JPH04330372A - 燃料噴射装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射装置に関し、特
に、パイロット噴射期間および主噴射期間を有する燃料
噴射方式において主噴射の圧力を高めて燃料の微粒化を
促進すると共に、噴射量のばらつきを抑制することがで
きるディーゼルエンジンの燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンでは、燃料が噴射さ
れてから着火するまでに着火遅れ時間と呼ばれる期間が
ある。したがって、この期間に噴射された燃料は一気に
燃焼して燃焼室内の圧力を急激に上昇させ、ディーゼル
ノックと呼ばれるディーゼルエンジン特有の音を発生さ
せる。また、燃料が一気に燃焼すると、燃焼室の圧力が
高くなり、燃焼温度も上昇してＮＯｘの排出量を増大さ
せる要因になる。このようなディーゼルノックやＮＯｘ
の増大といった不具合は、前記着火遅れ期間に噴出され
る燃料が多いほど生じやすい。

【０００３】上記の不具合を解消するため、着火遅れ期
間中に噴射される燃料を少量に抑え、急激な燃焼を緩和
することを目的とした燃料噴射装置が提案されている（
特開昭６２−１３７４０号公報）。前記従来の燃料噴射
装置を図３を参照して説明する。同図において、図示し
ない燃料ポンプによって燃料タンクから供給された燃料
は、パイプ７を通って噴射ノズル２０に流入する。この
燃料供給パイプ７は途中で分岐され、その分岐されたパ
イプ部分８はアキュムレータ９と接続されている。アキ
ュムレータ９内に摺動自在に収容されているピストン１
１を付勢する圧縮ばね１２の強さは、噴射ノズル２０内
に摺動自在に収容されているニードル弁２３を図中下方
に付勢する圧縮ばね２３ｂの強さよりわずかに高めに設
定されている。噴射ノズル２０に流入した燃料はニード
ル弁２３の仕切部３２に設けられた溝３２ａを通ってバ
ルブチャンバ２９から受圧チャンバ３０に達するように
構成されている。

【０００４】以上のように構成された噴射装置は、次の
ように動作する。まず、噴射ノズル２０に燃料が流入さ
れると、受圧チャンバ３０の圧力が次第に上昇する。そ
の圧力が開弁圧以上に達すると、ばね２３ｂに打ち勝っ
てニードル弁２３が上昇する。そして、ニードル弁２３
の先端が弁座面３３から離れると、噴射口２２から燃料
が噴出される。

【０００５】燃料の噴出が開始された後も、燃料は継続
して圧送され、圧送圧力が上昇する。この圧送圧力つま
りパイプ８内の圧力がアキュムレータ９のばね１２の強
さを上回るとピストン１１が上昇する。この瞬間に受圧
チャンバ３０の圧力が下降し、ニードル弁２３は、ばね
２３ｂによって押し下げられ、燃料の噴出が休止される
。この噴射初期は、噴射率は低く抑えられたパイロット
噴射期間である。

【０００６】その後、ピストン１２が上昇してその頂部
がストッパ１６に当接すると、ピストン１１の上昇は休
止され、パイプ８の体積増加が停止する。この状態でさ
らに圧送作用が続くと、再び受圧チャンバ３０の圧力が
上昇し、ニードル弁２３が上昇して燃料が噴出される。 この時期以降が主噴射期間である。この主噴射期間では
、ピストン１２は上昇限界まで達しているので、もはや
パイプ８の体積増加はない。したがって、ニードル弁２
３は下降することなく、燃料ポンプの圧送の進行に伴っ
て噴射率が高められた燃料噴射が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の燃料噴
射装置には、次のような問題点があった。この燃料噴射
装置では、パイロット噴射期間および主噴射期間におい
て噴射圧力を決定するための要素である圧縮ばね２３ｂ
の強さが同一である。したがって、主噴射に必要な圧力
が得られるように圧縮ばね２３ｂの強さを決定すると、
パイロット噴射では開弁開始時の圧力つまり開弁圧が過
大となり、噴射量の微調整が困難となる。

