JPH0942034A

JPH0942034A - 直噴ディーゼルエンジンの燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH0942034A
Application number: JP21239095A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Morisane; 健一森実; Shohei Kumano; 昌平熊野; Masatsugu Sakimoto; 正嗣崎本; Hirobumi Yamauchi; 博文山内
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】出力の低下を招くことなく直噴ディーゼルエ
ンジンの低速・低負荷域における燃焼騒音を低減し、併
せて、燃料の微粒化を促進し、エミッションおよび燃費
の改善を図る。【解決手段】例えば二段式燃料噴射ノズルを、アイド
ル側に中間リフト域を設定するものとし、中間リフト域
では針弁のリフトがプレリフト（例えば６０μ）に達し
ないで中間リフト（例えば３０μ）を保持するようバネ
定数を設定する。つまり、開弁前のスプリングのバネ荷
重により規定されるノズル開弁圧（ＰＮ₁）と、開弁直
後のスプリングのバネ荷重に相当する噴射圧（ＰＮ₂）
と、吐出圧と相関関係にあるノズル内圧（ＰＮ_o）との
関係が、アイドル域においては、ＰＮ₂＞ＰＮ_O＞ＰＮ₁
となるよう、また、アイドル域以外では、ＰＮ_O＞ＰＮ₂
＞ＰＮ₁となるようバネ定数を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、直噴ディーゼルエ
ンジンの燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば特開平２−２２１６７
４号公報に記載されているように、プレリフトとフルリ
フトの二段リフトを行うようエンジンの燃料噴射ノズル
を構成し、低速・低負荷域ではプレリフト主体による噴
射期間の長い燃料噴射を行って燃焼音の低減を図るよう
にしたものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】燃料噴射ポンプで計量
加圧した燃料を燃料噴射ノズルによって燃焼室内に直接
噴射する所謂直噴ディーゼルエンジンは、出力特性に優
れ、また、燃費も良いことから、従来から車両用として
も多用されている。しかし、直噴ディーゼルエンジン
は、燃焼音が大きく、乗用車用に用いる場合は、とくに
アイドル時の燃焼騒音が問題であり、いかにしてアイド
ルを含む低速・低負荷域の燃焼騒音を低減するかが課題
である。

【０００４】本発明は、出力の低下を招くことなく直噴
ディーゼルエンジンの低速・低負荷側のアイドル域等に
おける燃焼騒音を低減し、併せて、燃料の微粒化を促進
し、エミッションおよび燃費の改善を図ることを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料を計量加
圧しエンジン回転数に略比例した吐出圧で吐出する燃料
噴射ポンプと、ノズル内圧が開弁前のスプリングのバネ
荷重により規定される所定のノズル開弁圧を越えたとき
に開弁リフトする針弁を備えた燃料噴射ノズルとからな
り、燃料噴射ノズルが燃料噴射ポンプに連結され、計量
加圧され吐出された燃料を燃焼室内に噴射する燃料噴射
装置を前提とする。そして、そのような燃料噴射装置に
おいて、開弁前のスプリングのバネ荷重により規定され
るノズル開弁圧（ＰＮ₁）と、開弁直後のスプリングの
バネ荷重に相当する噴射圧（ＰＮ₂）と、吐出圧と相関
関係にあるノズル内圧（ＰＮ_o）との関係が、低速・低
負荷域におけるＰＮ_oをＰＮ_OLとし、高速・高負荷域に
おけるＰＮ_oをＰＮ_OHとしたときに、低速・低負荷側の
所定領域、例えばアイドル域においてはＰＮ₂＞ＰＮ_OL
＞ＰＮ₁となり、高速・高負荷域においてはＰＮ_OH＞Ｐ
Ｎ₂＞ＰＮ₁となり、かつ、ＰＮ_OL＜ＰＮ_OHとなるよう、
スプリングのバネ定数を設定し、また、ノズル内圧特性
を設定する。そうすることにより、低速・低負荷側の所
定領域においては、燃料噴射ノズルの針弁は開弁はする
もののリフトが増大せず、通常のプレリフトにも達しな
い中間的な微小リフト量のまま推移する。そのため、噴
射期間が長くなり、燃焼期間が長くなって急速燃焼が防
止されることによって、燃焼音が低減されるとともに、
噴射期間が長く、かつ、噴射がノズル先端の噴口面積よ
り隙間面積の小さい針弁シート部のシート隙間を絞り部
とする速度の大きい隙間噴射となることによって、燃料
の微粒化が促進され、燃焼が良好となって、エミッショ
ンおよび燃費性能が向上する。また、ノズル開弁圧を変
える必要がないため、燃料の微粒化による燃焼改善を高
圧条件下で達成し、高出力化を図ることができる。

