JPH11294299A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 初期噴射率を低減させる２スプリング型燃料
噴射弁において、高速高負荷時に生じる燃料の供給遅れ
を防止する。 【解決手段】 本発明の燃料噴射弁は、燃料噴射ポンプ
から高圧の燃料の供給を受ける油溜まり５と、その油圧
が上昇したときにリフトするニードル８と、それを閉弁
方向に常時付勢する第１スプリング２４と、ニードルが
第１スプリングを圧縮して隙間ｃだけリフトしたときに
接触するプレッシャーピン２３と、プレッシャーピンを
常時付勢する第２スプリング２６と、プレッシャーピン
と連動する油圧ピストン２３ａと、油圧ピストンの下部
に空間として形成されて油溜まりと同時に油圧を受け入
れる圧力室２９とを備えており、機関の高速高負荷時に
圧力室に作用する高い油圧によってプレッシャーピンを
先にリフトさせるので、第２スプリングがニードルのリ
フトを妨げることがなく、迅速にリフトする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関（主とし
てディーゼルエンジン）に使用される燃料噴射弁（燃料
噴射ノズル）に係り、特に初期噴射率を低減させるため
に、噴孔を開閉するニードルを燃料の圧力に抗して閉弁
方向に付勢するスプリングが２段階に設けられている、
所謂２スプリング型の燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】第１の従来技術として、内燃機関におけ
る燃焼騒音やＮＯx の排出量を低減させる目的で、各気
筒毎に設けられた燃料噴射弁の毎回の噴射時期の初期に
おける燃料噴射率を低減させるために考案された、所謂
２スプリング型燃料噴射弁の全体構造を図２（ａ）に示
す。その要部Ｂ’の構造は拡大されて図２（ｂ）に示さ
れている。図２の（ａ）及び（ｂ）において、１はホル
ダーボディ、２はその先端側に取り付けられるノズルボ
ディ、３は取り付け用のナット、４はノズルボディ２の
先端に形成された噴孔、５はノズルボディ２の中に形成
された油溜まり、６は油溜まり５と噴孔４を連通する燃
料通路であって、燃料通路６の途中の噴孔４の近傍には
円錐形の弁座開口７が形成されている。

【０００３】８は、燃料通路６内で上下方向に移動可能
に挿入されて、先端の円錐形部分によって弁座開口７を
開閉することができるニードルであって、油溜まり５の
中に位置する円錐形の段部８ａを備えている。この場
合、ホルダーボディ１とノズルボディ２との間にはスペ
ーサ９が挿入されている。そして一体化されたホルダー
ボディ１とスペーサ９及びノズルボディ２には燃料通路
１０が連続して形成されている。燃料通路１０の上流側
端部１０ａにはバーフィルタ１１が設けられ、図示しな
い高圧燃料配管によって燃料噴射ポンプに接続されてい
る。

【０００４】ニードル８の段部８ａによって拡径した大
径部８ｂの上端には小径端部８ｃが一体に形成される。
ニードル８の大径部８ｂはノズルボディ２に形成された
円筒孔２ａに摺動可能に挿入されることによって支持さ
れており、小径端部８ｃの上端面は上下方向に移動可能
な棒状のプレッシャーピン１２の下端面と常時衝合して
いる。ニードル８の小径端部８ｃには硬質の金属からな
るリング１３が嵌合されていると共に、プレッシャーピ
ン１２の下端部を摺動可能に支持する硬質の金属からな
る中空の鍔付きブッシュ１４が、スペーサ９に設けられ
た大径の孔９ａに上下方向に摺動可能に嵌合している。

【０００５】プレッシャーピン１２の上端に近い部分に
は鍔部１２ａが形成されて、それがホルダーボディ１に
形成された円筒孔１ａに摺動可能に緩く嵌合して支持さ
れている。円筒孔１ａの上端の底部とプレッシャーピン
１２の鍔部１２ａとの間には第１のスプリング１５が圧
縮状態で装着されている。それによって、ニードル８は
プレッシャーピン１２を介して常に下方へ付勢されてお
り、油溜まり５に所定値以上の燃料の油圧が作用してい
ないときは、先端が弁座開口７に着座することによって
燃料通路６と噴孔４との間の連通を遮断して閉弁状態を
とっている。この閉弁状態においては、ニードル８とプ
レッシャーピン１２が第１のスプリング１５の付勢力に
よって押し下げられているので、リング１３の上面１３
ａと、それに対向してスペーサ９の下面として形成され
た停止面９ｂとの間には、ニードル８の最大リフトに相
当する隙間が形成されている。

