JPH07109182B2

JPH07109182B2 - 内燃機関用燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH07109182B2
Application number: JP61268128A
Authority: JP
Inventors: 義久山本
Original assignee: 日本電装株式会社
Priority date: 1986-11-11
Filing date: 1986-11-11
Publication date: 1995-11-22
Anticipated expiration: 2010-11-22
Also published as: US4997132A; JPS63120851A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、内燃機関用燃料噴射装置に用いられる燃料噴
射弁に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関用の燃料噴射弁は、圧送燃料圧力がノズ
ル針弁の受圧面積と設定されたスプリングの荷重との関
係で所定値以上になると開弁し、所定値以下になるとス
プリングの力によって閉弁するという作動をする。

近年の排気浄化、省燃費の要求から、噴射率の初期は噴
射率をゆるやかに増加し、終期は噴射率を瞬時に減少す
る噴射パターン、さらには、低速においてはいわゆるパ
イロット噴射をすることが望ましいことがわかってき
た。

そこで、従来、例えば特公昭59−48302号公報に開示さ
れているように、ノズル針弁に対し背圧室を設け、その
背圧室内の油圧によってノズル針弁の動きを望ましい形
に制御しようとするものが公知である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これら従来のものでは油圧源を必要と
し、また、得られる噴射率パターンもゆるやかな噴射率
の増加だけであり、また、従来の他の例でも噴射終期に
おいて瞬時の減少だけしか得られず、さらに他の例で
は、噴射初期にはゆるやかに増加し、噴射終期には瞬時
に減少する噴射パターンをねらったものもあるがその効
果は満足できなかった。更に、同じ構成でパイロット噴
射を得ることは全く不可能であった。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされるもので、
簡易な構成により、噴射初期における噴射率のゆるやか
な増加と噴射終期における噴射率の瞬時の減少を同時に
達成する噴射率パターン及び全回転速度域あるいは特定
の回転速度域でパイロット噴射が可能である燃料噴射弁
を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために次のような技術的
手段を講じた。

すなわち、本発明は、噴孔を有するノズル本体と、燃料
噴射ポンプから圧送される加圧燃料の燃料圧を受けてノ
ズル本体内で往復動するとともに、一端がノズル本体の
噴孔を開閉させて内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する
ノズル針弁と、このノズル針弁の他端側において設けら
れるとともに、ノズル針弁を閉弁方向に付勢する弾性部
材と、ノズル針弁の他端側において形成されるととも
に、ノズル針弁を閉弁させる方向の圧力を保持する背圧
室と、燃料噴射ポンプから圧送される加圧燃料をノズル
針弁の一端側端面に導入する導入通路と、燃料噴射ポン
プから圧送される加圧燃料を背圧室に導入する連通通路
と、この連通通路の途中において設けられるとともに、
連通通路の連通・遮断を行う開閉弁と、開閉弁の開弁後
において連通通路の流路面積を絞る絞り手段とを備え、
開閉弁の開閉により背圧室の圧力を調整して燃料噴射初
期における燃料噴射率のゆるやかな増加と燃料噴射終期
における燃料噴射率の瞬時の減少を行う。

〔実施例〕

次に、第１図〜第３図を用いて本発明の第１実施例を説
明する。第１図は本実施例の構成を示す断面図である。

第１図において、ノズル本体２内にはノズル針弁１が油
密を保って摺動自在に配設されており、ノズル本体２及
びノズル針弁１により通常の燃料噴射弁が構成されてい
る。

ノズル針弁１は図示しない燃料噴射ポンプから圧送され
る加圧燃料の燃料圧を受けてノズル本体２内で往復動す
る。この往復動に伴い、ノズル針弁１の一端1aはノズル
本体２の噴孔2aを開閉し、図示しない内燃機関の燃焼室
内に燃料を噴射する。

ノズル針弁１の他端1b側には、このノズル針弁１を閉弁
させる方向の圧力を保持する背圧室５が形成されてい
る。また、この背圧室５内にはノズル針弁１の他端1b側
の端面の当接するスプリング３が配設されており、スプ
リング３はノズル針弁１を閉弁させる方向に付勢してい
る。すなわち、ノズル針弁１にはスプリング３により設
定荷重が負荷されている。

燃料通路４は、図示しない燃料噴射ポンプに連通してお
り、この燃料通路４を介して加圧燃料がノズル本体２内
に圧送される。燃料通路４は、ノズル針弁１の一端1a側
端面に連通する導入通路40に連通するとともに、通路4
1、環状溝10、通路11、燃料室12、通路13を順次介して
背圧室５に連通している。すなわち、通路41、環状溝1
0、通路11、燃料室12、通路13により本実施例の連通通
路が構成される。

