JP3446594B2 - 噴射量可変ノズル - Google Patents

噴射量可変ノズル

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JP3446594B2
JP3446594B2 JP07996798A JP7996798A JP3446594B2 JP 3446594 B2 JP3446594 B2 JP 3446594B2 JP 07996798 A JP07996798 A JP 07996798A JP 7996798 A JP7996798 A JP 7996798A JP 3446594 B2 JP3446594 B2 JP 3446594B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の燃料噴射
手段として用いられる燃料噴射ノズルにおいて、燃料の
噴射量を変えることができる噴射量可変ノズルに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】ディーゼル内燃機関のように運転される
回転域や負荷域が広い場合、低速低負荷域では燃料噴射
率、噴射量を抑えるために噴孔径を絞った噴孔によって
噴孔面積を小さくし、逆に高負荷運転域では燃料噴射
率、噴射量を大きくするために噴孔面積を大きくしたい
という事情がある。従って従来より両方の領域での燃料
噴射特性を満足するために、低負荷域では低負荷用の噴
孔のみから燃料が噴射され、高負荷時になるとさらに別
の噴孔からも燃料噴射が行われる、いわゆる噴射量可変
のノズルがよく知られている。例えば、特開昭62−2
98659号にはニードルノズルのリフト量に応じて開
口する噴孔が変わるタイプの噴射量可変ノズルが開示さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
62−298659号にも示すように従来の技術ではニ
ードルのリフト量に応じて開口する噴孔を変えるにはニ
ードル内部に燃料供給通路を形成する必要がある。この
ような通路の加工はニードルノズル自体がそれほど大き
なものではないので加工が困難であり、また加工精度も
なかなか出しにくくノズルの製造コストを上昇させる原
因となる。
【0004】また、単に低噴射量用噴孔に加えて高噴射
量用噴孔を設けただけでは燃料噴射圧力が高くなると、
低噴射量の時に比べて燃料噴霧が上方に変位しやすくな
り、シリンダボアに燃料が衝突しやすくなるという問題
を回避することはできない。
【0005】従って、本発明はニードルノズル内部に燃
料通路を形成する等の加工をしなくてもニードルノズル
のリフト量に応じて開口する噴孔が変わるような構造と
してノズルの製造コストを下げるようにするとともに、
高噴射量時に燃料噴霧がシリンダボアに衝突しないよう
にすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、ニードルノズルを中実とし、ニードルノ
ズルが所定リフト量に達するまでは第1の噴孔のみが開
口し、所定リフト量を超えると第1の噴孔と共に第2の
噴孔も開口するようにし、ノズル軸線に対する噴射孔の
角度を噴射角として、第2噴孔の噴射角が第1噴孔の噴
射角よりも小さくなるようにして、前記第1の噴孔と共
に前記第2の噴孔から燃料を噴射する際に、前記第1の
噴孔から噴射される燃料が上方に広がることを、前記第
2の噴孔からの燃料の噴霧により抑えることを特徴とす
る。また、請求項2の発明は、内燃機関の燃料噴射手段
として用いられる噴射量可変ノズルにおいて、前記内燃
機関の低負荷運転時に、ニードルノズルが所定リフト量
に達するまでは第1の噴孔のみが開口し、前記内燃機関
の高負荷運転時に、ニードルノズルが所定リフト量を超
えると第1の噴孔と共に第2の噴孔も開口するようにす
るとともに、ノズル軸線に対する噴射孔の角度を噴射角
として、第2噴孔の噴射角が第1噴孔の噴射角よりも小
さくなるようにしたことを特徴とする。
【0007】このようにすれば、ニードルノズル内部に
燃料通路を形成しなくても噴射に使用される噴孔をニー
ドルノズルのリフト量で変えることができ、また第2噴
孔による噴射角が第1噴孔による噴射角より小さくして
いるので、ニードルノズルが所定リフト量に達して第2
噴孔が開口すると第1噴孔の噴霧が上方に広がるのを防
止でき、高噴射量時にピストン中央近傍に噴霧を集める
ことができる。
【0008】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
説明する。図1は第1の実施形態である燃料噴射ノズル
の概略断面図である。図1において、1は内部に円柱状
で中実のニードルノズル2を摺動可能に収納するニード
ルノズルボディである。3はニードルノズルボディ1先
端に形成された第1噴孔であって、主に低圧燃料噴射に
適するように噴孔径と噴射角θ1(以下、ニードルノズ
ルの軸線と噴孔の軸線との成す角をいう)が決められて
いる。また、第1噴孔の数は特に限定されるものではな
