JPH0286953A

JPH0286953A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JPH0286953A
Application number: JP63234732A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kanesaka; 兼坂　弘
Original assignee: Kanesaka Gijutsu Kenkyusho KK
Current assignee: Kanesaka Gijutsu Kenkyusho KK
Priority date: 1988-09-21
Filing date: 1988-09-21
Publication date: 1990-03-27
Also published as: GB2223273A; US4993637A; GB8920961D0; FR2636675A1; DE3931285A1

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
用燃料噴射弁に関するものである。

（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３図に示すように弁本体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。

図示しない燃料噴射ポンプから圧送された燃料が燃料通
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により針弁体１０３を押し上
げようとし、面積（ｘ−ｙ）×圧力Ｐの力が前記ばね１
０８が針弁体１０３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１
０７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（Ｘｙ）から（
ｘ）へと増大し、燃料油の圧力は針弁体１０３の下面に
も掛かるので、針弁体＋０３を上方に押しあげる力は増
大して、前記摺動孔上端１０２ａに針弁体１０３の上端
１０３ａが衝突するまで急速に１−昇する。

これを第４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Ｐ。よりＰ、に向かって上昇し、この圧力が前
記のように針弁体＋０３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１０
３を押し」−げる力Ｆ１はｐ、ｘ（ｘ−ｙ）である。

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Ｆ１
に抗して」１昇する。このとき針弁１０４の下面にもＰ
、なる圧力が加わり、針弁体！０３を押し」―げる力は
Ｆ　２　”＝　Ｐ　ＩＸ　ｘと急激に増大し、針弁体１
０３を急加速し、その上端が摺動孔１０２の上端＋０２
ａに衝突するまで、針弁体１０３のＩ７ｏからり、まて
の揚程は急速に行イつれる。ここて、時間差Ｔ。とＴｌ
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１０ｇ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４図Ｂの実線に示ず如く、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。

燃料の噴射終わりに近づくと、通路＋１０内の圧力はＰ
２となり、このとき針弁体１０３を押し」−げる力Ｆ３
はＦ３＝Ｐ、Ｘｘとばね１０８が針弁体１０３を押し下
げる力Ｆ３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Ｐ３
になると、針弁体＋０３を押し」二げる力はＦＩ−Ｐ３
×ｘで前記Ｆ３以下となり、針弁体１０３の揚程は、■
、。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Ｆ
　＋　／　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１０３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Ｔ３で行われ、この加速遅れの間
に燃料通路＋１０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４図りに示すように燃料の噴射終わりでは必然的に
小さくなるのである。

また、前記針弁１０４の開弁後は、噴口１０６は燃料噴
射の際に絞りとして作用するから噴口径の設定は難しく
、エンジンの中速回転時に最適のときには燃料噴射ポン
プからの送油率が低い低速では燃料噴射の最高圧力は低
くなり過ぎ、高速では高過ぎることになる。

（発明が解決しようとする問題点）前記の如く噴射始めに高い燃料噴射率で噴射された燃料
は、ディーゼルエンノ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」１昇をもたらし、これにより
有害なＮＯＸを生成し易くなる。

又、噴射終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、並びに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、Ｃｏ、ＨＣ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。

また、前記噴口１０６の絞りに関連して、エンジンの低
速回転における噴射圧力の低下は噴射された燃料噴霧粒
子を粗大化させ、燃焼効率を低下させる一方、高速回転
においては噴射圧力は高過ぎて燃料噴射ポンプの応力を
高め、燃料噴射ポンプの吸収馬力の過度の増大となり、
これによる損失は燃焼改善の効果を」−回るから、全体
として根本的な熱効率の改善が成されないことになる。

本発明は上記に鑑み、燃料噴射弁において、燃料噴射初
めの燃料噴射圧力を低速回転では高く、高速回転では低
くして、低噴射量では高く、高噴射量ては低くなるよう
調節し、本質的に燃料噴射量及びエンジン回転速度の変
化に伴う噴射圧力の変化を最小とし、且つ噴射路わりの
燃料噴射圧力を調節し、高めることによって燃料噴射率
を高め、併せて燃料噴射期間を短縮させ、前記ＮＯＸ、
ＣＯ及びＨＣの減少と熱効率の向上を図ることを目的と
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
部にあけた摺動孔に、針弁が噴口付近の弁座に接し、」
１端をばねにより下方に押圧される釧弁体を配設し、且
つ該針弁体の」三方に蓄圧室を形成するとともに、前記
弁座に通ずる燃料通路と該通路から分岐して前記蓄圧室
に通ずる連通路を形成し、該連通路に開閉時期を調節し
うる電磁調節弁を設けたものである。

