JPH05157019A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ パイロット噴射による窒素酸化物の低減と高
圧噴射による粒子状物質あるいは煤の低減とを行なうよ
うにした燃料噴射装置を提供することを目的とする。 ［構成］ 燃料噴射ポンプ２５のカムシャフト２９に設
けられているカム３０をダブル凹みカムから構成し、第
１の凹部７３と第２の凹部７４とを連続するように設け
るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射装置に係り、と
くに燃料噴射ポンプによって燃料を加圧するとともに、
加圧された燃料を噴射管を通して燃料噴射ノズルに供給
し、その噴口から燃料を噴射するようにした燃料噴射装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンはピストンを上死点
側へ移動させることによって、吸気を圧縮して高温の状
態にしておき、ピストンがほぼ上死点に達するのに同期
して燃料噴射ノズルから燃料を噴射するようにし、燃料
の噴霧を吸気の熱によって自然着火させて燃焼を行なう
ようにしている。従ってディーゼルエンジンには燃料噴
射ポンプが付設されており、この燃料噴射ポンプによっ
て燃料を加圧し、噴射管を通して燃料噴射ノズルに供給
するようにしており、この燃料噴射ノズルの噴口から燃
料をシリンダ内に噴射するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ディーゼルエンジンの
性能および排ガス改善、とくに排気ガス中に含まれる粒
子状物質や煤あるいはまた煙を少なくするためには、高
圧噴射が好適である。高圧噴射を行なうと、燃料が微粒
子化され、空気との混合がより完全に行なわれるように
なり、燃焼が改善される。

【０００４】一方で排気ガス中の窒素酸化物の量を低減
するためには、燃焼温度を下げる必要がある。燃焼温度
を下げるための有効な方法は、噴射のタイミングを遅延
させるとともに、主噴射に先立ってパイロット噴射を行
なうようにし、このパイロット噴射によって得られた種
火によって主噴射の燃料噴霧を燃焼させることである。
ところが従来のディーゼルエンジンにおいては、上記の
高圧噴射とパイロット噴射との両立が行なえなかった。

【０００５】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、噴射の初期にパイロット噴射を行なう
とともに、高圧噴射を行なうようにし、これによって排
気ガス中の窒素酸化物と粒子状物質あるいは煤の双方を
低減するようにした燃料噴射装置を提供することを目的
とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料噴射ポン
プによって燃料を加圧するとともに、加圧された燃料を
噴射管を通して燃料噴射ノズルに供給し、その噴口から
燃料を噴射するようにした燃料噴射装置において、前記
燃料噴射ポンプのカムをダブル凹みカムから構成し、パ
イロット噴射を行なうための第１の凹部と、主噴射を行
なうための第２の凹部とを設けるようにしたものであ
る。

【０００７】

【作用】燃料噴射ポンプのダブル凹みカムの第１の凹部
によって、主噴射に先立ってパイロット噴射が行なわれ
るようになる。そしてこの後に第２の凹部によって主噴
射が行なわれるようになる。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る燃料噴射装置
を備えるディーゼルエンジンの要部を示すものであっ
て、シリンダブロック１０には貫通孔から成るシリンダ
１１が設けられており、このシリンダ１１内にピストン
１２が摺動可能に配されている。そしてピストン１２は
ピストンピン１３によってコンロッド１４と連結される
ようになっている。

【０００９】シリンダ１１の上部開口はシリンダヘッド
１５によって閉塞されるようになっており、しかもこの
シリンダヘッド１５には吸気ポート１６と排気ポート１
７とがそれぞれ形成されている。これらの吸気ポート１
６および排気ポート１７はそれぞれ吸気バルブおよび排
気バルブ１９によって開閉されるようになっている。ま
たシリンダヘッド１５には燃料噴射ノズル２０が取付け
られており、ピストン１２の頂面に形成されている燃焼
室２１に向けて燃料を噴射するようにしている。

