JP3241133B2 - 二種流体噴射装置 - Google Patents

二種流体噴射装置

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JP3241133B2
JP3241133B2 JP34630192A JP34630192A JP3241133B2 JP 3241133 B2 JP3241133 B2 JP 3241133B2 JP 34630192 A JP34630192 A JP 34630192A JP 34630192 A JP34630192 A JP 34630192A JP 3241133 B2 JP3241133 B2 JP 3241133B2
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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、内燃機関、特にディー
ゼル機関に適用される二種流体噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4に従来の二種流体噴射装置を示す。
図において、1は燃料タンク、2は燃料用の給油ポン
プ、30は燃料噴射ポンプ、3は燃料噴射ポンプ本体、
4は同プランジャ、5は同バレル、6は同吐出弁、7は
逆止調圧弁、8は燃料噴射管、90は燃料噴射弁、9は
燃料噴射弁本体、10は噴孔、11は針弁、12は油溜
部、14は針弁用のばね、13は不活性物質用逆止弁、
15は同噴射管、16は同制御弁、17は同圧送管、1
8は同蓄圧ポンプ、19は不活性物質タンク、20は不
活性物質噴射量及び注入時期を制御するコントロール装
置を示す。この従来例においては、従来の燃料噴射系の
他に電子制御によって供給量を制御する不活性物質供給
系を有し、同一の噴孔10から、先ず少量の燃料が噴射
され、続いて不活性物質が、その後燃料が噴射されるよ
うないわゆる燃料と不活性物質の層状噴射が行われるよ
うになっている。
【0003】上記従来例の作用について説明する。不活
性物質タンク19内の不活性物質は蓄圧ポンプ18によ
り圧送されて管17を通り、制御弁16によって燃料噴
射の休止期間中に所定の量を噴射管15を介して燃料噴
射弁90に送り込まれる。この時燃料ポンプ3の逆止調
圧弁7の開弁圧PR に対し、不活性物質用の逆止弁13
の開弁圧PI はPI >PR としており、さらに針弁11
の開弁圧PO >PI >PR とすることにより、不活性物
質は逆止弁13を通り、燃料噴射弁本体9内に流入す
る。これにより燃料噴射弁本体9内の燃料通路内の燃料
は、油溜部12の部分を残し燃料噴射ポンプ30の方向
へ押し戻され、逆止調圧弁7を押し開いてプランジャ室
21に逆流する。
【0004】従って、この状態では燃料噴射弁9内の燃
料通路は、油溜部12から燃料ポンプ側に所定量の不活
性物質で、またそれより燃料ポンプ側の通路及び噴射管
は燃料で満たされている。この後、所定の時期に燃料噴
射ポンプ30のプランジャ4が上昇する。これにより吐
出弁が開き、燃料の送油が始まると圧力波は噴射管8
を通って燃料噴射弁90に到達し、針弁11を押上げ噴
孔10からの噴射が始まる。この時、油溜部12の極少
量の燃料がまず噴射され、さらに燃料通路にためられて
いた不活性物質が噴射され引き続いて燃料が噴射される
ことになる。
【0005】このような不活性物質と燃料との同時噴射
においては、最初の少量の燃料により着火が確保される
と共に、例えば水などの不活性物質により燃焼領域の温
度が直接下げられ、かつまた不活性物質の運動エネルギ
により燃料噴霧内での乱れが増して燃料と空気の混合が
良好となり、これらによってNOx 、Smoke 等の排ガス成
分が低く、燃焼期間の短い、低公害高効率燃焼が得られ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものには次のような欠点がある。即ち、不活性物質
の噴射量を増せば増すほど、燃焼領域の温度は低下し、
また乱れ強度が高くなるため、排ガスの低減、燃料と空
気の混合促進には有利となるが、あまり増大し過ぎる
と、最初の少量の燃料噴射で着火が始まるとはいえ、火
炎が不活性物質により吹き消され、また後の噴射燃料の
燃焼も抑制されるため、着火及び燃焼自体が不安定とな
り未燃分の増大、燃焼効率の低下など、エンジンの排ガ
ス、性能の低下を招くことになる。
【0007】通常、不活性物質としては水を用いている
が、その混入割合は、無過給エンジンでは燃料との重量
比で約50%、過給エンジンでも約80%が限界であ
る。さらに現実のディーゼル燃焼では、燃焼が進むにつ
れてシリンダ内の酸素量、酸素濃度が低下するため、特
に噴射後期、あるいは燃焼後期ほど燃料と空気の混合を
高める必要があるが、従来の装置では噴射の初期に全て
の不活性物質を噴射するため、噴射後期あるいは燃焼後
期には不活性物質の運動エネルギは減衰してしまい、不
活性物質の噴射による混合促進の効果が、最も必要とし
ている燃焼後期に十分得ることが困難である。
【0008】またNOx低減の点からは燃焼領域の温度
を低下させることが必要であるが、燃焼が進むにつれて
