JPH039301B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はガス焚き機関用のガス噴射弁に関す
るものであつて、特に針弁にステイツクが生じた
ような場合にも確実に噴射ガス通路を遮断するこ
とのできる、安全性の高いガス噴射弁に係る。

（従来の技術） 従来よりガス焚き機関用のガス噴射弁としては
種々の構造のものが提案され、また実用化されて
いる。例えばその具体例としては、1983年の第15
回国際燃焼機関会議パリ大会の講演集、第1202頁
第９図に記載されたガス噴射弁を挙げることがで
きる。このガス噴射弁は、第５図に示すように、
噴射弁本体に針弁５２を摺動自在に保持し、この
針弁５２の移動によつて、弁本体に穿設された噴
射ガスの通路５３と、ノズル５４に設けた噴出孔
５５との間を連通、遮断する構造のものである。
この場合、上記針弁５２はバネ５６によつて常に
下方へ、すなわち上記通路５３を閉じる方向へと
付勢されている。そして上記針弁５２にはピスト
ン部５７が形成され、このピストン部５７が圧力
室５８内へと導出されている。すなわち、作動油
が、弁本体に穿設された作動油用の流路５９から
上記圧力室５８へと導入された際に、この圧力で
ピストン部５７を押圧して、上記バネ５６の力に
抗して針弁５２を移動させ、上記噴射ガスの通路
５３を開いて、噴射孔５５から噴射ガスを噴射し
得るようなされている訳である。

（発明が解決しようとする問題点） ところで上記のようなガス噴射弁において、異
物のかみ込みや弁の変形が生じて、針弁５２がス
テイツクしたような場合には、上記ガス通路５３
と噴出孔５５との間は連通したままの状態に維持
され、針弁５２によつてガス通路５３を閉止する
ことが不可能となる。この結果、噴射ガス（例え
ば圧力200〜300Kg／cm²）は燃焼室内（例えば最高
圧力100〜140Kg／cm²）へと連続的に放出されるこ
とになり、そのため異常燃焼を生じたり、あるい
は連続的に噴出した噴射ガスが未然のまま排気管
あるいは給気管に流れガス爆発を生じたりする危
険性がある。また上記バネ５６が損傷した場合に
も、上記と同様に未然ガスが連続的に噴出して爆
発を生ずる危険性がある。

この発明は上記の欠点を解決するためになされ
たものであつて、その目的は、上記のように異物
のかみ込みや弁の変形が生じて針弁がステイツク
するような事態に至つた際やバネが損傷した場合
でも、確実にガス遮断部を閉止して得て、上記の
ような危険性を回避し得る、安全性の高いガス噴
射弁を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明のガス噴射弁においては、実施
例に対応する第１図に示すように、噴射弁本体１
内に噴射ガスを導入するための第１噴射ガス通路
２と、この第１噴射ガス通路２に連通すると共
に、さらに燃焼室６へと連通する第２噴射ガス通
路３と、弁本体１内で摺動して上記第１噴射ガス
通路２と第２噴射ガス通路３との間を開閉する第
１針弁７と、上記第２噴射ガス通路３と燃焼室６
との間を開閉する第２針弁８とを設けてある。そ
して上記第１針弁７には、該針弁７を閉方向に付
勢するための付勢手段、例えば該針弁７のピスト
ン部１１を下方へと押圧するための第１圧力室１
５と、この第１針弁７を開方向へと駆動する作動
油系統、例えば作動油通路１８及び第２圧力室１
６を設けてある。また第２針弁８においても、該
針弁８を閉方向に付勢するための付勢手段、例え
ばスプリング１９と、該針弁８を開方向へと駆動
する作動油系統、例えば作動油通路１８及び圧力
室２０とを設けてある。すなわち、第２針弁８
を、作動油圧の上昇で開弁させると共に、作動油
圧の低下時に上記付勢手段１９でもつて閉弁させ
るべく構成している。さらに上記第１針弁７にお
いては、その先端部が、該針弁７の閉状態におい
て上記第２噴射ガス通路３内に位置すべく配置
し、定常運転時には上記上昇した作動油圧と上記
第２噴射ガス通路３のガス圧とによる開弁力が上
記付勢手段１５による閉弁力よりも大きくなり、
かつ作動油圧の低下時には作動油圧とガス圧とに
よる開弁力よりも付勢手段１５による閉弁力が大
きくなるよう構成する。そして第２針弁８にステ
イツク等が生じて第２噴射ガス通路３のガス圧が
定常時よりも低下した時には、上記上昇した作動
油圧とガス圧とによる開弁力よりも上記付勢手段
１５による閉弁力が大きくなるように構成してい
る。

