JP4209048B2

JP4209048B2 - ディーゼルエンジン燃料噴射弁

Info

Publication number: JP4209048B2
Application number: JP25495799A
Authority: JP
Inventors: 洋一丸谷; 志宏劉; 潤一林
Original assignee: IHI Corp; Diesel United Ltd
Current assignee: IHI Corp; Diesel United Ltd
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: JP2001082291A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは、高熱効率や経済性等の利点から、船舶をはじめ交通機関おいて広く用いられている。近年、エネルギー問題や環境問題が大きくクローズアップされてきており、燃焼効率がよく、排出されるすすや窒素酸化物（ＮＯ_X）を抑制したディーゼルエンジンが要求されるようになってきている。船舶用途等の大スケールのディーゼルエンジンにあっては、特にその要求が大きい。
従来から、ディーゼルエンジン燃料噴射弁からシリンダ内への燃料噴射圧、噴射タイミング等のパラメーターを変化させ、燃焼効率の向上、ＮＯ_X低減率の維持及びすすの減少を図ろうとされてきた。
【０００３】
図４に、従来のディーゼルエンジンに用いられるディーゼルエンジン燃料噴射弁の一例を示す。このディーゼルエンジン燃料噴射弁５０は、シリンダ５１に固定されており、燃料噴射弁本体５２と、プッシュロッド５３と、ノズルスプリング５４を備えている。
なお、一般的なディーゼルエンジンにおいては、各種部品により配置が制限される関係上、ディーゼルエンジン燃料噴射弁はシリンダの中心部から離れた位置に設けられる。そして、この位置からシリンダ中心方向に向けて燃料噴射を行うようになっている。本従来例におけるディーゼルエンジン燃料噴射弁５０も、こうした配置をされている。
【０００４】
燃料噴射弁本体５２は、固定ボルト５５によってシリンダ５１に固定されている。燃料噴射弁本体５２の先端部にはノズル５６が形成されており、このノズル５６は下方向に、つまりシリンダ５１内に向けて突出している。このノズル５６には燃料を噴射するための噴孔５７が形成されている。また、燃料噴射弁本体５２の内部には、ノズル５６への燃料流路５８及び針弁室５９が形成されている。燃料噴射弁本体５２内にはノズル５６が突出する軸線方向（上下方向）移動可能にプッシュロッド５３が設けられており、その先端部はニードルバルブ６０を形成している。ニードルバルブ６０は円錐状になっており、ノズル５６の開閉を行うことにより、ノズル５６への燃料の供給を制御するようになっている。
ノズルスプリング５４は、燃料噴射弁本体５２に設けられた噴射圧調整機構６１とプッシュロッド５３との間に設けられ、ニードルバルブ６０をノズル５６に当接させて押圧するものである。このノズルスプリング５４のニードルバルブ６０への押圧力は、噴射圧調整機構６１により調整される。これにより、噴孔５７からの燃料噴射圧を調整できるようになっている。
【０００５】
このディーゼルエンジン燃料噴射弁５０においては、燃料は、燃料流路５８を通って針弁室５９に送られると、針弁室５９においてニードルバルブ６０を上方向に押し上げるように作用する。このニードルバルブ６０に作用する押し上げ力は、燃料の圧力にほぼ比例する。押し上げ力がある一定以上、すなわちノズルスプリング５４による押圧力に打ち勝つまで上がると、ニードルバルブ６０はノズル５６を開ける。このとき、燃料はノズル５６に供給され、噴孔５７からシリンダ５１内に霧状に噴射（噴霧）されるようになる。逆に、押し上げ力が一定以下、すなわちノズルスプリング５４による押圧力以下になると、ニードルバルブ６０はノズル５６を閉じる。このとき、燃料はノズル５６に供給されず、シリンダ５１内には噴射されないようになる。
このように、ノズル５６への燃料の供給、すなわち噴孔５７からの燃料の噴射を、燃料の圧力によって制御するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、こうしたディーゼルエンジンでエンジン負荷を変化させると、シリンダ内雰囲気密度、燃料噴射時間が変化する。この結果、エンジン負荷を変化させると噴霧燃焼の状態が変化し、燃焼効率や、窒素酸化物（ＮＯ_X）生成量及びすす濃度等の排気ガス成分が変化することがわかっている。
