JPH0347461A

JPH0347461A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JPH0347461A
Application number: JP18217889A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Yamamoto; 忠弘山本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1989-07-14
Publication date: 1991-02-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、燃料噴射弁に係り、詳しくはガスタービンに
使用されるバイパス型の燃料噴射弁に関する。

ガスタービンは、エンジン重量が同出力のピストンエン
ジンに比べて軽い、振動が少ないので乗心地がよい、エ
ンジン騒音の対策が容易である、排気が清浄であるなど
の自動車用エンジンとじて優れた特長を有しているが、
走行燃費に劣る他、製造コストなどの面の改善が実用化
への重要課題の一つとなっている。

また、自動車用ガスタービンのように広い運転範囲、す
なわち広い燃料流量範囲で常に微小な噴霧を得るために
は、小流量のときでも微細化特性のよい小さな噴口と、
大流量も流すことのできる大きな噴口を備えることが要
求される。

（従来の技術）ガスタービンに使用される通常の燃料噴射弁は固定オリ
フィスより単純に燃料を噴出して霧化するという構造で
あり、そのため、燃料を多く噴射するときには燃料の噴
射弁入口圧が高くなり、結果として霧化特性は良好とな
る。ところが、低流量の場合には必然的に入口圧が下が
り、霧化特性が低下する。そこで、最低流量における入
口圧をある程度の霧化特性を確保しようとして高くとる
と、最大流量時における入口圧が極めて高くなる（入口
圧は流量の２乗に比例するから）。この場合、燃圧の高
いポンプは高価で、しかも耐久性上問題がある。また、
補機であるポンプを駆動する動力も大きくなってくる。

そこで、この欠点を解決する１つの手段として開発され
たのがバイパス型噴射弁であり、バイパス型噴射弁を用
いた従来の燃料供給系としては、例えば第４図に示すよ
うなものがある（ＤＥＬＡＶＡＮ社　８７年カタログ参
照）。第４図において、１は燃料タンク、２はリリーフ
弁を有し一定燃圧で供給する燃料ポンプ、３は噴射弁の
アダプタ部、４は噴射弁本体、５は吸込流路、６は供給
流路、７はバイパス流路、８はバイパス流路７に設けた
流量調整弁、９は圧力計で供給燃圧を指示するもの、１
０も圧力計でバイパス圧を指示するものであり、燃料は
図中矢印のように流れる。

バイパス型噴射弁の具体的構造は第５図のように示され
、第５図（ｂ）は噴射弁の断面図、第５図（ａ）は噴射
弁をＡ方向から見た側面図、同様に第５図（Ｃ）は噴射
弁をＢ方向から見た側面圀である。これらの図において
、燃料入口部１１から入った燃料はストレーナ１２を通
った後ストレーナボディ１３の中に入り、次いで、スク
リューピン１４の外側を通って分配器１５の外側に至り
、ノズルボディ１６によって支えられたオリフィス１７
から噴出する。このとき、一部の燃料を分配器１５の中
心の孔１８からスクリューピン１４の孔１９を通し、バ
イパス流路２０から逃がすことで、オリフィス１７から
出る流量を調整する。なお、２１はテフロンシールで、
燃料を逃がすためのバイパス流路２０と燃料を供給する
燃料入口部１１に連なる燃料供給路との間をシールして
いる。

このように、常に一定の供給油圧で燃料を供給し、噴射
弁から出る寸前の燃料を抜き取ってやることで、単純な
オリフィス弁に比べ低流量域においても優れた霧化特性
を得ている。そして、第５図に示すものは入口燃圧が７
ｋｇ／ＣＩＡの条件下で、ターンダウン比、すなわち最大流量最小流量が５：１程とれる。

（発明が解決しようとする課Ｂ）しかしながら、このような従来の燃料噴射弁にあっては
、ターンダウン比で５：１が限界であり、ガスタービン
エンジンのように広い運転範囲（すなわち、広い燃料流
量範囲）に対してその性能向上を図るには十分でないと
いう問題点があった。

