ソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ
本発明は、ソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブに関し、燃料噴射時点をバルブ自体で調整し、低圧及び高圧に応じて燃料を段階的に供給してエンジンシリンダーの燃焼性能を向上させることを課題とする。
本発明によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、燃料が供給される流路（１７０１）が内部に形成された燃料バルブブロック（１１０）と燃料を噴射するための低圧ノズルホール（１６０）及び高圧ノズルホール（１６１）が形成されたノズル（１４０）と、前記ノズル（１４０）の内部に設けられ、相対圧力差に応じて前記低圧ノズルホール及び前記高圧ノズルホールを順次に、かつ、段階的に開放するニードルバルブ（１３０）と、前記ニードルバルブを加圧して低圧の燃料を高圧に昇圧させるために、多段形成された圧力ブースタスピンドルと、前記圧力ブースタスピンドルに弾性力を加えるニードルバネと、前記ニードルバルブに供給された燃料の主圧力に対応する相対圧を前記圧力ブースタスピンドルに加えて燃料の圧力を高めるシャトルバルブ（１５０）と、上部に配置されたソレノイドバルブ（２０１）が上昇する際、下部ノズルとの隙間を通じて燃料を燃料排出口に排出するリフティングブッシュバルブ（１８０）と、ソレノイドバルブバネ（１３１）によって前記リフティングブッシュバルブの上部に加えられる圧力を調節し、燃料噴射時点を制御するソレノイドバルブ（２０１）と、を含む。
本発明によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、燃料が供給される流路（１７０１）が内部に形成された燃料バルブブロック（１１０）と燃料を噴射するための低圧ノズルホール（１６０）及び高圧ノズルホール（１６１）が形成されたノズル（１４０）と、前記ノズル（１４０）の内部に設けられ、相対圧力差に応じて前記低圧ノズルホール及び前記高圧ノズルホールを順次に、かつ、段階的に開放するニードルバルブ（１３０）と、前記ニードルバルブを加圧して低圧の燃料を高圧に昇圧させるために、多段形成された圧力ブースタスピンドルと、前記圧力ブースタスピンドルに弾性力を加えるニードルバネと、前記ニードルバルブに供給された燃料の主圧力に対応する相対圧を前記圧力ブースタスピンドルに加えて燃料の圧力を高めるシャトルバルブ（１５０）と、上部に配置されたソレノイドバルブ（２０１）が上昇する際、下部ノズルとの隙間を通じて燃料を燃料排出口に排出するリフティングブッシュバルブ（１８０）と、ソレノイドバルブバネ（１３１）によって前記リフティングブッシュバルブの上部に加えられる圧力を調節し、燃料噴射時点を制御するソレノイドバルブ（２０１）と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブに関する。より詳細には、大型エンジンや中型エンジンに燃料ポンプから排出された燃料の圧力に応じて、シリンダーに燃料を噴射する燃料噴射バルブのノズルホールの個数を変化させることで低圧及び高圧に柔軟に対処し、噴射後噴射流路に残っている残存燃料量を減らしてより優れた燃焼性能及びより高い燃費を出すことのできるディーゼル機関用燃料噴射バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来のディーゼルエンジンは、開放圧力（ｏｐｅｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）より高い圧力の燃料が流入すると開かれ、開放圧力より低い圧力の燃料が流入すると閉じる、一つのニードルバルブとバネとを備えている。燃料ポンプで形成された高圧の燃料が燃料バルブに流入する場合において、燃料バルブ中で開放圧力より高い圧力が形成されると、燃料の圧力はバネのニードルバルブへの付勢力を超え、ニードルバルブが持ち上げられる。この際、燃料は、ノズルの端部に形成された複数のノズルホールを通じてシリンダー内に噴射される。
【０００３】
このような従来の方法は、予め定められた一つの開放圧力にしたがってすべてのノズルホールが開放される、一つのメカニズムを有している。よって、開放圧力に達した後は、開放圧力より更に高い圧力が燃料バルブに流入しても、所定数のノズルホールを通じて持続的に噴射するしかない。
【０００４】
よって、エンジンの低速運転又は低負荷運転が続く場合には、噴射が行われない一方、圧力が開放圧力より高い場合には、圧力の大きさに関係なく、すべてのノズルホールを通じて噴射が行われるため、圧力に応じる噴射形態が均一でなく、圧力に応じて柔軟に噴射量を調節することができなかった。
【０００５】
また、加工された複数のノズルホールが同時に開閉するため、噴射終了後、閉じられているニードルバルブとノズルとの間における残存燃料がノズルホールを通じてシリンダーに流れ込み、媒煙を発生するとともに燃費面でも問題があった。
【０００６】
図８は、従来の燃料バルブの代表的な形態である、Ｗａｒｔｓｉｌａ-Ｓｕｌｚｅｒ方式、ＭＡＮ-Ｂ＆Ｗ方式、及び中型エンジン方式の燃料バルブを示している。
【０００７】
まず、Ｗａｒｔｓｉｌａ-Ｓｕｌｚｅｒ方式の燃料バルブにおいては、燃料の圧力が開放圧力を越えるものの、更に高圧でない場合は、燃料がノズルに加工されたノズルホール（矢印で示された部分）を通じてシリンダー内に噴射されず、シリンダーに流れ込むような形態になっている。しかしながら、燃料噴射が終了しても、閉じられているニードルバルブとノズルホールとの空間（ＳＡＣ ｖｏｌｕｍｅ）が大きいことから、この空間に残っている残存燃料がシリンダーに流れ込んでしまい、上述した問題が生じる。
【０００８】
また、ＭＡＮ-Ｂ＆Ｗ方式の燃料バルブは、ニードルバルブとノズルホールとの空間を小さくするために、スライド方式のニードルバルブを採択しているが、開放圧力を越える圧力に応じて柔軟に対処することはできない。すなわち、ニードルバルブとノズルホールとの空間が固定されている。
【０００９】
一方、中型エンジン方式の燃料バルブは、ＭＡＮ-Ｂ＆Ｗ方式の燃料バルブ及びＷａｒｔｓｉｌａ-Ｓｕｌｚｅｒ方式の燃料バルブの問題点を解決するためのものであるが、ニードルバルブとノズルホールとの空間を小さくするために、ニードルが最大限燃焼室の近くに位置するように噴射ホールを形成したため、ニードルの開閉によりノズル部分の耐久性が劣る問題点がある。
【００１０】
つまり、図８に示された従来の方式の燃料バルブは、一定の圧力で開放するために、バネの付勢力を高めており、燃料バルブ以外の装置（燃料バルブ自体で圧力を高めるのでなく、燃料バルブの入口の前に追加ポンプを設けて圧力を高めている。）によって燃料圧力を高めることで、開放圧力を調整する構成となっている。
【００１１】
さらに、図８に示された従来の方式の燃料バルブは、燃料バルブ自体では噴射時間（ｔｉｍｉｎｇ）を決定することができず、既に流入した燃料の一定の圧力により噴射することになっている。すなわち、燃料の噴射時間と最大圧力を、燃料が流入する前に、燃料ポンプや他の手段によって調整することになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するために工夫したものであり、燃料バルブの開放圧力より大きい圧力で噴射するとともに、燃料の噴射時点をバルブ自体で調整するために、燃料バルブに流入する圧力と内部バネの開放圧力より大きい圧力とで段階的にノズルのノズルホールを開放することで、低速運転や低負荷運転においては高圧で燃料を噴射して容易に気化させる一方、高速運転や高負荷運転においては低圧用ニードルバルブと高圧用ニードルバルブを同時に開放して複数のノズルホールから多量の燃料を早く噴射してエンジンの燃焼性能を向上させる、ディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブを提供することを課題とする。
【００１３】
