JP2004076688A - 燃料噴射装置およびこれを備えたディーゼル機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することができ、かつ噴射率制御を確実に行うことのできる燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関を提供する。
【解決手段】第一の蓄圧器１１、第一の蓄圧器１１に蓄えられた燃料圧力よりも高い圧力に昇圧された燃料を蓄えておく第二の蓄圧器１２、蓄圧器１１，１２から燃料が供給されることにより開放して燃料を噴射する燃料噴射弁１５、第一の蓄圧器１１および第二の蓄圧器１２から燃料噴射弁１５へ燃料を供給する燃料供給路１６、燃料供給路１６に接続されて第一の蓄圧器１１から燃料噴射弁１５への燃料供給を断続する第一の弁機構１３、および燃料供給路１６に接続されて第二の蓄圧器１２から燃料噴射弁１５への燃料供給を断続する第二の弁機構１４を具備し、燃料噴射弁１５への燃料供給にあたっては第一の弁機構１３を先行して開放し、続いて第二の弁機構１４を開放することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】第一の蓄圧器１１、第一の蓄圧器１１に蓄えられた燃料圧力よりも高い圧力に昇圧された燃料を蓄えておく第二の蓄圧器１２、蓄圧器１１，１２から燃料が供給されることにより開放して燃料を噴射する燃料噴射弁１５、第一の蓄圧器１１および第二の蓄圧器１２から燃料噴射弁１５へ燃料を供給する燃料供給路１６、燃料供給路１６に接続されて第一の蓄圧器１１から燃料噴射弁１５への燃料供給を断続する第一の弁機構１３、および燃料供給路１６に接続されて第二の蓄圧器１２から燃料噴射弁１５への燃料供給を断続する第二の弁機構１４を具備し、燃料噴射弁１５への燃料供給にあたっては第一の弁機構１３を先行して開放し、続いて第二の弁機構１４を開放することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置およびこれを備えたディーゼル機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
初期の燃料噴射率を抑えた噴射率制御を実現しようとする蓄圧式の燃料噴射装置としては、たとえば、特開平１１−１８２３８０号公報に開示されているようなものがある。
この特開平１１−１８２３８０号公報に開示されている蓄圧式燃料噴射装置は、内部に噴射制御電磁弁が設けられた燃料噴射弁と、低圧用の蓄圧器と、高圧用の蓄圧器と、高圧用の蓄圧器から燃料噴射弁への燃料供給を断続する圧力切換用電磁弁とを有するものである。
燃料噴射弁の内部に設けられた噴射制御電磁弁は、ニードルバルブの頂部に設けられた油圧ピストンにかかる燃料をリーク路を介して燃料タンクに逃がすためのものである。
【０００３】
したがって、噴射制御電磁弁が開かれることによりニードルバルブを閉止させていた油圧ピストンにかかる圧力がリーク路から燃料タンクへ逃げて、これにしたがいニードルバルブが燃料溜り室の燃料圧力で押し上げられ、噴孔から燃料が燃焼室に噴射されるようになっている。
一方、噴射制御電磁弁を閉じれば、再びニードルバルブの油圧ピストンに圧力がかかり、ニードルバルブが閉止されるようになっている。
【０００４】
すなわち、噴射初期には圧力切換用電磁弁が閉じられているとともに噴射制御電磁弁が開かれることにより低圧用の蓄圧器から燃料噴射弁に燃料が供給され、また、噴射後半には圧力切換用電磁弁および噴射制御電磁弁がともに開かれることにより高圧用の蓄圧器から燃料噴射弁に燃料が供給されるように構成されたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような燃料噴射装置では、ニードルバルブを閉じるのに噴射制御電磁弁を閉め、油圧ピストンに燃料圧力がかかるようにして行われており、特に重油を使用する中・大型ディーゼル機関では燃料の粘度にバラツキがあるため、油圧が立ち上がってニードルバルブが閉まるまでのタイムラグが粘度によって変化し、噴射の切れが悪くなって、後燃えが多くなり、排気温度が上昇して効率が低下してしまうといった問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、噴射切れの良い従来の機械式（いわゆるバネによってニードルバルブが閉じる方向に付勢されており、所定圧力がニードルバルブの下方に加わるとバネの付勢力に打ち勝ってニードルバルブが開くタイプ）の燃料噴射弁を使用することができ、かつ噴射率制御を確実に行うことのできる燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関では、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の燃料噴射装置によれば、昇圧された燃料を蓄えておく蓄圧器と、該蓄圧器から前記燃料が供給されることにより開放して該燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧器から前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、該燃料供給路に接続されて前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する弁機構と、を具備する燃料噴射装置において、前記蓄圧器は圧力の異なる燃料をそれぞれ蓄える少なくとも二つの蓄圧器からなり、かつ前記弁機構は前記蓄圧器のそれぞれに対して一つずつ設けられているとともに、前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記弁機構のうち最も低い圧力の燃料が蓄えられた蓄圧器に対して設けられた弁機構を先行して開放し、続いて次に低い圧力の燃料が蓄えられた蓄圧器に対して設けられた弁機構を順次開放することを特徴とする。
【０００８】
この燃料噴射装置においては、圧力の異なる燃料をそれぞれ蓄える少なくとも二つの蓄圧器が設けられているとともに、これら蓄圧器に対して弁機構がそれぞれ一つずつ設けられており、燃料噴射弁から噴射制御電磁弁を排除することができるので、噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することが可能となる。
また、内部に蓄えられた燃料の圧力が低い蓄圧器から順に燃料噴射弁に燃料が供給され、燃料が噴射される期間における燃料噴射率が最初は最も低く抑えられ、徐々に燃料噴射率が高められるようになっている。
【０００９】
請求項２に記載の燃料噴射装置によれば、請求項１に記載の燃料噴射装置において、前記弁機構のうち最も低い圧力の燃料が蓄えられた蓄圧器に対して設けられた弁機構が、他の弁機構の下流側に位置するように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この燃料噴射装置においては、最も下流側に位置する、すなわち最も燃料噴射弁に近いところに位置する弁機構を閉じることにより、燃料噴射弁への燃料の供給が遮断される。
【００１１】
請求項３に記載の燃料噴射装置によれば、昇圧された燃料を蓄えておく第一の蓄圧器と、前記第一の蓄圧器に蓄えられた燃料圧力よりも高い圧力に昇圧された燃料を蓄えておく第二の蓄圧器と、これら蓄圧器から前記燃料が供給されることにより開放して該燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記第一の蓄圧器および前記第二の蓄圧器から前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、前記燃料供給路に接続されて前記第一の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第一の弁機構と、前記燃料供給路に接続されて前記第二の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第二の弁機構と、を具備し、前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第一の弁機構を先行して開放し、続いて前記第二の弁機構を開放することを特徴とする。
【００１２】
この燃料噴射装置においては、第一の蓄圧器および第二の蓄圧器に対してそれぞれ第一の弁機構および第二の弁機構が設けられており、燃料噴射弁から噴射制御電磁弁を排除することができるので、噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することが可能となる。
また、開放時の燃料圧力が低い第一の弁機構を先行して開放すると、第一の蓄圧器から押し出された燃料は第一の弁機構を通って燃料噴射弁に供給され、続いて第二の弁機構を開放すると、第二の蓄圧器から押し出された燃料は第二の弁機構を通って燃料噴射弁に供給される。これにより、燃料が噴射される期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、後半の燃料噴射率は高められる。
【００１３】
請求項４に記載の燃料噴射装置によれば、請求項３に記載の燃料噴射装置において、前記第一の弁機構が、前記第二の弁機構の下流側に位置するように配置されていることを特徴とする。
【００１４】
この燃料噴射装置においては、第一の弁機構を閉じることにより、燃料噴射弁への燃料の供給が遮断される。
【００１５】
請求項５に記載の燃料噴射装置によれば、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、前記蓄圧器にはそれぞれ、前記燃料を所定圧力に昇圧する昇圧ポンプが接続されていることを特徴とする。
【００１６】
