JPH05164003A

JPH05164003A - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH05164003A
Application number: JP3325890A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Matsuyoshi; 悦正松良; Hiroshi Kamikubo; 洋上久保; Masakichi Nakajima; 政吉中島
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1991-12-10
Publication date: 1993-06-29
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JP2668026B2

Abstract

(57)【要約】【目的】真に水噴射が所望されるエンジンの運転状態
時にのみ水噴射を行ない、また、水噴射による弊害が発
生するエンジンの運転状態時には水噴射を禁止する。【構成】燃料を圧送する燃料ポンプ７０と、水を圧送
する水ポンプ４０と、燃料ポンプ７０と水ポンプ４０と
により圧送された燃料および水をエンジンの燃焼室内に
噴射する燃料噴射ノズル１とが配設されている。燃料噴
射ノズル１から噴射される水噴射量を変化させるラック
アクチュエータ８０と、エンジンの運転状態を検出する
センサ９１〜９４と、センサ９１〜９４が検出したエン
ジンの運転状態に基づいてラックアクチュエータ８０を
制御するコントローラ９０とが設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃焼室内に燃料と水
とを混合噴射して燃焼を行わせる、所謂水噴射型ディー
ゼルエンジンに好適な、ディーゼルエンジンの燃料噴射
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンでは、その燃焼が所
謂筒内噴射圧縮着火によって行われるため、排ガスに含
まれる各成分の生成メカニズムがガソリン予混合燃焼の
場合と異なったものとなる。すなわち、ディーゼルエン
ジンでは、一般的に燃焼が空気過剰の状態で行なわれ、
ＨＣとＣＯとの排出濃度が比較的低水準になるのに対
し、燃焼温度が高くなることからＮＯｘが多量に発生す
る。また、噴射燃焼が行なわれ、燃料蒸気又は極端な過
濃度混合気が局所的に高温度雰囲気に晒される結果、燃
料分子が熱分解されて炭素粒子が形成されやすい。この
ため、排ガス中に多量のすすを排出させるという問題が
ある。特に、高負荷時には、燃焼温度が高くなりＮＯｘ
の発生が促進され、また、低負荷時と比べて燃料密度が
高くなることから、上記炭素粒子が再び空気に触れる機
会が減少し、より多くのすすが排出されるようになる。

【０００３】上記ような問題に対処するため、その燃焼
室内に燃料と水とを混合噴射して燃焼を行わせる、所謂
水噴射型のディーゼルエンジンが提案されている。この
水噴射型ディーゼルエンジンでは、燃料噴射時に燃料と
共に水が燃焼室内に噴射されるので、まず、燃焼温度が
低下してＮＯｘの発生が抑制される。また、水の気化に
よる小爆発、つまり、水の発散現象が起こり、燃焼室内
に渦流が生成され、燃焼効率が向上してすすの発生が抑
制される。更に、この燃焼効率の向上は燃費を改善させ
ることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置では、水噴射がエン
ジンの運転状態に係わりなく常時行われているために、
例えば、低温時には、燃料混合気への着火性を低下させ
エンジンの始動を困難にさせると共に、始動後には白煙
を排出するという問題がある。また、燃料に対して空気
密度が高くなりすすの排出が低減される低温時、或い
は、ＮＯｘとすすとの排出濃度が共に低下する低負荷時
等にも水噴射が行われ、水と水噴射装置とが必ずしも効
率的に使用されていないという問題がある。

【０００５】本発明はこのような問題を解決するために
なされたもので、低温始動性を向上させ、また、始動後
の白煙の排出を防止すると共に、水と水噴射装置とを効
率的に作動させてＮＯｘとすすとの排出を抑制するよう
に図ったディーゼルエンジンの燃料噴射装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明によれば、燃料を圧送する燃料ポンプと、
水を圧送する水ポンプと、前記燃料ポンプと前記水ポン
プとにより圧送された燃料および水をエンジンの燃焼室
内に噴射する燃料噴射ノズルとを備えたディーゼルエン
ジンの燃料噴射装置において、前記燃料噴射ノズルから
噴射される水噴射量を変化させる水噴射量変化手段と、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前
記運転状態検出手段が検出したエンジンの運転状態に基
づいて前記水噴射量変化手段を制御する制御手段とを備
えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】上述のディーゼルエンジンの燃料噴射装置にお
いて、制御手段は、運転状態検出手段が検出したエンジ
ンの運転状態に基づいて水噴射量変化手段を作動させ、
燃料噴射ノズルから噴射される水噴射量を変化させる。
これにより、真に水噴射が所望されるエンジンの運転状
態時、例えば、ＮＯｘとすすとが特に多量に排出される
高エンジン負荷時等にのみ水噴射を行なわせることがで
き、また、水噴射による弊害が発生するエンジンの運転
状態時、例えば、燃料混合気への着火性が低下する低温
始動時等には水噴射を禁止することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は、本発明のディーゼルエンジンの
燃料噴射装置の具体的構成を示す。図１において符号１
は、例えば、４サイクルの水噴射型ディーゼルエンジン
の、図示しないシリンダヘッドにシリンダ毎に取り付け
られ、燃焼室内に燃料と水とを混合噴射する燃料噴射ノ
ズルを示す。

