JPS60162053A - デイ−ゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ディーゼルエンジンに燃料を噴射供給りる燃
料噴射装置に関し、Ｑ４＋に、燃料ｊ［力を受けてリフ
１−づるニードル弁の該リフト量に応じて燃料噴孔の開
口面積を変化さμるＪ、うにしたビントル型燃料噴射ノ
ズルを備えたものの改良に関する。尚、本発明ではビン
トルｊ１す燃石噴躬ノスルは、ニードル弁のリフト範囲
のうちニー１〜ル弁か燃料噴孔を絞っＩｔ状態であるス
１」ツトル範囲が比較的広いスロットル型のものをも含
む意味で用いる。

（従来技術） 従来、この種のビントル型燃料噴射ノズルの一例として
、例えば特開昭５７−１５１０５８号公報等に開示され
ているように、ニードル弁の後端側に該ニー１−ル弁と
同軸上に摺動自在なプランジＸ・部ｖＪを段（）、該ｊ
ランシト部材への所定圧力の印加によりニードル弁の所
定リフ１へ９以上でのりノドを抑制して、該ニードル弁
のリフｌ−範囲のうちニードル弁が燃料ｎｘｉ孔を較−
）た状態のスロッ］ヘル範囲を一定時間持続さμるＪ、
）にづることにＪ、す、噴射燃料の微粒化、燃料噴躬÷
ユの変更等を図り得るようにしたセントラルブランジＶ
タイプと呼ばれるものは知られている。

ところが、この従来のものでは、プランジャ部材に印加
される圧力は通常一定であり、ニードル弁がそのリフ］
〜範囲のうちのスロットル範囲内にリフトされると一律
にリフトの抑制が行われるため、１ンジンがその排気ガ
ス中に白煙（ＨＣ）を発生し易い運転状態に移行づると
、ずなわち吸気温度、冷却水温度、大気圧の低下等に起
因して燃焼室での吸気圧縮温度が低くなったときには、
相対的に燃料の微粒化が不十分となり、白煙の低減を良
好に図り得ないという問題があった。

（発明の目的） 本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的と
づるところは、上記したニードル弁のり７１〜を抑制づ
るためのプランシト部材に印加する圧力、すなわち該プ
ランジャ部材への印加圧力で定まるニードル弁のリフト
抑制開始位置をエンジンの白煙発生域の指針となる燃焼
室での吸気圧縮温度に応じてリニアに変化させることに
より、ディーゼルエンジンの白煙発生域での燃料噴射ノ
ズルによるエンジンへの燃料噴射特性を変更して燃料の
微粒化を促進し、白煙の低減の実効化を図り得るように
することにある。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、本発明の解決手段は、上記
の如く、プランジャ部材への所定圧力の作用によりニー
ドル弁のリフトを抑制するようにしたビントル型燃料噴
射ノズルを右づるディーゼルトンジンの燃斜噴躬装置に
おいて、燃料噴射ノズルのプランジャ部材に連通して圧
力を印加する圧力通路に圧力制御弁を段（）、エンジン
の燃焼室での吸気圧縮温度が低下Ｊるほと上記プランジ
ャ部材への印加圧力が上昇りるように」−記圧力制御弁
を作動制御する制御装置を設けたものである。

このことに」：す、ピン１〜ル型燃料噴則ノズルにお（
プるニードル弁のリフト特性を良好に利用して、吸気温
度、冷却水温度、大気圧の低下等により］−ンジンの燃
焼室での吸気圧縮温度が下がってエンジンが白煙発生域
に移行したどきには、燃料噴射ノズルのプランシト部材
への印加圧力を高め、ニードル弁のスロットル範囲での
リフト抑制を長時間接続させて燃料の微粒化を促進覆る
ようにしだｔ・のである。

（発明の効果） したがって、本発明によれば、ディーゼルエンジンに使
用されるピン１〜ル型の燃料噴射ノズルにおいて、ぞの
ニードル弁のり７１−を抑制するプランジャ部材への印
加圧力をエンジンの吸気圧縮温度が低下する稈上昇りる
ように可変制御するＪ、うにしたものであるので、ディ
ーゼルエンジンの白煙発生域での燃料の微粒化を促進し
て白煙の低減を有効に図ることができるものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面に基づいて訂細に説
明づる。

