JPH094539A - 燃料噴射ノズルおよびその燃料噴射ノズルの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、エンジン運転状態の全ての領域にお
いて、水噴射で得られる効果が発揮されるようにした燃
料噴射ノズルを提供する。 【構成】本発明は、針弁５の先端部に設けてある燃料溜
まり室１３の近くの上流側の燃料通路部分１４に、針弁
の開弁圧より低い圧力で、燃料ポンプの噴射作動休止期
間中、水ポンプ２１からの水を導く第１水通路３０を接
続し、この接続部と燃料溜まり室との間の燃料通路部分
にも、針弁の開弁圧より低い圧力で、燃料ポンプの噴射
作動休止期間中、水ポンプからの水を導く第２水通路３
１を接続し、これら水通路を選択的に切換える電磁切換
弁３２を設けて、軽負荷は燃料溜まり室の容量の小なる
部分、中・高負荷は燃料溜まり室の容量と第１水通路の
接続部分までの大なる部分を用いて、水通路の切換えに
より、エンジン負荷全域において、水噴射可能な初期料
噴射量の噴射を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの燃焼室内に
燃料と水とを層状に噴射させるための燃料噴射ノズルお
よびその燃料噴射ノズルの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは、ピストンにより
圧縮された空気中に液体燃料（軽油）を噴射させて、同
燃料を圧縮熱で着火し燃焼させて動力を得るエンジンで
ある。このため、ディーゼルエンジンは、高い熱効率を
有するものの、噴射した燃料がシリンダ内で空気と混合
し着火燃焼する際に、混合した燃料が圧縮熱によって一
気に着火燃焼（初期燃焼）するので、ＮＯ_X （窒素酸化
物）が排出されやすく、また燃焼中に混合した燃料が拡
散燃焼するために、煤，ＰＭ（パティキュレート・マタ
ー：粒子状物質）なども排出されやすいという、不利な
点がある。

【０００３】そこで、燃料噴射ノズルを用いて、水を燃
焼室内へ噴射させる装置が提案されている。この装置
は、燃料圧によりノズルニードル（針弁）が開弁されて
燃料が噴孔から燃焼室へ噴射された直後に、同噴孔から
水を燃焼室へ噴射させる構造が採用してある。

【０００４】このように燃料と共に水が燃焼室内に噴射
されると、火炎温度が低下して、ＮＯx の発生が抑制さ
れる。また水の発散現象により、噴霧燃料と空気との混
合が促進されて、煤，ＰＭの低減に寄与する働きをなす
拡散燃焼を促進されるようになる。

【０００５】ところが、この噴射の仕方だと、水の噴射
量は、燃料噴射ノズル内の残量燃料圧と水圧との圧力差
により変化するので、必要な水噴射量を確保することは
困難である。

【０００６】そこで、近時、特開平５−１６４００９号
公報に開示されているような、初期燃料噴射、水、主燃
料噴射という具合に、燃料と水と燃料とを層状に噴射さ
せる装置が提案されている。

【０００７】これは、燃料ポンプの噴射作動休止期間中
に、水を燃料通路に所定量、進入（圧送）させておき、
この水を燃料ポンプにより圧送された燃料と共に燃焼室
内へ噴射させることで行われる。

【０００８】具体的には、図６に示されるような燃料噴
射装置が採用されている。同装置を説明すれば、図中１
は、シリンダ毎にディーゼルエンジンのシリンダヘッド
１０に取り付けられた燃料噴射ノズルである。

【０００９】この燃料噴射ノズル１の本体１ａ（ノズル
ボディに相当）は、上下部に配置してあるノズルホルダ
２とノズル体３とを、同ノズル体３を覆うように設けた
リテニングナット４で結合して構成してある。

【００１０】ノズル体３の内部には、ノズルニードル５
（針弁）が上下方向に摺動自在に嵌挿されている。この
ノズルニードル５が、ノズルホルダ２内に収容したスプ
リング６の弾性力によって、下方向（閉弁方向）に付勢
してある。

【００１１】この付勢によって、ノズルニードル５の下
端（先端部）に形成されている円錐面５ａの先端部分
を、ニードル収容室７の下端に形成してある弁座８に密
接させている（閉弁）。なお、スプリング６はノズルホ
ルダ２の上端部に螺挿されたアジャストスクリュウ６ａ
で支持してある。

【００１２】弁座８は、ノズル体３の下端から燃焼室９
（シリンダヘッド１０の下面とピストン１０ａの上面と
で囲まれる部分）へ突出している半球状の突起部１１内
と連通している。突起部１１を構成する周壁には、燃焼
室９に開口する複数の噴孔１２が設けてある。

【００１３】弁座８の直上には、ノズルニードル５の外
周面に沿って環状の燃料溜まり室１３が形成されてい
る。この燃料溜まり室１３が、ノズルホルダ２およびノ
ズル体３に設けてあるフィードホール１４（燃料通路）
を介して、外部に在る燃料ポンプ、例えば列型の燃料ポ
ンプ１５の吐出部に接続してある。