本発明は、段階的で、かつ、順次にノズルホールを開放し、噴射後に閉じられているニードルバルブとノズルホールとの空間を最小化することで、燃料の無駄使いを防ぐとともに、有害ガス（例えば、ｓｍｏｋｅ，ＮＯｘ）を減らす、ディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブを提供することを他の課題をする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、ディーゼル機関のシリンダーに燃料を噴射する燃料バルブにおいて、燃料供給口を通じて所定圧力の燃料が供給される流路が内部に形成された燃料バルブブロックと、前記流路を通じて供給された燃料を噴射するための低圧ノズルホール及び高圧ノズルホールが形成されたノズルと、前記ノズルの内部に設けられ、相対圧力差に応じて前記低圧ノズルホール及び前記高圧ノズルホールを順次に、かつ、段階的に開放するニードルバルブと、前記ニードルバルブを加圧して低圧の燃料を高圧に昇圧させるために、多段形成された圧力ブースタスピンドルと、前記圧力ブースタスピンドルに弾性力を加えるニードルバネと、前記ニードルバルブに供給された燃料の主圧力に対応する相対圧を前記圧力ブースタスピンドルに加えて燃料の圧力を高めるシャトルバルブと、上部に配置されたソレノイドバルブが上昇する際、下部ノズルとの隙間を通じて燃料を燃料排出口に排出するリフティングブッシュバルブと、ソレノイドバルブバネによって前記リフティングブッシュバルブの上部に加えられる圧力を調節し、燃料噴射時点を制御するソレノイドバルブと、を含む。
【００１５】
本発明の他の特徴によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記リフティングブッシュバルブは、前記バルブブロック及び前記ノズルの周りを囲むノズルホルダーの上部に配置され、下部の中央に挿入される燃料通路ブッシュに形成された流路と連通する流路を備える。
【００１６】
本発明の更に他の特徴によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記ニードルバルブは、燃料の供給による相対圧力差を持たせるためのホールが内部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブとシャトルバルブを備える。
【００１７】
本発明の更に他の特徴によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記シャトルバルブは、燃料が前記燃料供給口から圧力ブースタスピンドルに到達する前に、前記燃料供給口に燃料圧力及び燃料待機圧力を加えて圧力ブースタスピンドルに圧力を加え、前記燃料排出口に圧力が排出すると前記圧力差が解消し、燃料を遮断しまたは流すように構成される。
【００１８】
本発明の更に他の特徴によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記ニードルバルブには、前記圧力ブースタスピンドル及び前記ニードルバネによって待機圧力より開放圧力を高め、前記開放圧力より大きい弾性力を有する前記ソレノイドバルブバネがリフティングブッシュバルブを支持し、開放タイミングを前記ソレノイドバルブによって調節して噴射することを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備える。
【００１９】
本発明の更に他の特徴によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記ニードルバルブは、圧力を上昇させる前記圧力ブースタスピンドルの相対圧により、その内部に形成されたホールを通じて燃料がノズルの下段部まで待機し、低圧では開放せず圧力を形成してソレノイドバルブにより噴射タイミングが調整され、初期の１次の噴射時点では低負荷運転においても高圧で下部に配置された前記低圧ノズルホールを通じて噴射されるようにし、圧力が上昇する時点ではニードルバルブが上方へ移動して前記高圧ノズルホールが開放される。
【００２０】
本発明の更に他の特徴によるソレノイドバルブとシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記多段形成された圧力ブースタスピンドルのうち、下部の圧力ブースタスピンドルは、前記燃料バルブブロックの下段部に設けられ、圧力ブースタスピンドルの下部に形成されたホールに挿入されたニードルバネによりニードルバルブを加圧するように構成され、中間に形成された圧力ブースタスピンドルは、燃料バルブブロックの中間部に設けられ、上部に形成された前記圧力ブースタスピンドルによって加圧され、上部に形成された圧力ブースタスピンドルは、その周りに形成された円形突出部によって上部と下部に分離され、下部に設けられた前記ニードルバネ及び上部に設けられた前記ニードルバネによって、上方又は下方に弾性力を持たせるように形成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による燃料噴射装置は、内部装置によって、流入する燃料の圧力より上圧させて燃料の噴射圧力を高める。つまり、低負荷においても高圧で噴射することができ、ソレノイドバルブにより、圧力に応じて、噴射タイミングを遅らせたり早めたりすることができる。
【００２２】
また、本発明による燃料噴射装置は、低圧用及び高圧用の二段のノズルホールを用いて段階的に燃料を噴射する。つまり、圧力差に応じて、燃料の排出断面積を減らして噴射状態を調整し、最高圧では多量の燃料を一気に速やかに噴射する。これによって、低圧のみならず、高圧においても優れた燃焼性能を有することができる。
【００２３】
さらに、本発明による燃料噴射装置は、ノズル内の流路が全体的に狭くなり、圧力に応じて、段階的で、かつ、順次にノズルホールが開放される。これによって、噴射後に閉じられているニードルバルブとノズルホールとの空間を最小化し、噴射終了後、流路に残って燃焼シリンダーに流れる残存燃料を減少させるため、有害ガス（例えば、ｓｍｏｋｅ，ＮＯｘ）を減らすとともに、燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明による燃料噴射バルブを示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、燃料によってバルブが開放される前、つまり、燃料の圧力がソレノイドバルブを作動する前の状態を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、開放タイミングにおけるバルブの状態、つまり、燃料の圧力がソレノイドバルブを作動した後の状態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、ソレノイドバルブの作動により燃料が１次圧力で噴射される状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、高速運転及び高負荷運転の際、燃料が１次圧力と２次圧力とで同時に噴射される状態を示す断面図である。
【図６】図６は、従来の燃料バルブにおいて、低負荷運転時の圧力変化を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明による燃料バルブにおいて、低負荷運転時の圧力変化を示すグラフである。
【図８】従来の燃料噴射バルブを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。また、本発明を説明するにおいて、関連する公知機能又は公知構成に関する具体的な説明が本発明の要旨の理解の妨げになると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
図１は、本発明による燃料噴射バルブを示す断面図である。図２は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、低負荷運転時の圧力によっては噴射されないように、ソレノイドが作動する前に、圧力ブースタに圧力を排出している状態を示す図面である。図３は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、ソレノイドが作動し、圧力ブースタに待機中の相対圧を排出している状態を示す断面図である。図４は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、燃料が１次圧力で噴射される状態を示す断面図である。図５は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、高速運転及び高負荷運転の際、燃料が１次圧力と２次圧力とで同時に噴射される状態を示す断面図である。図６は、従来の燃料バルブにおいて、低負荷運転時の圧力変化を示すグラフである。図７は、本発明による燃料バルブにおいて、低負荷運転時に、高圧で１次噴射した後、２次噴射することを示すグラフである。
