JP2004225655A

JP2004225655A - 内燃機関の燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2004225655A
Application number: JP2003016951A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Nakamura; 村秀一中
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【目的】気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料（デュアルフュエル）を用いる内燃機関において、気体燃料のみを用いたエンジンに対して、廉価な構成で、吸気充填効率を低下させること無く、気体燃料と空気との混合が十分に行われ、エンジン出力を低下させること無く維持出来るような内燃機関の噴射装置の提供。
【解決手段】本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、電磁式燃料噴射弁（１）の先端部（１Ｎ）に環状の渦形成室（１２ｃ）と、その渦形成室（１２ｃ）の上流側端部の外周部近傍に渦形成室に傾斜して接続された複数のガス燃料導入路（１３）を有し、燃料噴射弁の先端（１Ｎ）に円錐状環状隙間による噴射孔（１６）が成形されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料（デュアルフュエル）を用いる内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低公害化を目的として、例えばＣＮＧ（圧縮天然ガス）、ＬＰＧ（液化プロパンガス）、圧縮水素等の気体燃料を主燃料とした自動車が普及しつつある。
そのような気体燃料は、通例、点火プラグ等を用いて点火される。
そのような点火装置が不要なものとして、例えば軽油等の液体燃料を着火用燃料とした複式燃料、所謂「デュアルフュエル」方式を採用したエンジンが開発されている。
【０００３】
気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料（デュアルフュエル）を用いる内燃機関において、吸気管、又は吸気ポート内にガス燃料を噴射する場合、燃焼室内に吸入するガスの体積分、新気の充填効率は低下する。そして、新気の充填効率の低下に伴いエンジン出力は低下する。
【０００４】
係る複式燃料（デュアルフュエル）を用いる内燃機関において、図６に示すようにガス用インジェクタ１９を用いて吸気流の流れ方向にガス燃料を噴射する場合がある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）が、吸気流の流れ方向にガス燃料を噴射しているため、空気と燃料ガスが均一に混じらないと言う問題が発生する。
【０００５】
上記問題を解決するためにガス燃料の噴射方向を吸気流に逆らうように構成した技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）が、この方法では混合は改善されるものの、空気が筒内に入り難くなるという新たな問題が発生する。
【０００６】
そこで、シリンダ内の圧力に打克つ高い噴射圧でガス燃料を噴射し、噴射時以外では勝手に噴射が起こらぬような油圧回路を備えた技術（例えば、特許文献４参照）が開示されている。しかしながら、この油圧回路は極めて複雑な構成をしており、コストを大幅に押し上げてしまうと言うデメリットがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１１９８３号公報（第４ページ、第２図）
【特許文献２】
特開平１１−２９４２２２号公報（第３ページ、第１図）
【特許文献３】
特開平１０−３２５３６６号公報（第３ページ、第１図）
【特許文献４】
特開平１０−２２０３０３号公報（第３ページ、第ｌ図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の内燃機関の燃料噴射装置の目的は、気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料（デュアルフュエル）を用いる内燃機関において、気体燃料のみを用いたエンジンに対して、廉価な構成で、吸気充填効率を低下させること無く、気体燃料と空気との混合が十分に行われ、エンジン出力を低下させること無く維持出来るような内燃機関の噴射装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料を用いる内燃機関において、燃料噴射弁（１）の先端の噴射孔（１６）が、燃料ガスが旋回しつつ円錐表面形状に展開して噴射されるように構成されていることを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