【０００６】ホルダーボディ１の内部には、円筒孔１ａ
に続いて、それよりも下部に大径の円筒孔１ｂが形成さ
れていて、それら円筒孔１ａ，１ｂの段部によってリン
グ１６が係止されており、このリング１６と鍔付きブッ
シュ１４の上面との間には第２のスプリング１７が圧縮
状態で装着されている。従って、ブッシュ１４の鍔部の
下面１４ａは、下端面１４ｂがニードル８によってリン
グ１３を介して突き上げられて第２のスプリング１７を
圧縮する時以外は、第２のスプリング１７の付勢力によ
ってスペーサ９の上面９ｃに着座しているので、その状
態では、リング１３の上面１３ａとブッシュ１４の下端
面１４ｂとの間に、図２の（ｂ）に示すニードル８のプ
レリフトに相当する大きさの隙間ｃ’が形成される。

【０００７】なお、図２（ａ）に示す１８は、ホルダー
ボディ１内の円筒孔１ａ，１ｂ内へ洩れて来る燃料を集
めて燃料タンク等の低圧部分へ戻すための逃がし通路で
あって、１９は逃がし通路１８の終端に設けられたドレ
ンポートである。

【０００８】第１の従来技術としての２スプリング型燃
料噴射弁は図２に示したような構造を有するので、取付
対象となる内燃機関において、図示された燃料噴射弁が
取り付けられている特定の気筒への燃料の噴射時期が来
て、図示しない燃料噴射ポンプから燃料通路１０を経て
油溜まり５へ供給される燃料の油圧が上昇すると、その
油圧がニードル８の段部８ａに対して上向きに作用する
ため、ニードル８とプレッシャーピン１２が第１のスプ
リング１５の付勢力に抗して図２の（ｂ）に示す隙間
ｃ’の分だけ上方へ移動し、リング１３の上面１３ａが
ブッシュ１４の下端面１４ｂに軽く接触しているプレリ
フトの状態となる。それによってニードル８の先端が弁
座開口７を開くので、比較的小さな噴射率で燃料が噴孔
４から噴射される。

【０００９】機関がアイドル時のように低速低負荷の状
態で運転されるときは、図２に示す従来の燃料噴射弁に
おいても、図３の（ａ）において破線で示すようにニー
ドル８は比較的遅く立ち上がって隙間ｃ’の分だけ、即
ちプレリフトに相当する距離だけ上昇する。リング１３
の上面１３ａがブッシュ１４の下端面１４ｂに接触する
と、第１のスプリング１５の付勢力に加えて第２のスプ
リング１７の付勢力がニードル８を押し下げる方向に加
わるが、低速低負荷の運転状態においては油溜まり５に
作用する燃料噴射ポンプの吐出圧が比較的低いので、ブ
ッシュ１４の下端面１４ｂがストッパとなって、ニード
ル８はそれ以上上昇することができず、低速低負荷の運
転状態に適した小さな噴射率による噴射が行われ、燃焼
温度が低下して排気中の窒素酸化物（ＮＯx ）の量が減
少するためエミッション特性が良くなると共に、燃焼騒
音も低減する。

【００１０】車両が定速走行する時のような機関の中速
中負荷の運転状態では、燃料噴射ポンプの吐出圧が低速
低負荷の運転状態よりも高くなるので、図３の（ａ）に
おいて鎖線によって示したように、前述のプレリフトの
状態が短時間継続する間に、油溜まり５に作用する燃料
の油圧が更に高まると、ニードル８はリング１３とブッ
シュ１４の接触面を介して第２のスプリング１７をも圧
縮し、図２（ｂ）に示した最大リフト分までリフトす
る。それによって、中速中負荷の運転状態に必要な中程
度の大きさの出力が得られる一方、噴射初期に短時間だ
けプレリフトが行われることによって噴射初期の噴射率
が低くなるため、それが所謂パイロット噴射と同様な作
用をして、燃焼騒音を低減させることができる。なお、
中速中負荷の状態においては、低速低負荷の状態よりも
エンジンの回転数が上昇しているため、図示しない燃料
噴射ポンプの公知のタイマーの作用により噴射開始の時
期が早くなっている。

【００１１】図２に示す従来の燃料噴射弁によれば、車
両の加速時のような機関の高速高負荷時の運転状態にお
いて、燃料噴射ポンプの吐出圧が更に高くなって噴射率
が最大となっても、プレリフトの影響が依然として残っ
ていて、図３の（ａ）において実線によって示したよう
に、噴射開始からニードルのリフト量が最大になるまで
に、途中のプレリフトの高さに達したところでニードル
のリフトの上昇が一時止まって、短時間Ｓだけではある
が噴射率の上昇が遅滞する時期が生じる。

