JPH0458061A - ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル - 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） この発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルに関
し、特に、燃料噴射終了時の噴射切れを良好に行うよう
にしたものに関する。

（従来の技術） 従来より、この種の燃料噴射ノズルとして、燃料を噴射
する噴孔が開口されたノズルホルダ内に針弁（ニードル
弁）を往復動可能に配設してなり、この針弁によって噴
孔の開度を制御するようにしたものはよく知られている
。

その−例を示すと、例えば特開昭６２−６７２７５号公
報に開示されるものでは、針弁の背面に連通ずるポンプ
室を設け、該ポンプ室の圧力を増減させる電歪式のアク
チュエータを設けるとともに、燃料供給源からの一定圧
力以上の高圧燃料が導入される燃料室を設けて、該燃料
室の燃料圧により針弁が開弁方向に付勢されるように構
成し、燃料噴射時には上記ポンプ室の圧力を燃料室の圧
力よりも低下させて針弁を開弁させ、噴孔から燃料を噴
射させる一方、燃料噴射の停止時にはポンプ室の圧力の
増大により針弁を閉弁させるようにすることにより、噴
射初期の燃料噴射率を低くし、噴射終了時の噴射率は高
くするようになされている。

また、この他、針弁を閉弁方向に付勢する１段又は２段
のスプリングを設け、燃料噴射時には、燃料噴射ポンプ
から周期的に圧送される高圧燃料を燃料室に導入して、
針弁をスプリングの付勢力に抗して開弁させる一方、燃
料室の圧力低下に伴って針弁をスプリングの付勢力によ
り閉じるようにしたものも広く一般に知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような針弁を有する燃料噴射ノズルにお
いては、燃料噴射終了時に針弁が噴孔を閉じるときに、
該針弁を閉じ位置に確実に保持するのは難しく、僅かで
はあるか開弁することがある。そして、この適正噴射時
期を経過した後に噴孔から漏れ出た燃料により未燃成分
（ＩＣ等）か発生し、ディーゼルエンジンのエミッショ
ン性能を悪化させる一因となっていた。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもので、その目的
は、燃料噴射ノズルにおける噴射終了時の針弁の移動を
確実に制限する手段を講じることで、その噴射切れを良
好に行うようにすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成すべく、請求項（１）の発明では、燃
料噴射終了時に針弁を閉弁方向に押圧して閉弁保持する
ようにした。

すなわち、この発明は、噴孔を有するノズルホルダと、
該ノズルホルダ内に摺動可能に配置され、上記噴孔を開
閉する針弁とを備え、針弁の開閉により燃料噴射特性を
制御するようにしたデイ−セルエンジンの燃料噴射ノズ
ルにおいて、燃料噴射終了時に針弁を閉弁方向に押圧す
る押圧手段を設けたことを特徴とするものである。

（作用） 上記の構成により、本発明ては、針弁がノズルホルダ内
で摺動することで噴孔が開閉され、針弁の開弁により噴
孔が開放されて燃料が噴射され、閉弁により噴孔が閉じ
て燃料噴射が停止する。この燃料噴射終了時、上記針弁
は押圧作動手段により強制的に閉弁方向に押圧される。

このため、針弁は確実に閉弁状態に保持され、燃料切れ
を良好に保つことができ、燃料漏れによるエミッション
性能の悪化を抑制することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係るディーゼルエンジン
用の燃料噴射ノズルＡを示す。図において、１は図外の
エンジンにおけるシリンダヘッドに先端部を燃焼室に臨
ませて取り付けられる中空円筒状のノズルホルダで、こ
のノズルホルダ１の下端には燃料を燃焼室に噴射するた
めの噴孔２が開口している。ノズルホルダ１内の空間に
は中心孔３ａを有する仕切部材３が充填され、この仕切
部材３によりノズルホルダ１内空間が下側の第１段スプ
リング室４と上側の第２段スプリング室５とに区画され
ている。一方、ノズルホルダ１内の下端部には弁収容孔
６が第１段スプリング室４と同心状に形成され、この弁
収容孔６の下端は上記噴孔２に接続され、該下端には弁
座７が形成されている。弁収容孔６の上半部はシリンダ
部６ａとされ、このシリンダ部６ａの上端は第１段スプ
リング室４に連通している。