また、バイパス燃料を最大にする（噴射流量は最小）場
合、流量調整弁を最大に開放するが、該流量調整弁を開
いていく程、弁部後の差圧が小さくなり、弁部の通路面
積としては大きなものが必要となる。この場合、自動車
用などの運転条件の変化が大きいガスタービンでは流量
調整弁として電磁弁を使用し、これを２０Ｈｚ以上でＰ
ＷＭ　（Ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄＬｈ　ｍｏｄｕｒａｔｅ）
Ｎ動（いわゆるデイ−ティ制御）させるが、このような
電磁弁は小型、小流量であるため、数多くの電磁弁が必
要になり、このような噴射弁を用いた燃料噴射装置の構
成の複雑化やコスト高を招くという問題点があった。

（発明の目的）そこで本発明は、ターンダウン比を拡大して性能向上を
図るとともに、流量調整弁の数を減らして燃料噴射装置
に適用した場合にその構成が筒車で低コストとすること
のできる燃料噴射を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段）本発明による燃料噴射弁は上記目的達成のため、燃料タ
ンクからの燃料が一定圧力で供給され、噴口から噴射す
るとともに、一部の燃料をバイパス流路から逃がすこと
により噴口から噴射する燃料の流量を調整する燃料噴射
弁において、噴射弁本体の内部にピストンを収納し、該
ピストンの先端側に対応する噴射弁本体に供給燃料をピ
ストンの先端側周囲に旋回させる上流側旋回部を形成す
るとともに、ピストンの先端部と噴射弁本体とにより供
給燃料をピストンの先端部で旋回させる下流側旋回部を
形成し、下流側旋回部の燃料の最小通路面積を上流側旋
回部の燃料の最小通路面積より小さくし、ピストンの先
端部を噴口に向けて配置するとともに、ピストンの内部
にバイパス流路を形成し、さらにピストンの後端側にバ
イパス流路の通路面積を可変とするバイパス流量可変手
段を設け、下流側旋回部の下流の燃料の一部を前記バイ
パス流路によりバイパスさせ、残りの燃料を噴口から噴
射させ、下流側旋回部と噴口の間の圧力が高くなると、
ピストンを移動させて下流側旋回部の通路面積を拡げる
とともに、バイパス流量可変手段によりバイパス流路の
通路面積を減少させるように構成している。

（作用）本発明では、下流側旋回部の下流の燃料の一部ハピスト
ン内部に形成されたバイパス流路によりバイパスし、残
りの燃料が噴口から噴射される。

そして、下流側旋回部と噴口の間の圧力が高くなると、
ピストンが移動して下流側旋回部の通路面積が拡がる一
方で、バイパス流路の通路面積が減少する。

したがって、ピストンの移動により噴口からの噴射量も
変わってターンダウン比が拡大し、他方においてバイパ
ス通路面積も変わるので、バイパスする燃料の量も十分
に大きくとれ、流量調整弁の数も減らせる。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜３図は本発明に係る燃料噴射弁の一実施例を示す
図である。本実施例ではガスタービンへの燃料供給系は
第４図に示した従来例と同様であるから省略し、特徴部
分であるバイパス型噴射弁の構造を第１図に示す。

第１図において、３１は噴射弁本体であり、噴射弁本体
３１の内部にはピストン３２がスプリング３３を介して
収納されている。スプリング３３はスペーサ３４により
その荷重（付勢力）が調整され、スペーサ３４はねじ込
み接手３５に当接している。ねじ込み接手３５はピスト
ン３２と同軸上に配設され、噴射弁本体３１に螺合、固
定されている。なお、３６はねじ込み接手３５の周囲に
装着された０リング、３７はスペーサである。

