JPH02259271A

JPH02259271A - 磁歪材付き燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JPH02259271A
Application number: JP1082966A
Authority: JP
Inventors: Taku Murakami; 卓村上; Hiroshi Yamamoto; 浩山本
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1990-10-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ディーゼル機関における磁歪材付き燃料噴射
ノズルに関する。

〔従来の技術〕

先ず請求項１についての従来の技術を説明する。

ディーゼル機関において、燃料噴射ノズルの燃料噴射口
の形式には大別してホール形と、ビントル形との２種類
がある６図示しないが、前者ホール形は、燃料噴射ノズ
ルの先端に、中心より円周状に、かつ、中心軸より所定
の角度（燃料噴射角である）に、複数個の燃料噴射口を
配列する構成である。この作用を述べれば、各ホールか
ら燃料を燃焼室内に噴射する。このときホール形は、各
ホールの所定の燃料噴射角やその内径の大きさに基づき
、燃料を広く、かつ、均一に噴霧できる等の利点がある
。そこでホール形は概ね直接噴射式エンジンに用いられ
る。同じく図示しないが、後者ビントル形は、燃料噴射
ノズルの先端の中心部に１個の貫通口を備え、この貫通
口内に別途所望の縦断面形状であって、かつ、移動可能
であるニードルを備える構成である。このニードルは、
例えば燃料噴射ノズルの構成部品であるプランジャの先
端部を、その縦断面形状が、例えば台形となるように、
加工したものである。作用を述べれば、ニードルが変化
する縦断面形状を備えるため、ニードルの移動に基づき
、ニードル外壁と貫通口端面とで形成される隙間δの面
積が変化し、この隙開面積から噴射される燃料が、ニー
ドルの移動に基づき、変化することを利用したものであ
る。このビントル形は、例えば当初予備的燃料噴射をし
、後に本格的燃料噴射を行うことができる等の利点を有
するため（尚、ニードルの移動と、ニードルの縦断面形
状の変化と、貫通口の形状及びサイズ等との関係により
、燃料噴射角等も同様に変化するため）、燃料を経時的
に好適な位置に噴射することができる等の利点もある。

従って、このビントル形は概ね予燃焼室式エンジンに用
いられる。

次に請求項２についての従来の技術を説明する。

通常ディーゼル機関における燃料噴射タイミングは、大
別して燃料噴射ポンプ側で制ｍ（ｗ４節を含む、以下同
様）する形式（いわゆるポッシエ式等）と、カムに連動
される燃料噴射ノズルであって、かつ、この連動部側で
制御する形式（いわゆるカミンズ式等）との２つの形式
がある。ところが近年、燃料噴射ノズルに燃料断続弁を
備え、この燃料断続弁からの燃料の内圧を利用して燃料
噴射タイミングを制御するという形式の燃料噴射ノズル
が実用化されつつある。このような燃料噴射ノズルの２
つの例を４第８図及び第９図を参照して説明する。第８
図は燃料噴射ノズルの外観図、第９図は燃料噴射ノズル
と、その燃料回路との構成関係を示す模式図である。第
８図及び第９図に示す通り、燃料噴射ノズルは、エンジ
ンのクランクシャフトに連動するカムにより作動される
タペット、プッシェロフド及びロッカーアーム等を経て
押し下げられるプランジャレバー７１を備えている。こ
のプランジャレバー７１が押し下げられると、この下部
のプランジャバレル７２内の燃料を圧縮する。このとき
プランジャバレル７２内が密封された状態であれば、燃
料は非圧縮体であるため、プランジャレバー７１の押し
下がりのストロークは、そのまま燃料を介し、プランジ
ャバレル７２の下部のプランジャ７３の押し下がりのス
トロークとなる。そしてプランジャ７３の下部のメータ
リングバレル７４内の噴射用の燃料４０を燃料噴射口２
１を経て燃焼室に高圧で噴射するようになる。尚、先の
状態において、プランジャバレル７２内が密封されてい
ない状態であれば、プランジャ７３を押し下げることが
できないため、燃料を噴射することができない、そこで
、前述の、プランジャバレル７２の中が密封された状態
にするには、また更にこのプランジャバレル７２内に燃
料を導（には、プランジャバレル７２に通ずる燃料回路
と、この燃料回路中に燃料断続弁とを設ける必要がある
。これら燃料回路と、燃料断続弁とは、第８図及び第９
図において、燃料回路は図番７５で示され、またその燃
料断続弁は図番９０で示される。即ち、燃料断続弁９０
が閉まっているときは、プランジャレバー７１の移動ス
トロークに従い、燃料は噴射されるが、燃料断続弁９０
が開いているときは、プランジャレバー７１の移動スト
ロークはプランジャ７３とは無関係となり燃料を噴射す
ることができなくなる。換言すれば、燃料断続弁９０の
開く時期を制御すれば、燃料噴射タイミングを制御する
ことができるようになる。そして、従来の技術にあって
は、この燃料断続弁９０の駆動源としてはソレノイド弁
が使用される構成となっている。

