JPH11117828A - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関の運転状態全般にわたり噴射圧力の
上昇および噴射率の低減を実現して、噴霧の微粒化を可
能とし、着火遅れ期間中の燃料噴射量の低減が可能で、
噴射特性を向上させることにより燃焼特性の改善を可能
とし、機関の低速時におけるスモーク、あるいは炭化水
素、さらに振動や騒音の低減を可能とした内燃機関用燃
料噴射装置を提供すること。 【解決手段】 とくにジャーク式の燃料噴射ポンプ２に
おけるプリストローク可変機構６により、カムの使用領
域を変更して燃料噴射率を制御することができること、
また燃料噴射ノズル３においてその噴孔１３の断面積を
可変とすれば、燃料噴射量および噴射圧を制御すること
ができることに着目したもので、プリストローク可変式
の燃料噴射ポンプ２に噴孔可変型の燃料噴射ノズル３を
組み合わせることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用燃料噴射
装置にかかるもので、とくにディーゼルエンジンその他
の内燃機関用の燃料噴射装置であって、噴射特性ないし
燃焼特性を向上させることができる内燃機関用燃料噴射
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からディーゼルエンジンの燃焼およ
び排気特性を改善をめざして種々の工夫が試みられてい
る。一般にエンジンでは高速運転時、高負荷運転時にお
けるエンジン性能を重視して燃料噴射ノズルの噴射特性
を設計するため、中速運転時、低速運転時、および中負
荷運転時、低負荷運転時における噴射特性ないし燃焼特
性に悪影響が出やすい。

【０００３】とくに窒素酸化物（ＮＯｘ）、スモークあ
るいは炭化水素などの排気ガスに関する問題、さらに振
動および騒音などの問題の解決が要請されている。窒素
酸化物は、燃料噴射初期の着火遅れ期間中に噴射される
燃料の量が多い場合に、多く排出される。言い換える
と、燃料噴射率が噴射初期から急激に高く立ち上がる場
合に、着火後の燃焼は急激なものとなり、さらに燃焼温
度が高くなることによって、窒素酸化物が多く排出され
ることになる。また、とくにアイドリング時などにおい
ては、着火後の急激な燃焼が、振動や騒音の発生原因と
なっている。スモークあるいは炭化水素などは、燃料の
噴射圧力が低い場合に、燃料の微粒化が悪くなり、燃料
と空気の混合が進まないことによって、多く排出され
る。とくに、加速時に多い運転状態である、低速の中高
負荷運転時には、低速のため圧力が上がりにくく、燃料
噴射量が多いため、スモークあるいは炭化水素の排出が
問題となる。これら排気ガスおよび振動や騒音の問題
は、それぞれの理想的な燃焼特性を得るための噴射特性
が相互に異なり、またある場合には相反しているので、
内燃機関用燃料噴射装置としてはエンジンのすべての運
転状態に適正な噴射特性を得ることが困難であるという
問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、噴射特性を向上させ
ることにより燃焼特性の改善を可能とした内燃機関用燃
料噴射装置を提供することを課題とする。

【０００５】また本発明は、機関の低速時におけるスモ
ーク、あるいは炭化水素、さらに振動や騒音の低減を可
能とした内燃機関用燃料噴射装置を提供することを課題
とする。

【０００６】また本発明は、機関の運転状態全般にわた
って、噴射圧力の上昇および噴射率の低減を実現可能な
内燃機関用燃料噴射装置を提供することを課題とする。

【０００７】また本発明は、機関の運転状態全般にわた
って、噴霧の微粒化を可能とし、着火遅れ期間中の燃料
噴射量の低減を実現可能な内燃機関用燃料噴射装置を提
供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、とく
にジャーク式の燃料噴射ポンプにおけるプリストローク
可変機構により、カムの使用領域を変更して燃料噴射率
を制御することができること、また燃料噴射ノズルにお
いてその噴孔の断面積を可変とすれば、燃料噴射量およ
び噴射圧を制御することができること、そこでプリスト
ローク可変式の燃料噴射ポンプに噴孔可変型の燃料噴射
ノズルを組み合わせることに着目したもので、燃料を高
圧化して吐出する燃料噴射ポンプと、この燃料噴射ポン
プからの高圧燃料を機関の燃焼室内に噴射する燃料噴射
ノズルと、を備えた内燃機関用燃料噴射装置であって、
上記燃料噴射ポンプは、これをプリストローク可変式の
燃料噴射ポンプとするとともに、上記燃料噴射ノズル
は、これを可変噴孔型の燃料噴射ノズルとしたことを特
徴とする内燃機関用燃料噴射装置である。

