燃料噴射装置
【課題】燃料の後垂れ防止手段を備えた内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射孔の位置や開閉タイミングを考慮することで、燃焼状態の改善を図る。
【解決手段】ニードル弁２６の先端にスプール弁４４Ａが設けられ、スプール弁４４Ａは、ハウジング１４の内面に摺接する大径円筒部位４４２及び４４４と、これらの間に位置する小径部位４４６とからなる。スプール弁４４の中央に軸方向に燃料供給孔４４０が穿設され、小径部位４４６に半径方向に４個の貫通孔４４８が穿設されている。噴射孔列Ａ及びＢがハウジング１４の軸方向に分かれて設けられている。ニードル弁２６と共にスプール弁４４Ａが上昇すると、噴射孔列Ａが噴射孔列Ｂより先に開口し、かつ噴射孔列Ｂより後に閉じる。なお、噴射孔列ＡとＢの開閉タイミングを逆にしてもよい。
【解決手段】ニードル弁２６の先端にスプール弁４４Ａが設けられ、スプール弁４４Ａは、ハウジング１４の内面に摺接する大径円筒部位４４２及び４４４と、これらの間に位置する小径部位４４６とからなる。スプール弁４４の中央に軸方向に燃料供給孔４４０が穿設され、小径部位４４６に半径方向に４個の貫通孔４４８が穿設されている。噴射孔列Ａ及びＢがハウジング１４の軸方向に分かれて設けられている。ニードル弁２６と共にスプール弁４４Ａが上昇すると、噴射孔列Ａが噴射孔列Ｂより先に開口し、かつ噴射孔列Ｂより後に閉じる。なお、噴射孔列ＡとＢの開閉タイミングを逆にしてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特に１つのシリンダに２つ以上の燃料噴射弁を配するディーゼル機関に適用されて好適な燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関等の内燃機関に設けられた燃料噴射装置は、シリンダヘッドに、燃料噴射孔を有する先端部位が燃焼室に突出したハウジングが設けられ、該ハウジングの内部にニードル弁が設けられている。該ニードル弁は、ハウジングの内部に供給される燃料油の油圧によって弁座から離れ、開弁することで、燃料噴射孔に燃料油が供給され、該燃料噴射孔から燃料油が噴射される。噴射された燃料油が空気と混合し着火することで、火炎が形成され、燃焼室内に火炎が拡大していく。
【０００３】
しかし、ニードル弁が弁座に着座し、ハウジング内の燃料供給路が閉鎖された後で、ニードル弁の先端から燃料噴射孔までの容積に溜まった燃料油が後垂れする。この後垂れした燃料油が十分に空気と混合できず、不完全燃焼が生じる。また、不完全燃焼後のカーボン等からなる燃え残りが燃焼室の隔壁に付着し、これがディーゼル機関の排気中のＨＣやＣＯ等を増加させる一因にもなっている。
【０００４】
この後垂れを防止する手段が特許文献１に開示されている。特許文献１には、前記ニードル弁に相当する中空スライド弁の先端に、ハウジングの内面に摺接する円筒体が取り付けられ、中空スライド弁の閉止と同時に、該円筒体で燃料噴射孔を閉塞することで、後垂れを防止するようにした構成が開示されている。また、特許文献２及び特許文献３にも同様の後垂れ防止手段が開示されている。なお、特許文献２及び３には、燃料噴射口がハウジングの軸方向で異なる位置に２箇所配置された構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平６−５１１０６４号公報
【特許文献２】特開２００９−３０６０５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３６５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３のうち、特許文献２及び３には、複数の燃料噴射孔をハウジングの軸方向で異なる位置に配置することが開示されているが、特許文献２及び３では、これら複数の燃料噴射孔の開閉タイミングは常に同一である。従って、特許文献１〜３には、燃料噴射孔の位置や開閉タイミングを考慮することで、燃焼状態を改善することは開示されていない。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、内燃機関に設けられ、燃料の後垂れ防止手段を備えた燃料噴射装置において、燃料噴射孔の位置や開閉タイミングを考慮することで、燃焼状態の改善を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、本発明の燃料噴射装置は、シリンダヘッドに設けられ、内部に燃料供給路が形成されると共に、先端部位に燃料噴射孔を有するハウジングと、該ハウジングの内部に配置され、燃料油圧により該燃料供給路を開放するニードル弁と、該ニードル弁の先端に設けられ、該ニードル弁の閉弁時に燃料噴射孔を閉鎖するスプール弁とを備えていることを前提とする。この構成では、燃料油が燃料供給路に供給され、ニードル弁が上昇すると同時に、スプール弁も上昇する。スプール弁の上昇によって、燃料噴射孔が開放される。
【０００９】
本発明の特徴的構成は、燃料噴射孔がハウジングの先端部でハウジングの軸方向に複数列に設けられ、燃料供給路と各燃料噴射孔列とをニードル弁の昇降に応じて燃料噴射孔列毎に連通する連通路がスプール弁に設けられ、該連通路は燃料噴射孔列毎に開閉タイミングを変えるように形成されている点にある。
【００１０】
本発明では、スプール弁が上昇する時、燃料噴射孔列毎に開閉タイミングを変えることで、燃焼室内に形成される火炎の長さや火炎による加熱温度の分布を調整できる。これによって、燃料状態を改善して不完全燃焼を回避し、燃焼過程で生じるＨＣやＣＯ等の発生を抑制できる。前記構成に加えて、燃料噴射孔は、ハウジングの中心軸に対して放射方向に形成され、かつハウジングの周方向の任意の位置に配設するようにすれば、燃焼室の燃焼状態をさらに精密に制御できるようになり、排気中のＨＣやＣＯ等の発生をさらに抑制できる。
【００１１】
本発明において、スプール弁は、ハウジングの内面に摺接して摺接領域にある燃料噴射孔を閉じると共に、各燃料噴射孔列に対応して燃料噴射孔列数と同数だけ形成された大径部位と、大径部位の間に形成され、ハウジング内面との間で燃料油導入空間を形成する小径部位とで構成され、スプール弁に設けられた連通路及び燃料油導入空間を介して燃料油を各燃料噴射孔に供給し、各燃料噴射孔列の開閉タイミングを変えるようにするとよい。スプール弁に前記燃料油導入空間を設けることで、燃料噴射孔列の配置位置の制約を受けることなく、燃料噴射孔の開閉タイミングを任意に変更できるようになる。そのため、各燃料噴射孔列間の間隔を十分取ることができ、燃料噴射孔の穿設によるハウジング先端部壁の強度低下を抑制できる。
【００１２】
また、各噴射孔列の開閉タイミングを変えることによって。各燃料噴射孔列毎に燃料噴射孔の開放時間を変えるようにすれば、開放時間に応じて燃料噴射孔を基点として形成される火炎の長さを調整できる。即ち、燃料噴射孔の開放時間が長いほど火炎を長くでき、開放時間が短いほど火炎を短くできる。このように、火炎の長さを燃焼室の各領域で調整することで、燃焼室の燃焼状態を調整できる。
【００１３】