また、ノズルホルダ１内の下端部には上記弁収容孔６の
ンリンダ部６ａ下端に連通ずる燃料室８が形成されてい
る。この燃料室８はノズルホルダ１内外周部に形成した
燃料通路９ａを介して燃料導入口９に連通され、この燃
料導入口９は図外の燃料噴射管を介して燃料噴射ポンプ
に接続されており、燃料噴射ポンプからエンジン回転数
に応じて周期的に圧送される高圧燃料を燃料室８に導入
するようにしている。

上記弁収容孔６には針弁１０が摺動可能に収容されてい
る。この針弁１０は、弁収容孔６のシリンダ部６ａに液
密状態で摺動可能に挿通されたピストン部１０ａと、該
ピストン部１０ａの上端に連設され、上端が上記第１段
スプリング室４に臨む連結ロッド部１０ｂと、ピストン
部１０ａの下端に弁収容孔６との間に所定の間隙をあけ
て連設され、上記弁座７に対し離着して噴孔２を開閉す
る弁部１０ｃと、該弁部１０ｃの下端に形成され、かつ
噴孔２の中心部に挿通配置されてその開口面積を調整す
るスロットル部１０ｄとを有する。そして、燃料室８へ
燃料噴射ポンプから高圧燃料が導入されると、その圧力
のピストン部１０ａへの作用により針弁１０を後述のス
プリング１２．１５の付勢力に抗して上方向にリフトさ
せて弁部１０ｃを弁座７から離座させ、噴孔２を開放し
て燃料を噴射させるようになされている。

また、上記第１段スプリング室４の下端には上記針弁１
０の連結ロッド部１０ｂ上端に当接する第１スプリング
受け１１か収容され、このスプリング受け１１と上記仕
切部材３の下端（第１段スプリング室４の土壁）との間
には第１段スプリング１２が縮装されており、この第１
段スプリング１２の伸長力により常に針弁１０を閉弁方
向に付勢している。

一方、上記第２段スプリング室５の下端には第２スプリ
ング受け１３か配置され、このスプリング受け１３と第
２段スプリング室５の上端に配置した第３スプリング受
け１４との開には第２段スプリング１５が縮装されてい
る。上記第２スプリング受け１３には上記仕切部材３の
中心孔３ａに摺動可能に挿通したロッド１６の上端が移
動一体に連結され、二〇ロッド１６は第１スプリング］
２の中心部を通って下方に延び、その下端は上記第１ス
プリング受け１１の上端面と所定のクリアランスＣ（例
えば０．２〜０．　３ｍｍ）をあけて対向している。そ
して、第４図に示す如く、針弁１０か開弁時に第１スプ
リング受け１１と共にリフトした場合、上記クリアラン
スＣがＣ−０になるまでのいわゆるプレリフト時には、
針弁１０にかかる閉弁付勢力を第１段スプリング１２の
伸長力のみとして小さくし、その後、リフト量が大きく
なってクリアランスＣが零になった後は、第１段及び第
２段スプリング１２．１５双方の伸長力の合成により針
弁１０の閉弁付勢力を急激に増大させ、このスプリング
１２．１５によって設定される針弁１０の開閉により、
エンジンに対する燃料噴射特性を制御するようにしてい
る。

尚、上記第３スプリング受け１４はノズルホルダ１上端
に螺合した調整部材１７により移動可能とされており、
このスプリング受け１４の移動により第２段スプリング
１５の伸長力を可変調整可能としている。