【０００８】また、燃料噴射量はニードル弁の開弁方向
への変位量つまりリフト量および開弁時間で決定される
が、上記の燃料噴射装置では、パイロット噴射および主
噴射におけるリフト量の最大値が固定されていない。す
なわち、従来の燃料噴射装置においては、ニードル弁２
３のリフト限界は燃料圧送圧力と圧縮ばね１２および２
３ｂの強さのバランスによって規制されている。このよ
うなばねとか圧送圧力とかの不安定な要素、換言すれば
、所定の公差内に特性を維持することが容易でない要素
のみによってニードル弁のリフト量を決定すると、製品
間や噴射毎で燃料噴射量のばらつきが大きくなるという
問題点がある。

【０００９】本発明の目的は、前述の問題点を解決し、
主噴射において燃料を微粒化するための十分な噴射圧力
を確保でき、かつニードル弁のリフト量を所定量に固定
でき、ＨＣ、ＮＯｘなどのエミッションを低減させるこ
とができる燃料噴射装置（インジェクタ）を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の問題点を解決する
ために、本発明は、エンジンの回転に同期して往復動す
るプランジャを収容し、燃料供給通路を介して燃料タン
クと接続されたプランジャバレルと、燃料噴射口が設け
られた弁座面に対して離着することにより、前記噴射口
を開閉するニードル弁およびこれを収容するバルブ室と
、前記ニードル弁を弁座面に押圧するばねを収容するば
ね室と、前記プランジャバレルからバルブ室に燃料を導
入するための通路と、この通路の途中に設けられた分岐
通路につながる減圧室と、この減圧室に対する前記分岐
通路の開口部に設けられた弁座に対し、ばねによって押
圧され、進退自在に設けられたスピル弁と、前記ニード
ル弁のリフト量が予定量に達したときにこのニードル弁
が当接するように配置されたリフト量規制手段と、この
リフト量規制手段を前記ニードル弁の閉弁方向に付勢す
る補助加圧手段と、前記ニードル弁の総リフト量規制手
段とを具備し、前記ニードル弁の開弁圧よりスピル弁の
開弁圧が大きくなるようにそれぞれの弁を押圧する前記
ばねの強さを選択した点に特徴がある。

【００１１】

【作用】上記の特徴を有する本発明では、ニードル弁が
押上げられて開弁動作が開始された後、さらに燃料の圧
送が続くと、ニードル弁がリフト量規制手段に当接し、
補助加圧手段の圧力がニードル弁に加わる。したがって
その位置で初期噴射におけるニードル弁の後退量つまり
リフト量が規制される。その後の圧送によってスピル弁
が押上げられて減圧室が開く。その結果、バルブ室に燃
料を導入する通路の圧力が瞬間的に下がってニードル弁
が下降し、噴射口が閉じられる。これでパイロット噴射
が終わる。

【００１２】再び圧送作用が働き、ニードル弁は後退し
て開弁し、主噴射が開始される。予定のリフト量だけ後
退するとニードル弁はリフト量規制手段に当接する。し
かし、今度は減圧室が初めから開かれた状態なので減圧
作用はない。そこで、燃料の圧送に伴い、ニードル弁は
前記補助加圧手段の圧力に抗して次第にそのリフト量を
増大させる。ニードル弁が予定の総リフト量だけ変位し
た位置でリフト量の増大は停止する。その後主噴射の最
大噴射圧力が発生して１回の噴射が終わる。

【００１３】

【実施例】以下に図面を参照して、本発明を詳細に説明
する。図１は本発明の第１実施例を示す燃料噴射装置つ
まりインジェクタの断面図である。図１において、イン
ジェクタ本体１に対し、図示しない燃料タンクから燃料
供給通路１３を介して燃料が供給される。燃料は、イン
ジェクタ本体１の上部に穿設されたプランジャバレル２
に受入れられる。プランジャバレル２内にはプランジャ
３が摺動自在に嵌挿されている。このプランジャ３は、
その一端でエンジンと同期して回転するカム（図示しな
い）と係合しており、エンジンと同期してプランジャバ
レル２内で往復動する。