この燃料噴射装置においては、各蓄圧器に対して個別に設けられた昇圧ポンプから各蓄圧器に昇圧された燃料が供給される。
【００１７】
請求項６に記載のディーゼル機関によれば、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置と、前記燃料噴射弁が取り付けられるシリンダヘッドと、を具備してなることを特徴とする。
【００１８】
このディーゼル機関においては、上記のごとく噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することができるので、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されて効率を向上させることが可能である。
また、燃料噴射期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、続いて後半の燃料噴射率が高められるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することが可能である。
【００１９】
請求項７に記載のディーゼル機関によれば、請求項６に記載のディーゼル機関において、前記蓄圧器および前記弁機構が、前記シリンダヘッドとは分離して設けられていることを特徴とする。
【００２０】
このディーゼル機関においては、蓄圧器および弁機構を、シリンダヘッドとは分離して設けることにより、メンテナンスや部品の交換作業等が簡単に行える。また、ディーゼル機関を設計する上での自由度が増し、シリンダヘッドあるいはディーゼル機関自体の小型／軽量化が図れる。
【００２１】
請求項８に記載のディーゼル機関によれば、請求項７に記載のディーゼル機関において、前記蓄圧器および前記弁機構は、一つのユニットとして構成されていることを特徴とする。
【００２２】
このディーゼル機関においては、蓄圧器および弁機構が、一つのユニットとして構成されているので、メンテナンスや部品の交換作業等が簡単に行える。
【００２３】
請求項９に記載のディーゼル機関によれば、請求項８に記載のディーゼル機関において、前記蓄圧器と前記弁機構との間にはそれぞれ、過流出安全機構を有するフローヒューズが設けられており、かつ前記弁機構は前記蓄圧器および前記フローヒューズに対して着脱可能に構成されていることを特徴とする。
【００２４】
このディーゼル機関においては、内部を通過する燃料が一定の流量を超える（上流側と下流側との圧力差が所定値を超える）と燃料の通過を遮断する過流出安全機構を有するフローヒューズが、蓄圧器と弁機構との間にそれぞれ設けられており、かつ各弁機構は対応する蓄圧器およびフローヒューズに対して着脱可能に構成されている。
したがって、機関運転中に弁機構を取り外すと、フローヒューズ内を通過する燃料が一定流量を超え（フローヒューズの上流側と下流側との圧力差が所定値を超え）、フローヒューズの過流出安全機構が働いて燃料の流出が遮断されることとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関の第一の実施形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
図１に示すように、燃料噴射装置１０は、低圧用蓄圧器（第一の蓄圧器）１１と、高圧用蓄圧器（第二の蓄圧器）１２と、第一制御弁（第一の弁機構）１３と、第二制御弁（第二の弁機構）１４と、燃料噴射弁１５と、燃料供給路１６と、第一昇圧ポンプ１７と、第二昇圧ポンプ１８とを主たる要素として構成されたものである。
【００２６】
低圧用蓄圧器１１は、第一昇圧ポンプ１７によってたとえば６００ｂａｒに昇圧された燃料を蓄えておくためのものである。
同様に、高圧用蓄圧器１２は、第二昇圧ポンプ１８によってたとえば１６００ｂａｒに昇圧された燃料（たとえば、Ｃ重油）を蓄えておくためのものである。
図中において符号１７ａ，１８ａはそれぞれ、第一昇圧ポンプ１７、第二昇圧ポンプ１８に吸入される燃料から不純物を取り除くフィルタである。
また、符号１９は燃料サービスタンクである。
【００２７】
第一制御弁１３は、低圧用蓄圧器１１から燃料噴射弁１５へ燃料を供給するポジションと、燃料噴射弁１５への燃料供給を断って燃料噴射弁１５側に残った余圧を系外に逃がすポジションとを選択可能な三方向弁が使用されている。
第二制御弁１４は、高圧用蓄圧器１２から燃料噴射弁１５へ燃料を供給するポジションと、燃料噴射弁１５への燃料供給を断つポジションとを選択可能な二方向弁が使用されている。
【００２８】
また、第一制御弁１３には、燃料噴射弁１５への燃料供給を断つポジションが選択されたときに、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料を排出するドレン排出路２０が接続されており、その下流側には余剰の燃料を受ける燃料ドレンタンク２１が設けられている。
このドレン排出路２０には等圧弁２２が設けられており、この等圧弁２２よりも上流側のドレン排出路２０内および燃料供給路１６内の燃料圧力が、たとえば２００ｂａｒよりも低くならないように調整されている。
一方、低圧用蓄圧器１１と第一制御弁１３とを連通する燃料供給路１６には、逆止弁２３が設けられており、この逆止弁２３よりも下流側に位置する燃料が低圧用蓄圧器１１の側に逆流しないようになっている。
【００２９】
これら第一制御弁１３および第二制御弁１４は、作動油タンクから、作動油供給ポンプ、作動油供給管、および作動油パイロット弁を通って作動油が供給されることにより作動される、いわゆる油圧作動弁である。作動油パイロット弁は電磁弁であり、コイルに電流が通電されるか否かによって弁が開閉されるものである。
すなわち、第一制御弁１３および第二制御弁１４は、電磁弁の開閉により作動油が供給あるいは遮断されてそのポジションが操作されるものである。
【００３０】
燃料噴射弁１５は、所定圧力（たとえば、４５０ｂａｒ）以上の圧力を有する燃料が供給されることにより開放して、シリンダ内に燃料を噴射するものである。
この燃料噴射弁１５は、バネ１５ａによってニードルバルブ１５ｂが閉じる方向に付勢されており、所定圧力がニードルバルブ１５ｂの下方に加わるとバネ１５ａの付勢力に打ち勝ってニードルバルブ１５ｂが開くタイプのものである。
【００３１】
図２はこの燃料噴射装置１０を備えるレシプロ式のディーゼル機関３０の概略構成図である。
図２において符号３１はシリンダ、３２はシリンダヘッド、３３はピストン、３４はコネクティングロッド、３５はクランクシャフト、３６はクランクケース、３７はバルブである。
【００３２】
燃料噴射装置１０は、燃料噴射弁１５がシリンダヘッド３２の略中央に設置されているが、低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、第一制御弁１３、および第二制御弁１４がシリンダヘッド３２あるいはシリンダ３１の側部に分けて設置されており、両者は燃料供給路１６をなす管路で接続されている。
【００３３】
上記のように構成された燃料噴射装置１０を備えるディーゼル機関３０を運転したときの燃料噴射装置１０の作動の仕方について説明する。
低圧用蓄圧器１１には第一昇圧ポンプ１７の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられるとともに、高圧用蓄圧器１２には第二昇圧ポンプ１８の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられる。燃料噴射弁１５からは、これら低圧用蓄圧器１１または高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が、第一制御弁１３および第二制御弁１４の以下のような開閉動作によって間欠的に噴射される。
【００３４】
ディーゼル機関３０が燃料噴射の行程に入ると、第一制御弁１３および第二制御弁１４がともに閉じられた状態から第一制御弁１３が先行して開放され、低圧用蓄圧器１１に蓄えられた燃料が第一制御弁１３を通じて燃料噴射弁１５に供給される。
【００３５】
続いて、第二制御弁１４が第一制御弁１３の開放から所定の時間をおいて開放され、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が第二制御弁１４を通じて燃料噴射弁１５に供給される。このとき、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料の圧力が低圧用蓄圧器１１に蓄えられた燃料の圧力よりも高いため逆止弁２２が閉じ、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が低圧用蓄圧器１１の側に流入することを防止している。
【００３６】
燃料噴射の行程を終えると、第一制御弁１３および第二制御弁１４は同時に閉じられる。これら第一制御弁１３および第二制御弁１４が閉じられると、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料が、第一制御弁１３に設けられたドレン排出路２０を通じて排出され、燃料ドレンタンク２１に回収される。
【００３７】
このように、開放時の燃料圧力が低い第一制御弁１３を先行して開放すると、吸入行程一回当たりの燃料噴射の期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、開放時の燃料圧力が高い第二制御弁１４を遅れて開放すると、後半の燃料噴射率が高められる（吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各弁の開閉状態を示すと図３のようになる）。
【００３８】
