JPS59213944A - 圧縮着火エンジン用燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧縮着火エンジン（以下エンジンと云う）の蓄
圧式燃料噴射装置の改良に関するものである。

蓄圧式燃料噴射装置は燃料噴射期間を短縮し、噴射率を
高めて、エンジンの熱効率を向上させる利点を有する。

一方，その特性上噴射開始直後の噴射率が高く、燃焼圧
力を急上昇させ、燃焼圧力も高くなるばかりでなく、燃
料噴射量を少なく制御することを困難としている。

このことはエンジンの信頼性を低下させ、燃焼騒音を増
大させ、排気中の酸化窒素を増大させ、且つ小型エンジ
ンえの適用を困難にしている。

本発明者は先に特願昭５８−６７０５号により、上記問
題の解決手段を提供した。即ち本発明者は針弁体内に装
入した噴口を開閉する針弁の周囲に蓄圧室を形成すると
ともに、該室と燃料通路間に逆止弁を設けた蓄圧式燃料
噴射装置の針弁の大気圧側に連通する燃料通路と蓄圧室
との間の燃料通路に噴射終り制御弁を設置して針弁の閉
弁時、これを閉じる方向に圧力を加え、閉弁速度を高め
、噴射期間を從来の蓄圧式燃料噴射装置よりも著しく短
縮させた。

本発明は上記発明に加え、針弁の擢動部より大きな面積
を有する針弁制御ピストンを針弁の大気圧側に設置する
とともに、噴射終り制御弁と高圧燃料通路との間に絞り
を設置することにより、針弁の開弁時には開弁速度を低
下させ、閉弁時には蓄圧室内の高圧の燃料によつて針弁
制御ピストンを作動し、針弁を加速して高速度で閉弁さ
せ、燃焼期間を短縮し、熱効率の向上を図ることを目的
とする。

これを図面に基いて本発明を詳細に説明する。

本発明の燃料噴射装置は基本的には第１図に示すように
本体１とこれにナツト３でとりつけられた針弁体２によ
り構成されている。

本体１内には本体１に固定された弁体４とその中心孔内
で擢動する擢動部６を有する噴射終り制御弁５と、これ
をばね受け７を介して下方に押圧するばね８と、上記制
御弁のストツパ９と、上記制御弁の下方にあけた擢動孔
内にて後記針弁２０の上端と接するようばね１０で押圧
して設置した針弁制御ピストン１１と、噴射ポンプ（図
示せず）に連通した燃料入口１２から第１図においては
弁体４にあけた絞り１３に通ずる高圧燃料通路１４と該
通路より分岐して上記針弁制御ピストン１１の後記逆止
弁２３側、即ち針弁２０の大気圧側に通ずる燃料通路１
５と、上記噴射終り制御弁５と上記針弁制御ピストン１
１の上面とを連通する通路１６と、上記噴射終り制御弁
５の下方と蓄圧室１７を通ずる通路１８とを有している
。

一方、針弁体２内には、先端にバルブフエース１９を形
成した針弁２０を装入するとともにその上端の附近ばね
受部２１より上部の擢動部２２に逆止弁２３を嵌装し、
逆止弁２３とばね受部２１の間にばね２４を設置して、
第２図に開弁状能を拡大して示すように針弁２０及びバ
ルブフエース１９を針弁体２の先端の噴口２５より内側
に形成した弁座２６に押圧着座せしめ、燃料の噴出を遮
断し、同時に逆止弁２３の上端周囲に形成したバルブフ
エース２３ａを前記本体１の下面に押付け蓄圧室１７か
ら通路１５えの流れを遮断している。

上記噴射終り制御弁５は第３図に閉弁状態で拡大して示
すようにピストン弁形式であり、その切欠面２７と弁体
４の端面４ａにより流路を開閉するものである。

尚、第１図は噴射終り制御弁５の開弁状態を示している
。又、前記噴射終り制御弁５の一端に固着したばね受７
と本体１に螺着された調整ねじ２８との間には圧縮され
たばね８が挟持されており、このばね８の力によつて噴
射終り制御弁５の開弁圧力が制御されている。

