JPH01195967A - 内燃機関の燃料噴射弁 - 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］ 本発明はディーゼルエンジン等の内燃機関に使用される
燃料噴射弁に関し、特に、その燃料噴射特性や針弁の移
動特性を改善した燃料噴射弁を対象としている。

［従来の技術］ 一般に、この種の燃料噴射弁では、エンジンの燃焼性能
を高めるために、燃料噴射圧力を高くすることが望まし
く、そのためには開弁圧力を高く設定することが必要で
ある。一方、針弁や弁座の耐久性を高めるためには、閉
弁圧力を低く設定し、針弁が弁座に石室する際の衝撃を
小さくすることが必要である。

′　このような条件を満たす技術としては、実公昭５３
−６４８号に記載の構造がある。その構造では、ノズル
スプリングのばね受けを利用して油圧ダンパーを構成し
、閉弁動作において針弁に及ぼされる力を油圧ダンパー
により制限するようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところがこの構造では、油圧ダンパー用の油圧室として
、燃料通路の途中に容積の広い部分を設ける必要があり
、その部分が燃料に対して蓄圧作用を及ぼす。そのため
に、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力変化（入口圧力
の変化）と噴口での実際の噴射動作との間に時間的なず
れが生じ、噴射動作を正確に制御することが困難な場合
がある。

又、前述の条件を満たす技術としては、特開昭６（１−
１２２２６９号に記載の構造もある。この構造では、燃
料油圧により付勢される差動ピストン（プランジャー）
を設け、主に開弁動作だけにおいて差動ピストンから針
弁に対して閉鎖方向の力が（すなわち開弁開始圧力を高
めるための力）が効果的に及ぼされるようになっている
。

ところが、この特開昭６０−１２２２６９号に記載の構
造では、針弁のばね受は本体に長い延長部が連結すると
ともに、その延長部の先端に上記差動ピストンが一体に
形成されている。又、差動ピストンを収容する差動ピス
トンボディ部（ケーシング部）は、ばね受は延長部を収
容する弁本体と一体に形成されている。

従って、針弁の開放動作では、延長部と差動ピストンと
からなる非常に長い一体構造の部材が、一体構造の長い
筒状体（差動ピストンボディ部を一体に有する弁本体）
の内部を移動することになる。そのために、各部の加工
誤差や組み立て誤差が作かでも生じると、ばね受は延長
部と差動ピストンに対して半径方向の相対的な力が加わ
り、その結果、差動ピストンを円滑に移動させることが
困難になるとともに、差動ピストンと差動ピストンボデ
ィの摺動面に大きい摩耗が生じる恐れがある。

又、差動ピストンや差動ピストンボディ部は特にその摺
動面の加工精度を充分に高める必要がある。ところがそ
れらは、それぞれ、長い部材の一部分に形成されるので
、その加工や仕上げ（機械加工や焼き入れ、内径研磨、
ラッピング）を行いにくいという問題もある。

更に上記従来構造では、開弁と同時に噴射率が急激に増
加するようになっており、初期段階で噴射率の低い噴射
動作を行うようにはなっていない。

従って、エンジンの燃焼特性を充分に改善することがで
きない。

又この構造では、上述の如く開弁開始と同時に噴射率を
急増させるために、開弁動作において、針弁上昇にとも
なう燃料通路の容積増加を、差動ピストンの燃料通路内
への突出による燃料通路の容積減少により相殺するよう
に構成されている（公開公報４７７頁右下欄１６行〜２
０行）。

ところがこの構造によると、上述の相殺作用を効果的に
実現するためには、以下に詳細に説明するように、燃料
通路の容積を広げることが必須となる。

すなわち、上記従来技術構造でも、主要な閉鎖力付加手
段としてノズルスプリングが設けてあり、差動ピストン
はいわゆる補助的な閉鎖力付加手段であるので、その断
面積（受圧面積）は針弁の断面積よりも充分に小さく（
例えば約１／２以下）程度にする必要があり、差動ピス
トンの断面積を針弁の断面積に近い値に設定すると、針
弁を弁座から離すことが不可能になる。このように針弁
と差動ピストンとの受圧面積に差が生じ、従って両者の
移動容積にも差が生じることは避けられない。

