JPH0660608B2 - 二種の燃料を順次に噴射可能な燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野 本発明はディーゼルエンジンの燃料噴射装置に係り、よ
り詳しくは、二種の燃料を同一噴射サイクル中に順次に
噴射することの可能な燃料噴射装置に関する。

〔従来技術と問題点〕

例えばディーゼルエンジンに圧縮自己着火しにくいアル
コールを主燃料として使用するために、噴射初期に自己
着火製の良い軽油を補助燃料として少量供給し、続いて
アルコールを多量に供給する複燃料噴射装置が提案され
ている（特開昭58-206867号公報）。この装置はアルコ
ールを高圧圧送する噴射ポンプと、前記アルコールの圧
送圧力で軽油を噴射ノズルへ供給する燃料圧送装置と、
噴射ノズルシート部近傍で互いに連通するアルコール通
路及び軽油通路を有する噴射ノズルとを具えて成り、エ
ンジンの噴射順序を利用して特定気筒のアルコールの噴
射サイクル前に他の気筒のアルコール噴射圧力であらか
じめ軽油を噴射ノズル先端へ充填させ、次で、特定気筒
のアルコール噴射サイクルにおいてニードルを上昇さ
せ、あらかじめ充填されていた軽油を先に、次でアルコ
ールを噴口から噴射するようにしたものである。しか
し、前述の如き噴射装置では、軽油の充填からアルコー
ル噴射までの時間は噴射順序で決定されるため、先行す
る軽油充填から高圧のアルコール噴射までの軽油の待機
時間が長くなってしまい、噴射ノズル先端部において、
先に充満していたアルコールと後に充填される軽油とが
混合して軽油の着火性が悪くなる。また、アルコールは
気化潜熱が大きく気化時に周囲の熱を大量に奪うのであ
るが、軽油とアルコールが噴口から連続して噴射される
ので、先に噴射される軽油が後に続くアルコールの冷却
作用によって着火しにくくなったり消炎されてエンジン
が失火するという大きな欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は叙上の問題点を解決することを目的としたもの
で、同一の噴射サイクルにおいて、アルコールの様な主
燃料の噴射パルスに先立って、かつ主燃料噴射パルスか
ら別個に分離して、軽油の様な補助燃料を噴射し、もっ
て、二種の燃料を順次にかつ互いに分離した層状に噴射
することの可能な燃料噴射装置を提供することを目的と
するものである。

本発明の他の目的は、補助燃料の噴射時期および噴射期
間を電子制御することの可能な燃料噴射装置を提供する
にある。

〔問題点を解決する手段および作用の概要〕

本発明の燃料噴射装置は燃料噴射弁と燃料噴射ポンプと
補助燃料ポンプと電気作動式遮断弁と制御装置とで構成
される。燃料噴射弁は主燃料と補助燃料とを噴射可能な
もので、主燃料入口に連通した主燃料通路と補助燃料入
口に連通した補助燃料通路とを備え、これら二種の燃料
通路はいずれも噴射弁のプレッシャチャンバに開口して
いる。

燃料噴射ポンプは周知の通常型のもので、アルコールの
様な主燃料を所定のタイミングで周期的に吐出して燃料
噴射弁の主燃料入口に供給する。補助燃料ポンプは高圧
ポンプであって、軽油の様な補助燃料を噴射弁開弁圧力
以上の圧力に加圧して噴射弁の補助燃料入口に圧送す
る。

燃料噴射弁には補助燃料通路を遮断しおよび導通させる
ための電気作動式遮断弁が設けてあり、この遮断弁は制
御装置により電気的に制御される。制御装置は噴射ポン
プの主燃料吐出行程の開始前所定時期に所定期間にわた
って遮断弁を開弁させるので、補助燃料ポンプからの高
圧の補助燃料は噴射弁のプレッシャチャンバの流入して
ノズルニードルをリフトさせ、噴孔から噴射される。補
助燃料噴射が終了し、噴射ポンプが主燃料吐出行程に入
ると、今度は主燃料が噴射弁から噴射される。

この様にして、主燃料の噴射に先行して補助燃料は別個
独立の噴射パルスとして噴射される。

〔実施例〕

次に、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の燃料噴射装置の全体図で、１０は主燃
料としてのアルコールを容れるタンクであり、このアル
コールタンク１０はパイプ１２により燃料噴射ポンプ１
４の吸込み側に接続される。この噴射ポンプ１４は通常
型のもので、ディーゼル機関のクランク軸に同期して駆
動されて機関の各気筒行程に対し所定のタイミングをも
ってアルコールを周期的に吐出するものである。噴射ポ
ンプ１４の各吐出ポート１６にはパイプ１８が夫々接続
してあり、燃料噴射弁２０の主燃料入口（アルコール入
口）２２にアルコールを圧送する様になっている。