【００１４】この燃料ポンプ１５は、ディーゼルエンジ
ンの出力でカム１６を駆動して、プランジャ１７を往復
動させることにより、燃料タンク内（図示しない）の燃
料を所定の噴射時期に吐出させようにしてある。また燃
料ポンプ１５には、プランジャ１７の周囲に在るコント
ロールスリーブ２５とアクセル開度にしたがって変位す
るコントロールラック２６とを噛合わせてなるプレスト
ローク可変機構２７が在り、ディーゼルエンジンの運転
状態に応じて噴射時間（噴射量）を変えられるようにし
てある。

【００１５】燃料溜まり室１３の上側には、ノズルニー
ドル５の外周面に沿って環状の水溜まり室１９が形成さ
れている。この水溜まり室１９はフィードホール１４の
上流側と連通している。

【００１６】この水溜まり室１９は、ノズルホルダ２お
よびノズル体３に設けてあるフィードホール２０（水通
路）を介して、外部に在る水ポンプ２１の吐出部に接続
してある。なお、２２はフィードホール２０の途中に設
けられた逆流防止用の逆止弁を示す。

【００１７】水ポンプ２１は、例えば列型の燃料ポンプ
１５と同じ容量型ポンプであり、カムタイミングにより
燃料ポンプ１５の噴射作動休止期間中にノズルニードル
５の開弁圧よりも低い圧力で、水貯留部内（図示しな
い）の水を吐出させる設定にしてある。むろん、水ポン
プ２１も、プレストローク機構２７ａによって、ディー
ゼルエンジンの運転状態に応じて、水の噴射量が変わる
機能を有している。

【００１８】なお、水ポンプ２１では、燃料ポンプ１５
と区別するために、同一部分には語尾に「ａ」を付した
番号を用いてある。燃料ポンプ１５は、この水噴射量を
含めた設定で、必要な燃料噴射量が得られるようプレス
トロークが設定されている。そして、この燃料ポンプ１
５の噴射作動休止期間を利用して水をフィードホール１
４に進入させ、燃料と水と燃料とを層状に燃焼室９内へ
噴射させるようにしてある。

【００１９】この燃料と水と燃料とが層状に燃焼室９内
に噴射されるまでの行程を説明すれば、燃料噴射ノズル
１は、燃料の噴射を終えた直後では、図７（ａ）に示さ
れるように燃料が燃料溜まり室１３とフィードホール１
４との全体に充満している。

【００２０】水ポンプ２１は、この燃料ポンプ１５の噴
射作動休止期間中、噴射作動が行われ、水がノズルニー
ドル５の開弁圧より低い圧力で吐出される。ここで、燃
料ポンプ１５から燃料溜まり室１３までの燃料ライン
は、基端側が逆止弁２３によって燃料戻りが可能である
から、水ポンプ２１からの水は、フィードホール２０、
逆止弁２２、水溜まり室１９を通じて、図７（ｂ）に示
されるように燃料側のフィードホール１４に進入する。

【００２１】これにより、燃料溜まり室１３には燃料が
充満、同燃料域から上方のフィードホール１４の部分に
は水噴射に必要な水量の水が充満、さらに同水域から上
方のフィードホール１４には燃料が充満されるようにな
る（層状）。

【００２２】ここで、燃料ポンプ１５は、必要な燃料噴
射量が確保されるようにプレストロークが設定してあ
る。しかるに、燃料ポンプ１５が噴射作動に入り、燃料
圧がノズルニードル５の開弁圧に達すると、開く噴孔１
２からは、燃料溜まり室１３内の初期燃料噴射の燃料、
フィードホール１４内の水噴射の水、残存の燃料噴射の
燃料が、順次、すなわち図８に示されるように層状をな
して噴射される。

【００２３】こうした燃料・水・燃料の層状噴射だと、
燃料ポンプ１５で行われる燃料噴射量の制御、水ポンプ
２１で行われる水噴射量の制御により、エンジンの運転
状態に応じて、正確に所定量の燃料ならびに水が燃焼室
９内へ噴射される。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】こうした層状噴射は、
最初に噴射された燃料で、着火燃焼（初期燃焼）が行わ
れ、つぎに噴射される水で同燃焼の火炎温度を低下させ
る。そして、つぎに噴射される燃料が、水の発散現象を
受けて燃焼室内の空気と混合しながら燃焼するから、Ｎ
Ｏ_X の発生が抑制されるとともに、煤，ＰＭの低減に寄
与する拡散燃焼が促進されるようになる。

【００２５】しかし、初期に噴射される燃料噴射量は、
燃料溜まり室１３の容量の制約を受けるために、エンジ
ン運転状態のうち、中・高負荷領域にしか、このような
効果をもたらす燃料・水・燃料の層状噴射が行えないと
いう、不利な点がある。