さらに、この発明の特徴として、上記噴孔２からの燃料
噴射終了時に上記針弁１０を閉弁方向に押圧する押圧手
段１８が設けられている。この押圧手段１８は、上記第
２段スプリング１５及びその伸長力を針弁１０に伝達す
るロッド１６を主たる構成要素としている。すなわち、
このロッド１６は、磁界を与えるとその強度に応じて比
例的に伸長する超磁歪合金で構成されている。具体的に
は、ｏ　ラド１６は例えばＴｂｏ、ｉ　ＤＶｏ７Ｆｅ＋
９ｓ（Ｔｂ：テルビウム、Ｄｙ：ジスプロシウム）の合
金の丸棒からなる。この超磁歪合金は伸び量ΔＬの全長
しく自然長）に対する比率で表される磁歪値ΔＬ／Ｌが
ΔＬ／Ｌ−１５００〜２０００ｐｐｍであり、この歪値
は、電圧をかけると伸長する電歪セラミック材であるピ
エゾ圧電素子（１００〜３００ｐｐｍ）よりもはるかに
大きい。

そして、ノズルホルダ１内において上記第１段スプリン
グ室４の周りにはロッド１６に磁界を与えるための電磁
コイル１９が配置されている。この電磁コイル１つは、
コイル１つへの通電つまりロッド１６の伸縮動作をコン
トロールするコントロールユニット４１にリード線２０
．２０を介して接続されている。このコントロールユニ
ット４１にはノズルＡからの燃料噴射状態を検出するセ
ンサ４２（例えば針弁１０のリフトを検出するリフトセ
ンサやノズルＡ近くの燃料噴射管内の燃料圧力を検出す
る管内圧センサ）の出力信号が入力されており、コント
ロールユニット４１において針弁１０がリフト後に閉弁
動作する燃料噴射終了時をセンサ４２からの信号を基に
して判定し、その終了時には電磁コイル１９へ通電して
ロッド１６を伸長させることにより、ロッド１６とスプ
リング受け１１との間のクリアランスＣをＣ−０にしか
つその状態で針弁１０を第２スプリング１５で閉弁方向
に押圧するようにしている。

次に、上記実施例の作用について説明する。

ノズルＡの燃料噴射時、第２図（ａ）に示す如く、コン
トロールユニット４１から電磁コイル１９に通電されな
いので、ロッド１６は伸長せず、ロッド１６と第１スプ
リング受け１１との間にクリアランスＣが形成される。

このため、燃料噴射ポンプから圧送された高圧燃料が燃
料室８に導入されると、先ず、上記クリアランスＣがＣ
−Ｏ＋＝なるまでの間、針弁１０は第１段スプリング１
２の伸長付勢力に抗してのみプレリフトし、クリアラン
スＣがＣ−０になった後は、第１段及び第２段スプリン
グ１２．１５双方の付勢力に抗してリフトする。このよ
うな針弁１０のリフトにより弁部１０ｃが弁座７から離
れ、燃料室８の燃料か弁部１０ｃと弁収容孔６との間の
間隙を通って噴孔２に至り、この噴孔２からエンジンの
燃焼室に噴射される。

次いで、燃料噴射ポンプの圧送停止により燃料室８の燃
料圧力が低下し、第１段及び第２段スプリング１２．１
５の付勢力により針弁１０が閉弁して燃料噴射が終了す
る。この燃料噴射終了時、そのことがセンサ４２の出力
信号に基づいて判定され、このときには第２図（ｂ）に
示すように、上記コントロールユニット４１により電磁
コイル１つが通電されて励磁され、この電磁コイル１９
の励磁により発生した磁界により上記ロッド１６か伸長
して、その下端とスプリング受け１１との間のクリアラ
ンスＣかＣ＝０になるとともに、その後は針弁１０か引
続き両スプリング１２．１５双方の伸長力を受けて下方
に押圧される。こうして針弁１０が両スプリング１２．
１５の伸長力により押圧されて閉弁する結果、針弁１０
は確実に閉弁状態に保持され、噴孔２から燃料かたらた
らと洩れ出ることはなく、第３図で実線にて示す如く、
押圧手段１８を設けない従来例（第３図で破線にて示す
）に比べ燃料切れを良好に保つことができ、よって燃料
漏れによるエミッション性能の悪化を抑制することかで
きる。

