JP3779250B2 - Ｄｍｅ燃料用燃料噴射ノズル、該ｄｍｅ燃料用燃料噴射ノズルを備えたディーゼルエンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）を燃料としたディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽油を燃料とした従来のディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルは、例えば、図９に示したようなニードルバルブ２を備え、図１０に示したように、燃料噴射ノズル１は、ニードルバルブ２の先端部２１の外周面がバルブシート部３３に着座した状態でノズル本体３の燃料噴射口３１への軽油燃料の連通が遮断されて閉弁状態となる（例えば、特許文献１参照）。ニードルバルブ２の先端部２１は、シャフト径Ｌ１と、バルブシート部３３に当接するシート部２１１のシート径Ｌ２との比が、シート径Ｌ２／シャフト径Ｌ１＝０．６０〜０．７５となる形状を成している。また、シート径Ｌ２と、ニードルバルブ２のフルリフト時の最小流路面積を規定するセンター径Ｌ３との比が、センター径／シート径＝０．３５〜０．６０となる形状を成している。燃料噴射ノズル１は、図１１に示したように、ニードルバルブ２が符号Ｂで示した方向にリフトして、ニードルバルブ２の先端部２１がバルブシート部３３から離間して生じた空間によって流路が構成されて開弁状態となる。ニードルバルブ２は、符号Ｄで示したリフト量上昇してフルリフト状態となったときの最小流路面積ｄがセンター径Ｌ３によって最適な流路面積となるように規定されている。
【０００３】
そして、図示していないインジェクションポンプやコモンレール等から供給される高圧な軽油燃料がバルブシート部３３の内部に流入して燃料噴射孔３１から符号Ｃで示したようにディーゼルエンジンの燃焼室内へ霧状に噴射される。燃焼室内へ噴射された高圧な軽油燃料は、高温、高圧な空気と混合されることによる自然着火によって燃焼する。
【０００４】
このように、ディーゼルエンジンの燃焼は、高温、高圧の空気中に燃料を霧状に噴射し、空気と燃料の混合による自然着火によって行われるが、このディーゼルエンジンによる大気汚染が近年問題となっており、その大気汚染対策として、軽油の代わりに排気がクリーンなＤＭＥを燃料とするものが注目されている。ＤＭＥ燃料は、セタン価が高く圧縮着火が可能なのでディーゼルエンジンの燃料として使用することが可能である。また、排出ガス中にスモークやＳＯｘが全く出ないので、人体に無害であり、オゾン層の破壊、温室効果への影響も皆無である。さらに、石油以外の多様な原料から比較的容易に合成することができるので、軽油並みの低価格で大量生産することができる。
【０００５】
したがって、排ガスによる環境問題、石油資源の枯渇、不測の石油危機に備えた燃料多様化の必要性等の社会的要請から、軽油を燃料とした既存のディーゼルエンジン車両が法規制によって走行、保有を禁止されることは、近い将来現実のものとなる可能性が高く、また現時点おいて、ＤＭＥ以外の軽油に変わるディーゼルエンジンの代替燃料としてＤＭＥに勝るメリットを有するものが無く、ＤＭＥ燃料のディーゼルエンジンシステムの開発が進んだ今、ディーゼルエンジンの燃料が軽油からＤＭＥに取って代わるのは、そう遠い将来のことではなくなってきていると言える。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１３５７６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したようにＤＭＥは、ディーゼルエンジンの燃料として多くのメリットを有しているが、軽油と比較して同じ量の燃料から得られるエネルギーが小さいので、軽油と同量の燃料噴射量においては、軽油よりエンジン出力が小さくなってしまう。そのため、軽油を燃料とした従来のディーゼルエンジンを、そのままＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンとして使用することはできない。最初からＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンを設計、製造する場合には、ＤＭＥ燃料で所定のエンジン出力が得られるように燃料噴射量を設定すれば良いが、軽油を燃料とした既存のディーゼルエンジン車両においては、搭載されているディーゼルエンジンを丸ごとＤＭＥ燃料のディーゼルエンジンに交換しなければならないとすると、非常に多大なコスト、労力、及び時間を要することになり、現実的とは言えない。したがって、ＤＭＥ燃料のディーゼルエンジン車両が実用化されても既存の軽油燃料ディーゼルエンジン車両のリプレースがスムーズに実施されず、それによって、ＤＭＥ燃料のディーゼルエンジンの普及が大幅に遅れることとなり、懸念されている環境破壊や地球温暖化への対策が遅れたり、石油資源の枯渇を早めたりすることになってしまう虞がある。
【０００８】
本願発明は、このような状況に鑑み成されたものであり、その課題は、既存の軽油燃料のディーゼルエンジン車両を、ディーゼルエンジンを丸ごと交換すること無く、かつ、極めて低コストで容易にＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジン車両として走行可能にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、軽油燃料用ディーゼルエンジンの各燃焼室に装着して、前記軽油燃料用ディーゼルエンジンをＤＭＥ燃料で運転するためのＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルであって、軽油燃料と略同等のエンジン出力が得られるだけの前記ＤＭＥ燃料の噴射量が得られる総噴孔面積を有する燃料噴射孔を備えたノズル本体と、前記燃料噴射孔へ向けて往復動可能に挿設され、略直円錐形状の先端部を有するニードルバルブとを備え、該ニードルバルブの前記先端部が、前記燃料噴射孔の手前位置のノズル本体内面に在るバルブシート部に着座することで閉弁状態となり、リフトしてバルブシート部から離間することで開弁状態となる構成であり、前記閉弁状態から前記ニードルバルブがリフトして開弁状態に移行することによって、前記ノズル本体内から前記燃料噴射孔への前記ＤＭＥ燃料の燃料流路が構成され、更に該ニードルバルブの略直円錐形状の前記先端部は、当該ニードルバルブのフルリフト時にバルブシート部との最小間隔となる部分との間で作られる燃料流路の最小の流路面積を規定するセンター径と、該センター径部分より基端側に位置し閉弁時に前記バルブシート部に当接して燃料噴射孔への連通を遮断するシート部のシート径と、該ニードルバルブ本体のシャフト径とによって形状が設定されていると共に、該ニードルバルブの先端部は、前記センター径の位置を前記シート径の位置に近づけることでセンター径の大きさをシート径に近づけて成る形状に構成され、その近づける程度は、当該ニードルバルブのフルリフト時に前記センター径部分で作られる前記燃料流路の前記最小の流路面積が、前記燃料噴射孔の前記総噴孔面積の大きさに対応して、軽油燃料と略同等のエンジン出力特性が前記ＤＭＥ燃料にて得られる大きさの流路面積になる程度であることを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルである。
【００１０】
軽油燃料と略同等のエンジン出力を得るためには、ニードルバルブのリフト量に対する燃料噴射量を多くする必要がある。そこで、まず、燃焼室へＤＭＥ燃料を噴射する噴射口となるノズル本体に形成されている燃料噴射孔の総噴孔面積を大きくする。つまり、燃料噴射孔の総噴孔面積を燃料噴射孔からのＤＭＥ燃料の噴射量が軽油燃料と略同等のエンジン出力を得られる量となる大きさにする。それによって、軽油と同等のエンジン出力を得ることが可能な量のＤＭＥ燃料を燃焼室内に噴射することが可能になる。尚、ＤＭＥ燃料で軽油燃料と略同等のエンジン出力を得るには、約２倍前後の燃料噴射量が必要なので、少なくとも２倍程度、あるいは、それ以上の総噴孔面積となる燃料噴射孔がノズル本体に形成されている必要がある。
【００１１】
