JP2917528B2 - 内燃機関用燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディーゼルエンジン等の
内燃機関に使用する燃料噴射弁に関し、詳細にはノズル
孔を開閉するニードルのリフトを制御して２段燃料噴射
を行なう燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から燃料噴射弁の噴射率特性を噴射
経過時間に応じて変化させることにより燃料の着火、燃
焼特性を向上させ、機関騒音の低減と排ガス性能の改善
を図った内燃機関が知られている。これらの内燃機関に
使用する燃料噴射弁は燃料油圧力が比較的低い噴射初期
にはノズル孔を開閉するニードルのリフトを小さく押
え、少量の初期噴射を行ない、その後に燃料油圧力が充
分上昇した状態でニードルを大きくリフトさせて大量の
主燃料噴射を行なうようにしている。

【０００３】この種の燃料噴射弁の例としては実公昭61
−4705号公報に記載されたものがある。同公報の燃料噴
射弁は燃料油圧力により開弁方向に移動するニードルと
このニードルを閉弁方向に押圧付勢する第１のばねと、
ニードルと同一軸線上に開弁方向に所定距離を置いて配
置された押棒と、該押棒を閉弁方向に向けて押圧付勢す
る第２のばねと、該押棒がニードルと上記所定距離だけ
離れた位置より閉弁方向側に移動することを規制するス
リーブとを備えている。燃料油圧力が上昇して第１の所
定圧力に達するとニードルが第１のばねの付勢力に抗し
て押棒に当接するまでリフトして初期噴射を行なう。更
に燃料油圧力が上昇すると、ニードルは第１のばねの付
勢力と押棒に作用する第２のばねの付勢力とに抗して押
棒を押動して大きくリフトし、主燃料噴射を行なう。

【０００４】また特開昭62−240467号公報には、上記第
１と第２のばねに加えて、これらのばねを収容する空間
に開閉弁とオリフィスとを介して燃料油を導入するよう
にして、ニードルを閉弁方向に押圧する背圧室を形成し
た燃料噴射弁が開示されている。上記公報の燃料噴射弁
では前記実公昭和61−4705号公報の燃料噴射弁と同様
に、第１のばねの付勢力に抗してニードルがリフトする
ことにより初期噴射を行ない、更に第１と第２のばねの
合力に抗してニードルがリフトすることで主燃料噴射が
行なわれる。このとき初期噴射においては、燃料油圧力
上昇とともに開閉弁が開弁し背圧室内に燃料油が流入す
るため背圧室の圧力上昇によりニードルのリフトが抑制
される。また主燃料噴射終了時に燃料油圧力が下降を開
始すると開閉弁が閉じるため、背圧室内の燃料油はオリ
フィスのみから流出するようになり背圧室内の圧力降下
が燃料油圧力降下より遅くなる。このため背圧室内は燃
料油より高い圧力に保持され、この圧力差がニードルに
作用する閉弁力を増大させる。これにより、初期噴射時
には噴射率が緩やかに上昇すると共に主燃料噴射の終期
に急激に燃料噴射を終了する、いわゆる“切れ”の良い
噴射特性を得ることができ、排ガス中のＨＣ低減等を可
能としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記実公昭61−4705公
報の燃料噴射弁は初期噴射時の開弁圧力と主噴射終了時
の閉弁圧力とは第１のばねの付勢力により決まる一定の
比をとるため、低速サージの改良等の目的で初期開弁圧
を低く設定すると閉弁圧力も低くなり噴射の切れが悪化
してしまい排ガス中のＨＣ増加を招く問題がある。特に
開弁圧力を低く設定したため閉弁圧力が低くなった結
果、閉弁圧力よりエンジンの筒内圧力が高くなるような
運転条件が生じるようなことがあると筒内燃焼ガスがノ
ズル内部に逆流侵入して燃料噴射弁各部の耐久性を低下
させる恐れがある。

