WO2012077484A1 - 内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法 - Google Patents

Abstract

　燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合でも、燃料噴射圧力が低下し、燃焼性が悪化して、内燃機関の性能が低下することを防止するとともに、煤塵や黒煙の増加を防止する。針弁（１５）の開弁圧を調整する開弁圧調整装置（３０）を備えた燃料噴射弁（１０）を、一シリンダに対して少なくとも二個備えた内燃機関の燃料噴射装置（１）であって、燃料油と不活性物質とをシリンダライナ内に噴射する場合には、すべての燃料噴射弁（１０）から燃料油と不活性物質とが噴射され、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置（３０）を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁（１０）のうちの少なくとも一個の燃料噴射弁（１０）の針弁（１５）を、該針弁（１５）の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁（１０）の燃料噴射を遮断するように構成した。

Description

内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法

　本発明は、シリンダ毎に複数個の燃料噴射弁を装着した内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法に関するものである。

　シリンダ毎に複数個の燃料噴射弁を装着した内燃機関の燃料噴射装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

特公平８－１１９４５号公報 特許第３６１５２６０号公報

　さて近年においては、環境保全の観点から、エンジン排ガス規制海域（ＥＣＡ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｒｅａ）が定められ、この環境規制海域内においては、ＮＯｘの排出が制限されている。
　また、エンジン排ガス規制海域内においては、近い将来、排気ガスのさらなる規制強化が予定されており、新たな規制を遵守するためには、エンジン排ガス規制海域内に入る前に、例えば、主機および発電機関の燃料噴射モード（運転モード）を、上記特許文献１，２に開示されているような、燃料油のみの噴射から燃料油と水とが多層状もしくはエマルジョンになったものの噴射に変更して対処することになる。

　しかしながら、上記特許文献１，２に開示されたもののように、燃料油と水とが多層状もしくはエマルジョンになったものを噴射させる燃料噴射弁では、一回の噴射量が増加するため、各噴孔の孔径を、燃料油のみを噴射する燃料噴射弁の噴孔の孔径よりも大きくしなければならない。そのため、上記特許文献１，２に開示されたものでは、エンジン排ガス規制海域内からエンジン排ガス規制海域外に出て、主機および発電機関の燃料噴射モード（運転モード）を、燃料油と水とが多層状もしくはエマルジョンになったものの噴射から、燃料油のみの噴射に変更した場合、燃料噴射圧力が低下し、燃焼性が悪化して、内燃機関の性能が低下するとともに、煤塵や黒煙が増加してしまうおそれがある。

　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、燃料噴射圧力が低下し、燃焼性が悪化して、内燃機関の性能が低下することを防止することができるとともに、煤塵や黒煙の増加を防止することができる内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
　本発明の第１の態様に係る内燃機関の燃料噴射装置は、針弁の開弁圧を調整する開弁圧調整装置を備えた燃料噴射弁を、一シリンダに対して少なくとも二個備えた内燃機関の燃料噴射装置であって、燃料油と不活性物質とをシリンダライナ内に噴射する場合には、すべての燃料噴射弁から燃料油と不活性物質とが噴射され、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの少なくとも一個の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するように構成されている。

　本発明の第２の態様に係る内燃機関の燃料噴射方法は、針弁の開弁圧を調整する開弁圧調整装置を備えた燃料噴射弁を、一シリンダに対して少なくとも二個備えた内燃機関の燃料噴射方法であって、燃料油と不活性物質とをシリンダライナ内に噴射する場合には、すべての燃料噴射弁から燃料油と不活性物質とが噴射され、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの少なくとも一個の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するようにした。

　上記態様に係る内燃機関の燃料噴射装置または内燃機関の燃料噴射方法によれば、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、開弁圧調整装置が作動し、少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの少なくとも一個の燃料噴射弁の針弁が、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けられることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射が遮断されることになる。
　これにより、燃料噴射圧力が低下し、燃焼性が悪化して、内燃機関の性能が低下することを防止することができるとともに、煤塵や黒煙の増加を防止することができる。

　上記内燃機関の燃料噴射装置において、前記燃料噴射弁が偶数個、前記シリンダライナの周方向に沿って、等間隔で設けられており、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの、対向して配置された少なくとも一組の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するように構成されているとさらに好適である。

　上記内燃機関の燃料噴射方法において、前記燃料噴射弁が偶数個、前記シリンダライナの周方向に沿って、等間隔で設けられており、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの、対向して配置された少なくとも一組の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するようにするとさらに好適である。

　このような内燃機関の燃料噴射装置または内燃機関の燃料噴射方法によれば、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、開弁圧調整装置が作動し、少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの、対向して配置された少なくとも一組の燃料噴射弁の針弁が、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射が遮断されることになる。
　これにより、シリンダライナ内の熱負荷を、周方向にわたって（略）均一にする（分散させる）ことができ、熱応力の部分的な集中を回避することができる。

　上記内燃機関の燃料噴射装置において、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合に、燃料噴射が遮断される燃料噴射弁と、燃料噴射が許容される燃料噴射弁とが、所定のサイクル毎に切り換えられるように構成されているとさらに好適である。