【０００６】本発明において、燃料噴射ノズルは、低速
・低負荷側にプレリフト域を形成する多段リフト式の燃
料噴射ノズルであってよい。そして、多段リフト式の燃
料噴射ノズルに適用する場合は、ノズル開弁圧と噴射圧
とノズル内圧との関係が、プレリフト域においてＰＮ₂
＞ＰＮ_OL＞ＰＮ₁となるようにするのがよく、そうする
ことにより、プレリフトの中間リフト位置による微小隙
間噴射が可能で、多段特性による効果が加わって低速・
低負荷域における燃焼音低減の効果が一層大きくなる。

【０００７】また、燃料噴射ノズルは一段リフト式であ
ってもよい。

【０００８】また、燃料噴射ノズルは、ノズル開弁圧が
機械的に固定されるものであってよい。

【０００９】また、多気筒エンジンの場合に、各気筒毎
に燃料噴射ノズルを配置するが、気筒間で燃料噴射ノズ
ルのスプリングのバネ定数等にばらつきがあると、低速
・低負荷域において気筒間で噴射タイミングおよび噴射
期間がばらつきが生じ、そのために、燃焼にばらつきが
生じ角速度変動が大きくなって振動成分が悪化する。そ
こで、低速・低負荷側の所定領域における噴射期間が等
間隔となるようフィードバック信号によって燃料噴射ポ
ンプを制御するのがよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施の形態の一例
に係る二段リフト式燃料噴射ノズルの模式構造を示す。
この燃料噴射ノズル１は、ノズルボディー２に針弁３が
装着されたものであって、針弁３は、摺動部３ａがノズ
ルボディー２の先端のノズル部２ａを摺動自在とされ、
該摺動部３ａの先端にはノズルボディー２先端の噴口４
内に突出するピントル部３ｂが設けられ、また、摺動部
３ａをピントル部３ｂとの間に円錐テーパ状のシート面
３ｃが形成されている。そして、ノズルボディー２の内
部中央に一段目バネ受け部２ｂが設けられ、該一段目バ
ネ受け部２ｂと針弁３後端との間に一段目バネ５が装着
されている。また、ノズルボディー２には、上記一段目
バネ受け部２ｂを貫通して、一段目バネ５と反対の側か
ら中間ロッド６が軸方向移動自在に遊嵌されている。こ
の中間ロッド６は、一段目バネ受け部２ｂのバネ受け面
と反対の側の面に着座する平板部６ａと、該平板部６ａ
の中央からノズルボディー２の軸方向に延設されたロッ
ド部６ｂとからなり、ロッド部６ｂは一段目バネ受け部
２ｂを貫通し、常時は針弁３との間に所定間隙を形成す
る。また、ノズルボディー２の後端部には二段目バネ受
け部２ｃが設けられ、平板部６ａはノズルボディー２の
内部を二段目バネ受け部２ｃに向けて移動自在で、この
中間ロッド６の平板部６ａとノズルボディー２の二段目
バネ受け部２ｃとの間に二段目バネ７が装着されてい
る。また、図１において、８は燃料導入通路であり、９
は燃料逃がし通路である。この燃料噴射ノズル１は、エ
ンジンの各気筒毎に設けられ、それぞれ燃焼室の略中央
に噴口４が開口するよう配置される。そして、後述の燃
料噴射ポンプ１０に噴射管を介して連結される。

