JP2511188Y2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はディーゼル機関の燃料噴射弁にかかるもの
で、とくに上記ディーゼル機関の低速回転域および中速
回転域での噴射性能を改善した燃料噴射弁に関する。

［従来の技術］ 一般にディーゼル機関においては、窒素酸化物の排出
量低減のために、燃料の噴射霧粒径をできるかぎり微細
化し、噴射後の燃料と空気との混合を短時間に行なう必
要がある。このためには、燃料噴射弁の開弁圧力を高く
して、高い噴射圧力で燃料噴射を行なうことが要求され
る。この要求を満足するために、ニードル弁を閉弁方向
に付勢するプレッシャスプリングのスプリング力を大き
くすることにより開弁圧を高くするという方法がある。

しかしながら、プレッシャスプリングのスプリング力
を大きくすることにより開弁圧を高くした場合には、燃
料噴射直後の閉弁時にニードル弁が強い力でバルブシー
トにたたきつけられることとなるので、燃料噴射弁の耐
久性の面から燃料噴射弁の性能改善にも限度がある。

こうした点を改善した従来技術として、たとえば、特
開昭60-122269号に開示されたような燃料噴射弁があ
る。この燃料噴射弁は、ニードル弁の上部にセントラル
プランジャを設け、このセントラルプランジャに噴射管
内の圧力を作用させ、上記プレッシャスプリングのスプ
リング力に加えることにより開弁圧を高く保つものであ
る。また燃料噴射終了時には噴射管内圧力の低下によ
り、セントラルプランジャを押し付ける力がノズルボデ
ィ内の燃料溜り室より先に低下することを利用して、ニ
ードル弁のバルブシートへの押付け力を開弁時に比較し
て小さくし、これによって閉弁圧力を低く保ち、開弁圧
力の上昇および耐久性の向上を図ろうとするものであ
る。

しかして、近年ディーゼル機関の直噴化にともない低
速回転域および中速回転域での燃焼騒音の低減、および
高速回転域での出力向上が望まれているが、上述のよう
な従来の燃料噴射弁においては、低速回転域から高速回
転域までにわたって開弁圧を全体的に高くすることは可
能であるが、ディーゼル機関の回転数の変化に応じて開
弁圧を変化させることができないので、低速回転域にお
いては燃焼騒音が大きいとともに、始動時の燃料過給が
困難で低速回転・低噴射領域における不整噴射に起因す
るハンチング現象を防止することができなかった。さら
にまた、高速回転域においては噴霧の微粒化を促進する
ことができず、ディーゼル機関の出力を向上させること
ができないという問題がある。

［考案が解決しようとする課題］ 本考案は以上のような諸問題にかんがみなされたもの
で、燃料噴射弁の開弁圧力を高く保持するとともに、デ
ィーゼル機関の回転数に応じてこの開弁圧を可変とする
ことによって全回転領域にわたって良好な燃料の噴射性
能を実現可能でありとくに低速回転域および中速回転域
において噴射の後立ち、高圧噴射を実現しようとするも
のである。また同時にニードル弁のオーバーシュート、
バウンシングを抑制することが可能な燃料噴射弁を提供
しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本考案は、燃料噴射ポンプからの高圧燃料
を導入する燃料入口、および機関の回転数にほぼ比例し
て変化する前記燃料噴射ポンプの高圧燃料室内の圧力を
導入する圧力導入口を有するノズルホルダを有し、プッ
シャスプリングのスプリング力とともにこの高圧燃料室
内の圧力をノズルボディ内のニードル弁に作用させるこ
とにより開弁圧を得るようにした燃料噴射ポンプであっ
て、上記高圧燃料室内の圧力を受圧可能であるとともに
この圧力をセントラルプランジャに伝達可能な受圧ピス
トンと、この受圧ピストンと上記圧力導入口との間に設
けた可動なフラットバルブおよびこのフラットバルブが
シートするバルブシートとを有するとともに、これらフ
ラットバルブおよびバルブシートにそれぞれオリフィス
（第１および第２のオリフィス）を形成したフラットダ
ンピング機構を設けることにより、上記受圧ピストンが
上昇および下降する際のダンパ効果を実現し、上記燃料
噴射ポンプの高圧燃料室内の圧力の脈動を平滑化し、か
つリフト途中のニードル弁を押え付けるようにしたこと
を特徴とする燃料噴射弁である。