【０００６】一方、特開昭62−240467号公報の燃料噴射
弁では背圧室を設けたことにより閉弁圧力が開弁圧力よ
り高く維持されるため上記の問題は生じないが、背圧室
内の燃料油圧力をニードルの閉弁力として用いているた
めに以下の問題がある。すなわち、背圧室内の圧力は運
転条件により変化するためノズルの閉弁圧力も一定にな
らず運転条件により変化してしまう、また背圧室内にも
燃料が出入りするため、燃料噴射系続のデッドボリュー
ムが大きくなりポンプ容量を増大させる必要が生じる、
等の点である。

【０００７】本発明は上記問題に鑑み、燃料噴射系続の
デッドボリュームの増大を伴わず、しかも閉弁圧力を運
転条件によらず一定に維持したまま閉弁圧力を高め、２
段階噴射の特性を活かしながら噴射の切れを向上させる
ことができる燃料噴射弁を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料噴射弁は、
第２のばねの付勢力をニードルに伝達する押棒の移動を
規制するストッパを設け、このストッパ位置を燃料油圧
力上昇時と下降時とで移動させて押棒の作動ストローク
を変えることにより、開弁時より閉弁時の方がニードル
に大きな閉弁方向の力が加わるようにしたことを特徴と
する。

【０００９】すなわち、本発明によれば燃料油圧力によ
りノズル内を開弁方向に押動されてノズル孔を開口させ
るニードルと、該ニードルを燃料油圧力に対抗して閉弁
方向に押圧付勢する第１のばねと、前記ニードルから開
弁方向に所定距離を介して配置された押棒と、該押棒を
ニードルの前記閉弁方向に押圧付勢する第２のばねと、
所定位置に配置され、前記押棒に当接して前記閉弁方向
への移動を規制するストッパとを備え、前記ニードルが
開弁方向移動時に前記押棒に当接するまでは前記第１の
ばねによる反力を受け、押棒に当接後は前記第１のばね
と前記第２のばねとの両方の反力を受けるようにした燃
料噴射弁において、前記ニードルに作用する燃料油圧力
を前記ストッパに導く高圧通路を備え、前記ストッパ
は、燃料油圧力上昇時には前記高圧通路内の燃料油圧力
が第１の所定圧力を越えると前記ニードルの閉弁方向に
移動して前記押棒の閉弁方向への移動を許すとともに、
燃料油圧力下降時には前記高圧通路内の燃料油圧力が前
記第１の所定圧力より低い第２の所定圧力より低くなる
と押棒の閉弁方向への移動を規制する前記所定位置に復
帰し、前記燃料油の第１の所定圧力は、前記燃料油がニ
ードルを開弁方向に押動する力が前記第１のばねと前記
第２のばねとの両方によりニードルに作用する反力の合
計より大きくなる圧力に設定されていることを特徴とす
る燃料噴射弁が提供される。

【００１０】

【作用】燃料油圧力上昇時にはニードルは、燃料油圧力
に押動されて第１のばねの反力に抗して押棒に当接する
まで開弁方向に移動する。これにより初期噴射が行なわ
れる。更に燃料油圧力が上昇してニードルの開弁方向に
加わる力が第１のばねと第２のばねとの反力より大きく
なるとニードルは第２のばねの反力に抗して押棒を押動
して開弁方向に大きく移動し、主燃料噴射が行なわれ
る。

【００１１】燃料油圧力が上昇中に高圧通路内の燃料油
圧力が第１の所定圧力を越えると押棒の開弁方向への移
動を規制するストッパが移動し、押棒は閉弁方向に移動
可能となる。この燃料油の第１の所定圧力は、燃料油圧
力によりニードルの開弁方向に加わる力が第１のばねと
第２のばねとの両方の反力の合計より大きくなる圧力、
すなわち上記主燃料噴射が行われる燃料油圧力より大き
な値に設定される。また、ストッパは燃料油圧力が下降
して上記第１の所定圧力より低い第２の所定圧力になる
まで移動位置に保持されるため、ニードルには、完全に
閉弁するまで第１のばねと第２のばねの反力の合力が作
用し、閉弁圧を高く維持することができる。

