JPH09303234A

JPH09303234A - 燃料噴射ノズル

Info

Publication number: JPH09303234A
Application number: JP11647296A
Authority: JP
Inventors: Naoya Ishikawa; 直也石川
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】噴口数の切換制御をエンジンの運転状態に応
じて任意且つ最適に行えるようにする。【解決手段】本発明に係る燃料噴射ノズル１は、互い
に摺動自在に設けられ、それぞれ個別に弁座６に着座し
て噴口２０，２１を閉鎖する二つの針弁８，１４と、上
記針弁８，１４の摺動部３５，３６，３７，３８に上記
弁座６から離間して設けられ、作動流体圧力を導入する
ことにより、一方の上記針弁１４を他方の上記針弁８に
対し独立してリフトさせる流体室４０とを備えたもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンに適用される燃料噴射ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、本出願人は、供給燃料の圧力即ち
燃圧に応じて噴口数を変化させることのできる可変噴口
式燃料噴射ノズルを提案した（実開平4-17167 号公報参
照）。これにおいては、二つの針弁を異なる燃圧で独立
にリフトさせ、それぞれ個別に噴口を開閉させるように
し、燃圧値に応じて噴口数を二段に切り換えられるよう
になっている。そして、エンジン回転数が低速側で燃圧
が低い場合には、一方の針弁のみをリフトさせて少ない
噴口数で燃料噴射を行い、エンジン回転数が高速側で燃
圧が高い場合には、他方の針弁もリフトさせて全ての噴
口から燃料噴射を行うようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来技
術においては、燃圧値の高低のみに基づいて噴口数の切
り換えを行っている。

【０００４】しかし、エンジンの運転状態によっては、
これのみで噴口数の切り換え乃至制御を行うのが必ずし
も最良とはいえない場合がある。

【０００５】例えば、スモークは噴射圧力が増すと減少
する傾向にあり、特に最近では排ガス規制との関係から
噴射圧力は高まる傾向にある。

【０００６】ところが、噴口数が増えると噴射圧力は減
少してしまい、噴口数が増すような条件下にあっても、
噴射圧力を減少させないために噴口数は少なくしておき
たい場合がある。

【０００７】このように、噴口数の切り換えは、エンジ
ンの運転状態に応じて最適に行うのが望ましい。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料噴射ノ
ズルは、互いに摺動自在に設けられ、それぞれ個別に弁
座に着座して噴口を閉鎖する二つの針弁と、上記針弁の
摺動部に上記弁座から離間して設けられ、作動流体圧力
を導入することにより、一方の上記針弁を他方の上記針
弁に対し独立してリフトさせる流体室とを備えたもので
ある。

【０００９】これによれば、一方の針弁を、作動流体圧
力により独立してリフトさせることができる。これによ
り、噴口数の増加による噴射圧力の減少及びスモークの
悪化を防止でき、エンジンの運転状態に応じて噴口数の
切り換えを最適に行うことができるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００１１】図１は、本発明に係る燃料噴射ノズルを示
す縦断面図である。図示するように、燃料噴射ノズル１
においては、ノズルホルダ３の先端部にノズルボディ２
が一体的に接続されている。ノズルボディ２は、先端部
が円錘状に閉鎖された円筒状に形成されて内部に第１弁
ガイド穴４を有し、ノズルホルダ３も円筒状に形成され
て内部にスプリング室５を区画する。なお、ノズルボデ
ィ２の内径はノズルホルダ３の内径より大きい。第１弁
ガイド穴４は、その先端部が、先端側に至るにつれ順次
縮径されるテーパ状に形成され、この縮径部分が円錘状
の弁座６を形成している。そして弁座６の最先端には半
球状のホ−ル部７が形成されている。

【００１２】第１弁ガイド穴４には、第１針弁８が摺動
自在にかつ昇降自在に収容されている。この第１針弁８
は、円筒状に形成されてその外表面部が段差状とされ、
その後軸部９のみが第１弁ガイド穴４に対し摺動し、先
端側軸部１０が後軸部９より縮径されている。そして後
軸部９と先端側軸部１０との境目の段差部分が、燃圧
（燃料圧力）を作用させるべくテーパ状に形成された第
１受圧面１１となっている。先端側軸部１０の先端面
は、その外周側端縁部のみが弁座６に着座する円錘状の
第１着座面１２となっている。この第１着座面１２が弁
軸Ｃに対してなす角度θ₁は弁座６のそれ（角度θ）よ
りも大きい。

