JPH04339169A - ポペット型燃料噴射ノズル - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に備えるポペ
ット型燃料噴射ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射ノズルによる燃料噴射率を機関
の運転状況に応じて制御するものとして、「ディーゼル
機関の燃料噴射弁の燃料噴射率制御装置」（特開昭５９
−２３０６１号公報）が提案されている。

【０００３】図４に示すように、この提案は、プレッシ
ャスプリング１によって適宜付勢されている弁体２のカ
ラー部３に当接する圧電素子の積層体４をノズルホルダ
５内に設けて、機関の回転速度及び負荷の増大・減少に
従って電圧供給する制御器（図示せず）によって積層体
４を伸縮させることで、カラー部３との距離を調節する
ように構成されている。またプレッシャスプリング１は
、調節ねじ６とナット７とでその付勢力が調節されるよ
うになっており、噴射ポンプからの燃料の圧力がこの付
勢力に打ち勝ったときに噴射が始まるように構成されて
いる。

【０００４】従って、上記距離を減少させることで噴射
圧力を増加させ、逆に距離を増加させることで噴射圧力
を減少させて、機関の運転状態に応じた燃料噴射率にし
ようとするものである。

【０００５】ところで上記提案においては、噴射圧力を
変えることで燃料噴射率の制御を行おうとするものであ
り、ノズルの噴口８自体の形状は一定であった。このた
め最適な燃料噴射を得ようとする場合には、未だ不充分
で、その制御幅に限界があり、このため本出願人は、先
に下方に付勢された弁体のリフト上限を機関運転状態に
応じて調節するリフト制御手段と、上記弁体の下端部に
設けられリフト位置に従ってノズルボディの噴口形状を
変化させるポペット部材とを備え、リフト制御手段によ
り、機関運転状態に応じて弁体のリフト量を変え、ポペ
ット部材により噴口形状を変えて所望の噴口形状とし、
燃料噴射率の制御，燃料噴射率の制御幅の拡大，低速・
低負荷時の燃料供給性の安定化及び高速・高負荷時の充
分な燃料供給を行うようにした「燃料噴射ノズル」（特
願昭２−１３１１６２号）を提案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記提案の燃
料噴霧の噴射方向（飛翔方向）は、ポペット弁の軸心と
ポペット弁の燃料案内面との成す交角によって一義的に
決定された平面的な方向となり、この燃料噴霧中にキャ
ビティ内空気を取り込ませて、空燃比を改善しスモ−ク
を改善するためには、スキッシュ流などの空気流動に依
存しなければならかった。つまり、上記提案では、スキ
ッシュ流生成のためにキャビティの上部にスキッシュ生
成用のリップを必要とするようになり、ピストンのポン
ピングロスは改善できないという問題があった。

【０００７】なお、燃料噴霧の拡散が図られるようにす
るために、ポペット型燃料噴射ノズルの噴口の直径を燃
料噴射方向に順次拡大し、弁体先端にこの噴口に係合す
るポペット部を形成して負荷により燃料噴射幅を拡大す
るように構成した提案（「ディ−ゼルエンジン用ポペッ
ト型燃料噴射弁」（特開昭　５９−１４７８６１号））
が知られているがこの提案でも噴霧方向は特定されてお
り、上記問題の解決はできない。

【０００８】本発明の目的は、噴射工程中にポペット弁
を強制的に上下動させてキャビティに立体的な噴霧の供
給を可能とするポペット型燃料噴射ノズルを提供するに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るポペット型
燃料噴射ノズルは、ノズルボディ内に摺動移動自在に設
けられたポペット弁を各噴射行程中に開閉方向へ強制的
に駆動するリフト制御手段と、上記ポペット弁の燃料案
内面の先端を球面状に縁取って形成された球面部と、上
記ノズルボディの噴口端部周縁に上記球面部に対して半
径方向に適宜離間させて形成されたボディ側球面部とを
有して構成されたものである。

【００１０】

【作用】リフト制御手段は、ポペット弁の位置を、各燃
料噴射行程中に開閉方向に駆動する。このため、ポペッ
ト弁の球面部とボディ側球面部の外周を結ぶ接線が変化
し、これに伴って燃料の噴射方向が立体的に変更される
。従って従来（特願昭２−１３１１６２号）のように燃
料噴霧の噴射方向を固定的としたものに対して燃料噴霧
中に多くの空気が取込まれるようになり、スキッシュ流
によらずスモ−ク性能の改善、ポンピングロスの改善が
可能になる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を、添付図面に従って
説明する。

