JPH0477149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関の燃料噴射ノズルの改良に
関するものであり、内燃機関の燃焼に直接影響を
及ぼす噴射圧力の制御方法に関するものである。

従来より、内燃機関の運転状態に応じてニード
ルのリフト量を制御し、運転状態に応じて良好な
噴霧特性を得るようにした燃料噴射ノズルが知ら
れている（例えば、特開昭48−570180号公報参
照）。しかしながら、この従来技術においては、
ニードルに当接するストツパによつて該ニードル
のリフト量を規制しているため、当接部が摩耗す
る等の不具合がある。

そこで、本発明は、上記不具合を生じることな
く良好にニードルのリフトを規制しつつ、運転状
態に応じてニードルのリフト量を制御することが
できる燃料噴射ノズルを提供することを目的とす
るものである。

以下本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図乃至第４図は本発明の第１実施例に関す
るもので第１図は縦断面図（第２図のＢ−Ｂ断面
図）、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図、
第４図は構成部品の斜視図を各々示している。

第１実施例の構成について説明すると、ノズル
本体８内にて軸線方向にニードル１が往復可能に
設けられる。１２はホルダーボデーでリテーニン
グナツト１１のねじ部にねじ込まれ、ノズル本体
８をはさんで締め上げている。ニードル付勢スプ
リング１０は第１ピストン２０に当接してして、
連結棒９を介してニードル１の頂部を、燃料圧力
によるニードル１の開弁付勢力に抗して、ニード
ル１の閉弁方向に付勢する働きをしている。

第１ピストン２０は、ホルダーボデー１２の流
体の充満しているスプリング室２１の壁と油密的
に摺動自在に嵌合されている。ホルダボデー１２
には、噴射燃料を供給するための燃料孔１２ａと
漏洩燃料の通過を許容する漏洩孔１２ｂが穿設さ
れている。

シリンダ３はホルダーボデー１２とキヤツプ４
にはさまれ、ボルト１７によつて締め上げられて
いる。第２ピストン２は螺旋状の制御面２ａを有
し、シリンダ３の２つのシリンダ壁３ｃ，３ｄと
油密的に摺動および回動自在に嵌合され、シリン
ダ壁３ｃの溝にはめこまれたストツパ２２によ
り、最下端位置を規制されている。また第２ピス
トン２の上部には２面の平行な平坦部が切つてあ
り、ギヤ２４を圧入したギヤホルダ２３と、第２
ピストン２は上下方向には摺動自在であるが、回
動は相互に規定する機構となつている。

シリンダ３には、油密室５に通じる制御孔３ａ
が穿設され、ホルダボデー１２に設けられた環状
溝１２ｃを介して、漏洩孔１２ｂと連なつてい
る。また、シリンダ３には経路の一部に逆止弁７
を有する吸入孔３ｂが穿設され、この吸入孔３ｂ
内では流体は油密室５へ流入する方向の流れだれ
が許されている。また、この吸入孔３ｂの油密室
５側と異なる一端は環状溝１２ｃを介して漏洩孔
１２ｂと連通している。

キヤツプ４には、油圧ピストン１５が油密的に
摺動自在に嵌合してあり、油圧ピストン１５はス
プリング１６によつて図の左方向に付勢される。
また、油圧ピストン１５はラツクギヤ１５ａを有
し、油圧ピストン１５が左右に作動すれば、ギヤ
２４を介してキヤツプ４の突起部４２と回動自在
に嵌合されたギヤホルダ２３が回動し、第２ピス
トン２が回動する。

第２ピストン２の上端は、プレツシヤプレート
２５を介してスプリング６により下方にニードル
付勢スプリング１０に比べ極めて弱い力で付勢さ
れている。

第１実施例の作動を説明するに先立つてノズル
ニードル１のリフト量を制御する理由を述べる。

一般のスロツトルノズル、ピストンノズル等は
第５図に示すようにニードルリフト量Ｌを増大す
ればするほど流量係数μとノズル断面積Ｆとの積
で表わされる有効ノズル面積μFは増大し、ニー
ドルのストツパ位置Lmaxにて上限が決められ
る。周知のごとくポンプが低速回転の時にはポン
プからノズルへの送油率が低い為に圧力上昇はお
さえられ、ノズルの噴射圧P₀は低くなる。ノズ
ル噴射圧力が低いと噴霧粒径は大きくなり、貫徹
力が弱くなる為、燃焼には悪影響を及ぼす。低速
回転時にノズルニードルリフト量の最大値Lmax
を小さくすることにより、大５図からわかる様に
有効ノズル面積の最大値μFmaxもまた小さくな
る。

