JPH07109181B2 - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関用燃料噴射装置に用いられる燃料噴
射弁に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関用の燃料噴射弁は、圧送燃料圧力がノズ
ル針弁の受圧面積と設定されたスプリングの荷重との関
係で決まる所定値以上になると開弁し、所定値以下にな
るとスプリングの力によって閉弁するという作動をす
る。

近年の排気浄化，省燃費の要求から、噴射率の初期は噴
射率をゆるやかに増加し、終期は噴射率を瞬時に減少す
る噴射パターン、さらには、低速においてはいわゆるパ
イロット噴射をすることが望ましいことがわかってき
た。

そこで、従来、例えば特公昭59−48302号公報に開示さ
れているように、ノズル針弁に対し背圧室を設け、その
背圧室内の油圧によってノズル針弁の動きを望ましい形
に制御しようとするものが公知である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、これら従来のものでは油圧源を必要と
し、また、得られる噴射率パターンもゆるやかな噴射率
の増加だけであり、また、従来の他の例でも噴射終期に
おいて瞬時の減少だけしか得られず、さらに他の例で
は、噴射初期にはゆるやかに増加し、噴射終期には瞬時
に減少する噴射パターンをねらったものもあるがその効
果は満足できなかった。更に、同じ構成でパイロット噴
射を得ることは全く不可能であった。

また、低速回転時には、背圧室の残圧上昇により異常噴
射が発生したり、噴射量がばらついたりするおそれがあ
るという問題があった。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされるもので、
簡易な構成により、噴射初期における噴射率のゆるやか
な増加と噴射終期における噴射率の瞬時の減少を同時に
達成する噴射率パターン及び全回転速度域あるいは特定
回転数域でのパイロット噴射を実現するとともに、残圧
変動による異常噴射及び噴射量のばらつきが発生しない
内燃機関用燃料噴射装置を提供することを目的としてい
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために次のような技術的
手段を講じた。

すなわち、本発明は、噴孔を有するノズル本体と、燃料
噴射ポンプから圧送される加圧燃料の燃料圧を受けてノ
ズル本体内で往復動するとともに、一端がノズル本体の
噴孔を開閉させて内燃機関の燃焼室内の燃料を噴射する
ノズル針弁と、このノズル針弁の他端側において配設さ
れ、ノズル針弁を閉弁方向に付勢する第１の弾性部材
と、ノズル針弁の他端側の端面に対向して所定の間隙を
保って配設されたピンと、このピンのノズル針弁と反対
側の端面に当接して配設され、ピンをノズル針弁側に付
勢する第２の弾性部材と、ノズル針弁の他端側に形成さ
れるとともに、ノズル針弁を閉弁させる方向の圧力を保
持する背圧室と、燃料噴射ポンプから圧送される加圧燃
料をノズル針弁の一端側端面に導入する第１の導入通路
と、燃料噴射ポンプから圧送される加圧燃料を背圧室に
導入する第２の導入通路と、この第２の導入通路の途中
に設けられるとともに、第２の導入通路の連通・遮断を
行う開閉弁と、背圧室と低圧燃料部とを連通する連通通
路と、この連通通路に設けられた絞りとを備え、開閉弁
の開閉により背圧室内の圧力を調整して燃料噴射初期に
おける燃料噴射率のゆるやかな増加と燃料噴射終期にお
ける瞬時の減少を行うことを特徴とする。

〔実施例〕

次に、第１図及び第２図を用いて本発明の第１実施例を
説明する。第１図は本実施例の構成を示す断面図であ
る。

第１図において、ノズル本体２内にはノズル針弁１が油
密を保って摺動自在に配設されており、ノズル本体２及
びノズル針弁１により通常の燃料噴射弁が構成されてい
る。

ノズル針弁１は図示しない燃料噴射ポンプから圧送され
る加圧燃料の燃料圧を受けてノズル本体２内で往復動す
る。この往復動に伴い、ノズル針弁１の一端1aはノズル
本体２の噴孔2aを開閉し、図示しない内燃機関の燃焼室
内に燃料を噴射する。

