JPH0544591A - 燃料噴射ノズルの噴射率制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】簡単な構造で騒音を増大させずに副噴射及び主
噴射を適切に行い、エンジン内での燃焼を向上させて窒
素酸化物の排出を低減する。 【構成】プレッシャスプリング２６によりプレッシャピ
ン２４を介してニードルバルブ１７をノズルボデー１２
のシート面１２ａに圧接し、バルブの周囲の燃料溜り室
１８に燃料噴射ポンプから圧送された燃料を貯える。燃
料溜り室の圧力がスプリングの押下げ力を越えるときバ
ルブがシート面から離れて燃料をエンジンに噴射する。
スプリングの上端に圧接されたフリーピストン２７を上
下方向に摺動可能に設け、ピストンの上面に積層型圧電
素子２８を当接し、更に圧電素子の端子２８ｅ，２８ｆ
間に電圧を印加することにより圧電素子が上下方向に伸
縮してスプリングの弾性力を変化させる。エンジンの運
転状態を検出するセンサ３１，３２，３３の検出出力に
基づいてコントローラ３４が圧電素子を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンに燃料を噴射す
る噴射ノズルの噴射率を制御する装置に関する。更に詳
しくはいわゆる副噴射が可能な噴射ノズルの噴射率制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料噴射ノズルとして、プレッシャスプ
リングによりプレッシャピンを介してニードルバルブが
ノズル先端部のシート面に圧接され、このニードルバル
ブの周囲に形成された燃料溜り室に燃料噴射ポンプから
圧送された燃料が貯えられ、この燃料溜り室の圧力がプ
レッシャスプリングの押下げ力を越えるときニードルバ
ルブがシート面から離れて燃料溜り室に貯えられた燃料
を燃料溜り室から噴射するように構成されたものが知ら
れている。従来、エンジンの圧縮行程において少量の燃
料を副噴射した後、僅かな時間遅れで残余の燃料を主噴
射すると、エンジンのシリンダ内での燃焼が向上し、排
気ガス中の窒素酸化物の発生が低減することを利用し
て、１つのエンジンに対して燃料噴射ポンプを２つ設
け、１つのシリンダに対して副噴射用ノズル及び主噴射
用ノズルをそれぞれ設けた燃料噴射を２系統で行う装置
が提案されている。

【０００３】しかし、上記装置は２つの燃料噴射ポンプ
や１シリンダ当り２つの噴射ノズルを必要とし、コスト
を増大させ、かつ構造が複雑になる問題点があった。

【０００４】これらの点を解消するために、内燃機関用
燃料噴射弁が開示されている（特開昭62-240467）。こ
の装置ではニードルバルブの上端にプレッシャスプリン
グが圧接され、ニードルバルブの上端より所定の間隔を
あけて上方にプレッシャピンが配設され、プレッシャピ
ンの上端に第２スプリングが圧接されるように構成され
る。またニードルバルブを押下げる方向の圧力を保持す
る背圧室がニードルバルブの上端に形成され、燃料噴射
ポンプからニードルバルブの周囲に形成された燃料溜り
室に連通する燃料通路が更にこの背圧室に連通するよう
に形成される。この燃料通路の途中の背圧室への流入部
付近に開閉弁が設けられ、開閉弁をバイパスするバイパ
ス通路の途中にバイパス絞りが設けられている。この装
置は開閉弁の開閉により背圧室内の圧力が調整され、副
噴射と主噴射によりシリンダに順次燃料が噴射されるの
で、シリンダ内での燃焼が向上するようになっている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】しかし、上記装置はバ
イパス通路のバイパス絞りを極めて小さく形成しても、
燃料圧が燃料内を極めて高速で伝播するため、副噴射及
び主噴射を所望のタイミングと噴射率で行うことが難し
い不具合があった。また上記装置は開閉弁の開閉により
騒音が増大する問題点があった。