【００１１】燃料噴射ノズル１の燃料導入通路８には、
燃料噴射ポンプ１０で計量加圧され吐出された燃料が送
り込まれる。そして、燃料噴射ポンプ１０から吐出され
る燃料の圧力（吐出圧）をＰ_Pとすると、燃料噴射ノズ
ル１内部の圧力（ノズル内圧）ＰＮ₀は噴射管等の影響
があってＰ_Pより若干大きな値となり、このノズル内圧
ＰＮ₀がノズル開弁圧ＰＮ₁を越えると一段目バネ５が圧
縮されて針弁２が開く。ここで、ノズル開弁圧ＰＮ
₁は、開弁前すなわちセット時の一段目バネ５のバネ荷
重をＦ₁、開弁前の針弁３の受圧面積をＡ₁としたとき
に、ＰＮ₁＝Ｆ₁／Ａ₁で定義されるものであって、Ｆ₁＝
ｋ₁×ｘ₀₁（但し、ｘ₀₁はセット時の一段目バネ５の短
縮長）であり、ＰＮ₁＝ｋ₁×ｘ₀₁／Ａ₁である。

【００１２】針弁３が開くと、一段目バネ５のバネ荷重
が増大する。すなわち、針弁３が開き、一段目バネ５の
短縮長がｘ_p1（一段目リフト量）だけ大きくなったとき
のバネ荷重をＦ₂とすると、Ｆ₂＝ｋ₁×（ｘ₀₁＋ｘ_p1）
であり、Ｆ₂は針弁３の一段目リフト量ｘ_p1が大きくな
る程増大する。また、針弁３が開くと受圧面積も変化す
る。そして、開弁後の受圧面積をＡ₂とすると、針弁３
が中間ロッド６に当接するまでは、ノズル内圧ＰＮ₀が
Ｆ₂／Ａ₂より大きい限り一段目リフト量ｘ_p1が増大す
る。また、Ｆ₂／Ａ₂とＰＮ₀が釣り合えば、その位置で
リフト量が固定される。また、針弁３が中間ロッド６に
当接すると、針弁３にはノズル内圧ＰＮ₀と一段目バネ
５のバネ荷重Ｆ₂のほか、中間ロッド６を介して二段目
バネ７のセット状態のバネ荷重Ｆ₃が加わる。ここで、
セット時の二段目バネ７の短縮長をｘ₀₂とすると、Ｆ₃
＝ｋ₂×ｘ₀₂である。そして、ノズル内圧ＰＮ₀が（Ｆ₂
＋Ｆ₃）／Ａ₂を越えるまでは針弁３は動かず、プレリフ
ト（例えば６０μ）を保持する。また、ＰＮ₀が（Ｆ₂＋
Ｆ₃）／Ａを越えると、中間ロッド７を押し上げて針弁
３のリフトが再度増大する。そして、そのリフトの増量
分すなわち二段目リフト量をｘ_p2、二段目リフト時の一
段目バ，ネ５のバネ荷重をＦ₄、二段目リフト時の二段
目バネ７のバネ荷重をＦ₅とすると、Ｆ₄＝ｋ₁×（ｘ₀₁
＋ｘ_p1＋ｘ_p2）、Ｆ₅＝ｋ₂×（ｘ₀₂＋ｘ_p2）である。そ
して、ノズル内圧ＰＮ₀が（Ｆ₄＋Ｆ₅）／Ａ₂と釣り合う
まで、あるいはストッパ（図示せず）により規制される
フルリフトに達するまでリフトが増大する。