第１図は本発明の実施例に係る直接噴割式デーｒ−ゼル
エンジンの燃焼室部分を示し、１はシリンダ２を有づる
シリンダブロック、３はシリンダブロック１の上面に接
合されたシリンダヘッド、４は上記シリンダ２内に往復
動自在に嵌装されたピストンであって、該ピストン４の
頂面には燃焼室５を形成づ−るためのキャビティ４ａが
凹設されている。

一方、上記シリンダヘッド３には、図示されていないが
上記燃焼室５に吸気を供給Ｊる吸気ポートと、燃焼室５
内の排気を排出りる排気ポー１〜とが形成されでおり、
上記吸気ボートの配置形状により、」−ンジンの吸気行
程で燃焼室５内に吸入される吸気が該燃焼室５内にスワ
ールく渦流）を発生覆るように構成されている。

また、上記シリンダヘラ１−３には、エンジン始動時等
に上記燃焼室５内を加熱覆るグロープラグ６ど、燃焼室
５内に燃料を噴射供給するビン］ヘル型の燃おｌ　ａｆ
３用ノズル７とが装着され、ト記燃Ｐｔ噴射ノスル７の
燃料噴射方向は上記吸気スワールに沿う方向に設定され
ている。

上記ピン１〜ル型の燃料噴射ノズル７は、第２図に拡大
詳示するように、先端側〈図で下側）に燃焼室５に臨む
燃料噴孔８が、後端側（同上側）に燃料噴射ポンプ（図
示せず）に接続された燃料導入［１９がそれぞれ間口づ
るノズル本体１０を協え、該ノズル本体１０内には後端
側から先端側に向かって順にスプリング室１２．ニード
ル弁支持孔１３および燃料圧力室１４が形成され、これ
らの空洞部は」二記燃料噴孔８と同軸上にかつ互いに連
通するように設けられている。また、上記燃料導入口９
と燃わｌ「力学１４（燃料噴孔８）とはノズル本体１０
に形成した燃料通路１５によって連通されている。さら
に、上記スプリング室１２から燃料噴孔８までの空洞部
内にはニードル弁１６がニードル弁支持孔１３に−（液
密支持されてＩＮ動自在に嵌装され、該ニードル弁１６
は、上記スプリング室１２内に配置されたスプリング受
部１６ａと、上記燃料圧力室１４内の燃料圧を受ける受
圧部１６ｂと、上記燃料噴孔８を開閉Ｊる弁部１６ｃと
、燃料噴孔８壁に配置されたスロットル部１６ｄとを備
えてなり、上記スロットル部１６ｄと燃１１噴孔８の壁
面との間には一定の間隙が形成されている。また、上記
スプリング室１２内にはニードル弁１６を閉弁方向に付
勢づるノズルスプリング１７が縮装されてＪｊす、燃料
噴射ポンプからの高圧燃ｒ３１が燃料導入口９から燃料
通路１５を通つＣ燃料圧力室１４に導入されると、該燃
料圧力のニードルか１６の受Ｌ「部１６ｂへの作用によ
りニードル弁１６がノズルスプリング１７のｆ＝Ｊ勢力
に抗して閉弁され（燃お１が燃料噴孔８を通って土ンジ
ンの燃焼室５内に噴射され、かつそのときにニードル弁
１６のり７１〜ｍに応じてイのスロットル部１６ｄと燃
料噴孔８壁面との間隙が変化でることにより、ニードル
弁１６のリフト聞と燃オ′３１噴几８の開１」面積とが
変化Ｊるように構成されている。すなわち、ニードル弁
１６は、閉弁後、先り゛スロットル部１６ｄか燃料噴孔
８内に位置しく該スロットル部１６ｄの燃料１ｌｆｊ孔
８の絞りによりｖＩ目８１噴孔８の間口面積が略一定に
保たれるスロワ１−ル範囲に入り、次いで燃料噴孔８か
らのスロットル部１６ｄの脱出によりニードル弁１Ｇの
リフト出に比例して燃料噴孔８の間口面積が増大する比
例変化範囲に移行した後にフルリフト位置にリフトされ
る。尚、１９は燃料排出通路であって、燃料圧力室１４
からニードルか１６とニードル弁支持孔１３との微小間
隙を通ってスプリング室１２内に漏出したリーク燃料を
ノズル外の燃料タンク（図示往ず）に排出するためのも
のである。

