JPH1150927A - 燃料・水噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 噴射弁のノズルチップと針弁との摺動面から
針弁ばね室への水の浸入を防止するようにした燃料・水
噴射装置を提供する。 【解決手段】 噴射弁２の燃料通路２５には、燃料溜部
２０から第１の環状溝２１までの間に初期噴射燃料が、
第１の環状溝２１から上流側の第２の環状溝２２の下方
位置までの間に噴射水が、この噴射水の上流側に後期噴
射燃料が、この順で層状に配置される。ノズルチップ１
２と針弁１４との摺動面間の隙間には、燃料溜部２０及
び第２の環状溝２２側から夫々燃料が浸入して、第１の
環状溝２１からノズルチップ１２と針弁１４との摺動面
間の隙間へ漏出する水を封じ込める。これにより針弁ば
ね室１５内に水が浸入することを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と水とを共通
の噴射弁から順次噴射する燃料・水噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンから排出されるＮＯ
ｘ（窒素酸化物）は、筒内における火炎温度に大きく依
存しており、火炎温度の低減によるＮＯｘの低減手法と
して、同一噴射弁から燃料・水・燃料の順に層状に噴射
する燃料・水噴射装置がある。この燃料・水噴射装置
は、今回噴射と次回噴射とのインターバル期間中に同一
の噴射弁内に、燃料・水・燃料の順で層状となるように
予め水を供給しておき、一回の噴射で前記順序で水と燃
料とを層状に筒内へ噴射して燃焼させるようにしたもの
で、火炎温度の低減と噴霧運動量の増大等が図られるこ
とで、ＮＯｘやＰＭ（粒状物質）等の排出ガスを低減す
ることができるというものである。

【０００３】このような燃料・水噴射装置の従来例とし
て、特開平５−１６４００３号公報に、噴射弁の燃料溜
部より上流側の燃料通路に水通路を接続し、燃料通路内
に、水通路との接続部より下流側に位置する初期噴射燃
料層と、初期噴射燃料層の上流側に位置する噴射水層
と、噴射水層の上流側に位置する後期噴射燃料層とを形
成させて、燃料と水とを共通の噴孔から順次噴射するよ
うにした燃料・水噴射装置が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平５−１６４００３号公報に開示されている燃料・水
噴射装置は、燃料通路に水通路を接続すべくノズルチッ
プの針弁との摺動面に形成された環状溝内の水が、当該
摺動面の針弁ばね室側に浸入してしまうという問題があ
る。即ち、水は、潤滑性が少なく且つ腐食性も高いこと
に起因して針弁が固着する等の現象を生じ、開弁圧が高
くなったり、噴射切れが悪化したりして良好な噴射が得
られなくなる不具合が発生するし、場合によっては、針
弁がリフトせずノズルチップが亀裂破損する等の不具合
も発生することがある。

【０００５】このため、特開平６−１０１５８９号公報
に開示されているように、針弁との摺動面を避けてノズ
ルチップの内部で水通路と燃料通路とを連通させ、摺動
面に水が接しないようにすることも考えられるが、この
場合は、連通路の加工が困難なものとなり、且つ面シー
ルが必要となり、加工費が高くなる。また、構造上大型
の噴射弁向きであり、小型化が困難であるばかりでな
く、初期噴射量が多くなり過ぎてしまう等の問題もあ
る。

【０００６】また、特開平７−２５９６５２号公報に開
示されている燃料・水噴射装置は、燃料通路内に燃料と
水の層を形成させるものではなく、燃料と水とを別系統
で燃料溜部へ供給する方式であるが、針弁ばね室内への
燃料や水の漏洩を防止することを目的として、漏洩経路
となるノズルチップの針弁との摺動面に大気に連通した
第１の環状溝を設ける一方、この第１の環状溝より前記
漏洩経路の下流側（針弁ばね室側）に燃料通路と連通し
た第２の環状溝を設けたものとなっている。

