JP2015187405A - デュアルフューエルエンジンの燃料噴射システム - Google Patents
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Abstract
【課題】低コストで製造でき、高い信頼性を有しており、さらにエンジンのシリーズ化にも容易に対応できる、デュアルフューエルエンジンの燃料噴射システムを提供すること。【解決手段】燃料噴射システム5は、メイン噴射装置7と、マイクロパイロット噴射装置8と、駆動機構10と、を備えており、前記メイン噴射装置7および前記マイクロパイロット噴射装置8は、クランクシャフト11を挟む両側にそれぞれ配置されており、前記マイクロパイロット噴射装置8は、偶数のインジェクタ16と、コモンレール17と、圧送ポンプ18と、を備えており、前記駆動機構10は、前記クランクシャフト11の回転数と同じ回転数で回転し、かつ前記圧送ポンプ18を駆動するパイロットカム22を備えており、前記パイロットカム22は複数の突起部22aを有しており、前記複数の突起部22aの数は前記偶数のシリンダ9の数の1/2である。【選択図】図2
Description
本発明は、デュアルフューエルエンジンの燃料噴射システムに関する。
ディーゼル燃料および天然ガス燃料を利用可能なデュアルフューエルエンジンが知られている。このようなデュアルフューエルエンジンの一例が、特許文献1に開示されている。特許文献1に記載のデュアルフューエルエンジンは、メイン燃料としての天然ガス燃料と、天然ガスを火花点火させるためのパイロットディーゼル燃料とを噴射できる燃料噴射装置を備えている。
特許文献1に記載の燃料噴射装置は、天然ガス燃料と、パイロットディーゼル燃料との両方を噴射できるように構成されているので、燃料噴射装置の構造が複雑化している。このため、燃料噴射装置の信頼性を高めることが困難であり、かつ燃料噴射装置の製造コストが高コストになっている。この結果、エンジンのシリーズ化、すなわち排気量や気筒数の仕様変更において、複雑化や高コスト化を招いている。
そこで、本発明の目的は、低コストで製造でき、高い信頼性を有しており、さらにエンジンのシリーズ化にも容易に対応できる、デュアルフューエルエンジンの燃料噴射システムを提供することである。
本発明に係るデュアルフューエルエンジンの燃料噴射システムは、偶数のシリンダを有し、かつディーゼル燃料および点火を要する第2燃料を使用できるデュアルフューエルエンジンで用いられる、燃料噴射システムであって、ディーゼル燃焼のための前記ディーゼル燃料を噴射するメイン噴射装置と、前記第2燃料を点火するための前記ディーゼル燃料を噴射するマイクロパイロット噴射装置と、前記デュアルフューエルエンジンのクランクシャフトによって駆動され、前記メイン噴射装置および前記マイクロパイロット噴射装置を駆動する駆動機構と、を備えており、前記メイン噴射装置および前記マイクロパイロット噴射装置は、前記クランクシャフトを挟む両側にそれぞれ配置されており、前記マイクロパイロット噴射装置は、偶数のマイクロパイロットインジェクタと、前記偶数のマイクロパイロットインジェクタに接続されかつ前記ディーゼル燃料を高圧で蓄えるコモンレールと、前記コモンレールに前記ディーゼル燃料を圧送する1つの圧送ポンプと、を備えており、前記偶数のマイクロパイロットインジェクタのそれぞれは、前記偶数のシリンダのそれぞれに配置されており、前記駆動機構は、前記クランクシャフトの回転数と同じ回転数で回転し、かつ前記圧送ポンプを駆動するパイロットカムを備えており、前記パイロットカムは複数の突起部を有しており、前記複数の突起部の数は前記偶数のシリンダの数の1/2である。
前記燃料噴射システムにおいて、前記圧送ポンプは、前記コモンレールからの前記ディーゼル燃料の逆流を防止する逆止弁と、前記コモンレールへの前記ディーゼル燃料の吐出を制御する電磁弁と、を有するプランジャポンプである。
本発明に係るデュアルフューエルエンジンの燃料噴射システムは、低コストで製造でき、高い信頼性を有しており、さらにエンジンのシリーズ化にも容易に対応できる。
図1は、第1実施形態に係るデュアルフューエルエンジンの概略構成図である。図1において、デュアルフューエルエンジンは、エンジン本体1、吸気通路2、排気通路3、ECU(制御装置)4、燃料噴射システム5、およびガス燃料供給装置6を備えている。ガス燃料供給装置(第2燃料供給装置)6は、点火を要するガス燃料(第2燃料)を供給する装置である。ガス燃料供給装置6は、吸気通路2内にガス燃料を供給するように構成されている。燃料噴射システム5は、ディーゼル燃焼用のディーゼル燃料を噴射するメイン噴射装置7と、ガス燃料を点火するためのディーゼル燃料を噴射するマイクロパイロット噴射装置8とを、備えている。メイン噴射装置7およびマイクロパイロット噴射装置8はそれぞれ、エンジン本体1のシリンダ9(図2)内に、ディーゼル燃料を噴射するように構成されている。
ガス燃料は、例えば、バイオマス資源から得られるバイオ燃料、または天然ガスである。また、第2燃料は、ガス燃料だけでなく、液体燃料でもよい。液体燃料は、例えばガソリンである。第2燃料が液体燃料である場合、第2燃料供給装置は、混合気が形成されるように液体燃料を霧状に噴射するインジェクタを備えている。
