JPH06511529A - ディーゼルエンジン用燃料噴射装置 - Google Patents

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】 ディーゼルエンジン用燃料噴射装置 ［技術分野］ 本発明はディーゼルエンジンに使用する為の燃料噴射装置に関し、また２種の相 違する品位の燃料を順次同一噴射ノズルを介して噴射するのに適当するいわゆる トウイン（ｔ　ｗ　ｉ　ｎ　）燃料噴射装置に関する。

［背景技術］ 船舶の推進用に使用されるような大型ディーゼルエンジンにおいては、比較的安 価で入手可能なため重油が燃料として使用されている。重油の燃焼特性は遅延期 間が燃料のシリンダー中への噴射と燃焼の開始との間に発生するようなものであ る。これは、比較的大容積の燃料が燃焼開始のときにシリンダー中に存在し、シ リンダー中の圧力上昇割合が従って非常に高いことを意味するので好ましからざ る特性である。これは一方高いレベルの雑音が放出されまた高いレベルの歪力が エンジンの部品中に生じることも意味する。

この問題に対する公知の解決策は、主燃料チャージか噴射される前に少量の燃料 のパイロット噴射を使用することである。同一燃料を単一の噴射装置からパイロ ット用および主噴射用として使用できることが知られている。

また、高い品位の燃料がパイロット噴射用に使用されるとパイロット噴射は更に 効果的であることが知られている。これを達成する為の公知の方法はＥＰ−Ａ− ０２８２８１９中に記載されているように第２ポンピングシステムを使用して噴 射装置中にパイロット燃料を注入することである。

ＥＰ−Ａ−０２８２８１９は夫々噴射ノズルに直接におよび逆止め弁を介して連 通している主燃料供給通路とパイロット燃料供給通路とを有している本体を有す る燃料噴射装置を開示している。主燃料供給通路は主燃料が通常の燃料噴射ポン プによって供給され、またパイロット燃料供給通路はパイロット燃料ポンプに複 合タイミング制御システムによって制御されるソレノイド弁を介して連通してい る。

この先行明細書中に開示されている構造は、ソレノイド弁と付属制御システムを 設ける必要性があるために複雑大型で高価である。更に第２高圧噴射ポンプが主 燃料用に必要な通常の高圧噴射ポンプに加えてパイロット燃料用に必要である。

２種の相違する燃料を順次に噴射可能で上述した問題を克服し、また、特に唯一 つの高圧噴射ポンプのみを必要としパイロット燃料の噴射を制御する制御弁乃至 制御システムのない燃料噴射装置を提供することが本発明の目的である。

［発明の開示］ 本発明によれば、１またはそれ以上の噴射オリフィスを定める噴射ノズルと、主 燃料供給通路と、パイロット燃料供給通路を有する本体を有し、これが噴射ノズ ルから出るように流れる燃料がこれに流入することを防止するように配列された 第１逆止弁を有する。このノズルは弁ニードルによって制御されるが、この弁ニ ードルは噴射オリフィスに向いた表面を有し燃料供給ギヤラリ−に露出している 形式の２種の相違する燃料を順番に噴射するディーゼルエンジンに使用するため の燃料噴射装置が、本体がピストンを摺動自在に受入れるシリンダーを有し、主 燃料通路がシリンダーにその一端近くで連通し、パイロット燃料通路はその他端 近くでシリンダーに、および燃料ギヤラリ−に通じる第１出口通路に連通し、ま た燃料ギヤラリ−からパイロット燃料通路への燃料の流れを防止するように配列 された第２逆止弁を有し、また、第２出口通路は燃料ギヤラリ−とシリンダーの 両端間の中間とを接続しており、主燃料通路は燃料ギヤラリ−とシリンダーと第 ２出口通路を介して、ピストンがシリンダーの前記他端にはあるがこれがシリン ダーの前記一端にはないときに連通していることを特徴としている。

使用に当っては、主燃料供給通路はほぼ従来通りの高圧燃料噴射ポンプに接続さ れ、その出力圧力は周期的に変化するが、パイロット燃料供給通路は出力圧力が ほぼ一定の比較的低い圧力のポンプのみに接続する必要性がある。パイロット燃 料は、考え得るところでは主燃料と同一であり得ようが、好ましくは主燃料より も低引火点の高い品位の燃料である。

これは比較的低い圧力でパイロット燃料供給路を通ってピストンの下にあるシリ ンダー中に流入し、一方ピストンはシリンダーの主燃料通路が開いている端部に 向かって移動する。

