JPH0252115B2 - - Google Patents
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- JPH0252115B2 JPH0252115B2 JP55078869A JP7886980A JPH0252115B2 JP H0252115 B2 JPH0252115 B2 JP H0252115B2 JP 55078869 A JP55078869 A JP 55078869A JP 7886980 A JP7886980 A JP 7886980A JP H0252115 B2 JPH0252115 B2 JP H0252115B2
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- injection
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- engine
- fuel injection
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
- F02B3/08—Methods of operating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/04—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series
- F02M61/06—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00 having valves, e.g. having a plurality of valves in series the valves being furnished at seated ends with pintle or plug shaped extensions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
- F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
- F02M61/20—Closing valves mechanically, e.g. arrangements of springs or weights or permanent magnets; Damping of valve lift
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
- F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、主として燃料を壁面に付着させるこ
とによつて作動し、燃焼室内において空気が旋回
するようになつており、また、ノズル開口の幾何
学的形状を可変とするノズル針を備えた噴射ノズ
ルを通して燃料を回転体状の燃焼室内へ噴射する
ようにされた直接噴射式の自己点火（すなわち、
圧縮点火）機関又は外部点火（すなわち、火花点
火）機関に用いられる燃料噴射方法に関する。
とによつて作動し、燃焼室内において空気が旋回
するようになつており、また、ノズル開口の幾何
学的形状を可変とするノズル針を備えた噴射ノズ
ルを通して燃料を回転体状の燃焼室内へ噴射する
ようにされた直接噴射式の自己点火（すなわち、
圧縮点火）機関又は外部点火（すなわち、火花点
火）機関に用いられる燃料噴射方法に関する。
（従来の技術）
上述の種類の内燃機関はすでに公知である。エ
ンジンのいろいろな運転状態に噴射を適合させる
ことにより得ることができる特長も公知である。
たとえば、全負荷運転や高回転数の場合、燃焼室
壁にできるだけ多くの燃料を堆積させるかあるい
は少なくとも燃焼壁の近傍にできるだけ多くの燃
料を供給するコンパクトな燃料の噴流が有利であ
ることはすでに以前から認められていることであ
る。たとえば、ノズル開口について一定の幾何学
的形状を有するホール・ノズルのごとき普通の噴
射ノズルを使用することは、噴射穴が大きくなる
ことと燃料が比較的低い圧力で噴射されることを
意味している。混合物の分散は主として空気の旋
回流により行なわれており、この空気の旋回流
は、高温の燃焼室壁上にフイルム状に堆積した燃
料または高温の燃焼室壁の近傍に付着した燃料を
加熱し、気化し、空気と混合させて、燃焼させ
る。
ンジンのいろいろな運転状態に噴射を適合させる
ことにより得ることができる特長も公知である。
たとえば、全負荷運転や高回転数の場合、燃焼室
壁にできるだけ多くの燃料を堆積させるかあるい
は少なくとも燃焼壁の近傍にできるだけ多くの燃
料を供給するコンパクトな燃料の噴流が有利であ
ることはすでに以前から認められていることであ
る。たとえば、ノズル開口について一定の幾何学
的形状を有するホール・ノズルのごとき普通の噴
射ノズルを使用することは、噴射穴が大きくなる
ことと燃料が比較的低い圧力で噴射されることを
意味している。混合物の分散は主として空気の旋
回流により行なわれており、この空気の旋回流
は、高温の燃焼室壁上にフイルム状に堆積した燃
料または高温の燃焼室壁の近傍に付着した燃料を
加熱し、気化し、空気と混合させて、燃焼させ
る。
空運転の場合や回転数が低い低負荷領域では空
気の中に分散して、直接空気と混合するので、比
較的低温の燃焼壁には到達しない細かく噴霧され
た燃料の噴流が有利である。このやり方によれ
ば、混合物の分散と燃焼は上記の運転状態でも迅
速かつ完全に行なわれるので、燃焼が未燃焼のま
ま残つて、排気段階で排出されるようなことはな
い。ノズル開口の幾何学的形状が一定の噴射ノズ
ルを使用する場合、ポンプの供給率が一定におい
て噴射ノズルの穴が小さいことは、前記ポンプの
供給率に対応した圧力における燃料噴流の流出速
度が比較的高いことを意味するものである。混合
物の生成は噴霧、すなわち、噴流をばらばらにす
ることにより行なうことが有利であつて、前記燃
料の噴霧については燃料と空気の間の相対速度が
