JP3308551B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

燃料噴射装置

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JP3308551B2 JP55110399A JP55110399A JP3308551B2 JP 3308551 B2 JP3308551 B2 JP 3308551B2 JP 55110399 A JP55110399 A JP 55110399A JP 55110399 A JP55110399 A JP 55110399A JP 3308551 B2 JP3308551 B2 JP 3308551B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関、特に大型２サイクルディーゼル
エンジンにおける燃料噴射装置に関するものである。こ
の燃料噴射装置は、対応する燃焼室内に突出して、前記
燃焼室の軸線に対して偏心して配置されたノズルヘッド
を備え、前記ノズルヘッドは、燃料を通すことが可能な
一端が閉塞されたボアホールを備えており、該ボアホー
ルは、自身から延びた複数のノズル孔を有し、前記複数
のノズル孔は、前記一端が閉塞されたボアホール内に配
置された摺動部材によって制御可能あるいは制御不可能
となり、前記摺動部材は、好ましくは、戻し装置の作用
に抗する燃料の圧力によって軸方向に摺動可能なもので
あり、前記複数のノズル孔は、共通の噴射ジェットを作
り出すために、一端が閉塞されたボアホール周辺領域に
面しかつ一端が閉塞されたボアホールの軸線に対して略
同じ高さに配置されたボアホール列として配列され、噴
射ジェットの発散角度を鋭角とするように、前記ボアホ
ール列の少なくとも外側のノズル孔の軸線を、前記一端
が閉塞されたボアホールの軸線を中心とした半径方向に
おいて内側に傾けてなるものである。
このタイプの燃料噴射装置は、欧州特許第0 606 371
号公報から周知である。排気バルブがシリンダヘッドに
設けられた大型２サイクルディーゼルエンジンの場合に
おいて、通常、燃料噴射装置は、燃焼室の周辺部領域に
配置される必要がある。ノズルヘッドの一側から出る主
噴射方向が生じるように、ノズルヘッドのノズル孔は配
置されている。噴射ジェットが大きく横方向へ分散する
のを防止するように、一端が閉塞されたボアホールの軸
線に対してノズル孔は半径方向に配置されておらず、そ
の代わりに主噴射方向に向けて配置されている。この結
果、ノズル孔の長さが異なり、かつ各ノズル孔の長さは
各ボアホールの周方向に対する位置によって変化するこ
とになる。同時に、ノズル孔の内側端の領域におけるマ
ージンアングルに大きな変化をもたらすものである。し
たがって、各ノズル孔への進入状態が大きく変わり、そ
れゆえに処理のスピードおよび量が変化する。特に、並
んで配置された複数のノズル孔を備えるボアホール列の
外側ノズル孔の領域において、各ボアホールの周囲を横
切る壁の長さが大きく異なるために、状態が特に好まし
くない。特に、より外側の側面領域で大きくなる壁の摩
擦によって、特に不安定な噴射流が生じて、噴射ジェッ
トが少量の空気しか伴わない結果となってしまう。これ
は不完全な混合比となって、それによって不完全燃焼が
燃料消費量を増加させかつ環境汚染物質の放出を増加さ
せる原因となっている。
したがって、以上のことに基づいて、冒頭に述べたタ
イプの装置を、簡単で費用効率の高い方法を使って、良
好な燃焼およびそれによる低燃費と低汚染物質排出が実
現可能なものに改善することが本発明の目的である。
本発明によれば、この目的は、少なくともいくつかの
ノズル孔を一端が閉塞されたボアホールから延びた入口
チャンバと結合し、該入口チャンバの内径をノズル孔の
直径よりも大きくしかつ前記入口チャンバは、ボアホー
ル列の全ノズル孔がその長さにおいて少なくとも同じで
あるように形成することによって達成される。
これらの方策は、全てのノズル孔の条件をほぼ同じも
のとし、燃料の進入を妨げないものとする。したがっ
て、これらの入口チャンバによって、ケース長さが各ノ
ズル孔の終端まで変化しないようにできれば有利であ
る。同様に、全ノズル孔に対してボアホールの略等しい
長さが達成され得る。したがって、本発明による手段に
よれば、壁の摩擦および噴射流量を均一にするという有
利な効果が得られ、結局、安定した噴射ジェットを得る
