JPH01267352A - 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、燃料噴射率を可変としたディーゼルエンジン
用燃料噴射弁するものである。

（従来の技術） 一般に良く知られたディーゼルエンジン用燃料噴射弁は
自動弁であり、第５図に示すよう？こ弁本体１０１内下
部にあけた摺動孔１０２に先端針弁１０４が噴口１０６
付近の弁座１０７に接する針弁体１０３を設け、これを
シート１０９を介して弁ばね１０８にて下方に押圧する
ようにしたものである。

通路１１０に流入し、針弁体１０３の受圧部１０５の下
端に加わった燃料油の圧力Ｐに上り針弁体１０３を押し
上げようとし、面積（ｘ−ｙ）Ｘ圧力Ｐの力が前記ばね
１０８が針弁体＋０３を押し下げようとする力を越える
と、針弁体１０３は上方に移動して、針弁１０４が弁座
１０７から離れて開弁し、噴口１０６から燃料油が噴射
される。

これにより、針弁体１０３の受圧面積が（ｘ−ｙ）から
Ｃｘ）へと増大し、燃料油の圧力は針弁体＋０３の下面
にも掛かるので、針弁体１０３を上方に押しあげる力は
増大して、前記摺動孔上端１０Ｊａに針弁体１０３の上
端１０３ａが衝突するまで急速に上昇する。

これを第６図により説明すると、同図ＡないしＤは各々
時間を横軸にとって、同図Ａは縦軸に燃料噴射ポンプか
ら燃料通路１１０内への送油による通路内圧力の変化を
、同図Ｂは燃料通路内圧力により針弁体１０３を押し上
げる力とばね１０８により針弁体１０３を押し下げる力
を、同図Ｃは針弁体１０３の揚程を、さらに同図りは燃
料噴射率の変化を各々示している。

前記の如く燃料噴射ポンプからの送油によって燃料通路
内圧力はＰｏよりＰ、Ｊこ向かって上昇し、この圧力が
前記のように針弁体１０３の受圧部１０３ａに加わる。

このときの受圧面積は（ｘ−ｙ）であるから、針弁体１
０３を押し上げる力Ｆ１はＰ＋Ｘ（ｘ　　ｙ）である。

一方、ばね１０８が針弁体１０３を押し下げる力はＦ、
となるように設定しであるので、通路内圧力がＰ、より
高まれば、針弁体１０３はばね１０８の押し下げる力Ｆ
、に抗して上昇する。このとき針弁１０４の下面にもＰ
ｌなる圧力が加わり、針弁体１０３を押し上げる力はＦ
ｔ＝Ｐ＋ｘｘと急激に増大し、針弁体１０３を急加速し
、その上端が摺動孔１０２の上端１０ＪＦａに衝突する
まで、針弁体１０３のり。からり、までの揚程は急速に
行われる。ここで、時間差Ｔ。とＴ、は針弁体の質量に
よる加速遅れによるものである。

上記針弁体】０３の揚程によってばね１０８の押し下げ
る力は、ＦｌからＦ３と増大するが、このとき針弁体１
０３を押し下げる力は第６図Ｂの実線に示す如く、ばね
１０８による押し下げ力Ｆ３より大きく、針弁体１０３
は全揚程を保つ。

燃料の噴射路わりに近づくと、通路１１０内の圧力はＰ
、となり、このとき針弁体１０３を押し上げる力Ｆ３は
Ｆ３＝Ｐ！ＸＸとばね１０８が針弁体１０３を押し下げ
る力Ｆ、とが等しくなる。

燃料通路内圧力の低下とともに、針弁体１０３はばね１
０８の力によって押し下げられ、時間Ｔ、で圧カガＰ、
になると、針弁体１０３を押し上げる力はＦ＋＝ＰｓＸ
ｘで前記Ｆ、以下となり、針弁体１０３の揚程は、Ｌｏ
となって針弁は閉じる。

