JP2013024047A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の燃料噴射弁と同等サイズで液体燃料を異なる噴射量で噴射する。
【解決手段】ガスモード時には、燃料供給室２４にガスモードに応じて制御された圧力の重油を供給してニードルバルブ２８の圧力作用面３０に噴射圧を作用させ、ニードルバルブ２８をリフト量Ｌ１だけ上方に移動させる。その結果、上記重油は１本の第１燃料噴射口２６のみからマイクロパイロット着火に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で噴射される。ディーゼルモード時には、燃料供給室２４にディーゼルモードに応じて制御された圧力の重油を供給して圧力作用面３０に作用させ、ニードルバルブ２８をリフト量Ｌ２だけ上方に移動させる。その結果、上記重油は１本の第１燃料噴射口２６と複数本の第２燃料噴射口２７とからディーゼル燃焼に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で噴射される。こうして、通常の燃料噴射弁と同等サイズの燃料噴射弁で、重油を異なる噴射量で噴射できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、デュアルフューエルディーゼルエンジン等に用いると好適な燃料噴射弁に関する。

従来より、船舶用機関として重油を燃料とするディーゼルエンジンが通常使用されている。しかしながら、近年の地球環境問題に対処するため、地球温暖化の原因となる二酸化炭素(ＣＯ₂)や、酸性雨の原因となる硫黄酸化物(ＳＯ_x)や、人体に有害な窒素酸化物(ＮＯ_x)等に対する規制が、段階的に強化されつつある。そのため、このような規制に対して不利である重油に変わって、上記規制に有利な天然ガス等を燃料とするガスエンジンが注目されている。

このようなガスエンジンとしては、マイクロパイロット式ガスエンジンが負荷変動や低負荷運転への対応に優れている。このマイクロパイロット式ガスエンジンでは、燃焼室内に混合気(燃焼室に導入される前に天然ガス等の気体燃料と空気とを適正な割合で混合した気体)を供給し、微少の重油等のパイロット液体燃料を着火剤として噴射して、上記混合気を着火・燃焼させる。

このマイクロパイロット式ガスエンジンにおいては、上記パイロット液体燃料は、発熱量換算で主燃料である上記気体燃料の約１％と微量であるため、専用の噴射インジェクタが必要である。このパイロット液体燃料用の噴射インジェクタは、概ねシリンダヘッドに配置される。これに対し、上記気体燃料の噴射弁は、上記シリンダヘッドより上流側の各気筒毎の給気管に設置される。

ところで、上述した地球環境問題に対処するための規制は、施行される区域が設定されている。したがって、船舶が上記区域外にある場合にはディーゼルエンジンが使用可能である。そこで、船舶の位置が上記区域内の場合と上記区域外の場合とで、上記ガスを主燃料とする上記マイクロパイロット式ガスエンジンの機能と上記重油を主燃料とするディーゼルエンジンの機能とを切り換え可能にしたデュアルフューエルディーゼルエンジン(例えば、特開２０１０‐１３３３３７号公報(特許文献１))がある。尚、デュアルフューエルディーゼルエンジンを使用することによって、上記主燃料としての重油を上記ガスで補完することができる。

このデュアルフューエルディーゼルエンジンにおいては、上記天然ガス等の気体燃料を主燃料とするガスモードと上記重油等の液体燃料を主燃料とするディーゼルモードとの２つの運転モードがある。図５は、上記マイクロパイロット式のガスモード時におけるエンジン動作を示すシリンダヘッドの概略断面図である。

上記ガスモードにおいては、先ず、図５(a)に示すように、吸気弁１が開いてピストン２が下降すると、吸気ポート３に介設されたガス供給器４から供給された上記気体燃料が吸気ポート３内で空気と混合されて上記混合気となり、吸気ポート３を通って燃焼室５内に吸入される。次に、図５(b)に示すように、吸気弁１が閉じてピストン２が上昇して、燃焼室５内の上記混合気が圧縮される。そして、図５(c)に示すように、ピストン２が最上位付近まで上昇すると、燃料噴射インジェクタ６から燃焼室５内にパイロット液体燃料として重油が噴射されて、噴射された重油が圧縮混合気によって自然着火し、これを火種として燃焼室５内の上記高圧の混合気が着火燃焼される。

図６は上記ディーゼルモード時におけるエンジン動作を示すシリンダヘッドの概略断面図である。

上記ディーゼルモードにおいては、先ず、図６(a)に示すように、吸気弁１が開いてピストン２が下降すると吸気ポート３を通って空気が燃焼室５内に吸入される。次に、図６(b)に示すように、吸気弁１が閉じてピストン２が上昇して、燃焼室５内の空気が圧縮される。そして、図６(c)に示すように、ピストン２が最上位付近まで上昇すると、燃料噴射インジェクタ７から燃焼室５内に主燃料として重油が噴射されて自然着火される。

しかしながら、上記従来のマイクロパイロット式のデュアルフューエルディーゼルエンジンには、以下のような問題がある。

すなわち、上記デュアルフューエルディーゼルエンジンにおいて、上記ガスモードはマイクロパイロット着火方式であるため、パイロット液体燃料としての重油の噴射量は、上記ディーゼルモード時における主燃料としての重油の噴射量の約１％程度であり、上記ガスモードでの重油の噴射量と上記ディーゼルモードでの重油の噴射量とには大きな差がある。したがって、一つの燃焼室５に対して、上記ディーゼルモード時に使用されるディーゼル用燃料噴射インジェクタ７と、上記ガスモード時に使用されるマイクロパイロット用燃料噴射インジェクタ６とを、個別に設ける必要がある。

