JPS6299667A - エンジンの燃料噴射装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの燃焼室に着火温度の異なる２種類
の燃料を逐次噴射供給するｊ；うにした燃料噴射装置に
関するものである。

（従来の技術） 従来より、将来における石油資源の枯渇状況に鑑み、燃
焼室で圧縮されて高温度になった吸気中に燃料を噴射し
て着火燃焼させるディーゼルエンジンの軽油に替わる代
替燃料として、アルコールを使用することが注目されて
いる。

しかし、このアルコールは七クン価が低いので高温度の
条件下でも自己着火し難いという欠点がある。この欠点
を補うために、通常、スパークプラグによりる火をアシ
ストづ゛る方法、あるいはアルコール用の燃料噴１１４
ポンプおよび燃料噴射ノズルに加えて今１つのポンプお
よびノズルを設け、その燃料噴射システムにより軽油を
アルコールの噴射に先立って噴射してアルコールの着火
源を作る方法等が考えられている。

しかし、前音の方法では、アルコール燃料の確実な着火
を明侍できず、また後者の方法では、２つの燃料噴射ポ
ンプを要するため、構造が複雑になって車載用エンジン
への適用やコストの面で難があり、しかも両燃料の噴射
タイミングの設定が困難になるという問題が生じる。

そこで、従来、例えば特開昭６０−３０４６７号公報に
開示されているように、１つの燃料噴射ポンプからエン
ジンの各気筒に噴射されるアルコール燃料の圧送圧によ
りプランジャを作動させて次に燃料噴射する気筒のノズ
ルのアルコール通路内に軽油を貯め込み、該次の気筒の
燃料噴射時にポンプからアルコールが圧送されると、そ
のアルコールの圧力により、先ず、上記アルコール通路
内に貯め込まれた軽油を予噴射させたのちアルコールを
噴射させるようにした燃料噴射装置が提案されている。

（Ｒ明が解決しようとする問題点） しかし、この従来のものでは、１つの燃料噴射ノズルで
軽油およびアルコールの異種燃料を順次噴射するものの
、その噴射方向を燃料間で異ならせることはできず、例
えば軽油を気筒内燃焼室における高温の中心部分に向け
て噴射し、一方、アルコールは燃焼室内の吸気スワール
やスキッシュ流に乗せるべく燃焼室の中央部から周辺部
に向けて噴射づることは不可能である。

本発明は斯かる問題を解決すべくなされたもので、その
目的とするところは、燃料噴射装置の構造の簡略化、コ
ストダウン化を図るために１つの燃料噴射ボンーブを用
いながら、上記した軽油Ｊ５よびアルコールの如き異種
燃料をそれぞれの燃料噴射ノズルから噴射方向を変えて
順次エンジンの燃焼室内に噴射できるようにすることに
ある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明の解決手段は、上記
の如く軽油とアルコール等、着火温度の異なる２種類の
燃料のうち、着火温度の低い軽油等の燃料をプリノズル
からエンジンの燃焼室に対し噴射した後、着火温度の高
いアルコール等の燃１１をメインノズルから噴！）Ｊす
るようにしたエンジンの燃料噴射装置の構成として、以
下に述べる４つの要件を特定する。すなわち、先ず、一
方の燃料を貯溜する燃料タンクと該一方の燃料を噴射す
る燃料噴射ノズル（上記ブリまたはメインノズルのいず
れか一方）とを第１の燃料通路で接続し、該第１の燃料
通路に燃料タンクから燃料噴射ノズルへ向かう方向の燃
料の流通を許容してその逆は阻止する逆１Ｆ弁を設ける
。また、第２に、他方の燃料を燃料噴射ポンプで圧送す
ることとし、その燃料噴射ポンプと他方の燃料を噴射す
るための燃料噴０４ノズル（ブリまたはメインノズルの
他方）とを第２の燃料通路で接続して、該第２の燃料油
ＳＬ′Ｈ（７生じる燃料圧力を上記逆止弁下流（逆止弁
と燃料噴射ノズルとの間）の第１の燃料通路に伝達する
圧力伝達手段を設ける。さらに、第３に、上記低着火温
度燃料用のプリノズルにお番ノるニードル弁をリフト開
弁させる開弁圧を高着火１ｆｌｊ！燃料用のメインノズ
ルのそれよりも低くする。そして、第４に、上記プリノ
ズルにおけるニードル弁のリフト動作をその開弁圧より
も高くかつメインノズルの閉弁圧よりも低い燃料圧力で
−しって抑制するプリノズル抑制手段を設ける。

