JPH0513978Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はデイーゼル機関の燃料噴射装置に係
り、特に燃料の噴射量、噴射時期を調整してパイ
ロツト噴射、メイン噴射を順に行なわせ、燃料騒
音の低減や燃焼未燃物（NOx，HC等）の排出量
の低減を図つた燃料噴射装置に関する。

［従来の技術］ 一般にデイーゼル機関における燃焼過程は、着
火遅れ機関に噴射された燃料が予混合気となつて
一気に燃焼する初期燃焼期とそれに続く拡散燃焼
期から成つている。しかし、初期燃焼期における
燃焼の割合（初期燃焼期における燃料噴射率）が
高いと機関の騒音・振動が大きく、またNOxの
排出量も多くなるという問題があり、特に燃料噴
射率の高い直接噴射式デイーゼル機関では顕著な
ものであつた。即ち、燃料噴射率が高く初期燃焼
期における燃焼室内のエネルギー状態が高くなる
と多数の火炎核の発生と同時に一気に（爆発的
に）燃焼が進行しシリンダ室内の圧力上昇率を高
めて大きな圧力波を生じさせて騒音・振動を発生
させ、また燃焼初期に急激な温度上昇を伴なうた
めにNOxを多量に発生させる。

ここにこのような問題を解決する方法として燃
焼噴射率を制御することが考えられ、例えば分配
型燃料噴射ポンプの高圧チヤンバ内にピストンを
設けたり、燃料噴射弁本体の給油通路にこれより
分岐させて針弁のリフトで開閉されるスピル通路
を設ける（特開昭50−63327号公報）等して燃料
の一部を逃す構造としたものが案出されている。

しかしながら、これら提案は複数の気筒の噴射
ノズルの開弁圧のバラツキやスプリングの経時変
化により各気筒で噴射率が不揃いになり、騒音や
NOxの低減を充分に達し得ないと考えられる。

そこで、本出願人は、第３図に示す如き燃料噴
射ノズル（特開昭61−55362号）を開発した。こ
れは、圧力供給系ａから供給される燃料噴射圧力
が作用されて燃料噴孔ｂを開放するニードル弁ｃ
をリフトさせるための第１のピストンｄに対し、
同時に圧力供給系ａから燃料噴射圧力が作用され
て所定ストローク移動される第２のピストンｅを
設けると共に、これらピストンｄ，ｅ間に開弁圧
を調整しつつ移動したこれらピストンｄ，ｅを復
帰させるスプリング（弾発手段）ｆを設け、圧力
供給時導入圧力の慣性で第１のピストンｄを駆動
して燃料噴射（パイロツト噴射）させると共に、
第２のピストンｅを所定ストローク駆動させて第
１のピストンｄ側が所定の開弁圧に昇圧されるま
でに要する時間だけ噴射タイミングを遅延させた
後、第１のピストンｃを駆動させて更に燃料噴射
（メイン噴射）させるようにしたものである。

このような構成によれば、燃料噴射圧力の導入
初期における圧力の慣性的効果により低噴射率で
パイロツト噴射が行われ、爾後第２のピストンｅ
を所定ストローク駆動されることによつて与え得
る噴射タイミングのタイムラグによりメイン噴射
の時期を遅らせて従来に比し着火遅れ期間中の予
混合気の生成を抑えて緩かな初期燃焼を達成させ
ることができ、従つて急激なシリンダ内圧力や温
度の上昇を抑止でき、機関の振動・騒音やNOx
等の生成を減少させることができるようになり、
また、第１のピストンｄと第２のピストンｅとを
１つのスプリングｆで作動するようにすれば、
夫々を別個のスプリングで制御する場合に対し経
時劣化が生じても動作比を一定に保つことがで
き、噴射タイミングの変動を可及的に抑制できる
ようになる。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、このように一つの燃料噴射ノズルでパ
イロツト噴射とメイン噴射とを可能にしたとはい
つても、第１のピストンｄと第２のピストンｅを
駆動する圧力供給系ａは共通でしかも互いに連通
しており、そしてその圧力供給系ａの最上流には
デリバリ弁ｇが設けられているために、メイン噴
射後期の第２のピストンｅの復帰によつて第１の
ピストンｄとデリバリ弁ｇとの間で圧力が上が
り、その圧力の反射波によつてせつかく閉じかけ
ていたニードル弁ｃが再び開かれたり、また、せ
つかく閉じたニードル弁ｃが再び開かれて、燃料
が二次噴射され、HCが悪化してしまうという問
題があつた。