本発明を、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散して配置されたディーゼル機関に適用することができる。この場合、開放時間が長い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔をシリンダ中央領域に向けて配置し、開放時間が短い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔をシリンダ周辺領域に向けて配置するとよい。これによって、シリンダライナ近傍で形成される火炎の火炎長を短くできるので、シリンダライナの温度上昇を抑制でき、シリンダライナの焼付きを抑制できる。また、シリンダ中央領域に形成される火炎の火炎長を長くすることで、不完全燃焼をなくし、ＨＣやＣＯ等の発生を抑制できる。
【００１４】
本発明を、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散して配置されたディーゼル機関に適用するときの別な構成として、開放時間が短い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔をシリンダ中央領域及びシリンダ周辺領域に向けて配置し、開放時間が長い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔をシリンダ中央領域とシリンダ周辺領域との間の領域に向けて配置するとよい。
【００１５】
これによって、シリンダライナの焼付きを抑制できると共に、シリンダ中央領域で形成される火炎の火炎長を短くできる。そのため、シリンダ中央領域で互いに対向する燃料噴射孔から発生する火炎同士の干渉を抑制でき、これによって、シリンダ中央領域への空気の導入を促進し、完全燃焼させることができる。
【００１６】
本発明を、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散して配置されたディーゼル機関に適用するときのさらに別な構成として、開放時間が長い噴射孔列を構成する燃料噴射孔と開放時間が短い噴射孔列を構成する燃料噴射孔とをハウジングの周方向に交互に位置するように配置するとよい。これによって、各燃料噴射孔列の燃料噴射孔間の間隔を広げることができる。そのため、火炎長が異なる火炎が形成時間に差をもって平面視で交互に配置されるので、各火炎が燃焼室内で時間差をもって分散する。そのため、燃料空間を有効利用できると共に、各火炎が相互に干渉し合うことがなくなり、火炎が安定するので、燃焼室の燃焼状態を安定させ、完全燃焼を促進できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スプール弁が上昇する時、燃料噴射孔列毎に開閉タイミングを変更するようにしたので、燃料噴射孔から噴射される燃料油によって燃焼室内に形成される火炎の長さや火炎による加熱温度の分布を調整できるようになる。これによって、不完全燃焼をなくし、燃焼過程で生じるＨＣやＣＯ等の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を２サイクル型の船舶用ディーゼル機関に適用した第１実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２】図１中のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１中のＢ―Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】第１実施形態の燃料噴射孔の開放タイミングを示す図である。
【図５】第１実施形態でシリンダ内の火炎分布を示す平面視説明図である。
【図６】本発明装置の第２実施形態に係る部分断面図である。
【図７】図６中のＣ―Ｃ線に沿う断面図である。
【図８】図６中のＤ―Ｄ線に沿う断面図である。
【図９】本発明装置の第３実施形態に係る部分断面図である。
【図１０】図９中のＥ―Ｅ線に沿う断面図である。
【図１１】図９中のＦ―Ｆ線に沿う断面図である。
【図１２】図９中のＧ―Ｇ線に沿う断面図である。
【図１３】本発明を２サイクル型の船舶用ディーゼル機関に適用した第４実施形態に係るシリンダ内の火炎分布を示す平面視説明図である。
【図１４】本発明を２サイクル型の船舶用ディーゼル機関に適用した第５実施形態に係るシリンダ内の火炎分布を示す平面視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２０】
（実施形態１）
本発明を２サイクル型の船舶用大型ディーゼル機関に適用した第１実施形態に係る燃料噴射装置１０を図１〜図５に基づいて説明する。図１は本実施形態の燃料噴射装置１０の全体構成を示す。図１において、円筒形状をしたハウジング１４がシリンダヘッド１２に装着されている。ハウジング１４の先端部位１４ａには、４個の燃料噴射孔１６ａ〜ｄが設けられ、該先端部位１４ａは、シリンダヘッド１２の下面１２ａから燃焼室１１内に突出している。ハウジング１４の内部に設けられた円筒状の空間にニードル弁２６が収納されている。
【００２１】
ハウジング１４の上部から下部へ向けて燃料供給路１８が形成され、燃料供給路１８はチャンバー２０に連通している。チャンバー２０の下面は弁座２２を形成し、弁座２２の内側に燃料供給路２４が形成されている。ニードル弁２６の上方にコイルバネ３０が設けられ、コイルバネ３０のバネ力がニードル弁２６の上面に付勢されている。これによって、燃料供給路１８に燃料油が供給されない時は、ニードル弁２６の円錐面２８が弁座２２に押し付けられ、チャンバー２０の下方に設けられた燃料供給路２４を閉鎖している。
【００２２】
燃料供給路１８には油路３２が接続され、油路３２の他端はシリンダ３４に接続されている。シリンダ３４は油路３６を介して油ポンプ３８に接続されている。シリンダ３４の内部に、カム４２によって往復動するピストン４０が設けられている。油ポンプ３８からシリンダ３４に燃料油が供給され、シリンダ３４内の燃料油は、ピストン４０の上昇によって燃料供給路１８に供給される。燃料供給路１８に供給される燃料油の油圧によってニードル弁２６が上方へ後退し、燃料供給路１８及び２４が連通する。
【００２３】
ニードル弁２６の先端には、スプール弁４４Ａが取り付けられている。スプール弁４４Ａの軸方向に、燃料供給路２４とスプール弁４４Ａより下方の空間２５とを連通する燃料供給孔４４０が設けられている。スプール弁４４Ａは、上下端に円筒形状の上部大径部位４４２及び下部大径部位４４４が形成され、これら大径部位の間に円筒形状の小径部位４４６が形成されている。上部大径部位４４２及び下部大径部位４４４はハウジング１４の内面に摺接し、燃料噴射孔を覆う位置にきたとき、燃料噴射孔を閉鎖する。小径部位４４６には９０°ずつ位相をずらせて４個の同一径の貫通孔４４８が半径方向に設けられている。
【００２４】
４個の燃料噴射孔１６ａ〜ｄは、ハウジング１４の軸方向の異なる位置に設けられた２つの噴射孔列Ａ及びＢに分けて配置されている。上方の噴射孔列Ａは、燃料噴射孔１６ａ及び１６ｂで構成され、下方の噴射孔列Ｂは、燃料噴射孔１６ｃ及び１６ｄで構成されている。図２及び図３に示すように、各燃料噴射孔１６ａ〜ｄは、ハウジング１４の中心軸Ｏに対して放射方向に向けて形成されている。また、燃料噴射孔１６ａ及び１６ｂは、ハウジング１４の周方向で、シリンダ内の中央領域に向けて配置され、燃料噴射孔１６ｃ及び１６ｄは、シリンダ内の周辺領域に向けて配置されている。
【００２５】
かかる構成において、油路３２から燃料供給路１８に燃料油が供給されないとき、ニードル弁２６は弁座２２に着座し、燃料供給路２４を閉鎖している。油路３２から燃料供給路１８に燃料油が供給されると、燃料油の油圧によって、コイルバネ３０のバネ力に抗してニードル弁２６が上昇し、燃料供給路２４を開放する。これによって、燃料油は燃料供給路１８及び２４から燃料供給孔４４０を通り、下方空間２５に達すると共に、４個の貫通孔４４８を経て小径部位４４６の外側空間ｓに供給される。油路３２から燃料油の供給がなくなると、ニードル弁２６は下降して弁座２２に着座し、燃料供給路２４を閉鎖する。