く適宜決められる。4はニードルノズル2の大径部と小
径部の境界付近に設けられる燃料だまりであり、図示し
ない外部のコモンレール(燃料蓄圧室)から供給される
燃料を導く燃料通路12に連絡しており、ニードルノズ
ル2の大径部外周にはリング状にスリット11が形成さ
れている。ニードルノズル2の小径部からスリット11
まではニードルノズルボディ1との間に多少の隙間を有
して燃料がその隙間に満たされるようになっている。し
かし、大径部のスリット11より上部とニードルノズル
ボディ1との間には隙間はなく、基本的には燃料は流れ
ないようになっている。ただし、後述するように高圧噴
射で第2噴孔10からも燃料が噴射できるように摺動可
能になっている。また、ニードルノズルボディ1には前
記燃料だまり4よりも上方から下方に向けて第2噴孔1
0が形成されている。この第2噴孔10はニードルノズ
ル2が所定のリフト量に達するまでは閉口されており、
所定のリフト量に達すると前記スリット11に係合して
開口し、燃料が燃料だまり4、スリット11、第2噴孔
10を介して噴射される。第2噴孔10の噴射角θ2は
第1噴孔3の噴射角θ1よりも小さくされており、その
形成位置は第1噴孔3に対応した位置とされて、第1噴
孔3と同じ数だけ設けられている。ただし、必ずしも第
1噴孔3と対応させて設ける必要はなく、例えば第1噴
孔3の位置に対して円周方向で少しずらした位置として
もよい。8はニードルノズルボディ1をホルダーボディ
9に固定するためのリテーナナットである。
【0009】ニードルノズル2後端はばね座6に連結さ
れ、ばね座6はピストン13に連結されて、ばね7によ
ってニードルノズル2は常時下方に付勢されている。5
はニードルノズル2のリフト位置を規制するためのスト
ッパである。ピストン13は圧力制御室14内に収容さ
れ、この圧力制御室14の燃料圧によってピストン13
が上下動し、それによってニードルノズル2が上下動す
るようになっている。図1にも示すように、燃料通路1
2から分岐した通路によって圧力制御室14に燃料がイ
ンレットオリフィス15を介して供給されるようになっ
ており、圧力制御室14からはボール16がシート部か
ら離れたときにアウトレットオリフィス17、リターン
通路18を介して燃料がリターンするようになってい
る。したがって、燃料無噴射時は圧力制御室14に燃料
が供給されて、ニードルノズル2とピストン13の受圧
面積の差からニードルノズル2は下方に押圧されてい
る。一方、電磁コイル19に通電し、ボール16をシー
ト部から浮かせると燃料が圧力制御室14からリターン
通路18を通って排出される。燃料の排出量が多くなれ
ばなるほどピストン13を下向きに押す力が減少し、ニ
ードルノズル2が燃料によって上向に押される力が相対
的に大きくなる。そしてニードルノズル2を上向きに押
す力がばね7によるばね力とピストン13を下向きに押
す力の合計よりも大きくなった時ニードルノズル2は上
昇し第1噴孔3が開口して燃料噴射が行われる。したが
って圧力制御室14から排出される燃料をコントロール
することでニードルノズル2のリフト量を所定リフト量
までとそれ以上とに切替えることができる。
【0010】次に第1の実施形態の作用について説明す
る。燃料の無噴射時は電磁コイル19は通電されておら
ずボール16によって燃料のリターン通路18は閉塞さ
れているのでニードルノズル2によって第1噴孔3、第
2噴孔10共に閉口している。次に低負荷運転時に第1
噴孔3のみからの噴射を実施したい場合は電磁コイル1
9に通電して圧力制御室14から燃料を排出させる。低
負荷運転時の噴射では燃料圧力はそれほど高く無いので
ニードルノズル2を押し上げる力もそれほど強くなく、
圧力制御室14から燃料を排出させてもニードルノズル
2がフルリフト、すなわち所定リフト量を超えることが
無いようにしているので第1噴孔3のみからの燃料噴射
となる。第1噴孔3からの噴霧は燃料圧力が小さければ
上方に広がることはあまりないので噴霧がシリンダボア
に衝突することはない。次に、高負荷運転時に第2噴孔
10からも燃料を噴射させる際には、供給される燃料が
低負荷時に比べ高圧となっているから圧力制御室14か
ら燃料を排出させればニードルノズル2を押し上げる力
が強くニードルノズル2はフルリフトとなり、スリット
11と第2噴孔10が通じて第2噴孔10から燃料が噴
射される。このとき、第1噴孔3からの噴霧は燃料圧力
が高いために上方に広がろうとするが、第2噴孔10の
噴射角が第1噴孔3の噴射角に比べてかなり小さくされ
ているために、第2噴孔10からの噴霧によって上方に
広がるのが抑えられる。これによって高負荷運転時にも
噴霧をピストン中央付近に集めることができ、良好な燃
焼が達成できる。
【0011】次に図2に基づいて本発明の第2の実施形
態について説明する。図2中2は大径部、小径部を有す
るニードルノズルで、大径部と小径部の境界付近にはニ
ードルノズルボディ1に第1燃料だまり4が形成されて
いる。ニードルノズル2はニードルノズルボディ1内を
上下に摺動可能で、ばね7により常時下方(ニードルの