　上記内燃機関の燃料噴射方法において、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合に、燃料噴射が遮断される燃料噴射弁と、燃料噴射が許容される燃料噴射弁とを、所定のサイクル毎に切り換えるようにするとさらに好適である。

　このような内燃機関の燃料噴射装置または内燃機関の燃料噴射方法によれば、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合に、燃料噴射が遮断される燃料噴射弁と、燃料噴射が許容される燃料噴射弁とが、所定のサイクル毎に切り換えるようになる。
　これにより、シリンダライナ内の熱負荷を、周方向にわたってより均一にする（分散させる）ことができ、熱応力の部分的な集中を確実に回避することができる。

　本発明の第３の態様に係る内燃機関は、上記いずれかの内燃機関の燃料噴射装置を具備している。

　本発明の第３の態様に係る内燃機関によれば、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合でも、燃料噴射圧力が低下し、燃焼性が悪化して、内燃機関の性能が低下することを防止することができるとともに、煤塵や黒煙の増加を防止することができる内燃機関の燃料噴射装置を搭載（装備）していることになる。
　これにより、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合のシリンダ内における燃焼性を向上させることができ、シリンダ内から排出される煤煙および黒煙を低減させることができる。

　本発明の第４の態様に係る船舶は、上記内燃機関を具備している。

　本発明の第４の態様に係る船舶によれば、燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合でも、燃料噴射圧力が低下し、燃焼性が悪化して、内燃機関の性能が低下することを防止することができるとともに、煤塵や黒煙の増加を防止することができる内燃機関を搭載（装備）していることになる。
　これにより、船舶全体の燃費を向上させることができ、航続距離を延ばすことができるとともに、ファンネル（煙突）から排出される煤煙および黒煙を低減させることができる。

　本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法によれば、燃料噴射圧力が低下し、燃焼性が悪化して、内燃機関の性能が低下することを防止することができるとともに、煤塵や黒煙の増加を防止することができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成図である。 図１に示す切換弁装置の縦断面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図である。 切換弁装置の変形例を示す構成図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の作用説明図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の作用説明図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の作用説明図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の作用説明図である。 本発明の第３実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成図である。 本発明の第５実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置を装備した内燃機関の一シリンダ内（筒内）における燃料火炎の状態を示す模式図である。 本発明の第５実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置を装備した内燃機関の一シリンダ内（筒内）における燃料火炎の状態を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る燃料噴射弁の断面図である。

〔第１実施形態〕
　本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について、図１から図６を参照しながら説明する。
　図１は本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成図、図２は切換弁装置の縦断面図、図３は図２のＩＩＩ－ＩＩＩ矢視断面図、図４は切換弁装置の変形例を示す構成図、図５および図６はそれぞれ作用説明図である。

　図１から図６に示す内燃機関の燃料噴射装置１は、舶用大型ディーゼル機関等の内燃機関（図示せず）から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減し、かつ、排気黒煙や燃料消費率の低減をも同時に達成する手段として、燃料および水を同一の燃料噴射弁から噴射できるように構成されたものであり、舶用大型ディーゼル機関等の内燃機関に搭載されるものである。

　図１において、符号２は燃料タンク、符号３は燃料給油ポンプ、符号４は燃料噴射ポンプ本体、符号５はプランジャ、符号６はプランジャバレル、符号７は吐出弁、符号８は吐出弁７の側路に設けられた等圧弁（逆止調圧弁）、符号９は燃料噴射管、符号１０は燃料噴射弁、符号１１は燃料噴射弁本体、符号１２は先端部に複数の噴孔１３が穿設されたノズルチップ、符号１４はノズルチップ１２を燃料噴射弁本体１１に締着するためのノズルナット、符号１５はノズルチップ１２および燃料噴射弁本体１１内に往復摺動可能に嵌合された針弁、符号１６は針弁１５の下部外周が臨んで形成された油溜め、符号１７は針弁１５を閉弁方向に付勢する針弁ばね、符号１８は針弁ばね１７が収納されるばね室、符号１９は燃料噴射弁本体１１内およびノズルチップ１２内に穿孔されて油溜め１６に連通される燃料通路である。また、符号２０は燃料噴射弁本体１１の上部に流体密にねじ込み固定されたコネクタで、その内部に穿孔された燃料入口通路２１の出口端は燃料通路１９に、入口端は燃料噴射管９にそれぞれ接続されている。

　符号３０は空気圧アクチュエータ（開弁圧調整装置）で、以下のように構成されている。
　符号３１は燃料噴射弁本体１１の上部に固着されたシリンダ、符号３２はシリンダ３１の上部内周に往復動可能に嵌合された第１ピストン、符号３３はシリンダ３１の下部内周に往復動可能に嵌合された第２ピストンで、第１ピストン３２の下部に形成された凸部３４の下端面が第２ピストン３３の上面に当接されている。また、符号３５は第１ピストン３２の上面が臨んで形成された第１空気室、符号３６は第２ピストン３３の上面が臨んで形成された第２空気室で、第１空気室３５と第２空気室３６とは、第１ピストン３２内に穿孔された空気孔３７および凸部３４の下端面に放射状に形成された複数の通路溝（図示せず）を介して連通されている。