μFを小さくすることは流出口をしぼることに
相当する。ポンプ回転数が一定であれば、ポンプ
の送油率は変化しない。配管内に流入する燃料が
一定で流出口をしぼることにより、管内圧力は上
昇するため噴射圧力P₀は上昇する。

P₀が大となる為、配管内の油の体積弾性率等
の影響で配管内への燃料流入量の一部が、配管の
膨張、燃料の密度上昇にとられ、その為噴射量Ｑ
は多少減少する。Ｑの減少分を図示しないポンプ
のアクセルレバーで補充することにより、同一噴
射量で噴射期間を延ばすことができる。

低速回転域で噴射期間を延ばすことは燃費の向
上、騒音低減の効果をもたらす。従つて、ノズル
ニードルリフト量を制御することにより、噴霧粒
径、貫徹力、噴射期間の影響による燃焼改善、ま
た騒音減等の機関性能の向上を達成できることと
なる。

次に第１実施例の作動を第１図乃至第４図によ
り説明する。

図示しない燃料噴射ポンプより圧送された高圧
燃料は、図示しない噴射パイプを通過し、燃料孔
１２ａを通過した後ノズルニードル１を図の上方
に付勢する。

燃料圧P₀が下方に付勢しているニードル付勢
スプリング１０のセツト荷重に対応するセツト圧
に達すると、ニードル１、連結棒９、第１ピスト
ン２０は上方へ持ち上げられ、ノズル本体８の先
端に設けられた噴孔より燃料は燃焼室に噴射され
る。第１ピストン２０が上昇すると、スプリング
室２１に充満した流体は、第１ピストン２０と油
圧的に連結した第２ピストン２を上昇させる。第
２ピストン２が上方に持ち上げられると油密室５
内に充満している燃料は制御孔３ａ、環状溝１２
ｃ、漏洩孔１２ｂを通過し、図示しないポンプも
しくはタンクに戻される。燃料圧が開弁圧に比べ
さほど大きくない時には、ニードル１のリフトは
燃料圧による上方への付勢力とニードル付勢スプ
リング１０による下方への付勢力が釣り合つた位
置で停止するが、さらに燃料圧が上昇し、ニード
ル１が持ち上げられ第１ピストン２０が持ち上げ
られた場合、第２ピストン２はさらに上昇し、制
御面２ａがついには制御孔３ａを塞ぐ位置に到達
し、油密室５内の流体は逃げ路を失つて油圧ロツ
ク状態となり、第２ピストン２の上方移動はこの
地点で規制され、スプリング室２１内もまた油圧
ロツク状態となり第１ピストン２０は停止し、こ
こまでのニードル１のリフト量が最大リフト量と
なる。

次に燃料圧P₀が降下し、燃料圧によるニード
ル１の上方への付勢力が低下すると、連結棒９、
ニードル１と共に第１ピストン２０及び第１ピス
トンと油圧連結している第２ピストン２は降下し
はじめ、油密室５内の体積増加分だけの燃料が漏
洩孔１２ｂ、環状溝１２ｃ、逆止弁７、吸入孔３
ｂの経路をへて、あるいは漏洩孔１２ｂ、環状溝
１２ｃ、制御孔３ａをへて油密室５へ補充され
る。

さらに燃料圧P₀が低下してゆくと、ついには、
ノズルニードル１が最下端まで降下し、ノズル本
体８の先端の噴孔を塞ぐことにより噴射が終了す
る。

以上の噴射行程が繰り返されるなかで、キヤツ
プ４の左端へ供給される制御油圧を上昇させた場
合、圧力室１４内の流体圧による油ピストン１５
への右方向への付勢力が増大し油圧ピストン１５
は圧力室１４内の流体圧による右方付勢と、スプ
リング１６による左方付勢力の釣り合う位置まで
右方にスライドする。この時、ラツクギヤ１５ａ
は、ギヤ２４、ギヤホルダ２３、を介して第２ピ
ストン２を上から見て時計回転方向に回動させ
る。第２ピストン２が回動すると、制御面２ａが
螺旋形状であるため、制御孔３ａと制御面２ａと
の相対的距離は減少する。