燃焼効率は、燃料の未燃分が増加したときに低下してしまう。噴霧燃焼は、その燃焼課程において、その噴霧内に燃料過剰部分が形成される。燃焼が生じる上死点付近から、ピストンが下がり雰囲気ガスの温度降下のため燃焼が強制的に終了する時点までに、燃料過剰部分が完全燃焼するために充分な酸素が供給されなければ、未燃分が増加する。
エンジン負荷が変化した場合、噴霧燃焼の状態が変化する。このため、噴射ノズルが固定されている場合、未燃分の生じやすい燃料過剰で酸素供給が少ない部分の位置、程度は変化し、全ての運転条件において未燃分を低減することは不可能である。
ＮＯ_Xは、燃焼ガスの高温部で多く発生する。ノズルが固定されている場合、エンジン負荷が変化すると噴霧火炎の状態は変化し、燃料ガスの高温部の位置及びその度合も変化する。このため、全ての運転条件でＮＯ_Xを効率的に低減させることはできない。
【０００７】
従来のディーゼルエンジン燃料噴射弁においては、前記の通り、燃料噴射圧、噴射タイミング等のパラメーターを最適化することにより、燃焼効率の向上、ＮＯ_X低減率の維持及びすすの減少を図っていた。
しかし、燃料噴射角度は固定されていたため、エンジン負荷が変化した時、噴霧燃焼状態が変化するにも拘わらず、燃焼効率の向上や、ＮＯ_X、すす等の生成量を最も減少させる最適な噴射角度に設定することができなかった。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、エンジン負荷が変化し噴霧燃焼状態が変化しても、燃料噴射角度を変えることで、燃料過剰部分、高温部分の低減を図り、ＮＯ_X生成量やすすの低減、燃焼効率の最適化を図ることができるディーゼルエンジン燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、シリンダ内に向けて突出し燃料を噴射する噴孔が形成されたノズルと、このノズルに燃料を導く燃料供給手段とを備えたディーゼルエンジン燃料噴射弁において、前記ノズルは、前記シリンダ内へ突出する方向の軸線回りに前記シリンダに対して回動可能に設けられるとともに、前記燃料供給手段と前記シリンダとの間に設けられたノズルボディに形成され、前記燃料供給手段は、前記シリンダに対して前記軸線方向に移動可能に設けられ、前記ノズルボディは、前記シリンダに対して前記軸線回りに回動可能に設けられ、前記燃料供給手段を押圧することにより前記ノズルボディの回動を阻止する付勢手段と、前記燃料供給手段への付勢を解除して前記ノズルボディの回動を許容する付勢解除手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このように構成することで、ディーゼルエンジン燃料噴射弁のシリンダ上での位置は変えずに燃料噴射方向を変えることができる。これにより、ディーゼルエンジン燃料噴射弁がシリンダの中心部から離れた位置に設けられていても、エンジン負荷の変化に応じて、燃料過剰部分、高温部分を最も効率的に低減するよう、最適な燃料噴射角度に設定することができる。
【００１２】
また、ノズルが、燃料供給手段とシリンダとの間に設けられたノズルボディに形成され、燃料供給手段が、シリンダに対して軸線方向に移動可能に設けられ、ノズルボディが、シリンダに対して軸線回りに回動可能に設けられるので、ノズルを回動するときだけ燃料供給手段を上方向に浮かせてノズルボディを回動させ、回動が終了したら燃料供給手段を下方向に戻すようにできる。つまり、燃料供給手段を回動させずにノズルボディのみ回動させれば、燃焼噴射角度を変えることができる。そのため、シリンダ内の雰囲気ガス及び燃料をシールすることができ、ディーゼルエンジンの運転中でも燃料噴射の角度を変えることができる。
【００１４】
また、燃料供給手段を押圧することによりノズルボディの回動を阻止する付勢手段と、燃料供給手段への付勢を解除してノズルボディの回動を許容する付勢解除手段とを備えるので、ディーゼルエンジンの通常運転時には、燃料供給手段を付勢してノズルボディをシリンダ側に押圧し、シリンダ内の雰囲気ガス及び燃料をシールすることができる。そして、燃料噴射角度を変えるときだけ、燃料供給手段の付勢を解除してノズルボディを回動することができる。
