JP3219553B2 - ディーゼル機関の燃料噴射装置 - Google Patents

ディーゼル機関の燃料噴射装置

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JP3219553B2
JP3219553B2 JP16521693A JP16521693A JP3219553B2 JP 3219553 B2 JP3219553 B2 JP 3219553B2 JP 16521693 A JP16521693 A JP 16521693A JP 16521693 A JP16521693 A JP 16521693A JP 3219553 B2 JP3219553 B2 JP 3219553B2
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裕司 小田
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディーゼル機関の燃料噴
射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の燃料と水とを1個の燃料弁から噴
射する燃料噴射装置(以下2流体噴射装置と呼ぶ)の1
例を図5によって説明する。図5は従来例の燃料と水と
を1個の燃料弁40から噴射する装置の説明図である。
ディーゼル機関は圧縮比が大きく熱効率が高いことから
広く各方面に原動機として用いられているがその排気成
分には有害なCO,CO2 ,HC,NOx等を多量に含
有することからこれらを低減することが大きな課題とな
っている。ここではNOxの低減に効果のある燃焼室へ
水噴射を行う従来の2流体噴射装置について説明する。
【0003】図において、40は燃料弁、1は燃料弁本
体、2はノズルチップ、3は噴口、4は燃料入口金物で
何れも公知のものである。5は燃料弁内燃料油路、7は
ノズルチップ内燃料油路、8は針弁サック部、9は針
弁、10は針弁ばね受、11は針弁ばね、12は針弁の
弁開圧力調整金物で針弁ばね11の取付け長さを変える
もので何れも公知のものである。
【0004】13は注水金物、16は燃料弁内水通路、
14はボール式逆止弁で燃料弁内えの流れのみを許し燃
料弁内水通路16に設けられている。15は逆止弁ばね
である。18はノズルチップ内水通路でノズルチップ内
燃料油路7と針弁9の弁座の内側で合流している。23
は燃料噴射ポンプ、21は燃料タンク、22は燃料供給
ポンプで入口が燃料タンク21に、吐出口が燃料噴射ポ
ンプ23に連結されている。
【0005】24はプランジャバレル、25はプランジ
ャ、26は吐出弁、27は等圧弁で何れも燃料噴射ポン
プ23の要素である。燃料噴射ポンプ23の吐出口と燃
料入口金物4は図示しない噴射管で連結されている。2
8は水タンク、29は水供給ポンプ、31は電磁弁で常
時閉、30は水供給管で水ポンプ29を電磁弁31に連
結、32は水管で電磁弁31を水注水金物13に連結し
ている。
【0006】33はコントローラで電磁弁31を制御す
るコントローラで図示しない機関のクランク軸の回転と
同期した信号により弁開時期と弁開期間を制御する。3
4はラック駆動装置でコントローラ33に接続されて居
り燃料噴射ポンプ23の図示しないラックを操作する。
【0007】次に前記従来例の作用を説明する。燃料の
みを噴射するときは燃料タンク21に貯えられている燃
料を燃料ポンプ22が汲み出して燃料噴射ポンプ23に
供給する。プランジャバレル24内に供給された燃料は
プランジャ25に押され吐出弁26を開き図示しない噴
射管、燃料入口金物4から燃料弁40の針弁9の先端ま
での燃料通路を満たしている燃料に加圧して針弁9の先
端部に圧力が働く。
【0008】プランジャ25の前進にしたがって圧力が
針弁ばね11の力に勝つに至って針弁9を押し上げて針
弁を開き燃料弁40の先端にある燃料が噴射される。燃
料噴射ポンプ23の燃料吐出が止ると針弁ばね11の力
が燃料の圧力に勝って針弁9を押し戻して閉じ噴射が終
り、燃料弁40から燃料噴射ポンプ23の吐出弁26に
至る燃料通路及び管路は等圧弁27によってきまる残留
圧に保たれた燃料で満たされる。
【0009】燃料とともに水を噴射するときは燃料とと
もに水を燃料弁40に供給する。その仕方は水ポンプ2
9が水タンク28内の水を汲み出し水供給管30へ吐出
し水供給管30の圧力を等圧弁27の開弁圧力より高い
圧力に保つ。コントローラ33の制御により燃料噴射と
次の燃料噴射の間の定まった時期に定められた期間電磁
弁31が開く。
【0010】水管32及び燃料弁40内の水路は水で満
たされて居り電磁弁31が開くと、水供給管30の圧力
がノズルチップ内水路18に伝わり、ノズルチップ内燃
料油路の残留圧に勝ち等圧弁27の開弁圧にも勝って之
を開いて、燃料を押し戻し、水がノズルチップ内燃料油
路7へ浸入し電磁弁31が閉じると前記水の浸入が止