【０００９】上記内燃機関の低速運転状態において、上
記プリストローク可変式の燃料噴射ポンプにおけるプリ
ストロークを上記内燃機関の高速運転状態より大きくす
るとともに、上記可変噴孔型の燃料噴射ノズルにおける
噴孔断面積を小さくすることができる。

【００１０】本発明における燃料噴射ポンプは、メイン
噴射に加えてさらにパイロット噴射を行うことができる
構造を採用すれば、より細かい噴射制御を行うことが可
能である。

【００１１】本発明におけるプリストローク可変式の燃
料噴射ポンプおよび噴孔可変型の燃料噴射ノズルは、そ
れぞれ任意のものを採用可能である。プリストローク可
変式の燃料噴射ポンプとしては、たとえば特開昭６１−
２１８７６９号、特開平４−１４８０５８号、特開平８
−１００７４０号などがある。可変噴孔型の燃料噴射ノ
ズルとしては、たとえば特開平９−２２２０６１号など
がある。

【００１２】本発明による内燃機関用燃料噴射装置にお
いては、プリストローク可変式の燃料噴射ポンプに噴孔
可変型の燃料噴射ノズルを組み合わせるようにした。燃
料噴射ポンプにおけるプリストローク可変機構により、
プリストロークを小さくするようにカムの前半領域を使
用すれば（あるいはカムの形状を選択すれば）プランジ
ャをゆっくり押し上げることになって燃料噴射率あるい
は噴射圧が低下し、プリストロークを大きくするように
カムの後半領域を使用すればプランジャを強く急激に押
し上げて燃料噴射率あるいは噴射圧が増加することにな
るので、カムの使用領域を変更して燃料噴射率（カムな
いしカムシャフトの単位回転角度に対する燃料噴射量の
割合、つまり噴射量の時間的変化割合）を制御すること
ができる。また燃料噴射ノズルにおいてその噴孔を可変
とすれば、燃料噴射率および噴射圧を制御することがで
きる。したがって、低速、低負荷、高速、高負荷などの
機関の運転状態に応じてプリストロークおよび噴孔断面
積を制御することにより、適正な噴射特性および燃焼特
性を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
内燃機関用燃料噴射装置１を図１ないし図９にもとづき
説明する。図１は、可変噴孔型燃料噴射ノズルを採用し
た内燃機関用燃料噴射装置１の概略図であって、内燃機
関用燃料噴射装置１は、プリストローク可変式の燃料噴
射ポンプ２と、可変噴孔型の燃料噴射ノズル３と、噴射
量センサー４と、制御手段５と、を有する。

【００１４】燃料噴射ポンプ２は、プリストローク可変
機構６を有し（図２および図３において後述）、またパ
イロット噴射（図３において後述）が可能であって、燃
料タンク（図示せず）からの燃料を高圧化して燃料噴射
ノズル３の燃料導入部７に供給する。

【００１５】燃料噴射ノズル３は、燃料導入部７を形成
したノズルハウジング８と、ノズルハウジング８に取り
付けたノズルボディ９と、ノズルボディ９内に往復摺動
するニードル弁１０と、噴孔可変機構１１（図４ないし
図７において後述）と、を有する。燃料噴射ノズル３
は、ホールノズルタイプであり、そのノズルボディ９の
先端部に先端突部１２を有し、この先端突部１２に噴孔
１３を形成してある。

【００１６】制御手段５は、燃料噴射ポンプにおける燃
料噴射タイミングないしプリストローク（プリストロー
ク可変機構６）を制御するとともに、噴射量センサー４
からの燃料圧力の検出信号に応じて噴孔可変機構１１の
アクチュエーター１４（たとえば、ロータリーソレノイ
ドあるいはステッピングモーターなど）を駆動し、燃料
噴射ノズル３における噴孔可変機構１１を制御する。