ことができる。特に、ボアホール列の外側ノズル孔の領
域での噴射流が安定するので、噴射ジェットによって比
較的多量の空気の移送が確実なものとされる。これによ
り良好な混合比構成、すなわち良好な燃焼が予想される
ので、結果として低燃費と低汚染物質排出を実現でき、
かつエンジンの汚れも少なくすることができる。したが
って、本発明による方策は、冒頭に述べた問題点を完全
に解決するものである。
総括的な方策のさらに有利な実施形態および有効な改
善は従属項に記載している。入口チャンバがボアホール
列の外側ノズル孔に設けられていれば効果的である。ボ
アホール列の外側ノズル孔の領域では、最も大きな効果
が本発明による入口チャンバによって達成され得る。な
ぜならいままで、外側ノズル孔のこの領域に最も不安定
な混合流が発生していたからである。
第１の有利な実施形態によれば、入口チャンバは、ノ
ズルヘッドに、断面半球形状の凹部として形成されてい
る。これら半球形状の凹部は、ノズル孔の全周にわたっ
て同一のマージンアングルで形成するのが好ましい。半
球形の凹部の中心を、対応するノズル孔の軸線と一致す
るように、すなわち前記ノズル孔が、対応する入口チャ
ンバの中心に位置するように配置すれば効果的である。
入口チャンバをノズルヘッドの半球形の凹部として形
作ることにより、ノズルヘッドの強度を過度に落とすこ
となく、それぞれの入口チャンバを各ノズル孔と簡単な
方法で結合させることができる。
摺動部材に対してガイドステーとして作用可能な間隔
保持ステーを二つの隣接する凹部領域に形成し、これに
より摩損から前記摺動部材を守るように、半球形の凹部
を配置することもできる、というさらなる有利点もあ
る。
総括的な手段の別の有利な実施形態では、入口チャン
バは、ノズルヘッド内でリングセグメント形状の凹部と
して形成されている。これは、特に製造を経済的に行う
上で役立つ。さらに、この実施形態は、ノズル孔と結合
された入口チャンバとの間の遷移領域におけるマージン
アングルを比較的簡単に90度とすることができる。
ノズル孔のうちの中間群のものは、ノズルヘッド強度
を極端に低下させることなく、共通の入口チャンバに結
合され得るというさらなる有利点がある。
総括的手法を改良したものとして、段付きの型抜き部
によって好適に形成された、断面形状で段付き形状拡大
部が、ノズル孔の外側端部に設けられたものがある。こ
れによって、各ノズル孔の外側端部を囲む面が垂直軸線
に沿って形成されるという好ましい結果が得られる。こ
れは、噴流に対する干渉を避けることによって、安定し
た噴流が空気の移送を促進することを確実なものとして
いる。このように、以上説明した手段は、既に述べた本
発明の基本的な有利点を補強するものである。
総括的手段のさらなる有利な実施形態および効果的な
改良は、従属請求項に記載しており、また以下の図面に
基づいて代表的な実施形態を詳細に述べている。
図１は、大型２サイクルディーゼルエンジンの、本発
明による燃料噴射装置の断面図； 図２は、半球形の入口チャンバを備えた実施形態の、
大型２サイクルディーゼルエンジンの燃料噴射装置のノ
ズルヘッドのノズル孔領域における水平断面図； 図３は、図２の燃料噴射装置のノズルヘッドにリング
セグメント形状の入口チャンバを備えた一例の図； 図４は、図３のIV−IV線矢視断面図である。
大型２サイクルディーゼルエンジンの主な構成および
作用は本質的に周知であるので、発明の背景のさらなる
説明は行わない。
図１に示す燃料噴射装置は、下部にテーパ部を有する
円筒形の外側ケース２と、一端が閉塞されたボアホール
３を有するノズルヘッド４と、を備えている。前記ノズ
ルヘッド４の上部フランジは、外側ケース２の下部カラ
ーによって支持されている。ノズルヘッド４の上端は、
外側ケース２に収容されたガイドブッシュ５に連結され
ている。このガイドブッシュ５は、ノズルヘッド４の一
端が閉塞されたボアホール３に対して同軸的に配置され
ている。前記ボアホール内には、段付き形状のスロート
が設けられている。バルブシート７のような形状をした
スロートは、ガイドブッシュ５内に配置された軸９から
突き出るバルブ本体８と当接する。バルブ本体８の直径
が軸９の直径よりも小さいのは、バルブ本体８を取り囲
みかつボアホール６の一部を形成するリングスペース10
が設けられているからである。
軸９は、燃料ラインに接続された中央ボアホール11と
接続されており、この中央ボアホール11を介して燃料が