デュアルフューエルエンジンは、ディーゼル燃料またはガス燃料を、メイン燃料(エンジンを駆動するための燃料)として使用できる。ディーゼル燃料がメイン燃料として使用される場合、メイン噴射装置7からディーゼル燃料が噴射される。その結果、圧縮着火によりディーゼル燃料が燃焼し、デュアルフューエルエンジンが駆動される。ガス燃料がメイン燃料として使用される場合、ガス燃料供給装置6からガス燃料が噴射され、マイクロパイロット噴射装置8から微量のディーゼル燃料が噴射される。その結果、ディーゼル燃料の着火によりガス燃料が燃焼し、デュアルフューエルエンジンが駆動される。
図2は、燃料噴射システムに関連するデュアルフューエルエンジンの構成要素を示す斜視図である。図2において、デュアルフューエルエンジンは、偶数のシリンダ9を有している。図2には3つのシリンダ9のみが示されているが、第1実施形態ではシリンダ9の数は6つである。燃料噴射システム5は、メイン噴射装置7およびマイクロパイロット噴射装置8の他に、駆動機構10を備えている。
メイン噴射装置7は、シリンダ9内にディーゼル燃料を噴射するメイン噴射弁14と、メイン噴射弁14にディーゼル燃料を供給するメイン噴射ポンプ15と、を備えている。メイン噴射弁14およびメイン噴射ポンプ15はシリンダ9毎に設けられている。このため、メイン噴射装置7は、6つのメイン噴射弁14および6つのメイン噴射ポンプ15を備えている。また、デュアルフューエルエンジンは、クランクシャフト11の回転数が一定に保たれるように、メイン噴射ポンプ15からメイン噴射弁14に供給される燃料量を調整するガバナ12を備えている。
マイクロパイロット噴射装置8は、6つのマイクロパイロットインジェクタ(以下、インジェクタ)16と、6つのインジェクタ16に接続されかつディーゼル燃料を高圧で蓄えるコモンレール17と、コモンレール17にディーゼル燃料を圧送する1つの圧送ポンプ18と、を備えている。コモンレール17は、蓄圧室19および圧力制御弁20を備えている。6つのインジェクタ16のそれぞれは、6つのシリンダ9のそれぞれに配置されている。
駆動機構10は、メイン噴射装置7のメイン噴射ポンプ15を駆動するメインカム21と、マイクロパイロット噴射装置8の圧送ポンプ18を駆動するパイロットカム22と、クランクシャフト11からメインカム21およびパイロットカム22に至る伝達機構と、を備えている。駆動機構10は、6つのメイン噴射ポンプ15に対応するように6つのメインカム21を備えており、1つの圧送ポンプ18に対応するように1つのパイロットカム22を備えている。伝達機構は、クランクシャフト11に固定されているクランクギヤ23、第1ギヤ24、第2ギヤ25、メインギヤ26、パイロットギヤ27、メインシャフト28、およびパイロットシャフト29を備えている。メインシャフト28は、メインカム21およびメインギヤ26を同軸上に固定している。パイロットシャフト29は、パイロットカム22およびパイロットギヤ27を同軸上に固定している。クランクシャフト11の回転がクランクギヤ23からメインギヤ26およびパイロットギヤ27に伝達されるように、クランクギヤ23は、第1ギヤ24および第2ギヤ25を介して、メインギヤ26およびパイロットギヤ27に噛み合っている。
デュアルフューエルエンジンは、4ストローク機関であるため、2サイクル毎に1回、シリンダ9内に、メイン燃料としてディーゼル燃料またはガス燃料が供給される。つまり、1つのシリンダ9について、2サイクル毎に、メイン噴射弁14またはインジェクタ16から燃料が噴射される。このような噴射が実現されるように、駆動機構10は次のように構成されている。
メインカム21の回転数がクランクシャフト11の回転数の1/2となるように、メインギヤ26の歯数がクランクギヤ23の歯数の2倍に設定されている。メインカム21は、メイン噴射ポンプ15を駆動するための1つの突出部21aを備えている。このため、クランクシャフト11が2回回転する間に、メインカム21がメイン噴射ポンプ15を1回駆動する。
また、パイロットカム22の回転数がクランクシャフト11の回転数と等しくなるように、パイロットギヤ27の歯数がクランクギヤ23の歯数と同数に設定されている。パイロットカム22は、圧送ポンプ18を駆動するための3つの突出部22aを備えている。このため、クランクシャフト11が1回回転する間に、パイロットカム22が圧送ポンプ18を3回駆動する。ここで、圧送ポンプ18は6つのシリンダ9のすべてに対応しており、突出部22aの数はシリンダ9の数の1/2に該当する。このため、1つのシリンダ9について、2サイクル毎に1回、圧送ポンプ18が駆動される。
燃料噴射システム5の動作を説明する。セルモータ等によってデュアルフューエルエンジンが始動すると、クランクシャフト11が回転する。クランクシャフト11が回転すると、駆動機構10が駆動され、メインカム21およびパイロットカム22も回転する。
メインカム21が回転すると、メイン噴射ポンプ15が駆動される。この結果、ディーゼル燃料がメイン噴射ポンプ15からメイン噴射弁14に送られる。ここで、メイン噴射ポンプ15から送られる燃料量は、デュアルフューエルエンジンに加わっている負荷に応じて、ガバナ12によって調節されている。このようにして、高圧のディーゼル燃料がメイン噴射弁14に供給されている。上述したようにシリンダ9毎に1つのメイン噴射弁14が配置されている。吸入行程中の所定のタイミングで燃料噴射が行われるように、ECU4は、開信号をメイン噴射弁14に送信する。メイン噴射弁14は開信号に応じてディーゼル燃料をシリンダ9内に噴射する。
