JPS59176461A - 二種燃料噴射弁 - 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】 この発明は、例えばディーゼル機関において使用され、
軽油とアルコール等のような二種類の燃料を使用する場
合の二種燃料噴射弁に関する。

例えば、ディーゼル機関においては、主燃料（第１燃料
）としてアルコールを用い、補助燃料（第２燃相）とし
て軽油を用いることがある。

すなわち、第１燃料であるアルコールは着火−の悪いも
のであるため、このアルコールド共ニ着火性の良好寿軽
油を噴射し、主燃料であるアルコールに対する着火を確
実に行なわせようにするものである。したがって、この
ように二種類の燃料を使用する機関にあっては、その燃
焼室に対してアルコールおよび軽油をそれぞれ噴射する
異種燃料噴射手段が必要である。

この発明は上記のような点に釦みなされたもので、例え
ば着火性の良好な軽油につづいて、主燃料であるアルコ
ールを機関燃焼室に対して噴射するディーゼル機関に対
する燃料供給装置として効果的に使用し得るようにする
二釉燃刺噴射弁を提供しようとするものである。

内燃機関に対して、例えば軽油とアルコールのような異
種の燃料を噴射供給する手段としては、例えば特願昭５
７−８９３５５号で示されるようなものが考えられてい
る。すなわち、この異種燃料噴射供給手段にあっては、
第１図に示すように主燃料であるアルコール１ノを貯え
る主燃料タンク１２、および補助燃料である軽油１３を
貯える補助燃料タンク１４を備えるもので、上記主燃料
タンク１２の燃料アルコール１１は送油ポンプ１５によ
って噴射ポンプ１６に供給されるようにする。この噴射
ポンプ１６は、例えばぎッシュ型の４気筒タイプのもの
で構成され、４つの送出口１．ＩＩ、ＩＩＩ’、ｒｌ／
を備えている。この噴射４ｅンプ１６のカム軸１７は、
図では示されないディーゼル機関によって回転駆動され
、機関回転角に応じて送出口■〜■それぞれから、燃料
アルコールが圧送されるものである。

ぞして、噴射ボン７′１６の送出口Ｉ〜■は、それぞれ
第１燃料供給路１８ａ〜１８ｄを介して４気筒機関の各
気筒燃焼室に対して設けられる噴射弁１９ａ〜１９ｄに
連通し、噴射ポンプ１６から主燃料アルコールが、各噴
射弁１９ｈ〜１９ｄに対して分配されるようにする。

上記補助燃料タンク１４に貯えられた軽油１３は、送油
ポンプ２０で取シ出され、送油管路２ノを介して４個の
圧送器２２ｔｈ〜２２ｄに分配供給される。この場合、
圧送器２２ａ〜２２ｄそれぞれは、前記第１燃料供給路
１８ａ〜１８ｄの途中に設けた絞シ機構２３ａ〜２３ｄ
によって、各通路１８ａ〜１８ｄに燃料アルコールが圧
送される時に駆動制御されるもので、圧送器２２ａ〜２
２ｄおよび絞多機構２３ａ〜２　、？　ｄに対応する部
分は、第２図にそれぞれ２２および２３で代表して示す
ように構成される。

すなわち、圧送器２２には、一端を送油管路２１に連通
する送油連通路２２１が貫通形成されるもので、この連
通路２２１の他端である出口側は、第２燃料供給路２４
に連通ずる。上記送油通路２２１には、その中央部で区
分する両側部においてそれぞれ拡径部による弁室を形成
し、この各弁室に対してそれぞれ球状の逆止弁体２２２
，２２３を収納する。この逆止弁体２２２．２２３は、
それぞれスプリングによって各弁室の入口側に圧接設定
されるもので、入口側圧力が出口側圧力によシ増大し、
スプリング力に対抗する圧力が作用する状態となった時
に、スプリングに抗して駆動され開弁するものである。

また、上記逆止弁体２２２，２２３を備える弁室の相互
間の送油連通路２２１に連通してシリンダ室２２４を設
け、このシリンダ室２２４内にピストン２２５を設定す
る。そして、このピストン２２５の背面に、絞シ機構２
３から導圧管路２３１を介して圧力を作用させる。この
場合、ピストン２２５には、上記導圧管路２３１側から
の圧力に抗するスプリング２２６を設はピストン２２５
の背圧がスプリング２２６よ）大きくなる状態でピスト
ン２２５が駆動され、シリンダ室２２４内の燃料抽を送
油連通路２２１に送り出し、逆止弁体２２３を開いて第
２燃料供給路２４に補助燃料である軽油を送出するよう
になる。