〔発明が解決しようとするｍ！ｉ）先ず請求項１について説明すれば、上記従来の燃料噴射
ノズルの燃料噴口は、次に掲げる不都合がある。

（１）ホール形の場合、各々の燃料噴射口が接近してい
るため、燃料圧や燃焼ガス圧等によりこの燃料噴射口の
間に亀裂が生じ易い、更に、燃料噴射口の数、位置及び
サイズ等が既定であるため、所定の性能にしか寄与する
ことができない。

（２）ビントル形の場合、より良い燃料切れを、また、
より良い噴射圧等を確保するため、燃料噴射の都度、ニ
ードルの根本外周の押庄が貫通口の奥内周の受座に圧接
する構成となっており、このため、両座が磨耗して燃料
噴射に経時変化をもたらせたり、更に弁座同士の強圧に
よる燃料噴射ノズル先端部の欠損原因の発生原因となる
等の不都合がある。更に、ビントル形の場合、ホール形
に対して燃料噴射状況が変化するといえども、その変化
の度合いは予め定められた変化である。従って、ホール
形は勿論のこと、ビントル形もまた燃料噴射状況を外部
から自在に変更せしめるという操作をすることができな
い。

（３）ホール型を予燃焼室式エンジンに、またビントル
型を直接噴射式エンジンに採用するのが困難である。

次に請求項２について説明すれば、従来のソレノイドを
燃料断続弁９０の駆動源として使用する構成にあっては
、ソレノイド弁は安価であるという利点を備えているが
、反面次に掲げる不都合がある。

（１）応答性が悪い、つまり燃料噴射タイミングを高速
制御することが困難である。

（２）上記応答性を高めるため、ソレノイドを大型化・
する必要がある６例えば第８図に示すように、燃料断続
弁９０は燃料噴射ノズルの本体に対して大きな場積を占
めるようになる。つまり燃料噴射ノズル全体及びエンジ
ンのサイズが大型化する。

（３）ソレノイドを駆動させるには高磁場が必要であり
、このため高電流を供給する必要がある。

つまり電源系やその１１ｔ１機器も大型化する。

かかる不都合は、将来のエンジンにおける小型化及び高
速化にとり大きな支障の原因となるものである。

そこで本発明は、上記従来の問題点に着目し、請求項１
については、機械的強度に影響を与えず、燃料噴射を自
在にしかも外部から制御可能であり、しかも汎用性のあ
る燃料噴射ノズルを提供することを目的とする。更に、
高速応答性が優れ、１１８１Ｌ易く、かつ、小型化を容
易に図ることができる燃料断続弁の駆動源を備える燃料
噴射ノズルを提供することを目的とする。

（！Ｈａｔを解決するための手段〕上記目的を達成するため、請求項１に係わる磁歪材付き
燃料噴射ノズルは、第１図を参照し説明すれば、燃料噴
射口２０に磁歪材でなるニードル３０を備えた構成とし
た。尚、ここで言う燃料噴射口２０とは、当然に、従来
の技術で説明したホール形に於ける各ホールと、ビント
ル形における貫通口と、その他のものとを指すものであ
って、いわゆる燃料を噴射するための孔の総称を指す。

また、以下請求項１の説明では、説明を簡単にするため
、［磁歪材でなるニードル」を以下ニードルと呼ぶ。

次に請求項２に係わる磁歪材付き燃料噴射ノズルは、第
２図を参照し説明すれば、燃料断続弁９０を備え、この
燃料断続弁９０からの燃料の内圧を利用して燃料噴射タ
イミングを制御する燃料噴射ノズルにおいて、前記燃料
断続弁９０の駆動源が磁歪材９１でなる構成とした。