主燃料噴射ポンプによって作られた圧力が上昇すると、ピストンは順次シリンダ ーの他端に向かって力が加えられ、パイロット燃料を駆逐する。パイロット燃料 は第１逆止弁によってパイロット燃料ポンプへの逆流が防止されており、その為 第１出口通路と第２逆止弁を通って燃料ギヤラリ−に流れる。

パイロット燃料の圧力は噴射ノズルに向いている弁ニードルに作用し、ニードル をノズルから離す方向に、即ち開放位置に向かって力を及ぼす。ニードルに加え られる力が適当に設けられたばねによって閉鎖方向に加えられている力を越える と、ニードルは開放位置に移動しパイロット燃料の噴射が開始される。

ピストンは順次シリンダーの長手方向に沿って移動し第２出口通路がシリンダー に通じているポートを露出させる。これは主燃料供給路を第２出口通路に通じさ せ、そのため主燃料がシリンダーの一部を通って第２出口通路に従って燃料ギヤ ラリ−へ流入される。ピストンはその為ここで運動を停止し、それ以上のパイロ ット燃料の供給は事実上噴射されず、主燃料の噴射が開始される。

残留パイロット燃料の第１出口通路からシリンダーへの戻りは第２逆止弁によっ て防止される。主燃料噴射ポンプによって作られた圧力が再び低下し始めると、 弁ニードルはその戻しばねによって閉鎖位置に戻されて噴射が終了する。主燃料 によってピストン上に加えられていた力がパイロット燃料によっておよびピスト ン戻しばね（設置されている場合）とによってピストンの反対端に加えられてい る力よりも低くなると、ピストンは初期の位置に戻りその下にある空間はパイロ ット燃料で充填されてサイクルが繰り返される。

従って、本発明による燃料噴射装置はソレノイド弁も付属制御システムもパイロ ット燃料噴射のために必要とせず、パイロット燃料の噴射のために必要な圧力は 主燃料噴射ポンプによって提供される。従ってただ１個の高圧ポンプを必要とす るのみである。パイロットと主燃料噴射の相対的タイミングはピストン／シリン ダー構成によって供給される。

上述の通り、ばね等の戻り装置がピストン／シリンダーの前記一端に向けての与 圧の為にシリンダー中に設けることができる。しかしこれは重要なことではなく 、パイロット燃料供給ポンプの発生した圧力が主燃料噴射ポンプの最低出力圧力 よりも低い時にのみ要求されるものである。しかし、ばねが設けられていないと 、ピストンがシリンダーの他端にある場合低圧供給部からギヤラリ−を通ってシ リンダーへの燃料の流れを防止するために第２出口通路中に第３逆止弁を設ける ことが必要となろう。

上述の通り、弁ニードルはこれを閉鎖位置に向かって力を加えるようなばねを有 し、噴射ノズルから離れた戻りばねの端部は１またはそれ以上の調節シムの介挿 を伴って表面上に当接させることができる。これらのシムの数または厚さの変化 は弁ニードル上にばねが及ぼす力を変化させ、従って弁ニードルが開放、閉鎖す るときの圧力を変化させる。

調節°シムの数または厚さの変化はこれを使用しているエンジンから燃料噴射装 置を取り外すことと燃料噴射装置の完全な分解とを必要とし、従ってこれは比較 的時間を要することであり、エンジンが相当の時間使用できないことを意味する 。この欠点はシリンダーが燃料噴射装置本体中で移動可能なブロックで定義され 、また噴射装置ノズルから離れたばねの一端かブロックに当接し、燃料噴射装置 本体の外部から付勢可能な調節装置がブロック上で作用してその位置を噴射ノズ ルに対して調節可能にするならば克服可能である。即ち、調節装置の操作はブロ ックの移動をもたらし、ばね力の変化を意味する。

これは燃料噴射装置本体の外部から実施可能でその為エンジンから燃料噴射装置 を取り外しまたは分解することなしに実施可能である。シリンダーが可動ブロッ クで定義されていると言う事実はその動作を変えるものではないが、ブロックが 移動した場合移動するその壁にあるポートが燃料噴射装置の本体内に勿論固定さ れている各種の通路に連通しているように設けられていることを意味する。この 目的の為に、可動ブロックは各種の通路が形成されているスリーブ内に摺動自在 に収められ、通路、または各通路のブロックに隣接する端部はブロックの移動方 向においてブロック中のポートよりも少なくとも大きくして各ポートが常にブロ ックの予想移動範囲内で付属通路と連通可能なようにしておく。