　符号３８は燃料噴射弁本体１１の上部にねじ込まれた調整ねじ、符号３９は調整ねじ３８の回り止めとしての役目を果たすロックナットである。符号４０は調整ねじ３８内に往復摺動可能に嵌合されたスピンドルで、スピンドル４０の上端面が第２ピストン３３の下面に当接されスピンドル４０の下部に形成された鍔部の下端面が針弁ばね１７の上端面側のばね受を構成している。符号４１，４２はそれぞれ、スピンドル４０の上部に取り付けられたナットであり、第１空気室３５および第２空気室３６内が加圧されていない状態でナット４２の下端面と調整ねじ３８の上端面の距離が規定値となるようナット４２を調整の後、ナット４１で固定されている。
　符号４３は第１空気室３５の空気入口通路、符号４４は空気入口継手で、その内部に形成された空気通路（図示せず）および空気入口通路４３を介して作動空気管４５と第１空気室３５とが連通されている。

　作動空気管４５は、空気源４６にて所定圧力に加圧された作動空気を空気圧アクチュエータ３０の２つの空気室３５，３６に選択的に供給する空気管であり、符号４７は作動空気管４５の管路を開閉する作動空気制御弁である。また、符号５０は内燃機関の回転数（クランク軸回転数）を検出する回転数検出器、符号５１は掃気圧力を検出する掃気圧力検出器、符号５２は燃料噴射ポンプ４Ａにおける燃料調整ラック位置を検出するラック位置検出器、符号５３は排気通路内の排気温度を検出する排気温度検出器である。さらに、符号５４はコントローラで、回転数検出器５０、掃気圧力検出器５１、ラック位置検出器５２、排気温度検出器５３等の機関運転状態検出部からの機関運転状態検出値に基づいて、作動空気制御弁４７および後述する（電磁式）制御弁（混合率制御弁）６３に開閉操作信号（指令）を出力するものである。

　一方、符号６０は水タンク、符号６１は水供給ポンプ、符号６２は水供給管、符号６３は（電磁式）制御弁（混合率制御弁）、符号６４は燃料・水供給管、符号６５は制御弁６３側への逆流を防止する逆止弁である。また、符号６６は燃料噴射弁本体１１内およびノズルチップ１２内に穿孔されて油溜め１６に連通される燃料・水通路、符号６７は燃料噴射弁本体１１の上部に流体密にねじ込み固定されたコネクタで、その内部に穿孔された燃料・水入口通路６８の出口端は燃料・水通路６６に、入口端は燃料・水供給管６４にそれぞれ接続されている。

　符号７０は燃料加圧ポンプで、燃料タンク２からの燃料を吸収し、加圧するポンプであり、燃料加圧ポンプ７０にて加圧された燃料は、燃料供給管７１を介して切換弁装置７２に導かれる。また、水供給ポンプ６１にて加圧された水は、水供給管６２を介して切換弁装置７２に導かれる。燃料供給管７１および水供給管６２と切換弁装置７２との間には、燃料タンク２および水タンク６０から切換弁装置７２側への流れのみを許容する逆止弁７３，７４がそれぞれ設けられている。符号７５は切換弁装置７２を駆動する駆動装置（内燃機関の回転数と同期した駆動装置、あるいは一定の回転数で回転する電動機等）である。

　図２および図３は切換弁装置７２の詳細を示す図であり、図２および／または図３において、符号８０は水の供給ポート、符号８１は燃料の供給ポートであり、符号８２は回転弁である。回転弁８２には、水開口溝８３および燃料開口溝８４が設けられており、回転弁８２の回転により水および燃料が交互に燃料・水供給管８５（図１参照）に送り込まれ、制御弁６３に達するように構成されている。
　図４はコントローラ５４と２個の（電磁式）制御弁９０，９１とを組み合わせた切換弁装置の変形例を示す図であり、図４において、符号９０は水の制御弁、符号９１は燃料の制御弁で、コントローラ５４により燃料噴射ポンプ４Ａ（図１参照）の休止期間中に、交互に所定期間開閉制御される。

　そして、図２および図３に示す切換弁装置７２を備えている場合は、燃料噴射ポンプ４Ａの休止期間中に制御弁６３がコントローラ５４により交互に開閉制御され、制御弁６３が開くと、燃料・水供給管６４に加圧された水および燃料が流入する。このとき、切換弁装置７２の作用で水が水開口溝８３を介して燃料・水供給管８５に、燃料が燃料開口溝８４を介して燃料・水供給管８５に、制御弁６３の開期間に対応して交互に流入する（供給される）ことになる。
　また、図４に示す切換弁装置を備えている場合は、燃料噴射ポンプ４Ａの休止期間中に水の制御弁９０および燃料の制御弁９１がコントローラ５４により交互に開閉制御され、燃料・水供給管６４内に、水および燃料が制御弁９０，９１の開期間に対応して交互に流入することになる。