しかしながら、上記ディーゼル用燃料噴射インジェクタ７とマイクロパイロット用燃料噴射インジェクタ６とを、限られたスペースのシリンダヘッド内に配置することは非常に困難であるという問題がある。

そこで、特開平２‐３３４６３号公報(特許文献２)に開示された二元燃料噴射弁のごとく、２種類のインジェクタを１つにまとめた燃料噴射弁が提案されている。上記特許文献２に開示された二元燃料噴射弁においては、図７に示すように、弁下部本体１１に設けられた主燃料噴射口１２を開閉する大針弁１３と、この大針弁１３内に同軸に挿入されて大針弁１３の下部本体１４に設けられたパイロット燃料噴射口１５を開閉する小針弁１６とを備えている。

しかしながら、上記特許文献２に開示された二元燃料噴射弁の場合でも、大針弁１３内に小針弁１６を同軸に挿入しているため、燃料噴射弁は通常のディーゼルエンジン用の燃料噴射弁よりも太さが太くなり、やはりシリンダヘッド内に配置することは非常に困難であるという問題がある。

特開２０１０‐１３３３３７号公報 特開平２‐３３４６３号公報

そこで、この発明の課題は、ガスモードとディーゼルモードとで異なる噴射量の液体燃料を良好な噴霧で噴射でき、且つ通常のディーゼルエンジン用の燃料噴射弁と同等のサイズを有する燃料噴射弁を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の燃料噴射弁は、
気体燃料を主燃料とするガスモードと液体燃料を主燃料とするディーゼルモードとの２つの運転モードを有するデュアルフューエルディーゼルエンジンの燃焼室内に上記液体燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
弁本体と、
上記弁本体の先端に上記燃焼室内に突出して設けられると共に、上記弁本体から供給される液体燃料を上記燃焼室内に噴射する燃料噴射口が設けられた突出部と、
上記弁本体内に上記突出部の位置まで進退可能に挿通されて、上記突出部に設けられた上記燃料噴射口を開閉するニードルバルブと、
上記ニードルバルブを、上記突出部側に向けて第１弾性力で付勢する第１弁バネと、
上記ニードルバルブを、上記突出部側に向けて第２弾性力で付勢する第２弁バネと、
を備え、
上記突出部には、上記ニードルバルブの先端部が挿通されるサック部が設けられると共に、先端に形成されて上記サック部に連通する第１燃料噴射口と、側面に形成されて上記サック部に連通する第２燃料噴射口とが、設けられており、
上記ニードルバルブの先端部には、開弁時に上記弁本体から供給された上記液体燃料を上記サック部に供給するために、外周面に形成された環状溝と、両端が上記環状溝内に開口している貫通孔と、上記貫通孔と上記サック部とを連通する燃料供給孔とが設けられており、
上記ガスモード時には、上記ニードルバルブは、上記第１弁バネの付勢力に抗して上記突出部側とは反対側に向けて移動して開弁すると共に、上記第１燃料噴射口を開放する一方、上記第２燃料噴射口を閉鎖して、上記第１燃料噴射口のみから上記液体燃料を噴射させ、
上記ディーゼルモード時には、上記ニードルバルブは、上記第１弁バネと上記第２弁バネとの合成付勢力に抗して上記突出部側とは反対側に向けて移動して開弁すると共に、上記第１燃料噴射口と上記第２燃料噴射口とを開放して、上記第１燃料噴射口と上記第２燃料噴射口との全てから上記液体燃料を噴射させる
ようになっていることを特徴としている。

上記構成によれば、弁本体の突出部におけるニードルバルブの進退方向の２箇所に燃料噴射口を配置し、気体燃料を主燃料とするガスモード時には、第１弁バネの付勢力に抗して上記突出部側とは反対側に向けて移動するニードルバルブによって、上記突出部の先端に形成された第１燃料噴射口のみを開放する一方、液体燃料を主燃料とするディーゼルモード時には、第２弁バネの付勢力に抗して上記突出部側とは反対側に向けて移動するニードルバルブによって、上記第１燃料噴射口と上記突出部の側面に形成された第２燃料噴射口とを開放するようにしている。したがって、上記ガスモード時には、マイクロパイロット着火に必要な噴射量に応じて、上記第１燃料噴射口のみから上記液体燃料を噴霧で噴射させる一方、上記ディーゼルモード時には、ディーゼル燃焼に必要な噴射量に応じて、上記第１燃料噴射口と上記第２燃料噴射口との全てから上記液体燃料を噴霧で噴射させることができる。

その場合に、上記弁本体,上記ニードルバルブおよび上記弁バネ等の基本構成は、通常のディーゼルエンジン用の燃料噴射弁と略同様である。したがって、この発明によれば、ガスモードとディーゼルモードとで異なる噴射量の液体燃料を良好な噴霧で噴射でき、且つ通常のディーゼルエンジン用の燃料噴射弁と同等のサイズを有する燃料噴射弁を提供できる。

