JPS62271957A - 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】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明はディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルに関する
。

（従来技術） ディーゼルエンジンにおいて、その燃焼室に燃料を噴射
する燃料噴射ノズルは一般にその先端の噴口部分の構成
によってビントル型（単孔式）とホール型（多孔式）の
２種類に分類されるが、その中のビントル型はスロット
ル型と呼ばれるものが現在多く用いられている。第９図
は従来のスロットル型燃料噴射ノズルの代表的な構成を
示し、下端に噴口１を備えたノズル本体２内に、ロンド
状のニードル弁３が上下方向に摺動可能に、かつその上
方に設けられたノズルスプリング４によってスプリング
受け５を介して下方に付勢された態様で設けられている
。ニードル弁３は、ノズル本体２に摺動可能に支持され
る一定の外径寸法を存する上方ロッド部３ａと、この上
方ロッド部３ａの下端に形成された第１の傾斜面３ｂと
、この第１の傾斜面３ｂに連接して、上記上方ロンド部
３ａよりも小さい一定の外径寸法を存する下方ロンド部
３Ｃと、この下方ロッド部３Ｃの下端に形成された第２
の傾斜面３ｄと、この第２の傾斜面３ｄの下端から下方
に突出する細径の先端部３ｅとが一体に形成されている
。一方、ノズル本体２には、ニードル弁３の上方ロンド
部３ａを摺動可能にかつ液密な状態で支持する軸孔２ａ
と、ニードル弁３の第１の傾斜面３ｂの周囲に形成され
た環状の圧力室６と、この圧力室６からニードル弁３の
下方ロッド部３Ｃの周囲に沿って形成された筒状の燃料
通路７と、ノズルスプリング４によって下方へ付勢され
たニードル弁３の第２の傾斜面３ｄに当接してニードル
弁３を係止するとともに、燃料通路７の下端を閉塞する
弁座８と、ニードル弁３の先端部３ｅの外径寸法よりも
大きい内径寸法を有する噴口１とが順次連接して同軸的
に形成されている。さらにノズル本体２には、高圧燃料
が圧送される燃料流入通路９が圧力室６に連通して形成
され、またノズルスプリング４を収容している室１０に
連通ずる燃料リターン通路１１とが形成されている。

以上の構成において、燃料噴射ポンプ（図示せず）から
高圧燃料が燃料流入通路９に圧送され、燃料圧力が所定
の値に達すると、圧力室６内においてニードル弁３の第
１の傾斜面３ｂに作用してニードル弁３を上方へ押上げ
る力がノズルスプリング４の付勢力に打勝ち、ニードル
弁３は上方ヘリフトする。そこで第２の傾斜面３ｄと弁
座８との間に間隙が生じ、燃料はその間隙を通って噴口
１から噴射される。この場合、噴射の初期には噴孔面積
が絞られているので燃料は少量しか噴射されず、さらに
ニードル弁３がリフトすると、噴孔面積が大きくなるた
め燃料噴射量が増大する。

このようにスロットル型燃料噴射ノズルにおいては、噴
射開始時点から着火まで時間の燃料噴射量を少な（して
ノック音を軽戚させているが、さらに燃料特性を良好に
し、かつノック音を減少させるためには、主噴射に先立
ってバイロフト噴射（プリインジェクション）を行なう
ことが必要とされている。そこで従来は例えば特開昭５
６−５４５号公報に開示されているように、燃料噴射ポ
ンプにパイロット噴射通路を設けることによってパイロ
ット噴射とそれにつづく主噴射とを制御している。