【００２７】
本願発明において、「低圧」とは、燃料噴射が開始する時の開放圧力をいい、「高圧」とは、燃料バルブ内の圧力が上記開放圧力を超える圧力になった時、再度ノズルホールを開放するよう、バネによって設定された圧力をいう。すなわち、「低圧」及び「高圧」は、開放圧力を低圧に設定した場合における相対的な圧力を意味する。
【００２８】
まず、図１を参照し、ディーゼル機関でシリンダーに燃料を噴射する、本発明によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブの望ましい実施例について説明する。
【００２９】
本発明の一実施例による二段燃料噴射バルブは、燃料バルブ中に流入する燃料の圧力をブースタスピンドルによって相対圧を形成し、低負荷においても高圧で噴射するようにし、燃料噴射のためのノズルホールが圧力に応じて段階的に開放するようにしたものである。
【００３０】
このような構成のために、外部燃料ポンプ（図示せず）から燃料を移送する高圧パイプ（図示せず）と連結されている燃料供給口１７０を通じて所定圧力の燃料が供給される流路１７０１が内部に形成された燃料バルブブロック（ｆｕｅｌ ｖａｌｖｅ ｂｌｏｃｋ、１１０）と、燃料バルブブロックの下段部に連結され、低速運転及び低負荷運転時の圧力で燃料をシリンダー（図示せず）に噴射する低圧ノズルホール（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｎｏｚｚｌｅ ｈｏｌｅ，１６０）及び高速運転、高負荷運転時の圧力で燃料をシリンダーに噴射する高圧ノズルホール（ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｎｏｚｚｌｅ ｈｏｌｅ，１６１）が加工されたノズル（ｎｏｚｚｌｅ，１４０）と、燃料バルブブロック及びノズルの周りを囲むノズルホルダー（ｎｏｚｚｌｅ ｈｏｌｄｅｒ，１００）と、ノズルの内部に設けられ、燃料の供給により相互圧力差を持たせるホール１３０１が内部に形成され、燃料の圧力により低圧ノズルホールと高圧ノズルホールを順次に開放するニードルバルブ（ｎｅｅｄｌｅ ｖａｌｖｅ，１３０）と、ニードルバルブを上部から加圧して低圧の燃料を高圧に昇圧させるように段階的に形成された圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３と、所定の間隔を有するようにブースタスピンドル１４１、１４２、１４３に弾性力を加えるニードルバネ１３２、１３３、１３４、１３５と、供給された燃料の主圧力に対応する相対圧を圧力ブースタスピンドルに連結された流路１５０１を通じて供給し、燃料の圧力を高めるように燃料供給口の入口に設けられたシャトルバルブ１５０と、
ノズルホルダーの上部に配置され、下部に形成された中空部にはノズルホルダーの中空部に挿入された燃料通路ブッシュ１８１の一部が挿入され燃料通路ブッシュ１８１に形成された流路１８０１と連通し、上部に配置されたソレノイドバルブ２０１が上昇する時に形成される下部ノズルホルダーとの間隔を通じて燃料が流入して燃料排出口へ排出するように構成されたリフティングブッシュバルブ１８０と、ソレノイドバルブバネ１３１によりリフティングブッシュバルブの上部に加えられる圧力を調節し、エンジンコントロールによる燃料噴射時点を制御するソレノイドバルブ２０１を含む。
【００３１】
ホール１３０１は、ノズルの内部に設けられ、燃料の供給に伴って相互圧力差を持たせる。その理由は、ニードルバルブ１３０に加えられる圧力は、相対圧（押圧力）と各ニードルバネによって押されている圧力であり、流路１７０１に流入した燃料の圧力が、ホール１３０１の内部面積とニードルバルブ段差で発生する圧力より大きいと、ニードルバルブ１３０が開かれるためである。これを相対圧力差という。
【００３２】
ニードルバルブを上部から加圧するように段階的に形成された圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３のうち、下部に位置する圧力ブースタスピンドル１４３は、燃料バルブブロック１１０の下段部に設けられ、圧力ブースタスピンドル１４２の下部に形成されたホールに挿入されたニードルバネ１３４によりニードルバルブ１３０を加圧する。
【００３３】
また、中間に形成された圧力ブースタスピンドル１４２は、燃料バルブブロック１１０の中間部に設けられ、上部に形成された圧力ブースタスピンドル１４１により加圧される。
【００３４】
また、上部に形成された圧力ブースタスピンドル１４１は、その周りに形成された円形突出部１４１１によって上部及び下部に分離され、下部に設けられたニードルバネ１３３及び上部に設けられたニードルバネ１３２によって上部又は下部への弾性力を有する。
【００３５】
また、シャトルバルブを通じて供給された燃料は、流路１５０１から持続的に供給され、下部の圧力ブースタスピンドル１４３の上部を加圧し、圧力ブースタスピンドル１４３を下部へ移動させ、ニードルバルブ１３０を更に加圧する。これによって、流路１７０１から供給された燃料の主圧力に相対圧を加えているニードルバネ１３５に、更に相対圧を提供し、ニードルバルブを開放するための燃料の圧力を高める。
【００３６】
すなわち、シャトルバルブ１５０を設けることで、燃料が燃料供給口１７０を通じて圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３に到達する前に、シャトルバルブ１５０を通じて燃料供給口１７０に燃料圧力及び燃料待機圧力を加え、圧力ブースタスピンドルに圧力を加える。一方、燃料排出口１７１に圧力が排出されると、待機圧力の圧力差が解消し、供給される燃料及び排出された燃料を遮断しまたは流すことができる。
【００３７】
以下、本発明の一実施例によるシャトルバルブの作動について詳しく説明する。
【００３８】
シャトルバルブにおいては、下段部はノンリターンバルブ（ｎｏｎｒｅｔｕｒｎ ｖａｌｖｅ）のように自然に開かれ、上段部のスピンドルは面積差によって完全には開かれず、燃料供給口１７０に流入する燃料の圧力が中央ホールとコンタクトホールを通じて供給される。シャトルバルブを通った燃料の圧力が高い場合は、内部シャトルバルブのバネの弾性力によって開かれる前に、中央ホールとコンタクトホールによってまず圧力が減らされる。その後も圧力が所定の圧力以上である場合は、スピンドルが開かれる。この際、逆圧が加えられるスピンドルは、開放できない構造であるノンリターンバルブである。しかしながら、これは、中央ホールによって微細に圧力を減らすオリフィスとしての役割を果たしており、全体の脈動を減らすためのバルブである。
【００３９】
ニードルバルブ１３０は、待機圧力に比べ、圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３、ニードルバネ１３２、１３３、１３４、１３５を利用して開放圧力を高める。この際、開放圧力より大きい弾性力を有するソレノイドバルブバネ１３１がリフティングブッシュバルブ１８０を支持するため、開放タイミングをソレノイドバルブ２０１により調節して噴射することができる。
【００４０】
また、ノズル１４０の内部に設けられたニードルバルブ１３０においては、供給された燃料がニードルバルブ１３０内部の燃料孔を通じてノズル１４０下段部まで待機しており、低圧では開放せず、圧力を維持している。これは、圧力を上昇させるブースタスピンドル１４１、１４２、１４３の相対圧のためである。この相対圧によって、供給された燃料を所望の高圧まで上昇させることができる。
【００４１】
また、初期噴射時点は、低負荷運転においても高圧で噴射するように設定し、この際、噴射タイミングをソレノイドバルブ２０１によって調整する。
【００４２】
１次噴射時点においては、低圧ノズルホール１６０、つまり、相対的に小さいホールを通じて噴射される。また、圧力が上昇している時点においては、ニードルバルブ１３０が上段に移動し、高圧ノズルホール１６１が開放される。
【００４３】
一方、参照番号２００は、ガバナーケーブル（ｇｏｖｅｒｎｏｒ ｃａｂｌｅ）である。
【００４４】