なお、関連技術として第４図に示すように、燃
料通路ｈと燃料送油ｉ間にデリバリ弁ｇを設けた
もの（実開昭49−49311号公報）や、ニードル弁
側に一方向弁を設けた燃料噴射弁（実願昭56−
72456号（実開昭57−184258号公報）があるが、
これらは、上記の課題を解決するものではなかつ
た。

本考案の目的は、パイロツトと噴射メイン噴射
とを行い得る燃料噴射装置において上記二次噴射
の問題を解決した燃料噴射装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 本考案は上記目的を達成すべく、燃料噴射圧力
を供給するための圧力供給系と、この圧力供給系
から供給される圧力で駆動され燃料噴孔を開放す
るニードル弁をリフトさせるための第１のピスト
ンと、上記圧力供給系から供給される圧力で所定
ストローク駆動され、上記第１のピストンへの圧
力伝達を遅延させるための第２のピストンと、こ
れらピストン間に設けられこれらを弾発して復帰
させるための弾発手段とを備えた燃料噴射装置に
おいて、上記圧力供給系を上記第１のピストンに
圧力を作用させる第１の圧力供給系と上記第２の
ピストンに圧力を作用させるための第２の圧力供
給系とに分岐させ、第１の圧力供給系のその第２
の圧力供給系との分岐部と第１のピストンとの間
のみにデリバリ弁を設けたものである。

［作用］ 上記構成により、燃料噴射圧力の導入初期にお
ける圧力の慣性的効果により低噴射率でパイロツ
ト噴射が行われ、爾後第２のピストンが所定スト
ローク駆動されることにより与え得る噴射タイミ
ングのタイムラグによりメイン噴射の時期が遅れ
従来に比し着火遅れ期間中の予混合気の生成が抑
えられ緩かな初期燃焼が達成される。メイン噴射
後期における第１の圧力供給系の二次噴射の問題
は、デリバリ弁より上流の圧力供給系へ圧力が逃
げることにより解決される。

［実施例］ 以下に、本考案の燃料噴射装置の好適一実施例
を添付図面に基づいて説明する。

第１図には燃料噴射ノズルおよび燃料噴射ポン
プの断面図が示されている。第１図において３０
は噴射ポンプである。燃料噴射ノズルのノズル本
体３３は、スリーブ状に形成されたノズルボデイ
１と、このノズルボデイ１の軸方向両端にそれぞ
れ設けられたカツプリング部２及びノズル部３と
から構成される。ノズル部３はノズルボデイ１と
の間にリング状のスペーサ４を介して固定され、
またカツプリング部２はノズルボデイ１に、直接
リテーニングナツト５により固定されている。カ
ツプリング部２の軸方向に沿つて延出された細径
部２ａには噴射ポンプ３０の燃料送油通路３１が
接続されており、ノズル部３には、軸方向に沿つ
て延出された細径部２ａの先端に、１または複数
の噴口６が形成されている。燃料の噴口６とカツ
プリング部２との間には、燃料送油通路３１から
圧送される燃料油を導く燃料通路７が形成され
る。ノズル部３内には、上記噴口６に着座された
ときにその噴口６を閉じる針弁８が昇降自在に設
けられる。針弁８の上部には、半径方向に拡径さ
れて燃料油圧を受けて、この針弁８を開方向に動
作する錐体状の受圧部（第１のピストン）８ａが
形成されており、またこの針弁８の着座位置でこ
の受圧部８ａの対面する針弁８の収容部２９は、
半径方向に拡径されて上記燃料通路７が接続され
る燃料室９となつている。したがつて噴口６と燃
料通路７の途中に燃料室９が位置されることにな
る。