【００２６】すなわち、燃料・水・燃料の層状噴射は、
燃料溜まり室１３の容量を小さく定めると、初期燃料噴
射量が少なく定められる分、小さなエンジンの負荷で
も、水の噴射が有効に作用するものの、反面、エンジン
負荷が大きくなると、燃料溜まり室１３の容量で決まる
少ない初期燃料噴射量に対して、大きなエンジン負荷に
応じて水量が増した水が噴射されるようになる。

【００２７】これでは、大きなエンジン負荷のときは、
少ない初期燃料噴射によって燃焼が開始されると、続い
て燃焼室内にエンジン負荷に応じた大量の水が噴射され
るので、燃焼に必要な着火温度が確保されないという不
都合が生じる。

【００２８】このため、従来より、燃料溜まり室１３の
容量は、中・高負荷域において水噴射が可能な初期燃料
噴射量を確保するに大きさにすることが余儀なくされ、
図９に示されるように軽負荷を除く領域でしか、水噴射
による効果、すなわちＮＯxの発生の抑制ならびに煤，
ＰＭの低減に寄与する拡散燃焼の促進が得られない事情
にあった。

【００２９】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、エンジン運転状態の全て
の領域において、水噴射で得られる効果が発揮されるよ
うにした燃料噴射ノズルおよびその燃料噴射ノズルの制
御装置を提供することにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した発明は、ノズルボディ内に摺動自
在に嵌挿され、閉弁方向に付勢されてなる針弁を設け、
この針弁の先端部近傍に同針弁の外周面に沿って形成さ
れた燃料溜まり室を設け、所定時期毎に噴射作動する燃
料ポンプからの燃料を燃料溜まり室へ導く燃料通路を設
け、燃料ポンプの噴射作動休止期間中に針弁の開弁圧よ
りも低い圧力で圧送される水ポンプの水を燃料通路の上
流側へ導く第１の水通路を設け、燃料溜まり室と第１の
水通路の接続部との間の燃料通路へ水ポンプからの水を
導く第２の水通路を設け、第１の水通路と第２の水通路
とを選択的に切換える切換手段を設けて、燃料ポンプに
より圧送された燃料とともに第１の水通路又は第２の水
通路を介して燃料通路に供給された水をエンジンの燃焼
室内へ噴射可能とした燃料噴射ノズルを構成したことに
ある。

【００３１】請求項２に記載の発明は、上記目的に加え
て、針弁の回りに、コンパクトで、かつ供給された水の
逆流なく、第１の通水路および第２の通水路を配設させ
るために、請求項１に記載の第１の水通路および第２の
水通路を、途中にそれぞれ逆止弁を有し、燃料通路との
接続部にそれぞれ水溜まり室を有した構成としたことに
ある。

【００３２】請求項３に記載の発明は、上記目的に加え
て、一層、軽負荷に向く設定とするために、請求項２の
記載の第２の水通路の水溜まり室を、燃料溜まり室に接
近した位置に配置したことにある。

【００３３】請求項４に記載の発明は、上記目的に加
え、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射ノズルを作動
させるために、所定時期毎に噴射作動して燃料を圧送す
る燃料ポンプを設け、この燃料ポンプの噴射作動休止期
間中に水を圧送する水ポンプを設け、かつ上記請求項１
に記載した構造である、ノズルボディ内に摺動自在に嵌
挿され、閉弁方向に付勢されてなる針弁、この針弁の先
端部近傍に同針弁の外周面に沿って形成された燃料溜ま
り室、燃料ポンプからの燃料を燃料溜まり室へ導く燃料
通路、水ポンプからの水を針弁の開弁圧よりも低い圧力
で燃料通路の上流側へ導く第１の水通路、燃料溜まり室
と第１の水通路の接続部との間の燃料通路へ水ポンプか
らの水を針弁の開弁圧よりも低い圧力で導く第２の水通
路、第１の水通路と第２の水通路とを選択的に切換える
切換手段を有して燃料ポンプにより圧送された燃料とと
もに第１の水通路又は第２の水通路を介して燃料通路に
供給された水をエンジンの燃焼室内へ噴射可能とした燃
料噴射ノズルを設け、さらにエンジンの運転状態を検出
する運転状態検出手段を設け、この運転状態検出手段の
出力に応じて切換手段を制御する制御手段を設けて、燃
料噴射ノズルの制御装置を構成したことにある。

【００３４】請求項５に記載の発明は、上記目的に加
え、軽負荷、中・高負荷における燃料・水の層状噴射の
制御を実現するために、請求項４に記載の制御手段を、
運転状態検出手段の出力に基づきエンジンの負荷が軽負
荷以下と判断したとき、第２の水通路と水ポンプとを連
通し、軽負荷を越えると判断したとき、第１の水通路と
水ポンプとを連通するように、切換手段を制御させる設
定したことにある。

【００３５】

【作用】請求項１に記載した発明によると、エンジンの
負荷が軽負荷となるときは、第２の通水路に切換える。
これにより、水ポンプからの水は、第２の通水路を通じ
て、燃料ポンプの噴射作動休止期間中、燃料溜まり室に
近い上流部分から燃料通路へ進入して、同部分から燃料
通路の基端側に充満していく。