【００１４】インジェクタ本体１の先端部には、バルブ
室４が設けられ、そのバルブ室４内にはニードル弁５が
収容されている。バルブ室４の先端の弁座面１０に設け
られた燃料の噴射口６は、前記ニードル弁５の先端が弁
座面１０に押圧された状態のときに閉塞される。

【００１５】ニードル弁５の後方には、ばね室１７から
一部分が突出したスピンドル１４が配置されている。こ
のスピンドル１４は、その段差部１４ａとばね室１７と
の間に設けられた圧縮ばね１５の反発力が作用するよう
に配設されており、この圧縮ばね１５の作用によってニ
ードル弁５が弁座面１０に押圧される。

【００１６】さらに、前記ばね室１７に隣接して補助加
圧用ばね室１８が設けられ、この補助加圧用ばね室１８
とばね室１７とは座金１７ａによって仕切られている。 補助加圧用ばね室１８には、その一端がばね室１７に突
出すようにリフト量規制手段としてのロッド２８が収容
され、このロッド２８のフランジ部２８ａは補助加圧用
ばね３１によって座金１７ａに押圧されている。

【００１７】前記プランジャバレル２の底部に開口され
た燃料の導入通路１９は、バルブ室４に連絡される。こ
の導入通路１９は途中で分岐していて、その分岐通路２
１の終端部には減圧室２４が設けられている。減圧室２
４に対する分岐通路２１の開口部には弁座面２５が形成
されていている。この弁座面２５に対して進退自在にス
ピル弁２６が設けられ、このスピル弁２６は圧縮ばね２
７によって前記弁座面２５に押圧されている。この圧縮
ばね２７の強さは、前記圧縮ばね１５の強さに抗してニ
ードル弁５を押上げ始めるときのバルブ室４の圧力、つ
まりニードル弁５の開弁圧より分岐通路２１の圧力が大
きくなったときにスピル弁２６が開くような値に設定さ
れる。

【００１８】なお、プランジャ３の表面に設けられてい
る溝３ａは燃料噴射量を制御するための燃料逃がし溝で
ある。すなわち、要求燃料噴射量に応じて図示しない回
動手段によってプランジャ３を予定量だけ回動させて位
置調整しておく。そうすると、プランジャ３の往復動の
量（リフト）が一定であっても、前記回動量に応じて設
定された所定量だけプランジャ３がプランジャバレル２
の容積を縮小する方向に変位した時点でこの溝３ａを介
してプランジャバレル２と燃料供給通路１３とがつなが
る。その結果、その時点でバルブ室４の圧力は燃料供給
圧に等しくなって閉弁し、噴射量が制限されるようにな
る。

【００１９】また、ニードル弁５が弁座面１０に着座し
た状態において、スピンドル１４とロッド２８との間に
はギャップＬｐが設けられ、ニードル弁５と隔壁４ａと
の間にはギャップＬｔが設けられている。

【００２０】次に、以上のように構成された本実施例の
動作を説明する。まず、プランジャ３が最上位点に向か
って変位すると、図示しない燃料タンクからプランジャ
バレル２に燃料が導入される。導入された燃料は、導入
通路１９を経てバルブ室４および分岐通路２１に流入す
る。そして、エンジンの回転に伴って、エンジンと連結
されたカム（図示せず）が回転し、このカムと係合する
プランジャ３は下降する。

【００２１】プランジャ３が下降するのに伴って、まず
燃料供給通路１３が閉塞される。さらに、プランジャ３
が下降してバルブ室４の圧力が上昇し、この圧力によっ
てニードル弁５を押上げる力がばね１５の反発力を超過
すると、ニードル弁５の先端が弁座面１０から離れ、噴
射口６から燃料の噴射が開始される。