従って、針弁１０４の閉弁時の燃料通路内圧力Ｐ３はＰ
　＋　／　ｘとなり、開弁時の圧力Ｐ１はＰ　＋　＝　
Ｆ　＋／　ｘ　−ｙより低くなり、閉弁時の燃料噴射率
を低下させる。

実際には、ばね１０８は質量をもった針弁体■０３を加
速して閉弁することとなり、閉弁は時間Ｔ、ではなく、
加速遅れを生じ、時間Ｔ、で行われ、この加速遅れの間
に燃料通路１１０内の圧力は更にＰ４と低下するのであ
る。従って、燃料通路内圧力に比例する前記燃料噴射率
は第６図りに示すように燃料の噴射路わりでは必然的に
小さくなるのである。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、噴射始めに高い燃料噴射率で噴射された燃料
は、ディーゼルエンジンの燃焼室内において急激に燃焼
して圧力上昇率を高め、いわゆるディーゼルノックによ
る燃焼騒音を発生するとともに、燃焼最高圧力の上昇と
、これに伴う燃焼温度の上昇をもたらし、これにより有
害なＮＯＸを生成し易くなる。

又、噴射路わりにおける燃料噴射率の低下とこれによる
燃料噴射時間の増大、並び？こ噴射圧力の低下による燃
料噴霧の粗大化は、いわゆる後燃え現象を発生し、この
不完全燃焼による有害な黒煙、Ｃ０１ＨＣの発生の原因
となるばかりでなく、熱効率を低下させている。

これに対し、針弁体１０３の質量を軽減して前記加速遅
れを短縮させることも行われているが、根本的な性能改
善に到っていない。

本発明は上記に鑑み、燃料噴射弁において、燃料噴射初
めの燃料噴射率を低く、且つ噴射路わりの燃料噴射率を
高め、併せて燃料噴射期間を短縮させ、前記ＮＯＸ、Ｇ
Ｏ及びＨＣの減少と熱効率の向上を目的として発明され
たものである。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明燃料噴射弁は、弁体下
部４にあけた摺動孔ｌＯに、針弁１４が噴ロア付近の弁
座８に接し、上端をばね２１により下方に押圧される針
弁体１２を配設し、且つ該針弁体１２の上方に蓄圧室１
２を形成し、該蓄圧室！２に前記弁座８に通ずる燃料通
路２’３，２２゜９を絞り１９．２７を介して連通した
ことを特徴とする。

（作　用） 上記構成により、燃料噴射初めの燃料通路内圧力の上昇
による開弁時には、針弁体１２の揚程により蓄圧室１８
内の燃料を圧縮して圧力を高め、これによって針弁体１
２の開弁速度を下げ、燃料噴射率を低下させる。そして
、エンジンの燃焼室内においては燃焼初期の熱発生率を
下げ、燃焼圧力の上昇率を低下せしめる。

燃料噴射路わりの閉弁時には、蓄圧室内圧力は絞り１９
．２７を通じて燃料通路内圧力によって高められており
、これが針弁体１２の上端に加わって、ばね２Ｉと協動
して針弁体１２の針弁■４が弁座８に接して閉弁させる
。　上記閉弁開始時の燃料通路内圧力は、開弁終了時の
より６高くなり、閉弁終了時の燃料通路内圧力を高める
ことによって、燃料噴射路わりにおいて噴ロアから噴射
される噴霧の粒径を小さくし、ディーゼルエンジンにお
ける燃焼状態が改善される。又、これとともに、閉弁時
における高圧噴射は、燃料噴射率を高めて後燃えを回避
させ、黒煙、ＣＯ及びＨＣの排出量を減少せしめ、更に
サバナサイクルの等容度を高めることになり、ディーゼ
ルエンジンの熱効率が改善される。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

とは本発明燃料噴射弁の弁体で、弁体上部２と、これに
ねじ結合するナツト体３と、該ナツト体３内に装入され
た弁体下部４及び蓄圧室カバー５と、前記弁体上部２に
ねじ結合するストッパ６とからなる。