決定的な影響を与えている。そのほか、上述のよ
うに燃料を噴霧させることは、低温始動にも、低
温状態のエンジンの高速回転にも適用されてい
る。
気の中に分散して、直接空気と混合するので、比
較的低温の燃焼壁には到達しない細かく噴霧され
た燃料の噴流が有利である。このやり方によれ
ば、混合物の分散と燃焼は上記の運転状態でも迅
速かつ完全に行なわれるので、燃焼が未燃焼のま
ま残つて、排気段階で排出されるようなことはな
い。ノズル開口の幾何学的形状が一定の噴射ノズ
ルを使用する場合、ポンプの供給率が一定におい
て噴射ノズルの穴が小さいことは、前記ポンプの
供給率に対応した圧力における燃料噴流の流出速
度が比較的高いことを意味するものである。混合
物の生成は噴霧、すなわち、噴流をばらばらにす
ることにより行なうことが有利であつて、前記燃
料の噴霧については燃料と空気の間の相対速度が
決定的な影響を与えている。そのほか、上述のよ
うに燃料を噴霧させることは、低温始動にも、低
温状態のエンジンの高速回転にも適用されてい
る。
これら公知の事実を考慮に入れて、ノズル開口
について異なつた幾何学的形状をノズル針が与え
る噴射ノズル、たとえば、絞りピン・ノズルを使
用することがすでに提案されている。
について異なつた幾何学的形状をノズル針が与え
る噴射ノズル、たとえば、絞りピン・ノズルを使
用することがすでに提案されている。
（発明が解決しようとする問題点）
従来技術において、ノズル開口の幾何学的形状
を可変とするノズル針を備えた噴射ノズルを通し
て燃料を回転体状の燃焼室内へ噴射するようにさ
れたものにおいては、高い負荷領域と低い負荷領
域とにおいて制御を行なつているに過ぎず、廃ガ
ス中における炭化水素と青い煙とを減少させるこ
とができず、また、低温始動と低温状態における
機関の高速運転とを効果的に行なうことができな
かつた。
を可変とするノズル針を備えた噴射ノズルを通し
て燃料を回転体状の燃焼室内へ噴射するようにさ
れたものにおいては、高い負荷領域と低い負荷領
域とにおいて制御を行なつているに過ぎず、廃ガ
ス中における炭化水素と青い煙とを減少させるこ
とができず、また、低温始動と低温状態における
機関の高速運転とを効果的に行なうことができな
かつた。
本発明は、燃料噴射特性を機関の運転状態に高
い精度で適合せしめて、炭化水素や青い煙などの
排出を減少せしめ、また、低温始動と低温状態に
おける機関の高速運転とを効果的に行なえるよう
にすることを目的とする。
い精度で適合せしめて、炭化水素や青い煙などの
排出を減少せしめ、また、低温始動と低温状態に
おける機関の高速運転とを効果的に行なえるよう
にすることを目的とする。
（問題を解決するための手段）
本発明は、燃料噴射量と機関の回転速度との関
係をグラフで表示した場合に、実質的に空転線と
全負荷線との間に位置する内燃機関の特性区画
が、ノズル針の行程が一定である線によつて複数
の領域に区分され、噴射ノズルは、これら各領域
についてそれぞれ定められた燃料噴射特性と最大
有効流出断面積とを有しており、噴射ノズルの流
出断面積の制御が前記燃料噴射特性を与えるよう
な特性を有するばね装置によつて行なわれること
により、流出断面積の増加がニードル行程に応じ
て各領域で異なつており、低ニードル行程領域で
は、高ニードル行程領域に対して、極めてゆつく
りと流出断面積が増加するようになつていること
を特徴とする。
係をグラフで表示した場合に、実質的に空転線と
全負荷線との間に位置する内燃機関の特性区画
が、ノズル針の行程が一定である線によつて複数
の領域に区分され、噴射ノズルは、これら各領域
についてそれぞれ定められた燃料噴射特性と最大
有効流出断面積とを有しており、噴射ノズルの流
出断面積の制御が前記燃料噴射特性を与えるよう
な特性を有するばね装置によつて行なわれること
により、流出断面積の増加がニードル行程に応じ
て各領域で異なつており、低ニードル行程領域で
は、高ニードル行程領域に対して、極めてゆつく
りと流出断面積が増加するようになつていること
を特徴とする。
（作用）
本発明においては、機関の種々の運転領域で、
それぞれ異なる燃料噴射を行なうようにし、機関
回転速度に応じて変化する空気速度を利用するこ
とにより、それぞれの運転領域で所望の好ましき
混合気調整が行なわれるようにしている。
それぞれ異なる燃料噴射を行なうようにし、機関
回転速度に応じて変化する空気速度を利用するこ
とにより、それぞれの運転領域で所望の好ましき
混合気調整が行なわれるようにしている。
回転速度が高く、従つて空気速度も高い場合に
おいては、燃料噴射流と空気流との間の相対速度
は小さく調節される。かくて、燃料の噴流はほと
んど分散されず、燃料の主要な部分が燃焼室の壁
に付着され、次に、空気流の高い周速度に起因し
て付着された燃料部分が急速に蒸発されるという
作用が行なわれる。
おいては、燃料噴射流と空気流との間の相対速度
は小さく調節される。かくて、燃料の噴流はほと
んど分散されず、燃料の主要な部分が燃焼室の壁
に付着され、次に、空気流の高い周速度に起因し
て付着された燃料部分が急速に蒸発されるという
作用が行なわれる。
回転速度が低く、従つて空気速度も低い場合に
おいては、燃料噴射流と空気流との間の相対速度
は大きく調節される。かくて、燃料の噴流はより
激しく分散し、飛散した燃料部分の割合が大とな
る。この燃料部分は直接空気中に分散されて燃焼
室の壁にあまり付着されない。このようにするこ
との理由は、低い回転速度では空気の周速度が低
く、燃料が燃焼質の壁に付着してしまつたので
は、それを急速に蒸発させることができないから
である。
おいては、燃料噴射流と空気流との間の相対速度
は大きく調節される。かくて、燃料の噴流はより
激しく分散し、飛散した燃料部分の割合が大とな
る。この燃料部分は直接空気中に分散されて燃焼
室の壁にあまり付着されない。このようにするこ
との理由は、低い回転速度では空気の周速度が低
く、燃料が燃焼質の壁に付着してしまつたので
は、それを急速に蒸発させることができないから
である。
かくて、低い回転速度域や低い負荷域において