【００１７】図２は、プリストローク可変機構６付きの
燃料噴射ポンプ２の縦断面図であって、そのポンプハウ
ジング１５にはエンジンの気筒数に対応した数の縦孔１
６を形成し、この縦孔１６内で下部プランジャバレル１
７をポンプハウジング１５に挿入固定し、該下部プラン
ジャバレル１７にプランジャ１８を回動かつ上下往復動
自在に挿入してある。

【００１８】このプランジャ１８の上端は、下部プラン
ジャバレル１７を介してポンプハウジング１５に固定し
た上部プランジャバレル１９にこれを挿入する。この上
部プランジャバレル１９内にはデリバリバルブ２０を設
けて、デリバリバルブ２０とプランジャ１８との間に燃
料圧室２１を構成し、さらにデリバリバルブ２０の上方
には燃料出口２２を形成してある。

【００１９】またプランジャ１８の下端は、カムシャフ
ト２３に設けたカム２４に、タペット２５を介してこれ
を当接している。カムシャフト２３はエンジン（図示せ
ず）にこれを連結してあり、同エンジンによって回転駆
動され、スプリング２６と協動してカム２４の周縁に沿
ってプランジャ１８を当接させ、これを図中上下方向に
往復動させるようになっている。さらにこのプランジャ
１８には、ドライビングフェース２７を形成し、このド
ライビングフェース２７を噴射量調節用スリーブ２８に
係合させてある。また、噴射量調節用スリーブ２８には
突起２９を係合させ、この突起２９に係合した噴射量調
節用ロッド３０をアクセルペダル（図示せず）の踏込み
量に応じて紙面直角方向に駆動することにより、噴射量
調節用スリーブ２８がプランジャ１８を回動させること
ができるようになっている。すなわち、燃料噴射（後述
するメイン噴射）のための圧送の有効ストロークは、上
記噴射量調節用ロッド３０によってプランジャ１８を回
動することによりこれを調節することができる。さら
に、プランジャ１８の上方部には、制御スリーブ３１を
摺動自在に外嵌してある。この制御スリーブ３１にはそ
の図中左方に縦方向の案内溝３２を、図中右方には横方
向の係合溝３３をそれぞれ形成する。この案内溝３２に
は、下部プランジャバレル１７に設けた案内ピン３４を
係合し、係合溝３３にはタイミングコントロールロッド
３５の係合ピンなどの係合部３６を挿入してある。

【００２０】このタイミングコントロールロッド３５
は、ポンプハウジング１５に形成した横孔３７にこれを
挿入してあり、軸受け（図示せず）を介してポンプハウ
ジング１５に回動自在にこれを支持する。また電子制御
システムの場合には、このタイミングコントロールロッ
ド３５をロータリーソレノイド等のアクチュエータ（図
示せず）に連結し、前記制御手段５にがこのアクチュエ
ータを介してこれを回動駆動するものである。もちろ
ん、タイミングコントロールロッド３５を機械的に制御
するように構成することもできる。たとえば、前記特開
平８−１００７４０号などのようにメカニカルガバナー
のフライウェイト（図示せず）の動作を利用してタイミ
ングコントロールロッド３５を操作するようにすること
もできる。

【００２１】なお、プリストロークは、このようなタイ
ミングコントロールロッド３５の回動によって制御スリ
ーブ３１を上下に移動させることによりこれを調節する
ことができるものである。

【００２２】すなわち、タイミングコントロールロッド
３５を図中時計方向あるいは反時計方向に正逆回動させ
ると、このタイミングコントロールロッド３５とともに
タイミングコントロールロッド３５の係合部３６が一体
に回動し、このタイミングコントロールロッド３５の係
合部３６の回動によって制御スリーブ３１が上下動し、
プランジャ１８と制御スリーブ３１との上下方向の相対
的な位置が変化することとなる。

【００２３】したがって、制御スリーブ３１とプランジ
ャ１８の下死点における燃料吸排孔３８（後述）の位置
との間の寸法として定義されるプランジャ１８のプリス
トロークを調節することができる。つまり、プランジャ
１８の下死点から燃料吸排孔３８が閉じられるまでの寸
法がプランジャ１８のプリストロークであり、燃料吸排
孔３８が閉じられるときが燃料の噴射始めとなる。