第２ピストン２は、制御面２ａが制御孔３ａを
塞ぐ位置にてリフトが規制される為、この時の第
２ピストン２の最大リフト量に対応する第１ピス
トン２０の最大リフト量つまりニードル１の最大
リフト量Lmaxは以前より小さくなる。第５図よ
りLmaxが小さくなると最大有効ノズル面積
μFmaxも小さくなり、その絞り効果で燃料入口
の燃料圧P₀、つまりは噴射圧力は増大する。

制御圧力P₁を小さくすると、バルブリング３
が上昇し、ニードル１の最大リフト量1Lmaxは
大となり、最大有効ノズル面積μFmaxも大とな
る。

この油圧連結機構の利点は、以下の(1)および(2)
の点である。

(1) 一般にニードルリフト量は微少であり、その
微少量を精度よく細かく制御することは困難で
あるが、第１ピストン２０の断面積よりも第２
ピストン２の断面積を小さくすることにより、
第２ピストン２のリフト量を増幅することがで
きる。つまり、スプリング室２１内の流体の体
積弾性率による体積変化は微少であるため、
（第１ピストン２０の断面積）×（第１ピストン
２０の移動量）＝（第２ピストン２の断面積）×
（第２ピストン２の移動量）とみなせる。従つ
て第１ピストン２０の移動量を第２ピストン２
の移動量に増幅し、第２ピストン２を細かく制
御することにより第１ピストン２０を細かく精
度良く制御することができる。

(2) 第６図に示す様な第１ピストン２０と第２ピ
ストン２とが部材２０により機械的に連結して
いる構造のものに比べピストン２の回動抵抗を
極めて小さくすることができる。つまり、第６
図では油密室５が油圧ロツク状態の時、第２ピ
ストン２の下端面に極めて大きな荷重がかか
り、その面の摩擦抵抗で回動抵抗が極めて大き
くなるのに比べ、第１図の様な油圧連結構造で
は、この様な状態を回避することができる。

第１実施例では制御孔３ａは固定で制御面２ａ
を有する第２ピストン２を回動制御したが、第２
ピストン２は上下運動を行なうだけで回動が規制
されていて制御孔３ａを持つ制御シリンダ３０を
回動制御する本発明の第２実施例を第７図に示
す。

第７図においてａは第２ピストン２の下端部に
は、回動を規制するための平行な対向面２ｂが設
けられていて、シリンダ３下端の突起部により回
動が規制されている。

第８図に回動制御ではなく油圧P₁を制御して
ばね６′のばね力とつり合わせることにより制御
孔３ａをスライド制御する本発明の第３実施例を
示す。

要は、制御孔３ａと制御面２ａの相対距離を変
えることのできる機構であればどの様なものでも
かまわない。

また、第１実施例、第２実施例では油圧でラツ
クギヤを移動させる方式をとつたが、例えばDC
モータ、あるいはステツプモータ等でウオームギ
アを回動させてもよい。

要は、第２ピストン２あるいは、制御シリンダ
３０を回動制御できるものであれば何でもよい。

また第８図に示す第３実施例の様な構造では第
９図に示す第４実施例の要部縦断面図のようにレ
バー４１を用いてスリーブを制御してもよい。

また、第１実施例、第２実施例の制御面２ａは
第１０図ｂに示すように螺旋形状であるが、第１
０図のａの様に単に傾斜をつけた面でもよいし、
圧力バランスを考慮して第１０図ｃ，ｄの様に軸
対称のものとしてもよい。

以上詳細に説明したように本発明は、燃料噴射
孔８ａを有するノズル本体８の中心軸方向にニー
ドル１を往復摺動させて燃料噴射孔８ａを開閉し
て燃料噴射を行う燃料噴射ノズルにおいて、ニー
ドル１と機械的に連結されこのニードル１と共に
往復運動することで、作動流体の満たされた室２
１内の圧力を変化させる第１ピストン２０と、室
２１内の作動流体圧力を一端に受けてシリンダ３
内を変位する第２ピストン２と、第２ピストン２
の他端に形成された制御面２ａとシリンダ３とで
画成され、第２ピストン２の変位に応じて体積の
変化する油圧室５と、該油密室５の第２ピストン
２による摺動壁面に開口し、かつ制御面２ａにて
開閉される制御孔３ａと、油密室５の第２ピスト
ン２に摺動されない壁面に開口する吸入孔３ｂ
と、該吸入孔３ｂに連通する流体通路中に設けら
れ、該流体通路中の作動流体が吸入孔３ｂを介し
て油密室５へ流入する方向にのみ開弁する逆止弁
７と、制御面２ａと制御孔３ａとの間の摺動軸方
向の距離を調整することによりニードル１の最大
リフト量を制御するリフト量制御手段と、を備え
る構成としたため以下のような効果を奏する。