　その結果、燃料・水供給管６４内には、水および燃料が交互に多層状となった液柱が形成される。この多層状の液柱は、注入期間中、コネクタ６７に設けられた燃料・水入口通路６８、燃料噴射弁本体１１に設けられた燃料・水通路６６および逆止弁６５、ノズルチップ１２に穿設された合流部９２を通って、多層構造を保ったまま燃料通路１９内に流入し、燃料通路１９内の合流部９２より上流側、すなわち、燃料噴射ポンプ４Ａ側の燃料は、燃料噴射ポンプ４Ａに設けられた等圧弁８を押し開いて戻され、燃料通路１９内に多層状の液柱が充填される。このとき、燃料・水通路６６内に形成された多層状の液柱は、水および燃料が交互に多層状となった多層状構造を保ったまま充填されるので、燃料通路１９内には、図５に示すような燃料（白抜き部分）－水（黒塗り部分）－燃料－水・・・のような交互に多層状の液状が形成されることになる。
　そして、燃料噴射ポンプ４Ａが作動して噴射を始めると、図６に示すように、針弁１５の開弁により油溜め１６内の燃料が、つづいて燃料通路１９内の水および燃料が交互に多層状に噴射され、最後に燃料のみが噴射されて、これを繰返す。なお、排ガス中にＮＯｘを減少させるのに必要な水の注入量を増加させても、エンジンの回転が不安定となるおそれはない。

　さて、本実施形態では、燃料噴射ポンプ４Ａが内燃機関のシリンダ毎に一個ずつ設けられ、燃料噴射弁１０が燃料噴射ポンプ４Ａ毎に少なくとも二個ずつ設けられており、燃料噴射管９を介して供給された燃料のみを燃料噴射弁１０から連続して噴射させる場合（例えば、エンジン排ガス規制海域（ＥＣＡ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｒｅａ）外を航行する場合）、燃料・水供給管６４から燃料噴射弁１０双方への多層状の液柱の供給が遮断されるとともに、燃料噴射管９から一方の燃料噴射弁１０への燃料の供給が遮断され、燃料噴射管９から他方の燃料噴射弁１０への燃料の供給のみが許容されて、他方の燃料噴射弁１０からのみ燃料が噴射されるように構成されている。
　なお、本実施形態において燃料噴射弁１０は、シリンダカバー（図示せず）の頂部に、シリンダライナ１１０（図１１および図１２参照）の周方向に沿って、等間隔（９０度もしくは１８０度間隔）で設けられている。

　具体的には、制御弁６３（または制御弁９０，９１）に、コントローラ５４からの多層状液柱遮断指令信号が出力され、制御弁６３（または制御弁９０，９１）により燃料・水供給管６４への管路（流路）を遮断するとともに、一方の燃料噴射弁１０に対応して配置された作動空気制御弁４７に、コントローラ５４からの燃料遮断指令信号が出力され、作動空気制御弁４７を作動させる。作動空気制御弁４７が作動して一方の燃料噴射弁１０への作動空気管４５の管路が開かれると、空気源４６からの加圧作動空気が作動空気管４５を通って空気圧アクチュエータ３０の第１空気室３５、並びに空気孔３７および凸部３４の下端面に放射状に形成された複数の通路溝（図示せず）を通って第２空気室３６に導入されて、第１ピストン３２の上面および第２ピストン３３の上面に同時に作用して、これら第１ピストン３２および第２ピストン３３を下方に押圧する。この押圧力は、スピンドル４０を介して針弁ばね１７に伝達され、針弁ばね１７を介して針弁１５をこれの開弁圧以上の圧力でノズルチップ１２側の弁座（図示せず）に押し付けて針弁１５の開弁を阻止する。これにより、当該燃料噴射弁１０からの燃料噴射が遮断せしめられることになる。

　なお、この時の押圧力は、加圧前のナット４２の下端面と、調整ねじ３８の上端面との距離に依存し、その距離は必要な押圧力より決定される。
　また、コントローラ５４には、回転数検出器５０、掃気圧力検出器５１、ラック位置検出器５２、排気温度検出器５３等の機関運転状態検出部からの機関運転状態検出値の他、自船がエンジン排ガス規制海域内に位置するかエンジン排ガス規制海域外に位置するかを判断する航海援助装置（図示せず）からの自船位置データや、自船がエンジン排ガス規制海域内に位置している、または自船がエンジン排ガス規制海域外に位置していると判断した船橋内の航海士・甲板員あるいは機関室内の機関士・機関員により操作されたスイッチ類の位置データが入力されるようになっている。

　本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置１および内燃機関の燃料噴射方法によれば、燃料油のみをシリンダライナ１１０（図１１および図１２参照）内に噴射する場合には、空気圧アクチュエータ（開弁圧調整装置）３０が作動し、二個の燃料噴射弁１０のうちの一方の燃料噴射弁１０の針弁１５が、該針弁１５の開弁圧以上の力で押し付けられることにより当該燃料噴射弁１０の燃料噴射が遮断されることになる。
　これにより、燃料噴射圧力が低下し、燃焼性が悪化して、内燃機関の性能が低下することを防止することができるとともに、煤塵や黒煙の増加を防止することができる。

〔第２実施形態〕
　本発明の第２実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について、図７から図９を参照しながら説明する。
　図７は本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成図、図８および図９はそれぞれ作用説明図である。

　図７に示すように、本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置１０１は、燃料加圧ポンプ７０、燃料供給管７１、切換弁装置７２、逆止弁７３が省略され、構成の簡略化が図られているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
　なお、上述した第１実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
　また、第１実施形態のところで説明した燃料・水供給管８５、制御弁６３、燃料・水供給管６４、燃料・水入口通路６８、燃料・水通路６６には、水供給ポンプ６１を介して水タンク６０から供給された水のみが通過することになるため、本実施形態では符号８５を水供給管８５、符号６４を水供給管、符号６８を水入口通路、符号６６を水通路と称することにする。

