JPH0347460A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

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］ 本発明は燃料噴射ノズルに係り、詳しくは噴孔部の開度
調整可能な燃料噴射ノズルに関するものである。

［従来の技術］ 従来、噴孔の開度を変更して燃料噴射率及び噴射タイミ
ングを制御する燃料噴射ノズルとしては種々のものが提
案されており、例えば、実開昭６３−１３４１６９号、
或いは特開昭６２−７９６７号に記載の燃料噴射ノズル
を挙げることができる。

前者の燃料噴射ノズルは、第７図に示すように、圧電素
子８１の変位をレバー８２にて拡大してニードル弁８３
を往動させ、同ニードル弁８３の往動に伴って噴孔８４
を開閉し、その開度に応じて弁室８５内の加圧燃料を噴
孔８４を経てエンジンの燃焼室内に噴出するようになっ
ている。

一方、後者の燃料噴射ノズルは、第８図に示すように、
燃料が貯留されたシリンダ室８６内において駆動ピスト
ン８７と制御ロンド８８とを相対向させ、同駆動ピスト
ン８７が圧電素子８１により移動されると、シリンダ室
８６内の燃料を介して制御ロッド８８と共にニードル弁
８３が移動され、これによって噴孔８４が開閉されて燃
料噴射が行なわれるようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記したいずれの燃料噴射ノズルにおい
ても、ニードル弁８３は単に噴孔８４の１Ｆｉ１度を調
整するだけでなく燃焼室内の爆発圧力や加圧燃料のフロ
ーフォース等に抗して噴孔８４を完全に閉塞する必要が
ある。そのため、これらの噴射ノズルにおいては圧電素
子８１を大型化してニードル弁８３を確実に作動させる
ように配慮されているが、大型化によって消費電力が増
大したり、燃料噴射ノズルの圧電アクチュエータのコス
トが高くなったりするという問題点が生じている。

又、大型化による供給電荷の増大で圧Ｎ素子８１の応答
性が悪化するため、要求される噴！）１率波形を生成で
きないといった問題もある。

本発明の目的は、小型の圧電素子により常に正確な燃料
噴射制御を実現できるとともに、消費電力及びコストの
低減を達成することができる燃料噴射ノズルを提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、燃料導入通路から弁室に供給される加圧燃料
の加圧力によって弁室に設けられた二ドル弁を弾性力に
抗して作動させ、弁室に供給された加圧燃料を噴孔から
噴出されるようにしてなる燃料噴射ノズルにおいて、前
記噴孔部にその先端部が移動可能に配置され、その先端
部と噴孔部との相対位置によって、噴孔部の開度を調整
する開度設定部材と、前記開度設定部材を作動させ、前
記噴孔部に対する開度設定部材の相対位置を調整する開
度調整手段とを備えた燃料噴射ノズルを要旨とするもの
である。

［作用］ 開度設定手段は開度調整手段にて噴孔部に対して適宜の
相対位置に移動制御され、噴孔部の開度も適宜制御可能
となる。

その結果、ニードル弁が開いて噴孔から噴出される燃料
の噴射率はこの開度設定部材と噴孔部の相対位置を制御
、即ち噴孔部の開度を制御することによって制御が可能
となるとともに、噴射タイミンクの！ＩＩ　ｆｉｌも可
能となる。

［実施例］ 以下、この発明をディーゼルエンジンの朝型燃料噴射装
置に具体化した一実施例を第１〜３図に従って説明する
。

本実施例の燃料噴射装置は、エンジンの各気筒毎に設け
られてその燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル１
、同じくエンジンの各気筒毎に設けられて前記燃料噴射
ノズルに加圧燃料を供給する高圧ポンプ２、及び各高圧
ポンプに燃料を供給する燃料供給装置３から構成されζ
第１図はその１気筒分の噴射ノズル１のみを示している
。

前記燃料供給装置３は、燃料タンク４の燃料を低圧ポン
プ５により汲み上げて逆止弁７を介して前記高圧ポンプ
２に供給するようになっており、その供給圧はリリーフ
弁６により一定に保たれている。

又、前記高圧ポンプ２は、シリンダ８内でプランジャ９
を活動可能に配置し、このプランジャ９をエンジンのク
ランクシャフトと同期回転するカムシャフト１０によっ
て上下動させるようになっている。そして、前記燃料供
給装置からの燃料はシリンダ８とプランジャ９とによっ
て形成されたシリンダ室１２内に導入され、カムシャフ
ト１゜によりプランジャ９が上下動すると、シリンダ室
１２内に導入された燃料は所定圧に加圧された後に燃料
配給通路１３に案内されながら逆止弁１１を介して前記
燃料噴射ノズル１に圧送される。