〔作用〕一般的に磁歪材は、この磁歪材に印加する磁界の強度、
時間及びパルス形式等により、適宜、自在、高速、かつ
、容易に制御することができる。

また圧電素子と比較しても操作し易いという長所を備え
ている。即ち、上記請求項１の構成によれば、燃料噴射
ノズルにおける燃料噴射のタイミングと、燃料噴射量と
を自在に制御することができるようになる。また請求項
２の構成によれば、磁歪材９１を駆動することにより弁
体９３を作動させて燃料４０を断続し、燃料噴射のタイ
ミングを自在に制御することができるようになる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を第１図〜第７図を参照して説明す
る。

先ず請求項１の発明の実施例を第１図及び第３図〜第７
図に示す、第１図は第１実施例の構成図、第３図は第２
実施例の部分構成図、第４図は第３実施例の構成図、第
５図は実施例の作用を説明する特性グラフ、第６図は実
施例の駆動回路図、第７図は実施例と従来との比較効果
を示すグラフである。第１実施例は、第１図に示す通り
、従来の技術で言えば、ビントル形の燃料噴射口（貫通
口）２０内に磁歪材でなるニードル３０を備えた構成と
した。第２実施例はニードル３０の他の形態を示したも
のである。即ち、前記第１実施例のニードル３０の形状
が、単なる円柱であるに対し、第２実施例はニードル３
１の形状は、第３図に示す通り、ニードル３１の燃焼室
側端部に丸みをもたせたものである。この丸みにより、
噴射された燃料４０は燃焼室内に広く、かつ、均一に噴
霧関係が第５図で示される磁歪材（市販のＴ　ｂ−Ｄ　
ｙ−され得る。従って、ニードル３０についての他の実
施例として、エンジン性能の要求に応じ、燃料噴射口形
式とあいまって、各種形態のニードルのバリニーシロン
がある。第３実施例は、第４図に示す通り、従来の技術
で言えば、ホール形の燃料噴射ノズル１１の燃料噴射口
２１の燃料配給部内に磁歪材でなるニードル３０を備え
た構成とした、上記第１実施例〜第３実施例の作用を次
に述べる。ニードル３０．３１の太さの標準サイズを燃
料噴射口２０の内径と同一として（この場合、燃料は噴
射されない）、磁界をニードル３０・、３１に印加する
と、ニードル３０．３１は長手方向に伸び（即ちニード
ル３０．３１の太さが細くなり）、このため、燃料噴射
口２０と、ニードル３０３１との間に隙間δが生ずる。

そこで、この隙間を通り、燃料４０を噴射させることに
なる。かかる実施例の内の第１実施例の効果を次に述べ
る、即ち、印加磁界（横軸：磁界の強さ〔Ｏｅ〕で示す
）に対する磁歪度合（縦軸：（ｐｐｍ））のＦｅ系の超
磁歪材）をニードル３０とした。駆動回路は、第６図に
示す通り、このニードル３０と、バイアス用磁石５２と
を高透磁率の強磁性体５１で挟持し閉回路とし、強磁性
体５１に励磁用コイル５３を巻き製作したものである。

本第１実施例の効果は、第７図に示すように、エンジン
回転数（横軸：（ｒｐｓ））が上昇する程に、適正燃料
噴射時期（縦軸：　（”　ＢＴＤＣ）　Ｄｅｇｒｅｅ　
ｂｅｆｏｒｅ　ｄｅａｄｃｅｎｔｅｒ　　’ピストン上
死点前〜度」の意味）を選ぶことができる。つまり同図
に於いて、従来のタイマ装置なしのエンジンのグラフ線
０は、エンジンが高速回転する程に適正範囲Ａから外れ
てしまう、しかるに、本実施例では常時適正範囲Ａの平
均中心に収まることができる。更に、図示しないが、エ
ンジン燃料消費率も発明者の使用エンジンでは約ｌＯ％
の向上をもたらす、そして予燃焼式エンジン及び直接噴
射式エンジンのどちらに対しても汎用性がある。また駆
動回路について補足すれば、実施例の燃料噴射ノズルを
利用すれば、この駆動回路を燃料制御ガバナとすること
ができる。即ち、この駆動回路を、所定のエンジン性能
となるように燃料噴射量を制御するできる。実施例のタ
イマ機能について説明すれば、燃料噴射タイミングは、
エンジンの１ｉ２１転が高速になればなる程に、早くす
る必要があるが、本発明の構成によれば、単に燃料噴射
口とニードルとの間に隙間を作る時期を早めるだけのこ
とである。つまり本発明の磁歪材付き燃料噴射ノズルを
使用すれば、適宜自在、かつ、容易に行うことができ、
タイマの機能を当然に含むことになる。つまり従来のよ
うに別途タイマを装着するという無駄からも解放される
。