は燃焼が加速されて完全燃焼が可能となり、高い
回転速度域や高い負荷域においては燃料が十分に
蒸発されてこれまた完全燃焼が可能となり、いず
れにしても廃ガス内の不燃の炭化水素を著しく低
減させるし、また酸化窒素排出量をも低減せしめ
る。
は燃焼が加速されて完全燃焼が可能となり、高い
回転速度域や高い負荷域においては燃料が十分に
蒸発されてこれまた完全燃焼が可能となり、いず
れにしても廃ガス内の不燃の炭化水素を著しく低
減させるし、また酸化窒素排出量をも低減せしめ
る。
本発明の実施例においては、上述した作用に加
えて、噴射開始時点を強制的に遅くするような制
御も行なわれ、これによつて騒音や酸化窒素排出
量を減少させる作用を行なうようにされる。
えて、噴射開始時点を強制的に遅くするような制
御も行なわれ、これによつて騒音や酸化窒素排出
量を減少させる作用を行なうようにされる。
（実施例）
以下、数葉のグラフと噴射ノズルを例示した図
面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
第１図のグラフには全負荷時における燃料噴射
量を100パーセントで表わした燃料噴射量（ｑ）
縦軸１に表示されており、また定格回転数を100
パーセントで表わした回転数（ｎ）が横軸２に表
示されている。空運転のさいもエンジンがいぜん
として回転を続けるためにはどれだけの噴射量を
必要とするかが点線３により表示されており、ま
た点４は通常の空運転時の回転数を表示してい
る。エンジンがもはやひとりでは回転を続けるこ
とができない、いわゆる、スリツプ領域は点線３
から下の部分である。そのほか、エンジンが始動
するには全負荷の場合より約50パーセント多い燃
料を必要とすることをこのグラフより知ることが
できる。
量を100パーセントで表わした燃料噴射量（ｑ）
縦軸１に表示されており、また定格回転数を100
パーセントで表わした回転数（ｎ）が横軸２に表
示されている。空運転のさいもエンジンがいぜん
として回転を続けるためにはどれだけの噴射量を
必要とするかが点線３により表示されており、ま
た点４は通常の空運転時の回転数を表示してい
る。エンジンがもはやひとりでは回転を続けるこ
とができない、いわゆる、スリツプ領域は点線３
から下の部分である。そのほか、エンジンが始動
するには全負荷の場合より約50パーセント多い燃
料を必要とすることをこのグラフより知ることが
できる。
エンジンの特性領域は、噴射ノズルが異なつた
燃料噴射特性を示す４つの領域とととに
ついて線５と６と７により概念的に分割されてい
る。これら領域においてはあらかじめ規定された
運転状態に適合した混合物の調整を行なつてエン
ジンを運転するようにされている。このグラフに
表示されている領域の選択は、主として市街地を
走行する自動車に積載されるに適切なエンジンが
考慮されている。それ故にたとえば、おおむね全
負荷領域でエンジンを運転する場合には、線５と
６と７は左の方へずれることになる。いずれの場
合でも、領域からまではそれぞれ、そのおり
おりのエンジンの回転数と廃ガスの放出と出力に
ついて課せられるいろいろな要求条件に応じて適
宜選択される。しかし、未燃焼炭化水素と青い煙
に関してさらに厳しい要求条件が課せられる場合
でも、結局この図形は定性的には同じ状態にあ
る。この場合、領域とが図よりも広い幅に設
定され、領域とが図よりも狭い幅に設定され
ることが効果的である。
燃料噴射特性を示す４つの領域とととに
ついて線５と６と７により概念的に分割されてい
る。これら領域においてはあらかじめ規定された
運転状態に適合した混合物の調整を行なつてエン
ジンを運転するようにされている。このグラフに
表示されている領域の選択は、主として市街地を
走行する自動車に積載されるに適切なエンジンが
考慮されている。それ故にたとえば、おおむね全
負荷領域でエンジンを運転する場合には、線５と
６と７は左の方へずれることになる。いずれの場
合でも、領域からまではそれぞれ、そのおり
おりのエンジンの回転数と廃ガスの放出と出力に
ついて課せられるいろいろな要求条件に応じて適
宜選択される。しかし、未燃焼炭化水素と青い煙
に関してさらに厳しい要求条件が課せられる場合
でも、結局この図形は定性的には同じ状態にあ
る。この場合、領域とが図よりも広い幅に設
定され、領域とが図よりも狭い幅に設定され
ることが効果的である。
第２図に示されているグラフにはノズル針のリ
フト（すなわち行程）(H)が横軸４５に最大リフト
を100パーセントとして表わされ、縦軸４６に最
大の流出断面積（Ｆ・μ）を100パーセントとし
て表示されている。(F)は幾何学的な断面積であ
り、（μ）はノズル・オリフイスの流出係数であ
る。このグラフにも領域からまでが記入され
ており、特性曲線８は、ノズル針のリフトが約30
パーセントまでの場合、領域とにおける流出
断面積（Ｆ・μ）がノズル針のリフトが最大の場
合の流出断面積の３パーセントから15パーセント
までの間の値にとどまつていることを示してい
る。図示の実例においては特性曲線８は、屈曲し
た形状を呈しているが、場合によつては必要に応
じ特性曲線８は直線であつてもよい。
フト（すなわち行程）(H)が横軸４５に最大リフト
を100パーセントとして表わされ、縦軸４６に最
大の流出断面積（Ｆ・μ）を100パーセントとし
て表示されている。(F)は幾何学的な断面積であ
り、（μ）はノズル・オリフイスの流出係数であ
る。このグラフにも領域からまでが記入され
ており、特性曲線８は、ノズル針のリフトが約30
パーセントまでの場合、領域とにおける流出
断面積（Ｆ・μ）がノズル針のリフトが最大の場
合の流出断面積の３パーセントから15パーセント
までの間の値にとどまつていることを示してい
る。図示の実例においては特性曲線８は、屈曲し
た形状を呈しているが、場合によつては必要に応
じ特性曲線８は直線であつてもよい。
第３図は、上述の噴射方法を実施するよう構成
された公知のピン・ノズルの下部を示したもので
ある。ノズル本体９の中にノズル針１１が移動可
能に支承されており、図示の閉止位置では前記ノ