前記弁体下部４には、先端に噴ロア及びこれに接近して
弁座８を形成し、該弁座８に通ずる燃料通路９をあける
とともに、軸心には後記針弁体Ｉ２が摺動する摺動孔ｌ
Ｏがあけられている。なお、前記燃料通路９における前
記弁座８の手前付近は、水平方向に拡大して作用室１１
を構成している。

前記針弁体１２は、断面積Ａ＋の摺動部１３の下方に一
体的に前記弁座８に接する断面積Ａ、の針弁１４を形成
し、またその上方に断面積Ａ、の小径部１５及び押し棒
１６を、これも一体的に設けてなるものである。

上記針弁体１２は、前記摺動部１３を前記弁体下部４の
摺動孔１０に、又前記小径部１５を前記蓄圧室カバー５
の軸心にあけた止まり孔１７に各々嵌入され、前記針弁
１４が弁座８に接したとき、前記針弁体１２の摺動部１
３の上端１３ａと、前記蓄圧室カバー５の下端５ａとの
間に、蓄圧室１８を形成している。なお、１９は前記摺
動部Ｉ３の側面に形成された絞り溝で、前記作用室１１
と蓄圧室１８を連結するものである。

針弁体１２の前記押し棒１６の上端はぐ前記弁体上部２
内でばねシート２０を介して、該ばねシート２０と前記
ストッパ６の間に設置されたばね２１により下方に押圧
する力を受け、前記針弁１４を首記弁座８に圧接してい
る。

２２は前記蓄圧室カバー５にあけられた燃料通路で、前
記弁体上部４にあけた燃料通路９及び前記弁体上ＫＳ２
に形成された燃料通路２３に通じ、該燃料通路２３は燃
料噴射ポンプ（図示せず）に連絡されている。なお、２
４は前記ストッパ６にあけたリーク孔である。

次に上記実施例の作動を説明する。

燃料噴射ポンプ（図示せず）からの燃料が前記燃料通路
２３．２２および９に流入すると、燃料通路内圧力は第
２図Ｐ０から上昇し始める。このとき作用室１１に絞り
溝１９を介して通じた蓄圧室１８内の圧力もＰｏで、該
蓄圧室１８内の圧力上昇率は上記絞りＷＩｔ１９のため
、第２図点線のようにＰｏＰｔと低い。

燃料通路内圧力がＰ、に達すると、第２図Ｂに示すｆ　
＋＝　Ｐ　＋Ｘ　（Ａ　＋　　Ａ３）なる力で、ばねの
力ｆｌ−ｆ！と蓄圧室１８内圧力ｒ　ｔ−Ｐ　ｔ　Ｘ　
（Ａ　＋−Ａ３）なる力に抗して針弁１４を開弁じよう
とし、Ｐ、を超えると針弁１４は弁座８から離れて開弁
し、噴ロアから燃料の噴射を開始する。

開弁と同時に針弁体１２の受圧面積は（Ａ　Ｉ−八、）
からＡ、に増大し、これにより針弁体１２を押し上げよ
うとする力は、第２図Ｂのｆｓ−Ｐ＋ｘＡ、と増大し、
この力ｆ、によって針弁体Ｉ２の上昇を加速し、速度を
早めながらり。−ｔｌの期間において１゜−１，にまで
揚程を高めるのである。

上記針弁体Ｉ２の揚程増加とともに、蓄圧室Ｉ８内の燃
料は圧縮され、該蓄圧室１８内の圧力は第２図Ａにおい
てＰ？　　Ｐ３　　Ｐ４と順次高まり、揚程途中（時間
ｔ２ＪのＰ３の圧力では、Ｐ＋Ｘ（Ａ、−Ａ３）＋ばね
２１の力　ｆ　４　”　ｆ　ｓ　＝Ｐ　ｓ　Ｘ　Ａ　Ｉ
となり、蓄圧室１８内圧力の上昇によって針弁体１２の
揚程の増加は制限される。このときの針弁体１２の揚程
は第２図Ｃの１．で、燃料通路内圧力がＰ、に達するま
での燃料噴射率は燃料通路内圧力と、針弁体１２の揚程
も小さいので゛、第２図りにおけるｒｏ−ｒｌに示され
るように低い。