このように大きい容積差が生じるにもかかわらず、前述
の如く容積変化相殺効果を得るためには、−般に、燃料
通路全体の容積を大きくし、通路全体の容積変化率（燃
料通路全体の容積に対する上記容積差の割合）をできる
だけ小さくする必要がある。

この点を考慮して特開昭６０−１２２２６９号に記載の
構造を検討すると、明細書には明確には記載されていな
いが、その図面には、作動ピストン（セントラルプラン
ジャー）の近傍において、他の通路部分よりも非常に広
い燃料通路部分を長い範囲にわたって形成した構造が記
載されている。

この図面の記載内容及び上記説明から、この従来技術で
も通路容積を広げた構造が採用されていることは明らか
であり、換言すれば、この公報に記載されたような作用
効果を得るためには、通路容積を、通路本来の輸送機能
に必要な容積よりも大幅に広く設定することが必須であ
ることは明らかである。従って、この公報記載の構造も
、前記実公昭５３−６４８号に記載の構造と同様に、大
きい容積の燃料通路が燃料に対して蓄圧作用を及ぼすの
で、噴射動作を正確に制御することが困難な場合がある
。

本発明は、上記問題を解決した構造を提供することを目
的としており、より具体的には、差動ピストンの動作の
円滑化を図るとともに、差動ピストンやそれを収容する
差動ピストンボディの加工及び仕上げを簡単化できる構
造を提供することを目的としている。

又、本発明は、閉弁圧力に比べて開弁圧力を高く設定す
るために差動ピストンを使用し、しがも、噴射動作の初
期段階では低噴射率の噴射動作を行うことができ、又、
燃料通路の容積をできる限り小さくできる燃料噴射弁を
提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は、先端にノズルボ
ディを有する概ね筒状の弁本体組立体を設け、弁本体組
立体の内部に、ノズルボディの噴口を開閉する針弁と、
針弁を閉鎖方向に付勢するノズルスプリングと、針弁に
連結する差動ピストンと、外部の高圧油供給通路の出口
から上記噴口まで延びる燃料通路と、針弁に開放方向の
油圧を及ぼすための作動室と、差動ピストンに針弁閉鎖
方向の油圧を及ぼすための油圧室とを設け、上記作動室
と油圧室を上記燃料通路に連通させ、上記ノズルスプリ
ングのばね受けに延長部を設け、該延長部を上記差動ピ
ストンと別体の部品で形成し、上記延長部の端部を上記
差動ピストンに対して半径方向の僅かな相対移動を許容
する状態で連結し、弁本体組立体の上記差動ピストンを
収容する部分と上記延長部を収容する部分とを別体の部
品で形成したことを特徴としている。

又本発明実施例では、針弁開放動作の初期段階において
、針弁が燃料に対して絞り作用を及ぼしながら全閉位置
から全開位置まで移動し、上記初期段階が終了して針弁
が全開位置に達すると、上記初期段階での燃料噴射率の
増加率よりも高い増加率で燃料噴射率が最高値まで上昇
するように各部が構成されている。

［作用］ 上記構造によると、差動ピストンはばね受は延長部に対
して僅かに半径方向に移動でき、従って、差動ピストン
は、それ単独で、差動ピストンボディとの摺動抵抗が最
も少ない位置へ半径方向に移動できる。従って、差動ピ
ストンは円滑に作動する。

又、上記実施例の構造では、針弁開放動作の初期段階に
おいて、針弁が燃料に対して絞り作用を及ぼ、しながら
全開位置から全開位置まで移動するが、この動作では、
差動ピストンの油圧室に達した油圧が針弁の作動室に達
するまでに時間的な遅れが生じ、上記油圧室の油圧が作
動室の油圧よりも高くなる。又、作動室は燃料が噴出す
る噴口に近接しており、しかも、針弁の開度が次第に増
加するので（すなわち、ノズル部の流路面積や流量係数
が燃料の流通を促進する方向に変化するので）、作動室
の圧力上昇率（単位時間当りの圧力上昇値）は油圧室の
圧力上昇率よりも低い。