【００１３】ノズル内圧ＰＮ₀は燃料噴射ポンプ１０の
吐出圧Ｐ_Pによって規定される。そして、吐出圧Ｐ_Pは後
述のように燃料噴射ポンプ１０のプランジャ速度によっ
て決まるもので、具体的には燃料噴射ポンプ１０のドラ
イブシャフトの回転速度とカムプロフィールに依存す
る。また、ドライブシャフトの回転速度はエンジン回転
数によって変化し、カムプロフィールはエンジン回転
数，負荷等に応じた噴射量制御に伴って変化する。した
がって、ノズル内圧ＰＮ₀はエンジンの回転数と負荷に
よって特性が変化する。そのため、図２に示すように、
エンジン回転数と負荷の領域図において、低速・低負荷
側は一段目リフトのみの一段リフト域となり、高速・
高負荷側はプレリフトとフルリフトの二段リフト域と
なる。また、この例は、一段リフト域のアイドル側に
中間リフト域を設定するものであって、この中間リフ
ト域では針弁３のリフトがプレリフト（例えば６０
μ）に達しないで例えば３０μといった中間リフトを保
持するよう、一段目バネ５のバネ定数が設定される。つ
まり、開弁前のスプリングのバネ荷重により規定される
ノズル開弁圧（ＰＮ₁）と、開弁直後のスプリングのバ
ネ荷重に相当する噴射圧（ＰＮ₂）と、吐出圧と相関関
係にあるノズル内圧（ＰＮ_o）との関係が、低速・低負
荷域におけるＰＮ_oをＰＮ_OLとしたときに、上記中間リ
フト域においてはＰＮ₂＞ＰＮ_OL＞ＰＮ₁となるよう、
また、中間リフト域を除く低速・低負荷の一段リフト
域および高速・高負荷の二段リフト域では、ＰＮ_o
をＰＮ_OHとしたときに、ＰＮ_OH＞ＰＮ₂＞ＰＮ₁となるよ
う、バネ定数が設定される。ＰＮ_OLとＰＮ_OHは、ＰＮ_OL
＜ＰＮ_OHの関係にある。

【００１４】このようにして中間リフト域と一段リフ
ト域と二段リフト域が設定されることによる針弁リ
フト量の特性（ノズルリフト特性）は、図３に示すよう
なものであって、アイドル時には針弁３のリフトはプレ
リフト（例えば６０μ）に達しない中間リフト（例えば
３０μ）で推移する。そのため、噴射期間が長くなり、
燃焼期間が長くなって、急速燃焼が防止され、燃焼音が
低減されるとともに、燃料の微粒化が促進され、燃焼が
良好となって、エミッションおよび燃費性能が向上す
る。また、その他の運転域では通常の二段リフト特性と
なる。

【００１５】図４は燃料噴射ノズル１に加圧燃料を圧送
する燃料噴射ポンプ１０の一例を示している。図４に示
す燃料噴射ポンプ１０は所謂分配型噴射ポンプであっ
て、エンジンのクランクシャフトにより回転駆動される
ドライブシャフト１１と、ドライブシャフト１１の回転
によって駆動されるカムディスク１２と、カムディスク
１２のドライブシャフト１１側端面外周に設けられた気
筒数だけのフェイスカム１３と、カムディスク１２のフ
ェイスカム１３と反対の端面中央に連結されるプランジ
ャ１４と、フェイスカム１３に当接することによって、
回転するカムディスク１２をプランジャ１４と共に持ち
上げるローラ１５と、カムディスク１２をローラ１５に
押し付ける方向にプランジャ１４を付勢するプランジャ
スプリング１６と、ドライブシャフト１１により駆動さ
れるベーンタイプの燃料供給ポンプ１７と、燃料供給ポ
ンプ１７から供給された燃料をプランジャ室１８に導入
するインレットポート１９と、プランジャ１３の回転に
よりプランジャ１４の吐出ポート２０と順次出会うよう
設けられた気筒数だけのアウトレットポート２１と、各
アウトレットポート２１の先端に設けられたデリバリバ
ルブ２２と、プランジャ１４の逃がしポート２３を開く
位置を調整して噴射期間と噴射量を変えるコントロール
スリーブ２４と、インレットポート１９を開閉すること
によって最大噴射量を規制するフューエルカット・ソレ
ノイド２５を備えている。燃料噴射ポート１０には、そ
のほか、ギヤ２６を介して駆動されエンジン回転数に応
じてコントロールスリーブ２４の位置を調整し最高速度
を規制するガバナが設けられ、また、エンジン回転数に
応じてローラ１５のドライブシャフト１１に対する位相
を調整することにより噴射時期を制御するタイマが設け
られる。

