JP6471373B2

JP6471373B2 - ４行程用インジェクションバルブ

Info

Publication number: JP6471373B2
Application number: JP2017000789A
Authority: JP
Inventors: チュルリ，スー; エウンリ，サン
Original assignee: HANBIT PRECISION Co Ltd
Current assignee: HANBIT PRECISION Co Ltd
Priority date: 2016-01-07
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2037-01-05
Also published as: DE102017200105A1; JP2017122453A; CN106762304A; CN106762304B; KR101638815B1

Description

本発明は、４行程用燃料の噴射のためのインジェクションバルブに関する。

ディーゼルエンジンは、２行程エンジン及び４行程エンジンに大別され、２行程エンジンは、吸入、圧縮、燃焼、排気のサイクルがピストンの２回の往復で終わり、４行程エンジンは、吸入、圧縮、燃焼、排気のサイクルがピストンの４回の往復で終わる。２行程エンジンは、吸気及び排気のための弁駆動系がないが故にシリンダーヘッドが単純であり、燃焼室には点火プラグのみ存在するが故に、燃焼効率が良好であるとはいえ、構造からみて４行程のレベルまで圧縮比を高め難く、その結果、熱効率及び燃費は低い。４行程エンジンは、吸気弁及び排気弁のそれぞれにおいて、吸入行程において吸気弁が開かれ、排気行程において排気弁が開かれて混合空気及び燃焼ガスを吸気・排気する。４行程エンジンは、ピストンが高速にて往復運動するが故に２行程よりもやや力は弱いとはいえ、高速にて運行可能であることから小型の快速艇などに用いられる。

図１は、従来の技術による２行程エンジンが備える燃料噴射用ノズルを示す図である。前記燃料噴射用ノズルは、大韓民国公開特許公報第１０−２０１２−００７４３２７号に開示されているノズルであり、前記ノズルは、バルブハウジング２の端部において中心孔を介して突出するが、その環状の表面３は破線にて示すシリンダーカバー又はシリンダーライダー内の対応する接触表面に対して付勢されて、ノズルボア４付きノズルのティップは燃焼室Ａに突出し、燃料弁が開かれるときに燃料を噴射することが可能になる。前記燃料弁は、スライダーガイド８の底端部に図示の弁のデザインで配設された弁座７及び弁ニードル６を有するバルブスライダー５を備える。前記スライダーガイドは、ノズル１上において上側の対向表面に対して下方に付勢される。

図２は、従来の技術による４行程エンジンが備える燃料噴射用ノズルを示す図である。前記燃料噴射用ノズルは、大韓民国公開特許公報第１０−２０１０−０００２１２７号に開示されているノズルであり、この例のディーゼルエンジン用燃料噴射装置は、燃料が供給されるノズル本体２１（ノズルボディ）と、その内部において移動可能なように配置されるニードルバルブ２２と、を有している。

ノズル本体２１は、先細まりの略円筒状のブロック体であり、その基底端部の中心にはニードルバルブ２２の案内孔２３が形成されている。前記案内孔２３の前側は拡径状の燃料溜まり部２４であり、外部から燃料供給孔２５を介して前記燃料溜まり部２４内に燃料が供給されるようになっている。また、燃料溜まり部２４の先端にはテーパー状のシート部２６が形成されている。前記シート部２６のさらに前側には、燃料溜まり部２４と連通する小径の孔２７が形成されており、前記孔２７の壁部には外部と連通するようにノズル孔２８が形成されている。

ニードルバルブ２２は、ノズル本体２１の案内孔２３に摺動自在に保持された丸棒状のベース部３０（ニードルの直径φＤ）と、燃料溜まり部２４の内径よりも直径が小さく、ベース部３０と一体に形成されて、その先端にはノズル本体２１のシート部２６と接触するテーパー状のシート部３１が形成された丸棒状の先端部３２（シート直径φｄ＜φＤ）と、を有している。

ニードルバルブ２２は、そのシート部３１が、ノズル本体２１のシート部２６と当接する方向にバネなどの付勢手段により荷重Ｗで付勢されており、外力を受けていない状態では、ニードルバルブ２２のシート部３１はノズル本体２１のシート部２６に接触してシート部２６、３１の間を閉鎖していて、燃料溜まり部２４とノズル孔２８との間は遮断されている。

