JP2960979B2 - エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの燃焼室に圧
縮空気と共に燃料を噴射する燃料噴射装置に係り、特に
その圧縮空気の供給経路の構造に関する。

【０００１】

【従来の技術】燃焼室に圧縮空気と共に燃料を直接噴射
する、いわゆる筒内噴射式の２サイクルエンジンは、点
火プラグの近傍に霧化された燃料が供給され、ここに濃
い混合気の層が形成されるため、燃焼が局所的に行われ
る。このため、特にアイドリングを含む低負荷運転時の
ように、掃気作用が不十分で残留ガスが多い運転域でも
混合気への着火が確実に行われ、燃焼が安定するといっ
た利点を有している。

【０００２】ところで、この種の筒内噴射式の２サイク
ルエンジンは、燃焼室に圧縮空気と共に燃料を噴射する
ための噴射ノズルを備えている。噴射ノズルは、燃料ポ
ンプに連なる燃料配管と、エアポンプに連なる空気配管
に夫々連なっており、これら配管を通じて加圧された燃
料と圧縮空気とが供給されるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
構成によると、噴射ノズルに供給される圧縮空気は、エ
アポンプで大気圧よりも高い圧力まで加圧されるため
に、この圧縮空気が空気配管を流れる過程で冷却される
と、空気中に含まれる水分が凝縮して結露し、この露が
圧縮空気の流れに乗じて噴射ノズルに導かれることがあ
る。

【０００４】そして、この露がエアポンプから漏れる微
量のオイル分と結合すると、配管や噴射ノズル内にエマ
ルジョン状の固形物が生成され、この固形物によって配
管が目詰まりを起こしたり、噴射ノズルが作動不良を起
こす恐れがあり得る。

【０００５】本発明は、このような事情にもとづいてな
されたもので、加圧された圧縮空気を余剰の燃料を用い
て冷却することにより、この圧縮空気中に含まれる水分
を噴射ノズルに至る以前に確実に除去することができ、
しかも、噴射ノズルに供給される燃料を低温に保ってベ
ーパロックの発生を未然に防止できるとともに、セパレ
ータで分離しきれなかった水分を圧縮空気と共に大気中
に放出することができ、かつこの水分放出時の騒音を低
く抑えて静粛な運転が可能となるエンジンの燃料噴射装
置の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るエンジンの燃料噴射装置は、ピストンが臨む 燃焼室に圧縮空気と共に燃料を噴射する
噴射ノズルと； 上記圧縮空気の供給源となるエアポンプと； 上記噴射ノズルとエアポンプとを結ぶ空気通路と；この空気通路の下流端に接続され、空気通路に供給され
る圧縮空気の圧力を一定に保つレギュレータを有すると
ともに、排気消音器を介して大気に開放された排気通路
と； 上記空気通路に配置され、上記エアポンプで大気圧以上
に加圧された圧縮空気を上記噴射ノズルから燃料タンク
に戻る余剰な燃料を用いて冷却する熱交換器と；上記空気通路における上記熱交換器の上流側に配置さ
れ、上記熱交換器に向かう圧縮空気の熱を大気中に放出
する多数の冷却フィンと； 上記空気通路における上記熱交換器の下流側に配置さ
れ、上記圧縮空気中に含まれる水分を分離除去するため
のセパレータと；を具備している。そして、上記エアポ
ンプで加圧される圧縮空気の圧力は、上記ピストンが上
死点に達した時の上記燃焼室内の圧力よりも小さく設定
されているとともに、上記噴射ノズルからの圧縮空気お
よび燃料の噴射終了タイミングは、上記ピストンが上死
点に達する以前に設定され、 また、上記セパレータは、
上記圧縮空気の入口が開口された上面と、上記圧縮空気
の出口が開口された側面とを有する分離室を備え、この
分離室の上面と向かい合う底部は、下方に進むに従い先
細り状に傾斜された傾斜面をなしているとともに、この
底部の下端にドレン弁によって開閉されるドレン口が開
口されていることを特徴としている。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【作用】このような構成において、エアポンプで加圧さ
れた高温の圧縮空気は、まず空気通路に導かれる。この
圧縮空気の熱は、空気通路を介して冷却フィンに伝わる
とともに、この冷却フィンから大気への拡散による自然
空冷により放出される。 冷却フィンの放熱作用により補
助的に冷却された圧縮空気は、熱交換器に導かれ、ここ
で圧縮空気と低温の燃料とが直接熱交換される。このた
め、圧縮空気が強制的に冷却され、この圧縮空気中に含
まれている水分が噴射ノズルに至る以前の段階で凝縮さ
れる。

