JP2946772B2 - ポペット型燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に備えるポペ
ット型燃料噴射ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射ノズルによる燃料噴射率を機関
の運転状況に応じて制御するものとして、「ディーゼル
機関の燃料噴射弁の燃料噴射率制御装置」（特開昭59-2
3061号公報）が提案されている。

【０００３】図４に示すように、この提案は、プレッシ
ャスプリング１によって適宜付勢されている弁体２のカ
ラー部３に当接する圧電素子の積層体４をノズルホルダ
５内に設けて、機関の回転速度及び負荷の増大・減少に
従って電圧供給する制御器（図示せず）によって積層体
４を伸縮させることで、カラー部３との距離を調節する
ように構成されている。またプレッシャスプリング１
は、調節ねじ６とナット７とでその付勢力が調節される
ようになっており、噴射ポンプからの燃料の圧力がこの
付勢力に打ち勝ったときに噴射が始まるように構成され
ている。

【０００４】従って、上記距離を減少させることで噴射
圧力を増加させ、逆に距離を増加させることで噴射圧力
を減少させて、機関の運転状態に応じた燃料噴射率にし
ようとするものである。

【０００５】ところで上記提案においては、噴射圧力を
変えることで燃料噴射率の制御を行おうとするものであ
り、ノズルの噴口８自体の形状は一定であった。このた
め最適な燃料噴射を得ようとする場合には、未だ不充分
で、その制御幅に限界があり、このため本出願人は、先
に下方に付勢された弁体のリフト上限を機関運転状態に
応じて調節するリフト制御手段と、上記弁体の下端部に
設けられリフト位置に従ってノズルボディの噴口形状を
変化させるポペット部材とを備え、リフト制御手段によ
り、機関運転状態に応じて弁体のリフト量を変え、ポペ
ット部材により噴口形状を変えて所望の噴口形状とし、
燃料噴射率の制御，燃料噴射率の制御幅の拡大，低速・
低負荷時の燃料供給性の安定化及び高速・高負荷時の充
分な燃料供給を行うようにした「燃料噴射ノズル」（特
願昭2-131162号）を提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記提案の燃
料噴霧の噴射方向（飛翔方向）は、ポペット弁の軸心と
ポペット弁の燃料案内面との成す交角によって一義的に
決定された平面的な方向となり、この燃料噴霧中にキャ
ビティ内空気を取り込ませて、空燃比を改善しスモ−ク
を改善するためには、スキッシュ流などの空気流動に依
存しなければならかった。つまり、上記提案では、スキ
ッシュ流生成のためにキャビティの上部にスキッシュ生
成用のリップを必要とするようになり、ピストンのポン
ピングロスは改善できないという問題があった。

【０００７】なお、燃料噴霧の拡散が図られるようにす
るために、ポペット型燃料噴射ノズルの噴口の直径を燃
料噴射方向に順次拡大し、弁体先端にこの噴口に係合す
るポペット部を形成して負荷により燃料噴射幅を拡大す
るように構成した提案（「ディ−ゼルエンジン用ポペッ
ト型燃料噴射弁」（特開昭 59-147861号））が知られて
いるがこの提案でも噴霧方向は特定されており、上記問
題の解決はできない。

【０００８】本発明の目的は、噴射工程中にポペット弁
を強制的に上下動させてキャビティに立体的な噴霧の供
給を可能とするポペット型燃料噴射ノズルを提供するに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るポペット型
燃料噴射ノズルは、ノズルボディに設けられた噴口内を
延出する弁軸、上記噴口外の位置で上記弁軸先端からノ
ズル半径方向外側に延出する燃料案内部、及び燃料案内
部の延出端を球面状に形成してなる球面部を有したポペ
ット弁と、上記噴口の出口周縁部に設けられ、上記球面
部に対してノズル半径方向外側に位置されるボディ側球
面部と、上記ポペット弁を各噴射行程中に噴口開閉方向
へ強制的に駆動するリフト制御手段とを備え、上記球面
部及び上記ボディ側球面部の球の半径及び直径を同等の
大きさｒ及びＤとし、それら球面部の中心間距離Ｐをｒ
＜Ｐ＜Ｄの関係を満たすように設定したものである。

【００１０】

【作用】リフト制御手段は、ポペット弁の位置を、各燃
料噴射行程中に開閉方向に駆動する。このため、ポペッ
ト弁の球面部とボディ側球面部の外周を結ぶ接線が変化
し、これに伴って燃料の噴射方向が立体的に変更され
る。従って従来（特願昭2-131162号）のように燃料噴霧
の噴射方向を固定的としたものに対して燃料噴霧中に多
くの空気が取込まれるようになり、スキッシュ流によら
ずスモ−ク性能の改善、ポンピングロスの改善が可能に
なる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を、添付図面に従って
説明する。