【００１０】燃料噴射ノズル２０は図２に示すように、
テーパ管から成る噴射管２４によって燃料噴射ポンプ２
５の対応するポンプユニット２６に接続されている。燃
料噴射ポンプ２５はメカニカルガバナ２７を備え、この
メカニカルガバナ２７によってコントロールラック２８
を動かし、１回に噴射される燃料の供給量を調整するよ
うにしている。また燃料噴射ポンプ２５はカムシャフト
２９を備え、このカムシャフト２９に取付けられている
カム３０が各ポンプユニット２６を駆動するようになっ
ている。またカムシャフト２９にはタイマ３１が設けら
れており、このタイマ３１によって噴射のタイミングを
調整するようにしている。

【００１１】燃料噴射ノズル２０は図２に示すように、
その先端部がノズル本体３４から構成されており、この
ノズル本体３４の先端部に４〜１０個の噴口３５が形成
されている。そしてノズル本体３４はリテーナ３６によ
ってノズルホルダ３７に取付けられている。ノズル本体
３４内にはノズルニードル３８が摺動可能に保持されて
いる。そしてこのノズルニードル３８の上端は押圧ロッ
ド３９を介してノズルホルダ３７内の圧縮コイルばね４
０によって下方へ押圧されるようになっている。これに
よってノズルニードル３８はノズル本体３４に形成され
ているバルブシート４１に圧着され、燃料の遮断を行な
うようになっている。またノズルホルダ３７には噴射管
２４と連通する燃料通路４２が形成されている。この燃
料通路４２はノズル本体３４の燃料通路４３と連通され
るようになっている。燃料通路４３の終端には燃料だめ
５１が形成されている。

【００１２】押圧ロッド３９を押圧しているばね４０は
その上端がばね受け４４によって受けられている。そし
てこのばね受け４４の上端側には調整ねじ４５が取付け
られるようになっている。そしてこの調整ねじ４５はノ
ズルホルダ３７の内周面に形成されている雌ねじ４６と
螺合している。またノズルホルダ３７の側面側には突部
４８が形成されており、この突部４８には雄ねじ４９が
形成され、この雄ねじ４９と螺合する接続用ナット５０
によって噴射管２４がノズルホルダ３７に接続されるよ
うになっている。

【００１３】つぎに燃料噴射ポンプ２５の各ポンプユニ
ットの構成を説明すると、図３および図４に示すよう
に、プランジャ５４の下端部にはタペット５５が取付け
られている。そしてタペット５５は圧縮コイルばね５６
によって下方に押圧されており、これによってカム３０
の外周面に押付けられている。カム３０は図５に示すよ
うに、その外周面に一対の凹部７３、７４を有する凹み
カムから構成されている。そしてプランジャ５４が摺動
可能に嵌合しているバレル５７にはスピルポート５８が
形成されるとともに、このスピルポート５８とほぼ対向
するように、プランジャ５４の外周面には傾斜溝５９が
形成されている。

【００１４】バレル５７の外周側にはピニオン６０が回
転可能に支持されている。そしてこのピニオン６０には
コントロールスリーブ６１が固着されるとともに、この
コントロールスリーブ６１に形成されている切欠き６２
は係合板６３を受入れている。この係合板６３はプラン
ジャ５４に固着されている。

【００１５】各ポンプユニット２６の出口側にはデリベ
リバルブ６４が設けられており、ケーシング６５の下部
に設けられているバルブシート６６上に配されている。
そしてコイルばね６７によってデリベルバルブ６４はバ
ルブシート６６側に押圧されている。

【００１６】デリベリバルブ６４内には図６に示すよう
に、ボールから成る定残圧弁６８が配されており、ばね
受け６９を介してばね７０によって上方へ押されてお
り、バルブシート７１の小孔７２を開閉するようになっ
ている。

