JPH09280134A

JPH09280134A - 可変噴孔型燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JPH09280134A
Application number: JP11523596A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Hasegawa; 敏行長谷川; Masaya Nozaki; 真哉野崎
Original assignee: Zexel Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1996-04-15
Publication date: 1997-10-28
Also published as: DE19715505A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ニードルバルブの開弁時にはロータリバルブを
精度よく位置決め・固定することができ、しかもロータ
リバルブの位置決め精度が噴孔開度に及ぼす影響が少な
く、開度の自由度を大きく取ることができ、もって噴孔
遮蔽面積を無段階的に細かくしかも精度良く変化させる
ことができるこの種の燃料噴射ノズルを提供する。【解決手段】ホールの周壁に複数個の噴孔を間隔をおい
て形成するとともにロータリバルブを前記ホール内に配
し、ロータリバルブの回転角位置により噴孔面積を可変
とした形式の燃料噴射ノズルであり、前記ホールの内壁
とロータリバルブを円錐状のシート面に構成するととも
に、前記噴孔位置に対応するロータリバルブの円錐状壁
部位に、回転時に噴孔の開度をノズル軸線と斜めに交差
する関係を持って漸進的に変化させるべく噴孔数と同数
の遮蔽部を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料噴射ノズルとり
わけ噴孔可変型の燃料噴射ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関などの内燃機関などに燃
料を霧化状態で供給するための手段として燃料噴射ノズ
ルが汎用されており、かかる燃料噴射ノズルは特開昭５
９−２０００６３号公報に代表されるように、ノズルボ
デイ内に摺動自在に収容した針弁の先端側にテーパ状の
受圧面を形成し、これに燃料圧力を作用させて針弁を開
弁させ、ノズルボデイ先端部に配した噴孔から燃料を噴
射するようになっていた。しかしこの形式のもので
は、燃焼の促進、出力・燃費の向上、燃焼騒音・ＮＯｘ
排出の低減という目的を達成するには限界がある。そこ
でこの対策として、特開平４−７６２６６号公報（先行
技術１）には、ノズルボデイの先端部に円周方向で間隔
をおいて内部ホールと連通した複数の噴孔（８つ）を形
成し、前記ホールにロータリバルブを回転自在に取り付
け、該ロータリバルブの回転により噴孔の開度を調節す
るようにしたものが提案されている。また、実開平７−
３０３６６号公報（先行技術２）には大噴孔と小噴孔を
ペアとし、このペアを７組円周上に形成したものが提案
されている。