上記調整ねじ２８はナツト２９により弛み止めされ、ナ
ツト２９に螺着されたねじ３０の一端が前記の如くスト
ツパ９を形成して噴射終り制御弁５の揚程を制限してい
るのである。尚、ねじ３０はロツクナツト３１により弛
み止めされ、前記弁体４と噴射終り制御弁５の擢動部６
との間で漏洩した燃料はねじ３０の孔３６を径て燃料タ
ンク（図示せず）に戻されるようになつている。ストツ
パ３２は針弁２０の揚程を制限している。

ところで本発明の燃料噴射装置に使用される燃料噴射ポ
ンプ（図示せず）はスピルポートを有するバレル内に擢
動するプランジヤを有し、その高圧燃料通路に吸戻し弁
を有する構造でありさえすれば本発明の噴射装置の作動
になんらの支障もない。

次に本発明の燃料噴射装置の作動を説明する。

第１図において本体１の燃料入口１２に噴射ポンプ（図
示せず）から高圧の燃料が送油され、高圧燃料通路１４
に流入し、燃料の一部は絞り１３を径て、開弁状態にあ
る噴射終り制御弁５及び通路１８を径て蓄圧室１７内に
圧送される。

燃料油は公知の如く弾性流体であり、圧力に比例してそ
の体積を減少して蓄圧室１７内に蓄えられる。

噴射ポンプからの送油量の増大とともに蓄圧室１７内の
圧力は増大し、例えば１０００気圧に達すると噴射終り
制御弁５はばね８の押（下げ力に抗して押し上げられ、
切欠面２７と端面４ａにより第３図に示す如くにその流
路を閉じる。

更に噴射ポンプからの送油量が増大すると、燃料は高圧
燃料通路１５を径て針弁２０の大気圧側に流入する。

このとき、逆止弁２３はばね２４により閉じられている
が、燃料の圧力によつてばね２４の力に抗して押し下げ
られ、バルブフエース２３ａは本体１の下端面を離れ、
開弁し、ここを通つて蓄圧室１７内に圧送される。

この状態において針弁２０を押し下げる力は、針弁制御
ピストン１１の上下面に加はる圧力は同一であるので Ｆ＝ばね１０の力＋ばね２０の力＋（擢動部２２の面積
×圧力）　であり、 針弁２０を押し上げる力は Ｆ′＝〔（擢動部２２の面積）−（バルブフエース１９
の外径の面積）〕×圧力　である。

上式より自明の如くＦはＦ′より大きく、蓄圧室内圧力
増加とともにバルブフエース１９は弁座２６に強く押し
つけられ、燃料が噴口２５から漏れることはない。

噴射ポンプは送油終了とともにスピルポートを間き、吸
戻し弁に加勢されて急激に高圧燃料通路１４及び同１５
の圧力は低下する。

高圧燃料通路１５に連通する針弁２０の大気圧側の圧力
は高圧燃料通路１５の圧力に応じて低下するが、通路１
６内及び針弁制御ピストン１１上部の圧力は絞り１３の
流れの抵抗のためゆるやかに低下し続け、 （針弁制御ピストン１１の面積）×（通路１６内の圧力
）＋（ばね１０の力）＋（ばね２４の力）＜〔（擢動部
２２の面積）−（バルブフエース１９の外径の面積）〕
×（蓄圧室１７内圧力）上記の條件において針弁２０は
開弁し、開弁と同時にバルブフエース１９にも蓄圧室１
７内圧力が加はり、針弁２０を急速に開弁しようとする
が、針弁制御ピストン１１は絞り１３の抵抗により急上
昇できず、針弁２０はゆるやかに揚程を増大する。

一方、蓄圧室１７内の高圧の燃料は逆止弁２３により、
又噴射終り制御弁５は圧力が例えば１０００気圧以上な
ので通路１８と通路１６及び絞り１３との間の流路を閉
じ続け、燃料は針弁制御ピストン１１及び絞り１３に向
つて逆流することはない。