【００２４】具体的には、タイミングコントロールロッ
ド３５を時計方向に回動して制御スリーブ３１を上方に
移動させると、プリストロークは大きくなり、エンジン
回転数の低い低速回転域においても、高い噴射率（前記
カムシャフト２３の単位回転角度に対する燃料噴射量の
割合、つまり噴射量の時間的変化割合）、あるいは高い
噴射圧を得ることができる。

【００２５】逆に、タイミングコントロールロッド３５
を反時計方向に回動して制御スリーブ３１を下方に移動
させると、プリストロークは小さくなり、高速回転域に
おいても、低い噴射率あるいは低い噴射圧を得ることが
できる。

【００２６】さらに、下部プランジャバレル１７に摺動
自在に挿入したプランジャ１８が前記カムシャフト２３
およびカム２４を介してエンジンの回転駆動力を受ける
ことにより、下部プランジャバレル１７および上部プラ
ンジャバレル１９内を往復動し、燃料溜まり室３９内の
燃料を燃料圧室２１内に吸入するとともに、さらにこの
燃料圧室２１内の燃料を燃料出口２２から噴射管４０を
介して圧送して燃料噴射ノズル３から噴射するようにな
っている。

【００２７】すなわちこのプランジャ１８は、上記燃料
溜まり室３９に開口する燃料吸入ポートである直径方向
の燃料吸排孔３８と、この燃料吸排孔３８および燃料圧
室２１を連通するようにその中心軸方向に形成した中心
連通孔４１と、その外表面に形成した制御用傾斜溝４２
と、この制御用傾斜溝４２および燃料吸排孔３８の開口
部を連通する連通用縦溝４３と、を有している。

【００２８】さらに、このプランジャ１８に摺動自在に
外嵌した前記制御スリーブ３１には、その半径方向にメ
イン噴射用カットオフポート４４を貫通形成してある。
このメイン噴射用カットオフポート４４は、プランジャ
１８の上下方向の動きに応じて制御用傾斜溝４２と連通
可能な上下位置関係にあるようにこれを配置するものと
する。

【００２９】なお燃料溜まり室３９は、ポンプハウジン
グ１５に形成した前記横孔３７を介して燃料入口４５に
通じている。

【００３０】さらに、上述のプランジャ１８の制御用傾
斜溝４２および制御スリーブ３１のメイン噴射用カット
オフポート４４に加えて、図３に要部を拡大して示すよ
うに、パイロット噴射用として、プランジャ１８にはパ
イロットスピル用スリット４６を形成するとともに、制
御スリーブ３１にはパイロット噴射用カットオフポート
４７を形成してある。

【００３１】図３に示すように、プランジャ１８のパイ
ロットスピル用スリット４６は、これを燃料吸排孔３
８、中心連通孔４１、制御用傾斜溝４２、および連通用
縦溝４３のいずれよりも下方位置に、かついずれかに連
通可能に形成してある。

【００３２】パイロットスピル用スリット４６は、プラ
ンジャ１８の外周面に所定の長さ、たとえば全周、ある
いはプランジャ１８の回動範囲内の所定長さにわたっ
て、かつプランジャ１８の軸方向とは垂直の平面内（水
平面内）において、環状にこれを形成するものとする。

【００３３】パイロット噴射用カットオフポート４７
は、このパイロットスピル用スリット４６にプランジャ
１８の軸方向において相対する位置の制御スリーブ３１
にこれを形成するものである。ただし、このパイロット
噴射用カットオフポート４７は、大径部４７Ａと小径部
４７Ｂとからこれを形成するとともに、メイン噴射用カ
ットオフポート４４よりも制御スリーブ３１の下端部側
にこれを形成する。

【００３４】上述のプランジャ１８、制御スリーブ３
１、タイミングコントロールロッド３５および制御手段
５などにより、前記プリストローク可変機構６を構成す
る。ただしプリストローク可変機構６は、メカニカル
式、あるいは電子制御式いずれの形式もこれを採用する
ことができる。