また、１実施の形態の燃料噴射弁では、
上記ガスモード時における上記ニードルバルブの移動量をＬ１とし、上記ディーゼルモード時における上記ニードルバルブの移動量を上記Ｌ１よりも大きいＬ２とした場合に、
上記第１弁バネは、上記ニードルバルブに常時付勢力を作用し
上記第２弁バネは、上記ニードルバルブが移動量Ｌ１だけ移動した後に、上記ニードルバルブに付勢力を作用する
ようになっている。

この実施の形態によれば、上記ニードルバルブを、上記第１弾性力以上であり、且つ上記第１弾性力と第２弾性力との合成力未満の力で付勢すれば、上記ニードルバルブの移動量をＬ１にできる。これに対し、上記ニードルバルブを、上記第１弾性力と第２弾性力との合成力以上の力で付勢すれば、上記ニードルバルブの移動量を上記Ｌ１よりも大きいＬ２にすることが可能になる。

また、１実施の形態の燃料噴射弁では、
上記ニードルバルブは、
上記液体燃料の圧力が作用する圧力作用面を有しており、
上記ガスモード時に上記圧力作用面に作用する上記液体燃料の圧力が、上記第１弾性力以上であり、且つ上記第１弾性力と第２弾性力との合成力未満である場合には、上記第１弁バネの付勢力に抗して上記移動量Ｌ１だけ移動し、
上記ディーゼルモード時に上記圧力作用面に作用する上記液体燃料の圧力が、上記第１弾性力と第２弾性力との合成力以上である場合には、上記第１弁バネと上記第２弁バネとの合成付勢力に抗して上記移動量Ｌ２だけ移動する
ようになっている。

この実施の形態によれば、上記ガスモード時に上記ニードルバルブの圧力作用面に作用させる上記液体燃料の圧力と、上記ディーゼルモード時に上記圧力作用面に作用させる上記液体燃料の圧力とによって、上記ニードルバルブの移動量(リフト量)を、上記ガスモード時にはマイクロパイロット着火に必要な噴射量に応じたリフト量Ｌ１とする一方、上記ディーゼルモード時にはディーゼル燃焼に必要な噴射量に応じたリフト量Ｌ２とすることができる。したがって、燃料噴射弁の構成を簡単にして、サイズの拡大を抑制することができる。

以上より明らかなように、この発明の燃料噴射弁は、弁本体の突出部におけるニードルバルブの進退方向の２箇所に燃料噴射口を配置し、ガスモード時には、第１弁バネの付勢力に抗して移動するニードルバルブによって、上記突出部の先端に形成された第１燃料噴射口のみを開放する一方、ディーゼルモード時には、第２弁バネの付勢力に抗して移動するニードルバルブによって、上記第１燃料噴射口と上記突出部の側面に形成された第２燃料噴射口とを開放するので、上記ガスモード時には、上記第１燃料噴射口のみからマイクロパイロット着火に必要な噴射量の上記液体燃料を良好な噴霧で噴射させる一方、上記ディーゼルモード時には、上記第１燃料噴射口と上記第２燃料噴射口との全てからディーゼル燃焼に必要な噴射量の上記液体燃料を良好な噴霧で噴射させることができる。その場合に、上記弁本体,上記ニードルバルブおよび上記弁バネ等の基本構成は、通常のディーゼルエンジン用の燃料噴射弁と略同様である。

したがって、この発明によれば、ガスモードとディーゼルモードとで異なる噴射量の液体燃料を良好な噴霧で噴射できる通常のディーゼルエンジン用の燃料噴射弁と同等のサイズを有する燃料噴射弁を提供できる。

この発明の燃料噴射弁における弁体の断面図である。 図１に示す弁体の動作説明図である。 ニードルバルブ駆動部の動作説明図である。 図３とは異なるニードルバルブ駆動部の動作説明図である。 デュアルフューエルディーゼルエンジンのガスモード時におけるエンジン動作の説明図である。 デュアルフューエルディーゼルエンジンのディーゼルモード時におけるエンジン動作の説明図である。 ２種類のインジェクタを同軸に配置した従来の燃料噴射弁の断面図である。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の燃料噴射弁における先端に位置する弁本体の断面図である。尚、本実施の形態においては、上記燃料噴射弁を、燃料として重油を用いるマイクロパイロット式のデュアルフューエルディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。

図１において、円筒状の弁本体２１の先端には、燃焼室内に突出する弁本体２１より小径の突出部２２が設けられている。そして、弁本体２１内には、中心軸に沿って延在するニードルバルブ挿通孔２３が形成されている。さらに、ニードルバルブ挿通孔２３の先端には燃料供給室２４が設けられている。

また、上記突出部２２内には、中心軸に沿って延在すると共に、燃料供給室２４に連通するニードルバルブ挿通孔２３よりも小径であり、且つ有底のサック部２５が形成されている。そして、突出部２２の先端部には、中心軸に沿って延在すると共に、サック部２５と上記燃焼室とを連通する第１燃料噴射口２６が形成されている。さらに、第１燃料噴射口２６よりも燃料供給室２４側(反燃焼室側)におけるサック部２５の周囲には、先端に向かって斜めに延在すると共に、サック部２５と上記燃焼室とを連通する複数の第２燃料噴射口２７が放射状に形成されている。