【０００３】しかし、この先行技術１は、ロータリバル
ブを回転制御することで同じ孔径の８つの噴孔を全部開
孔させるか、あるいは４つだけ開孔させる選択を行うこ
とで噴孔合計面積の変化を得るにとまる。また、先行技
術２もロータリバルブを回転制御することで７個の大噴
孔を選択するかまたは７個の小噴孔を選択するにとま
る。このため、いずれの先行技術もロータリバルブの位
置決め精度が噴孔開度に大きく影響し、また、燃料噴射
にロータリバルブを固定する機構がないため、ロータリ
バルブによって噴孔を希望する開度に調整しておいて
も、噴射圧が噴孔に作用したときにロータリバルブが回
転方向にずれてしまい、これにより噴孔面積が設定した
大きさよりも増大あるいは減少してしまうことを避けら
れない。これらの理由から、先行技術ではエンジンの負
荷と回転数に則した微妙な噴霧制御を精度良く行えない
という問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題点を解消するために研究して創案されたもので、そ
の第１の目的は、ニードルバルブの閉弁時にはロータリ
バルブを低トルクで容易に回転し得ると共にニードルバ
ルブの開弁時にはロータリバルブを精度よく位置決め・
固定することができ、しかもロータリバルブの位置決め
精度が噴孔開度に及ぼす影響が少なく、開度の自由度を
大きく取ることができ、もって噴孔遮蔽面積を無段階的
に細かくしかも精度良く変化させることができるこの種
の燃料噴射ノズルを提供することにある。また本発明の
第２の目的は、第１の目的に加えて、ノズルボデイの噴
霧に与える影響を少なくし、燃料の噴霧角を噴孔の大き
さに則した適切なものとすることができるこの種の燃料
噴射ノズルを提供することにある。本発明の第３の目的
は、第１または第２の目的に加えて、ロータリバルブが
噴射ごとにその位置がずれた場合にも自動的に補正さ
れ、噴射ごとの噴霧のばらつきを的確に減少させること
ができるこの種の燃料噴射ノズルを提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため本発明は、ノズルの先端部にホールを設け、該ホ
ールの周壁に複数個の噴孔を間隔をおいて形成する一
方、ロータリバルブを前記ホール内に配し、ロータリバ
ルブの回転角位置により噴孔面積を可変とした形式の燃
料噴射ノズルであって、前記ホールの内壁とロータリバ
ルブを円錐状のシート面に構成するとともに、前記噴孔
位置に対応するロータリバルブの円錐状壁部位に、回転
時に噴孔の開度をノズル軸線と斜めに交差する関係を持
って漸進的に変化させるべく噴孔数と同数の遮蔽部を形
成した構成としている。前記遮蔽部は、噴孔径よりも大
きな面積の全閉用面状領域を端部に持ち、該全閉用面状
領域に続いて高さが漸減する傾斜状領域を有し、該傾斜
状領域の最下位レベルに噴孔を全開させる全開用欠設領
域を有し、該全開用欠設領域が次の遮蔽部の付け根につ
ながっている。また、第２の目的を達成するため本発明
は、前記構成に加えて、噴孔をホール外壁面の出口側開
口に向かうほど拡大するラッパ状に構成したものであ
る。このテーパ度合いは最大噴孔径のときに生成される
噴霧角に略一致したものとすることが好ましい。第３の
目的を達成するため本発明は、ロータリバルブを動かす
ロータリシャフトの上部部位に、噴射ごとにロータリシ
ャフトの回転角を検出してロータリバルブの位置補正を
行うための回転角検出機構が設けられている構成とした
ものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１ないし図１１は本発明の一実
施例を示している。図１において、１はノズルホルダ本
体、２は該ノズルホルダ本体１の上端部ににＯリングを
介して油密に嵌合固定された駆動用ヘッド、３はノズル
ホルダ本体１の下端に連接され、リテーニングナット５
によりノズルホルダ本体１に結合されたノズルボデイ、
４はノズルボデイ３に内挿されたニードルバルブ(ノズ
ルニードル)である。前記ノズルホルダ本体１の軸心に
は、下端から上端に向かって径が順次拡大した第１穴１
００ａないし第３穴１００ｃが穿設されており、第１穴
１００ａから第２穴１００ｂに到る領域にはプッシュロ
ッド１０１が摺動可能に内挿されている。また、第３穴
１００ｃから第２穴１００ｂに到る領域には、第３穴１
００ｃの雌ねじと螺合したアジャスチングスクリュー１
０２が内嵌され、このアジャスチングスクリュー１０２
とプッシュロッド１０１間にノズルスプリング１０３が
介装されている。

【０００７】前記ノズルボデイ３は外面長手方向中間部
にリテーニングナット５の袋孔底に嵌合する段部３０を
有し、この段部３０より下方にリテーニングナット５を
貫いて伸びる主部３１が設けられ、該主部３１にはテー
パ部を介して噴孔用の先端部３２が形成されている。一
方、ノズルボデイ３の軸心には、上端から下端に向かっ
て、前記ノズルホルダ本体１の第１穴１００ａと同心の
ガイド孔３００と、該ガイド孔３００よりも径の大きな
油溜り３０１が形成され、さらに油溜り３０１よりも下
方にはガイド孔３００よりも相対的に径の小さい誘導孔
３０２が穿設され、この誘導孔３０２の下端には、図２
のように円錐状のシート面３０３が形成され、さらにこ
のシート面３０３に続いて加圧燃料が導かれる有底状の
ホール３４が形成されている。前記ホール３４の内面は
図２のように先細り状の円錐状壁(テーパコーン壁)３４
０を有している。なお、場合によっては、シート面３０
３の終端から適当な位置まで直筒壁が設けられ、その直
筒壁の終端から下端まで前記円錐状壁３４０となってい
てもよい。前記ノズルホルダ本体１の一側部にはインレ
ットコネクタと接続される加圧燃料口１０４が設けら
れ、該加圧燃料口１０４はノズルホルダ本体１およびノ
ズルボデイ３に穿設した通路孔１０５，３０５を介して
前記油溜り３０１に連通され、ここに加圧燃料を導くよ
うになっている。