また、この実施例では、押圧手段１８のロッド１６が超
磁歪合金で構成されているので、同ロッドを例えばピエ
ゾ圧電素子で構成する場合に比べ種々の利点がある。す
なわち、ピエゾ圧電素子では歪率が小さいので、上記ク
リアランスＣをＣ−０にする伸びが必要なときには、長
さの短い複数の素子を積層して必要長さのロッドを形成
する必要かあり、力の作用により積層構造が破壊される
虞れがあるが、超磁歪合金では歪率か大きいので、長さ
の長いロッド１６であっても一体のものか使用でき、耐
久性を向上することができる。

また、ピエゾ圧電素子は電圧の印加により伸長するため
、素子にリード線を直接接続せねばならず、素子の伸縮
の繰返しによりリード線が外れる虞れがあるが、超磁歪
合金では、ロッド１６周りに配置固定した電磁コイル１
つにリード線２０゜２０を接続すればよいので、リード
線２０．２０が外れる心配はなく、信頼性を向上するこ
とができる。

第５図は第２実施例を示しく尚、第１図と同じ部分につ
いては同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、
上記実施例では、２段スプリングの燃料噴射ノズルＡに
適用しているのに対し、１段スプリングのものに適用し
たものである。

すなわち、この実施例では、ノズルホルダ１′内に１つ
のスプリング室２１が針弁１０と同心状に形成され、こ
のスプリング室２１の土壁と針弁１０上端に当接してい
るスプリング受け１１との間にはスプリング２２か縮装
され、このスプリング２２によって針弁１０が閉弁方向
に付勢されている。

また、上記スプリング受け１１にはロッド２３の下端が
一体に固定され、この。ラド２３はスプリング２２内の
中心部を上方に延びている。そして、スプリング室２１
上側のノズルホルダ１′内には空間２４が形成されてい
る。この空間２４は、スプリング室２１と同程度の内径
を有する円柱状の伸縮部材収容部２５と、この伸縮部材
収容部２５の下側に同心状に形成され、伸縮部材収容部
２５よりも小さい内径を有するロッド収容部２６とから
なり、このロッド収容部２６の下端はスプリング室２１
に連通し、その下部には上記ロッド２３の上端部が摺動
可能に液密状に嵌挿されている。

一方、伸縮部材収容部２５内には超磁歪合金からなる伸
縮部材２７が液密状に収容され、この伸縮部材２７は空
間２４の上壁に固定されて垂下している。ロッド２３の
上端及び伸縮部材２７の下端で囲まれる空間２４により
密閉状の油室２８が区画形成され、この油室２８には圧
油としての燃料か充満しており、空間２４の伸縮部材収
容部２５に形成される油室２８とロッド収容部２６に形
成される油室２８との断面積の差により、伸縮部材２７
の伸縮動作を増幅してロッド２３に伝達するようにして
いる。

また、上記伸縮部材収容部２５周りのノズルホルダ１′
には、伸縮部材２７に磁界を与えるだめの電磁コイル１
９′が収容されている。この電磁コイル１９′はコント
ロールユニット４１にリード線２０．２０を介して接続
されており、予め、コントロールユニット４１により電
磁コイル１９′に設定値の電流を流して伸縮部材２７を
通常のノズルＡ′の開弁圧が得られるよう所定量だけ伸
長したセット長としておき、針弁１０かリフトして開弁
する燃料噴射時には、電磁コイル１９′への電流の供給
を停止して伸縮部材２７を自然長としく又は電磁コイル
１９′に上記設定値よりも小さい電流を供給して伸縮部
材２７の伸び量を所定量よりも小さくしてもよい）、そ
の全長をセット長よりも短くすることにより、針弁１０
（ロッド２３）のリフトを許容する一方、針弁１０がリ
フト後に閉弁動作する燃料噴射終了時には、逆に、電磁
コイル１９′へ上記設定値よりも大きい電流を供給して
伸縮部材２７をセット長よりも伸ばすことにより、針弁
１０を油室２８の圧力及びロッド２３を介して閉弁方向
に押圧するようにしている。