通されるのを可能としている。前記ボアホール11は、プ
ランジ（plunge）ボアホール12を介してリングスペース
10と連通されている。バルブ本体８は、軸９と相互作用
するリターンスプリング（図示せず）の作用によってシ
ールシート７に押しつけられている。リングスペース10
内の燃料の圧力が増加するにしたがって、バルブ本体８
は当接していたシールシート７から持ち上げられる。そ
の結果、リングスペース10とノズルヘッド４の一端が閉
塞されたボアホール３とが連通可能となり、燃料が流れ
るようになる。
ノズルヘッド４の下部には、だいたい同じ高さに並ん
で配置された複数のノズル孔13が一端が閉塞されたボア
ホール３の長手軸線に対して直交するように一列に並ん
で設けられている。燃料は、前記ノズル孔13を通って対
応する燃焼室内に噴射可能とされている。バルブ本体８
によって制御された通路を閉じた後に、燃料がノズル孔
13から出ないようにするため、ロッド14によってバルブ
本体８に連結されたリング形状を有する摺動部材15が一
端が閉塞されたボアホール３内に設けられている。バル
ブ本体８が当接していたバルブシート７から持ち上げら
れる場合に、ノズル孔13が開くようにノズル孔13を行程
超過するコントロールエッジを形成する前記摺動部材15
の下端が配置されている。そして、バルブ本体８がバル
ブシート７にのっているとき、ノズル孔13は閉まってい
る。図１はその閉まっている状態を示す。
必要な量の燃料が噴射可能とされるために、複数のノ
ズル孔13が図２および図３に示すように設けられてい
る。これらノズル孔13は、一端が閉塞されたボアホール
３の長手軸線方向に関して略同じ高さで、かつ互いに片
寄って配置されている。ノズル孔13は、垂直軸線に沿っ
て、あるいは図４に示すように、外側方向にわずかに傾
けて配置することができる。ノズル孔13によって共通に
作り出された噴射流はあまり分散されるべきではないの
で、ノズル孔13は、一端が閉塞されたボアホール３の長
手軸線に関して半径方向には配置されておらず、半径方
向に対して主噴射方向に向けられることになり、結果的
に分散角あるいは散乱角は小さくなる。
ノズル孔13がその断面積において変化することなく一
端が閉塞されたボアホール３に通じている場合、個々の
ノズル孔13に対する、また個々のノズル孔13内の流入特
性は非常に大きく異なるものとなる。特に、４つ並んだ
ノズル孔13を備えるボアホール列における外側２つのノ
ズル孔13は、内側ノズル孔13よりもかなり長い。また結
果として異なる長さがノズル孔の外側領域にも生じる。
これらの状態は、燃焼不良、すなわち高燃料消費量およ
び高汚染物質排出等の結果を引き起こす。これを避ける
ため、一端が閉塞されたボアホール３から延びる入口チ
ャンバ16は、前記ノズル孔13と連通されている。前記入
口チャンバ16の内径は、ノズル孔13の内径よりも大き
い。
図２の実施形態において、ノズルヘッド４の半球形の
凹部17は、一端が閉塞されたボアホール３から延びる上
記入口チャンバを形成するために設けられている。半球
形の凹部17は、EDM（放電加工）工程に従って操作する
装置による電解材料除去によって簡単に作ることができ
る。ノズル孔13自体は、レーザー光線によって簡単に開
けられる。
入口チャンバを形成する半球形の凹部17は、この凹部
17の中心が結合されたノズル孔13の軸線上に位置するよ
うに配置されている。このように、結合された入口チャ
ンバに対してノズル孔13の中心がある。そのようなセン
タリングによって、入口チャンバとノズル孔13との間の
遷移領域においてマージンアングルが、図２の位置18で
示すように、ボアホール全直径にわたってほぼ同じに維
持されるものとなる。
関連づけられた半球形の凹部17の隣接するノズル孔13
は、ステー19が二つの隣接する半球形の凹部17の間を保
つように寸法決めされている。前記ステー19は、リング
形状の摺動部材15に対してガイドステーとして作用可能
となっている。それにより、前記リング形状の摺動部材
15はまた、入口チャンバの領域で確実に支持可能であ
り、有利な寿命を達成することができる。
特別な場合においては、入口チャンバ16は２つの外側
ノズル孔13のみに設けられていれば十分である。図２を
基本とする好ましい実施の形態においては、半球形の凹
部17によって形成された入口チャンバは、全てのノズル
孔13と結合されている。これにより、特に良好な燃焼状
態、すなわち特に好適な燃料消費が期待できる。
