JP2000220533A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射装置

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JP2000220533A
JP2000220533A JP11024613A JP2461399A JP2000220533A JP 2000220533 A JP2000220533 A JP 2000220533A JP 11024613 A JP11024613 A JP 11024613A JP 2461399 A JP2461399 A JP 2461399A JP 2000220533 A JP2000220533 A JP 2000220533A
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JP
Japan
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fuel
valve
injection
gas
solenoid valve
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JP11024613A
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English (en)
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Hiroyuki Ishida
裕幸 石田
Noriyasu Inanaga
紀康 稲永
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料噴射の制御にとどまることなく、燃料噴
射系と給排気系とを組合せた燃焼制御を行なうことによ
り、燃料の微粒化及び分散を促進して、均一な燃焼をな
さしめ、高い熱効率を維持しつつＮＯX 及び黒煙の排出
量が大幅に低減されたディーゼル機関を提供する。 【解決手段】 燃料及び他の流体を同時に燃焼室に噴出
する噴射弁を備えた内燃機関において、上記燃料噴射ポ
ンプと上記噴射弁との間の燃料通路に設けられ該噴射弁
の上記燃焼室への燃料の噴射時期と噴射量とを制御する
第１の電磁弁と、ＥＧＲ制御弁によって開閉されるＥＧ
Ｒ通路に設けられて、上記噴射弁に送られるＥＧＲガス
の上記燃焼室への噴出時期と噴出量とを制御する第２の
電磁弁と、上記２つの電磁弁を開閉制御するコントロー
ラとを備え、噴射弁から燃料とＥＧＲガスとを同時に噴
射する。また、２段過給機から抽出した給気をコントロ
ーラにより開閉制御される第３の電磁弁を介して上記噴
射弁に導き、燃料と同時に噴射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、予混合燃焼方式内
燃機関に関し、特にパイロット噴射後の主噴射を、ＥＧ
Ｒ（排気ガス再循環）ガスあるいは給気を用いて行なう
ことにより、燃料の微粒化、分散を促進させたディーゼ
ル機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼル機関においては、ＮＯX （窒
素酸化物）の排出量を現状規制値よりも大幅に低減する
ため、種々の燃焼改善手段が提供されている。その１つ
として、特開平９−１５５８１０号の発明がある。
【０００３】この発明においては、吸入行程初期から圧
縮行程中期までの間に予備噴射と、上死点近くで主噴射
を行なう噴射装置を設けるとともに、エンジンの運転状
態に応じて上記噴射装置の噴射タイミング、噴射量等を
制御するコントローラを設けて、圧縮行程の終了近傍か
ら膨張行程の初期にかけて主噴射を数回行ない、また、
予備噴射はセタン価の低い燃料、主噴射はセタン価の高
い燃料を使用可能としている。さらに、この発明におい
ては、上記に加えて、エンジンの運転状態に応じて吸気
温度を可変制御する吸気温度調整手段を設けている。
【０００４】そしてこの発明においては、１段目の噴射
によって形成した予混合気を２段目の噴射燃料に対する
着火の核として着火させるように構成され、これによっ
てＮＯX と黒煙の発生を抑制するようになっている。
【０００５】また、特開平６−３１７１６１号の発明に
おいては、給気行程及び圧縮行程における燃料噴射を
前、後期の２回あるいは３回以上の複数回に分割し、前
期噴射を早期に行なって予混合気の形成に用い、後期に
噴射する燃料を少量点火プラグの近傍に分布させて層状
の混合気を形成し、さらに上死点近傍で第３段階の噴射
を、前記第１，第２段階で形成された混合気中心域に行
なうとともにピストンに燃料衝突部を設けて燃料の拡
散、微粒化を促進している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−１５５８１０号及び特開平６−３１７１６１号に示
されるような、燃料噴射を複数回に分け、噴射タイミン
グか噴射量、燃焼室内への噴射位置を制御するという、
主として燃料噴射のみによる燃焼制御では、エンジンの
熱効率を高く維持しつつ、今後さらに規制が強化される
ＮＯX 排出量（例えば残０２＝１３％、ＮＯX 濃度＜１
００ppm ）及び黒煙吐出量（例えば黒煙量＜１０mg／Ｎ
m3）を満足させるのは困難を伴なうのが現状である。
