JP4160975B2 - High temperature fluid injection valve and high temperature water injection internal combustion engine equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、水噴射式内燃機関等に適用され、所定圧力に加圧された高温水を含む高温流体を高温流体噴射弁の針弁室に導き、針弁開閉手段により駆動される針弁のシート部と弁座との着脱によって前記針弁室と噴孔との間の流路を開閉することにより、該噴孔からの高温流体の噴射を制御するように構成された高温流体噴射弁及びこの高温流体噴射弁をそなえた高温水噴射内燃機関に関する。 The present invention is applied to a water injection type internal combustion engine or the like, which introduces a high temperature fluid containing high temperature water pressurized to a predetermined pressure to a needle valve chamber of a high temperature fluid injection valve and is driven by a needle valve opening / closing means. A high-temperature fluid injection valve configured to control injection of high-temperature fluid from the nozzle hole by opening and closing a flow path between the needle valve chamber and the nozzle hole by attaching and detaching the seat portion and the valve seat; The present invention relates to a high temperature water injection internal combustion engine provided with this high temperature fluid injection valve.
エンジンのシリンダ内に燃料と水とを噴射して燃焼温度を下げ、NOx発生量を低減した水噴射式内燃機関が種々提案されているが、該水噴射式内燃機関においては、シリンダ内に水を噴射するための水噴射弁が、NOx発生量の低減とともに高いエンジン性能を保持するための最重要要素となっている。
かかる要求に応える水噴射式内燃機関の一つとして、図4に示されるような高温水を生成して噴射弁からシリンダ内に噴射するようにした高温水噴射内燃機関が本件発明者らによって提案された。
Various water-injection internal combustion engines have been proposed in which fuel and water are injected into a cylinder of an engine to lower the combustion temperature and reduce the amount of NOx generated. In the water-injection internal combustion engine, water is injected into the cylinder. The water injection valve for injecting fuel is the most important factor for maintaining high engine performance as well as reducing NOx generation.
As one of water injection type internal combustion engines that meet such requirements, the present inventors have proposed a high temperature water injection internal combustion engine that generates high temperature water as shown in FIG. 4 and injects it into a cylinder from an injection valve. It was done.
即ち、図4は高温水噴射内燃機関をそなえた発電装置の概略全体構成を示す構成図であり、図において、100は高温水噴射内燃機関(以下エンジンという)、101は該エンジンに直結駆動される発電機である。102は過給機、103は空気冷却器、106は各シリンダの排気枝管、104は排気集合管、114は前記過給機102出口の排気管である。
110は高温側熱交換器、111は低温側熱交換器、113は水ポンプ、水タンク等からなる給水系である。
That is, FIG. 4 is a configuration diagram showing a schematic overall configuration of a power generation apparatus provided with a high-temperature water injection internal combustion engine. In FIG. Generator. 102 is a supercharger, 103 is an air cooler, 106 is an exhaust branch pipe of each cylinder, 104 is an exhaust collecting pipe, and 114 is an exhaust pipe at the outlet of the supercharger 102.
Reference numeral 110 denotes a high temperature side heat exchanger, 111 denotes a low temperature side heat exchanger, and 113 denotes a water supply system including a water pump, a water tank, and the like.
かかる高温水噴射内燃機関そなえた発電装置において、前記エンジン100からの排気ガスは各シリンダの排気枝管106から排気集合管104に入り、該排気集合管104に設けられた高温側熱交換器110において後述する水との熱交換を行ってから、前記過給機102のタービンを駆動し、前記排気管114に設けられた低温側熱交換器111において後述する水との熱交換を行ってから外部に排出される。
一方、前記給水系113から前記低温側熱交換器111に導入された水は該低温側熱交換器111において過給機102出口の排気ガスと熱交換して第1次の加熱がなされ、次いで前記高温側熱交換器110に導入されて排気集合管104を通流する高温の排気ガスと熱交換して第2次の加熱がなされて450℃以上の高温水となる。
この高温水は、高温水管112を通って図示しない水噴射弁からエンジン100
のシリンダ内に、図示しない燃料噴射弁からの燃料噴射に対して所定のタイミングで以って噴射される。
また、前記高温水噴射内燃機関は、図4(B)に示されるように、前記発電機101に代えて、プロペラ軸301を介してプロペラ302を駆動する船舶用推進装置にも適用されている。
In such a power generator equipped with a high-temperature water injection internal combustion engine, the exhaust gas from the
On the other hand, the water introduced into the low temperature
This high-temperature water passes through the high-
Is injected at a predetermined timing with respect to fuel injection from a fuel injection valve (not shown).