シリンダ内の圧力が上昇すると共にそれにつれて全体の
平均温度が上昇するため、燃料噴射後期に噴射された燃
料ほどその燃焼時の温度は加速度的に高くなる。従っ
て、燃料噴射後期に噴射された燃料の分散領域ほど不活
性物質の分散量を多くし、温度低減の効果を高めること
が重要となるが、従来の装置では上述のような噴射であ
るため、温度低減効果についても十分得ることが困難で
ある。
【0009】本発明の目的は、このような燃料と不活性
物質の同時噴射方式において、不活性物質の量を増した
場合にも安定な着火、燃焼を得るとともに、必要な時
期、必要な空間に必要な量の不活性物質を供給すること
により大幅な排ガス低減と燃焼効率の向上を得ることを
目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、一つの燃料噴射弁内に、燃料及び水などの
不活性物質の通路を設け、該燃料噴射弁から、燃料と不
活性物質を直接シリンダ内に噴射する内燃機関の燃料噴
射装置において、燃料の通路から分岐されて、一方を燃
料噴射弁の不活性物質の通路に合流させ、かつ該通路
に、複数段のばねを有しリフトが大きいほど通路面積が
大きくなる自動弁式面積制御絞り弁を設けたことを特徴
とする。
【0011】
【作用】燃料通路を分岐して不活性物質の通路と連通さ
せることにより、燃料噴射ポンプからの圧力波は燃料弁
内の燃料通路だけでなく不活性物質の通路にも伝わり、
燃料と不活性物質は燃料噴射の期間中に同時に押し出さ
れ、油溜部で混合しながら燃料弁噴孔から噴射される。
この時、不活性物質の通路につながる燃料通路に設けた
燃料噴射圧力により開閉する複数段のばねを有する自動
弁式面積制御絞り弁により、噴射初期は該通路の面積が
自動的に絞られ、噴射圧力が上昇するにしたがって該通
路の面積が大きくなる。
【0012】従って燃料噴射の後期ほど不活性物質の通
路側の流量を多くする、即ち不活性物質の噴射量割合を
多くする作用をなす。ここで、最初の燃料に続く不活性
の噴射量は、燃料弁への不活性物質の注入口の位置
の設定によりコントロールできる。
【0013】
【実施例】以下図1ないし図3を参照して本発明の1実
施例につき説明すると、1は軽油等の燃料が収容される
燃料タンク、2は給油ポンプ、30は燃料噴射ポンプ、
3は燃料噴射ポンプ本体、4はプランジャ、5はバレ
ル、6は吐出弁、7は逆止調圧弁、8は燃料噴射管、9
0は燃料噴射弁、9は燃料噴射弁本体、91は燃料通
路、10は噴孔、11は針弁、12は油溜部である。
【0014】また、19は水等の不活性物質が収容され
る不活性物質タンク、18は同蓄圧ポンプ、17は同圧
送管、16は制御弁、20は該制御弁16に制御信号を
送って不活性物質の噴射量及び注入時期を制御するコン
トロール装置、13は不活性物質用逆止弁、14は針弁
ばね、15は不活性物質の供給管、92は不活性物質通
路である。
【0015】以上の構成及び作用は従来のものと同様で
ある。21は上記燃料噴射管8から分岐され燃料噴射弁
90の不活性物質通路92の油溜部12よりも上流側部
位に接続される分岐噴射管、22は該噴射管路21中に
設けられた自動弁式面積制御絞り弁である。
【0016】第2図に上記絞り弁22の1例を示す。こ
の場合はニードル弁を用いた形式で、27は弁本体、2
6は分岐噴射管路21の面積を制御するニードル弁、2
3、24、25はばねである。
【0017】41、42はばね受、44は調整ねじ、4
3はばね用のリテーナである。上記面積絞り弁22は複
数段のばね23、24、25にてニードル弁26を押圧
することにより、ニードル弁26の開弁圧を複数段に変
えられるようになっている。上記ニードル弁26の第1
段目の開弁圧は、分岐噴射管21内の絞り弁22と燃料
噴射弁90の間に加わる不活性物質の供給圧力により自
動的に開弁するような開弁圧に設定されている。
【0018】以上のように構成された噴射装置におい
て、燃料噴射休止期間中に制御弁16によって燃料弁内
に供給された不活性物質は燃料噴射弁の針弁11側と分
岐噴射管21側へ流入する。噴射管8、21内及び燃料
噴射弁90内の燃料通路91内にあった燃料は、この
時、従来のものと同様に、燃料噴射ポンプ3側に押し戻
される。これにより、注入された不活性物質は、一部油
溜部12から上方の燃料通路91に溜り、また、上記の
ようなニードル弁26の第1段目の開弁圧設定により
岐噴射管21側の燃料通路にも溜った状態となる。
【0019】ここで燃料噴射ポンプ3からの燃料の圧送
が始まると、その圧力波は両方の噴射管8、21を通っ
て燃料噴射弁90内に達し、油溜部12の燃料を押し出
すと共に、燃料側及び不活性物質注入側の両方の通路内
の燃料と不活性物質を同時に押し出し、油溜部12で混
合しながら噴孔10より噴射される。この時、分岐噴射
管21に設けた面積絞り弁22は複数段のばね23〜2
5を備えたことにより複数段の開弁圧力を有しているた
め、燃料噴射初期の噴射圧力が低いときにはリフトが小
さく開口面積が小さいが、噴射圧力が高くなるに応じて
リフトが大きくなり開口面積が大きくなる。
【0020】また、ばね23〜25のばね定数を適当に
設定することにより、噴射圧力が低下し始めても弁リフ
トを一定期間高く維持しておくことが可能である。従っ
