JPH04272465A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンの
燃料噴射ノズルの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの着火遅れを少なく
して円滑な燃焼を実現するために、燃料噴射を段階的に
行う装置がある（例えば実開昭６３−８２０６６号公報
、実開昭６３−１５８５８０号公報、参照）。

【０００３】これは、燃料噴射ノズルの針弁を閉弁付勢
する第一スプリングと第二スプリングを並列に介装し、
針弁が全閉位置から所定のプレリフト量に到達するまで
の段階では第一スプリングの付勢力が働き、プレリフト
量を過ぎてリフトすると第一スプリングに加えて第二ス
プリングの付勢力が働き、これにより針弁を段階的にリ
フトさせ、プレリフト量に到達するまでの間に初期噴射
される燃料が着火した後に大量の主噴射を行い、着火遅
れの少ない、したがって振動や騒音の少ない安定かつ円
滑な燃焼を確保している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来装置にあっては、燃料噴射ノズルの閉弁作動時
において、針弁にかかる付勢力がフルリフト量（全開位
置）からプレリフト量に到達するまでの間では第二スプ
リングと第一スプリングのバネ力を合わせた付勢力であ
るのに対して、プレリフト量を過ぎると第一スプリング
のバネ力のみとなって急減するため、燃料噴射を速やか
に停止することができず、噴射圧の低い閉弁末期の噴射
期間が増大する可能性があり、この点で改善の余地があ
った。

【０００５】本発明はこうした点に着目し、多段噴射が
行われる燃料噴射ノズルにおいて閉弁時の作動性を改善
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、針弁を閉
弁付勢する第一スプリングと第二スプリングとが並列に
介装され、針弁がプレリフト量に到達するまで第二スプ
リングの付勢力が針弁にかからないように規制する規制
部材が介装され、針弁に導かれる燃料圧力に応じて針弁
を段階的にリフトさせて燃料を多段噴射する燃料噴射ノ
ズルにおいて、規制部材を変位させて針弁のプレリフト
量を調整する手段と、針弁のリフト位置を検出する手段
と、この検出信号に基づいて針弁の閉弁作動時にプレリ
フト量を小さくする制御手段とを備える。

【０００７】第二の発明は、針弁に導かれる燃料圧力に
応じて摺動するピストンを設け、このピストンを介して
規制部材を変位させて針弁の閉弁作動時にプレリフト量
を小さくする構成とする。

【０００８】

【作用】針弁の開弁時、規制部材により設定された所定
のプレリフト量が確保され、針弁がプレリフト位置に到
達するまでの間に初期噴射される燃料噴射圧が低く抑え
られ、着火遅れの少ない緩やかな燃焼が行われる。

【０００９】針弁の閉弁作動時、規制部材によりプレリ
フト量が小さく調整されることにより、上記開弁時の設
定プレリフト量を過ぎたリフト位置でも第一スプリング
と第二スプリングの付勢力が働くため、燃料残留圧力や
摺動抵抗に対抗して針弁を速やかに閉弁作動させること
ができる。この結果、燃料噴射圧が低く燃料の微粒化が
悪化する閉弁末期の噴射期間を短縮し、未燃焼ＨＣやス
モーク等の排出量を低減できる。

【００１０】また、燃料噴射ノズルに導かれる燃料圧力
に応動するピストンを介してプレリフト量を機械的に調
整することにより、構造の簡素化がはかられる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１２】図１，図２にそれぞれ示すように、ディー
ゼルエンジンに備えられる燃料噴射ノズル１は、ノズル
ボディ１１の内部に針弁１２が収装され、この針弁１２
を閉弁付勢する第一スプリング１３と第二スプリング１
４が並列に介装される。

【００１３】針弁１２がプレリフト量に到達するまで第
二スプリング１４の付勢力が針弁１２にかからないよう
に規制する規制部材１９が設けられる。この規制部材１
９は、第二スプリング１４のバルブシート２５とスペー
サ２４の間に介装され、針弁１２の全閉位置で針弁１２
のシム１７と第二スプリング１４のバルブシート２５の
間に所定の間隙（プレリフト量）が設けられる。

【００１４】燃料通路１８を介して燃料圧力室に導入さ
れる燃料噴射ポンプからの燃料圧力により、針弁１２に
かかる圧力が第一スプリング１３の初期バネ力を越えて
高まると、針弁１２はシム１７およびプッシュロッド１
６を介して第一スプリング１３を圧縮しながらリフトし
、プレリフト量だけリフトするとスプリングシート２５
を介して第二スプリング１４に当接して、燃料圧力が第
二スプリング１４の初期バネ力を越えるまではそれ以上
のリフトが規制され、少量の燃料を供給する初期噴射が
行われる。