針弁２０の開弁、すなはちバルブフエース１９が弁座２
６から離れることにより、蓄圧室１７内はこゝを通り噴
口２５よりエンジンの燃焼室内に噴射される。

燃料噴射開始直後は針弁２０の揚程は小さく、したがつ
てバルブフエース１９と弁座２６との間の面積は小さく
、こゝが絞りとなつて燃料噴射率は小さい。

時間の径過とともに針弁制御ピストン１１上部の燃料は
通路１６を径て絞り１３を通過して、すでに低圧である
高圧燃料通路１４内に流入し、針弁制御ピストン１１上
部の圧力は低下し続け、針弁制御ピストン１１は針弁２
０によつて押し上げられ、針弁２０の揚程は徐々に増加
し、噴射率を増大させ乍ら燃料を噴射しつヾける。

燃料噴射の進行とともに蓄圧室１７内に蓄圧された燃料
の圧力は低下し続け、遂に例えば１０００気圧まで低下
すると、ばね８により噴射終り制御弁５は押し下げられ
、第１図に示すように開弁し、蓄圧室１７内の燃料は通
路１８、噴射終り制御弁５及び通路を径て針弁制御ピス
トン１１の上部に流入し、こゝの圧力を蓄圧室１７内圧
力と同一とする。

このとき低圧である高圧燃料通路１４及び同１５には絞
り１３を通じて流入するので、この抵抗のため針弁２０
の大気圧側では圧力の急上昇はない。

したがつて、噴射終り制御弁５の開弁直後において、針
弁２０を閉じようとする力は。

（ばね１０の力）＋〔（針弁制御ピストン１１の面積）
×（蓄圧室１７内の圧力）〕＋（ばね２４の力）　であ
り、 針弁２０を押し上げて開弁し続けようとする力は、開弁
しているためバルブフエース１９にも圧力が加はり、 （針弁２０の擢動部２２の面積）×（蓄圧室１７の圧力
）　となり、 差引き針弁２０閉じようとする力は、 （ばね１０の力）＋〔（針弁制御ピストン１１の面積−
針弁２０の擢動部２２の面積）×（蓄圧室１７内の圧力
）〕＋（ばね２４の力）となる。

すなはち、針弁２０はその閉弁中に、本発明者の先の特
願昭５８−６７０５号の場合と同様に、ばね１０及び同
２４によつて加速されるばかりでなく、擢動部２２より
大きな直径を有する針弁制御ピストン１１の上面にも蓄
圧室１７内圧力が加はり加速度を高め、高速度で極めて
短時間に閉弁する。

上述の如く、本発明によつて閉弁速度を高め、燃料噴射
期間を短縮し、熱効率の高い燃焼を可能としたのである
。

以上の現象を第８図によつて更に詳細に説明すると、実
線０−１は噴射ポンプからの送油による蓄圧室１７内の
蓄圧中の圧力上昇を示す。

点１に達すると噴射ポンプはスピルポートを開き燃料を
溢流させ、これに連通する高圧燃料通路１４及び同１５
内及び針弁２０の大気圧側の圧力は急激に低下する。

このとき、針弁制御ピストン１１及び絞り１３を有しな
い構造では針弁２０の大気圧の圧力は急速に消失し、上
述の理由により針弁２０の揚程は急激に閉弁状態の１ａ
から１ｘにまで一点鎖線の如くに増大し、開弁する。

それに伴ない噴射率は０である１Ｃから急激に１ｙにま
で一点鎖線の如く増大し、それ以後は蓄圧室１７内圧力
が実線１−２をたどつて低下し続け、それにしたがつて
噴射率も１ｙ−２ｚの線をたどつて低下し続ける。

このような、噴射初期の高噴射率はエンジンの燃焼室内
において急速に多量の燃料を燃焼させ、急激な圧力上昇
となり、前述の如く高い騒音を発生し、燃焼温度も高ま
り、酸化窒素を大量に発生させる。

本発明では針弁制御ピストン１１及び絞り１３を設けた
ことにより、針弁２０の開弁速度は上述の如くに制御さ
れ、針弁２０の揚程は第８図実線１ａ−２ａに示す如く
徐々に増大する。