（作用） 上記のように第１針弁７の先端部が上記第２噴
射ガス通路３内に配置されているため、この第１
針弁７は、第２噴射ガス通路３内のガスによつて
開方向へと押圧されていることになる。したがつ
て、正常運転時においては、上記第１針弁７は第
１図に示すように、上記第２噴射ガス通路３内の
ガスによる力F3と、作動油系統たる第２圧力室
１６からの力F2との和（F2＋F3）によつて開方
向へと押圧され、第２圧力室１６内の圧力が上昇
すると、開方向への押圧力（F2＋F3）が付勢手
段１５による閉弁力F1よりも大きくなつて開弁
し、また第２圧力室１６内の圧力が低下すると付
勢手段１５の閉弁力によつて閉弁する。

一方上記第２針弁８にステイツクが生じて、該
針弁８の閉止が不能となつた場合、上記第２噴射
ガス通路３は燃焼室６と常時連通することにな
り、そのため第２噴射ガス通路３内のガス圧力は
大幅に低下することになる。この結果、上記第１
針弁７においては、該針弁７を開方向へと駆動す
る力（F2＋F3）のうち、第２噴射ガス通路３内
のガスによる力F3が大幅に低下することになる
訳で、そのため第１針弁７は正常状態のままの作
動油系統からの力F2では付勢手段１５による閉
弁力F1に打勝つて開弁し得なくなり、燃焼室６
への燃料ガスの供給が遮断される。

（実施例） 次にこの発明のガス噴射弁の具体的な実施例に
ついて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図及び第２図に第１実施例を示すが、第１
図において、１はガス噴射弁本体を示しており、
この本体１には、該本体１内に噴射ガスを導入す
るための第１噴射ガス通路２と、この第１噴射ガ
ス通路２に連通する第２噴射ガス通路３とがそれ
ぞれ穿設されている。この第２噴射ガス通路３
は、さらにノズル室４へと連通し、ノズル室４か
ら噴出孔５を通つて、燃焼室６へと噴射ガスを噴
出し得るようなされている。また上記噴射ガス本
体１内には、２つの針弁、すなわち上側に位置す
る第１針弁７と、それよりも下側に位置する第２
針弁８とがそれぞれ摺動自在に配置されている
が、上記第１針弁７は上記第１噴射ガス通路２と
第２噴射ガス通路３との間を連通、遮断するため
のものであり、また上記第２針弁８は、上記第２
噴射ガス通路３のノズル室４との間を連通、遮断
するためのものである。なお上記各針弁７，８は
いずれも、その先端部を、本体１側に設けたシー
ト部９，１０に当接させることによつて上記各部
の遮断を行い、これとは逆に各先端部をシート部
９，１０から離反させることによつて上記各部を
連通させる構造のものである。そして上記第１及
び第２針弁７，８はその上部にピストン部１１，
１２をそれぞれ有しており、各ピストン部１１，
１２は、弁本体１内に穿設された摺動室１３，１
４内に摺動自在に配置されている。上記第１針弁
７の収納された摺動室１３は、その上部が第１圧
力室１５と、またその下部が第２圧力室１６とな
されており、上記第１圧力室１５には流路１７を
介して圧油が導入され、また上記第２圧力室１６
には作動油通路１８を介して作動油が導入されて
いる。つまり、第２圧力室１６内の作動油の圧力
を上昇させることによつてピストン部１１を押圧
し、第１針弁７を上方へと移動させて上記第１噴
射ガス通路２を第２噴射ガス通路３へと連通さ
せ、これとは逆に第２圧力室１６内の作動油の圧
力を低下させた際に、第１圧力室１５内の圧油に
よつて第１針弁７を下降させ、上記第１噴射ガス
通路２と第２噴射ガス通路３とを遮断し得るよう
にしてあるのである。また上記第２針弁８の収納
された摺動室１４においては、摺動室１４の底面
とピストン部１２上部との間にスプリング１９が
介設され、一方摺動室１４の下部には、上記作動
油通路１８と連通する圧力室２０が形成されてい
る。つまり、この第２針弁８の圧力室２０の作動
油圧力を上昇させることによつて、針弁８を上方
へと移動させて上記第２噴射ガス通路３をノズル
室４へと連通させ、一方圧力室２０の作動油圧力
を低下させることにより、上記スプリング１９の
力で針弁８を下降させ、上記両部３，４を遮断し
得るようなされている訳である。なお２１は上記
各圧力室１６，２０からの作動油の返流ラインで
あつて、該ライン２１にはリリーフ弁２２が介設
されている。