【００１２】図１は、本発明に係わるポペット型燃料噴
射ノズルの一実施例を示している。ポペット弁１１は、
ノズルボディ１３内に上下移動自在に設けられ、その下
端部１５が円錐状を呈してノズルボディ１３の弁座部１
６に着座するように構成されている。そして、燃料噴射
ポンプ（図示せず）の燃料供給圧力により上方にリフト
して弁座部１６から離間したときに、ノズルボディ１３
に形成された噴口１７を開放させて、燃料供給路１８（
環状圧力室１９）と連通させることで、燃料をキャビテ
ィ（図示せず）内に噴射させるように構成されている。 また上端部２０にはポペット弁１１を下方に、即ち噴口
１７の閉成方向に所定のバネ力を以て付勢するスプリン
グ２１が設けられている。

【００１３】リフト制御手段１２は、ポペット弁１１の
上端部２０にスプリング２１と並設されて取り付けられ
た圧電素子の積層体２２と、積層体２２を適宜伸縮させ
るための駆動部２３とで構成されており、積層体２２は
、その上方に設けられたストッパ２４に当接することで
、ポペット弁１１のリフト量（上方移動量）を制限する
第１のアクチュエータ機能と、その制限されたリフト範
囲内で各噴射行程中にポペット弁１１を上下に強制的に
移動させる第２のアクチュエータ機能とを発揮できるよ
うに構成されている。圧電素子（ジアゾ素子）は、電圧
を加えると振動（変形）する素子として周知のものであ
り、本実施例にあっては軸方向に伸縮するように積層さ
れている。また駆動部２３は、入力信号に応じて電圧を
出力する制御器（ＣＰＵ　）２５と、その出力電圧を増
幅して積層体２２の作動電圧に変換する電圧増幅器（Ｄ
Ｃ／ＤＣ　コンバータ）２６とで成る。本発明では制御
器２５への入力信号として、機関の回転速度及び負荷の
高低が入力されるように構成されている。

【００１４】図２に示すように、ポペット部１４は、ポ
ペット弁１１の先端部１５に一体的に形成されて噴口１
７内を軸芯方向に延出され、且つ噴口１７の外方となる
位置においてその周縁部２７を囲むように径方向へ延出
されその延出端を略球状に膨出されて形成されている。 具体的には、ポペット部１４は噴口１７内に収容されさ
らに噴口１７から外部へ適宜突き出されて形成された細
径寸法の弁軸２７と、その弁軸２７先端を鍔状に延出さ
せて形成され燃料を案内するための鍔状の燃料案内部２
８と、その燃料案内部２８の延出端を球面状に成形して
形成された球面部２９とから成る。

【００１５】一方、ノズルボディ１３には、その噴口部
３０の先端に、上記球面部２９と協同して燃料の噴射方
向を上下に変更し、ピストンのキャビティ（図示せず）
に対して燃料の立体的な噴射を可能とするために、噴射
方向調節部が一体的に形成されている。具体的に噴射方
向調節部は、上記弁軸２７の先端側を包囲して噴口１７
を燃料の噴射側へ実質的に延長する円筒部３１と、その
円筒部３１の先端を球面状に成形して形成されたボディ
側球面部３２とから成る。

【００１６】さらに詳しくはこれらボディ側球面部３２
及びポペット弁１１の球面部２９は、ほぼ同等な球面を
構成する半径寸法で形成され、これらの球面部２９，３
２相互の中心間距離Ｐは、図３に示す球の直径Ｄ，球の
半径ｒとしたとき、おおよそｒ＜Ｐ＜Ｄの関係を満たす
ように設定されている。

