JPS60228766A - 直噴式デイ−ゼル機関の燃料噴射ノズル - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明はディーゼル機関の燃料噴射ノズルに関する。

［従来技術］ 一般に、ディーゼル機関の燃料噴射ノズルでは、ノズル
ホティ内に収納されたニー１へルハルブの移動が急激で
あると、燃料の初期噴射率が高くなり、着火遅れ期間中
に多量の燃料が噴射される。このように多量に噴射され
た燃料は、着火と同時に急激に燃焼するので、急激な温
度上昇および圧力上昇による排気中のＮＯＸの増加およ
び燃焼騒音の増加をきたすという問題かあった。

そこで、上記問題に対処すべく第１図に示すようなセン
トラルプランジャ付の燃料噴射ノズルが提案されている
（ＳＡＥベーパ８１０４７９参照）。ノズルボディ１０
１内にはニードルバルブ１０３が上下方向に摺動自在に
収納されており、このニードルバルブ１０３が上下動す
ることによってノズルボディ１０１の下端に穿設された
図外の噴孔から燃料の噴射が制御される。

ニードルバルブ１０３はブツシュロッド１０５を介して
スプリング１０７により下方に付勢され−Ｃいる。ブツ
シュロッド１０５の上部には、このブツシュ０ツド１０
５と所定の間隔をもってセントラルブランジャ１０９が
上下動自在に配設されている。更に、このセントラルブ
ランジャ１０９の上部側には油圧室１１１が形成されて
おり、この油圧室１１１は燃料通路１１３を介してノズ
ルボディ１０１とニードルバルブ１０３との間に形成さ
れた噴射用燃料油圧を有する図外の燃料溜りと連通して
いる。

そして、図外の燃料溜り内の圧力を受けてニードルバル
ブ１０３が上昇することによって、ブツシュロッド１０
５はセントラルプランジｒ１０９に当接する。その後、
ニードルバルブ１０３はセントラルプラン°ジャ１０９
を油圧室１１１内の油圧に抗して押上げつつ上昇するの
で、ニードルバルブ１０３の上昇は緩やかなものとなる
。

このため、このようなニードルバルブ１０３の上昇に対
する抑制によって噴射圧すなわちニードルバルブ１０３
０開弁圧が増加づる。この開弁圧の増加を避けるために
はニードルバルブ１０３とセントラルブランジャ１０９
とのそれぞれの受圧面積を１−１に近づ（プて、ニード
ルバルブ１０３の上昇に対する抑制力を増加させる必要
がある。

ところが、このように抑制力を増加させると、ニードル
バルブ１０３の上昇は極めて遅くなるため、高速、高負
荷域で燃料噴射期間が長くなり、スモークが悪化すると
いう問題があった。

また、前記したような燃料噴射ノズルでは、低負荷時の
ようなニードルバルブ１０３の上昇を抑えるこによる燃
料噴射量の少ないときと、高負荷時のような燃料噴射量
の多いときとで、同一の噴孔から噴射されることから、
噴！）ｊ　ｈ向もおのずと低負荷時、高負荷時に係らず
一定となっている。

このため、高負荷時にはピストンの圧縮行程における上
死点後にも燃料が噴射されることがあることから、この
とき噴射された噴霧が、ピストン上死点後に発生するピ
ストン上部に穿設された燃焼室内からシリンダヘッド側
へ向う空気流動くリバーススキッシュ）に乗り、空気酸
の少ないピストンとシリンダヘッドとの間に形成される
間隙に流れ込んでしまう。この結果、スモークやＨＣの
増加、燃費の悪化および出力性能の低下を引起こして　
い　ノご　。

［発明の目的］ この発明は上記したような従来の問題点に鑑み創案され
たもので、スモークやＨＣの低減、燃費や出力性能を向
上させると共に、ＮＯｘや燃焼騒音の低減を可能にした
ティーゼル機関の燃料噴射ノズルを提供することを目的
とする。