さらに、上記スプリング室１２後側のノズル本体１０に
は上記ニードル弁１６と同軸上に、スプリング室１２と
連通りるシリンダ１１が形成され、該シリング１１は圧
力通路２０を介してノズル本体１０外の、燃料を圧力媒
体と】る圧力源（図示けず）に連通されている。また、
ト記シリンダ１１からスプリング室１２に口る空洞部内
にはニードルか１６の軸心ど一致するプランジャ部材１
８が摺動自在に嵌装されている。該プランジ１部月１８
は、上記スプリング室１２内に配置されたロッド部１８
ａと、上記シリンダ１１内に嵌合配置されたプランジ１
１部１８Ｉ）と、ロッド部１８ａとプランジ１Ｆ部１８
ｂとの間に位置ザるつば部１８Ｃとからなり、上記つば
部１８ｃがスプリング室１２の後端壁どスプリング室１
２中間部位に配設したストッパ部月２７とに当接りるま
ぐのスト・「１−ク範凹を移動可能に設りられ、かつ上
記つば部１８ｃのストッパ部＋Ａ２７への当接によりプ
ランジャ部材１８のニードル弁１６側への移動が規制さ
れた状態では」−記ロンド部１８ａの先端、１なわちプ
ランジャ部材１８の先端がニー、ドル弁１６の後端部た
るスプリング受部１６ａに所定の間隔ｄをあ（プて対峙
するＪ、うに位置決めされている。

しかして、ニードル弁１６がリノ１〜してそのスプリン
グ受部１６ａがプランジャ部材１８のロッド部１８ａ先
端に当接した状態にａ３いて、プランジＶ部材１８のプ
ランジャ部１８ｂ後端而にｆ１用する所定の几力により
ニードル弁１６のリット用が抑制されるように構成され
ている。

さらに、」−記ブランジＶ部月１８のプランジャ部１８
ｂ後端面に連通づる圧力通路２０においてそのノズル本
体１０外側部分には連通路２８を介して上記燃料排出通
路１つが接続され、圧力通路２０の上記連通路２８との
接続部分には圧力通路２０内の燃料Ｊ１を減少−４るよ
うに制御するデュ−ティバルブよりなる圧力制御弁２１
が配設されている。そして、この圧力制御弁２１を作動
制御りる制御システムを説明すると、２２はエンジンの
回転数を検出するための回転数ヒンυ、２３はエンジン
の負荷状態を検出４−るための負荷センサ、２４は吸気
温度Ｔ＜人気湿度）を検出づる吸気温センサ、２５はエ
ンジンの冷却水温度［を検出−４る水１ｆｌｔンリ、２
６は大気圧Ｐを検出゛する気圧センサ、２９は上記各は
ンリ−２２〜２６の出力を受け、Ｈ力制御弁２１のデユ
ーティソレノイドを駆動するためのソレノイド駆動回路
３０を作動制御する制御回路であって、以上の制御回路
２９およびソレノイド駆動回路３０により、エンジンの
運転状態に応じて圧力制御弁２１を作動制御し、第４図
に示すようにエンジンが低負荷状態でかつ低回転状態に
あるときには圧力制御弁２１に低デ１−ティ比信号を送
ってプランジャ部材１８に印加づる燃料圧力を高くし、
エンジンが高負荷状態でかつ高回転状態にあるときには
圧力制御弁２１に高デユーテイ比信号を送つＣプランジ
１１部月１８に印加づる燃料「力を低く゛りるように基
本制御を行い、かつその基本制御を補正づべく、第５図
に示Ｊように吸気温度Ｔ、冷却水温度ｔまたは大気圧Ｐ
の低下によりエンジンの燃焼室５での吸気圧縮温度が低
下づるほと圧力制御弁２１に出力するデユーティ比を低
く補正してプランジ、ヤ部祠１８後端面に作用する燃１
４１肚力を土がさせるように補正制御を行う制御装置３
１か構成されている。