り、電磁弁31を通った体積の水が燃料油路の中へ混入
される。
【0011】前記燃料油中へ注入される水の量は電磁弁
31の開いている時間できめられる。前記注入された水
は次の燃料噴射のとき、燃料とともに或は之に押されて
噴口3から噴射される。ボール式逆止弁14は燃料噴射
圧による水の逆流を止め水路内の水はそのまま残る。注
入された水は残らず噴射されてしまうので燃料噴射ポン
プ23の吐出量がそのままでは水の体積分だけ燃料が減
るからコントローラ33はラック駆動装置34を制御し
て水の入った分だけラックを押し込んでプランジャ25
のストロークを増して燃料の噴射量を補正する。前記ラ
ックの位置を図3に示す。図3において縦軸はラック位
置、横軸はエンジン負荷である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし前記従来の技術
には次の欠点がある。水噴射運転中に水供給系統に異常
が生じ(水供給系の故障、噴射管内の残留圧力の変動
等)水の供給量が変動した場合でも、燃料噴射ポンプの
ラック位置は一定であるため水供給量の変動に応じて燃
料噴射量が変動する。即ち水供給量が減少した場合は燃
料噴射量が増大し、極端な場合には過負荷状態となり排
気ガスの性状悪化を招くだけでなく、エンジン自体が損
傷する場合がある。また逆に水供給量が増大した場合は
燃料噴射量が減少し出力が低下し、極端な場合はエンジ
ンが停止する。
【0013】本発明の目的は前記欠点を解消し水の供給
量が変動した場合でもサイクル毎にそれを検出し適正な
量の燃料が噴射されるようなディーゼル機関の燃料噴射
装置を提供するにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明に係るディーゼル
機関の燃料噴射装置は、等圧弁(27)を有する燃料噴
射ポンプ(23)と、噴射弁(40)内に設けられた水
通路(16)に水を供給する水ポンプ(29)と、該水
ポンプ(29)から送られる水供給量をメータリングす
る電磁弁(31)とよりなり、前記水の供給量を加算し
て燃料噴射ポンプ(23)のラック位置を設定し1個の
前記噴射弁(40)で燃料と水とを同時にシリンダ内に
噴射可能なものにおいて、前記噴射弁(40)のノズル
チップ内水通路(18)とノズルチップ内燃料油路
(7)との合流部(19)から該ノズルチップ内燃料油
路上流側の燃料油路壁に相対して抵抗体を用いた電極
(20)を設けるとともに該電極(20)に電圧を印加
して機関回転数、負荷に対する毎サイクルの抵抗値を検
知し、あらかじめその回転数、負荷に対して設定された
抵抗値と異る場合には、その状態に応じて燃料噴射ポン
プ(23)のラック位置と水供給の電磁弁作動時間を制
御するためのコントローラ(33)を設けたことを特徴
とする。
【0015】
【作用】本発明は水供給量がサイクル毎に変動した場合
その変動量を検知することができるとともに、燃料噴射
ポンプのラック位置の制御により前記水の変動分に相当
する燃料量を補正してシリンダ内へ噴射することがで
き、緊急時にも常に適正な量の燃料を供給することがで
きる。
【0016】
【実施例】本発明に係る実施例を図1〜4によって説明
する。図1は実施例の燃料噴射装置の構成図、図2は図
1のA部詳細図で本発明主要部の拡大図、図3は水噴射
時の負荷と燃料噴射ポンプのラック位置の関係を示す
図、図4は燃料噴射休止中の水供給時における燃料通路
側の水の液面位置と電極抵抗の出力値の関係を示す図で
ある。
【0017】図において、40は燃料弁、1は燃料弁本
体、2はノズルチップ、3は噴口、4は燃料入口金物で
何れも燃料弁の要素である。5は燃料弁内燃料油路、7
はノズルチップ内燃料油路、8は針弁サック部、9は針
弁、10は針弁ばね受、11は針弁ばねである。12は
針弁開弁圧調整金物で針弁ばね11の取付長を変える。
13は注水金物、16は燃料弁内水通路、14はボール
式逆止弁で燃料弁内水通路16に設けられている。15
は逆止弁ばね、18はノズルチップ内水通路である。
【0018】19はノズルチップ内燃料油路ノズル
チップ内水通路18との合流部で、ノズルチップの針
弁9の弁座の内側に設けられている。23は燃料噴射ポ
ンプで下部は図示していないがラックを備えている。2
1は燃料タンク、22は燃料供給ポンプで燃料タンク2
1と燃料噴射ポンプ23の間に設けられている。24は
プランジャバレル、25のプランジャでプランジャバレ
ル24に嵌合している。26は吐出弁、27は等圧弁で
いずれも燃料噴射ポンプ23の要素である。
【0019】燃料噴射ポンプ23の吐出口は図示しない
噴射管により燃料入口金物4に連結されている。28は
水タンク、29は水供給ポンプで水タンク28に連結さ
れている。30は水供給管で水ポンプ29の吐出口に連
結されている。31は電磁弁で水供給管30に連結され
ている。32は水管で電磁弁31を注水金物13に連結
している。