ノズル針弁１の他端1b側には、このノズル針弁１を閉弁
させる方向の圧力を保持する背圧室８が形成されてい
る。

この背圧室８内にはノズル針弁１の他端1b側の端面に当
接する第１スプリング３が配設されており、第１スプリ
ング３はノズル針弁１を閉弁させる方向に付勢してい
る。すなわち、ノズル針弁１には第１スプリング３によ
り設定荷重が負荷されている。

また、背圧室８内には、ノズル針弁１の着座状態（第１
図に図示した状態）で、ノズル針弁１の他端1b側端面と
所定の空隙を保つようにピン４が係止されて配設されて
いる。

さらに、背圧室８内には、ピン４の上端面に当接する第
２スプリング５が配設されており、第２スプリング５ピ
ン４をノズル針弁１の方向（図中下方）へ付勢してい
る。なお、ピン４内には均圧通路4aが形成されており、
背圧室８内は常に均圧になっている。

燃料通路６は、図示しない燃料噴射ポンプに連通してお
り、この燃料通路６を介して加圧燃料がノズル本体２内
に圧送される。燃料通路６は、ノズル針弁１の一端1a側
端面に連通する第１導入通路61に連通するとともに、通
路12,環状溝13,通路14,通路15を順次介して背圧室８に
連通している。すなわち、通路12,環状溝13,通路14,通
路15により本実施例の第２導入通路62が構成される。こ
の第２導入通路62は後述する開閉弁30により連通・遮断
が行われる。また、この第２導入通路62内であって、開
閉弁30の下流側には絞り７が設けられている。

開閉弁30は、針弁31,弁体32,スプリング33,第２背圧室3
4から構成されており、弁体32内には通路12の一部、環
状溝13,通路14が形成されている。

針弁31は、環状溝13と通路14との間に油密を保って図中
上下方向に摺動可能に配設されており、この針弁31の一
端31aが弁体32のシート部32aに着座することにより環状
溝13と通路14との連通が遮断される。

針弁31の他端31b側には、第２背圧室34が形成されてい
る。この背圧室34内には針弁31の他端31b側の端面に当
接するスプリング33が配設されており、スプリング33は
針弁31を閉弁方向（図中下方）へ付勢している。

第２背圧室34は通路９を介して背圧室８と連通してお
り、通路９内には絞り10が設けられている。また、第２
背圧室34はリーク通路11を介して例えば燃料タンク40等
の低圧燃料部に連通している。つまり、通路9,第２背圧
室34,リーク通路11により本実施例の連通通路が構成さ
れている。

次に、第１図及び第２図を用いて本実施例の作動につい
て説明する。第２図は時間経過につれての各部の挙動を
示す作動説明図である。

第１図に図示の状態において、図示しない燃料噴射ポン
プから吐出された加圧燃料は燃料通路６内に圧送され
る。

その後、燃料は二方向に分岐され、一方は第１導入通路
61を介してノズル針弁１の一端1a側端面に圧送され、他
方は通路12,環状溝13を介して開閉弁30に圧送される。

圧送燃料の圧力が上昇してゆき、ノズル弁の開弁圧（第
１のスプリング３とノズル針弁１の受圧面積によって決
定される）に達する（第２図中のＡ）とノズル針弁１が
第１のスプリング３の付勢力に抗して上昇し、ノズル弁
が開弁する。

ノズル弁のノズル針弁１は設定された所定間隙だけ上昇
した所でピン４に当接し停止する（第２図中のＡ′）。
この状態ではノズル弁が開弁しているので燃料が噴射さ
れる。

ただし、ノズル針弁１はフルストロークまでは上昇せ
ず、小さく設定された所定間隙分だけしか上昇しない。
このため、燃料の流路面積は小さく、また圧送圧力もま
だ小さいので噴射率は小さい。

次に圧送燃料がさらに圧送されると、燃料圧力が上昇
し、開閉弁30の開弁圧（スプリング33の設定荷重と針弁
31の受圧面積によって決まる）に達して開閉弁30が開弁
する。