【０００８】ニードルバルブ４は、上端に前記プッシュ
ロッド１０１に対する係合部４１を有し、また、外周に
はガイド孔３００に摺接するガイド部４０を有してい
る。該ガイド４０の終端には油溜り３０１内の燃料圧を
受ける受圧部４２が設けられ、この受圧部４２から下方
には、図２のように、誘導孔３０２との間で筒状の燃料
通路Ａを形成するための細軸部４３が設けられ、この細
軸部４３の下端には前記シート面３０３に接離する円錐
状のシート面４４が形成されている。

【０００９】前記ホール３４を画成する前記円錐状壁３
４０の領域には、図２と図３及び図９のようにホール３
４内に通じる複数個の噴孔３５が同一円周上に等間隔で
配置されている。前記噴孔３５はこの実施例では５個で
ある。それら噴孔３５はホール３４に臨む入口側開口か
ら先端部外面に臨む出口側開口まで同径となっていても
よいが、好ましくは、入口側開口３５０の径が小さく、
出口側開口３５１に向かって連続的に径が拡大したラッ
パ状ないしテーパ状とするものである。このラッパ状の
噴孔３５の出口側開口３５１は、実験によって最大噴孔
径のときに生成される噴霧の噴射角を測定し、その噴霧
角に対応する開き角度αに設定すればよい。前記噴孔３
５の軸線はホール軸線と直角でもよいし、図２のように
ホール軸線に対して所定の角度で傾いていてもよい。ま
た、噴孔３５の軸線と直角の断面形状は実施例では円形
であるが、多角形などとなっていてもよい。後者の場合
には、単位回転角あたりの噴孔面積変化量を大きくする
ことができる。

【００１０】前記ホール３４にはロータリバルブ７が内
装されている。該ロータリバルブ７は、ニードルバルブ
４とアジャスチングスクリュー１０２を貫通する駆動軸
系(ロータリシャフト)８と駆動用ヘッド２に取り付けた
アクチュエータ９によって駆動回転されるようになって
いる。詳しくは、図２と図４のように、ニードルバルブ
４の下端から適度隔たった位置にかけて比較的径の大き
な第１孔４５ａが形成され、この第１孔４５ａの終端か
らこれよりも径の細い第２孔４５ｂが形成されており、
第１孔４５ａと第２孔４５ｂとの境界すなわち第１孔４
５ａの天端面と第２孔４５ｂの下端面とが交わる部位に
はシート用のエッジ４５０が形成されている。そして、
第２孔４５ｂはニードルバルブ４の上端にまで同じ径で
伸び、ニードルバルブ４に外嵌するプッシュロッド１０
１の軸心上には下端から上端に達するまで第２孔４５ａ
よりも適度に大きな径の第３孔４５ｃが形成されてい
る。アジャスチングスクリュー１０２には下端から上端
にかけて第４孔４５ｄが形成されている。第４孔４５ｄ
は駆動軸のブレを防止するため上端部域がそれ以外より
も適度に径が小さくなっている。

【００１１】一方、駆動軸系８はこの実施例では駆動ヘ
ッド２に到るロータリシャフト本体８ａと継手ピン８ｂ
からなっている。前記ロータリシャフト本体８ａは、前
記第４孔４５ｄから第３孔４５ｃの下端部域に達する長
さを有し、直径は第３孔４５ｃよりも適度に細くなって
いる。継手ピン８ｂは第２孔４５ｂに回転可能に嵌合す
る主部８０を有し、該主部８０の上端とロータリシャフ
ト本体８ａの下端はオルダム型など軸方向のガタを許容
するタイプの継手部８１１，８０１によって回転力が伝
わるように連結されている。一方、主部８０の下端部に
は短い長さで細径部８１が連設され、その細径部８１の
下端には第２孔壁に接する短柱状のガイド部８２が形成
され、該ガイド部８２には細径部８３を介して前記第１
孔４５ａと第２孔４５ｂの境界のシート用のエッジ４５
０に接触されるべきシート用の円錐面８４が形成されて
おり、該円錐面８４の端から第１孔４５ａに遊嵌する短
い長さの太径部８５が形成されている。そして、太径部
８５の下端には継手用の突片８６が形成されている。な
お、前記円錐面とエッジの関係は図示するものと逆であ
ってもよい。すなわち第１孔４５ａと第２孔４５ｂの境
界に円錐面を形成し、細径部８３の下端に太径部８５を
直結しその太径部８５の上端周縁をエッジとしてもよ
く、これも本発明に含まれる。