噴射弁本体３１には供給燃料が通過する燃料通路３８〜
４０が形成されており、燃料通路４０を通過した燃料は
環状の燃料留り４１に導かれる。燃料留り４１は放射外
方状（言い換えれば旋回状）に加工された孔４２．４３
に連通しており、孔４３はピストン３２周囲の環状通路
４４に連通している。この部分の断面はＡ−Ａ矢視断面
図として第２図のように示され、孔４２．４３は噴射弁
本体３１に２ケ所ずつ形成されている。環状通路４４は
旋回スリット４５を介して旋回室４６に連通しており、
旋回室４６はさらに燃料を噴射する噴口４７と、ピスト
ン３２の軸線に沿って形成されたバイパス孔４８とに連
通している。この部分の断面を旋回スリット４５に沿っ
てＸ方向から見た様子は第３図のように示され、旋回ス
リット４５は旋回状に４ケ所ずつ形成されている。なお
、第３図では説明の都合上、第１図よりも拡大して描い
ている。

バイパス孔４８はさらにバイパス圧室４９および針弁オ
リフィス５０に連通しており、バイパス圧室４９は噴射
弁本体３１に形成された燃料通路５１〜５３を介してバ
イパス燃料電磁弁と連通している。バイパス燃料電磁弁
は従来例と同様にＰＷＭ駆動されて、バイパス流量を制
御する。針弁オリフィス５０には切欠きタイプの針弁５
４が挿入されており、針弁５４はねじ込み接手３５と一
体になっている。また、ねじ込み接手３５には針弁オリ
フィス５０からのドレーン燃料を戻すための通路５５〜
５８が形成されており、通路５８はさらに燃料タンクに
連通している。

上記孔４２．４３は供給燃料をピストン３２の先端側周
囲（すなわち環状通路４４）に旋回させる上流側旋回部
６１を構成し、旋回スリット４５は供給燃料をピストン
３２の先端部（すなわち旋回室４６）で旋回させる下流
側旋回部を構成している。そして、ピストン３２の移動
により旋回スリット４５の通路面積は変化するようにな
っており、旋回スリット４５の燃料の最小通路面積は上
流側旋回部６１の燃料の最小通路面積より小さく設定さ
れている。また、上記針弁オリフィス５０および針弁５
４はバイパス流量可変手段６２を構成し、旋回スリット
４５と噴口４７の間の圧力が高くなるとピストン３２が
移動することにより旋回スリット４５の通路面積が拡が
るとともに、バイパス流量可変手段６２により（針弁オ
リフィス５０と針弁５４がより近接することにより）バ
イパス孔４８の通路面積が減少する構造となっている。

次に、作用を説明する。

まず、通路５８から一定圧力に制御された燃料が流入す
ると、この燃料は燃料通路３９．４０を通って燃料音り
４１に至り、孔４２．４３に導かれる。このとき、バイ
パス燃料制御電磁弁（前記流量調整弁に相当、以下、単
にバイパス電磁弁という）が全開状態の最小燃料噴射量
時にはバイパス圧室４９の圧力が低いため、ピストン３
２は第１図中右側方向に押し付けられ、旋回スリット４
５の通路面積は最小となっている。具体的には、２ケ所
の孔４２．４３により構成される上流側旋回部６１の通
路面積の合計は４ケ所の旋回スリット４５の通路面積の
合計の２倍以上に設定され、このため、供給燃料は旋回
スリット４５を通過する際に強く旋回される。旋回され
た燃料の一部は噴口４７から噴出し、この旋回によって
十分な霧化特性を得るとともに、残りはバイパス孔４８
を通ってバイパス流量可変手段６２を経た後、燃料通路
５１〜５３から流出する。

この場合、針弁オリフィス５０と針弁５４の関係で決ま
るバイパス燃料の通路面積はピストン３２が右側方向に
移動しているために最大の状態であるから、バイパスす
る燃料量は十分に多い。したがって、１００ＫＷ程度の
ガスタービンであれば、本実施例の構成で十分な流量が
確保できるため、ｐｗＭ駆動のバイパス電磁弁は１個で
すみ、構成が簡単で低コストの燃料噴射装置を実現でき
る。

一方、噴射燃料量を増やすために、バイパス電磁弁の開
弁時間を短くしてい（と、バイパス圧室４９の圧力が上
昇するためピストン３２が図中左方向に移動する。この
ため、旋回スリット４５を通過する燃料が増加し、この
部分での旋回力は減るが、ピストン３２の移動により孔
４３から噴出する燃料量が実質上増加するので、孔４３
での旋回力が大きくなって、結局、噴口４７から噴射す
る燃料の旋回性はあまり変わらず、良好な霧化特性を維
持できる。