【００１０】そして、この凝縮により生じた露は、圧縮
空気と共にセパレータに導かれる。セパレータは、容量
の大きな分離室を有するので、空気通路から入口を介し
て分離室に流れ込んだ圧縮空気はここで充分に膨張し、
圧縮空気の流速が急激に低下する。この流速の低下によ
り、先の冷却により凝縮した重い露が空気中から分離さ
れ、この露を噴射ノズルの上流で回収することができ
る。この際、圧縮空気が流れ込む分離室の入口は、先細
り状に傾斜された分離室の底部と向かい合っているの
で、凝縮した露を空気の底部に容易に集めることがで
き、空気中からの水分の分離機能を高めることができ
る。

【００１１】したがって、圧縮空気中に含まれる水分
を、噴射ノズルに至る以前に積極的に結露化させて除去
することができ、この水分が噴射ノズルに導かれたり、
この噴射ノズル内で凝縮するのを確実に防止することが
できる。

【００１２】しかも、高温の圧縮空気は、揮発性の高い
低温の燃料を基に冷却されるので、圧縮空気の冷却性が
向上し、圧縮空気と燃料との温度差が少なくなる。その
ため、圧縮空気が噴射ノズルに送られても、この噴射ノ
ズルの内部で圧縮空気が凝縮することはなく、圧縮空気
中の水分の除去を確実に行うことができる。

【００１３】また、上記構成によると、燃料タンクに戻
る燃料が圧縮空気を冷却する冷媒としての機能を兼ねる
ので、圧縮空気を冷却するための格別な冷媒が不要とな
る。

【００１４】それとともに、圧縮空気との熱交換により
温められた燃料は、容量の大きな燃料タンクに一旦戻さ
れ、ここで冷却されるので、噴射ノズルに供給される燃
料温度を低く保つことができる。加えて、圧縮空気をピ
ストンの最圧縮時の燃焼室の圧力を上回るような値まで
加圧する必要はないので、圧縮空気の圧縮率を下げてこ
の圧縮空気の温度上昇を少なく抑えることができる。こ
のため、燃料と圧縮空気との間の熱交換量を減らすこと
ができ、その分、燃料タンクに戻される燃料の温度上昇
を抑えることができる。さらに、圧縮空気は、熱交換器
に導かれる以前に一旦放熱されるので、この圧縮空気が
熱交換器に導かれる段階での燃料との温度差が少なくな
る。このため、燃料に伝わる熱量が減少し、上記燃料温
度を低く保てることと合わせて、ベーパロックの発生を
確実に防止することができる。

【００１５】また、上記構成によると、ピストンが上死
点に達する以前に燃焼室に対する燃料および圧縮空気の
噴射が終了するので、燃料および圧縮空気の噴射中は、
燃焼室内の圧力が最大値に達しておらず、それ故、圧縮
空気の温度上昇を抑えるために圧縮空気の圧縮率を下げ
るようにしても、燃焼室への燃料および圧縮空気の噴射
が可能となる。さらに、セパレータで分離しきれない微
量の水分（露）の一部は、噴射工程中に圧縮空気と共に
空気通路を介して噴射ノズルに導かれるけれども、この
空気通路の下流端には排気通路が接続されているので、
上記微量の水分は、噴射が終了した時点で空気通路に滞
留することなく圧縮空気と共に排気通路から大気中に放
出される。このため、空気通路の下流端に水分が残留し
難くなる。また、圧縮空気が排気通路のレギュレータを
通過すると、圧力降下に伴い騒音を発するが、この圧縮
空気は排気消音器を通して大気中に放出されるので、圧
縮空気の排出時の騒音を低く抑えることができる。

【００１６】

【００１７】

【実施例】以下本発明を、図面に示す一実施例にもとづ
いて説明する。

【００１８】図７において、符号１で示す車両用の２サ
イクル三気筒エンジンは、クランクケース２、シリンダ
ブロック３およびシリンダヘッド４を備えている。クラ
ンクケース２には、クランク軸５を収容するクランク室
６と、このクランク室６に開口する吸気口７が形成され
ている。吸気口７には吸気管８が接続されており、この
吸気管８の吸気上流端は、図示しないスロットル弁を収
容したスロットルボデー９に連なっている。そして、吸
気口７には、吸気管８からクランク室６に向う吸気の流
れのみを許容するリード弁１０が設けられている。