これらの理由等により針弁の開放動作は規制され、針弁
は比較的低速で移動する。その結果、初期段階、すなわ
ち針弁の開放開始からある時間が経過するまでは、燃料
噴射率（単位時間当りの噴射ｆｆ１）が低い状態で微量
の燃料が噴射される。

上記初期段階が終了して針弁が全開位置に達すると、上
記初期段階での噴０・１率の増加率よりも高い増加率で
（すなわち急激に）燃料噴射率が最高値まで上昇する。

このような動作は、上記初期段階での動作の結果として
生じる。すなわち、初期段階が終了すると、針弁の開度
は増加しない（すなわち、ノズル部の流路面積や流量係
数が燃料の流通を促進する方向には変化せず）、又、燃
料通路へ供給される燃料の油圧及び量は初期段階終了後
も増加する。しかも、初期段階が終了した段階では、そ
れまでの針弁での絞り動作の結果、弁座よりも上流側の
油圧は高められている。それらの結果、初期段階が終了
すると、高圧の燃料が作動室を経て噴ロヘ流れ、噴口で
の燃料噴射圧力及び燃料噴射率（単位時間当りの噴射Ｑ
）は所定の最大値まで急激に上昇する。

このようにして最大値まで上昇した燃料噴射圧力及び燃
料噴射率は、所定時間にわたって維持され、この動作段
階が、主噴射段階となる。

主噴射段階は、燃料噴射弁に対する供給圧力が低下する
ことにより終了する。噴射率が上記最大値からゼロまで
下降する段階を後期噴射段階と呼ぶ。この後期噴射段階
では、油圧室の油圧とノズルスプリングの弾力とにより
針弁は閉鎖方向へ速やかに移動させられ、その結果、主
噴射終了後は急激に燃料噴射動作が停止する。すなわち
、後だれの無い状態で噴射動作を終了できる。但し、針
弁が閉鎖位置の直前まで移動した時点では、差動ピスト
ンの油圧室の油圧も著しく低下しているので、針弁は概
ねノズルスプリングの力だけで弁座に着座する。従って
針弁が弁座に衝突する力は小さく、その結果、針弁や弁
座の摩耗や破損は効果的に防止される。

［実施例］ 第１図において、シリンダヘッド１の燃料噴射弁取り付
は孔２にスリーブ３が固定状態で嵌め込まれており、ス
リーブ３に燃料噴射弁の弁本体組立体５が嵌め込まれて
固定されている。弁本体組立体５は全体が概ね筒状で、
その中心線Ｏ−０が例えばシリンダ中心線と平行となる
姿勢で配置されている。

弁本体組立体５において、弁本体６の先端にはインター
ピース７を挾んだ状態でノズルボディ８が着座しており
、それらがケースナツト９により一体的に固定されてい
る。弁本体６の基端にはねじ孔１０が設けである。ねじ
孔１０には、その底部側に差動ピストンボディ１１（ケ
ーシング）を嵌め込んだ状態で入口金具１２のねじ部が
螺合して固定されている。入口金具１２は弁本体６から
外部へ突出しており、その突出端部に燃料高圧管１３の
出口が接続している。燃料高圧管１３の人口は図示され
ていない燃料噴射ポンプに接続している。

上記部品の外に、入口金具１２の近傍において、弁本体
６には出口金具１５が入口金具１２と平行に取り付けで
ある。出口金具１５は一端部が弁本体６のねじ孔に螺合
しており、他端が外部の漏油管１６の入口に接続してい
る。

弁本体組立体５を構成する上記各部はいずれも中心線Ｏ
−０と同心又は平行に延びる筒状体である。そして、ノ
ズルボディ８の内部には針弁２０が収容され、弁本体６
の内部にはばね受け２１とその延長部２２が収容され、
差動ピストンボディ１１の内部には差動ピストン２３が
収容されている。これらの針弁２０とばね受け２１（及
びそれと一体の延長部２２）と差動ピストン２３は互い
に別体の部品で構成されており、隣接する端部において
凹凸嵌合部により同心に連結されている。