そして、ニードルバルブがリフトしてニードルバルブの先端部がバルブシート部から離間することによって構成されるノズル本体内から燃料噴射孔へのＤＭＥ燃料の燃料流路は、そのニードルバルブのリフト量に対して、軽油燃料と略同等のエンジン出力特性がＤＭＥ燃料にて得られる流路面積となるので、軽油を燃料としたディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射ノズルの外形形状、及びニードルバルブの外径等を変更することなく、軽油燃料と略同等のエンジン出力をＤＭＥ燃料で得ることができる。したがって、既存の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルを当該ＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルに交換することによって、既存の軽油燃料のディーゼルエンジンを、そのままＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンとして動かすことができる。
【００１２】
これにより、本願請求項１に記載の発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルによれば、既存の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルを当該ＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルに交換することによって、既存の軽油燃料のディーゼルエンジンを、そのままＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンとして動かすことができるので、既存の軽油燃料のディーゼルエンジン車両を、ディーゼルエンジンを丸ごと交換すること無く、かつ、極めて低コストで容易にＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジン車両として走行可能にすることができるという作用効果が得られる。
【００１３】
本願請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ニードルバルブの先端部は、前記センター径の位置を前記シート径の位置に近づけることでセンター径の大きさをシート径に近づけ、前記シート径の位置を前記シャフト径の位置に近づけることでシート径の大きさをシャフト径に近づけて成る形状に構成され、その近づける程度は、合計で、当該ニードルバルブのフルリフト時に前記センター径部分で作られる前記燃料流路の前記最小の流路面積が、前記燃料噴射孔の前記総噴孔面積の大きさに対応して、軽油燃料と略同等のエンジン出力特性が前記ＤＭＥ燃料にて得られる大きさの流路面積になる程度であることを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルである。
また、本願請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記ニードルバルブの先端部は、前記センター径と、前記シート径との比が、センター径／シート径＝０．７０以上となり、前記シャフト径と、前記シート径との比が、シート径／シャフト径＝０．８５以上となる形状を成している、ことを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルである。
【００１４】
従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンにおいては、約０．３５〜０．６に設定されていたセンター径とシート径との比が、０．７０以上に設定されている。つまり、センター径とシート径との差が小さくなり、センター径／シート径の値が１に近づくほど、センター径の大きさがシート径に近づいていくことになり、バルブシート部に当接するシート部とセンター径との間隔が短くなっていく。したがって、従来のニードルバルブよりセンター径が必然的に大きくなるので、シート部がバルブシート部に着座した状態におけるバルブシート部内のセンター径の位置は、従来よりも内径が大きいバルブシート部の内周面に位置することになる。したがって、フルリフト時にセンター径と最小流路面積を構成するバルブシート部の内周面の内径が大きくなり、それによって、フルリフト時にセンター径によって規定される最小流路面積を大きくすることができる。
【００１５】
これにより、本願請求項３に記載の発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルによれば、センター径とシート径との比が、０．７０以上に設定されているので、センター径によって規定されるフルリフト時の最小流路面積を大きくすることができ、それによって、前述した作用効果を得ることができる。
【００１６】
本願請求項３に記載の発明は、更に、前記ニードルバルブの先端部は、前記ニードルバルブのシャフト径と、前記シート径との比が、シート径／シャフト径＝０．８５以上となる形状を成している、ことを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルである。
【００１７】
従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンにおいては、約０．６０〜０．７５に設定されていたシャフト径とシート径との比が、０．８５以上に設定されている。つまり、シャフト径とシート径との差が小さくなり、シート径／シャフト径の値が１に近づくほど、シート径の大きさがシャフト径に近づいていくことになる。したがって、従来のニードルバルブよりシート径が大きくなり、それにともなって、センター径も必然的に大きくなる。したがって、シート部がバルブシート部に着座した状態におけるバルブシート部内のセンター径の位置は、さらに内径が大きいバルブシート部の内周面に位置することになる。したがって、フルリフト時にセンター径と最小流路面積を構成するバルブシート部の内周面の内径がさらに大きくなり、それによって、フルリフト時にセンター径によって規定される最小流路面積をより大きくすることができる。
【００１８】
これにより、本願請求項３に記載の発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルによれば、シャフト径とシート径との比が、０．８５以上に設定されていることによって、センター径によって規定されるフルリフト時の最小流路面積をさらに大きくすることができ、それによって、前述した本願請求項２に記載の発明による作用効果を得ることができる。
【００１９】
本願請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記燃料噴射孔は、総噴孔面積が０．６ｍｍ２以上となる形状を成している、ことを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルである。
【００２０】
従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの総噴孔面積は、約０．３ｍｍ２以下に設定されているので、総噴孔面積を０．６ｍｍ２以上とすることによって、燃料噴射孔に流れる燃料を２倍以上の量にすることができる。したがって、従来の軽油燃料と比較して、同じ量の燃料で約半分程度のエンジン出力しか得られないＤＭＥ燃料で、軽油燃料と略同等以上のエンジン出力を得ることが可能になる。
【００２１】
本願請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルを備えたディーゼルエンジンである。
本願請求項５に記載の発明に係るディーゼルエンジンによれば、ディーゼルエンジンにおいて、特に軽油を燃料とした既存のディーゼルエンジンにおいて、前述した本願請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明による作用効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施の形態を図面に基づいて、従来の軽油燃料のディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルと対比しつつ説明する。
図１は、本願発明に係る「ＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズル」としての燃料噴射ノズルを備えたノズルホルダの概略構成を示した断面図である。