【００１９】シリンダブロック３の内部には、三つのシ
リンダ１２がクランク軸５の軸方向に並んで設けられて
いる。シリンダ１２はクランク室６に開口されており、
これらシリンダ１２内のピストン１３は、コンロッド１
４を介してクランク軸５に連結されている。

【００２０】シリンダ１２の内面には、ピストン１３に
よって開閉される複数の掃気口１５と排気口１６とが開
口されており、掃気口１５は、図示しない掃気通路を通
じてクランク室６に連なっている。したがって、本実施
例の２サイクルエンジン１は、クランク室６が吸入空気
を圧縮するための一次圧縮室となっている。

【００２１】シリンダヘッド４のシリンダ１２との合面
には、凹部１８が形成されている。凹部１８は、ピスト
ン１３の頂面１３ａとの間でウエッジ形の燃焼室１９を
構成しており、この燃焼室１９に図示しない点火プラグ
が臨んでいる。また、燃焼室１９やシリンダ１２の周囲
は、エンジン冷却水が流通するウォータジャケット２０
により覆われている。

【００２２】シリンダヘッド４には、燃料としてのガソ
リンを圧縮空気と共に燃焼室１９に噴射する燃料噴射装
置２１が取り付けられている。燃料噴射装置２１は、図
２および図３に示すようなハウジング２２を備えてい
る。ハウジング２２は、三つのハウジングブロック２２
ａ〜２２ｃに分割されている。ハウジングブロック２２
ａ〜２２ｃは、各シリンダ１２の燃焼室１９に対応して
おり、これらハウジングブロック２２ａ〜２２ｃは、ク
ランク軸５の軸方向に互いに連結されている。

【００２３】ハウジング２２の内部には、圧縮空気が流
れる空気通路２３と、燃料が流れる燃料通路２４とが形
成されている。これら両通路２３，２４は、互いに平行
をなしてハウジングブロック２２ａ〜２２ｃを貫通して
おり、その両端がハウジング２２の長手方向に沿う両端
面に開口されている。

【００２４】各ハウジングブロック２２ａ〜２２ｃの内
部には、電磁式の噴射ノズル２６と、燃料噴射弁２７と
が組み込まれている。噴射ノズル２６は、円筒状のバル
ブガイドハウジング２８を備えている。このバルブガイ
ドハウジング２８は、ハウジングブロック２２ａ〜２２
ｃの底面に支持されている。そして、バルブガイドハウ
ジング２８は、シリンダヘッド４に開けた嵌合孔２９に
挿入されて、その先端が燃焼室１９に臨んでおり、この
バルブガイドハウジング２８の軸線上には、燃焼室１９
に開口する装着孔３０が形成されている。

【００２５】装着孔３０内には、円筒状のバルブガイド
３１が収容されている。バルブガイド３１の軸線上に
は、燃焼室１９に開口するガイド孔３２が形成されてお
り、このガイド孔３２内に、ニードルバルブ３３が軸方
向に移動可能に挿通されている。ニードルバルブ３３
は、ガイド孔３２を貫通するステム部３３ａと、このス
テム部３３ａの一端に位置する半球状又は茸状のヘッド
部３３ｂとで構成される。ヘッド部３３ｂは、燃焼室１
９側からガイド孔３２の開口部に接しており、このガイ
ド孔３２の開口部には、ヘッド部３３ｂの外周面が着座
するシート部３４が形成されている。

【００２６】また、ニードルバルブ３３のステム部３３
ａは、ガイド孔３２を貫通してハウジングブロック２２
ａ〜２２ｃ内の挿通孔３５に導入されている。挿通孔３
５は、空気通路２３と直交しており、この挿通孔３５と
ステム部３３ａとの間には、空気通路２３に連なる隙間
３６が形成されている。ステム部３３ａとガイド孔３２
との間には、隙間３６に連なる空気導入路３７が形成さ
れている。この空気導入路３７の下流端は、ガイド孔３
２の燃焼室１９への開口端に連なっており、上記ニード
ルバルブ３３のヘッド部３３ｂで開閉されるようになっ
ている。