この連通通路は後述する開閉弁30により連通・遮断が行
われる。

また、燃料通路４は開閉弁30をバイパスする絞り通路６
を介して通路13及び背圧室５に連通している。

開閉弁30は、針弁31、弁体32、スプリング33から構成さ
れており、弁体32内には、通路41、環状溝10、通路11が
形成されている。通路11と環状溝10との間には針弁31が
油密を保って図中上下方向に摺動可能に配設されてお
り、この針弁31により通路11と環状溝10との連通・遮断
が行われる。なお、針弁31はスプリング33により図中下
方へ付勢されており、針弁31の先端部が弁体32のシート
部32aに着座することにより通路11と環状溝10との連通
が遮断される。なお、開閉弁30の開弁圧はノズル弁の開
弁圧より僅かに高く設定してある。

針弁31の先端部は、突出部34が一体に設けられている。
突出部34は本実施例の絞り手段であって、この突出部34
は、軸部34aと、先端にいくにつれて直径長さが次第に
大きくなる大径部34bとから構成されている。なお、大
径部34bの最大直径は通路11の直径よりも小さくなって
いる。

この大径部34bは通路11の流路面積を絞るためのもの
で、針弁31が所定量図中上方へ移動すると、通路11の流
路面積を絞り始める。この関係を第２図を用いて説明す
る。第２図は針弁31のリフト量と流路面積との関係を示
す特性図である。シート部32aに着座していた針弁31が
図中上方へ移動し、シート部32aを離れると、通路11の
入口部11aにおける流路面積は次第に大きくなり（第２
図中のＩ）、流路面積は一定の値に達する（第２図中の
II）。針弁31がさらに図中上方へ移動すると、今度は大
径部34bが通路11の出口部11bの流路面積を次第に絞って
いき（第２図中のIII）、流路面積は一定の値に達する
（第２図中のIV）。

次に、第１図及び第３図を用いて本実施例の作動につい
て説明する。第３図は時間経過につれて各部の挙動を示
す作動説明図である。

第１図に図示の状態において、図示しない燃料噴射ポン
プから吐出された加圧燃料は燃料通路４内に圧送され
る。

その後、燃料は二方向に分岐され、一方は導入通路40を
介してノズル針弁１の一端1a側端面に圧送され、他方は
通路41、環状溝10を介して開閉弁30に圧送される。

圧送燃料の圧力が上昇していき、ノズル弁の開弁圧（ス
プリング３とノズル針弁１の受圧面積によって決定され
る）に達する（第３図中のＡ）とノズル針弁１がスプリ
ング３の付勢力に抗して上昇し、ノズル弁が開弁して燃
料噴射が開始される。

このノズル弁の開弁直後において、圧送燃料によって燃
料圧力が上昇し、開閉弁30開弁圧（スプリング33の設定
荷重と針弁31の受圧面積によって決まる）に達すると、
針弁31がスプリング33に抗して上昇し、開閉弁30が開弁
する（第３図中のＢ）。これにより、燃料通路４から圧
送された圧送燃料の一部が通路11、燃料室12、通路13を
介して背圧室５に流入する。

ここで、開閉弁30の開弁に伴う通路11の流路面積特性は
第２図に示す特性を呈する。従って、開閉弁30の開弁作
動の初期（ノズル針弁31のリフト量が小さい時）におい
ては、通路11の流路面積が次第に大きくなるため、多量
の燃料油が背圧室５内に流入し、背圧室５内の圧力は急
激に上昇する。その後、針弁31がさらに上昇すると、通
路11の流路面積が大径部34bによって絞られて小さくな
るため、燃料油の流入量は減少し、背圧室５内の圧力の
上昇も緩やかとなる（第３図中のＢ′）。

一方、ノズル針弁１は、背圧室５の圧力とノズル針弁１
のガイド部断面積で決まる力を閉弁方向に受ける。これ
によって、ノズル針弁１は下降し閉弁し（第３図中の
Ｃ）、噴射が一旦休止する。

このノズル針弁１の閉弁に伴い、燃料通路４内の圧力は
さらに上昇し、スプリング３による押圧力と背圧室５の
圧力による力とノズル針弁１の受圧面積とで決まる開弁
圧（当所より高くなっている）を超える（第３図中の
Ｄ）と再びノズル針弁１は上昇して噴射が再開する。