【００２２】さらに、プランジャ３が下降してバルブ室
４の圧力が上昇し、ニードル弁５が上昇するとスピンド
ル１４がロッド２８に当接する。その結果、補助加圧用
ばね３１の反発力がニードル弁５に作用するので、ニー
ドル弁５の上昇は停止される。この状態でさらにプラン
ジャ３が下降してバルブ室４の圧力が増大し、分岐通路
２１の圧力がスピル弁２６の開弁圧に達すると、スピル
弁２６は弁座面２５から離れ、分岐通路２１と減圧室２
４とがつながる。

【００２３】分岐通路２１と減圧室２４とがつながると
、バルブ室４の圧力が低下し、ニードル弁５は下降して
弁座面１０に着座する。この時点でパイロット噴射は終
了する。なお、スピル弁２６は一旦上昇すると、燃料の
圧力を受ける受圧面の大きさが閉弁時より大きくなるの
で、スピル弁２６の開弁状態はパイロット噴射終了後も
保持される。

【００２４】そして、その状態でさらにプランジャ３が
下降して再びバルブ室４の圧力が上昇し、主噴射が開始
される。プランジャ３の下降に伴ってバルブ室４の圧力
が次第に上昇し、これに伴ってニードル弁５がリフト量
Ｌｐだけ変位したときに、パイロット噴射時と同様にス
ピンドル１４とロッド２８が当接し、ニードル弁５の変
位が一瞬抑制される。しかし、この主噴射時には、減圧
室２４はすでに導入通路１９と連通しているので減圧作
用は生じない。そのために、バルブ室４の圧力はさらに
上昇し、ニードル弁５は圧縮ばね１５および３１の合力
に抗して上昇する。ニードル弁５が総リフト量Ｌｔだけ
上昇し、隔壁４ａに当接したところでニードル弁５のリ
フトは終了する。

【００２５】このような噴射圧力の高い状態で、所定量
の燃料が噴射され、プランジャ３がさらに下降して燃料
供給路１３と溝３ａとが通じると、バルブ室４の圧力は
燃料タンクからの燃料供給圧となり、ニードル弁５は前
記ばね１５と補助加圧用ばね３１との合力によって押し
戻される。そして、ニードル弁５の先端が弁座面１０に
着座した時点で噴射口６が閉ざされて燃料噴射が終了す
る。

【００２６】燃料噴射が終了してプランジャ３が上昇す
ると、燃料供給通路１３は開口し、導入通路１９、分岐
通路２１、バルブ室４、ならびに減圧室２４の圧力は燃
料タンクからの燃料供給圧力と等しくなる。その結果、
スピル弁２６は下降して初期状態になる。

【００２７】次に、本発明の第２実施例を説明する。図
２は第２実施例を示す燃料噴射装置の断面図であり、図
１と同符号は同一または同等部分を示す。図２において
、ばね室１７は補助加圧用通路３５によってプランジャ
バレル２と連通している。そして、この補助加圧用通路
３５には、リフト量規制手段としてのピストン３４が摺
動自在に嵌挿されている。このピストン３４はその一部
がばね室１７に突出し、突出部の端面がギャップＬｐを
介して前記スピンドル１４と対向するように位置設定さ
れている。ピストン３４は中間部にフランジ３４ａを有
していて、このフランジ３４ａが、圧縮ばね１５の一端
に当接する座金１７ａに当接した位置で前記ギャップＬ
ｐが確保されるようになっている。

【００２８】以上のように構成された第２実施例の燃料
噴射装置は次のように動作する。なお、第１実施例の説
明と重複する部分については説明を省略する。噴射初期
において、ニードル弁５がリフト量Ｌｐだけ上昇し、ス
ピンドル１４がピストン３４に当接すると、このピスト
ン３４にはプランジャバレル２内の燃料の圧力が作用し
ているので、ニードル弁５の上昇は停止される。その状
態で燃料の圧送が続き、スピンドル２６が後退するとバ
ルブ室４は減圧されてニードル弁５が下降し、噴射口６
が閉塞されてパイロット噴射が終了する。