針弁２０の揚程が低い場合は噴口２５の面積よりもバル
ブフエース１９と弁座２６との間の面積は小さく、こゝ
が絞りとなつて噴射率は低くなる。

したがつて噴射率は実線１Ｃ−２Ｃに示す如く、噴射初
期には低く、針弁２０の揚程の増加とともに高まる。

このような噴射初期の低噴射率の燃料噴射は、エンジン
の燃焼室内において少量の燃料を先づ着火させ、着火後
は噴射率に応じて燃焼させることが可能で、圧力上昇率
の低下による低い騒音と、低い燃焼圧力によるエンジン
各部の応力の低下と、更に燃焼温度の低下による酸化窒
素の発生の抑制をすることができる。

燃料噴射の後期に蓄圧室１７内の圧力が点２の圧力にま
で低下すると、上述の如く噴射終り制御弁５は開弁する
。

針弁制御ピストン１１及び絞り１３のない構造では、噴
射終り制御弁５を通じて蓄圧室１７より通路１８を径て
逆流した燃料によつて高圧燃料通路１４及び同１５内の
燃料を圧縮して圧力を高め、この圧力によつて針弁２０
の大気圧側を押り、閉弁するので、針弁制御ピストン１
１及び絞り１３を有する本発明の構造に比し、上述の如
く閉弁速度は遅く、実線２ａ−３ｘをたどつて針弁２０
は閉弁しつヾけ、この間の噴射率は一点鎖線２ｚ−３ｚ
にて示され、針弁２０は点３ｘにて閉弁し、点３ｚにて
噴射を終了する。

一方、針弁制御ピストン１１及び絞り１３を有する本発
明の構造では、上述の如く閉弁速度は高く、実線２ａ−
３をたどつて急速に閉弁し、この間の噴射率は実線２Ｃ
−３Ｃによつて表はされる。

上述の如く本発明によつて閉弁速度を高め、燃料噴射間
を短縮し、熱効率の高い燃料を可能にしたのである。

次に本発明の蓄圧式燃料噴射装置が低出力時の燃料噴射
量制御を容易にした点第８図に基いて詳述する。

第８図によつて説明すると、低出力時においては蓄圧室
１７内圧力は点線０′−１′に示す如く噴射量に応じて
低く蓄圧される。

針弁制御ピストン１１及び絞り１３を有しない構造では
噴射を開始すると、前述の如く針弁２０は一点鎖線１ａ
−１ｘをたどり急激に開弁し、噴射の進行とともに蓄圧
室内圧力は点線１′−２′をたどつて低下し、点２′に
達すると噴射終り制御弁５は開弁し、その結果針弁２０
は一点鎖線２′ｘ−３′ｘをたどつて閉弁しつヾけ、点
３′ｘにて閉弁する。

この間の噴射率は上述の理由により一点鎖線１ｃ−１′
ｙ−２′ｙ−３′ｚをたどり、一点鎖線１ｃ−１′ｙ−
２′ｙ−３′ｚ−１ｃに囲まれた面積がこの間の燃料噴
射量となる。

一方、針弁制御ピストン１１及び絞り１３を有する本発
明の構造では前述の如く点線１′−２′に示される蓄圧
室１７内圧力の変化により、針弁２０の揚程は点線１ａ
−２′ａ−３′に示され、この間の噴射率は点線１ｃ−
２′ｃ−３′ｄとなり、燃料噴射量は点線１ｃ−２′ｃ
−３′ｄ−１ｃに囲まれた面積となる。

尚、１′ｙが１ｙに比し、且つ点線１ｃ−２′ｃが実線
１ｃ−２ｃに比し低い理由は噴射始めの蓄圧室１７内圧
力が１′は１よりも低いからである。

面積１ｃ−１′ｙ−２′ｙ−３′ｚ−１ｃと面積１ｃ−
２′ｃ−３′ｄ−１ｃとを比較すれば明らかに後者の本
発明の方式が最小燃料噴射量を低下させうることが理解
されよう。

