JPH08144896A - 可変噴孔型燃料噴射ノズル - Google Patents

可変噴孔型燃料噴射ノズル

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JPH08144896A
JPH08144896A JP6314338A JP31433894A JPH08144896A JP H08144896 A JPH08144896 A JP H08144896A JP 6314338 A JP6314338 A JP 6314338A JP 31433894 A JP31433894 A JP 31433894A JP H08144896 A JPH08144896 A JP H08144896A
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hole
injection
spool valve
injection hole
nozzle
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JP6314338A
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Masaya Nozaki
真哉 野崎
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Zexel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】スプールバルブの位置制御手段を小型化するこ
とができ、かつスプールバルブの作動が円滑で複数の噴
孔群を任意に個別噴射制御することができる可変噴孔型
の燃料噴射ノズルを提供する。 【構成】スプールバルブの軸方向変位により噴孔群を切
り替えるノズルであり、ノズルボデイが有底ホールを有
し、その有底ホール側壁に、異なる円周上では異なる噴
孔径を持つ複数の噴孔群を軸方向で段設しており、スプ
ールバルブの弁部が常態において弁部下端が有底ホール
底に当接するようにスプリングで付勢され、かつ弁部に
は、前記位置において一方の噴孔群に連通し、加圧燃料
の圧力を受け前記スプリングの力に抗して軸方向に変位
した位置で他方の噴孔群に連通する燃料通路を設けてお
り、しかもスプールバルブは制動手段により両軸方向位
置がエンジンの状態に関連して保持固定されるようにな
っている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料噴射ノズルとりわけ
可変噴孔型の燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンにおいては、低速・
低負荷域でのＮＯｘの低減と、高負荷域でのスモークの
低減が重要な課題となっている。前者のためには小噴孔
径により長期間噴射を行って初期噴射率を低減するとと
もに微粒化を促進して最適な燃焼形態とすることが望ま
れ、後者のためには大噴孔径により短期間噴射を行うこ
とが好ましいが、従来の燃料噴射ノズルにおいては、噴
孔径が固定されていたため、上記課題に対応することが
できなかった。この対策として、アクチュエータを用い
て任意に噴孔面積を変更しあるい噴孔を切り替えるよう
にした可変噴孔ノズルが提案されている。そのひとつの
タイプとして、特開昭６０−３６７７２号公報には、並
進タイプすなわちバルブを軸線方向に移動させることで
噴孔を制御するようにしたものが提案されている。この
先行技術は、ノズルボデイ先端部のホール壁に第１の噴
孔群と第２の噴孔群を段設する一方、ノズルボデイのホ
ール軸線上に貫通孔を形成し、貫通孔に第２噴孔群位置
にロッド部が臨むようにランドを形成したスプールバル
ブを貫挿し、該スプールバルブをノズルボデイ上方に設
けたアクチュエータ(電磁ソレノイド)により軸方向に移
動させるようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この構