【００２３】
燃料噴射ノズル１は、ロングステム型のホール型ノズルであり、ノズルホルダ５０によってディーゼルエンジンの各燃焼室に配設される。高圧に加圧されたＤＭＥ燃料は、インレットコネクタ５３からフィルタ５３１を介して燃料噴射ノズル１のノズル本体３内部に導かれる（符号Ａ）。プッシュロッド５１上部のノズルスプリング５２が燃料噴射ノズル１の噴射開始圧力を規定し、その調整は、アジャスチングスクリュ５４によって行われる。燃料噴射ノズル１の摺動部の潤滑は一部のＤＭＥ燃料によって行われ、潤滑を終わったＤＭＥ燃料は、ノズルスプリング５２の収容空間を満たし、オーバーフロー部５５より図示していない燃料タンクへ戻される。
【００２４】
図２は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の概略構成を示した断面図であり、図３は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１のニードルバルブ２及びノズル本体３のそれぞれの外観を示した斜視図である。
【００２５】
符号Ａの矢印で示したように、インレットコネクタ５３からフィルタ５３１を介して燃料噴射ノズル１の内部に導かれた高圧なＤＭＥ燃料は、油溜室３２を経由してノズル本体３内部を満たす。ノズル本体３内部のＤＭＥ燃料の圧力によってニードルバルブ２が符号Ｂで示した方向に移動して開弁し、ＤＭＥ燃料が符号Ｃの矢印で示したように燃料噴射孔３１から燃焼室内に噴射される。
【００２６】
図４は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１のニードルバルブ２を示したものであり、図４（ａ）は、ニードルバルブ２の正面図であり、図４（ｂ）は、ニードルバルブ２の先端部２１を拡大した正面図である。また、図５は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の一部を拡大して示した断面図である。
【００２７】
ニードルバルブ２は、略円柱体形状を成しており、その先端部２１は、略直円錐形状を成している。先端部２１は、燃料噴射ノズル１のフルリフト時の最小流路面積を規定するセンター径Ｌ３と、バルブシート部３３に当接し、燃料噴射孔３１への連通を遮断するシート部２１１のシート径Ｌ２と、シャフト径Ｌ１とによって形状が設定されており、先端角度は約９２度になっている。センター径Ｌ３はφ２．５ｍｍ、シート径Ｌ２はφ３．０ｍｍ、シャフト径はφ３．２５ｍｍに設定されており、センター径Ｌ３とシート径Ｌ２との比は、Ｌ３／Ｌ２＝２．５ｍｍ／３．０ｍｍ＝約０．８３３、シート径Ｌ２とシャフト径Ｌ１との比は、Ｌ２／Ｌ１＝３．０ｍｍ／３．２５ｍｍ＝約０．９２となっている。
【００２８】
閉弁状態の燃料噴射ノズル１において、燃料噴射孔３１の入口となっているノズル本体３のバルブシート部３３には、ノズルスプリング５２のばね力によって噴射開始圧力を規定された状態で付勢されているニードルバルブ２の先端部２１の外周面が図示の如く着座した状態となっている。そして、インジェクションポンプ等から送出される所定量の高圧なＤＭＥ燃料の圧力によって、ニードルバルブ２がリフトすることによって、バルブシート部３３からニードルバルブ２の先端部２１が離間して開弁状態となり、ニードルバルブ２の先端部２１とバルブシート部３３との間からＤＭＥ燃料が燃料噴射孔３１へ送出されることになる。
【００２９】
ちなみに、図９に示した軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１のニードルバルブ２は、センター径Ｌ３はφ１．１ｍｍ、シート径Ｌ２はφ２．２ｍｍ、シャフト径はφ３．２５ｍｍに設定されており、センター径Ｌ３とシート径Ｌ２との比は、Ｌ３／Ｌ２＝１．１ｍｍ／２．２ｍｍ＝０．５０、シート径Ｌ２とシャフト径Ｌ１との比は、Ｌ２／Ｌ１＝２，２ｍｍ／３．２５ｍｍ＝約０．６８となっている。また、図１０に示したように、ノズル本体３に形成されている燃料噴射孔３１の総噴孔面積は、軽油燃料が同じ燃料噴射量においてＤＭＥ燃料より大きなエンジン出力が得られるので、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の燃料噴射孔３１の総噴孔面積より小さく設定されている。
【００３０】
図６は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の一部を拡大して示した断面図であり、図５に示した閉弁状態からニードルバルブ２がリフトした状態を示したものである。
【００３１】
ニードルバルブ２が符号Ｂで示した矢印の方向に移動し、最大リフト量Ｄの位置までリフトしてフルリフト状態となった時点で、ニードルバルブ２の先端部２１とバルブシート部３３との間の間隔が最小となる部分の面積が最小流路面積ｄということになる。したがって、この最小流路面積ｄによって先端部２１の外周面とバルブシート部３３との間に構成される流路面積が最小の流路面積ということになる。また、燃料噴射孔３１の総噴孔面積によって燃料噴射量の最大値が決まる。尚、当該実施例においては、燃料噴射ノズル１のフルリフト時の最大リフト量Ｄは、約０．２５ｍｍに設定されている。
【００３２】
ここで、図１１に示した軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１の場合と比較してみると、まず、燃料噴射孔３１の大きさは、本発明に係る燃料噴射ノズル１のノズル本体３のほうが大きく形成されており、それによって、総噴孔面積が約２倍となるように設定されている。これは、前述したように、ＤＭＥ燃料にて軽油燃料と同じエンジン出力を得るためには、軽油燃料より多くの燃料噴射量が必要になるからである。したがって、燃料噴射孔３１の総噴孔面積を軽油燃料より大きく設定することによって、軽油燃料と略同等のエンジン出力をＤＭＥ燃料にて得ることが可能になる。
【００３３】
また、ニードルバルブ２の先端部２１は、センター径Ｌ３とシート径Ｌ２との比Ｌ３／Ｌ２は、従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１が０．５０であるのに対して、本願発明に係る燃料噴射ノズル１は、約０．８３３と大きく設定されている。また、シート径Ｌ２とシャフト径Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１は、従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１が約０．６８であるのに対して、本願発明に係る燃料噴射ノズル１は、約０．９２と大きく設定されている。それによって、本願発明に係る燃料噴射ノズル１のフルリフト時の最小流路面積ｄは、従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１の約２倍の大きさになっている。
【００３４】
このように、ＤＭＥ燃料において必要な燃料噴射量を得るために、センター径Ｌ３とシート径Ｌ２との比Ｌ３／Ｌ２を、０．７０以上、当該実施の形態においては、約０．８３３とし、シート径Ｌ２とシャフト径Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１を、０．８５以上、当該実施の形態においては、約０．９２とすることによって、フルリフト時の最小流路面積ｄを約２倍の面積にすることができる。また、各燃料噴射孔３１の孔径を総噴孔面積が約２倍になるように設定することによって、燃料噴射ノズル１の燃料噴射量を約２倍に設定することができる。それによって、軽油と略同等のエンジン出力が得られるＤＭＥ燃料の燃料噴射量を得ることができる。
【００３５】
図７は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１のニードルバルブ２のリフト量に対する流路面積の特性を模式的に示したグラフである。
【００３６】