前記燃料噴射弁（１）の先端部（１Ｎ）には環状の渦形成室（１２ｃ）と、その渦形成室（１２ｃ）の上流側端部の外周部近傍に渦形成室に傾斜して接続された複数のガス燃料導入路（１３）を有し、燃料噴射弁の先端（１Ｎ）に円錐状環状隙間による噴射孔（１６）が形成されていることを特徴としている（請求項２）。
【００１１】
前記円錐状環状隙間（１６）を形成する円錐角度は、噴射された燃料ガスが吸気弁に到達した際に吸気ポート（２）の開口部（２ａ）の外縁部と燃料ガスの円錐状噴流面（５）の部分とが一致することを特徴としている（請求項３）。
【００１２】
また、前記燃料ガスは、燃料ガスボンベから供給され供給圧力が一定であることを特徴としている（請求項４）。
【００１３】
前記燃料ガスの供給タイミングは、吸気バルブ開放期間の後期であることを特徴としている（請求項５）。
【００１４】
係る構成の本実施形態の燃料噴射装置（１）によれば、渦形成室（１２ｃ）に傾斜して接続された複数のガス燃料導入路（１３）により斜め方向から渦形成室（１２ｃ）に流入した燃料ガスは、渦形成室（１２ｃ）で旋回する渦流を発生する。
その渦流が燃料噴射弁の先端（１Ｎ）の円錐状環状隙間の噴射孔（１６）から噴射された後は、燃料ガスの噴流（５）は円錐面状の膜を形成する。そして、吸気ポート（２）のシリンダ側開口部（２ａ）ではその円錐面状の膜（噴流５）の環状断面は吸気ポート（２）のシリンダ側開口部（２ａ）の直径に略一致している。
一方、吸気ポート（２）内には既に吸気がシリンダ（３）方向に流過しており、吸気ポートの開口部（２ａ）と吸気弁（４）の外縁との隙間から、狭い隙間を通過する際に流速が急激に増加する所謂「エゼクタ効果」により、前記円錐面状の噴流（５）が、吸気を巻き込みながら勢い良くシリンダ（３）内に流入する。また、円錐面状の噴流（５）は、吸気弁（４）の背面に衝突することが無いので高運動エネルギを保ったまま効率的にシリンダ（３）内に「エゼクタ効果」によって吸気を引き込む。その際に、燃料ガスと吸入空気が均一に混合される。
また、燃料ガスはガスボンベから圧力調整弁を経て一定の供給圧力が付加されているので常に燃料ガスと空気の混合が安定的に行われる。
又、燃料ガスの供給タイミングを吸気バルブ開放期間の後期とすることで、エゼクタ効果により、空気をシリンダ内へ押し込むことが出来、十分な吸気充填効率が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
先ず図１〜図５を参照して実施形態を説明する。
図１において、全体を符号１で示す電磁式燃料噴射弁１の先端部１Ｎは、大径部１２ａと先端側の小径部１２ｂとで形成される段付の円筒状ケーシング１２とそのケーシング１２内に装着された中心軸体１５とで構成されている。
【００１７】
図２及び図３をも参照して、前記ケーシング１２の大径部１２ａには環状の渦形成室１２ｃが形成され、その渦形成室１２ｃの上流側端部１２ｄの内周部１２ｅ近傍には図示の例では２本のガス燃料導入路１３が渦形成室１２ｃに傾斜して連通している。
渦形成室１２ｃの下流側端部１２ｆは小径部１２ｂ内に形成された環状通路１４に連通し、該環状通路１４の端部、すなわちケーシング１２の先端は外方が拡大された円錐状開口部１４ａ（以降の説明を容易にするため、円錐を形成する角度をθとする）が形成されている。
【００１８】
一方、前記中心軸体１５の先端には、先端側が拡大し前記円錐状開口部１４ａと同じ円錐角（円錐を形成する角度）θを有する円錐台形状体１５ａが形成されている。
【００１９】
前記円錐状開口部１４ａと円錐台形状体１５ａの円錐の外周１５ｂの間には一定の隙間δである円錐面状の噴射孔１６が形成されている。
【００２０】
前記中心軸体１５は、先端の円錐台形状体１５ａに連なり、ケーシング１２の環状通路１４と渦形成室１２ｃの領域の環状通路１４の内径よりも細い小径軸部１５ｃと、その小径軸部１５ｃに連なり、ケーシング１２の渦形成室１２ｃの上方に設けられた孔１２ｇに嵌合される大径軸部１５ｄを有する。
【００２１】
前記円錐面状の噴射孔１６の開口幅δは、中心軸体１５の大径軸部１５ｄを図示しない公知の手段によって渦形成室１２ｃの上方に設けられた孔１２ｇに沿って上下に摺動させることによってその幅δを調整することが可能である。
【００２２】
図４は、前記噴射孔１６から燃料ガスを噴射させた際の円錐面状の噴流５と吸気ポート２のシリンダ３への開口部２ａ、及び吸気工程に入り、開弁し始めた吸気弁４との位置関係を示した図である。
【００２３】
吸気ポート開口部２ａ位置での噴流５の環状の断面は、図示では明確に示されていないが、吸気ポート開口部２ａの外縁部（開口部２ａの直径）と略一致するように構成されている。
【００２４】