【０００７】しかしながら、この漏洩防止手法は、浸入
した水等を排出することを基本的な技術思想としている
ため、排出経路となる大気開放路が必要になることや、
漏洩防止のために２つの環状溝を設けていること等か
ら、加工費が高くなるという問題がある。このため、本
発明では、針弁の摺動面から針弁ばね室への水の浸入を
防止するようにした燃料・水噴射装置を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１では、噴射弁の燃料通路には、燃
料溜部から第１の環状溝までの燃料通路に初期噴射燃料
が、第１の環状溝から第２の環状溝の下流側までの間に
噴射水が、この噴射水から上流側に後期噴射燃料が、こ
の順で層状に配置される。第１の環状溝に圧送された水
は、ノズルチップの針弁との摺動面間の隙間に入り込も
うとする。しかしながら、第１の環状溝の上下のノズル
チップと針弁との摺動面間の隙間には、燃料溜部側から
初期噴射燃料層側の燃料が、第２の環状溝側から後期噴
射燃料層側の燃料が夫々浸入して、第１の環状溝からノ
ズルチップと針弁との摺動面間の隙間へ浸入する水を封
じ込める。これにより針弁ばね室内に水が浸入すること
を防止する。

【０００９】ノズルチップと針弁との摺動面間の隙間に
浸入する水は、微量であり、且つノズルチップと針弁と
の摺動面間の隙間は、針弁の開閉動作に伴い燃料により
潤滑されることで、錆の発生が抑制される。これによ
り、針弁が円滑に動作することができ、開弁圧が安定
し、噴射切れも良く、燃料／水層状噴射が安定する。更
に、針弁が円滑に作動することで開弁時に過剰な圧力が
印加されることがなく、ノズルチップが亀裂破損するよ
うなこともなくなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。図１は、本発明
の実施形態としての燃料・水噴射システムの概略構成図
を示す。図１において、燃料・水噴射システム１は、燃
料・水噴射装置としての燃料・水噴射弁（以下、単に
「噴射弁」という）２と、噴射弁２に水を層状に供給す
る水供給手段としての水供給ポンプ３と、噴射弁２から
燃料と水を層状に噴射するための燃料を当該噴射弁２に
供給する燃料供給手段としての燃料噴射ポンプ４と、水
供給ポンプ３と燃料噴射ポンプ４を制御する電子制御装
置（ＥＣＵ）９等により構成されている。水供給ポンプ
３は、水タンク５に接続され、燃料噴射ポンプ４は、燃
料タンク６に接続されている。

【００１１】噴射弁２は、ホルダボディ１１の先端にノ
ズルチップ１２が装着されリテーニングナット１３によ
り液密に固定されている。針弁１４は、ノズルチップ１
２の中心に軸方向に設けられた孔１２ａに軸方向に摺動
可能に嵌挿されている。ホルダボディ１１には、針弁ば
ね室１５が孔１２ａに連通して形成されており、針弁１
４を閉弁させるためのプレッシャピン１６と、スプリン
グ１７が収納されている。また、ホルダボディ１１には
一端が針弁ばね室１５の上部に開口し、他端が当該ホル
ダボディ１１の上端に開口する逃がし通路１１ａが設け
られている。この逃がし通路１１ａは、後述するように
針弁ばね室１５に浸入した燃料を燃料タンク６に戻すた
めのもので、燃料タンク６に接続される。

【００１２】図２に示すようにノズルチップ１２の先端
にはサック部１２ｃが形成され、このサック部１２ｃに
噴孔１２ｄが複数穿設されている。ノズルチップ１２の
下部には燃料溜部２０が形成され、この燃料溜部２０の
僅か上方位置（上流側）に第１の環状溝である水溜部２
１が形成されている。これらの燃料溜部２０、水溜部２
１は、孔１２ａの内面即ち、針弁１４との摺動面１２ｂ
に形成された環状溝である。更に、ノズルチップ１２に
は、水溜部２１の上方（上流側）の針弁ばね室１５寄り
の摺動面１２ｂに第２の環状溝２２が形成されている。

【００１３】図１に示すように燃料通路２５は、ホルダ
ボディ１１、ノズルチップ１２内に長手方向に沿って形
成され、一端（下端）が燃料溜部２０に開口し、他端
（上端）がホルダボディ１１の上端に開口している。燃
料通路２５は、その途中において水溜部２１と環状溝２
２とに連通している。水通路２６は、ホルダボディ１
１、ノズルチップ１２内に長手方向に沿って針弁１４を
挟んで燃料通路２５と反対側に形成され、一端（下端）
が水溜部２１に開口し、他端（上端が）ホルダボディ１
１の上端に開口している。そして、この水通路２６の途
中には、上流側（水供給ポンプ３側）から水溜部２１方
向にのみ水の流れを許容する逆止弁２７が介在されてい
る。