上述した全ての実施例において、パイロット燃料の噴射は事実上時間間隔を間に 置かないで主燃料の噴射が行われる。しかし時としである状況の下ではパイロッ ト燃料の噴射に主燃料の噴射が開始される前に遅延期間を有することが好ましい 。これはピストンとシリンダーが段付き形状で前記一端をその他端より大直径を 持たせ、また、第２出口通路がシリンダーのその大直径の部分に通じているよう にすることによって達成される。ピストンの段付き形状はこれを介しての圧力の 増幅をもたらし、これは一方パイロット燃料の噴射中パイロット燃料の圧力が主 燃料のそれに比較して事実上ピストンの２部分の面積比に等しい割合で高いこと を意味する。主燃料通路が第２出口通路に接続し始めると燃料ギヤラリ−内の圧 力はパイロット燃料の高い圧力状態から主燃料の低い圧力に急に低下しこれは弁 ニードルが閉鎖位置に動くこととなる。しかし、主燃料の圧力は順次上昇し若干 の時間経過後弁ニードルが開放される値を越えて従って主燃料の噴射が開始され る。

［実施例］ 本発明のその他の特徴および詳細は添付の略式図面を参照しての本発明のトウイ ン燃料噴射装置の特殊な実施例に関する以下の説明から明らかになろうが、ここ で、図１は噴射装置の第１実施例の断面側面図であり、図２は噴射の開始以前の 噴射装置の中央部分の拡大部分断面図であり、 図３はピストンの下降ストローク中の図２と同様な図であり、 図４はピストンの下降ストロークの完了またはそれに近い点での図２と類似の別 の図であり、図５は本発明の第２実施例を示す図４に類似の図であり、 図６は本発明の第３実施例を示す図４に類似の図である。

図１は大型ディーゼルエンジンの１シリンダーに取り付ける為の燃料噴射装置を 示す。この燃料装置は、本体の一端に始まり、上方に向けて、即ち主燃料通路１ の端部に向かってばね１４によって力が加えられている可動ピストン２を摺動自 在に受け入れている円筒状の空間１３に終わる主燃料供給通路１を定める本体を 有する。シリンダー１３の側部とポート３４を介して主燃料通路１の端部より下 の点で通路３が連通しておりこれは燃料噴射装置本体の下端近くのリング状燃料 ギヤラリ−４に終わっている。本体の下端には噴射ノズル６が設けられ、１乃至 それ以上の孔６ａを備え、これらは、ニードル５と共同動作するノズル内の共通 排出路に連接している。

ニードル５は下向きのショルダー５ａを有しギヤラリ−４に向き合い、ギヤラリ −４が孔６ａに繋がる上部開放位置とそうはならずまたニードル尖端が排出路を 封じする下部閉止位置との間を移動可能である。ニードル５は閉止位置に向かっ て、チェンバー１３中に位置するばね７によって力が加えられている。

噴射装置本体はまた、パイロット燃料供給通路８を備えているが、これは逆止弁 ９を介して円筒状空間１３に、即ち、ピストン２がその最高位置にあるときにピ ストン２の下にある点で、接続され、また燃料ギヤラリ−４に通路１０内の別の 逆止弁１１を介して接続されている。

この場合、通路８と１０とは直接に繋がってはいるがその連通は間接的であり、 円筒状空間１３を介して接続されている。逆止弁はこの場合ばね加圧ボール−シ ート型であるが他の形のものも容易に使用可能である。供給路１２がばねチニン バーに繋がって、使用に当って、圧力が種燃料供給システムの低圧側に連通を可 能としている。

使用に当っては、供給路１は主燃料例えば比較的低いセタン価を有する重いディ ーゼル油のような主燃料を供給するように配列され、その出力圧力がサイクリッ クに高圧に上がりその後再び減少する通常の燃料噴射ポンプ（図示せず）に接続 されており、供給路８は例えば高いセタン価を有し比較的低圧で一定の圧力の状 態のパイロット燃料の供給用に配列されているポンプ（図示せず）に接続されて いる。