「発明の構成」 上記目的を達成するためにこの発明は、ノズルボディ内
に移動自在な中空状の第に一ドルバルブを設け、更にこ
の第に一ドルバルブ内に移動自在な第２ニードルバルブ
を設け、前記第に一ドルバルブの開弁圧を第２ニードル
バルブの開弁圧より低く設定し、更に第に一ドルバルブ
によって開閉される第１噴孔の総断面積を第２ニードル
バルブによって開閉される第２噴孔の総断面積より小さ
くした直噴式ディーゼル機関の燃料噴射ノズルにおいて
、前記第に一ドルバルブによって開閉される第１噴孔の
中心軸線とピストン頂部に凹設された燃焼室壁との交点
をピストン上死点付近で燃焼室の開口部近傍にし、第２
ニードルバルブによって開閉される第２噴孔の中心軸線
と燃焼室壁との交点を燃焼室の底部付近にしたものであ
る。

［実施例］ 以下、第２図〜第８図に基づきこの発明の一実施例を詳
細に説明する。第２図はサックレス式のホール型燃料噴
射ノズルの概略断面図で、このｌ゛躬ノズルは第３図〜
第５図に示づ−ようにピストン２の上部に凹設された燃
焼室４にその先端を臨ませてシリンダヘッド６に装着し
である。ノズルボディ１内には上下方向に摺動自在な中
空状の第１ニードルバルブ３が収納され、更に第に一ド
ルバルブ３内には上下方向に摺動自在な第２ニードルバ
ルブ５が収納されている。

ノズルボディ１と第に一ドルバルブ３との間には環状の
燃料溜り７が形成されており、この燃料溜り７には燃料
通路９を介して図外の燃料ポンプに連通している。また
、第１ニードルバルブ３には、燃料溜り７内の圧力を受
けて第に−１〜ルバルブ３を上昇させる受圧面１１が形
成されている。

第に一ドルバルブ３と第２ニードルバルブ５との間には
環状の燃料溜り１３が形成されており、この燃料溜り１
３と燃料溜り７とを連通ずる通路１５が第に一ドルバル
ブ３の受圧面１１に穿設されている。更に、第２ニード
ルバルブ５には、燃料溜り１３内の圧力を受けて第２ニ
ードルバルブ５を上昇させる受圧面１７が形成されてい
る。

ノズルボディ１内部には、第に一ドルバルブ３および第
２ニードルバルブ５が下降したときに当接する第１シー
ト面１９および第２シート面２１がそれぞれ形成されて
いる。これらシート面１９．２１は同一円錐面上に形成
されているものである。第１シート面１９が形成された
ノズルボディ１の先端部２３には第１噴孔２５が穿設さ
れ、第２シート面２１が形成されたノズルボディ１の先
端部２３には第２噴孔２７が穿設されている。

すなわち、第に一ドルバルブ３がノズルボディ１内を摺
動することで第１噴孔２５を開閉し、第２ニードルバル
ブ５が第に一ドルバルブ３内を摺動することで第２噴孔
２７を開閉する。

第３図に示１ように、ピストン２の上死点付近で、第１
噴孔２５の中心軸線Ａと燃焼室壁３１との交点Ｐは燃焼
室４の開口部近傍すなわち上部に、第２噴孔２７の中心
軸線Ｂと燃焼室壁３１との交点Ｑは燃焼室４の底部付近
にそれぞれ位置している。また、第１噴孔２５の総断面
積は第２噴孔２７の総断面積より小さく設定しである。

　゛ノズルボディ１の上部にはストッパプレート３３を
介してノズルホルダ３５が装着されている。

第に一ドルバルブ３の上部には屈曲部３７が形成され、
この屈曲部３７より上部側の第に一ドルバルブ３はスト
ッパプレート３３から上方に突出している。そして、屈
曲部３７がストッパプレート３３に当接するまで、第１
ニードルバルブ３は上昇可能ぐある。すなわち、この上
昇量はｌ＋である。

