JPH03504034A - 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】 燃料噴射ノズル 本発明は、閉じ方向にばね負荷されたニードル弁を有する燃料噴射ノズル、特に ポンプノズル、それも圧力室がニードル弁の弁座前方で、ばね負荷された補助ピ ストンにより制限された溜め室と連通しており、しかも補助ピストンが、溜め室 とは反対側の端部のところに、燃料を充填された減衰室内で圧力を負荷され、か つまたピンを有しており、このピンが減衰室を制限する、開口を備えたプレート 内に突入している形式のものに関する。

ＥＰ−Ａ２７７９３９に記載されたこの形式の燃料噴射ノズルでは、噴射過程を 先立ち噴射と主噴射に下位区分することが可能である。運転条件が異なる場合に 適切な噴射推移を保証する極めて厄介な問題が、この噴射ノズルの場合、原則と して補助ピストンの運動減衰により解決されているが、未だ若干の不十分な点が 残されている。

従来技術によるポンプノズルの場合、比較的頻繁に噴射の推移に不調が観察され る。ピストンの開放や前噴射の開始が遅すぎることから、噴射量が過少であった り皆無であることも少なくない。この種の不調は、ポンプ供給圧の推移や、弁ニ ードルの動的開放圧の統計的変動により発生するものと思われる。たとえば、補 助ピストンが動的開放圧に達しても、なお弁ニードルが開かない場合に、前記の 不調が発生する。この開放圧を高めれば、不調の除去は可能だろうが、そのよう な措置は取れない。

なぜなら、開放圧を高めれば、前噴射時間が長くなりすぎるからである。この不 調に対処するには、補助ピストンの運動減衰を、より弱めること以外にないが、 そうすれば、また前噴射量が、低回転数時には過少となり、高回転数時には過剰 となることだろう。高回転数時に先立ち噴射量が過剰になる現象は、燃焼動力学 上の理由から望ましいことではなく、しかも、補助ピストンの動的開放圧を高め なくとも生じることがある。高回転数で全負荷の場合は、先立ち噴射が噴射休止 を行なうことなく、主噴射過程に移行してしまう。

ニードル弁が持ち上げられると、圧力室の容積が急激に増加するので、低回転数 時には、まず噴射圧が下降する。この結果、更に、既述の理由から補助ピストン の動的開放圧が低いため、先立ち噴射量が過少となる。

燃焼の推移を最適化するためには、しかしながら、先立ち噴射量が、どの回転数 、どの負荷状態でも、はぼ等しいことが望ましく、更に、先立ち噴射時間と噴射 休止時間（χＷ）は、どの回転数の場合にも、はぼ等しいことが望ましい。

この理想的状態は、燃焼法としてＤＥ−Ｏ８３７３５１６９に記載されているが 、その方法の実施については言及されてはいない。

本発明の目的は、冒頭に述べた形式の噴射ポンプの応動速度と動的挙動を改善す ることにある。本発明の課題は、特に、補助ピストンの質量をできるだけ低減し 、迅速な運動が可能になるようにして、確実な機能が保証されるようにすること にある。この課題は、本発明によれば、はぼ次のようにすることにより解決され た。すなわち、補助ピストンの円筒形案内部が、１：０．１〜０．４の直径対高 さの比を有するようにし、更に、補助ピストンが、溜め室と反対の側のところに 変化横断面を有するピンを備え、このピンが制限板内へ突入するようにし、更に また、補助ピストンが、溜め室に向いた側に、みぞ付きの案内延長部を有するよ うにしたのである。公知の構成と異なり、補助ピストンの寸法づけを、行程方向 に比較的僅かな高さとなるように選ぶことによって、運動質量は著しく低減され る。このような、はとんどディスク状の補助ピストン構成は、しかしながら、急 速な運動のさい、所属の溜め室の内部の補助ピストン案内路内で斜めに傾きがち になる。このため、本発明によれば、相応の案内を設け、この案内を介して、同 時に、補助ピストンの行程を相応に絞ることによって、急速かつ短い行程の場合 も、所望の噴射定律が正確に守られるようにすることが提案される。