これにより、針弁31が図中上方へ移動してシート部32a
から離座し、環状溝13と通路14とが連通する。そのた
め、燃料通路６からの圧送燃料は通路14及び絞り７を介
して背圧室８へ流入し、圧送燃料の一部は通路９及び絞
り10を介して第２背圧室34へも流入する。

ここで、背圧室８に流入した圧送燃料は背圧室８内の圧
力を上昇させるが、第２背圧室34に流入した圧送燃料は
リーク通路11へ流出してしまう。しかし、絞り10の通路
面積は小さく（約0.05mm²程度）設定してあり、背圧室
８の圧力上昇には影響を及ぼさない。

また、背圧室８内の圧力上昇に伴ない、ノズル針弁１は
背圧室８の圧力とノズル針弁１のガイド部断面積で決ま
る力と閉弁方向に受ける。これによってノズル針弁１は
下降して閉弁し（第２図中のＢ′）、噴射が一旦休止す
る。

閉弁したことで燃料通路６内の圧力はさらに上昇し、第
１のスプリング３による付勢力と背圧室８の圧力による
力との合力とノズル針弁１の受圧面積とで決まる開弁圧
（当初より高くなっている）を超える（第２図中のＣ）
と再びノズル針弁１は上昇して噴射が再開する。

圧送燃料がさらに圧送されると、開閉弁30は開弁状態で
あるので、燃料圧力の上昇によりノズル針弁１は第１の
スプリング３をたわめ、次にスプリング５もたわめて主
噴射が行われる。

その後所定の量だけ噴射が行われると、圧送が減少し、
燃料通路６の圧力が低くなる。この時、絞り７によって
背圧室８内の圧力が燃料通路６内の圧力よりも遅れて低
下するので、常に背圧室８内の圧力が燃料通路６内の圧
力よりも高くなり、そのレベルは絞り７によって調整さ
れる。

この圧力差とノズル針弁１のガイド部断面積とで決まる
力とスプリング３及び５の付勢力の合力によってノズル
弁に対する閉弁力が極めて大きくなる（すなわち閉弁圧
が高くなる）ので急激にノズル針弁１の閉弁挙動がなさ
れる（第２図中のＤ）。

また、さらに燃料通路６の圧力が低下すると開閉弁30も
閉弁（第２図中のＥ〜Ｅ′）し、第１図に図示した状態
となる。

この時、背圧室８内にはまだ残圧があるが、背圧室８内
の燃料は通路9,絞り10,第２背圧室34を通って通路11へ
流出し、次の噴射までには低圧レベルに回復する。これ
により、低速回転域における、背圧室８の残圧上昇とノ
ズル弁の開弁圧上昇との相乗作用による異常噴射，無噴
射の発生及び噴射量のばらつきを防止することができ
る。

なお、前述したように絞り10の通路面積は小さく設定さ
れているが、噴射が終了してから次の噴射までの長い期
間の間において背圧室８内の残圧は放圧されるようにな
っている。

エンジンによっては、パイロット噴射を必要とせず初期
の噴射率を低くおさえるだけで良い場合がある。このよ
うな場合においても、本発明による噴射弁がそのまま使
用できる。

この場合例えば開閉弁30の開弁圧を第２のスプリング５
によって決まる第２の開弁圧より高く設定し、ノズル弁
のノズル針弁１が最大リフトまで上昇した後に開弁する
ことで達成できる。

この場合、ノズル針弁１は噴射継続途中では閉弁をせ
ず、このためパイロット噴射とはならないが、ノズル針
弁１が２段のリフト挙動し、１段目のリフト時点は流路
が狭いため初期の噴射率を低めて燃料噴射率の増加をゆ
るやかにすることでき、かつ閉弁時には開閉弁30の開弁
により、背圧室８の圧力上昇により閉弁力が上げられ、
急激な閉弁を可能にする。

また１台のエンジンにおいて開閉弁30の開弁圧と絞り７
を調整することにより、圧送油の時間当り送油率の小さ
い低速回転においては、パイロット噴射し、送油率の大
きい高速回転域では噴射中の一時的な閉弁をしないよう
低くおさえた背圧に圧送油が打ち勝つようにすること
で、パイロット噴射せず、単に時期噴射率を低くおさえ
た噴射をさせることも可能である。