【００１２】前記ロータリバルブ７は、図２ないし図４
に使用状態が示され、また図５と図６に単体の状態が示
されている。ロータリバルブ７は前記ホール３４の円錐
状壁３４０に対応する角度で先細り状に傾斜した円錐状
壁７０を有しており、円錐状壁３４０とでシート面を構
成している。この円錐状壁７０の上端部には、ロータリ
バルブ７の回転時に前記噴孔３５の開度をノズル軸線Ｌ
と斜めに交差する関係を持って漸進的に変化させるため
の複数の遮蔽部７１を連続形成している。そして、これ
ら遮蔽部７１の内径側にはホール３４の円錐状壁３４０
との間に燃料の自由な流出を許すリング状通路を形成す
るように径の縮小した軸部７２が形成され、その軸部７
２に前記継手ピン８ｂの突片８６と係合する継手用の溝
７２０が形成されている。

【００１３】前記ロータリバルブ７の遮蔽部７１は噴孔
３５の数と同数であり、図５(b)のように全体として側
面略鋸歯状を呈している。詳しく述べると、各遮蔽部７
１は、図４のように、円周方向の一端に噴孔３５の入口
側開口３５０よりも大きな面積の全閉用面状領域７１０
を高位レベルに有し、該全閉用面状領域７１０の端から
高さが漸減する傾斜状領域７１１を有している。傾斜状
領域７１１の「傾斜状」とは直線状と曲率状の双方を含
むものである。そして、傾斜状領域７１１の最下位レベ
ルには入口側開口３５０を全部露出させるための全開用
欠設領域７１２が形成されており、該全開用欠設領域７
１２の終端は次の遮蔽部７１の全閉用面状領域７１０を
構成する立上り壁７１３の付け根部分につながってい
る。全閉用面状領域７１０から全開用欠設領域７１２ま
での回転角は、この例では約７２°となっている。

【００１４】前記全閉用面状領域７１０と傾斜状領域７
１１と全開用欠設領域７１２はそれぞれの幅(半径方向
の張出し長さ)が同等でもよいが、この実施例では図５
(a)のように全閉用面状領域７１０が最も幅広で、傾斜
状領域７１１から全開用欠設領域７１２にかけて漸次幅
が狭くなるようにしている。これは軸部７２をストレー
ト状にして燃料の流下するリング状通路の容積を十分に
とることができる利点がある。前記遮蔽部７１のうち少
なくとも傾斜状領域７１１および全開用欠設領域７１２
はロータリバルブ軸線となす角度が直角(=水平)でな
く、図６のように半径方向(外径方向)に向かって漸次下
傾するように所定の傾斜角βが付されている。これによ
り、軸部７２の周りを通った燃料の流れ方向の急変とこ
れによる圧力損失が抑制され、かつ噴射方向の安定を図
ることができる。

【００１５】前記アクチュエータ９は駆動用ヘッド２に
設けた空所２００に固定されている。アクチュエータ９
は回転(好ましくは可逆回転)および所定の回転位置に保
持が可能な特性を持つものであれば任意であり、たとえ
ばステッピングモータやサーボモータが用いられる。そ
してその出力軸と前記ロータリシャフト本体８ａの上端
部は減速ギヤなどの伝達要素９０などによりつながって
いる。前記アクチュエータ９によりロータリバルブ７を
回転するタイミングは、エンジン筒内圧によって駆動軸
８系に軸方向の力がかからない期間すなわち、エンジン
の吸気行程又は排気行程中とすることが好ましい。

【００１６】かかる回転タイミング制御を行うため、ア
クチュエータ９にはＣＰＵなどからなるコントローラ１
２が電気的に接続され、これの入力部にエンジンないし
燃料噴射ポンプの回転数検出センサ１２０(または回転
角度検出センサ)と燃料噴射ポンプのラックセンサなど
による負荷検出センサ１２１がそれぞれ接続されてい
る。これにより、回転数検出センサ１２０からの信号
をコントローラ１２に常時入力させ、エンジンが上記行
程であることが判別されたときにアクチュエータ９に駆
動信号を出力させ、そして、負荷検出センサ１２１から
の信号を同時に入力させ、負荷と回転数のデータからあ
らかじめ形成した所定マップによってアクチュエータ９
に所定の駆動量(駆動回転角度)、たとえば、低速・低負
荷時→中速・中負荷時→高速・高負荷時の順に漸次回転
角が増加するような駆動制御を行うようになっている。