（作用） 上記の構成により、本発明では、燃料噴射ポンプが作動
して燃料を圧送すると、そのポンプｆ）ｓ　＋らの燃料
圧送により第２の燃料通路の燃料圧力が上昇し、この燃
料圧力が圧力伝達手段により逆止弁上流の第１の燃料通
路に伝達されて該第１の燃料通路内の燃料圧力が上昇す
る。そのどき、プリノズルの閉弁圧゛がメインノズルの
閉弁圧よりも低いため、先ず、プリノズルがそのニード
ル弁のリフトにより閉弁じて低着火温度燃料（軽油等）
がエンジンの燃焼室に噴射される。この後、ポンプの燃
料圧送圧がさらに上昇すると、上記プリノズルにＪ３り
るニードル弁のリフ］−間弁動作がプリノズル抑制手段
により抑制されてプリノズルが閉弁する。さらに、ポン
プの燃料圧送圧が上昇して上記プリノズルのニードル弁
のリフト抑制力に対応する圧力よりも高くなると、メイ
ンノズルが開弁じて該メインノズルから高着火温度燃料
〈アルコール等）がエンジンの燃焼室に噴射される。

こうして、１つの燃料噴射ポンプによりプリおよびメイ
ンの２つの燃料噴射ノズルからそれぞれ異種燃料が順次
エンジンの燃焼室に噴射されるので、簡単な構造でコス
トダウン化を図りつつ、２種類の燃料をエンジンの燃焼
室に対し異なる方向から噴射させる要求を満たし得るこ
とになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の第１実施例に係るディーゼルエンジン
の燃焼室部分を示し、１はシリンダ２を０するシリンダ
ブロック、３はシリンダブロック１の上面に接合された
シリンダヘッド、４は上記シリンダ２内を往復動するピ
ストンであって、該ピストン４の頂面には燃焼室６を形
成するキャビティ５が凹設されている。

一ヒ記シリンダヘッド３には、上記キＸ・ビテイ５内の
燃焼室６に軽油あＪ：びアルコールの異種燃料をそれぞ
れ時間差をもって噴射するだめの燃料噴０４ノズルとし
てのプリノズル７およびメインノズル１３が装着されて
いる。そして、第３図にも示すように、上記プリノズル
７は、上記着火温度の異なる軽油およびアルコールの２
種類の燃料のうち、低着火ｆＡ度燃料としての軽油を図
で破線にて示すようにキャビティ５の周縁部付近から高
温度となる燃焼室６の中心Ｏに向けて噴射するように、
またメインノズル１３は、高着火温度燃料としてのアル
コールを図で実線にて示すように燃焼室６内の吸気のス
゛ワールやスキッシュ流に乗じるべく燃焼室６の中央部
から周辺部たるキャビティ５の側壁に向けてｔｌｉ川状
用４方向に噴射するようにそれぞれ取り付けられている
。

また、第１図は燃料噴射装置の全体構成を示し、１４は
軽油を貯溜する軽油タンク、１５はアルコールを貯溜す
るアルコールタンクであって、上記アルコールタンク１
５と上記メインノズル１３とは第１の燃料通路としての
アルコール通路１６によって接続され、該アルコール通
路１６の途中には、アルコールタンク１５からメインノ
ズル１３へ向かう方向のアルコールの流通を許容するが
その逆方向の流通は阻止する逆止弁１７が配設されてい
る。

一方、上記軽油タンク１４は該軽油タンク１４内の軽油
を吸入圧送するための燃料噴射ポンプ１８に接続されて
いる。該ポンプ１８はディーゼルエンジンに一般的に使
用される通常のプランジャ式燃料噴射ポンプよりなり、
その吐出部には内蔵づるピストン部の吸戻し作用によっ
てポンプの圧送終了時の燃料吐出圧を下げるためのデリ
バリバルブ１８ａが設けられている。そして、上記ポン
プ１８の吐出部（デリバリバルブ１８ａ）は第２の燃料
通路としての軽油通路１つを介して上記ブ１１ノズル７
に接続されている。

また、上記アルコール通路１６と軽油通路１つとの間に
は、軽油通路１９に生じる軽油圧力を逆止弁１７下流の
アルコール通路１６に伝達するための圧力伝達手段とし
ての加圧プランジャ２０が設けられており、該プランジ
ャ２０の圧力伝達を開始する作動圧Ｐ１はリターンスプ
リング２１の付勢力によって例えばＰ　＋　＝　１５０
　ｋｇ／　ｔ！に設定されている。