【０００７】本発明の目的は、燃料噴射の制御にとどま
ることなく、燃料噴射系と給排気系とを組合せた燃焼制
御を行なうことにより、燃料の微粒化及び分散を促進し
て、均一な燃焼をなさしめ、高い熱効率を維持しつつＮ
ＯX 及び黒煙の排出量が大幅に低減されたディーゼル機
関を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記のような問
題点を解決するもので、請求項１記載の手段は、燃料噴
射ポンプにより圧送された燃料を燃焼室内に噴射すると
ともに、他の流体を上記燃料と同時に燃焼室内に噴出可
能とした噴射弁を備えた内燃機関において、上記燃料噴
射ポンプと上記噴射弁との間の燃料通路に設けられ、該
噴射弁の上記燃焼室への燃料の噴射時期と噴射量とを制
御する第１の電磁弁と、上記機関の排気通路から分岐さ
れて該排気通路内の排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を上
記噴射弁に供給するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に設け
られ、上記噴射弁に送られるＥＧＲガスの上記燃焼室へ
の噴出時期と噴出量とを制御する第２の電磁弁とを備え
たことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置にある。
【０００９】請求項２記載の手段は、請求項１に加え
て、上記ＥＧＲ通路に、上記ＥＧＲガスを冷却する冷却
器と、該ＥＧＲガスを圧縮する圧縮機を設けてなる。
【００１０】請求項５記載の手段は、請求項１及び後述
する請求項３及び４の何れかにおいて、上記燃焼室内に
上記噴射弁よりも先行してパイロット燃料を噴射するパ
イロット噴射弁を上記噴射弁と併設してなる。
【００１１】請求項６記載の手段は、請求項１または後
述する請求項３の何れかにおいて、上記機関の運転状態
に基づき上記第１の電磁弁並びに、上記第２の電磁弁ま
たは第３の電磁弁の何れか一方の開度を制御するコント
ローラを備えてなる。
【００１２】上記手段によれば、燃料噴射ポンプから圧
送された燃料が第１の電磁弁に達する一方、排気通路か
ら抽出されＥＧＲ制御弁を通り、冷却器で冷却された後
圧縮機で所定の圧力に加圧されたＥＧＲガスが第２の電
磁弁に達し、パイロット噴射により燃焼室内に着火火焔
が伝播された段階でコントローラは、上記第１の電磁弁
と第２の電磁弁とを同時に開弁させる。上記第１の電磁
弁及び第２の電磁弁の開弁により、コントローラにより
制御された噴射時期（噴出時期）及び噴射量（噴出量）
で以って燃料及びＥＧＲガスが噴射弁から燃焼室内に噴
射される。
【００１３】かかる噴射時において、燃料とＥＧＲガス
は噴射弁内で混合され、あるいは噴射弁から噴出される
過程で混合されて燃焼室内に送られるので、燃料の微粒
化、分散が促進されて燃焼室内における混合気の濃度が
均一化され、かかる均一な混合気が上記パイロット噴射
による着火火焔によって着火燃焼せしめられる。これに
より完全燃焼がなされて黒煙の発生が防止されるととも
にＮＯX の発生量が低減される。
【００１４】また、燃料にＥＧＲガスを混合させた状態
で燃焼室内での燃焼に供するので、該ＥＧＲガス中のＣ
Ｏ2 が燃焼室内にある給気中のＯ2 を奪うこととなっ
て、燃焼室内の着火が遅れ、上記のような均一濃度の混
合気が遅れ気味に着火する。これにより、燃焼室内の燃
焼が緩やかになされ、燃焼温度の上昇が抑制されて、従
来のものに較べてＮＯX 量が大幅に低減される。
【００１５】また、請求項３記載の手段は、燃料噴射ポ
ンプにより圧送された燃料を燃焼室内に噴射するととも
に、他の流体を上記燃料と同時に燃焼室内に噴出可能と
した噴射弁を備えた内燃機関において、上記燃料噴射ポ
ンプと上記噴射弁との間の燃料通路に設けられ、該噴射
弁の上記燃焼室への燃料の噴射時期と噴射量とを制御す
る第１の電磁弁と、上記機関への給気を加圧する過給機
の給気出口に接続されて、該過給機出口の給気を上記噴
射弁に供給する給気抽出通路と、該給気抽出通路に設け
られ、上記噴射弁に送られる給気の上記燃焼室への噴出
時期と噴出量とを制御する第３の電磁弁とを備えたこと
を特徴とする内燃機関の燃料噴射装置にある。
【００１６】請求項４記載の手段は、請求項３におい
て、上記過給機が２段の排気タービン及び２段の圧縮機
を有する２段排気ターボ過給機からなり、２段目の圧縮
機出口から上記噴射弁への給気を抽出するように構成さ
れてなる。
【００１７】請求項３〜４及び５〜６記載の手段によれ
ば、２段過給機の２段目の圧縮機から抽出された給気
は、第３の電磁弁に導かれ、コントローラにより第１の
電磁弁と第３の電磁弁とが同時に開弁されると、第１の
電磁弁にて噴射時期及び噴射量を制御された燃料及び第
３の電磁弁にて噴出時期及び噴出量を制御された給気が
噴射弁から燃焼室内に噴射される。
【００１８】かかる噴射時において、燃料と給気とは噴
射弁内で混合され、あるいは噴射弁から噴出される過程
で混合されて燃焼室内に送られるので、燃料の微粒化及
び分散が促進されて燃焼室内における混合気の濃度が均
一化されて緩やかに、かつ完全燃焼がなされる。これに
より、燃焼効率を高く維持しつつ、黒煙の発生を防止で
きるとともに、ＮＯX 排出量を大幅に低減できる。この
場合は、２段過給機からの給気の一部を噴射弁に導くの