また、上記燃料供給室２４とサック部２５との境界には、ニードルバルブ２８が着座する円錐形状の面を有する弁座２９が設けられている。

上記ニードルバルブ２８は、ニードルバルブ挿通孔２３に挿通される本体部２８aと、本体部２８aよりも小径であってサック部２５に挿通される先端部２８bと、燃料供給室２４に挿通されると共に、本体部２８aよりも小径であって先端部２８bよりも大径の中間部２８cとを有している。

上記ニードルバルブ２８の本体部２８aと中間部２８cとの境界には円錐形状の面を有する段部が形成されており、燃料供給室２４に供給された燃料の圧力が作用する圧力作用面３０を構成している。さらに、中間部２８cと先端部２８bとの境界には円錐形状の面を有する段部が形成されており、弁座２９に着座する座面３１を構成している。

上記ニードルバルブ２８の先端部２８bには、上部の外周面に環状溝３２が形成されている。この環状溝３２は、後に詳述するようにニードルバルブ２８が反燃焼室側(上方)に移動して開弁状態になると、燃料供給室２４に連通するようになっている。さらに、先端部２８bの中心軸と直交して先端部２８b内を貫通すると共に、両端が環状溝３２内に開口している貫通孔３３が形成されている。さらに、先端部２８bの中心軸に沿って、貫通孔３３とサック部２５とを連通する燃料供給孔３４が形成されている。

また、上記弁本体２１には、液体燃料としての重油を燃料供給室２４に供給するための燃料供給通路３５が設けられている。この燃料供給通路３５には、燃料噴射ポンプ(図示せず)によって、ピストン圧縮行程上死点付近のタイミングで加圧された重油が供給される。また、上記燃料噴射ポンプで加圧される重油の量は、エンジンの運転負荷に応じてガバナによって増減制御される。すなわち、ガスモード時において上記燃料噴射ポンプで加圧される重油の量は、上記ガバナによってディーゼルモード(負荷１００％)時に対して１％となるように制御される。したがって、ディーゼルモード時においては、燃料供給通路３５(燃料噴射弁)に供給される重油の量は多くて圧力が高いのに対して、ガスモード時においては、燃料供給通路３５(燃料噴射弁)に供給される重油の量は少なくて圧力が低い。

上記構成を有する弁本体２１は、以下のように動作する。図２は、上記弁本体２１の動作説明図である。但し、図２(a)は閉弁状態であり、図２(b)はガスモード時での開弁状態であり、図２(c)はディーゼルモード時での開弁状態である。

図２(a)においては、上記ニードルバルブ２８は、最も先端側に位置している。その結果、ニードルバルブ２８における中間部２８cと先端部２８bとの境界に設けられた座面３１が、弁本体２１における燃料供給室２４とサック部２５との境界に設けられた弁座２９に密着して、ニードルバルブ２８の先端部２８bにおける環状溝３２と燃料供給室２４との間が閉鎖されている。

図２(a)の状態において、上記ガスモード時(噴射時)には、燃料供給通路３５から燃料供給室２４に、ガスモードに応じて制御された量と圧力で重油が供給される。そうすると、ニードルバルブ２８における本体部２８aと中間部２８cとの境界に設けられた圧力作用面３０に、燃料供給室２４に供給された重油の圧力が作用する。その結果、図２(b)に示すように、ニードルバルブ２８は、図２(a)の状態からリフト量Ｌ１だけ反燃焼室側に移動する。その場合、上記リフト量Ｌ１は、ニードルバルブ２８の先端部２８bが、第２燃料噴射口２７を開放できない距離である。

その結果、上記ニードルバルブ２８の座面３１が弁本体２１の弁座２９から離間して、ニードルバルブ２８の環状溝３２に、燃料供給室２４から重油が供給される。そして、環状溝３２に供給された重油は、貫通孔３３および燃料供給孔３４を経由してサック部２５に供給される。こうして、サック部２５に供給された重油は、開放されている１本の第１燃料噴射口２６のみから上記燃焼室内に、マイクロパイロット着火に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で噴射されるのである。

上記ディーゼルモード時(噴射時)には、上記燃料供給通路３５から燃料供給室２４に、ディーゼルモードに応じて制御された上記ガスモード時よりも多い量と高い圧力とで重油が供給され、図２(c)に示すように、ニードルバルブ２８は、図２(a)の状態からリフト量Ｌ２だけ反燃焼室側に移動する。その場合、上記リフト量Ｌ２は、ニードルバルブ２８の先端部２８bが、第２燃料噴射口２７を開放できる距離である。

その結果、上記燃料供給室２４からニードルバルブ２８の環状溝３２に供給された重油は、貫通孔３３および燃料供給孔３４を経由してサック部２５に供給され、開放されている１本の第１燃料噴射口２６と複数本の第２燃料噴射口２７とから上記燃焼室内に、上記ディーゼル燃焼に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で噴射されるのである。

以下、上記ガスモード時にはニードルバルブ２８を上記リフト量Ｌ１だけ反燃焼室側に移動させる一方、上記ディーゼルモード時にはニードルバルブ２８を上記リフト量Ｌ２だけ反燃焼室側に移動させるニードルバルブ駆動部について説明する。