閉弁方向)に付勢されている。ニードルノズルボディ1
の先端には低圧噴射用の第1噴孔3が複数形成され、そ
の噴孔径と噴射角は低圧噴射時に適するものとされてい
る。一方、ニードルノズル2の後端側にはニードルノズ
ル2のリフト量を規制するためのストッパ5が設けられ
ている。このストッパ5はホルダーボディ9内で上下に
わずかに移動できるように皿ばね21によって下方に付
勢されて支持されている。ストッパ5はニードルノズル
2に接する部分にリング状に突起22が形成されてい
る。そして、ニードルノズルボディ1には燃料噴射ノズ
ルの軸線に沿って第2噴孔10が形成され、第2噴孔1
0はストッパ5に当る位置まで形成されて、ストッパ5
によって常時は閉口されているが、ストッパ5が上方に
移動したときに開口する。第2噴孔10の外周にはリン
グ状に第2の燃料だまり20が形成されており、前記第
1燃料だまり4とともに外部から供給される燃料の燃料
通路12に連絡しており、燃料が満たされている。そし
て、第2燃料だまり20の燃料はストッパ5が上昇した
ときに第2噴孔10に連通して噴射されるようになって
いる。ただしこのとき、前記ストッパ5に設けられたリ
ング状の突起22によって燃料がばね室23の方へ流れ
ないようになっている。
【0012】次に第2の実施形態の作用について説明す
る。図2の燃料無噴射状態から図3のように低圧燃料噴
射が実行される際は、燃料によってニードルノズル2を
押し上げる力がばね力に勝り、ニードルノズル2がスト
ッパ5の位置までリフトする。このとき第1噴孔3のみ
が開口し、燃料が第1噴孔3のみから噴射される。燃料
圧力が低圧のときはストッパ5を押し上げるだけの力が
ニードルノズル2に作用しないので、ニードルノズル2
はストッパ5の位置までしかリフトしない。一方図4に
示すように、高圧燃料噴射時には燃料圧力が高いために
ニードルノズル2にはストッパ5をさらに上方に押し上
げるのに十分な力が作用し、ニードルノズル2とともに
ストッパ5が皿ばね21に抗して押し上げられ、第2噴
孔10が開口し第2燃料だまり20からの燃料が第2噴
孔10からも噴射される。
【0013】第2実施形態でも第1実施形態と同様に、
高圧燃料噴射時には第1噴孔3からの噴霧は上方に広が
りやすくなるが、第2噴孔10からの噴霧によってその
広がりが抑えられ下方に向かう噴霧となる。これによっ
て高負荷運転時に噴霧をピストン中央部に集めることが
でき良好な燃焼を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の燃料噴射ノズルの概略断面図。
【図2】第2実施形態の燃料噴射ノズルの概略断面図。
【図3】第2実施形態の動作を説明する図(低リフト
時)。
【図4】第2実施形態の動作を説明する図(高リフト
時)。
【符号の説明】
1 ニードルノズルボディ 2 ニードルノズル 3 第1噴孔 4 燃料だまり(第1燃料だまり) 5 ストッパ 6 ばね座 7 ばね 9 ホルダーボディ 10 第2噴孔 11 スリット 12 燃料通路 13 ピストン 14 圧力制御室 18 リターン通路 19 電磁コイル 20 第2燃料だまり 21 皿ばね 22 突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02M 51/06 F02M 51/06 Z (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 61/18 320 F02M 61/18 350 F02M 61/18 360 F02M 47/00 F02M 51/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニードルノズルを中実とし、ニードルノ
    ズルが所定リフト量に達するまでは第1の噴孔のみが開
    口し、所定リフト量を超えると第1の噴孔と共に第2の
    噴孔も開口するようにし、ノズル軸線に対する噴射孔の
    角度を噴射角として、第2噴孔の噴射角が第1噴孔の噴
    射角よりも小さくなるようにして、前記第1の噴孔と共
    に前記第2の噴孔から燃料を噴射する際に、前記第1の
    噴孔から噴射される燃料が上方に広がることを、前記第
    2の噴孔からの燃料の噴霧により抑えることを特徴とす
    る噴射量可変ノズル。
  2. 【請求項2】 内燃機関の燃料噴射手段として用いられ
    る噴射量可変ノズルにおいて、 前記内燃機関の低負荷運転時に、ニードルノズルが所定
    リフト量に達するまでは第1の噴孔のみが開口し、前記
    内燃機関の高負荷運転時に、ニードルノズルが所定リフ
    ト量を超えると第1の噴孔と共に第2の噴孔も開口する
    ようにするとともに、ノズル軸線に対する噴射孔の角度
    を噴射角として、第2噴孔の噴射角が第1噴孔の噴射角
    よりも小さくなるようにしたことを特徴とする噴射量可
    変ノズル。
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