針弁８の後端となるカツプリング２側の端面８
ｂには、半径方向に縮径されたプツシユロツド１
１が一体的に接続されており、このプツシユロツ
ド１１が上記スペーサ４のガイド穴２８に嵌合さ
れるようになつている。すなわち針弁８がリフト
方向の所定位置で上記スペーサ４に制止される。

他方、カツプリング２内の燃料通路７は分岐さ
れて針弁８に対して反対側のノズルボデイ１の端
部に接続されている。これが分岐燃料通路１２と
なる。この分岐燃料通路１２が接続されるノズル
ボデイ１の一端にはシリンダ室１３が形成され、
このシリンダ室１３内にシム１４、リング状のス
ペーサ１５、スリーブ１６が順次装着され、通孔
１７ａを有するロツクナツト１７にて固定され
る。そしてスリーブ１６内には、針弁８に対して
同軸上に、且つ往復動自在にピストン（第２のピ
ストン）１８が収容される。即ち、スリーブ１６
はピストン１８の動作室２６を形成する。このピ
ストン１８は分岐燃料通路１２よりロツクナツト
１７の通孔１７ａを介して導かれる燃料送油量、
即ち、燃料油圧に応じて針弁８の閉方向に動作す
るようになつている。ここでロツクナツト１７は
通孔１７ａより上部がチヤンバ１７ｂとして機能
するようになつている。

このように燃料通路７及び分岐燃料通路１２は
燃料送油通路３１を分岐したものとみなすことが
できる。

ところでピストン１８の受圧面１８ａの受圧面
積A₂は針弁８の受圧面積A₁に対して次のように
設定され、ピストン１８が針弁８よりも大きな燃
料油圧を受けるように形成される。

A₁＝π（D₁−d₁）²／４＜A₂＝πD₂ ²／４ 但し、D₁：針弁の外径 D₂：ピストンの外径 d₂：針弁の細径部外径 またピストン１８は受圧部１８ａと反対側の端
面１８ｂがスペーサ１５に相対向されるようにな
つており、このピストン１８がスペーサ１５によ
つて所定の移動ストロークで制止されるようにな
つている。このピストン１８にはその端面１８ｂ
からスペーサ１５を貫通させてプツシユロツド１
９が設けられる。更に針弁８、ピストン１８間に
はスプリングシート２０を介してスプリング２１
が設けられるが、このスプリング２１のセツトフ
オースは燃料油圧が作用しないとき針弁８の開弁
圧よりも比較的小さな圧力で圧縮されるように設
定されると共に、燃料油圧が作用されてピストン
１８が制止されたときに設定開弁圧になるように
設定される。

さて、燃料油圧の圧力波及びその圧力波の反射
波による二次噴射を防止するために、上記分岐部
より下流となる燃料通路７にデリバリ弁２７が介
設される。このデリバリ弁２７の介設により、ピ
ストン１８の復帰時に生じる燃料油圧の増加分が
噴射ポンプ３１側に逃げることになつて燃料室９
の圧力増加を防止することができる。即ち、二次
噴射を防止できる。

尚、２２はピストン１８、針弁８の〓間を介し
てリークされる燃料をタンク（図示せず）等に戻
すリークオフ通路となる。

次に作用について説明する。

第１図及び第２図に示すように、燃料噴射開始
時期にあつては、噴射ポンプ３０が燃料送油通路
３１を介して動作室２６及び燃料室９へ燃料を圧
送する。圧送された燃料の燃料油圧はデリバリ弁
２７を介して針弁８に作用することになるが、上
述したように受圧面積A₁，A₂の関係からスプリ
ング２のスプリング力に抗してピストン１８が動
作される。このときの燃料油圧は流体慣性に応じ
て増加するから次いで燃料室９の燃料油圧が増加
して針弁８が開弁され、噴口６から燃料が噴射さ
れる（パイロツト噴射、第２図Ａ部参照）。