【０００９】より詳しくは、燃料噴射ノズル１のノズル
ホルダ２には、その中心線上に大径のスプリング収容室
３と小径のロッド孔４とが上下に連続して穿設されてい
る。つまり、スプリング収容室３がノズルホルダ２の上
面に開口し、ロッド孔４がノズルホルダ２の下面に開口
している。ロッド孔４には、円柱状に形成されその上部
に円板状のスプリング座５を一体に備えて成るプッシュ
ロッド６が、スプリング収容室３側から慴動自在に嵌挿
されている。スプリング収容室３の開口端にはアジャス
トスクリュウ８が挿入螺合される一方、スプリング座５
とアジャストスクリュウ８との間にはプッシャスプリン
グ７が介装され、プッシュロッド６を図示下方に付勢し
ている。このプッシャスプリング７の付勢力は、アジャ
ストスクリュウ８を回動させることにより調整すること
ができる。また、ノズルホルダ２の上部には、水パイプ
３０と燃料パイプ３１とを接続する接続端９，１０が、
夫々突出形成されている。

【００１０】次に、略錐形に形成されたノズル１１に
は、その下部に２つの円板状の空洞部、つまり、水溜り
１２と燃料溜り１３とが上下２層に設けられ、また、ノ
ズル１１の上面から水溜り１２を貫通して燃料溜り１３
に開口するガイドホール１４が穿設されている。このガ
イドホール１４はノズルホルダ２のロッド孔４より大径
に形成され、ガイドホール１４内にはノズルニードル１
５が上方から慴動自在に且つ液密に嵌挿されている。ノ
ズルニードル１５はその下端部が錐形に形成される一
方、上端部にはロッド孔４に嵌挿できる円柱状の突出端
１６が形成されている。ノズル１１の下端部にはその先
端が略半球形状の凸部１７が突出形成され、凸部１７の
先端には燃料と水とを燃焼室内に所要角度で噴射する噴
口１８が複数個だけ穿設されている。また、各噴口１８
は夫々、凸部１７内に穿設された連通孔１９に連通し、
連通孔１９は燃料溜り１３に開口している。

【００１１】そして、ノズル１１はリテイニングナット
２０に嵌合され、リテイニングナット２０がノズルホル
ダ２に螺合されて、ノズル１１がノズルホルダ２に液密
に取り付けられている。ここで、ノズル１１の上面とノ
ズルホルダ２の下面とは密接している一方、ノズルニー
ドル１５の突出端１６がロッド孔４に嵌挿されてプッシ
ュロッド６に当接し、ノズルニードル１５がプッシャス
プリング７によって常時下方に付勢されている。これに
より、ノズルニードル１５の錐形部１４ａが連通孔１９
の開口端１９ａに当接し、本燃料噴射ノズル１を閉弁さ
せる。また、ノズル１１の噴口１８は、リテイニングナ
ット２０の下端部に形成された噴口穴２１を挿通し、燃
焼室内に突出している。

【００１２】さらに、ノズル１１の燃料溜り１３とノズ
ルホルダ２の接続端１０は、ノズル１１とノズルホルダ
２とに連続して穿設されたフィードホール２２によって
連通され、フィードホール２２は水溜り１２を貫通して
いる。また、ノズル１１の水溜り１２とノズルホルダ２
の接続端９は、ノズル１１とノズルホルダ２とに連続し
て穿設されたフィードホール２３によって連通され、こ
のフィードホール２３には接続端９から水溜り１２への
水流のみを許容する逆止弁２４が介装されている。