【００２６】
また、ニードル弁２６の上昇及び下降と同時に、ニードル弁２６と一体のスプール弁４４Ａが上昇及び下降する。スプール弁４４Ａの上昇及び下降によって、噴射孔列Ａ及びＢは、図４に示す開閉動作を行う。即ち、ニードル弁２６が弁座２２に着座している時、噴射孔列Ａ及びＢの全燃料噴射孔１６ａ〜ｄは上部大径部位４４２及び下部大径部位４４４によって閉塞されている。スプール弁４４Ａが上昇すると、先に噴射孔列Ａの燃料噴射孔１６ａ、１６ｂが開く。スプール弁４４Ａがさらに上昇すると、全燃料噴射孔１６ａ〜ｄが開く。スプール弁４４Ａが下降を開始すると、先に噴射孔列Ｂの燃料噴射孔１６ｃ、１６ｄが閉じられ、スプール弁４４Ａが弁座２２に着座すると、全燃料噴射孔１６ａ〜ｄが閉じられる。
【００２７】
図５はシリンダ内の火炎分布を示す平面視説明図である。図において、シリンダヘッド１２の中央に掃気口４８が設けられている。掃気口４８から排出する排気によって、燃焼室１１に時計方向向きのスワールａが生起する。燃料噴射装置１０は、シリンダヘッド１２の中心を挟んで周辺部の互いに相対する位置（１８０°位相が異なる位置）に２個設けられている。図中、噴射孔列Ａの燃料噴射孔１６ａ、１６ｂから噴射された燃料油から火炎Ｆａ、Ｆｂが形成され、噴射孔列Ｂの燃料噴射孔１６ａ、１６ｂから噴射された燃料油から火炎Ｆｃ、Ｆｄが形成される。
【００２８】
燃料噴射孔１６ａ〜ｄはいずれもスワールａの方向に沿うように向けられ、これらの燃料噴射孔から形成される火炎はいずれもスワールａの方向に沿って形成されている。また、噴射孔列Ａの燃料噴射孔１６ａ、１６ｂの開放時間が噴射孔列Ｂの燃料噴射孔１６ｃ、１６ｄの開放時間より長いため、火炎Ｆａ、Ｆｂは火炎Ｆｃ、Ｆｄより長い火炎を形成できる。
【００２９】
本実施形態によれば、ハウジング１４の先端部位１４ａに軸方向に異なる位置に噴射孔列Ａ及びＢを設け、噴射孔列Ｂに対しては、燃料供給孔４４０から下方空間２５を介して燃料油が供給されるのに対し、噴射孔列Ａに対しては、燃料供給孔４４０から貫通孔４４８及び小径部位４４６の外側空間ｓを介して燃料油が供給される。これによって、噴射孔列Ａの開放タイミングを噴射孔列Ｂより早くすることができる。そのため、噴射孔列Ａ及びＢの位置による制約を受けることなく、各噴射孔列の開放タイミングの設定に自由度を持たすことができる。従って、噴射孔列Ａ及びＢの位置を互いに離れた位置に設定できるので、ハウジング１４の先端部位１４ａの強度を低下させるおそれがない。
【００３０】
また、燃料噴射孔１６ａ〜ｄの方向をスワールａに沿わせ、火炎Ｆａ〜Ｆｄをスワールａに沿う方向に向けて生起させているので、火炎がスワールａによって乱されず、火炎を安定形成できる。そのため、安定した燃焼状態を維持できる。また、シリンダ周辺領域に短い火炎Ｆｃ、Ｆｄを形成するようにしているので、シリンダ周辺領域の温度上昇を抑制し、シリンダライナの焼付きを抑制できる。また、シリンダ中央領域に長い火炎Ｆａ、Ｆｂを形成するようにしているので、燃焼室１１の中央領域で不完全燃焼を抑制し、ＨＣやＣＯ等の発生を抑制できる。
【００３１】
なお、図１中、２点鎖線ｂで示すように、噴射孔列Ａの燃料噴射孔１６ａ、１６ｂの軸方向角度θを小さくし、燃料油の噴射角度をより下方へ向ければ、発生する火炎はスワールａの影響をうけにくくなる。そのため、火炎を安定形成でき、燃焼室１１内での燃焼状態を安定させることができる。
【００３２】
また、噴射孔列をハウジング１４の軸方向に３段に配置し、これら３段の噴射孔列に対応して、スプール弁４４Ａの大径円筒部位を３個形成し、該大径円筒部位の間に小径円筒部位を配置し、これら３段の噴射孔列の開閉タイミングを夫々異なるように制御してもよい。例えば、上段の噴射孔列の開放時間を最も長くし、下段の噴射孔列の開放時間を最も短くし、中段の噴射孔列の開放時間を上下段噴射孔列の中間の長さとする。これによって、燃焼室１１の燃焼状態をさらに精密に制御できる。
【００３３】
第１実施形態では、噴射孔列Ａの開放時間を噴射孔列Ｂの開放時間より長くするように構成したが、逆に、噴射孔列Ｂの開放時間を噴射孔列Ａの開放時間より長くするように構成してもよい。これによっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
（実施形態２）
次に、本発明装置の第２実施形態を図６〜図８により説明する。本実施形態のスプール弁４４Ｂは、前記第１実施形態のスプール弁４４Ａの構成と比べて、燃料供給孔４４０及び小径部位４４６に設けられた貫通孔４４８をなくし、代わりに、上部大径部位４４２の周辺領域に、８個の同一径の貫通孔４５０をスプール弁４４Ｂの軸方向に等間隔に穿設している。また、下部大径部位４４４に貫通孔４５０と同様の構成で、スプール弁４４Ｂの軸方向に８個の貫通孔４５２を設けている。その他の構成は第１実施形態と同一であり、同一の部位又は機器には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３５】
これによって、燃料油は、スプール弁４４Ｂの上昇時に、燃料供給路２４から貫通孔４５０及び外側空間ｓを通して噴射孔列Ａに供給される。また、燃料油は外側空間ｓ及び貫通孔４５２を通して噴射孔列Ｂに供給される。本実施形態によっても、第１実施形態と同様に、噴射孔列Ａの開放タイミングを噴射孔列Ｂより早くすることができる。即ち、噴射孔列Ａ及びＢの位置による制約を受けることなく、各噴射孔列の開放タイミングの設定に自由度を持たすことができる。さらに加えて、同一径の貫通孔４５０、４５２を穿設するだけで済むので、スプール弁４４Ｂの加工が容易になる。
【００３６】
（実施形態３）
次に、本発明装置の第３実施形態を図９〜図１２により説明する。本実施形態のスプール弁４４Ｃは、上部大径部位４４２に４個の同一径の貫通孔４５４が軸方向に９０°間隔で設けられている。また、下部大径部位４４４に貫通孔４５４と同一の構成で４個の貫通孔４５６が設けられている。また、上部大径部位４４２の上方に、貫通孔４５４の内側半円に連なる面を有する４個の半円状断面の凹溝４５８が、スプール弁４４Ｃの軸方向に９０°間隔で刻設されている。さらに、小径部位４４６に、貫通孔４５４、４５６の内側半円に連なる面を有する４個の半円状断面の凹溝４６０が、スプール弁４４Ｃの軸方向に９０°間隔で刻設されている。その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００３７】
これによって、スプール弁４４Ｃの上昇時に、燃料油は、燃料供給路２４から凹溝４５８、貫通孔４５４及び外側空間ｓを通して噴射孔列Ａに供給されると共に、燃料供給路２４から凹溝４５８、貫通孔４５４、凹溝４６０、貫通孔４５６及び下方空間２５を通して噴射孔列Ｂに供給される。本実施形態によっても、第１実施形態と同様に、噴射孔列Ａの開放タイミングを噴射孔列Ｂより早くすることができる。即ち、噴射孔列Ａ及びＢの位置による制約を受けることなく、各噴射孔列の開放タイミングの設定に自由度を持たすことができる。
【００３８】
（実施形態４）