補助燃料としての軽油は軽油タンク２４に貯蔵されてお
り、この軽油タンク２４はパイプ２６により軽油加圧用
の高圧補助燃料ポンプ（軽油ポンプ）２８の吸込側に接
続されている。軽油ポンプ２８の吸込側に接続されてい
る。軽油ポンプ２８は電動モータ３０によって駆動され
る連続圧送式のもので、噴射弁２０の開弁圧以上の高圧
力の軽油を吐出するものである。軽油ポンプ２８の吐出
側はパイプ３２により噴射弁２０の補助燃料入口（軽油
入口）３４に接続されている。

燃料噴射弁２０はノイズホルダー３６とディスタンクピ
ース３８と噴射ノズル４０で構成されており、これら３
者はリテーニングナット４２によって一体的に締結され
ている。噴射ノズル４０は、軸孔を備えたノズルボデー
４４と、これに摺動自在に精密嵌合されたノズルニード
ル４６から成るノズルニードル４６はノズルホルダー３
６のばね室内に設けたプレッシャスプリング４８により
プレッシャピン５０を介してノズルボデー４４の弁座５
２に向って付勢されている。ノズルボデー４４の内周と
ノズルニードル４６の外周との間にはプレッシャチャン
バ５４が形成されており、プレッシャスプリング４８の
作用に抗して上向きの燃料圧力をニードル４６に作用さ
せる様になっている。プレッシャチャンバ５４の下部は
弁座部５２を介して噴孔５６に連絡しており、ニードル
４６のリフト時にプレッシャチャンバ５４内の高圧燃料
が噴孔５６から機関の燃料室に噴射される様になってい
る。周知の様に、ノズルニードル４６はプレッシャチャ
ンバ５４内の燃料圧力による上向きの力とプレッシャス
プリング４８による下向きの力との差に応じてリフトし
または弁座５２に着座して燃料噴射を制御するものであ
る。

噴射弁２０のアルコール入口２２および軽油入口３４
は、夫々、主燃料通路および補助燃料通路を介してプレ
ッシャチャンバ５４に接続されている。主燃料通路は、
ノズルホルダー３６内の通路５８と、ディスタンスピー
ス３８内の通路６０と、ノズルボデー４４内の通路６２
とで構成され、通路６２はプレッシャチャンバ５４の上
部に開口している。補助燃料通路は、ノズルホルダー３
６内の通路６４および６６と、ディスタンスピース３８
内の通路６８と、ノズルボデー４４内の通路７０と、ノ
ズルニードル４６内の曲折した通路７２と、該通路７２
から半径方向に延長してプレッシャチャンバ５４の下部
に開口した通路７４とで構成される。ディスタンスピー
ス３８内の通路６０および６８には、夫々、ばね付勢さ
れたチェックボールから成る逆止弁７６および７８が設
けてあり、各燃料通路を通ってプレッシャチャンバ５４
の方向にのみ燃料が流れる様になっている。

軽油用の補助燃料通路からプレッシャチャンバ５４に供
給される軽油を制御して軽油噴射の時期および期間を電
子制御するため、ノズルホルダー３６には電気作動式遮
断弁８０が内蔵してある。この遮断弁８０は電気信号に
より制御し得るものである限り電磁ソレノイド式、その
他の型式の遮断弁を使用することができるが、図示した
実施例では電歪式のものとした。即ち、この遮断弁８０
は電歪式アクチュエータ８２とニードル弁体８４とを含
んで成る。電歪式アクチュエータは例えば電歪材料から
成る多数の円板を円柱形に堆積して成り、電歪性円板の
間にはプラスおよびマイナスの層間電極が介挿してあっ
てプラス端子８６とマイナス端子８８に夫々接続されて
いる。電歪式アクチュエータ８２は電圧を印加した時に
伸長し、電圧を解除した時に初期長さに収縮する特性を
有する。電歪式アクチュエータ８２の微少な軸方向伸縮
運動を増幅してニードル弁体８４の十分なストロークを
生じさせるため、アクチュエータ８２とニードル弁体８
４との間には流体式の増幅機構９０が設けられる。この
流体機構９０は、アクチュエータ８２の下方においてノ
ズルボデー３６の大径軸孔内に摺動自在に嵌合された大
径ピストン９２と、ピストン９２の下方に画定された加
圧室９４と、小径の受圧室９６と、小径プランジャ９８
から成り、プランジャ９８はニードル弁体８４と一体的
に形成されている。加圧室９４と受圧室９６内には非圧
縮性流体が封入してあり、ピストン９２の変位を増幅し
てプランジャ９８（即ち、ニードル弁体８４）に伝達す
る様になっている。ニードル弁体８４は通路６４と通路
６６との間に設けた弁座100と係合して補助燃料通路を
遮断しまたは導通させる。