また、同時にピストン３２の移動によってバイパス流量
可変手段６２の通路面積が狭（なるので、バイパス燃料
量はバイパス電磁弁の開弁時間が短くなった以上に減少
し、噴射燃料量が増加する。そして、バイパス側の圧力
がある程度以上（これはスプリング３３の付勢力によっ
て決まり、ここでは１０ｋｇ　／　ｃＩＩＩ）になると
、針状オリフィス５０は全閉となり、バイパス燃料量は
バイパス電磁弁の開弁時間だけで決まるようになって針
弁オリフィス５０が全閉状態での噴射燃料量は最大にな
る。したがって、従来に比べていわゆるターンダウン比
を大幅に拡大することができ（例えば、１０；１程度）
、性能向上を図って特にガスタービンのように広い運転
範囲に十分に適応させることができる。

なお、流量の変化の度合い（すなわち、ターンダウン比
）は針弁５４の形状とスプリング３３のばね定数の組合
わせにより要求に合わせて適切に決めることができる。

（効果）本発明によれば、ピストンの移動により噴口からの噴射
量が大幅に変わるので、ターンダウン比を拡大すること
ができ、性能を向上させることができる。また、他方に
おいてバイパス通路面積も変わるので、バイパスする燃
料の量も十分に大きくとることができ、流量調整弁の数
を減らすことができ、本発明の燃料噴射弁を用いた燃料
噴射装置の構成を簡単でかつ低コストにすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明に係る燃料噴射弁の一実施例を示す
図であり、第１図はその断面図、第２図は第１図のＡ−
Ａ矢視断面図、第３図は環状通路４５に沿って第１図の
Ｘ方向からみた一部断面図、第４図は従来の燃料供給系
のシステムを示す図、第５図は従来の燃料噴射弁を示す
図である。８・・・・・・流量調整弁、３１・・・・・・噴射弁本体、３２・・・・・・ピストン、３３・・・・・・スプリング蔦３５・・・・・・ねじ込み接手、３８〜４０．５１〜５３・・・・・・燃料通路、４１・
・・・・・燃料留り、４２．４３・・・・・・孔、４４・・・・・・環状通路、４５・・・・・・旋回スリット（下流側旋回部）、４６
・・・・・・旋回室、４７・・・・・・噴口、４８・・・・・・バイパス孔、４９・・・・・・バイパス圧室、５０・・・・・・針弁オリフィス、５４・・・・・・針弁、５５〜５８・・・・・・通路、６１・・・・・・上流側旋回部、６２・・・・・・バイパス流量可変手段。

Claims

【特許請求の範囲】燃料タンクからの燃料が一定圧力で供給され、噴口から
噴射するとともに、一部の燃料をバイパス流路から逃がすことにより噴口か
ら噴射する燃料の流量を調整する燃料噴射弁において、噴射弁本体の内部にピストンを収納し、該ピストンの先端側に対応する噴射弁本体に供給燃料を
ピストンの先端側周囲に旋回させる上流側旋回部を形成
するとともに、ピストンの先端部と噴射弁本体とにより供給燃料をピス
トンの先端部で旋回させる下流側旋回部を形成し、下流側旋回部の燃料の最小通路面積を上流側旋回部の燃
料の最小通路面積より小さくし、ピストンの先端部を噴
口に向けて配置するとともに、ピストンの内部にバイパ
ス流路を形成し、さらにピストンの後端側にバイパス流
路の通路面積を可変とするバイパス流量可変手段を設け
、下流側旋回部の下流の燃料の一部を前記バイパス流路
によりバイパスさせ、残りの燃料を噴口から噴射させ、下流側旋回部と噴口の間の圧力が高くなると、ピストン
を移動させて下流側旋回部の通路面積を拡げるとともに
、バイパス流量可変手段によりバイパス流路の通路面積
を減少させるように構成したことを特徴とする燃料噴射
弁。