【００１２】これは、ニードル８と一体のリング１３が
ブッシュ１４の下端面１４ｂに接触したときから第２の
スプリング１７の圧縮が始まるために、油溜まり５内の
燃料の油圧が上昇して第１のスプリング１５に加えて第
２のスプリング１７を圧縮するに足る力を発生するとき
まで、ニードル８がプレリフトの位置を維持するためで
ある。しかしながら、高速高負荷の運転状態では燃焼騒
音を低減させることよりも高出力の要求の方が優先する
し、高速高負荷時に燃料の噴射が遅れるとエミッション
特性が悪化するから、従来の２スプリング型燃料噴射弁
を使用すると高速高負荷時に噴射率の上昇が一時的にせ
よ遅滞し、機関の最大出力が比較的低い値で頭打ちにな
ると共に、エミッションも悪化するという結果をもたら
す。

【００１３】なお、第２のスプリング１７を廃止して第
１のスプリング１５のみにすれば、噴射率の上昇過程に
おける一時的な遅滞はなくなるので、高速高負荷の運転
状態における前述のような問題は解消するが、もしその
ようにすれば、低速低負荷や中速中負荷の運転状態にお
いて初期噴射率を低減させて、排気エミッション特性の
改善や燃焼騒音の低減を図るという、２スプリング型燃
料噴射弁の本来の目的を達成することができなくなる。

【００１４】また、それとは別の第２の従来技術とし
て、実開昭６１−１９６７１号公報には、前述の従来の
２スプリング型燃料噴射弁と同様に初期噴射率の低減を
目的として、きわめて複雑な機構と高圧燃料のスピル通
路とを備えた燃料噴射弁が記載されている。この燃料噴
射弁においては、アイドル時のような低速低負荷の運転
状態では、前述の第１の従来技術としての燃料噴射弁と
同様に、ニードルと一体になって上下方向に移動するプ
ッシュロッドの上端がアジャスティングロッドの下端に
接触する時までは、ニードルのリフトは、プッシュロッ
ドを下方に向かって付勢しているバルブスプリングのみ
を圧縮することによって行われるので、この間は前述の
プレリフトに相当し、ニードルのリフト量は図３（ｂ）
に破線によって示したように低くて平坦なものになるも
のと考えられる。

【００１５】また、中速中負荷（部分負荷）の運転状態
では、プッシュロッドの上端がアジャスティングロッド
の下端に接触した所で、アジャスティングロッドを下方
へ付勢している第１スプリングの付勢力が加わるので、
図３（ｂ）に鎖線によって示したように、ニードルのリ
フト量は短い一時期Ｔ₁ のように停滞する。略その時期
に、「燃料案内部」と呼ばれているスピル通路に形成さ
れたスピル弁がニードルのリフトによって開弁するの
で、供給される燃料の油圧の急上昇が抑えられて、時期
Ｔ₁ 後には緩やかにニードルのリフト量が増加する時期
Ｔ₂ があり、それによって目的のように初期噴射率を低
減させる。そして、このスピル通路に設けられたスピル
弁がニードルの緩やかな上昇によって閉じられた後は燃
料の油圧が高くなるために、リフト量が急増してニード
ルが最大リフト位置に達するものと考えられる。

【００１６】そして、機関の高速高負荷の運転状態にお
いては、急上昇して高圧に達する燃料の油圧を受けて第
２のピストンが上昇し、スピル通路に形成されたスピル
弁を閉弁させるので、時期Ｔ₂ を経ることなく、高速高
負荷の運転状態に応じてニードルのリフト量が急上昇す
るものの、この場合もニードルが上昇する途中におい
て、プッシュロッドの上端とアジャスティングロッドの
下端との間の隙間ｌ₀ が閉じた時に、第１スプリングの
付勢力が加わるので、図３の（ｂ）に実線で示したよう
に、ニードルのリフト量の増加が止まる短時間Ｓ’が存
在する結果、リフト特性に段部が生じるものと考えら
れ、噴射率が全く遅滞することなく上昇するものとは考
えられない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上の説明から明らか
なように、燃焼騒音やＮＯx の排出量を低減させるため
に初期噴射率を低減させることを目的とする従来の２ス
プリング型燃料噴射弁においては、機関の低速低負荷や
中速中負荷の運転状態では満足な特性が得られるもの
の、機関の高速高負荷の運転状態においては、図３の
（ａ）や（ｂ）の実線の特性曲線にＳ又はＳ’として示
したように、ニードルのリフト量の増加において停滞時
期（段部）が生じるので、必要な燃料の供給が遅れて機
関の高速高負荷の運転状態における出力の伸び悩みが生
じ、エミッション特性も悪化して、２スプリング型燃料
噴射弁を使用した内燃機関の高速高負荷時における出力
特性を不満足なものとすると共に、エミッション対策上
も問題を残すことになる。