て、燃料噴射後期ほど不活性物質側に通ずる分岐噴射管
21の通路面積が大きくなり、燃料噴射初期は不活性物
質の噴射量が相対的に少なく、噴射後期ほど不活性物質
の噴射量が相対的に多くなる。
【0021】一方最初の燃料側の通に溜った不活性物質
の噴射が終了するまでは両通路からは不活性物質した流
れ出ないため、不活性物質が噴射されるが、その後は燃
料と不活性物質の混合流体が上記のようにその割合を変
えながら噴射されることになる。この時間的経過を従来
の噴射状態と比較して図3に示している。
【0022】初期の不活性物質のみ噴射する時期の不活
性物質の噴射量は、燃料噴射弁への不活性物質の注入口
の位置の設定によりコントロールすることができるが、
図3に示すように、従来不活性物質を燃料噴射の途中の
時期に集中して噴射することにより燃料の噴射が途切
れ、不活性物質の噴射量を増せば増すほどその途切れの
時間が延びていたのに対し、本発明の構成とすることに
より、全体の不活性物質の噴射量を増大させた場合にも
燃料噴射の途切れる時間を適正な範囲に保ったままで、
燃料を噴射しながら不活性物質を噴射、しかも時間的な
噴射量を変化させ、噴射後期ほど不活性物質の噴射量割
合を多くすることができる。また不活性物質のみを噴射
する期間についても幾何学的な設定によりコントロール
可能である。
【0023】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、燃料を噴射しながら所定量の不活性物質の噴射が可
能であり、かつ噴射初期の不活性物質の噴射量低減と燃
料領域の温度低減、及び酸素量、酸素濃度の低下した時
点での混合促進の観点からの噴射後期の不活性物質の噴
射量増大、の不活性物質の噴射量の時間的コントロール
が可能となる。
【0024】これにより、従来装置では問題であった全
体の不活性物質の噴射量を増した場合の着火、燃焼の不
安定を解消し安全な燃焼が維持できると共に、燃料噴射
後期に不活性物質の噴射量を多くすることにより、最も
問題である燃料噴射後期に噴射された燃料の分散領域の
火災温度の大幅な低減と燃料と空気の大幅な混合促進が
はかれ、不活性物質投入の効果が効率よく得られ、これ
までにない極低NOx 、低Smoke 、高効率の良好な燃焼が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係わる燃料噴射装置の構
成図。
【図2】本発明の第1実施例に係わる自動弁式面積制御
絞り弁の断面図。
【図3】本発明による燃料と不活性物質の噴射の時間的
経過の説明用線図。
【図4】従来の燃料噴射装置を示す図1応当図。
【符号の説明】
1 燃料タンク 2 燃料給油ポンプ 30 燃料噴射ポンプ 3 燃料噴射ポンプ本体 4 プランジャ 5 バレル 6 吐出弁 7 逆止調圧弁 8 燃料噴射管 90 燃料噴射弁 9 燃料噴射弁本体 10 噴孔 11 針弁 12 油溜部 14 ばね 13 不活性物質用逆止弁 15 不活性物質噴射管 16 制御弁 17 不活性物質圧送管 18 蓄圧ポンプ 19 不活性物質タンク 20 コントロール装置 21 分岐噴射管 22 自動弁式面積制御絞り弁 23、24、25 ばね 26 ニードル弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−140467(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02M 43/00 F02M 43/02 F02M 43/04 F02D 19/12 F02M 25/022

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1個の燃料噴射弁内に、燃料及び水等の
    不活性物質の通路を設け、該噴射弁から燃料と不活性物
    質とを直接シリンダ内に噴射する二種流体噴射装置にお
    いて、燃料噴射ポンプからの燃料噴射管路より分岐して
    燃料噴射弁の不活性物質通路に接続される分岐通路と、
    該分岐通路中に設けられ、ニードル弁と該ニードル弁を
    押圧する複数のばねとによって前記分岐通路の流路面積
    を自動調整する自動弁式面積制御絞り弁とを備えたこと
    を特徴とする二種流体噴射装置。
JP34630192A 1992-12-25 1992-12-25 二種流体噴射装置 Expired - Lifetime JP3241133B2 (ja)

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DE19715785C2 (de) 1997-04-16 1999-12-09 Mtu Friedrichshafen Gmbh Kraftstoffinjektor für eine Brennkraftmaschine für Kraftstoff/Emulsionsbetrieb
KR100402722B1 (ko) * 2000-09-22 2003-10-23 올림피아공업 주식회사 오일 버너용 노 드롭 밸브 및 오일 공급 시스템

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