【００１７】しかも本発明においては、前記ロータリシ
ャフト本体８ａに回転角検出機構１１が設けられてい
る。該回転角検出機構１１は各燃料噴射ごとに回転角を
検出しこの回転角信号を前記コントローラ１２にフィー
ドバック信号として入力させ、設定した回転角と誤差が
あるときにアクチュエータ９に駆動信号を出力させて補
正を行うためのものである。回転角検出機構１１はエン
コーダ、コリメータなど任意である。この実施例ではコ
リメータが用いられており、図７のように、ロータリシ
ャフト本体８ａに噴孔数に対応した正多角形(この例で
は正五角形)の反射片１１０が固着される一方、駆動用
ヘッド２の壁には反射片１１０に対して光線を照射する
光源１１１を取付け、該光源１１１の近傍から駆動用ヘ
ッド２の内壁に沿って光−電気変換素子すなわち受光素
子列からなる受光部１１２を取付けている。受光部１１
２は少なくとも３６０°を噴孔数で除した角度範囲（こ
の例では７２°）にわたって設けられ、出力側が前記コ
ントローラ１２に接続されている。そして、ロータリバ
ルブ７は、アクチュエータ９により噴射前と噴射中およ
び噴射後において図１２に示すようなフローチャートで
一連の動作が与えられるようになっている。

【００１８】なお、実施例では噴孔３５とロータリバル
ブ７の遮蔽部７１の数がそれぞれ５個であるがこれに限
られない。すなわち３個ないし９個程度の範囲から任意
に選択することができる。また、継手ピン８ｂとロータ
リバルブ７の連結は図示する態様に限られず、継手ピン
８ｂの下端部に溝を設け、ロータリバルブ７の軸部上端
に突片を設けて係合させてもよい。あるいはさらに、継
手ピン８ｂとロータリバルブ７とを継手を介して連結し
てもよい。この継手としては芯ずれ、および軸方向寸法
の加工誤差やニードルバルブ４のリフトによって生ずる
ロータリバルブ７の軸方向ガタを許容しながら、回転ト
ルクや保持トルクをロータリバルブ７に伝える役目を果
たし得る継手たとえばオルダムカップリング継手が好適
である。

【００１９】

【実施例の作用】次に本発明の実施例の作用を説明す
る。加圧燃料は図示しない燃料噴射ポンプから配管を経
て加圧燃料口１０４に送られ、通路孔１０５，３０５を
介して油溜り３０１に押し込まれ、これから環状通路孔
Ａを下る。この燃料圧は同時に油溜り３０１に位置して
いるノズルニードル４の受圧面４２に作用し、燃料圧が
スプリング１０３のセット力に勝る圧力に達するとニー
ドルバルブ４はリフトされ、ニードルバルブ下端部のシ
ート面４４がノズルボデイ３のシート面３０３から離間
し、開弁する。それにより加圧燃料は円錐状壁３４０と
ロータリバルブ７の軸部７２との間のリング状通路をに
流入する。前記ニードルバルブ４のリフト時に継手ピン
８ｂもニードルバルブ４と一体に移動する。燃料圧が低
下すれば、スプリング１０３の付勢力によりニードルバ
ルブ４は押し下げられて閉弁されるため燃料の噴射は終
わり、継手ピン８ｂはニードルバルブ４と一体に降下す
る。

【００２０】図２と図３はロータリバルブ７の遮蔽部７
１により噴孔３５を全閉し、かつニードルバルブ４が閉
弁した状態を示している。この状態では各遮蔽部７１の
全閉用面状領域７１０が各噴孔３５の入口側開口３５０
とそれぞれ整合しており、図４のように入口側開口３５
０は全閉用面状領域７１０によって遮蔽されている。ス
タート時点ではコントローラ１２からはアクチュエータ
９に駆動信号が送られておらず、保持モードとなってい
る。そして吸気行程又は排気行程の時期に、回転数検出
センサ１２０と負荷センサ１２１からエンジン又は燃料
噴射ポンプの回転数(または回転角度)と負荷の情報信号
がコントローラ１２に送られると、これらに対応する回
転角が算出され、それに応じた駆動量信号がアクチュエ
ータ９に送られ、アクチュエータ９の駆動力が伝動要素
９０を介してロータリシャフト本体８ａに伝達され、そ
の回転トルクが継手ピン８ｂからロータリバルブ７に伝
達され、ロータリバルブ７がたとえば図２と図３の状態
から時計方向に所要回転角だけ回転する。この回転中
は、ロータリバルブ７には軸線方向の負荷がかかってい
ないため、円錐状壁７０はホール３４の円錐状壁３４０
とは強接しておらず、したがって容易かつスムーズに所
望回転角に回転させることができる。