【００２７】バルブガイドハウジング２８の装着孔３０
とバルブガイド３１との間には、燃料導入路４０が形成
されている。燃料導入路４０の上流端は、バルブガイド
ハウジング２８とハウジングブロック２２ａ〜２２ｃに
形成した燃料供給路４１を介して燃料噴射弁２７の吐出
口２７ａに連なっている。

【００２８】燃料噴射弁２７は、燃料通路２４上に設け
られており、この燃料通路２４を通じて燃料が燃料噴射
弁２７に供給されるようになっている。燃料導入路４０
の下流端は、シート部３４に開口する複数の燃料噴射口
４２に連なっている。燃料噴射口４２は、ガイド孔３２
の周囲に位置しており、このガイド孔３２と共にニード
ルバルブ３３のヘッド部３３ｂにより開閉されるように
なっている。

【００２９】ニードルバルブ３３のステム部３３ａは、
ハウジングブロック２２ａ〜２２ｃの上部を貫通して外
方に導出されている。ステム部３３ａの導出端には、ア
ーマチュア４３が固定されている。アーマチュア４３
は、一対のばね部材４４によって上向きに付勢されてお
り、この付勢により、ニードルバルブ３３のヘッド部３
３ｂがシート部３４に押し付けられて、上記ガイド孔３
２と燃料噴射口４２とが閉じられている。

【００３０】また、ハウジングブロック２２ａ〜２２ｃ
の上部には、ニードルバルブ３３を開方向に作動させる
ための電磁石４５が設けられている。電磁石４５の電磁
コイル４６は、アーマチュア４３の下面と向かい合って
おり、この電磁コイル４６が励磁されると、アーマチュ
ア４３がばね部材４４の付勢力に抗して吸引され、ニー
ドルバルブ３３のヘッド部３３ｂがシート部３４から離
脱される。

【００３１】図１に示すように、燃料通路２４の上流端
は、燃料配管５０を介して燃料タンク５２に連なってい
る。燃料配管５０には、燃料タンク５２内の燃料を燃料
通路２４に圧送する燃料ポンプ５１が設けられており、
この燃料通路２４の途中には、燃料の脈動を吸収するた
めのダンパ５３が設けられている。

【００３２】ダンパ５３は、図３に示すように、三つの
ハウジングブロック２２ａ〜２２ｃのうち、両側の二つ
のハウジングブロック２２ａ，２２ｃに設けられてお
り、これらハウジングブロック２２ａ，２２ｃの内部に
は、燃料通路２４に連なる連通路５４が形成されてい
る。連通路５４は燃料通路２４と直交する方向に延び
て、ハウジングブロック２２ａ，２２ｃの外側面に開口
されており、この連通路５４の開口端部には、ダイアフ
ラムキャップ５５が嵌合され、かつ押えボルト５６によ
って抜け止め保持されている。

【００３３】ダイアフラムキャップ５５の周面の一部
は、空気通路２３に張り出しており、このダイアフラム
キャップ５５の周面には、空気を通すための溝５５ａが
周方向に連続して形成されている。また、ダイアフラム
キャップ５５の連通路５４に臨む端面には、凹部５７が
形成されている。このダイアフラムキャップ５５の端面
と連通路５４との間には、ダイアフラム５８の外周部が
挾持されている。

【００３４】ダイアフラム５８は、凹部５７の開口端を
閉塞して、この凹部５７との間に連通路５４とは区画さ
れた空気室５９を形成している。このダイアフラム５８
の連通路５４および空気室５９に臨む面は、金属製の受
圧板６０によって覆われている。空気室５９は、連通口
５９ａを介して溝５５ａに連なっており、この空気室５
９内には、コイルばね６１が収容されている。コイルば
ね６１は、連通口５９ａから流入する圧縮空気と共にダ
イアフラム５８を連通路５４側に向って押圧している。

【００３５】このため、燃料通路２４内を流れる燃料の
脈動によって連通路５４内の圧力が高まると、ダイアフ
ラム５８がコイルばね６１の付勢力や圧縮空気の圧力に
抗して空気室５９に張り出すように変形し、燃料の脈動
を吸収するようになっており、この燃料と圧縮空気は、
ダンパ５３の部分で金属製の受圧板６０を介して間接的
に接触することになる。