で、格別な給気供給設備を必要とせずに、上記燃料の微
粒化、分散をなすことができる。
【００１９】請求項７ないし９記載の手段は上記噴射弁
の具体的構成に係り、請求項７記載の手段は請求項１ま
たは３の何れかにおいて、上記噴射弁は、上記第１の電
磁弁を経て送られた燃料が収容される燃料溜と、所定の
開弁圧に設定され、上記燃料溜の圧力が上記開弁圧を超
えたとき開弁する針弁と、上記第２の電磁弁あるいは上
記第３の電磁弁を経て送られたＥＧＲガスあるいは給気
が収容されるガス溜と、上記針弁の開弁により上記燃料
溜内の燃料が導入されるとともに、上記ガス溜内のＥＧ
Ｒガスあるいは給気がガス流入孔を通って導入され、上
記燃料とＥＧＲガスあるいは給気とを混合させて混合体
を生成する混合室と、該混合室内の混合体を燃焼室内に
噴出する噴出孔とを備えてなる。
【００２０】請求項７ないし８記載の手段によれば、混
合室内に噴出された燃料中に、水平方向に開口したガス
流入孔及び垂直線に対して一定角度傾斜して開口したガ
ス流入孔の双方からＥＧＲガスあるいは給気が噴出され
て該混合室内において混合された後この混合体を噴出孔
から燃焼室内に噴出することにより燃料の微粒化及び分
散が良好になされる。また上記ガス流入孔の流入方向を
変えることにより、燃料とＥＧＲガスあるいは給気との
最良の混合形態を得ることができる。
【００２１】請求項８記載の手段は請求項７において、
上記ガス流入孔は、上記混合室の上部にほぼ水平方向に
開口する第１の流入孔と、上記混合室に該噴射弁の中心
に対して所定角度を存して傾斜して開口する第２の流入
孔とよりなる。
【００２２】請求項９記載の手段は、請求項１または３
の何れかにおいて、上記噴射弁は、上記第１の電磁弁を
経て送られた燃料が収容される燃料溜と、所定の開弁圧
に設定され、上記燃料溜の圧力が上記開弁圧を超えたと
き開弁する針弁と、上記第２の電磁弁あるいは上記第３
の電磁弁を経て送られたＥＧＲガスあるいは給気が収容
されるガス溜と、該噴射弁の中心近傍に設けられ、上記
針弁の開弁により上記燃料溜内の燃料を上記燃焼室内に
噴射する燃料噴出孔と、該燃料噴出孔の外側に設けら
れ、上記ガス溜内のＥＧＲガスあるいは給気を上記燃料
噴出孔からの噴射燃料に衝突するように噴出せしめるガ
ス噴出孔とを備えてなる。
【００２３】請求項１０記載の手段は、請求項９におい
て、上記燃料噴出孔は、噴霧が上記噴射弁の中心に対し
て所定の噴射角（θ）で以って外側に拡がるように穿設
され、上記ガス噴出孔は、全てのガス噴出孔の延長線上
で上記燃料噴出孔からの噴霧と交叉するように上記噴射
弁の中心にほぼ平行に設けられてなる。
【００２４】請求項９ないし１０記載の手段によれば、
噴射弁の中央部から所定の噴射角で以って噴射される燃
料とガス噴出孔からほぼ垂直方向に噴射されるＥＧＲガ
スあるいは給気とが衝突し、攪拌されることによって、
燃料の微粒化及び分散が促進される。従って、上記手段
によれば、燃料噴出孔の噴射角に対するガス噴出孔の衝
突角度を調整することにより、燃料とＥＧＲガスあるい
は給気との最良の混合形態を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下図１〜図４を参照して本発明
の実施形態につき詳細に説明する。図１は本発明の実施
の第１形態に係る予混合燃焼方式ディーゼル機関の燃料
及びＥＧＲガス供給系の系統図である。
【００２６】図１において、１はエンジン（ディーゼル
機関）、２は該エンジン１のシリンダヘッド６に装着さ
れた主噴射弁（この例では２個設けられているが、１個
でも３個以上でもよい）。３は該シリンダヘッドの中央
部（必ずしも中央部でなくても可）に装着されたパイロ
ット噴射弁である。４はピストン、５は該ピストン４の
上面が臨む燃焼室、７はクランク軸である。
【００２７】８は主燃料ポンプ、９はパイロット燃料ポ
ンプであり、上記両ポンプ８，９は上記クランク軸７か
ら歯車列１３を介して回転駆動される主燃料カム１０及
びパイロット燃料カム１１によって駆動される。上記主
燃料ポンプ８の吐出口は主燃料管２２，２２を介して上
記主噴射弁２，２に接続され、また上記パイロット燃料
ポンプ９の吐出口はパイロット燃料管２３を介して上記
パイロット噴射弁３に接続されている。
【００２８】上記２つの燃料カム１０，１１は、パイロ
ット噴射ポンプ９の方が主噴射ポンプ８よりも早期に燃
料を噴出し、主噴射弁２よりも先にパイロット噴射弁３
からの噴射がなされるように、そのカムフィルが設定さ
れている。
【００２９】１７は上記エンジンの排気弁１７ａからの
排気ガスが通流する排気通路、２５は煙突である。１８
はＥＧＲ通路であり、上記排気通路１７から分岐され
て、後述する圧縮機１４に接続され、排気ガスの一部が
導入されるようになっている。１５は該ＥＧＲ通路１８
に設けられてＥＧＲガスを冷却する排気冷却器である。
また、１７ｂは給気弁である。１４はＥＧＲガスを加圧
する圧縮機、０１５は該圧縮機１４を駆動するモータで
ある。上記圧縮機１４の吐出口はＥＧＲ供給路０１９及
び０１９ａ，０１９ｂを介して上記２つの主噴射弁２，
２に接続されている。
【００３０】１６は上記ＥＧＲ通路１８を通るＥＧＲガ
スの流量を制御するＥＧＲ制御弁である。１９は上記主
燃料ポンプ８からの主燃料管２２に設けられて、該主燃
料管２２を通る主燃料の噴射時期及び噴射量を制御する