上記ガス噴射弁は正常な状態においては以下の
ように作動する。まず第１針弁７に対して作用す
る力としては、第１圧力室１５内の圧油による下
向きの力F1、第２圧力室１６内の作動油による
上向きの力F2、第２噴射ガス通路３内の噴射ガ
スから針弁７の先端部に作用する上向きの力F3
があるが、まず作動油の圧力が低い場合には、 F1＞F2＋F3 となつており、第１針弁７は下方へと押圧されて
閉状態となつている。また第２針弁８に作用する
力としては、同様に、スプリング１９による下向
きの力F4、圧力室２０の作動油による上向きの
力F5、ノズル室４内のガスから針弁８の先端部
に作用する上向きの力F6があるが、作動油圧力
の低い場合には、 F4＞F5＋F6 となつており、第２針弁８も下方へと押圧され、
閉状態となつている。

そして上記作動油通路１８内の作動油圧力が上
昇すると、第２図に示すように、まず第１針弁７
においては、第２圧力室１６内からの力F2が大
となり、 F1＜F2＋F3 となつて、第１針弁７は開状態となる。他方、第
２針弁８においては、 F4＞F5＋F6 の関係にあり、第２針弁８は依然として閉状態に
存する。

そしてその後、第２図のように作動油圧力がさ
らに上昇すると第２針弁８においても、 F4＜F5＋F6 となつて、該第２針弁８が開状態となり、ガスは
第１噴射ガス通路２、第２噴射ガス通路３及びノ
ズル室４を経て、噴出孔５を通つて、燃焼室６へ
と噴出されるに至る。またその後、作動油圧力が
さらに上昇し、リリーフ弁２２の啓開圧力に達し
た場合には、リリーフ弁２２が開弁し、作動油が
返流ライン２１から開放され、作動油圧力はそれ
以上は上昇しなくなる。

一方上記の状態から作動油の圧力が低下する
と、上記とは逆に、まず最初に第２針弁８が閉状
態となり、これよりさらに作動油の圧力が低下し
た状態において、第１針弁７が閉じられることに
なる。

上記のような作動を繰り返すことによつて、燃
焼ガスを燃焼室６へと周期的に噴出し得る訳であ
るが、上記において特に留意する点は、第１針弁
７が閉状態に存する場合に、上記第２噴射ガス通
路３内の圧力が噴射ガスの圧力と略同じ圧力に保
たれているということである。つまり、第２針弁
８は、第１針弁７よりも後で開放され、また該第
１針弁７よりも先に閉じられるものであるため
に、第２噴射ガス通路３には、上記第１針弁７が
開放されてから第２針弁８が開放されるまでの
間、及び第２針弁８が閉じてから第１針弁７が閉
じるまでの間に、高圧の噴射ガスが供給され、充
填されているということである。