【００１３】第１針弁８は軸心部を貫通する第２弁ガイ
ド穴１３を有し、この第２弁ガイド穴１３に、中実の第
２針弁１４が摺動自在にかつ昇降自在に収容されてい
る。

【００１４】詳しくは、第２弁ガイド穴１３と第２針弁
１４とは、先端から軸方向に沿った所定長さの部分が後
端側に比べ小径とされている。そしてその小径部分、即
ち、第２弁ガイド穴１３の小径穴部３５と、第２針弁１
４の小径軸部３６とが互いに摺動するようになってい
る。一方、後端側の大径部分、即ち、第２弁ガイド穴１
３の大径穴部３７と、第２針弁１４の大径軸部３８とも
互いに摺動するようになっている。

【００１５】このように、第２弁ガイド穴１３の小径穴
部３５と大径穴部３７、及び第２針弁１４の小径軸部３
６と大径軸部３８によって、互いの針弁８，１４におけ
る摺動部が形成されることになる。

【００１６】一方、第２針弁１４の大径軸部３８は、第
２弁ガイド穴１３の大径穴部３７より軸方向長さが小さ
く、大径穴部３７の後端部に位置されている。そして、
大径穴部３７の先端部を区画するテーパ部３９との間
に、所定の軸方向長さを有した油圧室４０（流体室）を
区画形成している。ここで油圧室４０は、第１針弁８の
小径穴部３５の長さ分だけ、弁座６から軸方向に離間さ
れている。また油圧室４０は、針弁８，１４の摺動部の
中間位置に設けられることになる。

【００１７】油圧室４０は、第１針弁８に径方向に貫通
形成された油路４１に連通される以外は、針弁８，１４
同士の摺動部によって完全に密閉されシールされてい
る。そして油圧室４０は、詳しくは後述するが、油路４
１からエンジン潤滑油による油圧を導入し、第２針弁１
４を第１針弁８に対し独立してリフトさせるようになっ
ている。

【００１８】ここで第２針弁１４は、小径軸部３６の先
端面が円錘状に形成されて弁座６に着座する第２着座面
１７をなす。第２着座面１７も第１着座面１２同様、そ
の外周端縁部のみが弁座６に着座するようになってお
り、その弁軸Ｃに対してなす角度は第１着座面１２のそ
れと同じθ₁に設定されている。また大径軸部３８の後
端面には軸心位置に突出軸部１９が一体形成される。

【００１９】ところで、ノズルボディ２の先端部には、
燃料噴射口としての第１及び第２噴口２０，２１がそれ
ぞれ貫通形成されている。第１噴口２０は第１針弁８に
より開閉され、即ち、第１針弁８が上昇乃至リフトした
際には開放され、第１針弁８が下降し、第１着座面１２
が弁座６に着座した際には、その着座部分で燃料の供給
が遮断されて閉止されるようになっている。同様に、第
２噴口２１も、第２針弁１４がリフトした際には開放さ
れ、第２針弁１４が下降した際には、第２着座面１７の
着座部分でホール部７への燃料の供給が遮断され、閉止
されるようになっている。

【００２０】第１及び第２噴口２０，２１は、円周方向
に沿って所定間隔をもって複数設けられる。つまり、一
方の第１噴口２０群は第１針弁８によって全て同時に開
閉され、同様に他方の第２噴口２１群も第２針弁１４に
よって全て同時に開閉される。第１及び第２針弁８，１
４は互いに摺動自在で、独立に昇降可能であるから、そ
れぞれ個別に第１及び第２噴口２０，２１群を開閉する
ことができる。

【００２１】一方、ノズルホルダ３内のスプリング室５
には、その径方向外側に第１針弁８を閉方向（先端方
向）に付勢する第１リターンスプリング２２が、その径
方向内側に第２針弁１４を閉方向に付勢する第２リター
ンスプリング２３がそれぞれ収容されている。

【００２２】第１リターンスプリング２２の付勢力は第
１プッシャ２４を介して第１針弁８に伝達される。第１
プッシャ２４はリング状に形成され、スプリング室５の
内周面に対し摺動自在であり、その軸心部には摺動穴２
５を有する。第１プッシャ２４の後端面には、第１リタ
ーンスプリング２２の位置決めを行うための突出片２６
が設けられる。