【００１５】次いで、針弁１２にかかる圧力が第一スプ
リング１３のバネ力と第二スプリング１４の初期バネ力
とを合わせた付勢力を越えて高まると、針弁１２はスプ
リングシート２５を介して第二スプリング１４を圧縮し
ながらリフトし、大量の燃料を供給する主噴射が始まる
。針弁１２がフルリフト量Ｌ２に到達すると、針弁１２
の段部１２ａがスペーサ２４に当接して、それ以上のリ
フトが規制される。

【００１６】このようにして、初期噴射と主噴射により
段階的な燃料噴射が行われ、着火遅れの少ない、したが
って振動や騒音の少ない安定かつ円滑な燃焼を確保して
いる。

【００１７】針弁１２のプレリフト量を調整する手段と
して、図３に示すように、規制部材１９には環状の磁歪
素子８が備えられ、この磁歪素子８は制御装置１０によ
って印加される電圧に応じてその厚さが変化する。磁歪
素子８はこれに所定の電圧が印加された状態で膨張して
プレリフト量は設定値Ｌ１が確保され、この印加電圧が
停止されることにより収縮してプレリフト量は零となる
。

【００１８】規制部材１９の回転を防止するため、バル
ブシート２５とノズルホルダ２９の間にバルブシート２
５の回転を止める係合手段（図示せず）が設けられてい
る。また、第一スプリング１３と第二スプリング１４の
コイル巻き方向を互いに反対にしてバルブシート２５の
回転を止めても良い。

【００１９】針弁１２のリフト位置を検出するため、規
制部材１９には磁歪素子８の上下端面にそれぞれ絶縁層
２６を介して上下導電層２７，２８が環状に設けられ、
この上下導電層２７，２８が検出回路２０に接続される
。針弁１２が１段目リフト量（設定値）Ｌ１以下のリフ
ト位置では導電層２８、スペーサ２４、ノズルホルダ２
９、シム３０、第二スプリング１４、スプリングシート
２５を介して導電回路が形成され、針弁１２がプレリフ
ト量を越えてリフトするのに伴ってスプリングシート２
５が導電層２７から離れてこの導電回路の抵抗は無限大
となり、この抵抗値の変化が検出回路２０によって検出
される。

【００２０】針弁１２の閉弁作動時に第一スプリング１
３の付勢力を増大する制御装置１０は、図４に示すタイ
ミングチャートに基づき、第二スプリング１４を圧縮し
ながら針弁１２がリフトする２段目リフト開始に伴って
検出回路２０の出力が立ち上がると、磁歪素子８に印加
される電圧を設定タイマーＴの期間だけ停止する。この
設定タイマーＴは最大噴射期間よりも大きく設定される
ことにより磁歪素子８の厚さは針弁１２の閉弁時までＨ
１からＨ２へと減少する。この磁歪素子８の収縮量Ｈ１
−Ｈ２は開弁時の設定プレリフト量Ｌ１より大きく設定
され、この収縮によりプレリフト量が零となるようにす
る。

【００２１】図５は針弁にかかる付勢力が変化する特性
を示しており、従来装置の場合は実線で示すように、開
弁時にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｅと増大し、閉弁時にＥ，Ｃ，Ｂ，
Ａと減少し、同一リフト位置では開弁時と閉弁時の付勢
力が等しく、閉弁末期の付勢力が不足する可能性がある
。

【００２２】本発明の場合は、磁歪素子８の厚さがプレ
リフト後に変化することにより、開弁時にＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｅと増大し、閉弁時にＥ，Ｃ，Ｂ，Ｄと減少する。すな
わち、針弁１２の閉弁時に図中破線で示すＣＤ間でリフ
ト量が開弁時の設定プレリフト量Ｌ１以下になった状態
においても、針弁１２には第一スプリング１３のバネ力
に加えて第二スプリング１４のバネ力が作用し、燃料残
留圧力や針弁１２の摺動抵抗に対抗して十分な付勢力が
得られ、針弁１２を速やかに全閉位置に戻すことができ
、未燃焼ＨＣやスモークの排出量を低減し、燃費を改善
できる。

【００２３】磁歪素子８は、例えば、その厚さ収縮量が
数１０μｍ、反応速度が約１０μｓｅｃ、耐荷重性が約
４００Ｋｇ／ｃｍ２に設定され、これにより、１サイク
ル中に十分な応答速度が得られる。また、規制部材１９
に上記磁歪素子８に代えて、電歪素子を設けても良い。