上記したようにカムシャフト１０はエンジンと同期回転
するため、高圧ポンプ２からの加圧燃料もエンジン回転
と同期して断続的に燃料噴射ノズル１に供給されること
になる。尚、カムシャフト１０は車両の運転状態に応じ
てエンジンのクランクシャフトに対する位相を適宜調整
され、それに応じて燃料噴射ノズル１への加圧燃料の供
給タイミングも変更されるようになっている。

次に、燃料噴射ノズル１について説明すると、第１図に
示すように、燃料噴射ノズル１のアクチュエータホルダ
１４はパツキン１５を介してノズルホルダ１６がボルト
にて装着されていて、そのノズルホルダ１６の下面には
ノズルプレート１７を挟んでノズルボデー１８がナツト
１９にて固定されている。

前記アクチュエータホルダ１４にはインレット２０が取
り付けられ、そのインレット２０の吸入ボート部にはバ
ーフィルタ２１が配設されるとともに、そのボート部は
供給路２２を介してホルダ１４に形成した燃料通路２３
に接続されている。

又、アクチュエータホルダ１４にはその中央部上下方向
に貫通して収容孔２４が形成されているとともに、−側
に排出通路２５が形成されている。

そして、同収容孔２４内には多数枚の積層して形成して
なる開度調整手段としての圧電素子２６が配置され、ア
クチュエータホルダ１４の上部と螺着する取付キャップ
２７と後記するスロットル軸４７とで挟持された状態で
保持されている。尚、圧電素子２６の電源線２８は取付
キャップ２７に形成した導出孔２９を介して外部に導出
されるようになっている。

前記ノズルホルダ１６はその中央部上下方向に貫通孔が
形成され、その上部の小径部をガイド孔３０とし、下部
の大径部をバネ室３１としている。

そして、ガイド孔３０は前記パツキン１５に形成した貫
通路３２を介して前記アクチュエータホルダ１４の収容
孔２４と連通しているとともに、バネ室３１の上部はノ
ズルホルダ１６に形成した排出通路３３、パツキン１５
に形成した連結路３４を介して前記排出通路２５に連通
されている。又、ノズルホルダ１６の一側には燃料通路
３５が形成され、その上端はパツキン１５に形成した連
結路３６を介して前記アクチュエータホルダ１４の燃料
通路２３と連通している。

第１，２図に示すように、前記ノズルボデー１８には弁
室３７が形成され、この弁室３７はノズルボデー１８の
ガイド孔３８とノズルプレート１７に形成した貫通孔３
９とを介して前記バネ室３１と連通しているとともに、
下端は噴孔４０を介してエンジンの副燃焼室と連通して
いる。又、弁室３７の球形状部の一側には燃料導入通路
４１が形成され、上端がノズルプレート１７の連結路４
２を介してノズルホルダ１６の燃料通路３５に連通して
いる。

従って、インレット２０、燃料通路２３、連結路３６、
燃料通路３５、連結路４２及び燃料導入通路４１を介し
て弁室３７に前記高圧ポンプ２からの加圧燃料が導入さ
れることになる。

ニードル弁４３は前記ノズルボデー１８に配設され、第
２図に示すように中心軸線上に震動孔４４が貫設され、
その下面が弁室３７の下面と当接することによって前記
弁室３７と噴孔４０との連通をａ所する。前記バネ室３
１内にはコイルバネ４５が配設され、そのコイルバネ４
５の下面にはバネ座４６が配設されている。バネ座４６
はその下面円筒部がノズルプレート１７の貫通孔３９を
貫通してニードル弁４３を下方に弾圧している。

従って、ニードル弁４３に加わる弁室３７内の圧力がコ
イルバネ４５の弾性力に抗した圧力になると、同ニード
ル弁４３は上動して弁室３７と噴孔４０とを連通させる
。

尚、弁室３７内の加圧燃料のごく一部はノズルボデー１
８のガイド孔３８とニードル弁４３との間隙等を経てバ
ネ室３１内に漏れるが、このバネ室３１内を満たしたリ
ーク燃料は前記排出通路３３、連結路３４、排出通路２
５を介してドレインタンク５５に回収されるようになっ
ている。

開度設定部材としてのスロットル軸４７の先端部はニー
ドル弁４３に形成した震動孔４４を貫通して前記噴孔４
０の位置まで延び、基端部はノズルプレート１７を介し
て前記アクチュエータホルダ１４の収容孔２４まで延び
ている。スロットル軸４７の基端には鍔部４８が形成さ
れ、その鍔部４８とパツキン１５との間には皿バネ４９
が配設され、常にスロットル軸４７の鍔部４８上面が圧
電素子２６を弾圧保持するようになっている。