【００１３】次に、燃料噴射ノズル１の接続端９，１０
には、夫々、水パイプ３０と燃料パイプ３１とを介して
水ポンプ４０と燃料ポンプ７０とが接続されている。ま
ず、水ポンプ４０は、図２に示されるように、所謂列型
の容量型ポンプで構成され、ポンプハウジング４１の下
部には、図示しないクランクシャフトに連動するカムシ
ャフト４２がベアリング４３を介して回動自在に軸支さ
れ、このカムシャフト４２にはカム４４が一体に形成さ
れている。カム４４の上方には、ポンプハウジング４１
に慴動自在に嵌挿されたタベット４５が配設され、この
タベット４５には、カム４４のカム面を転動するタベッ
トローラ４６が回動自在に軸支されている。タベット４
５の上端部にはプランジャ４７が固着され、プランジャ
４７はカム４４の回動によりタベット４５と一体に上下
に往復運動する。プランジャ４７の下部に形成されたロ
ワスプリングシート４８とポンプハウジング４１に固着
されたアッパスプリングシート４９との間にはプランジ
ャスプリング５０が介装され、プランジャ４７がこのプ
ランジャスプリング５０によって常時下方に付勢されて
いる。プランジャ４７の上部は、略円筒状のコントロー
ルスリーブ５１の中に上下に慴動自在に且つ回動自在に
嵌挿され、また、コントロールスリーブ５１の上部はポ
ンプハウジング４１に回動自在に嵌挿されている。コン
トロールスリーブ５１の外周面にはピニオンギア５２が
形成され、このピニオンギア５２は、ポンプハウジング
４１の中を慴動自在に挿通するラック５３と噛合してい
る。このため、コントロールスリーブ５１はラック５３
に駆動されてポンプハウジング４１とプランジャ４７と
に対して回動自在である。そして、コントロールスリー
ブ５１内のプランジャ４７の上方空間が、水ポンプ４０
のシリンダ室６６を形成している。

【００１４】プランジャ４７の上端部の外周面には、螺
旋状の溝、つまり、コントロールグルーブ５４が形成さ
れる一方、コントロールスリーブ５１の側壁にはフィー
ドホール５５，５５が穿設され、これらフィードホール
５５，５５の内側開口端は、プランジャ４７が下死点に
あるとき、プランジャ４７の上端面と略面一である。ま
た、ポンプハウジング４１にはコントロールスリーブ５
１を囲んで水溜り５６が形成され、水溜り５６にはフィ
ードホール５５，５５の外側開口端が開口し、水溜り５
６は水供給口６８に連通している。すなわち、水供給口
６８とフィードホール５５，５５とは、コントロールス
リーブ５１の回動位置に係わりなく水溜り５６を介して
常時連通している。

【００１５】次に、ポンプハウジング４１の上端部には
デリバリバルブホルダ５７が液密に固着され、デリバリ
バルブホルダ５７の内部にはバルブ収容室５８が設けら
れている。このバルブ収容室５８には、デリバリバルブ
６０とデリバリバルブスプリング５９とが収容されてい
る。バルブ収容室５８とシリンダ室６６はバルブガイド
孔６７により連通され、バルブガイド孔６７にはデリバ
リバルブ６０のガイド部６１が慴動自在に嵌挿されてい
る。また、バルブガイド孔６７のバルブ収容室５８側の
開口端には、デリバリバルブ６０の円錐状のバルブ部６
２がデリバリバルブスプリング５９に付勢されて当接
し、デリバリバルブ６０が閉弁される。また、バルブ収
容室５８とシリンダ室６６とはバイパス路６３によって
も連通され、バイパス路６３にはバルブ収容室５８から
シリンダ室６６への水流のみを許容する逆止弁６４が介
装されている。バルブ収容室５８は水ポンプ４０の吐出
口６５に連通し、デリバリバルブ６０が開弁するとシリ
ンダ室６６と吐出口６５とが連通する。

【００１６】また、水ポンプ４０には、図１に示される
ように、ラックアクチュエータ（水噴射量変化手段）８
０が装着されている。ラックアクチュエータ８０は、コ
ントローラ（制御手段）９０に電気的に接続されコント
ローラ９０の電気信号により制御されて、水ポンプ４０
のラック５３を所要位置にまで移動させることができ
る。すなわち、ラックアクチュエータ８０はコントロー
ラ９０に制御されて、後述するように、ラック５３，ピ
ニオンギア５２を介してプランジャ５１を回動させ、水
ポンプ４０の吐出量を零から、少なくとも最大エンジン
負荷Ｌmax.時の噴射量にまで連続的に変化させることが
できる。

【００１７】一方、燃料ポンプ７０は、図３に示される
ように、水ポンプ４０と同様の列型の容量型ポンプで構
成されている。従って、ここではその詳細な説明を省略
するが、後述するように、カム７１がカム４４とは異な
った形状に形成されている。また、上述した燃料噴射ノ
ズル１，水ポンプ４０，燃料ポンプ７０に対しては、水
腐食を防止するため、耐食材料の採用やメッキ処理等の
防錆処理などが適宜に施されている。