造では、スプールバルブの下端がエンジン筒内圧の受圧
面となるため、エンジン筒内圧による軸力に抗してスプ
ールバルブの位置を保持するだけの制御力が必要とな
り、このためスプリングやアクチュエータが大型化し、
ひいては噴射ノズルが大型化するという不具合があっ
た。また、先行技術ではスプールバルブの端面がエンジ
ン筒内に露出しているため、筒内での燃料の燃焼による
高熱で焼付きが生じたり、遊離炭素が付着堆積したりし
て安定した作動が損なわれやすいという問題があった。
さらに先行技術では、第１噴孔群と第２噴孔群の噴孔径
を同一にしており、針弁の開弁によって第１噴孔群から
燃料を噴射させ、アクチュエータによるスプールバルブ
の上昇時にロッド部を介して第２噴孔群をも開き、第１
噴孔群と第２噴孔群の双方から燃料を噴射するようにし
ていた。したがって、第１噴孔群は低負荷時も高負荷時
も常に開き状態におかれ、複数の噴孔群を別々に噴射制
御できないため、微粒化に好適な噴孔径そのものの変化
が得られないという不具合があった。
【０００４】本発明は前記のような問題点を解消するた
めに研究して創案されたもので、その目的とするところ
は、スプールバルブの位置制御手段を小型化することが
でき、かつスプールバルブの作動が円滑で複数の噴孔群
を任意に個別噴射制御することができる可変噴孔型の燃
料噴射ノズルを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、ノズルニードルのシート部より下方の先端部
に加圧燃料を導くための有底ホールを有し、その有底ホ
ール側壁に、異なる円周上では異なる噴孔径を持つ複数
の噴孔群を軸方向で段設したノズルボデイと、前記ノズ
ルニードルの軸心を貫通して伸び、先端部に有底ホール
に嵌められる弁部を有し、常態において弁部下端が有底
ホール底に当接するようにスプリングで付勢され、かつ
弁部には、前記位置において一方の噴孔群に連通し、加
圧燃料の圧力を受け前記スプリングの力に抗して軸方向
に変位した位置で他方の噴孔群に連通する燃料通路を設
けたスプールバルブと、前記スプールバルブの上方部位
に配され、スプールバルブの両軸方向位置をエンジンの
状態に関連して保持固定する制動手段を備えている構成
としたものである。
【０００６】
【作用】本発明においては、同一円周上では同じの孔径
を持ち異なる円周上では孔径に大小がある噴孔群が有底
ホール周壁の軸方向で複数段配置され、スプールバルブ
は常態において上方のスプリングによりホール底に当接
する位置(下降位置)に付勢され、その位置で軸心から半
径方向に伸びる燃料通路が一方の噴孔群と通じ、また、
ノズルニードルの開弁時に加圧燃料の圧力で軸方向に変
位し、この位置(上昇位置)で他方の噴孔群に燃料通路が
連通するようになっている。しかし、スプールバルブは
制動手段によりエンジンの運転状態たとえば、低速低負
荷時と高速高負荷時に応じて強制的に軸方向位置が保持
される。このため、たとえば下位の噴孔群の孔径を小と
し、上位の噴孔群の孔径を大としておけば、エンジンが
低速低負荷時に制動手段を作動させることでスプールバ
ルブは燃料圧によってリフトせず、下降位置に保持され
る。このため、上位噴孔群はスプールバルブ周面によっ
て閉鎖された状態に保たれ、加圧燃料は小噴孔径の下位
噴孔群からのみ噴射され、適切な微粒噴霧を実現でき
る。また、エンジンが高速高負荷時には、スプールバル
ブが燃料圧によりリフトしたときに制動装置を作動させ
ることで上昇位置に保持されるため、下位噴孔群はスプ
ールバルブ周面によって閉鎖され、燃料通路は大噴孔径
の上位噴孔群にのみ通じ、従って、加圧燃料は大噴孔径
の上位噴孔群によって多い噴射量で噴霧される。
【０００７】前記スプールバルブはホール内底に当接す
るか上方に移動するだけでエンジン燃焼室内に露出して
いない。このため高熱による焼付きが起らず、前記した