更に、燃料通路内圧力が高まると、蓄圧室１８内の燃料
とばね２１は更に圧縮され、時間ｔ、では　ｐ　ｅ　Ｘ
　Ａ　Ｉ　＝　ｒ　ｅ　＝　ｐ　４ｘ　（Ａ　Ｉ　−Ａ
　３　）十ばね２１の力　ｆ７なる状態となり、燃料通
路内圧力がＰａを超えると、前記小径部１５の上端１５
ａが止まり孔１７の上端１７ａに接し、第２図Ｃの１、
以上に揚程を増加することはできない。

燃料噴射率は第２図りに示されるように、時間ｊｔ　　
ｊｔ間においてｒｌ−ｒｔと従来の燃料噴射弁と比較し
て低い。

この後、燃料通路内圧力は第２図Ａに示すように更に高
まるので、針弁１４を開弁じようとする力も第２図Ｂの
ように高まり、針弁Ｉ４は開弁を続けるが、蓄圧室１８
には絞り溝１９を通じて燃料通路９の作用室１１内の高
圧の燃料が供給され、蓄圧室１８内の圧力を高め続ける
。

蓄圧室１８内の圧力が上昇し続ける一方、燃料噴射終わ
りに近づき燃料通路内圧力が低下し始める。この過程に
おいて開弁じようとする力　ｆ８−Ｐ　？　Ｘ　Ａ　ｌ
と、閉弁しようとする力　Ｐ　ｅＸ　（Ａ　＋−Ａ、）
十ばね２１の全揚程時の力　ｆｔ＝ｆａの両者が等しく
なるｔ３の時点で針弁１４の開閉の力がバランスし、こ
れ以降、燃料通路内圧力の低下に伴ない針弁体１２の揚
程は低下し続ける。これによりばね２１が針弁体１２を
押し下げるので、蓄圧室Ｉ８の体積は増大し、蓄圧室１
８内の圧力は低下し、針弁１４を開こうとする力も低下
し続ける。

針弁１４を開弁しようとする力Ｐ　ｓ　ｘ　Ａ　＋　”
　ｆ　ｅが、閉弁しようとする力Ｐ　＋ｏＸ　（Ａ　Ｉ
Ａ３）＋ばね２１の全閉時の力ｆ＋　　ｆｙ＝ｆ＊とが
バランスしたｔ４の時点で針弁１４は閉じようとするが
、針弁１４の質量によるｔ４　ｔｓ間の加速遅れを生じ
、ｔ、の時点で閉弁する。この間に燃料通路内圧力はＰ
ＩＩにまで低下する。しかしながら、この圧力ＰＩＩは
、前記蓄圧室１８と絞り溝１９の作用により従来公知の
ものに比較して極めて高く、燃料噴射終わりの期間にお
ける燃料噴霧の粒径を小さくするのみでなく、燃料噴射
率の向上゛を可能とした。

燃料噴射終了後において、蓄圧室１８内の燃料は燃料通
路内圧力の低下に応じて溢流し続け、第２図Ａに示すよ
うに、ｔ６の時点でＰｏと、燃料噴射開始以前の圧力に
まで低下し、次の燃料噴射に備える。

第３図、第４図に他の実施例を示すが、第１図と同一の
記号、符号のものは同一部品を表すものとして説明する
と、第３図のものでは、第１図における蓄圧室カバー５
がなく、弁体上部２が直接弁体下部４の上に接し、ナツ
ト体３により結合されている。又、針弁体１２の小径部
１５をなくし、且つ蓄圧室１８は前記針弁体１２の摺動
部１３の上面と弁体上部２の下面２ａの間、押し棒１６
とその挿通孔２５との間及び弁体上部２の中に形成され
た断面角ばね２１’　とばねシート２０の収納室２６に
より形成されている。また、第１図における絞り溝１９
に代わり、燃料通路２３と前記挿通孔２５との間に校り
２７を形成している。