次に、」１記実施例の作動について説明づるに、基本的
には、燃料噴剣ポンプから燃料噴１ｉ１ノズル７に高圧
燃料か圧退されると、該高１［燃料は、燃料噴射ノズル
７の燃料導入口９から燃料通路１５を杼て燃わＮｔ力全
室１４導入され、該燃料圧力室１４においてニーｌ〜ル
弁１６の受圧部１６１〕を押圧して該ニードル弁１６を
ノズルスプリング１７の伺勢力に抗してリフトさせて開
弁させ、このニードル弁１Ｇの開弁により燃料Ｈ−力全
室１４内燃料が燃料噴孔８を通ってエンジンの燃焼室５
に噴射供給される。そして、燃料圧力室１４内に導入さ
れた燃料圧力の増大によりニードル弁１６のリフトｍが
増大してそのスプリング受部１６ａがプランジャ部材１
８に当接すると、それ以後、ニードル弁１６はプランジ
ャ部材１８と一体となってリフ１〜りるようになる。

また、圧力源から圧力通路２０を通って燃料噴射ノズル
７のシリンダ１１に導入されｔｓ燃料圧は該シリンダ１
１内のプランジャ部材１８後端面に作用してプランジ！
・部材１８をニードル弁１６側に押圧し、このプランジ
ャ部材１８への圧力の印加により上記スプリング受部１
６ａが１９２２１１部材１８に当接した後のニードル弁
１６のリフト動作が制御される。このニードル弁１６−
に対する制御について、第３図に示す制御フローチャー
トに沿って説明づれば、スタート後のステップＳ１で回
転数センサ２２からの回転数信号が、次のステップＳ２
で負荷センサ２３からの負荷信号がそれぞれ制御装置３
１に入力され、この後、ステップＳ３で上記回転数信号
Ｊ−３よび負荷信号に基づいてエンジンの運転状態に対
応づる基本デユーティ比が予め記憶されているデユーテ
ィ比マツプから読み込まれて記憶される。次いでステッ
プＳ４において、上記吸気温度はンサ２４からの吸気温
信号が入力された後、ステップＳ５で吸気温度Ｔが例え
ば１５°Ｃよりｂ低いか否かの比較判別が行われ、この
判別が１４１５°ＣのＮｏであるときにはステップＳ６
で５Ｅ記水温セン１．＋　２５からの水温信号が入力さ
れ、次のステップＳ７で冷却水温度【が例えば６０’　
Ｃよりも低いか百かの比較判別か行われる。このステッ
プＳ７での判別がｔ≧６０’　ＣのＮｏであるときには
ステップＳ８で気圧センサ２６からの気圧信号が入力さ
れ／ｊ後、ステップＳ９で大気圧Ｐか０．９気圧よりも
低いか否かの比較判別が行われ、この判別がＰ≧０．９
気圧のＮｏであるとぎにはステップＳ　＋ｔ＋に移って
上記ステップＳ３にて記憶されていた基本デユーティ比
が読み出されて該基本デユーティ比に基づいて圧力制御
弁２１のデユーティソレノイドが駆動され、しかる後最
初のステップＳ１に戻ってそれ以後のステップ８２，３
３．・・・が繰り返される。

