JPH06257534A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 噴射期間の大幅な短縮と、噴射終期の燃料の
切れを改善することによって、排気ガス中の粒子状物
質、煙、および炭化水素を低減することを目的とする。 ［構成］ 燃料噴射ポンプ２５のバレル５７のスピルポ
ート５８をプランジャ５４の傾斜溝５９の傾斜角とほぼ
一致したヘリカルな形状とするとともに、噴射管２４を
テーパ管から構成する。

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のために、高圧噴射を行なうこと
が望ましい。燃料を高圧で燃料噴射ノズルの噴口から噴
射すると、良好な噴霧が形成され、空気との混合がより
良好に行なわれることにより、粒子状物質やススの発生
が抑えられるようになる。そこで従来より、燃料噴射ノ
ズルの噴口の面積を小さくすることが試みられている。
あるいは燃料噴射ポンプのカムのリフトを増大させ、さ
らには燃料噴射ポンプのプランジャの直径を大きくして
燃料噴射ポンプの吐出圧力を高くするようにしている。
しかし燃料噴射ポンプの吐出圧力を上げるようにする
と、強度上の問題が発生し、あるいはまた燃料噴射ポン
プの架体の重量が増大し、さらにはコストが高くなる問
題がある。

【０００４】とくに排気ガス中の粒子状物質と煙とを低
減するためには、燃料噴射ノズルによる燃料の噴射の終
期における燃料の切れを良くすることが重要である。す
なわち噴射の終期におけるスピルを良好にすることによ
って、排気ガス中の粒子状物質や煙を低減できるように
なる。ところが従来の列型燃料噴射ポンプを用いた燃料
噴射装置によれば、噴射の終期における燃料の切れが良
好ではなく、このために排気ガス中にとくに粒子状物質
や煙を含有し、これを有効に解決する方法がなかった。

【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、噴射の終期の燃料の切れを良好にし、
これによって排気ガス中の粒子状物質や煙を低減するよ
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
燃料噴射ポンプのバレルのスピルポートをプランジャの
傾斜溝の傾斜角とほぼ一致するヘリカルな形状とすると
ともに、前記噴射管を前記燃料噴射ポンプ側の管内径は
大きく前記燃料噴射ノズル側の方が小さいテーパ管から
構成した、ことを特徴とする燃料噴射装置に関するもの
である。

【０００７】

【作用】燃料噴射ポンプのバレル内でプランジャをカム
によって突上げると、スピルポートを通して導入された
燃料がプランジャで加圧され、噴射管を通して燃料噴射
ノズルに圧送される。そして燃料噴射ノズルの噴口から
燃料が噴射されることになる。

【０００８】噴射管が燃料噴射ノズル側の方が細いテー
パ管から構成されているために、燃料噴射ポンプ側より
も燃料噴射ノズル側の方が増圧によって燃料圧が高くな
り、これによって高圧噴射が達成される。またバレルの
スピルポートがプランジャの傾斜溝の傾斜角とほぼ一致
するヘリカルな形状になっているために、噴射の終期の
燃料の切れが非常に良好になる。

【０００９】

【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。

【００１０】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１８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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。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５
８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５
９が形成されている。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】とくに本実施例に係る燃料噴射装置の特徴
は、図５に示すように、燃料噴射ポンプ２５の各ポンプ
ユニット２６のデリベリバルブ６４のケーシング６５と
燃料噴射ノズル２０とを接続する噴射管２４を図５に示
すようなテーパ管によって構成していることである。テ
ーパ管２４は燃料噴射ポンプ２５側の方が内径が大き
く、燃料噴射ノバル２０側の方が内径が小さい形状にな
っている。

【００１８】また燃料噴射ポンプ２５のバレル５７に形
成されているスピルポート５８は図６に示すように、プ
ランジャ５４に形成されている傾斜溝５９の傾斜角とほ
ぼ一致するヘリカルな形状になっている。このような形
状によって、噴射の終期における燃料の切れを良好にす
るようにしている。なお図７は従来の円形の穴から成る
スピルポート５８を比較例として示したものである。

【００１９】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。

【００２０】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、燃料噴射ポ
ンプ２５のカムシャフト２９に取付けられているカム３
０の外周面がタペット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５４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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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のプランジャバレ
ル５７のスピルポート５８の形状を図７に示す丸型の形
状から図６に示すようなヘリカルな形状にするととも
に、燃料噴射ノズル２０に燃料を供給する噴射管２４を
図５に示すようなテーパ管としている。