軸方向位置の変位をスムーズに行うことができ、長期に
わたって確実安定した噴孔切換え噴射を行うことができ
る。また、スプールバルブの上方移動動力として噴射圧
を、下方への移動動力としてスプリング力をそれぞれ利
用し、そのスプールバルブの移動を制動することで異な
る噴孔径への切換えを図っているため位置制御が容易で
あり、しかも、スプールバルブはホールの軸線方向を貫
通していないため、移動や位置保持にエンジン筒内圧力
による軸方向力の影響を受けることが少ない。したがっ
て、スプールバルブの位置制御を小型な電気−機械要素
により実現することができ、燃料噴射ノズルの大型化を
回避できる。
【０００８】
【実施例】以下本発明の実施例を添付図面に基いて説明
する。図１ないし図６は本発明による可変噴孔型燃料噴
射ノズルの一実施例を示している。図１において、１は
ノズルホルダ本体、２は該ノズルホルダ本体１の上端部
ににＯリング２００を介して油密に嵌合固定されたヘッ
ドカバー、３はノズルホルダ本体１の下端に連接され、
リテーニングナット５によりノズルホルダ本体１に結合
されたノズルボデイ、４はノズルボデイ３に内挿された
ノズルニードルである。前記ノズルホルダ本体１の軸心
には下端から上端に向かって径が順次拡大した第１穴１
００ａないし第３穴１００ｃが穿設されており、第１穴
１００ａから第２穴１００ｂに到る領域にはプッシュロ
ッド１０１が摺動可能に内挿されている。また、第３穴
１００ｃから第２穴１００ｂに到る領域には、第３穴１
００ｃの雌ねじと螺合したアジャスチングスクリュー１
０２が内嵌され、このアジャスチングスクリュー１０２
とプッシュロッド１０１間にノズルスプリング１０３が
介装されている。
【０００９】前記ノズルボデイ３は外面長手方向中間部
にリテーニングナット５の袋孔底に嵌合する段部３０を
有し、この段部３０より下方にリテーニングナット５を
貫いて伸びる主部３１が設けられ、主部３１の先端領域
にはテーパ部を介して径の小さい噴孔部３２が形成され
ている。一方、ノズルボデイ３の軸心には、図３と図４
のように上端から下端に向かって、前記ノズルホルダ本
体１の第１穴１００ａと同心のガイド孔３００と、該ガ
イド孔３００よりも径の大きな油溜り３０１が形成さ
れ、さらに油溜り３０１よりも下方にはガイド孔３００
よりも相対的に径の小さい誘導孔３０２が穿設されてい
る。そして、この誘導孔３０２の下端には、図２のよう
に円錐状のシート面３０３が形成され、さらにこのシー
ト面３０３に続いて前記噴孔部３２の領域には、加圧燃
料が導かれる有底ホール３０４が形成されている。有底
ホール３０４は、径大穴部３０４ａとこれよりも相対的
に径小な軸孔３０４ｂを有し、軸孔３０４ｂは前記噴孔
部３２の途中で終わる袋穴となっている。前記ノズルホ
ルダ本体１の一側部にはインレットコネクタと接続され
る加圧燃料口１０４が設けられ、該加圧燃料口１０４は
ノズルホルダ本体１およびノズルボデイ３に穿設した通
路孔１０５，３０５を介して前記油溜り３０２に連通さ
れ、ここに加圧燃料を導くようになっている。
【００１０】ノズルニードル４は上端が前記プッシュロ
ッド１０１に連結され、外周にはガイド孔３００に摺接
するガイド部４０を有し、ガイド４０の終端には油溜り
３０１内の燃料圧を受けるテーパ状の受圧部４２が設け
られ、この受圧部４２から下方には、図２のように誘導
孔３０２との間で筒状の燃料通路Ａを形成するための細
軸部４３が設けられ、この細軸部４３の下端には前記シ
ート面３０３に接離する円錐状のシート面４４が形成さ
れている。
【００１１】前記有底ホール３０４の軸孔３０４ｂを囲
む噴孔部３２の側壁には、軸孔３０４ｂに通じる複数の
噴孔群が異なる複数の円周上に配設されている。この実
施例では、図２のように、噴孔部基端に比較的近い領域
の円周上に上位噴孔群３４が穿設され、この上位噴孔群
３４から軸方向で所定の間隔を隔てた円周上に下位噴孔
群３５が穿設されている。前記上位噴孔群３４と下位噴