第１電磁弁、２０は上記圧縮機１４出口のＥＧＲ通路に
設けられて、該ＥＧＲ通路１９，１９ａ，１９ｂを通る
ＥＧＲの供給タイミング及び供給量を制御する第２電磁
弁である。また、２１は上記エンジン１のエンジン出力
（負荷）、回転数、給気圧力、等の運転状態に基づき、
上記第１電磁弁１９及び第２電磁弁２０を開閉制御する
コントローラである。
【００３１】図２は上記主噴射弁２の第１例を示す縦断
面図である。図２において１０１は本体であり、該本体
１０１の上部には主燃料用のコネクタ１１６及びＥＧＲ
ガス（あるいは後述する給気）用のコネクタ１２２がね
じ込まれている。そして、上記コネクタ１１６の燃料入
口１１７は上記主燃料管２２に接続され、また上記コネ
クタ１２２のガス入口１１８は上記ＥＧＲ供給路０１９
ａ、０１９ｂ（図１参照）、あるいは給気抽出管３２
ａ，３２ｂ（図４参照）に接続されている。
【００３２】１０４は上記本体１０１の下部に溶接によ
って固着されたノズルチップであり、該ノズルチップ１
０４の内部には混合室１０３が形成され、該混合室１０
３の周壁１０３ａには複数の噴出孔１０５が噴射角θ1
で以って穿設されている。１０２は該ノズルチップ１０
４を本体１０１に固定するための締付ナットである。
【００３３】１１０は上記ノズルチップ１０４の上部に
形成されたガス環状溝で該ガス環状溝１１０は、本体１
０１内に穿設されたガス通路１０６及び後述する逆止弁
１２０を介して上記ガス入口１１８に連通されている。
そして上記ガス環状溝１１０と混合室１０３とは、該混
合室１０３の周壁であるノズルチップ１０４の上部に穿
設された複数のガス流入孔１１１，１１２によって連通
されている。上記ガス流入孔１１２の角度αは後述する
手段によって適宜設定する。
【００３４】１０７は針弁であり、本体１０１の中央部
に縦方向に穿設された針弁穴１０１ａに往復摺動可能
に、かつ流体密に嵌合されている。１１３は上記本体１
０１の上記針弁１０７の端部が臨むように形成された燃
料溜であり、該燃料溜１１３は本体１０１内の燃料通路
１０９を介して上記燃料入口１１７に接続されている。
１１３ａは上記燃料溜１１３と混合室１０３とを連通す
る連絡孔である。
【００３５】１０８は上記針弁１０７の開弁圧を制御す
る針弁ばねであり、該針弁ばね１０８の下端は、針弁１
０７の頭部に当接される下部ばね受１０８ａに支承さ
れ、上端は調圧ナット１１９に支承されている。該調圧
ナット１１９はその締込量を調整することにより針弁１
０７の開弁圧を調整するものである。
【００３６】１２０は上記ガス入口用のコネクタ１２２
内に設けられた逆止弁であり、ガス入口１２２からガス
通路１０６側へ向かう流れのみを許容するようになって
いる。１２１は該逆止弁１２０を閉弁方向に付勢するば
ねである。
【００３７】図３は上記主噴射弁２の第２例を示す縦断
面図である。この例は、図２に示す第１例に対して、燃
料とガスとの混合部及び燃焼室内への噴出部が異なる。
【００３８】即ち図３において、上記本体１０１の中央
下部にはノズルチップ部１０１ｂが形成され、その内部
にはサック部１６１が形成されている。該サック部１６
１は上記針弁１０７の開閉によって上記燃料溜１１３と
連通あるいは遮断される。１５５は上記ノズルチップ部
１０１ｂに穿設された複数の燃料噴出孔であり、その噴
射角θ及び噴出孔数、噴出孔径は後述する手段によって
設定される。
【００３９】１５４は環状のガスノズルであり、上記本
体１０１の下部にノズル固定ナット１５２によって固着
されている。該ガスノズル１５４の内周には空間１６０
が形成されており、該空間１６０に臨んで上記燃料噴出
孔１５５が開口されている。また上記ガスノズル１５４
の上部には、図２の例と同様なガス環状溝１１０が設け
られるとともに、該ガス環状溝１１０から燃焼室５に向
かってガスを噴出する複数のガス噴出孔１５３が該主噴
射弁２の中心０１ａに平行に（必ずしも平行である必要
はなく、やや傾斜していてもよい）設けられている。
【００４０】次にこの実施形態の作用を、図２に示され
る主噴射弁２の第１例を用いた場合について説明する。
【００４１】先ず、ピストン４の圧縮行程後期に、パイ
ロット燃料カム１１によってパイロット燃料噴射ポンプ
９が作動せしめられ、パイロット燃料管２３を通してパ
イロット燃料がパイロット噴射弁３に送られ、該噴射弁
３が開弁することにより、燃焼室５内にパイロット燃料
が噴射されて着火し、燃焼室５内に着火火焔が伝播され
る。
【００４２】上記コントローラ２１には、公知の検出手
段によって、エンジン１の出力（負荷）、回転数、給気
圧力、排気温度、等のエンジン運転状態の検出信号が常
時入力されている。上記主燃料カム１０が主燃料ポンプ
８を作動させると、該主燃料ポンプ８によって所定の噴
射圧（後述する主噴射弁２の開弁圧以上の圧力）に加圧
された主燃料が主燃料管２２を経て第１電磁弁１９に送
られる。
【００４３】また上記コントローラ２１はエンジン運転
状態の検出信号に基づき該運転状態に対応して設定され
た時期に制御回線２１ａ１を介して上記ＥＧＲ制御弁１
６を開弁させる。これにより、排気通路１７を通流する
排気ガスの一部即ちＥＧＲガスが、該ＥＧＲ制御弁１６
を通って排気冷却器１５に入り、冷却水によって所定の
温度まで冷却された後、圧縮機１４に入る。
【００４４】上記ＥＧＲ制御弁１６によって制御される