【0020】34はラック駆動装置で燃料噴射ポンプ2
3の図示しないラックを駆動する。33はコントローラ
で電磁弁31、ラック駆動装置34を制御する。図2に
示すように20は抵抗体を用いた電極でありノズルチッ
プ内燃料油路7と水通路18との合流部19のノズルチ
ップ内燃料油路7の上流側の燃料油路壁に相対して設け
られている。
【0021】前記実施例の作用を説明する。前記実施例
の公知の要素の作用の説明は省く。水噴射運転中何らか
の異常で水供給量が変動すると図3に示すように水供給
量の変動に応じて実質的な燃料噴射量が変動する。即ち
図3に於て破線がエンジン負荷に対する要求燃料噴射量
であるが、水注入量の変動により実際の燃料噴射量は2
点鎖線で挟まれる領域の変動が起る。
【0022】図4は燃料噴射休止中の水供給時における
ノズルチップ内燃料油路7内の水の液面位置と抵抗体を
用いた電極20間の出力の関係を示して居り、電極を抵
抗体で構成していることからこの出力から水面の位置即
ちサイクル毎の水の供給量を検出することができ、した
がって所定の水供給量からの変動を求めることができ
る。
【0023】この結果を基にコントローラ33にて電磁
弁31の作動時間を修正して水供給量を補正するととも
にラック駆動装置34を駆動して燃料噴射ポンプ23の
図示しないラック位置を制御することにより燃料噴射量
の補正を行うことにより緊急時にも負荷に応じた適正な
量の燃料をシリンダ内に噴射できる。
【0024】
【発明の効果】本発明は水噴射運転時に何らかの異常で
水供給量が所定の量から変動した場合でもサイクル毎に
それを検出して水供給量及び燃料噴射量を適正な量に制
御してシリンダ内に噴射することができるためエンジン
の損傷を防ぐとともに安定した良好なNOxの排ガス特
性と低燃費率特性を有した燃焼が得られる。よって本発
明は水の供給量が変動した場合でもサイクル毎にそれを
検出し適正な燃料が噴射されるディーゼル機関の燃料噴
射装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の燃料噴射装置の構成図。
【図2】図1におけるA部詳細図。
【図3】実施例の水噴射時のエンジン負荷と燃料噴射ポ
ンプラック位置の関係を示す図。
【図4】実施例のノズルチップ内水の液面位置と電極出
力の関係を示す図。
【図5】従来例の燃料噴射装置の構成図。
【符号の説明】
40…燃料弁、1…燃料弁本体、2…ノズルチップ、3
…噴口、4…燃料入口金物、5…燃料弁内燃料油路、7
…ノズルチップ内燃料油路、8…針弁サック部、9…針
弁、10…針弁ばね受、11…針弁ばね、12…針弁開
弁圧調整金物、13…注水金物、14…ボール式逆止
弁、15…逆止弁ばね、16…燃料弁内水通路、18…
ノズルチップ内水通路、19…ノズルチップ内燃料油路
と水通路との合流部、20…抵抗体を用いた電極、21
…燃料タンク、22…燃料供給ポンプ、23…燃料噴射
ポンプ、24…プランジャバレル、25…プランジャ、
26…吐出弁、27…等圧弁、28…水タンク、29…
水供給ポンプ、30…水供給管、31…電磁弁、32…
水管、33…コンローラ、34…ラック駆動装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−279666(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 43/00 F02M 43/02 F02M 43/04 F02M 25/022 F02M 19/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 等圧弁(27)を有する燃料噴射ポンプ
    (23)と、噴射弁(40)内に設けられた水通路(1
    6)に水を供給する水ポンプ(29)と、該水ポンプ
    (29)から送られる水供給量をメータリングする電磁
    弁(31)とよりなり、前記水の供給量を加算して燃料
    噴射ポンプ(23)のラック位置を設定し1個の前記噴
    射弁(40)で燃料と水とを同時にシリンダ内に噴射可
    能なものにおいて、前記噴射弁(40)のノズルチップ
    内水通路(18)とノズルチップ内燃料油路(7)との
    合流部(19)から該ノズルチップ内燃料油路上流側の
    燃料油路壁に相対して抵抗体を用いた電極(20)を設
    けるとともに該電極(20)に電圧を印加して機関回転
    数、負荷に対する毎サイクルの抵抗値を検知し、あらか
    じめその回転数、負荷に対して設定された抵抗値と異る
    場合には、その状態に応じて燃料噴射ポンプ(23)の
    ラック位置と水供給の電磁弁作動時間を制御するための
    コントローラ(33)を設けたことを特徴とするディー
    ゼル機関の燃料噴射装置。
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