JPH08254169A - 内燃機関の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、エンジンの回転数や負荷の
変化に対応して燃料噴射ノズルの噴口開口面積を増加、
あるいは低減させることができ、エンジンの運転範囲全
域において適切な噴射圧力を得ることのできる内燃機関
の燃料噴射弁を提供するにある。 【構成】 本発明の内燃機関の燃料噴射弁は、燃料油圧
によって針弁２が噴射弁先端方向に運動し、シリンダ内
に直接燃料を噴射する自動弁式燃料噴射弁であって、前
記針弁の先端部外周とノズル本体１先端部内周の間は高
圧の油密を保持し得る嵌合摺動部Ｓとして形成され、前
記針弁は前記ノズル本体内の嵌合摺動部に摺動自在に嵌
設されるとともに該針弁には嵌合摺動部の先端側に少く
とも２段の噴口群２ａ，２ｂが近接して穿設され、な
お、内部に該噴口群と針弁上部の燃料油路５とをつなぐ
燃料連通路２ｃが穿設されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の燃料噴射弁に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来の燃料噴射弁の構造の一例を
示す。図において、０１はノズル本体、０２は針弁、０
３はノズルホルダ、０４は針弁ストッパ、０５は燃料油
路、０６は噴口、０７はばね、０８は突き棒を示してい
る。通常、燃料噴射弁はエンジンのシリンダヘッドに配
設され、燃料を噴射しないときは針弁０２はばね０７に
よって突き棒０８を介してノズル本体０１のシート部に
押しつけられ、閉弁状態（図４の状態）となっている。

【０００３】エンジンのクランク軸の回転と連動して燃
料噴射ポンプ（図示されていない）が燃料の吐出を始め
ると、その圧力波は燃料噴射管（図示されていない）を
通り、さらにノズルホルダ０３からノズル本体０１へ連
通している燃料油路０５を通って閉弁状態にある針弁０
２に到達し、該針弁０２には油圧による上方に押し上げ
ようとする力が作用する。この力が針弁０２を下方のシ
ート部へ押しつけているばね０７の付勢力を上回ると、
針弁０２は上方に上がり始めて開弁状態となる。

【０００４】燃料は高い圧力によって噴口０６から燃焼
室内に噴出し、噴霧自身の運動と燃焼室内の高温高圧の
空気との相互作用によって微粒化及び蒸発が進行し可燃
混合気が形成される。通常、前記噴口０６はシリンダ内
に燃料を均等に分散させ効率の良い混合気形成を図りや
すいように放射状に複数個設けられており、着火性の良
い燃料では自己着火により、また着火性の悪い燃料では
補助の着火源（図示されていない）により着火し、燃焼
が進行する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来例には次の
ような問題点がある。例示した燃料噴射弁は、弁の開閉
が燃料油の油圧で行われる、いわゆる自動弁である。そ
の圧力源は燃料噴射ポンプ（図示されていない）であ
り、通常のジャーク型の燃料噴射ポンプにあっては、燃
料噴射ポンプの駆動軸の回転数とエンジン（２サイク
ル）の回転数とは同一で、エンジンの回転数が高い場合
にはプランジャ速度が高く、回転数が低い場合にはプラ
ンジャ速度が低くなる。従って高速回転域では燃料の吐
出速度が高く、低速回転域では吐出速度が低くなるとい
うように、エンジンの回転数によって燃料の吐出速度が
変化する。

【０００６】一方、燃料油の燃焼室への噴出口であるノ
ズル本体の噴口０６は幾何学的に面積が一定であるた
め、燃料噴射ポンプの吐出速度との関係で、噴口０６か
らの燃料の噴射圧力は高速回転域では高く、低速回転域
では低くなる。また、噴口０６の総面積は、燃料噴射系
構成部品の機械的な耐圧条件と燃焼性能を決定する燃料
噴射期間から設定されており、一般にはエンジンの最大
出力点に対応するように決められている。従って、エン
ジンの低速回転域では、燃料噴射ポンプの吐出速度に対
して相対的に噴口の開口面積が大きい状態となり、噴射
圧力が低下してしまう傾向にある。

【０００７】燃焼室内で良好な燃焼を得るためには、燃
料と空気の混合を迅速かつ完全に行う必要があり、その
ためには混合エネルギの増大を図る高い噴射圧力が必要
である。しかし、エンジンの低速回転域では前記したよ
うに燃料の噴射圧力が低下し、特に高負荷の状態では燃
焼が劣化する場合があり、高過給エンジンなどの最大出
力時とアイドル状態の燃料噴射量の比（いわゆるターン
ダウン比）が大きい場合や、さらに高出力化を図る場合
にはこの問題がさらに顕著になってくる。