【００３６】そして、この燃料通路内にて層状に充満し
た水が、所定時期毎に作動する燃料ポンプにて、圧送さ
れた燃料と共に、燃焼室へ噴射されるようになる。また
エンジンの負荷が中・高負荷となるときは、第１の通水
路に切換える。

【００３７】これにより、水ポンプからの水は、今度は
第１の通水路を通じて、燃料ポンプの噴射作動休止期間
中に、燃料溜まり室に遠い上流上側部分から燃料通路へ
進入して、同部分から燃料通路の基端側に充満してい
く。

【００３８】そして、この燃料通路内にて層状に充満し
た水が、所定時期毎に作動する燃料ポンプにて、圧送さ
れた燃料と共に、燃焼室へ噴射されるようになる。この
ように燃料通路に対する水の進入の箇所を変えると、軽
負荷は燃料溜まり室の容量で定められる小なる初期燃料
噴射量、中・高負荷は燃料溜まり室の容量に、第１の水
通路の接続部分までの燃料通路を加えた容量で定められ
る大なる初期燃料噴射量に切換えられて、いずれの負荷
域のときにも燃焼に必要な着火温度を確保した水噴射が
可能となる。

【００３９】これにより、軽負荷から中・高負荷の全て
のエンジン運転状態において、水噴射で得られる効果が
発揮されるようになる。請求項２に記載した発明による
と、第１の水通路、第２の水通路は、針弁の回りに配設
された水溜まり室により、針弁の回りであれば、どのよ
うな位置にも配置させられる。

【００４０】これにより、第１の水通路、第２の水通路
は、燃料通路と干渉しないデッドスペース部分を利用し
て配置させることが可能となり、針弁の回りにコンパク
トに設けられる。

【００４１】また各水通路には、逆止弁が在るので、水
が、燃料ポンプにより燃料と共に圧送される際、各水通
路の基端側に逆流せずにすむ。請求項３に記載した発明
によると、第２の水通路の水溜まり室が、燃料溜まり室
に接近して配置される分、初期燃料噴射量は少なく設定
することが可能で、その分、一層、軽負荷に向くように
なる。

【００４２】請求項４に記載した発明によると、運転状
態検出手段にて検出されるエンジン運転状態の出力によ
り切換わる第１の水通路，第２の水通路にしたがって、
上記請求項１の項で説明した燃料噴射ノズルは作動する
ようになる。

【００４３】請求項５に記載した発明によると、制御手
段で行われる運転状態の検出手段の出力に基づくエンジ
ン負荷の判断により、軽負荷には第２の水通路を用いた
燃料・水・燃料の層状噴射が行われ、中・高負荷には第
１の水通路を用いた燃料・水・燃料の層状噴射が行われ
るようになる。

【００４４】

【実施例】以下、本発明を図１ないし図５に示す一実施
例にもとづいて説明する。但し、図１ないし図４におい
て、先の「従来の技術」の項で説明した燃料噴射装置の
各部と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略
し、この項では異なる部位（発明の要部）について説明
することにする。

【００４５】すなわち、本実施例は、一つの水通路（フ
ィードホール２０）でなく、選択的に切換え可能な、中
・高負荷用の水通路３０と軽負荷用の水通路３２との二
つの水通路を用いて、軽負荷〜中・高負荷での燃料・水
・燃料の層状噴射を可能とした燃料噴射ノズル１を採用
した点、および同水通路３０，３１の切換えをディーゼ
ルエンジンの運転状態に応じて行う制御を採用した点で
異なっている。

【００４６】具体的には、燃料噴射ノズル１は、軽負荷
〜中・高負荷における燃料・水・燃料の層状噴射を可能
とするために、容量を小さく定めた燃料溜まり室１３を
用いてある。

【００４７】この燃料溜まり室１３から近い同燃料溜ま
り室１３の直上位置、さらには燃料溜まり室１３から遠
い上側に離れた位置には、それぞれ水溜まり室３０ａ，
３１ａが設けられている。これら水溜まり室３０ａ，３
１ａは、いずれもノズルニードル５の外周面に沿って環
状に形成されている。

【００４８】これら水溜まり室３０ａ，３０ａのうち、
水溜まり室３０ａは、燃料溜まり室１３から離れたフィ
ードホール１４の上流側の部位に連通接続されている。
この水溜まり室３０ａには、ノズルホルダ２およびノズ
ル体３に渡って形成されたフィードホール３０ｂの出口
端が連通接続されている。そして、これら水溜まり室３
０ａとフィードホール３０ｂとの組合わせから、軽負荷
用の水通路３０を構成してある。

【００４９】また水溜まり室３１ａは、燃料溜まり室１
３とごく接近したフィールドホール１４の上流側の部位
に連通接続されている。この水溜まり室３１ａには、フ
ィードホール３０ｂとは独立してノズルホルダ２および
ノズル体３に渡り形成されたフィードホール３１ｂの出
口端が連通接続されている。そして、これら水溜まり室
３０ｂとフィードホール３１ｂとの組合わせから、中・
高負荷用の水通路３１を構成してある。