【００１６】上記燃料噴射ポンプ１０において、燃料は
燃料供給ポンプ１７により送られ、インレットポート１
９からプランジャ室１８に導かれる。そして、エンジン
のクランクシャフトによってドライブシャフト１１が駆
動され、カムディスク１２が回転と同時に往復移動する
ことにより、プランジャ室１８の燃料が加圧され、プラ
ンジャ１３の吐出ポートと各アウトレットポート２１と
連通することによって、デリバリバルブ２２を介し各気
筒の燃料噴射ノズル１へ分配される。また、コントロー
ルスリーブ２４の制御により、プランジャ１３の有効ス
トロークが調整されて、それによって、噴射期間と噴射
量が制御される。コントロールスリーブ２４はガバナに
よって制御され、また、後述のようにＥＣＵ（エンジン
コントロールユニット）によってフィードバック制御さ
れる。また、ローラ１５はタイマによってエンジン回転
数の上昇とともにドライブシャフト１１の回転と逆方向
に動かされ、それによって、フェイスカム１３のリフト
時期が早められる。また、タイマはＥＣＵによってフィ
ードバック制御される。

【００１７】燃料噴射ポンプ１０の吐出圧Ｐ_Pは、プラ
ンジャ速度によって決まり、プランジャ速度は、ドライ
ブシャフト１１の回転速度と、フェイスカム１３のカム
プロフィールによって決まる。そして、エンジン低回転
時には、ドライブシャフト１１の回転速度が低いため、
プランジャ速度が低く、したがって、吐出圧Ｐ_Pが低
い。また、エンジン回転が上がれば、吐出圧Ｐ_Pも上昇
する。また、ノズル内圧ＰＮ₀は、燃料噴射ポンプ１０
と燃料噴射ノズル１を結ぶ噴射管等の影響により、Ｐ_P
より若干高く、やはり、エンジン回転とともに上昇する
ものである。

【００１８】ノズルリフト特性は、上記のとおりアイド
ル時に中間リフトを達成するよう設定するものである
が、各気筒の燃料噴射ノズル１のバネ定数にばらつきが
あると、噴射時期および噴射期間が気筒毎に異なってく
る可能性があり、そうした場合に、燃焼にばらつきが生
じ角速度変動が大きくなってエンジンの振動成分が悪化
する懸念がある。そこで、ＥＣＵにより、ガバナを介し
てコントロールスリーブ２４をフィードバック制御し、
また、タイマをフィードバック制御することにより、図
５においてｔ₁＝ｔ₂＝ｔ₃＝ｔ₄とし、気筒間噴射ばらつ
きによる振動成分の悪化を抑制する。図６は、そのよう
なフィードバック制御を行う制御系のブロック図であ
る。

【００１９】本発明は、燃料噴射ノズルが一段リフト式
の場合にも適用できる。図７は本発明を適用する一段リ
フト式燃料噴射ノズルの一例を示す。この燃料噴射ノズ
ル３１は、ノズルボディー３２に針弁３３が装着されて
なり、ノズルボディー３２はテーニングナット３４によ
ってホルダボディー３５に固定されている。そして、針
弁３３は、摺動部３３ａとニードル部３３ｂとからな
り、ニードル部３３ｂには、ノズルボディー３２の噴孔
３６に面して円錐テーパ状のシート面３３ｃが形成され
ている。針弁３３のリフトはホルダボディー３５の端面
によって規制される。また、そのホルダボディー３５の
端面を貫通してプレッシャピン３７が設けられ、そのプ
レッシャピン３７の先端は針弁３３の頭部に当接してい
る。そして、ホルダボディー３５にアジャステイングス
クリュー３８が取り付けられ、プレッシャピン３７とア
ジャステイングスクリュー３８との間にスプリング３９
が装着されている。そして、ノズルボディー３４には、
針弁３３の摺動部３３ａとニードル部３３ｂとの接続部
分を囲む位置に油だまり４０が形成され、また、この油
だまり４０に燃料を導入する燃料通路４１が形成されて
いる。また、アジャステイングスクリュー３８を貫通し
て逃がし通路４２が設けられている。燃料噴射ノズル３
１はエンジンの各気筒毎に設けられ、それぞれ燃焼室の
略中央に噴孔３６が開口するよう配置される。