しかしながら、このように燃料噴射ポンプ側でれるため
、燃料の圧力変化が鈍化してパイロ７）噴射を応答性良
く制御することが困難であった。

また従来、開弁圧が２段階に設定されたセントラル・プ
ランジャ付２ステージ型燃料噴射ノズルが知られている
。この型の燃料噴射ノズルは、例えば第１θ図に示され
ているように、第９図に示されたスロットル型燃料噴射
ノズルの構成に加えて、ノズル本体２の上方に形成され
た軸孔２ｂ内に上下方向に摺動可能にかつ液密状態に設
けられたセントラル・プランジャ１２をニードル弁３の
上方に同軸的に備えた構成を有する。このセントラル・
プランジャ１２は、段部１２ａを有していて、ノズルス
プリング４の上端を受けるスプリング受け１３によって
下方への摺動が係止されるようになされているがその上
端面１２ｂに燃料流入通路９内の高圧の燃料圧力が背圧
として印加されるようになされており、かつこのセント
ラル・ブランツヤ１２の下端面１２ｃは、ニードル弁３
が閉しているとき、その上端に取付けられているスプリ
ング受け５の上面５ａに対して所定の間隙ｄを陪でて対
向している。そして圧力室６においてニードル弁３の第
１の傾斜面３ｂに作用しているニードル弁３を上方へ押
上げる力が、ノズルスプリング４の付勢力によって定ま
る第１段目の開弁圧Ｐ、を上まわると、ニードル弁３は
リフトする。

そしてニードル弁３が距離ｄだけリフトすることにより
、スプリング受け５の上面５ａがセントラル・プランジ
ャ１２の下・端面１２ｃに当接すると、セントラル・プ
ランジャ１２には高圧燃料による背圧が印加されている
ため、ニードル弁３のリフトはここで一旦停止する。燃
料圧力がさらに増大して、ニードル弁３を上方へ押上げ
る力が、ノズルスプリング４の付勢力とセントラル・プ
ランジャ１２の上端面１２ｂの面積等とによって定まる
第２段目の開弁圧Ｐ２を上まわったとき、ニードル弁３
はさらにリフトして噴口面積が増大し、したがって燃料
噴射量も増加する。第１１図は、第１０図に示されてい
るセントラル・プランジャ付燃料噴射ノズルにおけるニ
ードル弁３のリフト量に対する開弁圧力および噴口面積
の関係を示すグラフである。セントラル・プランジャ付
燃料噴射ノズルは上述のような構成を有するので、低回
転、低負荷時には、ニードル弁３のリフト量を抑えて低
い噴射率が得られるように制御することができる。

しかしながら、従来のセントラル・プランジャ付燃料噴
射ノズルには下記のような欠点がある。

すなわち、第１２図を参照すると、第１０図に示されて
いる構成において、エンジンの回転数に対する一定の燃
料量を噴射するのに必要な噴射期間が示されているが、
第１２図から明らかなように、噴射期間が急激に変化す
る領域（）なぎ部分である回転数すの近傍領域）が存在
している。すなわち噴射期間とニードル弁リフト量との
関係を示す第１３図の曲線Ｂに示すように、回転数すの
領域ではニードル弁３のリフ）ｆｆが曲線Ａで示される
回転数ａのときに比較して急激に増大し噴射期間が短縮
される。このため回転数すの領域では、エンジンの出力
性能およびエミッション性能がともに大幅に悪化する傾
向があった。

（発明の目的） 本発明の目的は、それ自体に噴射特性の変更を可能にす
る手段を備えた燃料噴射ノズルを提供することにあり、
制御精度の高いパイロット噴射を可能とした燃料ノズル
を提供し、またつなぎ部分における噴射期間の急激な変
化を低減してエンジンの出力性能およびエミッション性
能の悪化を防止した２ステージ型燃料噴射ノズルを提供
することを目的とする。

（考案の構成） 本発明による燃料噴射ノズルは、弾性体により容積が縮
小される方向に付勢された可変容積室を備え、ニードル
弁のリフト時に燃料流入通路と上記可変容積室とを連通
しうる連通路を、ニードル弁またはこのニードル弁と連
動して作動する部材例えばセントラル・プランジャに設
けるとともに、上記可変容積室と燃料リターン通路とを
燃料噴射に同期して断続する手段を備えていることを特
徴とする。