【００３５】以上のような構成の燃料噴射ポンプ２の作
用を概説する。まずプランジャ１８が下死点から上昇す
る当初にあっては、燃料吸排孔３８が燃料溜まり室３９
に開口し、この燃料溜まり室３９と燃料圧室２１とが燃
料吸排孔３８および中心連通孔４１を介して連通してい
るので、燃料圧室２１内の燃料の圧力は上昇せず、デリ
バリバルブ２０は閉じたままとなる。

【００３６】実際の燃料の送出については、図３がパイ
ロット噴射開始の状態を示す。すなわち、プランジャ１
８の上昇にともない、パイロットスピル用スリット４６
の下端が制御スリーブ１８の下端部により閉鎖されるこ
とにより燃料圧室２１内の燃料の圧力が上昇して噴射圧
力がデリバリバルブ開弁圧をこえるとデリバリバルブ２
０を開いて燃料出口２０から燃料を送出し（燃料の圧
送）、パイロット噴射が開始される。

【００３７】ついで、プランジャ１８のパイロットスピ
ル用スリット４６と、制御スリーブ１８のパイロット噴
射用カットオフポート４７の小径部４７Ｂとが連通する
ことにより、燃料圧室２１内の燃料が燃料溜まり室３９
内にスピルすることによってパイロット噴射が終了す
る。

【００３８】したがって、パイロット噴射用圧送ストロ
ークは、制御スリーブ１８の下端部からパイロット噴射
用カットオフポート４７の小径部４７Ｂの下端までの距
離Ｈ２から、パイロットスピル用スリット４６の幅Ｈ１
を差し引いた（Ｈ２−Ｈ１）と、固定されている。

【００３９】さらにプランジャ１８が上昇すると、パイ
ロットスピル用スリット４６と、パイロット噴射用カッ
トオフポート４７の小径部４７Ｂとの連通が遮断される
ことにより燃料圧室２１は再度閉鎖された状態となって
メイン噴射が開始する。

【００４０】そして、制御用傾斜溝４２がメイン噴射用
カットオフポート４４と係合することによりメイン噴射
が終了する。つまり、さらにプランジャ１８が上昇し
て、燃料吸排孔３８と連通した制御用傾斜溝４２が制御
スリーブ１８のメイン噴射用カットオフポート４４に連
通すると、メイン噴射用カットオフポート４４、制御用
傾斜溝４２、連通用縦溝４３、燃料吸排孔３８、および
中心連通孔４１を介してメイン噴射用カットオフポート
４４と燃料圧室２１とが連通することにより、燃料圧室
２１内の燃料が燃料溜まり室３９に逃げ、燃料圧室２１
内の燃料の圧力が下降し、デリバリバルブ２０が閉じら
れ、噴射（燃料の圧送）が終了するものである。

【００４１】ついでプランジャ１８が下降するときに燃
料溜まり室３９から燃料圧室２１内に、燃料の負圧によ
り燃料吸排孔３８を通して燃料が吸入されることとな
る。

【００４２】メイン噴射のための圧送有効ストローク
は、前記噴射量調節用ロッド３０によってプランジャ１
８を回動することにより、制御用傾斜溝４２とメイン噴
射用カットオフポート４４との軸方向における間隔を制
御してこれを調節することができる。

【００４３】さらに、タイミングコントロールロッド３
５を回動させることにより制御スリーブ１８を上下に移
動させ、プリストローク（あるいは燃料圧送始めのタイ
ミング）を制御することができる。

【００４４】したがって、タイミングコントロールロッ
ド３５を所定角度だけ回動し、制御スリーブ３１を上下
動させることにより、制御スリーブ３１とプランジャ１
８との軸方向の相対位置関係を変化させ、その結果、プ
リストローク（あるいは燃料圧送始めのタイミング）が
変化し、さらに燃料噴射率あるいは噴射圧を変化させる
ことができるので、エンジンの運転状態に応じてプリス
トロークを制御すれば、それぞれの運転状態に適した噴
射特性を得ることができる。