【００１２】すなわち本発明の燃料噴射弁では初期噴射
時の開弁圧力は第１のばねの反力で与えられ、主燃料噴
射終期の閉弁圧力は第１のばねと第２のばねの反力の合
計として与えられるため開弁圧力より閉弁圧力が大きい
噴射弁特性が得られる。

【００１３】

【実施例】図１に本発明による燃料噴射弁の第１の実施
例を示す。図において燃料噴射弁１はホルダ11下部にチ
ップパッキン17を介してノズル16を取付けた構造であ
る。ノズル16内には燃料油圧力に押動されてノズル内を
摺動しノズル16の噴射孔を開閉するニードル２が設けら
れている。ニードルのリフト量すなわち噴射孔の開口面
積は上記チップパッキン17とニードルのショルダー部２
ａとの隙間により決まる。ノズル16、チップパッキン17
はリテーニングナット18によりホルダ11下部に固定され
ている。

【００１４】本実施例ではニードル２上端には第１のプ
レッシャピン３を介してニードル２の閉弁方向（図の下
向き方向）に第１のばね４の付勢力が加わっている。第
１のばね４はホルダ内のばね室にニードルと同軸に配置
され、その付勢力、すなわちニードルの初期噴射開弁圧
力は、ばね室段付部に装着した第１開弁圧調整用シム７
の厚さを変えることにより調整可能である。

【００１５】またニードル２上端の第１のプレッシャピ
ン３と所定の間隙を介して第２のプレッシャピン（押
棒）５がニードルと同一軸線上に設けられており、この
第２のプレッシャピン５はばね室上部に設けられた第２
のばね６によりニードル２の閉弁方向に付勢されてい
る。また10は第２プレッシャピン５のニードル閉弁方向
への移動を規制するストッパとして機能するピストンで
ある。ピストン10は後述するように外径に段付部を有す
る中空円筒状であり、第２のプレッシャピン５はピスト
ン10底部中央に設けた貫通孔を通って延設され、その上
端部に設けた大径部５ａが第２のばね６と係合し下向き
の力を受けると共に、ピストン10内部底面に設けた円環
状の初期リフト調整用シム８に当接してニードル２の閉
弁方向への移動が制限される。第１のプレッシャピン３
と第２のプレッシャピン５との間隙ＨＤ１、すなわち初
期噴射時のニードルリフト量は上記初期リフト調整用シ
ム８の厚さを変えることにより調整可能である。また第
２のプレッシャピン５に加わる第２のばね６の付勢力、
すなわち初期噴射から主燃料噴射に移行する燃料圧力は
第２のばね６上部に設けた第２開弁圧調整用シム９の厚
さを変えることにより調整可能である。

【００１６】ピストン10は前述のように段付外径部を有
する略中空円筒形状であり、外周の大径部10ａと小径部
10ｂとの間の段付部10ｃはテーパ状に形成されている。
ピストン10はばね室内にピストン10と前記第１開弁圧調
整シム７との間に配置したピストン用ばね15により上向
きに付勢力を受けており、上記テーパ段付部10ｃがホル
ダー11内部に形成したテーパ状のホルダーシート部11ａ
に押圧されピストン10とホルダーシート部11ａとの間が
密閉される。