図３に示す実施の形態において、ノズルヘッド４のリ
ングセグメント形状の凹部20として改良された入口チャ
ンバ４は、各ノズル孔13に対して形成されている。リン
グセグメント形状の凹部20の半径は、入口チャンバとノ
ズル孔13との間の遷移領域において、図３の符号21に示
すように、マージンアングルがほぼ90゜となるようにそ
れぞれのノズル孔13に適合されている。
全てのノズル孔13に対して、リングセグメント20によ
って形成されたリングセグメント自身の入口チャンバを
配置することも考えられる。図示した例では、一つのリ
ングセグメント20によって形成された一つの共通の入口
チャンバが、二つの中央ノズル孔13と結合されている。
このリングセグメント20は、リング溝の断面と一致し、
ノズルヘッド４の一端が閉塞されたボアホール３の軸線
と同軸である。このリングセグメント20は、二つの外側
ノズル孔13に関連した、より小さい半径を有したリング
セグメント20が隣接している。
これらの外側リングセグメント20は、それらの中心が
それぞれ対応するノズル孔13の軸線上に位置するように
配置されている。すなわち、対応する入口チャンバに対
してセンタリングされている。これは、全てのボアホー
ル直径への流入特性が均一となるのに寄与している。二
つの中央ノズル孔13と結合されたリングセグメント20の
中央は、二つの結合されたノズル孔13の二つの軸線の間
の領域に位置している。
図３および図４に示した例では、ノズル孔13の外側端
部領域に、ノズル孔13よりも大きい直径を有する型抜き
部22が設けられている。前記型抜き部22は、リング領域
23で段付きの断面拡大形状を有し、ボアホールの軸線上
に位置し、ボアホールの端部を取り囲んでいる。型抜き
部22は、ノズル孔13から出る噴射がいかなる干渉をも受
けないことを確実なものとしている。
もちろん、図２による実施形態にも、上述したタイプ
の型抜き部を設けることは、考え得ることである。
以上、本発明の二つの実施形態について詳しく述べた
が、本発明はこれらのものに限定されるものではない。
したがって、ノズル孔13の部分と半球形の凹部17によっ
て形成された入口チャンバを結合させたり、ノズル孔13
の別の部分と一つあるいは複数のリングセグメント形状
の凹部20によって形成された入口チャンバを結合させる
ことは、考え得るものである。たとえば、外側ノズル孔
13は、半球形の凹部17によって形成された入口チャンバ
と結合され、かつ内側ノズル孔13は、リングセグメント
形状の凹部20によって形成された共通の入口チャンバと
結合されたものが挙げられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−54330（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−67459（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−152176（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 61/06 F02M 61/12 F02M 61/18 320 F02M 61/18 330

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関、特に大型２サイクルディーゼル
    エンジンにおける燃料噴射装置であって、 対応する燃焼室内に突出して、前記燃焼室の軸線に対し
    て偏心して配置されたノズルヘッド（４）を備え、 前記ノズルヘッド（４）は、燃料を通すことが可能な一
    端が閉塞されたボアホール（３）を備えており、該ボア
    ホール（３）は、自身から延びた複数のノズル孔（13）
    を有し、 前記複数のノズル孔（13）は、前記一端が閉塞されたボ
    アホール（３）内に配置された摺動部材（15）によって
    制御可能あるいは制御不可能となり、 前記摺動部材（15）は、好ましくは、戻し装置の作用に
    抗する燃料の圧力によって軸方向に摺動可能なものであ
    り、 前記複数のノズル孔（13）は、共通の噴射ジェットを作
    り出すために、一端が閉塞されたボアホール（３）周辺
    領域に面しかつ一端が閉塞されたボアホール（３）の軸
    線に対して略同じ高さに配置されたボアホール列として