【００１８】そこで本発明は、従来技術におけるこのよ
うな問題に対処して、図３の（ｃ）に示したように、機
関の低速低負荷（破線）及び中速中負荷（鎖線）の運転
状態においては、従来技術と同様に噴射の初期の燃料噴
射率を低減させることによって燃焼騒音やＮＯx の排出
量を低減させると共に、高速高負荷の運転状態において
は、図３の（ｃ）に実線で示したようにニードルのリフ
ト量が迅速に休みなく増大して、高くて平坦なニードル
のリフト特性と、同様な形の噴射率特性が得られるよう
にすることにより、高速高負荷時において十分に高い出
力と、良好なエミッション特性が得られるような、改良
された燃料噴射弁を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、燃料噴射ポンプから高圧の
燃料の供給を受ける油溜まりと、油溜まりにある燃料の
油圧が上昇したときにリフトして噴孔への燃料通路を開
くニードルと、ニードルを閉弁方向に常時付勢する第１
スプリングと、ニードルが所定の距離だけリフトしたと
きに接触するプレッシャーピンと、プレッシャーピンを
ニードルの閉弁方向に常時付勢する第２スプリングと、
油溜まりと共に燃料噴射ポンプから燃料の油圧を受け入
れる圧力室と、圧力室内の油圧を受けてプレッシャーピ
ンをニードルの開弁方向に付勢する油圧ピストンとを備
えている燃料噴射弁を提供する。

【００２０】この場合、必要があれば、圧力室が燃料噴
射ポンプから燃料の油圧を受け入れる通路に絞り手段を
設けることができる。また、第２スプリングと共にニー
ドルの最大リフト量を決定するピンを設けることもでき
る。更に、第１スプリング及び第２スプリングの少なく
とも一方の上端には、厚さを変更することができ交換可
能なシムを装着することが望ましい。

【００２１】より一般的に言って、本発明の解決手段
は、燃料噴射弁の噴射特性を、機関の低速低負荷の運転
状態においては低い噴射率を維持する形とし、中速中負
荷の運転状態においては低い初期噴射率を短時間経た後
に高い噴射率へ移行する形とすると共に、高速高負荷の
運転状態においては噴射率を低減させることなく、ニー
ドルのリフト量が直線的に最大リフト量に到達するよう
に、燃料噴射弁を構成することに特徴があると言うこと
ができる。

【００２２】

【作用】本発明の燃料噴射弁においては、具体的な構成
として、プレッシャーピンをニードルの開弁方向に付勢
する油圧ピストンと、その油圧ピストンの下部に空間と
して形成されて燃料噴射ポンプから燃料の油圧を受け入
れる圧力室が設けられるので、燃料噴射ポンプから供給
される燃料の油圧が油溜まりに作用して、第１スプリン
グを圧縮することによりニードルをリフトさせて燃料の
噴射を開始するが、機関の低速低負荷時には第２スプリ
ングの付勢力が、ニードルのそれ以上のリフトを妨げる
ように作用するので、低くて平坦な噴射量が得られる。

【００２３】また、機関の中速中負荷時には、噴射の初
期において第２スプリングの付勢力がニードルのリフト
を妨げるように作用するので、初期噴射率を低減させる
ことができ、その後の供給油圧の上昇によって、ニード
ルは第２スプリングをも圧縮して最大リフト量に到達す
る。いずれの場合も初期噴射率が低いために燃焼温度が
低く抑えらてＮＯx の発生量が少なくなり、パイロット
噴射の場合と同様に燃焼騒音が低くなる。

【００２４】機関の高速高負荷時においては、燃料の油
圧が供給開始の初期から高くなるので、その油圧が同時
に作用している圧力室の油圧も噴射開始の初期から所定
値以上に高くなる。その高い油圧を受けて油圧ピストン
が上昇して第２スプリングを圧縮する。また、プレッシ
ャーピンも油圧ピストンと連動して上昇するから、この
状態においては、ニードルがリフトする際に第２スプリ
ングによる閉弁方向への力を受けないので、第１スプリ
ングのみを圧縮してニードルが直線的にリフトし、初期
噴射率を低減させることがない。それによって機関の高
速高負荷の運転状態において燃料の供給遅れが生じるこ
とが防止され、高い出力特性と良好なエミッション特性
が得られる。