さらに、上記プリノズル７は、そのニードル弁８を開弁
付勢するノズルスプリング９のばね力によって開弁圧Ｐ
２が例えばＰ２　＝　１２０ｋ（］／’ｃ＋Ｊに設定さ
れている一方、メインノズル１３の開弁圧Ｐ３は例えば
Ｐ３　＝　１８０ｋ（Ｊ／Ｃ：ｄＩに設定されていて、
プリノズル７の開弁圧Ｐ２がメインノズル１３の開弁圧
Ｐ３よりも低く　（Ｐ２　＜Ｐ３　＞なるように設けら
れている。

そして、上記プリノズル７のノズルボディ１０内にはニ
ードル弁８背面ヘロツド部１１ａを当接させてそのリフ
ト動作を抑制するプリノズル抑制手段としての抑制プラ
ンジャ１１がリターンスプリング１２によって非リフト
抑制方向に付勢されて装入され、該プランジャ１１には
連通路２２によって上記軽油通路１９の燃料圧力が印加
され、プランジャ１１のニードル弁８をリフト抑制する
ための作動圧Ｐ４はリターンスプリング１２の付勢力に
よって１列えばＰ４＝１４０にり／ｃ−ｎ？に設定され
ており、よって抑制プランジャ１１により、プリノズル
７におけるニードル弁８のリフト動作はその開弁圧Ｐ２
よりも高くかつメインノズル１３の開弁Ｆｆ、　Ｐ　３
よりも低い軽油圧力Ｐ４でもって抑制されるように構成
されている。

次に、上記実施例の作動について説明する。エンジンの
運転時、ピストン４の上死点への移行により燃焼室６内
の吸気（空気）が圧縮されて高温になると、燃料噴射ポ
ンプ１８におけるカムのリフ１へ動作に伴ってそのポン
プ１８から軽油が吐出され、該ポンプ１８に接続された
軽油通路１つの軽油圧力が上昇する。このとき、プラン
ジャ２０゜１１の各作動圧Ｐ＋　、Ｐａおよびノズル７
．１３の開弁圧Ｐ２．Ｐ３のうち、プリノズル７の開弁
圧１〕２が最も低いので、第４図に示すように、上記ポ
ンプ１８のカムリフト量の増大に伴う軽油圧送圧、つま
り軽油通路１９の圧力の上昇により、先ず、プリノズル
７のニードル弁８がリフｌ−して開弁し、このニードル
弁８の開弁動作によりプリノズル７から軽油がエンジン
の燃焼室６の中心○に向けて噴射され、この噴射された
軽油は燃焼室６中心Ｏに位置する高温の吸気と接触して
気化し着火燃焼する。さらに、ポンプ１８のカムリフト
量が増大してその軽油圧送圧が上昇すると、軽油通路１
つの軽油圧力を連通路２２を介して受【ブるプリノズル
７における抑制プランジャ１１がリターンスプリング１
２の付勢力に抗して作動して上記ニードル弁８のリフト
動作が抑制され、この抑制によりプリノズル７が閉弁じ
てエンジンの燃焼室６への軽油の噴射が停止される。

この後、ポンプ１８の軽油圧送圧がさらに上昇してプラ
ンジｖ１１の作動圧Ｐ１以上になると、加圧プランジ１
７２ｏがリターンスプリング２１の付勢力に抗して作動
し、このプランジャ２０の作動により軽油通路１つの軽
油圧力が逆止弁１７によって封鎖状態にある逆止弁１７
下流のアルコール通路１６に伝達され、そのアルコール
通路１６の圧力が−［胃する。そして、該アルコール通
路１６の圧力がメインノズル１３の開弁圧１３以上に達
すると、メインノズル１３のニードル弁がリフトし、こ
のことによりメインノズル１３が開弁じて、該ノズル１
３からアルコールがエンジンの燃焼室６内にその中央部
から周辺部に向けて吸気スワールやスキッシュ流に乗る
ように噴射され、この噴（ト）アルコールは先に着火燃
焼している軽油を着火源として着火燃焼し、これら軽油
およびアルコール燃料の燃焼によって燃焼室６の圧力が
上昇してエンジン出力が１！′７られる。

さらに、上記ポンプ１８のカムリフト邑が最大値に達し
てアルコールの噴射が終了した後、該ポンプ１８のカム
リフト社が減少すると、軽油通路１９の圧力が低下し、
この圧力低下に伴って上記加圧プランジｔ２０がリター
ンスプリング２１のイ＝Ｉ勢力により元の不作動状態に
戻り、このプランジャ２０の復帰動作により逆止弁１７
下流のアルコール通路１６の圧力が大気圧以下に低下し
てその逆止弁１７が開弁し、アルコールタンク１５内の
アルコールが上記メインノズル１３から噴射された量だ
け逆止弁１７下流のアルコール通路１６内に補充される
。以上によって燃料噴射の１サイクルが終了し、以後は
上記と同様の動きによって軽油およびアルコールが順次
エンジンの燃焼室６に噴射される。