図３は、上記ニードルバルブ駆動部の動作説明図である。但し、図３(a)は閉弁状態であり、図３(b)はガスモード時での開弁状態であり、図３(c)はディーゼルモード時での開弁状態である。

上記ニードルバルブ駆動部においては、上記円筒状の弁本体２１の反燃焼室側の端(上端)に、円筒状の駆動部本体３６が接続されている。駆動部本体３６には、弁本体２１との接続面に開口を有する所定深さの窪み３７が形成されている。さらに、窪み３７の底面に開口を有する窪み３７の内径よりも小径の穴３８が形成されている。さらに、穴３８の底面に開口を有する穴３８の内径よりも小径の小径穴３９が形成されている。以下、穴３８を大径穴３８と言う。窪み３７,大径穴３８および小径穴３９は円形の横断面を有しており、夫々は共通の中心軸を有している。

上記ニードルバルブ２８の本体部２８aにおける反燃焼室側の端面(上端面)２８dには、その中心に、柱状体４０の一端が取り付けられている。そして、柱状体４０は、ニードルバルブ２８の中心軸に沿って、駆動部本体３６の窪み３７および大径穴３８を貫通して小径穴３９内の開口部付近まで延在している。

上記柱状体４０の先端には第１円板４１が取り付けられており、第１円板４１と小径穴３９の底面３９aとの間には、第１弁バネ４２が縮装されている。

上記駆動部本体３６における大径穴３８と小径穴３９との境界の段部には、大径穴３８の内径と略同じ外径の第２円板４３が設置されており、この第２円板４３の中心に設けられた穴に柱状体４０が移動可能に挿通されている。また、上記駆動部本体３６における窪み３７内には、大径穴３８の内径および弁本体２１のニードルバルブ挿通孔２３(図１参照)の内径よりも大径であって窪み３７の内径よりも小径の第３円板４４が設置されており、この第３円板４４の中心に設けられた穴に柱状体４０が移動可能に挿通されている。そして、第２円板４３と第３円板４４との間には、第２弁バネ４５が縮装されている。

また、上記駆動部本体３６には、弁本体２１の燃料供給通路３５に連通する燃料供給通路４６が形成されている。

また、図３(a)において、上記第１弁バネ４２の弾性力は、上記ガスモード時にニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力よりも小さく設定されている。さらに、ニードルバルブ２８における本体部２８aの端面２８dと駆動部本体３６における弁本体２１との接続面との間には、上記リフト量Ｌ１の間隔が設けられている。さらに、第３円板４４は弁本体２１における駆動部本体３６との接続面に当接しており、第３円板４４と窪み３７の底面との間には「リフト量Ｌ２−リフト量Ｌ１」の間隔が設けられている。

また、図３(b)において、上記第１弁バネ４２と第２弁バネ４５との合成弾性力は、上記ディーゼルモード時にニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力よりも小さく設定されている。

尚、上記ニードルバルブ駆動部が図３(a)の状態にある場合には、上記燃料噴射弁は図２(a)の状態にある。

上記構成を有するニードルバルブ駆動部は、以下のように動作する。

図３(a)においては、上記燃料供給通路４６,３５から燃料供給室２４に重油が供給されていない。その場合には、ニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力は第１弁バネ４２の弾性力よりも低く、ニードルバルブ２８は第１弁バネ４２の弾性力によって燃焼室側に押圧されて、最も先端側に位置している。したがって、図２(a)に示すように、第１燃料噴射口２６および第２燃料噴射口２７から重油が上記燃焼室内に噴射されることはない。

図３(a)の状態において、上記燃料供給通路４６,３５から燃料供給室２４に、ガスモードに応じて制御された圧力で重油が供給されると、ニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力は第１弁バネ４２の弾性力よりも大きくなり、ニードルバルブ２８は第１弁バネ４２の弾性力に抗して反燃焼室側に移動し始める。こうして、ニードルバルブ２８は、リフト量Ｌ１だけ移動すると、ニードルバルブ２８の端面２８dが駆動部本体３６における弁本体２１との接続面に至って第３円板４４に当接して、図３(b)の状態となる。

図３(b)においては、上記ニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力は第１弁バネ４２と第２弁バネ４５との合成弾性力よりも小さく、ニードルバルブ２８はリフト量Ｌ１だけ移動した位置で停止する。その結果、図２(b)に示すように、上記重油は、１本の第１燃料噴射口２６のみから上記燃焼室内に、マイクロパイロット着火に必要な噴射量で且つ良好な噴射で噴射されるのである。

図３(a)の状態において、上記燃料供給通路４６,３５から燃料供給室２４に、ディーゼルモードに応じて制御された圧力で重油が供給されると、先ず上記ガスモードの場合と同様に、ニードルバルブ２８はリフト量Ｌ１だけ移動して図３(b)の状態となる。

さらに、上記ニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力は第１弁バネ４２と第２弁バネ４５との合成弾性力よりも大きいため、ニードルバルブ２８は第１弁バネ４２と第２弁バネ４５との合成弾性力に抗して反燃焼室側に移動し始める。こうして、ニードルバルブ２８がさらに「リフト量Ｌ２−リフト量Ｌ１」だけ第３円板４４と一体に移動すると、第３円板４４が駆動部本体３６の窪み３７に当接してニードルバルブ２８は停止し、図３(c)の状態となる。こうして、ニードルバルブ２８は、図３(a)の状態からリフト量Ｌ２だけ反燃焼室側に移動する。その結果、図２(c)に示すように、上記重油は、１本の第１燃料噴射口２６と複数本の第２燃料噴射口２７とから上記燃焼室内に、上記ディーゼル燃焼に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で噴射されるのである。