【００３６】なお、燃料通路２４の下流端には、余った
燃料を燃料タンク５２に戻す燃料戻し管６２が接続され
ている。

【００３７】一方、上記エンジン１のクランクケース２
の周囲には、燃料噴射装置２１に圧縮空気を供給するた
めのエアポンプ６５が付設されている。図１に示すよう
に、エアポンプ６５は、クランク軸５からの動力伝達に
よって駆動されるピストン形となっており、このピスト
ン６５ａを収容するシリンダボデー６６には、吸入口６
７と吐出口６８とが形成されている。吸入口６７は吸入
管６９を介してエアクリーナ７０に連なっており、この
吸入管６９の途中には、吸気騒音を低減するためのレゾ
ネータ７１が設けられている。

【００３８】エアポンプ６５の吐出口６８は、空気配管
７２を介して燃料噴射装置２１の空気通路２３の上流端
に接続されている。この吐出口６８から空気通路２３に
供給される圧縮空気の圧力は、燃料ポンプ５１で加圧さ
れる燃料の圧力よりも低く設定されているとともに、エ
ンジン１のピストン１３が上死点（ＴＤＣ）に達した時
の燃焼室１９内の圧力よりも格段に低く設定されてい
る。

【００３９】そして、燃料噴射装置２１の噴射ノズル２
６や燃料噴射弁２７は、エンジン運転中、コントロール
ユニット７３から出力される信号により駆動され、この
ことにより燃料と圧縮空気の噴射量が制御されるように
なっている。

【００４０】すなわち、エンジン運転中、コントロール
ユニット７３は、予め記憶されているマップ上から実際
のエンジン１の運転状況に最適な噴射時期や噴射量を読
み出し、これを実現するための信号を噴射ノズル２６の
電磁石４５や燃料噴射弁２７に送出するようになってい
る。

【００４１】この制御について具体的に述べると、図５
は低負荷・低回転域での圧縮空気と燃料の噴射期間を示
している。この回転域では、図６に示すように、ピスト
ン１３が下死点（ＢＤＣ）を過ぎて掃気口１５と排気口
１６が閉じられた以降に、電磁石４５に励磁信号が送出
され、その電磁コイル４６が励磁される。すると、噴射
ノズル２６のアーマチュア４３が電磁石４５に吸引され
るので、ニードルバルブ３３のヘッド部３３ｂがシート
部３４から離脱し、ガイド孔３２と燃料噴射口４２が開
かれる。このため、エアポンプ６５から空気通路２３に
供給されている圧縮空気が、ガイド孔３２を通じて燃焼
室１９に噴射される。

【００４２】この圧縮空気の噴射から一定時間を経過す
ると、燃料噴射弁２７に駆動信号が送出され、加圧され
た燃料が燃料導入路４０から燃料噴射口４２を通じて燃
焼室１９に噴射される。この燃料は、ガイド孔３２から
噴射される圧縮空気と混じり合い霧化されるとともに、
この圧縮空気の流れに乗じて燃焼室１９内に噴射され、
この燃焼室１９内に雲状の混合気の塊を形成する。

【００４３】燃料噴射弁２７の駆動および電磁石４５の
励磁は、点火プラグにより混合気に着火される以前に停
止される。このことにより、アーマチュア４３がばね部
材４４によって押し上げられ、ニードルバルブ３３のヘ
ッド部３３ｂがシート部３４に着座する。この結果、ガ
イド孔３２と燃料噴射口４２が同時に閉じられ、図５に
示すように、ピストン１３が上死点に達する以前に燃焼
室１９への圧縮空気と燃料の噴射が停止される。そし
て、ピストン１３が上死点に達する直前に点火プラグに
点火信号が送出され、この点火プラグを通じて雲状の混
合気に点火される。

【００４４】なお、高負荷・高回転運転域では、掃気口
１５と排気口１６が開き始めた時期に燃料と圧縮空気の
噴射が開始され、この燃料と圧縮空気の噴射は、排気口
１６が閉じる時に停止される。

【００４５】ところで、圧縮空気を燃料噴射装置２１の
空気通路２３に導く空気配管７２には、エアポンプ６５
で加圧された圧縮空気を冷却するための熱交換器７５
と、この熱交換器７５の下流側に位置して、圧縮空気中
に含まれる水分を分離除去するための容量の大きなセパ
レータ７６が設けられている。

【００４６】熱交換器７５は、所定の容量を有する空気
室７７を備えている。空気室７７は、燃料戻し管６２に
沿って延びており、この空気室７７の内部に燃料戻し管
６２が挿通配置されている。燃料戻し管６２の空気室７
７を貫通する部分の外周面には、圧縮空気との接触面積
を確保するための多数のフィン７８が設けられている。

