JPH041188B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、例えばデイ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、デイ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燃料）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性の悪
いものであるため、このアルコールと共に着火性
の良好な軽油を噴射し、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。したがつて、このように二種類の燃料を使
用する機関にあつては、その燃料室に対してアル
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鑑みてなされたも
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料室に対して噴射
するデイ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種燃料噴射弁を
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57−89355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
供給手段にあつては、第１図に示すように主燃料
であるアルコール１１を貯える主燃料タンク１
２、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
よつて噴射ポンプ１６に供給されるようにする。
この噴射ポンプ１６は、例えばボツシユ型の４気
筒タイプのもので構成され、４つの送出口，
，，を備えている。なお、噴射順序は→
→→である。この噴射ポンプ１６のカム軸
１７は、図では示されていないデイーゼル機関に
よつて回転駆動され、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。

そして、噴射ポンプ１６の送出口〜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料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１９ａ〜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で取り出され、送油管路２１
を介して４個の圧送器２２ａ〜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
に設けた絞り機構２３ａ〜２３ｄによつて、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〜２２
ｄおよび絞り機構２３ａ〜２３ｄ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２
１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に連通する。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２２２，２
２３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つて各弁室の入口側
に圧接設定されるもので、入口圧力が出口側圧力
により増大し、スプリング力に対抗する圧力が作
用する状態となつた時に、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、絞り機構２３から導圧管路２３
１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を設けピストン２２５
の背圧がスプリング２２６より大きくなる状態で
ピストン２２５が駆動され、シリンダ室２２４内
の燃料油を送油連通路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、絞り機構２３は、第１燃料供給路１８に
連通する連通路２３２が形成され、この連通路２
３２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２
３４を介して導圧管路２３１にあらわれ、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２２
３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〜１９ｄに分配接続されるものでこの場
合通路２４ａは弁１９ｃに、通路２４ｂは弁１９
ａに、通路２４ｃは弁１９ｄ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
給される噴射弁１９は、第３図のＡ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１９３がボデー１９１に形
成した噴射口を開閉制御するようになつている。
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つて、上記噴射口を閉じ
る方向の力が付勢されている。また、ボデー１９
１には第１燃料供給路１８に連通する第１の燃料
通路１９４および第２の燃料供給路２４に連通す
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１
９６およびシート部１９３に隣接する第２の空所
１９７に分割設定される。そして、第１の空所１
９６に第１の燃料通路１９４が、第２の空所１９
７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〜から
順次アルコール燃料が送出されると、その送出圧
力に対応して絞り機構２３ａ〜２３ｄから圧送器
２２ａ〜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り、各圧送器
２２ａ〜２２ｄそれぞれから、対応する噴射弁１
９ｃ，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１９３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にな
る。

この場合、アルコールの供給により各噴射弁１
９ａ〜１９ｄ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、したがつて各噴射弁１９ａ〜１９ｄ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１９７にアルコールが圧送されるよ
うになる。したがつて、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図は横軸に噴射ポンプ１６を駆動するカム
回転角を取つて、上記噴射動作の過程を示したも
ので、Ａは各送出口〜からのアルコール圧送
時、Ｂは噴射弁１９ａ〜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部分は、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１９５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方向に分
かれ、ニードル弁１９２の周囲を半周する間に軽
油自身の遠心力によつて空所を形成するテーパ面
に沿つて第１の空所１９６方向に流れようとす
る。したがつて、第２の空所１９７内に100％の
軽油を満たすためには、空所１９７の容積に対し
て余分の軽油を送り込む必要がある。

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dQ／dtを、Ｂ図は軽油比率Ｒ（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、噴射の初期においては、第２の空所
１９７に充填された略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１
９６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
R_pよりも高い値が、噴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R_p以上の値を、ある時間t₀の範
囲以上に保持することが同時に要求される。（t_e
≧t_p）。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。すなわち、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り、空所１９８内の
軽油の流れに淀みが出るおそれがあり、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、
充分な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。

すなわち、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
ステムより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の空所に連通す
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、ボデー３
１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３
４によつて縮径し、ステム３３より充分径小の円
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テーパ面によるシート部３６
が形成される。そして、このシート部３６より先
端部に、例えばピントル型あるいはスロツトル型
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つて
ニードル弁３２を噴射口方向に圧接することによ
り、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
つて噴射口が開かれ、燃料噴射が行なわれるよう
になる。

また、ボデー３１には上記ニードル弁３２のテ
ーパ部３４の外周部に対応して、円輪状の第１の
空所３８を形成し、この第１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２４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軽油が供給
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
の体積に近似する値に設定する。

すなわち、まず第２の燃料通路４１から１回の
燃料噴射に必要な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に当り、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つて充満して行く。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、この噴射弁
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３８内に均等に分散作用する
ようになる。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３４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に充填する略100％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。したがつて、
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dQ／dtはａ２で示すように第５図で示し たａよりも充分に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
したｂよりも先頭部の脹らむ特性となり、エンジ
ン燃焼室内に大きな火種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つて、
より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。

上記実施例では第２の空所４０を、ニードル弁
３２の円柱部３５を利用して軸方向均一な肉厚の
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３２の円柱部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
つて縮径し、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つ
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４１は第２
の空所４０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Ｂ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
少な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ず、
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
ものであり、例えばアルコールを主燃料として使
用するデイー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，
Ｂ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図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Ａ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。 ３１……ボデー、３２……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、３
９……第１の燃料通路、４０……第２の空所、４
１，４１ａ……第２の燃料通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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ボデ
   ーと、このボ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つ
   てこのニードル弁外周とボ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り径小の
   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、上記円柱部より径の大きい円筒
   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 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 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
   形成した特許請求の範囲第１項記載の二種燃料噴
   射弁。 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。