燃料の噴射に際しては燃料供給孔２５から所定の圧力の燃料が燃料溜まり部２４内に供給されて、内圧の上昇によりニードルバルブ２２が力を受けて案内孔２３に導かれて上方に移動し、シート部２６、３１の間が開放されてノズル孔２８から外部に燃料が噴射される。

従来の燃料噴射装置における燃料噴射ノズルの先端には、複数の噴霧孔の加工及び流量係数の増大のための袋状の小さな体積部が存在するが、これをノズルサック（ｓａｃ）と呼び、噴射後にサック容積（ｓａｃｖｏｌｕｍｅ）に相当する残留燃料オイルが後噴射燃焼を引き起こすため、煤、未燃焼ＨＣなどの燃焼室内の体積物が持続的に発生する。

サック容積を減らすと、燃料の噴射が終わった後に後だれが減って炭化水素が減るが、噴霧特性及び噴霧孔間のバラツキは大きくなるという問題がある。

大韓民国公開特許公報第１０−２０１２−００７４３２７号大韓民国公開特許公報第１０−２０１０−０００２１２７号

本発明は、未噴射の燃料が第１の燃料室及び燃料供給流路に逆流することを信頼性よく遮断することのできる４行程用インジェクションバルブを提供することを目的とする。

また、サック容積を減らすとともに、安定的に燃料を噴射孔に噴射することのできる４行程用インジェクションバルブを提供することを目的とする。

本発明は、第１の直径を有するベーススライド孔、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する第１の燃料室、燃料室から遠ざかるにつれて直径が小さくなるテーパー状の第１の開閉面、第１及び第２の直径よりも小さい第３の直径を有する第２の燃料室、第３の直径よりも小さい第４の直径を有する第２の開閉面、第４の直径よりも大きく、且つ、第３の直径よりも小さい第５の直径を有する第３の燃料室及び第２の開閉面から外部に向かって燃料を噴射できるように放射状に形成される噴射孔を有するステッピングホルダーと、
ベーススライド孔と摺動しながら往復運動するベース部、第１の開閉部を開閉する第１の開閉部、第３の直径及び第４の直径よりも小さい第６の直径を有する燃料流入部、第２の開閉面と摺動する第２の開閉部、第２の開閉面の端部から燃料流入部の所定の深さまで形成される軸孔及び軸孔と連通するように燃料流入部に形成される燃料流入孔を有するステッピングロッドと、を備えることを特徴とし、さらに第２の開閉面の長さが、第１の燃料室、第１の開閉面、第２の燃料室の長さより大きく、ステッピングロッドのストローク長よりも大きく、しかも第２の開閉面の長さは第２の開閉部の長さに等しいものである４行程用インジェクションバルブを提供する。

また、本発明の他の態様は、ステッピングホルダーは、第１の燃料室に燃料を供給する燃料流入流路をさらに備えることを特徴とする４行程用インジェクションバルブを提供する。

さらに、本発明の他の態様は、ステッピングロッドは、第２の開閉部に潤滑溝をさらに備えることを特徴とする４行程用インジェクションバルブを提供する。

さらにまた、本発明の他の態様は、潤滑溝は、ノズルの閉鎖に際してステッピングホルダーの噴射孔及び第２の燃料室と遭遇しない個所に形成されることを特徴とする４行程用インジェクションバルブを提供する。

本発明が提供する４行程用インジェクションバルブは、未噴射の燃料が噴射孔の周りにおいて一回、第１の燃料室の周りにおいてもう一回（すなわち、二重に）遮断されて第１の燃料室及び燃料供給流路に逆流することを信頼性よく遮断することができる。

また、本発明が提供する４行程用インジェクションバルブは、燃料室と噴射孔との間が二重に遮断されることにより、汚泥の発生を防ぐことができてステッピングホルダー及びステッピングロッドの耐摩耗性を向上させることができる。

さらに、本発明が提供する４行程用インジェクションバルブは、逆流ガスの流入を防ぐことにより、ステッピングロッド及びステッピングホルダーの脱炭を防ぐことができ、これにより、摺動面の寿命を延ばすことができる。