【００２４】図６に示す他の実施例は、第二スプリング
１４がプッシュロッド３１およびスペーサ３２を介して
第一スプリング１３の上方に配置されるもので、規制部
材１９は第二スプリング１４のスプリングシート３３と
スペーサ３２の間に介装され、規制部材１９の厚さを減
少することによりスプリングシート１３とプッシュロッ
ド３１間の間隙３４が減少して、針弁１２のプレリフト
量が調整されるようになっている。

【００２５】次に、図７，図８にそれぞれ示す他の実施
例は、プレリフト量の調整を燃料圧力に応動する環状の
ピストン４１を介して行うものである。

【００２６】これについて説明すると、ピストン４１は
その下端に環状に拡がるピストン部４１ａがハウジング
４２に対して針弁１２の軸方向に摺動可能に嵌合し、両
者の間に画成される圧力室４３が通孔４４を介して燃料
通路１８に連通する。燃料通路１８は図示しない燃料噴
射ポンプからエンジン回転に同期して圧送される加圧燃
料を燃料圧力室１５に導く。

【００２７】ピストン４１の上端にはスプリングシート
４５を介して第二スプリング１４の一端が着座し、ピス
トン４１自体が針弁１２のプレリフト量を規制する規制
部材の働きをする。ピストン４１は、そのピストン部４
１ａの上部がスペーサ４８に当接することにより、その
リフト量が設定値Ｌ１に規制される。

【００２８】第二スプリング１４の上方には図示しない
第一スプリングが設けられ、プッシュロッド４６および
シム４７を介して針弁１２を常時付勢している。

【００２９】この場合、燃料噴射ポンプから燃料通路１
８を介して加圧燃料の圧送が開始されると、まずこの燃
料圧力によりピストン４１がリフトして第二スプリング
１４のスプリングシート４５を押し上げてシム４７との
間にプレリフト量Ｌ１の間隙が空けられる。次いで、燃
料圧力室１５で針弁１２にかかる燃料圧力が第一スプリ
ングの初期バネ力を越えて高まると、針弁１２はシム４
７およびプッシュロッド４６を介して第一スプリングを
圧縮しながらリフトし、プレリフト量Ｌ１だけリフトす
るとスプリングシート４５を介して第二スプリング１４
に当接して燃料圧力が第二スプリング１４の初期バネ力
を越えるまではこの状態を維持して、少量の燃料を供給
する初期噴射が行われる。次いで、針弁１２にかかる圧
力が第一スプリングのバネ力と第二スプリング１４の初
期バネ力とを合わせた付勢力を越えて高まると、針弁１
２はスプリングシート４５を介して第二スプリング１４
を圧縮しながらフルリフト量Ｌ２だけリフトし、大量の
燃料を供給する主噴射が始まる。

【００３０】燃料噴射ポンプから加圧燃料の圧送が終了
するときは、圧力室１５に導かれる燃料圧力の低下によ
りピストン４１が降下して第二スプリング１４のスプリ
ングシート４５がシム４７に当接して、プレリフト量が
零となる。これにより、針弁１２の閉弁時にリフト量が
開弁時の設定プレリフト量Ｌ１以下になった状態でも、
針弁１２には第一スプリングのバネ力に加えて第二スプ
リング１４のバネ力が働き、燃料残留圧力や針弁１２の
摺動抵抗に対抗して十分な付勢力が得られ、針弁１２を
速やかに全閉位置に戻すことができ、未燃焼ＨＣやスモ
ークの排出量を低減し、燃費を改善できる。

【００３１】次に、図９、図１０にそれぞれ示す他の実
施例は、プレリフト量の調整を燃料圧力に応動する３つ
のピストン５１を介して行うものである。

【００３２】これについて説明すると、各ピストン５１
はその下端に円柱型のピストン部５１ａがそれぞれ形成
され、ハウジング５２には各ピストン部５１ａを針弁１
２の軸方向に摺動可能に嵌合させる圧力室５４が形成さ
れ、３つの圧力室５４はＶ字形に配設される通孔５５を
介して燃料通路１８に連通する。

【００３３】各ピストン５１の上端にはスプリングシー
ト４５を介して第二スプリング１４の一端が着座し、各
ピストン５１自体が針弁１２のプレリフト量を規制する
規制部材の働きをする。各ピストン５１は、そのピスト
ン部５１ａの上部がスペーサ５８に当接することにより
、そのリフト量が設定値Ｌ１に規制される。