また、絞シ機構２３は、第１燃料供給路１８に連通ずる
連通路２３２が形成され、この連通路２３２から小径部
２３３を介して分岐して分岐通路２３４を設けるもので
、この分岐通路２３４が上記導圧管路２３１に連通され
るようにする。すなわち、第１燃料供給路１８の内圧が
、分岐通路２３４を介して導圧管路２３１にあられれ、
ピストン２２５の圧力を上昇させるもので、噴射ポンプ
から第１燃料供給路１８にアルコール燃料が圧送される
時に、圧送器２２のピストン２２５が駆動され、シリン
ダ室２２４内の軽油が逆止弁体２２３を介して第２燃料
供給路２４に送出されるようになる。

このように構成される圧送器２２ａ〜２２ｄそれぞれか
らの第２燃料通路２４ａ〜２４ｄは噴射弁１９ａ〜１９
ｄに分配接続されるものでこの場合通路２４ａは弁１９
ｃに、通路２４ｂは弁１９ａに、通路２４ｃは弁１９ｔ
ｌに、通路２４ｄは弁１９ｂにそれぞれ対応接続する。

このようにアルコール燃料および軽油の分岐供給される
ｒｇＸ射弁子弁１９第３図の（ト）に代表して示すよう
に構成される。すなわち、ボデー１９１内にニードル弁
１９２を軸方向移動自在に設定するもので、このニード
ル弁１９２の先端部の径小にしたテーパ状シート部１９
３ががデー１９１に形成した噴射口を開閉制御するよう
になっている。この場合、ニードル弁１９２に対しては
、図示しないスプリング機構によって、上記噴射口を閉
じる方向の力が伺勢されている。壕だ、がデー１９１に
は第１燃料供給路１８に連通ずる第１の燃料通路１９４
および第２の燃料供給路２４に連通ずる第２の燃料通路
１９５を形成する。さらに、ニードル弁１９２の先端部
のシート部１９３に近接して、テーパ面による円錐状の
空所を形成するもので、この空所は上方の大径にした第
１の空所１９６および７一ト部１９３に＠接する第２の
空所１９７に分割設定される。そして、第１の空所１９
６に第１の燃料通路１９４が、第２の空所１９７に対し
て第２の燃料通路１９５がそれぞれ開口されるようにす
る。

すなわち、噴射ポンプ１６の送出口Ｉ〜■から順次アル
コール燃料が送出されると、その送出圧力に対応して絞
シ機構２３ｈ〜２３ｄから圧送器２２ｇ〜２２ｄに圧力
が作用し、そのそれぞれのピストン２２５を駆動するこ
とによシ、各圧送器２２ｈ〜２２ｄそれぞれから、対応
する噴射弁１９ｃ、１９ａ、１９ｄ、１９ｂに特定され
た量の軽油が圧送され、各弁１９ａ〜１９ｄの空所１９
７に充填される。そして、この第２の空所１９７に対し
て軽油が充填された状態で第１燃料供給路１８からアル
コール燃料が圧送され、第１の燃料通路１９４を介して
第１の空所１９６にアルコール燃料が供給されると、そ
の供給圧力でニードル弁１９２が上昇され、シート部１
９３が噴射口から離れ、第２の空所１９７の軽油につづ
いて第１の空所１９６のアルコールが噴射されるようＫ
なる。

この場合、アルコールの供給によシ各噴射弁１９ａ〜１
９ｄにおいて噴射動作の行なわれるものであるが、次に
噴射ポンプ１６からアルコールが圧送されるまでの過程
の他の噴射弁に対するアルコール供給動作時に圧送器か
ら軽油が供給設定され、したがって各噴射弁１９ａ〜１
９ｄにおいては常に第２の空所１９７に軽油が充満され
た状態で第１の空所１９６にアルコールが圧送されるよ
うになる。したがって、噴射口からは、まず軽油が噴射
され、つづいてアルコール燃料が噴射される噴射動作を
するようになる。