又１．少なくとも延長部２２と作動ピストン２３との凹
凸嵌合部には隙間が形成されており、両者の半径方向の
相対移動が僅かに許容されるようになっている。

針弁２０は円錐形の先端面がノズルボディ８の内周に形
成した環状かつテーパ状の弁座２４に着座するようにな
っている。この弁座２４に対する針弁２０の開閉動作を
制御するために、ノズルスプリング２５と作動室２６及
び油圧室２７が設けである。

ノズルスプリング２５はばね受は延長部２２の周囲に設
けてあり、一端かばね受け２１に芒座し、他端が弁本体
６の内周面に設けた環状段部に着座している。作動室２
６はノズルボディ８の内周面の環状凹部で形成されてお
り、針弁２０の長手方向中間部を囲んでいる。針弁２０
は先端側の部分が基端側の部分よりも小径であり、画部
分の間に形成したテーバ状外周面が作動室２６に面して
いる。油圧室２７は、差動ピストンボディ１１の入口金
具１２側の端面に形成した浅い（中心線０−０方向の長
さの短い）円形断面の窪みで形成されている。

上記ノズルスプリング２５の弾力、ならびに、差動ピス
トン２３に対する油圧室２７内部の油圧は針弁２０を閉
鎖する方向に作用する。又、作動室２６の油圧は針弁２
０の上記テーバ状外周面に対して針弁２０を開放する方
向に作用する。

燃料通路３０は入口が燃料高圧管１３の内部通路に接続
しており、出口がノズルボディ８の先端に形成した噴口
３１に接続している。燃料通路３０は、具体的には、次
のように構成されている。

入口金具１２の中心孔は燃料高圧管１３の出口から油圧
室２７まで延びる燃料通路部分を形成している。差動ピ
ストンボディ１１の外周寄りの部分には、油圧室２７か
ら弁本体６との接合面まで延びる通路孔が形成されてい
る。弁本体６、インターピース７、ノズルボディ８の外
周寄りの部分には、差動ピストンボディ１１内の上記通
路に接続して上記作動室２６まで延びる一連の通路孔が
形成されている。又、油圧室２７よりも下流側の通路部
分は、ノズルボディ８の内周と針弁２０の上記小径部の
間の環状の隙間と、弁座２４と針弁２０との間の隙間、
ならびに、ノズルボディ８先端部の内部空間（サック部
３２）により形成されている。

上記構造によると、第２図にその時間と噴射率の関係を
示す如く、初期段階Ｔｌ　　（時間的区間）では、比較
的低い噴射率で燃料噴射が行われる。

それに続く主噴射段階Ｔ２では、噴射率が急激に上昇し
て所定の最高値に達し、その状態が継続する。後期噴射
段階Ｔ３では、噴射率が急激に下降して噴射が停止する
。

このような特性の噴射を行うために、第１図の各部は次
のように作動するように構成されている。

針弁開放動作の初期段階Ｔｌにおいて、針弁２０が燃料
に対して絞り作用を及ぼしながら全開位置（先端が弁座
２４に着座する位置）から全開位置（針弁２０の大径基
端部がインターピース７の端面に当接する位置）まで移
動する。この動作では、燃料高圧管１３に近い油圧室２
７の油圧の方が作動室２６の油圧よりも時間的に先行し
て上昇し、同一の時間では、油圧室２７の油圧が作動室
２６の油圧よりも高くなる。又、作動室２６は噴口３１
に近接している。しかも、針弁２０の開度が次第に増加
するので、作動室２６の圧力上昇率（単位時間当りの圧
力上昇値）は油圧室２７の圧力上昇率よりも低い。

これらの理由等により針弁２０の開放動作は規制され、
比較的低速で移動する。その結果、初期段階では低い噴
射率で噴射が行われる。但し、噴射圧力はノズルスプリ
ング２５の弾力と差動ピストン２に加わる油圧荷重との
和に対応するので、従来のように、差動ピストン２３を
備えていない装置、すなわち、ノズルスプリングだけで
針弁を閉鎖する構造に比べ、一般に、噴射開始時に噴口
３１へ供給される燃料の圧力は高（なり、高圧で燃料が
噴射される。