尚、上記空間２４の伸縮部材収容部２５に形成される油
室２８にはリーク通路２９の一端が開口され、このリー
ク通路２９の他端はスプリング室２１に開口され、リー
ク通路２９の途中には一方向弁３０が配設されている。

この一方向弁３０は、リーク通路２９を開閉するボール
からなる弁体３１と、該弁体３１を閉弁方向に付勢する
スプリング３２とで構成され、スプリング室２１から油
室２８に燃料が流れるときには、弁体３１がスプリング
３２の付勢力に抗して開く一方、逆に、油室２８からス
プリング室２１に燃料が流れるときには、弁体３１が閉
じるようになっている。

したがって、この実施例では、初期状態にあるとき、コ
ントロールユニット４１により電磁コイル１９′に設定
値の電流か供給され、この電磁コイル１９′の励磁によ
り伸縮部材２７は所定量だけ伸びてセット長になってい
る。この状態から燃料噴射状態に移行すると、第６図（
８）に示す如く、上記電磁コイル１９′への通電が停止
され、伸縮部材２７は収縮して上記セット長よりも短く
なり、このことにより針弁１０のリフトが許容された状
態になる。この状態で、燃料噴射ポンプから圧送された
高圧燃料が燃料室８に導入されると、針弁１０はスプリ
ング２２の伸長付勢力に抗してリフトし、この針弁１０
のリフトにより燃料室８の燃料が弁部１０ｃと弁収容孔
６との間の間隙を通って噴孔２に至り、噴孔２からエン
ジンの燃焼室に噴射される。

次いで、燃料噴射ポンプの圧送停止により燃料室８の燃
料圧力が低下し、スプリング２２の付勢力により針弁１
０か閉弁して燃料噴射が終了する。

この燃料噴射終了時には第６図（ｂ）に示すように、上
記コントロールユニット４１により電磁コイル１９′に
上記設定値以上の電流が供給され、この電磁コイル１９
′の励磁により伸縮部材２７が伸長して上記セット長よ
りも長くなり、この伸長する伸縮部材２７により油室２
８の圧力が増大してロッド２３、スプリング受け１１及
び針弁ｌＯが下方に押圧される。こうして針弁１０か伸
縮部材２７により押圧されて閉弁する結果、針弁１０は
確実に閉弁状態に保持され、燃料切れを良好に保つこと
ができる。

その際、上記油室２８は、空間２４の伸縮部材収容部２
５に形成される油室２８とロッド収容部２６に形成され
る油室２８とに分けられ、後者の油室２８の断面積が前
者よりも小さいので、伸縮部材２７の伸縮量が僅かであ
っても、その伸縮動作を増幅してロッド２３に伝達でき
、その分、電磁コイル１９′への供給電流を全体として
低減することができる等の利点がある。

以上の動作における各種状態の時間的変化を示すと第７
図のようになり、同図（ａ）は針弁１０の移動速度の絶
対値を、また図（ｂ）は燃料噴射率を、さらに図（ｃ）
は針弁１０のリフト量を、また図（ｄ）は電磁コイル１
９′への供給電流をそれぞれ示している。

第８図は第３実施例を示す（尚、第５図と同じ部分につ
いては同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）。

この実施例は、上記第２実施例において電磁コイル１９
′の断線等により伸縮部材２７が伸縮不能になったとき
には、針弁１０がリフト不能になり、最悪の場合にはエ
ンジンが停止する等の不具合が生じることから、これを
解消したものである。