（考案の効果） 本発明によれば、バイロフト噴射のタイミングおよび噴
射量をニードル弁のリフトによって制御しているからエ
ンジンの運転条件に応じた確実なパイロット噴射の制御
が可能になる。しかもバイロフト噴射の制御をノズル本
体側で行なっているため、応答性の良い制御が可能にな
り、エンジン運転領域の全域において安定したパイロッ
ト噴射の効果を得ることができる。

またセントラル・プランジャ付２ステージ型燃料噴射ノ
ズルにおいては、つなぎ部分の噴射期間の急激な変化を
減少させて３ステージ型の燃料噴射特性を得ることがで
きるから、つなぎ部分の出力性能およびエミッション性
能を向上させることができる効果がある。

（実　施　例） 以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明
する。

第１図は本発明の第１の実施例を示し、先に第９図を参
照して説明した従来の燃料噴射ノズルの構成を前提とし
ている。そこで第９図との対応部分に同一符号を付し、
重複する説明は省略するが、ピストン１５の移動によっ
て容積が可変される室１６をノズル本体２に備えている
とともに、ニードル弁３の上方ロンド部３ａの外周面を
繞って環状の？１ｔ１７が形成されている。ピストン１
５は、このピストン１５の背部側の室１８に設けられた
スプリング１９によって、室１６の容積を縮小する方向
に付勢されており、上記ピストン１５の背　一部側の室
１８はリターン通路１１に連通している。

また可変容積室１６は、通路２ｏによってノズル本体２
の軸孔２ａに連通し、また可変容積室１６は途中に通路
開閉用の電磁弁２１を設けた通路２２を介してリターン
通路１１に連通している。電磁弁２１は、エンジン回転
数および負荷をあらゎす信号が人力されるＣＰＵ２３に
よってエンジン回転に同期して開閉制御される。さらに
高圧燃料が圧送される燃料流入通路９は通路２４によっ
て軸孔２ａと連通しており、通路２０．２４の軸孔２ａ
における開口位置は、下降位置（閉状Ｌｉ）にある　−
ニードル弁３の環状溝１７よりも所定の距離ｌだけ上方
に設定され、したがってニードル弁３が閉位置（第１図
に示された位置）にあるときは、可変容積室１６と燃料
流入通路９との間の通路が遮断されている。

以上が本発明の第１の実施例の構成であるが、次にその
動作について説明する。まず、ピストン１５は第１図の
右方位置にあり、したがって可変容積室１６は最小容積
状態にある。電磁弁２１は閉状態にある。燃料流入通路
９に高圧燃料が圧送され、ニードル弁３を上方へ押上げ
る力がノズルスプリング４の付勢力を上まわると、ニー
ドル弁３がリフトし、噴口１から少量の燃料が噴射され
る。ニードル弁３が所定路ＭＩｔだけリフトすると、第
２図に示すように燃料流入通路９と可変容積室１６とが
、通路２４、ニードル弁３の環状溝１７および通路２０
を介して互いに連通ずるため、高圧燃料は可変容積室１
Ｇ内に導かれる。この場合、電磁弁２１が閉状態にあり
、かつピストン１５の背部側の室１８はリターン通路１
１に連通しているから、高圧燃料はスプリング１９の付
勢力に抗してピストン１５を左方に移動させ、高圧燃料
が最大容積となった可変容積室１６内に充填される。

これにより、高圧燃料の圧力が低下してニードル弁３を
上方へ押上げる力が減少する。このためノズルスプリン
グ４の付勢力が打勝ってニードル弁３は下降し、−次噴
射（パイロット噴射）が終了する。再び燃料流入通路９
内の燃料圧力が高まると、ニードル弁３は２回目のリフ
トを開始する。

ここで再び第２図の状態になり、可変容積室１６が燃料
流入通路９と連通ずるが、この場合はすでにピストン１
５が左方にあるため燃料は可変容積室１６内に流入せず
、したがって燃料圧力は低下することなく、さらにニー
ドル弁３が通常のようにリフトして噴口１から燃料が噴
射される（主噴射）。