図４は、図３とは異なる上記ニードルバルブ駆動部の動作説明図である。尚、図４(a)は閉弁状態であり、図４(b)はガスモード時での開弁状態であり、図４(c)はディーゼルモード時での開弁状態である。

図４に示すニードルバルブ駆動部は、図３に示すニードルバルブ駆動部では第１弁バネ４２と第２弁バネ４５とが直列に配置されているのに対して、一方の弁バネが他方の弁バネを内嵌して配置されている。

すなわち、図４に示すニードルバルブ駆動部においては、上記円筒状の弁本体２１の反燃焼室側の端(上端)に円筒状の駆動部本体５１が接続されている。この駆動部本体５１には、弁本体２１との接続面に開口を有する所定深さの第１窪み５２が形成されている。さらに、第１窪み５２の底面に開口を有する第１窪み５２の内径よりも小径の穴５３が形成されている。さらに、穴５３の底面に開口を有する穴５３の内径よりも小径の第２窪み５４が設けられている。第１窪み５２,穴５３および第２窪み５４は円形の横断面を有しており、夫々は共通の中心軸を有している。

上記ニードルバルブ２８の本体部２８aにおける反燃焼室側の端面(上端面)２８dには、その中心に、棒状体５５の一端が取り付けられている。そして、棒状体５５の先端には第１円板５６が取り付けられており、第１円板５６と第２窪み５４の底面との間には、第１弁バネ５７が縮装されている。また、駆動部本体５１における第１窪み５２内には、穴５３の内径および弁本体２１のニードルバルブ挿通孔２３(図１参照)の内径よりも大径であって第１窪み５２の内径よりも小径の第２円板５８が設置されており、この第２円板５８の中心に設けられた穴に棒状体５５が移動可能に挿通されている。そして、穴５３の底面における第２窪み５４の周囲と第２円板５８との間には、第２弁バネ５９が縮装されている。その場合に、第２弁バネ５９は第１弁バネ５７を内嵌するように配置されている。

また、上記駆動部本体５１には、弁本体２１の燃料供給通路３５に連通する燃料供給通路６０が形成されている。

また、図４(a)において、上記第１弁バネ５７の弾性力は、上記ガスモード時にニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力よりも小さく設定されている。さらに、ニードルバルブ２８における本体部２８aの端面２８dと駆動部本体３６における弁本体２１との接続面との間には、上記リフト量Ｌ１の間隔が設けられている。さらに、第２円板５８は弁本体２１における駆動部本体５１との接続面に当接しており、第２円板５８と第１窪み５２の底面との間には「リフト量Ｌ２−リフト量Ｌ１」の間隔が設けられている。

また、図４(b)において、上記第１弁バネ５７と第２弁バネ５９との合成弾性力は、上記ディーゼルモード時にニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力よりも小さく設定されている。

尚、上記ニードルバルブ駆動部が図４(a)の状態にある場合には、上記燃料噴射弁は図２(a)の状態にある。

上記構成を有するニードルバルブ駆動部は、以下のように動作する。

図４(a)においては、上記燃料供給通路６０,３５から燃料供給室２４に重油が供給されていない。その場合には、図３(a)の場合と同様に、ニードルバルブ２８は第１弁バネ５７の弾性力によって燃焼室側に押圧されて、最も先端側に位置している。したがって、図２(a)に示すように、第１燃料噴射口２６および第２燃料噴射口２７から重油が上記燃焼室内に噴射されることはない。

図４(a)の状態において、上記燃料供給通路６０,３５から燃料供給室２４に、ガスモードに応じて制御された圧力で重油が供給されると、図３(b)の場合と同様に、ニードルバルブ２８は第１弁バネ５７の弾性力に抗してリフト量Ｌ１だけ移動して図４(b)の状態で停止する。その結果、図２(b)に示すように、上記重油は、１本の第１燃料噴射口２６のみから上記燃焼室内に、マイクロパイロット着火に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で噴射される。

図４(a)の状態において、上記燃料供給通路６０,３５から燃料供給室２４にディーゼルモードに応じて制御された圧力で重油が供給されると、ニードルバルブ２８はリフト量Ｌ１だけ移動して図４(b)の状態となり、図３(c)の場合と同様に、さらに第１弁バネ５７と第２弁バネ５９との合成弾性力に抗して「リフト量Ｌ２−リフト量Ｌ１」だけ移動して図４(c)の状態で停止する。こうして、ニードルバルブ２８は、図４(a)の状態からリフト量Ｌ２だけ反燃焼室側に移動する。その結果、図２(c)に示すように、上記重油は、１本の第１燃料噴射口２６と複数本の第２燃料噴射口２７とから上記燃焼室内に、上記ディーゼル燃焼に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で噴射されるのである。

以上のごとく、本実施の形態においては、燃料噴射弁は、弁本体２１とこの弁本体２１の先端に燃焼室内に突出する突出部２２とを含んでいる。そして、突出部２２には、中心軸に沿って延在する第１燃料噴射口２６と、第１燃料噴射口２６よりも反燃焼室側に位置して放射状に配置された複数の第２燃料噴射口２７とを形成している。

