JP2000516687A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関、特に２サイクルディーゼルエンジンの燃料噴射装置であって、対応する燃焼室に突き出る偏心噴射ノズルチップ（４）を備えるものにおいて、前記ノズルチップは、燃料に影響を与えることのできる複数の外側に延びる燃料ノズルドリル孔（１３）を備えたポケット状のドリルホール（３）を有している。少なくとも、前記ドリルホール列の外側ノズルチップドリル孔（１３）の軸は、半径方向の展開に対して内側に向けられている。燃料進入における状態は、安定した噴射の結果として全てのノズルドリル孔（１３）において略同じである。進入チャンバ（１６）は、ポケット状のドリルホール（３）から離れており、かつノズルドリル孔（１３）の少なくとも一つの部分に設けられている。それにより、チャンバの内径は、ノズルドリル孔（１３）の直径よりも大きく、かつ前記チャンバは、少なくとも同様な長さ比がドリル孔列に全てのノズルドリル孔（１３）に対して存在するように設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料噴射装置 本発明は、内燃機関、特に大型２サイクルディーゼルエンジンにおける燃料噴 射装置に関するものである。この燃料噴射装置は、対応する燃焼室内に突出して 、前記燃焼室の軸線に対して偏心して配置されたノズルヘッドを備え、前記ノズ ルヘッドは、燃料を通すことが可能な一端が閉塞されたボアホールを備えており 、該ボアホールは、自身から延びた複数のノズル孔を有し、前記複数のノズル孔 は、前記一端が閉塞されたボアホール内に配置された摺動部材によって制御可能 あるいは制御不可能となり、前記摺動部材は、好ましくは、戻し装置の作用に抗 する燃料の圧力によって軸方向に摺動可能なものであり、前記複数のノズル孔は 、共通の噴射ジェットを作り出すために、一端が閉塞されたボアホール周辺領域 に面しかつ一端が閉塞されたボアホールの軸線に対して略同じ高さに配置された ボアホール列として配列され、噴射ジェットの発散角度を鋭角とするように、前 記ボアホール列の少なくとも外側のノズル孔の軸線を、前記一端が閉塞されたボ アホールの軸線を中心とした半径方向において内側に傾けてなるものである。 このタイプの燃料噴射装置は、欧州特許第 0 606 371号公報から周知である。 排気バルブがシリンダヘッドに設けられた大型２サイクルディーゼルエンジンの 場合において、通常、燃料噴射装置は、燃焼室の周辺部領域に配置される必要が ある。ノズルヘッドの一側から出る主噴射方向が生じるように、ノズルヘッドの ノズル孔は配置されている。噴射ジェットが大きく横方向へ分散するのを防止す るように、一端が閉塞されたボアホールの軸線に対してノズル孔は半径方向に配 置されておらず、その代わりに主噴射方向に向けて配置されている。この結果、 ノズル孔の長さが異なり、かつ各ノズル孔の長さは各ボアホールの周方向に対す る位置によって変化することになる。同時に、ノズル孔の内側端の領域における マージンアングルに大きな変化をもたらすものである。したがって、各ノズル孔 への進入状態が大きく変わり、それゆえに処理のスピードおよび量が変化する。 特に、並んで配置された複数のノズル孔を備えるボアホール列の外側ノズル孔の 領域において、各ボアホールの周囲を横切る壁の長さが大きく異なるために、状 態が特に好ましくない。特に、より外側の側面領域で大きくなる壁の摩擦によっ て、特に不安定な噴射流が生じて、噴射ジェットが少量の空気しか伴わない結果 となってしまう。これは不完全な混合比となって、それによって不完全燃焼が燃 料消費量を増加させかつ環境汚染物質の放出を増加させる原因となっている。 したがって、以上のことに基づいて、冒頭に述べたタイプの装置を、簡単で費 用効率の高い方法を使って、良好な燃焼およびそれによる低燃費と低汚染物質排 出が実現可能なものに改善することが本発明の目的である。 本発明によれば、この目的は、少なくともいくつかのノズル孔を一端が閉塞さ れたボアホールから延びた入口チャンバと結合し、該入口チャンバの内径をノズ ル孔の直径よりも大きくしかつ前記入口チャンバは、ボアホール列の全ノズル孔 がその長さにおいて少なくとも同じであるように形成することによって達成され る。 