燃料噴射装置の動作をここで図２．３および４を参照して説明する。先ず、図２ に見るように、ピストン２はその最上の位置にあり主燃料供給通路内の圧力は比 較的低い。逆止弁９が通路８のパイロット燃料の圧力の下で既に開いており、そ の為パイロット燃料がシリンダー１３中に流入し、一方ピストンはばね１４と通 路８中の圧力のために上方に移動するが、しかし通路１０の中には、この通路の 高圧状態の為に入れず、逆止弁１１を閉鎖した状態に保っているので、シリンダ ー１３はパイロット燃料で満たされる。

図３は、主燃料ポンプの作る圧力が上昇し始めた後のサイクル中での後のステー ジを示す。ピストン２は圧力上昇により下方に移動させられ、シリンダー１３中 のｌ々イロット燃料を加圧する。パイロット燃料は逆止弁９の為に通路８内には 逆戻りできないが、逆止弁１１を開は圧力を通路１０に伝送する。この圧力はニ ードル５のショルダー５ａに作用してニードルをばね７の力に抗して開放位置に 動かすようにする。パイロット燃料は従ってノズル６を通って噴射され、この噴 射はピストン２が下向きに移動し続ける間続く。パイロット燃料は付属シリンダ ー内で通常のディーゼル点火方法で点火される。

図４に示すように、ピストン２が更に相当な距離下降した後は、ポート３４が開 き、主燃料が直接にシリンダー１３とポート３４とを通って通路３中に入り、そ こからオリフィス６ａを通って噴射される。シリンダー内に噴射された主燃料は パイロット燃料の燃焼によってただちに点火される。ピストン２の両側の圧力は このときほぼ等しくその運動は摩擦またはばね１４のどちらかによって終了する 。逆止弁１１はその両側の圧力差がないので閉鎖し燃料がシリンダー１３の下部 位置に入り込めないのでピストン２はその為その上部位置に戻ることが阻止され る。噴射期間が完了すると、主燃料通路１内の圧力は順次減少する。これがばね １４の圧力と通路８内の圧力の組み合わせに追い越されたレベルに達した時はこ れが図２に示す最上の位置に達するまで上方に移動する。

これが上方に動くとパイロット燃料はシリンダー１３内に流入し、サイクルが完 了する。

燃料の噴射が生じる圧力はエンジンの特性に対して非常にクリティカルで、この 圧力は主としてニードル戻しばね、この場合ばね７の力によって主として定めら れることが知られている。この力の公知な調節法はばねチェンバー４０の端部内 にシム材１５を入れることである。

これは噴射装置をエンジンから取り外し、噴射装置を分解することによってのみ 可能である。ばね力の調整が組立てられた状態の噴射装置において可能でなけれ ばならない場合は図５の実施例が有利である。

この実施例は全般的に上述したものと類似しているが、主燃料通路１がこれを通 路１に接続する短通路２１よりも小さい領域のポート２６を介してシリンダー１ ３の上端部に通じている。通路３と８とはシリンダー１３に夫々ポート２４と２ ５を介して通じている。これらはやはり短接続通路２２と２３よりも小さい面積 のものである。

シリンダー１３は静止的ではな（可動プロ・ツク１６内に形成され、その下側に はニードルばね７が当接し、その上面にはディスク１８が乗っているが、これは シリンダー１３の頂部を封止し一方ブロック１６を受入れる孔の側面に対してリ ング上シール２０等によって封止されている。孔の頂部に中心的に連通して長型 通路がありこれが噴射装置軸１７と同軸であり、これが調節装置、この場合ねじ 付きボルト１９を受入れ、これがディスク１８に当接し、ばね７の弾性に抗して ブロック１６を回転させ、ばね力を変化して燃料噴射の開始される燃料圧力を変 える。

上述した両実施例において、両燃料の噴射は単一連続プロセスでパイロット燃料 から主燃料へ別々のトランジション期間を伴って生じる。しかし、燃焼に関して ２燃料の噴射の間に時間的インターノくルを設けること力（有％＋１であろうこ ともあり、これが図６の実施例で提供される。