【００１４】水供給ポンプ３は、吸入口３ａが水フィル
タ３０を介してフィードポンプ３１の吐出口に接続さ
れ、フィードポンプ３１の吸入口が水タンク５に接続さ
れている。水供給ポンプ３の吐出口３ｂは、水通路３２
を介して噴射弁２の水通路２６に接続される。燃料噴射
ポンプ４は、吸入口４ａが燃料フィルタ３５を介してフ
ィードポンプ３６の吐出口に接続され、フィードポンプ
３６の吸入口が燃料タンク６に接続されている。燃料噴
射ポンプ４の吐出口４ｂは、燃料通路３７を介して噴射
弁２の燃料通路２５に接続される。これらの水供給ポン
プ３、燃料噴射ポンプ４は、内燃機関であるディーゼル
エンジン（図示せず）により駆動され、所定圧の水、所
定圧の燃料を噴射弁２に供給する。尚、図１は、多気筒
（例えば６気筒）内燃機関の中の１つの気筒の噴射弁に
ついて記載してある。

【００１５】燃料噴射ポンプ４は、水噴射により総噴射
量が増大し、これにより噴射期間が増大することをでき
るだけ抑えるために高送油率の列型燃料噴射ポンプを使
用することが好ましい。また、水供給ポンプ３は、調量
に優れる例えば、列型燃料噴射ポンプ４と同様の構造の
列型ポンプを使用することが好ましい。電子制御装置９
は、前記ディーゼルエンジンの運転状態に応じて燃料の
噴射開始時期、総燃料噴射量、水噴射量、後期噴射燃料
量等を演算して、燃料噴射ポンプ４、水供給ポンプ３を
制御する。

【００１６】以下に作用を説明する。噴射弁２内への水
の供給は、水・燃料噴射終了後の燃料通路２５、３７内
の残圧が安定した時期に、今回の燃料噴射終了後次回の
燃料噴射開始までの間に、水供給ポンプ３から必要量を
圧送することにより行う。この時の水供給ポンプ３の圧
送圧力は、針弁１４が開かないように噴射弁２の開弁圧
以下に設定される。水供給ポンプ３から圧送された水
は、噴射弁２内の水通路２６の途中に設けられた逆止弁
２７を押し開き、水通路２６と燃料通路２５の合流部で
ある水溜部２１を経て燃料通路２５側へ送られる。

【００１７】燃料通路２５内に送られた水は、図２に示
すように水溜部（合流部）２１よりも上流側にある燃料
を燃料噴射ポンプ４へ押し戻そうとするため、燃料噴射
ポンプ４の等圧弁（図示せず）の設定圧力よりも圧力が
高まると、水に押された燃料は、燃料噴射ポンプ４に逆
流し、その容積分だけ燃料と水とが置き換わる。この状
態において燃料通路２５内の上流側（上方）に押し上げ
られた燃料の下端は、水溜部２１の上流側（上方）に設
けられている環状溝２２との合流部よりも下流側（下
方）に位置しており、環状溝２２内には燃料が充填され
ている。一方、水溜部（合流部）２１より下流側（燃料
溜部２０側）にある燃料については、水と置き換わるこ
となくそのまま溜まる。

【００１８】これにより、噴射弁２の先端の燃料溜部２
０から燃料通路２５の水溜部２１まで（燃料溜部２０か
ら水通路２６と燃料通路２５の合流部まで）の初期噴射
燃料量Ｑa、供給した水量Ｑw、総噴射燃料量Ｑから初期
噴射燃料量Ｑaを引いた残りの噴射燃料量即ち、後期噴
射燃料量Ｑbの順で、幾何学的に層状に噴射弁２内に配
置される。

【００１９】ところで、水溜部２１に圧送された水は、
孔１２ａの内面（摺動面１２ｂ）と針弁１４との摺動面
間の隙間に入り込もうとする。しかしながら、水溜部２
１は、上側が環状溝２２により、下側が燃料溜部２０に
より挟まれていることで、孔１２ａの内面と針弁１４と
の摺動面間の隙間は、水溜部２１の上、下共に燃料で満
たされている。即ち、水溜部２１の上下の孔１２ａと針
弁１４との摺動面間の隙間は、燃料溜部２０側から初期
噴射燃料層側の燃料が、環状溝２２側から後期噴射燃料
層側の燃料が浸入して水を封じ込めた状態となってい
る。これにより、孔１２ａと針弁１４との摺動面間の隙
間及び針弁ばね室１５内に水が浸入することが防止され
る。