【００２０】燃料噴射ノズル３１はやはり例えば図４に
示す燃料噴射ポンプ１０に接続され、燃料通路４２に計
量加圧され吐出された燃料が送り込まれる。そして、ノ
ズル内圧ＰＮ₀がノズル開弁圧ＰＮ₁を越えると、スプリ
ング３９が圧縮され、針弁３２が開く。ここで、スプリ
ング３９のバネ定数は、ノズル内圧ＰＮ₀と、開弁前の
バネ荷重に相当するノズル開弁圧ＰＮ₁と、開弁後のス
プリング３９のバネ荷重に相当する噴射圧ＰＮ₂との関
係が、アイドル時には、ＰＮ₂＞ＰＮ_O＞ＰＮ₁となり、
アイドル以外では、ＰＮ_O＞ＰＮ₂＞ＰＮ₁となるよう設
定する。このような設定することによって、ノズルリフ
ト特性は図８に示すようになり、アイドル時には針弁３
のリフトはフルリフト（例えば６０μ）に達しない中間
リフト（例えば３０μ）で推移し、噴射期間が長くな
る。その結果、アイドル時の燃焼音が低減されるととも
に、燃料の微粒化が促進され、エミッションおよび燃費
性能が向上する。その他の運転域では通常の一段リフト
特性となる。

【００２１】本発明は、また、図９に示すようなセント
ラルプランジャタイプの燃料噴射ノズルにも適用でき
る。この燃料噴射ノズル５１は、やはりノズルボディー
５２に針弁５３が装着されたものである。そして、針弁
５３は、摺動部５３ａとニードル部５３ｂとからなり、
ニードル部５３ｂには、ノズルボディー５２の噴孔５４
に面して円錐テーパ状のシート面５３ｃが形成され、そ
の先端にピントル部５３ｄが形成されている。また、ノ
ズルボディー５２内部に形成されたスプリング室５５に
は、針弁５３側の端部にプレッシャピン５６が配置さ
れ、プレッシャピン５６とスプリング室５５の他端との
間にスプリング５７が装着されている。また、プレッシ
ャピン５６と対向してスプリング室５５の他端に燃圧室
５８が形成されるとともに、この燃圧室５８に一端がシ
リンダ嵌合する燃圧ロッド５９が設けられて、該ロッド
５９の他端はセット時にプレッシャピン５６に対し所定
の隙間をもって対峙する配置とされている。そして、燃
圧室５８に燃圧を供給する通路６０と、スプリング室５
５に燃圧を供給する通路６１が設けられ、それら二つの
通路６０，６１が一つの燃圧供給路６２に接続され、そ
の接続部にデューティ制御式のソレノイドバルブ６３が
設けられている。上記ソレノイドバルブ６３は、エンジ
ンの負荷と回転数に応じてデューティ制御するもので、
それにより、燃圧室５８およびスプリング室５５の燃圧
バランスを変え、実質バネ定数が変化するようにしてい
る。また、ノズルボディー５２には、針弁５３の摺動部
５３ａとニードル部５３ｂの接続部分を囲む位置に油だ
まり６４が形成され、また、この油だまり６４に燃料を
導入する燃料通路６５が形成されている。

【００２２】この燃料噴射ノズル５１はエンジンの各気
筒毎に設けられ、それぞれ燃焼室の略中央に噴孔５４が
開口するよう配置されるもので、やはり例えば図４に示
す燃料噴射ポンプ１０に接続され、燃料通路４２に計量
加圧され吐出された燃料が送り込まれる。そして、ノズ
ル内圧ＰＮ₀がノズル開弁圧ＰＮ₁を越えると、スプリン
グ５７が圧縮され、針弁５３が開く。ここで、ソレノイ
ドバルブ６１により調整される燃圧を加えた実質バネ定
数は、ノズル内圧ＰＮ₀と、開弁前のバネ荷重に相当す
るノズル開弁圧ＰＮ₁と、開弁後のスプリング５７のバ
ネ荷重に相当する噴射圧ＰＮ₂との関係が、アイドル時
には、ＰＮ₂＞ＰＮ_O＞ＰＮ₁となり、アイドル以外で
は、ＰＮ_O＞ＰＮ₂＞ＰＮ₁となるよう設定する。この場
合、ノズルリフト特性は図３あるいは図８のいずれにも
設定可能である。