　さて、本実施形態では、水タンク６０より水供給ポンプ６１によって圧送された水が、水供給管６２を通り制御弁６３へ送られ、燃料噴射ポンプ４Ａのプランジャ５が燃料の圧送を行なっていない休止期間中に、制御弁６３はコントローラ５４を介して所定の期間開弁状態に保持され、水供給管６４を介して所定量の水が燃料噴射弁１０に送り込まれる。このとき、燃料噴射ポンプ４Ａの等圧弁８の開弁圧力Ｐ_Ｒおよび燃料噴射弁１０の逆止弁６５の開弁圧をＰ_Ｐとすると、針弁１５の開弁圧Ｐ_０に対してＰ_０＞Ｐ_Ｒ，Ｐ_０＞Ｐ_Ｐとなっているので、供給された水は逆止弁６５をへて水通路６６および合流部９２を通り燃料通路１９内へ流入することになる。
　そして、燃料通路１９内の合流部９２より上流側、すなわち、燃料噴射ポンプ４Ａ側の燃料は、燃料噴射ポンプ４Ａに設けられた等圧弁８を押し開いて戻され、燃料通路１９内に水柱が充填される。
　その結果、図８に示すように、燃料噴射弁１０内においては、油溜め１６の容積Ｖ_２および合流部９２から油溜め１６までの燃料通路１９の容積Ｖ_１の和であるＶ_１＋Ｖ_２の容積が燃料で満たされ、合流部９２の上流側の燃料通路１９内には所定量の水が満たされて、さらにその上流には再び燃料が満たされた状態となっている。

　つぎに、燃料噴射ポンプ４Ａのプランジャ５が上昇して燃料の圧縮が開始されると、燃料噴射管９、燃料通路１９および油溜め１６内の圧力が上昇し、針弁１５の開弁圧Ｐ_０以上になると針弁１５が開弁する。このとき逆止弁６５の作用により水通路６６内の水が水タンク６０側へ押し戻されることはない。
　針弁１５が開弁圧Ｐ_０に達すると、図９に示すように、燃料噴射弁１０の噴孔１３から、まず、油溜め１６および燃料通路１９内の合流部９２までの容積に満されていたＶ_１＋Ｖ_２の容積の燃料が噴射され、つづいて、所定量の水が噴射されて、最後に、残りの燃料が全量噴射されることとなる。ここで、１回の噴射で噴射される燃料の量をＱ_Ｆとすると、最初に噴射される燃料の量Ｑ_Ｆｐは前述のようにＱ_Ｆｐ＝Ｖ_１＋Ｖ_２となり、つづいて、Ｑ_Ｗの水の全量が噴射され、最後に、残りの燃料の量をＱ_ＦｓとするとＱ_Ｆｓ＝Ｑ_Ｆ－Ｑ_Ｆｐが噴射されることになる。
　その結果、Ｑ_Ｆｐの燃料によりディーゼルの燃料行程初期の着火が確実に行われ、引続きＱ_Ｗの水により噴霧内への空気の導入が増大され燃料速度が増大および黒煙発生の低減が行われると同時に水の火炎域への導入によりＮＯｘの低減が図られることになる。

　本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置１０１および内燃機関の燃料噴射方法の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

〔第３実施形態〕
　本発明の第３実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について、図１０を参照しながら説明する。
　図１０は本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成図である。

　本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置２０１は、図７に示す逆止弁７４および水供給管８５が省略され、制御弁６３の代わりに水供給装置２０２が設けられて、新たに作動油タンク２０３、作動油ポンプ２０４、作動油供給管２０５、作動油戻り管２０６、および二つの電磁弁２０７，２０８が設けられているという点で上述した第２実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第２実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
　なお、上述した第２実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

　作動油供給管２０５は、作動油タンク２０３に貯留された作動油を水供給装置２０２に導く配管であり、その途中には、作動油タンク２０３から導かれた作動油を加圧する作動油ポンプ２０４と、作動油ポンプ２０４から水供給装置２０２への流路を開閉する電磁弁２０７が接続されている。そして、作動油ポンプ２０４が作動している状態で、コントローラ５４により電磁弁２０７が開かれ、電磁弁２０８が閉じられると、加圧された作動油が、水供給装置２０２を構成する作動油室２０９に流入し、水供給装置２０２を構成する水供給ピストン２１０の一端面（図１０において下側の端面）に作用し、水供給ピストン２１０を突き上げ、水圧送室２１１に存する所定量の水が、水供給管６４を介して燃料噴射弁１０に送り込まれることになる。

　作動油戻り管２０６は、電磁弁２０７と水供給装置２０２とを連通する作動油供給管２０５の途中と、作動油タンク２０３とを連通して、作動油室２０９内に存する作動油を作動油タンク２０３に導く配管であり、その途中には、作動油室２０９から作動油タンク２０３への流路を開閉する電磁弁２０８が接続されている。そして、コントローラ５４により電磁弁２０７が閉じられ、電磁弁２０８が開かれると、加圧された水が、水圧送室２１１に流入し、水供給ピストン２１０の他端面（図１０において上側の端面）に作用し、水供給ピストン２１０を突き下げ、作動油室２０９に存する作動油が、作動油供給管２０５の一部および作動油戻り管２０６を介して作動油タンク２０３に戻されることになる。