実線にて示したグラフは、本願発明に係る燃料噴射ノズル１におけるグラフであり、一点鎖線にて示したグラフは、軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１におけるグラフである。符号Ｅ１で示した面積は、軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１の総噴孔面積であり、符号Ｅ２で示した面積は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の総噴孔面積を示している。ニードルバルブ２のリフト量（グラフの横軸）に対して流路面積（グラフの縦軸）は、図示の如く大きくなっていき、ニードルバルブ２のリフト量に対する流路面積特性は、前述したように、先端部２１のセンター径Ｌ３とシート径Ｌ２との比Ｌ３／Ｌ２、シート径Ｌ２とシャフト径Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１、及び燃料噴射孔３１の総噴孔面積によって決定される。当該グラフからも分かるように、本願発明に係る燃料噴射ノズル１は、ニードルバルブ２のリフト量に対する流路面積が軽油燃料の燃料噴射ノズル１より、略一定の比率で流路面積が大きくなっている。
【００３７】
そして、当該実施の形態においては、軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの総噴孔面積Ｅ１に対して、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の総噴孔面積Ｅ２は、ＤＭＥ燃料にて軽油燃料と略同等のエンジン出力特性が得られるように、約２倍の総噴孔面積に設定されており、ニードルバルブ２のリフト量に対する流路面積も同様に約２倍の流路面積が得られるようになっている。したがって、ニードルバルブ２のリフト量に対して軽油と比較して約２倍のＤＭＥ燃料をディーゼルエンジンの燃焼室に供給することができ、それに応じて燃料噴射孔３１の総噴孔面積も約２倍の大きさに設定されているので、燃料噴射孔３１の総噴孔面積がボトルネックとなってしまうこともない。
【００３８】
このようにして、軽油を燃料としたディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射ノズルのみを本願発明に係る燃料噴射ノズル１に変更することで、燃料噴射ノズルの外形形状、及びニードルバルブ２のシャフト径等を変更することなく、ＤＭＥ燃料にて軽油燃料と略同じエンジン出力特性を得ることができる。よって、既存の軽油燃料のディーゼルエンジン車両を、極めて低コストで容易にＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジン車両として走行可能にすることができる。
【００３９】
また、他の実施の形態としては、上記一実施の形態に加えて、さらに、ＤＭＥ燃料の燃料噴射量を大きくしたものが挙げられる。図８は、本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルの他の実施の形態を示したものであり、図８（ａ）は、ニードルバルブ２の正面図であり、図８（ｂ）は、ニードルバルブ２の先端部を拡大した正面図である。
【００４０】
ニードルバルブ２のシャフトの一部（符号２ａで示した部分）が、シャフト径Ｌ１より小さくなっており、シート径Ｌ２と同じ径になっているので、その分だけノズル本体３との間の隙間が広くなり、ＤＭＥ燃料の流量を増加させることができる。したがって、ＤＭＥ燃料にて軽油を燃料としたディーゼルエンジンを軽油と同等以上のエンジン出力で運転させることができるという効果が期待できる。
【００４１】
尚、本願発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、例えば、ロングステム型でないホール型ノズルにおいても本願発明の実施は可能であり、それらも本願発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
本願発明によれば、既存の軽油燃料のディーゼルエンジン車両を、ディーゼルエンジンを丸ごと交換すること無く、かつ、極めて低コストで容易にＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジン車両として走行可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルを備えたノズルホルダの概略構成を示した断面図である。
【図２】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルの概略構成を示した断面図である。
【図３】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルのニードルバルブ及びノズル本体のそれぞれの外観を示した斜視図である。
【図４】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルのニードルバルブを示したものであり、図４（ａ）は、ニードルバルブの正面図であり、図４（ｂ）は、ニードルバルブの先端部を拡大した正面図である。
【図５】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルの一部を拡大して示した断面図である。
【図６】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルの一部を拡大して示した断面図であり、図５に示した閉弁状態からニードルバルブがリフトした状態を示したものである。
【図７】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルのニードルバルブのリフト量に対する流路面積の特性を模式的に示したグラフである。
【図８】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルの他の実施の形態を示したものであり、図８（ａ）は、ニードルバルブの正面図であり、図８（ｂ）は、ニードルバルブの先端部を拡大した正面図である。
【図９】軽油を燃料とした従来の燃料噴射ノズルのニードルバルブを示したものであり、図９（ａ）は、ニードルバルブの正面図であり、図９（ｂ）は、ニードルバルブの先端部を拡大した正面図である。
【図１０】軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの一部を拡大して示した断面図である。
【図１１】軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの一部を拡大して示した断面図であり、図１０に示した閉弁状態からニードルバルブがリフトした状態を示したものである。
【符号の説明】
１ 燃料噴射ノズル
２ ニードルバルブ
３ ノズル本体
２１ 先端部
３１ 燃料噴射孔
３２ 油溜室
３３ バルブシート部
５０ ノズルホルダ
Ｌ１ シャフト径
Ｌ２ シート径
Ｌ３ センター径
ｄ 最小流路面積
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）を燃料としたディーゼルエンジンのＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽油を燃料とした従来のディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルは、例えば、図９に示したようなニードルバルブ２を備え、図１０に示したように、燃料噴射ノズル１は、ニードルバルブ２の先端部２１の外周面がバルブシート部３３に着座した状態でノズル本体３の燃料噴射口３１への軽油燃料の連通が遮断されて閉弁状態となる（例えば、特許文献１参照）。ニードルバルブ２の先端部２１は、シャフト径Ｌ１と、バルブシート部３３に当接するシート部２１１のシート径Ｌ２との比が、シート径Ｌ２／シャフト径Ｌ１＝０．６０〜０．７５となる形状を成している。また、シート径Ｌ２と、ニードルバルブ２のフルリフト時の最小流路面積を規定するセンター径Ｌ３との比が、センター径／シート径＝０．３５〜０．６０となる形状を成している。燃料噴射ノズル１は、図１１に示したように、ニードルバルブ２が符号Ｂで示した方向にリフトして、ニードルバルブ２の先端部２１がバルブシート部３３から離間して生じた空間によって流路が構成されて開弁状態となる。ニードルバルブ２は、符号Ｄで示したリフト量上昇してフルリフト状態となったときの最小流路面積ｄがセンター径Ｌ３によって最適な流路面積となるように規定されている。
【０００３】