【００４７】したがって、エアポンプ６５で加圧された
高温の圧縮空気は、空気室７７を通過する過程で低温の
燃料との直接的な熱交換により冷却されるようになって
おり、燃料戻し管６２を通じて燃料タンク５２に戻る燃
料が圧縮空気を冷却する冷媒としての機能を兼ねてい
る。

【００４８】また、エアポンプ６５の吐出口６８から熱
交換器７５に至る空気配管７２の上流端の外周面には、
圧縮空気を冷却する手段としての多数の冷却フィン７９
が設けられている。

【００４９】図１に示すように、熱交換器７５の下流に
連なるセパレータ７６は、圧縮空気の入口８０が開口さ
れた上面７６ａと、圧縮空気の出口８１が開口された側
面７６ｂとを有する分離室８５を備えている。この分離
室８５の底部は、上面７６ａと向かい合うとともに、下
方に進むに従い先細り状に傾斜された漏斗形の傾斜面８
２をなしており、この傾斜面８２の最下部にドレン弁８
３によって開閉されるドレン口８４が設けられている。

【００５０】燃料噴射装置２１の空気通路２３の下流端
には、余った圧縮空気を逃がす排気管８６が接続されて
いる。排気管８６は、エンジン１の排気消音器８７を介
して大気中に開放されている。この排気管８６と燃料戻
し管６２の途中には、空気通路２３に供給される圧縮空
気の圧力を一定値に制御することにより、燃料と圧縮空
気との圧力差を一定に保つレギュレータ８８と、排気管
８６内の空気圧力と燃料戻し管６２内の燃料圧力を検出
するセンサ８９が設けられている。

【００５１】次に、上記構成の作用について説明する。
２サイクルエンジン１の始動に伴ってクランク軸５が回
転すると、エアポンプ６５が駆動され、エアクリーナ７
０を通じて吸入された空気が大気圧よりも高い圧力まで
加圧される。この加圧により高温となった圧縮空気は、
空気配管７２の上流端を通じて熱交換器７５に導かれ
る。

【００５２】この際、空気配管７２の上流端の外周面に
は、多数の冷却フィン７９が形成されているので、圧縮
空気の熱は、空気配管７２を介して冷却フィン７９に伝
達されるとともに、これら冷却フィン７９から空気への
拡散による自然空冷により放出される。そのため、圧縮
空気は、吐出口６８から排出された段階で補助的に冷却
された後に熱交換器７５に導かれ、ここで燃料タンク５
２に戻る余剰の燃料と熱交換される。

【００５３】この燃料との熱交換により冷却された圧縮
空気は、セパレータ７６に導入される。セパレータ７６
は、容量の大きな分離室８５を有するので、空気配管７
２から入口８０を介して分離室８５に流れ込んだ圧縮空
気はここで充分に膨張し、その流速が急激に低下する。
この流速の低下により、先の冷却により凝縮した重い露
が空気中から分離して分離室８５内を落下し、この分離
室８５の底部に溜まる。この際、圧縮空気の入口８０
は、先細り状に傾斜された分離室８５の底部と向かい合
っているので、凝縮した露が分離室８５の底部に容易に
集まり、空気中からの水分の分離機能を高めることがで
きる。

【００５４】このセパレータ７６で水分が除去された圧
縮空気は、ハウジング２２の空気通路２３に導かれ、電
磁石４５の励磁によって噴射ノズル２６のガイド孔３２
が開かれた際に、燃焼室１９に噴射される。

【００５５】なお、セパレータ７６の底部に溜まった水
分は、ドレン口８４を開くことで外部に排出される。

【００５６】このような構成によれば、高温の圧縮空気
中に含まれる水分を、燃料噴射装置２１よりも上流で熱
交換器７５により強制的に凝縮させ、この凝縮により結
露化した水分をセパレータ７６で空気中から分離除去す
るようにしたので、圧縮空気中に含まれる水分を、燃料
噴射装置２１に至る以前の段階で取り除くことができ
る。

【００５７】特にエアポンプ６５で加圧された高温の圧
縮空気は、揮発性の高い低温の燃料を基に冷却されるの
で、圧縮空気の放熱性が向上し、この圧縮空気の温度を
燃料の温度に効率良く近づけることができる。