［作用］ 本考案による燃料噴射弁においては、ニードル弁のシ
ート状態時には燃料噴射ポンプの高圧燃料室内の圧力に
脈動が生じても上記フラットバルブの第１のオリフィス
によってこれは平滑化され、またニードル弁のリフト時
にはこのリフトに応じて受圧ピストンも上昇するが、こ
のとき上記フラットバルブがシートしていたバルブシー
トの第２のオリフィスにより受圧ピストンさらにはニー
ドル弁にダンパ効果が発生し、ニードル弁の上昇を妨
げ、噴射の後立ち、高圧噴射を実現し、かつニードル弁
のオーバーシュートを防ぐとともに、シート時のバウン
シングを抑制することとなる。したがって、低速回転域
等においてもその回転数に応じてニードル弁を押圧する
圧力すなわち開弁圧を制御することができるものであ
る。

［実施例］ つぎに、本考案の一実施例を第１図ないし第８図にも
とづき説明する。

第１図は、本考案による燃料噴射弁１の縦断面図であ
って、この燃料噴射弁１はノズルホルダヘッド２を、シ
リンダ19（後述）を介してノズルホルダ本体３に締付け
ナット４により一体的に締め付けて構成したノズルホル
ダ５と、リテーニングナット６を締め付けることにより
上記ノズルホルダ本体３の下端部に固定したノズルボデ
ィ７とを主要構成要素としている。

上記ノズルホルダ本体３の上端部には、燃料入口2Aお
よび圧力導入口2Bをそれぞれ形成してある。この燃料入
口2Aには、燃料噴射ポンプ８（たとえば公知の分配型燃
料噴射弁）のプランジャ（図示略）の上下動により加圧
分配された高圧燃料をデリバリバルブホルダ９から噴射
管10を介して供給するようになっている。また上記圧力
導入口2Bには上記燃料噴射ポンプ８のフィードポンプ
（図示略）の吐出側に連通する高圧燃料室内の油圧（デ
ィーゼル機関の回転数にほぼ比例して変化する圧力Pt）
を、導管11を介して供給するようになっている。

上記ノズルホルダ本体３とノズルボディ７との間に
は、ディスタンスピース12を介装してある。また、ノズ
ルボディ７のガイドホール7Aにニードル弁13を上下摺動
可能に嵌装する。上記ディスタンスピース12の中央孔か
ら上方に突出させたニードル弁13のジャーナル部にはプ
レッシャピン14を当接させ、プレッシャスプリング15に
よってニードル弁13の先端部のニードルシート面13Aを
ノズルボディ７のボディシート面7Bにシートさせてこれ
を噴口7C方向に付勢し、ニードル弁13の上下動によりこ
の噴口7Cを開閉させるようになっている。なお、符号16
は固定スプリングシートを示す。

なお、上記プレッシャピン14の頂部には、ノズルホル
ダ本体３の嵌装孔3A内を摺動可能なセントラルプランジ
ャ17を当接させ、さらにセントラルプランジャ17には受
圧ピストン18を当接する。この受圧ピストン18はシリン
ダ19の嵌装孔19A内を摺動可能としてある。

この受圧ピストン18には、前記圧力導入口2B、圧力通
路2Cさらにフラットダンピング機構30（後述）を介して
上述の高圧燃料室内の油圧Ptを供給することにより、プ
レッシャスプリング15のスプリング力と合わせセントラ
ルプランジャ17を介して、ニードル弁13のニードルシー
ト面13Aをノズルボディ７のボディシート面7Bに所定圧
力でシートさせている。

なお、前記燃料入口2Aに連通するように、ノズルホル
ダヘッド２、シリンダ19、ノズルホルダ本体３、ディス
タンスピース12、およびノズルボディ７にそれぞれ燃料
通路2D、19B、3B、12A、および7Dを形成する。燃料通路
7Dは燃料溜り室7Eに連通している。したがって、燃料噴
射ポンプ８から圧送される燃料の圧力をニードル弁13の
プレッシャステージ13Bが受けることによりニードル弁1
3がリフトするとニードルシート面13Aがボディシート面
7Bから離脱し、噴口7Cを開放し所定圧力で所定量の燃料
を噴射するようになっている。なお、図中に最大リフト
量をＬで示してある。