そして、図示していないインジェクションポンプやコモンレール等から供給される高圧な軽油燃料がバルブシート部３３の内部に流入して燃料噴射孔３１から符号Ｃで示したようにディーゼルエンジンの燃焼室内へ霧状に噴射される。燃焼室内へ噴射された高圧な軽油燃料は、高温、高圧な空気と混合されることによる自然着火によって燃焼する。
【０００４】
このように、ディーゼルエンジンの燃焼は、高温、高圧の空気中に燃料を霧状に噴射し、空気と燃料の混合による自然着火によって行われるが、このディーゼルエンジンによる大気汚染が近年問題となっており、その大気汚染対策として、軽油の代わりに排気がクリーンなＤＭＥを燃料とするものが注目されている。ＤＭＥ燃料は、セタン価が高く圧縮着火が可能なのでディーゼルエンジンの燃料として使用することが可能である。また、排出ガス中にスモークやＳＯｘが全く出ないので、人体に無害であり、オゾン層の破壊、温室効果への影響も皆無である。さらに、石油以外の多様な原料から比較的容易に合成することができるので、軽油並みの低価格で大量生産することができる。
【０００５】
したがって、排ガスによる環境問題、石油資源の枯渇、不測の石油危機に備えた燃料多様化の必要性等の社会的要請から、軽油を燃料とした既存のディーゼルエンジン車両が法規制によって走行、保有を禁止されることは、近い将来現実のものとなる可能性が高く、また現時点おいて、ＤＭＥ以外の軽油に変わるディーゼルエンジンの代替燃料としてＤＭＥに勝るメリットを有するものが無く、ＤＭＥ燃料のディーゼルエンジンシステムの開発が進んだ今、ディーゼルエンジンの燃料が軽油からＤＭＥに取って代わるのは、そう遠い将来のことではなくなってきていると言える。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１３５７６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したようにＤＭＥは、ディーゼルエンジンの燃料として多くのメリットを有しているが、軽油と比較して同じ量の燃料から得られるエネルギーが小さいので、軽油と同量の燃料噴射量においては、軽油よりエンジン出力が小さくなってしまう。そのため、軽油を燃料とした従来のディーゼルエンジンを、そのままＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンとして使用することはできない。最初からＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンを設計、製造する場合には、ＤＭＥ燃料で所定のエンジン出力が得られるように燃料噴射量を設定すれば良いが、軽油を燃料とした既存のディーゼルエンジン車両においては、搭載されているディーゼルエンジンを丸ごとＤＭＥ燃料のディーゼルエンジンに交換しなければならないとすると、非常に多大なコスト、労力、及び時間を要することになり、現実的とは言えない。したがって、ＤＭＥ燃料のディーゼルエンジン車両が実用化されても既存の軽油燃料ディーゼルエンジン車両のリプレースがスムーズに実施されず、それによって、ＤＭＥ燃料のディーゼルエンジンの普及が大幅に遅れることとなり、懸念されている環境破壊や地球温暖化への対策が遅れたり、石油資源の枯渇を早めたりすることになってしまう虞がある。
【０００８】
本願発明は、このような状況に鑑み成されたものであり、その課題は、既存の軽油燃料のディーゼルエンジン車両を、ディーゼルエンジンを丸ごと交換すること無く、かつ、極めて低コストで容易にＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジン車両として走行可能にすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、軽油燃料用ディーゼルエンジンの各燃焼室に装着して、前記軽油燃料用ディーゼルエンジンをＤＭＥ燃料で運転するためのＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルであって、軽油燃料と略同等のエンジン出力が得られるだけの前記ＤＭＥ燃料の噴射量が得られる総噴孔面積を有する燃料噴射孔を備えたノズル本体と、前記燃料噴射孔へ向けて往復動可能に挿設され、略直円錐形状の先端部を有するニードルバルブとを備え、該ニードルバルブの前記先端部が、前記燃料噴射孔の手前位置のノズル本体内面に在るバルブシート部に着座することで閉弁状態となり、リフトしてバルブシート部から離間することで開弁状態となる構成であり、前記閉弁状態から前記ニードルバルブがリフトして開弁状態に移行することによって、前記ノズル本体内から前記燃料噴射孔への前記ＤＭＥ燃料の燃料流路が構成され、更に該ニードルバルブの略直円錐形状の前記先端部は、当該ニードルバルブのフルリフト時にバルブシート部との最小間隔となる部分との間で作られる燃料流路の最小の流路面積を規定するセンター径と、該センター径部分より基端側に位置し閉弁時に前記バルブシート部に当接して燃料噴射孔への連通を遮断するシート部のシート径と、該ニードルバルブ本体のシャフト径とによって形状が設定されていると共に、該ニードルバルブの先端部は、前記センター径の位置を前記シート径の位置に近づけることでセンター径の大きさをシート径に近づけて成る形状に構成され、その近づける程度は、当該ニードルバルブのフルリフト時に前記センター径部分で作られる前記燃料流路の前記最小の流路面積が、前記燃料噴射孔の前記総噴孔面積の大きさに対応して、軽油燃料と略同等のエンジン出力特性が前記ＤＭＥ燃料にて得られる大きさの流路面積になる程度であることを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルである。
【００１０】
軽油燃料と略同等のエンジン出力を得るためには、ニードルバルブのリフト量に対する燃料噴射量を多くする必要がある。そこで、まず、燃焼室へＤＭＥ燃料を噴射する噴射口となるノズル本体に形成されている燃料噴射孔の総噴孔面積を大きくする。つまり、燃料噴射孔の総噴孔面積を燃料噴射孔からのＤＭＥ燃料の噴射量が軽油燃料と略同等のエンジン出力を得られる量となる大きさにする。それによって、軽油と同等のエンジン出力を得ることが可能な量のＤＭＥ燃料を燃焼室内に噴射することが可能になる。尚、ＤＭＥ燃料で軽油燃料と略同等のエンジン出力を得るには、約２倍前後の燃料噴射量が必要なので、少なくとも２倍程度、あるいは、それ以上の総噴孔面積となる燃料噴射孔がノズル本体に形成されている必要がある。
【００１１】
そして、ニードルバルブがリフトしてニードルバルブの先端部がバルブシート部から離間することによって構成されるノズル本体内から燃料噴射孔へのＤＭＥ燃料の燃料流路は、そのニードルバルブのリフト量に対して、軽油燃料と略同等のエンジン出力特性がＤＭＥ燃料にて得られる流路面積となるので、軽油を燃料としたディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射ノズルの外形形状、及びニードルバルブの外径等を変更することなく、軽油燃料と略同等のエンジン出力をＤＭＥ燃料で得ることができる。したがって、既存の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルを当該ＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルに交換することによって、既存の軽油燃料のディーゼルエンジンを、そのままＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンとして動かすことができる。
【００１２】
これにより、本願請求項１に記載の発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルによれば、既存の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルを当該ＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルに交換することによって、既存の軽油燃料のディーゼルエンジンを、そのままＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジンとして動かすことができるので、既存の軽油燃料のディーゼルエンジン車両を、ディーゼルエンジンを丸ごと交換すること無く、かつ、極めて低コストで容易にＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジン車両として走行可能にすることができるという作用効果が得られる。