【００４５】つぎに図４は、燃料噴射ノズル３におけ
る、ニードル弁１０のリフト時の噴孔可変機構１１部分
の要部断面図であって、噴孔可変機構１１は、アクチュ
エーター１４と、アクチュエーター１４に取り付けたロ
ータリーシャフト４８と、連結部４９と、ロータリーバ
ルブ５０と、を有する。ロータリーシャフト４８はノズ
ルハウジング８（図１）の頂部からニードル弁１０の内
部に挿入されてその下部に至る。連結部４９は、ロータ
リーシャフト４８とロータリーバルブ５０とをロータリ
ーシャフト４８の軸方向に可動可能に（遊びを持っ
て）、かつロータリーシャフト４８の回転運動をロータ
リーバルブ５０に伝達可能に連結している。ロータリー
バルブ５０は、ニードル弁１０の下部に位置して先端突
部１２の内部に係合可能な、下流側に先細りとしたほぼ
円錐状を呈し、噴孔１３を閉鎖可能なシート円弧部５１
と、シート円弧部５１の間であって噴孔１３に連通可能
な燃料溜まり空間５２（導入用燃料通路）とを（図示の
例ではそれぞれ５個づつ）有する。

【００４６】ニードル弁１０は、そのシート時には、ニ
ードル弁１０のシート部５３がノズルボディ９の噴孔１
３より上流側のシート面５４にシートすることにより、
燃料導入部７からの燃料通路５５と噴孔１３とを遮断し
ている。なお燃料溜まり空間５２は、ニードル弁１０が
シート面５４にシートする部位と噴孔１３との間の噴孔
１３の内側に所定容積を有するようにこれを形成してあ
る。

【００４７】燃料溜まり室５６（図１）においてニード
ル弁１０の受圧部５７が燃料噴射ポンプ２からの燃料圧
力を受けると、バルブスプリング５８の付勢力に抗して
ニードル弁１０がリフトして噴孔１３から機関の燃焼室
５９に燃料を噴射する。また、ニードル弁１０のシート
時に、ロータリーバルブ５０はその軸線のまわりに回転
可能であり、ロータリーバルブ５０のシート円弧部５１
が噴孔１３に対向位置すれば噴孔１３を閉鎖し、燃料溜
まり空間５２が噴孔１３に臨めばニードル弁１０のリフ
トにより燃料通路５５と噴孔１３とが燃料溜まり空間５
２を介して連通可能となる。

【００４８】図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図で、図中ロ
ータリーバルブ５０を時計方向あるいは反時計方向に回
動させることにより、ノズルボディ９（先端突部１２）
における噴孔１３に対するロータリーバルブ５０の燃料
溜まり空間５２の相対位置を可変として、噴孔１３の開
孔度を可変可能である。噴孔１３は、噴孔主部６０と、
噴孔主部６０の上流側の噴孔入口部６１と、噴孔主部６
０の下流側の噴孔出口部６２と、を有し、噴孔入口部６
１側において噴孔入口部６１の開孔断面部分の断面積を
可変としている。すなわち、噴孔１３と燃料溜まり空間
５２（導入用燃料通路）との相対的位置により、噴孔入
口部６１の開孔断面積を可変とすることができる。

【００４９】図６は、燃料溜まり空間５２を形成したロ
ータリーバルブ５０の斜視図、図７は、燃料溜まり空間
５２および噴孔１３部分の要部拡大断面図であって、ニ
ードル弁１０がシート面５４からリフトしたときに（図
４を参照）、燃料は燃料通路５５から燃料溜まり空間５
２に流れ込んで、わずかに滞留したのち、再び噴孔１３
の方向に流れ出すことになる。すなわち、燃料通路５５
から燃料溜まり空間５２さらに噴孔１３に至る流路にお
いて燃料への抵抗が減少することになる。

【００５０】さらに噴孔１３の噴孔入口部６１部分に
は、砥粒研磨処理加工を施すことにより、この周縁部分
６３をＲ形状として燃料が燃料溜まり空間５２から噴孔
１３方向に円滑に流れるようにしてある。このＲ形状の
周縁部分６３はとくに燃料溜まり空間５２から噴孔１３
に至る鋭角部分（図７において上方側）をより大きく形
成することが望ましい。

【００５１】こうした構成の可変噴孔型の燃料噴射ノズ
ル３ないし噴孔可変機構１１において、噴孔可変機構１
１により噴孔１３の開孔断面積を可変とすることが可能
であり、エンジンの負荷状態ないし回転状態に応じた燃
料噴射を得ることでき、燃料の流量特性および噴射特性
を向上させることが可能となった。