【００３４】この場合、３つのピストン５１が互いに分
割して設けられることにより、ピストン５１とハウジン
グ５２間の寸法精度を確保することが容易になる。

【００３５】次に、図１１、図１２にそれぞれ示す他の
実施例は、プレリフト量の調整を燃料圧力に応動するピ
ストン６１が針弁１２の軸方向と直交して摺動するもの
である。

【００３６】これについて説明すると、ハウジング６２
にはくさび形のピストン６１を摺動可能に嵌合させる圧
力室６３が針弁１２の軸方向と直交して形成されるとと
もに、このピストン６１の先端に摺接して針弁１２の軸
方向に摺動する環状のカラー（規制部材）６４が設けら
れる。

【００３７】燃料噴射ポンプから燃料通路１８を介して
加圧燃料の圧送が開始されると、圧力室６３に導かれる
燃料圧力が上昇してピストン６１が摺動することにより
、カラー６４がスプリングシート４５と共に押し上げら
れ、スプリングシート４５とシム４７との間にプレリフ
ト量Ｌ１の間隙が空けられる。

【００３８】燃料噴射ポンプから燃料通路１８を介して
加圧燃料の圧送が終了するときは、燃料圧力の低下によ
りピストン６１が逆方向に摺動してスプリングシート４
５がシム４７に当接するまで降下して、プレリフト量が
零となる。

【００３９】この場合、ピストン６１を単一とすること
により、ピストン６１およびハウジング６２等に要求さ
れる寸法精度を低くすることができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、針弁を段
階的に付勢する第一スプリングと第二スプリングを備え
て燃料を多段噴射する燃料噴射ノズルにおいて、規制部
材を変位させて針弁のプレリフト量を調整する手段と、
針弁のリフト位置を検出する手段と、この検出信号に基
づいて針弁の閉弁作動時にプレリフト量を小さくする制
御手段とを備えるため、燃料噴射圧が低く燃料の微粒化
が悪化する傾向にある閉弁末期の噴射期間を短縮し、未
燃焼ＨＣやスモークの排出量を低減し、ディーゼルエン
ジンの低公害化がはかれるとともに、燃費の改善がはか
れる。

【００４１】また、燃料噴射ノズルに導かれる燃料圧力
に応動するピストンを介してプレリフト量を調整するこ
とにより、電気的な制御装置を不要として構造の簡素化
がはかられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す燃料噴射ノズルの縦断面
図である。

【図２】同じく図１の一部拡大図である。

【図３】同じく規制部材の断面図である。

【図４】同じく制御内容を示すタイミングチャートであ
る。

【図５】同じく針弁にかかる付勢力の特性図である。

【図６】他の実施例を示す燃料噴射ノズルの縦断面図で
ある。

【図７】さらに他の実施例を示す燃料噴射ノズルの縦断
面図である。

【図８】同じく図７のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。

【図９】さらに他の実施例を示す燃料噴射ノズルの縦断
面図である。

【図１０】同じく図９のＡ−Ａ線に沿う横断面図である
。

【図１１】さらに他の実施例を示す燃料噴射ノズルの縦
断面図である。

【図１２】同じく図１１のＡ−Ａ線に沿う横断面図であ
る。

【符号の説明】

１　　燃料噴射ノズル ８　　磁歪素子 １０　　制御装置 １２　　針弁 １３　　第一スプリング １４　　第二スプリング １８　　燃料通路 １９　　規制部材 ２０　　検出回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　針弁を閉弁付勢する第一スプリングと
   第二スプリングとが並列に介装され、針弁がプレリフト
   量に到達するまで第二スプリングの付勢力が針弁にかか
   らないように規制する規制部材が介装され、針弁に導か
   れる燃料圧力に応じて針弁を段階的にリフトさせて燃料
   を多段噴射する燃料噴射ノズルにおいて、規制部材を変
   位させて針弁のプレリフト量を調整する手段と、針弁の
   リフト位置を検出する手段と、この検出信号に基づいて
   針弁の閉弁作動時にプレリフト量を小さくする制御手段
   とを備えたことを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】　　針弁を閉弁付勢する第一スプリングと
   第二スプリングとが並列に介装され、針弁がプレリフト
   量に到達するまで第二スプリングの付勢力が針弁にかか
   らないように規制する規制部材が介装され、針弁に導か
   れる燃料圧力に応じて針弁を段階的にリフトさせて燃料
   を多段噴射する燃料噴射ノズルにおいて、針弁に導かれ
   る燃料圧力に応じて摺動するピストンを設け、このピス
   トンを介して規制部材を変位させて針弁の閉弁作動時に
   プレリフト量を小さくする構成としたことを特徴とする
   燃料噴射ノズル。