　さて、本実施形態では、水タンク６０より水供給ポンプ６１によって圧送された水が、水供給管６２を通り水供給装置２０２へ送られ、燃料噴射ポンプ４Ａのプランジャ５が燃料の圧送を行なっていない休止期間中に、電磁弁２０７はコントローラ５４を介して所定の期間開弁状態に保持され、水供給管６４を介して所定量の水が燃料噴射弁１０に送り込まれる。このとき、燃料噴射ポンプ４Ａの等圧弁８の開弁圧力Ｐ_Ｒおよび燃料噴射弁１０の逆止弁６５の開弁圧をＰ_Ｐとすると、針弁１５の開弁圧Ｐ_０に対してＰ_０＞Ｐ_Ｒ，Ｐ_０＞Ｐ_Ｐとなっているので、供給された水は逆止弁６５をへて水通路６６および合流部９２を通り燃料通路１９内へ流入することになる。
　そして、燃料通路１９内の合流部９２より上流側、すなわち、燃料噴射ポンプ４Ａ側の燃料は、燃料噴射ポンプ４Ａに設けられた等圧弁８を押し開いて戻され、燃料通路１９内に水柱が充填される。
　その結果、図８に示すように、燃料噴射弁１０内においては、油溜め１６の容積Ｖ_２および合流部９２から油溜め１６までの燃料通路１９の容積Ｖ_１の和であるＶ_１＋Ｖ_２の容積が燃料で満たされ、合流部９２の上流側の燃料通路１９内には所定量の水が満たされて、さらにその上流には再び燃料が満たされた状態となっている。

　つぎに、燃料噴射ポンプ４Ａのプランジャ５が上昇して燃料の圧縮が開始されると、燃料噴射管９、燃料通路１９および油溜め１６内の圧力が上昇し、針弁１５の開弁圧Ｐ_０以上になると針弁１５が開弁する。このとき逆止弁６５の作用により水通路６６内の水が水タンク６０側へ押し戻されることはない。
　針弁１５が開弁圧Ｐ_０に達すると、図９に示すように、燃料噴射弁１０の噴孔１３から、まず、油溜め１６および燃料通路１９内の合流部９２までの容積に満されていたＶ_１＋Ｖ_２の容積の燃料が噴射され、つづいて、所定量の水が噴射されて、最後に、残りの燃料が全量噴射されることとなる。ここで、１回の噴射で噴射される燃料の量をＱ_Ｆとすると、最初に噴射される燃料の量Ｑ_Ｆｐは前述のようにＱ_Ｆｐ＝Ｖ_１＋Ｖ_２となり、つづいて、Ｑ_Ｗの水の全量が噴射され、最後に、残りの燃料の量をＱ_ＦｓとするとＱ_Ｆｓ＝Ｑ_Ｆ－Ｑ_Ｆｐが噴射されることになる。
　その結果、Ｑ_Ｆｐの燃料によりディーゼルの燃料行程初期の着火が確実に行われ、引続きＱ_Ｗの水により噴霧内への空気の導入が増大され燃料速度が増大および黒煙発生の低減が行われると同時に水の火炎域への導入によりＮＯｘの低減が図られることになる。

　本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置２０１および内燃機関の燃料噴射方法の作用効果は、上述した第２実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

〔第４実施形態〕
　本発明の第４実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について説明する。
　さて、本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射管９を介して供給された燃料のみを燃料噴射弁１０から連続して噴射させる場合（例えば、エンジン排ガス規制海域（ＥＣＡ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｒｅａ）外を航行する場合）に、燃料が噴射される他方の燃料噴射弁１０と、燃料が噴射されない一方の燃料噴射弁１０とが、所定のサイクル毎に切り換えられるように（例えば、他方の燃料噴射弁１０の噴孔１３から燃料が１０回噴射されたら、燃料が噴射される燃料噴射弁１０を他方の燃料噴射弁１０から一方の燃料噴射弁１０に切り換えて燃料を噴射させ、一方の燃料噴射弁１０の噴孔１３から燃料が１０回噴射されたら、燃料が噴射される燃料噴射弁１０を一方の燃料噴射弁１０から他方の燃料噴射弁１０に切り換えるように）構成されているという点で上述した実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