ＥＧＲガス量は、その最大値がエンジン１への給気量の
３０％程度に設定される。
【００４５】上記圧縮機１４においては、上記排気冷却
器１５から送られた低温のＥＧＲガスを加圧し、所定の
圧力（１０kg/cm2f 程度が好適）まで上昇させ、第２電
磁弁２０に送る。
【００４６】次いでコントローラ２１は、上記運転状態
の検出信号に基づき、該運転状態によって設定された時
期に制御回線２１ａを介して上記第１制御弁１９に開弁
信号を送ると同時に、制御回線２１ｂを介して第２制御
弁２０に開弁信号を送る。これにより、上記第１電磁弁
１９はコントローラ２１によって制御された噴射時期及
び噴射量になるような開弁時期及び開弁期間で以って開
弁され、上記主燃料は主燃料管２２を通って主噴射弁２
に送られる。また上記第２電磁弁２０は上記コントロー
ラ２１によって制御された噴出時期及び流量で以って開
弁され、ＥＧＲガスはＥＧＲ供給路０１９及び０１９
ａ，０１９ｂを通って主噴射弁２に送られる。
【００４７】この実施形態においては、上記のように、
コントローラ２１によって上記第１電磁弁１９及び第２
電磁弁２０は同時に開弁される。そして、上記コントロ
ーラ２１は、上記第１電磁弁１９及び第２電磁弁２０
を、主噴射燃料の容積をＱF ＥＧＲガス量をＱg とする
と、上記第一、第二電磁弁１９，２０は、Ｑg ／Ｑf ≧
１０００〜１５００（音速υ≧３５０m/s ）になるよう
に燃料噴射量及びＥＧＲガス噴出量を制御する。
【００４８】また、上記主噴射弁２の開弁圧、即ち図２
において、針弁１０７が針弁ばね１０８のばね力に打ち
勝って開弁される圧力Ｐ0 は１５０〜１８０kg/cm2f 程
度に設定されており、従って上記主燃料の圧力Ｐ1 はこ
の開弁圧Ｐ0 以上の圧力となっている。さらに、上記主
噴射弁２に送られるＥＧＲガスは、上記のように圧力Ｐ
G が１０kg/cm2f 程度、ガス量Ｑg が最大で給気量の３
０％程度に設定されている。
【００４９】図２において、上記のように設定された主
燃料及びＥＧＲガスは、主噴射弁２の燃料入口１１７及
びガス入口１１８に夫々導入された後、主燃料は燃料通
路１０９を通って燃料溜１１３に入り、ＥＧＲガスは逆
止弁１２０を押し開け、ガス通路１０６を通ってガス環
状溝１１０に入る。
【００５０】そして、上記針弁１０７の開弁圧Ｐ0 以上
の圧力Ｐ1 に加圧された主燃料は針弁１０７を針弁ばね
１０８のばね力に抗してこれを押し上げ、連絡孔１１３
ａを通って混合室１０３内に噴出される。一方、上記ガ
ス環状溝１１０内に導入されたＥＧＲガスはガス流入孔
１１１，１１２から上記混合室１０３内に噴出される。
【００５１】該混合室１０３内においては、中央部に噴
出される主燃料中に、側部にあるガス流入孔１１１及び
１１２からＥＧＲガスが噴出されて主燃料に衝突し、該
混合室１０３内で攪拌、混合される。そしてかかる主燃
料とＥＧＲガスとの混合体が噴出孔１０５から燃焼室５
内に噴出せしめられる。この際において、混合室１０３
内で主燃料とＥＧＲガスが充分に攪拌、混合されて噴出
孔１０５から燃焼室５内に噴出されるので、燃料の微粒
化及び分散が促進されて、燃焼室５内における混合気の
濃度が均一化される。これによって完全燃焼がなされ、
黒煙の発生が阻止されるとともに、ＮＯX の発生量も抑
制される。
【００５２】また、ＥＧＲガスを主燃料と混合させて燃
焼室５内に噴射するので、該ＥＧＲガス中のＣＯ2 が燃
焼室５内にある給気中のＯ2 を奪うこととなり、これに
よって燃焼室５内の着火が遅れる。そして上記のよう
に、燃焼室５内には均一な濃度の混合気が充填されてお
り、この混合気が上記のように遅れ気味に着火する。従
って、燃焼室５での燃焼が緩やかになされ、ＮＯX の生
成が抑制され、従来技術に較べてＮＯX 量が大幅に低減
される。
【００５３】上記混合室１０３に開口するガス流入孔１
１１，１１２のうち、ガス流入孔１１１は図２に示すよ
うに、混合室１０３の上部に水平方向にかつ好ましくは
接線方向に開口してＥＧＲガスあるいは後述する給気を
旋回させて流入せしめる。またガス流入孔１１２は、図
２に示すように、主噴射弁２の中心０１に対する下方へ
の傾斜角度αを、上記ＥＧＲガス量Ｑg と主噴射燃料の
容積ＱF との比Ｑg ／ＱF に関連させて、該混合室１０
３における燃料の微粒化が最大になるような値に、実験
によって設定する。
【００５４】また、上記噴出孔１０５の噴射角θ及び数
及び径は、該噴出孔１０５から燃焼室５内に噴射される
燃料とＥＧＲガスとの混合体の該燃焼室５内における分
散が最適となるような値を実験により設定する。
【００５５】図３は上記主噴射弁２の他の実施例を示す
図２応当図である。この実施例においては、燃料及びＥ
ＧＲガスの噴出孔の部分が図２に示す実施例とは異なる
構成となっている。
【００５６】即ち、図３において、１５５は燃料噴出孔
であり、本体１０１の下部中央の周壁１０１ｂに複数
個、噴射角θで以っで穿設されている。そして上記燃料
溜１１３と上記燃料噴出孔１５５との間には針弁１０７
の開閉によって該燃料溜１１３に連通あるいは遮断され
る容積であるサック部１６１が形成されている。
【００５７】１５４は環状に形成されたガスノズルであ
り、該ガスノズル１５４の内側に形成された空間１６０
内に上記燃料噴出孔１５５が設けられるようになってい
る。上記ガスノズル１５４はノズル固定ナット１５２を