【００２１】このときのロータリシャフト本体８ａは回
転角検出機構１１により自動的に位置が検出される。す
なわち、ロータリシャフト本体８ａにはこれと同期回転
する反射片１１０が同軸に取り付けられているため、反
射片１１０からの反射光が受光部１１２によって受光さ
れて実際の回転角が検出される。その信号がコントロー
ラ１２にフィードバックされ、コントローラ１２にて設
定角度との誤差の有無の判定がなされ、誤差がある場合
にはコントローラ１２からアクチュエータ９に駆動信号
が送られ、ロータリシャフト本体８ａ微小駆動されロー
タリバルブ７の位置補正が行われる。かくして設定回転
角度に位置が決定されると、コントローラ１２からアク
チュエータ９に保持信号が出され、ロータリバルブ７は
その位置に保持される。図８と図９は噴孔３５の開度を
１／２にした状態を示している。この状態ではロータリ
バルブ７の遮蔽部７１の傾斜状領域７１１が噴孔３５の
入口側開口３５０を横斜め方向に割円するように位置し
ている。また、図１０と図１１は噴孔３５の開度を全開
にした状態を示している。この状態ではロータリバルブ
７の遮蔽部７１の全開用欠設領域７１２が噴孔３５の入
口側開口３５０に位置している(図４の右側の位置参
照)。なお、図９と図１１の(a)はそれぞれ噴孔中心の横
断面を示している。

【００２２】そして、この状態で燃料圧が高くなってニ
ードルバルブ４が開弁すれば、高圧燃料はホール３４の
円錐状壁３４０とロータリバルブ７の軸部７２との間の
リング状通路を通って設定開度の入口側開口３５０から
噴孔３５に流入し、出口側開口３５１から噴霧される。
入口側開口３５０への燃料の流入がロータリバルブに穿
った孔を通してでなくリング状に開放された通路によっ
て行われるため流路抵抗は少なく、また、遮蔽部７１が
半径方向に向かって下傾しているため、燃料の流れ方向
の変化がスムーズとなり、圧力損失の低下も少なくな
る。

【００２３】この噴射時に燃料噴射圧はロータリバルブ
７の遮蔽部７１に作用し、噴孔３５の近傍では燃料の噴
射に伴い局所的に圧力が下がるため、ロータリバルブ７
は軸線方向に押さえつけてホール３４で円錐状壁７０，
３４０同士が強力に面接触して面シール状態となり、こ
こで摩擦力によって固定力が生ずる。しかも本発明では
遮蔽部７１が噴孔３５をノズル軸線と平行な方向で漸進
的に遮蔽するのでなく、図４から明らかなように、噴孔
３５をノズル軸線と斜めに交差する関係で漸進的に遮蔽
するようにしている。このため噴孔３５にかかる噴射圧
によりロータリバルブ７を回転軸方向に動かす力よりも
ロータリバルブ７とホール３４とのシート面との摩擦力
による固定力が上回ることになる。すなわち、図４にお
いて噴射圧力がかかることにより働く力をＦとし、遮蔽
部７１に対して回転方向に働く力をＦθとし、ロータリ
バルブに垂直方向に働く力をＦｎとし、摩擦力をＦｆと
し、摩擦係数をμとすると、Ｆｆ＝μＦｎ＞Ｆθとな
る。

【００２４】以上のようなことから、ニードルバルブ４
の閉弁時に噴孔を変化させるべく所定角度回転されたロ
ータリバルブ７は、ニードルバルブ４の開弁時すなわち
燃料噴射時にはその位置にしっかりと固定される。した
がって、ホール３４の噴孔３５はロータリバルブ７に与
えられた回転角どおりで遮蔽され、噴孔面積を無段階で
任意に変化させることができ、低負荷時には噴孔面積の
減少に伴って燃料噴射圧力が高圧化され、噴射期間は長
くなる。これにより噴霧の微粒化の促進、噴霧の空気過
剰率の増大が期待でき、ＮＯｘが減少されるようにな
る。また、高負荷時には、噴孔面積の増加に伴って燃料
噴射圧力は低圧化され、噴射期間を短くする。これによ
り高負荷時に必要な流量の噴霧が全体的に均一に分散さ
れて供給されるようになり、安定した高出力の燃焼が行
なわれる。