第に一ドルバルブ３の上端には中空状の第１スプリング
受座３９が当接しており、この第１スプリング受座３９
と、ノズルホルダ３５側に固定された第１スペーサ４１
との間には、第に一ドルバルブ３を第１シート面１９に
押圧すべく付勢する第１プレツシヤスプリング４３か弾
装されている。

第２ニードルバルブ５の上部にはビン４５が一体的に形
成されている。このビン４５は第１スプリング受座３９
内を貫通して、その上端には第２スプリング受座４７が
当接している。第２スプリング受座４７と、ノズルホル
ダ３５側に固定された第２スペーサ４９との間には、第
２ニードルバルブ５を第２シート面２１に押圧すべく付
勢する第２プレツシヤスプリング５１が弾装されている
。

この第２プレツシヤスプリング５１の付勢力は、前記し
た第１プレツシヤスプリング４３の付勢力より強く設定
しである。換言すれば、第２ニードルバルブ５の開弁圧
は第１ニードルバルブ３の開弁圧より高く設定している
ことになる。

そして、第２ニードルバルブ５の上昇は、第２スプリン
グ受座４７がノズルホルダ３５側に装着されたストッパ
ビン５３の下端に当接するまで行なわれる。すなわち、
第２ニードルバルブ５の上昇量は９Ｌ２である。この実
施例では上昇量斐２は前記した第に一ドルバルブ３の上
昇最愛１より大きく設定しである。

次に作用を説明する。

図外の燃料噴射ポンプから送られた燃料は燃料通路９を
通って燃料溜り７内に流入し、燃料溜り７内の燃料油圧
が所定以上に達すると、第に一ドルバルブ３の受圧面１
１がこの圧力を受けて、第１プレツシヤスプリング４３
に抗して第に一ドルバルブ３が第１スプリング受座３９
と共に上昇Ｊる。このように第に一ドルバルブ３が上昇
すると、第に一ドルバルブ３が第１シート面１９から離
れて、燃料溜り７内の燃料は第１噴孔２５から、第３図
に示すように第１噴孔２５の中心軸線へに沿って燃焼ｖ
４内に噴射される。

上記したような第１噴孔２５からの燃料噴射が始まるの
は、ピストン２の圧縮行程における上死点前すなわちピ
ストン２の上昇時であるのが普通で、このときの燃焼室
４内の空気流動は、シリンダヘッド６側から燃焼室４内
へ向う方向く第３図中で矢印方向）すなわちスキッシュ
流となる。第１噴孔２５の中心軸線Ａと燃焼室壁３１と
の交点Ｐは燃焼ｖ４の比較的上部にあるため、噴射され
た燃料噴霧は前記スキッシュ流に乗って燃焼室４内に分
散される。

この状態から更に、燃料溜り７内の燃料油圧が第２プレ
ツシヤスプリング５１の付勢力に打勝つまで上昇すると
、第２ニードルバルブ５の受圧面１７がこの圧力を受け
て第２ニードルバルブ５は第２スプリング受座４７と共
に上昇する。この結果、第２ニードルバルブ５は第２シ
ート面２１から離れて、燃料溜り７内の燃料は第２噴孔
２７から、第４図に示すように第２噴孔２７の中心軸線
Ｂに沿って燃焼室４内に噴射される。

このように第２噴孔２７からの燃料噴射が開始された場
合、ピストン２の圧縮行程における上死点後すなわちピ
ストン２の下降時にもこの噴射が継続されることが多い
。このときの燃焼室４内の空気流動は燃焼室４内からシ
リンダヘッド６側へ向う方向く第４図中で矢印方向）す
なわちリバーススキッシュ流となる。ところが第２噴孔
２７の中心軸線Ｂと燃焼室壁３１との交点Ｑは、交点Ｐ
より下部の燃焼室４の底部付近にあるため、噴射された
噴霧が前記リバーススキッシュ流に乗ってピストン２と
シリンダヘッド６との間に形成される間隙に入り込むこ
とは少なくなる。この結果、スモークの発生を低減させ
、空気利用率の高い燃焼が実現できる。