孔群３５はそれぞれ等間隔で穿たれた複数個の噴孔３４
０，３５０からなっている。前記上位噴孔群３４と下位
噴孔群３５は、それぞれノズル軸線と直角の線分に対し
適度に下傾しており、かつ、上位噴孔群３４と下位噴孔
群３６の各噴孔径３４０，３５０はそれらが属する噴孔
群では同じ大きさであるものの、上位噴孔群３４と下位
噴孔群３５間では異なっており、上位噴孔群３４の各噴
孔３４０の孔径をｄ1とし、下位噴孔群３５の各噴孔３
５０の孔径をｄ2とすると、この実施例では、ｄ1＞ｄ2
の関係となっている。
【００１２】前記有底ホール３０４から前記ヘッドカバ
ー２にわたる軸心には上記上位噴孔群３４と下位噴孔群
３５を開閉制御するスプールバルブ７が配されている。
詳しく説明すると、まず、ノズルニードル４には、図３
のように、下端から中間位置にかけて軸心に第１孔４５
ａが形成され、この第１孔４５ａの終端からプッシュロ
ッド１０１の上端に達するまで第１孔４５ａよりも相対
的に径の細い第２孔４５ｂが形成され、アジャスチング
スクリュー１０２には下端から上端にかけて第２孔４５
ｂと同心同径の第３孔４５ｃが形成されている。スプー
ルバルブ７は前記ノズルニードル４を貫いて下方に伸び
る領域に、有底ホール３０４の軸穴３０４ｂに軸方向移
動可能に精密嵌合する弁部７０を有している。また、ス
プールバルブ７は前記弁部７０から所要の距離を置いた
部位に、ノズルニードル４の第１孔４５ａに軸方向移動
可能に精密に嵌合する中間太径部７１を有している。そ
して、この中間太径部７１と弁部７０の間には、第１孔
４５ａの径に対して十分に細い細軸部７２が設けられる
一方、中間太径部７１の終端から上方には第２孔４５ｂ
と第３孔４５ｃに遊嵌する細径部７３が設けられてい
る。前記中間太径部７１は精密嵌合により燃料のリーク
を阻止し、かつ下面７１０が噴射圧を受圧し上方向力を
生じさせる。細軸部７２は上記下面７１０に加圧燃料を
導く通路を形成するほか、弾性変形によって中間太径部
７１と弁部７０の軸心の誤差を吸収する。前記弁部７０
および細軸部７２は中間太径部７１と一体形成されるこ
とが好ましいが、場合によっては弁部７０および細軸部
７２を中間太径部７１と別体に作り、溶接、圧入、ねじ
込みなどによって一体化してもよい。
【００１３】弁部７０は下端面が軸孔３０４ｂの底に接
した状態で径大穴部３０４ａに到る長さ寸法を有し、弁
部７０の外周と径大穴部３０４ａの間には、ノズルニー
ドル４が開弁したときに前記燃料通路Ａに通じる環状燃
料通路Ｂが形成されており、この環状燃料通路Ｂに臨む
弁部上端部分には複数の半径方向孔７４が設けられ、そ
れら半径方向孔７４，７４は弁部の軸線方向に穿設した
内部燃料通路７５に通じている。したがって、弁部７０
は内部燃料通路７５により筒状となっており、その筒壁
には前記噴孔部３２に設けた前記上位噴孔群３４と下位
噴孔群３５に選択的に連通可能な燃料通路７６が設けら
れている。燃料通路７６は弁部７の下端面が軸孔３０４
ｂの底に接した位置(下降位置)において、下位噴孔群３
５に連通する高さレベルに設けられることが必要であ
る。燃料通路７６は、この実施例では、図２のように弁
部外周に横設された１本の環状溝７６０と、該環状溝７
６０と内部燃料通路７５とを結ぶ複数個の半径方向孔７
６１とからなっている。半径方向孔７６１は円周上に複
数個等間隔で設けられている。環状溝７６０は、スプー
ルバルブ７に軸方向の多少の加工誤差があっても、噴射
中の噴孔群と完全に連通し得るように、大きな孔径の噴
孔群３４の噴孔径よりも適度に大きな幅に作られている
ことが望ましい。
【００１４】前記スプールバルブ７は上端部がノズルホ
ルダ本体１を貫き、常態において弁部７０が前記下降位
置に着底するように、ヘッドカバー２に配したスプリン
グ８によって下方に付勢され、かつ、ヘッドカバー内に
固定した位置センサ１４によって軸方向位置が検出され
るとともに、制動手段９によりエンジンの運転状態に応