    配列され、 噴射ジェットの発散角度を鋭角とするように、前記ボア
    ホール列の少なくとも外側のノズル孔（13）の軸線を、
    前記一端が閉塞されたボアホール（３）の軸線を中心と
    した半径方向において内側に傾けてなるものにおいて、 前記複数のノズル孔（13）の少なくとも一部は、前記一
    端が閉塞されたボアホール（３）から延びた各入口チャ
    ンバ（16）と結合されており、 前記各入口チャンバ（16）の内径は、前記複数のノズル
    孔（13）の直径よりも大きく、かつ前記入口チャンバ
    （16）の少なくとも一部は、ノズルヘッド（４）のリン
    グセグメント形状の凹部（20）として形成され、該凹部
    （20）は、前記ボアホール列の全てのノズル孔が少なく
    とも長さにおいて同じになるように異なる直径を有して
    いることを特徴とする燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】前記複数のノズル孔（13）のケース長さ
    は、本質的に不変の終端長さとされることを特徴とする
    請求項１に記載の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】全てのノズル孔の長さは、本質的に同一で
    あることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴
    射装置。
  4. 【請求項４】入口チャンバ（16）は、ノズル孔列の少な
    くとも外側のノズル孔（13）と結合されていることを特
    徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴
    射装置。
  5. 【請求項５】前記入口チャンバの少なくとも一部は、前
    記ノズルヘッド（４）に断面略半球形状の凹部（17）と
    して形成されていることを特徴とする請求項１から４の
    いずれか一項に記載の燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】半球形の凹部（17）として形成された入口
    チャンバは、各ノズル孔（13）と結合されていることを
    特徴とする請求項５に記載の燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】入口チャンバを形成する各半球形の凹部
    （17）の中心は、対応する各ノズル孔（13）の軸線上に
    設けられていることを特徴とする請求項５または６に記
    載の燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】ガイドステー（19）が、半球形の凹部（1
    7）によって形成された隣接する入口チャンバの間に設
    けられていることを特徴とする請求項５から７のいずれ
    か一項に記載の燃料噴射装置。
  9. 【請求項９】複数のノズル孔（13）のうちそれらの中間
    部に位置するノズル孔（13）の群は、リングセグメント
    形状の凹部（20）によって形成された共通の入口チャン
    バと結合されていることを特徴とする請求項１に記載の
    燃料噴射装置。
  10. 【請求項１０】ノズル孔（13）と結合されて入口チャン
    バを形成するリングセグメント形状の凹部（20）の中心
    は、個々に対応するノズル孔（13）の軸線上に配置され
    ていることを特徴とする請求項１または９に記載の燃料
    噴射装置。
  11. 【請求項１１】前記各ノズル孔（13）の側壁と対応する
    各入口チャンバとは、少なくとも約90゜の角度をなすこ
    とを特徴とする請求項１から10のいずれか一項に記載の
    燃料噴射装置。
  12. 【請求項１２】前記ノズル孔（13）の外側端部には、型
    抜き部（22）によって形成された段付きの断面拡大形状
    が設けられていることを特徴とする請求項１から11のい
    ずれか一項に記載の燃料噴射装置。
  13. 【請求項１３】前記型抜き部（22）は、対応したノズル
    孔（13）に対する垂直線に沿って形成された内側境界表
    面（23）を備えることを特徴とする請求項12に記載の燃
    料噴射装置。
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