The high-temperature water injection internal combustion engine is also applied to a marine propulsion device that drives a
また、本件出願人の出願に係る特許文献1(特開2003−3924号公報)の発明においては、所定圧力に加圧された燃料を針弁室に導き、針弁開閉手段により駆動されてノズルチップの内周を往復摺動する針弁のシート部と弁座との着脱によって前記針弁室と噴孔との間の流路を開閉することにより、該噴孔からの燃料噴射を制御するように構成された燃料噴射弁において、前記針弁開閉手段を、作動油室と作動油タンクとの間の作動油通路を開閉するパイロット弁の開度を磁界中に配置された磁歪材の磁気歪みにより変化せしめて、前記開閉弁によって作動油通路を閉じることにより針弁のシート部を弁座に着座させて針弁を閉弁し、前記パイロット弁によって作動油通路を開くことにより、針弁のシート部と弁座とを離隔して針弁を開弁する超磁歪アクチュエータで構成して、針弁リフトの微小な変位制御を可能とし、高精度の燃料噴射性能を発揮できるように構成している。 Further, in the invention of Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-3924) relating to the application of the present applicant, the fuel pressurized to a predetermined pressure is guided to the needle valve chamber and driven by the needle valve opening / closing means, and the nozzle The fuel injection from the injection hole is controlled by opening and closing the flow path between the needle valve chamber and the injection hole by attaching and detaching the seat part of the needle valve that reciprocally slides on the inner periphery of the tip and the valve seat. In the fuel injection valve configured as described above, the needle valve opening and closing means is configured such that the opening degree of the pilot valve that opens and closes the hydraulic oil passage between the hydraulic oil chamber and the hydraulic oil tank is magnetized by a magnetostrictive material arranged in a magnetic field. The needle valve is closed by opening the hydraulic oil passage by the pilot valve by closing the hydraulic oil passage by the open / close valve and closing the needle valve by seating the seat portion of the needle valve on the valve seat. Separate the needle seat and the valve seat Constitute a super magnetostrictive actuator to the valve, to allow a minute displacement control of the needle valve lift, it is configured to exhibit a high-precision fuel injection performance.
図4に示されるような、高温水噴射内燃機関においては、前記低温側熱交換器111及び高温側熱交換器110において排気ガスによって2段階で加熱され、450℃、35MPa程度の高温、高圧の高温水を、高温流体噴射弁からエンジン100のシリンダ内に、燃料噴射弁からの燃料噴射に対して所定のタイミングで以って噴射することによって、エンジン100のNOx発生量を低減するとともに、排気ガスを高温水によって回収することにより、エンジン出力の増大及び熱効率の向上を実現可能となっている。
In the high-temperature water injection internal combustion engine as shown in FIG. 4, the low-temperature
本件出願人の出願に係る前記特許文献1における燃料噴射弁は、針弁開閉手段として超磁歪アクチュエータとパイロット弁を用いることにより、針弁リフトの微小な変位制御を可能とし、高精度の燃料噴射性能を発揮できるように構成されているが、図4に示されるような高温水噴射内燃機関にかかる燃料噴射弁を適用する場合には、噴射流体が450℃程度の高温で腐食性の強い高温水であるため、このようなほぼ常温に近い燃料で作動する噴射弁では、次のような解決すべき課題を有している。 The fuel injection valve in the above-mentioned patent document 1 relating to the application of the present applicant makes it possible to control a minute displacement of the needle valve lift by using a giant magnetostrictive actuator and a pilot valve as needle valve opening and closing means, and highly accurate fuel injection. Although configured so as to exhibit performance, when a fuel injection valve for a high-temperature water injection internal combustion engine as shown in FIG. 4 is applied, the injection fluid is at a high temperature of about 450 ° C. and is highly corrosive. Since it is water, such an injection valve that operates with fuel close to room temperature has the following problems to be solved.