以下、上記のように構成された本発明による二段燃料噴射バルブの作動について説明する。
【００４５】
燃料圧力は、燃料供給口１７０からニードルバルブ１３０まで待機する。これと同時に、シャトルバルブ１５０を通過した燃料は、圧力ブースタスピンドル１４１、１４３に影響を与える待機圧として作用し、供給口から供給された燃料圧力以上までニードルバルブ１３０が待機する（図２参照）。
【００４６】
圧力が所定の圧力以上になったとき、ソレノイドバルブ２０１を作動する。これによって、圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３に加えられた相対圧は、リフティングブッシュバルブ１８０の持ち上げによって発生する隙間流路を通じて排出口１７１に排出されながら、ニードルバルブ１３０と連動してまず低圧ノズルホール１６０が開放される。さらに、エンジンの高負荷運転時の高圧力に到達した時は、高圧ノズルホール１６１が開放され、燃料が噴射される（図３乃至５参照）。
【００４７】
一方、図８において、シャトルバルブの方に燃料が供給されないのは、リフティングブッシュバルブ１８０が開放されると、燃料排出口１７１付近の圧力が待機圧（通常、５ｂａｒ）以下であり、シャトルバルブ１５は、待機圧が約１００〜１０００ｂａｒであるためである。
【００４８】
図１及び図２に示されたように、燃料噴射が始まる前は、燃料が燃料ポンプ（図示せず）から高圧パイプを通じて燃料供給口１７０に供給され、燃料が燃料バルブの内部に満たされている。この際、燃料の圧力は、ニードルバネ１３１、１３２、１３３、１３４、１３５の弾性力及び圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３の弾性力を超えず、ニードルバルブは持ち上げられない。よって、燃料は、高圧ノズルホール又は低圧ノズルホールを通じてシリンダー（図示せず）に排出されず、燃料の圧力が上昇しながら待機することになる。
【００４９】
これに対し、図３乃至図５のように、燃料噴射時点になると、ソレノイドバルブ２０１に設定された開放圧力と噴射タイミングに合わせ、ソレノイドバルブバネ１３１によって加圧されたリフティングブッシュバルブ１８が持ち上げられる。この際、連続的にシャトルバルブによって供給された燃料において、相対圧を提供していた下部の圧力ブースタスピンドル１４３の加圧力が解約され、主圧力による燃料がニードルバネ１３５の弾性力より大きくなり、ニードルバルブが持ち上げられる。よって、ニードルバルブのホール１３０１を通じて供給された燃料は、低圧ノズルホール１６０を通じて噴射されると同時に、高圧ノズルホール１６１を通じて燃料の圧力で噴射される。
【００５０】
一方、燃料噴射が終了する時点においては、燃料バルブ内の圧力が低下する。ニードルバネ１３１、１３２、１３３、１３４、１３５に対し順次に又は同時に、弾性力以下の圧力に低下すると、ニードルバネ１３１、１３２、１３３、１３４、１３５によりニードルバルブ１３０が下方へ押され、低圧ノズルホール１６０及び高圧ノズルホール１６１が閉じられる。これによって、燃料噴射の１サイクルが完了する。
【００５１】
図６は、従来の燃料バルブにおける燃料噴射圧力を示す。これに対し、図７は、本発明による燃料バルブにおける燃料噴射圧力を示す。図示されたように、本発明による燃料バルブによると、初期の低負荷運転において高圧で噴射した後、再度高圧で噴射する、二段階の高圧の噴射を行っていることが分かる。図６及び７において、Ｘ軸はクランクアングルを示し、Ｙ軸は燃料噴射圧力を示す。
【００５２】
以上、本発明に従った望ましい実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されず、本発明の技術分野に属する通常の知識を有する者であれば、本発明の範囲及び要旨を外れずに種々の変形及び変更が可能であることは自明である。
【符号の説明】
【００５３】
１００ ノズルホルダー
１１０ 燃料バルブブロック
１３０ ニードルバルブ
１３１ ソレノイドバルブバネ
１３２、１３３、１３４、１３５ ニードルバネ
１４０ ノズル
１４１、１４２、１４３ 圧力ブースタスピンドル
１５０ シャトルバルブ
１６０ 低圧ノズルホール
１６１ 高圧ノズルホール
１７０ 燃料供給口
１７１ 燃料排出口
１８０ リフティングブッシュバルブ
１８１ 燃料通路ブッシュ
２００ ガバナーケーブル
２０１ ソレノイドバルブ
１３０１ ホール
１５０１、１７０１、１８０１ ユーロ
１４１１ 突出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブに関する。より詳細には、大型エンジンや中型エンジンに燃料ポンプから排出された燃料の圧力に応じて、シリンダーに燃料を噴射する燃料噴射バルブのノズルホールの個数を変化させることで低圧及び高圧に柔軟に対処し、噴射後噴射流路に残っている残存燃料量を減らしてより優れた燃焼性能及びより高い燃費を出すことのできるディーゼル機関用燃料噴射バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来のディーゼルエンジンは、開放圧力（ｏｐｅｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）より高い圧力の燃料が流入すると開かれ、開放圧力より低い圧力の燃料が流入すると閉じる、一つのニードルバルブとバネとを備えている。燃料ポンプで形成された高圧の燃料が燃料バルブに流入する場合において、燃料バルブ中で開放圧力より高い圧力が形成されると、燃料の圧力はバネのニードルバルブへの付勢力を超え、ニードルバルブが持ち上げられる。この際、燃料は、ノズルの端部に形成された複数のノズルホールを通じてシリンダー内に噴射される。
【０００３】
このような従来の方法は、予め定められた一つの開放圧力にしたがってすべてのノズルホールが開放される、一つのメカニズムを有している。よって、開放圧力に達した後は、開放圧力より更に高い圧力が燃料バルブに流入しても、所定数のノズルホールを通じて持続的に噴射するしかない。
【０００４】
よって、エンジンの低速運転又は低負荷運転が続く場合には、噴射が行われない一方、圧力が開放圧力より高い場合には、圧力の大きさに関係なく、すべてのノズルホールを通じて噴射が行われるため、圧力に応じる噴射形態が均一でなく、圧力に応じて柔軟に噴射量を調節することができなかった。
【０００５】
また、加工された複数のノズルホールが同時に開閉するため、噴射終了後、閉じられているニードルバルブとノズルとの間における残存燃料がノズルホールを通じてシリンダーに流れ込み、媒煙を発生するとともに燃費面でも問題があった。
【０００６】
図８は、従来の燃料バルブの代表的な形態である、Ｗａｒｔｓｉｌａ-Ｓｕｌｚｅｒ方式、ＭＡＮ-Ｂ＆Ｗ方式、及び中型エンジン方式の燃料バルブを示している。
【０００７】
まず、Ｗａｒｔｓｉｌａ-Ｓｕｌｚｅｒ方式の燃料バルブにおいては、燃料の圧力が開放圧力を越えるものの、更に高圧でない場合は、燃料がノズルに加工されたノズルホール（矢印で示された部分）を通じてシリンダー内に噴射されず、シリンダーに流れ込むような形態になっている。しかしながら、燃料噴射が終了しても、閉じられているニードルバルブとノズルホールとの空間（ＳＡＣ ｖｏｌｕｍｅ）が大きいことから、この空間に残っている残存燃料がシリンダーに流れ込んでしまい、上述した問題が生じる。
【０００８】
また、ＭＡＮ-Ｂ＆Ｗ方式の燃料バルブは、ニードルバルブとノズルホールとの空間を小さくするために、スライド方式のニードルバルブを採択しているが、開放圧力を越える圧力に応じて柔軟に対処することはできない。すなわち、ニードルバルブとノズルホールとの空間が固定されている。
【０００９】
一方、中型エンジン方式の燃料バルブは、ＭＡＮ-Ｂ＆Ｗ方式の燃料バルブ及びＷａｒｔｓｉｌａ-Ｓｕｌｚｅｒ方式の燃料バルブの問題点を解決するためのものであるが、ニードルバルブとノズルホールとの空間を小さくするために、ニードルが最大限燃焼室の近くに位置するように噴射ホールを形成したため、ニードルの開閉によりノズル部分の耐久性が劣る問題点がある。
【００１０】
つまり、図８に示された従来の方式の燃料バルブは、一定の圧力で開放するために、バネの付勢力を高めており、燃料バルブ以外の装置（燃料バルブ自体で圧力を高めるのでなく、燃料バルブの入口の前に追加ポンプを設けて圧力を高めている。）によって燃料圧力を高めることで、開放圧力を調整する構成となっている。