じて位置保持されるようになっている。詳しく説明する
と、まず、ヘッドカバー２には、軸心を含む領域にアジ
ャスティングスクリュー１０２の上端部を囲む空所２１
が形成される一方、これとの間に中間壁を残すように上
端から袋穴２０が形成され、この袋穴２０の底部に制動
手段９が圧入等により嵌着固定され、該制動手段９の上
方には栓体１１が嵌合されている。スプールバルブ７の
細径部７３は前記中間壁の通孔に取り付けたＯリング２
０１により油密にシールされている。前記栓体１１は下
面から径大穴１１０と細径穴１１１が同心に形成される
一方、上面からは取付け穴１１２が設けられ、該取付け
穴１１２と細径穴１１１は細孔１１３によって連通して
いる。
【００１５】制動手段９は非作動時にスプールバルブ７
の軸方向移動を許容し、作動時に軸方向位置を強制的に
保持する電気・機械的手段であり、電磁石などを使用す
ることもできるが、この実施例では圧電アクチュエータ
型としている。具体的には、盤状ケーシング９０とこれ
に内装された一対の積層型圧電素子９１，９１とスプー
ルバルブ７の細径部輪郭に対応する押え面を持つ一対の
押え板９２，９２を備えている。盤状ケーシング９０は
図５のように中心にスプールバルブ７の細径部７３の軸
方向移動を許容する径の縦孔９００と、該通孔９００と
直交する横孔９０１を有している。前記押え板９２，９
２はスプールバルブ７の細径部７３に対峙するように横
孔９０１に配され、それぞれの背後に積層型圧電素子９
１，９１が配され、横孔９０１の両端には積層型圧電素
子９１，９１の位置決めと予圧のためプラグ９３，９３
が圧入、ねじ止めなど任意の方法ではめられている。前
記積層型圧電素子９１，９１に対する給電線９１０，９
１０はプラグを通してヘッドカバー２から導出されるか
または図示のように栓体１１を通して導出され、外部の
コントローラ１２の出力部に接続されている。
【００１６】前記栓体１１の径大穴１１０にはばね座１
３が軸方向移動可能に嵌められており、このばね座１３
に前記盤状ケーシング９０の縦孔９００を貫いたスプー
ルバルブ細径部７３が嵌着固定されており、ばね座１３
と細径穴１１１の底の間に前記スプリング８が介在さ
れ、ばね座１３を介してスプールバルブ７を下方に押圧
している。スプリング８は、いかなる噴射条件において
も、噴射時には噴射圧により弁部７０が上昇位置に達す
ることを許容し、非噴射時には下降位置に達することを
許容する力に設定されることが必要である。前記ばね座
１３の上面と径大穴１１０の底との間には、図１と図３
のようにスプールバルブ７のストロークを規定するギャ
ップｃが形成されている。このギャップｃの寸法はスプ
ールバルブ７の弁部７０が上昇位置に達した状態で環状
溝７６０が上位噴孔群３４と連通する大きさとする。そ
して、このギャップ調整のため、栓体１１は外周に鍔１
１４を有し、その鍔１１４の下面とヘッドカバー上面と
の間に所望厚さの調整シム１６が介装され、これを鍔１
１４を貫通する固定用ねじ１１５によって締め付けるよ
うにしている。
【００１７】前記位置センサ１４はスプールバルブ７の
軸方向位置（上昇位置と下降位置）を検出する手段であ
り、ホルダー部分をもって取付け穴１１２に挿着されて
おり、導線が前記コントローラ１２の入力部に接続され
ている。かかる位置センサ１４は非接触型、接触型のい
ずれでもよい。前者の代表例としては近接スイッチが、
後者の代表例としては接触スイッチが挙げられる。位置
センサ１４は検出部１４０が細孔１１３に臨み、細孔１
１３にはばね座１３の上面中心から伸びる軸部１３１が
摺動可能に嵌まっている。
【００１８】前記コントローラ１２の入力部には前記位
置センサ１４から弁部軸方向位置信号が入力されるが、
そのほかエンジンの運転状態を示すセンサから信号が入
力されるようになっている。センサはたとえばエンジン
ないし燃料噴射ポンプの回転数センサ(または回転角度