したがって、この場合、第５図に示すように、１つの燃
料噴射ポンプ１８によりエンジンの燃焼室６に対し着火
温度の低い軽油を噴射し、次いで同温度の高いアルコー
ルを噴射することができるので、燃料噴射装置の構造を
簡単化してコストダウンを図ることができる。

しかも、上記軽油およびアルコールをそれぞれ別々のノ
ズル７．１３から噴射させるので、軽油をエンジンの燃
焼室６の中心Ｏに向けて噴射させ、かつアルコールは燃
焼室６内の吸気スワールやスキッシュ流に乗せるように
噴射させることができ、両燃料の噴射方向をその着火特
性に応じて変化さＵることができる。

さらに、軽油を燃料噴射ポンプ１８によって圧送するの
で、その軽油の持つ潤滑機能によってポンプ１８を自己
潤滑することができ、アルコールを圧送する場合のよう
な発錆等の問題は生じない。

第６図は本発明の第２実施例の全体構成を示しく尚、第
１図と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な
説明は省略する）、燃料噴射ポンプ１８により圧送する
燃料をアルコールとしたものである。

すなわち、本実施例では、軽油タンク１４とプリノズル
７とを接続する軽油通路１つが第１の燃料通路とされ、
その軽油通路１９に逆止弁１７が配設されている。また
、アルコールを圧送する燃料噴射ポンプ１８は第２の燃
料通路としてのアルコール通路１６を介してメインノズ
ル１３に接続されている。このため、軽油通路１９とア
ルコール通路１６との間で圧力伝達を行う加圧プランジ
ｔ−２０’　は上記第１実施例とは逆にアルコール通路
１６の圧力を軽油通路１９に伝達するように作動し、そ
の作動圧Ｐ１は例えばｐ＋−６ｏｋｃ＋１０ｊに設定さ
れている。また、上記プリノズル７にお（）るニードル
弁８のリフ］−動作を抑制する抑制プランジｔ１１（プ
リノズル抑制手段）は上記アルコール通路１６の圧力を
連通路２２′を介して受【プて作動するようになされて
おり、その他は上記実施例と同様に構成されている。

したがって、この実施例の場合、燃料噴射ポンプ１８か
らのアルコールの圧送に伴ってアルコール通路１６の圧
力が上昇すると、先ず、加圧プランジャ２０’　が作動
して上記アルコール通路１６の圧力が軽油通路１９に伝
達され、この軽油通路１９の圧力上ｔｙによりプリノズ
ル７のニードル弁８がリフトして該プリノズル７が間弁
じ、軽油がエンジンの燃焼室６に噴射される。次いで、
燃料噴射ポンプ１８のカムリフト量の増大により上記加
圧プランジャ２０’　がフルリフトしてアルコール通路
１６の圧力がさらに増大すると、該アルコール通路１Ｇ
の圧力を受けたプリノズル７の抑制プランジャ１１の作
動により該プリノズル７が閉弁して軽油の噴射が終了し
、その後、メインノズル１３が開弁じて該メインノズル
１３からアルコールがエンジンの燃焼室６に噴射される
。しかる後、ポンプ１８の燃料圧送が終了すると、ポン
プ１８のデリバリバルブ１８ａの吸戻し作用によりアル
コール通路１６の圧力が下がって加圧プランジャ２０’
　が不作動状態に戻り、このプランジャ２０　’の復帰
動作により軽油通路１９の圧力が低下して逆止弁１７が
開ぎ、軽油通路１つに軽油タンク１４内の軽油が補充さ
れ、以後、上記の動きが操り返される。よって、本実施
例でも、上記実施例と同様の作用効果を秦することがで
きる。