即ち、前記特許文献1に示されているような燃料噴射弁は、針弁開閉手段として超磁歪アクチュエータとパイロット弁を備え、該超磁歪アクチュエータ及びパイロット弁を噴射弁本体内に組み込む構造として、コンパクトな構造の燃料噴射弁となっているが、かかる燃料噴射弁を図4のような高温水噴射内燃機関用の高温流体噴射弁に適用する場合には、該高温水が針弁ケースの針弁孔内を含む針弁の周囲及びノズルチップの内部通路を流動するため、針弁ケースの周辺及び針弁及びノズルチップの温度が、通常の燃料噴射弁よりも大幅に高くなる。 That is, the fuel injection valve as shown in Patent Document 1 is provided with a giant magnetostrictive actuator and a pilot valve as needle valve opening / closing means, and is compact as a structure in which the giant magnetostrictive actuator and the pilot valve are incorporated in the injection valve body. When the fuel injection valve is applied to a high-temperature fluid injection valve for a high-temperature water-injection internal combustion engine as shown in FIG. 4, the high-temperature water is a needle valve in a needle valve case. Since the flow around the needle valve including the inside of the hole and the internal passage of the nozzle tip, the temperature around the needle valve case and the temperature of the needle valve and the nozzle tip is significantly higher than that of a normal fuel injection valve.
このため、かかる高温流体噴射弁にあっては、噴射弁本体内の上部に組み込まれている超磁歪アクチュエータ及びパイロット弁の温度は、前記針弁ケースの周辺及びノズルチップからの伝熱によって高温となり、かかる高温に伴う過熱によって、該超磁歪アクチュエータ及びパイロット弁の作動に誤差、引いては作動不良が生じて噴射性能の低下をもたらすという、事態が発生し易くなる。また、かかる高温によって、超磁歪アクチュエータの耐久性が低下する。 For this reason, in such a high-temperature fluid injection valve, the temperature of the giant magnetostrictive actuator and the pilot valve incorporated in the upper part of the injection valve body becomes high due to heat transfer from the periphery of the needle valve case and from the nozzle tip. Due to the overheating accompanying such a high temperature, the operation of the giant magnetostrictive actuator and the pilot valve is likely to cause an error, thereby causing a malfunction, resulting in a decrease in injection performance. Further, the durability of the giant magnetostrictive actuator is lowered by such high temperature.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、噴射流体が高温水等の高温の流体であっても、針弁の開閉を制御する針弁開閉手段、特に超磁歪アクチュエータ及び開閉弁(パイロット弁)で構成する針弁開閉手段の過熱を回避して、かかる過熱に伴なう噴射弁の噴射性能の低下の発生を防止するとともに、耐久性を向上した高温流体噴射弁及びかかる高温流体噴射弁をそなえた高温水噴射内燃機関を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention provides a needle valve opening / closing means for controlling the opening / closing of a needle valve, particularly a giant magnetostrictive actuator and an opening / closing valve (pilot valve), even if the jet fluid is a high-temperature fluid such as high-temperature water. There is provided a high-temperature fluid injection valve with improved durability and such a high-temperature fluid injection valve as well as preventing the occurrence of deterioration of the injection performance of the injection valve due to such overheating by avoiding overheating of the needle valve opening / closing means that constitutes Another object of the present invention is to provide a high temperature water injection internal combustion engine.
本発明はかかる目的を達成するもので、所定圧力に加圧された高温流体を針弁室に導き、噴射弁本体に装着された針弁開閉手段により駆動され針弁孔内に往復摺動可能に嵌合された針弁のシート部と弁座との着脱によって前記針弁室とノズルチップの先端部に形成された噴孔との間の流路を開閉することにより、該噴孔からの高温流体の噴射を制御するように構成された高温流体噴射弁であって、前記噴射弁本体の前記針弁開閉手段の装着部と、内部に前記針弁室が形成されるケース部材との間に、セラミックス材を含む低熱伝導材料からなるスぺーサを介装したことを特徴とする(請求項1)。 The present invention achieves such an object, and guides a high-temperature fluid pressurized to a predetermined pressure to a needle valve chamber, and is driven by a needle valve opening / closing means attached to the injection valve body so as to be reciprocally slidable in the needle valve hole. By opening and closing the flow path between the needle valve chamber and the nozzle hole formed at the tip of the nozzle chip by attaching and detaching the seat part of the needle valve fitted to the valve seat and the valve seat, A high-temperature fluid injection valve configured to control injection of a high-temperature fluid between a mounting portion of the needle valve opening / closing means of the injection valve body and a case member in which the needle valve chamber is formed Further, a spacer made of a low thermal conductive material including a ceramic material is interposed (claim 1).