パイロットカム22が回転すると、圧送ポンプ18が駆動される。この結果、ディーゼル燃料が圧送ポンプ18からコモンレール17の蓄圧室19に送られる。蓄圧室19内の圧力が所定圧力を超えると、圧力制御弁20が開かれて、蓄圧室19内のディーゼル燃料が排出される。このようにして、蓄圧室19内の圧力は所定圧力を超えないように制御されている。上述したようにコモンレール17に6つのインジェクタ16が接続されており、シリンダ9毎に1つのインジェクタ16が配置されている。圧縮行程の終期などの所定のタイミングで点火が行われるように、ECU4は、開信号をインジェクタ16に送信する。インジェクタ16は開信号に応じて、点火用のディーゼル燃料をシリンダ9内に噴射する。
なお、メイン燃料の選択に応じて、メイン噴射弁14およびインジェクタ16の一方のみが使用される。ディーゼル燃料がメイン燃料として選択されている場合、メイン噴射弁14は開閉されるが、インジェクタ16は常に閉じられている。この場合、パイロットカム22によって圧送ポンプ18が駆動されても、点火用のディーゼル燃料は、圧送ポンプ18からそのまま排出されるか、コモンレール17を経由して排出される。一方、ガス燃料がメイン燃料として選択されている場合、インジェクタ16は開閉されるが、メイン噴射弁14は常に閉じられている。メインカム21によってメイン噴射ポンプ15が駆動されても、ディーゼル燃料は、メイン噴射ポンプ15からそのまま排出される。さらに、メイン燃料の選択に応じて、メインカム21およびパイロットカム22への動力伝達が維持または切断されてもよい。この場合、駆動機構10が、例えば、メインカム21用のクラッチと、パイロットカム22用のクラッチとを備えている。
図3は、第2実施形態に係るパイロットカム122の斜視図である。パイロットカム122は、8つのシリンダ9を有するデュアルフューエルエンジンで用いられる。パイロットカム122は、4つの突出部122aを備えている。突出部22aの数はシリンダ9の数の1/2に該当する。このため、図2に示されるパイロットカム22と同様に、パイロットカム122の場合においても、1つのシリンダ9について、2サイクル毎に1回、圧送ポンプ18が駆動される。
図4を参照して、圧送ポンプ18を説明する。図4は、第1実施形態に係る圧送ポンプ18の縦断面図である。圧送ポンプ18は、逆止弁50および電磁スピル弁40を有するプランジャポンプである。圧送ポンプ18は、ポンプ本体30を備えている。ポンプ本体30は、逆止弁50および電磁スピル弁40を除くプランジャポンプの主要部分を構成する。
圧送ポンプ18は、入口ポート18a、導入通路18b、ポンプ室18c、および吐出通路18dを備えている。入口ポート18aは、外部からディーゼル燃料を導入する部位である。導入通路18bは、入口ポート18aから電磁スピル弁40に至る燃料通路である。ポンプ室18cは、プランジャポンプ(ポンプ本体30)内に形成される空間である。ポンプ室18c内に、圧送ポンプ18によって吐出されるディーゼル燃料が一時的に蓄えられる。吐出通路18dは、ポンプ室18cから電磁スピル弁40および逆止弁50を経由して外部に至る燃料通路である。
ポンプ本体30は、プランジャ31、プランジャバレル32、プランジャばね33、タペット34、プランジャケーシング35、およびバネ受け36を備えている。プランジャ31は、プランジャバレル32内に、上下方向(一方向)で移動自在に配置されている。プランジャ31は、下端でバネ受け36に固定されている。プランジャばね33は、バネ受け36とプランジャバレル32との間に配置されており、バネ受け36を介してプランジャ31を下側に付勢している。タペット34は、パイロットカム22が接触する部材であって、プランジャ31のバネ受け36の下側に配置されている。プランジャケーシング35は、プランジャ31に固定されており、プランジャバレル32、プランジャばね33、およびタペット34を収納しており、タペット34の脱落を防止している。
入口ポート18aは、プランジャケーシング35の側面に開口している。導入通路18bの上流部は、プランジャバレル32およびプランジャケーシング35内に形成されている。吐出通路18dの上流部は、プランジャバレル32内に形成されている。
電磁スピル弁(電磁弁)40は、コモンレール17へのディーゼル燃料の吐出を制御する弁である。電磁スピル弁40は、バルブケーシング41、スリーブ42、スピル弁体43、スピル弁ばね44、電磁ソレノイド45、およびストッパ46を備えている。スリーブ42は、バルブケーシング41内でバルブケーシング41に固定されている。スピル弁体43は、スリーブ42内で摺動自在に設けられている。スピル弁ばね44は、スピル弁体43をバルブケーシング41に対して閉方向(図4における左方向)に付勢している。電磁ソレノイド(ソレノイドアクチュエータ)45は、スリーブ42およびスピル弁体43の一端側(図4における右側)に配置されており、ECU4からの開信号に応じて、スピル弁体43を開方向(図4における右方向)に移動させることができる。ストッパ46は、スリーブ42およびスピル弁体43の他端側(図4における左側)に配置されており、スリーブ42およびスピル弁体43がバルブケーシング41から脱落することを防止している。