ズル針１１の弁座１２はノズル本体９に接面して
いる。ノズル針１１は弁座１２の下に絞りピン１
３を備えており、絞りピン１３は、絞りギヤツプ
（すなわち、流出断面積）１６が残つているよう
所定の距離にわたつてオーバーラツプ１４した状
態でノズル穴１５の中に突設されている。点線で
示されているピン１３′は、ノズル針１１が完全
に開いた状態におけるピン１３の位置を示してい
る。
された公知のピン・ノズルの下部を示したもので
ある。ノズル本体９の中にノズル針１１が移動可
能に支承されており、図示の閉止位置では前記ノ
ズル針１１の弁座１２はノズル本体９に接面して
いる。ノズル針１１は弁座１２の下に絞りピン１
３を備えており、絞りピン１３は、絞りギヤツプ
（すなわち、流出断面積）１６が残つているよう
所定の距離にわたつてオーバーラツプ１４した状
態でノズル穴１５の中に突設されている。点線で
示されているピン１３′は、ノズル針１１が完全
に開いた状態におけるピン１３の位置を示してい
る。
第１図と第２図に表示されている領域から
までに応じて絞りピン１３が若干持ち上げられ
る。領域においては絞りピン１３はいぜんとし
てノズル穴１５の中にあり、そのリフトはオーバ
ーラツプの長さの約50パーセントに当たる。絞り
ギヤツプ１６にはいぜんとして高い圧力が残つて
いるので、リング状の燃料の噴流は効果的に噴霧
されることになる。領域では絞りピン１３の下
部円筒状端はオーバーラツプ１４の端に達してい
るが、燃料の噴流はいぜんとしてつごうよく噴霧
される。領域は、絞りピン１３がオーバーラツ
プ１４の端から最大開弁位置１３′まで移動した
ことを意味する。この移動により得られる開放流
出断面積はますます大きくなるので、燃料の噴流
は束ねられた状態となる。領域では絞りピン１
３は、噴射時間の大部分の間、もつとも大きく開
いた状態となる。燃料の噴流はコンパクトな状態
となつて、大部分が燃料壁に達する。噴射ノズル
の最大流出断面積は、最大出力に要求される噴射
期間と噴射圧力に応じて決定される。燃料の噴流
の噴霧の程度は、ノズル穴１５からの絶対的な流
出速度により決定されるだけでなく、回転体状の
燃焼室の中で回転する空気に対する燃料の噴流の
相対的な速度によつても決定される。
までに応じて絞りピン１３が若干持ち上げられ
る。領域においては絞りピン１３はいぜんとし
てノズル穴１５の中にあり、そのリフトはオーバ
ーラツプの長さの約50パーセントに当たる。絞り
ギヤツプ１６にはいぜんとして高い圧力が残つて
いるので、リング状の燃料の噴流は効果的に噴霧
されることになる。領域では絞りピン１３の下
部円筒状端はオーバーラツプ１４の端に達してい
るが、燃料の噴流はいぜんとしてつごうよく噴霧
される。領域は、絞りピン１３がオーバーラツ
プ１４の端から最大開弁位置１３′まで移動した
ことを意味する。この移動により得られる開放流
出断面積はますます大きくなるので、燃料の噴流
は束ねられた状態となる。領域では絞りピン１
３は、噴射時間の大部分の間、もつとも大きく開
いた状態となる。燃料の噴流はコンパクトな状態
となつて、大部分が燃料壁に達する。噴射ノズル
の最大流出断面積は、最大出力に要求される噴射
期間と噴射圧力に応じて決定される。燃料の噴流
の噴霧の程度は、ノズル穴１５からの絶対的な流
出速度により決定されるだけでなく、回転体状の
燃焼室の中で回転する空気に対する燃料の噴流の
相対的な速度によつても決定される。
噴射ノズルの流出断面積の特性をそのおりおり
のエンジンの運転状態にうまく適合させること、
すなわち、絞りピン１３の位置ぎめを行なうこと
は、ノズル針１１を閉止位置に保持するばねによ
り実施することができる。
のエンジンの運転状態にうまく適合させること、
すなわち、絞りピン１３の位置ぎめを行なうこと
は、ノズル針１１を閉止位置に保持するばねによ
り実施することができる。
第４図より第８図までにはノズル針に作用する
ばね要素について５つの可能性のある特性曲線１
７，１８，１９，２１，２２が示されており、前
記ばね要素を用いて第１図に示されているエンジ
ン特性領域でノズル針を制御することが可能であ
る。ばね要素がノズル針に作用する力(F)は縦軸２
３に記入されている。なお、ノズル針が閉止した
状態における力、すなわち、ノズル針のリフトが
ゼロのときの力が（F0）で表示されている。横
軸４７はノズル針のリフト(H)を表示している。
ばね要素について５つの可能性のある特性曲線１
７，１８，１９，２１，２２が示されており、前
記ばね要素を用いて第１図に示されているエンジ
ン特性領域でノズル針を制御することが可能であ
る。ばね要素がノズル針に作用する力(F)は縦軸２
３に記入されている。なお、ノズル針が閉止した
状態における力、すなわち、ノズル針のリフトが
ゼロのときの力が（F0）で表示されている。横
軸４７はノズル針のリフト(H)を表示している。
第４図と第５図に示されている特性曲線１７と
１８は、直列に接続された２つのばねから得られ
たものであり、この場合、２つのばねは、ノズル
穴１５のオーバーラツプ（第３図参照）の、たと
えば、50パーセントに相当するノズル・リフトが
行なわれたあとはじめて機能するようになつてい
る。すなわち、第２のばねは、領域１が終つたと
きはじめて機能する。点線２４は、第１のばねの
力(F)を表示している。特性曲線１７と特性曲線１
８との状態がそれぞれ異なつているのは、第４図
に示されている第２のばねがプレテンシヨンをか
けることなく組み込まれており、第５図に示され
ている第２のばねがプレテンシヨンをかけた状態
で組み込まれているからである。
１８は、直列に接続された２つのばねから得られ
たものであり、この場合、２つのばねは、ノズル
穴１５のオーバーラツプ（第３図参照）の、たと
えば、50パーセントに相当するノズル・リフトが
行なわれたあとはじめて機能するようになつてい
る。すなわち、第２のばねは、領域１が終つたと
きはじめて機能する。点線２４は、第１のばねの
力(F)を表示している。特性曲線１７と特性曲線１
８との状態がそれぞれ異なつているのは、第４図
に示されている第２のばねがプレテンシヨンをか