かかる発明において、具体的には、前記針弁開閉手段は、作動油室と作動油タンクとの間の作動油通路を開閉する開閉弁の開度を磁界中に配置された磁歪材の磁気歪みにより変化せしめて、前記開閉弁によって作動油通路を閉じることにより前記針弁のシート部を弁座に着座させて針弁を閉弁し、前記開閉弁によって作動油通路を開くことにより針弁のシート部と弁座とを離隔して針弁を開弁する磁歪アクチュエータからなり、該磁歪アクチュエータ及び前記開閉弁を前記噴射弁本体内に設置し、前記スぺーサを前記噴射弁本体の下面と前記ケース部材の上面との間に介装するように構成するのが好ましい(請求項2)。 In this invention, specifically, the needle valve opening / closing means includes a magnetostrictive material arranged in a magnetic field with an opening degree of an opening / closing valve for opening / closing a hydraulic oil passage between the hydraulic oil chamber and the hydraulic oil tank. The opening and closing valve closes the hydraulic oil passage, the seat portion of the needle valve is seated on the valve seat, the needle valve is closed, and the hydraulic oil passage is opened by the opening and closing valve. A magnetostrictive actuator that opens a needle valve by separating a seat portion and a valve seat, the magnetostrictive actuator and the on-off valve are installed in the injection valve main body, and the spacer is formed on a lower surface of the injection valve main body. It is preferable to configure so as to be interposed between the upper surface of the case member.
かかる発明によれば、高温流体噴射弁における噴射弁本体の針弁開閉手段の装着部と、内部に針弁室が形成されるケース部材との間に、セラミックス材を含む低熱伝導材料からなるスぺーサを介装したので、高温水を含む高温の噴射流体が流動して高温状態になっている針弁ケースの周辺及びノズルチップからの熱伝導が前記スぺーサによって遮断される。
このようなスぺーサでの断熱作用によって針弁開閉手段の装着部近傍の温度が低下して、該針弁開閉手段、殊に高温時で作動性能が低下し易い磁歪アクチュエータ及び前記開閉弁の過熱を回避でき、かかる過熱に伴なう高温流体噴射弁の噴射性能の低下の発生を防止できるとともに、該高温流体噴射弁の耐久性を向上できる。
According to such an invention, the gap made of the low thermal conductivity material including the ceramic material is provided between the mounting portion of the needle valve opening / closing means of the injection valve body in the high-temperature fluid injection valve and the case member in which the needle valve chamber is formed. Since the spacer is interposed, the heat conduction from the periphery of the needle valve case and the nozzle tip where the high-temperature jet fluid including high-temperature water flows and is in a high-temperature state is blocked by the spacer.
Due to the heat insulating action of the spacer, the temperature in the vicinity of the mounting portion of the needle valve opening / closing means decreases, and the needle valve opening / closing means, particularly the magnetostrictive actuator whose operating performance is likely to deteriorate at high temperatures, and the opening / closing valve Overheating can be avoided, the occurrence of a drop in the injection performance of the high-temperature fluid injection valve associated with such overheating can be prevented, and the durability of the high-temperature fluid injection valve can be improved.