尚、上記高圧燃料通路１４の絞り１３は噴射終り制御弁
５に設置してもその効果は変らない。

即ち、第４図は第１図の噴射終り制御弁５及び弁体４附
近を示している。

第１図と異る点は噴射終り制御弁５の擢動部６に端面１
３ｃを有する絞り１３ａが付設されたことである。

次に第４図の実施例の作動を説明すると、蓄圧室１７え
の送油後、噴射量の少ない場合は蓄圧室１７内に蓄圧さ
れた圧力は低く、噴射開始直前において噴射終り制御弁
５の揚程は第５図示の如く小さく、噴射開始時において
上述の如く通路１６から逆流する燃料は絞り１３ａによ
り絞られて、上述の如く針弁２０開弁速度を低くし、噴
射初期の噴射率を低下させる。

高出力時、噴射量の多い場合は上述の如く蓄圧室１７内
に蓄圧された圧力は高く、噴射開始直前において噴射終
り制御５の揚程は第６図示の如く大きく、噴射開始時に
おいて上述の如く通路１６から逆流する燃料は絞り１３
ａの端面１３ｃが通路１４に開口し、その流れの抵抗は
上述の噴射量の少ない場合に比し小さく、針弁２０の開
弁速度は幾分高くなる。

燃料の噴射によつて蓄圧室１７内圧力が設定値以下にな
ると、上述の如く噴射終り制御弁５は第４図に示す如く
に開弁する。このとき噴射終り制御５の開弁した状態で
は擢動部６によつて高圧燃料通路１４は閉じられるよう
に寸法関係が設定してあり、蓄圧室１７から通路１８、
噴射終り制御５及び通路１６を径て針弁制御ピストン１
１に流入する燃料は上述の如く低圧の状態にある高圧燃
料通路１４に流入することはなく、即ち高圧燃料通路１
５によつて連通している針弁制御ピストン１１の下面に
燃料が流入することはなく、こゝの圧力を高めることは
ない。

したがつて、針弁制御ピストン１１は高い圧力差の下で
作動し、上述の如く針弁２０を高い閉弁速度とすること
ができる。

尚、上記噴射終り制御弁５の絞り１３ａは第７図に示す
如く弁体４の一部１３ｄに穿設し、擢動部６の端面１３
ｃによつて絞り面積を可変とする構成としてもその効果
は全く変らない。

第９図により更に第４、５及び６図の作用と効果を詳述
すると、実線０−１は噴射量の多い場合の蓄圧室１７内
の圧力上昇を示す。

点１に達すると、上述の如く第１図の針弁を開弁し、燃
料の噴射を開始する。

このとき、上述の如く噴射終り制御弁５の揚程は第６図
示の如くに大きく、絞り１３ａと高圧燃料通路１４との
間の面積は比較的大きく、針弁２０の開弁速度は後述の
噴射量の少ない場合に比し高くなり、実線１ａ−１ｘを
たどつて開弁し、点１ｘにおいて針弁２０は最大揚程に
達し、この間の噴射率は実線１ｃ−１ｙをたどる。

燃料噴射の進行とともに蓄圧室１７内圧力が点２まで低
下すると、上述の理由により噴射終り制御弁５は開弁し
、針弁２０の揚程は実線２ａ−３をたどり急速に閉弁す
る。

この間の噴射率は点１ｙから点２ｘに向かつて蓄圧室１
７内圧力の低下とともに低下しつヾけ、点２において上
述の如く急速に噴射率は低下し、点３ｚにて噴射を終了
する。

燃料噴射量が少ないとき、例えばエンジンのアイドル運
転時には、蓄圧室１７内圧力は点線０′−１′をたどり
上昇し、点１′において上述の如く第５図示のように噴
射終り制御弁５の揚程は小さく、絞り１３ａと高圧燃料
通路１４との間の流路は絞られ、針弁２０の開弁速度は
低く、点線１ａ−２′ａをたどり開弁し、この間の噴射
率も低く、点線１ｃ−２′ｘをたどり噴射しつヾける。

したがつて、蓄圧室１７内圧力の低下率も低く、点線１
′−２′をたどり、点２′の圧力にまで低下すると上述
の如く噴射終り制御弁５は開き、点３′で針弁２０は閉
じ、点３′ｚで噴射を終了する。