次いで噴射によつて燃料室９内の燃料油圧が下
り、且つ流体慣性も消失するので、針弁８はスプ
リング２１によつて復帰される。このため噴口ｂ
が閉じられて燃料油の噴射が停止される。

燃料噴射後ピストン１８が所定ストローク駆動
されスペーサ１５に制止されると再び燃料室９の
内圧が上昇してゆく。このピストン１８の駆動に
より従来の伝達圧力に対し、タイムラグが与えら
れる。そしてピストン１８により圧縮されて所定
の開弁圧において圧縮されるスプリング２１に抗
する移動力が針弁８に作用すると再度針弁８がリ
フトされ、燃料油が噴射される（メイン噴射、第
２図Ｃ部）。最終的に燃料噴射ポンプからの燃料
油の圧送が終了すると燃料油圧が低下し、針弁
９、ピストン１８はスプリング２１によつて復帰
され１サイクルの燃料噴射が終了される（第２図
Ｄ部）。ここでピストン１８の復帰によつて燃料
油圧が増加するが、これがデリバリ弁２７によつ
て燃料室９側の燃料通路７に作用するのを防止さ
れる。即ち、第２図の従来例にみられるような
針弁８の閉時期の二次噴射（第２図Ｂ部参照）が
防止されることになる。

ところで本考案にあつては、燃料噴射圧力の導
入初期における圧力の慣性的効果により低噴射率
でパイロツト噴射を行なわせ、この後ピストン１
８を所定ストローク駆動させることによつて与え
得る噴射タイミングのタイムラグによりメイン噴
射の時期を遅らせて着火遅れ期間中の予混合気化
の生成を抑えて緩かな初期燃焼を達成することが
できる。

従つて、急激なシリンダ内圧力や温度の上昇を
抑止でき、機関の振動、燃焼騒音やNOx等の生
成を減少させることができる。

尚、燃料噴射率を低下させることは高速運転
時、出力やスモークを悪化させることが懸念され
るが、本考案では高速運転に移行するにつれて圧
力導入初期の慣性的効果が高まつてパイロツト噴
射とメイン噴射とが分けられなくなり通常のノズ
ルと略同様な噴射を行なう。

また本考案にあつては構成上、針弁８とピスト
ン１８とを１つのスプリング２１で作動するよう
にしたので、夫々を別個のスプリングで制御する
場合に対して経時劣化が生じても動作比を一定に
保つことができ、噴射タイミングの変化を可及的
に抑制できる。

［考案の効果］ 以上説明したことから明らかなように本考案の
燃料噴射装置によれば、パイロツト噴射、メイン
噴射を適正に行なうことができるので、燃焼騒
音、NOxを低減することができ、そして、二次
噴射を防止できるので、HCの悪化を防止でき
る、という優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る燃料噴射装置の好適一実
施例を示す縦断面図、第２図は噴射特性を示す
図、第３図及び第４図は従来例を示す概略断面図
である。 図中、８は針弁、９は燃料室、１８はピスト
ン、２１はスプリング、２６は動作室、２７はデ
リバリ弁、３１は燃料送油通路、３３はノズル本
体である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 燃料噴射圧力を供給するための圧力供給系と、
   該圧力供給系から供給される圧力で駆動され燃料
   噴孔を開放するニードル弁をリフトさせるための
   第１のピストンと、上記圧力供給系から供給され
   る圧力で所定ストローク駆動され、上記第１のピ
   ストンへの圧力伝達を遅延させるための第２のピ
   ストンと、これらピストン間に設けられこれらを
   弾発して復帰させるための弾発手段とを備えた燃
   料噴射装置において、上記圧力供給系を上記第１
   のピストンに圧力を作用させる第１の圧力供給系
   と上記第２のピストンに圧力を作用させるための
   第２の圧力供給系とに分岐させ、第１の圧力供給
   系のその第２の圧力供給系との分岐部と第１のピ
   ストンとの間のみにデリバリ弁を設けたことを特
   徴とする燃料噴射装置。