第４図は横軸に唱′！４ポンｆ１６を駆動するカム回転
角を取って、上記噴射動作の過程を示したもので、Ａは
各送出口Ｉ〜■からのアルコール圧送時、Ｂは噴射弁１
９ａ〜１９ｄでの燃料噴射時を示す。そして、この噴射
時Ｂにおいて斜線で示したＤ部分け、軽油の噴射時、別
の斜線部位Ｅは軽油の第２の空所１９７に対する充満時
を示す。

上記のような燃料噴射動作における燃料噴射弁１９の動
作についてさらに検討してみると、第２の燃料通路１９
５を介して第２の空所１９７に軽油が送給される時、軽
油はニードル弁１９２に衝突して２方向に分かれ、第２
の空所１９７内に充填される。しかし、送給された軽油
が２するテーパ面に活って第１の空所１９６方向に流れ
ようとする。したがって、第２の空所１９７内に１００
係の軽油を満たすためには、空所１９７の容積に対して
余分の軽油を送シ込む必要がある。

第５図はこのような噴射弁１９を使用した場合の軽油お
よびアルコールの噴射状態を示すもので、（Ａ）図は噴
射率玉を、■）図は軽油比率Ｒｔ （軽油／（軽油＋アルコール））を示す。図において、
Ａは燃料全体の噴射率の推移、ａはこの時の軽油分のみ
の噴射率の推移、ｂは軽油比率の推移である。

すなわち、吹射の初期においては、第２の空所１９７に
充瑯された略１００’％の軽油のみが噴射されるが、す
ぐに軽油比率は低下し、第１の空所１９６にあふれた軽
油がアルコールと共に徐々に噴射される。ここで、噴射
された燃料が圧縮着火されるか否かは、機関の圧縮比や
、燃料周囲の気流条件等から特定される着火可能軽油比
率レベルＲ０よシも高い値が、噛射初期で与えられるこ
とが必要である。また、アルコールへの燃焼を持続でき
る充分な大きな火種を生成するためには、着火可能軽油
レベルＲ８以上の値を、ある時間ｔ。の範囲以上に保持
することが同時に要求される。（ｔｅ≧ｔｏ　）。この
場合、その間に噴射される軽油の絶対量も重要な条件と
なる。すなわち、このような各条件を満たすように、第
２の空所１９７の容積、さらに軽油の供給量を決定する
ものである。

また、このような噴射弁１９として、第３図の（Ｂ）に
示されるような構成（−特願昭５７−８９３５５号）が
考えられている。す々わち、ニードル弁１９２の先端部
の周囲に、軽油のみを充填するための空所１９８を形成
し、第２の燃料通路１９５からの軽油でこの空所１９８
を充填する。そして、第１の燃料通路１９４からアルコ
ールが高圧で導入される時に、空間１９８内の軽油を噴
射口から押し出すようにするもので、軽油、アルコール
の順で連続的に噴射させるようにする。

このようにすれば、軽油比率を効果的に向上できるもの
であるが、空所１９８の容積は必要軽油量と一致する小
さなものとなシ、空所１９８内の軽油の流れに淀みが出
るおそれがあシ、特に第１の燃料通路１９４の開口部と
反対側部１９９付近の軽油の流れが円滑に行なわれるよ
うに工夫をする必要がある。

この発明では上記のような点をさらに改善し、充分々軽
油比率を確実に設定し、着火燃焼特性を充分に向上させ
ることのできる二種燃料噴射弁を提供することを目的と
するものである。

すｉわち、この発明に係る二種燃料噴射弁は、ニードル
弁の先端方向に、摺動部となる円柱状のステムよシも充
分小径の円柱部を、ステム部からテーパ部を介して縮径
するようにして構成し、上記テーパ部方向の外周に主燃
料の導入される第１の空所を、円柱部外周に上記第１の
空所に連通ずる円筒状の第２の空所を形成し、この第２
の空所に対して補助燃料を充填設定させるようにするも
のである。