スリーブ42の内面の一部に、全周にわたる凹部42aが形成されている。スピル弁体43の外面の一部に、全周にわたる凹部43aが形成されている。導入通路18bの下流部は、バルブケーシング41およびスリーブ42内に形成されており、凹部42aに開口している。吐出通路18dの中流部は、ポンプ本体30から逆止弁50まで、バルブケーシング41およびスリーブ42内に形成されており、スピル弁体43の凹部43aに開口している。スピル弁体43は、閉位置(図4)および開位置の間で移動可能であるが、スピル弁体43の位置に関係なく、吐出通路18dの中流部は凹部43aに開口している。つまり、吐出通路18dは、スピル弁体43の位置に関係なく、スピル弁体43によって遮断されることはない。また、スリーブ42の内面およびスピル弁体43の外面は、凹部42a、43aを除いて、液密性を保つように互いにほぼ接している。スピル弁体43が閉位置にあるとき、凹部43aが凹部42aに接続されており、導入通路18bが吐出通路18dに連通している。スピル弁体43が開位置にあるとき、凹部43aが凹部42aから分離されており、導入通路18bが吐出通路18dから遮断されている。
逆止弁50は、コモンレール17から圧送ポンプ18へのディーゼル燃料の逆流を防止する弁である。逆止弁50は、バルブケーシング41、ボール弁体51、逆止弁ばね52、およびストッパ53を備えている。バルブケーシング41は、電磁スピル弁40および逆止弁50で兼用されている。ボール弁体51は、バルブケーシング41内に形成された空間内に移動自在に配置されている。逆止弁ばね52は、ボール弁体51が吐出通路18dを閉じるように、ボール弁体51を付勢している。ストッパ53は、ボール弁体51および逆止弁ばね52に関してスピル弁体43の反対側(図4における上側)に配置されており、ボール弁体51および逆止弁ばね52がバルブケーシング41から脱落することを防止している。
吐出通路18dの上流部は、バルブケーシング41内に形成された上述の空間内およびストッパ53内に形成されている。
圧送ポンプ18の動作を説明する。圧送ポンプ18の動作は、パイロットカム22の作動および電磁スピル弁40の作動により、制御されている。
スピル弁体43が閉位置(図4)にあるとき、上述したように、導入通路18bが吐出通路18dに連通している。この場合、パイロットカム22の作動により、入口ポート18aからポンプ室18cへのディーゼル燃料の吸引と、ポンプ室18cから入口ポート18aへのディーゼル燃料の吐出とが、繰り返されている。具体的には、パイロットカム22の突出部22aがタペット34から離れていくとき、ポンプ室18cの容量が増大するのに伴って、入口ポート18aからポンプ室18cへ、ディーゼル燃料が吸引される。一方、パイロットカム22の突出部22aがタペット34に近づいていくとき、ポンプ室18cの容量が減少するのに伴って、ポンプ室18cから入口ポート18aへとディーゼル燃料が吐出される。ここで、ボール弁体51には、コモンレール17内のディーゼル燃料の圧力と、逆止弁ばね52の付勢力とが加わっている。つまり、比較的強い力によって、逆止弁50は閉じられている。このため、ポンプ室18cからディーゼル燃料が吐出されるときに、逆止弁50が開かれることはなく、吐出された全てのディーゼル燃料は入口ポート18aへ流れる。
電磁ソレノイド45は、ECU4から開信号を受けると、スピル弁体43を開方向(図4における右方向)に移動させる。電磁ソレノイド45の作動によりスピル弁体43が開位置にあるとき、上述したように、凹部43aが凹部42aから分離され、導入通路18bが吐出通路18dから遮断される。ここで、閉位置から開位置への切換は、パイロットカム22の突出部22aがタペット34に近づいていくとき、つまりポンプ室18cの容量が減少するときに行われる。この場合、ポンプ室18cの容量が減少するのに伴って、ポンプ室18c内の圧力が高められる。ポンプ室18c内の圧力によってボール弁体51に加えられる力が、コモンレール17内の圧力によってボール弁体51に加えられる力と、逆止弁ばね52の付勢力との合力よりも大きくなると、逆止弁50が開かれる。この結果、高圧のディーゼル燃料が、吐出通路18dを経由してコモンレール17に吐出される。その後、パイロットカム22の突出部22aがタペット34から離れていく前に、つまりポンプ室18cの容量が増大し始める前に、開位置から閉位置への切換が行われる。スピル弁体43が閉位置(図4)に復帰すると、導入通路18bが吐出通路18dに再び連通する。この結果、上述したように、ポンプ室18cの容量が増大するのに伴って、入口ポート18aからポンプ室18cへ、ディーゼル燃料が吸引される。
図5を参照して、インジェクタ16を説明する。図5は、第1実施形態に係るインジェクタ16の縦断面図である。インジェクタ16は、本体100と、ニードルピストン70、コマンドピストン71、スプリング72、および制御弁73を備えている。概略的には、制御弁73の開閉により、点火用のディーゼル燃料が、インジェクタ16から噴射される。取付長さLは、インジェクタ16がデュアルフューエルエンジンに取り付けられるときに、シリンダブロックに取り付けられるインジェクタ16の領域の長さである。