けることなく組み込まれており、第５図に示され
ている第２のばねがプレテンシヨンをかけた状態
で組み込まれているからである。
最大のノズル針のリフト（Hmax）まで積極的
に機能する剛製ばねの特性曲線１９が第６図に示
されている。
に機能する剛製ばねの特性曲線１９が第６図に示
されている。
第７図と第８図は、ノズル針に作用するばねと
補助的な油圧式弾発要素とから得られる特性曲線
２１，２２を示したものであり、前記油圧式弾発
要素はノズル針に作用する燃料噴射圧力に比例し
た力に影響を及ぼすようにされている。この場
合、力(F)のグラフは、ノズル針が開いている間の
噴射圧力に類似していて、回転数と噴射量により
左右されるようになつている。第８図より判るよ
うに、ノズル針が開いて行く時と閉まつていく時
とで力(F)は異なつた変化を示す。２つのばねを使
用した場合と同様、油圧要素は、ノズル針１３が
オーバーラツプ（第３図参照）のうち、たとえ
ば、50パーセント動いたときにはじめて作用する
ようになつている。
補助的な油圧式弾発要素とから得られる特性曲線
２１，２２を示したものであり、前記油圧式弾発
要素はノズル針に作用する燃料噴射圧力に比例し
た力に影響を及ぼすようにされている。この場
合、力(F)のグラフは、ノズル針が開いている間の
噴射圧力に類似していて、回転数と噴射量により
左右されるようになつている。第８図より判るよ
うに、ノズル針が開いて行く時と閉まつていく時
とで力(F)は異なつた変化を示す。２つのばねを使
用した場合と同様、油圧要素は、ノズル針１３が
オーバーラツプ（第３図参照）のうち、たとえ
ば、50パーセント動いたときにはじめて作用する
ようになつている。
第９図においては、各領域における噴射圧力
（Ｐ）とノズル針のリフト(H)とが、上部死点OT
の近くのピストンの移動量（ｓ）の関数として示
されている。左側の縦軸２５はノズル針のリフト
をパーセントで目盛つてあり、右側の縦軸はノズ
ルを開くのに要する圧力に対するパーセントで示
した噴射圧力（Ｐ）である。横軸２６は上部死点
OTの近くのピストンの移動量（ｓ）をクランク
角で目盛つている。曲線２７はピストンの移動量
（ｓ）に対する噴射圧力（ｓ）の変化を示し、曲
線２８はピストン移動量（ｓ）に対するノズル針
のリフト(H)の変化を示している。
（Ｐ）とノズル針のリフト(H)とが、上部死点OT
の近くのピストンの移動量（ｓ）の関数として示
されている。左側の縦軸２５はノズル針のリフト
をパーセントで目盛つてあり、右側の縦軸はノズ
ルを開くのに要する圧力に対するパーセントで示
した噴射圧力（Ｐ）である。横軸２６は上部死点
OTの近くのピストンの移動量（ｓ）をクランク
角で目盛つている。曲線２７はピストンの移動量
（ｓ）に対する噴射圧力（ｓ）の変化を示し、曲
線２８はピストン移動量（ｓ）に対するノズル針
のリフト(H)の変化を示している。
領域においては、最大のノズル針のリフトは
オーバラツプ１４の約50％に等しく、噴射圧力は
比較的高い。領域においては、ノズル針のリフ
トはオーバラツプ１４の端まで達しており、ここ
においても噴射圧力は比較的高い。領域におい
ては、ノズル穴はほぼ完全に開いており、領域
においてはノズル穴は完全に開かれている。領域
から領域までに至る噴射圧力の増大は、領域
から領域までに至る噴射圧力の増大よりもず
つと小さい。かくて、領域と領域との最大の
噴射圧力の間には大きな相違があるのに対して、
領域と領域との最大の噴射圧力の間にはあま
り大きな相違はない。
オーバラツプ１４の約50％に等しく、噴射圧力は
比較的高い。領域においては、ノズル針のリフ
トはオーバラツプ１４の端まで達しており、ここ
においても噴射圧力は比較的高い。領域におい
ては、ノズル穴はほぼ完全に開いており、領域
においてはノズル穴は完全に開かれている。領域
から領域までに至る噴射圧力の増大は、領域
から領域までに至る噴射圧力の増大よりもず
つと小さい。かくて、領域と領域との最大の
噴射圧力の間には大きな相違があるのに対して、
領域と領域との最大の噴射圧力の間にはあま
り大きな相違はない。
エンジンの全運転領域において最大の噴射圧力
はノズルを開くのに要する圧力に対してせいぜい
２倍から３倍までであるのが好ましい。
はノズルを開くのに要する圧力に対してせいぜい
２倍から３倍までであるのが好ましい。
本発明の好ましき実施例によれば、空運転にお
ける、又は低負荷或いは低速度における噴射率
は、クランク角及びピストン容量１リツター当り
１±0.5mm3である（すなわち、１±0.5mm3／゜
KW）。この噴射率は比較的低い。また、全負荷
で定格速度においては噴射率は、２±１mm3／゜
KWであるのが好ましい。
ける、又は低負荷或いは低速度における噴射率
は、クランク角及びピストン容量１リツター当り
１±0.5mm3である（すなわち、１±0.5mm3／゜
KW）。この噴射率は比較的低い。また、全負荷
で定格速度においては噴射率は、２±１mm3／゜
KWであるのが好ましい。
ノズル穴の開口が一定の幾何学的形状を有する
空運転にあわせて設計されている噴射ノズルにお
いては、全負荷において、回転数が高い場合、噴
射期間を十分に短縮することができるようにする
ため、開放圧力の約10倍に当たる噴射圧力を必要
とする。
空運転にあわせて設計されている噴射ノズルにお
いては、全負荷において、回転数が高い場合、噴
射期間を十分に短縮することができるようにする
ため、開放圧力の約10倍に当たる噴射圧力を必要
とする。
エンジンの回転数だけでなく負荷に応じて燃料
の噴流の特性と燃料が燃焼空気の中で分散される
状態が変わるに伴ない、点火時点の遅延と混合物
の分散状態と燃焼速度が変化することになる。し
たがつて、回転数に左右されるだけでなく負荷に
応じて噴射時点を調節して、最高の効率で熱を放
出させることを可能ならしめるのが有利である。
空運転又は低負荷においては、前述したように噴
射率が噴射の開始時には非常に小さく、したがつ
て自己点火する燃料の割合が非常にわずかであ
り、また燃焼空気の中で燃料の分離が良好である