【０００６】本考案の目的は、簡単な構造で騒音を増大
させずに副噴射及び主噴射を適切に行うことができ、エ
ンジン内での燃焼を向上させて窒素酸化物の排出を低減
することのできる燃料噴射ノズルの噴射率制御装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成を、実施例に対応する図１を用いて説明
する。本発明は、ニードルバルブ１７がプレッシャピン
２４を介してプレッシャスプリング２６によりノズルボ
デー１２の先端近傍のシート面１２ａに圧接され、ニー
ドルバルブ１７の周囲に形成された燃料溜り室１８にフ
ィードホール２３を介して燃料噴射ポンプから圧送され
た燃料が貯えられ、燃料溜り室１８の圧力がスプリング
２６の押下げ力を越えるときニードルバルブ１７がシー
ト面１２ａを離れて燃料溜り室１８に貯えられた燃料を
燃料溜り室１８からエンジンに噴射する燃料噴射ノズル
の改良である。その特徴ある構成は、スプリング２６に
より上方に付勢され上下方向に摺動可能に設けられたフ
リーピストン２７と、フリーピストン２７の上面に当接
し端子２８ｅ，２８ｆ間に電圧を印加し又は印加しない
ことにより上下方向に伸縮してスプリング２６の弾性力
を変化させる積層型圧電素子２８と、エンジンの運転状
態を検出するセンサ３１，３２，３３と、センサ３１，
３２，３３の検出出力に基づいて積層型圧電素子２８を
制御するコントローラ３４とを備えたところにある。

【０００８】

【作用】先ず、コントローラ３４はセンサ３１，３２，
３３の検出出力に基づいて燃料噴射ポンプからフィード
ホール２３への燃料の圧送開始時期を検出し、燃料の圧
送開始と同時に積層型圧電素子２８の端子２８ｅ，２８
ｆ間への電圧の印加を断って圧電素子２８を収縮させ
る。燃料の圧送開始から所定時間経過後に燃料溜り室１
８の燃料がプレッシャスプリング２６の弾性力に抗して
ニードルバルブ１７を押上げ、副噴射が開始する。副噴
射開始から所定時間経過後に、コントローラ３４が圧電
素子２８を伸長させると、フリーピストン２７が下降し
てスプリング２６の弾性力を増大させ、スプリング２６
が燃料溜り室１８の燃料圧に抗してニードルバルブ１７
を押下げ、副噴射が終了する。次に、副噴射終了から所
定時間経過後に、コントローラ３４が圧電素子２８を収
縮させると、僅かに遅れてニードルバルブ１７が開き、
主噴射が開始する。コントローラ３４がセンサ３１，３
２，３３の検出出力に基づいて圧電素子２８を伸長させ
ると、フリーピストン２７が下降してスプリング２６の
弾性力を増大させ、スプリング２６が燃料溜り室１８の
燃料圧に抗してニードルバルブ１７を押下げ、主噴射が
終了する。

【０００９】

【実施例】次に本発明の一実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。図１に示すように、この例は直接噴射式エ
ンジンに用いられるホール型ノズルである。ノズルボデ
ー１２がリテーニングナット１３によりノズルホルダボ
デー１４の先端部に固定され、ノズルボデー１２内に形
成されたガイドホール１６にはニードルバルブ１７が上
下方向に摺動可能に設けられる。ニードルバルブ１７の
周囲には燃料溜り室１８が形成され、この燃料溜り室１
８はノズルボデー１２及びノズルホルダボデー１４に形
成されたフィードホール２３に連通する。このフィード
ホール２３は図外の燃料噴射ポンプに接続される。ニー
ドルバルブ１７の上端にはニードル端軸部１７ａが設け
られ、下端にはニードルシート部１７ｂが設けられる。
ニードル端軸部１７ａはプレッシャピン２４の下端に当
接し、このプレッシャピン２４の上端にはプレッシャス
プリング２６が圧接される。ニードルバルブ１７のニー
ドルシート部１７ｂはノズルボデー１２の下端近傍のシ
ート面１２ａにプレッシャスプリング２６により押付け
られる。ノズルボデー１２の下端には噴孔１２ｂが形成
される。

【００１０】スプリング２６の上端にはスプリング２６
により上方に付勢されるフリーピストン２７が設けら
れ、このピストン２７の上面には積層型圧電素子２８が
当接する。ピストン２７は上下方向に摺動可能にノズル
ホルダボデー１４の上部に収容され、積層型圧電素子２
８はノズルホルダボデー１４の上端に螺着されたキャッ
プ２９内に収容される。積層型圧電素子２８は公知の積
層セラミックコンデンサ技術により形成され、圧電セラ
ミック２８ａの内部に層状に多数のメタル内部電極２８
ｂが埋め込まれ、更に各内部電極２８ｂは一層おきに一
対の外部電極２８ｃ，２８ｄにより電気的に並列接続さ
れる。一対の外部電極２８ｃ，２８ｄの端子２８ｅ，２
８ｆ間に所定の電圧を印加すると圧電セラミック２８ａ
はその厚さ方向に伸長しピストン２７をスプリング２６
の弾性力に抗して下降させ、電圧の印加を断つと元の長
さに収縮しピストン２７をスプリング２６の弾性力によ
り元の位置に復帰させるようになっている。２８ｇは絶
縁体である。