主噴射が終了してニードル弁３は下降してこのノズルが
閉の状態になると、ＣＰＵ２３が電磁弁２１を開く。こ
のため可変容積室１６内の燃料がスプリング１９で付勢
されたピストン１５に押されて通８２２を通じてリター
ン通路ＩＩ側へ流出し、第１図に示された初期状態に戻
る。

以上の説明で明らかなように、本発明の第１の実施例に
おいては、バイロフト噴射のタイミングおよび噴射量を
、ニードル弁３の一定距離のリフトによって制御してい
るから、エンジンの運転条件（回転数、負荷）に応じた
確実なパイロ７）噴射の制御が可能になる。しかもパイ
ロ７）噴射の制御をノズル本体側で行なっているため、
従来のように燃料噴射ポンプ側で制御する場合に比較し
て応答性の良い制御が可能になり、エンジン運転領域の
全域において安定したパイロット噴射の効果を得ること
ができる。

なお、以上述べた本発明の第１の実施例はスロットル型
燃料噴射ノズルであるが、ホール型燃料噴射ノズルにつ
いても同様の効果を得ることができる。

次に第３図は本発明の第２の実施例の要部を第１図との
対応部分に同一符号を付して示す図で、第３図の場合、
ニードル弁３のリフト時に燃料流入通路９と可変容積室
１６とを連通ずるだめのニードル弁３の環状溝１７の上
方に幅広の環状溝２５がニードル弁３に設けられており
、可変容積室１６がノズル本体２の軸孔２ａに直接開口
し、ピストン１５は、その背部側の室１８に設けられた
スプリング１９によって第３図の左方へ付勢され、可変
容積室１６を最小容積状態に保持している。一方、ピス
トン背部側の室１８は直接リターン通路１１に連通され
、さらにリターン通路１１とノズル本体２の軸孔２ａと
が通路２６で連通され、この通路２６の途中にこの通路
２６を開閉する常閉の電磁弁２７が設けられている。そ
してニードル弁３が第３図のような下降位置にある場合
、上側環状溝２５はその下方部分において可変容積室１
Ｇと連通し、また上側環状１ｓ２５はその上方部分にお
いて通路２６と連通している。また燃料流入通路９に通
じる通路２４は上側環状溝２５および下側環状溝１７の
何れにも連通しておらず、かつ下側環状溝１７よりも所
定距離ａたけ上方にある。

さらに下側環状溝１７は可変容積室１６にも連通しない
位置にある。

以上が本発明の第２の実施例の構成であるが、次にその
動作について説明する。電磁弁２７が閉状態にあり、上
側環状溝２５内には燃料が充填された状態にある。燃料
流入通路９に高圧燃料が圧送され、これによりバイロフ
ト噴射が開始される。

そしてニードル弁３が所定距離ｌだけリフトすると、第
４図に示すように燃料流入通路９と可変容積室１６とが
、通路２４およびニードル弁３の環状溝１７を介して連
通して高圧燃料が可変容積室１６内に導かれ、この高圧
燃料はスプリング１９の付勢力に抗してピストン１５を
右方に移動させ、高圧燃料が最大容積状態となった可変
容積室１６内に充填される。これにより、高圧燃料の圧
力が低下するからニードル弁３が下降し、第５図に示す
状態となる。この状態では上側環状溝２５は依然として
通路２６と連通したままであり、また可変容積室１６と
上側環状溝２５とが連通ずるが、電磁弁２７が閉状態に
あり、かつ上側環状溝２５に燃料が充填されているため
、可変容積室１６内の燃料は流出せず、可変容積室１６
は最大容積状態に保たれている。再び燃料流入通路９内
の圧力が高まってニードル弁３が２回目のリフトを開始
して、燃料流入通路９と下側環状ａ１７とが連通ずるが
、この場合、ピストン１５が右方位置にあるため、燃料
は可変容積室１６内に流入せず、燃料圧力は低下しない
、したがってニードル弁３はさらにリフトして主噴射が
行なわれる。