以下図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。第
６図はその構成を示すもので、ポデー３１に対してニー
ドル弁３２が軸方向移動自在にして設けられる。このニ
ードル弁３２は、摺動部となる円柱状のステム３３の先
端方向をテーパ部３４によって縮径し、ステム３３よシ
充分径小の円柱部３５の形成されるもので、この円柱部
３５の先端方向にはさらにチー・平面によるシート部３
６が形成される。そして、このシート部３６よシ先端部
に、例えばビントル型あるいはスロットル型等のニード
ルピン３７が突設される。そして、上記シート部３６は
、ボデー３１に形成した噴射口に対接され、図示しない
スプリング機構によってニードル弁３２を噴射口方向に
圧接することによシ、シート部３６が噴射口を封じ、上
記スプリングに抗してニードル弁３２が移動されること
によって噴射口が開かれ、燃料噴射が行なわれるように
なる。

また　、Ｈｐデー３１には上記ニードル弁３２のチー・
ぐ部３４の外周部に対応して、円輪状の第１の空所３８
を形成し、とのＭｌの空所３８には前記第１の燃料供給
路１８に接続される第１の燃料通路３９を開口する。ま
た、ニードル弁３２の円柱部３５の外周部には、円筒状
に区画して、上記第１の空所３８に連続する第２の空所
４０が形成される。すなわち、この第２空所４０は円柱
部３５の外周部に肉薄の円筒状に形成されるもので、こ
の第２の空所４０のシート部３６に近接する先端方向の
部分に、第２の燃料通路４１が軸芯に向けて開口される
。この第２の燃料通路４１は、前記第２の燃料供給路２
４に連通されるもので、第２の空所４０には例えば補助
燃料である艙油が供給され、充填されるようにする。こ
の場合、第２の空所４０の容積は、１回の燃料噴射に必
要な軽油の体積に近以する値に設定する。

すなわち、まず第２の燃料通路４１から１回の燃料噴射
に必要々量の軽油が送給されると、この軽油は第２の空
所４０の下部から流入して円柱部３５に当シ、２方向に
分かれて円筒状の空所４０内を周回しながら上方に向っ
て充満して行く。この時、第２の空所４０や第１の空所
３８内等は、前回の噴射終了時からアルコールが残留充
満しているが、下方から流入される軽油はこれを押し上
げながらアルコールを第１の空所３８から第１の燃料通
路３９に逆流させる。

この時、との噴射弁内の圧力は若干上昇するがニードル
弁３２を押し上げる開弁圧には達しない。

このようにして、第２の空所４０内は下方から上方に向
けて、略１００％の軽油で満たされる。

そして、噴射動作時に第１の燃料通路３９からアルコー
ルが高圧で供給されるもので、このアルコールは広い第
１の空所３８に流入しその流速が低下して圧力が空所３
８内に均等に分散作用するように々る。そして、この圧
力が開弁圧に達すると、その圧力はテーパ部３８に作用
してニードル弁３２を上昇させ、シート部３６を噴射口
から離反して燃料噴射が行なわれる。

この場合、第１の空所３８に作用している力は、第２の
空所４０の上端面部にも均等に作用し、この空所４０内
の燃料軽油は均等に噴射方向に流動し、第２の空所４０
に充満する略１００チの軽油がまず噴射流出される。そ
して、この軽油につづいてアルコールが噴射されるよう
になる。

このような噴射過程において、ニードル弁３２が上昇し
ても、第２の空所４０は円筒状に形成されているもので
あるため、この空所４０の断面形状が変化しない。特に
充満された軽油とアルコールとの境界部の形状が変化し
ない。

したがって、軽油とアルコールとの境界部においては、
流れに乱れが生ずることなく、この境界部における軽油
とアルコールとの混合は生じ難い。

このように構成される噴射弁について、その噴射特性を
見れば第７図に示すようになるもので、軽油噴射率・蚊
はａ２で示すように第５図でｔ 示したａよシも充分に一先頭部の脹らむ特性となる。ま
た、軽油比率Ｒもｂ２で示すように、第５図で示しだｂ
よりも先頭部の脹らむ特性となシ、エンジン燃焼室内に
大きな大神を効果的に生成し得るようになる。すなわち
、より少ない軽油によって、よシ確実な着火および燃焼
持続の特性を得ることができるようになる。

上記実施例では紀２の空所４０を、ニードル弁３２０円
柱部３５を利用して軸方向均−力肉捏、の円筒形状とし
て構成した。しかし、第８図に示すようにニードル弁３
２０円柱部３５の下方、すなわちシート部３６方向の端
部をテーパ部４２によって縮径し、第２の空所４０の噴
射口方向を広く形成するようにしてもよい。この場合、
軽油とアルコールとの境界部は、前記実施例と同様に同
一肉厚円筒状に構成されるため前実施例と同様の効果が
得られる。