尚、本実施例では、上記軽油通路１９の圧力が急微に立
ち上がらないよう燃料噴射ポンプ１８におけるカム速度
を低く設定するのが望ましい。

第７図は本発明の第３実施例を示し、プリノズル７のニ
ードル弁８のリフト動作を抑制するプリノズル抑制手段
を変更したものである。

すなわち、本実施例では、上記第２実施例と同様にアル
コールを燃料噴射ポンプ１８が圧送するように構成され
る。また、プリノズル７′は上記各実施例の如き抑制プ
ランジャ１１を持たない通常のものが用いられ、その替
り、アルコール通路１６の圧力を軽油通路１つに伝達す
る加圧プランジャ２０′の所定以上の動きにより軽油通
路１９の圧力上昇を抑えてプリノズル７のニードル弁８
のリフト動作を間接的に規制する減圧プランジャ２３が
設けられている。つまり、該減圧プランジャ２３は軽油
通路１つに連通し、その軽油通路１９側の端面には上記
加圧プランジャ２０’　に当接するロッド部２３ａが一
体に形成されている一方、軽油通路１９と反対側にはス
プリング室２４が形成され、該スプリング室２４には減
圧プランジャ２３を加圧プランジャ２０′側に押圧付勢
するリターンスブリ゛ング２５が縮装されている。また
、上記スプリング室２４の減圧プランジャ２３と反対側
の壁部にはダイヤフラム２６が取りイ４けられてり、加
圧プランジャ２０′がその作動時に所定以上のストロー
クだけリフト移動すると、該加圧ブランシト２０’　に
減圧プランジｔ−２３のロッド部２３ａが当接して該減
圧プランジャ２３がダイヤフラム２６を図で上方に偏倚
させながらリフトし、この減圧プランジャ２３のリフト
動作により軽油通路１９の軽油が抜かれてその圧力が低
下し、プリノズル７に加わる開弁圧が下がってプリノズ
ル７を強制的に閉弁させるように構成されている。

したがって、本実施例においても、エンジンの燃焼室６
に軽油およびアルコールをそれぞれプリノズル７および
メインノズル１３から順次噴射させることができるので
、上記各実施例と同様の作用効果を奏することができる
。

（発明の効果） 以上の如く、本発明によれば、１つの燃料噴射ポンプの
燃料圧送圧を圧力伝達手段を介してプリおよびメインノ
ズルにそれぞれ連通ずる燃料通路の双方に伝え、先ず、
両ノズルの開弁圧の差によってプリノズルを開弁させ、
次いでプリノズル抑制手段により燃料通路の燃料圧力の
上界に伴ってト記プリノズルを強制的に閉弁させた後、
メインノズルを開弁させるようにしたことにより、１つ
のポンプにより着火温度の異なる燃料をそれら燃料に対
応する燃料噴射ノズルから順次エンジン燃焼”デに異な
る方向に噴射さけることができ、よって燃料噴射装置の
構）告の簡単化、コストダウン化を図りつつ、異種燃料
のエンジン燃焼室に対する噴射方向を変化さけることを
実現リ−ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の第１実施例を示し、第１
図は燃料噴射装置の全体概略構成図、第２図はエンジン
の燃焼室に対する２種類の燃料の噴射状態を示す断面図
、第３図は同平面図、第４図は燃料噴射ポンプのカム回
転角に対する燃料圧送圧を示す特性図、第５図は燃料の
噴射タイミングを示す特性図である。第６図および１７
図はそれぞれ本発明の第２および第３実施例を示す第１
図相当図である。 ６・・・燃焼室、７，７′・・・プリノズル、８・・・
ニードル弁、１１・・・抑制プランジＶ、１３・・・メ
インノズル、１４・・・軽油タンク、１５・・・アルコ
ールタンク、１Ｇ・・・アルコール通路、１７・・・逆
止弁、１８・・・燃料噴射ポンプ、１９・・・軽油通路
、２０．２０・・・加圧プランジャ、２３・・・減圧プ
ランジャ。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社　−代　　　　
　理　　　　　人　　　　前　　１）　　　　弘　１′
−−り訃−一□ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　着火温度の異なる２種類の燃料のうち、着火温
   度の低い燃料をプリノズルからエンジンの燃焼室に噴射
   した後、メインノズルから着火温度の高い燃料を噴射す
   るようにしたエンジンの燃料噴射装置であつて、一方の
   燃料を貯溜する燃料タンクと該一方の燃料を噴射する燃
   料噴射ノズルとを接続する第１の燃料通路に、該燃料タ
   ンクから燃料噴射ノズルへのみ燃料を流通させる逆止弁
   を設けるとともに、他方の燃料を圧送する燃料噴射ポン
   プと該他方の燃料を噴射する燃料噴射ノズルとを接続す
   る第２の燃料通路に生じる燃料圧力を上記逆止弁下流の
   第１の燃料通路に伝達する圧力伝達手段を設け、上記プ
   リノズルの開弁圧をメインノズルの開弁圧よりも低く設
   定し、プリノズルにおけるニードル弁のリフト動作をそ
   の開弁圧よりも高くかつ上記メインノズルの開弁圧より
   も低い燃料圧力でもって抑制するプリノズル抑制手段を
   設けたことを特徴とするエンジンの燃料噴射装置。