【００１７】次に本実施例の作用を説明する。

【００１８】圧縮行程の後半において、燃料噴射ポンプ
（図示せず）によって供給された燃料の供給圧がスプリ
ング２１の付勢力を上回るとき、ポペット弁１１は弁座
部１６に着座した燃料噴射停止状態から上方にリフトさ
れて、上端部２０が積層体２２を介してストッパ２４に
当接されることにより、図３に示すような噴射状態位置
となる。このとき燃料は、図３中矢印Ａにて示したよう
に、弁座部１６及び噴口１７を経由して、ポペット弁１
１の球面部とボディ側球面部３２によって所定の面積に
なされたクリアランスＳから円錐状に、キャビティに噴
射される。本発明ではこのような油圧開弁型ノズルの基
本的な油圧開弁制御に加え、機関の回転数及び機関の負
荷に応じて上記クリランスＳの上限を制限し、機関運転
状態に応じてポペット弁１１のリフト量を変え、ポペッ
ト部１４により噴口形状を変えて所望の噴口形状とし、
燃料噴射率の制御，燃料噴射率の制御幅の拡大，低速・
低負荷時の燃料供給性の安定化及び高速・高負荷時の充
分な燃料供給を行う。つまり、制御器２５は、入力され
た機関回転数及び機関の負荷などの機関運転情報に基づ
いて、電圧増幅器２６へ送る作動電圧値を適正に決定す
る。これにより機関の低負荷・低回転時にあっては、積
層体２２が駆動部２３からの作動電圧により適宜伸長さ
れ、クリアランスＳが狭められて最大噴射圧力が高めら
れると共にその噴射量が絞られる。機関の高負荷・高回
転時にあっては、積層体２２は縮退され、クリアランス
Ｓが広がって噴射圧力が低められると共にその噴射量が
多くなる。そして本発明において制御器２５は、この燃
料噴射圧力の制御にさらにキャビティに対する燃料の噴
射方向を各燃料噴射行程中に立体的に変化させて、燃料
噴霧中への空気取込み率を大巾に改善する制御を加える
。つまり、制御器２５は、ポペット弁１１のリフト上限
を決定する制御を実行すると同時にそのリフト上限によ
って決定したポペット弁１１のリフト範囲内において、
各燃料噴射行程中に、積層体２２へ送る電圧値を変更し
てポペット弁１１をその開閉方向に駆動する。このため
、上記クリアランスＳが変更される一方で、これら球面
部２９，３２の外周を結ぶ接線方向が図３に示すように
変更され、燃料の噴霧方向が立体的に変更されるように
なる。この噴霧方向の範囲は、上記球の半径ｒ＜中心間
距離Ｐ＜球の直径Ｄの場合においておおよそ図３のａ，
ｂよって囲まれた範囲Ｚとなる。この結果、噴射された
燃料中には多くのキャビティ内空気が取り込まれ、空燃
比を良好とする混合気がキャビティ内に立体的に分散分
布されるようになる。従って従来のようにスキッシュ流
によらずスモ−ク性能が改善されるようになり、ポンピ
ングロスの低減が可能となる。なお、ポペット弁１１を
強制的に移動させて立体的な燃料噴射を行う場合におい
て、ポペット弁１１の作動方向は通常、開方向となり、
また、ポペット弁１１の移動速度及び移動範囲について
は、機関の運転状態（機関負荷、機関回転数、温度（冷
却水温，大気温度，燃料御温度））に基づいて適宜制御
することは当然である。また、本実施例にあってはリフ
ト制御手段として圧電素子の積層体を設けたが、機関運
転状態に応じて伸縮するものであれば、どのようなもの
でも構わない。

【００１９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００２０】（１）　ノズルボディ内に摺動移動自在に
設けられたポペット弁を各噴射行程中に開閉方向へ強制
的に駆動するリフト制御手段と、上記ポペット弁の燃料
案内面の先端を球面状に縁取って形成された球面部と、
上記ノズルボディの噴口部端周縁に上記球面部に対して
半径方向に適宜離間させて形成されたボディ側球面部と
を備えたので、燃料噴霧の方向を立体的に変化させて空
気を多量に取込んだ混合気を生成でき、スモ−ク性能を
大巾に改善できる。

【００２１】（２）　ピストンのポンピングロスを実質
的に低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるポペット型燃料噴射ノズルの一
実施例を示した側断面図

【図２】図１のＩＩ部拡大図

【図３】本発明に係わるポペット型燃料噴射ノズルの作
用を説明するための断面図

【図４】従来の燃料噴射ノズルを示した側面図である。

【符号の説明】

１１　　ポペット弁 １２　　リフト制御手段 １３　　ノズルボディ １４　　ポペット部 ２８　　燃料案内部 ２９　　ポペット弁の球面部 ３０　　噴口部 ３２　　ボディ側球面部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ノズルボディ内に摺動移動自在に設け
   られたポペット弁を各噴射行程中に開閉方向へ強制的に
   駆動するリフト制御手段と、上記ポペット弁の燃料案内
   面の先端を球面状に縁取って形成された球面部と、上記
   ノズルボディの噴口端部周縁に上記球面部に対して半径
   方向に適宜離間させて形成されたボディ側球面部とを備
   えたことを特徴とするポペット型燃料噴射ノズル。