ので、噴射の開始時点を遅らせることができ、こ
れによつて、負荷が低い場合と空運転のさいの騒
音の発生を低く押えることができる。これによ
り、最高燃焼圧力を低めることができるととも
に、比燃料消費率になんらの不利な結果をもたら
すことなく、窒素酸化物の濃度に関する廃ガスの
放出を50パーセントまで改善することができる。
の噴流の特性と燃料が燃焼空気の中で分散される
状態が変わるに伴ない、点火時点の遅延と混合物
の分散状態と燃焼速度が変化することになる。し
たがつて、回転数に左右されるだけでなく負荷に
応じて噴射時点を調節して、最高の効率で熱を放
出させることを可能ならしめるのが有利である。
空運転又は低負荷においては、前述したように噴
射率が噴射の開始時には非常に小さく、したがつ
て自己点火する燃料の割合が非常にわずかであ
り、また燃焼空気の中で燃料の分離が良好である
ので、噴射の開始時点を遅らせることができ、こ
れによつて、負荷が低い場合と空運転のさいの騒
音の発生を低く押えることができる。これによ
り、最高燃焼圧力を低めることができるととも
に、比燃料消費率になんらの不利な結果をもたら
すことなく、窒素酸化物の濃度に関する廃ガスの
放出を50パーセントまで改善することができる。
さらに、低い負荷領域で噴射の開始時点を遅延
させることの有利な点は、燃料粒子がピストンの
頂面に到達しないので、燃焼が止まつてしまうこ
とがないことである。
させることの有利な点は、燃料粒子がピストンの
頂面に到達しないので、燃焼が止まつてしまうこ
とがないことである。
負荷に応じた噴射開始時点の変位は、全負荷に
おける通常の回転数に依存して決まる最大噴射開
始時点の変位の20パーセントから50パーセントま
でである。
おける通常の回転数に依存して決まる最大噴射開
始時点の変位の20パーセントから50パーセントま
でである。
第１０図には回転数に左右される噴射開始時点
の変位を示したグラフが掲げられている。最大可
能な変位を100パーセントで表わした噴射開始時
点の変位（Ｓ）が縦軸２９に表示されており、ま
た定格回転数を100パーセントで表わした回転数
（ｎ）が横軸３１に表示されている。直線３２は
全荷重において必要な変位を示しており、また直
線３３と３４は、噴射量“ゼロ”における噴射開
始を限定している。負荷の減少に伴なつて、噴射
開始時点は、矢印３５により表示された方向に移
動する。
の変位を示したグラフが掲げられている。最大可
能な変位を100パーセントで表わした噴射開始時
点の変位（Ｓ）が縦軸２９に表示されており、ま
た定格回転数を100パーセントで表わした回転数
（ｎ）が横軸３１に表示されている。直線３２は
全荷重において必要な変位を示しており、また直
線３３と３４は、噴射量“ゼロ”における噴射開
始を限定している。負荷の減少に伴なつて、噴射
開始時点は、矢印３５により表示された方向に移
動する。
定速度において、負荷に対する噴射開始時点の
変位の関係が第１１図に示されている。縦軸３６
は所定の一定速度における最大負荷に依存する噴
射開始時点を100％とした調節角を示している。
かくて、 調節角＝（α全負荷−α）／（α全負荷−α0）×100
（％） ここにおいて、（α全負荷）は噴射が全負荷で
行なわれるときの角度であり、 （α0）は噴射量がゼロで行なわれるときの角度
であり、（α）は噴射が開始されるときの瞬間の
角度である。
変位の関係が第１１図に示されている。縦軸３６
は所定の一定速度における最大負荷に依存する噴
射開始時点を100％とした調節角を示している。
かくて、 調節角＝（α全負荷−α）／（α全負荷−α0）×100
（％） ここにおいて、（α全負荷）は噴射が全負荷で
行なわれるときの角度であり、 （α0）は噴射量がゼロで行なわれるときの角度
であり、（α）は噴射が開始されるときの瞬間の
角度である。
第１１図の横軸３７は全負荷における噴射量を
100％として示した噴射量（qe）を示している。
100％として示した噴射量（qe）を示している。
直線３８に示すように、噴射開始時点の変化は
調節角がゼロで全負荷における噴射量（qe）が
100％である点から、調節角が100％で噴射量
（qe）がゼロである点までほぼ直線状に変化して
いる。多くの場合、噴射量が多いとき、調節角が
わずかであるかあるいは調節角がないようにさ
れ、（α全負荷）で噴射を開始しないで曲線３９
が示すように、噴射量がこれより少ないときには
じめ調節を行なうようにすることが有利である。
直線４２は噴射の開始がqe＝50％とqe＝100％と
の間にとどまつている限界的な場合を示し、直線
４３は噴射の開始がqe＝０％とqe＝50％との間に
とどまつている限界的な割合を示している。
調節角がゼロで全負荷における噴射量（qe）が
100％である点から、調節角が100％で噴射量
（qe）がゼロである点までほぼ直線状に変化して
いる。多くの場合、噴射量が多いとき、調節角が
わずかであるかあるいは調節角がないようにさ
れ、（α全負荷）で噴射を開始しないで曲線３９
が示すように、噴射量がこれより少ないときには
じめ調節を行なうようにすることが有利である。
直線４２は噴射の開始がqe＝50％とqe＝100％と
の間にとどまつている限界的な場合を示し、直線
４３は噴射の開始がqe＝０％とqe＝50％との間に
とどまつている限界的な割合を示している。
負荷に応じた噴射開始時点の調節はこれら２つ
の直線４２，４３でかこまれた区域内において行
なわれる。曲線４４及び直線４１は、それぞれ本
発明において採用し得る噴射量と調節角との関係
を例示したものである。
の直線４２，４３でかこまれた区域内において行
なわれる。曲線４４及び直線４１は、それぞれ本
発明において採用し得る噴射量と調節角との関係
を例示したものである。
（発明の効果）
本発明において、ノズル針は所望の態様で制御
されて、選定されたエンジン特性区画の複数の領
域に応じて所定の位置に維持され、それによつて
燃料噴射特性をエンジンの運転状態に高い精度で
適合させ、これによつて、炭化水素や青い煙の排
出を低減させるとともに、低温始動と低温状態に