【００１１】
さらに、図８に示された従来の方式の燃料バルブは、燃料バルブ自体では噴射時間（ｔｉｍｉｎｇ）を決定することができず、既に流入した燃料の一定の圧力により噴射することになっている。すなわち、燃料の噴射時間と最大圧力を、燃料が流入する前に、燃料ポンプや他の手段によって調整することになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するために工夫したものであり、燃料バルブの開放圧力より大きい圧力で噴射するとともに、燃料の噴射時点をバルブ自体で調整するために、燃料バルブに流入する圧力と内部バネの開放圧力より大きい圧力とで段階的にノズルのノズルホールを開放することで、低速運転や低負荷運転においては高圧で燃料を噴射して容易に気化させる一方、高速運転や高負荷運転においては低圧用ニードルバルブと高圧用ニードルバルブを同時に開放して複数のノズルホールから多量の燃料を早く噴射してエンジンの燃焼性能を向上させる、ディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブを提供することを課題とする。
【００１３】
本発明は、段階的で、かつ、順次にノズルホールを開放し、噴射後に閉じられているニードルバルブとノズルホールとの空間を最小化することで、燃料の無駄使いを防ぐとともに、有害ガス（例えば、ｓｍｏｋｅ，ＮＯｘ）を減らす、ディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブを提供することを他の課題をする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、ディーゼル機関のシリンダーに燃料を噴射する燃料バルブにおいて、燃料供給口を通じて所定圧力の燃料が供給される流路が内部に形成された燃料バルブブロックと、前記流路を通じて供給された燃料を噴射するための低圧ノズルホール及び高圧ノズルホールが形成されたノズルと、前記ノズルの内部に設けられ、相対圧力差に応じて前記低圧ノズルホール及び前記高圧ノズルホールを順次に、かつ、段階的に開放するニードルバルブと、前記ニードルバルブを加圧して低圧の燃料を高圧に昇圧させるために、多段形成された圧力ブースタスピンドルと、前記圧力ブースタスピンドルに弾性力を加えるニードルバネと、前記ニードルバルブに供給された燃料の主圧力に対応する相対圧を前記圧力ブースタスピンドルに加えて燃料の圧力を高めるシャトルバルブと、上部に配置されたソレノイドバルブが上昇する際、下部ノズルとの隙間を通じて燃料を燃料排出口に排出するリフティングブッシュバルブと、ソレノイドバルブバネによって前記リフティングブッシュバルブの上部に加えられる圧力を調節し、燃料噴射時点を制御するソレノイドバルブと、を含む。
【００１５】
本発明の他の特徴によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記リフティングブッシュバルブは、前記バルブブロック及び前記ノズルの周りを囲むノズルホルダーの上部に配置され、下部の中央に挿入される燃料通路ブッシュに形成された流路と連通する流路を備える。
【００１６】
本発明の更に他の特徴によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記ニードルバルブは、燃料の供給による相対圧力差を持たせるためのホールが内部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブとシャトルバルブを備える。
【００１７】
本発明の更に他の特徴によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記シャトルバルブは、燃料が前記燃料供給口から圧力ブースタスピンドルに到達する前に、前記燃料供給口に燃料圧力及び燃料待機圧力を加えて圧力ブースタスピンドルに圧力を加え、前記燃料排出口に圧力が排出すると前記圧力差が解消し、燃料を遮断しまたは流すように構成される。
【００１８】
本発明の更に他の特徴によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記ニードルバルブには、前記圧力ブースタスピンドル及び前記ニードルバネによって待機圧力より開放圧力を高め、前記開放圧力より大きい弾性力を有する前記ソレノイドバルブバネがリフティングブッシュバルブを支持し、開放タイミングを前記ソレノイドバルブによって調節して噴射することを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備える。
【００１９】
本発明の更に他の特徴によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記ニードルバルブは、圧力を上昇させる前記圧力ブースタスピンドルの相対圧により、その内部に形成されたホールを通じて燃料がノズルの下段部まで待機し、低圧では開放せず圧力を形成してソレノイドバルブにより噴射タイミングが調整され、初期の１次の噴射時点では低負荷運転においても高圧で下部に配置された前記低圧ノズルホールを通じて噴射されるようにし、圧力が上昇する時点ではニードルバルブが上方へ移動して前記高圧ノズルホールが開放される。
【００２０】
本発明の更に他の特徴によるソレノイドバルブとシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブは、前記多段形成された圧力ブースタスピンドルのうち、下部の圧力ブースタスピンドルは、前記燃料バルブブロックの下段部に設けられ、圧力ブースタスピンドルの下部に形成されたホールに挿入されたニードルバネによりニードルバルブを加圧するように構成され、中間に形成された圧力ブースタスピンドルは、燃料バルブブロックの中間部に設けられ、上部に形成された前記圧力ブースタスピンドルによって加圧され、上部に形成された圧力ブースタスピンドルは、その周りに形成された円形突出部によって上部と下部に分離され、下部に設けられた前記ニードルバネ及び上部に設けられた前記ニードルバネによって、上方又は下方に弾性力を持たせるように形成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による燃料噴射装置は、内部装置によって、流入する燃料の圧力より上圧させて燃料の噴射圧力を高める。つまり、低負荷においても高圧で噴射することができ、ソレノイドバルブにより、圧力に応じて、噴射タイミングを遅らせたり早めたりすることができる。
【００２２】
また、本発明による燃料噴射装置は、低圧用及び高圧用の二段のノズルホールを用いて段階的に燃料を噴射する。つまり、圧力差に応じて、燃料の排出断面積を減らして噴射状態を調整し、最高圧では多量の燃料を一気に速やかに噴射する。これによって、低圧のみならず、高圧においても優れた燃焼性能を有することができる。
【００２３】
さらに、本発明による燃料噴射装置は、ノズル内の流路が全体的に狭くなり、圧力に応じて、段階的で、かつ、順次にノズルホールが開放される。これによって、噴射後に閉じられているニードルバルブとノズルホールとの空間を最小化し、噴射終了後、流路に残って燃焼シリンダーに流れる残存燃料を減少させるため、有害ガス（例えば、ｓｍｏｋｅ，ＮＯｘ）を減らすとともに、燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明による燃料噴射バルブを示す断面図である。
【図２】図２は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、燃料によってバルブが開放される前、つまり、燃料の圧力がソレノイドバルブを作動する前の状態を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、開放タイミングにおけるバルブの状態、つまり、燃料の圧力がソレノイドバルブを作動した後の状態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、ソレノイドバルブの作動により燃料が１次圧力で噴射される状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、高速運転及び高負荷運転の際、燃料が１次圧力と２次圧力とで同時に噴射される状態を示す断面図である。