【０００８】本発明の目的は前記問題点を解消し、エン
ジンの回転数の変化に対応して燃料噴射時のノズル噴口
の開口面積を制御し、該面積を低速回転域では低減さ
せ、高速回転域では増加させることにより、高速回転域
では噴射圧力が過度に上昇しないようにすると共に、低
速回転域では噴射圧力の低下を抑制して適正な噴射圧力
を保持し、同じように負荷に対応してもノズル噴口の開
口面積を低減あるいは増加でき、エンジンの運転範囲全
域において適切な噴射圧力を得ることのできる内燃機関
の燃料噴射弁を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関の燃料
噴射弁は、燃料油圧によって針弁２が燃料噴射弁先端方
向に運動し、シリンダ内に直接燃料を噴射する自動弁式
燃料噴射弁であって、前記針弁の先端部外周とノズル本
体１先端部内周の間は高圧の油密を保持し得る嵌合摺動
部Ｓとして形成され、前記針弁は前記ノズル本体内の嵌
合摺動部に摺動自在に嵌設されるとともに該針弁には嵌
合摺動部の先端側に少くとも２段の噴口群２ａ，２ｂが
近接して穿設され且つ内部に該噴口群と針弁上部の燃料
油路５とをつなぐ燃料連通路２ｃが穿設されていること
を特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明では前記の構成としたことにより、次の
ように作用する。燃料噴射ポンプから圧送されてきた燃
料油の圧力により針弁２は噴射弁の先端方向に運動する
が、針弁２のリフトは燃料油の圧力とばね７の付勢力と
の釣り合いが決まる。燃料油の圧力による力がばね７の
付勢力を上回ると針弁２は下向きに押し下げられ針弁２
の先端がノズル本体１から突出すると噴口群２ａ，２ｂ
が開口して燃料が噴射される。燃料噴射圧力（以降、噴
射圧力と略す）が高圧の場合には針弁２のリフトが大き
く、針弁２はノズル本体１から大きく突き出した状態と
なるが、噴射圧力が低い場合には針弁２のリフトは小さ
く、ノズル本体１からの針弁２の突き出しは少ない状態
となる。なお、針弁２先端部外周とノズル本体１先端部
内周との間は高圧の油密を保持し得る嵌合摺動部Ｓとし
て形成され燃料油の漏出をシールし、針弁２内部の燃料
連通路２ｃを介して針弁２上部の燃料油路５と連通して
いる複数段の噴口群２ａ，２ｂが針弁２のリフトにより
開口して燃料の噴射が行われる。

【００１１】この時、噴射圧力のレベルによって針弁２
のリフト量が決まり、また針弁２の運動方向に複数段の
噴口群２ａ，２ｂが形成されているので、噴射圧力が低
いときには針弁リフト量は少なく先端部の噴口２ａのみ
が開口し開口噴口面積は小さく、逆に噴射圧力が高いと
きには針弁リフト量は大きく開口する噴口群の数が増え
開口噴口面積が大きくなる。このように噴射圧力に応じ
て針弁先端部の開口噴口面積を変化させることができ
る。

【００１２】

【実施例】図１に本発明の実施例に係る燃料噴射弁の主
要部の構成を示した。図において、１はノズル本体、２
は針弁、２ａ，２ｂは噴口群、２ｃは燃料連通路、３は
ノズルホルダ、４は針弁ストッパ、５は燃料油路、７は
ばね、９は上部ノズル本体であり、Ｓは針弁２の先端部
分外周とノズル本体の先端部分内周との間の嵌合摺動
部、即ち高圧の油密を保持し得るシール部を示してい
る。図２は針弁２先端部の詳細構造を示した説明図であ
る。本発明では針弁２の先端部に複数段の噴口群が近接
して形成されるが、実施例では２段の噴口群２ａ，２ｂ
の場合が示されている。

【００１３】図１、図２を参照して実施例の構成及び作
用について説明する。針弁２に燃料油圧が作用していな
いときは、針弁２はばね７の付勢力によって上方の上部
ノズル本体９側に押し上げられており、針弁２先端部の
２段の噴口群２ａ，２ｂはともにノズル本体１の先端内
部に隠れ、嵌合摺動部Ｓによって燃料が漏れ出ないよう
にシールされている。（図２（ａ）参照）。燃料油路５
に燃料噴射ポンプ（図示されていない）からの燃料油の
圧力波が到達すると針弁２の上面に油圧が作用し下向き
の力が加わる。この下向きの力がばね７の上向きの付勢
力以上になると針弁２は下向きに動き始め、燃料油圧と
ばね７の付勢力が釣り合う位置まで針弁２が移動する。
ばね７のばね定数、初期セット力を調整することによっ
て、燃料油圧に対する針弁２のリフトを制御することが
できるので、所定の圧力までは針弁下方の噴口群２ａの
みが開口し、圧力がこのレベルを超えると上方の噴口群
２ｂまで含めて開口するように噴射弁の機能が設定され
ている。