その後所定の量だけ燃料噴射が行われると、燃料通路４
に圧送される燃料の圧送量が減少し、燃料通４の圧力が
低くなる。この時、通路11は大径部34bにより通路面積
が絞られているので、背圧室５内の圧力は燃料通路４内
の圧力よりも遅れて低下する。すなわち、常に背圧室５
内の圧力が燃料通路４内の圧力より高くなる。なお、そ
の圧力差は通路11の通路面積を絞る大径部34bによって
調整される。

従って、この圧力差とノズル針弁１のガイド部断面積と
で決まる力とスプリング３の付勢力との合力によるノズ
ル針弁の閉弁力が極めて大きくなり（すなわち閉弁圧が
高くなり）、急激にノズル針弁１の閉弁挙動がなされる
（第３図中のＥ）。

その後、燃料通路４内の圧力がさらに低下すると、開閉
弁30も閉弁し、第１図に示した状態となる。

この時、背圧室５内にはまだ残圧があるが、絞り通路６
により圧力の低下した燃料通路４内へ燃料が流出し、次
の噴射までには低圧レベルに回復する。

なお、絞り通路６は、燃料通路４と通路13とを常時連絡
しているが、絞りの通路６の流路面積は小さく設定され
ており、開弁初期における燃料油の流入量は小さく、開
弁にはほとんど影響を与えない。

また、絞り通路６は燃料通路４でなく図示しない低圧の
リーク通路へ連結することももちろん可能であり、さら
に第１の実施例においてはノズル閉弁時に開閉弁30が閉
弁する際、通路11の絞り面積特性の大きい部分（第２図
中のII）の状態を通過するため、この大きさが十分大き
ければ絞り通路６は不要となる。

また、エンジンによっては、パイロット噴射を必要とせ
ず、初期の噴射率を低くおさえるだけで良い場合があ
る。このような場合においても、本実施例による噴射弁
がそのまま使用できる。

この場合例えば通路11の流路面積、特に大径部34bによ
って絞られる以前の通路11の流路面積を小さくすること
によって、背圧室５内への燃料油の流入量をおさえ、背
圧室５内の圧力を低くおさえることで達成できる。

このような構成とした場合、ノズル針弁１は噴射継続途
中では閉弁せず、このためパイロット噴射とはならない
が、ノズル針弁１が背圧室５内の圧力によって閉弁方向
に力を受けリフトを押さえられるため、導入通路40の流
路面積が小さくなる。従って、初期の噴射率を低めて燃
料噴射率の増加をゆるやかにすることができ、かつ閉弁
時には背圧室５の圧力上昇により閉弁力が上げられ、急
激な閉弁を可能とする。

なお、この場合、大径部34bによって絞られる通路11の
流路面積をパイロット噴射を行った場合よりやや大きく
設定することにより、ノズル弁の閉弁時における背圧室
５内の圧力を同様にすることができ、閉弁特性を同等に
することが可能である。

また１台のエンジンにおいて開閉弁30の開弁圧と、大径
部34bによる通路11の流路面積特性とを調整することに
より、圧送燃料の時間当り送油率の小さい低速回転にお
いては、パイロット噴射し、送油率の大きい高速回転域
では噴射中の一時的な閉弁をしないように低くおさえた
背圧に圧送燃料が打ち勝つようにすることで、パイロッ
ト噴射せず、単に初期噴射率を低くおさえた噴射をさせ
ることも可能である。

次に、第４図を用いて本発明の第２実施例を説明する。
第４図は本実施例の構成を示す断面図である。

第４図において、本実施例が前記第１実施例と異なる点
は、通路11の通路面積を絞る絞り手段を、前記実施例で
は針弁31に一体に設けられた突出部34により構成してい
たが、本実施例では背圧室５と連通通路７を介して連通
するとともに針弁31を閉弁させる方向の圧力を保持する
第２の背圧室により構成するようにした点である。な
お、他の構成については前記第１実施例と同様である。

次に本実施例の作動を説明する。

ノズル弁開弁後において、燃料通路４内の圧力が開閉弁
30の設定された開弁圧を超えると、針弁31が上昇し、開
閉弁30は開弁する。この開弁に伴い、圧送燃料が通路1
1、燃料室12、通路13を順次介して背圧室５へ流入す
る。さらに、背圧室５と開閉弁30の背圧室35とは連通通
路７によって連結されているので、背圧室５の燃料油は
背圧室35内に流入する。そのため、背圧室35の圧力は背
圧室５の圧力上昇に伴って上昇する。