【図６】図６は、従来の燃料バルブにおいて、低負荷運転時の圧力変化を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明による燃料バルブにおいて、低負荷運転時の圧力変化を示すグラフである。
【図８】従来の燃料噴射バルブを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。また、本発明を説明するにおいて、関連する公知機能又は公知構成に関する具体的な説明が本発明の要旨の理解の妨げになると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００２６】
図１は、本発明による燃料噴射バルブを示す断面図である。図２は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、低負荷運転時の圧力によっては噴射されないように、ソレノイドが作動する前に、圧力ブースタに圧力を排出している状態を示す図面である。図３は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、ソレノイドが作動し、圧力ブースタに待機中の相対圧を排出している状態を示す断面図である。図４は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、燃料が１次圧力で噴射される状態を示す断面図である。図５は、本発明による燃料噴射バルブにおいて、高速運転及び高負荷運転の際、燃料が１次圧力と２次圧力とで同時に噴射される状態を示す断面図である。図６は、従来の燃料バルブにおいて、低負荷運転時の圧力変化を示すグラフである。図７は、本発明による燃料バルブにおいて、低負荷運転時に、高圧で１次噴射した後、２次噴射することを示すグラフである。
【００２７】
本願発明において、「低圧」とは、燃料噴射が開始する時の開放圧力をいい、「高圧」とは、燃料バルブ内の圧力が上記開放圧力を超える圧力になった時、再度ノズルホールを開放するよう、バネによって設定された圧力をいう。すなわち、「低圧」及び「高圧」は、開放圧力を低圧に設定した場合における相対的な圧力を意味する。
【００２８】
まず、図１を参照し、ディーゼル機関でシリンダーに燃料を噴射する、本発明によるソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブの望ましい実施例について説明する。
【００２９】
本発明の一実施例による二段燃料噴射バルブは、燃料バルブ中に流入する燃料の圧力をブースタスピンドルによって相対圧を形成し、低負荷においても高圧で噴射するようにし、燃料噴射のためのノズルホールが圧力に応じて段階的に開放するようにしたものである。
【００３０】
このような構成のために、外部燃料ポンプ（図示せず）から燃料を移送する高圧パイプ（図示せず）と連結されている燃料供給口１７０を通じて所定圧力の燃料が供給される流路１７０１が内部に形成された燃料バルブブロック（ｆｕｅｌ ｖａｌｖｅ ｂｌｏｃｋ、１１０）と、燃料バルブブロックの下段部に連結され、低速運転及び低負荷運転時の圧力で燃料をシリンダー（図示せず）に噴射する低圧ノズルホール（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｎｏｚｚｌｅ ｈｏｌｅ，１６０）及び高速運転、高負荷運転時の圧力で燃料をシリンダーに噴射する高圧ノズルホール（ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｎｏｚｚｌｅ ｈｏｌｅ，１６１）が加工されたノズル（ｎｏｚｚｌｅ，１４０）と、燃料バルブブロック及びノズルの周りを囲むノズルホルダー（ｎｏｚｚｌｅ ｈｏｌｄｅｒ，１００）と、ノズルの内部に設けられ、燃料の供給により相互圧力差を持たせるホール１３０１が内部に形成され、燃料の圧力により低圧ノズルホールと高圧ノズルホールを順次に開放するニードルバルブ（ｎｅｅｄｌｅ ｖａｌｖｅ，１３０）と、ニードルバルブを上部から加圧して低圧の燃料を高圧に昇圧させるように段階的に形成された圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３と、所定の間隔を有するようにブースタスピンドル１４１、１４２、１４３に弾性力を加えるニードルバネ１３２、１３３、１３４、１３５と、供給された燃料の主圧力に対応する相対圧を圧力ブースタスピンドルに連結された流路１５０１を通じて供給し、燃料の圧力を高めるように燃料供給口の入口に設けられたシャトルバルブ１５０と、
ノズルホルダーの上部に配置され、下部に形成された中空部にはノズルホルダーの中空部に挿入された燃料通路ブッシュ１８１の一部が挿入され燃料通路ブッシュ１８１に形成された流路１８０１と連通し、上部に配置されたソレノイドバルブ２０１が上昇する時に形成される下部ノズルホルダーとの間隔を通じて燃料が流入して燃料排出口へ排出するように構成されたリフティングブッシュバルブ１８０と、ソレノイドバルブバネ１３１によりリフティングブッシュバルブの上部に加えられる圧力を調節し、エンジンコントロールによる燃料噴射時点を制御するソレノイドバルブ２０１を含む。
【００３１】
ホール１３０１は、ノズルの内部に設けられ、燃料の供給に伴って相互圧力差を持たせる。その理由は、ニードルバルブ１３０に加えられる圧力は、相対圧（押圧力）と各ニードルバネによって押されている圧力であり、流路１７０１に流入した燃料の圧力が、ホール１３０１の内部面積とニードルバルブ段差で発生する圧力より大きいと、ニードルバルブ１３０が開かれるためである。これを相対圧力差という。
【００３２】
ニードルバルブを上部から加圧するように段階的に形成された圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３のうち、下部に位置する圧力ブースタスピンドル１４３は、燃料バルブブロック１１０の下段部に設けられ、圧力ブースタスピンドル１４２の下部に形成されたホールに挿入されたニードルバネ１３４によりニードルバルブ１３０を加圧する。
【００３３】
また、中間に形成された圧力ブースタスピンドル１４２は、燃料バルブブロック１１０の中間部に設けられ、上部に形成された圧力ブースタスピンドル１４１により加圧される。
【００３４】
また、上部に形成された圧力ブースタスピンドル１４１は、その周りに形成された円形突出部１４１１によって上部及び下部に分離され、下部に設けられたニードルバネ１３３及び上部に設けられたニードルバネ１３２によって上部又は下部への弾性力を有する。
【００３５】
また、シャトルバルブを通じて供給された燃料は、流路１５０１から持続的に供給され、下部の圧力ブースタスピンドル１４３の上部を加圧し、圧力ブースタスピンドル１４３を下部へ移動させ、ニードルバルブ１３０を更に加圧する。これによって、流路１７０１から供給された燃料の主圧力に相対圧を加えているニードルバネ１３５に、更に相対圧を提供し、ニードルバルブを開放するための燃料の圧力を高める。
【００３６】
すなわち、シャトルバルブ１５０を設けることで、燃料が燃料供給口１７０を通じて圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３に到達する前に、シャトルバルブ１５０を通じて燃料供給口１７０に燃料圧力及び燃料待機圧力を加え、圧力ブースタスピンドルに圧力を加える。一方、燃料排出口１７１に圧力が排出されると、待機圧力の圧力差が解消し、供給される燃料及び排出された燃料を遮断しまたは流すことができる。
【００３７】
以下、本発明の一実施例によるシャトルバルブの作動について詳しく説明する。
【００３８】
シャトルバルブにおいては、下段部はノンリターンバルブ（ｎｏｎｒｅｔｕｒｎ ｖａｌｖｅ）のように自然に開かれ、上段部のスピンドルは面積差によって完全には開かれず、燃料供給口１７０に流入する燃料の圧力が中央ホールとコンタクトホールを通じて供給される。シャトルバルブを通った燃料の圧力が高い場合は、内部シャトルバルブのバネの弾性力によって開かれる前に、中央ホールとコンタクトホールによってまず圧力が減らされる。その後も圧力が所定の圧力以上である場合は、スピンドルが開かれる。この際、逆圧が加えられるスピンドルは、開放できない構造であるノンリターンバルブである。しかしながら、これは、中央ホールによって微細に圧力を減らすオリフィスとしての役割を果たしており、全体の脈動を減らすためのバルブである。