【００１８】燃料ポンプ７０には、図１に示されるよう
に、ラックアクチュエータ８１が装着されている。ラッ
クアクチュエータ８１もコントローラ９０に電気的に接
続され、コントローラ９０の電気信号により制御され
て、水ポンプ４０のラックアクチュエータ８０の場合と
同様に、燃料ポンプ７０の吐出量を零から、少なくとも
最大エンジン負荷Ｌmax.時の燃料噴射量と水噴射量との
合計分の吐出量にまで連続的に変化させることができ
る。

【００１９】コントローラ９０には、この他、エンジン
の回転数を検出するエンジン回転数センサ９１，エンジ
ンの負荷を検出するエンジン負荷センサ９２，大気温度
を検出する大気温度センサ９３，エンジン冷却水の温度
を検出する冷却水温度センサ９４等が接続され、エンジ
ン回転数センサ９１が検出したエンジン回転数Ｎe ，エ
ンジン負荷センサ９２が検出したエンジン負荷Ｌ，大気
温度センサ９３が検出した大気温度Ｔa ，冷却水温度セ
ンサ９４が検出したエンジン冷却水温度Ｔw 等がコント
ローラ９０に入力されている。つまり、エンジン回転数
センサ９１とエンジン負荷センサ９２と大気温度センサ
９３と冷却水温度センサ９４とによりエンジン運転状態
検出手段が構成され、コントローラ９０はこれらのセン
サが検出したエンジンの運転状態に基づいて水ポンプ４
０のラックアクチュエータ８０を制御し、水ポンプ４０
の吐出量、つまり、燃料噴射ノズル１から噴射される水
噴射量を変化させる。ここで、上記のエンジン負荷セン
サ９２は、例えば、アクセルの踏込量を検出するアクセ
ル開度センサ等から成る。

【００２０】次に、コントローラ９０により実行される
水噴射量制御の手順を、図４乃至図１１を参照して説明
する。コントローラ９０は、まず、エンジン回転数セン
サ９１が検出したエンジン回転数Ｎe と、エンジン負荷
センサ９２が検出したエンジン負荷Ｌと、大気温度セン
サ９３が検出した大気温度Ｔa と、冷却水温度センサ９
４が検出したエンジン冷却水温度Ｔw とを読み込む（ス
テップＳ１０）。

【００２１】次に、コントローラ９０は、冷却水温度セ
ンサ９４が検出したエンジン冷却水温度Ｔw が所定設定
温度Ｔwo未満であるか否かを判定する（ステップＳ２
０）。この所定設定温度Ｔwoとは、エンジン冷却水温度
Ｔw がこの温度以上にあるとき水噴射を行っても、エン
ジン始動時の燃料混合気への着火が迅速に行なわれ、エ
ンジンの始動性が良好に保たれる温度であり、また、エ
ンジンの始動後に白煙が排出されないような温度であ
る。

【００２２】ステップＳ２０の判定結果が肯定（Ｙｅ
ｓ）の場合には、水噴射量Ｑw が零に設定される（ステ
ップＳ８０）。すなわち、この場合には、燃料噴射時に
燃料のみが燃料噴射ノズル１から噴射されることにな
る。また、ステップＳ２０の判定結果が否定（Ｎｏ）の
場合には、次に、大気温度センサ９３が検出した大気温
度Ｔa が所定設定温度Ｔaoを超えているか否かが判定さ
れる（ステップＳ３０）。ここで、所定設定温度Ｔaoと
は、大気温度Ｔa がこの温度以下にあるとき、燃料に対
して吸入空気密度が十分に高くなり、水噴射を実施しな
くてもすすの排出が低水準に保たれる温度である。

【００２３】そして、ステップＳ３０の判定結果が肯定
の場合には、次に図５を参照し、ステップＳ１０で検出
したエンジン回転数Ｎe とエンジン負荷Ｌとにより定ま
るエンジンの運転状態が、図５に示される水噴射領域に
あるか否かが判定される（ステップＳ４０）。ここで、
図５は、大気温度Ｔa が所定設定温度Ｔaoを超えている
場合、つまり、通常運転時における、エンジン回転数Ｎ
ｅとエンジン負荷Ｌと水噴射領域との関係を示す特性図
であり、エンジン負荷Ｌが零と最大負荷Ｌmaxとの略中
間に設けられた所定設定負荷Ｌa 以上にあるとき、エン
ジン回転数Ｎｅに係わりなく、水噴射を行うことを規定
している。