また、かかる発明において好ましくは、前記噴射弁本体内の下部から前記スぺーサの内部に連通されて、該噴射弁本体の下部及びスぺーサを冷却する冷却液が流動する冷却液通路を設けるとともに、該スぺーサ内部の冷却液通路を前記ノズルチップに近い側に形成する(請求項3)。
このように構成すれば、噴射弁本体内の下部及びスぺーサを強制冷却することによって、該スぺーサ装着部近傍における熱遮断機能がさらに向上し、針弁開閉手段、殊に高温時で作動性能が低下し易い磁歪アクチュエータの温度低下、及びかかる温度低下に伴なう高温流体噴射弁の噴射性能及び耐久性の向上を実現できる。
さらには、前記スぺーサ内部の冷却液通路を前記ノズルチップに近い側に形成したので、該スぺーサの入熱側であるノズルチップに近い側の温度を下げることができて、該冷却液通路の遮熱機能が上昇し、ノズルチップ側からの熱が磁歪アクチュエータ側へ伝達されるのを抑制できて、磁歪アクチュエータのさらなる温度低下を実現できる。
Further, in this invention, preferably, a cooling fluid passage is provided which communicates from the lower part in the injection valve body to the interior of the spacer and through which the cooling liquid for cooling the lower part of the injection valve body and the spacer flows. At the same time, a coolant passage inside the spacer is formed on the side close to the nozzle tip.
With this configuration, by forcibly cooling the lower part and the spacer in the injection valve main body, the heat shut-off function in the vicinity of the spacer mounting portion is further improved, and the needle valve opening / closing means, particularly at high temperatures. It is possible to reduce the temperature of the magnetostrictive actuator, whose operating performance tends to decrease, and to improve the injection performance and durability of the high-temperature fluid injection valve associated with the temperature decrease.
Further, since the coolant passage inside the spacer is formed on the side close to the nozzle tip, the temperature on the side close to the nozzle tip on the heat input side of the spacer can be lowered, The heat shielding function of the liquid passage is increased, and heat from the nozzle tip side can be suppressed from being transmitted to the magnetostrictive actuator side, so that the temperature of the magnetostrictive actuator can be further lowered.
また、本発明は、以上のような特徴を有する高温流体噴射弁を、所定圧力に加圧された高温水を高温流体噴射弁の針弁室に導き、針弁開閉手段により駆動される針弁のシート部と弁座との着脱によって前記針弁室と噴孔との間の流路を開閉することにより該噴孔からの高温水の噴射を制御するように構成された高温水噴射内燃機関に用いることにより(請求項4,5,6)、高温水の使用に適応した噴射性能及び耐久性を有する高温流体噴射弁となる。
尚、本発明は、低圧から35MPa以上の高圧までの広範囲の圧力の高温流体を噴射する高温流体噴射弁及び該高温流体噴射弁を備えた高温水噴射内燃機関に適用できる。
Further, the present invention provides a high-temperature fluid injection valve having the above-described features, a needle valve driven by needle valve opening / closing means for guiding high-temperature water pressurized to a predetermined pressure to the needle valve chamber of the high-temperature fluid injection valve. A high-temperature water injection internal combustion engine configured to control the injection of high-temperature water from the nozzle hole by opening and closing a flow path between the needle valve chamber and the nozzle hole by attaching and detaching the seat portion and the valve seat (
The present invention can be applied to a high-temperature fluid injection valve that injects a high-temperature fluid in a wide range of pressure from a low pressure to a high pressure of 35 MPa or more, and a high-temperature water injection internal combustion engine equipped with the high-temperature fluid injection valve.