すなわち、上記構成によると、ニードル１が上
昇し第１ピストン２０が上昇すると、この第１ピ
ストンと油圧的に連結された第２ピストン２が変
位し、制御孔３ａが閉じると油密室５内の流体が
逃げ路を失い油密室５内は油圧ロツク状態とな
り、制御ピストン２の変位が規制され、ニードル
１のリフト量が規制されて最大リフト量となる。
つまり、ニードル１のリフト量を油圧により規制
するものであり、従来の如くストツパを設けてこ
のストツパとの当接により規制するものではない
ため、機械的な衝突がなく摩耗等の不具合を生じ
ることなく、良好にニードル１のリフト量を規制
することができると共に、リフト量制御手段によ
り運転状態に応じてリフト量を制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の第１実施例に関す
るもので第１図は縦断面図（第２図のＢ−Ｂ断面
図）、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図、
第４図は構成部品の斜視図を各々示している。 第５図は一般のスロツトルノズル、ピントルノ
ズル等の特性図、第６図は本発明と比較のために
用いた噴射燃料ノズルの縦断面図である。第７図
ａ乃至ｄは本発明の第２実施例に関するもので、
ａは縦断面図（ｂ図のＢ−Ｂ断面図）、ｂはａ図
のＡ−Ａ断面図、ｃおよびｄは構成部品の斜視図
を各々示している。第８図は本発明の第３実施例
の縦断面図、第９図は本発明の第４実施例の要部
断面図、第１０図ａ乃至ｄは本発明の第２ピスト
ン２の制御面２ａの種々の変形例に関し、その正
面図と側面図とを各々について示したものであ
る。 １……ニードル、２０……第１ピストン、２…
…第２ピストン、２ａ……制御面、３ａ……制御
孔、５……油密室、７……逆止弁、８……ノズル
本体、８ａ……燃料噴射孔、１０……ニードル付
勢スプリング、１２ａ……燃料孔、１２ｂ……漏
洩孔、２１……スプリング室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃料噴射孔８ａを有するノズル本体８の中心
   軸方向にニードル１を往復摺動させて前記燃料噴
   射孔８ａを開閉して燃料噴射を行う燃料噴射ノズ
   ルにおいて、 前記ニードル１と機械的に連結されこのニード
   ル１と共に往復運動することで、作動流体の満た
   された室２１内の圧力を変化させる第１ピストン
   ２０と、 前記室２１内の作動流体圧力を一端に受けてシ
   リンダ３，３０，４０内を変位する第２ピストン
   ２と、 前記第２ピストン２の他端に形成された制御面
   ２ａと前記シリンダ３，３０，４０とで画成さ
   れ、第２ピストン２の変位に応じて体積の変化す
   る油圧室５と、 該油密室５の前記第２ピストン２により摺動壁
   面に開口し、かつ前記制御面２ａにて開閉される
   制御孔３ａと、 前記油密室５の前記第２ピストン２に摺動され
   ない壁面に開口する吸入孔３ｂと、 該吸入孔３ｂに連通する流体通路中に設けら
   れ、該流体通路中の作動流体が前記吸入孔３ｂを
   介して前記油密室５へ流入する方向にのみ開弁す
   る逆止弁７と、 前記制御面２ａと制御孔３ａとの間の摺動軸方
   向の距離を調整することにより前記ニードル１の
   最大リフト量を制御するリフト量制御手段１５，
   ２４と、 を備える燃料噴射ノズル。 ２ 前記制御面２ａは、前記第２ピストン２と前
   記シリンダ３，３０とを相対的に回動させること
   により、該制御面２ａと前記制御孔３ａとの間の
   摺動方向の距離が変化するように形成されてお
   り、 かつ前記リフト量制御手段は、前記第２ピスト
   ン２と前記シリンダ３，３０とを相対的に回動さ
   せて、前記ニードル１の最大リフト量を制御する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   燃料噴射ノズル。 ３ 前記第１ピストン２０の断面積が前記第２ピ
   ストン２の断面積より大きいことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項いずれかに記載
   の燃料噴射ノズル。