また、請求項２記載の発明のように、付勢解除手段は前記シリンダに螺合し、前記シリンダに対して回動することにより燃料供給手段に当接離隔するようにすれば、簡易な構成で確実に燃料供給手段の付勢を解除することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るディーゼルエンジン燃料噴射弁の一実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
このディーゼルエンジン燃料噴射弁１は、図１に示すように、燃料噴射弁本体（燃料供給手段）２、燃料噴射弁浮かせ機構（付勢解除手段）３、ノズルボディ４、スプリング（付勢手段）５、固定ボルト６、ノズルスプリング７、プッシュロッド８を備えている。
【００１６】
燃料噴射弁本体２は、固定ボルト６によって、シリンダ２０に対してノズル９が突出する軸線Ｏの方向（上下方向）に移移動可能に、且つ回動不能に支持されている。燃料噴射弁本体２の内部には、ノズル９に燃料を導く燃料流路１０及び針弁室１１が形成されている。また、燃料噴射弁本体２は、スプリング４によって下方向（シリンダ２０の方向）に付勢されており、ノズルボディ４を押圧できるようになっている。
燃料噴射弁浮かせ機構３は、シリンダ２０に螺合されており、軸線Ｏ回りに回動することによってシリンダ２０に対して上下方向移動可能としている。図示しないアクチュエータによって回動されることで、上下方向に移動し、燃料噴射弁本体２を上方向に押し上げるものである。
ノズルボディ４は、シリンダ２０と燃料噴射弁本体２との間に位置しており、その先端部にはノズル９が形成されている。このノズル９は下方向に、つまりシリンダ２０内に向けて突出している。また、このノズル９には燃料を噴射するための噴孔１２が、シリンダ内壁２０ａに向けて開口している。ノズルボディ４は、図示しないアクチュエータによって軸線Ｏ回りにシリンダ２０及び燃料噴射弁本体２に対して回動可能としている。更にノズルボディ４は、シリンダ２０のシール面２１、２２に当接して、シリンダ２０内をシールするようになっている。プッシュロッド８は、燃料噴射弁本体２内に上下方向移動可能に設けられており、その先端部はニードルバルブ１３を形成している。ニードルバルブ１３は円錐状になっており、ノズル９を開閉することにより、ノズル９への燃料の供給を制御するようになっている。
ノズルスプリング７は、燃料噴射弁本体２に設けられた噴射圧調整機構１４とプッシュロッド８との間に設けられ、プッシュロッド８を下方向に付勢しニードルバルブ１３をノズル９に押圧するものである。このノズルスプリング７のプッシュロッド８への付勢力は、噴射圧調整機構１４により調整される。これにより、噴孔１２からの燃料噴射圧を調整できるようになっている。
【００１７】
燃料噴射弁浮かせ機構３がシリンダ２０に充分ねじ込まれている場合、つまり燃料噴射弁浮かせ機構３が充分に下方向へ移動している場合には、燃料噴射弁本体２はスプリング５の付勢力によって下方向に付勢されるため、ノズルボディ４は下方向に付勢される。付勢されたノズルボディ４は、シール面２１、２２を押圧し、シリンダ２０内雰囲気ガス及び燃料をシールする。このとき、ノズルボディ４は、燃料噴射弁本体２の付勢力及びシール面２１、２２の面圧によって、回動不能となっている。
【００１８】
ディーゼルエンジンの運転においては、この状態で燃料流路１０から針弁室１１に燃料を送る。この燃料は、針弁室１１においてニードルバルブ１３を上方向に押し上げるように作用する。このニードルバルブ１３に作用する押し上げる力は、燃料の圧力にほぼ比例する。燃料による押し上げる力がある一定以上、すなわちノズルスプリング７による押圧力に打ち勝つまで上がると、ニードルバルブ１３はノズル９を開くため、燃料はノズル９に供給され、噴孔１２からシリンダ２０内に噴射されるようになる。逆に、燃料による押し上げる力が一定以下、すなわちノズルスプリング７による押圧力以下になると、ニードルバルブ１３はノズル９を閉じる。このとき、燃料はノズル９に供給されず、シリンダ２０内には噴射されないようになる。
【００１９】
燃料の噴射角度を変える、つまりノズル９とシリンダ内壁２０ａとの距離Ｌを調整する場合は、先ず、図示しないアクチュエータによって燃料噴射弁浮かせ機構３を回動させ、上方向に移動させる。燃料噴射弁本体２は燃料噴射弁浮かせ機構３によって押し上げられ、上方向へ移動する。つまり、ノズルボディ４に対して浮いた状態となる。このとき、ノズルボディ４には燃料噴射弁本体２の付勢力は働かず、シール面２１、２２の面圧は緩和され、ノズルボディ４は回動できるようになる。
次に、図示しないアクチュエータによって、ノズルボディ４を回動させる。