したがって、本実施形態のディーゼル機関においては機械式の燃料噴射弁を使用することができるので、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されて効率を向上させることができる。
【００３９】
また、燃料噴射期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、続いて後半の燃料噴射率が高められるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００４０】
さらに、低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、第一制御弁１３、および第二制御弁１４を燃料噴射弁１５と別体に構成し、シリンダヘッド３２あるいはシリンダ３１とは分離して設けたことにより、メンテナンスや部品の交換作業等を容易に行うことができる。また、ディーゼル機関を設計する上での自由度が増し、シリンダヘッド、シリンダさらにはディーゼル機関の小型／軽量化を実現することができる。
【００４１】
次に、本発明に係る燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関の第二の実施形態を図４および図５に基づいて説明する。なお、前述した第一の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付し、それについての説明は省略する。
【００４２】
図４および図５に示す第二の実施形態は、第二制御弁が第一の実施形態に示す第一制御弁１３と同じ構成のものとされ、この第二制御弁１３’の出口側（燃料噴射弁１５側）の燃料供給路１６が第一制御弁１３の上流側、すなわち逆止弁２３と第一制御弁１３との間に接続されている点で第一の実施形態と大きく異なっている。
なお、第一の実施形態では第二制御弁１４の出口側の燃料供給路１６は、第一制御弁１３の下流側、すなわち第一制御弁１３と燃料噴射弁１５との間に接続されていた。
【００４３】
また、第二制御弁１３’には、燃料噴射弁１５への燃料供給を断つポジションが選択されたときに、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料を排出するドレン排出路２０’が接続されており、その下流側には余剰の燃料を受ける前述した燃料ドレンタンク２１が設けられている。
このドレン排出路２０’には等圧弁２２’が設けられており、この等圧弁２２’よりも上流側のドレン排出路２０’内および燃料供給路１６内の燃料圧力が、たとえば６００ｂａｒよりも低くならないように調整されている。
【００４４】
上記のように構成された燃料噴射装置２０を備えるディーゼル機関を運転したときの燃料噴射装置２０の作動の仕方について説明する。
低圧用蓄圧器１１には第一昇圧ポンプ１７の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられるとともに、高圧用蓄圧器１２には第二昇圧ポンプ１８の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられる。燃料噴射弁１５からは、これら低圧用蓄圧器１１または高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が、第一制御弁１３および第二制御弁１３’の以下のような開閉動作によって間欠的に噴射される。
【００４５】
ディーゼル機関が燃料噴射の行程に入ると、第一制御弁１３および第二制御弁１３’がともに閉じられた状態から第一制御弁１３が先行して開放され、低圧用蓄圧器１１に蓄えられた燃料が第一制御弁１３を通じて燃料噴射弁１５に供給される。
【００４６】
続いて、第二制御弁１３’が第一制御弁１３の開放から所定の時間をおいて開放され、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が第二制御弁１３’を通じて燃料噴射弁１５に供給される。このとき、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料の圧力が低圧用蓄圧器１１に蓄えられた燃料の圧力よりも高いため逆止弁２３が閉じ、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が低圧用蓄圧器１１の側に流入することを防止している。
【００４７】
燃料噴射の行程を終えると、第一制御弁１３および第二制御弁１３’は同時に閉じられる。これら第一制御弁１３および第二制御弁１３’が閉じられると、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料が、第一制御弁１３に設けられたドレン排出路２０、および第二制御弁１３’に設けられたドレン排出路２０’を通じて排出され、燃料ドレンタンク２１に回収される。
【００４８】
このように、開放時の燃料圧力が低い第一制御弁１３を先行して開放すると、吸入行程一回当たりの燃料噴射の期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、開放時の燃料圧力が高い第二制御弁１３’を遅れて開放すると、後半の燃料噴射率が高められる（吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各弁の開閉状態を示すと図５のようになる）。
【００４９】
また、このように構成することにより、図５に示すように、第二制御弁１３’が第一制御弁１３よりも遅れて閉じられることとなっても、第一制御弁１３が閉じられることにより燃料噴射弁１５への燃料の供給を完全に遮断することができる。
したがって、第一制御弁１３と第二制御弁１３’とを必ずしも同時に閉じる必要はなく、第二制御弁１３’を第一制御弁１３よりも遅れて閉じることができるようになるので、これら制御弁１３，１３’の開閉制御を簡略化することができる。
【００５０】
以上説明したように、低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、第一制御弁１３、および第二制御弁１３’，１４は燃料噴射弁１５と別体に構成され、シリンダヘッド３２あるいはシリンダ３１とは分離して設けられている。
ここで、これら低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、第一制御弁１３、および第二制御弁１３’，１４が一つのユニットとして構成されていればさらに有利である。
このように構成することにより、ユニット毎の交換を行うことができるようになり、整備性を向上させることができる。
また、従来の機械式燃料噴射弁で採用される燃料噴射ポンプの代わりにこのユニットを装着することが可能となり、容易に本噴射系を搭載することができる。
【００５１】
さらに、図６に示すように、低圧用蓄圧器１１と第一制御弁１３との間、より詳しくは逆止弁２３と第１制御弁１３との間、および高圧用蓄圧器１２と第二制御弁１４との間に、過流出安全機構を有するフローヒューズ２４，２５をそれぞれ設け、かつこれら第一制御弁１３および第二制御弁１４をさらに一つのユニットとして構成し、低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、およびフローヒューズ２４，２５に対して着脱可能に構成しておけばさらに有利である。
【００５２】
このように構成することにより、以下の手順で機関運転中でも第一制御弁１３および第二制御弁１４から構成されたユニットを交換することができる。
まずはじめに、交換しようとする第一制御弁１３および第二制御弁１４の電磁弁の作動を停止させて作動油供給管に設けられた作動油供給バルブを閉じる。
そして、第一制御弁１３および第二制御弁１４から構成されたユニットを低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、およびフローヒューズ２４，２５に対して固定する固定部材を取り外して、第一制御弁１３および第二制御弁１４から構成されたユニットを低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、およびフローヒューズ２４，２５から取り外す。
このとき、フローヒューズ２４，２５を通過する燃料が一定流量を超えることとなり、燃料の供給が遮断される。すなわち、それ以外のシリンダには燃料が供給され、当該シリンダには燃料が供給されていない、いわゆる減筒運転状態となる。
【００５３】
次に、取り外したユニットの代わりに、新しいユニットあるいは整備済みのユニットを固定部材を介して取り付ける。
取付完了後、低圧用蓄圧器１１内の燃料圧力を、たとえばこの低圧用蓄圧器１１と燃料サービスタンク１９とを連絡する連絡管２６の途中に設けられたリリーフ弁２７を開放することにより下げていき、それにより低圧用蓄圧器１１と第一制御弁１３との間に設けられたフローヒューズ２４の上流側と下流側との差圧を設定値以下とし、フローヒューズ２４を復帰させる。
この場合、他のシリンダに取り付けられた低圧用蓄圧器１１内の燃料圧力も低下させられることとなるので、全体として燃料噴射量も低下させられることとなる。したがって、この燃料噴射量の低下を補うために、第一制御弁１３あるいは第二制御弁１４の開放時期を早める必要がある。
低圧用蓄圧器１１と第一制御弁１３との間に設けられたフローヒューズ２４が復帰したら前述したリリーフ弁２７を閉じていき、低圧用蓄圧器１１内の燃料圧力を通常の値に復帰させる。
先に閉じた作動油供給バルブを開き、電磁弁を作動復帰させる。電磁弁を作動復帰させると、第一制御弁１３および第二制御弁１４がともに開いているときに高圧用蓄圧器１２と第二制御弁１４との間に設けられたフローヒューズ２５の下流側から低圧用蓄圧器１１から燃料圧力が加わり、フローヒューズ２５の上流側と下流側との差圧が設定値以下となって、フローヒューズ２５が復帰させられることとなる。