　本実施形態では、コントローラ５４に、回転数検出器５０、掃気圧力検出器５１、ラック位置検出器５２、排気温度検出器５３等の機関運転状態検出部からの機関運転状態検出値、自船がエンジン排ガス規制海域内に位置するかエンジン排ガス規制海域外に位置するかを判断する航海援助装置（図示せず）からの自船位置データや、自船がエンジン排ガス規制海域内に位置している、または自船がエンジン排ガス規制海域外に位置していると判断した船橋内の航海士・甲板員あるいは機関室内の機関士・機関員により操作されたスイッチ類の位置データの他、各燃料噴射弁１０の噴射回数が入力されるようになっている。そして、燃料を噴射している燃料噴射弁１０の噴射回数が所定の回数に達したら、他方の燃料噴射弁１０に対応して配置された作動空気制御弁４７に、コントローラ５４からの燃料遮断指令信号が出力され、作動空気制御弁４７が作動させられるとともに、一方の燃料噴射弁１０に対応して配置された作動空気制御弁４７に、コントローラ５４からの燃料遮断解除指令信号が出力され、作動空気制御弁４７の作動が停止させられて、燃料が噴射される燃料噴射弁１０が、他方の燃料噴射弁１０から一方の燃料噴射弁１０に切り換えられることになる。

　本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法によれば、燃料油のみをシリンダライナ１１０（図１１および図１２参照）内に噴射する場合に、燃料噴射が遮断される燃料噴射弁と、燃料噴射が許容される燃料噴射弁とが、所定のサイクル毎に切り換えるようになる。
　これにより、シリンダライナ１１０内の熱負荷を、周方向にわたってより均一にする（分散させる）ことができ、熱応力の部分的な集中を確実に回避することができる。
　その他の作用効果は、上述した実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

〔第５実施形態〕
　本発明の第５実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について、図１１および図１２を参照しながら説明する。
　図１１および図１２はそれぞれ本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置を装備した内燃機関の一シリンダ内（筒内）における燃料火炎の状態を示す模式図である。

　図１１および図１２に示すように、本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射弁１０が燃料噴射ポンプ４Ａ毎に四個ずつ、すなわち、シリンダカバー（図示せず）の頂部に、シリンダライナ１１０の周方向に沿って、等間隔（９０度間隔）で設けられているという点で上述した第１実施形態および第２実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態および第２実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
　なお、上述した第１実施形態および第２実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。

　さて、本実施形態では、燃料噴射ポンプ４Ａが内燃機関のシリンダ毎に一個ずつ設けられ、燃料噴射弁１０が燃料噴射ポンプ４Ａ毎に四個二組ずつ設けられており、燃料噴射管９を介して供給された燃料のみを燃料噴射弁１０から連続して噴射させる場合（例えば、エンジン排ガス規制海域（ＥＣＡ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｒｅａ）外を航行する場合）、燃料・水供給管６４から燃料噴射弁１０双方への多層状の液柱の供給が遮断されるとともに、図１１に示すように、燃料噴射管９から、対向して配置された一組の燃料噴射弁１０（図１０および図１１において左下および右上に配置された燃料噴射弁１０）への燃料の供給が遮断され、燃料噴射管９から、対向して配置された他組（図１０および図１１において左上および右下に配置された燃料噴射弁１０）の燃料噴射弁１０への燃料の供給のみが許容されて、対向して配置された他組（もう一組）の燃料噴射弁１０からのみ燃料が噴射されるように構成されている。

　本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法によれば、燃料油のみをシリンダライナ１１０（図１１および図１２参照）内に噴射する場合には、空気圧アクチュエータ（開弁圧調整装置）３０が作動し、燃料噴射弁１０のうちの、対向して配置された一組の燃料噴射弁１０の針弁１５が、該針弁１５の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁１０の燃料噴射が遮断されることになる。
　これにより、シリンダライナ１１０内の熱負荷を、周方向にわたって（略）均一にする（分散させる）ことができ、熱応力の部分的な集中を回避することができる。
　その他の作用効果は、上述した第１実施形態および第２実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

〔第６実施形態〕
　本発明の第６実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法について説明する。
　さて、本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射管９を介して供給された燃料のみを燃料噴射弁１０から連続して噴射させる場合（例えば、エンジン排ガス規制海域（ＥＣＡ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｒｅａ）外を航行する場合）に、燃料が噴射される他組の燃料噴射弁１０と、燃料が噴射されない一組の燃料噴射弁１０とが、所定のサイクル毎に切り換えられるように（例えば、他組の燃料噴射弁１０の噴孔１３から燃料が１０回噴射されたら、燃料が噴射される燃料噴射弁１０を他組の燃料噴射弁１０から一組の燃料噴射弁１０に切り換えて燃料を噴射させ、一組の燃料噴射弁１０の噴孔１３から燃料が１０回噴射されたら、燃料が噴射される燃料噴射弁１０を一組の燃料噴射弁１０から他組の燃料噴射弁１０に切り換えるように）構成されているという点で上述した第５実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第５実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

　本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置および内燃機関の燃料噴射方法によれば、燃料油のみをシリンダライナ１１０（図１１および図１２参照）内に噴射する場合に、燃料噴射が遮断される一組の燃料噴射弁と、燃料噴射が許容される他組の燃料噴射弁とが、所定のサイクル毎に切り換えるようになる。
　これにより、シリンダライナ１１０内の熱負荷を、周方向にわたってより均一にする（分散させる）ことができ、熱応力の部分的な集中を確実に回避することができる。
　その他の作用効果は、上述した第５実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
　例えば、上述した実施形態では、燃料噴射弁１０が燃料噴射ポンプ４Ａ毎に二個ずつ、あるいは四個ずつ設けられているものを具体例として挙げて説明したが、燃料噴射弁１０の個数は、燃料噴射ポンプ４Ａ毎に三個ずつ、五個ずつ、六個三組ずつ、七個ずつ、八個四組ずつ設ける等してもよく、燃料噴射弁１０の個数によって本発明が限定されることはない。