次に上記のようなガス噴射弁において、第２針
弁８にステイツクが生じ、閉止不能になつた場合
の作動について説明する。この場合、燃料ガス
は、作動油圧力の低下によつて第１針弁７が閉状
態となるまで燃焼室６へと噴出されることになる
訳であるが、第２噴射ガス通路３内の燃料ガスは
上記のように第１針弁７が閉状態となつた後も、
続いて燃焼室６へと噴出されることになる。そし
てこの状態から次の噴射タイミングに至つた場
合、第２針弁８が開放状態のままであるため、第
２噴射ガス通路３は燃焼室６へと連通しており、
該通路３内の圧力は燃焼室６内の圧力と略等しく
なつている。一般に燃焼室６内の圧力は、噴射ガ
スの圧力よりも大幅に低いため、上記第１針弁７
においては、第２噴射ガス通路３内にガスから針
弁７の先端部に作用する上向きの力F3は大幅に
低下した状態となつている。そのため、第１針弁
７を開放するための条件、すなわち F1＜F2＋F3 を満たすためには、第２圧力室１６内の作動油に
より上向きの力F2を正常な状態よりも大幅に増
加させる必要がある。すなわち第２針弁８がステ
イツクした状態において、第１針弁７を開弁しよ
うとすれば、作動油圧力を、正常な状態での開弁
に必要な圧力よりも大幅に上昇しなければならな
いということである。一方、作動油の最高圧力は
上記のようにリリーフ弁２２によつて規制されて
いるので、このリリーフ弁２２の啓開圧力を、上
記第２針弁８のステイツク状態における第１針弁
７の開弁に必要な圧力よりも低く設定しておけ
ば、第１針弁７の開弁は防止できることになる。
つまり第２針弁８がステイツクした場合には、第
１針弁７は閉状態に維持され、燃焼室６へのそれ
以上のガスの噴出は防止されることになる訳であ
る。

なお上記ガス噴射弁の起動時においては、第２
噴射ガス通路３内のガス圧が低下しているため
に、第１針弁７に対する上向きの力F3が減少す
ることになるが、起動時に第１圧力室１５内に導
入する圧油の圧力を低下させることによつて、正
常状態におけるのと略同様の作動を行わせること
が可能となる。また起動後、第２噴射ガス通路３
内のガス圧力が上昇した状態となつた場合には、
上記圧油の圧力を上昇させて、上記した作動を行
わせればよい。

第３図にこの発明のガス噴射弁の第２実施例を
示す。この実施例においては、第１針弁７に対す
る閉方向への付勢手段としてスプリング２３を用
いている点、及び本体１内にさらに別の噴射ガス
通路２４を穿設し、この通路２４を上記第２噴射
ガス通路３へ連通させると共に、該通路２４への
燃焼ガスの供給、停止をバルブ２５によつて制御
し得るようにしてある点において、前記第１実施
例と相違している。なお他の部分は前記実施例と
同様な構造であるために、同一の部分を同一の符
合で示し、その説明を省略する。このように別の
噴射ガス通路２４を設けてあるのは、エンジン起
動時に、バルブ２５を開いて燃料ガスを第２噴射
ガス通路３へと導入し、この第２噴射ガス通路３
内のガス圧力を正常運転時と略同圧にして起動性
を改善するためである。なお運転開始後、第２噴
射ガス通路３内のガス圧力が所定値に達した際に
は、上記バルブ２５を閉じて、該バルブ２５を経
由する燃料ガスの供給を停止する。

第４図にはこの発明のガス噴射弁の第３実施例
を示す。この実施例においては、燃料ガスを流路
２６，２７を介して、第１及び第２針弁７，８の
各ピストン部１１，１２の上部へと導き、各針弁
７，８に対する下方への力F1、F4を、圧油及び
スプリング１９の力に加えて、ガス圧によつても
分担させるようにしてある点において上記第１実
施例と相違している。なお他の部分は同様であ
り、同一の符合を付すことによつてその説明を省
略する。このような構造にした場合には、各針弁
７，８に対して上下両方向にガス圧が作用するこ
とになるので、上下方向に対する力のバランスが
良好なものとなり、各針弁７，８のシート部９，
１０に作用する衝撃力を緩和することが可能とな
る。また第２針弁８を下方へと付勢するスプリン
グ１９が破損したような場合にも、該針弁８はガ
ス圧でもつて閉じられることになるので、ガス噴
射弁の安全性を向上することもできる。

なお上記各実施例においては、作動油の返流ラ
イン２１にリリーフ弁２２を介設し、第１針弁７
及び第２針弁８の各圧力室１６，２０の作動油の
最高圧力を規制しているが、上記第２針弁８にス
テイツクが生じた状態において、第１針弁７を開
弁するのに必要な油圧が、作動油の最高到達圧力
以上となるような場合には、上記リリーフ弁２２
の設置を省略することが可能である。