これらフローヒューズ２４，２５が復帰すると、取り外し前の状態に復帰させられ、交換作業が終了する。
【００５４】
これにより、機関を停止することなく第一制御弁１３および第二制御弁１４からなるユニットを交換することができる。
したがって、仮に第一制御弁１３および／または第二制御弁１４が壊れたとしても機関停止を回避することができて、機関の信頼性を向上させることができる。
【００５５】
図６に示すものは、図１に示すものにフローヒューズ２４，２５、連絡管２６、およびリリーフ弁２７を適用した例である。
また、図示はしないが、図４に示すものにフローヒューズ２４，２５、連絡管２６、およびリリーフ弁２７を適用することもできる。この場合、第２制御弁１３’の出口側と第一制御弁１３の下流側とを結ぶ燃料供給路１６は、逆止弁２３とフローヒューズ２４との間に接続される。
【００５６】
なお、上述した実施形態においては、各蓄圧器に対してそれぞれ昇圧ポンプを設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば低圧側蓄圧器１１に対して設けていた昇圧ポンプ１７を省略し、高圧側蓄圧器１２に対して設けられた昇圧ポンプ１８から、たとえば減圧弁、オリフィスなどの減圧手段を介して昇圧された燃料を低圧用蓄圧器１１に供給することもできる。
【００５７】
また、第一制御弁１３および第二制御弁１３’，１４が閉じられた後、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料は、ドレン排出路２０、２０’を通じて排出され、燃料ドレンタンク２１に回収されるようになっている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、再び燃料サービスタンク１９に戻すようにすることもできる。
【００５８】
さらに、制御弁１３，１３’，１４はそれぞれ油圧作動弁としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、単なる電磁弁とすることもできる。
すなわち、これら制御弁１３，１３’，１４は上述したような流路の切換を行うことができるものであればいかなるものでも良い。
ただし燃料として、粘性が高く、使用時に加熱しなければならないＣ重油などを使用する場合には、制御弁１３，１３’，１４に油圧作動弁を用いることが望ましい。というのは、燃料として加熱されたＣ重油などを使用する場合、これら制御弁１３，１３’，１４として電磁弁を用いると、配線が熱により誤作動を引き起こしたり、熱により損傷を受けたりするおそれがあるからである。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の燃料噴射装置およびこれを備えたディーゼル機関によれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の燃料噴射装置によれば、圧力の異なる燃料をそれぞれ蓄える少なくとも二つの蓄圧器が設けられているとともに、これら蓄圧器に対して弁機構がそれぞれ一つずつ設けられており、燃料噴射弁から噴射制御電磁弁を排除することができるので、噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することができて、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されて効率を向上させることができる。
また、内部に蓄えられた燃料の圧力が低い蓄圧器から順に燃料噴射弁に燃料が供給され、燃料噴射期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、続いて後半の燃料噴射率が高められるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００６０】
請求項２に記載の燃料噴射装置によれば、最も下流側に位置する、すなわち最も燃料噴射弁に近いところに位置する弁機構を閉じることにより、燃料噴射弁への燃料の供給が遮断されるので、弁機構の開閉制御を簡略化することができる。
【００６１】
請求項３に記載の燃料噴射装置によれば、第一の蓄圧器および第二の蓄圧器に対してそれぞれ第一の弁機構および第二の弁機構が設けられており、燃料噴射弁から噴射制御電磁弁を排除することができるので、噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することができるので、噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することができて、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されて効率を向上させることができる。
また、開放時の燃料圧力が低い第一の弁機構を先行して開放し、第一の蓄圧器から押し出された燃料は第一の弁機構を通って燃料噴射弁に供給され、続いて第二の弁機構を開放すると、第二の蓄圧器から押し出された燃料は第二の弁機構を通って燃料噴射弁に供給され、これにより、燃料が噴射される期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、後半の燃料噴射率は高められることとなるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００６２】
請求項４に記載の燃料噴射装置によれば、第一の弁機構を閉じることにより、燃料噴射弁への燃料の供給が遮断されるので、弁機構の開閉制御を簡略化することができる。
【００６３】
請求項５に記載の燃料噴射装置によれば、各蓄圧器に対して個別に設けられた昇圧ポンプから各蓄圧器に昇圧された燃料が供給されるので、効率よく所望の圧力を得ることができる。
【００６４】
請求項６に記載のディーゼル機関によれば、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されることとなるので、効率を向上させることができる。
また、燃料噴射期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、続いて後半の燃料噴射率が高められるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００６５】
請求項７に記載のディーゼル機関によれば、蓄圧器および弁機構を、シリンダヘッドとは分離して設けることにより、メンテナンスや部品の交換作業等を簡単に行うことができる。
また、ディーゼル機関を設計する上での自由度が増し、シリンダヘッドあるいはディーゼル機関自体の小型／軽量化を図ることができる。
さらに、従来の機械式燃料噴射弁を使用することができるので、既に製造された機械式燃料噴射弁を使用する機関への搭載もシリンダヘッドを改造することなく容易に可能とできる。
【００６６】
請求項８に記載のディーゼル機関によれば、蓄圧器および弁機構が、一つのユニットとして構成されているので、メンテナンスや部品の交換作業等を簡単に行うことができる。
また、従来の機械式燃料噴射弁で採用される燃料噴射ポンプと換装することが可能となり、容易に本噴射系を搭載することができる。
【００６７】
請求項９に記載のディーゼル機関によれば、機関を停止することなく第一制御弁および第二制御弁を交換することができる。
したがって、仮に第一制御弁および／または第二制御弁が壊れたとしても機関停止を回避することができて、機関の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の燃料噴射装置を搭載したディーゼル機関の概略構成図である。
【図３】図１に示す燃料噴射装置の作動状態を説明するための図であって、吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各弁の開閉状態を示す図表である。
【図４】本発明による燃料噴射装置の第二の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】図４に示す燃料噴射装置の作動状態を説明するための図であって、吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各弁の開閉状態を示す図表である。
【図６】本発明による燃料噴射装置の第三の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射装置
１１ 低圧用蓄圧器（第一の蓄圧器）
１２ 高圧用蓄圧器（第二の蓄圧器）
１３ 第一制御弁（第一の弁機構）
１３’第二制御弁（第二の弁機構）
１４ 第二制御弁（第二の弁機構）
１５ 燃料噴射弁
１６ 燃料供給路
１７ 第一昇圧ポンプ
１８ 第二昇圧ポンプ
２０ 燃料噴射装置
２４ フローヒューズ
２５ フローヒューズ
３０ ディーゼル機関
３２ シリンダヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置およびこれを備えたディーゼル機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
初期の燃料噴射率を抑えた噴射率制御を実現しようとする蓄圧式の燃料噴射装置としては、たとえば、特開平１１−１８２３８０号公報に開示されているようなものがある。
この特開平１１−１８２３８０号公報に開示されている蓄圧式燃料噴射装置は、内部に噴射制御電磁弁が設けられた燃料噴射弁と、低圧用の蓄圧器と、高圧用の蓄圧器と、高圧用の蓄圧器から燃料噴射弁への燃料供給を断続する圧力切換用電磁弁とを有するものである。
燃料噴射弁の内部に設けられた噴射制御電磁弁は、ニードルバルブの頂部に設けられた油圧ピストンにかかる燃料をリーク路を介して燃料タンクに逃がすためのものである。