なお、ノズルホルダ本体３、シリンダ19およびノズル
ホルダヘッド２には、それぞれリークオイル用通路3C、
19C、2Eをそれぞれ形成しこれらをノズルホルダヘッド
２のリークオイル出口20に連通させている。

つぎに、上記フラットダンピング機構30の構造につい
て第２図ないし第４図にもとづき説明する。

第２図は、フラットダンピング機構30の、ニードル弁
13のシート状態の拡大断面図で、このフラットダンピン
グ機構30は圧力通路2Cに連通するノズルホルダヘッド２
の装着孔2F内にこれを装着してある。

該フラットダンピング機構30は、バルブボディ31と、
フラットバルブ32と、バルブシート33と、取付けボルト
34とを有している。

上記バルブボディ31は、上記圧力通路2Cに連通する貫
通孔31Aと、この貫通孔31Aより大径の貫通孔31Bとを有
し、またフラットバルブストッパ面31Cを形成してあ
る。

上記フラットバルブ32は、その中央に第１のオリフィ
ス32Aを有し、上記大径の貫通孔31B内に上下動可能に遊
嵌したものである。

上記バルブシート33は、その中央に上記第１のオリフ
ィス32Aに連通する貫通孔33Aを有し、フラットバルブ32
がシートするものである。ただし、この貫通孔33Aには
取付けボルト34側に第２のオリフィス33Bを形成してあ
る。

上記取付けボルト34は、上記バルブボディ31、フラッ
トバルブ32、バルブシート33を上記装着孔2F内にねじ込
みによって装着固定するためのもので、貫通孔33Aおよ
び前記シリンダ19の嵌装孔19Aに連通する貫通孔34A、34
B、34Cを形成してある。なお、この貫通孔34Cは取付け
ボルト34を装着孔2Fに固定する際に用いる取付け工具
（図示略）が嵌合するように断面六角形にこれを形成し
てある。

また、上記フラットバルブ32は第３図（第２図のIII
−III線断面図）および第４図に示すように、その平面
形状を十字型に形成してある。そしてその中央平面部32
Bは、第２図に示すようなバルブシート33の上面にフラ
ットバルブ32がシートした状態ではこのバルブシート33
の貫通孔33Aを閉塞するように貫通孔33Aより大きく、か
つ第５図に示すようにフラットバルブ32がバルブボディ
31のフラットバルブストッパ面31Cに当接した際にはバ
ルブボディ31の貫通孔31Aと中央平面部32Bとの間に四箇
所の燃料戻し用通路35（第３図）が形成されるように貫
通孔31Aより小さい大きさに形成するものとする。

つぎに以上のような構成の燃料噴射弁１の作動を、フ
ラットダンピング機構30の作動を中心に以下説明する。

前記圧力導入口2Bに前記高圧燃料室内の油圧Ptが導入
されると、この圧力Ptが圧力通路2Cおよびバルブボディ
31の貫通孔31Aを介してフラットバルブ32の上面に作用
することにより、このフラットバルブ32が第２図に示す
ようにバルブシート33の上面にシートする。このとき、
上記圧力Ptは第２図に矢印で示すようにフラットバルブ
32の第１のオリフィス32Aおよびバルブシート33の第２
のオリフィス33Bのみを通過するので、圧力Ptに脈動が
あったとしてもこの脈動はオリフィス32A、33Bにより緩
和されて平滑化され、この平滑化された圧力Ptが取付け
ボルト34の貫通孔34A、34B、34Cおよびシリンダ19の嵌
装孔19Aを介して受圧ピストン18の上面に作用する。

すなわち、受圧ピストン18の上面には脈動のない圧力
が作用し、この圧力が前記セントラルプランジャ17およ
びプレッシャピン14を介してニードル弁13に作用し、該
圧力とプレッシャスプリング15のスプリング力との合力
によってニードル弁13が閉弁位置（第１図参照）に押し
付けられる。したがって、圧力Ptの脈動によってニード
ル弁13の開弁圧が変動することは防止されることとな
る。