センサ)１７と、燃料噴射ポンプのラックセンサやスロ
ットル開度センサなどの負荷センサ１８が挙げられる。
そして、コントローラ１２には負荷と回転数のデータか
らあらかじめ形成した所定マップによって、たとえばア
イドル時や低速低負荷時には位置センサ１４からの信号
を得て制動手段９を作動させてスプールバルブ７を下降
位置に保持させ、高速高負荷時には位置センサ１４から
の信号を得て制動手段９を作動させ、燃料通路３６が上
位噴孔群３４と合致する状態を保持させるべくスプール
バルブ７を上位位置に保持させるようなプログラムが構
築されている。なお、前記スプールバルブ７の上昇位置
から下降位置への切換え制御時期は、スプリング８によ
る付勢力を安定させるため、エンジン筒内圧による軸方
向力のかからない期間すなわち、エンジンの吸気行程中
又は排気行程中とすることが好ましい。これは前記回転
数センサ１７からの信号をコントローラ１２で処理し、
所定のタイミングで制動手段９への通電を停止すること
で実現できる。
【００１９】なお、この実施例では噴孔径の大きさを上
位噴孔群＞下位噴孔群としているが、これと逆であって
もよい。また、燃料通路７６は実施例では環状溝７６０
を有しているが、環状溝７６０を廃し、上位噴孔群３４
と下位噴孔群３５に対応する数の位置の半径方向孔とし
てもよい。これはデッドボリュームを少なくする利点が
ある。さらに、実施例では積層型圧電素子９と押え板９
２が一対となっているが、これに限定されるものではな
く、クロス状に２対となっていてもよいし、あるいは１
２０°間隔で３組となっていてもよい。
【００２０】
【実施例の作用】次に本発明の実施例の作用を説明す
る。スプールバルブ７は常態においてスプリング８によ
って下方に押圧されているため弁部７０は下降位置にあ
り、この状態では燃料通路７６は図2(a)と図３のように
下位噴孔群３５と連通し、上位噴孔群３４は弁部外周面
によって閉鎖されている。加圧燃料は図示しない燃料噴
射ポンプから配管を経て加圧燃料口１０４に送られ、通
路孔１０５，３０５を介して油溜り３０１に押し込ま
れ、これから環状燃料通路Ａを下る。この燃料圧は同時
に油溜り３０１に位置しているノズルニードル４の受圧
面４２に作用し、燃料圧がノズルスプリング１０３のセ
ット力に勝る所定の噴射圧に達するとノズルニードル４
はリフトされ、下端部のシート面４４がノズルボデイ３
のシート面３０３から離間し、開弁する。それにより加
圧燃料は有底ホール３０４に入り、スプールバルブ７の
弁部７０に開口している半径方向孔７４，７４から内部
燃料通路７５に流入する。
【００２１】これと同時に加圧燃料はスプールバルブ７
の細軸部７２とノズルニードル４の第１孔４５ａ間の隙
間に流れ、中間太径部７１の下面７１０を上方に押圧す
る。その力はヘッドカバー２内のスプリング８の力より
も大きいため、スプールバルブ７は弁部７０と軸穴３０
４ｂおよび中間太径部７１と第１孔４５ａとによってガ
イドされつつ、ばね座１３が栓体１１の径大穴１１０の
底に当接するまですなわちギッャプｃがなくなるまでリ
フトする。これによりスプールバルブ７の弁部７０に設
けられている燃料通路７６は軸方向に移動して上昇位置
に到る。これにより、環状溝７６０が上位噴孔群３４と
合致し、下位噴射孔群３５は弁部７０外周面によって閉
鎖される。したがって加圧燃料は内部燃料通路７５から
孔径の大きな上位噴孔群３４を通ってエンジン筒内に噴
霧される。加圧燃料の供給圧力が低下するとノズルニー
ドル４は閉弁しそれと同時にスプールバルブ７の中間太
径部７１の下面７１０への押し上げ力が弱まるため、ス
プリング８の力によってばね座１３を介してスプールバ
ルブ７は押し下げられ、再び弁部７０は下降位置に戻さ
れる。
【００２２】上記のような噴射圧によるスプールバルブ
７の軸方向移動はヘッドカバー２の位置センサ１４によ
って検出される。すなわち、スプールバルブ７が下降位
置にあるときには、図３のようにばね座１３の軸部１１