【００２５】この場合、圧力室が燃料噴射ポンプから燃
料の油圧を受け入れる通路に絞り手段を設けると、機関
の高速高負荷時に圧力室に作用する高い油圧によってプ
レッシャーピンと連動する油圧ピストンが上昇して第２
スプリングを圧縮したのちに、次の噴射時期までに燃料
の油圧が低下しても、絞り手段が設けられているために
圧力室の油圧の低下が遅れる。そのため、プレッシャー
ピンと油圧ピストンが噴射時期毎に大きく上下動をする
ことがなくなり、油圧ピストンとそれを受け入れる油圧
シリンダとの摺動面の摩耗も減少する。また、第２スプ
リングと共にピンを設けるとニードルの最大リフト量を
正確に規制することができる。更に、第１スプリング及
び第２スプリングの少なくとも一方の上端に厚さを変更
することができ交換可能なシムを装着すると、それらに
よって第１スプリング又は第２スプリングの設定圧縮力
を自由に調節することができるので、噴射開始の第１開
弁圧と中速中負荷時における第２開弁圧を容易に調整す
ることが可能になる。

【００２６】本発明をより一般的に表現すれば、燃料噴
射弁を、その燃料噴射弁が取り付けられる機関の低速低
負荷の運転状態においては低い噴射率を維持する形と
し、中速中負荷の運転状態においては低い初期噴射率を
短時間経た後に高い噴射率へ移行する形とすると共に、
高速高負荷の運転状態においては噴射率を低減させるこ
となく、ニードルのリフト量が直線的に最大リフトに到
達するように作動させることであると言える。前述の第
２の従来技術もこれに近い意図を有する可能性がある
が、実開昭６１−１９６７１号のマイクロフィルムに記
載された手段がこのような作用を奏することができない
ことは従来の技術の項において説明した通りであるか
ら、第２の従来技術の存在下においても本発明には新規
性がある。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の燃料噴射弁の好適な実施
形態の１つを図１に示す。本発明の燃料噴射弁もやはり
２スプリング型燃料噴射弁に属するものであって、その
全体構造は図１（ａ）に示されており、その要部Ｂの構
造は拡大されて図１（ｂ）に示されている。先に詳細に
説明した図２に示す従来の２スプリング型燃料噴射弁と
の比較を容易にするために、両者が実質的に同じ構成部
分については、図２において使用したものと同じ参照符
号を、本発明の実施形態を示す図１においても使用する
ことにする。

【００２８】図１に示す２１はホルダーボディであっ
て、２はその先端側に取り付けられるノズルボディ、３
は取り付け用のナット、４はノズルボディ２の先端に形
成された噴孔、５はノズルボディ２の中に形成された油
溜まり、６は油溜まり５と噴孔４を連通する燃料通路で
あって、燃料通路６の途中の噴孔４の近傍には円錐形の
弁座開口７が形成されている。

【００２９】８は、燃料通路６内で上下方向に移動可能
に挿入されて、先端の円錐形部分によって弁座開口７を
開閉することができるニードルであって、油溜まり５の
中に位置する円錐形の段部８ａを備えている。ナット３
によって一体化されたホルダーボディ２１とノズルボデ
ィ２には燃料通路１０が連続して形成されている。燃料
通路１０の上流側端部１０ａにはバーフィルタ１１が設
けられ、図示しない高圧燃料配管によって燃料噴射ポン
プに接続されている。

【００３０】ニードル８の段部８ａによって拡径した大
径部８ｂの上端には、小径端部８ｃが一体に形成され
る。ニードル８の大径部８ｂはノズルボディ２に形成さ
れた円筒孔２ａに摺動可能に挿入されて支持されてお
り、その小径端部８ｃにはキャップ型をした第１のプレ
ッシャーピン２２が被せられている。第１のプレッシャ
ーピン２２はホルダーボディ２１内に形成された円筒孔
２１ａの中で上下方向に摺動可能となっている。第１の
プレッシャーピン２２の上方には移動可能な棒状の第２
プレッシャーピン２３が設けられており、この実施形態
ではその上端に一体化されている鍔部２３ａは、１つの
油圧ピストンとして、ホルダーボディ２１に形成された
油圧シリンダとしての小径の円筒孔２１ｂ内に摺動可能
に油密に嵌合している。なお、第２プレッシャーピン２
３の下端面２３ｂは、ニードル８の先端が弁座開口７に
着座している閉弁状態において、第１のプレッシャーピ
ン２２の上面２２ａから所定の距離だけ離れており、そ
こに隙間ｃが形成される。

【００３１】ホルダーボディ２１の円筒孔２１ａ内には
第１の圧縮スプリング２４が装填され、その下端は第１
のプレッシャーピン２２の上面２２ａに常時接触してい
て、ニードル８を閉弁位置に向かって常時下方へ付勢し
ている。従って、油溜まり５に所定値以上の燃料の油圧
が作用していないときは、第１スプリング２４の付勢力
によってニードル８の先端が弁座開口７に着座すること
により、燃料通路６と噴孔４との間の連通を遮断して閉
弁状態をとっている。第１のスプリング２４の上端は、
第２プレッシャーピン２３の軸部を挿通させる液密の穴
を有する第１のシム２５を介して、やはり液密の穴を有
する仕切壁２１ｃによって支持されている。従って、第
１のシム２５を交換してその厚さを変更すると、第１ス
プリング２４の設定圧縮力が変化するので、開弁時にニ
ードル８がリフトを開始する第１開弁圧の設定値を自由
に調整することができる。