さらにまた、後噴射燃焼の原因となるサック容積を減らすことができて、ＮＯｘ、ＣＯ、スモーク、未燃焼ＨＣ及び燃焼室内の堆積物を減らしてシリンダーの作動条件を改善することができる。

加えて、ステッピングホルダーとステッピングロッドとの間に潤滑溝を備えることにより、摩擦熱の発生を減らして、ステッピングホルダーとステッピングロッドとの間の公差をタイトに設定することにより、燃料ガスの逆流を防ぐことができる。

従来の技術による２行程エンジンが備える燃料噴射用ノズルを示す図である。従来の技術による４行程エンジンが備える燃料噴射用ノズルを示す図である。本発明の第１の実施形態による４行程用インジェクションバルブのステッピングホルダーを示す図である。本発明の第１の実施形態による４行程用インジェクションバルブのステッピングロッドを示す図である。本発明の第１の実施形態による４行程インジェクションバルブが遮断された様子を示す図である。本発明の第１の実施形態による４行程インジェクションバルブが開放された様子を示す図である。本発明の第２の実施形態による４行程用インジェクションバルブのステッピングロッドを示す図である。

以下、添付図面に基づき、本発明を詳述する。

図３は、本発明の第１の実施形態による４行程用インジェクションバルブのステッピングホルダーを示す図である。

本発明に係るインジェクションバルブは、軸方向に後述するステッピングロッド２００（図４参照）を収容するための摺動孔が形成されるステッピングホルダー１００と、摺動孔の内に嵌め込まれて摺動しながら燃料の噴射を制御するステッピングロッド２００（図４参照）と、を備える。

ステッピングホルダー１００に形成される摺動孔は、上部から順番に、第１の直径を有するベーススライド孔１１０、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する第１の燃料室１２０、第１の燃料室１２０から遠ざかるにつれて直径が小さくなるテーパー状の第１の開閉面１４０、第１及び第２の直径よりも小さい第３の直径を有する第２の燃料室１５０、第３の直径よりも小さい第４の直径を有する第２の開閉面１６０及び第４の直径よりも大きく、且つ、第３の直径よりも小さい第５の直径を有する第３の燃料室１７０からなる。ここで、上部とは、図中の上部に示す個所のことをいう。また、燃料を流入させる燃料流入流路１３０が第１の燃料室１２０と連通するように斜めに形成される。なお、ステッピングホルダー１００は、外部に燃料を噴射できるように第２の開閉面１６０に放射状に形成される噴射孔１８０をさらに備える。

図４は、本発明の第１の実施形態による４行程用インジェクションバルブのステッピングロッドを示す図である。

ステッピングロッド２００は、ベーススライド孔１１０（図３参照）と摺動しながら往復運動するベース部２１０、第１の開閉面１４０（図３参照）を開閉する第１の開閉部２４０、第３の直径及び第４の直径よりも小さい第５の直径を有する燃料流入部２５０、第２の開閉面と摺動する第２の開閉部２６０、第２の開閉面の端部から燃料流入部の所定の深さまで形成される軸孔２７０及び軸孔２７０と連通するように燃料流入部２５０に形成される燃料流入孔２８０を上部からこの順に備える。

第１の開閉部２４０は、第１の開閉面１４０を開閉するために、第１の開閉面１４０と対応するテーパー状に形成される。第１の開閉部２４０及び第１の開閉面１４０が密着して閉鎖されたとき、燃料が一時的に貯留される第１の燃料室１２０の空間を十分に確保できるように、第１の開閉部２４０の軸方向の長さは、第１の開閉面１４０の軸方向の長さよりも短い。

このため、第１の開閉部２４０の最大の直径と同じ直径を有する中間部２３０は、第１の燃料室１２０よりも小さい直径を有する。したがって、中間部２３０と第１の燃料室１２０との間の空間が燃料を一時的に貯留するのに用いられる。このとき、燃料貯留空間を十分に確保するために、中間部２３０とベース部２１０との間に中間部２３０よりも直径が小さい小径部２２０がさらに配設されてもよい。