つぎに、上記ニードル弁13が開弁位置からリフトして
燃料が噴射されると、このニードル弁13が開弁位置まで
フルリフトする間に受圧ピストン18がセントラルプラン
ジャ17により押し上げられて上昇し、この上昇により受
圧ピストン18の上面からフラットバルブ32の下面に衝撃
波が伝播され、この衝撃波によりフラットバルブ32は第
５図に図示の位置に変位し、フラットバルブ32の上端面
がバルブボディ31のフラットバルブストッパ面31Cに当
接する。この状態においては、バルブボディ31の貫通孔
31Aとフラットバルブ32の中央平面部32Bとの間に燃料戻
し用通路35（第３図）が形成される。

したがって、上記衝撃波は第５図の矢印で示すよう
に、バルブシート33の第２のオリフィス33Bにより絞ら
れた上で、つまり受圧ピストン18が上昇した分のデッド
ボリュームがそのまま前記導管11に戻されることがな
く、上記燃料戻し用通路35および第１のオリフィス32A
の両方を通り、さらに貫通孔31A、圧力通路2C、および
圧力導入口2Bを通って燃料噴射弁１の外部に逃がされ
る。

こうして衝撃波による圧力が燃料噴射弁１の外部に逃
げ、ふたたび圧力Ptがフラットバルブ32の上面に作用す
ると、該フラットバルブ32は第５図の位置から第２図の
位置にふたたび変位し、上述したように圧力Ptの脈動が
第１のオリフィス32Aにより緩和されて平滑化され、こ
の平滑化された圧力Ptおよびプレッシャスプリング15の
スプリング力によりニードル弁13が閉弁位置に押し下げ
られ、噴射が終了する。

なお、第６図に示すように、前記燃料噴射ポンプ８の
高圧燃料室内の圧力Ptは、ある低速回転数以上の回転域
においてはポンプ回転数にほぼ比例して上昇する。ま
た、第７図に示すように、ニードル弁13を押圧する力
は、プレッシャスプリング15によるスプリング力および
圧力Ptの合力であり、第６図に示したと同様に、ある低
速回転数以上の回転域においてはポンプ回転数に比例し
て増加するものである。なお、第７図において、プレッ
シャスプリング15の一定なスプリング力はこれを点線で
示してある。

しかして、リフト途中にあるニードル弁13を、バルブ
シート33の第２のオリフィス33Bによるダンパ効果によ
って押え込むことにより、第８図に示すように、一定な
ポンプ回転数のもとでは、ニードル弁13のリフトにとも
なって、このニードル弁13を押える力は、プレッシャス
プリング15のみの場合（図中、点線）に比較して、より
大きく増加することとなる（図中、実線）。

したがって、それぞれの回転領域で以下のような作用
を生ずる。

すなわち、まずアイドリング時には、ニードル弁13の
オーバーシュートが抑制され噴射期間が延長される結
果、噴射率（単位時間あるいはポンプ軸単位角度あたり
の噴射量）は低下するとともに、噴射開始後の噴射率の
カーブの立上がり時期が遅れる、いわゆる後立つ噴射と
なる。しかも上記ダンパ効果がない場合よりも高圧で噴
射が行なわれることとなる。

また低速回転域から中速回転域においても、上記傾向
は維持され、高圧噴射、噴射期間の延長および後立ち噴
射が行なわれる。

さらに、高速回転域においては、第７図に示したよう
にニードル弁13を押圧する合力が増加しているので、ノ
ズル開弁圧が上昇し、かつまた上述のような第２のオリ
フィス33Bによるダンパ効果により噴射圧力は高圧化す
るが、噴射期間としては従来からの燃料噴射弁に対して
変化がない。また、噴射開始後の噴射率のカーブの立上
り時期が早まる、いわゆる先立ち噴射となる。

かくして、主に低速回転および中速回転域において
は、ダンパ効果による初期噴射率の抑制を期待すること
ができ、また高速回転域においては開弁圧の向上による
高圧噴射によって燃料の霧化の促進を実現することが可
能となる。

なお、上記実施例ではホール型ノズルの燃料噴射弁を
例に取って説明したが、ピストンノズルあるいはスロッ
トルノズル等のピン型ノズルを備えた燃料噴射弁に応用
することも可能である。