おける機関の高速運転とを効果的に行ない得るよ
うにする。
されて、選定されたエンジン特性区画の複数の領
域に応じて所定の位置に維持され、それによつて
燃料噴射特性をエンジンの運転状態に高い精度で
適合させ、これによつて、炭化水素や青い煙の排
出を低減させるとともに、低温始動と低温状態に
おける機関の高速運転とを効果的に行ない得るよ
うにする。
第１図は、本発明に係る方法に従がつて分割さ
れたエンジン特性区画を示すグラフ。第２図は、
ノズル針のリフト対噴射ノズルの流出断面積の比
を表わしたグラフ。第３図は、本発明に係る方法
を実施するのに適した噴射ノズルの下部を拡大し
て示した部分縦断面図。第４図から第８図まで
は、ノズル針の開きをどのように行なうことがで
きるかを図解したいろいろな特性曲線図。第９図
は、いろいろな領域における噴射圧力と針のリフ
トの経過の状態を示した曲線図。第１０図は、回
転数の変化に応じて噴射開始時点の変位を示した
グラフ。第１１図は、負荷の変化に応じて噴射開
始時点の変位を示したグラフ。 １……縦軸、２……横軸、３……線、４……点
線、５，６，７……線、８……特性曲線、９……
ノズル本体、１１……ノズル針、１２……弁座、
１３，１３′……絞りピン、１４……オーバーラ
ツプ、１５……ノズル穴、１６……絞りギヤツ
プ、１７，１８，１９，２１，２２……特性曲
線、２３……縦軸、２４……点線、２５……縦
軸、２６……横軸、２７……曲線、２８……ノズ
ル針のリフト、２９……縦軸、３１……横軸、３
２，３３，３４……直線、３５……矢印、３６…
…縦軸、３７……横軸、３８……直線、３９……
曲線、４１……線、４２，４３……線、４５……
横軸、４６……縦軸。
れたエンジン特性区画を示すグラフ。第２図は、
ノズル針のリフト対噴射ノズルの流出断面積の比
を表わしたグラフ。第３図は、本発明に係る方法
を実施するのに適した噴射ノズルの下部を拡大し
て示した部分縦断面図。第４図から第８図まで
は、ノズル針の開きをどのように行なうことがで
きるかを図解したいろいろな特性曲線図。第９図
は、いろいろな領域における噴射圧力と針のリフ
トの経過の状態を示した曲線図。第１０図は、回
転数の変化に応じて噴射開始時点の変位を示した
グラフ。第１１図は、負荷の変化に応じて噴射開
始時点の変位を示したグラフ。 １……縦軸、２……横軸、３……線、４……点
線、５，６，７……線、８……特性曲線、９……
ノズル本体、１１……ノズル針、１２……弁座、
１３，１３′……絞りピン、１４……オーバーラ
ツプ、１５……ノズル穴、１６……絞りギヤツ
プ、１７，１８，１９，２１，２２……特性曲
線、２３……縦軸、２４……点線、２５……縦
軸、２６……横軸、２７……曲線、２８……ノズ
ル針のリフト、２９……縦軸、３１……横軸、３
２，３３，３４……直線、３５……矢印、３６…
…縦軸、３７……横軸、３８……直線、３９……
曲線、４１……線、４２，４３……線、４５……
横軸、４６……縦軸。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 主として燃料を壁面に付着させることによつ
て作動し、燃焼室内において空気が旋回するよう
になつており、また、ノズル開口の幾何学的形状
を可変とするノズル針を備えた噴射ノズルを通し
て燃料を回転体状の燃焼室内へ噴射するようにさ
れた直接噴射式の自己点火機関又は外部点火機関
に用いられる燃料噴射方法において、燃料噴射量
と機関の回転速度との関係をグラフで表示した場
合に、実質的に空運転線３と全負荷線との間に位
置する内燃機関の特性区画が、ノズル針の行程が
一定である線５，６，７によつて複数の領域
（、、、）に区分され、噴射ノズルは、
これら各領域（、、、）についてそれぞ
れ定められた燃料噴射特性と最大有効流出断面積
とを有しており、噴射ノズルの流出断面積１６の
制御が前記燃料噴射特性を与えるような特性１
７，１８，１９，２１，２２を有するばね装置に
よつて行なわれることにより、流出断面積１６の
増加がニードル行程に応じて各領域（、、
、）で異なつており、低ニードル行程領域
（、）では、高ニードル行程領域（、）
に対して、極めてゆつくりと流出断面積１６が増
加するようになつている燃料噴射方法。 ２ 領域（、、、）の分割がエンジンの
使用目的に応じて行なわれることと、前記領域
（、、、）が、エンジンが主に運転され
る範囲では広い幅に選定されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射方
法。 ３ 低い回転数領域または低い負荷領域で大きい
燃料流出速度を確保するためノズル穴１５に十分
に高い噴射圧力が現われ、したがつて燃料の良好
な分散を確保することができる程度の大きさだけ
ノズル針を通る流出断面積１６が解放されること
を特徴とする特許請求の範囲の第１項に記載の燃
料噴射方法。 ４ 回転数または負荷の増加に伴なつてノズル針
を通る最大解放流出断面積１６が徐々に増大し、
よつてノズル穴１５における噴射圧力はごくわず
かしか増加せず、燃料の噴流と空気の旋回流の間
の相対速度が小さいため燃料の噴流の分散が低い
ことを特徴とする特許請求の範囲の第１項より第
３項までの１つに記載の燃料噴射方法。 ５ 定格出力時におけるノズル穴１５における噴
射圧力が低い空運転のときの２倍から３倍程度の
大きさでしかないことを特徴とする特許請求の範
囲の第１項より第４項までの１つに記載の燃料噴
射方法。 ６ 燃料を噴射する時点が回転数と負荷に応じて
調節されることを特徴とする特許請求の範囲の第
１項より第５項までの１つに記載の燃料噴射方
法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19792923670 DE2923670A1 (de) | 1979-06-12 | 1979-06-12 | Kraftstoff-einspritzverfahren fuer direkt einspritzende, selbstzuendende und fremdgezuendete brennkraftmaschinen. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS562458A JPS562458A (en) | 1981-01-12 |