方、スロットル軸４７の先端部の外径は前記噴孔４０の
内径と摺動可能な径であって、その最先端は第２図に示
すように、ラッパ状の飛散調整部５０が形成されている
。

従って、圧電素子２６が電圧印加されていない非伸長状
態の時、スロットル軸４７は皿バネ４９の弾性力によっ
て上動し、第３図（ａ）に示すように噴孔４ｏは完全に
開き（開度１００％）、反対に圧電素子２６に最も伸長
する電圧を印加した時、第３図（ｂ）に示すように噴孔
４０は完全に閉じられる（開度Ｏ％）。その結果、圧電
素子２６の印加電圧をこの範囲で制御すると、噴孔４０
の開度は０〜１００％の間を適宜制御、燃料噴射率が制
御できることになる。

尚、第１図に示すように、この圧電素子２６はコントロ
ーラ５１にて駆動制御されるようになっており、同コン
トローラ５１は回転数センサ５２からのエンジン回転数
信号、アクセルセンサ５３からのアクセルポジション信
号、クランク角センサ５４からのクランク角信号に基い
てその時々のエンジンの運転状態を判断して、その運転
状態において予め定められた燃料噴射率のデータを求め
て圧電素子２６を駆動制ｔ１１するようになっている。

次に、このように構成した燃料噴射装置の作動状態を説
明する。

前記燃料供給装置３からの燃料を高圧ポンプ２が加圧し
て燃料噴射ノズル１のインレット２ｏに送り込むと、そ
の加圧燃料は前記燃料通路２３、連結路３６、燃料通路
３５、連結路４２及び燃料導入通路４１を介して弁室３
７に導入され、上記したようにニードル弁４３を上動さ
せて噴孔４０からエンジンの燃焼室内に噴射される。高
圧ポンプ２からの燃料供給が停止すると、コイルバネ４
５の付勢力でニードル弁４３が下動して噴孔４０を閉塞
し、加圧燃料の燃焼室内への噴射が停止される。そして
、このニードル弁４３の上下動は前記高圧ポンプ２から
の加圧燃料の供給タイミングに基くことになり、その結
果、上記した燃料噴射タイミングは運転状態に応じて適
宜変更される。

一方、上記した燃料噴射中において、コントローラ５１
は運転状態に応じて圧電素子２６を駆動制御する。その
結果、圧電素子２６は燃料噴射時に伸縮状態を変更して
スロットル軸４７を介して噴孔４０の開度を適宜変更し
、これによって燃料噴射率が制御される。尚、スロット
ル軸４７の飛散調整部５０は噴孔４７を経て燃焼室内に
噴射される燃料を飛散させるためのものであり、その形
状はエンジンの仕様に応じて選定される。

このように本実施例の燃料噴射ノズル１においては、弁
室３７の噴孔４０を開閉することで燃料噴射タイミング
を制御する動作をニードル弁４３で行ない、燃料噴射中
に噴孔４０の開度を変更して燃料噴射率を制御する動作
をスロットル軸４７で行なうようにした。従って、スロ
ットル軸４７は必ずしも噴孔４０を完全に閉塞する機能
を備える必要がなく、噴孔４０の開度変更のために上下
動するだけでよくなった。

その結果、スロットル軸４７を作動させるための圧電素
子２６の駆動力がごく僅かで済み、同圧ＩＩ子２６を小
形化することができる。そして、圧電素子２６の小形化
に伴って消費電力を減少させるとともに燃料噴射ノズル
１のコストを安価にすることができる。又、圧電素子２
６の小形化により応答性が向上し、所要の噴射率制御を
実現することができる。

又、上記したようにスロットル軸４７は噴孔４０を完全
に閉塞する必要がないために小径で受圧面積が小さく、
燃焼室内の爆発圧力や加圧燃料のフローフォースの影響
が小さい。さらに、スロットル軸４７の小径化に伴って
重量も軽減され、エンジンの振動の影響を受は難い。従
って、圧電素子２６の変位に応じてスロットル軸４７を
運転状況に応じて高速に上下動させることができ、これ
らの要因も噴射率の精度向上に貢献している。尚、上記
した受圧面積の減少に関して、本実施例においてはニー
ドル弁４３０軸径が２，２１１であるのに対してスロッ
トル軸４７の軸径が１肝であり、受圧面積比で２１％に
減少することができた。

尚、この発明は上記実施例に限定されることはなく、例
えば、第４図に示すように、スロットル軸４７の外径を
噴孔４０の内径より若干大きくして、飛散調整部５０の
基部に形成されたテーバ部６１を噴孔４０の周囲に圧接
させるようにしてもよい。このように構成した場合には
燃料噴射をより確実に停止させることができる上に、テ
ーパ部６１を噴孔４０の周囲に圧接させた状態で容易、
かつ正確にスロットル軸４７の初期位置設定を行なうこ
とができる。