本発明によれば、高温流体噴射弁における噴射弁本体の針弁開閉手段の装着部と、内部に針弁室が形成されるケース部材との間に、低熱伝導材料からなるスぺーサを介装したので、高温水を含む高温の噴射流体が流動して高温状態になっている針弁ケースの周辺及びノズルチップからの熱伝導が前記スぺーサによって遮断され、このようなスぺーサでの断熱作用によって針弁開閉手段の装着部近傍の温度が低下し、該針弁開閉手段、殊に磁歪アクチュエータ及び開閉弁の過熱を回避でき、かかる過熱に伴なう高温流体噴射弁の噴射性能の低下の発生を防止できるとともに、該高温流体噴射弁の耐久性を向上できる。 According to the present invention, a spacer made of a low thermal conductivity material is interposed between the mounting portion of the needle valve opening / closing means of the injection valve body in the high-temperature fluid injection valve and the case member in which the needle valve chamber is formed. Because of this, the spacers block the heat conduction from the periphery of the needle valve case and the nozzle tip where the high-temperature jet fluid including high-temperature water flows and is in a high-temperature state. The temperature in the vicinity of the mounting portion of the needle valve opening / closing means decreases due to the heat insulating action of the needle valve, and overheating of the needle valve opening / closing means, particularly the magnetostrictive actuator and the opening / closing valve can be avoided, and the injection performance of the high temperature fluid injection valve accompanying such overheating Can be prevented, and the durability of the high-temperature fluid injection valve can be improved.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1は本発明の実施例に係る高温水噴射内燃機関の磁歪アクチュエータを含む水噴射弁の縦断面図である。図2(A)は図1に示す水噴射弁における磁歪アクチュエータ及び作動油系を示す構成図、(B)は(A)におけるA−A線断面図である。図3(A)は図1におけるY部拡大断面図、(B)は(A)におけるB−B矢視図である。
図1〜3において、200は水噴射弁、1は該噴射弁200の噴射弁本体、3は耐熱、耐食性をそなえた耐熱鋼材からなるノズルチップ、4は該ノズルチップ3の先端部に複数個穿孔された噴孔、6は該噴孔4に連通されるサック部である。
031は針弁ケース、5は針弁で、図1のように該針弁5はその嵌合径部5yを前記針弁ケース031に穿孔された針弁孔1z内に往復摺動可能に嵌合されている。前記針弁ケース031はこれの針弁孔1z内を前記針弁5が往復摺動するとともに、後述するように、450℃、35MPa程度の高温、高圧の高温水が針弁室5b内を流動するので、耐熱、耐食性をそなえた耐熱鋼材で構成している。5zは針弁中心である。
前記針弁5の先端には円錐状のシート部5aが形成され、該シート部5aが前記ノズルチップ3の上端面側に形成された弁座3aに着脱することにより、前記針弁室5bとサック部6及び噴孔4とを連通及び遮断するようになっている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a water injection valve including a magnetostrictive actuator of a high temperature water injection internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 2A is a configuration diagram showing a magnetostrictive actuator and a hydraulic fluid system in the water injection valve shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3A is an enlarged cross-sectional view of a Y portion in FIG. 1, and FIG. 3B is a view taken along the line BB in FIG.
1 to 3,
A
40はノズルナットで、該ノズルナット40を前記針弁ケース031の下部にねじ込む(ねじ部は図示省略)ことにより、該針弁ケース031の下面と前記ノズルチップ3の上面とを流体密に当接している。
5bは前記針弁5の外周面が臨んで形成された針弁室、7は該針弁室5bへの噴射流体(この実施例では高温水)の入口、7aは入口コネクタであり、噴射流体入口管112(図2参照)からの高温の噴射流体が噴射流体入口7を経て該針弁室5bに導入されるようになっている。
27は作動油入口、12は該作動油入口27から導入された作動油が収容される作動油室である。9は前記作動油室12内の作動油圧力を前記針弁5に伝達する連結部材である。
30は超磁歪アクチュエータ、31は該超磁歪アクチュエータ30によって作動されるパイロット弁であり、詳細は後述する。