以上の制御フローをまとめれば、吸気温度１−が１５°
Ｃ以上（Ｔ≧１５°Ｃ）であり、かつ冷却水温度ｔが６
０°Ｃ以上（ｔ≧６０’　Ｃ）であり、さらに大気圧Ｐ
が０．９気圧以上（Ｐ≧０．９気圧）てあつ−で、エン
ジンの燃焼室５での吸気圧縮温度が高いとぎ、Ｊなわち
エンジンが白煙の発生し難い通常の条（１下で運転され
ているときには圧力制御弁２１は基本デユーディ比でも
って作動制御＋されることになる。この制御を詳述Ｊる
と、エンジンが低負荷低回転領域にあるときには、制御
装＠３１から低デユーティ比信号が圧力制御弁２１に送
られることにより、プランジャ部材１８に印加される燃
料圧力が高くなって該プランジ１部材１８によるニード
ル弁１６のリフト抵抗力が増大し、このプランジャ部材
１８のリフト抵抗力の増大によりニードル弁′１６はそ
のスプリング受部１６ａがプランジャ部材１８に当接し
た後でスロットル部１６ｄが燃料噴孔８を絞った状態の
スロットル範囲にあるときにリフトを抑制されるように
なり、このスロットル範囲でのニードル弁１６のり７１
〜抑制により、燃料噴孔８から燃料が高速で噴剣される
状態が長時間保たれて唱躬燃料の微粒化が促進され、燃
料の着火性、燃焼性が高まって１−ＩＣが低減しエミッ
ション性能の向上等が図られる。一方、エンジンが高負
荷高回転領域にあるとぎには、制御表置３１から高デ」
−ティ比信号が圧力制御弁２１に送られることにより、
プランジ１！部材１８に印加される燃料圧力が低くなっ
て該プランジ１１部材１８によるニードル弁１６のり７
１〜抵抗力が減少し、このプランジ！・部材１８のリフ
ト抵抗力の減少によりニードル弁１６はそのス［」ツ１
〜ル部１６ｄが燃料噴孔８から脱出する途中の比例変化
範囲でのリフト位置またはスロットル部１６ｄの脱出完
了後のフルリノ１〜位置にｊヱＪるまでリフト抑制を受
けることなくスムーズにリフ１〜されるようになり、そ
の結果、１ンジンへの燃料噴射量が確保されてエンジン
出力の向トが図られる。

これに苅して、上記ステップＳ９での判別がＰく０．９
気圧のＹＥＳであるときには、ステップＳｎにおいて上
記実測した大気圧Ｐに基づく補正係数が演算され、次い
でステップ８１２で該補正係数と上記した基本デユーテ
ィ比とによって実行デユーティ比が演輝され、しかる後
ステップＳ　＋ｏに移って上記実行デユーティ比に基づ
いて圧力制御弁２１のデユーティソレノイドが駆動され
る。また、上記ステップＳ７での判別がｔ　＜６０’　
ＣのＹＥＳであるとぎには、ステップＳ１３に移って上
記ステップＳ８と同様に気圧信号の入力が行われたのち
、ステップＳ１４にてその大気圧１〕が０．９気圧より
も低いか否かの比較判別が行われ、この判別の結果がＮ
ｏであるときには上記ステップＳ６で実測しＩ、：冷却
水温度しに基づく補正係数が、ＹＥＳであるときには冷
却水温度［および大気圧Ｐの両者に基づく補正係数がそ
れぞれステップＳ１１にて演算され、次いで上記ステッ
プ３１２において上記各補正係数に基づいて実行デユー
ティ比が演算されたのちステップＳ　＋ｏに至る。さら
に、上記ステップＳ５の判別がＴ＜１５＠ＣのＹＥＳで
あるときには、ステップＳ　＋ｓに移って上記ステップ
Ｓ６と同様に水温信号の入力が行われたのち、ステップ
Ｓ　１６にてその冷却水温度ｔが６０°Ｃよりも低いか
否かの判別が行われ、この判別がＮ。