【００１７】つぎに以上のような構成に成る燃料噴射装
置の動作の概要を説明する。

【００１８】エンジンの出力の一部によってタイマ３１
を介してカムシャフト２９が駆動されると、図５に示す
ような形状の凹みカム３０の凹面がタペット５５のロー
ラを押上げることになり、これによってプランジャ５４
がバレル５７内を上方へ移動する。するとプランジャ５
４の頂面がスピルポート５８を閉じ、燃料の圧送を開始
する。プランジャ５４がさらに上方へ移動すると、やが
て傾斜溝５９がスピルポート５８に整合し、これによっ
てプランジャ５４の上側の空間の圧力が傾斜溝５９を通
してスピルポート５８側に逃げるようになり、燃料の圧
送が終了する。

【００１９】燃料噴射ポンプ２５のメカニカルガバナ２
７がコントロールラック２８を移動させると、ピニオン
６０が回転され、これによってコントロールスリーブ６
１が回転されるようになる。このコントロールスリーブ
６１の回転は切欠き６２および係合板６３を介してプラ
ンジャ５４に伝達され、バレル５７内においてプランジ
ャ５４が回転されることになる。従ってスピルポート５
８と整合する傾斜溝５９の位置によって決まる有効スト
ロークが変化するようになり、燃料の調量が行なわれ、
１回に噴射される燃料の供給量が制御されるようにな
る。また燃料噴射ポンプ２５のカムシャフト２９に設け
られているタイマ３１によって、カムシャフト２９の位
相角が制御され、燃料の噴射のタイミングが調整される
ようになっている。

【００２０】バレル５７内においてプランジャ５４が燃
料を圧送すると、デリベリバルブ６４が開かれ、噴射管
２４を通して燃料噴射ノズル２０に燃料が圧送されるよ
うになる。図２に示す燃料噴射ノズル２０の燃料通路４
２および４３を通して燃料だめ５１に燃料圧が加えられ
ると、ノズルニードル３８はロッド３９を介してばね４
０を圧縮しながら上方へ移動するようになり、これによ
ってノズルニードル３８の先端側の部分がバルブシート
４１から離れ、噴口３５を通して燃料が噴射されるよう
になる。燃料の圧送を終了すると、ばね４０の弾性復元
力によってロッド３９を介してノズルニードル３８が下
方へ押圧され、その先端部がバルブシート４１に圧着さ
れて燃料の噴射を停止する。

【００２１】燃料の噴霧は燃料噴射ノズル２０の噴口３
５から、図１に示すピストン１２の頂面に形成されてい
る燃焼室２１に向けて噴射されるようになる。そしてこ
の燃料の噴霧は、圧縮された吸気の熱によって自然着火
され、シリンダ１１内で燃焼が起り、ピストン１２が下
方へ押され、エンジンの出力が取出されるようになる。
そしてこの後に排気弁１９が開かれ、排気ポート１７を
通して排気ガスが排出されるようになる。

【００２２】このようにして燃料の噴射を行なう燃料噴
射装置において、燃料噴射ポンプ２５のカムシャフト２
９に取付けられているカム３０は図５に示すように、ダ
ブル凹みカムから構成されており、その外周面には第１
の凹部７３と第２の凹部７４とが設けられている。なお
これらの凹部７３、７４は接線から成る滑らかな曲面を
介して連続するようになっている。このようなカム３０
のリフト線図および速度線図は図７に示すようになり、
第１の凹部７３と第２の凹部７４とによって２段にリフ
トおよび速度が変化するようになっている。

【００２３】このようなダブル凹みカム３０を用いるこ
とによって、その第１の凹部７３で図８に示すパイロッ
ト噴射を主噴射に先立って行なうことが可能になる。そ
してこの後に第２の凹部７４によって主噴射が行なわれ
ることになる。パイロット噴射を行なうことによって、
シリンダ１１内に種火を形成することが可能になり、こ
の種火によって主噴射の燃料噴霧を逐次燃焼させること
が可能になる。従ってディーゼルノックが防止され、燃
焼圧および燃焼温度の急激な上昇が防止される。このこ
とはシリンダ１１内における燃焼がゆるやかに行なわれ
ることを意味し、これによっ窒素酸化物の低減を図るこ
とが可能になる。