本体100は、ノズルボディ80、コマンドピストンボディ81、インジェクタボディ82、および下ジョイントホルダ83を備えている。ノズルボディ80、コマンドピストンボディ81、およびインジェクタボディ82は、下ジョイントホルダ83を外側から締め付けることによって一体化されている。本体100において、インジェクタボディ82の下側にコマンドピストンボディ81が配置されており、コマンドピストンボディ81の下側にノズルボディ80が配置されている。
インジェクタボディ82は、ジョイントボディ84、連結ボディ85、およびジョイントホルダ86を備えている。インジェクタボディ82は、ジョイントボディ84および連結ボディ85にジョイントホルダ86を外側から締め付けることによって一体化されている。インジェクタボディ82において、ジョイントボディ84が下側に位置し、連結ボディ85が上側に位置している。連結ボディ85は、制御弁73に連結されている。具体的には、連結ボディ85および制御弁73に上ジョイントホルダ74を外側から締め付けることによって、本体100および制御弁73が一体化されている。
本体100は、燃料通路要素として、入口60と、噴射口61と、ノズル燃料室62と、制御室63と、高圧燃料通路64と、制御通路65と、出口66と、ドレン通路67とを備えている。
入口60は、連結ボディ85の側面に開口している。入口60は、コモンレール17に接続されており、ディーゼル燃料が入口60からインジェクタ16に導入される。ノズルボディ80には、複数の噴射口61が形成されている。ノズル燃料室62は、ノズルボディ80内に設けられている。制御室63は、コマンドピストンボディ81内に設けられている。
高圧燃料通路64は、入口60から噴射口61に至っており、連結ボディ85、ジョイントボディ84、コマンドピストンボディ81、およびノズルボディ80内に形成されている。高圧燃料通路64上には、噴射口61の近くで、ノズル燃料室62が設けられている。また、高圧燃料通路64は、コマンドピストンボディ81内で分岐しており、制御室63に至る分岐経路64aを有している。このため、高圧燃料通路64は、入口60、噴射口61、ノズル燃料室62、および制御室63に接続されている。
制御通路65は、制御室63から制御弁73に至っており、ジョイントボディ84および連結ボディ85内に形成されている。出口66は、連結ボディ85の側面に開口している。ドレン通路67は、制御弁73から出口66に至っており、連結ボディ85内に形成されている。制御通路65およびドレン通路67は、制御室63内のディーゼル燃料を、出口66から排出するために用いられる。
ニードルピストン70は、ノズル燃料室62の容量を決定し、噴射口61を開閉する。ニードルピストン70は、ノズルボディ80内に上下方向(一方向)で摺動自在に設けられている。ニードルピストン70が下位置(噴射口61側の先端位置)にあるとき、すべての噴射口61がニードルピストン70の下面によって塞がれている。ここで、ノズル燃料室62は、ノズルボディ80の内面とニードルピストン70の外面とによって囲まれる空間である。ニードルピストン70はテーパ面70aを有しており、テーパ面70aを含むニードルピストン70の外面がノズル燃料室62を形成している。このため、テーパ面70aの位置に応じて、ノズル燃料室62の容量が変更される。
コマンドピストン71は、制御室63の容量を決定し、制御室63の容量に応じてニードルピストン70の移動範囲を規制する。コマンドピストン71は、コマンドピストンボディ81内に上下方向で摺動自在に設けられている。制御室63は、コマンドピストン71の上面、コマンドピストンボディ81の内面、ジョイントボディ84の下面によって囲まれる空間である。このため、コマンドピストン71の位置に応じて、制御室63の容量が変更される。また、コマンドピストン71の下面は、ニードルピストン70の上面に対向しており、コマンドピストン71の位置によって、ニードルピストン70の移動範囲が規制されている。コマンドピストン71が下位置にあるとき、ニードルピストン70は下位置(閉位置)にある。また、スプリング72は、コマンドピストンボディ81内に配置されており、コマンドピストン71を下方向(閉方向)に付勢している。
制御弁73は、ピストン76、スプリング77、および電磁ソレノイド78を備えている。ピストン76は、上下方向で摺動自在に設けられている。スプリング77は、ピストン76を下方向(閉方向)に付勢している。電磁ソレノイド78は、ECU4からの開信号に応じて、ピストン76を上方向(開方向)に移動させることができる。電磁ソレノイド78が停止しているとき、スプリング77の付勢力により、ピストン76は下位置(閉位置)にある。このとき、制御通路65がドレン通路67から遮断されている。一方、電磁ソレノイド78が作動しているとき、ピストン76は上位置(開位置)にある。このとき、制御通路65がドレン通路67に連通している。つまり、制御弁73は、制御通路65とドレン通路67との連通を開閉する。
インジェクタ16の動作を説明する。ここで、インジェクタ16は、入口60を介してコモンレール17の蓄圧室19に接続されており、高圧燃料通路64には高圧が加わっている。