又、第５図に示すように、圧電素子２６の変位をレバー
６２にて拡大してスロットルＩｐＨＩ４７に所要のスト
ロークを与えてもよい。この例を説明すると、レバー６
２はテコ支点６３を中心として傾動し得るようになって
おり、圧電素子２６の伸縮に伴ってロッド６４が上下動
すると、レバー６２が傾動してロッド６４のストローク
より大きなストロークでスロットル軸４７を上下動させ
る。このように構成した場合には、燃料噴射率の調整範
囲が大きくなりその制御性を向上させることができる上
に、圧電素子２６にそれ程大きなストロークを必要とし
ないため同圧電素子２６をさらに小形化することができ
る。

さらに、上記実施例においては高圧ポンプ２からの加圧
燃料の圧力変化によってニードル弁４３を開閉したが、
例えば、第６図に示すように、ニードル弁６５の上下動
を３方切換弁６６によって制御するようにしてもよい。

この例を説明すると、高圧ポンプ６７からの加圧燃料は
蓄圧室６８に一時的に蓄えられてニードル弁６５の上側
のバネ室６９と下側の弁室７０とに供給されるようにな
っている。バネ室６９側の経路には上記した３方切換弁
６６が設けられ、この３方切換弁６６は圧電素子４７制
御用のコントローラー７１により制御されてバネ室６９
内の燃料をドレインタンク７２に回収し得るようになっ
ている。そして、３方切換弁６６が高圧ポンプ６７から
の加圧燃料をドレインタンク７２に回収すると、弁室７
０内の燃料圧によりニードル弁６５がコイルバネ７３を
押し縮めながら上動して燃料噴射が開始される。又、３
方切換弁６６が高圧ポンプ６７からの加圧燃料をバネ室
６９へ供給すると、バネ室６つ側と弁室７０側の受圧力
が均衡し、ニードル弁６５は前記コイルバネ７３の付勢
力により下動して噴孔７４を閉塞し燃料噴射が終了する
。このようにニードル弁６５の上下動を３方切換弁６６
で制御した場合には、よりフレキシブルな燃料噴射タイ
ミングの制御が可能となる。さらに、高圧ポンプ６７か
らの加圧燃料の圧力が常に一定圧で変動しないため、噴
射率が常に噴孔７４の開度に比例し、スロットル軸４７
による噴射率制御をより正確に行なうことができる。

方、上記実施例は列型燃料噴ＯＡ装置の噴射ノズルとし
て具体化したが、代わりにルーカス式やボッシュ式の分
配型燃料噴射装置の噴射ノズルとして具体化してもよい
。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の燃料噴射ノズルによれば
、小型の圧電素子により常に正確な燃料０１１１制御を
実現できるとともに、消費電力及びコス１〜の低減を達
成することができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明を具体化した燃料噴射装置の
一実施例を示し、第１図は燃料噴射装置の構成を示す概
略図、第２図は燃料噴射ノズルの先端部の詳細を示す部
分断面図、第３図（ａ）は燃料噴射ノズルのスロットル
軸が噴孔を開放している状態を示す部分拡大断面図、第
３図（ｂ）は同じくスロットル軸が噴孔を閉塞している
状態を示す部分拡大断面図、第４図から第６図は別個を
示し、第４図はスロットル軸のテーパ部で噴孔を閉塞す
るようにした噴射ノズルの部分拡大断面図、第５図はレ
バーを介してスロットル軸を駆動するようにした噴射ノ
ズルの断面図、第６図は噴射ノズルのニードル弁を３万
切換弁で制御するようにした燃料噴射装置の概略図、第
７図と第８図は従来の噴射ノズルの断面図である。 ４１は燃料導入通路、３７は弁室、４０は噴孔、２６は
開度調整手段としての圧電素子、４７は開度設定部材と
してのスロットル軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料導入通路から弁室に供給される加圧燃料の加圧
   力によつて弁室に設けられたニードル弁を弾性力に抗し
   て作動させ、弁室に供給された加圧燃料を噴孔から噴出
   されるようにしてなる燃料噴射ノズルにおいて、 前記噴孔部にその先端部が移動可能に配置され、その先
   端部と噴孔部との相対位置によって、噴孔部の開度を調
   整する開度設定部材と、 前記開度設定部材を作動させ、前記噴孔部に対する開度
   設定部材の相対位置を調整する開度調整手段と を備えた燃料噴射ノズル。