【００５２】上述のような構成のプリストローク可変機
構６を備えた燃料噴射ポンプ２、および噴孔可変機構１
１を備えた燃料噴射ノズル３を有する内燃機関用燃料噴
射装置１においては、機関の運転状態に応じて、プリス
トローク可変機構６および噴孔可変機構１１を所定の状
態に制御することにより、それぞれの運転状態に最適な
噴射特性を得ることができる。またプリストローク可変
式の燃料噴射ポンプ２は、メイン噴射に加えてパイロッ
ト噴射を行うことも可能であるため、さらに精密な制御
が可能である。

【００５３】より具体的に述べると、定格点以外のエン
ジンの運転状態において最大噴射圧を上昇可能であると
ともに、平均噴射率を低下させることが可能となる。

【００５４】図８は、カム角度に対する噴射圧力の関係
を示すグラフであって、グラフの横軸方向にポンプ回転
数（左から低速、中速、高速）を、縦軸方向に燃料噴射
量（下から低負荷、中負荷、高負荷）を、それぞれ示
す。なお、各図中、実線は本発明による内燃機関用燃料
噴射装置１（可変噴孔型の燃料噴射ノズル３）の場合
を、点線は従来のホールノズルタイプの燃料噴射ノズル
の場合を、それぞれ示す。また、各図中の「％」は、噴
孔１３の開孔度を示す。この図８に図示のように、高
速、高負荷の定格運転時には、本発明および従来の燃料
噴射ノズルとも同等の出力を得ることができるととも
に、他のすべての運転状態において噴射圧力を従来のも
のより大きくすることができる。したがって、噴射燃料
の微粒化を促進し、燃焼効率を向上させることができる
とともに、スモーク、炭化水素などの排気ガス性状を改
善することが可能となる。

【００５５】図９は、カム角度に対する噴射率の関係を
示すグラフであって、グラフの横軸方向にポンプ回転数
（左から低速、中速、高速）を、縦軸方向に燃料噴射量
（下から低負荷、中負荷、高負荷）を、それぞれ示す。
この図９に図示のように、高速、高負荷の定格運転時に
は、本発明および従来の燃料噴射ノズルとも同等の噴射
率を得ることができるとともに、他のすべての運転状態
において噴射率を従来のものより低下させることができ
る。したがって、燃料噴射初期の着火遅れ期間中に噴射
される燃料の量が抑制され、着火後の急激な燃焼を回避
して窒素酸化物の低減を実現し、さらに、騒音および振
動を低減することが可能となる。とくに低速運転状態に
おいては、プリストローク可変式の燃料噴射ポンプ２の
プリストロークを高速運転状態より大きくするととも
に、可変噴孔型の燃料噴射ノズル３の噴孔断面積を小さ
くすることで、最大噴射圧は従来型よりもはるかに高く
上昇するとともに、燃料噴射率を低く抑えることができ
るため、低速の中高負荷運転状態におけるスモークや炭
化水素の低減、さらに低速低負荷運転状態であるアイド
リング時には振動や騒音の低減に有効である。

【００５６】また、可変噴孔型の燃料噴射ノズル３には
噴孔可変機構１１を装備してあるので、噴孔１３の最大
径をより大きく設計しても、この噴孔可変機構１１によ
ってより広い範囲の自由度で開孔断面積を制御すること
が可能となり、制御可能な範囲で機関の出力向上を容易
に実現することができる。プリストローク可変機構６と
してメカニカルな機構を採用すれば、内燃機関用燃料噴
射装置１全体として電子制御部部は、噴孔可変機構１１
のアクチュエーター１４部分のみとなるので、安価に内
燃機関用燃料噴射装置１を提供することができる。また
さらに、従来の機関に対して大幅な設計変更を行うこと
なく、燃焼改善が可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、噴孔可変
機構およびプリストローク可変機構の組み合わせによ
り、機関の運転状態全般における最大噴射圧の上昇、お
よび平均噴射率の低下を実現することができるととも
に、噴射率パターンの制御範囲を拡張可能である。ま
た、とくに機関の低速運転状態においては、スモークや
炭化水素の低減、あるいは振動や騒音の低減が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による内燃機関用燃料噴射
装置１の概略図である。