２８は、ストッパ６に形成したリーク孔２４にねじ結合
された空気抜き弁である。又、前記ストッパ６の中心に
突出部６ａを形成し、針弁１４が閉じているとき、ばね
シート２０の上面との間に、針弁体１２の摺動部１３上
面１３ａと弁体上部２下面２ａの間の距離より小さい、
針弁体１２の全揚程時にのみ接する隙間ｄを設けている
。

第４図に示す例は、ばね２Ｉが丸断面である以外、基本
的には第３図に示す例と同様であり、リーク孔１９°に
ねじ２９により進退するニードル弁３０が挿入され、そ
の断面積を変化できるようになっているところが異なる
のみである。

上記構成になる第３図、第４図の実施例では、燃料噴射
ポンプから送油されて燃料通路内圧力がＰＯからＰ、に
高まると、絞り２７から燃料が供給されて蓄圧室１８内
の圧力も第２図においてＰｏからＰ、と高まる。

開弁しようとする力は、第２図Ｂに示すｆ＋−Ｐ　＋Ｘ
　（Ａ　＋　　Ａｔ）で、摺動部１３の上面の全面で蓄
圧室Ｉ８内の圧力を受け、蓄圧室１８内圧力Ｐ　ｔｘ　
Ａ　＋なる力と、ばねの力ｆ＋　　ｆｔに抗して針弁Ｉ
４を開弁じようとする。燃料通路内圧力がＰｌを超える
と針弁１４は弁座８から離れて開弁じ、噴ロアから燃料
の噴射を開始する。

開弁と同時に針弁体１２の受圧面積は（Ａ、−Ａｔ）か
らＡ、に増大し、これにより針弁体１２を押し上げよう
とする力は、第２図Ｂのｆ、＝Ｐ、ｘＡ１と増大し、こ
の力ｆ３によって針弁体１２の上昇を加速しながら揚程
を高める。

−Ｆ記針弁体１２の揚程増加とともに、蓄圧室１８内の
燃料は圧縮されて圧力は第２図Ａのように高まり、揚程
途中（時間１１）のＰ３の圧力では、Ｐ　３　Ｘ　Ａ　
＋＋ばね２１の力　ｆ４＝ｆｓが針弁１４を開こうとす
る力　ｒ〕、×△１　と等しくなり、針弁体１２の揚程
の増加は制限される。

更に、燃料通路内圧力が高まると、蓄圧室１８内の燃料
とばね２Ｉは更に圧縮され、時間り、では　Ｐ＠×ＡＩ
＝ｆ６＝Ｐ４ＸＡ１＋ばね２１の力ｆ７となり、燃料通
路内圧力がＰ６を超えると、ばねシート２０の上端はス
トッパ６の突出部６ａ下端と接して間隙ｄがゼロとなっ
て、第２図Ｃの１を以上に揚程を増加することはできな
い。

この後、燃料通路内圧力は第２図Ａに示すように更に高
まるので、針弁１４を開弁しようとする力も第２図Ｂの
ように高まり、針弁１４は開弁を続けるが、蓄圧室１８
には絞り２７を通じて燃料通路２３．２２及び９内の高
圧の燃料が供給され、蓄圧室１８内の圧力を高め続ける
。

蓄圧室１８内の圧力が上昇し続ける一方、燃料噴射路わ
りに近づき燃料通路内圧力が低下し始めて、開弁しよう
とする力　ｆ　ａ＝　Ｐ　ｔｘ　Ａ　Ｉと、閉弁しよう
とする力　Ｐ　、Ｘ　Ａ　、＋ばね２Ｉの全揚程時の力
　ｆ、−ｆ、の両者が等しくなるｔ３の時点で針弁１４
の開閉の力がバランスし、これ以降、燃料通路内圧力の
低下に伴ない針弁体１２の揚程は低下し続ける。これに
よりばね２１が針弁体１２を押し下げるので、蓄圧室■
８の体積は増大し、蓄圧室１８内の圧力は低下し、針弁
１４を開こうとする力も低下し続ける。