【０００３】
したがって、噴射制御電磁弁が開かれることによりニードルバルブを閉止させていた油圧ピストンにかかる圧力がリーク路から燃料タンクへ逃げて、これにしたがいニードルバルブが燃料溜り室の燃料圧力で押し上げられ、噴孔から燃料が燃焼室に噴射されるようになっている。
一方、噴射制御電磁弁を閉じれば、再びニードルバルブの油圧ピストンに圧力がかかり、ニードルバルブが閉止されるようになっている。
【０００４】
すなわち、噴射初期には圧力切換用電磁弁が閉じられているとともに噴射制御電磁弁が開かれることにより低圧用の蓄圧器から燃料噴射弁に燃料が供給され、また、噴射後半には圧力切換用電磁弁および噴射制御電磁弁がともに開かれることにより高圧用の蓄圧器から燃料噴射弁に燃料が供給されるように構成されたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような燃料噴射装置では、ニードルバルブを閉じるのに噴射制御電磁弁を閉め、油圧ピストンに燃料圧力がかかるようにして行われており、特に重油を使用する中・大型ディーゼル機関では燃料の粘度にバラツキがあるため、油圧が立ち上がってニードルバルブが閉まるまでのタイムラグが粘度によって変化し、噴射の切れが悪くなって、後燃えが多くなり、排気温度が上昇して効率が低下してしまうといった問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、噴射切れの良い従来の機械式（いわゆるバネによってニードルバルブが閉じる方向に付勢されており、所定圧力がニードルバルブの下方に加わるとバネの付勢力に打ち勝ってニードルバルブが開くタイプ）の燃料噴射弁を使用することができ、かつ噴射率制御を確実に行うことのできる燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関では、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の燃料噴射装置によれば、昇圧された燃料を蓄えておく蓄圧器と、該蓄圧器から前記燃料が供給されることにより開放して該燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧器から前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、該燃料供給路に接続されて前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する弁機構と、を具備する燃料噴射装置において、前記蓄圧器は圧力の異なる燃料をそれぞれ蓄える少なくとも二つの蓄圧器からなり、かつ前記弁機構は前記蓄圧器のそれぞれに対して一つずつ設けられているとともに、前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記弁機構のうち最も低い圧力の燃料が蓄えられた蓄圧器に対して設けられた弁機構を先行して開放し、続いて次に低い圧力の燃料が蓄えられた蓄圧器に対して設けられた弁機構を順次開放することを特徴とする。
【０００８】
この燃料噴射装置においては、圧力の異なる燃料をそれぞれ蓄える少なくとも二つの蓄圧器が設けられているとともに、これら蓄圧器に対して弁機構がそれぞれ一つずつ設けられており、燃料噴射弁から噴射制御電磁弁を排除することができるので、噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することが可能となる。
また、内部に蓄えられた燃料の圧力が低い蓄圧器から順に燃料噴射弁に燃料が供給され、燃料が噴射される期間における燃料噴射率が最初は最も低く抑えられ、徐々に燃料噴射率が高められるようになっている。
【０００９】
請求項２に記載の燃料噴射装置によれば、請求項１に記載の燃料噴射装置において、前記弁機構のうち最も低い圧力の燃料が蓄えられた蓄圧器に対して設けられた弁機構が、他の弁機構の下流側に位置するように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この燃料噴射装置においては、最も下流側に位置する、すなわち最も燃料噴射弁に近いところに位置する弁機構を閉じることにより、燃料噴射弁への燃料の供給が遮断される。
【００１１】
請求項３に記載の燃料噴射装置によれば、昇圧された燃料を蓄えておく第一の蓄圧器と、前記第一の蓄圧器に蓄えられた燃料圧力よりも高い圧力に昇圧された燃料を蓄えておく第二の蓄圧器と、これら蓄圧器から前記燃料が供給されることにより開放して該燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記第一の蓄圧器および前記第二の蓄圧器から前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、前記燃料供給路に接続されて前記第一の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第一の弁機構と、前記燃料供給路に接続されて前記第二の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第二の弁機構と、を具備し、前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第一の弁機構を先行して開放し、続いて前記第二の弁機構を開放することを特徴とする。
【００１２】
この燃料噴射装置においては、第一の蓄圧器および第二の蓄圧器に対してそれぞれ第一の弁機構および第二の弁機構が設けられており、燃料噴射弁から噴射制御電磁弁を排除することができるので、噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することが可能となる。
また、開放時の燃料圧力が低い第一の弁機構を先行して開放すると、第一の蓄圧器から押し出された燃料は第一の弁機構を通って燃料噴射弁に供給され、続いて第二の弁機構を開放すると、第二の蓄圧器から押し出された燃料は第二の弁機構を通って燃料噴射弁に供給される。これにより、燃料が噴射される期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、後半の燃料噴射率は高められる。
【００１３】
請求項４に記載の燃料噴射装置によれば、請求項３に記載の燃料噴射装置において、前記第一の弁機構が、前記第二の弁機構の下流側に位置するように配置されていることを特徴とする。
【００１４】
この燃料噴射装置においては、第一の弁機構を閉じることにより、燃料噴射弁への燃料の供給が遮断される。
【００１５】
請求項５に記載の燃料噴射装置によれば、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、前記蓄圧器にはそれぞれ、前記燃料を所定圧力に昇圧する昇圧ポンプが接続されていることを特徴とする。
【００１６】
この燃料噴射装置においては、各蓄圧器に対して個別に設けられた昇圧ポンプから各蓄圧器に昇圧された燃料が供給される。
【００１７】
請求項６に記載のディーゼル機関によれば、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置と、前記燃料噴射弁が取り付けられるシリンダヘッドと、を具備してなることを特徴とする。
【００１８】
このディーゼル機関においては、上記のごとく噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することができるので、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されて効率を向上させることが可能である。
また、燃料噴射期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、続いて後半の燃料噴射率が高められるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することが可能である。
【００１９】
請求項７に記載のディーゼル機関によれば、請求項６に記載のディーゼル機関において、前記蓄圧器および前記弁機構が、前記シリンダヘッドとは分離して設けられていることを特徴とする。
【００２０】
このディーゼル機関においては、蓄圧器および弁機構を、シリンダヘッドとは分離して設けることにより、メンテナンスや部品の交換作業等が簡単に行える。また、ディーゼル機関を設計する上での自由度が増し、シリンダヘッドあるいはディーゼル機関自体の小型／軽量化が図れる。
【００２１】
請求項８に記載のディーゼル機関によれば、請求項７に記載のディーゼル機関において、前記蓄圧器および前記弁機構は、一つのユニットとして構成されていることを特徴とする。
【００２２】
このディーゼル機関においては、蓄圧器および弁機構が、一つのユニットとして構成されているので、メンテナンスや部品の交換作業等が簡単に行える。
【００２３】
請求項９に記載のディーゼル機関によれば、請求項８に記載のディーゼル機関において、前記蓄圧器と前記弁機構との間にはそれぞれ、過流出安全機構を有するフローヒューズが設けられており、かつ前記弁機構は前記蓄圧器および前記フローヒューズに対して着脱可能に構成されていることを特徴とする。
【００２４】
このディーゼル機関においては、内部を通過する燃料が一定の流量を超える（上流側と下流側との圧力差が所定値を超える）と燃料の通過を遮断する過流出安全機構を有するフローヒューズが、蓄圧器と弁機構との間にそれぞれ設けられており、かつ各弁機構は対応する蓄圧器およびフローヒューズに対して着脱可能に構成されている。