上記初期段階Ｔ１が終了して針弁２０が全開位置に達す
ると、針弁２０の開度は増加しない（すなわち、ノズル
部の流路面積や流量係数が燃料の流通を促進する方向に
は変化せず）、又、燃料高圧管１３から供給される燃料
の油圧及び量はその後も増加する。しかも、初期段階Ｔ
１が終了した段階では、それまでの針弁２０での絞り動
作の結果、針弁２０よりも上流側の油圧は高められてい
る。それらの結果、初期段階ＴＩが終了すると、高圧の
燃料が噴口３１へ流れ、噴口３１での燃料噴射圧力及び
燃料噴射率は所定の最大値まで急激に上昇し、所定時間
にわたって維持される。

主噴射段階Ｔ２は、燃料噴射弁に対する供給圧力が低下
することにより終了する。この段階では、油圧室２７の
油圧とノズルスプリング２５の弾力とにより針弁２０は
閉鎖方向へ速やかに移動させられ、その結果、主噴射終
了後は急激に燃料噴射動作が停止する。すなわち、後だ
れの無い状態で噴射動作を終了できる。但し、針弁２０
が閉鎖位置の直前まで移動した時点では、油圧室２７の
油圧室の油圧も著しく低下しているので、針弁２０は概
ねノズルスプリング２５の力だけで弁座２４に着座する
。従って針弁２０が弁座２４に衝突する力は小さく、そ
の結果、針弁２０や弁座２４の摩耗や破損は効果的に防
止される。

更に上記一連の動作において、差動ピストン２３はばね
受は延長部２２に対して僅かに半径方向に移動でき、従
って、差動ピストン２３は、それ単独で、差動ピストン
ボディ１１との摺動抵抗が最も少ない位置へ半径方向に
移動できる。従って、差動ピストン２３は円滑に作動す
る。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明では、差動ピストン２３とば
ね受は延長部２２とを別体に構成し、又、差動ピストン
ボディ１１を弁本体６と別体に構成したので、差動ピス
トン２３の動作の円滑化を図るとともに、差動ピストン
２３及び差動ピストンボディ１１の摩耗を効果的に防止
できる。更に、差動ピストン２３及び差動ピストンボデ
ィ１１に加工や仕上げを施す際に、それぞれ、単独の部
品として取り扱うことができるので、それらの作業も簡
単である。

又、図示の実施例の構造では、第２図に示す前述の噴射
率変化特性を得ることができ、又、噴射圧力を高めるこ
とができる。しかも、閉弁動作における針弁２０と弁座
２４との衝突力を小さく設定できる。従って、エンジン
の運転性能を向上させることができ、しかも耐久性に優
れた燃料噴射弁を得ることができる。

又、燃料噴射動作の初期段階で低噴射率の燃料噴射を行
うようにしたので、前記特願昭６０−１２２２６９号に
記載の構造のように、噴射動作の開始と同時に噴射率を
急激に上昇させるための構造（すなわち、通路全体の容
積を増大させて容積相殺効果を得るための工夫）は不要
であり、その結果、本発明では、燃料通路全体の容積を
、通路抵抗などに悪影響が出ない範囲で極力小さくして
通路による蓄圧作用を排除し、噴射動作を正確に制御す
ることが可能となる。

［別の実施例］ 上述の構造では、針弁開閉方向（中心線Ｏ−０°と平行
な方向）に延びる延長部２２と差動ピストン２３とが別
体の部品で形成されている。両者は簡単な構造の凹凸嵌
合部で連結されており、差動ピストン２３は延長部２２
から針弁開閉方向に離れ得る状態にある。又、差動ピス
トン２４はをばね受け２１とその延長部２２を挾んで針
弁２０と反対側に位置している。このような構造を、溢
流型噴射装置に採用すると、噴射動作の応答性に関して
次のような不具合が生じる可能性もある。