３先端は位置センサ１４の検出端１４０から離間してお
り、スプールバルブ７が上昇位置に移動すると、ばね座
軸部１３１の先端は位置センサ１４の検出端１４０と当
接又はごく接近する。これらの２種の信号(オフとオン)
がコントローラ１４に送られることにより、弁部７０の
軸方向位置すなわち燃料通路７６が上位噴孔噴射位置に
あるか下位噴孔噴射位置にあるかが判別される。一方、
コントローラ１２にはセンサ１８，１７から負荷とエン
ジン又は燃料噴射ポンプの回転数(または回転角度)の信
号が連続的に入力されている。コントローラ１２では上
記弁部７０の位置情報と負荷あるいは回転数の情報を処
理し、制動手段９を選択的に通電する。これによりスプ
ールバルブ７は上位噴孔噴射位置と下位噴孔噴射位置の
いずれかの位置に強制的に保持され、異なる噴孔径によ
る噴射が行われる。
【００２３】すなわち、たとえば、エンジンの状態が低
速低負荷である場合には、位置センサ１４からの信号で
弁部７０が下降位置にあることが判別されると、コント
ローラ１２からの信号で制動手段９の一対の積層型圧電
素子９１，９１に通電される。 これにより積層型圧電
素子９１，９１は横孔９０１内で求心方向に変形し、そ
れにより押え板９２，９２が前進してスプールバルブ７
の細径部７３の外周と強接する。このため、前記のよう
に噴射圧による押し上げ力が中間太径部７１の下面７１
０に働いても、スプールバルブ７は押え板９２，９２に
よる摩擦力で軸方向移動が阻止され、下降位置に保持さ
れる。このため、弁部７０の燃料通路７６は図２(a)と
図３のような下位噴孔群３５と連通した状態に保たれ
る。下位噴孔群３５の各噴孔３５０は孔径が小さいため
燃料は高圧化されるとともに長期間噴射となり、また燃
料は微粒化されて円周上にきめ細かく噴霧される。この
ため、適切な空燃比の混合気が生成され、着火遅れ割合
が減ずるためＮＯｘが減少される。
【００２４】一方、エンジンの状態が高速高負荷となっ
たときには、コントローラ１２からの信号で制動手段９
の一対の積層型圧電素子９１，９１に対する通電を止め
る。これにより積層型圧電素子９１，９１の変形が解除
されて元の厚さに戻るため押え板９２，９２は罷動し、
スプールバルブ７は軸方向移動が許容され、前記のよう
に中間太径部７１の下面７１０に対する噴射圧によって
スプールバルブ７は瞬時にリフトし、弁部７０は上昇位
置に移動する。これが位置センサ１４により確認される
と、コントローラ１２からの信号で制動手段９の一対の
積層型圧電素子９１，９１に通電される。これにより積
層型圧電素子９１，９１は変形し、押え板９２，９２に
よりスプールバルブ７はグリップされ、ノズルニードル
４の開弁と閉弁にかわりなく弁部７０は上昇位置に保持
される。したがって、燃料通路７６は図２(b)と図４の
ように上位噴孔群３４と連通した状態に保たれ、上位噴
孔群３４の噴孔３４０は下位噴孔群３５の噴孔３５０よ
りも相対的に孔径が大きいため、エンジン状態に則した
多量の燃料が短期間で筒内に噴射され、安定した高出力
の燃焼が行われ、スモークを低減することができる。な
お、エンジンの始動時においても上記のような上噴孔群
噴射とすることが好ましい。そして、エンジンの状態が
再び低速低負荷になったときには制動手段９による通電
を解除し、位置センサ１４により弁部７０が下降位置に
あることを確認して再び通電する。こうした上位噴孔群
噴射形態から下位噴孔群噴射形態への切換え制御は、セ
ンサ１７からの回転数または回転角の信号から判別され
るエンジンの吸入行程中または排気行程中に行うことが
好ましい。
【００２５】いずれの噴射形態においても、弁部７０は
有底ホール３０４内に納められた状態で行われ、エンジ
ン筒内圧による軸方向力がスプールバルブ７に直接大き
く作用せず、またエンジン燃焼室による高熱の影響も少
ない。従って軸方向移動が確実であるとともに焼付きな
どが生じずスムーズなものとすることができる。なお、