上記弁本体２１のニードルバルブ挿通孔２３および突出部２２のサック部２５に挿通されるニードルバルブ２８には、燃料供給室２４に供給された燃料の圧力が作用する圧力作用面３０、および、弁本体２１側の弁座２９に着座する座面３１を設けている。また、ニードルバルブ２８の先端部２８bには、開弁状態になると燃料供給室２４をサック部２５に連通させる環状溝３２,貫通孔３３および燃料供給孔３４を形成している。

そして、上記ガスモード時には、上記燃料供給室２４にガスモードに応じて制御された圧力で重油が供給されてニードルバルブ２８の圧力作用面３０に圧力が作用し、ニードルバルブ２８はリフト量Ｌ１だけ反燃焼室側に移動する。その結果、燃料供給室２４に供給された重油が、環状溝３２,貫通孔３３,燃料供給孔３４およびサック部２５を介して、１本の第１燃料噴射口２６のみからマイクロパイロット着火に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で上記燃焼室内に噴射される。

一方、上記ディーゼルモード時には、上記燃料供給室２４にディーゼルモードに応じて制御された圧力で重油が供給されてニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用し、ニードルバルブ２８はリフト量Ｌ２だけ反燃焼室側に移動する。その結果、燃料供給室２４に供給された重油が環状溝３２,貫通孔３３,燃料供給孔３４およびサック部２５を介して、１本の第１燃料噴射口２６と複数本の第２燃料噴射口２７とからディーゼル燃焼に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で上記燃焼室内に噴射される。

このように、本実施の形態においては、通常のディーゼルエンジン用の燃料噴射弁と同様の構造を有する燃料噴射弁の先端部に、ニードルバルブ２８の移動方向の２箇所に第１燃料噴射口２６と第２燃料噴射口２７とを設け、ニードルバルブ２８の移動量を液体燃料の圧力によって制御することによって、第１燃料噴射口２６のみからの液体燃料の噴射と第１,第２燃料噴射口２６,２７からの液体燃料の噴射とを個別に行うことができる。

したがって、上記液体燃料を異なる２つの噴射量で且つ着火燃焼に良好な噴霧で噴射でき、且つ通常のディーゼルエンジン用の燃料噴射弁と同等のサイズを有する燃料噴射弁を提供することができるのである。

また、本実施の形態においては、上記燃料噴射弁の弁本体２１における反燃焼室側の端面に接続される駆動部本体３６,５１を設ける。そして、駆動部本体３６,５１における弁本体２１との接続面に開口を有する所定深さの窪み３７,５２を形成し、この窪み３７,５２内に円板４４,５８を設置する。

上記燃料噴射弁の閉弁状態で、上記ニードルバルブ２８の反燃焼室側の端面２８dと弁本体２１における駆動部本体３６,５１との接続面との間に、上記リフト量Ｌ１の間隔を設ける。さらに、上記円板４４,５８は弁本体２１における駆動部本体３６,５１との接続面に当接しており、円板４４,５８と窪み３７,５２の底面との間に「リフト量Ｌ２−リフト量Ｌ１」の間隔を設ける。

さらに、上記駆動部本体３６,５１には、ニードルバルブ２８の反燃焼室側の端面２８dを付勢する第１弁バネ４２,５７と、円板４４,５８を付勢する第２弁バネ４５,５９とを設ける。すなわち、第１弁バネ４２,５７はニードルバルブ２８に常時付勢力を作用し、第２弁バネ４５,５９はニードルバルブ２８が上記リフト量Ｌ１だけ移動した後に、ニードルバルブ２８に付勢力を作用するのである。ここで、第１弁バネ４２,５７は、上記ガスモード時にニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力よりも小さい弾性力で、ニードルバルブ２８の端面２８dを付勢する。また、第２弁バネ４５,５９が円板４４,５８を付勢する弾性力は、第１弁バネ４２,５７と第２弁バネ４５,５９との合成弾性力が上記ディーゼルモード時(噴射時)にニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力よりも小さくなるように設定する。

そして、上記ガスモード時(噴射時)には、上記燃料供給室２４にガスモードに応じて制御された圧力で重油を供給する。その場合、ニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力は第１弁バネ４２,５７の弾性力よりも大きく、且つ第１弁バネ４２,５７と第２弁バネ４５,５９との合成弾性力よりも小さくなり、ニードルバルブ２８はリフト量Ｌ１だけ移動した位置で停止する。その結果、図２(b)に示すように、上記重油は、１本の第１燃料噴射口２６のみから上記燃焼室内に、マイクロパイロット着火に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で噴射される。

一方、上記ディーゼルモード時(噴射時)には、上記燃料供給室２４にディーゼルモードに応じて制御された圧力で重油を供給する。その場合、ニードルバルブ２８の圧力作用面３０に作用する重油の圧力は、第１弁バネ４２,５７と第２弁バネ４５,５９との合成弾性力よりも大きくなるので、ニードルバルブ２８は上記リフト量Ｌ２だけ移動した位置で停止する。その結果、図２(c)に示すように、上記重油は、１本の第１燃料噴射口２６と複数本の第２燃料噴射口２７とから上記燃焼室内に、上記ディーゼル燃焼に必要な噴射量で且つ良好な噴霧で噴射される。