【００２４】しかも第１の凹部７３と第２の凹部７４と
を備えるカム３０は基本的に凹みカムであって、図７か
ら明らかなように、従来のカムよりもその速度線図が高
くなっている。すなわちプランジャ５４を高速で突上げ
ることになる。従って従来よりも高い圧力で燃料の噴射
を行なうことが可能になり、燃料噴射ノズル２０から噴
射される燃料の微粒子化が可能になる。従って燃料の噴
霧の空気との混合が促進され、より理想的な燃焼が行な
われるようになる。このような燃焼によって、排気ガス
中に含まれる粒子状物質や煤あるいは黒煙の発生を防止
することが可能になる。従ってこのようなダブル凹みカ
ム３０を燃料噴射ポンプ２５のカムシャフト２９に取付
けることによって、パイロット噴射と高圧噴射の両立が
可能になる。

【００２５】またこの燃料噴射ポンプ２５のデリベリバ
ルブ６４には図６に示す定残圧弁６８が組込まれてい
る。このような定残圧弁６８を組込むことによって、図
９に示すように噴射が終ったときの噴射管２４内の噴射
圧を高めることが可能になる。すなわち噴射管２４内に
残留する燃料圧を高めるようにし、１５０〜２２０ｋｇ
／ｃｍ² の範囲の残圧としている。そしてこの残圧につ
ぎの噴射時の燃料圧を重畳することにより、より高い噴
射を可能にしている。

【００２６】また噴射管２４が図２に示すようにテーパ
管から構成されており、その内径が燃料噴射ノズル２０
側の方が燃料噴射ポンプ２５側よりも小さな値になって
いる。このようなテーパ管２４を利用することによっ
て、圧送された燃料の圧力を燃料噴射ノズル２０側に行
くに従って高くするようにしている。すなわち燃料噴射
ポンプ２５の吐出側よりも、ノズル２０側の燃料圧を高
くするようにしている。

【００２７】燃料噴射ノズル２０の開弁圧は、図２に示
すノズルホルダ３７内に組込まれている圧縮コイルばね
４０によって設定される。ばね受け４４を介して調整ね
じ４５をねじ込むことによって圧縮コイルばね４０を圧
縮すると、より大きな力でノズルニードル３８を押圧す
ることができ、開弁圧を高い値に設定できるようにな
る。本実施例においては、調整ねじ４５によってばね４
０を強く圧縮することにより、３００〜７００ｋｇ／ｃ
ｍ² の値に設定するようにしている。

【００２８】高圧噴射を行なうためには、少なくとも開
弁圧を１８０ｋｇ／ｃｍ² 以上の値に設定することを要
する。ちなみに従来の燃料噴射ノズルにおいては、開弁
圧が７０〜２００ｋｇ／ｃｍ² の値に設定されていた。

【００２９】このように本実施例に係る燃料噴射装置に
おいては、噴射管２４内の燃料の残圧を定残圧弁６８に
よって図９に示すように、高残圧状態にしておき、ダブ
ル凹みカム３０によって高速でプランジャ５４を突上げ
るとともに主噴射に先立ってパイロット噴射を行なうよ
うにしている。しかも噴射管２４を蓄圧室とするととも
に、噴射管２４の断面積がノズル２０側に行くに従って
小さくなるテーパ管とし、ノズル２０側へ行くに従って
増圧されるようにし、燃料噴射ポンプ２５よりも燃料噴
射ノズル２０の方が燃料圧が高くなるようにしている。
さらに燃料噴射ノズル２０内の圧縮コイルばね４０によ
って高い開弁圧に設定するようにし、超高圧噴射を達成
するようにしている。