（作　用）一ヒ記構成により、燃料噴射量めの燃料通路内圧力の上
昇による開弁時には、針弁体１１の揚程により蓄圧室１
５内の燃料を圧縮して圧力を高め、これによって針弁体
１１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。

また、電磁調節弁２４の開弁時期を遅らせることにより
蓄圧室１５内の圧力を高め、開弁圧力を高めることによ
って燃料噴射最高圧力を高め得るものである。

燃料噴射終わりの閉弁時には、電磁調節弁２４を開弁じ
、燃料通路２０．８内圧力を蓄圧室１５内に導入して針
弁体１１の上下の圧力を同一とすることにより、針弁体
１１はばね１９によって加速され、閉弁する。閉弁開始
圧力は電磁調節弁２４の開弁時期を変化させることによ
って調節され、上記閉弁開始時の燃料通路内圧力は、開
弁終了時の圧力よりも高くなるように調節することが可
能である。針弁体１１の閉弁終了時の燃料通路内圧力を
高めることによって、燃料噴射終わりにおいて噴口〇か
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。

また」二連の如く、針弁体１１の開閉時期を調節し、エ
ンジンの低速時においても針弁体１１の開閉弁圧を高め
、特に閉弁時における高圧噴射を行わせることによって
、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、更にサバテザイクルの等
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。

Ｉ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と、前記弁体上部２にねじ結合するストッ
パ５とからなる。

前記弁体下部４には、先端に噴口６及びこれに接近して
弁座７を形成し、該弁座７に通ずる燃料通路８をあける
とともに、軸心には後記針弁体ＩＩが摺動する摺動孔９
があけられている。なお、前記燃料通路８における前記
弁座７の手前で、水平方向に拡大して作用室１０が構成
されている。

前記針弁体１１は、断面積Ａ、の摺動部１２の下方に一
体的に前記弁座７に接する断面積Ａ、の針弁１３を形成
し、また上方に押し棒１４を一体的に設けてなるもので
ある。

上記針弁体１１は、前記摺動部１２が前記弁体下部４の
摺動孔９に嵌入され、前記針弁１３先端が弁座７に接し
たとき、前記針弁体ＩＩの摺動部１２の上端１２２Ｌと
、前記弁体上部２の下端２ａとの間に、蓄圧室１５を形
成している。

針弁体１１の前記押し棒１４は弁体上部２にあυた燃料
通路を兼ねた貫通孔１６を挿通して上に延び、その上端
は、前記弁体上部２上方にあけたばね穴１７内でばねシ
ート１８を介して、該ばねシート１８と前記ストッパ５
の間に設置されたばね１９により下方に押圧する力を受
け、前記針弁１３を前記弁座７に圧接している。なお、
前記針弁体１３の開弁時には前記針弁体１１の摺動部１
２の上端１２ａと弁体上部２の下端２ａは接することな
く、該針弁体１１の揚程はばねシート１８とストッパ５
との間隙Ｎ、によって規定される。

２０は弁体上部２にあけた燃料通路で、一端は前記弁体
下部４にあけた燃料通路８に通ずるとともに、他端は弁
体上部２の突出部２１に形成した図示しない燃料噴射ポ
ンプとの連結口２２に通ずるよう形成されている。

２３は連通路で、前記弁体」一部２の突出部２１のほぼ
中央部において前記燃料通路２０から分岐して前記貫通
孔１６に連結されている。

２４は電磁調節弁で、前記燃料通路２０と連通路２３と
の分岐点に形成した弁座２６と接する調節弁２５と、該
調節弁２５を支持して前記弁座２６の上方にあけた摺動
孔２７内で摺動しうる摺動部２８と、該摺動部２８がそ
の」一端に形成したねじ２８１によって固定された」二
部鉄片２９及び下部鉄片３０をもつ鉄片体３１と、上記
」一部鉄片２９及び下部鉄片３０間に配設された上部電
磁コイル３２及び下部電磁コイル３３と、ケース３４と
からなり、該ケース３４は内部に前記上部電磁コイル３
２、下部電磁コイル３３を固定するとともに、下端を前
記突出部２１にねじ結合している。