これらの方策は、全てのノズル孔の条件をほぼ同じものとし、燃料の進入を妨 げないものとする。したがって、これらの入口チャンバによって、ケース長さが 各ノズル孔の終端まで変化しないようにできれば有利である。同様に、全ノズル 孔に対してボアホールの略等しい長さが達成され得る。したがって、本発明によ る手段によれば、壁の摩擦および噴射流量を均一にするという有利な効果が得ら れ、結局、安定した噴射ジェットを得ることができる。特に、ボアホール列の外 側ノズル孔の領域での噴射流が安定するので、噴射ジェットによって比較的多量 の空気の移送が確実なものとされる。これにより良好な混合比構成、すなわち良 好な燃焼が予想されるので、結果として低燃費と低汚染物質排出を実現でき、か つエンジンの汚れも少なくすることができる。したがって、本発明による方策は 、冒頭に述べた問題点を完全に解決するものである。 総括的な方策のさらに有利な実施形態および有効な改善は従属項に記載してい る。入口チャンバがボアホール列の外側ノズル孔に設けられていれば効果的であ る。ボアホール列の外側ノズル孔の領域では、最も大きな効果が本発明による入 口チャンバによって達成され得る。なぜならいままで、外側ノズル孔のこの領域 に最も不安定な混合流が発生していたからである。 第１の有利な実施形態によれば、入口チャンバは、ノズルヘッドに、断面半球 形状の凹部として形成されている。これら半球形状の凹部は、ノズル孔の全周に わたって同一のマージンアングルで形成するのが好ましい。半球形の凹部の中心 を、対応するノズル孔の軸線と一致するように、すなわち前記ノズル孔が、対応 する入口チャンバの中心に位置するように配置すれば効果的である。 入口チャンバをノズルヘッドの半球形の凹部として形作ることにより、ノズル ヘッドの強度を過度に落とすことなく、それぞれの入口チャンバを各ノズル孔と 簡単な方法で結合させることができる。 摺動部材に対してガイドステーとして作用可能な間隔保持ステーを二つの隣接 する凹部領域に形成し、これにより摩損から前記摺動部材を守るように、半球形 の凹部を配置することもできる、というさらなる有利点もある。 総括的な手段の別の有利な実施形態では、入口チャンバは、ノズルヘッド内で リングセグメント形状の凹部として形成されている。これは、特に製造を経済的 に行う上で役立つ。さらに、この実施形態は、ノズル孔と結合された入口チャン バとの間の遷移領域におけるマージンアングルを比較的簡単に９０度とすること ができる。 ノズル孔のうちの中間群のものは、ノズルヘッド強度を極端に低下させること なく、共通の入口チャンバに結合され得るというさらなる有利点がある。 総括的手法を改良したものとして、段付きの型抜き部によって好適に形成され た、断面形状で段付き形状拡大部が、ノズル孔の外側端部に設けられたものがあ る。これによって、各ノズル孔の外側端部を囲む面が垂直軸線に沿って形成され るという好ましい結果が得られる。これは、噴流に対する干渉を避けることによ って、安定した噴流が空気の移送を促進することを確実なものとしている。この ように、以上説明した手段は、既に述べた本発明の基本的な有利点を補強するも のである。 総括的手段のさらなる有利な実施形態および効果的な改良は、従属請求項に記 載しており、また以下の図面に基づいて代表的な実施形態を詳細に述べている。 図１は、大型２サイクルディーゼルエンジンの、本発明による燃料噴射装置の 断面図； 図２は、半球形の入口チャンバを備えた実施形態の、大型２サイクルディーゼ ルエンジンの燃料噴射装置のノズルヘッドのノズル孔領域における水平断面図； 図３は、図２の燃料噴射装置のノズルヘッドにリングセグメント形状の入口チ ャンバを備えた一例の図； 図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 大型２サイクルディーゼルエンジンの主な構成および作用は本質的に周知であ るので、発明の背景のさらなる説明は行わない。 図１に示す燃料噴射装置は、下部にテーパ部を有する円筒形の外側ケース２と 、一端が閉塞されたボアホール３を有するノズルヘッド４と、を備えている。