃費を向上させることが可能になる。
[実施例] 以下に本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
第1図及び第2図(イ),(ロ)に示すようにノズル
ボディ1は、その先端側に燃料を噴射するための複数の
噴口2を有し、第1図に示すようにノズルボディ1の軸
心上に針弁3を昇降自在に、かつ摺動自在に収容するた
めの弁案内穴4を有して形成されている。弁案内穴4に
は、その先端側に、針弁3のシート5を着座・離間させ
るために円錘状の弁座6を有して形成され、後端側に針
弁3の先端側に形成されたテーパ状の受圧面7に燃料圧
力を作用させて針弁3を開弁方向へ作動させるための燃
料圧力部8が形成されている。
弁座6は、上記弁案内穴4の内面を先端側へ向かって
順次縮径させて形成され、燃料圧力部8は、弁案内穴4
の内面を円周方向に沿って半径方向外方へ窪ませて環状
溝状に形成されている。
実施例にあって噴口2は、ノズルボディ1の先端を閉
じて形成されたホール9内と連通させて円周方向に間隔
を有して8個形成されており、各噴口2の噴口径は、エ
ンジン高負荷時に必要とする流量(噴射量)の燃料を、
エンジンの燃焼室に対して噴射する噴口径に設定されて
いる。
一方、第3図に示すようにノズルボディ1の後端部に
は、プッシュロッド10を介して針弁3の後端を付勢し針
弁3の開弁圧を調整するためのリターンスプリング11を
収容したノズルホルダ12がリテーニングナット13により
接続されており、このノズルホルダ12及びノズルボディ
1には、上記燃料圧力部8と連通させて燃料噴射ポンプ
(図示せず)からの燃料を、燃料圧力部8へ誘導するた
めの一連の燃料供給通路14が形成されている。
従って燃料圧力部8内へ供給された燃料の圧力が上記
スプリング11の開弁圧に達すると同時に針弁3が開弁さ
れてシート5が弁座6から離間され、燃料圧力部8の燃
料がホール9内に流入されるようになり、8個の噴口2
からエンジンの燃焼室(図示せず)内に燃料が噴射され
るようなる。
ここで、本実施例では、負荷と回転数に応じ燃料の噴
射量、噴射圧力、噴射期間を調節すべく噴射ノズルの噴
口合計面積を可変させるようにしてある。
すなわち、第1図に示すように上記針弁3にその軸心
部位を開口して貫通孔15を形成し、その貫通孔15にロー
タリー弁となる回転軸17を挿入して設けている。回転軸
17は、その先端部が、上記ホール9に回転・摺動自在に
係合可能な弾頭状に形成され、その先端部に、第1図及
び第2図(イ),(ロ)に示すように円周方向に間隔を
有して噴口2と上記燃料圧力部8とを連通させて接続す
るための案内溝18が窪ませて形成されている。この案内
溝18は実施例にあって4個形成され、各案内溝18の溝幅
は、ある回動位置(第2図(イ)の位置)では円周方向
において隣接された2つの噴口2を連通させて噴口2の
全てから燃料の噴射を可能し、かつその回転位置と隣り
合う別の回動位置(第2図(ロ)の位置)では、案内溝
1つにつき1つの噴口2のみを連通させて半数の4つの
噴口2から燃料の噴射を可能とする溝幅に形成されてい
る。つまり、4つの噴口2を開とする場合は、その開と
なる噴口2の両隣の噴口2が、回転軸17の先端部外周面
によって閉鎖されるようになっている。
この回転軸17の回転位置を切換えて変更するために上
記ノズルホルダの後部には、第3図に示すように回転軸
17の後端に連結させてコントローラ19の制御を受けて作
動するステップモータ等の駆動装置20が設けられてい
る。コントローラ19は、その入力部にエンジン回転数,
負荷が信号として入力されるように構成され、さらに第
4図に示すように、エンジンの低回転時および低負荷時
には上記駆動装置20を4つの噴口2を使用する回転位置
(第2図(ロ)の位置)に回転軸17の回動位置を切換
え、高回転、高負荷時には、上記駆動装置20を8つの噴
口2を使用する位置(第2図(イ)の位置)の回転軸17
の回動位置切換えるマップ21を有して構成されている。
次に実施例の作用を説明する。
回転軸17に形成した案内溝18は、燃料圧力部8と噴口
2とを抵抗なく接続しているため圧力損失が極めて少な
く、また各噴口2の噴射量が均等化されるようになり、
回転軸17を有していない従来の燃料噴射ノズルに対し
て、燃焼室内の燃料噴霧の拡散度、貫徹力が安定し、期
待する混合気の分散、分布が行われ、空気利用率を調整
することができるようになる。
エンジンのスタート時から低負荷,低回転時は、コン
トローラ19は、上記駆動装置20を制御して回転軸17の回
転位置を4個の噴口2を使用する回転位置(第2図
(ロ)の位置)に切換える。この切換えにより4つ噴口
2より噴射される噴霧の圧力は、8個の噴口使用時と比