そして下部電磁コイル３３への通電により下部鉄片３０
を引き」二げ、調節弁２５を弁座２６に圧接してこれを
閉じ、同様にして上部電磁コイル３３への通電により前
記」二部鉄片２９を引き下げ、前記調節弁２５を弁座２
Ｇから離して開弁させるものである。

次に」二記実施例の作動を説明する。

燃料噴射ポンプ（図示せず）からの燃料が前記連結口２
２から燃料通路２０および８に流入すると、調節弁２５
が弁座２６から離れているので連通路２３及び貫通孔Ｉ
６にも流れ、燃料通路内圧力は第２図の時期ｔ１１圧力
Ｐ。から上昇し始める。

これ以前の時期ｔ。において下部電磁コイル３３には、
通電時のｔ。−１２間の時間遅れの後、Ｇｏより磁力が
発生し、時期ｔ３ではＧ、と該下部電磁コイル３３は全
能力を発揮し、下部鉄片３０を引き上げようとするが、
該下部鉄片３０、−Ｆ部鉄片２９、摺動部２８及び調節
弁２５の有する質量により加速に必要な時間遅れを生じ
、時期ｔ。

において揚程り。と全開であった調節弁２５が時期ｔ４
において全閉となり、この間に蓄圧室１５内圧力はＰ、
と高まる。

このとき針弁体１１を下向きに押ず力Ｆ２はＰ＋＋Ｐ＋
ｘＡ＋（Ｆｌ：ばね］９の取付は時の荷重、Δ、、摺動部１２
の断面積）であり、針弁体１１を押し上げようとする力Ｐ　＋Ｘ　
（Ａ　＋〜Ａｔ）　　（Ａｚ；針弁１３の断面積）より
大きいから、針弁体１１が開弁することはない。

時間とともに燃料噴射ポンプからの送油圧力が高まり、
時期ｔ５では燃料通路８内圧力はＰ、と高まってＰ　２＝Ｆ　Ｉ＋Ｐ　＋ＸＡ＋＝Ｐ　２Ｘ　（ＡＩ　　
Ａ２）となり、上記針弁体１１は開弁を開始する。

開弁と同時に針弁体ＩＩの受圧面積は（ＡＡ２）からＡ
１に増大し、これにより針弁体１１を押し上げる力は、
Ｐ　３＝　Ｐ　、Ｘ　Ａ　、と急激に増加し、この力Ｆ
３によって針弁体１１の上昇を加速するが、針弁体ＩＩ
の摺動部１２、針弁１３、押し棒１４、ばねシート１８
及びばね１９の質量により加速遅れを生じ、時期ｔ５−
ｔｏ間において針弁体ＩＩは揚程Ｎ。からＮｔとなって
全開し、燃料噴射率はＲ８からＲ９へと高まるのである
。

この間に燃料通路８内圧力はＰ、からＲ３に高まり、蓄
圧室１５内の燃料は針弁体１１のＮ１なる揚程によって
圧縮され、その圧力はＰ、からＲ４へ高まり、その結果
針弁体１１を押し下げる力はＲ４と上昇してばね１９も
圧縮され、荷重はＦＩがらＲ５へ増大するのである。

時期ｔ６以降では、燃料噴射ポンプの送油圧力に応じて
燃料噴射率は更に高まる。

上述の如く、本発明においては下部電磁コイル３３の通
電時期ｔ。を変化させることによって燃料噴射時期ｔ５
を変化させること及び燃料噴射開始圧力Ｐ、を変化させ
ることが可能であり、それ以降の燃料噴射率をも可変と
することが可能となるのである。

燃料噴射の停止はｔ７の時期において下部電磁コイル３
３への通電を停止し、上部電磁コイル３２に通電して行
われ、ｔ８の時期では下部電磁コイル３３の磁力が消滅
し始めるとともに、」二部電磁コイル３２の磁力が発生
し始め、ｔ９の時期では調節弁２５は加速されて開弁を
開始し、ｔ、。を経てｔｌ＋の時期において全開する。