【００２５】なお、保持力よりも強い外力によりロータ
リバルブ７が動いて位置にずれが生じた場合、その位置
ずれはニードルバルブ４が閉弁した当該噴射後に回転角
検出機構１１により検出され、前記したようにコートロ
ーラ１２からの信号によるアクチュエータ９の駆動によ
り補正され、ロータリバルブ７は前回の噴射時の設定回
転角位置に戻され、この状態で保持される。このように
絶えずロータリバルブ７の位置を検出し補正することが
できるため、噴射ごとの噴霧のばらつきを減少させるこ
とができる。

【００２６】本発明においては、図４のように噴孔遮蔽
部７１が噴孔３５をノズル軸線と斜めに交差するように
漸進的に遮蔽したり開口してゆく。このため、ロータリ
バルブ７の位置決め精度が噴孔開度に及ぼす影響が少な
くなる。すなわち、先行技術１，２のように噴孔をノズ
ル軸線と平行な関係を持って遮蔽するようにした場合に
は、噴孔３５の開度を１／４調整するときに、ロータリ
バルブ７の回転角θは３．６°となり、位置決めにわず
かな誤差があっても噴孔開度に大きな誤差が生じてしま
う。これに対して、本発明では同じ噴孔３５の開度を１
／４調整する場合に、ロータリバルブ７の回転角θは１
８°と大きくすることができる。したがって、位置決め
精度は緩やかなものとなり、加工精度も厳しさを減ずる
ことができるものである。

【００２７】また、本発明では、各噴孔３５が最大噴孔
のときの噴射角に相当する角度で出口側開口３５１に向
かってラッパ状に開いているため、ノズルボデイの噴霧
に与える影響を少なくすることができる。すなわち、図
１３(a)のように噴孔３５の開度を大きくした場合には
それに則した大きな噴霧角で噴霧され、図１３(b)のよ
うに噴孔３５の開度を狭くした場合には、入口側開口３
５０のエッジによって燃料が絞られ、噴孔３５の壁面に
接触しないように小さな噴霧角となって噴霧され、密度
が高く、貫徹距離の長い噴霧形状を得ることができる。

【００２８】なお、ロータリバルブ７とホール３４が円
錐状壁７０，３４０同士で面シールされるため、燃料の
一部がホール３４とロータリバルブ外周面との間に沿っ
て円周方向に流れるいわゆる噴孔間燃料漏れが防止さ
れ、それとともに第１孔４５ａと第２孔４５ｂの境界の
エッジ４５０と継手ピン８ｂの円錐面８４との面シール
によってロータリシャフト主部方向への燃料の漏れも防
止される。それゆえ噴射圧を所期の圧力に保持して噴霧
を行うことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１によれ
ば、ホール３４の周壁に複数個の噴孔３５を間隔をおい
て形成する一方、ロータリバルブ７を前記ホール内に配
し、ロータリバルブ７の回転角位置により噴孔面積を可
変とした形式の燃料噴射ノズルであって、前記ホール３
４の内壁とロータリバルブ７を円錐状断面のシート面に
構成するとともに、前記噴孔位置に対応するロータリバ
ルブの円錐状壁部位に、回転時に噴孔の開度をノズル軸
線と斜めに交差する関係を持って漸進的に変化させるよ
うに噴孔数と同数の遮蔽部７１を形成したので、ニード
ルバルブ４の開弁時（燃料噴射時）に噴射圧を利用して
ロータリバルブ７を強い摩擦力で固定することができ
る。このため、噴孔遮蔽面積を無段階的に任意に変化さ
せることができ、エンジンの負荷と回転数に則した噴射
圧力と噴射量で燃料噴霧を行うことができ、エンジン機
関の性能向上に大きく寄与することができるというすぐ
れた効果が得られる。