第１の開閉部２４０の下部には、第１の開閉部２４０の最も小さい直径よりもさらに直径が小さい燃料流入部２５０が形成される。燃料流入部２５０は、第２の燃料室１５０及び第２の開閉面１６０よりもさらに小さい直径を有する。燃料流入部２５０の下部には、第２の開閉面１６０と摺動する第２の開閉部２６０が形成される。

ステッピングロッド２００の最下端部、すなわち、第２の開閉部２６０の下端から燃料流入部２５０の所定の位置まで軸孔２７０が形成される。なお、軸孔２７０と連通するように、燃料流入部２５０に複数の燃料流入孔２８０が形成される。

図５は、本発明の第１の実施形態による４行程インジェクションバルブが遮断された様子を示す図であり、図６は、本発明の第１の実施形態による４行程インジェクションバルブが開放された様子を示す図である。図３から図６を参照して、本発明の第１の実施形態による４行程インジェクションバルブの作動について説明する。

ベーススライド孔１１０は、後述するステッピングロッドのベース部２１０が摺動する部分であり、ステッピングロッド２００が上下に往復運動するように案内する役割を果たす。ステッピングロッド２００は、ベース部２１０の上部に配設されてバネと連結される連結軸２９０を備え、連結軸２９０から伝わる動力を受け取って上下に往復運動しながら噴射孔１８０を開閉する。第１の燃料室１２０は、燃料流入流路１３０を介して流入した燃料が一時的に貯留される個所であり、第１の燃料室１２０に燃料が溜まって安定的に燃料が噴射されるようにする。第１の開閉面１４０はテーパー状を呈し、第１の開閉面１４０と同様にテーパー状を呈するステッピングロッドの第１の開閉部２４０との接離を繰り返し行い、第１の燃料室１２０と第２の燃料室１５０との間を開閉する。第２の燃料室１５０は、第１の開閉面１４０と第１の開閉部２４０が分離されると、第１の燃料室１２０と連通して第１の燃料室１２０に溜まった燃料が流入する。燃料は、第２の燃料室１５０から燃料流入孔２８０及び軸孔２７０を介して第３の燃料室１７０に流動して、第３の燃料室１７０にも一時的に溜まることがある。第３の燃料室１７０は、弁の閉鎖時に既に噴射された燃料を一時的に収容可能な空間である。

ステッピングロッド２００が下死点に位置するときに第１の開閉面１４０及び第２の開閉面１６０は両方とも閉鎖され、噴射孔１８０を介して燃料が噴射されない。

第２の開閉面１６０は、燃料の逆流を遮断するのに十分な面積を有するように十分な長さに形成される。すなわち、図３に示すように、第１の燃料室１２０、第１の開閉面１４０、第２の燃料室１５０の長さよりも第２の開閉面１６０の長さの方がさらに大きい。また、ステッピングロッド２００のストローク長さよりも十分に大きいことが好ましい。第２の開閉面１６０の長さは第２の開閉部２６０の長さと等しく、第２の開閉面１６０と第２の開閉部２６０との間の接触面積が十分に確保されてエンジンから噴射孔１８０を介して燃料が逆流することを遮断することができる。

また、第１の開閉面１４０と第１の開閉部１６０との接触により第２の燃料室１５０から第１の燃料室１２０への燃料の逆流が遮断される。

このように二重に燃料流入流路１３０及び噴射孔１８０が遮断されるので、燃料の逆流を確実に遮断することができるだけではなく、燃料の漏れを防ぐことができる。また、燃料の逆流が遮断されるので、汚泥の発生を防ぐことができてノズルの耐摩耗性を向上させることができる。なお、逆流ガスによる脱炭を防ぐことができて、摺動面の寿命を延ばすことができるというメリットがある。

さらに、後噴射燃焼の原因となるサック容積を減らすことができて、ＮＯｘ、ＣＯ、スモーク、未燃焼ＨＣ及び燃焼室内の堆積物を減らしてシリンダーの作動条件を改善することができるという効果がある。

図６を参照すると、弁が開放されたとき、燃料流入流路１３０を介して流入した燃料は第１の燃料室１２０を経て、第１の開閉面１４０と第１の開閉部２４０との間の空間を通って第２の燃料室１５０に流入する。また、第２の燃料室１５０から燃料流入孔２８０及び軸孔２７０を経て噴射孔１８０を介してエンジンの内部に燃料が噴射される。このとき、軸孔２７０の最下端部は、下部に進むにつれて軸孔２７０の直径が次第に大きくなることが好ましい。このような形状により、燃料の流動を円滑にして噴射孔１８０を介した燃料の噴霧量を増やすことができる。