| JPH0252115B2 true JPH0252115B2 (ja) | 1990-11-09 |
Family
ID=6073007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7886980A Granted JPS562458A (en) | 1979-06-12 | 1980-06-11 | Method of injecting fuel for internal combustion engine |
Country Status (14)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4499871A (ja) |
| JP (1) | JPS562458A (ja) |
| BR (1) | BR8003742A (ja) |
| CH (1) | CH650836A5 (ja) |
| DD (1) | DD151486A1 (ja) |
| DE (1) | DE2923670A1 (ja) |
| FR (1) | FR2458689A1 (ja) |
| GB (1) | GB2051236B (ja) |
| HU (1) | HU181707B (ja) |
| IN (1) | IN153524B (ja) |
| IT (1) | IT1131303B (ja) |
| RO (1) | RO80197A (ja) |
| SE (1) | SE448759B (ja) |
| SU (1) | SU1111691A3 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5832930A (ja) * | 1981-08-19 | 1983-02-26 | Mitsubishi Electric Corp | 内燃機関用燃料噴射制御装置 |
| GB2138884B (en) * | 1983-04-26 | 1987-02-18 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | I c engine fuel injection nozzle |
| JPS60108560A (ja) * | 1983-11-16 | 1985-06-14 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料噴射制御法及び装置 |
| JPS60184961A (ja) * | 1984-03-01 | 1985-09-20 | Mazda Motor Corp | 燃料噴射ノズル |
| JPS61171877A (ja) * | 1985-01-26 | 1986-08-02 | Mazda Motor Corp | デイ−ゼルエンジンの燃料噴射ノズル |
| US4993394A (en) * | 1985-07-19 | 1991-02-19 | Orbital Engine Company Propriety Limited | Fuel injection internal combustion engines |
| DE3629437A1 (de) * | 1986-08-29 | 1988-03-03 | Elsbett L | Brennstoffeinspritzung fuer kolbenbrennkraftmaschine mit mehreren einspritzduesen |
| JPH0196466A (ja) * | 1987-10-07 | 1989-04-14 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関用燃料噴射ノズル |
| JPH01163466A (ja) * | 1987-12-21 | 1989-06-27 | Isuzu Motors Ltd | 燃料噴射ノズル |
| US5241935A (en) * | 1988-02-03 | 1993-09-07 | Servojet Electronic Systems, Ltd. | Accumulator fuel injection system |
| US6371093B1 (en) * | 1990-03-23 | 2002-04-16 | Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha | Fuel air injector |
| US5639062A (en) * | 1995-07-25 | 1997-06-17 | Outboard Marine Corporation | Modified heel valve construction |
| US6938607B1 (en) * | 1997-04-02 | 2005-09-06 | Hitachi, Ltd. | Fuel injection apparatus and control method thereof |
| JPH10281039A (ja) * | 1997-04-02 | 1998-10-20 | Hitachi Ltd | 燃料噴射装置とその制御方法 |
| JP3582060B2 (ja) * | 1999-11-18 | 2004-10-27 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
| EP1510689A1 (de) * | 2003-08-21 | 2005-03-02 | Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company | Kraftstoffeinspritzventil |
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