この実施例もやはり全般的には図１乃至４のそれに類似しているが、ピストンが 段付きの直径のものでこれ力く２部分２ａと２ｂで構成され、そのうち下部部分 ２ｂカ＜　ＩＪＳ直径の部分である。これを受入れるシリンダーはこれ【；対応 して段を有する形状のもので、２部分１３ａと１３ｂとで構成されている。シリ ンダ一部分１３ａの部分２９は、ピストン部分２ａの下面、シリンダ一部分１３ ｂの壁２８の上面、およびシリンダ一部分１３ａの壁２７の内面で定義されるが 、これは通気口として作用する通路３０と３１を介してパイロット燃料供給通路 ８に通じている。主燃料通路の圧力が上昇し始めると、ピストン部分の差分領域 は圧力が増大し、高い圧力がシリンダ一部分１３ｂ中に作られる。これらの圧力 は噴射圧力がシリンダ一部分１３ｂに達するまで増加し、圧力増加の為に前述の 実施例よりもサイクル中で早く生じる。ピストン２ａ、２ｂによってポート３４ が開くと、通路１は通路３と１０とに通じこの後者の通路の圧力は急激に通路１ 内のそれに低下し、ニードル５はばね７によって閉鎖位置に戻され、噴射は終了 する。しかし、通路１内の圧力は上昇を続け、これが噴射圧力に達すると燃料噴 射力（再開始される。噴射が終了した後、通路１内の圧力Ｃま順次低下する。ば ね１４の力と孔２９と１３ｂ内の圧力の組合わせ効果が孔１３ａ内の圧力による 力を超過すると、ピストン２ａ１２ｂは上方への移動を開始し、シリンダ一部分 １３ｂはパイロット燃料によって再充填される。

上述した実施例において、サイクル当たり噴射されるパイロット燃料の量は一定 でシリンダー１３の容積１こよって定まる。例えばエンジン負荷の減少に伴って 噴射されるパイロット燃料の容積を減少したいならば、これｉｔピストン２の移 動を、例えば燃料ポンプ制御システム（こリンクされた油圧的にまたは機械的の 方法で制限することにより達成される。

国際！ＩＩＩＦ報失

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１またはそれ以上の噴射オリフィスを有する噴射ノズルと、主燃料供給通路 と、またパイロット燃料供給通路とを有する本体を有し、これが燃料を噴射ノズ ルから中に入るのを防止する第１逆止弁を有し、ノズルがニードル弁によって制 御されこれが噴射オリフィスに向かう表面に当接して燃料供給ギャラリーに露出 している形式の２種の相違する燃料を噴射するのに適するディーゼルエンジンに 使用の為の燃料噴射装置において、本体がピストン（２）を摺動自在に受入れる シリンダー（１３）を有し、主燃料通路（１）はシリンダー（１３）にその一端 付近で連通し、パイロット燃料通路（８）がシリンダー（１３）にその他端近く でまた燃料ギャラリー（４）に繋がり燃料ギャラリー（４）からパイロット燃料 通路（８）への燃料の流れを防止している第２逆止弁（１１）を有する第１出口 通路（１０）に接続され、また、第２出口通路（３）を有し、これが燃料ギャラ リー（４）とシリンダー（１３）にシリンダー（１３）の両端の中間点で接続さ れ、ピストン（２）がシリンダー（１３）の前記他端にあるがこれがシリンダー （１３）の前記一端にはないときに主燃料通路（１）が燃料ギャラリー（４）に シリンダー（１３）と第２出口通路（３）に接続されることを特徴とするディー ゼルエンジン用燃料噴射装置。 ２．ばね（１４）が設けられてこれがピストン（２）をシリンダーの前記一端に 向けて与圧していることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジン用燃料 噴射装置。 ３．弁ニードル（５）を閉鎖位置に向かって押す戻りばね（７）を有しその噴射 ノズル（６）から離れた他端が１またはそれ以上の調節シムを介して表面に当接 されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のディーゼルエンジン 用燃料噴射装置。 ４．戻りばね（７）が設けられてこれがニードル弁（５）を閉鎖位置に向かって 押し付け、シリンダー（１３）が燃料噴射装置本体中に移動自在なブロック（１ ６）中に設けられ、噴射ノズル（６）とは反対側のばね（７）の端部はブロック （１６）に当接し、また、燃料噴射装置本体の外部から付勢可能な調節装置（１ ８、１９）がブロック（１６）上で作用してその噴射ノズル（６）に対する位置 を調節可能にしていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のディーゼ ルエンジン用燃料噴射装置。 ５．ピストン（２）とシリンダー（１３）とは段付きのものでその一端の大直径 部分が他端のそれよりも大きく、また、第２出口通路（３）が大直径のシリンダ ーの一部（１３ａ）に設けられていることを特徴とする請求項１記載のディーゼ ルエンジン用燃料噴射装置。