（発明の効果） この発明のガス噴射弁においては、第１針弁の
先端部を第２噴射ガス通路内に配置し、第１針弁
の開放方向への駆動を、上記第２噴射ガス通路内
のガス圧力による力と、作動油系統からの力との
両者によつて行うようにしてあるので、第２針弁
にステイツクが生じ、該第２針弁の閉止が不能と
なつた場合には、第２噴射ガス通路が燃焼室に連
通して該通路内のガス圧力が大幅に低下し、その
ため第１針弁を開方向へ駆動する力も低下するこ
とになり、この結果、第１針弁は開弁せず、閉状
態に維持されることになる。このように第２針弁
にステイツクが生じた場合には、第１針弁によつ
てガスの供給が遮断されることになるので、従来
のように噴射ガスが連続的に燃焼室内へと放出さ
れ、異常燃焼を生じたり、あるいは連続的に噴出
した噴射ガスが未燃のまま排気管あるいは給気管
に流れてガス爆発を生じるのを防止することが可
能となる。

特に第２針弁は第１針弁よりも燃焼室に近接し
た位置に存するため、高温になると共に、燃焼ガ
スや燃焼残渣物等が浸入し易く、ステイツクの可
能性が極めて高い訳であるが、上記のように燃焼
室に近くステイツクを生じ易い第２針弁に対する
安全機構を設けてあるので、ガス噴射弁の安全性
はより一層向上されたものとなる。

また上記第１針弁が閉状態でステイツクした場
合には、ガスは燃焼室内へは噴射されず、一方開
弁状態でステイツクしたとしても、第２針弁が従
来型の弁と同じ機能を有することから、第１針弁
のステイツクを考慮しても、上記ガス噴射弁の安
全性が従来のものよりも低下することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のガス噴射弁の第１実施例を
示す中央縦断面図、第２図は作動油圧力と第１及
び第２各針弁の作動状態との関係を示すグラフ、
第３図はこの発明の第２実施例を示す中央縦断面
図、第４図はその第３実施例を示す中央縦断面
図、第５図は従来例を示す中央縦断面図である。 １……噴射弁本体、２……第１噴射ガス通路、
３……第２噴射ガス通路、６……燃焼室、７……
第１針弁、８……第２針弁、１１……ピストン
部、１５……第１圧力室、１６……第２圧力室、
１８……作動油通路、１９……スプリング、２０
……圧力室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 噴射弁本体内に噴射ガスを導入するための第
   １噴射ガス通路と、この第１噴射ガス通路に連通
   すると共にさらに燃焼室へと連通する第２噴射ガ
   ス通路と、弁本体内で摺動して上記第１噴射ガス
   通路と第２噴射ガス通路との間を開閉する第１針
   弁と、上記第２噴射ガス通路と燃焼室との間を開
   閉する第２針弁とを有して成り、上記第１針弁と
   第２針弁とにはそれぞれ該針弁を閉方向に付勢す
   るための付勢手段と、該針弁を開方向に駆動する
   作動油系統とが設けられ、これにより第２針弁
   を、作動油圧の上昇で開弁させると共に、作動油
   圧の低下時に上記付勢手段でもつて閉弁させるべ
   く構成し、さらに上記第１針弁においては、その
   先端部が、該針弁の閉状態において上記第２噴射
   ガス通路内に位置すべく配置し、定常運転時には
   上記上昇した作動油圧と上記第２噴射ガス通路の
   ガス圧とによる開弁力が上記付勢手段による閉弁
   力よりも大きくなり、かつ作動油圧の低下時には
   作動油圧とガス圧とによる開弁力よりも付勢手段
   による閉弁力が大きくなるよう構成する一方、第
   ２針弁にステイツク等が生じて第２噴射ガス通路
   のガス圧が定常時よりも低下した時には、上記上
   昇した作動油圧とガス圧とによる開弁力よりも上
   記付勢手段による閉弁力が大きくなるように構成
   していることを特徴とするガス噴射弁。