次に、第１実施形態の変形例を図１３に基づいて説明する。本変形例は、噴射孔列Ａを構成する燃料噴射孔を図２及び図３中の燃料噴射孔１６ｂ及び１６ｃとし、噴射孔列Ｂを構成する燃料噴射孔を燃料噴射孔１６ａ及び１６ｄとするものである。その他の構成は第１実施形態と同一である。本実施形態では、図１３に示すような火炎分布となる。即ち、噴射孔列Ｂの燃料噴射孔から発生する火炎は、燃焼室１１の中央領域に向かう火炎Ｆｃと燃焼室１１の周辺領域に向かう火炎Ｆｄとで構成される。噴射孔列Ａの燃料噴射孔から発生する火炎は、中間領域に向かう火炎Ｆａ及びＦｂとで構成される。
【００３９】
噴射孔列Ｂから発生する火炎Ｆｃ、Ｆｄは、燃料噴射孔の開放時間が短いため、火炎長が短くなり、噴射孔列Ａから発生する火炎Ｆａ、Ｆｂは、燃料噴射孔の開放時間が噴射孔列Ｂと比べて長いため、火炎長は長くなる。
【００４０】
本実施形態によれば、火炎Ｆａ〜Ｆｄがスワールａに沿った方向に形成するので、火炎がスワールａで乱されず、火炎を安定形成できる。そのため、安定した燃焼状態を維持できる。また、燃焼室１１の周辺領域に短い火炎Ｆｄが形成されるため、シリンダライナの温度上昇を抑制でき、シリンダライナの焼付きを防止できる。また、燃焼室１１の中央領域に短い火炎Ｆｃを形成するため、他方の燃料噴射装置１０から発生する火炎Ｆｃとの干渉をなくし、両火炎Ｆｃ間への空気の流入を促進できるので、燃焼状態を向上できる。また、火炎Ｆｃと火炎Ｆｄとの中間に火炎長の長い火炎Ｆａ及びＦｂを形成するので、中間領域で完全燃焼を達成できる。
【００４１】
（実施形態５）
次に、第１実施形態のさらに別な変形例を図１４に基づいて説明する。本変形例は、噴射孔列Ａを構成する燃料噴射孔１６ａ及び１６ｂと、噴射孔列Ｂを構成する燃料噴射孔１６ｃ及び１６ｄとが、ハウジング１４の周方向で交互に位置するように配設されている。即ち、燃料噴射孔１６ａが燃焼室１１の中央領域に向けて配置され、燃料噴射孔１６ａの外側に向けて燃料噴射孔１６ｃが配置されている。また、燃料噴射孔１６ｃの外側に向けて燃料噴射孔１６ｂが配置され、燃料噴射孔１６ｂの外側で燃焼室１１の周辺領域に向けて燃料噴射孔１６ｄが配置されている。
【００４２】
これによって、各燃料噴射孔１６ａ〜ｄから発生する火炎Ｆａ〜ｄは、シリンダ上方から視て図１４に図示されるように形成される。即ち、火炎長が長い火炎Ｆａ、Ｆｂと火炎長が短い火炎Ｆｃ、Ｆｄとがシリンダ上方から視て交互に並ぶように配置される。
【００４３】
本実施形態によれば、火炎Ｆａ〜Ｆｄがスワールａに沿った方向に形成するので、火炎がスワールａで乱されず、火炎を安定形成できる。そのため、安定した燃焼状態を維持できる。また、シリンダ周辺領域に火炎長が短いＦｄが形成されるので、シリンダ周辺領域の温度上昇を抑制し、シリンダライナの焼付きを抑制できる。また、噴射孔列Ａ及びＢの夫々において、火炎間の間隔を広くでき、かつ噴射孔列Ａ及びＢで火炎の発達に時間差をもたせることができる。そのため、燃料空間を有効利用できると共に、火炎が相互に干渉し合うことがなくなる。従って、火炎が安定するので、燃焼室１１の燃焼状態が安定し、完全燃焼を促進できる。
【００４４】
前記第１実施形態及び第１実施形態の各変形例では、燃料噴射装置１０がシリンダヘッド１２の中心を挟んで周辺部の互いに相対する位置（１８０°位相が異なる位置）に２個設けられた例であるが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、燃料噴射装置がシリンダヘッドの周辺領域に１２０°の等間隔で３個又はそれ以上配置された構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、複数列に設けた燃料噴射孔の開閉タイミングを制御することで、シリンダ内の燃焼状態を改善し、排気中のＨＣやＣＯ等の発生を抑制できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 燃料噴射装置
１２ シリンダヘッド
１４ ハウジング
１４ａ 先端部位
１６ａ〜ｄ 燃料噴射孔
１８、２４ 燃料供給路
２０ チャンバー
２２ 弁座
２５ 下方空間
２６ ニードル弁
２８ 円錐面
３０ コイルバネ
３２、３６ 油路
３４ シリンダ
３８ 油ポンプ
４０ ピストン
４２ カム
４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ スプール弁
４４０ 燃料供給孔
４４２ 上部大径部位
４４４ 下部大径部位
４４６ 小径部位
４４８、４５０，４５２，４５４、４５６ 貫通孔
４５８，４６０ 凹溝
４８ 掃気口
Ａ、Ｂ 噴射孔列
Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ 火炎
Ｏ 中心軸
ａ スワール
ｓ 外側空間（燃料油導入空間）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特に１つのシリンダに２つ以上の燃料噴射弁を配するディーゼル機関に適用されて好適な燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関等の内燃機関に設けられた燃料噴射装置は、シリンダヘッドに、燃料噴射孔を有する先端部位が燃焼室に突出したハウジングが設けられ、該ハウジングの内部にニードル弁が設けられている。該ニードル弁は、ハウジングの内部に供給される燃料油の油圧によって弁座から離れ、開弁することで、燃料噴射孔に燃料油が供給され、該燃料噴射孔から燃料油が噴射される。噴射された燃料油が空気と混合し着火することで、火炎が形成され、燃焼室内に火炎が拡大していく。
【０００３】
しかし、ニードル弁が弁座に着座し、ハウジング内の燃料供給路が閉鎖された後で、ニードル弁の先端から燃料噴射孔までの容積に溜まった燃料油が後垂れする。この後垂れした燃料油が十分に空気と混合できず、不完全燃焼が生じる。また、不完全燃焼後のカーボン等からなる燃え残りが燃焼室の隔壁に付着し、これがディーゼル機関の排気中のＨＣやＣＯ等を増加させる一因にもなっている。
【０００４】
この後垂れを防止する手段が特許文献１に開示されている。特許文献１には、前記ニードル弁に相当する中空スライド弁の先端に、ハウジングの内面に摺接する円筒体が取り付けられ、中空スライド弁の閉止と同時に、該円筒体で燃料噴射孔を閉塞することで、後垂れを防止するようにした構成が開示されている。また、特許文献２及び特許文献３にも同様の後垂れ防止手段が開示されている。なお、特許文献２及び３には、燃料噴射口がハウジングの軸方向で異なる位置に２箇所配置された構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平６−５１１０６４号公報
【特許文献２】特開２００９−３０６０５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２３６５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３のうち、特許文献２及び３には、複数の燃料噴射孔をハウジングの軸方向で異なる位置に配置することが開示されているが、特許文献２及び３では、これら複数の燃料噴射孔の開閉タイミングは常に同一である。従って、特許文献１〜３には、燃料噴射孔の位置や開閉タイミングを考慮することで、燃焼状態を改善することは開示されていない。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、内燃機関に設けられ、燃料の後垂れ防止手段を備えた燃料噴射装置において、燃料噴射孔の位置や開閉タイミングを考慮することで、燃焼状態の改善を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため、本発明の燃料噴射装置は、シリンダヘッドに設けられ、内部に燃料供給路が形成されると共に、先端部位に燃料噴射孔を有するハウジングと、該ハウジングの内部に配置され、燃料油圧により該燃料供給路を開放するニードル弁と、該ニードル弁の先端に設けられ、該ニードル弁の閉弁時に燃料噴射孔を閉鎖するスプール弁とを備えていることを前提とする。この構成では、燃料油が燃料供給路に供給され、ニードル弁が上昇すると同時に、スプール弁も上昇する。スプール弁の上昇によって、燃料噴射孔が開放される。