Reference numeral 40 denotes a nozzle nut. By screwing the nozzle nut 40 into the lower portion of the needle valve case 031 (a screw portion is not shown), the lower surface of the
5b is a needle valve chamber formed with the outer peripheral surface of the
27 is a hydraulic oil inlet, and 12 is a hydraulic oil chamber in which hydraulic oil introduced from the
30 is a giant magnetostrictive actuator, 31 is a pilot valve that is actuated by the giant
図1及び図3において、8は前記噴射弁本体1の下面と針弁ケース031の上面との間に介装されたスペーサである。10は本体側締付ナットで、該本体側締付ナット10を前記噴射弁本体1の下部のねじ部10aにねじ込むことにより、前記スペーサ8を、針弁ケース031の上面と噴射弁本体1の下面との間に流体密に挟着している。
前記スペーサ8は、セラミックス材、熱伝導率の低い耐熱鋼材等の低熱伝導材料からなり、該スペーサ8において前記針弁ケース031側からの熱を遮断可能としている。
In FIGS. 1 and 3,
The
前記スペーサ8の内部には、前記噴射弁本体1内の下部に穿孔された冷却液入口通路21a1及び冷却液出口通路21b1にそれぞれ連通する冷却液入口通路21a及び冷却液出口通路21bが軸方向に穿孔されている。前記スペーサ8内の冷却液入口通路21a及び冷却液出口通路21bは、図3(A)のようにスペーサ8の下面つまり前記ノズルチップ3に近い側に環状に形成された環状溝320によって連通されている。
図3(B)において、33は前記スペーサ8と噴射弁本体1との間の位置決め用のノックピンである。
Inside the
In FIG. 3B,
前記噴射弁本体1内の冷却液入口通路21a1及び冷却液出口通路21b1は、図1のように、冷却液入口20及び冷却液出口(図示省略)に接続されている。
これにより、前記冷却液入口20から導入された冷却油は、噴射弁本体1内の冷却液入口通路21a1→スペーサ8の冷却液入口通路21a→スペーサ8の環状溝320→スペーサ8の冷却液出口通路21b→噴射弁本体1内の冷却液出口通路21b1→冷却液出口のように流れて、スペーサ8及び噴射弁本体1の下部を冷却する。
このように構成することにより、噴射弁本体1内の下部及びスぺーサ8を強制冷却することによって、該スぺーサ8装着部近傍における熱遮断機能が向上し、高温時で作動性能が低下し易い超磁歪アクチュエータ30の温度低下及びかかる温度低下に伴なう水噴射弁200の噴射性能及び耐久性の向上を実現できる。
また、前記スぺーサ8内部の環状溝320等の冷却液通路を前記ノズルチップ3に近い側に形成したので、該スぺーサ8の入熱側であるノズルチップ3に近い側の温度を下げることができて、該環状溝320の遮熱機能が上昇し、ノズルチップ3側からの熱が超磁歪アクチュエータ30側へ伝達されるのを抑制できて、超磁歪アクチュエータのさらなる温度低下を実現できる。
The coolant inlet passage 21a1 and the coolant outlet passage 21b1 in the injection valve body 1 are connected to the
As a result, the cooling oil introduced from the
With this configuration, by forcibly cooling the lower part of the injection valve main body 1 and the
Further, since the coolant passage such as the
図2(A)において、123は作動油ポンプ、125は作動油タンク、124は作動油管で、該作動油タンク125内の作動油を作動油ポンプ123により作動油管124及び作動油入口27を通して作動油入口室27aに導入するようになっている。
前記作動油室12は前記作動油入口室27aと隔壁111を隔てて形成され、前記連結部材9の端面9aが臨んで形成されている。
そして、図2(A)及び(B)に示すように、前記連結部材9の外周面には一定長さに亘って制御用切欠部5cが形成され、前記針弁5及び連結部材9の軸方向移動により、前記作動油入口室27aと作動油室12とが該制御用切欠部5cを介して連通可能となっている。
In FIG. 2A, 123 is a hydraulic oil pump, 125 is a hydraulic oil tank, 124 is a hydraulic oil pipe, and the hydraulic oil in the hydraulic oil tank 125 is operated through the
The
2A and 2B, a control notch 5c is formed on the outer peripheral surface of the connecting
31はパイロット弁で、前記噴射弁本体1の上部側に穿設され前記作動油室12と前記作動油タンク125への排油通路125aとを接続する作動油通路121を開閉するものである。即ち、該パイロット弁31は、平板状の当接面を前記噴射弁本体1側の弁座面5fに着脱することにより、前記作動油通路121を開閉するようになっている。
31 is a pilot valve which opens and closes a
30は超磁歪アクチュエータであり、次のように構成されている。
33は磁石(電磁石)、32は磁気歪により変位する超磁歪材で一旦側を前記パイロット弁31の根元の支持部に固着されており、前記磁石33への通電によって超磁歪材32が軸方向に変位することにより、前記パイロット弁31を往復動せしめるようになっている。34は前記パイロット弁31の支持部31aとアクチュエータの本体部35との間に介装されたばねで、前記パイロット弁31を閉弁する方向に付勢されている。
かかる超磁歪アクチュエータ30の基本構成自体は公知であり、この実施例においては、該超磁歪アクチュエータ30に前記パイロット弁31を連結して開閉駆動するように構成している。
33 is a magnet (electromagnet), 32 is a giant magnetostrictive material that is displaced by magnetostriction, and is temporarily fixed to the support portion at the base of the