【００２３】摺動穴２５には第２プッシャ２７が摺動自
在に設けられ、第２プッシャ２７は第２リターンスプリ
ング２３の付勢力を第２針弁１４に伝達する。そして第
２プッシャ２７は、先端面の係合穴２８が第２針弁１４
の突起軸部１９に係合し、また、後端面に突出形成され
た凸部２９の周囲部分で、第２リターンスプリング２３
の端部を嵌合させて位置決めするようになっている。

【００２４】ここで、第１プッシャ２４の摺動穴２５
は、その穴径が第２針弁１４の大径軸部３８より小径に
形成されている。これにより、第２針弁１４は、第１プ
ッシャ２４に突き当たったときが最大リフトの状態とな
る。図示する如く、両方の針弁８，１４が弁座６に着座
しているとき、第２針弁１４及び第１プッシャ２４の軸
方向間隔ａと、第２針弁１４及び第１針弁８の着座面１
７，１２同士の軸方向間隔ｂとは等しくなっている。こ
れにより、第２針弁１４の最大リフト時には、その第２
着座面１７が第１針弁８の第１着座面１２と面一状にな
る。

【００２５】なお、第１針弁８は、その後端面がノズル
ホルダ３の先端面に突き当たったときが最大リフトとな
る。

【００２６】ところで、ノズルボディ２及びノズルホル
ダ３には第１ポート３１，３２が形成され、これら第１
ポート３１，３２は互いに連通されて燃料供給通路３０
を構成している。ノズルボディ２の第１ポート３１の出
口は、第１針弁８の第１受圧面１１と対面される位置に
油溜室３１ａを形成して開口されている。燃料供給通路
３０には、図示しない燃料噴射ポンプから燃料が供給さ
れる。

【００２７】一方、ノズルボディ２及びノズルホルダ３
には第２ポート４３，４４が形成され、これら第２ポー
ト４３，４４は、燃料供給通路３０とは別系統の油圧供
給通路４２を構成している。ノズルボディ２の第２ポー
ト４３の出口は、第１針弁８の油路４１と対面される位
置に第２油溜室４５を形成して開口されている。油圧供
給通路４２には、図示しないオイルポンプから比較的高
圧のエンジン用潤滑油（作動流体）が供給される。そし
て、この潤滑油による油圧の供給制御が、図示しない電
子制御装置と電磁弁との組合せによって最適に実行され
る。

【００２８】次に、かかる形態の作用について説明す
る。

【００２９】エンジン運転中、図示しない燃料噴射ポン
プからは、エンジン回転数に応じた量乃至圧力の燃料が
供給される。この燃料は燃料供給通路３０を通じて第１
針弁８の先端側軸部１０の周囲の隙間に入り込み、特に
油溜室３１ａで第１針弁８の第１受圧面１１に作用す
る。この燃圧が所定値に達したとき、第１針弁８は第１
リターンスプリング２２の付勢力に逆らってリフトし、
第１噴口２０を開放する。こうなれば先端側軸部１０の
周囲の燃料が、第１着座面１２と弁座６との隙間を通じ
て第１噴口２０から噴射されることになる。燃圧が増加
すればリフト量も増え、より多くの燃料が噴射されるよ
うになる。

【００３０】第１針弁８がリフトすると、燃料は第２針
弁１４の第２着座面１７の周囲にも回り込むが、これに
よって第２針弁１４のリフトは生じない。第２針弁１４
のリフトを生じさせるのは、前述したように油圧室４０
に導入される油圧のみである。

【００３１】即ち、油圧が油圧供給通路４２、油路４１
を通じて油圧室４０に導入されると、その油圧は第２針
弁１４の大径軸部３８の先端面、つまり油圧作用面４６
に作用して、第２針弁１４を第２リターンスプリング２
３の付勢力に逆らってリフトさせる。そしてこれにより
第２噴口２１を開放させる。また、図示しない電磁弁の
切換えにより油圧が排出されれば、第２針弁１４が下降
して第２噴口２１が閉じられる。