【図２】同、プリストローク可変機構６付きの燃料噴射
ポンプ２の縦断面図である。

【図３】同、パイロット噴射開始の状態を示す要部拡大
縦断面図である。

【図４】同、燃料噴射ノズル３における、ニードル弁１
０のリフト時の噴孔可変機構１１部分の要部断面図であ
る。

【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】同、燃料溜まり空間５２を形成したロータリー
バルブ５０の斜視図である。

【図７】同、燃料溜まり空間５２および噴孔１３部分の
要部拡大断面図である。

【図８】同、カム角度に対する噴射圧力の関係を示すグ
ラフである。

【図９】同、カム角度に対する噴射率の関係を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１ 内燃機関用燃料噴射装置（実施の形態、図１） ２ プリストローク可変式の燃料噴射ポンプ（図２） ３ 可変噴孔型の燃料噴射ノズル（図４） ４ 噴射量センサー ５ 制御手段 ６ プリストローク可変機構 ７ 燃料導入部 ８ 燃料噴射ノズル３のノズルハウジング ９ ノズルボディ １０ ニードル弁 １１ 噴孔可変機構 １２ 先端突部 １３ 噴孔 １４ アクチュエーター（ロータリーソレノイドあるい
はステッピングモーターなど） １５ 燃料噴射ポンプ２のポンプハウジング（図２） １６ 縦孔 １７ 下部プランジャバレル １８ プランジャ １９ 上部プランジャバレル ２０ デリバリバルブ ２１ 燃料圧室 ２２ 燃料出口 ２３ カムシャフト ２４ カム ２５ タペット ２６ スプリング ２７ ドライビングフェース ２８ 噴射量調節用スリーブ ２９ 突起 ３０ 噴射量調整用ロッド ３１ 制御スリーブ ３２ 案内溝 ３３ 係合溝 ３４ 案内ピン ３５ タイミングコントロールロッド ３６ 係合部 ３７ 横孔 ３８ 燃料給排孔 ３９ 燃料溜まり室 ４０ 噴射管 ４１ プランジャ１８の中心連通孔 ４２ プランジャ１８の制御用傾斜溝 ４３ プランジャ１８の連通用縦溝 ４４ メイン噴射用カットオフポート ４５ 燃料入口 ４６ パイロットスピル用スリット ４７ パイロット噴射用カットオフポート ４７Ａ パイロット噴射用カットオフポート４７の大径
部 ４７Ｂ パイロット噴射用カットオフポート４７の小径
部 ４８ 燃料噴射ノズル３のロータリーシャフト（図４） ４９ 連結部 ５０ ロータリーバルブ ５１ シート円弧部 ５２ 燃料溜まり空間 ５３ ニードル弁１０のシート部 ５４ シート面 ５５ 燃料通路 ５６ 燃料溜まり室 ５７ ニードル弁１０の受圧部 ５８ バルブスプリング ５９ 機関の燃焼室 ６０ 噴孔１３の噴孔主部 ６１ 噴孔１３の噴孔入口部 ６２ 噴孔１３の噴孔出口部 ６３ Ｒ形状とした噴孔入口部６１部分の周縁部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 孝 埼玉県東松山市箭弓町３丁目13番26号 株 式会社ゼクセル東松山工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を高圧化して吐出する燃料噴射ポ
   ンプと、 この燃料噴射ポンプからの高圧燃料を機関の燃焼室内に
   噴射する燃料噴射ノズルと、を備えた内燃機関用燃料噴
   射装置であって、 前記燃料噴射ポンプは、これをプリストローク可変式の
   燃料噴射ポンプとするとともに、 前記燃料噴射ノズルは、これを可変噴孔型の燃料噴射ノ
   ズルとしたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 前記内燃機関の低速運転状態におい
   て、前記プリストローク可変式の燃料噴射ポンプにおけ
   るプリストロークを前記内燃機関の高速運転状態より大
   きくするとともに、 前記可変噴孔型の燃料噴射ノズルにおける噴孔断面積を
   小さくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用
   燃料噴射装置。