【００３９】
ニードルバルブ１３０は、待機圧力に比べ、圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３、ニードルバネ１３２、１３３、１３４、１３５を利用して開放圧力を高める。この際、開放圧力より大きい弾性力を有するソレノイドバルブバネ１３１がリフティングブッシュバルブ１８０を支持するため、開放タイミングをソレノイドバルブ２０１により調節して噴射することができる。
【００４０】
また、ノズル１４０の内部に設けられたニードルバルブ１３０においては、供給された燃料がニードルバルブ１３０内部の燃料孔を通じてノズル１４０下段部まで待機しており、低圧では開放せず、圧力を維持している。これは、圧力を上昇させるブースタスピンドル１４１、１４２、１４３の相対圧のためである。この相対圧によって、供給された燃料を所望の高圧まで上昇させることができる。
【００４１】
また、初期噴射時点は、低負荷運転においても高圧で噴射するように設定し、この際、噴射タイミングをソレノイドバルブ２０１によって調整する。
【００４２】
１次噴射時点においては、低圧ノズルホール１６０、つまり、相対的に小さいホールを通じて噴射される。また、圧力が上昇している時点においては、ニードルバルブ１３０が上段に移動し、高圧ノズルホール１６１が開放される。
【００４３】
一方、参照番号２００は、ガバナーケーブル（ｇｏｖｅｒｎｏｒ ｃａｂｌｅ）である。
【００４４】
以下、上記のように構成された本発明による二段燃料噴射バルブの作動について説明する。
【００４５】
燃料圧力は、燃料供給口１７０からニードルバルブ１３０まで待機する。これと同時に、シャトルバルブ１５０を通過した燃料は、圧力ブースタスピンドル１４１、１４３に影響を与える待機圧として作用し、供給口から供給された燃料圧力以上までニードルバルブ１３０が待機する（図２参照）。
【００４６】
圧力が所定の圧力以上になったとき、ソレノイドバルブ２０１を作動する。これによって、圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３に加えられた相対圧は、リフティングブッシュバルブ１８０の持ち上げによって発生する隙間流路を通じて排出口１７１に排出されながら、ニードルバルブ１３０と連動してまず低圧ノズルホール１６０が開放される。さらに、エンジンの高負荷運転時の高圧力に到達した時は、高圧ノズルホール１６１が開放され、燃料が噴射される（図３乃至５参照）。
【００４７】
一方、図８において、シャトルバルブの方に燃料が供給されないのは、リフティングブッシュバルブ１８０が開放されると、燃料排出口１７１付近の圧力が待機圧（通常、５ｂａｒ）以下であり、シャトルバルブ１５は、待機圧が約１００〜１０００ｂａｒであるためである。
【００４８】
図１及び図２に示されたように、燃料噴射が始まる前は、燃料が燃料ポンプ（図示せず）から高圧パイプを通じて燃料供給口１７０に供給され、燃料が燃料バルブの内部に満たされている。この際、燃料の圧力は、ニードルバネ１３１、１３２、１３３、１３４、１３５の弾性力及び圧力ブースタスピンドル１４１、１４２、１４３の弾性力を超えず、ニードルバルブは持ち上げられない。よって、燃料は、高圧ノズルホール又は低圧ノズルホールを通じてシリンダー（図示せず）に排出されず、燃料の圧力が上昇しながら待機することになる。
【００４９】
これに対し、図３乃至図５のように、燃料噴射時点になると、ソレノイドバルブ２０１に設定された開放圧力と噴射タイミングに合わせ、ソレノイドバルブバネ１３１によって加圧されたリフティングブッシュバルブ１８が持ち上げられる。この際、連続的にシャトルバルブによって供給された燃料において、相対圧を提供していた下部の圧力ブースタスピンドル１４３の加圧力が解約され、主圧力による燃料がニードルバネ１３５の弾性力より大きくなり、ニードルバルブが持ち上げられる。よって、ニードルバルブのホール１３０１を通じて供給された燃料は、低圧ノズルホール１６０を通じて噴射されると同時に、高圧ノズルホール１６１を通じて燃料の圧力で噴射される。
【００５０】
一方、燃料噴射が終了する時点においては、燃料バルブ内の圧力が低下する。ニードルバネ１３１、１３２、１３３、１３４、１３５に対し順次に又は同時に、弾性力以下の圧力に低下すると、ニードルバネ１３１、１３２、１３３、１３４、１３５によりニードルバルブ１３０が下方へ押され、低圧ノズルホール１６０及び高圧ノズルホール１６１が閉じられる。これによって、燃料噴射の１サイクルが完了する。
【００５１】
図６は、従来の燃料バルブにおける燃料噴射圧力を示す。これに対し、図７は、本発明による燃料バルブにおける燃料噴射圧力を示す。図示されたように、本発明による燃料バルブによると、初期の低負荷運転において高圧で噴射した後、再度高圧で噴射する、二段階の高圧の噴射を行っていることが分かる。図６及び７において、Ｘ軸はクランクアングルを示し、Ｙ軸は燃料噴射圧力を示す。
【００５２】
以上、本発明に従った望ましい実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されず、本発明の技術分野に属する通常の知識を有する者であれば、本発明の範囲及び要旨を外れずに種々の変形及び変更が可能であることは自明である。
【符号の説明】
【００５３】
１００ ノズルホルダー
１１０ 燃料バルブブロック
１３０ ニードルバルブ
１３１ ソレノイドバルブバネ
１３２、１３３、１３４、１３５ ニードルバネ
１４０ ノズル
１４１、１４２、１４３ 圧力ブースタスピンドル
１５０ シャトルバルブ
１６０ 低圧ノズルホール
１６１ 高圧ノズルホール
１７０ 燃料供給口
１７１ 燃料排出口
１８０ リフティングブッシュバルブ
１８１ 燃料通路ブッシュ
２００ ガバナーケーブル
２０１ ソレノイドバルブ
１３０１ ホール
１５０１、１７０１、１８０１ ユーロ
１４１１ 突出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル機関のシリンダーに燃料を噴射する燃料バルブにおいて、
燃料供給口を通じて所定圧力の燃料が供給される流路が内部に形成された燃料バルブブロックと、
前記流路を通じて供給された燃料を噴射するための低圧ノズルホール及び高圧ノズルホールが形成されたノズルと、
前記ノズルの内部に設けられ、相対圧力差に応じて前記低圧ノズルホール及び前記高圧ノズルホールを順次に、かつ、段階的に開放するニードルバルブと、
前記ニードルバルブを加圧して低圧の燃料を高圧に昇圧させるために、多段形成された圧力ブースタスピンドルと、
前記圧力ブースタスピンドルに弾性力を加えるニードルバネと、
前記ニードルバルブに供給された燃料の主圧力に対応する相対圧を前記圧力ブースタスピンドルに加えて燃料の圧力を高めるシャトルバルブと、
上部に配置されたソレノイドバルブが上昇する際、下部ノズルとの隙間を通じて燃料を燃料排出口に排出するリフティングブッシュバルブと、
ソレノイドバルブバネによって前記リフティングブッシュバルブの上部に加えられる圧力を調節し、燃料噴射時点を制御するソレノイドバルブと、
を含むことを特徴とするソレノイドバルブとシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項２】
前記リフティングブッシュバルブは、前記バルブブロック及び前記ノズルの周りを囲むノズルホルダーの上部に配置され、下部の中央に挿入される燃料通路ブッシュに形成された流路と連通する流路を備えることを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブとシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項３】
前記ニードルバルブは、燃料の供給による相対圧力差を持たせるためのホールが内部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブとシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項４】