制御弁73が閉じられているとき、つまり電磁ソレノイド78が停止しているとき、制御通路65がドレン通路67から遮断されている。制御弁73の閉鎖中、制御室63内の圧力は、高圧燃料通路64に加わっている圧力に等しい。コマンドピストン71の上面には制御室63からの圧力が加わっており、ニードルピストン70には、ノズル燃料室61からの圧力が加わっている。コマンドピストン71の上面の面積は、ニードルピストン70のテーパ面70aの有効受圧面積よりも広いので、高圧燃料通路64内の圧力によってコマンドピストン71は下方向に付勢されている。さらに、スプリング72の付勢力がコマンドピストン71に加わっている。このため、噴射口61が開いていても、コマンドピストン71およびニードルピストン70が下方向に移動し、ニードルピストン70が噴射口61を閉じる。制御弁73の閉鎖中、一旦噴射口61が閉じられると、噴射口61は閉じたままに保たれる。
ECU4から制御弁73に開信号が送信されると、電磁ソレノイド78が作動され、制御弁73が開かれる。制御弁73が開かれると、制御通路65がドレン通路67に連通する。制御室63から出口66へとディーゼル燃料が排出されるので、制御室63内の圧力が低下する。この結果、コマンドピストン71を下方向に押す力が、ニードルピストン70を上方向に押す力よりも小さくなる。この結果、ニードルピストン70およびコマンドピストン71は上方向に移動し、コマンドピストン71は噴射口61を開く。このようにして、点火用のディーゼル燃料が、インジェクタ16から噴射される。制御弁73の開放中、噴射口61は開いたままに保たれる。
その後、ECU4から制御弁73に閉信号が送信されると、制御弁73が閉じられる。制御弁73が閉じられると、上述したように噴射口61が閉じられ、ディーゼル燃料の噴射が終了する。
また、制御弁73が閉じられてコマンドピストン71が下方向への移動を開始すると、ディーゼル燃料がノズル燃料室62から押し出されて、瞬時に制御室63内に流入する。この結果、低下していた制御室63内の圧力が高められ、コマンドピストン71が下方向により一層押し出される。このため、制御弁73の閉鎖に応じて急速に噴射口61が閉じられる。つまり、燃料噴射終了の応答性が良好になっている。また、コマンドピストン71をスムーズに動作させることができる。
図6〜図8を参照して、ジョイントボディ84を詳しく説明する。図6は、第1実施形態に係るジョイントボディ84の上面図である。図7は、第1実施形態に係るジョイントボディ84の側面図である。図8は、第1実施形態に係るジョイントボディ84の下面図である。
図7において、ジョイントボディ84は、頭部84a、円筒部84b、およびネジ部84cを有している。図6において、頭部84aは、2つのノックピン穴87を備えている。図8において、ネジ部84cは、2つのノックピン穴88を備えている。ジョイントボディ84は、軸方向に長さL0を有している。
図5、図6、図8に示されるように、ジョイントボディ84の上面から下面まで、高圧燃料通路64および制御通路65が略並列に形成されている。ジョイントボディ84内には、上述の燃料通路要素のうち、高圧燃料通路64および制御通路65のみが形成されており、入口60、ドレン通路67などの他の燃料通路要素は形成されていない。制御通路65は、軸部65aおよび接続部65bを備えている。軸部65aは、ジョイントボディ84の軸方向に沿って伸びている部位であり、下側で接続部65bに接続している。接続部65bは、ジョイントボディ84の下面に開口する凹部であり、ジョイントボディ84の下面に沿って軸部65aから制御室63へ伸びている。制御通路65の内径(軸部65aの内径)および高圧燃料通路64の内径は同一の径を有している。
図9、図10を参照して、第3実施形態に係るインジェクタ16を説明する。
図9は、第3実施形態に係るインジェクタ16の縦断面図である。図9において、ジョイントボディ84の制御通路65内に、L字鋼線89が挿入されている。
図10は、図9の二点鎖線で囲まれる部分の拡大図である。図10は、コマンドピストンボディ81とジョイントボディ84との合わせ面90の周辺を示している。ジョイントボディ84内の制御通路65は、ジョイントボディ84の下面(合わせ面90)で曲がることによって、L字形状に形成されている。
図10において、上述したように、制御通路65内に、L字鋼線89が挿入されている。L字鋼線89は、制御通路65の内径(軸部65aの内径)よりも小さな外径を有している直線状の鋼線を、L字形状に折り曲げることにより形成されている。L字鋼線89は、軸部89aと、軸部89aに対して曲げられた部位である曲げ部89bとを有している。ここで、高圧燃料通路64の内径、および制御通路65の内径(軸部65aの内径)は、共にdmmである。L字鋼線89の外径は、d−0.2mmである。L字鋼線89の外径は、制御通路65の内径(軸部65aの内径)よりも約0.2mmだけ小さい。
図9、図10において、曲げ部89bがジョイントボディ84の下面側(合わせ面90側)に配置されるように、L字鋼線89が制御通路65内に挿入されている。制御通路65の軸部65a内にL字鋼線89の軸部89aが挿入されており、制御通路65の接続部65b内にL字鋼線89の曲げ部89bが挿入されている。
本実施形態の作用、および効果を説明する。