同時に、上記下部を広く構成することによって、円筒空
所の範囲を小さく設定することが可能であるばかりか、
シート部３６に近い部分における軽油の流動抵抗を軽減
し、この付近に軽油が充満し易くすることができる。

また、前実施例では第２の燃料通路４ノは第２の空所４
０に対して軸芯方向に向かう法線方向に設定しているが
、第６図のω）に破線で示すように接線方向に向けて燃
料通路４１ａを形成するようにしてもよい。このように
すれば、淀み部をより少々くする上で効果的である。

尚、このような二種燃料噴射弁に使用される燃料は、前
記した軽油およびアルコールに限らス、ユーカリ油、オ
レンジ油、ヒマシ油、ガソリン、灯油、重油等の液状燃
料が選択的に使用し得るもので、その中で圧縮着火性の
良好なものを補助燃料、その他を主燃料として組み合わ
せ適用可能なものである。

以上のようにこの発明によれば、例えば圧縮着火性の良
好な補助燃料である軽油と、主燃料となるアルコールと
の２種類の燃料を噴射する場合、軽油噴射率、軽油比率
の特性を効果的に設定するように、軽油、アルコールの
順で噴射動作し得るものであシ、例えばアルコールを主
燃料として使用するデ仁ゼル機関に適用してその効果は
著るしいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に関係する噴射弁に対する燃料供給系
統を説明する図、第２図は上記系統の補助燃料制御を行
なう圧送器部の構成を示す図、第３図の（Ａ）　（Ｂ）
はそれぞれこれまで考えられた噴射弁の例を示す断面構
成図、第４図は上記系統の燃料供給噴射動作状態を説明
する図、第５図の（Ａ）ω）は上記噴射弁における補助
燃料の噴射特性を説明する図、第６画はこの発明の一実
施例に係る二種燃料噴射弁を説明する断面構成図で、（
Ａ）は（Ｂ）図のＡ−Ａ線に沿う断面図、（Ｂ）は（ト
）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、第７図は上記噴射弁の補
助燃料噴射特性を説明する図、第８図はこの発明の他の
実施例に係る噴射弁を説明する断面図である。 ３ノ・・・Ｉｆ”−１３２・・・ニードル弁、３３・・
・ステム部、３４・・・テーパ部、３５・・・円柱部、
３６・・・シート部、３８・・・第１の空所、３９・・
・第１の燃料通路、４θ・・・第２の空所、４１．４１
ａ・・・第２の燃料通路。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第２図 第４図 カム回転角− 第５図 第６図 （Ａ） （８） 第７図 （Ａ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　円柱状のステム部の先端方向にこのステム部
   より径小にしたシート部を設けたニードル弁と、このニ
   ードル弁を軸方向移動自在に保持するポデーと、とのデ
   デー内に上記ニードル弁先端方向に向けて形成した第１
   および第２の燃料通路と、上記ニードル弁の先端部に近
   接してこのニードル弁の外周部とボデー内面との間に形
   成され上記第１の燃料通路が開口する第１の空所と、こ
   の第１の空所に連続して上記ニードル弁の先端方向へ向
   ってこのニードル弁外周とがデー内面との間に形成され
   上記第２の燃料通路が開口する第２の空所とを具備し、
   上記ニードル弁の第２の空所に対応する部分は、上記ニ
   ードル弁のステム部よシ径小の円柱部とすると共に、上
   記ボデーの第２の空所に対応する部分は、上記円柱部よ
   シ径の大きい円筒状に形成し、上記第２の空所が円筒状
   に構成されるようにしたことを特徴とする二種燃料噴射
   弁。
2. （２）上記第２の燃料通路は、上記第２の空所のニード
   ル弁先端方向に近接して開口させた特許請求の範囲第１
   項記載の二種燃料噴射弁。
3. （３）上記第２の燃料通路は、上記円筒状の第２の空所
   の周縁に対して略接線方向と一致する状態で形成した特
   許ＮＹ’ｌ求の範囲第１項記載の二種燃料噴射弁。
4. （４）上記第２の空所は、ニードル弁先端方向で円輪状
   に体積が大きくなるようにした特許請求の範囲第１項記
   載の二種燃料噴射弁。