【００１４】噴射圧力が所定の圧力レベル以内にあると
きには、針弁２のリフトが小さいので針弁２のノズル本
体１からの突き出しは少なく、針弁下方の噴口群２ａの
みが開口した状態となり（図２（ｂ）参照）、針弁上部
の燃料油路５から燃料連通路２ｃを介して噴口部まで到
達していた燃料は噴口群２ａのみから噴射される。噴射
圧力が所定の圧力レベルを超えると、針弁２のリフトが
大きくなるので針弁２はノズル本体１から大きく突き出
て、針弁２先端部の２つの噴口群２ａ，２ｂが共に開口
した状態となり（図２（ｃ）参照）、全噴口群からの燃
料噴射となる。

【００１５】前記のような構成とすることによって、エ
ンジンの回転の速さと対応する燃料噴射ポンプの燃料吐
出速度に応じて燃料噴射ノズルの開口噴口面積を変化さ
せることが可能となった。図３は実施例の燃料噴射弁に
よる噴射圧力制御作用の説明図である。図に示されてい
るように、低速回転域の燃料吐出速度が低い領域では相
対的な開口噴口面積を小さくすることで、噴射圧力の低
下を防止して適正レベルの噴射圧力が得られるようにす
ると共に、高速回転域の燃料吐出速度が高い領域では相
対的な開口噴口面積を大きくすることで、噴射圧力の過
上昇を抑止している。

【００１６】なお、燃料噴射量、即ち負荷に対しても開
口噴口面積を変化させることが可能であり、低速高負荷
での運転時をはじめ従来噴射圧力の低下に起因して燃焼
状況が不安定となっていた運転条件のもとでも燃焼性能
を格段に向上させることができる。

【００１７】ここで説明した実施例は近接して２段の噴
口群２ａ，２ｂを形成した燃料噴射弁であったが、噴口
群を３段以上の複数段とすることも可能であり、その場
合は２段の場合よりも細かく噴口面積を調節することが
可能となり、低速回転域での燃料噴射圧力の高圧化が更
に細密に実施できるようになる。

【００１８】

【発明の効果】本発明の内燃機関の燃料噴射弁によれ
ば、エンジンの回転数や負荷、即ち燃料噴射ポンプの燃
料吐出速度や燃料噴射量に応じて燃料噴射ノズルの開口
噴口面積を的確に変化させることが可能となる。これに
よりエンジンの運転範囲全域にわたって適切な圧力でシ
リンダ内に燃料を噴射することが可能となり、従来噴射
圧力の低下により燃焼状況が不安定となっていた運転条
件のもとでも燃焼性能を格段に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の燃料噴射弁の
縦断面図。

【図２】図１に示した燃料噴射弁の針弁先端部の詳細構
造の説明図。

【図３】図１に示した燃料噴射弁の噴射圧力制御作用の
説明図。

【図４】従来の技術による内燃機関の燃料噴射弁の縦断
面図。

【符号の説明】

１…ノズル本体、２…針弁、２ａ，２ｂ…噴口群、２ｃ
…燃料連通路、３…ノズルホルダ、４…針弁ストッパ、
５…燃料油路、７…ばね、９…上部ノズル本体、Ｓ…嵌
合摺動部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料油圧によって針弁（２）が燃料噴射
   弁先端方向に運動し、シリンダ内に直接燃料を噴射する
   自動弁式燃料噴射弁であって、前記針弁の先端部外周と
   ノズル本体（１）先端部内周の間は高圧の油密を保持し
   得る嵌合摺動部（Ｓ）として形成され、前記針弁は前記
   ノズル本体内の嵌合摺動部に摺動自在に嵌設されるとと
   もに該針弁には嵌合摺動部の先端側に少くとも２段の噴
   口群（２ａ），（２ｂ）が近接して穿設され且つ内部に
   該噴口群と針弁上部の燃料油路（５）とをつなぐ燃料連
   通路（２ｃ）が穿設されていることを特徴とする内燃機
   関の燃料噴射弁。