【０００９】
本発明の特徴的構成は、燃料噴射孔がハウジングの先端部でハウジングの軸方向に複数列に設けられ、燃料供給路と各燃料噴射孔列とをニードル弁の昇降に応じて燃料噴射孔列毎に連通する連通路がスプール弁に設けられ、該連通路は燃料噴射孔列毎に開閉タイミングを変えるように形成されている点にある。
【００１０】
本発明では、スプール弁が上昇する時、燃料噴射孔列毎に開閉タイミングを変えることで、燃焼室内に形成される火炎の長さや火炎による加熱温度の分布を調整できる。これによって、燃料状態を改善して不完全燃焼を回避し、燃焼過程で生じるＨＣやＣＯ等の発生を抑制できる。前記構成に加えて、燃料噴射孔は、ハウジングの中心軸に対して放射方向に形成され、かつハウジングの周方向の任意の位置に配設するようにすれば、燃焼室の燃焼状態をさらに精密に制御できるようになり、排気中のＨＣやＣＯ等の発生をさらに抑制できる。
【００１１】
本発明において、スプール弁は、ハウジングの内面に摺接して摺接領域にある燃料噴射孔を閉じると共に、各燃料噴射孔列に対応して燃料噴射孔列数と同数だけ形成された大径部位と、大径部位の間に形成され、ハウジング内面との間で燃料油導入空間を形成する小径部位とで構成され、スプール弁に設けられた連通路及び燃料油導入空間を介して燃料油を各燃料噴射孔に供給し、各燃料噴射孔列の開閉タイミングを変えるようにするとよい。スプール弁に前記燃料油導入空間を設けることで、燃料噴射孔列の配置位置の制約を受けることなく、燃料噴射孔の開閉タイミングを任意に変更できるようになる。そのため、各燃料噴射孔列間の間隔を十分取ることができ、燃料噴射孔の穿設によるハウジング先端部壁の強度低下を抑制できる。
【００１２】
また、各噴射孔列の開閉タイミングを変えることによって。各燃料噴射孔列毎に燃料噴射孔の開放時間を変えるようにすれば、開放時間に応じて燃料噴射孔を基点として形成される火炎の長さを調整できる。即ち、燃料噴射孔の開放時間が長いほど火炎を長くでき、開放時間が短いほど火炎を短くできる。このように、火炎の長さを燃焼室の各領域で調整することで、燃焼室の燃焼状態を調整できる。
【００１３】
本発明を、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散して配置されたディーゼル機関に適用することができる。この場合、開放時間が長い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔をシリンダ中央領域に向けて配置し、開放時間が短い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔をシリンダ周辺領域に向けて配置するとよい。これによって、シリンダライナ近傍で形成される火炎の火炎長を短くできるので、シリンダライナの温度上昇を抑制でき、シリンダライナの焼付きを抑制できる。また、シリンダ中央領域に形成される火炎の火炎長を長くすることで、不完全燃焼をなくし、ＨＣやＣＯ等の発生を抑制できる。
【００１４】
本発明を、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散して配置されたディーゼル機関に適用するときの別な構成として、開放時間が短い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔をシリンダ中央領域及びシリンダ周辺領域に向けて配置し、開放時間が長い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔をシリンダ中央領域とシリンダ周辺領域との間の領域に向けて配置するとよい。
【００１５】
これによって、シリンダライナの焼付きを抑制できると共に、シリンダ中央領域で形成される火炎の火炎長を短くできる。そのため、シリンダ中央領域で互いに対向する燃料噴射孔から発生する火炎同士の干渉を抑制でき、これによって、シリンダ中央領域への空気の導入を促進し、完全燃焼させることができる。
【００１６】
本発明を、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散して配置されたディーゼル機関に適用するときのさらに別な構成として、開放時間が長い噴射孔列を構成する燃料噴射孔と開放時間が短い噴射孔列を構成する燃料噴射孔とをハウジングの周方向に交互に位置するように配置するとよい。これによって、各燃料噴射孔列の燃料噴射孔間の間隔を広げることができる。そのため、火炎長が異なる火炎が形成時間に差をもって平面視で交互に配置されるので、各火炎が燃焼室内で時間差をもって分散する。そのため、燃料空間を有効利用できると共に、各火炎が相互に干渉し合うことがなくなり、火炎が安定するので、燃焼室の燃焼状態を安定させ、完全燃焼を促進できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、スプール弁が上昇する時、燃料噴射孔列毎に開閉タイミングを変更するようにしたので、燃料噴射孔から噴射される燃料油によって燃焼室内に形成される火炎の長さや火炎による加熱温度の分布を調整できるようになる。これによって、不完全燃焼をなくし、燃焼過程で生じるＨＣやＣＯ等の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を２サイクル型の船舶用ディーゼル機関に適用した第１実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２】図１中のＡ―Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１中のＢ―Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】第１実施形態の燃料噴射孔の開放タイミングを示す図である。
【図５】第１実施形態でシリンダ内の火炎分布を示す平面視説明図である。
【図６】本発明装置の第２実施形態に係る部分断面図である。
【図７】図６中のＣ―Ｃ線に沿う断面図である。
【図８】図６中のＤ―Ｄ線に沿う断面図である。
【図９】本発明装置の第３実施形態に係る部分断面図である。
【図１０】図９中のＥ―Ｅ線に沿う断面図である。
【図１１】図９中のＦ―Ｆ線に沿う断面図である。
【図１２】図９中のＧ―Ｇ線に沿う断面図である。
【図１３】本発明を２サイクル型の船舶用ディーゼル機関に適用した第４実施形態に係るシリンダ内の火炎分布を示す平面視説明図である。
【図１４】本発明を２サイクル型の船舶用ディーゼル機関に適用した第５実施形態に係るシリンダ内の火炎分布を示す平面視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２０】
（実施形態１）
本発明を２サイクル型の船舶用大型ディーゼル機関に適用した第１実施形態に係る燃料噴射装置１０を図１〜図５に基づいて説明する。図１は本実施形態の燃料噴射装置１０の全体構成を示す。図１において、円筒形状をしたハウジング１４がシリンダヘッド１２に装着されている。ハウジング１４の先端部位１４ａには、４個の燃料噴射孔１６ａ〜ｄが設けられ、該先端部位１４ａは、シリンダヘッド１２の下面１２ａから燃焼室１１内に突出している。ハウジング１４の内部に設けられた円筒状の空間にニードル弁２６が収納されている。