上記第２噴孔２７からの噴射中には、第１噴孔２５から
の噴射も継続して行なわれている。ところが第１噴孔２
５からの噴射量は微量であり、また燃料噴霧の員徹力が
弱くノズル周辺にこの噴霧が分散し、更に小噴孔径のた
め噴射燃料の微粒化が良好であることから、第１噴孔２
５から噴射された燃料噴霧がリバーススキッシュに乗っ
てピストン２とシリンダヘッド６との間に流れ込むこと
は少ない。

次に、第６図（ａ）、（ｂ）〜第８図（ａ）。

（ｂ）に基づいてアイドル時、部分負荷時および高速高
負荷時におけるそれぞれの噴射特性について述べる。第
６図（ａ）、第７図（ａ）、第８図（ａ）は横軸に時間
を縦軸に圧力を示したもので、第６図（ｂ）、第７図（
ｂ）、第８図（ｂンは横軸に時間を縦軸に燃料噴射率を
示したものである。

第３図（ａ）、（ｂ）はアイドル時のもので、燃料溜り
７内の燃料油圧（以下燃料油圧）■は第２ニードルバル
ブ５の開弁圧（以下第２開弁圧）■に達せず、第に一ド
ルバルプ３の開弁圧（以下第１開弁圧）■に達している
。そして、この開弁時間は１．である。したがって、第
６図（ｂ）に示すように第２噴孔２７からの燃料噴射率
（以下第２噴射率）（２）はなく、第１噴孔２５からの
燃料噴射率（以下第１噴射率）（１）のみが存在する。

このため、第１噴射率（１）と第２噴射率（２）との合
成噴射率（以下合成噴射率）（３）は第６図（ｂ）のよ
うになる。したがって、このアイドル時には燃料油圧■
は低く、燃料噴射期間ｔ１が比較的長い噴射特性となり
、また小噴孔径からの噴射により燃料噴霧の微粒化が良
好となるため、ＨＣの減少および燃焼騒音の低下を実現
できる。

第７図（ａ＞、（ｂ）は部分負荷時のもので、燃料油圧
■は第２開弁圧■以上に達しているため、燃料噴射は第
１噴孔２５と第２噴孔２７との双方から行なわれる。と
ころが、第に一ドルバルブ３の開弁時期が第２ニードル
バルブ５０開弁時期より早いため、いわゆる噴射位相差
ｔが存在している。なお、第に一ドルバルブ３の開弁時
間はｔｌで、第２ニードルバルブ５の開弁時間はｔｌで
ある。このときの合成噴射率（３）は、第７図（１））
に示すように第１噴射率（１）と第２噴射率（２）とを
合成したものとなり、前記した噴射位相差ｔの関係から
第２噴孔２７からの燃料噴射（主噴射）に先立って、第
１噴孔２５から少量の燃料噴射が行なわれる。この結果
、初期燃料噴射率が低減するため燃焼騒音の低下および
ＨＣ，ＮＯｘの減少を実現できる。