したがって、上記駆動部本体３６,５１に、円板４４,５８と第１弁バネ４２,５７と第２弁バネ４５,５９とを設けるだけの簡単な構成で、ニードルバルブ２８の移動量を重油の圧力によって２段階に切り換え制御することができるのである。

その際に、上記第１弁バネ４２と第２弁バネ４５とを図３に示すごとく直列に配置することにより、駆動部本体３６における弁バネの設置領域を細くすることができる。また、図４に示すごとく、第２弁バネ５９が第１弁バネ５７を内嵌するように配置することにより、上記駆動部本体３６における弁バネの設置領域を短くすることができる。何れの場合にも、デュアルフューエルディーゼルエンジンを小型に形成することが可能になる。

尚、上記実施の形態においては、上記第１燃料噴射口２６の数が１つであるとして説明している。しかしながら、重油を良好な噴霧状態で噴射できるのであれば、複数であっても一向に構わない。

２１…弁本体、
２２…突出部、
２３…ニードルバルブ挿通孔、
２４…燃料供給室、
２５…サック部、
２６…第１燃料噴射口、
２７…第２燃料噴射口、
２８…ニードルバルブ、
２８a…本体部、
２８b…先端部、
２８c…中間部、
２８d…本体部の端面、
２９…弁座、
３０…圧力作用面、
３１…座面、
３２…環状溝、
３３…貫通孔、
３４…燃料供給孔、
３５,４６,６０…燃料供給通路、
３６,５１…駆動部本体、
３７…窪み、
３８…大径穴、
３９…小径穴、
４０…柱状体、
４１,５６…第１円板、
４２,５７…第１弁バネ、
４３,５８…第２円板、
４４…第３円板、
４５,５９…第２弁バネ、
５２…第１窪み、
５３…穴、
５４…第２窪み、
５５…棒状体。

Claims (3)

1. 気体燃料を主燃料とするガスモードと液体燃料を主燃料とするディーゼルモードとの２つの運転モードを有するデュアルフューエルディーゼルエンジンの燃焼室内に上記液体燃料を噴射する燃料噴射弁であって、
   弁本体と、
   上記弁本体の先端に上記燃焼室内に突出して設けられると共に、上記弁本体から供給される液体燃料を上記燃焼室内に噴射する燃料噴射口が設けられた突出部と、
   上記弁本体内に上記突出部の位置まで進退可能に挿通されて、上記突出部に設けられた上記燃料噴射口を開閉するニードルバルブと、
   上記ニードルバルブを、上記突出部側に向けて第１弾性力で付勢する第１弁バネと、
   上記ニードルバルブを、上記突出部側に向けて第２弾性力で付勢する第２弁バネと、
   を備え、
   上記突出部には、上記ニードルバルブの先端部が挿通されるサック部が設けられると共に、先端に形成されて上記サック部に連通する第１燃料噴射口と、側面に形成されて上記サック部に連通する第２燃料噴射口とが、設けられており、
   上記ニードルバルブの先端部には、開弁時に上記弁本体から供給された上記液体燃料を上記サック部に供給するために、外周面に形成された環状溝と、両端が上記環状溝内に開口している貫通孔と、上記貫通孔と上記サック部とを連通する燃料供給孔とが設けられており、
   上記ガスモード時には、上記ニードルバルブは、上記第１弁バネの付勢力に抗して上記突出部側とは反対側に向けて移動して開弁すると共に、上記第１燃料噴射口を開放する一方、上記第２燃料噴射口を閉鎖して、上記第１燃料噴射口のみから上記液体燃料を噴射させ、
   上記ディーゼルモード時には、上記ニードルバルブは、上記第１弁バネと上記第２弁バネとの合成付勢力に抗して上記突出部側とは反対側に向けて移動して開弁すると共に、上記第１燃料噴射口と上記第２燃料噴射口とを開放して、上記第１燃料噴射口と上記第２燃料噴射口との全てから上記液体燃料を噴射させる
   ようになっていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   上記ガスモード時における上記ニードルバルブの移動量をＬ１とし、上記ディーゼルモード時における上記ニードルバルブの移動量を上記Ｌ１よりも大きいＬ２とした場合に、
   上記第１弁バネは、上記ニードルバルブに常時付勢力を作用し
   上記第２弁バネは、上記ニードルバルブが移動量Ｌ１だけ移動した後に、上記ニードルバルブに付勢力を作用する
   ようになっていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   上記ニードルバルブは、
   上記液体燃料の圧力が作用する圧力作用面を有しており、
   上記ガスモード時に上記圧力作用面に作用する上記液体燃料の圧力が、上記第１弾性力以上であり、且つ上記第１弾性力と第２弾性力との合成力未満である場合には、上記第１弁バネの付勢力に抗して上記移動量Ｌ１だけ移動し、
   上記ディーゼルモード時に上記圧力作用面に作用する上記液体燃料の圧力が、上記第１弾性力と第２弾性力との合成力以上である場合には、上記第１弁バネと上記第２弁バネとの合成付勢力に抗して上記移動量Ｌ２だけ移動する
   ようになっていることを特徴とする燃料噴射弁。

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