【００３２】また、ホルダーボディ２１の小径の円筒孔
２１ｂ内には第２の圧縮スプリング２６が装填され、そ
の下端は第２プレッシャーピン２３の上端の鍔部２３ａ
に接触して第２プレッシャーピン２３を常時下方へ付勢
している。この場合、鍔部２３ａの下方への移動は、仕
切壁２１ｃの上方に所定の間隔をおいて設けられた環状
の突出壁２１ｄによって阻止される。更に、円筒孔２１
ｂ内には、コイル状の第２スプリング２６の中に挿通さ
れるようにして、鍔部２３ａと一体又は別体のピン２７
が設けられる。

【００３３】第２スプリング２６の上端は、円筒孔２１
ｂの上方の底部に装着された第２のシム２８によって支
持されるので、第２スプリング２６が圧縮されてニード
ル８が最大のリフト位置をとる時に、ピン２７の上端２
７ａが第２のシム２８に接触して、それ以上ニードル８
が上昇するのを阻止する。また、第２のシム２８を交換
してその厚さを変更すると第２スプリング２６の設定圧
縮力が変化するので、プレリフトの後にニードル８を更
にリフトさせるための第２開弁圧の設定値を自由に調整
することができる。

【００３４】本発明の構造上の最も特徴的な点として、
図示実施形態においては、油圧ピストンである第２プレ
ッシャーピン２３の鍔部２３ａと、円筒孔２１ａの上方
に設けられた仕切壁２１ｃとの間に圧力室２９が形成さ
れており、その圧力室２９が絞り通路３０によって燃料
通路１０に接続されていて、圧力室２９内に燃料噴射ポ
ンプによって加圧された燃料の油圧が作用することによ
り、第２のスプリング２６の付勢力に対抗して第２プレ
ッシャーピン２３を上方に向かって付勢するように構成
されている。

【００３５】なお、図１（ａ）に示す１８は、ホルダー
ボディ２１内の油圧シリンダである円筒孔２１ｂから第
２のシム２８の周囲を通って洩れて来る燃料を集めて燃
料タンク等の低圧部分へ戻すための逃がし通路であっ
て、１９は逃がし通路１８の終端に設けられたドレンポ
ートである。

【００３６】本発明の実施形態としての２スプリング型
燃料噴射弁は図１に示したような構造を有するので、取
付対象となる内燃機関において、この燃料噴射弁が取り
付けられている特定の気筒への燃料の噴射時期が来て、
図示しない燃料噴射ポンプから燃料通路１０を経て油溜
まり５へ供給される燃料の油圧が第１の開弁圧以上に上
昇すると、その油圧がニードル８の段部８ａに対して上
向きに作用するため、ニードル８と第１のプレッシャー
ピン２２が第１のスプリング２４の付勢力に抗して図１
の（ａ）に示す隙間ｃの距離だけ上方へ移動して、第１
プレッシャーピン２２の上面２２ａが第２プレッシャー
ピン２３の下端面２３ｂに軽く接触するプレリフトの状
態となる。それによってニードル８の先端が弁座開口７
を開くので、比較的小さな噴射率によって燃料が噴孔４
から噴射される。

【００３７】機関がアイドル時のように低速低負荷の状
態で運転されるときは、燃料噴射ポンプの吐出圧は第１
開弁圧を僅かに超える程度の大きさにすぎないから、従
来の燃料噴射弁の場合と同様に、図３の（ｃ）において
破線で示すようにニードル８はプレリフト分だけリフト
する。第１のプレッシャーピン２２が第２のプレッシャ
ーピン２３に接触すると、第１のスプリング２４の付勢
力に加えて第２のスプリング２６の付勢力がニードル８
を押し下げる方向に加わるが、低速低負荷の運転状態に
おいては油溜まり５に作用する燃料噴射ポンプの吐出圧
が前述のように比較的低いので、第２プレッシャーピン
２３の下端面２３ｂがストッパとなって、第１プレッシ
ャーピン２２とニードル８はそれ以上リフトすることが
できず、低速低負荷の運転状態に適した小さな噴射率に
よる燃料噴射が行われ、燃焼温度が低下して排気中の窒
素酸化物（ＮＯx ）の量が減少するためエミッション特
性が良くなると共に、燃焼騒音も低減する。