The basic configuration itself of the giant
かかる構成からなる高温水噴射内燃機関の運転時において、前記針弁5が閉じた状態においては、前記超磁歪アクチュエータ30によりパイロット弁31は閉じられ、作動油室12内の作動油圧力が前記連結部材9の上面9aに作用している。
そして、前記超磁歪アクチュエータ30の磁石33に電流を付与して超磁歪材32を変位させこれに連結されたパイロット弁31をリフトさせて前記作動油通路121を開口すると、作動油室12内の作動油が排油通路125aを介して作動油タンク125側に排出され、前記針弁5に作用する作動油室12内の作動油による力と針弁室5b内の噴射流体による力とが平衡する位置にて針弁5が整定されて該針弁5が開弁され、針弁室5b内の高温水がサック部6を経て噴孔4からシリンダ内に噴射される。
During operation of the high-temperature water injection internal combustion engine having such a configuration, when the
Then, when a current is applied to the
かかる実施例によれば、噴射弁本体1の超磁歪アクチュエータ30及びパイロット弁31の装着部と、内部に針弁室5bが形成される針弁ケース031との間に、セラミックス材を含む低熱伝導材料からなるスぺーサ8を介装したので、高温水からなる高温の噴射流体が流動して高温状態になっている針弁ケース031の周辺及びノズルチップ3からの熱伝導が前記スぺーサ8によって遮断される。
このようなスぺーサ8での断熱作用によって超磁歪アクチュエータ30及びパイロット弁31の装着部近傍の温度が低下して、高温時で作動性能が低下し易い超磁歪アクチュエータ30及びパイロット弁31の過熱を回避でき、かかる過熱に伴なう水噴射弁200の噴射性能の低下の発生を防止できるとともに、該水噴射弁200の耐久性を向上できる。
According to this embodiment, the low thermal conductivity containing the ceramic material is provided between the mounting portion of the giant
The temperature of the vicinity of the mounting portion of the giant
以上の実施例は、本発明に係る高温流体噴射弁を発電装置用の高温水噴射式内燃機関に適用したものであるが、本発明は、図4(B)に示されるような、プロペラ軸301を介してプロペラ302を駆動する船舶用推進装置用の高温水噴射式内燃機関にも適用できる。
In the above embodiment, the high-temperature fluid injection valve according to the present invention is applied to a high-temperature water-injection type internal combustion engine for a power generator, but the present invention is applied to a propeller shaft as shown in FIG. The present invention can also be applied to a high-temperature water injection type internal combustion engine for a marine propulsion device that drives a
本発明によれば、噴射流体が高温水等の高温の流体であっても、針弁の開閉を制御する針弁開閉手段、特に超磁歪アクチュエータ及び開閉弁(パイロット弁)で構成する針弁開閉手段の過熱を回避して、かかる過熱に伴なう噴射弁の噴射性能の低下の発生を防止するとともに、耐久性を向上した高温流体噴射弁及びかかる高温流体噴射弁をそなえた高温水噴射内燃機関を提供できる。 According to the present invention, even if the jet fluid is a high-temperature fluid such as high-temperature water, the needle valve opening / closing means for controlling the opening / closing of the needle valve, in particular, the needle valve opening / closing constituted by the giant magnetostrictive actuator and the opening / closing valve (pilot valve). A high temperature fluid injection valve with improved durability and a high temperature water injection internal combustion engine equipped with such a high temperature fluid injection valve while preventing the occurrence of deterioration in the injection performance of the injection valve accompanying such overheating by avoiding overheating of the means Can provide institutions.
1 噴射弁本体
1z 針弁孔
3 ノズルチップ
3a 弁座
4 噴孔
5 針弁
5a 針弁のシート部
5b 針弁室
5y 嵌合径部
6 サック部
7 噴射流体入口
8 スペーサ
9 連結部材
10 本体側締付ナット
12 作動油室
20 冷却液入口
21a 冷却液入口通路
21b 冷却液出口通路
30 超磁歪アクチュエータ
31 パイロット弁
031 針弁ケース
320 環状溝
40 ノズルナット
200 水噴射弁
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