図３に、ノズル９が回動して燃料噴射角度が変化する様子の一例を示す。この図に示すように、ノズル９を軸線Ｏ回りにＡ−Ｂ方向に回動させ、噴孔１２の開口方向を変えることで、燃料噴射角度を変化させる。そのときのディーゼルエンジンの運転状態に応じて、最適な燃料噴射角度を探し、その位置で回動を停止させる。
燃料噴射弁浮かせ機構３を、先程とは逆方向に回動させ、シリンダ２０にねじ込むように、つまり、下方向へ移動させる。燃料噴射弁浮かせ機構３がシリンダ２０に充分にねじ込まれた場合、燃料噴射弁本体２を上方向へ押し上げる力は働かなくなる。そのため、燃料噴射弁本体２はスプリング５の付勢力によってノズルボディ４を付勢する。付勢されたノズルボディ４は、シール面２１、２２によりシリンダ２０内雰囲気ガス及び燃料を再びシールする。このとき、ノズルボディ４は、燃料噴射弁本体２の付勢力及びシール面２１、２２の面圧によって、再び回動不能となる。
【００２０】
本実施形態に係るディーゼルエンジン燃料噴射弁１においては、ノズルボディ４を回動させることによりノズル９を回動させ、燃料噴射角度を変えるようにしている。そのため、エンジン負荷が変化した場合でも、最適な噴霧火炎の干渉及び最適な噴霧火炎のシリンダ内壁衝突になるよう燃料噴射角度を制御することで対応することができる。
また、燃料噴射弁本体２は回動させず、ノズルボディ４のみ回動させるようにしている。そのため、シリンダ２０内の雰囲気ガス及び燃料を、シール面２１、２２によりシールしながら、ノズル９の回動が行える。従って、ディーゼルエンジン運転中においても、燃料噴射角度を変えることができる。
【００２１】
なお、上記実施形態におけるディーゼルエンジン燃料噴射弁を１つのシリンダに複数組備え、３方弁等を用いて条件により切り換えて使用すれば、より最適な燃料噴射角度を選択できるため、より一層燃料噴射角度を最適化できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るディーゼルエンジン燃料噴射弁においては、ノズルを回動させることで燃料噴射角度を変化させるように構成している。そのため、エンジン負荷が変化しても、それに対応してＮＯ_X生成量やすすの生成量を低減でき、燃焼効率を最適化できる。また、水エマルジョン燃料を用いても、同様の効果を得ることができる。更に、燃料消費量が節減でき、生産コストの増大を回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジン燃料噴射弁の一実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１における要部拡大断面図である。
【図３】図１におけるディーゼルエンジン燃料噴射弁のノズルが回動して燃料噴射角度が変化する様子を示す概略図である。
【図４】従来のディーゼルエンジン燃料噴射弁の一例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン燃料噴射弁
２燃料噴射弁本体（燃料供給手段）
３燃料噴射弁浮かせ機構（付勢解除手段）
４ノズルボディ
５スプリング（付勢手段）
６固定ボルト
７ノズルスプリング
８プッシュロッド
９ノズル
１０燃料流路
１１針弁室
１２噴孔
１３ニードルバルブ
２０シリンダ
２０ａシリンダ内壁（シリンダの内壁）
２１、２２シール面
Ｏ軸線

Claims

シリンダ内に向けて突出し燃料を噴射する噴孔が形成されたノズルと、このノズルに燃料を導く燃料供給手段とを備えたディーゼルエンジン燃料噴射弁において、
前記ノズルは、前記シリンダ内へ突出する方向の軸線回りに前記シリンダに対して回動可能に設けられるとともに、前記燃料供給手段と前記シリンダとの間に設けられたノズルボディに形成され、
前記燃料供給手段は、前記シリンダに対して前記軸線方向に移動可能に設けられ、
前記ノズルボディは、前記シリンダに対して前記軸線回りに回動可能に設けられ、
前記燃料供給手段を押圧することにより前記ノズルボディの回動を阻止する付勢手段と、
前記燃料供給手段への付勢を解除して前記ノズルボディの回動を許容する付勢解除手段とを備えたことを特徴とするディーゼルエンジン燃料噴射弁。
前記付勢解除手段は前記シリンダに螺合し、前記シリンダに対して回動することにより前記燃料供給手段に当接離隔するものであることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジン燃料噴射弁。