本体１０１の下部のねじに螺合することによって上記本
体１０１の下部に固定される。１１０は上記ガスノズル
１５４内に形成されたガス環状溝であり、該ガス環状溝
１１０には図２の実施例と同様にガス通路１０６の出口
端が開口している。
【００５８】１５３は上記ガス環状溝１１０から燃焼室
５に向けて開口されたガス噴出孔である。該ガス噴出孔
１５３は、図３に示すように、上記ガス環状溝１１０か
らほぼ垂直方向（主噴射弁２の中心０１に平行な方向）
にかつ、好ましくは接線方向に穿設され、その中心１５
３ａの延長線と上記燃料噴出孔１５５の中心１５５ａの
延長線とが交叉可能な位置に、上記燃料噴出孔１５５と
少なくとも同数かつ円周方向に同位相で設けられてい
る。上記以外の構成は図２と同様であり、これと同一の
部材には同一の符号を付して示す。
【００５９】上記実施例において、上記第１電磁弁１９
の開弁により主噴射弁２の燃料入口１１７に導入された
主燃料は燃料通路１０９を通って燃料溜１１３に入る。
この主燃料は上記針弁１０７の開弁圧Ｐ0 以上の圧力Ｐ
1 に加圧されているため、針弁ばね１０８のばね力に抗
して針弁１０７を押し上げ、サック部１６１を通って燃
料噴出孔１５５から燃焼室５内に噴出せしめられる。
【００６０】一方、上記第２電磁弁２０の開弁により上
記主噴射弁２に、上記主燃料と同時に該主噴射弁２のガ
ス入口１１８に導入されたＥＧＲガスは逆止弁１２０を
押し開けて本体１０１内のガス通路１０６に入り、さら
にガス環状溝１１０内にて円周方向に流動して円周方向
に分布された後複数のガス噴出孔１５３から燃焼室５内
にほぼ垂直方向に噴出せしめられる。
【００６１】上記のようにして燃料噴出孔１５５から燃
焼室５内に噴出せしめられた主燃料とガス噴出孔１５３
から燃焼室５内に噴出せしめられたＥＧＲガスとは、衝
突角度βで以って、燃焼室５内で衝突する。これによっ
て主燃料の微粒化が促進されるとともに、燃焼室５内に
おける分数が拡大される。
【００６２】この例による主噴射弁２を備えた燃料噴射
システムにおいては、上記燃料噴出孔１５５から噴出さ
れる主燃料の噴射角θとガス噴出孔１５３から噴出され
るＥＧＲガスの噴出方向即ち該ガス噴出孔１５４の中心
１５３ａとの関係を規定する上記衝突角度βを、上記噴
射角θと関連づけて、実験により燃焼室５内における主
燃料の微粒化、分数が最良となる値に設定する。発明者
らの実験によれば、β≧４５°とすれば、主燃料噴霧の
微粒化及び分散について良好な結果が得られている。
【００６３】また、上記噴射角θは、上記のように衝突
角度βとの関連から選定されるとともに、燃料噴出孔１
５５から噴射される燃料噴射がガスノズル１５４の内周
に衝突しないような角度に設定する。
【００６４】図４は本発明の実施の第２形態に係る予混
合燃焼方式ディーゼル機関の燃料及び給気系の図１に応
当する系統図である。
【００６５】この実施形態においては、上記第１形態に
おけるＥＧＲガスに代えて加圧された給気を主噴射弁２
に導入している。即ち、図４において、３０は２段排気
ターボ過給機（以下２段過給機という）である。該２段
過給機３０は公知のもので、第１段過給機３０ａ及び第
２段過給機３０ｂからなり、第１段過給機３０ａの圧縮
機で加圧された空気（給気）は、給気管３３及び給気弁
１７ｂを経て燃焼室５に導入される。
【００６６】本発明の実施形態においては、第２段過給
機３０ｂの圧縮機でさらに５〜６kg/cm2f 程度の高圧に
加圧された給気を給気抽出管３２から３２ａ及び３２ｂ
を通して主噴射弁２，２に導入している。３４は上記給
気抽出管３２に設けられた第３電磁であり、コントロー
ラ２１から制御回線２１ｃを介して伝送される制御信号
により該第３電磁弁３４の開度が制御されるようになっ
ている。
【００６７】その他の構成は図１に示す第１形態と同様
であり、これと同一の部材は同一の符号にて示す。尚、
この実施形態における主噴射弁２，２は上記第１形態と
同様に、図２に示す主噴射弁及び図３に示す主噴射弁の
双方が適用される。
【００６８】上記第２形態において、図２の主噴射弁２
を用いた場合の作用を説明すると、コントローラ２１が
第１電磁弁１９に開弁信号を送ると同時に第３制御弁３
４に開弁信号を送る。これにより、主噴射弁２の燃料入
口１１７には上記第１形態と同様な過程で、針弁１０７
の開弁圧Ｐ0 （Ｐ0 ＝１５０〜１８０kg/cm2f 程度）以
上に加圧された主燃料が導かれる。
【００６９】また、上記第３電磁弁３４の開弁により、
２段過給機３０にて高圧Ｐ3 （Ｐ3＝５〜６kg/cm2f 程
度）に加圧された給気が給気抽出管３２及び３２ａ，３
２ｂを経て主噴射弁２のガス入口１１８に導かれる。上
記抽出される給気の量は、機関の給気量の５０％程度が
好適である。
【００７０】上記主燃料は上記第１形態と同様に、針弁
１０７の開弁により連絡孔１１３ａから混合室１０３内
に噴出される。一方上記ガス入口１１８に導かれた給気
は逆止弁１２０を押し開け、ガス通路１０６を通り、ガ
ス流入孔１１１及び１１２から混合室１０３内に噴出さ
れる。このようにして混合室１０３内に噴出される主燃
料に給気が衝突し、攪拌されることによって主燃料と空
気との均一な混合体が形成され、この混合体が噴出孔１
０５から燃焼室５内に噴出される。これにより、燃焼室
５内における燃料の微粒化及び分散が促進されて混合気
の濃度が均一化され、黒煙の発生が阻止されるととも