次に、本発明の第２実施例を第３図を用いて説明する。

第３図は第２実施例の構成を示す断面図である。

本発明の第２実施例が、第１実施例と異なる点は、開閉
弁30に直列に設けられる絞り７を無くしたことであり、
この第２実施例では開閉弁30を構成する針弁31の最大リ
フト量（第３図中に示すｄ）を小さく規制することによ
り針弁31と弁体32との間の流路面積を絞ることが出来る
ようにしたことである。すなわち、第２実施例は、これ
を絞りの代用として用いている例である。従って基本的
な作動は第１の実施例と同じであるため省略する。

また絞り10についてもその設定位置は第１図に示したも
のに限らず、別の設定位置として例えば第３図に示すよ
うに流路11内等の位置に設けられることの変形ももちろ
ん可能である。

また、このような構成によれば、絞り10の調整が外部か
ら容易にできるだけでなく第２の背圧室34の圧力が背圧
室８の圧力と同じになり、針弁31が第２の背圧室の圧力
による閉弁方向の力を常に受けるため、背圧室８の圧力
が異常に高くなり噴射できなくなるという故障を防ぐこ
とができるという効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、噴射初期におけ
る噴射率のゆるやかな増加と噴射終期における噴射率の
瞬時の減少とを同時に達成する噴射率パターン及び全回
転速度域あるいは特定回転数域でのパイロット噴射を実
現するとともに、残圧変動による異常噴射及び噴射量の
ばらつきを防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１実施例に関するもの
で、第１図は本実施例の構成を示す断面図、第２図は時
間経過につれての各部の挙動を示す作動説明図、第３図
は本発明の第２実施例の構成を示す断面図である。 １……ノズル針弁,2……ノズル本体,2a……噴孔,3……
第１スプリング,4……ピン,5……第２スプリング,61…
…第１導入通路,62……第２導入通路,8……背圧室,9…
…通路（連通通路）,10……絞り,11……リーク通路（連
通通路）,30……開閉弁。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】噴孔を有するノズル本体と、 燃料噴射ポンプから圧送される加圧燃料の燃料圧を受け
   て前記ノズル本体内で往復動するとともに、一端が前記
   ノズル本体の噴孔を開閉させて内燃機関の燃焼室内に燃
   料を噴射するノズル針弁と、 このノズル針弁の他端側において配設され、前記ノズル
   針弁を閉弁方向に付勢する第１の弾性部材と、 前記ノズル針弁の他端側の端面に対向して所定の間隙を
   保って配設されたピンと、 このピンの前記ノズル針弁と反対側の端面に当接して配
   設され、前記ピンを前記ノズル針弁側に付勢する第２の
   弾性部材と、 前記ノズル針弁の他端側において形成されるとともに、
   前記ノズル針弁を閉弁させる方向の圧力を保持する背圧
   室と、 燃料噴射ポンプから圧送される加圧燃料を前記ノズル針
   弁の一端側端面に導入する第１の導入通路と、 燃料噴射ポンプから圧送される加圧燃料を前記背圧室へ
   導入する第２の導入通路と、 この第２の導入通路の途中に設けられるとともに、前記
   第２の導入通路の連通・遮断を行う開閉弁と、 前記背圧室と燃料低圧部とを連通する連通通路と、 この連通通路に設けられた絞りとを備え、前記開閉弁の
   開閉により前記背圧室内の圧力を調整して燃料噴射初期
   における燃料噴射率のゆるやかな増加と燃料噴射終期に
   おける瞬時の減少を行うことを特徴とする内燃機関用燃
   料噴射装置。
2. 【請求項２】前記背圧室が前記第１の弾性部材と前記ピ
   ンと前記第２の弾性部材とを収容する部屋から構成され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機
   関用燃料噴射装置。
3. 【請求項３】前記背圧室と燃料低圧部とを連通する連通
   通路が、 前記開閉弁の背圧室と連通されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の内燃機関用燃料
   噴射装置。