【００５０】ここで、フィールドホール３０ｂ，３１ｂ
は、環状の水溜まり室３０ａ，３１ａの採用により、ノ
ズルニードル５の周囲であれば、どのような位置にでも
設けられるようにしてある。

【００５１】この特長を利用して、各フィードホール３
０ｂ，３１ｂは、ノズル体３の外径を大きくせず、かつ
燃料用のフィードホール１４と干渉せずにすむ、ノズル
体３のデッドスペース部分に配置してあり、ノズルニー
ドル５回りをコンパクトなままにしてある。

【００５２】なお、各フィードホール３０ｂ，３１ｂに
は、途中に燃料溜まり室１３へ向かう方向だけに水の流
れを許す逆流防止用の逆止弁３０ｃ，３１ｃが介装して
ある。

【００５３】また各フィードホール３０ｂ，３１ｂの入
口端は、切換弁、例えば電磁切換弁３２（切換手段に相
当）を介して、水ポンプ２１の吐出部に接続してある。
電磁切換弁３２には、水ポンプ２１からの水をフィード
ホール３１ｂへ導くための切換ポート部３３ｂと、水ポ
ンプ２１からの水をフィードホール３０ｂへ導くための
切換ポート部３３ａとを有し、常時はスプリング３４の
弾性力により切換ポート部３３ｂを切換位置３２ａへ位
置決め、ソレノイド３５が励磁されると、切換ポート部
３３ｂを切換位置３２ａへ位置決める３ポート式の弁構
造が用いられている。この電磁切換弁３２の切換動作に
て、フィードホール３０ｂ，３１ｂが選択的に切換えら
れるようにしてある。

【００５４】一方、３６は、例えばマイクロコンピュー
タおよびその周辺回路より構成されたコントローラ（制
御手段に相当）である。このコントローラ３６には、燃
料ポンプ１５に設けた、コントロールラック２６の変位
を検出するラック位置検出センサ３７（運転状態検出手
段に相当）が接続されている。これにより、アクセル開
度に連動して変位するコントロールラック２７を利用し
て、ディーゼルエンジンの運転状態をコントローラ３６
に出力させるようにしてある。

【００５５】このコントローラ３６が、ソレノイド３５
に接続され、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて、
電磁切換弁３２を切換動させるようにしてある。具体的
には、コントローラ３６には、例えば軽負荷に相当する
ラック位置がしきい値として設定してある。またコント
ローラ３６には、このラック位置以下（軽負荷以下）の
ときは電磁切換弁３２をオフさせ、同ラック位置を越え
るときは電磁切換弁３２をオンさせる機能が設定されて
いる。

【００５６】これにより、ディーゼルエンジンが軽負荷
以下のときは、水ポンプ２１からの水をフィードホール
３１ｂへ導いて、図２および図３に示されるように燃料
溜まり室１３から水溜まり部３１ａとの接続部までの小
なる容量部分（Ａ範囲）に初期噴射の燃料を充満させ
て、燃料・水・燃料の層状噴射を行わせるようにしてあ
る。

【００５７】またディーゼルエンジンが軽負荷を越える
ときは、水ポンプ２１からの水をフィードホール３０ｂ
へ導いて、図２および図４に示されるように燃料溜まり
室１３から水溜まり室３０ａとの接続部までの大なる容
量部分（「Ａ＋Ｂ」の範囲）に初期噴射の燃料を充満さ
せて、燃料・水・燃料の層状噴射を行わせるようにして
ある。なお、Ａ範囲で定められる初期燃料噴射量は、軽
負荷域にて水噴射可能な燃料噴射量に定められ、「Ａ＋
Ｂ」範囲で定められる初期燃料噴射量は、中・高負荷域
にて水噴射可能な燃料噴射量に定められているものであ
る。

【００５８】こうした燃料噴射ノズル１の制御が図５の
フローチャートに示してある。つぎに、このフローチャ
ートに基づき、エンジンの運転状態に応じた燃料・水・
燃料の層状噴射について説明する。

【００５９】今、セルモータによる機関始動により、燃
料ポンプ１５および水ポンプ２１が駆動されて、ディー
ゼルエンジンが運転されたとする。このとき、燃料ポン
プ１５では、カム１６の駆動により、プランジャ１７が
往復動されて、燃料タンク内（図示しない）の燃料を所
定の燃料噴射時期毎に吐出させる噴射動作が行われる。
また水ポンプ２１では、カム１６ａの駆動により、プラ
ンジャ１７ａが往復動されて、水貯留部内（図示しな
い）の水を燃料ポンプ１５の噴射作動休止中に吐出させ
る圧送動作が行われる。

【００６０】なお、燃料はノズルニードル５を開弁させ
る高圧力で供給され、水はそのノズルニードル５の開弁
圧より低い圧力で供給される。一方、コントローラ３６
は、ステップＳ１のように位置検出センサ３７から出力
されるコントロールラック２６（燃料ポンプ１５）のラ
ック位置を読込んでいる。