【００１１】またエンジンの運転状態を検出するセンサ
として、クランク軸の回転速度を検出する回転センサ３
１と、エンジンの負荷を検出する負荷センサ３２と、エ
ンジンの冷却水温を検出する水温センサ３３が設けられ
る。回転センサ３１、負荷センサ３２及び水温センサ３
３の各検出出力はコントローラ３４の制御入力に接続さ
れ、コントローラ３４の制御出力は駆動回路３６を介し
て一対の外部電極２８ｃ，２８ｄの端子２８ｅ，２８ｆ
にそれぞれ接続される。

【００１２】このように構成された燃料噴射ノズルの噴
射率制御装置の動作を図１〜図３に基づいて説明する。
先ず、コントローラ３４は回転センサ３１、負荷センサ
３３及び水温センサ３３の検出信号に基づいて燃料噴射
ポンプからフィードホール２３への燃料の圧送開始時期
を検出する。燃料の圧送開始と同時に（図３の時刻
Ｔ₁）、コントローラ３４は積層型圧電素子２８の端子
２８ｅ，２８ｆ間への電圧の印加を断って圧電素子２８
を図１に示すように収縮させる。フィードホール２３に
圧送された燃料は燃料溜り室１８に至り、燃料の圧送開
始から所定時間経過後に（時刻Ｔ₂）、燃料溜り室１８
の燃料がプレッシャスプリング２６の弾性力に抗してニ
ードルバルブ１７を図１の実線矢印の方向に押上げて副
噴射が開始する。副噴射開始から所定時間経過後に（時
刻Ｔ₃）、コントローラ３４は圧電素子２８の端子２８
ｅ，２８ｆ間に電圧を印加して圧電素子２８を図２に示
すように伸長させることにより、フリーピストン２７を
押下げてスプリング２６の上端を下降させ、スプリング
２６の全長を小さくしてスプリング２６の弾性力を増大
させる。この弾性力が増大したスプリング２６が燃料溜
り室１８の燃料圧に抗してバルブ２７を押下げ、副噴射
が終了する（時刻Ｔ₄）。

【００１３】次に、副噴射終了から所定時間経過後に
（時刻Ｔ₅）、コントローラ３４は圧電素子２８への電
圧の印加を断って圧電素子２８を収縮させると、僅かに
遅れてバルブ１７が開き、主噴射が開始する（時刻
Ｔ₆）。コントローラ３４は各センサ３１，３２，３３
の検出出力に基づいて演算処理し一定時間経過後（時刻
Ｔ₇）、圧電素子２８の端子２８ｅ，２８ｆ間に電圧を
印加して圧電素子２８を伸長させることにより、ピスト
ン２７を押下げてスプリング２６の上端を下降させ、ス
プリング２６の全長を小さくしてスプリング２６の弾性
力を増大させる。この弾性力が増大したスプリング２６
が燃料溜り室１８の燃料圧に抗してバルブ２７を押下げ
（時刻Ｔ₈）、僅かな時間経過後に主噴射が終了する
（時刻Ｔ₉）。この結果、エンジンへの副噴射及び主噴
射がタイミングよく行われ、燃料の噴射率を向上できる
ので、エンジン内での燃料の燃焼を向上させることがで
きる。またこの後は上記動作が繰返される。

【００１４】なお、実施例ではエンジンの運転状態を検
出するセンサとして回転センサ、負荷センサ及び水温セ
ンサを挙げたが、これは一例であって上記センサのうち
いずれか１つ又は２つのセンサのみを用いてもよい。ま
た上記センサに限らずエンジンのクランク軸の回転角度
を検出する角度センサやエンジンの運転状態を検出する
その他のセンサを用いることができる。また、実施例で
は端子間に電圧を印加すると伸長する積層型圧電素子を
用いたが、これに限らず電圧を印加すると収縮する圧電
素子でもよい。この場合上記実施例において圧電素子に
電圧の印加を断つときに電圧を印加し、上記実施例にお
いて電圧を印加するときに電圧の印加を断つようにす
る。更に、上記実施例では本発明の課題を解決するため
の１つの具体例であって、本発明の技術的範囲はこの実
施例に限らず、この発明の属する分野における通常の知
識を有する者がこの実施例から容易に発明し得る態様を
含んでいる。