　また、上述した実施形態において、水の代わりにその他の不活性物質を使用することもできる。
　さらに、燃料油と水とが多層状になったものを噴射させるシステム（燃料噴射装置）だけでなく、燃料油と水とがエマルジョンになったものを噴射させるシステム（燃料噴射装置）にも適用することができる。

　さらに、空気圧アクチュエータ（開弁圧調整装置）３０を、図１３に示すような構成、すなわち、燃料噴射管９から一方または一組（若しくは他方または他組）の燃料噴射弁１０への燃料の供給を遮断する駆動力（トリガー）として、内燃機関の掃気（圧力）を利用するような構成を有する空気圧アクチュエータ１３０としてもよい。言い換えれば、空気圧アクチュエータ１３０を作動させる駆動源として、空気源４６の代わりに、図１３において「主機関」と表記する内燃機関の掃気室１２０から供給された掃気を用い、掃気圧力が所定値よりも低いときには、燃料噴射弁１０からの燃料噴射が遮断され、掃気圧力が所定値よりも高いときには、燃料噴射弁１０からの燃料噴射が許容されるようになっている。すなわち、コントローラ５４から作動空気制御弁４７に燃料遮断指令信号が出力され、作動空気制御弁４７が作動させられている場合でも、内燃機関の負荷が高いときには、一方および他方（または一組および他組）のすべての燃料噴射弁１０から燃料が噴射され、内燃機関の負荷が所定の負荷よりも低くなったときに、一方または一組（若しくは他方または他組）の燃料噴射弁１０への燃料の供給が遮断されるようになっている。

　これにより、燃料噴射管９を介して供給された燃料のみを燃料噴射弁１０から連続して噴射させる場合（例えば、エンジン排ガス規制海域（ＥＣＡ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ａｒｅａ）外を航行する場合）でも、内燃機関の負荷が高いときには、一方および他方（または一組および他組）のすべての燃料噴射弁１０から燃料を自動的に噴射させることができ、内燃機関の負荷が所定の負荷よりも低くなったときには、一方または一組（若しくは他方または他組）の燃料噴射弁１０への燃料の供給を自動的に遮断することができる。その結果、内燃機関の負荷に応じて、燃料を噴射させる燃料噴射弁１０と、燃料を噴射させない燃料噴射弁１０とが自動的に選択されることになり、内燃機関の機関効率および燃費を向上させることができる。
　なお、図１３において、上述した実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付している。また、図１３中の符号１３１は、針弁１５を閉弁方向、すなわち、第１ピストン３２を第２ピストン３３の側（図１３において下側）に付勢するばねである。

　　１　内燃機関の燃料噴射装置
　１０　燃料噴射弁
　１５　針弁
　３０　空気圧アクチュエータ（開弁圧調整装置）
１０１　内燃機関の燃料噴射装置
１１０　シリンダライナ
１３０　空気圧アクチュエータ（開弁圧調整装置）
２０１　内燃機関の燃料噴射装置

Claims (8)

1. 　針弁の開弁圧を調整する開弁圧調整装置を備えた燃料噴射弁を、一シリンダに対して少なくとも二個備えた内燃機関の燃料噴射装置であって、
   　燃料油と不活性物質とをシリンダライナ内に噴射する場合には、すべての燃料噴射弁から燃料油と不活性物質とが噴射され、
   　燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの少なくとも一個の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するように構成されている内燃機関の燃料噴射装置。
2. 　前記燃料噴射弁が偶数個、前記シリンダライナの周方向に沿って、等間隔で設けられており、
   　燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの、対向して配置された少なくとも一組の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するように構成されている請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
3. 　燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合に、燃料噴射が遮断される燃料噴射弁と、燃料噴射が許容される燃料噴射弁とが、所定のサイクル毎に切り換えられるように構成されている請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置を具備している内燃機関。
5. 　請求項４に記載の内燃機関を具備している船舶。
6. 　針弁の開弁圧を調整する開弁圧調整装置を備えた燃料噴射弁を、一シリンダに対して少なくとも二個備えた内燃機関の燃料噴射方法であって、
   　燃料油と不活性物質とをシリンダライナ内に噴射する場合には、すべての燃料噴射弁から燃料油と不活性物質とが噴射され、
   　燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの少なくとも一個の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するようにした内燃機関の燃料噴射方法。
7. 　前記燃料噴射弁が偶数個、前記シリンダライナの周方向に沿って、等間隔で設けられており、
   　燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合には、前記開弁圧調整装置を作動させて前記少なくとも二個の燃料噴射弁のうちの、対向して配置された少なくとも一組の燃料噴射弁の針弁を、該針弁の開弁圧以上の力で押し付けることにより当該燃料噴射弁の燃料噴射を遮断するようにした請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射方法。
8. 　燃料油のみをシリンダライナ内に噴射する場合に、燃料噴射が遮断される燃料噴射弁と、燃料噴射が許容される燃料噴射弁とを、所定のサイクル毎に切り換えるようにした請求項６または７に記載の内燃機関の燃料噴射方法。

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