【００５８】それとともに、高温の圧縮空気は、熱交換
器７５に導かれる以前に冷却フィン７９による自然空冷
により補助的に冷却されるので、この圧縮空気が熱交換
器７５に導かれる段階での燃料との温度差が少なくな
り、圧縮空気をより効率良く冷却することができる。こ
のため、圧縮空気が空気通路２３のダンパ５３の部分で
燃料と接触しても、ここで圧縮空気が凝縮することはな
い。

【００５９】したがって、水分が燃料噴射装置２１の各
部、特に噴射ノズル２６の狭い隙間３６や空気導入路３
７に入り込むのを防止して、この噴射ノズル２６の腐蝕
やこのオイル分との結合によるエマルジョン状の固形物
の発生を解消することができ、噴射ノズル２６の作動を
円滑に維持することができる。

【００６０】なお、この場合、セパレータ７６のドレン
口８４を僅かに開いて、圧縮空気を少量大気中に逃がす
ようにしておき、分離済みの水分やエマルジョン状の固
形物をセパレータ７６から自動的に外部に排出するよう
にしても良い。

【００６１】しかも、上記構成によると、高温の圧縮空
気は、噴射ノズル２６から燃料タンク５２に戻る低温の
燃料との熱交換により冷却されるので、この燃料が圧縮
空気を冷却する冷媒としての機能を兼用することにな
り、圧縮空気を冷却するための格別な冷媒が不要とな
る。

【００６２】さらに、噴射ノズル２６から燃料タンク５
２に戻る余剰の燃料を利用して圧縮空気を冷却すれば、
この圧縮空気との熱交換により温められた燃料は、燃料
供給装置２１に再度供給される以前に容量の大きな燃料
タンク５２に一旦戻され、ここで冷却されることにな
る。それとともに、圧縮空気は、熱交換器７５に導かれ
る以前の段階で補助的に冷却されるので、熱交換時の燃
料の温度上昇を少なく抑えることができる。

【００６３】さらに、燃焼室１９に噴射される圧縮空気
をピストン１３の最圧縮時の燃焼室１９内の圧力を上回
るような値まで加圧する必要はなく、その分、圧縮空気
の圧縮率を下げてこの圧縮空気の温度上昇を少なく抑え
ることができる。したがって、燃料噴射装置２１に供給
される燃料温度を低く保てることと合わせて、ベーパロ
ックの発生を未然に防止することができ、燃料噴射装置
２１に対する燃料の供給を確実に行うことができる。

【００６４】また、上記構成によると、ピストン１３が
上死点に達する以前に噴射ノズル２６からの燃料および
圧縮空気の噴射が終了するので、燃料および圧縮空気の
噴射中は、燃焼室１９内の圧力が最大値に達しておら
ず、それ故、圧縮空気の温度上昇を抑えるために、この
圧縮空気の圧縮率を下げるようにしても、燃焼室１９に
対する燃料および圧縮空気の噴射が可能となる。 さら
に、セパレータ７６で分離しきれない微量の水分の一部
は、噴射工程中に圧縮空気と共に空気配管７２を介して
噴射ノズル２６に導かれる。しかるに、空気配管７２の
下流端には排気管８６が接続されているので、分離しき
れない微量の水分は、噴射が終了した時点において空気
配管７２の下流端に滞留することなく圧縮空気と共に排
気管８６を通じて大気中に放出される。このため、空気
配管７２の下流端に水分が残留し難くなり、噴射ノズル
２６に対する水分の悪影響を防止することができる。 ま
た、圧縮空気が排気管８６のレギュレータ８８を通過す
ると、圧力降下に伴う騒音を発するが、この圧縮空気は
排気消音器８７を通して大気中に放出されるので、圧縮
空気の排出時の騒音を低く抑えることができる。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、圧縮空気
中に含まれる水分を、噴射ノズルに至る以前に燃料タン
クに戻る余剰の燃料を用いて結露化させるとともに、セ
パレータの分離室で効率良く空気中から分離して回収す
ることができる。このため、圧縮空気が噴射ノズルの部
分で燃料と接触しても、この噴射ノズルの内部で圧縮空
気が凝縮することはなく、水分による空気通路の目詰ま
りを始めとして、噴射ノズルの腐食や作動不良を解消す
ることができる。