【００２１】
ハウジング１４の上部から下部へ向けて燃料供給路１８が形成され、燃料供給路１８はチャンバー２０に連通している。チャンバー２０の下面は弁座２２を形成し、弁座２２の内側に燃料供給路２４が形成されている。ニードル弁２６の上方にコイルバネ３０が設けられ、コイルバネ３０のバネ力がニードル弁２６の上面に付勢されている。これによって、燃料供給路１８に燃料油が供給されない時は、ニードル弁２６の円錐面２８が弁座２２に押し付けられ、チャンバー２０の下方に設けられた燃料供給路２４を閉鎖している。
【００２２】
燃料供給路１８には油路３２が接続され、油路３２の他端はシリンダ３４に接続されている。シリンダ３４は油路３６を介して油ポンプ３８に接続されている。シリンダ３４の内部に、カム４２によって往復動するピストン４０が設けられている。油ポンプ３８からシリンダ３４に燃料油が供給され、シリンダ３４内の燃料油は、ピストン４０の上昇によって燃料供給路１８に供給される。燃料供給路１８に供給される燃料油の油圧によってニードル弁２６が上方へ後退し、燃料供給路１８及び２４が連通する。
【００２３】
ニードル弁２６の先端には、スプール弁４４Ａが取り付けられている。スプール弁４４Ａの軸方向に、燃料供給路２４とスプール弁４４Ａより下方の空間２５とを連通する燃料供給孔４４０が設けられている。スプール弁４４Ａは、上下端に円筒形状の上部大径部位４４２及び下部大径部位４４４が形成され、これら大径部位の間に円筒形状の小径部位４４６が形成されている。上部大径部位４４２及び下部大径部位４４４はハウジング１４の内面に摺接し、燃料噴射孔を覆う位置にきたとき、燃料噴射孔を閉鎖する。小径部位４４６には９０°ずつ位相をずらせて４個の同一径の貫通孔４４８が半径方向に設けられている。
【００２４】
４個の燃料噴射孔１６ａ〜ｄは、ハウジング１４の軸方向の異なる位置に設けられた２つの噴射孔列Ａ及びＢに分けて配置されている。上方の噴射孔列Ａは、燃料噴射孔１６ａ及び１６ｂで構成され、下方の噴射孔列Ｂは、燃料噴射孔１６ｃ及び１６ｄで構成されている。図２及び図３に示すように、各燃料噴射孔１６ａ〜ｄは、ハウジング１４の中心軸Ｏに対して放射方向に向けて形成されている。また、燃料噴射孔１６ａ及び１６ｂは、ハウジング１４の周方向で、シリンダ内の中央領域に向けて配置され、燃料噴射孔１６ｃ及び１６ｄは、シリンダ内の周辺領域に向けて配置されている。
【００２５】
かかる構成において、油路３２から燃料供給路１８に燃料油が供給されないとき、ニードル弁２６は弁座２２に着座し、燃料供給路２４を閉鎖している。油路３２から燃料供給路１８に燃料油が供給されると、燃料油の油圧によって、コイルバネ３０のバネ力に抗してニードル弁２６が上昇し、燃料供給路２４を開放する。これによって、燃料油は燃料供給路１８及び２４から燃料供給孔４４０を通り、下方空間２５に達すると共に、４個の貫通孔４４８を経て小径部位４４６の外側空間ｓに供給される。油路３２から燃料油の供給がなくなると、ニードル弁２６は下降して弁座２２に着座し、燃料供給路２４を閉鎖する。
【００２６】
また、ニードル弁２６の上昇及び下降と同時に、ニードル弁２６と一体のスプール弁４４Ａが上昇及び下降する。スプール弁４４Ａの上昇及び下降によって、噴射孔列Ａ及びＢは、図４に示す開閉動作を行う。即ち、ニードル弁２６が弁座２２に着座している時、噴射孔列Ａ及びＢの全燃料噴射孔１６ａ〜ｄは上部大径部位４４２及び下部大径部位４４４によって閉塞されている。スプール弁４４Ａが上昇すると、先に噴射孔列Ａの燃料噴射孔１６ａ、１６ｂが開く。スプール弁４４Ａがさらに上昇すると、全燃料噴射孔１６ａ〜ｄが開く。スプール弁４４Ａが下降を開始すると、先に噴射孔列Ｂの燃料噴射孔１６ｃ、１６ｄが閉じられ、スプール弁４４Ａが弁座２２に着座すると、全燃料噴射孔１６ａ〜ｄが閉じられる。
【００２７】
図５はシリンダ内の火炎分布を示す平面視説明図である。図において、シリンダヘッド１２の中央に掃気口４８が設けられている。掃気口４８から排出する排気によって、燃焼室１１に時計方向向きのスワールａが生起する。燃料噴射装置１０は、シリンダヘッド１２の中心を挟んで周辺部の互いに相対する位置（１８０°位相が異なる位置）に２個設けられている。図中、噴射孔列Ａの燃料噴射孔１６ａ、１６ｂから噴射された燃料油から火炎Ｆａ、Ｆｂが形成され、噴射孔列Ｂの燃料噴射孔１６ａ、１６ｂから噴射された燃料油から火炎Ｆｃ、Ｆｄが形成される。
【００２８】
燃料噴射孔１６ａ〜ｄはいずれもスワールａの方向に沿うように向けられ、これらの燃料噴射孔から形成される火炎はいずれもスワールａの方向に沿って形成されている。また、噴射孔列Ａの燃料噴射孔１６ａ、１６ｂの開放時間が噴射孔列Ｂの燃料噴射孔１６ｃ、１６ｄの開放時間より長いため、火炎Ｆａ、Ｆｂは火炎Ｆｃ、Ｆｄより長い火炎を形成できる。
【００２９】
本実施形態によれば、ハウジング１４の先端部位１４ａに軸方向に異なる位置に噴射孔列Ａ及びＢを設け、噴射孔列Ｂに対しては、燃料供給孔４４０から下方空間２５を介して燃料油が供給されるのに対し、噴射孔列Ａに対しては、燃料供給孔４４０から貫通孔４４８及び小径部位４４６の外側空間ｓを介して燃料油が供給される。これによって、噴射孔列Ａの開放タイミングを噴射孔列Ｂより早くすることができる。そのため、噴射孔列Ａ及びＢの位置による制約を受けることなく、各噴射孔列の開放タイミングの設定に自由度を持たすことができる。従って、噴射孔列Ａ及びＢの位置を互いに離れた位置に設定できるので、ハウジング１４の先端部位１４ａの強度を低下させるおそれがない。
【００３０】
また、燃料噴射孔１６ａ〜ｄの方向をスワールａに沿わせ、火炎Ｆａ〜Ｆｄをスワールａに沿う方向に向けて生起させているので、火炎がスワールａによって乱されず、火炎を安定形成できる。そのため、安定した燃焼状態を維持できる。また、シリンダ周辺領域に短い火炎Ｆｃ、Ｆｄを形成するようにしているので、シリンダ周辺領域の温度上昇を抑制し、シリンダライナの焼付きを抑制できる。また、シリンダ中央領域に長い火炎Ｆａ、Ｆｂを形成するようにしているので、燃焼室１１の中央領域で不完全燃焼を抑制し、ＨＣやＣＯ等の発生を抑制できる。
【００３１】
なお、図１中、２点鎖線ｂで示すように、噴射孔列Ａの燃料噴射孔１６ａ、１６ｂの軸方向角度θを小さくし、燃料油の噴射角度をより下方へ向ければ、発生する火炎はスワールａの影響をうけにくくなる。そのため、火炎を安定形成でき、燃焼室１１内での燃焼状態を安定させることができる。
【００３２】
また、噴射孔列をハウジング１４の軸方向に３段に配置し、これら３段の噴射孔列に対応して、スプール弁４４Ａの大径円筒部位を３個形成し、該大径円筒部位の間に小径円筒部位を配置し、これら３段の噴射孔列の開閉タイミングを夫々異なるように制御してもよい。例えば、上段の噴射孔列の開放時間を最も長くし、下段の噴射孔列の開放時間を最も短くし、中段の噴射孔列の開放時間を上下段噴射孔列の中間の長さとする。これによって、燃焼室１１の燃焼状態をさらに精密に制御できる。
【００３３】
第１実施形態では、噴射孔列Ａの開放時間を噴射孔列Ｂの開放時間より長くするように構成したが、逆に、噴射孔列Ｂの開放時間を噴射孔列Ａの開放時間より長くするように構成してもよい。これによっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３４】