【００２０】燃料噴射開始時期に燃料噴射ポンプ４から
噴射弁２の燃料通路２５に高圧燃料が圧送されると、噴
射弁２の噴孔１２ｄから燃料・水・燃料が層状に噴射さ
れる。図３に噴射弁２から噴射される燃料・水・燃料の
噴射率特性を示す。図３において、初期噴射燃料量をＱ
a、供給した水量をＱw、後期噴射燃料量をＱbで示す。
そして、噴射時には環状溝２２内の燃料圧も高圧とな
り、従って、孔１２ａと針弁１４との摺動面間の隙間へ
の水の浸入が更に有効に防止される。

【００２１】水溜部２１から孔１２ａと針弁１２との摺
動面間の隙間に浸入する水は、上下両側を燃料で封じ込
められているために、微量であり、しかも、孔１２ａと
針弁１４との摺動面間の隙間は、針弁１４の開閉に伴い
燃料により潤滑されることで、錆の発生が抑制される。
この結果、孔１２ａと針弁１４との摺動面間の隙間のク
リアランスが一定に保たれ、針弁１４が円滑に動作する
ことができる。これにより、開弁圧が安定し、噴射切れ
も良く、燃料／水層状噴射が安定し、更に、過剰な圧力
が印加されることがなく、ノズルチップ１２が亀裂破損
するようなこともなくなる。

【００２２】環状溝２２から孔１２ａと針弁１４との摺
動面間の隙間に浸入した燃料は、その一部が図２に点線
で示すように針弁ばね室１５に浸入する。即ち、針弁ば
ね室１５内には環状溝２２から漏洩した燃料のみが浸入
することとなる。そして、この針弁ばね室１５内に溜ま
った燃料は、逃がし通路１１ａを通して燃料タンク６に
排出される。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、噴射弁の燃料溜部より
上流側の燃料通路に水通路が接続されるし、第２の環状
溝は第１の環状溝より針弁のばね室寄りに位置するた
め、水通路から供給される水を燃料通路内に送給する第
１の環状溝は、燃料溜部と第２の環状溝との間に位置す
ることになる。そして、ノズルチップの針弁との摺動面
間の隙間には、燃料溜部側から初期噴射燃料層の燃料
が、第２の環状溝側から後期噴射燃料層側の燃料が夫々
浸入するため、水送給用の第１の環状溝からノズルチッ
プと針弁との摺動面間の隙間に水が浸入しようとして
も、両側から浸入している燃料によって水が封じ込めら
れていて摺動面内への水の浸入を効果的に抑制すること
ができる。これにより、ノズルチップと針弁との摺動面
間の隙間での錆の発生を抑制することができるし、両側
から浸入する燃料によって良好な潤滑性を確保すること
もでき、安定した性能を発揮することができる。

【００２４】また、第１、第２の環状溝の加工は、比較
的容易であることや、水の浸入を抑制するために設ける
第２の環状溝は、１つで済むこと、水を封じ込める方式
であるため排出経路等が必要ないこと等から、製作費が
安くて済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す燃料・水噴射システムの
概略構成を示す図である。

【図２】図１の噴射弁のノズルチップ部分の拡大図であ
る。

【図３】図１の燃料噴射装置の燃料噴射率特性の一例を
示す図である。

【符号の説明】

１ 燃料・水噴射システム ２ 噴射弁（燃料・水噴射装置） １２ ノズルチップ １４ 針弁 １５ 針弁ばね室 ２０ 燃料溜部 ２１ 水溜部（第１の環状溝） ２２ 第２の環状溝 ２５ 燃料通路 ２６ 水通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 噴射弁の燃料溜部より上流の燃料通路に
   水通路を接続し、前記燃料通路内に、前記水通路との接
   続部より下流側から前記燃料溜部に亘って位置する初期
   噴射燃料層と、前記水通路に連通して前記初期噴射燃料
   層の上流側に位置する噴射水層と、前記噴射水層の上流
   側に位置する後期噴射燃料層とを形成させて、燃料と水
   を共通の噴孔から順次噴射する燃料・水噴射装置におい
   て、 前記噴射弁のノズルチップの針弁との摺動面に形成され
   前記燃料通路に前記水通路を接続する第１の環状溝と、 前記第１の環状溝より前記針弁のばね室寄りの位置で前
   記摺動面に形成され前記後期噴射燃料層側で前記燃料通
   路内に連通された第２の環状溝とを備えたことを特徴と
   する燃料・水噴射装置。