第1−3実施形態のそれぞれに係る燃料噴射システム5は、偶数の(6つの)シリンダ9を有し、かつディーゼル燃料および点火を要する第2燃料(ガス燃料)を使用できるデュアルフューエルエンジンで用いられる、燃料噴射システムである。前記燃料噴射システム5は、ディーゼル燃焼のための前記ディーゼル燃料を噴射するメイン噴射装置7と、前記第2燃料を点火するための前記ディーゼル燃料を噴射するマイクロパイロット噴射装置8と、前記デュアルフューエルエンジンのクランクシャフト11によって駆動され、前記メイン噴射装置7および前記マイクロパイロット噴射装置8を駆動する駆動機構10と、を備えている。前記メイン噴射装置7および前記マイクロパイロット噴射装置8は、前記クランクシャフト11を挟む両側にそれぞれ配置されている。前記マイクロパイロット噴射装置8は、偶数の(6つの)インジェクタ16と、前記偶数のインジェクタ16に接続されかつ前記ディーゼル燃料を高圧で蓄えるコモンレール17と、前記コモンレール17に前記ディーゼル燃料を圧送する1つの圧送ポンプ18と、を備えている。前記偶数のインジェクタ16のそれぞれは、前記偶数のシリンダ9のそれぞれに配置されている。前記駆動機構10は、前記クランクシャフト11の回転数と同じ回転数で回転し、かつ前記圧送ポンプ18を駆動するパイロットカム22を備えている。前記パイロットカム22は複数の(3つの)突起部22aを有しており、前記複数の突起部22aの数は前記偶数のシリンダ9の数の1/2である。
マイクロパイロット噴射装置8が、コモンレール式燃料噴射装置により構成されている。また、エンジンのシリーズ化によって発生するシリンダ9の数の変更に対応するために、パイロットカム22の形状のみが変更されている。
このため、第1−3実施形態に係るデュアルフューエルエンジンの燃料噴射システム5は、低コストで製造でき、高い信頼性を有しており、さらにエンジンのシリーズ化にも容易に対応できる。
第1−3実施形態のそれぞれに係る前記圧送ポンプ18は、前記コモンレール17からの前記ディーゼル燃料の逆流を防止する逆止弁50と、前記コモンレール17への前記ディーゼル燃料の吐出を制御する電磁スピル弁40と、を有するプランジャポンプである。
圧送ポンプ18は、電子制御により制御されている。
このため、第1−3実施形態のそれぞれは、より一層、信頼性の高いマイクロパイロット噴射装置8を提供できる。
第1−3実施形態のそれぞれに係るインジェクタ16は、デュアルフューエルエンジンのマイクロパイロット噴射用のインジェクタである。インジェクタ16は、燃料通路要素として、(a)入口60と、(b)噴射口61と、(c)ノズル燃料室62と、(d)制御室63と、(d)前記入口60、前記噴射口61、前記ノズル燃料室62、および前記制御室63に接続されている高圧燃料通路64と、(e)前記制御室63に接続されている制御通路65と、(f)出口66と、(g)前記出口66に接続されているドレン通路67と、を備えている本体100と、前記ノズル燃料室62の容量を決定し、前記噴射口61を開閉するニードルピストン70と、前記制御室63の容量を決定し、前記制御室63の容量に応じて前記ニードルピストン70の移動範囲を規制するコマンドピストン71と、前記コマンドピストン70を前記噴射口61の閉方向に付勢するスプリング72と、前記制御通路65と前記ドレン通路67との連通を開閉する制御弁73と、を備えている。前記本体100は、ノズルボディ80と、前記ノズルボディ80に連結されるコマンドピストンボディ81と、前記コマンドピストンボディ81に連結されるインジェクタボディ82と、を備えている。前記ノズルボディ80に、前記ノズル燃料室62および前記ニードルピストン70が設けられている。前記コマンドピストンボディ81に、前記制御室63および前記コマンドピストン71が設けられている。前記インジェクタボディ82は、前記制御弁73に連結される連結ボディ85と、前記コマンドピストンボディ81に連結されるジョイントボディ84と、締め付けにより前記ジョイントボディ84を前記連結ボディ85に固定するジョイントホルダ86と、を備えている。前記燃料通路要素のうち、前記高圧燃料通路64および前記制御通路65のみが、前記ジョイントボディ84内に形成されている。
ジョイントボディ84の全長L0のみを変更することによって、インジェクタ16の全長が変更され、エンジン(シリンダヘッド)への取付長さLも変更される。
このため、第1−3実施形態のそれぞれに係るインジェクタ16は、エンジンのシリーズ化によって発生するシリンダヘッドへのインジェクタ16の取付長さの変化に、低コストで容易に対応できる。
第3実施形態に係るインジェクタ16は、L字鋼線89を備えている。前記L字鋼線89は、前記制御通路65の内径よりも小さな外径を有している直線状の鋼線を、L字形状に折り曲げることによって形成されている。前記L字鋼線89は、軸部89aと曲げ部89bとを有している。前記ジョイントボディ84内の前記制御通路65が、前記ジョイントボディ84と前記コマンドピストンボディ81との合わせ面90上で曲がることによって、L字形状に形成されている。前記曲げ部89bが前記合わせ面90側に配置されるように、前記L字鋼線89が前記制御通路65内に挿入されている。
制御通路の断面積が小さくなるので、燃料噴射時に制御通路から制御弁を経て排出される燃料量が低減される。