前 記ノズルヘッド４の上部フランジは、外側ケース２の下部カラーによって支持さ れている。ノズルヘッド４の上端は、外側ケース２に収容されたガイドブッシュ ５に連結されている。このガイドブッシュ５は、ノズルヘッド４の一端が閉塞さ れたボアホール３に対して同軸的に配置されている。前記ボアホール内には、段 付き形状のスロートが設けられている。バルブシート７のような形状をしたスロ ー トは、ガイドブッシュ５内に配置された軸９から突き出るバルブ本体８と当接す る。バルブ本体８の直径が軸９の直径よりも小さいのは、バルブ本体８を取り囲 みかつボアホール６の一部を形成するリングスペース１０が設けられているから である。 軸９は、燃料ラインに接続された中央ボアホール１１と接続されており、この 中央ボアホール１１を介して燃料が通されるのを可能としている。前記ボアホー ル１１は、プランジ（plunge）ボアホール１２を介してリングスペース１０と連 通されている。バルブ本体８は、軸９と相互作用するリターンスプリング（図示 せず）の作用によってシールシート７に押しつけられている。リングスペース１ ０内の燃料の圧力が増加するにしたがって、バルブ本体８は当接していたシール シート７から持ち上げられる。その結果、リングスペース１０とノズルヘッド４ の一端が閉塞されたボアホール３とが連通可能となり、燃料が流れるようになる 。 ノズルヘッド４の下部には、だいたい同じ高さに並んで配置された複数のノズ ル孔１３が一端が閉塞されたボアホール３の長手軸線に対して直交するように一 列に並んで設けられている。燃料は、前記ノズル孔１３を通って対応する燃焼室 内に噴射可能とされている。バルブ本体８によって制御された通路を閉じた後に 、燃料がノズル孔１３から出ないようにするため、ロッド１４によってバルブ本 体８に連結されたリング形状を有する摺動部材１５が一端が閉塞されたボアホー ル３内に設けられている。バルブ本体８が当接していたバルブシート７から持ち 上げられる場合に、ノズル孔１３が開くようにノズル孔１３を行程超過するコン トロールエッジを形成する前記摺動部材１５の下端が配置されている。そして、 バルブ本体８がバルブシート７にのっているとき、ノズル孔１３は閉まっている 。図１はその閉まっている状態を示す。 必要な量の燃料が噴射可能とされるために、複数のノズル孔１３が図２および 図３に示すように設けられている。これらノズル孔１３は、一端が閉塞されたボ アホール３の長手軸線方向に関して略同じ高さで、かつ互いに片寄って配置され ている。ノズル孔１３は、垂直軸線に沿って、あるいは図４に示すように、外側 方向にわずかに傾けて配置することができる。ノズル孔１３によって共通に作り 出された噴射流はあまり分散されるべきではないので、ノズル孔１３は、一端が 閉塞されたボアホール３の長手軸線に関して半径方向には配置されておらず、半 径方向に対して主噴射方向に向けられることになり、結果的に分散角あるいは散 乱角は小さくなる。 ノズル孔１３がその断面積において変化することなく一端が閉塞されたボアホ ール３に通じている場合、個々のノズル孔１３に対する、また個々のノズル孔１ ３内の流入特性は非常に大きく異なるものとなる。特に、４つ並んだノズル孔１ ３を備えるボアホール列における外側２つのノズル孔１３は、内側ノズル孔１３ よりもかなり長い。また結果として異なる長さがノズル孔の外側領域にも生じる 。これらの状態は、燃焼不良、すなわち高燃料消費量および高汚染物質排出等の 結果を引き起こす。これを避けるため、一端が閉塞されたボアホール３から延び る入口チャンバ１６は、前記ノズル孔１３と連通されている。前記入口チャンバ １６の内径は、ノズル孔１３の内径よりも大きい。 図２の実施形態において、ノズルヘッド４の半球形の凹部１７は、一端が閉塞 されたボアホール３から延びる上記入口チャンバを形成するために設けられてい る。半球形の凹部１７は、ＥＤＭ（放電加工）工程に従って操作する装置による 電解材料除去によって簡単に作ることができる。ノズル孔１３自体は、レーザー 光線によって簡単に開けられる。 入口チャンバを形成する半球形の凹部１７は、この凹部１７の中心が結合され たノズル孔１３の軸線上に位置するように配置されている。このように、結合さ れた入口チャンバに対してノズル孔１３の中心がある。