すなわち、溢流型噴射装置では必然的に吸戻行程が存在
する。そのために、第１図の構造をそのまま使用すると
、吸戻行程において油圧室２７が負圧状態となり、差動
ピストン２３が単独で人口金具１２側へ浮き上がってし
まい、その状態で次の燃料噴射サイクルが開始される。

その結果、油圧室２７に燃料の圧力波が到達しても、そ
の直後は、差動ピストン２３が延長部２２側へ空走する
だけであり、差動ピストン２３が延長部２２に連結した
後でなければ、差動ピストン２３は実質的な燃料燃料制
御動作を開始しない。従って、外部からの燃料供給動作
に対する針弁２０の開放動作に遅れが生じ、又、このよ
うな遅れは、特に高速運転状態において問題となる。

その様な問題を解決するためには、第１ａ図の構造を採
用する。

第１ａ図において、差動ピストン２３に面する入口金具
１２の端面中央部には、環状の切り欠き２８が設けてあ
り、その切り欠き２８．と油圧室２７とに補助スプリン
グ２９（圧縮コイルスプリング）が設けである。補助ス
プリング２９は弱い圧縮コイルスプリングで、両端が差
動ピストン２３の端面と切り欠き２８の環状底部（段部
）とにそれぞれ着座しており、上述の如く差動ピストン
２３が延長部２２から離れて浮き上がることを防止する
。従って、第１ａ図の構造では、燃料噴射ポンプからの
燃料供給動作に対して針弁２０の動作に遅れが生じるこ
とを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の断面図、第１ａ図は本発明の別
の実施例の断面部分図、第２図は第１図の実施例の燃料
噴射弁の噴射特性を概略的に示す示すグラフである。５
・・・弁本体組立体、６・・・弁本体、８・・・ノズル
ボディ、１１・・・差動ピストンボディ、２０・・・針
弁、２１・・・ばね受け、２２・・・ばね受は延長部、
２３・・・差動ピストン、２５・・・ノズルスプリング
、２６・・・作動室、２７・・・油圧室、３０・・・燃
料通路、３１・・・噴口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．　先端にノズルボデイを有する概ね筒状の弁本体組
   立体を設け、弁本体組立体の内部に、ノズルボデイの噴
   口を開閉する針弁と、針弁を閉鎖方向に付勢するノズル
   スプリングと、針弁に連結する差動ピストンと、外部の
   高圧油供給通路の出口から上記噴口まで延びる燃料通路
   と、針弁に開放方向の油圧を及ぼすための作動室と、差
   動ピストンに針弁閉鎖方向の油圧を及ぼすための油圧室
   とを設け、上記作動室と油圧室を上記燃料通路に連通さ
   せ、上記ノズルスプリングのばね受けに延長部を設け、
   該延長部を上記差動ピストンと別体の部品で形成し、上
   記延長部の端部を上記差動ピストンに対して半径方向の
   僅かな相対移動を許容する状態で連結し、弁本体組立体
   の上記差動ピストンを収容する部分と上記延長部を収容
   する部分とを別体の部品で形成したことを特徴とする内
   燃機関の燃料噴射弁。
2. ２．　針弁開放動作の初期段階において、針弁が燃料に
   対して絞り作用を及ぼしながら全閉位置から全開位置ま
   で移動し、上記初期段階が終了して針弁が全開位置に達
   すると、上記初期段階での燃料噴射率の増加率よりも高
   い増加率で燃料噴射率が最高値まで上昇するようにした
   請求項１記載の内燃機関の燃料噴射弁。
3. ３．　上記差動ピストンの針弁閉鎖方向の付勢手段とし
   て、上記油圧室の油圧だけを使用した請求項１又は２記
   載の内燃機関の燃料噴射弁。
4. ４．　上記差動ピストンをばね受けとその延長部を挾ん
   で針弁と反対側に位置させ、差動ピストンとそれに隣接
   する延長部の端部を上記開閉方向に沿って互いに離れ得
   る方向に連結し、差動ピストンに該ピストンを針弁閉鎖
   方向に付勢する補助スプリングを連結した請求項１又は
   ２記載の内燃機関の燃料噴射弁。