補助ピストンの全高を低く抑えることにより、ピストンの慣性質量が、したがっ て、またピストンの開放時間ルの動的開放圧を、より高く選択でき、それによっ て、弁ニードルの開放と補助ピストンの開放との間の先立ち噴射量が増量され、 がっ、ばらつきが少なくなり、しがも、それにより先立ち噴射の全時間がより長 くなることはない。この措置は、同じく望ましいことに、低回転数時には高回転 数時よりも影響が著しい。動的開放圧が回転数よりもはるかに高い値となるから である。これに対し、静的に調節された開放圧は、はぼコンスタントに回転数よ り高い値となる。このため、動的開放圧が増大するにつれて、時間単位当りの噴 射量の上昇は次第に低くなる。これとともに、補助ピストンに作用する減衰も減 少し、これにより先立ち噴射の時間も、とりわけ高回転数時には短縮され、この 結果、先立ち噴射の大部分の回転数域で、はぼ等しい長さの噴射休止（クランク 角）が生ぜしめられる。補助ピストンの高さを低く構成することにより、ピスト ンの質量が減少するのみでなく、ポンプノズルの全高も減少する。このことは、 組付は事情から言って常に歓迎すべきことである。

１好適実施例によれば、その場合、案内延長部の直径が、溜め室に向いた、補助 ピストンのシール縁直径よりも小さくなるように構成されている。こうすること により、製造技術上、特に簡単な構造が可能になる。

絞り口の横断面を行程に依存する構成にする場合、次のようにするのが好ましい 。すなわち、ピンが、その行程の始めに制限板と協働する個所のところに、ピン の最大有効横断面を有するようにするのである。こうすることによって、補助ピ ストンの行程の開始時に最大の減衰が生じるため、先立ち噴射の期間は、とりわ け高回転数時には短縮され、噴射休止が正確に守られる。この所望の絞り特性な いし減衰を簡単な構造によって達成するには、次のようにする。すなわち、制限 板に、細い絞りリップ、ないしは互いに鋭角に延びる２つの側面により制限され た絞り縁を設けるようにし、しかも、その時々に望まれる具体的な定律に、次の ようにすることにより、よりよく適合させるようにするのである。すなわち、ピ ンに面取部又は切欠きを設け、この切欠きが制限板と協働して、補助ピストンの 全行程にわたって絞り口を種々の横断面となるように制限するのである。絞り口 を非対称的に構成することにより、所望の減衰特性が得られるが、そのさいには 、次のように構成するのが好ましい。

すなわち、切欠きが３角形又は台形の横断面を有するようにし、かつまた補助ピ ストンの縦軸線に対して傾いた各切欠き面が、縦軸線との間に異なる角度をなす ようにするのである。特に好適な減衰状況は、絞り口の横断面積が、円環状の底 面積の！／２５から１１５０Ｇ　、特に１１５０から　１／２００に合致するよ うにすることによって達成可能である。

補助ピストンを行程に依存して減衰させ、かつまた運動質量を低減させるよう考 慮することによって、とりわけ、燃料の配量が、比較的惰性的で、あまり減衰さ れずに運動可能のピストンの場合より、正確に行なわれる。

先立ち噴射と主噴射との区分を更に改良するには、前記の正確な配置と組合せて 、ニードル弁の行程運動に所定の制御を加えることにより達成される。その場合 の構成は、次のようにするのが好ましい。すなわち、ニードル弁が、噴射口と反 対側の端部を、燃料充填可能の第２の減衰室内へ突入させ、ニードル弁の肩のス トッパを形成するすきま確定段状部に取囲まれたピントルを有しており、かつま た、すきま確定段状部が、ニードル弁の行程運動時にはピンと協働して、減衰室 と連通している絞り口を制限するようにするのである。絞り口は排出口及び（又 は）他の室へ通じている。ニードル弁の行程の絞りは、補助ピストンの行程の絞 りと逆方向に行なわれる。

このため、先立ち噴射の範囲内で急速な開閉が行なわれる。ニードル弁の行程は 、この第１段階の絞りないし減衰により制限されるからである。更に明らかな改 良点は、先立ち噴射の範囲内で、まず、漸増的に減衰される急速な開放行程を実 現することにより、ニードル弁の開放運動が速められると同時に、ニードル弁が 開放行程中に進む距離が制限され、これにより、弁閉じ運動が急速に導入できる 。このように構成するには、ピンと減衰室のすきま確定の壁部との間の絞り０横 断面が、ニードル弁の行程に依存しての変数となるようにする。ノズルばね室壁 とピンとの間の絞り口により、ニードル弁の行程運動が減速され、減少せしめら れる。行程が短くなることにより、一方では、ニードル弁の閉じ期間が短縮され 、他方では、閉じ運動を行なうニードルの排除作用により高圧室へ戻される燃料 が少なくなる。このため、先立ち噴射中、補助ピストンの開放と弁ニードルの閉 弁との間で開放圧に達したのち、比較的著しい圧力降下が生じる。