ここで、燃料ガスは、図示しない燃料ガスボンベから圧力調整弁を経て供給され供給圧力が一定であることが好ましい。
【００２５】
上述したように構成された本実施形態の燃料噴射装置１によれば、図示しない燃料ガスボンベ及びレギュレータによって一定圧を付加された燃料ガスは、ガス燃料導入路１３から渦形成室１２ｃの内周部１２ｅ近傍に傾斜して渦形成室１２ｃに流入し（図３のＹ１矢印）、渦形成室１２ｃで強力な渦を発生する（図２のＹ２矢印）。
【００２６】
その渦流が燃料噴射弁１の先端の円錐状環状隙間の噴射孔１６から噴射された後は、燃料ガスは円錐面状の膜（噴流）５を形成する。そして、吸気ポートのシリンダ側開口部２ａではその円錐面状の膜（噴流）５の環状断面は吸気ポートのシリンダ側開口部２ａの直径に略一致している。
【００２７】
一方、吸気ポート２内には既に吸気がシリンダ３方向に流過しており、吸気ポート２の開口部２ａと吸気弁４の外縁との隙間から、狭い隙間を通過する際に流速が急激に増加する所謂「エゼクタ効果」により、前記円錐面状の噴流５の膜が吸気を巻き込みながら勢い良くシリンダ３内に流入する。
【００２８】
噴流５の形状は吸気ポート開口部２ａの外縁部（開口部の直径）と略一致するように構成してあり、円錐面状の噴流５は、吸入弁４の背面に衝突することが無いので高運動エネルギを保ったまま効率的にシリンダ３内に「エゼクタ効果」によって吸気を引き込む。その際、燃料ガスと吸入空気は均一に混合される。
【００２９】
また、図５に示すように、燃料ガスの噴射期間Ｐｊは、吸気バルブ４の開放期間の後期に合わせている。
ここで図５中Ｌｉは吸気バルブのリフト量、Ｌｅは排気バルブのリフト量、ＴＤＣは上死点、ＢＤＣは下死点を示す。
【００３０】
そのようにすることにより、吸気ポート２を流過する空気は燃料ガスによってシリンダ３内への供給が妨げられることはない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列挙する。
（１）渦形成室に傾斜して接続された複数のガス燃料導入路により斜め方向から渦形成室に流入した燃料ガスは、渦形成室で旋回し高運動エネルギを付加された渦流を発生し、その渦流は吸気ポートからシリンダ内に流入する際の「エゼクタ効果」によって吸気を強力に筒内に引っ張り込み、その際に燃料ガスと吸入空気は均一に混合される。
（２）噴流の形状は吸気ポート開口部の外縁部と略一致するように構成してあり、円錐面状の噴流は、吸入弁の背面に衝突することが無いので高運動エネルギを保ったまま効率的にシリンダ内に「エゼクタ効果」によって吸気を引き込む。
（３）燃料ガスはガスボンベから一定の供給圧力が付加されているので常に燃料ガスと空気の混合が安定的に行われる。
（４）燃料ガスの供給タイミングを吸気バルブ開放期間の後期とすることで、空気の筒内への供給が妨げられることなく十分な空気充填効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の要部の構成を示す断面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図。
【図３】図２のＹ矢視図。
【図４】本発明の実施形態によって得られるガス燃料の噴流の様態を示す立体図。
【図５】本発明の実施形態における噴射期間を示した特性図。
【図６】従来技術による複式燃料ディーゼルエンジンの燃料供給系を説明する断面図。
【符号の説明】
１・・・燃料噴射装置
１Ｎ・・・先端部
２・・・吸気ポート
３・・・シリンダ
４・・・吸気弁
５・・・噴流
１２・・・ケーシング
１２ａ・・・大径部
１２ｂ・・・小径部
１２ｃ・・・渦形成室
１３・・・ガス燃料導入路
１４・・・環状通路
１５・・・中心軸体
１５ａ・・・円錐台形状体
１６・・・噴射孔

Claims

気体燃料、又は気体燃料及び液体燃料による複式燃料を用いる内燃機関において、燃料噴射弁の先端の噴射孔が、燃料ガスが旋回しつつ円錐表面形状に展開して噴射されるように構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
前記燃料噴射弁の先端部には環状の渦形成室と、その渦形成室の上流側端部の外周部近傍に渦形成室に傾斜して接続された複数のガス燃料導入路を有し、燃料噴射弁の先端に円錐状環状隙間による噴射孔が形成されていることを特徴とする請求項１の内燃機関の燃料噴射装置。
前記円錐状環状隙間を形成する円錐角度は、噴射された燃料ガスが吸気弁に到達した際に吸気ポートの開口部の外縁部と燃料ガスの円錐状噴流面の部分とが一致することを特徴とする請求項１、２の何れかの内燃機関の燃料噴射装置。
前記燃料ガスは、燃料ガスボンベから供給され供給圧力が一定であることを特徴とする請求項１〜３の何れかの内燃機関の燃料噴射装置。
前記燃料ガスの供給タイミングは、吸気バルブ開放期間の後期であることを特徴とする請求項１〜４の何れかの内燃機関の燃料噴射装置。