主噴射が終了してニードル弁３が下降し、ノズルが閉状
態になると、ＣＰＵ２３が電磁弁２７を開く。ここで可
変容積室１６がニードル弁３の上側環状溝２５に連通ず
るから、可変容積室１６内の燃料はスプリング１９で付
勢されているピストン１５に押されて上側環状溝２５お
よび通路２６を経てリターン通路１側に流出し、第３図
に示された初期状態に戻る。ＣＰＵ２３は、電磁弁２７
を、噴射が終了して次の圧縮行程が開始されるまで開い
ており、可変容積室１６をそれに高圧燃料を導入しうる
状態にしておく。第６図は４気筒エンジンの各気筒毎の
ニードル弁３のリフト作動域および電磁弁２７の作動域
の一例を示し、パイロット噴射を伴うニードル弁３のリ
フトが圧縮行程から燃焼行程に移る上死点（ＴＤＣ）で
行なわれ、かつｔａ、＋６１弁２７が燃焼行程から排気
行程に移る下死点と、吸気行程から圧縮行程に移る下死
点との間に亘って開かれる状態を示している。

なお、上述した本発明の第２の実施例において、パイロ
ット噴射後におけるニードル弁３の下降ヲ、第７図に示
すように、可変容積室１６とニードル弁３の上側環状溝
２５とが連通しない位置に限定するようにすれば、通路
２６内の電磁弁２７を省略しても、パイロット噴射後に
おいて可変容積室１６が最大容積状態に保たれるから、
同様の目的を達成することができる。

次に第８図は本発明の第３の実施例の要部を示し、先に
第１Ｏ図を参照して説明した従来のセントラル・プラン
ジャ付燃料噴射ノズルの構成を前提とし、かつ本発明の
第２の実施例においてそのニードル弁３に関連して設け
られたものと同様の構成をそのセントラル・プランジャ
１２に関連して設けたことを特徴とする。したがって、
第３図および第９図との対応部分には同一符号を付し、
重複する説明は省略するが、本実施例においては、可変
容積室１６および通路２４．２６を、セントラル・プラ
ンジャ１２が摺動可能に取付けられたノズル本体２の軸
孔２ｂ内に臨ませてノズル本体２に設けており、かつセ
ントラル・プランジャ１２に上側環状溝２５と下側環４
【溝１７とを上記可変容積室１６および通路２４．２６
に対して第３図　−のちのと同様の配置関係をもって設
けたものである。

次にその動作について説明すると、第１０図の構成のも
のと同様に、高圧燃料のニードル弁３を上方へ押上げる
力がノズルスプリング４の付勢力によって定まる第１段
目の開弁圧Ｐ１を上まわると、ニードル弁３が所定路ｉ
ｄだけリフトして燃料が噴射される。さらに燃料圧力が
高まって、ニードル弁３を上方へ押上げる力がノズルス
プリング４の付勢力とセントラル・プランジャ１２の上
端面１２ｂの面積等とによって定まる第２段目の開弁圧
Ｐ２を上まわると、セントラル・プランジャ１２はリフ
トを開始する（第１１図参照）、そしてこのセントラル
・プランジャ１２が所定距離ｌだけリフトすると、燃料
流入通路９と可変容積室１６とが、通路２４およびセン
トラル・プランジャ１２の環状ａ１７を介して連通して
高圧燃料が可変容積室１６内に導かれ、この高圧燃料は
スプリング１９の付勢力に抗してピストン１５を右方へ
移動させ、高圧燃料が最大容積状態となった可変容積室
１６内に充填される。これにより高圧燃料の圧力が低下
するから、ニードル弁３およびセントラル・プランジャ
１２は下降する。ニードル弁３およびセントラル・プラ
ンジャ１２がある程度下降すると、燃料噴射に要する噴
口面積が小さくなり、また燃料は燃料噴射ポンプから圧
送され続けられているために、燃料流入通路９内の圧力
は再び上昇して、ニードル弁３およびセントラル・プラ
ンジャ１２をリフトする。セントラル・プランジャ１２
が所定距離だけリフトすると、再び燃料流入通路９と可
変容積室１６とが通路２４および下側環状溝１７を介し
て連通ずるが、ピストン１５が右方位置にある（可変容
積室１６が最大容積状態にある）ため燃料は可変容積室
１６内に流入せず、燃料圧力が低下しないため、ニード
ル弁３は通常通すリフトして燃料を噴射する。