［考案の効果］ 以上説明したごとく本考案によれば、ニードル弁のシ
ート状態およびリフト状態において絞り効果を有する第
１および第２のオリフィスを設けたフラットダンピング
機構を装備したので、積極的に油圧ダンパを利用するこ
とによって、高圧燃料室内の圧力の脈動の影響を低減す
るとともに、リフト途中のニードル弁を押え込み、とく
に低速域で絞り効果を大きくすることができ、燃焼騒音
の抑止、燃料噴射の後立ち、高圧噴射を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による燃料噴射弁１の縦断面
図、第２図は同、フラットダンピング機構30部分の要部
拡大断面図、第３図は第２図のIII−III線断面図、第４
図はフラットバルブ32の斜視図、第５図はフラットダン
ピング機構30の作動状態の要部拡大断面図、第６図はポ
ンプ回転数に対する高圧燃料室内の圧力Ptの関係を示す
グラフ、第７図は同じくポンプ回転数に対するニードル
弁13を押圧する合力の関係を示すグラフ、第８図はニー
ドル弁13のリフト量に対するニードル弁13を押圧する力
の関係を示すグラフである。 １……燃料噴射弁 ２……ノズルホルダヘッド 2A……燃料入口 2B……圧力導入口 2C……圧力通路 2D……燃料通路 2E……リークオイル用通路 2F……フラットダンピング機構30の装着孔 ３……ノズルホルダ本体 3A……嵌装孔 3B……燃料通路 3C……リークオイル通路 ４……締付けナット ５……ノズルホルダ ６……リテーニングナット ７……ノズルボディ 7A……ガイドホール 7B……ボディシート面 7C……噴口 7D……燃料通路 7E……燃料溜り室 ８……燃料噴射ポンプ ９……デリバリバルブホルダ 10……噴射管 11……導管 12……ディスタンスピース 12A……燃料通路 13……ニードル弁 13A……ニードルシート面 13B……プレッシャステージ 14……プレッシャピン 15……プレッシャスプリング 16……固定スプリングシート 17……セントラルプランジャ 18……受圧ピストン 19……シリンダ 19A……嵌装孔 19B……燃料通路 19C……リークオイル通路 20……リークオイル出口 30……フラットダンピング機構 31……バルブボディ 31A……貫通孔 31B……大径の貫通孔 31C……フラットバルブストッパ面 32……フラットバルブ 32A……第１のオリフィス 32B……中央平面部 33……バルブシート 33A……貫通孔 33B……第２のオリフィス 34……取付けボルト 34A、34B、34C……貫通孔 35……燃料戻し用通路 Pt……高圧燃料室内の油圧 Ｌ……最大リフト量

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料噴射ポンプからの高圧燃料を導入する
   燃料入口、および機関の回転数にほぼ比例して変化する
   前記燃料噴射ポンプの高圧燃料室内の圧力を導入する圧
   力導入口を有するノズルホルダと、 このノズルホルダにより支持するとともに、前記燃料入
   口に連通する燃料の噴口を有するノズルボディと、 このノズルボディに摺動可能に収納しプレッシャスプリ
   ングにより前記噴口を閉じる方向に付勢したニードル弁
   と、 このニードル弁と一体的に摺動可能なセントラルプラン
   ジャとを有する燃料噴射弁であって、 前記高圧燃料室内の圧力を受圧可能であるとともにこの
   圧力を前記セントラルプランジャに伝達可能な受圧ピス
   トンと、 この受圧ピストンと前記圧力導入口との間において可動
   であるとともに、前記高圧燃料室内の圧力を平滑化可能
   な第１のオリフィスを形成したフラットバルブと、 このフラットバルブが前記高圧燃料室内の圧力の下流側
   においてシートするとともに、このシート部のさらに下
   流側に第２のオリフィスを形成したバルブシートとを有
   し、かつ このバルブシートから前記フラットバルブが前記高圧燃
   料室内の圧力の上流側に移動したときにこのバルブシー
   トから該フラットバルブを通って前記高圧燃料室に連通
   する燃料戻し通路を前記第２のオリフィスの上流側に形
   成可能としたフラットダンピング機構を設けたことを特
   徴とする燃料噴射弁。