【００２４】一方、ステップＳ３０の判定結果が否定の
場合には、次に図６を参照し、ステップＳ１０で検出し
たエンジン回転数Ｎe とエンジン負荷Ｌとにより定まる
エンジンの運転状態が、図６に示される水噴射領域にあ
るか否かが判定される（ステップＳ５０）。ここで、図
６は、大気温度Ｔa が所定設定温度Ｔao以下の場合、つ
まり、低温運転時における、エンジン回転数Ｎｅとエン
ジン負荷Ｌと水噴射領域との関係を示す特性図であり、
エンジン負荷Ｌが最大負荷Ｌmax と上述した通常運転時
における所定設定負荷Ｌa との略中間に設けられた所定
設定負荷Ｌb 以上にあるとき、エンジン回転数Ｎｅに係
わりなく、水噴射を行うことを規定している。

【００２５】ステップＳ４０の判定結果が否定の場合、
又は、ステップＳ５０の判定結果が否定の場合には、水
噴射量Ｑw が零に設定される（ステップＳ８０）。そし
て、燃料噴射時には燃料のみが、後述する図７又は図８
に基づいてエンジン負荷Ｌに対応して求められる燃料噴
射量Ｑf だけ、噴射されることになる。また、ステップ
Ｓ４０の判定結果が肯定の場合には、例えば、図７を参
照して水噴射量Ｑw が演算され（ステップＳ６０）、同
時に燃料噴射量Ｑf も求められる。ここで、図７は、大
気温度Ｔa が所定設定温度Ｔaoを超えている場合、つま
り、通常運転時における、エンジン負荷Ｌと燃料噴射量
Ｑf およびエンジン負荷Ｌと水噴射量Ｑw との夫々の関
係を示す特性図であり、一例として、エンジン回転数Ｎ
e が一定値Ｎeoにある場合について示している。つま
り、エンジン負荷Ｌと燃料噴射量Ｑf およびエンジン負
荷Ｌと水噴射量Ｑw との夫々の関係は、エンジン回転数
Ｎe に応じて適宜に設定されている。そして、図７によ
れば、エンジン負荷Ｌが零から最大負荷Ｌmax.にまで変
化するとき、燃料噴射量Ｑf はアイドル時の燃料噴射量
Ｑf1から通常運転時における最大噴射量Ｑf2にまでＬの
一次関数として増加するするように設定されている一
方、水噴射量Ｑw は、エンジン負荷Ｌが上述したＬa か
ら最大負荷Ｌmax.にまで変化するとき、Ｑw1から通常運
転時における最大噴射量Ｑw2にまでＬの一次関数として
増加するするように設定されている。

【００２６】また、ステップＳ５０の判定結果が肯定の
場合には、例えば、図８を参照して水噴射量Ｑw が演算
され（ステップＳ７０）、同時に燃料噴射量Ｑf も求め
られる。ここで、図８は、大気温度Ｔa が所定設定温度
Ｔao以下の場合、つまり、低温運転時における、エンジ
ン負荷Ｌと燃料噴射量Ｑf およびエンジン負荷Ｌと水噴
射量Ｑw との夫々の関係を示す特性図であり、一例とし
て、エンジン回転数Ｎe が一定値Ｎeoにある場合につい
て示している。この場合にも、エンジン負荷Ｌと燃料噴
射量Ｑf およびエンジン負荷Ｌと水噴射量Ｑw との夫々
の関係が、エンジン回転数Ｎe に応じて適宜に設定され
ている。そして、図８によれば、エンジン負荷Ｌが零か
ら最大負荷Ｌmax.にまで変化するとき、燃料噴射量Ｑf
はアイドル時の燃料噴射量Ｑf3から低温運転時における
最大噴射量Ｑf4にまでＬの一次関数として増加するする
ように設定されている一方、水噴射量Ｑw は、エンジン
負荷Ｌが上述したＬb から最大負荷Ｌmax.にまでの間、
一定値Ｑw3に設定されている。

【００２７】そして、コントローラ９０は、ステップＳ
６０乃至Ｓ８０のいずれかにより演算された水噴射量Ｑ
w に基づいて水ポンプ４０のラックアクチュエータ８０
を作動させ、上記水噴射量Ｑw が水ポンプ４０から吐出
されるように水ポンプ４０のコントロールラック５３を
慴動させる（ステップＳ９０）。そして、コントロール
ラック５３が慴動すると水ポンプ４０は次のように作動
する。つまり、コントロールラック５３はピニオンギア
５２を介してコントロールスリーブ５１を回動させ、コ
ントロールスリーブ５１が回動するとコントロールスリ
ーブ５１とプランジャ４７との位置関係が変化して、コ
ントロールスリーブ５１のフィードホール５５，５５の
内側開口端とコントロールグルーブ５４の溝が連通する
までのプランジャ４７のストローク量が変化する。な
お、コントロールスリーブ５１のフィードホール５５，
５５の内側開口端とコントロールグルーブ５４の溝が連
通するまでのプランジャ４７のストローク量が変化した
ときに水噴射量Ｑ_Wが変化する理由については、後述す
る。以上により、水噴射量制御の当該ルーチンは終了
し、プログラムはリターンされる。