【００１５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、プ
レッシャスプリングによりプレッシャピンを介してニー
ドルバルブをノズル先端部のシート面に圧接し、このニ
ードルバルブの周囲に形成された燃料溜り室に燃料噴射
ポンプから圧送された燃料を貯え、この燃料溜り室の圧
力がプレッシャスプリングの押下げ力を越えるときニー
ドルバルブがシート面から離れて燃料溜り室に貯えられ
た燃料を燃料溜り室から噴射し、スプリングにより上方
に付勢されたフリーピストンを上下方向に摺動可能に設
け、フリーピストンの上面に積層型圧電素子を当接し、
この圧電素子の端子間に電圧を印加することにより圧電
素子が上下方向に伸縮してスプリングの弾性力を変化さ
せ、エンジンの運転状態をセンサが検出し、センサの検
出出力に基づいてコントローラが積層型圧電素子を制御
するので、タイミングよくエンジン内に燃料の副噴射及
び主噴射を行うことができる。この結果、燃料の燃焼を
向上できるので、窒素酸化物の排出を低減できる。また
構造が簡単であり、故障する恐れが少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例燃料噴射ノズルの噴射率制御装
置を示す縦断面図。

【図２】ニードルバルブが上昇した後に積層型圧電素子
が伸長した状態を示す図１に対応する縦断面図。

【図３】その噴射率制御装置の動作を示すタイムチャー
ト。

【符号の説明】

１２ ノズルボデー １２ａ シート面 １７ ニードルバルブ １８ 燃料溜り室 ２３ フィードホール ２４ プレッシャピン ２６ プレッシャスプリング ２７ フリーピストン ２８ 積層型圧電素子 ２８ｅ，２８ｆ 端子 ３１，３２，３３ センサ ３４ コントローラ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成３年１２月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】なお、実施例ではエンジンの運転状態を検
出するセンサとして回転センサ、負荷センサ及び水温セ
ンサを挙げたが、これは一例であって上記センサのうち
いずれか１つ又は２つのセンサのみを用いてもよい。ま
た上記センサに限らずエンジンのクランク軸の回転角度
を検出する角度センサやエンジンの運転状態を検出する
その他のセンサを用いることができる。また、実施例で
は端子間に電圧を印加すると伸長する積層型圧電素子を
用いたが、これに限らず電圧を印加すると収縮する圧電
素子でもよい。この場合上記実施例において圧電素子に
電圧の印加を断つときに電圧を印加し、上記実施例にお
いて電圧を印加するときに電圧の印加を断つようにす
る。更に、上記実施例は本発明の課題を解決するための
１つの具体例であって、本発明の技術的範囲はこの実施
例に限らず、この発明の属する分野における通常の知識
を有する者がこの実施例から容易に発明し得る態様を含
んでいる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニードルバルブ(17)がプレッシャピン(2
   4)を介してプレッシャスプリング(26)によりノズルボデ
   ー(12)の先端近傍のシート面(12a)に圧接され、前記ニ
   ードルバルブ(17)の周囲に形成された燃料溜り室(18)に
   フィードホール(23)を介して燃料噴射ポンプから圧送さ
   れた燃料が貯えられ、前記燃料溜り室(18)の圧力が前記
   スプリング(26)の押下げ力を越えるとき前記ニードルバ
   ルブ(17)がシート面(12a)を離れて前記燃料溜り室(18)
   に貯えられた燃料を前記燃料溜り室(18)からエンジンに
   噴射する燃料噴射ノズルにおいて、 前記スプリング(26)により上方に付勢され上下方向に摺
   動可能に設けられたフリーピストン(27)と、 前記フリーピストン(27)の上面に当接し端子(28e,28f)
   間に電圧を印加し又は印加しないことにより上下方向に
   伸縮して前記スプリング(26)の弾性力を変化させる積層
   型圧電素子(28)と、 前記エンジンの運転状態を検出するセンサ(31,32,33)
   と、 前記センサ(31,32,33)の検出出力に基づいて前記積層型
   圧電素子(28)を制御するコントローラ(34)とを備えたこ
   とを特徴とする燃料噴射ノズルの噴射率制御装置。