噴射が終了してニードル弁３が下降してノズルが閉状態
になると、ＣＰＵ２３が電磁弁２７を開くため、可変容
積室１６内の燃料は、ピストン１５に押されてセントラ
ル・プランジャ１２の上側環状溝２５および通路２６を
通ってリターン通路１１側に流出し、初期状態に戻る。

この場合の電磁弁２７が開いている期間は第６図と同様
である。

以上の説明で明らかなように、本発明の第３の実施例に
おいては、高圧燃料によるニードル弁３を上方へ押上げ
る力が第２段目の開弁圧Ｐ２を越え、セントラル・プラ
ンジャ１２が一定距離ｌだけリフトすると、可変容積室
１６内に一定量の高圧燃料を導入することにより、燃料
流入通路９内の燃料圧力を低下させるから、噴射率が下
り、したがって前述した第１２図におけるつなぎ部分の
噴射期間の急激な変化は減少して破線で示す曲線のよう
に変化が緩やかになる。また前述した第１３図の曲線Ｂ
に示された回転数すにおける噴射期間とニードル弁リフ
ト量との関係は破線で示す曲線Ｂ′のようになり、３ス
テージ型の燃料噴射特性が得られるから、２ステージ型
燃料噴射ノズルにおけるつなぎ部分の出力性能およびエ
ミッション性能の悪化を防止し、かつこれらの性能を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による燃料噴射ノズルの
縦断面図、第２図はその動作を説明する要部の縦断面図
、第３図は本発明の第２の実施例による燃料噴射ノズル
の要部の縦断面図、第４図および第５図はその動作を説
明する要部の縦断面図、第６図はこの燃料噴射ノズルを
４気筒エンジンの各気筒にそれぞれ取付けた場合のニー
ドル弁のリフトと電磁弁の開閉動作との関係を示すタイ
ミングチャート、第７図は本発明の第２の実施例の変形
を示す要部の縦断面図、第８図は本発明の第３の実施例
によるセントラル・プランジャ付燃料噴射ノズルの要部
の縦断面図、第９図は従来の燃料噴射ノズルの縦断面図
、第１Ｏ図は従来のセントラル・プランジャ付燃料噴射
ノズルの縦断面図、第１１図はセントラル・プランジャ
付燃料噴射ノズルのニー１′ル弁リフトｌと開弁圧力お
よび噴口面積との関係を示すグラフ、第１２図はそのエ
ンジン回転数と噴射期間との関係を示すグラフ、第１３
図はその噴射期間とニードル弁リフト量との関係を示す
グラフである。 １−・噴口　　　　　　　２−ノズル本体３・−・ニー
ドル弁　　　　４・・−ノズルスプリング６−圧力室　
　　　　　９−燃料流入通路１１−燃料リターン通路 １２−・−セントラル・プランジャ １５−ピストン　　　　１６−・−可変容積室１７．２
５−環状溝 ２０．２２．２４．２６−通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料が圧送される燃料流入通路と、この燃料流入通路内
   の燃料の圧力が所定値に達するとこの圧力によりリフト
   してノズル先端の噴口から燃料が噴射されるようになさ
   れたニードル弁と、燃料リターン通路とを備えた燃料噴
   射ノズルにおいて、弾性体により容積が縮小される方向
   に付勢された可変容積室を備え、前記ニードル弁のリフ
   ト時に前記燃料流入通路と前記可変容積室とを連通しう
   る連通路を、前記ニードル弁またはこのニードル弁と連
   動して作動する部材に設けるとともに、前記可変容積室
   と前記燃料リターン通路とを燃料噴射に同期して断続す
   る手段を備えていることを特徴とする燃料噴射ノズル。