【００２８】また、コントローラ９０は、噴射量Ｑf だ
けの燃料が燃料噴射ノズル１から噴射されるようにラッ
クアクチュエータ８１を制御し、燃料ポンプ７０のコン
トロールラック７４を慴動させる。次に、燃料噴射量Ｑ
f と水噴射量Ｑw とがコントローラ９０によって上記の
ように制御された本燃料噴射装置において、燃料噴射と
水噴射とが次のように行われる。

【００２９】まず、燃料噴射直後における燃料噴射ノズ
ル１内の燃料と水との充填状況を図９に示す。このと
き、燃料噴射ノズル１のノズルニードル１５はプッシャ
スプリング７に付勢され、燃料溜り１３に形成された連
通孔１９の開口端に当接して、燃料噴射ノズル１は閉弁
している。そして、燃料は燃料溜り１３とフィードホー
ル２２に充満し、水は水溜り１２とフィードホール２３
に充満している。また、逆止弁２４は閉弁している。

【００３０】そして、水ポンプ４０のプランジャ４７
は、燃料噴射直後にカム４４の作動により下死点にあ
る。このときシリンダ室６６には、水供給口６８，水溜
り５６，フィードホール５５，５５を介して水が供給さ
れている。そして、燃料噴射が完了し、燃料噴射ノズル
１のノズルニードル１５が完全に閉弁した後の膨張行程
時に、カム軸４２が図示しないクランクシャフトに連動
してカム４４を回転させ、タベットローラ４６，タベッ
ト４５を介してプランジャ４７をプランジャスプリング
５０の付勢力に抗して上方に押動する。すると、プラン
ジャ４７がフィードホール５５，５５の内側開口端を閉
塞し、フィードホール５５，５５とシリンダ室６６とが
遮断されると共に、このプランジャ４７の上方への動き
によりシリンダ室６６内の水が徐々に加圧される。そし
て、シリンダ室６６内の水圧が所要圧にまで加圧される
と、デリバリバルブ６０がデリバリバルブスプリング５
９の付勢力に抗して開弁する。このとき逆止弁６４は閉
弁しているので、シリンダ室６６内の水は吐出口６５か
ら吐出される。ここで、水ポンプ４０の吐出圧は燃料噴
射ノズル１の逆止弁２４と燃料ポンプ７０の逆止弁７２
との開弁圧よりも夫々高く、且つ、燃料噴射ノズル１の
ノズルニードル１５の開弁圧よりも低く設定されてお
り、また、このような吐出圧が得られるようにデリバリ
バルブスプリング５９の付勢力が調整されている。

【００３１】また、燃料ポンプ７０のプランジャ７３は
燃料噴射時に上死点に急速に移動する一方、燃料噴射時
以外は下死点に停止している。このようなプランジャ７
３の作動が得られるように、カム７１が形成されてい
る。そして、上記のように水ポンプ４０から水が吐出さ
れ始めると、燃料噴射ノズル１の逆止弁２４と燃料ポン
プ７０の逆止弁７２とが開弁される一方、燃料噴射ノズ
ル１のノズルニードル１５は依然として閉弁状態に保た
れている。また、上記のように燃料ポンプ７０のプラン
ジャ７３は下死点にあるため、フィードホール２２内の
燃料圧は水圧により低く、このため、水は逆止弁２４と
水溜り１２とを介して燃料側のフィードホール２２に進
入する。そして、水ポンプ４０のコントロールグルーブ
５４の螺旋状の溝がフィードホール５５，５５の内側開
口端にまで上昇したとき、コントロールグルーブ５４を
介してシリンダ室６６とフィードホール５５，５５とが
連通し、シリンダ室６６内の水圧が水溜り５６の水圧に
までに低下して、デリバリバルブ６０がデリバリバルブ
スプリング５９の付勢力によって閉弁する。以後、プラ
ンジャ４７が上死点に達するまでシリンダ室６６とフィ
ードホール５５，５５との連通状態が維持され、シリン
ダ室６６内の水圧は水溜り５６の水圧と同圧に保たれ
る。

【００３２】以上により、水ポンプ４０はプランジャ４
７の下死点位置からコントロールグルーブ５４の溝がフ
ィードホール５５，５５の内側開口端に到達した位置ま
でのシリンダ室６６の容積分、つまり、ステップＳ６０
又はステップＳ７０により演算された水噴射量Ｑ_Wだけ
の水が吐出されたことになる。ここで、水噴射量Ｑ_Wが
零のときは、コントロールスリーブ５１のフィードホー
ル５５，５５の内側開口端とコントロールグルーブ５４
の溝が常時連通しており、カム４２がプランジャ４７を
上方に押動しても、デリバリバルブ６０がデリバリバル
ブスプリング５９の付勢力によって閉弁したままであ
る。このため、水ポンプ４０から水は吐出されない。