（実施形態２）
次に、本発明装置の第２実施形態を図６〜図８により説明する。本実施形態のスプール弁４４Ｂは、前記第１実施形態のスプール弁４４Ａの構成と比べて、燃料供給孔４４０及び小径部位４４６に設けられた貫通孔４４８をなくし、代わりに、上部大径部位４４２の周辺領域に、８個の同一径の貫通孔４５０をスプール弁４４Ｂの軸方向に等間隔に穿設している。また、下部大径部位４４４に貫通孔４５０と同様の構成で、スプール弁４４Ｂの軸方向に８個の貫通孔４５２を設けている。その他の構成は第１実施形態と同一であり、同一の部位又は機器には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００３５】
これによって、燃料油は、スプール弁４４Ｂの上昇時に、燃料供給路２４から貫通孔４５０及び外側空間ｓを通して噴射孔列Ａに供給される。また、燃料油は外側空間ｓ及び貫通孔４５２を通して噴射孔列Ｂに供給される。本実施形態によっても、第１実施形態と同様に、噴射孔列Ａの開放タイミングを噴射孔列Ｂより早くすることができる。即ち、噴射孔列Ａ及びＢの位置による制約を受けることなく、各噴射孔列の開放タイミングの設定に自由度を持たすことができる。さらに加えて、同一径の貫通孔４５０、４５２を穿設するだけで済むので、スプール弁４４Ｂの加工が容易になる。
【００３６】
（実施形態３）
次に、本発明装置の第３実施形態を図９〜図１２により説明する。本実施形態のスプール弁４４Ｃは、上部大径部位４４２に４個の同一径の貫通孔４５４が軸方向に９０°間隔で設けられている。また、下部大径部位４４４に貫通孔４５４と同一の構成で４個の貫通孔４５６が設けられている。また、上部大径部位４４２の上方に、貫通孔４５４の内側半円に連なる面を有する４個の半円状断面の凹溝４５８が、スプール弁４４Ｃの軸方向に９０°間隔で刻設されている。さらに、小径部位４４６に、貫通孔４５４、４５６の内側半円に連なる面を有する４個の半円状断面の凹溝４６０が、スプール弁４４Ｃの軸方向に９０°間隔で刻設されている。その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００３７】
これによって、スプール弁４４Ｃの上昇時に、燃料油は、燃料供給路２４から凹溝４５８、貫通孔４５４及び外側空間ｓを通して噴射孔列Ａに供給されると共に、燃料供給路２４から凹溝４５８、貫通孔４５４、凹溝４６０、貫通孔４５６及び下方空間２５を通して噴射孔列Ｂに供給される。本実施形態によっても、第１実施形態と同様に、噴射孔列Ａの開放タイミングを噴射孔列Ｂより早くすることができる。即ち、噴射孔列Ａ及びＢの位置による制約を受けることなく、各噴射孔列の開放タイミングの設定に自由度を持たすことができる。
【００３８】
（実施形態４）
次に、第１実施形態の変形例を図１３に基づいて説明する。本変形例は、噴射孔列Ａを構成する燃料噴射孔を図２及び図３中の燃料噴射孔１６ｂ及び１６ｃとし、噴射孔列Ｂを構成する燃料噴射孔を燃料噴射孔１６ａ及び１６ｄとするものである。その他の構成は第１実施形態と同一である。本実施形態では、図１３に示すような火炎分布となる。即ち、噴射孔列Ｂの燃料噴射孔から発生する火炎は、燃焼室１１の中央領域に向かう火炎Ｆｃと燃焼室１１の周辺領域に向かう火炎Ｆｄとで構成される。噴射孔列Ａの燃料噴射孔から発生する火炎は、中間領域に向かう火炎Ｆａ及びＦｂとで構成される。
【００３９】
噴射孔列Ｂから発生する火炎Ｆｃ、Ｆｄは、燃料噴射孔の開放時間が短いため、火炎長が短くなり、噴射孔列Ａから発生する火炎Ｆａ、Ｆｂは、燃料噴射孔の開放時間が噴射孔列Ｂと比べて長いため、火炎長は長くなる。
【００４０】
本実施形態によれば、火炎Ｆａ〜Ｆｄがスワールａに沿った方向に形成するので、火炎がスワールａで乱されず、火炎を安定形成できる。そのため、安定した燃焼状態を維持できる。また、燃焼室１１の周辺領域に短い火炎Ｆｄが形成されるため、シリンダライナの温度上昇を抑制でき、シリンダライナの焼付きを防止できる。また、燃焼室１１の中央領域に短い火炎Ｆｃを形成するため、他方の燃料噴射装置１０から発生する火炎Ｆｃとの干渉をなくし、両火炎Ｆｃ間への空気の流入を促進できるので、燃焼状態を向上できる。また、火炎Ｆｃと火炎Ｆｄとの中間に火炎長の長い火炎Ｆａ及びＦｂを形成するので、中間領域で完全燃焼を達成できる。
【００４１】
（実施形態５）
次に、第１実施形態のさらに別な変形例を図１４に基づいて説明する。本変形例は、噴射孔列Ａを構成する燃料噴射孔１６ａ及び１６ｂと、噴射孔列Ｂを構成する燃料噴射孔１６ｃ及び１６ｄとが、ハウジング１４の周方向で交互に位置するように配設されている。即ち、燃料噴射孔１６ａが燃焼室１１の中央領域に向けて配置され、燃料噴射孔１６ａの外側に向けて燃料噴射孔１６ｃが配置されている。また、燃料噴射孔１６ｃの外側に向けて燃料噴射孔１６ｂが配置され、燃料噴射孔１６ｂの外側で燃焼室１１の周辺領域に向けて燃料噴射孔１６ｄが配置されている。
【００４２】
これによって、各燃料噴射孔１６ａ〜ｄから発生する火炎Ｆａ〜ｄは、シリンダ上方から視て図１４に図示されるように形成される。即ち、火炎長が長い火炎Ｆａ、Ｆｂと火炎長が短い火炎Ｆｃ、Ｆｄとがシリンダ上方から視て交互に並ぶように配置される。
【００４３】
本実施形態によれば、火炎Ｆａ〜Ｆｄがスワールａに沿った方向に形成するので、火炎がスワールａで乱されず、火炎を安定形成できる。そのため、安定した燃焼状態を維持できる。また、シリンダ周辺領域に火炎長が短いＦｄが形成されるので、シリンダ周辺領域の温度上昇を抑制し、シリンダライナの焼付きを抑制できる。また、噴射孔列Ａ及びＢの夫々において、火炎間の間隔を広くでき、かつ噴射孔列Ａ及びＢで火炎の発達に時間差をもたせることができる。そのため、燃料空間を有効利用できると共に、火炎が相互に干渉し合うことがなくなる。従って、火炎が安定するので、燃焼室１１の燃焼状態が安定し、完全燃焼を促進できる。
【００４４】
前記第１実施形態及び第１実施形態の各変形例では、燃料噴射装置１０がシリンダヘッド１２の中心を挟んで周辺部の互いに相対する位置（１８０°位相が異なる位置）に２個設けられた例であるが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、燃料噴射装置がシリンダヘッドの周辺領域に１２０°の等間隔で３個又はそれ以上配置された構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、複数列に設けた燃料噴射孔の開閉タイミングを制御することで、シリンダ内の燃焼状態を改善し、排気中のＨＣやＣＯ等の発生を抑制できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 燃料噴射装置
１２ シリンダヘッド
１４ ハウジング
１４ａ 先端部位
１６ａ〜ｄ 燃料噴射孔
１８、２４ 燃料供給路
２０ チャンバー
２２ 弁座
２５ 下方空間
２６ ニードル弁
２８ 円錐面
３０ コイルバネ
３２、３６ 油路
３４ シリンダ
３８ 油ポンプ
４０ ピストン
４２ カム
４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ スプール弁
４４０ 燃料供給孔
４４２ 上部大径部位
４４４ 下部大径部位
４４６ 小径部位
４４８、４５０，４５２，４５４、４５６ 貫通孔
４５８，４６０ 凹溝
４８ 掃気口
Ａ、Ｂ 噴射孔列
Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ 火炎