【００２５】従来燃料噴射の高圧化のために、ノズル２
０の噴口３５の面積を小さくする傾向にあるが、このよ
うに噴口３５の面積を小さくすると、噴射期間が長くな
り、燃料の噴射後期の切れが悪くなり、排気ガス中に粒
子状物質や煙あるいは炭化水素を含む問題があった。な
お従来の噴射系においては、スピルポート５８として図
７に示すような円形の形状のものが用いられ、また噴射
管２４はストレート管になっていた。

【００２６】これに対して上述の如くスピルポート５８
をヘリカルな形状とするとともに、噴射管２４としてテ
ーパ管を用いることによって、ヘリカルなスピルポート
５８およびテーパ管２４のそれぞれの単独では得られな
い噴射の切れスピルが向上した。これによって排気ガス
中の粒子状物質の低減に大きく寄与し、排気ガス中の煙
や炭化水素が減少することが確認された。

【００２７】図８、図９、および図１０はポンプ２５の
カム角に対する燃料噴射ポンプの圧力、燃料噴射ノズル
の圧力、および燃料噴射ノズルの針弁のリフトをそれぞ
れ示している。図８から明らかなように、本案によれば
従来よりも燃料噴射ポンプの圧力が低くなる傾向にあ
る。これに対して燃料噴射ノズルの圧力は図９に示すよ
うに、従来よりも本案の方が高くなっている。これは主
としてテーパ管から成る噴射管２４の作用による。また
このように燃料噴射ノズル２０に加わる燃料の圧力が高
くなることから、図１０に示すように針弁のリフトが速
くなっている。

【００２８】図１１はエンジンの回転数に対する噴射時
期とポンプ側圧力とノズル側圧力とをそれぞれ示してい
る。ポンプ側圧力は従来よりも本案の方が低くなる。こ
れに対してノズル側圧力は本案の方が従来よりも高くな
っている。また噴射時期は従来よりも本案の方が速くな
っている。

【００２９】図１２および図１３はエンジンの負荷に対
する排気ガス中の煙の濃度と排気ガス中の炭化水素の濃
度をそれぞれ示している。本案のようにヘリカルなスピ
ルポート５８とテーパ管２４とを組合わせることによっ
て、エンジの負荷に対する排気ガス中の濃度は低下する
傾向にある。また図１３に示すようにエンジンの負荷に
対する排気ガス中の炭化水素の濃度も低下する傾向にあ
る。これらのグラフから明らかなように、ヘリカルポー
ト５８とテーパ管２４との組合わせによって、排ガス改
善が達成されることが証明されている。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、燃料噴射ポンプのバレルのス
ピルポートをプランジャの傾斜溝の傾斜角とほぼ一致す
るヘリカルな形状とするとともに、噴射管を燃料噴射ポ
ンプ側の管内径は大きく燃料噴射ノズル側の方が小さい
テーパ管から構成したものである。従って燃料噴射ノズ
ル側に従来よりも高圧で燃料圧を供給して噴射終期の燃
料の切れを良好にすることにより、噴射期間の大幅な短
縮が可能になる。すなわち噴射の終期の燃料の切れが向
上し、これによって排気ガス中の粒子状物質や煙あるい
は炭化水素の量を低減できるようになり、大幅な排ガス
改善が達成されることになる。

【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】噴射管の断面図である。

【図６】燃料噴射ポンプの要部縦断面図である。

【図７】従来の燃料噴射ポンプの要部断面図である。

【図８】ポンプ・カム角に対する燃料噴射ポンプの圧力
の変化を示すグラフである。

【図９】ポンプ・カム角に対する燃料噴射ノズルの圧力
の変化を示すグラフである。

【図１０】ポンプ・カム角に対する燃料噴射ノズル針弁
リフトの変化を示すグラフである。

【図１１】エンジンの回転数に対する噴射時期、ポンプ
側圧力、ノズル側圧力の変化を示すグラフである。

【図１２】エンジンの負荷に対する排気ガスの煙の濃度
の変化を示すグラフである。

【図１３】エンジンの負荷に対する排気ガス中の炭化水
素の濃度の変化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

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バレルのスピルポートをプランジ
   ャの傾斜溝の傾斜角とほぼ一致するヘリカルな形状とす
   るとともに、 前記噴射管を前記燃料噴射ポンプ側の管内径は大きく前
   記燃料噴射ノズル側の方が小さいテーパ管から構成し
   た、 ことを特徴とする燃料噴射装置。