【００３８】車両が定速走行する時のような機関の中速
中負荷の運転状態では、燃料噴射ポンプの吐出圧が低速
低負荷の運転状態よりも高くなるので、図３の（ｃ）に
おいて鎖線によって示したように、前述のように低い噴
射率のプレリフトの状態が短時間継続する間に、油溜ま
り５に作用する燃料の油圧が更に高まって第２開弁圧に
達すると、ニードル８は第１プレッシャーピン２２と第
２プレッシャーピン２３の接触面を介して第２のスプリ
ング２６をも圧縮し、ピン２７の上端２７ａが第２のシ
ム２８に接触して停止させられる最大リフト位置までリ
フトする。それによって、中速中負荷の運転状態に必要
な中程度の出力が得られる一方、噴射初期に短時間だけ
プレリフトすることによって噴射率が低くなる時期があ
るため、プレリフトによる噴射がパイロット噴射と同様
な作用をして、燃焼騒音を低減させることができる。

【００３９】車両の加速時のような機関の高速高負荷時
の運転状態において燃料噴射ポンプの吐出圧が更に高く
なると、前述のような本発明の特徴とする構造における
圧力室２９内の燃料の油圧も高くなるので、その油圧に
よって油圧ピストンである第２プレッシャーピン２３の
鍔部２３ａが第２のスプリング２６を圧縮して、ピン２
７の上端２７ａが第２のシム２８に接触するところまで
上昇する。従って、同時に油溜まり５に作用する燃料の
高い油圧によって、ニードル８と第１プレッシャーピン
２２が第１スプリング２４を圧縮して一気にリフトする
時は、第２プレッシャーピン２３が圧力室２９に作用す
る油圧によって上昇した後になるから、最大リフト位置
において第２プレッシャーピン２３が停止するまで、ニ
ードル８は実質的に第２のスプリング２６の付勢力によ
る抵抗を受けることなく、急速に最大リフト位置まで上
昇することができる。

【００４０】従って、図３の（ｃ）において実線によっ
て示すように、燃料噴射ポンプの吐出する燃料の油圧が
所定値よりも高くなる高速高負荷の運転状態では、ニー
ドルのリフト量は途中で停滞することなく一気に増加す
るので、機関の高速高負荷の運転状態に適した高い出力
が得られると共に、良好なエミッション特性も併せて得
られる。

【００４１】図２に示した従来の燃料噴射弁等では、機
関の高速高負荷時の運転状態においても、２スプリング
型燃料噴射弁特有のプレリフトの機能が残っていて、図
３の（ａ）や（ｂ）において実線によって示したよう
に、噴射開始からニードルのリフト量が最大になるまで
に、途中のプレリフトの高さに達したところでニードル
の上昇が一時的に止まって、短時間Ｓ又はＳ’だけ噴射
率の上昇が遅滞する時期があり、直線的に立ち上がるこ
とが望ましい高速高負荷の噴射特性に段部が生じるが、
本発明の場合は、図３の（ｃ）に実線で示したように、
段部が全く生じないように設定することができる。

【００４２】なお、図示実施形態においては、燃料通路
１０と圧力室２９との間を絞り通路３０によって接続し
ているので、抵抗のない単なる通路によって接続する場
合と異なり、圧力室２９内に燃料の高い油圧が供給され
て第２プレッシャーピン２３が第２スプリング２６を圧
縮して上昇して噴射が行われた後は、次の噴射時期が来
るまでに燃料通路１０内の燃料の油圧が低下しても、圧
力室２９内の油圧はあまり低下しないで比較的高く維持
される。従って、高速高負荷の運転状態等においては第
２プレッシャーピン２３が噴射の都度上昇するのではな
く、最大リフト位置付近で停止することができるので、
第２プレッシャーピン２３とそれに関連する油圧ピスト
ンに対して摺動係合する部分における摩耗が軽減され
る。

【００４３】他の実施形態を、その特徴となる圧力室周
りについて図４に示す。この実施形態は、油圧ピストン
３１を第２プレッシャーピン２３’と別体とし、各々を
付勢するスプリング３２，２６’を設けたことを特徴と
する。第２プレッシャーピン２３’の上端には油圧ピス
トン３１の穴３１ａに係合する鍔部２３ｃが設けられ
る。この実施形態では、中速中負荷の状態までは、圧力
室２９’内の圧力を受ける油圧ピストン３１が第３のス
プリング３２に付勢されて動かず、圧力室２９’内の燃
料の油圧が第２プレッシャーピン２３’に作用しないた
め、ニードル８の挙動に関して、図２に示された従来技
術と全く同等のものとすることができる。高速高負荷の
状態においては、上昇した燃料噴射ポンプの吐出圧を受
けて、圧力室２９’内の燃料の油圧の作用が、第２のス
プリング２６’および第３のスプリング３２の付勢力に
勝って、油圧ピストン３１が円筒孔２１ｅ内を上昇し、
それに係合する第２プレッシャーピン２３’を上昇させ
る。それによって、ニードル８は途中で停滞することな
く一気にリフトする。