【００３２】このように、上記の如き油圧室４０を設け
たため、第２針弁１４の開閉制御を個別に実行でき、場
合によっては強制的な閉弁を行うことにより、噴口数の
切換え乃至増加を防ぎ、第１噴口２０のみによって燃料
噴射を行え、噴射圧力の減少に伴うスモークの悪化を防
止することができる。そして、燃圧（送油率）に依存す
ることなく、噴口数の切換制御を任意且つ最適に行うこ
とができるようになる。

【００３３】なお、一般的に燃費に関しては噴射期間に
最適値があり、噴射期間があまり増えると燃費が悪化す
る。そしてこの噴射期間は、噴口数が少なくなると長期
化し、多くなると短期化する。

【００３４】これも考慮して、かかる構成においては、
高回転・高負荷となる領域では噴口数を多くして噴射期
間を短期化し、燃費の向上、NOx の低減を図れる。ま
た、低回転・高負荷領域では、噴口数を少なくして噴射
圧力を増し、スモークを改善できる。また、いずれの回
転数においても低負荷のときは、噴口数を少なくして噴
射期間を長期化し、ＨＣを減少できる。

【００３５】また、一般的にエンジン始動時には燃圧が
過渡的に上昇し、このため従来の構成では、両方の針弁
がリフトして噴口数が増え、燃料の微粒化が図れなかっ
た。かかる構成によれば、エンジン始動時に噴口数を少
なくすることができるので、燃料の微粒化を図れ始動性
も向上できる。

【００３６】なお、このような開閉制御は、図示しない
電子制御装置をECU とし、検知したエンジン回転数及び
負荷に基づいて、図示しない電磁弁をON/OFF制御するよ
うにするとよい。

【００３７】一方、他の特徴としては、第２針弁１４の
最大リフト時に、その第２着座面１７を第１針弁８の第
１着座面１２と面一状になるようにしたため、その際に
着座面１２，１７と弁座６間の隙間で燃料をスムーズに
流通させることができる。そしてこれにより、両噴口２
０，２１から噴射する燃料量の調整・設定を簡単に行
え、設計自由度も高めることができる。

【００３８】ところで、従来、特開平4ー232375号公報に
は、内側の針弁と外側の針弁との間をスリーブで仕切
り、これによって各針弁に対し燃料室を個々に設け、こ
れら燃料室内で各針弁に個別に燃圧を作用させることに
より、開閉を個別に行わせる燃料噴射ノズルが開示され
ている。

【００３９】しかしこれだと、スリーブを弁座に押し付
けて燃料室間をシールするため、スリーブを押し付ける
スプリングに強力なものを用いなければならず、必要以
上に頑丈な構造が要求される欠点がある。また、スリー
ブがあるため大形化する欠点もある。

【００４０】かかる構成にあっては、油圧室４０が針弁
８，１４同士の摺動部によってシールされているため、
上記スリーブの如きものが必要なく、構造の簡単化、小
形化を図ることができ、大変有利である。

【００４１】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明してきたが、本発明は上記形態に限定されず他の様
々な形態を採ることもできる。例えば、作動流体として
燃料を用い、燃圧で針弁を開閉させることもできるし、
また、別の作動油や液体、空気等の気体を作動流体に用
いることもできる。また、針弁や流体室の形状、構造も
上記形態に限定されるものではない。

【００４２】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００４３】（１）噴口数の切換制御を、エンジンの
運転状態に応じて任意且つ最適に行うことができる。

【００４４】（２）流体室を針弁の摺動部でシールで
き、構造の簡単化、小形化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃料噴射ノズルの実施の形態を示
す縦断面図である。

【符号の説明】

１燃料噴射ノズル８第１針弁（針弁）１２第１着座面（着座面）１４第２針弁（針弁）１７第２着座面（着座面）２０第１噴口（噴口）２１第２噴口（噴口）３５小径穴部（摺動部）３６小径軸部（摺動部）３７大径穴部（摺動部）３８大径軸部（摺動部）４０油圧室（流体室）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに摺動自在に設けられ、それぞれ個
別に弁座に着座して噴口を閉鎖する二つの針弁と、上記
針弁の摺動部に上記弁座から離間して設けられ、作動流
体圧力を導入することにより、一方の上記針弁を他方の
上記針弁に対し独立してリフトさせる流体室とを備えた
ことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】上記一方の針弁が、その最大リフト時
に、上記他方の針弁の着座面と面一状となる着座面を有
する請求項１記載の燃料噴射ノズル。