【００１７】図に14で示すのはホルダー11内の上記ホル
ダシート部11ａ下部に形成された高圧室である。高圧室
14はノズル16に圧送される燃料の通路12と連通しており
高圧室14内の圧力は燃料油圧力と略等しくなっている。
この高圧室内圧力はピストンテーパ段付部10ｃのホルダ
シート部11ａと係合している部分の外側の大径部に加わ
りピストン10を下向きに押す力を発生させる。従って燃
料油圧力がある値以上に上昇するとピストン10は、ばね
15の付勢力に抗して下方向（閉弁方向）に移動する。こ
のときの燃料油圧力は、ばね15とピストン10との間に介
装したピストン開弁圧調整用シム13の厚さを変更するこ
とにより調整可能である。

【００１８】次に図１の実施例の燃料噴射弁の作動につ
いて説明する。図示しないポンプより圧送された燃料
は、燃料通路12を通り、高圧室14及び、ノズル16に供給
される。ノズル16に供給された燃料の圧力が上昇し、第
１のばねにより設定される第１の開弁圧に達すると、ニ
ードルに加わる上向き（開弁方向）の力がばねの付勢力
に打ち勝ち、ニードルが上昇を始め、初期噴射が行なわ
れる。ニードルが初期リフトＨＤ１だけ上昇すると、第
１のプレッシャピン３が第２のプレッシャピン５に当接
する。第２のプレッシャピン５は、第２のばね６により
付勢されている為、リフトはこれにより規制され、上昇
が中断する。更に、ポンプからの燃料圧送が続き燃料圧
力が上昇して第２の開弁圧になるとニードル２を押し上
げる力は、第１のばねと第２のばねの合力より大きくな
り、ニードル２は第２のプレッシャピン５を押し上げて
更に上昇する。ニードル２の上昇はニードル２に形成さ
れたショルダー部２ａがチップパッキン17に当接するま
で続き、ショルダー部２ａとチップパッキン17が当接し
たときに最大リフトＨＤが得られる。

【００１９】高圧室14の圧力は、この間燃料油圧力とと
もに上昇し、ピストン10に働く下向きの力も増大するた
め、燃料油圧力が所定のピストン開弁圧力になるとピス
トン10はホルダーシート部11ａから離れ下方に移動す
る。このピストン開弁圧力はニードル２が第２のプレッ
シャピン５を押し上げる燃料油圧力（第２の開弁圧）よ
り高く設定されているため、ピストン10の下降開始前に
第２のプレッシャピン５はニードル２に押し上げられ上
昇を開始している。従ってピストン10の作動はニードル
２の開弁動作には影響を与えない。

【００２０】ピストン10が下方に移動して一旦ホルダー
シート部11ａから離れると今までホルダーシート部11ａ
と当接していたテーパ段付部の部分にも高圧室14内の圧
力が作用するようになるためピストン10の受圧面積は増
大し、ピストン10に加わる下向きの力が増大する。この
ため主燃料噴射が終期に近づき、燃料油圧力が再度上記
ピストン開弁圧力まで低下してもピストン10は下降位置
に保持されたままの状態を維持し、燃料油圧力が上記ピ
ストン開弁圧より低い所定のピストン閉弁圧力になるま
でホルダーシート部11ａに当接する位置には復帰しな
い。

【００２１】従って燃料油圧力降下時には、第２のプレ
ッシャピン５はピストン10により移動を規制されること
なく、ニードル２が下方に移動して完全にノズルが閉弁
された状態においても第１のプレッシャピン３に当接
し、ニードル２に第２のばね６の付勢力を伝達する。こ
のため、ニードル２の閉弁力は第１と第２ばねの合力と
なり、従来のように第１のばねのみによる閉弁力より大
きくなり、閉弁圧を上昇させることができる。上記ピス
トンが原位置に復帰する閉弁圧力はニードル閉弁後燃料
油圧力が更に低下したときの値に設定される。

【００２２】上記のようにしたことでニードル開弁圧に
較べ、ニードル閉弁圧を高く設定することが可能となり
切れの良い噴射特性を得ることができる。また、閉弁圧
力は第１と第２のばねの合計反力で与えられ、高圧室14
内の燃料圧力には依存しないため運転条件にかかわらず
閉弁圧力は一定となる。またピストン10の移動による高
圧室14の容積増大も微小でありデッドボリュームが問題
になることもない。