【００６１】ついで、ステップＳ２に至り、コントロー
ラ３６は、読込んだラック位置から、ディーゼルエンジ
ンがどのような運転状態にあるかを判断していく。ここ
で、検出したランク位置が軽負荷と対応するラック位置
以下であるとコントローラ３６が判断すると、ステップ
Ｓ３へ進む。

【００６２】すると、コントローラ３６は電磁切換弁３
２のソレノイド３５をオフする。これにより、切換ポー
ト部３３ａが切換位置３２ａに位置決められ、電気切換
弁３２は水ポンプ２１の吐出部と軽負荷用のフィードホ
ール３１ｂとが連通する側に切換わる。

【００６３】ここで、燃料ポンプ１５は、逆止弁２３に
よって燃料戻りが可能になっている。また水ポンプ２１
で圧送される水の圧力はノズルニードル５の開弁圧より
は低い圧力である。

【００６４】それ故、図２に示されるように燃料用のフ
ィードホール１４内が、燃料噴射ノズル１の燃料噴射直
後の燃料が充満している状態であるとすると、水ポンプ
２１からの水は、燃料ポンプ１５の噴射作動休止期間中
に、フィードホール３１ｂを通じて、図３に示されるよ
うに水溜まり室３１ａから燃料用のフィードホール１４
へ進入し、同部分からフィードホール１４の基端側（下
流側）に充満していく。

【００６５】フィールドホール３１ｂには逆流防止用の
逆止弁３１ｃが在るから、フィードホール１４内におい
て初期燃料、水、燃料という具合に層状に充満した水
は、所定の燃料噴射時期毎に作動する燃料ポンプ１５で
圧送された燃料と共に、ディーゼルエンジンの燃焼室９
内へ噴射されていく。

【００６６】ここで、燃料噴射量は、コントロールラッ
ク２６の変位で定まる軽負荷域に応じた少量の噴射量で
ある。それ故、燃焼室９内には、まず、水噴射可能で、
かつ軽負荷時の着火燃焼に適した初期燃料噴射量、すな
わちＡ範囲という小なる容量部分内に充満している初期
噴射燃料が燃焼室９内へ噴射される。

【００６７】この最初に噴射された燃料で、着火燃焼
（初期燃焼）が行われる。続いて、軽負荷域に応じた小
なる水量の水が燃焼室９内へ噴射され、火炎温度を低下
させていく。

【００６８】そして、残りの軽負荷域に応じた燃料が、
続いて燃焼室９内へ噴射される。これにより、同燃料
が、水の発散現象を受けて燃焼室９の各部の空気と混合
しながら、燃焼していく。

【００６９】他方、ディーゼルエンジンが中・高負荷の
運転となると、コントローラ３６は、ステップＳ２にお
いて中・高負荷であると判断して、ステップＳ４へ進
む。すると、コントローラ３６は、電磁切換弁３２のソ
レノイド３５をオンする。

【００７０】これにより、今度は切換ポート部３３ｂが
切換位置３２ａに位置決められ、電気切換弁３２は水ポ
ンプ２１の吐出部と中・高負荷用のフィードホール３０
ｂとが連通する側に切換わる。

【００７１】このとき、図２に示されるように燃料用の
フィードホール１４内が、燃料が燃料噴射ノズル１の燃
料噴射直後の充満している状態であるとすると、水ポン
プ２１からの水は、燃料ポンプ１５の噴射作動休止期間
中に、フィードホール３０ｂを通じて、図４に示される
ように水溜まり室３０ａから燃料用のフィードホール１
４へ進入し、同部分からフィードホール１４の基端側
（下流側）に充満していく。

【００７２】フィールドホール３０ｂには逆流防止用の
逆止弁３０ｃが在るから、フィードホール１４内におい
て初期燃料、水、燃料という具合に層状に充満した水
は、先にも述べたように所定の燃料噴射時期毎に作動す
る燃料ポンプ１５で圧送された燃料と共に、ディーゼル
エンジンの燃焼室９内へ噴射されていく。

【００７３】ここで、燃料噴射量は、コントロールラッ
ク２６の変位で定まる中・高負荷域に応じた多量の噴射
量である。それ故、燃焼室９内には、まず、水噴射可能
で、かつ中・高負荷時の着火燃焼に適した初期燃料噴射
量、すなわち「Ａ＋Ｂ」範囲という大なる容量部分内に
充満している初期噴射燃料が燃焼室９内へ噴射される。

【００７４】この最初に噴射された燃料で、着火燃焼
（初期燃焼）が行われる。続いて、中・高負荷域に応じ
た大量の水が燃焼室９内へ噴射され、火炎温度を低下さ
せていく。

【００７５】そして、残りの中・高負荷域に応じた燃料
が、続いて燃焼室９内へ噴射される。これにより、同燃
料が、水の発散現象を受けて燃焼室９の各部の空気と混
合しながら、燃焼していく。