【００６６】

【００６７】さらに、圧縮空気との熱交換により温めら
れた燃料は、噴射ノズルに再度供給される以前に容量の
大きな燃料タンクに一旦戻され、ここで冷却されるの
で、燃料を冷媒として利用したにも拘わらず、噴射ノズ
ルに供給される燃料の温度を低く保つことができる。加
えて、圧縮空気をピストン最圧縮時の燃焼室内の圧力を
上回るような値まで加圧する必要はないので、この圧縮
空気の圧縮率を下げて圧縮空気の温度上昇を抑え、その
分、燃料と圧縮空気との間の熱交換量を減らして、燃料
タンクに戻る燃料の温度上昇を抑えることができる。そ
れとともに、圧縮空気の熱は、熱交換器に導かれる以前
に冷却フィンを介して一旦大気中に放出されるので、熱
交換器において燃料に逃される熱量が少なくなる。よっ
て、燃料温度を低く保てることと合わせてベーパロック
の発生を未然に防止することができる。 その上、ピスト
ンが上死点に達する以前に噴射ノズルからの燃料および
圧縮空気の噴射が終了するので、圧縮空気の温度上昇を
抑えるために、この圧縮空気の圧縮率を下げても、燃焼
室に対する燃料および圧縮空気の噴射が可能となる。 ま
た、セパレータで分離しきれない微量の水分の一部は、
噴射工程中に圧縮空気と共に空気通路を介して噴射ノズ
ルに導かれるが、この微量の水分は、噴射が終了した時
点において空気通路の下流端に滞留することなく圧縮空
気と共に排気通路を通じて大気中に放出される。このた
め、空気通路の下流端に水分が残留し難くなり、噴射ノ
ズルに対する水分の悪影響を未然に防止することができ
る。 しかも、空気通路からの圧縮空気は、排気消音器を
通して大気中に放出されるので、圧縮空気の排出時の騒
音を低く抑えることができ、静粛な運転が可能となると
いった利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料と圧縮空気の供給経路を示す図。

【図２】燃料噴射装置を一部断面して示す側面図。

【図３】燃料噴射装置を一部断面して示す平面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図５】クランク軸が１回転する１サイクル中の燃料と
圧縮空気の噴射期間を示す図。

【図６】エンジン運転中のニードルバルブおよび燃料噴
射弁の駆動信号と点火信号との関係を示す図。

【図７】２サイクルエンジンの断面図。

【符号の説明】

１３…ピストン １９…燃焼室 ２６…噴射ノズル ６５…エアポンプ ７２…空気通路（空気配管） ７５…熱交換器 ７６…セパレータ７６ａ…上面 ７６ｂ…側面 ７９…冷却フィン ８０…入口 ８１…出口 ８３…ドレン弁 ８４…ドレン口 ８５…分離室 ８６…排気通路（排気管） ８７…排気消音器 ８８…レギュレータ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02M 67/02 F02M 53/00 - 53/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンが臨む燃焼室に圧縮空気と共に
   燃料を噴射する噴射ノズルと； 上記圧縮空気の供給源となるエアポンプと； 上記噴射ノズルとエアポンプとを結ぶ空気通路と；この空気通路の下流端に接続され、空気通路に供給され
   る圧縮空気の圧力を一定に保つレギュレータを有すると
   ともに、排気消音器を介して大気に開放された排気通路
   と； 上記空気通路に配置され、上記エアポンプで大気圧以上
   に加圧された圧縮空気を上記噴射ノズルから燃料タンク
   に戻る余剰な燃料を用いて冷却する熱交換器と；上記空気通路における上記熱交換器の上流側に配置さ
   れ、上記熱交換器に向かう圧縮空気の熱を大気中に放出
   する多数の冷却フィンと； 上記空気通路における上記熱交換器の下流側に配置さ
   れ、上記圧縮空気中に含まれる水分を分離除去するため
   のセパレータと；を具備し、上記エアポンプで加圧される圧縮空気の圧力は、上記ピ
   ストンが上死点に達した時の上記燃焼室内の圧力よりも
   小さく設定されているとともに、上記噴射ノズルからの
   圧縮空気および燃料の噴射終了タイミングは、上記ピス
   トンが上死点に達する以前に設定され、 また、上記セパレータは、上記圧縮空気の入口が開口さ
   れた上面と、上記圧縮空気の出口が開口された側面とを
   有する分離室を備え、この分離室の上面と向かい合う底
   部は、下方に進むに従い先細り状に傾斜された傾斜面を
   なしているとともに、この底部の下端にドレン弁によっ
   て開閉されるドレン口が開口されていること を特徴とす
   るエンジンの燃料噴射装置。