【００２９】前記パイロット噴射に続く主噴射では、す
でに減圧室２４は開放されているので、スピンドル１４
がピストン３４に当接した後もバルブ室４は減圧されな
い。したがって、ニードル弁５は、スピンドル１４がピ
ストン３４に当接した時点で上昇を一旦停止するものの
、プランジャ３の下降によるバルブ室４の圧力上昇に伴
い、この圧力が圧縮ばね１５およびピストン３４の端面
に作用する燃料の圧力を超過したときに再び上昇を開始
する。

【００３０】ニードル弁５が総リフト量Ｌｔだけ上昇し
、隔壁４ａに当接したところで、ニードル弁５のリフト
は終了する。その後、プランジャ３の溝３ａが燃料供給
通路１３とつながり、バルブ室４の圧力が燃料供給圧に
なってニードル弁５が下降し、噴射口６を閉塞すると１
回の燃料噴射が終了する。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、燃料噴射初期のパイロット噴射およびそれに
続く主噴射において、それぞれの噴射に適合するような
予定値にニードル弁のリフト量を設定できる。したがっ
て、パイロット噴射および主噴射における燃料噴射量の
ばらつきを低減することができる。

【００３２】そして、主噴射においては、ニードル弁を
閉弁方向に付勢するための加圧力を、パイロット噴射時
より大きくできる。したがって、主噴射では開弁圧を高
めて高い圧力で燃料を噴射することができ、一方パイロ
ット噴射においては比較的低い噴射圧力で少量の燃料を
噴出できる。

【００３３】その結果、燃料噴射初期つまり着火遅れ期
間において燃焼室に供給される燃料の量を少なくでき、
ディーゼルノックによる音や振動を軽減できるし、主噴
射では噴射圧力を高められ、燃料の微粒化が促進される
ので燃料の燃焼状態を改善でき排気中のＮＯｘやＨＣの
量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の第１実施例を示すインジェクタの
断面図である。

【図２】　　第２実施例を示すインジェクタの断面図で
ある。

【図３】　　従来のインジェクタを示す断面図である。

【符号の説明】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　圧縮ばねによって弁座面に押当てられ
   たニードル弁を、このニードル弁を収容するバルブ室に
   加圧供給された燃料の圧力によって開弁し、前記燃料を
   弁座面に設けられた噴射口から燃焼室に噴射するように
   した燃料噴射装置において、エンジンの回転に同期して
   往復動するプランジャと、前記プランジャを摺動自在に
   収容すると共に、燃料供給通路を介して燃料タンクと接
   続されたプランジャバレルと、前記ニードル弁を収容す
   るバルブ室と、前記ニードル弁を弁座面に押圧するばね
   を収容するばね室と、前記プランジャバレルからバルブ
   室に燃料を導入するための導入通路と、前記導入通路の
   途中に設けられた分岐通路につながる減圧室と、前記減
   圧室に対する前記分岐通路の開口部に設けられた弁座に
   対し、ばねによって押圧され、進退自在に設けられたス
   ピル弁と、前記ニードル弁のリフト量が予定量に達した
   ときにこのニードル弁が当接するように配置されたリフ
   ト量規制手段と、前記リフト量規制手段を前記ニードル
   弁の閉弁方向に付勢する補助加圧手段と、　　前記ニー
   ドル弁の総リフト量規制手段とを具備し、前記ニードル
   弁の開弁圧よりスピル弁の開弁圧が大きくなるようにそ
   れぞれの弁を押圧する前記ばねの強さが選定されている
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 【請求項２】　　前記リフト量規制手段が、前記ニード
   ル弁に対して予定の大きさのギャップを介して対向配置
   されたロッドであり、前記補助加圧手段は、前記ロッド
   を前記ニードル弁の閉弁方向に付勢するばねであること
   を特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 【請求項３】　　前記リフト量規制手段が、前記ニード
   ル弁に対して予定の大きさのギャップを介して対向配置
   されたピストンであり、前記補助加圧手段は、前記プラ
   ンジャバレル底部と前記ばね室とをつなぐ補助加圧用通
   路であって、この補助加圧用通路に対して前記ピストン
   の一部が前記ニードル弁の動作方向で摺動自在に嵌挿さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置
   。