に、ＮＯX の発生が抑制される。
【００７１】尚この第２形態において、主噴射弁２とし
て、図３に示すものを使用した場合も、上記第１形態と
同様な作用をなす。
【００７２】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、燃料とＥＧＲガスあるいは給気は、噴
射弁内で混合され、あるいは噴射弁から噴出される過程
で混合されて燃焼室内に送られるので、燃料の微粒化、
分散が促進されて燃焼室内における混合気の濃度が均一
化され、緩やかで完全な燃焼がなされる。これにより高
い燃焼効率を維持しつつ、黒煙の発生を阻止するととも
に、ＮＯX 量を低減することができる。
【００７３】また特に請求項１及び２のように燃料及び
ＥＧＲガスを噴射弁から噴出するように構成すれば、燃
料にＥＧＲガスを混合させた状態で燃焼室内での燃焼に
供するので、該ＥＧＲガス中のＣＯ2 が燃焼室内にある
給気中のＯ2 を奪うこととなって、燃焼室内の着火が遅
れ、上記のような均一濃度の混合気が遅れ気味に着火す
る。これにより、燃焼室内の燃焼が緩やかになされ燃焼
温度の上昇が抑制されて、より大幅にＮＯX 量を低減す
ることができる。
【００７４】また請求項３〜４のように構成すれば、２
段過給式過給機の給気の一部を利用するので、格別な装
置を必要とせず、低コストで以って燃料の微粒化、分散
をなすことができる。
【００７５】また請求項７〜８のように構成すれば、混
合室内に開口するガス流入孔の流入方向を調整すること
により、燃料とＥＧＲガスあるいは給気との最良の混合
形態を得ることができる。
【００７６】また請求項９〜１０のように構成すれば、
燃料噴出孔の噴射角に対するガス噴出孔の衝突角度を調
整することにより、燃料とＥＧＲガスあるいは給気との
最良の混合形態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係る予混合燃焼方式
ディーゼル機関の燃料及びＥＧＲガス供給系の系統図。
【図２】本発明の実施の第１，第２形態に係る主噴射弁
の第１例を示す縦断面図。
【図３】本発明の実施の第１，第２形態に係る主噴射弁
の第２例を示す縦断面図。
【図４】本発明の実施の第２形態を示す図１応当図。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 主噴射弁 ３ パイロット噴射弁 ５ 燃焼室 ６ シリンダヘッド ７ クランク軸 ８ 主燃料ポンプ ９ パイロット燃料ポンプ １０ 主燃料カム １１ パイロット燃料カム １２ カム軸 １４ 圧縮機 １５ 排気冷却器 ０１５ モータ １６ ＥＧＲ制御弁 １７ 排気通路 １８ ＥＧＲ通路 １９ 第１電磁弁 ０１９，０１９ａ，０１９ｂ ＥＧＲ供給路 ２０ 第２電磁弁 ２１ コントローラ ２２ 主燃料管 ２３ パイロット燃料管 ２５ 煙突 ３０ ２段過給機 ３２，３２ａ，３２ｂ 給気抽出管 ３３ 給気管 ３４ 第３電磁弁 １０１ 本体 １０２ 締付ナット １０３ 混合室 １０４ ノズルチップ １０５ 噴出孔 １０６ ガス通路 １０７ 針弁 １０８ 針弁ばね １０９ 燃料通路 １１０ ガス環状溝 １１１，１１２ ガス流入孔 １１３ 燃料溜 １１３ａ 連絡孔 １１７ 燃料入口 １１８ ガス入口 １２０ 逆止弁 １５２ ガスノズル固定ナット １５３ ガス噴出孔 １５４ ガスノズル １５５ 燃料噴出孔 １６０ 空間 １６１ サック部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｊ Ｐ 23/02 23/02 Ｃ 41/02 ３８０ 41/02 ３８０Ｄ ３８０Ｅ ３８５ ３８５ 41/40 41/40 Ｃ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｎ ３０１Ｊ ３０１Ｈ Ｆ０２Ｍ 25/00 Ｆ０２Ｍ 25/00 Ｓ Ｋ 45/08 45/08 47/00 47/00 Ｅ 61/14 ３１０ 61/14 ３１０Ｕ 67/02 67/02 67/06 67/06 Ｆターム(参考） 3G062 AA01 BA04 BA05 EA10 ED04 ED06 ED10 GA15 GA23 3G066 AA07 AA11 AA13 AB02 AD08 AD12 BA03 BA17 BA24 BA25 BA61 CA01S CA09 CC06T CC14 CC26 CC45 CC46 CC48 CD23 CD26 CD28 CE02 CE13 CE22 DA01 DA04 DA09 DC01 DC09 DC13 DC21 3G084 AA01 BA13 BA15 BA20 DA10 FA11 FA12 FA18 FA33 3G092 AA02 AA16 AA17 AA18 AB03 AB20 BB01 BB06 BB13 DB03 DB05 DC07 DC09 DE01S DE02S DE18S DE20S DF08 DF10 DG09 FA17 FA18 FA50 HA05Z HA11Z HA15Z HD01Z HD07X HD07Z HE01Z 3G301 HA02 HA11 HA13 JA24 JA25 LA00 LB11 LB13 LC01 MA11 MA18 MA23 PA07Z PD11Z PE01Z

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料噴射ポンプにより圧送された燃料を