調節弁２５の開弁と同時にｔ９の時期より燃料通路２０
内の高圧の燃料は燃料通路２３を経て蓄圧室１６内に送
油され、圧力を高める。

蓄圧室１８内圧力Ｐ５が、Ｆ　ｅ　”　Ｐ　ｓ　Ｘ　Ａ　＋　十Ｆ　５−Ｐ　ｏ　
Ｘ　Ａとなる時期ｔ＋、より針弁体１１は閉弁を開始す
るが、時期ｔ＋、以降も蓄圧室１５内圧力は増加し続け
、時期ｔ１３において燃料通路２０．８内圧力と同圧力
のＲ７となり、Ｆ　７　＝　Ｐ　７　Ｘ　Ａ　＋　十Ｆ　５となり、針
弁体１１を開弁しようとするツノＦ　８＝　Ｐ　７ｘ　
Ａよりもばねの荷重Ｆ５だけ閉弁しようとする力が大とな
り、針弁体ＩＩは急激に加速され、時期ｔ、い燃料通路
２０．８内圧力Ｐ８において閉弁する。

時期ｔ＋、〜ｔ、４間において燃料噴射率はＲ２からＲ
ｏへ急激に減少しつつ、Ｒｏにて燃料噴射を終了し、燃
料噴射路イつりにおける高い燃料噴射率は燃料噴射期間
を短縮し、ディーゼルエンジンの図示効率を高め、排気
ガスからの黒煙の排出を防止する。この時、燃料通路２
０．８内圧力はＲ８と高く、噴射終わりにおける噴口６
より噴射される燃料の噴粒径は小さく、燃焼速度を高め
ることも黒煙の発生を抑制するのである。

時期ｔ＋５では燃料通路２０．８内圧力は再びＰａとな
り、針弁体１１はばね１９によって力Ｆ１によって閉弁
され、燃料噴射開始前の状態に戻るのである。

〈発明の効果〉本発明は上述の如く、弁体下部にあ【′ｌｌ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
圧室を形成するとともに、前記弁座に通ずる燃料通路と
該通路から分岐して前記蓄圧室に通ずる連通路を形成し
、該連通路に開閉時期を調節しうる電磁調節弁を設けた
ので、電磁調節弁への通電時期を変えることによって燃
料噴射初めにおける燃料噴射圧力と燃料噴射率を変える
ことが可能となり、燃料噴射率を低下させることによっ
てディーゼルエンジンの燃焼室内の熱発生率を下げて燃
焼させ、燃焼圧力」二昇率を低下させて燃焼騒音を低く
し、且っＮＯＸの生成量を減少せしめることができる。

また、電磁調節弁への通電時期を変えることによって燃
料噴射路わりにおける燃料噴射圧力と燃料噴射率も変え
ることが可能で、併せて燃料噴射期間を短縮させ、ディ
ーゼルエンジンの燃焼時の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。

］６また本発明の燃料噴射弁は、電磁調節弁への通電時期を
変えることによって、燃料噴射開始圧力及び噴射終り圧
力をディーゼルエンジンの運転状態に応じて最適の燃料
噴射圧力及び燃料噴射率とする効果がある。

【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図は従来の燃料噴射弁の縦断面図、第４図
は同性能曲線図である。１：弁体、２：弁体上部、３．ナツト体、４：弁体下部
、５：ストッパ、６．噴口、７．２６：弁座、８．２０
；燃料通路、９．２７；摺動孔、１０；作用室、１１、針弁体、１２．２８：摺動部、１３．針弁、１４
、押し棒、１５．蓄圧室、＋６．貫通孔、１７；ばね穴
、１８．シート、１９．ばね、２Ｉ：突出部、２２；連
結口、２３；連通路、２４：電磁調節弁、２５．調節弁
、２９、上部鉄片、３０．下部鉄片、

Claims

【特許請求の範囲】

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するとともに
、前記弁座に通ずる燃料通路と該通路から分岐して前記
蓄圧室に通ずる連通路を形成し、該連通路に開閉時期を
調節しうる電磁調節弁を設けたことを特徴とする燃料噴
射弁。