【００１３】
本願請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記ニードルバルブの先端部は、前記センター径の位置を前記シート径の位置に近づけることでセンター径の大きさをシート径に近づけ、前記シート径の位置を前記シャフト径の位置に近づけることでシート径の大きさをシャフト径に近づけて成る形状に構成され、その近づける程度は、合計で、当該ニードルバルブのフルリフト時に前記センター径部分で作られる前記燃料流路の前記最小の流路面積が、前記燃料噴射孔の前記総噴孔面積の大きさに対応して、軽油燃料と略同等のエンジン出力特性が前記ＤＭＥ燃料にて得られる大きさの流路面積になる程度であることを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルである。
また、本願請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記ニードルバルブの先端部は、前記センター径と、前記シート径との比が、センター径／シート径＝０．７０以上となり、前記シャフト径と、前記シート径との比が、シート径／シャフト径＝０．８５以上となる形状を成している、ことを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルである。
【００１４】
従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンにおいては、約０．３５〜０．６に設定されていたセンター径とシート径との比が、０．７０以上に設定されている。つまり、センター径とシート径との差が小さくなり、センター径／シート径の値が１に近づくほど、センター径の大きさがシート径に近づいていくことになり、バルブシート部に当接するシート部とセンター径との間隔が短くなっていく。したがって、従来のニードルバルブよりセンター径が必然的に大きくなるので、シート部がバルブシート部に着座した状態におけるバルブシート部内のセンター径の位置は、従来よりも内径が大きいバルブシート部の内周面に位置することになる。したがって、フルリフト時にセンター径と最小流路面積を構成するバルブシート部の内周面の内径が大きくなり、それによって、フルリフト時にセンター径によって規定される最小流路面積を大きくすることができる。
【００１５】
これにより、本願請求項３に記載の発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルによれば、センター径とシート径との比が、０．７０以上に設定されているので、センター径によって規定されるフルリフト時の最小流路面積を大きくすることができ、それによって、前述した作用効果を得ることができる。
【００１６】
本願請求項３に記載の発明は、更に、前記ニードルバルブの先端部は、前記ニードルバルブのシャフト径と、前記シート径との比が、シート径／シャフト径＝０．８５以上となる形状を成している、ことを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルである。
【００１７】
従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンにおいては、約０．６０〜０．７５に設定されていたシャフト径とシート径との比が、０．８５以上に設定されている。つまり、シャフト径とシート径との差が小さくなり、シート径／シャフト径の値が１に近づくほど、シート径の大きさがシャフト径に近づいていくことになる。したがって、従来のニードルバルブよりシート径が大きくなり、それにともなって、センター径も必然的に大きくなる。したがって、シート部がバルブシート部に着座した状態におけるバルブシート部内のセンター径の位置は、さらに内径が大きいバルブシート部の内周面に位置することになる。したがって、フルリフト時にセンター径と最小流路面積を構成するバルブシート部の内周面の内径がさらに大きくなり、それによって、フルリフト時にセンター径によって規定される最小流路面積をより大きくすることができる。
【００１８】
これにより、本願請求項３に記載の発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルによれば、シャフト径とシート径との比が、０．８５以上に設定されていることによって、センター径によって規定されるフルリフト時の最小流路面積をさらに大きくすることができ、それによって、前述した本願請求項２に記載の発明による作用効果を得ることができる。
【００１９】
本願請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記燃料噴射孔は、総噴孔面積が０．６ｍｍ２以上となる形状を成している、ことを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルである。
【００２０】
従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの総噴孔面積は、約０．３ｍｍ２以下に設定されているので、総噴孔面積を０．６ｍｍ２以上とすることによって、燃料噴射孔に流れる燃料を２倍以上の量にすることができる。したがって、従来の軽油燃料と比較して、同じ量の燃料で約半分程度のエンジン出力しか得られないＤＭＥ燃料で、軽油燃料と略同等以上のエンジン出力を得ることが可能になる。
【００２１】
本願請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルを備えたディーゼルエンジンである。
本願請求項５に記載の発明に係るディーゼルエンジンによれば、ディーゼルエンジンにおいて、特に軽油を燃料とした既存のディーゼルエンジンにおいて、前述した本願請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明による作用効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施の形態を図面に基づいて、従来の軽油燃料のディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルと対比しつつ説明する。
図１は、本願発明に係る「ＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズル」としての燃料噴射ノズルを備えたノズルホルダの概略構成を示した断面図である。
【００２３】
燃料噴射ノズル１は、ロングステム型のホール型ノズルであり、ノズルホルダ５０によってディーゼルエンジンの各燃焼室に配設される。高圧に加圧されたＤＭＥ燃料は、インレットコネクタ５３からフィルタ５３１を介して燃料噴射ノズル１のノズル本体３内部に導かれる（符号Ａ）。プッシュロッド５１上部のノズルスプリング５２が燃料噴射ノズル１の噴射開始圧力を規定し、その調整は、アジャスチングスクリュ５４によって行われる。燃料噴射ノズル１の摺動部の潤滑は一部のＤＭＥ燃料によって行われ、潤滑を終わったＤＭＥ燃料は、ノズルスプリング５２の収容空間を満たし、オーバーフロー部５５より図示していない燃料タンクへ戻される。
【００２４】
図２は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の概略構成を示した断面図であり、図３は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１のニードルバルブ２及びノズル本体３のそれぞれの外観を示した斜視図である。
【００２５】
符号Ａの矢印で示したように、インレットコネクタ５３からフィルタ５３１を介して燃料噴射ノズル１の内部に導かれた高圧なＤＭＥ燃料は、油溜室３２を経由してノズル本体３内部を満たす。ノズル本体３内部のＤＭＥ燃料の圧力によってニードルバルブ２が符号Ｂで示した方向に移動して開弁し、ＤＭＥ燃料が符号Ｃの矢印で示したように燃料噴射孔３１から燃焼室内に噴射される。
【００２６】