このため、第3実施形態に係るインジェクタ16では、燃費が改善する。また、断面積の小さな制御通路を形成する必要がなく、制御通路の形成が容易になる。
第3実施形態に係る前記ジョイントボディ84において、前記制御通路65の前記内径および前記高圧燃料通路64の内径は、同一の径を有しており、前記L字鋼線89の外径は、前記制御通路65の前記内径よりも約0.2mm小さい。
制御通路65および高圧燃料通路64の内径が統一されているので、ジョイントボディ84の加工が容易である。
5 燃料噴射システム
7 メイン噴射装置
8 マイクロパイロット噴射装置
9 シリンダ
10 駆動機構
11 クランクシャフト
16 マイクロパイロットインジェクタ
17 コモンレール
18 圧送ポンプ
22 パイロットカム
22a 突出部
40 電磁スピル弁(電磁弁)
50 逆止弁
7 メイン噴射装置
8 マイクロパイロット噴射装置
9 シリンダ
10 駆動機構
11 クランクシャフト
16 マイクロパイロットインジェクタ
17 コモンレール
18 圧送ポンプ
22 パイロットカム
22a 突出部
40 電磁スピル弁(電磁弁)
50 逆止弁
Claims (2)
- 偶数のシリンダを有し、かつディーゼル燃料および点火を要する第2燃料を使用できるデュアルフューエルエンジンで用いられる、燃料噴射システムであって、
ディーゼル燃焼のための前記ディーゼル燃料を噴射するメイン噴射装置と、
前記第2燃料を点火するための前記ディーゼル燃料を噴射するマイクロパイロット噴射装置と、
前記デュアルフューエルエンジンのクランクシャフトによって駆動され、前記メイン噴射装置および前記マイクロパイロット噴射装置を駆動する駆動機構と、を備えており、
前記メイン噴射装置および前記マイクロパイロット噴射装置は、前記クランクシャフトを挟む両側にそれぞれ配置されており、
前記マイクロパイロット噴射装置は、偶数のマイクロパイロットインジェクタと、前記偶数のマイクロパイロットインジェクタに接続されかつ前記ディーゼル燃料を高圧で蓄えるコモンレールと、前記コモンレールに前記ディーゼル燃料を圧送する1つの圧送ポンプと、を備えており、前記偶数のマイクロパイロットインジェクタのそれぞれは、前記偶数のシリンダのそれぞれに配置されており、
前記駆動機構は、前記クランクシャフトの回転数と同じ回転数で回転し、かつ前記圧送ポンプを駆動するパイロットカムを備えており、前記パイロットカムは複数の突起部を有しており、前記複数の突起部の数は前記偶数のシリンダの数の1/2である、デュアルフューエルエンジンの燃料噴射システム。 - 前記圧送ポンプは、前記コモンレールからの前記ディーゼル燃料の逆流を防止する逆止弁と、前記コモンレールへの前記ディーゼル燃料の吐出を制御する電磁弁と、を有するプランジャポンプである、請求項1に記載のデュアルフューエルエンジンの燃料噴射システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014064503A JP2015187405A (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | デュアルフューエルエンジンの燃料噴射システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014064503A JP2015187405A (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | デュアルフューエルエンジンの燃料噴射システム |
Publications (1)
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JP2015187405A true JP2015187405A (ja) | 2015-10-29 |
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ID=54429744
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2014064503A Pending JP2015187405A (ja) | 2014-03-26 | 2014-03-26 | デュアルフューエルエンジンの燃料噴射システム |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20180125014A (ko) | 2016-09-05 | 2018-11-21 | 얀마 가부시키가이샤 | 엔진 장치 |
-
2014
- 2014-03-26 JP JP2014064503A patent/JP2015187405A/ja active Pending
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KR20180125014A (ko) | 2016-09-05 | 2018-11-21 | 얀마 가부시키가이샤 | 엔진 장치 |
US10760505B2 (en) | 2016-09-05 | 2020-09-01 | Yanmar Co., Ltd. | Engine device |
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