第８図（ａ）、（ｂ）は高速高負荷時のもので、燃料油
圧■は第７図（ａ）、（ｂ）の部分負荷時と同様に第２
開弁圧■以上に達しているため、燃料噴射は第１噴孔２
５と第２噴孔２７との双方から行なわれる。ところがこ
の場合は、燃料油圧■の上昇が急激なため、第２ニード
ルバルブ５の開弁時期と、第２ニードルバルブ５の開弁
に先だって開弁する第に一ドルバルブ３の開弁時期との
噴射位相差ｔは微小となっている。したがって、高速高
負荷時には前述の部分負荷時に比べて短期間に必要量の
燃料が噴射されるため、スモークおよび）−ＩＣの減少
を実現できる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、中空状の第に一ドルバ
ルブによって開閉される第１噴孔により初期噴射を行な
い、その後筒に一ドルバルブ内に設けられた第２ニード
ルバルブによって開閉される第２噴孔により主噴射を行
なうようにし、更に、第１噴孔からの噴霧をピストン上
死点付近でピストン頂部に凹設された燃焼室壁の開口部
近傍に向けて噴射し、第２噴孔からの噴霧を燃焼室の底
部付近に向けて噴射するようにしてピストン上死点後に
発生するリバーススキッシュによって噴霧が燃焼室から
ピストンとシリンダヘッドとの間に流れ込むことを防止
したため、全運転域にわたって良好な燃料噴射が行なわ
れ、燃焼騒音、１−１０．ＮＯｘならびにスモークの低
減を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料噴射ノズルの断面図、第２図〜第８
図はこの発明の実施例に係り、第２図は燃料噴射ノズル
の断面図、第３図はピストン圧縮行程の上死点前におけ
るピストンの断面図、第４図は同上死点後におけるピス
トンの断面図、第５図は燃料噴射ノズルとピストンとを
示す斜視図、第６図（ａ）、（ｂ）　〜第８図（ａ）、
（ｂ）は各運転時における燃料噴射ノズルの噴射特性を
示す説明図である。 （図面の主要部を表わす符号の説明） １・・・ノズルボディ ３・・・第に一ドルバルブ ５・・・第２ニードルバルブ ２３・・・先端部　２５・・・第１噴孔２７・・・第２
噴孔　３１・・・燃焼室壁Ａ・・・中心軸ａ＜第１嗅孔
） Ｂ・・・中心軸線（第２噴孔） Ｐ・・・中心軸線Ａと燃焼室壁との交点Ｑ・・・中心軸
線Ｂと燃焼室壁との交点第１図 第２ｍ 図面の浄書（内容に変更なし） 第６図（ａ） 第６図（ｂ） 図面の浄書（内゛６に変更なし） 第７１０（ａ） 第７ｖ！Ｊ（ｂ） 図面の浄書（内容に変更なし） 第８図（ａ） 第８１！Ｉ（ｂ） 手続補正書（方パノ 昭和５９年２月２７日 特許庁長官　志　賀　学　殿 ３、？ｌｌｉ正をする者 ）へ゛Ａｋノ壱１　ジ５　ジ３（４女；４、代理人 住　所　〒１０５東京都港区虎）門１丁目２ｉ３Ｌ虎ノ
門第−ビル５階　。 （発送日　昭和、、ｒ７年７月３／日）／７由°正６ｓ
１　灯哀 ｔｎ　ｌ！［ｆ７中＄ｌＷＪ　〜＄ｇ図７、Ｊ゛正−内
泉 別舐の　とも・す

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 先端部に複数の噴孔を備えたノスルボデイ内に燃料圧力
   を受（ブて移動することにより前記噴孔の第１噴孔を開
   閉する中空状の第に一ドルハルブを設置）、更にこの第
   に一ドルバルブ内に燃料圧力を受（プて移動することに
   より前記噴孔の第２１１１孔を開閉する第２ニー１〜ル
   バルブを設置）、前記第に一ドルバルブの開弁圧を第２
   ニードルハルツの開弁圧より低く設定し、更に前記第に
   −１〜ルバルブによって開閉される第１噴孔の総断面積
   を第２ニー１〜ルハルブによって開閉される第２噴孔の
   総断面積より小さくした直噴式ディーゼル機関の燃料噴
   射ノズルにおいて、前記第に一ドルバルブによって開閉
   される第１噴孔の中心軸線とピストン頂部に凹設された
   燃焼室壁との交点をピストン上死点付近で燃焼室の開口
   部近傍にし、第２ニードルバルブによって開閉される第
   ２噴孔の中心軸線と燃焼室壁との交点を燃焼室の底部付
   近にしたことを特徴とする直噴式ディーゼル機関の燃料
   噴射ノズル。