図４は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１のニードルバルブ２を示したものであり、図４（ａ）は、ニードルバルブ２の正面図であり、図４（ｂ）は、ニードルバルブ２の先端部２１を拡大した正面図である。また、図５は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の一部を拡大して示した断面図である。
【００２７】
ニードルバルブ２は、略円柱体形状を成しており、その先端部２１は、略直円錐形状を成している。先端部２１は、燃料噴射ノズル１のフルリフト時の最小流路面積を規定するセンター径Ｌ３と、バルブシート部３３に当接し、燃料噴射孔３１への連通を遮断するシート部２１１のシート径Ｌ２と、シャフト径Ｌ１とによって形状が設定されており、先端角度は約９２度になっている。センター径Ｌ３はφ２．５ｍｍ、シート径Ｌ２はφ３．０ｍｍ、シャフト径はφ３．２５ｍｍに設定されており、センター径Ｌ３とシート径Ｌ２との比は、Ｌ３／Ｌ２＝２．５ｍｍ／３．０ｍｍ＝約０．８３３、シート径Ｌ２とシャフト径Ｌ１との比は、Ｌ２／Ｌ１＝３．０ｍｍ／３．２５ｍｍ＝約０．９２となっている。
【００２８】
閉弁状態の燃料噴射ノズル１において、燃料噴射孔３１の入口となっているノズル本体３のバルブシート部３３には、ノズルスプリング５２のばね力によって噴射開始圧力を規定された状態で付勢されているニードルバルブ２の先端部２１の外周面が図示の如く着座した状態となっている。そして、インジェクションポンプ等から送出される所定量の高圧なＤＭＥ燃料の圧力によって、ニードルバルブ２がリフトすることによって、バルブシート部３３からニードルバルブ２の先端部２１が離間して開弁状態となり、ニードルバルブ２の先端部２１とバルブシート部３３との間からＤＭＥ燃料が燃料噴射孔３１へ送出されることになる。
【００２９】
ちなみに、図９に示した軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１のニードルバルブ２は、センター径Ｌ３はφ１．１ｍｍ、シート径Ｌ２はφ２．２ｍｍ、シャフト径はφ３．２５ｍｍに設定されており、センター径Ｌ３とシート径Ｌ２との比は、Ｌ３／Ｌ２＝１．１ｍｍ／２．２ｍｍ＝０．５０、シート径Ｌ２とシャフト径Ｌ１との比は、Ｌ２／Ｌ１＝２，２ｍｍ／３．２５ｍｍ＝約０．６８となっている。また、図１０に示したように、ノズル本体３に形成されている燃料噴射孔３１の総噴孔面積は、軽油燃料が同じ燃料噴射量においてＤＭＥ燃料より大きなエンジン出力が得られるので、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の燃料噴射孔３１の総噴孔面積より小さく設定されている。
【００３０】
図６は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の一部を拡大して示した断面図であり、図５に示した閉弁状態からニードルバルブ２がリフトした状態を示したものである。
【００３１】
ニードルバルブ２が符号Ｂで示した矢印の方向に移動し、最大リフト量Ｄの位置までリフトしてフルリフト状態となった時点で、ニードルバルブ２の先端部２１とバルブシート部３３との間の間隔が最小となる部分の面積が最小流路面積ｄということになる。したがって、この最小流路面積ｄによって先端部２１の外周面とバルブシート部３３との間に構成される流路面積が最小の流路面積ということになる。また、燃料噴射孔３１の総噴孔面積によって燃料噴射量の最大値が決まる。尚、当該実施例においては、燃料噴射ノズル１のフルリフト時の最大リフト量Ｄは、約０．２５ｍｍに設定されている。
【００３２】
ここで、図１１に示した軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１の場合と比較してみると、まず、燃料噴射孔３１の大きさは、本発明に係る燃料噴射ノズル１のノズル本体３のほうが大きく形成されており、それによって、総噴孔面積が約２倍となるように設定されている。これは、前述したように、ＤＭＥ燃料にて軽油燃料と同じエンジン出力を得るためには、軽油燃料より多くの燃料噴射量が必要になるからである。したがって、燃料噴射孔３１の総噴孔面積を軽油燃料より大きく設定することによって、軽油燃料と略同等のエンジン出力をＤＭＥ燃料にて得ることが可能になる。
【００３３】
また、ニードルバルブ２の先端部２１は、センター径Ｌ３とシート径Ｌ２との比Ｌ３／Ｌ２は、従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１が０．５０であるのに対して、本願発明に係る燃料噴射ノズル１は、約０．８３３と大きく設定されている。また、シート径Ｌ２とシャフト径Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１は、従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１が約０．６８であるのに対して、本願発明に係る燃料噴射ノズル１は、約０．９２と大きく設定されている。それによって、本願発明に係る燃料噴射ノズル１のフルリフト時の最小流路面積ｄは、従来の軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１の約２倍の大きさになっている。
【００３４】
このように、ＤＭＥ燃料において必要な燃料噴射量を得るために、センター径Ｌ３とシート径Ｌ２との比Ｌ３／Ｌ２を、０．７０以上、当該実施の形態においては、約０．８３３とし、シート径Ｌ２とシャフト径Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１を、０．８５以上、当該実施の形態においては、約０．９２とすることによって、フルリフト時の最小流路面積ｄを約２倍の面積にすることができる。また、各燃料噴射孔３１の孔径を総噴孔面積が約２倍になるように設定することによって、燃料噴射ノズル１の燃料噴射量を約２倍に設定することができる。それによって、軽油と略同等のエンジン出力が得られるＤＭＥ燃料の燃料噴射量を得ることができる。
【００３５】
図７は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１のニードルバルブ２のリフト量に対する流路面積の特性を模式的に示したグラフである。
【００３６】
実線にて示したグラフは、本願発明に係る燃料噴射ノズル１におけるグラフであり、一点鎖線にて示したグラフは、軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１におけるグラフである。符号Ｅ１で示した面積は、軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズル１の総噴孔面積であり、符号Ｅ２で示した面積は、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の総噴孔面積を示している。ニードルバルブ２のリフト量（グラフの横軸）に対して流路面積（グラフの縦軸）は、図示の如く大きくなっていき、ニードルバルブ２のリフト量に対する流路面積特性は、前述したように、先端部２１のセンター径Ｌ３とシート径Ｌ２との比Ｌ３／Ｌ２、シート径Ｌ２とシャフト径Ｌ１との比Ｌ２／Ｌ１、及び燃料噴射孔３１の総噴孔面積によって決定される。当該グラフからも分かるように、本願発明に係る燃料噴射ノズル１は、ニードルバルブ２のリフト量に対する流路面積が軽油燃料の燃料噴射ノズル１より、略一定の比率で流路面積が大きくなっている。
【００３７】
そして、当該実施の形態においては、軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの総噴孔面積Ｅ１に対して、本願発明に係る燃料噴射ノズル１の総噴孔面積Ｅ２は、ＤＭＥ燃料にて軽油燃料と略同等のエンジン出力特性が得られるように、約２倍の総噴孔面積に設定されており、ニードルバルブ２のリフト量に対する流路面積も同様に約２倍の流路面積が得られるようになっている。したがって、ニードルバルブ２のリフト量に対して軽油と比較して約２倍のＤＭＥ燃料をディーゼルエンジンの燃焼室に供給することができ、それに応じて燃料噴射孔３１の総噴孔面積も約２倍の大きさに設定されているので、燃料噴射孔３１の総噴孔面積がボトルネックとなってしまうこともない。
【００３８】