噴射ポンプ１４の駆動軸の角位置を検出してアルコール
吐出行程の開始時期を検出するため、噴射ポンプ１４に
は駆動軸に連結された角度円板102が内蔵してあり、セ
ンサ104と協働してパルス信号をリード線106を介して制
御ユニット108に出力し得る様になっている。制御ユニ
ット108は例えばマイクロコンピュータから成り、通常
は駆動回路110を励起しているがセンサ104からの信号を
計数してアルコール吐出行程の開始前所定時期に所定期
間にわたって駆動回路110を励起解除する様にプログラ
ミングされている。制御ユニット108と駆動回路110が制
御装置112を構成する。駆動回路110は制御ユニット108
からの信号に応じて数百ボルトの電圧をリード線114を
介して電歪式アクチュエータ８２の端子８６，８８に印
加するものである。

次に、第２図のタイムチャートを併せ参照してこの燃料
噴射装置の作動を説明する。第２図は一噴射サイクルに
おけるタイムチャートを示すもので、(A)は電歪式アク
チュエータ８２の伸縮状態を、(B)は遮断弁８０のニー
ドル弁体８４の位置を、(C)は通路６６内の軽油圧力
を、(D)は主燃料通路内のアルコール圧力を、(E)はノズ
ルニードル４６の挙動を表す。

制御ユニット108は通常は駆動ユニット110を励起してお
り、電歪式アクチュエータ８２には電圧が印加されてい
るので、ニード弁体８４は補助燃料通路を遮断してい
る。

軽油ポンプ２８はモータ３０によって常時駆動され、噴
射弁２０の開弁圧力Ｐ_０以上の圧力の軽油を軽油入口３
４に圧送している。しかし、前述した様に遮断弁８０の
ニードル弁体８４は補助燃料通路を遮断しているので、
軽油の圧力はプレッシャチャンバ５４に伝えられない。

制御ユニット108は予め設定された噴射ポンプ駆動軸角
位置を検出し、予め設定された時間間隔にわたって駆動
回路110を励起する。即ち、第２図の時間Ｔ_１において
制御ユニット108は駆動回路110を励起解除し、電歪式ア
クチュエータ８２への通電を停止する。その結果、アク
チュエータ８２は収縮し（第２図(A)）、ピストン９２
が僅かに上方に変位する。この変位は流体機構９０によ
り増幅され、ニードル弁体８４は通路６４内の軽油圧力
により弁座100からリフトして開弁するので（第２図
(B)）、高圧力Ｐ_１の軽油が通路６６，６８，７０，７
２，７４を介してプレッシャチャンバ５４内に流入す
る。アルコール通路内には逆止弁７６が設けてあってプ
レッシャチャンバ５４からアルコール通路を介して軽油
が流出しない様になっているので、軽油の流入によって
プレッシャチャンバ５４内の軽油圧力は開弁圧力Ｐ_０以
上の圧力Ｐ_１に上昇し、（第２図(C)）、ノズルニード
ル４６はプレッシャスプリング４８の作用に抗してリフ
トするので軽油が噴孔５６から噴射される（第２図
(E)）。軽油の噴射は時間Ｔ_２において電歪式アクチュ
エータ８２への通電が再開され遮断弁８０が閉じるまで
継続する。

次に、噴射ポンプ１４がアルコール吐出行程に入ると、
パイプ１８を介して噴射弁２０のアルコール入口２２に
アルコールが圧送される。アルコールは通路５８を経て
逆止弁７６を押し開いて通路６２からプレッシャチャン
バ５４内に流入する。補助燃料通路内には逆止弁７８が
設けてあってアルコールの逆流を阻止しているので、ア
ルコールの流入に伴いプレッシャチャンバ５４内の圧力
は第２図(D)に示す様に上昇する。時間Ｔ_３おいてアル
コール圧力が噴射ノズル開弁圧力Ｐ_０を超えるとノズル
ニードル４６は再びリフトし（第２図(E)）、今度はプ
レッシャチャンバ５４内に充満したアルコールが噴孔５
６から噴射される。アルコール噴射はアルコール圧力が
開弁圧力Ｐ_０以下に低下する時間Ｔ_４まで継続する。以
上の噴射サイクルは機関の各噴射弁について周期的に繰
り返され、各噴射サイクル毎にアルコール噴射に先行し
て軽油が所定時期において所定期間にわたって噴射され
る。