上述の如く、本発明では蓄圧式燃料噴射装置において、
針弁２０の大気圧側に接して針弁２０の擢動部２２より
大きな面積を有する針弁制御ピストン１１と噴射終り制
御弁５と高圧燃料通路１４との間に燃料流を絞る絞り１
３を設けたので、燃料噴射量の多い高出力時には噴射率
を高め、熱効率の向上及び黒煙排出の防止が可能である
ばかりでなく、燃料噴射の初期の噴射率を低くすること
が可能で、燃焼圧力及び酸化窒素の排出の低下させるこ
とができる。

また、燃料噴射量の少ない低出力時には噴射率を低下さ
せ、低騒音運転を可能にするばかりでなく、最少燃料噴
射量の噴射終り制御弁５、針弁制御ピストン１１及び絞
り１３の助げにより少くすることができる。

尚、上記説明文では本発明に係る噴射装置を燃料噴射ポ
ンプとノズル組立体とが別体であるものとして説明した
が、両者を合体したユニツトインジエクタ方式であつて
も本発明の機態及び性能は全く同一である。

又、第４図及至第６図における絞り１３ａの形状は円筒
形に限定されることはなく、円堆形であつても、負荷に
応じて噴射率を変えるものであれば他の形状であつても
よい。

同様に第７図における絞り１３ｄも負荷に応じ７噴射率
を変えるものであればその形状に限定はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る燃料噴射ノズル組立体の一実施例
の縦断面図、第２図は噴口付近の拡大断面図、第３図は
噴射終り制御弁と高圧燃料通路との間の絞りを示す拡大
断面図、第４図及至第６図は噴射終り制御弁に絞りを形
成した本発明の他の実施例を示す要部断面図、第７図は
噴射終り制御弁体の擢動面に絞りを形成した本発明の他
の実施例を示す要部断面図、第８、９図は蓄圧室内圧力
、針弁揚程及び噴射率の各々とクランク軸回転角度との
関係を示すグラフである。 １…本体、２…針弁体、３…ナツト、４…弁体、４ａ…
端面、５…噴射終り制御弁、６…擢動部、７…ばね受、
８…ばね、９…ストツパ、１０…ばね、１１…針弁制御
ピストン、１２…燃料入口、１３、１３ａ、１３ｄ…絞
り、１３ｃ…端面、１４、１５…高圧燃料通路、１６…
通路、１７…蓄圧室、１８…通路、１９…バルブフエー
ス、２０…針弁、２１…ばね受部、２２…擢動部、２３
…逆止弁、２３ａ…バルブフエース、２４…ばね、２５
…噴口、２６…弁座、２７…切欠面、２８…調整ねじ、
２９…ナツト、３０…ねじ、３１…ロツクナツト、３２
…ストツパ、３６…孔。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プランジヤを挿置してあるバレルにスピルポート
   を設けた燃料噴射ポンプの上記バレルに連通する高圧燃
   料通路に吸戻し弁を設け、この通路の圧力とばね力によ
   つて開弁圧力を制御する針弁を有し、この針弁によつて
   開閉される噴射口を有し、上記高圧燃料通路の一部に蓄
   圧室を設け、且つ上記針弁はこの蓄圧室えの蓄圧中に該
   針弁の燃料通路側と大気圧側とに燃料の圧力を加えて閉
   弁しておき、その大気圧側の圧力を減圧させることによ
   つて開弁し、燃料の噴射を開始させる圧縮着火エンジン
   用燃料噴射装置において、針弁の大気圧側と常時接する
   針弁制御ピストンを擢動可能に設置するとともに、針弁
   制御ピストンの上部に連通する燃料通路と蓄圧室との間
   の燃料通路に針弁の開弁後設定した圧力で開く噴射終り
   制御弁を設け、且つ針弁の開弁時針弁制御ピストンの移
   動により排除される燃料流を絞る絞りを高圧燃料通路と
   噴射終り制御弁との間に設け、以て針弁の開弁時にはそ
   の開弁速度を低下させ、同閉弁時には針弁を加速して閉
   弁させるようにしたことを特徴とする圧縮着火エンジン
   用燃料噴射装置。