制動手段９に通電しない場合には燃料圧により小孔径と
大孔径による噴射が行われる。すなわち、燃料圧により
ノズルニードル４がリフトすると、まず下位噴孔群３５
による小孔径噴射形態となり、ついでスプールバルブ７
のリフトにより上位噴孔群３４による大孔径噴射形態と
なり、これがクランク角に伴い毎回行われるものであ
る。
【００２６】
【発明の効果】以上説明した本発明の請求項１によれ
ば、ノズルボデイ３の先端部に設けた有底ホール３０４
の側壁に複数個の噴孔群３４，３５を軸方向で多段に設
け、前記噴孔群３４，３５の噴孔径を各段ごとに異なる
大きさとし、有底ホール３０４にはノズルニードル４の
軸心を貫いたスプールバルブ７の弁部７０を位置させ、
そのスプールバルブ７を上方のスプリング８によって常
態において弁部下端が有底ホール底に当接するように押
圧させるとともに、加圧燃料の圧力によって軸方向に変
位するようにし、弁部７０には下降位置で一方の噴孔群
３４と連通し、上昇位置で他方の噴孔群３５と連通する
レベルに燃料通路７６を設けており、しかも、上方には
エンジンの運転状態に関連して前記スプールバルブ７の
両位置をいずれかに保持固定する制動手段９を有してい
る。このため、噴孔設定の自由度が非常に高く、制動手
段９の制御により複数の孔径バリエーションで燃料を噴
霧することができる。このため、低負荷時にＮＯｘを低
減させ、高負荷時にはスモークを低減する要求を容易に
実現することができるというすぐれた効果が得られる。
しかも、スプールバルブ７の弁部７０は有底ホール３０
４に内蔵されており、軸方向変位がエンジンの筒内圧力
による影響を受けることが少ないため、制動手段９を小
型なものとすることができると共に、焼付きによる作動
不良が起らず、複数の噴孔群による個別噴射制御を安定
して行うことができるというすぐれた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】実施例におけるノズル先端部の拡大図であり、
(a)はスプールバルブが下降位置にある状態、(b)はスプ
ールバルブが上昇位置にある状態を示している。
【図３】実施例における下位噴孔群噴射状態を示す中間
省略断面図である。
【図４】実施例における上位噴孔群噴射状態を示す中間
省略断面図である。
【図５】図１における制動手段の部分切欠拡大図であ
る。
【図６】同じく部分切欠横断面図である。
【符号の説明】
３ ノズルボデイ ４ ノズルニードル ７ スプールバルブ ８ スプリング ９ 制動手段 ３４ 上位噴孔群 ３５ 下位噴孔群 ７０ 弁部 ７６ 燃料通路 ３０４ 有底ホール
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 65/00 ３０６ Ａ Ｆ１６Ｋ 3/26 Ａ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ノズルニードルのシート部より下方の先端
    部に加圧燃料を導くための有底ホールを有し、その有底
    ホール側壁に、異なる円周上では異なる噴孔径を持つ複
    数の噴孔群を軸方向で段設したノズルボデイと、 前記ノズルニードルの軸心を貫通して伸び、先端部に有
    底ホールに嵌められる弁部を有し、常態において弁部下
    端が有底ホール底に当接するようにスプリングで付勢さ
    れ、かつ弁部には、前記位置において一方の噴孔群に連
    通し、加圧燃料の圧力を受け前記スプリングの力に抗し
    て軸方向に変位した位置で他方の噴孔群に連通する燃料
    通路を設けたスプールバルブと、 前記スプールバルブの上方部位に配され、スプールバル
    ブの両軸方向位置をエンジンの状態に関連して保持固定
    する制動手段を備えていることを特徴とする可変噴孔型
    燃料噴射ノズル。
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