なお、このとき作動をより安定させるために連通通路７
による絞り効果を調整できるように連通通路７に絞りを
設けるとさらに良い。

ここで、背圧室35の圧力は針弁31に閉弁方向の力を加え
るので、針弁31の上下面に作用する燃料油の圧力差がス
プリング33による力とつり合う位置まで針弁31は下降す
る。従って、通路11の流路面積は針弁31の先端部によっ
て絞られ、通路11の流路面積特性は第２図に示される第
１実施例の場合とみかけ上同様になる。

その後、圧送燃料の圧送量が減少し、針弁31が下降して
開閉弁30が閉弁する場合、第１実施例のように通路11の
流路面積が一旦大きくなってから閉弁するのではなく、
通路11の流路面積が絞られた状態で直ちに閉弁する。

なお、他の基本的な作動については前記第１実施例と同
様であるので省略する。

以上のように、本実施例によっても前記第１実施例と同
様の噴射率特性を達成することができる。

また、本実施例では、開閉弁30が閉弁する場合、通路11
の流路面積が絞られた状態で直ちに閉弁するので、背圧
室５内の圧力は高圧に保たれる。従って、ノズル針弁１
の閉弁方向の力がそのまま保持され、噴射の後だれ等の
不具合が生じない。

なお、本発明は上記２つの実施例に限定されず、針弁と
実質的に一体になって作動するピストンを備えた型式の
燃料噴射弁（例えば特公昭59−48302号公報に示される
噴射弁）に対しても適用することは可能であり、このと
き背圧室はピストンに作用する圧力室を使用することに
なる。

また、開閉弁30を電磁弁として、精度良く電気的に制御
することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成にも
かかわらず、噴射初期における噴射率のゆるやかな増加
と、噴射終期における噴射率の瞬時の減少を同時に達成
することができ、パイロット噴射も可能となり、排気浄
化、省燃費のみならず、騒音低減にも著しい効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１実施例に関するもので、
第１図は本実施例の構成を示す断面図、第２図は本実施
例の開閉弁30の開弁に伴う連通通路の流路面積特性を示
す特性図、第３図は本実施例の時間経過につれての各部
の挙動を示す作動説明図、第４図は本発明の第２実施例
の構成を示す断面図である。１……ノズル針弁,2……ノズル本体,2a……噴孔,3……
スプリング（弾性部材）,4……燃料通路,5……背圧室,6
……絞り通路,10……環状溝（連通通路）,11……通路
（連通通路）,12……燃料室（連通通路）,13……通路
（連通通路）,30……開閉弁,31……針弁,34……突出部
（絞り手段）,34a……軸部,34b……大径部,35……第２
の背圧室,40……導入通路,41……通路（連通通路）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】噴孔を有するノズル本体と、燃料噴射ポンプから圧送される加圧燃料の燃料圧を受け
て前記ノズル本体内で往復動するとともに、一端が前記
ノズル本体の噴孔を開閉させて内燃機関の燃焼室内に燃
料を噴射するノズル針弁と、このノズル針弁の他端側において設けられるとともに、
前記ノズル針弁を閉弁方向に付勢する弾性部材と、前記ノズル針弁の他端側において形成されるとともに、
前記ノズル針弁を閉弁させる方向の圧力を保持する背圧
室と、燃料噴射ポンプから圧送される加圧燃料を前記ノズル針
弁の一端側端面に導入する導入通路と、前記噴射ポンプから圧送される加圧燃料を前記背圧室に
導入する連通通路と、この連通通路の途中において設けられるとともに、前記
連通通路の連通・遮断を行う開閉弁と、前記開閉弁の開弁後において、前記連通通路の流路面積
を絞る絞り手段とを備え、前記開閉弁の開閉により前記
背圧室内の圧力を調整して燃料噴射初期における燃料噴
射率のゆるやかな増加と燃料噴射終期における燃料噴射
率の瞬時の減少を行うことを特徴とする内燃機関用燃料
噴射装置。
【請求項２】前記開閉弁は前記連通通路の連通・遮断を
行う針弁を有しており、前記連通通路に形成されたシー
ト部に前記針弁の先端部が着座することにより前記連通
通路の連通が遮断されることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項３】前記絞り手段は、前記針弁の先端部に一体
に設けられた突出部により構成され、前記針弁が所定量
リフトすると前記突出部により前記連通通路の通路面積
が絞られることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項４】前記絞り手段は、前記背圧室と連通すると
ともに前記針弁を閉弁させる方向の圧力を保持する第２
の背圧室により構成され、前記背圧室から前記第２の背
圧室に圧力が導入されることにより前記針弁が閉弁方向
に付勢されて前記連通通路の流路面積が絞られることを
特徴とする特許請求の範囲第２項記載の内燃機関用燃料
噴射装置。