較して高圧化されると共に、噴射期間が延長されるよう
になる。この結果、エンジンは低回転では噴霧の圧力上
昇による噴霧の空気過剰率(噴霧中に取込む吸気の取込
み率)の増大により良好な濃度(空燃比)の混合気が生
成されて燃費が改善され、低負荷時には適正な空燃比の
混合気の生成により着火遅れ割合が減少して全体的に熱
発生率が下がりNOxが減少するようになる。
一方、高負荷・高回転数では、コントローラ19は、上
記駆動装置20を制御して回転軸17の回転位置を8個の噴
口2を使用する回転位置(第2図(イ)の位置)に切換
える。この切換えによって噴射圧力は低下し、噴射期間
が短縮され、燃焼室内には高負荷に必要な流量(噴射
量)の噴霧が全体的に均一に分散されて供給されるよう
になり、安定した高出力の燃焼が行われるようになる。
なお、上記マップは回転軸17の切換えを示す基本的な
一例であるため、厳密に4噴口と8噴口の切換え時期
は、負荷と回転数に基づくテストデータによって決定さ
れることは当然である。また、噴口2の開口面積を可変
させる手段としては各噴口2のそれぞれの開度を同時に
調節する形式のロータリー弁を採用し、負荷と回転数に
基づいて厳密に形成したマップによりコントローラ19の
制御をリニアに制御するように構成することも当然可能
である。
また、上記実施例では、ロータリー弁の回転軸17の回
転により噴口の開口合計面積を可変としているが、噴口
合計面積をほぼ一定としたまま噴口数を変更したり噴射
方向を変更するようにすることができる。例えば、噴口
数を変更する場合には、大口径で少数の噴口群と、小口
径で多数の噴口群とに切替・変更することができる。
また、上記実施例では、負荷及び回転数によりロータ
リー弁を切替作動するようにしているが、負荷のみ又は
回転数のみに基づいて上記切替作動を制御するようにし
てもよい。さらに、1回の噴射サイクル中に切替作動さ
せるようにしてもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、ロータリー弁
により複数の噴口を開閉することができ、これにより、
例えばエンジンの負荷と回転数に対応した噴射圧力、噴
射期間、噴射量となるように燃料噴射ノズルの噴口合計
面積を調節したり噴射方向を変更することができこれに
よりNOxの低減、燃費の向上などに大きく寄与できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す要部詳細断面図、第2
図(イ),(ロ)は回転軸とノズルボディの先端部の断
面を示す図、第3図は本発明に係る燃料噴射ノズルの全
体を示す断面図、第4図はコントローラに組込むマップ
を示す図である。 図中、1はノズルボディ、2は噴口、9はホール、17は
ロータリー弁としての回転軸、19はコントローラであ
る。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−256555(JP,A) 特開 昭60−22071(JP,A) 特開 昭55−117066(JP,A) 特開 昭61−286575(JP,A) 特開 昭61−286577(JP,A) 特開 昭64−87869(JP,A) 実開 平2−114768(JP,U) 実開 昭56−107952(JP,U) 実開 昭63−112270(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02M 61/04 F02M 61/10 F02M 61/18

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ノズルボディの先端部に加圧燃料を導くた
    めのホールを形成すると共にその先端部に上記ホールと
    連通された複数の噴口を形成し、上記ホールの外周側に
    ノズルボディの弁座に着座・離間される昇降自在な針弁
    を設け、該針弁の軸心部に上記ホールに摺動自在に係合
    されて上記噴口を開閉するロータリー弁を回転自在に設
    けたことを特徴とする燃料噴射ノズル。
  2. 【請求項2】上記ロータリー弁の作動により、上記複数
    の噴口のうちの一部の噴口を選択的に開閉することを特
    徴とする請求項1記載の燃料噴射ノズル。
  3. 【請求項3】上記ロータリー弁の作動により、上記複数
    の噴口の開口合計面積を変更することを特徴とする請求
    項1又は2記載の燃料噴射ノズル。
  4. 【請求項4】上記ロータリー弁の作動を、機関の負荷、
    回転数に応じて制御することを特徴とする請求項1〜3
    のいずれかに記載の燃料噴射ノズル。
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