Ｏ 中心軸
ａ スワール
ｓ 外側空間（燃料油導入空間）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに設けられ、内部に燃料供給路が形成されると共に、先端部位に燃料噴射孔を有するハウジングと、該ハウジングの内部に配置され、燃料油圧により該燃料供給路を開放するニードル弁と、該ニードル弁の先端に設けられ、該ニードル弁の閉弁時に前記燃料噴射孔を閉鎖するスプール弁とを備えた燃料噴射装置において、
前記燃料噴射孔が前記ハウジングの先端部でハウジングの軸方向に複数列に設けられ、
前記燃料供給路と各燃料噴射孔列とを前記ニードル弁の昇降に応じて燃料噴射孔列毎に連通する連通路が前記スプール弁に設けられ、該連通路は燃料噴射孔列毎に開閉タイミングを変えるように形成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔は、前記ハウジングの中心軸に対して放射方向に形成され、かつ前記ハウジングの周方向の任意の位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記スプール弁は、前記ハウジングの内面に摺接して摺接領域にある燃料噴射孔を閉じると共に、前記各燃料噴射孔列に対応して該燃料噴射孔列数と同数だけ形成された大径部位と、該大径部位の間に形成され、ハウジング内面との間で燃料油導入空間を形成する小径部位とで構成され、
前記連通路及び前記燃料油導入空間を介して燃料油を各燃料噴射孔列に供給し、前記開閉タイミングを変えるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記開閉タイミングを変えることによって、各燃料噴射孔列毎に燃料噴射孔の開放時間を変えるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
ディーゼル機関に適用され、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散してに配置され、
開放時間が長い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔がシリンダ中央領域に向けて配置され、開放時間が短い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔がシリンダ周辺領域に向けて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
ディーゼル機関に適用され、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散してに配置され、
開放時間が短い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔がシリンダ中央領域及びシリンダ周辺領域に向けて配置され、開放時間が長い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔が前記シリンダ中央領域とシリンダ周辺領域との間の領域に向けて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
ディーゼル機関に適用され、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散して配置され、
開放時間が長い噴射孔列を構成する燃料噴射孔と開放時間が短い噴射孔列を構成する燃料噴射孔とが前記ハウジングの周方向に交互に位置するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項１】
シリンダヘッドに設けられ、内部に燃料供給路が形成されると共に、先端部位に燃料噴射孔を有するハウジングと、該ハウジングの内部に配置され、燃料油圧により該燃料供給路を開放するニードル弁と、該ニードル弁の先端に設けられ、該ニードル弁の閉弁時に前記燃料噴射孔を閉鎖するスプール弁とを備えた燃料噴射装置において、
前記燃料噴射孔が前記ハウジングの先端部でハウジングの軸方向に複数列に設けられ、
前記燃料供給路と各燃料噴射孔列とを前記ニードル弁の昇降に応じて燃料噴射孔列毎に連通する連通路が前記スプール弁に設けられ、該連通路は燃料噴射孔列毎に開閉タイミングを変えるように形成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔は、前記ハウジングの中心軸に対して放射方向に形成され、かつ前記ハウジングの周方向の任意の位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記スプール弁は、前記ハウジングの内面に摺接して摺接領域にある燃料噴射孔を閉じると共に、前記各燃料噴射孔列に対応して該燃料噴射孔列数と同数だけ形成された大径部位と、該大径部位の間に形成され、ハウジング内面との間で燃料油導入空間を形成する小径部位とで構成され、
前記連通路及び前記燃料油導入空間を介して燃料油を各燃料噴射孔列に供給し、前記開閉タイミングを変えるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記開閉タイミングを変えることによって、各燃料噴射孔列毎に燃料噴射孔の開放時間を変えるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
ディーゼル機関に適用され、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散してに配置され、
開放時間が長い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔がシリンダ中央領域に向けて配置され、開放時間が短い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔がシリンダ周辺領域に向けて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
ディーゼル機関に適用され、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散してに配置され、
開放時間が短い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔がシリンダ中央領域及びシリンダ周辺領域に向けて配置され、開放時間が長い燃料噴射孔列を構成する燃料噴射孔が前記シリンダ中央領域とシリンダ周辺領域との間の領域に向けて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
ディーゼル機関に適用され、複数の燃料噴射装置がシリンダヘッドの周縁部に分散して配置され、
開放時間が長い噴射孔列を構成する燃料噴射孔と開放時間が短い噴射孔列を構成する燃料噴射孔とが前記ハウジングの周方向に交互に位置するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１１３０９６（Ｐ２０１３−１１３０９６Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６７８４（Ｐ２０１１−２５６７８４）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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