そのようなセンタリング によって、入口チャンバとノズル孔１３との間の遷移領域においてマージンアン グルが、図２の位置１８で示すように、ボアホール全直径にわたってほぼ同じに 維持されるものとなる。 関連づけられた半球形の凹部１７の隣接するノズル孔１３は、ステー１９が二 つの隣接する半球形の凹部１７の間を保つように寸法決めされていろ。前記ステ ー１９は、リング形状の摺動部材１５に対してガイドステーとして作用可能とな っている。それにより、前記リング形状の摺動部材１５はまた、入口チャンバの 領域で確実に支持可能であり、有利な寿命を達成することができる。 特別な場合においては、入口チャンバ１６は２つの外側ノズル孔１３のみに設 けられていれば十分である。図２を基本とする好ましい実施の形態においては、 半球形の凹部１７によって形成された入口チャンバは、全てのノズル孔１３と結 合されている。これにより、特に良好な燃焼状態、すなわち特に好適な燃料消費 が期待できる。 図３に示す実施の形態において、ノズルヘッド４のリングセグメント形状の凹 部２０として改良された入口チャンバ４は、各ノズル孔１３に対して形成されて いる。リングセグメント形状の凹部２０の半径は、入口チャンバとノズル孔１３ との間の遷移領域において、図３の符号２１に示すように、マージンアングルが ほぼ９０°となるようにそれぞれのノズル孔１３に適合されている。 全てのノズル孔１３に対して、リングセグメント２０によって形成されたリン グセグメント自身の入口チャンバを配置することも考えられる。図示した例では 、一つのリングセグメント２０によって形成された一つの共通の入口チャンバが 、二つの中央ノズル孔１３と結合されている。このリングセグメント２０は、リ ング溝の断面と一致し、ノズルヘッド４の一端が閉塞されたボアホール３の軸線 と同軸である。このリングセグメント２０は、二つの外側ノズル孔１３に関連し た、より小さい半径を有したリングセグメント２０が隣接している。 これらの外側リングセグメント２０は、それらの中心がそれぞれ対応するノズ ル孔１３の軸線上に位置するように配置されている。すなわち、対応する入口チ ャンバに対してセンタリングされている。これは、全てのボアホール直径への流 入特性が均一となるのに寄与している。二つの中央ノズル孔１３と結合されたリ ングセグメント２０の中央は、二つの結合されたノズル孔１３の二つの軸線の間 の領域に位置している。 図３および図４に示した例では、ノズル孔１３の外側端部領域に、ノズル孔１ ３よりも大きい直径を有する型抜き部２２が設けられている。前記型抜き部２２ は、リング領域２３で段付きの断面拡大形状を有し、ボアホールの軸線上に位置 し、ボアホールの端部を取り囲んでいる。型抜き部２２は、ノズル孔１３から出 る噴射がいかなる干渉をも受けないことを確実なものとしている。 もちろん、図２による実施形態にも、上述したタイプの型抜き部を設けること は、考え得ることである。 以上、本発明の二つの実施形態について詳しく述べたが、本発明はこれらのも のに限定されるものではない。したがって、ノズル孔１３の部分と半球形の凹部 １７によって形成された入口チャンバを結合させたり、ノズル孔１３の別の部分 と一つあるいは複数のリングセグメント形状の凹部２０によって形成された入口 チャンバを結合させることは、考え得るものである。たとえば、外側ノズル孔１ ３は、半球形の凹部１７によって形成された入口チャンバと結合され、かつ内側 ノズル孔１３は、リングセグメント形状の凹部２０によって形成された共通の入 口チャンバと結合されたものが挙げられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＤ，ＧＥ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関、特に大型２サイクルディーゼルエンジンにおける燃料噴射装置で あって、 対応する燃焼室内に突出して、前記燃焼室の軸線に対して偏心して配置された ノズルヘッド（４）を備え、 前記ノズルヘッド（４）は、燃料を通すことが可能な一端が閉塞されたボアホ ール（３）を備えており、該ボアホール（３）は、自身から延びた複数のノズル 