図７は、本発明の第２の実施形態による４行程用インジェクションバルブのステッピングロッドを示す図である。

本発明の第２の実施形態による４行程用インジェクションバルブは、ステッピングロッド２００の第２の開閉部２６０に１以上の潤滑溝２６０ａを形成したことを除いては、第１の実施形態と構成要素及び動作原理が同様である。４行程用エンジンは高速にて作動され、これにより、エンジン内に燃料を噴射するノズルのステッピングロッド２００もまたステッピングホルダー１００（図３から図６参照）に沿って高速にて往復運動することになる。これにより、ステッピングロッド２００及びステッピングホルダー１００が過熱され、ほとんどの４行程用ノズルは冷却流路を備えている。本発明の第２の実施形態による４行程用インジェクションバルブのステッピングロッド２００は、特に、ステッピングロッド２００とステッピングホルダー１００との間の摩擦面積が大きい第２の開閉面１６０及び第２の開閉部２６０における摩擦熱を減らすために、第２の開閉部２６０に潤滑のための１以上の潤滑溝２６０ａを備える。図７に示すように、潤滑溝２６０ａは、第２の開閉部２６０の外周に沿ってリング状に形成されてもよい。しかしながら、図７に示す形状に加えて、窪み状や螺旋状など、ステッピングロッド２００とステッピングホルダー１００との間の摩擦熱を減らし、円滑な往復運動を補助する形状であれば、いかなる形状であっても構わない。

但し、第２の開閉面１６０及び第２の開閉部２６０は信頼性よく燃料の逆流及び漏れを遮断しなければならないため、潤滑溝２６０ａは、ステッピングロッド２００のノズルの閉鎖に際してステッピングホルダー１００の噴射孔１８０及び第２の燃料室１５０と遭遇しない個所に形成されなければならない。

このように、ステッピングロッド２００の第２の開閉部２６０に潤滑溝２６０ａを形成することにより、第２の開閉部２６０と第２の開閉面１６０との間に潤滑及び冷却が行われる結果、さらに精度よい公差で結合可能であり、これにより、第２の開閉部２６０及び第２の開閉面１６０による逆流防止機能をさらに向上させることができる。

Claims

第１の直径を有するベーススライド孔、第１の直径よりも大きい第２の直径を有する第１の燃料室、燃料室から遠ざかるにつれて直径が小さくなるテーパー状の第１の開閉面、第１及び第２の直径よりも小さい第３の直径を有する第２の燃料室、第３の直径よりも小さい第４の直径を有する第２の開閉面、第４の直径よりも大きく、且つ、第３の直径よりも小さい第５の直径を有する第３の燃料室及び第２の開閉面から外部に向かって燃料を噴射できるように放射状に形成される噴射孔を有するステッピングホルダーと、
ベーススライド孔と摺動しながら往復運動するベース部、第１の開閉部を開閉する第１の開閉部、第３の直径及び第４の直径よりも小さい第６の直径を有する燃料流入部、第２の開閉面と摺動する第２の開閉部、第２の開閉面の端部から燃料流入部の所定の深さまで形成される軸孔及び軸孔と連通するように燃料流入部に形成される燃料流入孔を有するステッピングロッドと、
を備えることを特徴とし、さらに第２の開閉面の長さが、第１の燃料室、第１の開閉面、第２の燃料室の長さより大きく、ステッピングロッドのストローク長よりも大きく、しかも第２の開閉面の長さは第２の開閉部の長さに等しいものである４行程用インジェクションバルブ。
ステッピングホルダーは、第１の燃料室に燃料を供給する燃料流入流路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の４行程用インジェクションバルブ。
ステッピングロッドは、第２の開閉部に潤滑溝をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の４行程用インジェクションバルブ。
潤滑溝は、ノズルの閉鎖に際してステッピングホルダーの噴射孔及び第２の燃料室と遭遇しない個所に形成されることを特徴とする請求項３に記載の４行程用インジェクションバルブ。