【００７６】このように燃料用のフィードホール１４に
対する水の進入の箇所を変える構造を採用すると、上記
したように軽負荷は燃料溜まり室１３の容量で定められ
る小なる初期燃料噴射量、中・高負荷は燃料溜まり室１
３の容積に、フィードホール３０ｂの接続部分までを加
えた容量で定められた大なる初期燃料噴射量に切換えら
れるから、いずれの負荷域も燃焼に必要な着火温度を確
保した水噴射可能となる。

【００７７】したがって、軽負荷から中・高負荷の全て
のエンジン運転状態領域において、安定して水噴射によ
る効果を発揮させることができる。またノズルニードル
５の回りに配設された水溜まり室３０ａ，３１ａを介
し、燃料用のフィードホール１４と中・高負荷用のフィ
ードホール３０ａ、低負荷用のフィードホール３１ａと
を接続した構造によって、ノズルニードル５の回りであ
れば、どのような位置にでも水用のフィードホール３０
ａ，３１ａを配置させることができる。

【００７８】この結果、中・高負荷用の水通路３０およ
び低負荷用の水通路３１共、燃料用のフィードホール１
４と干渉しないデッドスペース部分を利用して配置させ
ることができ、各水通路３０，３１をノズルニードル５
の回りにコンパクトに設けることが可能である。

【００７９】しかも、各フィードホール３０ａ，３１ａ
には、逆止弁３０ｃ，３１ｃが在るので、水が、燃料ポ
ンプ１５により燃料と共に圧送される際、各フィードホ
ール３０ａ，３１ａの基端側（上流側）に逆流せずにす
む。

【００８０】さらに低負荷用の水溜まり室３１ａを燃料
溜まり室１３と接近した位置に設ける構造は、水溜まり
室３１ａが、燃料溜まり室１３に接近して配置される
分、初期燃料噴射量は少なく設定することが可能で、そ
の分、一層、軽負荷に向く燃料・水の層状噴射ができ
る。

【００８１】またディーゼルエンジンの運転状態に応じ
て水通路３０，３１の切換える制御装置を採用すると、
エンジン運転状態に応じて、燃料噴射ノズル１を作動さ
せることができる。

【００８２】特に、コントローラ３６で、軽負荷以下、
軽負荷を越えるときで判断させて、電磁切換弁３２を切
換動作させると、軽負荷、中・高負荷における燃料・水
・燃料の層状噴射の制御を容易に実現することができ
る。

【００８３】なお、上述した一実施例では、燃料ポンプ
のコントロールラックの位置を検出することによりエン
ジンの運転状態を検出する構造を採用したが、これに限
らず、他のエンジンの運転状態を検出する構造を用いて
もよい。また電磁切換弁に変えて他の手段にて、水通路
の切換えを行うようにしても構わない。また本発明をデ
ィーゼルエンジンに適用したが、これに限らず、他の内
燃機関、例えば直接噴射式ガソリンエンジンにも適用し
てもよい。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、燃料通路に対する水の進入の箇所を変える
ことにより、軽負荷は燃料溜まり室の容量で定められる
小なる初期燃料噴射量、中・高負荷は燃料溜まり室の容
積に、第１の水通路の接続部分までの燃料通路を加えた
容量で定められる大なる初期燃料噴射量に切換えられ
る。

【００８５】この結果、いずれの負荷域のときにも燃焼
に必要な着火温度を確保した水噴射が可能となり、軽負
荷から中・高負荷の全てのエンジン運転状態において、
水噴射で得られる効果を発揮させることができる。

【００８６】請求項２に記載の発明によれば、上記請求
項１の発明の効果に加え、針弁の回りに、コンパクト
で、かつ供給された水の逆流なく、第１の通水路および
第２の通水路を配設させることができるという効果を奏
する。

【００８７】請求項３に記載の発明によれば、上記請求
項２の発明の効果に加え、一層、小さい軽負荷に向く、
燃料・水・燃料の層状噴射ができるという効果を奏す
る。請求項４に記載の発明によれば、上記請求項１の発
明の効果に加え、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射
ノズルを作動させることができるという効果を奏する。

【００８８】請求項５に記載の発明によれば、上記請求
項４の発明の効果に加え、軽負荷、中・高負荷における
燃料・水・燃料の層状噴射の制御が実現できるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の燃料噴射ノズルを、同燃料
噴射ノズルを制御する制御装置と共に示す断面図。