噴射過程に、これによって達せられる噴射量の減少は、好都合なことに、低回転 数の場合より高回転数の場合に、より影響が大きい。このことにより、また、静 的に調節された開放圧を高めることができ、開放圧を高めることにより、弁ニー ドルの開放と補助ピストンの開放との間に噴射される燃料量が増加せしめられる 。

次に本発明の燃料噴射ノズルを図示の複数実施例にっき詳説する。図面は、第１ 図が、本発明による燃料噴射　　　　　゛ノズルの中央部の縦断面図、第２図が 、第１図の符号Ａの部分を拡大し、９０°旋回させて示した図、第３図が、第２ 図の平面図、第４図が、第１図の符号Ｂの部分の拡大図、第５図は、符号Ｂの部 分のバリアント、第６図は、本発明による燃料噴射ノズルについて、低回転数時 と高回転数時の燃料噴射率の推移を示した線図である。

第１図の配置では、符号１はプランジャ・ブツシュ、符号２はノズル体（部分的 に断面して示しである）、符号３はニードル弁、符号４はニードル弁ばねを、そ れぞれ示している。ニードル弁ばね４は、ばねケーシング５内に配置されている 。また、符号６は補助ピストン、符号２９は補助ピストン・ケースを示している 。

補助ピストン６は、円筒形の案内部７、円錐形のシール部８、みぞ１１付きの延 長部１０．圧力室１４に向いた端面１２から成っている。この圧力室１４には、 プランジャ１３も作用している。補助ピストン６は、円筒形案内部７の直径に比 して高さが僅かであるため、重量が比較的軽い。軽量の材料を選んで用いること により、更に重量は低減できる。ピストン６の質量慣性は、したがって僅かであ る。延長部１０は、液圧式減圧部材として役立ち、付加的案内として備えられて いる。延長部１０は減衰部材としては、圧力室１４内の圧力が上昇すると、みぞ １１を通り燃料が溜め室３４に達し、制御縁９に作用する。ピストン６が下方へ 動き出すと、直ちに燃料は、絞りとして作用するみぞ１１を通って流れる。絞り 作用は、みぞ１１の有効長さに依存するので、ピストン６が下降するにつれて絞 り作用も減少する。

みぞ１１を有する延長部１０による減衰に加えて、ピン１７と制限板ないし絞り 板１９との協働によるピストン６の運動の減衰も行なわれる。

ピストン６の、溜め室とは反対側の底面１５は、減衰室１６に入り込んでいる。

減衰室１６は、ピストン・ケース２９と絞り板１９とにより制限され、ピストン ６の一部をなす切欠き１８付きのピン１７が貫通している。

切欠き１８と絞り板１９の孔とは、ピストン６の下降運動を減衰する絞り個所を 形成している。切欠き１８の特殊な構成については後述する。

ばねケーシング５内では、ニードル弁ばね４が、上下のばねカラー２０．２１の 間で力結合を生しさせている。

下方のばねカラー２１は、ニードル弁３に支えられている。ニードル弁３は、ス トッパ用層２２から成る上方部分のみが示されている。肩２２には加圧ピン２３ が続いている。この加圧ピン２３は、中間板２４を貫通し、中間板２４は、下方 には、すきま確定の段状部２６を有し、上方には絞りリップ２５を有している。

段状部２６はストッパ用層２２と協働する。絞りリップ２５は、切欠き２７と協 働して絞り横断面を制限している。ニードル弁３の上行運動時に、燃料は減衰室 ２８から出て絞りリップ２５と切欠き２７との間を通って押出される。このため 、ニードル弁の運動が減衰される。

第１図の実施例では、切欠き２７の位置は次のように選ばれている。すなわち、 減衰作用が、ニードル弁の運動開始時の図示の位置で最小となり、次いで増大し 、特に先立ち噴射の間にはニードル弁３が短い行程だけ運動するように選ばれて いる。次に、この絞り個所を構成するための２つの変形を次に説明する。

第２図と第３図には、補助ピストン６が拡大して示しである。案内延長部１０は 、制御縁９の直径より小さい直径を有するように構成されており、延長部１０の 直径の選定は自由に行なうことができる。

ピストン６の底面１５からは、切欠き１８を有するピン１７が絞り板１９（実線 で示した絞り板は、ピストン６が最も上方の位置にある場合の位置関係を示した もの）。この場合、切欠き１８は、図示の位置で減衰作用が最大となるように選 ばれている。ピストン６が下降すると、減衰作用は低減する。その場合、絞り板 １９は破線で示した相対位置に来る。