【００４４】また、本発明は、図１、及び図４に示す実
施形態に限定されるものではなく、例えば、図２に示さ
れる従来技術の様にスプリングが配置された燃料噴射弁
にも適用可能である。この場合は、ブッシュ１４を油圧
ピストンとし、スペーサ９とブッシュ１４の間に圧力室
を形成すればよい。

【００４５】

【発明の効果】本発明の２スプリング型燃料噴射弁によ
れば、機関の低速低負荷運転時にはプレリフトに相当す
る低い噴射率を維持すると共に、中速中負荷運転時には
プレリフトを伴って２段に噴射率が変化する噴射特性が
得られるので、２スプリング型燃料噴射弁の特質を十分
に発揮して燃焼騒音やＮＯx の排出量を低減させること
ができる一方、機関の高速高負荷運転時には燃料の供給
が遅れるという２スプリング型燃料噴射弁の欠点を排除
して、噴射率が途中で停滞することなく一気に、且つ迅
速に増大するような噴射特性が得られる。これは噴射の
初期における噴霧の貫徹力を強めることにもつながり、
それらによって、機関の出力特性やエミッション特性を
併せて改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す縦断正面図であって、
（ａ）は燃料噴射弁の全体を示すと共に、（ｂ）は
（ａ）における要部Ｂを拡大して示している。

【図２】１つの従来例を示す縦断正面図であって、
（ａ）は燃料噴射弁の全体を示すと共に、（ｂ）は
（ａ）における要部Ｂ’を拡大して示している。

【図３】噴射特性を示す線図であって、（ａ）は第１の
従来例の場合、（ｂ）は第２の従来例の場合、（ｃ）は
本発明の場合を示している。

【図４】本発明の他の実施形態について要部のみを拡大
して示す部分的な縦断正面図である。

【符号の説明】

１…ホルダーボディ（第１の従来例） ４…噴孔 ５…油溜まり ８…ニードル ８ａ…段部 １０…燃料通路 ２１…ホルダーボディ（実施形態） ２１ａ…円筒孔 ２１ｂ…円筒孔（油圧シリンダ） ２１ｃ…仕切壁 ２１ｄ…突出壁 ２２…第１のプレッシャーピン ２３…第２のプレッシャーピン ２３ａ…鍔部（油圧ピストン） ２４…第１のスプリング ２５…第１のシム ２６…第２のスプリング ２７…ピン ２８…第２のシム ２９…圧力室 ３０…絞り通路 ３１…油圧ピストン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/16 Ｆ０２Ｍ 61/16 Ｌ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射ポンプから高圧の燃料の供給を
   受ける油溜まりと、前記油溜まりにある燃料の油圧が上
   昇したときにリフトして噴孔への燃料通路を開くニード
   ルと、前記ニードルを閉弁方向に常時付勢する第１スプ
   リングと、前記ニードルが所定の距離だけリフトしたと
   きに接触するプレッシャーピンと、前記プレッシャーピ
   ンを前記ニードルの閉弁方向に常時付勢する第２スプリ
   ングと、前記油溜まりと共に前記燃料噴射ポンプから燃
   料の油圧を受け入れる圧力室と、前記圧力室内の油圧を
   受けて前記プレッシャーピンを前記ニードルの開弁方向
   に付勢する油圧ピストンとを備えていることを特徴とす
   る燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 前記圧力室が燃料の油圧を受け入れる通
   路に絞り手段が設けられていることを特徴とする請求項
   １に記載された燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 前記第２スプリングと共に、前記ニード
   ルの最大リフト量を決定するピンが設けられていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載された燃料噴射弁。
4. 【請求項４】 前記第１スプリング及び前記第２スプリ
   ングの少なくとも一方の上端が、厚さを変更することが
   できるシムを介して支持されていることを特徴とする請
   求項１ないし３のいずれか１つに記載された燃料噴射
   弁。
5. 【請求項５】 それが取り付けられる機関の低速低負荷
   の運転状態においては低い噴射率を維持する形とし、中
   速中負荷の運転状態においては低い初期噴射率を短時間
   経た後に高い噴射率へ移行する形とすると共に、高速高
   負荷の運転状態においては初期噴射率を低減させること
   なく、ニードルのリフト量が直線的に最大リフトに到達
   するように構成されていることを特徴とする燃料噴射
   弁。