このようにして、軽油を燃料としたディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射ノズルのみを本願発明に係る燃料噴射ノズル１に変更することで、燃料噴射ノズルの外形形状、及びニードルバルブ２のシャフト径等を変更することなく、ＤＭＥ燃料にて軽油燃料と略同じエンジン出力特性を得ることができる。よって、既存の軽油燃料のディーゼルエンジン車両を、極めて低コストで容易にＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジン車両として走行可能にすることができる。
【００３９】
また、他の実施の形態としては、上記一実施の形態に加えて、さらに、ＤＭＥ燃料の燃料噴射量を大きくしたものが挙げられる。図８は、本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルの他の実施の形態を示したものであり、図８（ａ）は、ニードルバルブ２の正面図であり、図８（ｂ）は、ニードルバルブ２の先端部を拡大した正面図である。
【００４０】
ニードルバルブ２のシャフトの一部（符号２ａで示した部分）が、シャフト径Ｌ１より小さくなっており、シート径Ｌ２と同じ径になっているので、その分だけノズル本体３との間の隙間が広くなり、ＤＭＥ燃料の流量を増加させることができる。したがって、ＤＭＥ燃料にて軽油を燃料としたディーゼルエンジンを軽油と同等以上のエンジン出力で運転させることができるという効果が期待できる。
【００４１】
尚、本願発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、例えば、ロングステム型でないホール型ノズルにおいても本願発明の実施は可能であり、それらも本願発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
本願発明によれば、既存の軽油燃料のディーゼルエンジン車両を、ディーゼルエンジンを丸ごと交換すること無く、かつ、極めて低コストで容易にＤＭＥを燃料としたディーゼルエンジン車両として走行可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルを備えたノズルホルダの概略構成を示した断面図である。
【図２】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルの概略構成を示した断面図である。
【図３】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルのニードルバルブ及びノズル本体のそれぞれの外観を示した斜視図である。
【図４】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルのニードルバルブを示したものであり、図４（ａ）は、ニードルバルブの正面図であり、図４（ｂ）は、ニードルバルブの先端部を拡大した正面図である。
【図５】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルの一部を拡大して示した断面図である。
【図６】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルの一部を拡大して示した断面図であり、図５に示した閉弁状態からニードルバルブがリフトした状態を示したものである。
【図７】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルのニードルバルブのリフト量に対する流路面積の特性を模式的に示したグラフである。
【図８】本願発明に係るＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルの他の実施の形態を示したものであり、図８（ａ）は、ニードルバルブの正面図であり、図８（ｂ）は、ニードルバルブの先端部を拡大した正面図である。
【図９】軽油を燃料とした従来の燃料噴射ノズルのニードルバルブを示したものであり、図９（ａ）は、ニードルバルブの正面図であり、図９（ｂ）は、ニードルバルブの先端部を拡大した正面図である。
【図１０】軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの一部を拡大して示した断面図である。
【図１１】軽油を燃料としたディーゼルエンジンの燃料噴射ノズルの一部を拡大して示した断面図であり、図１０に示した閉弁状態からニードルバルブがリフトした状態を示したものである。
【符号の説明】
１ 燃料噴射ノズル
２ ニードルバルブ
３ ノズル本体
２１ 先端部
３１ 燃料噴射孔
３２ 油溜室
３３ バルブシート部
５０ ノズルホルダ
Ｌ１ シャフト径
Ｌ２ シート径
Ｌ３ センター径
ｄ 最小流路面積
Claims (5)
- 軽油燃料用ディーゼルエンジンの各燃焼室に装着して、前記軽油燃料用ディーゼルエンジンをＤＭＥ燃料で運転するためのＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルであって、
軽油燃料と略同等のエンジン出力が得られるだけの前記ＤＭＥ燃料の噴射量が得られる総噴孔面積を有する燃料噴射孔を備えたノズル本体と、前記燃料噴射孔へ向けて往復動可能に挿設され、略直円錐形状の先端部を有するニードルバルブとを備え、
該ニードルバルブの前記先端部が、前記燃料噴射孔の手前位置のノズル本体内面に在るバルブシート部に着座することで閉弁状態となり、リフトしてバルブシート部から離間することで開弁状態となる構成であり、前記閉弁状態から前記ニードルバルブがリフトして開弁状態に移行することによって、前記ノズル本体内から前記燃料噴射孔への前記ＤＭＥ燃料の燃料流路が構成され、
更に該ニードルバルブの略直円錐形状の前記先端部は、当該ニードルバルブのフルリフト時にバルブシート部との最小間隔となる部分との間で作られる燃料流路の最小の流路面積を規定するセンター径と、該センター径部分より基端側に位置し閉弁時に前記バルブシート部に当接して燃料噴射孔への連通を遮断するシート部のシート径と、該ニードルバルブ本体のシャフト径とによって形状が設定されていると共に、
該ニードルバルブの先端部は、前記センター径の位置を前記シート径の位置に近づけることでセンター径の大きさをシート径に近づけて成る形状に構成され、その近づける程度は、当該ニードルバルブのフルリフト時に前記センター径部分で作られる前記燃料流路の前記最小の流路面積が、前記燃料噴射孔の前記総噴孔面積の大きさに対応して、軽油燃料と略同等のエンジン出力特性が前記ＤＭＥ燃料にて得られる大きさの流路面積になる程度であることを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズル。 - 請求項１において、前記ニードルバルブの先端部は、前記センター径の位置を前記シート径の位置に近づけることでセンター径の大きさをシート径に近づけ、前記シート径の位置を前記シャフト径の位置に近づけることでシート径の大きさをシャフト径に近づけて成る形状に構成され、その近づける程度は、合計で、当該ニードルバルブのフルリフト時に前記センター径部分で作られる前記燃料流路の前記最小の流路面積が、前記燃料噴射孔の前記総噴孔面積の大きさに対応して、軽油燃料と略同等のエンジン出力特性が前記ＤＭＥ燃料にて得られる大きさの流路面積になる程度であることを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズル。
- 請求項２において、前記ニードルバルブの先端部は、前記センター径と、前記シート径との比が、センター径／シート径＝０．７０以上となり、前記シャフト径と、前記シート径との比が、シート径／シャフト径＝０．８５以上となる形状を成している、ことを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズル。
- 請求項１〜３のいずれか１項において、前記燃料噴射孔は、総噴孔面積が０．６ｍｍ２以上となる形状を成している、ことを特徴としたＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズル。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＭＥ燃料用燃料噴射ノズルを備えたディーゼルエンジン。
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