第４図に示したのは、ニードル弁行程運動の減衰部の変形を示したものである。

段階状の絞りリップ２５′が、円筒形の内縁で形成されている。加圧ピン２３の 切欠き２７は非対称的であり、移行部３０は鋭角をなし、移行部３１はゆるやか な傾斜を有している。これにより、絞り作用がニードル弁の運動方向と実際の行 程に依存することになる。ニードル弁が閉じるさいには、減衰は望ましくない。

減衰室２８に空洞発生の危険があるので、有害ですらある。

第５図の変形では、同様の効果が別の形式によって得られている。加圧ピン２３ の切欠き２７は、はぼ台形をなしており、端区域の傾斜が異なっており、一方の 側が平面３３により、また、他方の側が円錐面３２により制限されている。

第４図と第５図に示した絞り横断面は、補助ピストン６の減衰の場合と似た構成 を有するようにすることができる。台形状の切欠き２７の代りに、たとえば、は ぼ３角形状の構成を用いることもできる。絞り個所の横断面積は、その場合、底 面積１５ないし肩２２の面積の最大１／２５から最低１１５００までの値とする 。

補助ピストン６とニードル弁３との運動減衰用の絞り個所、特に符号ＡとＢで示 した部分の構成時には、本発明の枠内で大きな自由が存在している。すなわち、 当業者には周知の諸措置により絞り挙動を調節し、望ましい仕方で絞り挙動を行 程ないし運動方向に依存させることができる。もちろん、切欠き２７を設けずに 、加圧ピン２３やピストン６のピン１７を回転対称的に構成することもできる。

次に、空転時と高回転数の噴射量の推移を示した第６図の線図にもとづいて、公 知のポンプノズル（破線で示す）と本発明によるポンプノズルとを比較する。噴 射の推移は、複数の段階に区分した。

第１段階：ポンプ行程の開始段階で、ニードル弁が動的な開弁圧に達するまでの 段階。燃料供給は生じない。

第２段階・第１段階の終りから、回避ピストンが動的開弁圧に達するまでの段階 。

第３段階：第２段階の終りから、ニードル弁が閉じるまでの段階。

第４段階：噴射休止から、ニードル弁が再び動的開弁圧に達するまでの段階。

第５段階：それに続く主噴射段階。

公知技術と本発明による噴射ノズルとの主な相違は、低回転数時の第３段階に存 在する。圧力の推移は類似の形態を示しているが、燃料量の下降は、より早く、 かつ急激に行なわれる。これにより先立ち噴射量は僅かに低減されよう。いまや 比較的軽量の補助ピストンにより動的開放圧を高くすることが可能であるため、 燃料量は、はじめの分量まで増量され、加えて、先立ち噴射推移の周期的なばら つきが低減される。

高回転数時にも、相違点は、同じように第３段階に現われている。急激な減圧の ため、噴射量の下降も、より急勾配である。これにより、先立ち噴射量を著しく 低減することができる。補助ピストンの質量を低減し、それにより動的開放圧を 高めることにより、先立ち噴射が短縮され、先立ち噴射に続いて明確な噴射休止 を生じさせる効果が得られる。この効果は、補助ピストンの運動減衰を低減する ことで助成される（従来技術の場合、この減衰は、低回転数時に十分な先立ち噴 射量を確保するために必要とされるだけであった）。この効果は、又、全行捏に わたって減衰の度合を可変にすることで増強される。

本発明による諸措置によれば、要するに、高圧噴射で高回転数時に、ポンプノズ ルの動的条件が特別に難しいにも拘らず、所望の噴射推移を得ることができるの である。

燃料噴射ノズルの精密部品の製作公差や低圧側のシールにとって許容できる漏れ 率により、補助ピストン６の高さは、案内延長部１０を介して適当な案内が行な われれば、直径の１０％までに低くすることができる。したがって、選択された 製作品質に応じて、ピストン６の全高は直径の９０％まで低減することが可能で ある。これにより、ピストン６の質量低減も７０％まで可能であり、それによっ て１、減衰室１６とポンプ室１４との間の圧力差が等しくとも、ピストン６の加 速が増大することにより、最大溜め率が高められる。