したがって、機関運転中に弁機構を取り外すと、フローヒューズ内を通過する燃料が一定流量を超え（フローヒューズの上流側と下流側との圧力差が所定値を超え）、フローヒューズの過流出安全機構が働いて燃料の流出が遮断されることとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関の第一の実施形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
図１に示すように、燃料噴射装置１０は、低圧用蓄圧器（第一の蓄圧器）１１と、高圧用蓄圧器（第二の蓄圧器）１２と、第一制御弁（第一の弁機構）１３と、第二制御弁（第二の弁機構）１４と、燃料噴射弁１５と、燃料供給路１６と、第一昇圧ポンプ１７と、第二昇圧ポンプ１８とを主たる要素として構成されたものである。
【００２６】
低圧用蓄圧器１１は、第一昇圧ポンプ１７によってたとえば６００ｂａｒに昇圧された燃料を蓄えておくためのものである。
同様に、高圧用蓄圧器１２は、第二昇圧ポンプ１８によってたとえば１６００ｂａｒに昇圧された燃料（たとえば、Ｃ重油）を蓄えておくためのものである。
図中において符号１７ａ，１８ａはそれぞれ、第一昇圧ポンプ１７、第二昇圧ポンプ１８に吸入される燃料から不純物を取り除くフィルタである。
また、符号１９は燃料サービスタンクである。
【００２７】
第一制御弁１３は、低圧用蓄圧器１１から燃料噴射弁１５へ燃料を供給するポジションと、燃料噴射弁１５への燃料供給を断って燃料噴射弁１５側に残った余圧を系外に逃がすポジションとを選択可能な三方向弁が使用されている。
第二制御弁１４は、高圧用蓄圧器１２から燃料噴射弁１５へ燃料を供給するポジションと、燃料噴射弁１５への燃料供給を断つポジションとを選択可能な二方向弁が使用されている。
【００２８】
また、第一制御弁１３には、燃料噴射弁１５への燃料供給を断つポジションが選択されたときに、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料を排出するドレン排出路２０が接続されており、その下流側には余剰の燃料を受ける燃料ドレンタンク２１が設けられている。
このドレン排出路２０には等圧弁２２が設けられており、この等圧弁２２よりも上流側のドレン排出路２０内および燃料供給路１６内の燃料圧力が、たとえば２００ｂａｒよりも低くならないように調整されている。
一方、低圧用蓄圧器１１と第一制御弁１３とを連通する燃料供給路１６には、逆止弁２３が設けられており、この逆止弁２３よりも下流側に位置する燃料が低圧用蓄圧器１１の側に逆流しないようになっている。
【００２９】
これら第一制御弁１３および第二制御弁１４は、作動油タンクから、作動油供給ポンプ、作動油供給管、および作動油パイロット弁を通って作動油が供給されることにより作動される、いわゆる油圧作動弁である。作動油パイロット弁は電磁弁であり、コイルに電流が通電されるか否かによって弁が開閉されるものである。
すなわち、第一制御弁１３および第二制御弁１４は、電磁弁の開閉により作動油が供給あるいは遮断されてそのポジションが操作されるものである。
【００３０】
燃料噴射弁１５は、所定圧力（たとえば、４５０ｂａｒ）以上の圧力を有する燃料が供給されることにより開放して、シリンダ内に燃料を噴射するものである。
この燃料噴射弁１５は、バネ１５ａによってニードルバルブ１５ｂが閉じる方向に付勢されており、所定圧力がニードルバルブ１５ｂの下方に加わるとバネ１５ａの付勢力に打ち勝ってニードルバルブ１５ｂが開くタイプのものである。
【００３１】
図２はこの燃料噴射装置１０を備えるレシプロ式のディーゼル機関３０の概略構成図である。
図２において符号３１はシリンダ、３２はシリンダヘッド、３３はピストン、３４はコネクティングロッド、３５はクランクシャフト、３６はクランクケース、３７はバルブである。
【００３２】
燃料噴射装置１０は、燃料噴射弁１５がシリンダヘッド３２の略中央に設置されているが、低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、第一制御弁１３、および第二制御弁１４がシリンダヘッド３２あるいはシリンダ３１の側部に分けて設置されており、両者は燃料供給路１６をなす管路で接続されている。
【００３３】
上記のように構成された燃料噴射装置１０を備えるディーゼル機関３０を運転したときの燃料噴射装置１０の作動の仕方について説明する。
低圧用蓄圧器１１には第一昇圧ポンプ１７の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられるとともに、高圧用蓄圧器１２には第二昇圧ポンプ１８の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられる。燃料噴射弁１５からは、これら低圧用蓄圧器１１または高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が、第一制御弁１３および第二制御弁１４の以下のような開閉動作によって間欠的に噴射される。
【００３４】
ディーゼル機関３０が燃料噴射の行程に入ると、第一制御弁１３および第二制御弁１４がともに閉じられた状態から第一制御弁１３が先行して開放され、低圧用蓄圧器１１に蓄えられた燃料が第一制御弁１３を通じて燃料噴射弁１５に供給される。
【００３５】
続いて、第二制御弁１４が第一制御弁１３の開放から所定の時間をおいて開放され、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が第二制御弁１４を通じて燃料噴射弁１５に供給される。このとき、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料の圧力が低圧用蓄圧器１１に蓄えられた燃料の圧力よりも高いため逆止弁２２が閉じ、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が低圧用蓄圧器１１の側に流入することを防止している。
【００３６】
燃料噴射の行程を終えると、第一制御弁１３および第二制御弁１４は同時に閉じられる。これら第一制御弁１３および第二制御弁１４が閉じられると、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料が、第一制御弁１３に設けられたドレン排出路２０を通じて排出され、燃料ドレンタンク２１に回収される。
【００３７】
このように、開放時の燃料圧力が低い第一制御弁１３を先行して開放すると、吸入行程一回当たりの燃料噴射の期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、開放時の燃料圧力が高い第二制御弁１４を遅れて開放すると、後半の燃料噴射率が高められる（吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各弁の開閉状態を示すと図３のようになる）。
【００３８】
したがって、本実施形態のディーゼル機関においては機械式の燃料噴射弁を使用することができるので、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されて効率を向上させることができる。
【００３９】
また、燃料噴射期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、続いて後半の燃料噴射率が高められるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００４０】
さらに、低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、第一制御弁１３、および第二制御弁１４を燃料噴射弁１５と別体に構成し、シリンダヘッド３２あるいはシリンダ３１とは分離して設けたことにより、メンテナンスや部品の交換作業等を容易に行うことができる。また、ディーゼル機関を設計する上での自由度が増し、シリンダヘッド、シリンダさらにはディーゼル機関の小型／軽量化を実現することができる。
【００４１】
次に、本発明に係る燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関の第二の実施形態を図４および図５に基づいて説明する。なお、前述した第一の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付し、それについての説明は省略する。
【００４２】
図４および図５に示す第二の実施形態は、第二制御弁が第一の実施形態に示す第一制御弁１３と同じ構成のものとされ、この第二制御弁１３’の出口側（燃料噴射弁１５側）の燃料供給路１６が第一制御弁１３の上流側、すなわち逆止弁２３と第一制御弁１３との間に接続されている点で第一の実施形態と大きく異なっている。
なお、第一の実施形態では第二制御弁１４の出口側の燃料供給路１６は、第一制御弁１３の下流側、すなわち第一制御弁１３と燃料噴射弁１５との間に接続されていた。
【００４３】
また、第二制御弁１３’には、燃料噴射弁１５への燃料供給を断つポジションが選択されたときに、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料を排出するドレン排出路２０’が接続されており、その下流側には余剰の燃料を受ける前述した燃料ドレンタンク２１が設けられている。
このドレン排出路２０’には等圧弁２２’が設けられており、この等圧弁２２’よりも上流側のドレン排出路２０’内および燃料供給路１６内の燃料圧力が、たとえば６００ｂａｒよりも低くならないように調整されている。
【００４４】
上記のように構成された燃料噴射装置２０を備えるディーゼル機関を運転したときの燃料噴射装置２０の作動の仕方について説明する。