【００１２】図１は、本発明に係わるポペット型燃料噴
射ノズルの一実施例を示している。ポペット弁１１は、
ノズルボディ１３内に上下移動自在に設けられ、その下
端部１５が円錐状を呈してノズルボディ１３の弁座部１
６に着座するように構成されている。そして、燃料噴射
ポンプ（図示せず）の燃料供給圧力により上方にリフト
して弁座部１６から離間したときに、ノズルボディ１３
に形成された噴口１７を開放させて、燃料供給路１８
（環状圧力室１９）と連通させることで、燃料をキャビ
ティ（図示せず）内に噴射させるように構成されてい
る。また上端部２０にはポペット弁１１を下方に、即ち
噴口１７の閉成方向に所定のバネ力を以て付勢するスプ
リング２１が設けられている。

【００１３】リフト制御手段１２は、ポペット弁１１の
上端部２０にスプリング２１と並設されて取り付けられ
た圧電素子の積層体２２と、積層体２２を適宜伸縮させ
るための駆動部２３とで構成されており、積層体２２
は、その上方に設けられたストッパ２４に当接すること
で、ポペット弁１１のリフト量（上方移動量）を制限す
る第１のアクチュエータ機能と、その制限されたリフト
範囲内で各噴射行程中にポペット弁１１を上下に強制的
に移動させる第２のアクチュエータ機能とを発揮できる
ように構成されている。圧電素子（ジアゾ素子）は、電
圧を加えると振動（変形）する素子として周知のもので
あり、本実施例にあっては軸方向に伸縮するように積層
されている。また駆動部２３は、入力信号に応じて電圧
を出力する制御器（CPU ）２５と、その出力電圧を増幅
して積層体２２の作動電圧に変換する電圧増幅器（DC/D
C コンバータ）２６とで成る。本発明では制御器２５へ
の入力信号として、機関の回転速度及び負荷の高低が入
力されるように構成されている。

【００１４】図２に示すように、ポペット部１４は、ポ
ペット弁１１の先端部１５に一体的に形成されて噴口１
７内を軸芯方向に延出され、且つ噴口１７の外方となる
位置において噴口１７の出口周縁部３５を囲むようにノ
ズル半径方向外側に延出されその延出端を略球状に膨出
されて形成されている。具体的には、ポペット部１４は
噴口１７内に収容されさらに噴口１７から外部へ適宜突
き出されて形成された細径寸法の弁軸２７と、その弁軸
２７先端を鍔状にノズル半径方向外側に延出させて形成
され燃料を案内するための鍔状の燃料案内部２８と、そ
の燃料案内部２８の延出端を球面状に成形して形成され
た球面部２９とから成る。

【００１５】一方、ノズルボディ１３には、その噴口部
３０の先端に、上記球面部２９と協同して燃料の噴射方
向を上下に変更し、ピストンのキャビティ（図示せず）
に対して燃料の立体的な噴射を可能とするために、噴射
方向調節部が一体的に形成されている。具体的に噴射方
向調節部は、上記弁軸２７の先端側を包囲して噴口１７
を燃料の噴射側へ実質的に延長する円筒部３１と、その
円筒部３１の先端を球面状に成形して形成されたボディ
側球面部３２とから成る。

【００１６】さらに詳しくはこれらボディ側球面部３２
及びポペット弁１１の球面部２９は、ほぼ同等な球面を
構成する半径寸法で形成され、図３に示すように、これ
らの球面部２９，３２相互の中心間距離Ｐは、球の直径
Ｄ，球の半径ｒとしたとき、おおよそｒ＜Ｐ＜Ｄの関係
を満たすように設定されている。