ピン１７の横断面が可変であるため、プランジャバレル１３と、切欠き１８によ り形成される絞り個所との間に生じる有効圧力差が所定の推移をたどる場合、ピ ストン６の速度を更に変えることが可能である。ビン１７は、その行程開始時に 制限板１９と協働する個所に、最大有効横断面部を有している。このことにより 、補助ピストン６の開放運動が次第に急速となり、それと関連して先立ち噴射の 急速な終了が可能となる。補助ピストン６が続く場合は、残りの絞り作用により 、相応の運動減衰が生ぜしめられる。この結果、補助ピストンの重量が僅かでも 、ピストンの振動は確実に防止される。したがって、全体として、補助ピストン の動的な応答挙動が、より迅速となる。このような挙動は、特に重量軽減によっ て可能となる。加えて、補助ピストンをほぼディスク状に構成することで行程方 向に抗する摩擦力が低減せしめられる。

既述のように、ニードル弁の付加的な減衰は、補助ピストンの構成によって既に 達成可能の、改善されたこのピストンの応動性を助成するためのものだが、この 付加的減衰を、先立ち噴射と主噴射とに噴射を下位区分する８　　１ブ　　１； ）　　７０　　７３　７４　　　　　９ために利用することができる。

ヘ ２５“　　　２７２３ 手続補正書（自発） 平成２年９月以７日

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．閉じ方向にばね負荷されたニードル弁（３）を有する燃料噴射ノズル、特に ポンプノズルであって、圧力室がニードル弁の弁座前方で、ばね負荷された回避 ピストン（６）により制限された溜め室（３４）と連通しており、更に、回避ピ ストン（６）が、溜め室（３４）と反対側の端部に、燃料充填可能の減衰室（１ ６）内の圧力を負荷され、かつまたピン（１７）を有しており、このピン（１７ ）が、減衰室（１６）の制限に役立つ開口付き制限板（１９）内に突入する形式 のものにおいて、補助ピストン（６）の円筒形案内部（７）が、１：０．１から １：０．４の範囲の直径対高さ比を有しており、更に、補助ピストン（６）が、 溜め室（３４）と反対の側に変移横断面を有するピンを有し、このピン（１７） が制限板（１９）内に突入するようにされ、更にまた、補助ピストン（６）が、 溜め室（３４）の側に、みぞ（１１）を有する案内延長部（１０）を備えている ことを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. ２．案内延長部（１０）の直径が、補助ピストン（６）の、貯蔵室（３４）側シ ール縁（９）の直径より小さいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射ノズル 。
3. ３．ピン（１７）が、その行程運動の開始時に制限板（１９）と協働する個所の ところに、その最大有効横断面部を有していることを特徴とする請求項１又は２ 記載の燃料噴射ノズル。
4. ４．制限板（１９）が狭幅の絞りリップ、ないし互いに鋭角をなして延びる２つ の側面により制限された絞り縁を有していることを特徴とする請求項１から３の いずれか１項記載の燃料噴射ノズル。
5. ５．ピン（１７）が面取部又は切欠き（１８）を有しており、この面取部又は切 欠き（１８）が、補助ピストン（６）の全行程にわたって、制限板（１９）と協 働して、異なる横断面の絞り口を制限することを特徴とする請求項１から４のい ずれか１項記載の燃料噴射ノズル。
6. ６．切欠き（１８）が３角形状又は台形状の横断面を有しており、かつまた、補 助ピストン（６）の縱軸線に対して傾斜した複数切欠き面が、縦軸線との間に異 なる角度をなしていることを特徴とする請求項５記載の燃料噴射ノズル。
7. ７．絞り口の横断面積が、円環状の底面の１／２５から１／５００の範囲、特に １／５０から１／２００の範囲に合致することを特徴とする請求項１から６のい ずれか１項記載の燃料噴射ノズル。
8. ８．ニードル弁（３）が、噴射口と反対側の端部で、燃料充填可能の第２の減衰 室（２８）内へ突入され、かつまた加圧ピン（２３）を形成しており、この加圧 ピン（２３）が、ニードル弁の肩（２２）用のストッパを形成する安定的な段状 部（２６）により取囲まれており、更に、この段状部（２６）が、加圧ピン（２ ３）と協働して、ニードル弁（３）の行程運動時に、減衰室と連通する絞り口を 制限し、この絞り口が排出用のみぞ（１１）及び（又は）他の室（１２）へ通じ ていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の燃料噴射ノズル。
9. ９．加圧ピン（２３）と減衰室（２８）のすきま確定壁部との間の絞り口横断面 が、ニードル弁（３）の行程に依存して変移することを特徴とする請求項８記載 の燃料噴射ノズル。