JPS61187567A - ガス噴射弁 - 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】 （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
あって、特に針弁にスティッ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の移動によって、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によって常に下方へ
、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がスティックしたよ
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によってガス
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２００〜３００　ｋｇ／ｃＪ）は燃
焼室内（例えば最高圧力１００〜１４０　ｋｇ／ｃｎＴ
）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
燃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、上記と同様に未燃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
あって、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ィックするような事態に至っ
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に連通ずると共に、さらに燃焼室６へと連通ず
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とを設けである。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１５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１６を設けである。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
けである。さらに上記第１針弁７の先端部は、該針弁７
が閉状態に存する際には、上記第２噴射ガス通路３内に
配置されている。

（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内のガスによって開方向へと押圧されて
いることになる。したがって、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　十Ｆ３）によっ
て開方向へと駆動されている訳である。

一方上記第２針弁８にスティックが生じて、該針弁８の
閉止が不能となった場合、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、■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に連通ずる第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を通って、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とノズル室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っ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
によっ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１３．１４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圧カ室１５と、またそ
の下部が第２圧カ室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ってピストン部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内の圧油によって第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
得るようにしであるのである。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
ずる圧力室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っ
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、一方圧刃室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って、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内の噴射ガスがら針弁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、Ｆｌ＞Ｆ２＋Ｆ３ となっており、第１針弁７は下方へと押圧されて閉状態
となっている。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カＦ５、ノズル室４内のガ
スがら針弁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 となっており、第２針弁８も下方へと押圧され、閉状態
となっている。

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、 Ｆｌ＜Ｆ２＋Ｆ３ となって、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 となって、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を通って、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って、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
ティックが生じ、閉止不能になっ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
よって第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が閉状態となった後
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った場合、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っている。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内のガスか
ら針弁７の先端部に作用する上向きの力Ｆ３は大幅に低
下した状態となっている。そのため、第１針弁７を開放
するための条件、すなわち Ｆｌ＜Ｆ２＋Ｆ３ を満たすためには、第２圧力室１６内の作動油による上
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がスティックした状態にお
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によって規制され
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のスティック状態における第１針弁７の開弁に
必要な圧力よりも低（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がスティ
ックした場合には、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
ことによって、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った場合には、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によっ
て制御し得るようにしである点において、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
設けであるのは、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１１．１
２の上部へと導き、各針弁７．８に対する下方への力Ｆ
１、Ｆ４を、圧油及びスプリング１９の力に加えて、ガ
ス圧によっても分担させるようにしである点において上
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っ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はガス圧でもって閉じ
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にスティッ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って行うようにしで
あるので、第２針弁にスティックが生じ、該第２針弁の
閉止が不能となった場合には、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針弁にスティックが生じ
た場合には、第１針弁によっ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、スティッ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ィックを生じ易
い第２針弁に対する安全機構を設けであるので、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ィックした場合には、
ガスは燃焼室内へは噴射されず、一方開弁伏態でスティ
ックしたとしても、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針弁のスティックを考慮しても、
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
。 第１図 第２図 ７ｙ＞Ｚ坂 第４図

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、さらに上記第１針弁の先端部は、
   該針弁の閉状態においては上記第２噴射ガス通路内に配
   置されていることを特徴とするガス噴射弁。