【図２】同燃料噴射ノズルの燃料・水系統を、燃料噴射
直後の燃料通路全体に燃料が充満している状態と共に示
す図。

【図３】軽負荷域の燃料・水・燃料の層状噴射におい
て、軽負荷域に必要な、初期燃料噴射量，水，燃料が燃
料通路に層状に充満される行程を説明するための図。

【図４】中・高負荷域の燃料・水・燃料の層状噴射にお
いて、軽負荷域に必要な、初期燃料噴射量，水，燃料が
燃料通路に層状に充満される行程を説明するための図。

【図５】低負荷と中・高負荷域とで行われる水通路の切
換えを説明するためのフローチャート。

【図６】従来の燃料と水とを層状をなして噴射させる燃
料噴射装置を説明するための断面図。

【図７】（ａ）は、同燃料噴射装置の燃料噴射ノズルの
燃料噴射直後における燃料通路全体に燃料が充満されて
いる状態を示す図。（ｂ）は、同燃料通路に初期燃料噴
射量，水，燃料が層状に充満されている状態を説明する
ための図。

【図８】同燃料が噴射されたときの噴射特性を説明する
ための線図。

【図９】燃料溜まり室の容量で定まる、水噴射可能な初
期燃料噴射量の領域を説明するための線図。

【符号の説明】

１…燃料噴射ノズル １ａ…本体（ノズルボディ） ２…ノズルホルダ ３…ノズル体 ５…ノズルニードル（針弁） ９…燃焼室 １３…燃料溜まり室 １４…フィールドホール（燃料通路） １５…燃料ポンプ １６…カム １７…プランジャ ２１…水ポンプ ２３…燃料ポンプの逆止弁 ２５…コントロールスリーブ ２６…コントロールラック ２７…プレストローク可変機構 ３０…中・高負荷用の水通路（第１の水通路） ３０ａ…中・高負荷用の水溜まり室 ３０ｂ…中・高負荷用のフィールドホール ３０ｃ…中・高負荷用の逆止弁 ３１…軽負荷用の水通路（第２の水通路） ３１ａ…軽負荷用の水溜まり室 ３１ｂ…軽負荷用のフィールドホール ３１ｃ…軽負荷用の逆止弁 ３２…電磁切換弁（切換手段） ３６…コントローラ（制御手段） ３７…位置検出センサ（運転状態検出手段）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルボディ内に摺動自在に嵌挿され、
   閉弁方向に付勢されてなる針弁と、 この針弁の先端部近傍に同針弁の外周面に沿って形成さ
   れた燃料溜まり室と、 所定時期毎に噴射作動する燃料ポンプからの燃料を前記
   燃料溜まり室へ導く燃料通路と、 前記燃料ポンプの噴射作動休止期間中に前記針弁の開弁
   圧よりも低い圧力で圧送される水ポンプの水を前記燃料
   通路の上流側へ導く第１の水通路と、 前記燃料溜まり室と前記第１の水通路の接続部との間の
   燃料通路へ前記水ポンプからの水を導く第２の水通路
   と、 前記第１の水通路と前記第２の水通路とを選択的に切換
   える切換手段とを備え、 前記燃料ポンプにより圧送された燃料とともに前記第１
   の水通路又は第２の水通路を介して前記燃料通路に供給
   された水をエンジンの燃焼室内へ噴射可能としたことを
   特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 【請求項２】 前記第１の水通路および第２の水通路
   は、途中にそれぞれ逆止弁を有するとともに、前記燃料
   通路との接続部にそれぞれ水溜まり室を有していること
   を特徴とする請求項１に記載の燃料噴射ノズル。
3. 【請求項３】 前記第２の水通路の水溜まり室は、前記
   燃料溜まり室に接近した位置に配置されていることを特
   徴とする請求項２に記載の燃料噴射ノズル。
4. 【請求項４】 所定時期毎に噴射作動して燃料を圧送す
   る燃料ポンプと、 この燃料ポンプの噴射作動休止期間中に水を圧送する水
   ポンプと、 ノズルボディ内に摺動自在に嵌挿され、閉弁方向に付勢
   されてなる針弁、この針弁の先端部近傍に同針弁の外周
   面に沿って形成された燃料溜まり室、前記燃料ポンプか
   らの燃料を前記燃料溜まり室へ導く燃料通路、前記水ポ
   ンプからの水を前記針弁の開弁圧よりも低い圧力で前記
   燃料通路の上流側へ導く第１の水通路、前記燃料溜まり
   室と前記第１の水通路の接続部との間の燃料通路へ前記
   水ポンプからの水を前記針弁の開弁圧よりも低い圧力で
   導く第２の水通路、前記第１の水通路と前記第２の水通
   路とを選択的に切換える切換手段を備えてなり、前記燃
   料ポンプにより圧送された燃料とともに前記第１の水通
   路又は第２の水通路を介して前記燃料通路に供給された
   水をエンジンの燃焼室内へ噴射可能とする燃料噴射ノズ
   ルと、 エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、 この運転状態検出手段の出力に応じて前記切換手段を制
   御する制御手段と、 を具備したことを特徴とする燃料噴射ノズルの制御装
   置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記運転状態検出手段
   の出力に基づきエンジンの負荷が軽負荷以下と判断した
   とき、前記第２の水通路と前記水ポンプとを連通させ、
   軽負荷を越えると判断したとき、前記第１の水通路と前
   記水ポンプとを連通させるように、前記切換手段を制御
   することを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射ノズル
   の制御装置。