【００２３】次に、図１〜図６の係る実施の形態を例に
とって、本発明による各種特性の実験データを説明す
る。

【００２４】図１０は、アイドル時のノズルリフトを示
す針弁リフトセンサー波形である。データは、ノズル開
弁圧を２３０ｋｇｆ／ｃｍ²とした場合、２００ｋｇｆ
／ｃｍ²とした場合、１８０ｋｇｆ／ｃｍ²とした場合の
３種類を示している。プレリフトはいずれも６０μ、エ
ンジン回転数はいずれも７００ｒｐｍである。このデー
タから判るように、ノズル開弁圧を２３０ｋｇｆ／ｃｍ
²とすることによって中間リフトが得られる。

【００２５】図１１は、同じくアイドル時で、エンジン
回転数が７００ｒｐｍ、静的噴射タイミングをＴＤＣ
（上死点）としたときの筒内圧力の波形図である。デー
タは、一段目のセット圧（ノズル開弁圧）が２３０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²で二段目のセット圧が２６０ｋｇｆ／ｃｍ²の
場合と、一段目のセット圧が２００ｋｇｆ／ｃｍ²で二
段目のセット圧が２６０ｋｇｆ／ｃｍ²の場合と、一段
目のセット圧が１８０ｋｇｆ／ｃｍ²で二段目のセット
圧が２６０ｋｇｆ／ｃｍ²の場合である。このデータか
ら判るように、ノズル開弁圧を２３０ｋｇｆ／ｃｍ²と
することによって急速燃焼を抑制することができる。

【００２６】図１２は、ＮＯｘ（窒素酸化物）とＰＭ
（微粒子）の濃度を示す１５００、Ｐｅ＝３（エンジン
回転数１５００ｒｐｍ、平均有効圧３ｋｇｆ／ｃｍ²）
の通常運転時のデータと、ＩＤＬＥ（アイドル）時のデ
ータであって、丸印は２３０／２６０（一段目が２３０
ｋｇｆ／ｃｍ²で二段目が２６０ｋｇｆ／ｃｍ²）の場
合、三角印は１４０／２６０（一段目が１４０ｋｇｆ／
ｃｍ²で二段目が２６０ｋｇｆ／ｃｍ²）の場合、四角印
は２００／２３０（一段目が２００ｋｇｆ／ｃｍ²で二
段目が２３０ｋｇｆ／ｃｍ²）の場合をそれぞれ示して
いる。なお、１５００、Ｐｅ＝３とＩＤＬＥではスケー
ルが変えてある。このデータから判るように、ノズル開
弁圧を２３０ｋｇｆ／ｃｍ²とすることによってアイド
ル時のＮＯｘおよびＰＭを低減することができ、また、
通常運転時のＰＭを低減することができる。

【００２７】図１３は、アイドル時の静的噴射タイミン
グによる最高噴射圧Ｐｍａｘの変化を示すデータであ
り、図１４は、同噴射圧の最高上昇率ｄｐ／ｄθ ｍａ
ｘを示すデータである。また、図１５は同様にアイドル
時の静的噴射タイミングによる燃焼音レベル（ＳＰＬ）
を示すデータである。これらデータはいずれもノズル開
弁圧が２３０ｋｇｆ／ｃｍ²、２００ｋｇｆ／ｃｍ²、１
８０ｋｇｆ／ｃｍ²の場合のものである。これらデータ
から判るように、ノズル開弁圧を２３０ｋｇｆ／ｃｍ²
とすることによってアイドル時のＰｍａｘおよびｄｐ／
ｄθ ｍａｘを低下させ、騒音を低減することができ
る。

【００２８】図１６は、アイドル時の静的噴射タイミン
グによる燃費の変化を示すデータである。データは、ノ
ズル開弁圧が２３０ｋｇｆ／ｃｍ²、２００ｋｇｆ／ｃ
ｍ²、１８０ｋｇｆ／ｃｍ²の場合のものである。このデ
ータから判るように、ノズル開弁圧を２３０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²とすると、噴射タイミングをＴＤＣを中心とした通
常の範囲に設定する限りは、少なくともノズル開弁圧が
２００ｋｇｆ／ｃｍ²の場合よりアイドル時に燃費が良
くなる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、直噴ディーゼルエンジ
ンの燃料噴射装置において、低速・低負荷側のアイドル
等の領域でのノズルリフトを微小リフトとすることがで
き、かつ、微小リフトによる燃料の微粒化と燃焼騒音の
低減と、出力要求域での通常リフトによる出力の向上
を、高噴射圧条件のもとに達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二段リフト式燃料噴射ノズルの模
式構造図である。