【００３０】従って図１に示す燃料噴射ノズル２０によ
って燃焼室２１内に燃料の高圧噴射を行なうことが可能
になり、超微粒子化され、もしくは蒸発化された噴霧が
ピストン１２の燃焼室２１に向けて噴射されるようにな
る。従って理想的な燃焼が行なわれ、これによって煙お
よび煤の発生が抑えられ、排ガスの大幅な改善が達成さ
れるようになる。また燃料が蒸発されることによって周
囲の熱を奪い、燃焼温度を下げることによっても窒素酸
化物の発生を抑えることが可能になる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明は、燃料噴射ポンプ
のカムをダブル凹みカムから構成し、パイロット噴射を
行なうための第１の凹部と、主噴射を行なうための第２
の凹部とを設けるようにしたものである。

【００３２】従ってこのような構成によれば、カムの第
１の凹部によってパイロット噴射を行なうとともに、第
２の凹部によって引続いて主噴射を行なうことが可能に
なる。そして主噴射に先立ってパイロット噴射を行なう
ことにより、その種火で主噴射の燃料噴霧を着火させる
ことが可能になり、ディーゼルノックを防止して窒素酸
化物の低減を図ることが可能になる。しかもカムは基本
的に凹みカムから構成されており、高速で圧送を行なう
ようになるために、高圧噴射が可能になり、燃料の微粒
子化を行なうことによって、燃料噴霧の空気との混合を
促進して理想的な燃焼を行なわせることが可能になる。
これによって排気ガス中の粒子状物質や煤あるいは黒煙
の発生を防止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る燃料噴射装置を備える
ディーゼルエンジンの要部の縦断面図である。

【図２】燃料噴射ノズルの縦断面図である。

【図３】燃料噴射ポンプの要部斜視図である。

【図４】同燃料噴射ポンプの縦断面図である。

【図５】カムの形状を示す正面図である。

【図６】定残圧弁を示す縦断面図である。

【図７】カムのリフトと速度を表わすグラフである。

【図８】噴射率の変化を示すグラフである。

【図９】噴射管内圧力を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ シリンダブロック １１ シリンダ １２ ピストン １３ ピストンピン １４ コンロッド １５ シリンダヘッド １６ 吸気ポート １７ 排気ポート １８ 吸気バルブ １９ 排気バルブ ２０ 燃料噴射ノズル ２１ 燃焼室 ２４ 噴射管（テーパ管） ２５ 燃料噴射ポンプ ２６ ポンプユニット ２７ メカニカルガバナ ２８ コントロールラック ２９ カムシャフト ３０ カム ３１ タイマ ３４ ノズル本体 ３５ 噴口 ３６ リテーナ ３７ ノズルホルダ ３８ ノズルニードル ３９ 押圧ロッド ４０ ばね ４１ バルブシート ４２、４３ 燃料通路 ４４ ばね受け ４５ 調整ねじ ４６ 雌ねじ ４７ キャップ ４８ 突部 ４９ 雄ねじ ５０ 接続用ナット ５１ 燃料だめ ５４ プランジャ ５５ タペット ５６ コイルばね ５７ バレル ５８ スピルポート ５９ 傾斜溝 ６０ ピニオン ６１ コントロールスリーブ ６２ 切欠き ６３ 係合板 ６４ デリベリバルブ ６５ ケーシング ６６ バルブシート ６７ コイルばね ６８ 定残圧弁（ボール） ６９ ばね受け ７０ ばね ７１ バルブシート ７２ 小孔 ７３ 第１の凹部 ７４ 第２の凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射ポンプによって燃料を加圧する
   とともに、加圧された燃料を噴射管を通して燃料噴射ノ
   ズルに供給し、その噴口から燃料を噴射するようにした
   燃料噴射装置において、 前記燃料噴射ポンプのカムをダブル凹みカムから構成
   し、 パイロット噴射を行なうための第１の凹部と、主噴射を
   行なうための第２の凹部とを設けるようにしたことを特
   徴とする燃料噴射装置。