    燃焼室内に噴射するとともに、他の流体を上記燃料と同
    時に燃焼室内に噴出可能とした噴射弁を備えた内燃機関
    において、上記燃料噴射ポンプと上記噴射弁との間の燃
    料通路に設けられ、該噴射弁の上記燃焼室への燃料の噴
    射時期と噴射量とを制御する第１の電磁弁と、上記機関
    の排気通路から分岐されて該排気通路内の排気ガスの一
    部（ＥＧＲガス）を上記噴射弁に供給するＥＧＲ通路
    と、該ＥＧＲ通路に設けられ、上記噴射弁に送られるＥ
    ＧＲガスの上記燃焼室への噴出時期と噴出量とを制御す
    る第２の電磁弁とを備えたことを特徴とする内燃機関の
    燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 上記ＥＧＲ通路に、上記ＥＧＲガスを冷
    却する冷却器と、該ＥＧＲガスを圧縮する圧縮機を設け
    てなる請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 燃料噴射ポンプにより圧送された燃料を
    燃焼室内に噴射するとともに、他の流体を上記燃料と同
    時に燃焼室内に噴出可能とした噴射弁を備えた内燃機関
    において、上記燃料噴射ポンプと上記噴射弁との間の燃
    料通路に設けられ、該噴射弁の上記燃焼室への燃料の噴
    射時期と噴射量とを制御する第１の電磁弁と、上記機関
    への給気を加圧する過給機の給気出口に接続されて、該
    過給機出口の給気を上記噴射弁に供給する給気抽出通路
    と、該給気抽出通路に設けられ、上記噴射弁に送られる
    給気の上記燃焼室への噴出時期と噴出量とを制御する第
    ３の電磁弁とを備えたことを特徴とする内燃機関の燃料
    噴射装置。
  4. 【請求項４】 上記過給機が２段の排気タービン及び２
    段の圧縮機を有する２段排気ターボ過給機からなり、２
    段目の圧縮機出口から上記噴射弁への給気を抽出するよ
    うに構成されてなる請求項３記載の内燃機関の燃料噴射
    装置。
  5. 【請求項５】 上記燃焼室内に上記噴射弁よりも先行し
    てパイロット燃料を噴射するパイロット噴射弁を上記噴
    射弁と併設してなる請求項１，３，４の何れかに記載の
    内燃機関の燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 上記機関の運転状態に基づき上記第１の
    電磁弁並びに、上記第２の電磁弁または第３の電磁弁の
    何れか一方の開度を制御するコントローラを備えてなる
    請求項１または３の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射
    装置。
  7. 【請求項７】 上記噴射弁は、上記第１の電磁弁を経て
    送られた燃料が収容される燃料溜と、所定の開弁圧に設
    定され、上記燃料溜の圧力が上記開弁圧を超えたとき開
    弁する針弁と、上記第２の電磁弁あるいは上記第３の電
    磁弁を経て送られたＥＧＲガスあるいは給気が収容され
    るガス溜と、上記針弁の開弁により上記燃料溜内の燃料
    が導入されるとともに、上記ガス溜内のＥＧＲガスある
    いは給気がガス流入孔を通って導入され、上記燃料とＥ
    ＧＲガスあるいは給気とを混合させて混合体を生成する
    混合室と、該混合室内の混合体を燃焼室内に噴出する噴
    出孔とを備えてなる請求項１または３の何れかに記載の
    内燃機関の燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 上記ガス流入孔は、上記混合室の上部に
    ほぼ水平方向に開口する第１の流入孔と、上記混合室に
    該噴射弁の中心に対して所定角度を存して傾斜して開口
    する第２の流入孔とよりなる請求項７記載の内燃機関の
    燃料噴射装置。
  9. 【請求項９】 上記噴射弁は、上記第１の電磁弁を経て
    送られた燃料が収容される燃料溜と、所定の開弁圧に設
    定され、上記燃料溜の圧力が上記開弁圧を超えたとき開
    弁する針弁と、上記第２の電磁弁あるいは上記第３の電
    磁弁を経て送られたＥＧＲガスあるいは給気が収容され
    るガス溜と、該噴射弁の中心近傍に設けられ、上記針弁
    の開弁により上記燃料溜内の燃料を上記燃焼室内に噴射
    する燃料噴出孔と、該燃料噴出孔の外側に設けられ、上
    記ガス溜内のＥＧＲガスあるいは給気を上記燃料噴出孔
    からの噴射燃料に衝突するように噴出せしめるガス噴出
    孔とを備えてなる請求項１または３の何れかに記載の内
    燃機関の燃料噴射装置。
  10. 【請求項１０】上記燃料噴出孔は、噴霧が上記噴射弁の
    中心に対して所定の噴射角（θ）で以って外側に拡がる
    ように穿設され、上記ガス噴出孔は、全てのガス噴出孔
    の延長線上で上記燃料噴出孔からの噴霧と交叉するよう
    に上記噴射弁の中心にほぼ平行に設けられてなる請求項
    ９記載の内燃機関の燃料噴射装置。
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