次に請求項２の発明を説明する。実施例を第２図に示さ
れる。尚、説明を簡単にするため、実施例の磁歪材付き
燃料噴射ノズルは、燃料噴射ノズル自体については従来
と同一であり、かつ、従来の技術で説明済みのため、こ
れの説明を省略し、燃料断続弁９０についてのみ以下述
べる。ボディ弁座に合致する形状の弁体９３を嵌入し、
この弁体９３の他端に磁歪材（Ｔｂ−Ｄｙ−Ｆｅ系超磁
歪材）を固設する。磁歪材９１には励磁コイル９２を施
し磁界を印加する。磁界を印加すると、磁歪材９１は長
手方向に伸び、弁体９３は弁座から離れ（隙間δ）、燃
料はスムーズにプランジャバレル７２内に導かれる。他
方磁界の印加を止めると、弁体９３は弁座に密着しく隙
間δ−０）、燃料の流れは停止してプランジャバレル７
２内は密封された状態となり、そこでプランジャレバー
７１が押し下がると燃料が噴射されるようになる（燃料
の噴射については〔従来の技術〕の項参照）。次に実施
例の効果を説明する。従来のソレノイドによる効果と同
一の効果を得るに、本実施例では半分の場積で済む（即
ち小型化を達成することができる）、更に燃料噴射タイ
ミングの高速制御となると、磁歪材の応答性がマイクロ
セカンドの水準で行うことができるため、磁歪材のほう
がはるかに有利である。つまり印加磁界のパルス次第に
よってはいかなる高速制御も可能である。尚、６念され
るキュリーポイントであるが、実施例では、磁歪材のキ
ュリーポイントが３００度Ｃ以上であるため、かつ、燃
料断続弁９０がエンジンのシリンダヘッドの外部に位置
するために、これについては何ら支障なく磁歪材を作動
することができる、かかる利点もまとめれば、本実施例
の効果は次の通りである。

（１）応答性が良い、つまり燃料噴射タイミングを高速
制御することができる。

（２）上記応答性が良く、ソレノイドのように大型化す
る必要がない、つまり小さな場積で済むため、燃料噴射
ノズル全体のサイズが小型化する。

（３）磁歪材の駆動が容易である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、請求項１に係わる磁歪材付き燃料
噴射ノズルは、燃料噴射口に磁歪材でなるニードルを備
えた構成であるため、機械的強度を損なうことなく、外
部から自在に燃料噴射タイミングを制御することができ
、かつ、汎用性のある磁歪材付き燃料噴射ノズルとする
ことができる。

また請求項２に係わる磁歪材付き燃料噴射ノズルは、こ
れを使用すれば、高速応答性が優れ、制御し易く、かつ
、小型化を容易に図ることができ、更にかかる効果によ
り、将来のエンジンにおいて、小型化及び高速化を図る
に有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図〜第７図は請求項１の発明に係わる図面
であって、第１図は第１実施例の構成図、第３図は第２
実施例の部分構成図、第４図は第３実施例の構成図、第
５図は実施例の作用を説明する特性グラフ、第６図は本
実施例の駆動回路図、第７図は実施例と従来との比較効
果を示すグラフである。また第２図、第８図及び第９図
は請求項２の発明に係わる図面であって、第２図は一実
施例の構成図、第８図は従来の燃料断続弁付き燃料噴射
ノズルの外観図、第９図は従来の燃料断続弁付き燃料噴
射ノズルと、その燃料回路との構成関係を示す模式図で
ある。２０・・・燃料噴射口３０・・・ニードル δ ・燃料・・プランジャレバー・・プランジャバレル・・プランジャ・メータリングバレル・・燃料回路・燃料断続弁・・磁歪材・・励磁コイル・弁体・ボディ・・隙間

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　燃料噴射ノズルにおいて、その燃料噴射口２０
に磁歪材でなるニードル３０を備えた構成を特徴とする
磁歪材付き燃料噴射ノズル。
（２）　燃料断続弁９０を備え、この燃料断続弁９０か
らの燃料の内圧を利用して燃料噴射タイミングを制御す
る燃料噴射ノズルにおいて、前記燃料断続弁９０の駆動
源が磁歪材９１でなる構成を特徴とする磁歪材付き燃料
噴射ノズル。