すなわち、この実施例では、油室２８とスプリング室２
１との間のリーク通路２９における一方向弁３０を強制
的に開弁保持する開弁手段３３が設けられている。この
開弁手段３３は、前進により一方向弁３０の弁体３１を
スプリング３２の付勢力に抗して押圧して開弁させるロ
ッド３４と、該ロット３４を駆動する電磁ソレノイド３
５とからなり、上記ソレノイド３５はコントロールユニ
ット４１によって制御されるリレー３６を介して電源に
接続されており、コントロールユニット４１でセンサ４
２からの入力信号の停止等により伸縮部材２７の伸縮不
能か判定されたとき、リレー３６をＯＮ作動させてソレ
ノイド３５に通電することにより、ロッド３４を前進さ
せて一方向弁３０を強制的に開弁させるようにしている
。

したかって、この実施例の場合、通常時には、第９図（
ａ）に示す如く、開弁手段３３の電磁ソレノイド３５に
は通電されず、上記第２実施例と同様の動作が行われて
、ノズルＡ′から燃料が噴射される。

そして、コントロールユニット４１で伸縮部材２７の伸
縮不能が判定された故障時には、同図（ｂ）に示す如く
、リレー３６かＯＮ作動されてソレノイド３５に通電さ
れ、このソレノイド３５の励磁によりロッド３４が前進
して一方向弁３０が強制的に開弁される。このため、伸
縮部材２７の故障時でも、針弁１０の最低限度のリフト
動作が確保されることとなり、燃料供給不能によりエン
ジンが停止するのを有効に回避することができる。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）に係る発明によると
、ディーゼルエンジンにおける燃料噴射ノズルの燃料噴
射終了時、その針弁を抑圧作動手段で強制的に閉弁方向
に押圧するようにしたことにより、ノズルの燃料噴射切
れを良好に確保して、ディーゼルエンジンのエミッショ
ン性能の向上等を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
燃料噴射ノズルの断面図、第２図はその作動状態の模式
図、第３図は燃料噴射率の特性図、第４図は針弁のリフ
ト量に対するスプリングの付勢力の変化を示す特性図で
ある。第５図〜第７図は第２実施例を示し、第５図は第
１図相当図、第６図は第２図相当図、第７図は各種状態
のタイミングチャート図である。第８図及び第９図は第
３実施例を示し、第８図は第１図相当図、第９図はその
通常時と故障時の作動を示す模式図である。 Ａ、Ａ’　、Ａ’・・・燃料噴射ノズル１．１′・・ノ
ズルホルダ ２・・・噴孔 １０・・・針弁 １２・・・第１段スプリング １５・・・第２段スプリング １６・・・超磁歪合金製のロッド １８．１８’　・・・押圧手段 １９．１９’・・・電磁コイル Ｃ・・・クリアランス ２２・・・スプリング ２７・・・超磁歪合金製の伸縮部材 ２８・・・油室 代理人弁理士前１）弘（はが−１１） Ａ、　Ａ’　、　Ａ’・・燃料噴射ノスル１，１′　・
・・ノスルホルタ ２・・・噴孔 １０・・・針弁 １２・・・第１段スプリンク １５・・・第２段スプリンク １６・・・超磁歪合金製のロッド １８、　１８’・・・押圧手段 １９　１９’　・・・電磁コイル Ｃ・・・クリアランス ２２・・・スプリング ２７・・・超磁歪合金製の伸縮部材 ２８・・・油室 第２図 第３図 第４図 第１図 第５図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）噴孔を有するノズルホルダと、該ノズルホルダ内
   に摺動可能に配置され、上記噴孔を開閉する針弁とを備
   え、針弁の開閉により燃料噴射特性を制御するようにし
   たディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルにおいて、 燃料噴射終了時に上記針弁を閉弁方向に押圧する押圧手
   段を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料
   噴射ノズル。