低圧用蓄圧器１１には第一昇圧ポンプ１７の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられるとともに、高圧用蓄圧器１２には第二昇圧ポンプ１８の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられる。燃料噴射弁１５からは、これら低圧用蓄圧器１１または高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が、第一制御弁１３および第二制御弁１３’の以下のような開閉動作によって間欠的に噴射される。
【００４５】
ディーゼル機関が燃料噴射の行程に入ると、第一制御弁１３および第二制御弁１３’がともに閉じられた状態から第一制御弁１３が先行して開放され、低圧用蓄圧器１１に蓄えられた燃料が第一制御弁１３を通じて燃料噴射弁１５に供給される。
【００４６】
続いて、第二制御弁１３’が第一制御弁１３の開放から所定の時間をおいて開放され、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が第二制御弁１３’を通じて燃料噴射弁１５に供給される。このとき、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料の圧力が低圧用蓄圧器１１に蓄えられた燃料の圧力よりも高いため逆止弁２３が閉じ、高圧用蓄圧器１２に蓄えられた燃料が低圧用蓄圧器１１の側に流入することを防止している。
【００４７】
燃料噴射の行程を終えると、第一制御弁１３および第二制御弁１３’は同時に閉じられる。これら第一制御弁１３および第二制御弁１３’が閉じられると、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料が、第一制御弁１３に設けられたドレン排出路２０、および第二制御弁１３’に設けられたドレン排出路２０’を通じて排出され、燃料ドレンタンク２１に回収される。
【００４８】
このように、開放時の燃料圧力が低い第一制御弁１３を先行して開放すると、吸入行程一回当たりの燃料噴射の期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、開放時の燃料圧力が高い第二制御弁１３’を遅れて開放すると、後半の燃料噴射率が高められる（吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各弁の開閉状態を示すと図５のようになる）。
【００４９】
また、このように構成することにより、図５に示すように、第二制御弁１３’が第一制御弁１３よりも遅れて閉じられることとなっても、第一制御弁１３が閉じられることにより燃料噴射弁１５への燃料の供給を完全に遮断することができる。
したがって、第一制御弁１３と第二制御弁１３’とを必ずしも同時に閉じる必要はなく、第二制御弁１３’を第一制御弁１３よりも遅れて閉じることができるようになるので、これら制御弁１３，１３’の開閉制御を簡略化することができる。
【００５０】
以上説明したように、低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、第一制御弁１３、および第二制御弁１３’，１４は燃料噴射弁１５と別体に構成され、シリンダヘッド３２あるいはシリンダ３１とは分離して設けられている。
ここで、これら低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、第一制御弁１３、および第二制御弁１３’，１４が一つのユニットとして構成されていればさらに有利である。
このように構成することにより、ユニット毎の交換を行うことができるようになり、整備性を向上させることができる。
また、従来の機械式燃料噴射弁で採用される燃料噴射ポンプの代わりにこのユニットを装着することが可能となり、容易に本噴射系を搭載することができる。
【００５１】
さらに、図６に示すように、低圧用蓄圧器１１と第一制御弁１３との間、より詳しくは逆止弁２３と第１制御弁１３との間、および高圧用蓄圧器１２と第二制御弁１４との間に、過流出安全機構を有するフローヒューズ２４，２５をそれぞれ設け、かつこれら第一制御弁１３および第二制御弁１４をさらに一つのユニットとして構成し、低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、およびフローヒューズ２４，２５に対して着脱可能に構成しておけばさらに有利である。
【００５２】
このように構成することにより、以下の手順で機関運転中でも第一制御弁１３および第二制御弁１４から構成されたユニットを交換することができる。
まずはじめに、交換しようとする第一制御弁１３および第二制御弁１４の電磁弁の作動を停止させて作動油供給管に設けられた作動油供給バルブを閉じる。
そして、第一制御弁１３および第二制御弁１４から構成されたユニットを低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、およびフローヒューズ２４，２５に対して固定する固定部材を取り外して、第一制御弁１３および第二制御弁１４から構成されたユニットを低圧用蓄圧器１１、高圧用蓄圧器１２、およびフローヒューズ２４，２５から取り外す。
このとき、フローヒューズ２４，２５を通過する燃料が一定流量を超えることとなり、燃料の供給が遮断される。すなわち、それ以外のシリンダには燃料が供給され、当該シリンダには燃料が供給されていない、いわゆる減筒運転状態となる。
【００５３】
次に、取り外したユニットの代わりに、新しいユニットあるいは整備済みのユニットを固定部材を介して取り付ける。
取付完了後、低圧用蓄圧器１１内の燃料圧力を、たとえばこの低圧用蓄圧器１１と燃料サービスタンク１９とを連絡する連絡管２６の途中に設けられたリリーフ弁２７を開放することにより下げていき、それにより低圧用蓄圧器１１と第一制御弁１３との間に設けられたフローヒューズ２４の上流側と下流側との差圧を設定値以下とし、フローヒューズ２４を復帰させる。
この場合、他のシリンダに取り付けられた低圧用蓄圧器１１内の燃料圧力も低下させられることとなるので、全体として燃料噴射量も低下させられることとなる。したがって、この燃料噴射量の低下を補うために、第一制御弁１３あるいは第二制御弁１４の開放時期を早める必要がある。
低圧用蓄圧器１１と第一制御弁１３との間に設けられたフローヒューズ２４が復帰したら前述したリリーフ弁２７を閉じていき、低圧用蓄圧器１１内の燃料圧力を通常の値に復帰させる。
先に閉じた作動油供給バルブを開き、電磁弁を作動復帰させる。電磁弁を作動復帰させると、第一制御弁１３および第二制御弁１４がともに開いているときに高圧用蓄圧器１２と第二制御弁１４との間に設けられたフローヒューズ２５の下流側から低圧用蓄圧器１１から燃料圧力が加わり、フローヒューズ２５の上流側と下流側との差圧が設定値以下となって、フローヒューズ２５が復帰させられることとなる。
これらフローヒューズ２４，２５が復帰すると、取り外し前の状態に復帰させられ、交換作業が終了する。
【００５４】
これにより、機関を停止することなく第一制御弁１３および第二制御弁１４からなるユニットを交換することができる。
したがって、仮に第一制御弁１３および／または第二制御弁１４が壊れたとしても機関停止を回避することができて、機関の信頼性を向上させることができる。
【００５５】
図６に示すものは、図１に示すものにフローヒューズ２４，２５、連絡管２６、およびリリーフ弁２７を適用した例である。
また、図示はしないが、図４に示すものにフローヒューズ２４，２５、連絡管２６、およびリリーフ弁２７を適用することもできる。この場合、第２制御弁１３’の出口側と第一制御弁１３の下流側とを結ぶ燃料供給路１６は、逆止弁２３とフローヒューズ２４との間に接続される。
【００５６】
なお、上述した実施形態においては、各蓄圧器に対してそれぞれ昇圧ポンプを設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば低圧側蓄圧器１１に対して設けていた昇圧ポンプ１７を省略し、高圧側蓄圧器１２に対して設けられた昇圧ポンプ１８から、たとえば減圧弁、オリフィスなどの減圧手段を介して昇圧された燃料を低圧用蓄圧器１１に供給することもできる。
【００５７】
また、第一制御弁１３および第二制御弁１３’，１４が閉じられた後、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料は、ドレン排出路２０、２０’を通じて排出され、燃料ドレンタンク２１に回収されるようになっている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、再び燃料サービスタンク１９に戻すようにすることもできる。
【００５８】
さらに、制御弁１３，１３’，１４はそれぞれ油圧作動弁としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、単なる電磁弁とすることもできる。
すなわち、これら制御弁１３，１３’，１４は上述したような流路の切換を行うことができるものであればいかなるものでも良い。
ただし燃料として、粘性が高く、使用時に加熱しなければならないＣ重油などを使用する場合には、制御弁１３，１３’，１４に油圧作動弁を用いることが望ましい。というのは、燃料として加熱されたＣ重油などを使用する場合、これら制御弁１３，１３’，１４として電磁弁を用いると、配線が熱により誤作動を引き起こしたり、熱により損傷を受けたりするおそれがあるからである。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の燃料噴射装置およびこれを備えたディーゼル機関によれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の燃料噴射装置によれば、圧力の異なる燃料をそれぞれ蓄える少なくとも二つの蓄圧器が設けられているとともに、これら蓄圧器に対して弁機構がそれぞれ一つずつ設けられており、燃料噴射弁から噴射制御電磁弁を排除することができるので、噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することができて、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されて効率を向上させることができる。