【００３３】さて、噴射量Ｑ_Wだけの水がフィードホー
ル２２内に図５に示される如く注入され終えると、水ポ
ンプ４０の吐出圧が低下して燃料噴射ノズル１の逆止弁
２４が閉弁し水の逆流が禁止され、また、燃料ポンプ７
０の逆止弁７２も閉弁する。そして、次回の燃料噴射時
まで噴射量Ｑ_Wだけの水が燃料噴射ノズル１のフィード
ホール２２内に収容される。また、上記の水ポンプ４０
による水の吐出は、燃料噴射ノズル１のノズルニードル
１５が閉弁した後の膨張行程時に開始され、排気行程と
吸気行程とを経て、ノズルニードル１５が開弁する以前
の圧縮行程時まで継続される。そして、水ポンプ４０に
よる水の吐出が、このように緩やかに行われるようにカ
ム４４が形成され、瞬間的に水圧が上昇して燃料噴射ノ
ズル１のノズルニードル１５が開弁することが未然に防
止されている。

【００３４】次に、燃料噴射時に、燃料ポンプ７０が水
ポンプ４０と同様に作動して所定量Ｑt の燃料を吐出さ
せる。すると、燃料噴射ノズル１のノズルニードル１５
の錐形部１４ａに加わる燃料圧により、ノズルニードル
１５がプッシャスプリング７の付勢力に抗して開弁し、
図６に示されるように、まず、燃料噴射ノズル１の燃料
溜り１３に流入していた燃料Ｑfpが噴射され、続いて、
フィードホール２２内に注入されていた水Ｑw が噴射さ
れ、最後に、フィードホール２２内の上記水Ｑw より燃
料ポンプ７０側に充満していた燃料Ｑfsが噴射されて燃
料噴射が完了する。このとき、上記のＱt , Ｑf ，Ｑf
p，Ｑw ，Ｑfsに関し、次式（１）, （２）および
（３）が成立する。

【００３５】Ｑt ＝Ｑf ＋Ｑ_W ・・・（１）Ｑf ＝Ｑfp＋Ｑfs ・・・（２）Ｑt ≧Ｑfp＋Ｑw ・・・（３）ここで、Ｑf は、燃料噴射ノズル１から実際に噴射され
る燃料の噴射量である。また、Ｑfpは水の噴射量Ｑw に
係わりなく常時一定である。そして、水の噴射量Ｑw を
変化させると燃料ポンプ７０の吐出量Ｑt を変化させる
必要があり、また、吐出量Ｑt がＱfpとＱw との合計分
以上でなければならないのは、水をＱwだけ確実に噴射
させ、燃料溜り１３に水を残留させないようにするため
である。

【００３６】そして、上記のようにして一回の燃料およ
び水の噴射が完了すると、燃料噴射ノズル１内の燃料と
水との充填状態は再び上述した図４の状態に戻る。この
ように本燃料噴射装置では、低温始動時には水噴射が禁
止され、燃料混合気への着火性が良好に保たれると共
に、始動後には白煙が排出されないように図られてい
る。また、燃焼温度が低く且つ燃料密度が低いためにＮ
Ｏｘとすすとの排出濃度が共に低減される低負荷時に水
噴射が行われず、真に水噴射が所望される高負荷時にの
み水噴射が行われて、水と水噴射装置とが効率的に使用
されてＮＯｘとすすとの低減が図られている。

【００３７】なお、本発明のディーゼルエンジンの燃料
噴射装置は、上述した一実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば、燃料噴射ノズル
１，水ポンプ４０，燃料ポンプ７０，ラックアクチュエ
ータ８０，８１等の構成は上記に限定されるものではな
く、夫々適宜に変更してよい。例えば、水ポンプ４０
は、必ずしも燃料ポンプ７０と同型の列型ポンプでなく
ともよいし、また、列型の容量型ポンプでなくともよ
い。更に、水ポンプ４０は容量型ポンプでなくともよ
く、例えば、水ポンプを定圧型の水ポンプ１２０で構成
し、図１２に示されるように、水ポンプ１２０と燃料噴
射ノズル１との間に制御バルブ（水噴射量変化手段）１
２１を配設するようにしてもよい。この制御バルブ１２
１は、例えば、コントローラ９０により制御されて内蔵
するバルブを通電時間だけ開弁し、水ポンプ１２０から
燃料噴射ノズル１へ供給される水量を零から、少なくと
も最大エンジン負荷Ｌmax.時の噴射量にまで連続的に変
化させるものであってもよい。