孔（１３）を有し、 前記複数のノズル孔（１３）は、前記一端が閉塞されたボアホール（３）内に 配置された摺動部材（１５）によって制御可能あるいは制御不可能となり、 前記摺動部材（１５）は、好ましくは、戻し装置の作用に抗する燃料の圧力に よって軸方向に摺動可能なものであり、 前記複数のノズル孔（１３）は、共通の噴射ジェットを作り出すために、一端 が閉塞されたボアホール（３）周辺領域に面しかつ一端が閉塞されたボアホール （３）の軸線に対して略同じ高さに配置されたボアホール列として配列され、 噴射ジェットの発散角度を鋭角とするように、前記ボアホール列の少なくとも 外側のノズル孔（１３）の軸線を、前記一端が閉塞されたボアホール（３）の軸 線を中心とした半径方向において内側に傾けてなるものにおいて、 前記複数のノズル孔（１３）の少なくとも一部は、前記一端が閉塞されたボア ホール（３）から延びた各入口チャンバ（１６）と結合されており、 前記各入口チャンバ（１６）の内径は、前記複数のノズル孔（１３）の直径よ りも大きく、かつ前記入口チャンバ（１６）は、前記ボアホール列の全てのノズ ル孔が少なくとも長さにおいて同じになるように形成されていることを特徴とす る燃料噴射装置。 ２．前記複数のノズル孔（１３）のケース長さは、本質的に不変の終端長さとさ れることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。 ３．全てのノズル孔の長さは、本質的に同一であることを特徴とする請求項１ま たは２に記載の燃料噴射装置。 ４．入口チャンバ（１６）は、ノズル孔列の少なくとも外側のノズル孔（１３） と結合されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料 噴射装置。 ５．前記入口チャンバの少なくとも一部は、前記ノズルヘッド（４）に断面略半 球形状の凹部（１７）として形成されていることを特徴とする請求項１から４の いずれか一項に記載の燃料噴射装置。 ６．半球形の凹部（１７）として形成された入口チャンバは、各ノズル孔（１３ ）と結合されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射装置。 ７．入口チャンバを形成する各半球形の凹部（１７）の中心は、対応する各ノズ ル孔（１３）の軸線上に設けられていることを特徴とする請求項５または６に記 載の燃料噴射装置。 ８．ガイドステー（１９）が、半球形の凹部（１７）によって形成された隣接す る入口チャンバの間に設けられていることを特徴とする請求項５から７のいずれ か一項に記載の燃料噴射装置。 ９．前記入口チャンバの少なくとも一部は、ノズルヘッド（４）のリングセグメ ント形状の凹部（２０）として形成されていることを特徴とする請求項１から８ のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 １０．複数のノズル孔（１３）のうちそれらの中間部に位置するノズル孔（１３ ）の群は、リングセグメント形状の凹部（２０）によって形成された共通の入口 チャンバと結合されていることを特徴とする請求項９に記載の燃料噴射装置。 １１．ノズル孔（１３）と結合されて入口チャンバを形成するリングセグメント 形状の凹部（２０）の中心は、個々に対応するノズル孔（１３）の軸線上に配置 されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の燃料噴射装置。 １２．前記各ノズル孔（１３）の側壁と対応する各入口チャンバとは、少なくと も約９０°の角度をなすことを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記 載の燃料噴射装置。 １３．前記ノズル孔（１３）の外側端部には、型抜き部（２２）によって形成さ れた段付きの断面拡大形状が設けられていることを特徴とする請求項１から１２ のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 １４．前記型抜き部（２２）は、対応したノズル孔（１３）に対する垂直線に沿 って形成された内側境界表面（２３）を備えることを特徴とする請求項１３に記 載の燃料噴射装置。