【００２３】図２は本実施例の燃料噴射弁作動時の各部
分の状態変化を示す。図において噴射終了時付近の点線
で示した作動線は従来の実公昭61−4705号公報に記載さ
れた形式の燃料噴射弁を示している。図からわかるよう
に従来に較べて燃料噴射率は噴射終了時に急激に低下
し、切れの良い噴射特性が得られている。次に図３は本
発明の燃料噴射弁の第２の実施例の構造を示している。
本実施例においては、第２のプレッシャピン５を中空に
形成し、第１のプレッシャピン３が第２のプレッシャピ
ン５の中空部を貫通してニードルに当接しており、第１
の実施例とは第１のばねと第２のばねの位置関係が逆に
なっている他は各部の動作は第１の実施例と同じであ
る。図３において図１と同じ参照番号で示した部分は図
１と同じ作用を有し、本実施例の作動については第１の
実施例の作動説明から明らかであるのでここでは説明を
省略する。

【００２４】

【発明の効果】本発明による燃料噴射弁は上記のように
構成したことにより燃料噴射系統のデッドボリューム増
大を伴うことなく噴射終了時の閉弁圧力を高く設定でき
るため、噴射終了時の切れの良い噴射特性が得られ、排
ガス中のＨＣ成分低減が可能となる。また、閉弁圧力は
運転条件にかかわらず一定に保持されるため、全運転領
域にわたり良好な噴射特性が保証される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料噴射弁の第１の実施例の構造を示
す縦断面図である。

【図２】図１の実施例の各部作動状態を表わす図であ
る。

【図３】本発明の燃料噴射弁の第２の実施例の構造を示
す断面図である。

【符号の説明】

１…燃料噴射ノズル ２…ニードル ３…第１のプレッシャピン ４…第１のばね ５…第２のプレッシャピン ６…第２のばね 10…ピストン 10ａ…大径部 10ｂ…小径部 10ｃ…テーパ段付部 11…ホルダ 11ａ…ホルダーシート部 12…燃料通路 14…高圧室 15…ピストン用ばね 16…ノズル 17…チップパッキン 18…リテイニングナット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 45/08 F02M 47/00 F02M 61/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料油圧力によりノズル内を開弁方向に
   押動されてノズル孔を開口させるニードルと、該ニード
   ルを燃料油圧力に対抗して閉弁方向に押圧付勢する第１
   のばねと、前記ニードルから開弁方向に所定距離を介し
   て配置された押棒と、該押棒をニードルの前記閉弁方向
   に押圧付勢する第２のばねと、所定位置に配置され、前
   記押棒に当接して前記閉弁方向への移動を規制するスト
   ッパとを備え、前記ニードルが開弁方向移動時に前記押
   棒に当接するまでは前記第１のばねによる反力を受け、
   押棒に当接後は前記第１のばねと前記第２のばねとの両
   方の反力を受けるようにした燃料噴射弁において、前記ニードルに作用する燃料油圧力を前記ストッパに導
   く高圧通路を備え、 前記ストッパは、燃料油圧力上昇時
   には前記高圧通路内の燃料油圧力が第１の所定圧力を越
   えると前記ニードルの閉弁方向に移動して前記押棒の閉
   弁方向への移動を許すとともに、燃料油圧力下降時には
   前記高圧通路内の燃料油圧力が前記第１の所定圧力より
   低い第２の所定圧力より低くなると押棒の閉弁方向への
   移動を規制する前記所定位置に復帰し、前記燃料油の第
   １の所定圧力は、前記燃料油がニードルを開弁方向に押
   動する力が前記第１のばねと前記第２のばねとの両方に
   よりニードルに作用する反力の合計より大きくなる圧力
   に設定されていることを特徴とする燃料噴射弁。