【００３８】また、上述した実施例中の、図５ないしは
図６により規定される水噴射領域を、エンジン負荷Ｌの
みならずエンジン回転数Ｎｅによっても変動するよう
に、設定してもよい。そして、上述した実施例中のコン
トローラ９０は、必ずしも上記のように水噴射量と燃料
噴射量とを同時に制御するコントローラでなくてもよ
く、水噴射量だけを制御するコントローラであってもよ
いし、また、水噴射量と共にエンジンの全ての作動を制
御するコントローラであってもよい。

【００３９】更に、上述した実施例中の図７と図８とに
示される燃料噴射量、Ｑf1とＱf3、ないしは、Ｑf2とＱ
f4は、異なる値であってもよいし同一値であってもよ
い。また、図８中の水噴射量Ｑw3は、図７中の水噴射量
Ｑw1又はＱw2と異なる値であってもよいし、或いは、そ
の一方と同一値であってもよい。そして、本燃料噴射装
置は２サイクルディーゼルエンジンにも適用することが
できる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射装置において、制御手段
は、運転状態検出手段が検出したエンジンの運転状態に
基づいて水噴射量変化手段を制御し、燃料噴射ノズルか
ら噴射される水噴射量を変化させる。これにより、真に
水噴射が所望されるエンジンの運転状態時、例えば、Ｎ
Ｏｘとすすとが特に多量に排出される高エンジン負荷時
等にのみ水噴射を行なわせることができるので、水と水
噴射装置とを効率的に作動させＮＯｘとすすとの排出を
実効的に抑制することができる一方、水噴射による弊害
が発生するエンジンの運転状態時、つまり、燃料混合気
の着火性が低下する低温始動時等には水噴射を禁止する
ことができるので、低温始動性を向上させ、白煙の排出
を防止することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のディーゼルエンジンの燃料噴射装置の
具体的構成を示すブロック図である。

【図２】図１中の水ポンプ４０の要部の構成を示す側面
断面図である。

【図３】図１中の燃料ポンプ７０の要部の構成を示す側
面断面図である。

【図４】図１中のコントローラ９０により実行される水
噴射量制御の手順を示すフローチャートである。

【図５】通常運転時における、エンジン回転数Ｎｅとエ
ンジン負荷Ｌと水噴射領域との関係を示す特性図であ
る。

【図６】低温運転時における、エンジン回転数Ｎｅとエ
ンジン負荷Ｌと水噴射領域との関係を示す特性図であ
る。

【図７】通常運転時における、エンジン負荷Ｌと燃料噴
射量Ｑf およびエンジン負荷Ｌと水噴射量Ｑw との、夫
々の関係を示す特性図である。

【図８】低温運転時における、エンジン負荷Ｌと燃料噴
射量Ｑf およびエンジン負荷Ｌと水噴射量Ｑw との、夫
々の関係を示す特性図である。

【図９】図１中の燃料噴射ノズル１の、燃料噴射直後の
燃料と水との充填状態を示す側面断面図である。

【図１０】図１中の燃料噴射ノズル１の、燃料噴射直前
の燃料と水との充填状態を示す側面断面図である。

【図１１】図１中の燃料噴射ノズル１から噴射される、
燃料と水との単位時間当たりの噴射量と経過時間との関
係を示す特性図である。

【図１２】本発明のディーゼルエンジンの燃料噴射装置
の、別の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１燃料噴射ノズル４０水ポンプ５３コントロールラック７０燃料ポンプ７４コントロールラック８０ラックアクチュエータ（水噴射量変化手段）８１ラックアクチュエータ９０コントローラ（制御手段）９１エンジン回転数センサ（運転状態検出手段）９２エンジン負荷センサ（運転状態検出手段）９３大気温度（運転状態検出手段）９４冷却水温度（運転状態検出手段）１２０水ポンプ１２１制御バルプ（水噴射量変化手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中島政吉東京都千代田区丸の内２丁目５番１号三菱重工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を圧送する燃料ポンプと、水を圧送
する水ポンプと、前記燃料ポンプと前記水ポンプとによ
り圧送された燃料および水をエンジンの燃焼室内に噴射
する燃料噴射ノズルとを備えたディーゼルエンジンの燃
料噴射装置において、前記燃料噴射ノズルから噴射され
る水噴射量を変化させる水噴射量変化手段と、エンジン
の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状
態検出手段が検出したエンジンの運転状態に基づいて前
記水噴射量変化手段を制御する制御手段とを備えたこと
を特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。