前記シャトルバルブは、燃料が前記燃料供給口から圧力ブースタスピンドルに到達する前に、前記燃料供給口に燃料圧力及び燃料待機圧力を加えて圧力ブースタスピンドルに圧力を加え、前記燃料排出口に圧力が排出すると前記圧力差が解消し、燃料を遮断しまたは流すように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項５】
前記ニードルバルブには、前記圧力ブースタスピンドル及び前記ニードルバネによって待機圧力より開放圧力を高め、前記開放圧力より大きい弾性力を有する前記ソレノイドバルブバネがリフティングブッシュバルブを支持し、開放タイミングを前記ソレノイドバルブによって調節して噴射することを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項６】
前記ニードルバルブは、圧力を上昇させる前記圧力ブースタスピンドルの相対圧により、その内部に形成されたホールを通じて燃料がノズルの下段部まで待機し、低圧では開放せず圧力を形成してソレノイドバルブにより噴射タイミングが調整され、初期の１次の噴射時点では低負荷運転においても高圧で下部に配置された前記低圧ノズルホールを通じて噴射されるようにし、圧力が上昇する時点ではニードルバルブが上方へ移動して前記高圧ノズルホールが開放されることを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項７】
前記多段形成された圧力ブースタスピンドルのうち、下部の圧力ブースタスピンドルは、前記燃料バルブブロックの下段部に設けられ、圧力ブースタスピンドルの下部に形成されたホールに挿入されたニードルバネによりニードルバルブを加圧するように構成され、
中間に形成された圧力ブースタスピンドルは、燃料バルブブロックの中間部に設けられ、上部に形成された前記圧力ブースタスピンドルによって加圧され、
上部に形成された圧力ブースタスピンドルは、その周りに形成された円形突出部によって上部と下部に分離され、下部に設けられた前記ニードルバネ及び上部に設けられた前記ニードルバネによって、上方又は下方への弾性力を有することを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブとシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項１】
ディーゼル機関のシリンダーに燃料を噴射する燃料バルブにおいて、
燃料供給口を通じて所定圧力の燃料が供給される流路が内部に形成された燃料バルブブロックと、
前記流路を通じて供給された燃料を噴射するための低圧ノズルホール及び高圧ノズルホールが形成されたノズルと、
前記ノズルの内部に設けられ、相対圧力差に応じて前記低圧ノズルホール及び前記高圧ノズルホールを順次に、かつ、段階的に開放するニードルバルブと、
前記ニードルバルブを加圧して低圧の燃料を高圧に昇圧させるために、多段形成された圧力ブースタスピンドルと、
前記圧力ブースタスピンドルに弾性力を加えるニードルバネと、
前記ニードルバルブに供給された燃料の主圧力に対応する相対圧を前記圧力ブースタスピンドルに加えて燃料の圧力を高めるシャトルバルブと、
上部に配置されたソレノイドバルブが上昇する際、下部ノズルとの隙間を通じて燃料を燃料排出口に排出するリフティングブッシュバルブと、
ソレノイドバルブバネによって前記リフティングブッシュバルブの上部に加えられる圧力を調節し、燃料噴射時点を制御するソレノイドバルブと、
を含むことを特徴とするソレノイドバルブとシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項２】
前記リフティングブッシュバルブは、前記バルブブロック及び前記ノズルの周りを囲むノズルホルダーの上部に配置され、下部の中央に挿入される燃料通路ブッシュに形成された流路と連通する流路を備えることを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブとシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項３】
前記ニードルバルブは、燃料の供給による相対圧力差を持たせるためのホールが内部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブとシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項４】
前記シャトルバルブは、燃料が前記燃料供給口から圧力ブースタスピンドルに到達する前に、前記燃料供給口に燃料圧力及び燃料待機圧力を加えて圧力ブースタスピンドルに圧力を加え、前記燃料排出口に圧力が排出すると前記圧力差が解消し、燃料を遮断しまたは流すように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項５】
前記ニードルバルブには、前記圧力ブースタスピンドル及び前記ニードルバネによって待機圧力より開放圧力を高め、前記開放圧力より大きい弾性力を有する前記ソレノイドバルブバネがリフティングブッシュバルブを支持し、開放タイミングを前記ソレノイドバルブによって調節して噴射することを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項６】
前記ニードルバルブは、圧力を上昇させる前記圧力ブースタスピンドルの相対圧により、その内部に形成されたホールを通じて燃料がノズルの下段部まで待機し、低圧では開放せず圧力を形成してソレノイドバルブにより噴射タイミングが調整され、初期の１次の噴射時点では低負荷運転においても高圧で下部に配置された前記低圧ノズルホールを通じて噴射されるようにし、圧力が上昇する時点ではニードルバルブが上方へ移動して前記高圧ノズルホールが開放されることを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブ及びシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【請求項７】
前記多段形成された圧力ブースタスピンドルのうち、下部の圧力ブースタスピンドルは、前記燃料バルブブロックの下段部に設けられ、圧力ブースタスピンドルの下部に形成されたホールに挿入されたニードルバネによりニードルバルブを加圧するように構成され、
中間に形成された圧力ブースタスピンドルは、燃料バルブブロックの中間部に設けられ、上部に形成された前記圧力ブースタスピンドルによって加圧され、
上部に形成された圧力ブースタスピンドルは、その周りに形成された円形突出部によって上部と下部に分離され、下部に設けられた前記ニードルバネ及び上部に設けられた前記ニードルバネによって、上方又は下方への弾性力を有することを特徴とする請求項１に記載のソレノイドバルブとシャトルバルブを備えるディーゼルエンジン用二段燃料噴射バルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１３−５２１４３２（Ｐ２０１３−５２１４３２Ａ）
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５６０２２（Ｐ２０１２−５５６０２２）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１１／００１４８９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１１１９５３
【国際公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（５９４００６９３２）ヒュンダイ ヘビー インダストリーズ カンパニー リミテッド (31)
【氏名又は名称原語表記】ＨＹＵＮＤＡＩ ＨＥＡＶＹ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２０１１／００１４８９
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１１１９５３
【国際公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（５９４００６９３２）ヒュンダイ ヘビー インダストリーズ カンパニー リミテッド (31)
【氏名又は名称原語表記】ＨＹＵＮＤＡＩ ＨＥＡＶＹ ＩＮＤＵＳＴＲＩＥＳ ＣＯ．， ＬＴＤ．
【Ｆターム（参考）】
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