また、内部に蓄えられた燃料の圧力が低い蓄圧器から順に燃料噴射弁に燃料が供給され、燃料噴射期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、続いて後半の燃料噴射率が高められるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００６０】
請求項２に記載の燃料噴射装置によれば、最も下流側に位置する、すなわち最も燃料噴射弁に近いところに位置する弁機構を閉じることにより、燃料噴射弁への燃料の供給が遮断されるので、弁機構の開閉制御を簡略化することができる。
【００６１】
請求項３に記載の燃料噴射装置によれば、第一の蓄圧器および第二の蓄圧器に対してそれぞれ第一の弁機構および第二の弁機構が設けられており、燃料噴射弁から噴射制御電磁弁を排除することができるので、噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することができるので、噴射切れの良い従来の機械式の燃料噴射弁を使用することができて、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されて効率を向上させることができる。
また、開放時の燃料圧力が低い第一の弁機構を先行して開放し、第一の蓄圧器から押し出された燃料は第一の弁機構を通って燃料噴射弁に供給され、続いて第二の弁機構を開放すると、第二の蓄圧器から押し出された燃料は第二の弁機構を通って燃料噴射弁に供給され、これにより、燃料が噴射される期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、後半の燃料噴射率は高められることとなるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００６２】
請求項４に記載の燃料噴射装置によれば、第一の弁機構を閉じることにより、燃料噴射弁への燃料の供給が遮断されるので、弁機構の開閉制御を簡略化することができる。
【００６３】
請求項５に記載の燃料噴射装置によれば、各蓄圧器に対して個別に設けられた昇圧ポンプから各蓄圧器に昇圧された燃料が供給されるので、効率よく所望の圧力を得ることができる。
【００６４】
請求項６に記載のディーゼル機関によれば、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されることとなるので、効率を向上させることができる。
また、燃料噴射期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、続いて後半の燃料噴射率が高められるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００６５】
請求項７に記載のディーゼル機関によれば、蓄圧器および弁機構を、シリンダヘッドとは分離して設けることにより、メンテナンスや部品の交換作業等を簡単に行うことができる。
また、ディーゼル機関を設計する上での自由度が増し、シリンダヘッドあるいはディーゼル機関自体の小型／軽量化を図ることができる。
さらに、従来の機械式燃料噴射弁を使用することができるので、既に製造された機械式燃料噴射弁を使用する機関への搭載もシリンダヘッドを改造することなく容易に可能とできる。
【００６６】
請求項８に記載のディーゼル機関によれば、蓄圧器および弁機構が、一つのユニットとして構成されているので、メンテナンスや部品の交換作業等を簡単に行うことができる。
また、従来の機械式燃料噴射弁で採用される燃料噴射ポンプと換装することが可能となり、容易に本噴射系を搭載することができる。
【００６７】
請求項９に記載のディーゼル機関によれば、機関を停止することなく第一制御弁および第二制御弁を交換することができる。
したがって、仮に第一制御弁および／または第二制御弁が壊れたとしても機関停止を回避することができて、機関の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の燃料噴射装置を搭載したディーゼル機関の概略構成図である。
【図３】図１に示す燃料噴射装置の作動状態を説明するための図であって、吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各弁の開閉状態を示す図表である。
【図４】本発明による燃料噴射装置の第二の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】図４に示す燃料噴射装置の作動状態を説明するための図であって、吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各弁の開閉状態を示す図表である。
【図６】本発明による燃料噴射装置の第三の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射装置
１１ 低圧用蓄圧器（第一の蓄圧器）
１２ 高圧用蓄圧器（第二の蓄圧器）
１３ 第一制御弁（第一の弁機構）
１３’第二制御弁（第二の弁機構）
１４ 第二制御弁（第二の弁機構）
１５ 燃料噴射弁
１６ 燃料供給路
１７ 第一昇圧ポンプ
１８ 第二昇圧ポンプ
２０ 燃料噴射装置
２４ フローヒューズ
２５ フローヒューズ
３０ ディーゼル機関
３２ シリンダヘッド
Claims (9)
- 昇圧された燃料を蓄えておく蓄圧器と、該蓄圧器から前記燃料が供給されることにより開放して該燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧器から前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、該燃料供給路に接続されて前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する弁機構と、を具備する燃料噴射装置において、
前記蓄圧器は圧力の異なる燃料をそれぞれ蓄える少なくとも二つの蓄圧器からなり、かつ前記弁機構は前記蓄圧器のそれぞれに対して一つずつ設けられているとともに、前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記弁機構のうち最も低い圧力の燃料が蓄えられた蓄圧器に対して設けられた弁機構を先行して開放し、続いて次に低い圧力の燃料が蓄えられた蓄圧器に対して設けられた弁機構を順次開放することを特徴とする燃料噴射装置。 - 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記弁機構のうち最も低い圧力の燃料が蓄えられた蓄圧器に対して設けられた弁機構が、他の弁機構の下流側に位置するように配置されていることを特徴とする燃料噴射装置。 - 昇圧された燃料を蓄えておく第一の蓄圧器と、
前記第一の蓄圧器に蓄えられた燃料圧力よりも高い圧力に昇圧された燃料を蓄えておく第二の蓄圧器と、
これら蓄圧器から前記燃料が供給されることにより開放して該燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第一の蓄圧器および前記第二の蓄圧器から前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、
前記燃料供給路に接続されて前記第一の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第一の弁機構と、
前記燃料供給路に接続されて前記第二の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第二の弁機構と、を具備し、
前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第一の弁機構を先行して開放し、続いて前記第二の弁機構を開放することを特徴とする燃料噴射装置。 - 請求項３に記載の燃料噴射装置において、
前記第一の弁機構が、前記第二の弁機構の下流側に位置するように配置されていることを特徴とする燃料噴射装置。 - 請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、
前記蓄圧器にはそれぞれ、前記燃料を所定圧力に昇圧する昇圧ポンプが接続されていることを特徴とする燃料噴射装置。 - 請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置と、
前記燃料噴射弁が取り付けられるシリンダヘッドと、を具備してなることを特徴とするディーゼル機関。 - 請求項６に記載のディーゼル機関において、
前記蓄圧器および前記弁機構が、前記シリンダヘッドとは分離して設けられていることを特徴とするディーゼル機関。 - 請求項７に記載のディーゼル機関において、
前記蓄圧器および前記弁機構は、一つのユニットとして構成されていることを特徴とするディーゼル機関。 - 請求項８に記載のディーゼル機関において、
前記蓄圧器と前記弁機構との間にはそれぞれ、過流出安全機構を有するフローヒューズが設けられており、かつ前記弁機構は前記蓄圧器および前記フローヒューズに対して着脱可能に構成されていることを特徴とするディーゼル機関。
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