針弁１４を開弁しようとする力ｐ　ｅ　Ｘ　Ａ　Ｈ−ｆ
　ｅが、閉弁しようとする力Ｐ　、、ｘ　Ａ　、＋ばね
’２１の全開時の力ｆ＋　　ｆｔ−ｆｓとがバランスし
たｔ４の時点で針弁１４は閉じようとするが、針弁Ｉ４
の質量による加速遅れを生じ、ｔ、の時点で閉弁する。

燃料噴射終了後において、蓄圧室１８内の燃料は燃料通
路内圧力の低下に応じて絞り２７より溢流し続け、第２
図Ａに示すように、ｔ８の時点でＰａとなる。

第４図に示すものでは、前記ニードル弁３０をねじ２９
によりリーク孔１９°内で進退することにより、首記蓄
圧室１８内の圧力を調整でき、燃料噴射弁の特性を変更
し得るものである。

（発明の効果） 本発明は上述の如く、弁体下部にあけた摺動孔に、針弁
が噴口付近の弁座に接し、上端を弁ばねにより下方に押
圧される針弁体を配設し、且つ該針弁体の上方に蓄圧室
を形成し、該蓄圧室に前記弁座に通ずる燃料通路を絞り
を介して連通したので、燃料噴射初めにおける燃料噴射
率を低下させ、これによりディーゼルエンジンの燃焼室
内において熱発生率を下げて燃焼させ、燃焼圧力Ｆ昇率
を低下させて燃焼騒音を低くし１、且っＮＯＸの生成量
を減少せしめることができる。

又、噴射路わりの燃料噴射率を高め、併せて燃料噴射期
間を短縮させて、ディーゼルエンジンの燃焼における後
燃えの発生を抑制せしめ、黒煙、ＣＯ及びＨＣの減少と
熱効率の向上を図ることができる効果がある。叉、本発
明の燃料噴射弁は構造が簡単で、安価に製造し得る効果
もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明燃料噴射弁の縦断面図、第２図は同性能
曲線図、第３図は本発明燃料噴射弁における他の実施例
の縦断面図、第４図は本発明燃料噴射弁における更に他
の実施例の部分的縦断面図第５図は従来の燃料噴射弁の
縦断面図、第６図は同性能曲線図である。 ｌ；弁体、２：弁体上部、３；ナツト体、４；弁体下部
、５；蓄圧室カバー、 ６；ストッパ、７：噴口、８；弁座、 ９．２２，２３．燃料通路、ｌＯ；摺・勤口、ｌｌ：作
用室、！２．針弁体、１３；摺動部、１４；針弁、＋５
．小径部、１６．押し棒、１７；止まり孔、＋８．蓄圧
室、１９；絞り溝、２０：ばねシート、２１．ばね、 ２４．２４°　；リーク孔、２６；ばね収納室、２７；
絞り、２８；空気抜き弁、 図面の淳Ｘ（内容に変更、な−） Ｍｌ　　図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６３年特願第９６６１５号 ２、発明の名称　燃料噴射弁 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　川崎市川崎区渡田向町８番２号昭和６３年０
７月乙　日 （発送口　昭和６２年０７月２乙日） ５、補正の対象　　図　面 ６、補正の内容

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）弁体下部にあけた摺動孔に、針弁が噴口付近の弁座
   に接し、上端をばねにより下方に押圧される針弁体を配
   設し、且つ該針弁体の上方に蓄圧室を形成し、該蓄圧室
   に前記弁座に通ずる燃料通路を絞りを介して連通したこ
   とを特徴とする燃料噴射弁。