【図２】図１の燃料噴射ノズルのリフト領域図である。

【図３】図１の燃料噴射ノズルのリフト特性図である。

【図４】本発明に係る分配型燃料噴射ポンプの構造図で
ある。

【図５】本発明における各気筒の燃料噴射時期および噴
射期間を示すタイムチャートである。

【図６】本発明におけるポンプフィードバック制御系の
ブロック図である。

【図７】本発明に係る一段リフト式燃料噴射ノズルの構
造図である。

【図８】図７の燃料噴射ノズルのリフト特性図である。

【図９】本発明に係るセントラルプランジャタイプの燃
料噴射ノズルの模式構造図である。

【図１０】アイドル時のノズルリフトを示すセンサー波
形図である。

【図１１】アイドル時の筒内圧力の波形図である。

【図１２】ＮＯｘおよびＰＭ濃度のグラフである。

【図１３】アイドル時の最高噴射圧のグラフである。

【図１４】アイドル時の噴射圧の最高上昇率のグラフで
ある。

【図１５】アイドル時の燃焼音レベルのグラフである。

【図１６】アイドル時の燃費のグラフである。

【符号の説明】

１燃料噴射ノズル（二段リフト式）３針弁５一段目バネ６中間ロッド７二段目バネ１０燃料噴射ポンプ１４プランジャ２４コントロールスリーブ３１燃料噴射ノズル（一段リフト式）３３針弁３９スプリング５１燃料噴射ノズル（セントラルプランジャタイプ）５３針弁５７スプリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山内博文広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を計量加圧しエンジン回転数に略比
例した吐出圧で吐出する燃料噴射ポンプと、ノズル内圧
が開弁前のスプリングのバネ荷重により規定される所定
のノズル開弁圧を越えたときに開弁リフトする針弁を備
え前記燃料噴射ポンプに連結されて該燃料噴射ポンプに
より計量加圧され吐出された燃料を燃焼室内に噴射する
燃料噴射ノズルとからなる直噴ディーゼルエンジンの燃
料噴射装置において、前記ノズル開弁圧と開弁直後の前
記スプリングのバネ荷重に相当する噴射圧と前記ノズル
内圧との関係が、前記ノズル開弁圧をＰＮ₁、前記噴射
圧をＰＮ₂、前記ノズル内圧をＰＮ_oとし、また、低速・
低負荷域におけるＰＮ_oをＰＮ_OL、高速・高負荷域にお
けるＰＮ_oをＰＮ_OHとしたときに、低速・低負荷側の所
定領域においてはＰＮ₂＞ＰＮ_OL＞ＰＮ₁となり、高速・
高負荷域においてはＰＮ_OH＞ＰＮ₂＞ＰＮ₁となり、か
つ、ＰＮ_OL＜ＰＮ_OHとなるよう、前記スプリングのバネ
定数および前記ノズル内圧特性を設定したことを特徴と
する直噴ディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】前記燃料噴射ノズルが、低速・低負荷側
にプレリフト域を形成する多段リフト式の燃料噴射ノズ
ルであり、前記ノズル開弁圧と前記噴射圧と前記ノズル
内圧との関係が、前記プレリフト域においてＰＮ₂＞Ｐ
Ｎ_OL＞ＰＮ₁となる請求項１記載の直噴ディーゼルエン
ジンの燃料噴射装置。
【請求項３】前記燃料噴射ノズルが一段リフト式であ
る請求項１記載の直噴ディーゼルエンジンの燃料噴射装
置。
【請求項４】前記ノズル開弁圧が機械的に固定された
ものである請求項１，２または３記載の直噴ディーゼル
エンジンの燃料噴射装置。
【請求項５】当該エンジンが多気筒エンジンで、低速
・低負荷側の前記所定領域における噴射期間が等間隔と
なるようフィードバック信号によって前記燃料噴射ポン
プを制御する手段を備えた請求項１，２，３または４記
載の直噴ディーゼルエンジンの燃料噴射装置。