であるときにはステップＳ１７．８１８に、ＹＥＳであ
るときにはステップ８１９，８２０にそれぞれ移って該
各スデップ８１７．ＳＩ８またはＳ＋９．Ｓ？ａにおい
て上記ステップ５Ｉ３１３１４と同様に気圧信号の入力
およびその大気圧Ｐが０．９気圧よりし低いか否かの比
較判別が行われ、次いで上記ステップＳｏにおいて、（
と６０’　Ｃ，Ｐ≧０．９気圧であるときには上記ステ
ップＳ４にで実測した吸気温度下に基づく補正係数が、
［≧６０°Ｃ，ｌ）＜０．９気ローであるどきには吸気
温度Ｆおよび冷却水温ｇｔの両省に基づく補正係数が、
ｔ〜６０”Ｃ，Ｐ≧０，９気圧であるときには吸気温度
Ｔ　Ｊｊよび冷７ＪＩ水温１衰［の両者に基づ＜　ｉ＋
Ｉｉ正係数が、【＜６０’　Ｃ，ｌ）＜０．９気圧Ｃ゛
あるときに１．１吸気温度Ｔ、冷却水温度（および大気
圧Ｐの全てに基づく補正係数がそれぞれ演算され、しか
る後上記ステップＳ＋２．Ｓｚｏに移って上述の如き所
定の処理が行われる。

以上のステップＳｓ　、　Ｓｙ　、８９での判定のいず
れかが’ｌ’　ＩＥ　Ｓになる条イ′１下では圧力制御
弁２１は基本デユーディ比を所定の補正係数によって補
正したデユーディ比信号により作動制御され、この圧力
制御弁２１の作動制御により、第５図に示づように、吸
気温石Ｔ、冷却水温ｆ！１．ｔ、大気圧Ｐが低下する程
、づなわちこれらの諸要素に起因して変動りる燃焼窄５
での吸気圧縮温度が低下覆る程燃料噴射ノズル７のプラ
ンジャ部材１８に作用覆る燃料圧力が−上昇Ｊるように
補正される。この補正に伴い、上記吸気圧縮温度の低下
時、つまりエンジンが白煙を発生し易い運転状態にある
ときにはノズル７のニードル弁１６のリフト抑制は上記
したエンジンの低負荷低回転領域での制御のようにニー
ドル弁１６がスロットル範囲にリフトされている１人態
で行われるＪ、うになり、イの結果、噴射燃料の微粒化
の促進により白煙（ＨＣ）の低減を有効に図ることがで
きることになる。

尚、本発明は、上記実施例の如く直接噴射式ディーゼル
エンジンのみならず渦流室式ディーゼル１ンジン等の他
のタイプのディーピルエンジンにも適用することができ
るのは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はディーピ
ルエンジンの要部縦断面図、第２図は燃料噴射装置の全
体構成図、第３図は制御系のフローヂト一ト図、第４図
はエンジンの運転状態と圧７］制御弁に出力づる基本デ
ユーディ比信号との関係を示す説明図、第５図は吸気圧
縮温度の変化に伴うブランシト部拐への圧力の補正関係
をカ＼す説明図−Ｃある。 ５・・・燃焼卒、７・・・燃料噴射ノズル、Ｅ３・・・
燃料噴孔、９・・・燃料導入口、１１・・・シリンダ、
１４・・・燃り３１月−力学、１６・・・ニードル弁、
１６Ｃ・・・弁部、１６ｄ・・・スロットル部、１８・
・・ブランシト部材、１８ａ・・・ロッド部、１８ｂ・
・・ブランシト部、２０・・・圧力通路、２１・・・圧
力制御弁、２２・・・回転数はンザ、２３・・・負荷廿
ンリ、２４・・・吸気温はンリ、２５・・・水温センサ
、２６・・・気圧センサ、２９・・・制御回路、３１・
・・制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ニードル弁の軸心と一致し、かつ一端がニード
   ル弁と対峙してその軸方向に摺りＪ自在なブランシト部
   材を設【ノ、該プランシト部口の他端面に所定の圧力を
   作用させてニードル弁のリフ１へ徂を所定圧で抑制する
   構成としたビン１〜ル型燃料噴（）ｌノズルを有するデ
   ィーゼルエンジンの燃料噴！１１装置において、上記ビ
   ン１〜ル型燃料噴錦ノズルのプランジャ部材他端面に連
   通Ｊる圧力通路に圧力制御弁を設【プるととｂに、゛１
   −ンジンの燃焼室での吸気圧縮温度が低下づるほど上記
   プランシト部材他端面に作用する圧力が」ニ昇づるよう
   に上記圧力制御弁を作動制御層る制御装置を設【ノたこ
   とを特徴とづるディーげルエンジンの燃料噴０４装置。