【００３０】請求項２によれば、各遮蔽部７１が噴孔径
よりも大きな面積の全閉用面状領域７１０を端部に持
ち、該全閉用面状領域７１０に続いて高さが漸減する傾
斜状領域７１１を有し、該傾斜状領域７１１の最下位レ
ベルに噴孔を全開させる全開用欠設領域７１２を有し、
該全開用欠設領域７１２が次の遮蔽部７１の付け根につ
ながっているため、回転角の変化が噴孔開度の変化に及
ぼす影響が少なく、ロータリバルブ７の位置決め精度を
緩和することができ、また噴孔３５への燃料の導入が孔
でなくリング状の通路という開放条件下で行われるた
め、流路抵抗が少なくなり、燃料圧力の低下を減少させ
ることができるというすぐれた効果が得られる。請求項
３によれば、遮蔽部７１が半径方向に下傾しているた
め、燃料の流れ方向の急変とこれによる圧力損失が抑制
され、かつ噴射方向の安定を図ることができるというす
ぐれた効果が得られる。請求項４によれば、ホール周壁
の噴孔３５を出口側開口３５１に向かって拡大するラッ
パ状としているため、ノズルボデイによる噴霧の影響が
少なくなり、ことに噴孔径(噴孔面積)を小さく絞ったと
きに噴霧角の広がりを抑制して噴霧することができ、噴
孔径に則した適切な噴霧形態を実現することができると
いうすぐれた効果が得られる。請求項５によれば、ロー
タリバルブ７を動かす駆動軸系８の上部部位に、噴射ご
とに回転角を検出してロータリバルブ７の位置補正を行
うための回転角検出機構１１が設けられているため、噴
射ごとの噴霧のばらつきを減少させることができるとい
うすぐれた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す縦断側面図である。

【図２】図１の部分的拡大図であり、ロータリバルブが
噴孔を全閉した状態を示している。

【図３】図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【図４】本発明における噴孔と遮蔽部の関係およびロー
タリバルブにかかる力の関係を展開状態で示す説明図で
ある。

【図５】本発明におけるロータリバルブの一例を示し、
（ａ）はその平面図、（ｂ）はその部分切欠側面図であ
る。

【図６】図５のＹ−Ｙ線に沿う拡大断面図である。

【図７】図１のＺ−Ｚ線に沿う拡大断面図である。

【図８】図２からロータリバルブを回転し、噴孔を１／
２開度に開口した状態を示す部分的拡大図である。

【図９】（ａ）は図８の噴孔中心に沿う横断面図、
（ｂ）はこの時の噴孔の正面図である。

【図１０】図８からロータリバルブを回転し、噴孔を全
開した状態を示す部分的拡大図である。

【図１１】（ａ）は図１０の噴孔中心に沿う横断面図、
（ｂ）はこの時の噴孔の正面図である。

【図１２】本発明における噴孔制御のフローチャートで
ある。

【図１３】本発明における噴霧角と噴孔との関係を示す
説明図であり、(a)は噴孔径を大とした場合、(b)は噴孔
径を小とした場合を示している。

【符号の説明】

３ノズルボデイ７ロータリバルブ８ｂ継手ピン１１回転角検出機構３４ホール３５噴孔７０，３４０円錐状壁７１遮蔽部３５０入口側開口３５１出口側開口７１０全閉用面状領域７１１傾斜状領域７１１全開用欠設領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルの先端部にホールを設け、該ホール
の周壁に複数個の噴孔を間隔をおいて形成する一方、ロ
ータリバルブを前記ホール内に配し、ロータリバルブの
回転角位置により噴孔面積を可変とした形式の燃料噴射
ノズルであって、前記ホールの内壁とロータリバルブを
円錐状のシート面に構成するとともに、前記噴孔位置に
対応するロータリバルブの円錐状壁部位に、回転時に噴
孔の開度をノズル軸線と斜めに交差する関係を持って漸
進的に変化させるべく噴孔数と同数の遮蔽部を形成した
ことを特徴とする可変噴孔型燃料噴射ノズル。
【請求項２】各遮蔽部が噴孔径よりも大きな面積の全閉
用面状領域を端部に持ち、該全閉用面状領域に続いて高
さが漸減する傾斜状領域を有し、該傾斜状領域の最下位
レベルに噴孔を全開させる全開用欠設領域を有し、該全
開用欠設領域が次の遮蔽部の付け根につながっている請
求項１に記載の可変噴孔型燃料噴射ノズル。
【請求項３】遮蔽部が半径方向に下傾しているものを含
む請求項２に記載の可変噴孔型燃料噴射ノズル。
【請求項４】噴孔がホール外壁面の出口側開口に向かう
ほど拡大するラッパ状に構成しているものを含む請求項
１ないし請求項３のいずれかに記載の可変噴孔型燃料噴
射ノズル。
【請求項５】ロータリバルブを動かす駆動軸系の上部部
位に、噴射ごとに回転角を検出してロータリバルブの位
置補正を行うための回転角検出機構が設けられているも
のを含む請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の可
変噴孔型燃料噴射ノズル。