〔発明の効果〕

この様にして、各噴射サイクルにおいて、軽油はアルコ
ール噴射に先行して、かつ、アルコール噴射から充分に
独立分離して噴射され、アルコールは所定の時間間隔を
置いて後から噴射されるので、軽油がアルコールと混合
されることがなく、先行噴射される軽油の着火が確実と
なる。また、軽油火炎を充分に成長させてからアルコー
ルが噴射されるので、軽油火炎がアルコールの気化熱で
冷却されて消炎することが無く、アルコールを安定的に
着火燃焼させることができるという大きな利点がある。
更に、軽油の着火が容易となるので、補助燃料としての
軽油の消費量を最小限に抑えることができる。

本発明の他の顕著な効果は、補助燃料通路の導通および
遮断を制御するため、制御装置によって制御される電気
作動弁を用いると共に、補助燃料ポンプによって軽油を
定常的に高圧に加圧するようにしたので、常に高圧に加
圧されている軽油を電気作動弁によって最適の噴射時期
に最適の量だけ燃料室内へ噴射するというように、軽油
の噴射を電子制御できるという事にある。従って、エン
ジン運転条件に応じて軽油噴射時期および噴射量をアル
コールの噴射時期および噴射量とは独立して最適制御す
ることができると共に、軽油の噴射とアルコールの噴射
との間に、軽油の燃焼の確立のために必要な時間間隔を
おくことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料噴射装置の全体構成を示すもの
で、噴射弁は断面が示してあり、第２図は各噴射サイク
ルにおけるタイムチャートを示す。 １０……アルコールタンク、 １４……通常型燃料噴射ポンプ、 ２０……燃料噴射弁、 ２２……アルコール（主燃料）入口、 ２４……軽油タンク、２８……補助燃料ポンプ、 ３４……軽油（補助燃料）入口、 ３６……ノズルホルダー、 ３８……ディスタンスピース、 ４０……噴射ノズル、４４……ノズルボデー、 ４６……ノズルニードル、 ５４……プレッシャチャンバ、 ５６……噴孔、58,60,62……主燃料通路、 64,66,68,70,72,74……補助燃料通路、 ８０……電気作動式遮断弁、 ８２……電歪式アクチュエータ、 ８４……ニードル弁体、９０……流体機構、 ９２……ピストン、９８……プランジャ、 108……制御ユニット、110……駆動回路、 112……制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（イ）ディーゼル機関の燃焼室に臨んで設
   置され、噴孔と、閉弁方向にばねによって付勢されて前
   記噴孔からの燃料噴射を制御するノズルニードルと、前
   記ノズルニードルが開弁位置にあるときに前記噴孔に連
   通し前記ノズルニードルに開弁方向の燃料圧力を作用さ
   せるプレッシャチャンバと、主燃料入口と、補助燃料入
   口と、前記主燃料入口と前記プレッシャチャンバとを連
   通し前記プレッシャチャンバの方向のみに主燃料が流れ
   る様になった主燃料通路と、前記補助燃料入口と前記プ
   レッシャチャンバとを連通し前記プレッシャチャンバの
   方向のみに補助燃料が流れる様になった補助燃料通路と
   を備えている燃料噴射弁と、 （ロ）前記燃料噴射弁の前記主燃料入口に主燃料を周期
   的に圧送する通常型の燃料噴射ポンプと、 （ハ）前記燃料噴射弁の前記補助燃料入口に前記ノズル
   ニードルの開弁圧力以上の所定圧力の補助燃料を定常的
   に圧送する補助燃料ポンプと、 （ニ）前記燃料噴射弁の前記補助燃料通路を開閉する電
   気作動式遮断弁と、 （ホ）前記燃料噴射ポンプの吐出行程開始前の所定の時
   期に所定の時間にわたって前記電気作動式遮断弁を開弁
   させる制御装置、 とを備えて成る、二種の燃料を順次に同じ噴孔から時間
   間隔をおいて噴射することができる燃料噴射装置。
2. 【請求項２】前記電気作動式遮断弁は、前記補助燃料通
   路を開閉する弁体と、印加電圧の制御に応じて軸方向に
   伸縮する電歪式アクチュエータと、前記電歪式アクチュ
   エータの軸方向の伸長を増幅して前記弁体に伝達する流
   体機構とを備えて成る特許請求の範囲第１項記載の燃料
   噴射装置。