【００１７】次に本実施例の作用を説明する。

【００１８】圧縮行程の後半において、燃料噴射ポンプ
（図示せず）によって供給された燃料の供給圧がスプリ
ング２１の付勢力を上回るとき、ポペット弁１１は弁座
部１６に着座した燃料噴射停止状態から上方にリフトさ
れて、上端部２０が積層体２２を介してストッパ２４に
当接されることにより、図３に示すような噴射状態位置
となる。このとき燃料は、図３中矢印Ａにて示したよう
に、弁座部１６及び噴口１７を経由して、ポペット弁１
１の球面部２９とボティ側球面部３２によって所定の面
積になされたクリアランスＳから円錐状に、キャビティ
に噴射される。本発明ではこのような油圧開弁型ノズル
の基本的な油圧開弁制御に加え、機関の回転数及び機関
の負荷に応じて上記クリランスＳの上限を制限し、機関
運転状態に応じてポペット弁１１のリフト量を変え、ポ
ペット部１４により噴口形状を変えて所望の噴口形状と
し、燃料噴射率の制御，燃料噴射率の制御幅の拡大，低
速・低負荷時の燃料供給性の安定化及び高速・高負荷時
の充分な燃料供給を行う。つまり、制御器２５は、入力
された機関回転数及び機関の負荷などの機関運転情報に
基づいて、電圧増幅器２６へ送る作動電圧値を適正に決
定する。これにより機関の低負荷・低回転時にあって
は、積層体２２が駆動部２３からの作動電圧により適宜
縮退され、クリアランスＳが狭められて最大噴射圧力が
高められると共にその噴射量が絞られる。機関の高負荷
・高回転時にあっては、積層体２２は伸長され、クリア
ランスＳが広がって噴射圧力が低められると共にその噴
射量が多くなる。そして本発明において制御器２５は、
この燃料噴射圧力の制御にさらにキャビティに対する燃
料の噴射方向を各燃料噴射行程中に立体的に変化させ
て、燃料噴霧中への空気取込み率を大巾に改善する制御
を加える。つまり、制御器２５は、ポペット弁１１のリ
フト上限を決定する制御を実行すると同時にそのリフト
上限によって決定したポペット弁１１のリフト範囲内に
おいて、各燃料噴射行程中に、積層体２２へ送る電圧値
を変更してポペット弁１１をその開閉方向に駆動する。
このため、上記クリアランスＳが変更される一方で、こ
れら球面部２９，３２の外周を結ぶ接線方向が図３に示
すように変更され、燃料の噴霧方向が立体的に変更され
るようになる。この噴霧方向の範囲は、上記球の半径ｒ
＜中心間距離Ｐ＜球の直径Ｄの場合においておおよそ図
３のａ，ｂによって囲まれた範囲Ｚとなる。この結果、
噴射された燃料中には多くのキャビティ内空気が取り込
まれ、空燃比を良好とする混合気がキャビティ内に立体
的に分散分布されるようになる。従って従来のようにス
キッシュ流によらずスモ−ク性能が改善されるようにな
り、ポンピングロスの低減が可能となる。なお、ポペッ
ト弁１１を強制的に移動させて立体的な燃料噴射を行う
場合において、ポペット弁１１の作動方向は通常、開方
向となり、また、ポペット弁１１の移動速度及び移動範
囲については、機関の運転状態（機関負荷、機関回転
数、温度（冷却水温，大気温度，燃料御温度））に基づ
いて適宜制御することは当然である。また、本実施例に
あってはリフト制御手段として圧電素子の積層体を設け
たが、機関運転状態に応じて伸縮するものであれば、ど
のようなものでも構わない。

【００１９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００２０】(1) 燃料噴霧の方向を立体的に変化させて
空気を多量に取込んだ混合気を生成でき、スモ−ク性能
を大巾に改善できる。

【００２１】(2) ピストンのポンピングロスを実質的に
低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるポペット型燃料噴射ノズルの一
実施例を示した側断面図

【図２】図１のII部拡大図

【図３】本発明に係わるポペット型燃料噴射ノズルの作
用を説明するための断面図

【図４】従来の燃料噴射ノズルを示した側面図である。

【符号の説明】

１１ ポペット弁 １２ リフト制御手段 １３ ノズルボディ １４ ポペット部１７ 噴口 ２７ 弁軸 ２８ 燃料案内部 ２９ ポペット弁の球面部 ３０ 噴口部 ３２ ノズル側球面部３５ 出口周縁部 Ｄ 球面部の球の直径 Ｐ 球面部の中心間距離 ｒ 球面部の球の半径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 61/06 - 61/08 F02M 61/18 330 F02M 61/18 350 - 360 F02M 45/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルボディに設けられた噴口内を延出
   する弁軸、上記噴口外の位置で上記弁軸先端からノズル
   半径方向外側に延出する燃料案内部、及び該燃料案内部
   の延出端を球面状に形成してなる球面部を有したポペッ
   ト弁と、上記噴口の出口周縁部に設けられ、上記球面部
   に対してノズル半径方向外側に位置されるボディ側球面
   部と、上記ポペット弁を各噴射行程中に噴口開閉方向へ
   強制的に駆動するリフト制御手段とを備え、上記球面部
   及び上記ボディ側球面部の球の半径及び直径を同等の大
   きさｒ及びＤとし、それら球面部の中心間距離Ｐをｒ＜
   Ｐ＜Ｄの関係を満たすように設定したことを特徴とする
   ポペット型燃料噴射ノズル。