(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドの燃焼室内へ燃料を噴射する２段式燃料噴射バルブであって、
先端部の軸線方向に離隔した地点において、同一の中心軸線を基準に放射状に形成される複数のメイン燃料ノズルホールおよび複数の補助燃料ノズルホールと、メイン燃料入口から前記メイン燃料ノズルホールに隣接した地点まで形成されるメイン燃料流入通路と、前記メイン燃料流入通路に連通した状態で軸線方向に沿って形成される第１のメイン燃料チャンバと、補助燃料入口から前記補助燃料ノズルホールに隣接した地点まで形成される補助燃料流入通路と、補助燃料ノズルホールに隣接した別の地点から形成される補助燃料排出通路とを具備するバルブボディ、
前記バルブボディの第１のメイン燃料チャンバ内に軸線方向に沿ってスライド移動可能に挿入されて、補助燃料ノズルホールに連通する補助燃料加圧チャンバを先端部とバルブボディとの間に形成し、第１のメイン燃料チャンバに作用するメイン燃料の圧力を受けて前記先端部へ向かう第１方向に移動しながら補助燃料加圧チャンバ内にある補助燃料を加圧し、補助燃料噴射完了後には、前記メイン燃料流入通路とメイン燃料ノズルホールとを連通させるプランジャ、
前記プランジャを前記第１方向に対して反対方向である第２方向に弾性的に加圧するプランジャスプリング、
前記プランジャの中央に、軸線方向に沿ってスライド移動可能に挿入されるニードルであって、先端には前記補助燃料ノズルホールを塞ぐニードルエンドが形成され、補助燃料加圧チャンバの圧力上昇により前記第２方向に移動して補助燃料加圧チャンバと補助燃料ノズルホールとを連通させる前記ニードル、および
前記ニードルを前記第１方向に弾性的に加圧するように、前記ニードルの後端とプランジャとの間に介在されるニードルスプリングを含むことを特徴とする２段式燃料噴射バルブ。
【請求項２】
前記プランジャの先端部の外周には、前記メイン燃料流入通路の末端に連通する第２のメイン燃料チャンバが周囲に沿って溝形状に形成され、プランジャが前記第２方向に移動しているときには前記メイン燃料ノズルホールを塞ぎ、プランジャが前記第１方向に移動したときにはメイン燃料流入通路とメイン燃料ノズルホールとが連通されることを特徴とする請求項１に記載の２段式燃料噴射バルブ。
【請求項３】
前記プランジャの外周には、前記補助燃料流入通路の末端に連通する補助燃料流入チャンバと、前記補助燃料排出通路の末端に連通する補助燃料排出チャンバとが形成され、
前記ニードルの外周には、前記補助燃料流入チャンバおよび補助燃料加圧チャンバを連通させる第１の縦溝と、前記補助燃料加圧チャンバおよび補助燃料排出チャンバを連通させる第２の縦溝とが形成され、前記第１の縦溝および第２の縦溝は、前記プランジャの前記第１方向または前記第２方向の移動によって前記補助燃料加圧チャンバに対して連通または閉鎖されることを特徴とする請求項１に記載の２段式燃料噴射バルブ。
【請求項４】
前記補助燃料流入チャンバは、前記プランジャの外周縁に沿って溝形状に形成されるグルーブと、該グルーブおよび前記ニードルの第１の縦溝を連通させる連通孔とを備え、
前記補助燃料排出チャンバは、前記プランジャの外周縁に沿って溝形状に形成されるグルーブと、該グルーブおよび前記ニードルの第２の縦溝を連通させる連通孔とを備えることを特徴とする請求項３に記載の２段式燃料噴射バルブ。
【請求項５】
前記バルブボディは、
軸線方向に配置された複数の分割ボディの組立体からなることを特徴とする請求項１に記載の２段式燃料噴射バルブ。
【請求項６】
前記バルブボディは、
メイン燃料入口、第１のメイン燃料流入通路、補助燃料入口、および第１の補助燃料流入通路が形成されるベースボディと、
前記第１のメイン燃料チャンバ、メイン燃料ノズルホールおよび補助燃料ノズルホールが形成されるノズルボディとを備え、前記ノズルボディは、前記ベースボディに軸線方向に沿って組み付けられ、前記ノズルボディには、前記第１のメイン燃料流入通路に連通する第２のメイン燃料流入通路、及び前記第１の補助燃料流入通路と前記補助燃料加圧チャンバとを連通させる第２の補助燃料流入通路が形成されることを特徴とする請求項１に記載の２段式燃料噴射バルブ。
【請求項７】
前記バルブボディは、後端から先端方向に、第１のボディ、第２のボディおよび第３のボディが軸線方向に沿って連結された組立体からなり、前記第１のボディの先端部には、前記第２のボディおよび第３のボディを覆い包んで固定するホルダが連結されることを特徴とする請求項１に記載の２段式燃料噴射バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２段式燃料噴射バルブに関し、より詳細には、１つの機械式燃料噴射バルブがスライド方式の開閉バルブ機能および補助燃料圧縮機能を同時に遂行可能にし、それに合わせて１種類の燃料の２段式の噴射または２種類の燃料の２段式の噴射を可能とし、２種類の燃料が燃焼室の中心部の同軸線上で放射状に噴射されるようにした２段式燃料噴射バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置としては、伝統的な機械式燃料噴射装置と電子制御式燃料噴射装置とがある。
機械式燃料噴射装置は、インジェクションポンプで圧縮された高圧の燃料を、機械式インジェクタを介して燃焼室に噴射する。すなわち、インジェクションポンプでは、クランク軸に連動する燃料カムによってプランジャを駆動して燃料を圧縮し、機械式インジェクタでは、ニードル（またはプッシュロッド）のスライド移動によってノズルホール（ｎｏｚｚｌｅ  ｈｏｌｅ）を開放または閉鎖して燃料を噴射または遮断する。このような機械式燃料噴射装置は、噴射条件（噴射時期、噴射圧力、噴射量）がエンジン回転数に依存する。これは、エンジン回転数に比例して圧力が上昇することを意味するため、回転数が上昇するごとにポンプに大きな負荷が掛かる。また、エンジン回転数に対応した圧力以上に圧力を上昇させることができないので、低速における高圧の噴射が不可能である。また、エンジンの運転状態またはそのエンジンが搭載された船舶、車両または発電所の運行状況に応じて噴射条件を最適に制御することが難しい。また、燃料を多段階で噴射することができないだけでなく、２種類の燃料を噴射することができない。
【０００３】
伝統的な機械式燃料噴射装置の短所を改善したものとして、コモンレール（ｃｏｍｍｏｎ  ｒａｉｌ）を利用した電子制御式燃料噴射装置が知られている。電子制御式燃料噴射装置は、低圧ポンプ、高圧ポンプ、コモンレールおよびソレノイドインジェクタを具備している。燃料は、低圧ポンプと高圧ポンプとを順に通過しながら超高圧に加圧され、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）の圧力制御によりコモンレールから一定の圧力に蓄圧される。そして、エンジン制御ユニットによりソレノイドインジェクタを制御して噴射時期および噴射量を調節する。このような電子制御式燃料噴射装置では、圧力の発生と噴射とが分離されて制御されることにより、低速における高圧噴射が可能であり、運転条件に応じて噴射条件を自由に制御することができるので、エンジン性能（たとえば、出力）や燃費を向上させることができる。また、ソレノイドインジェクタの制御を通じて、たとえば点火噴射（ｐｉｌｏｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）、主噴射（ｍａｉｎ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）および事後噴射（ｐｏｓｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）等といった多段階の噴射が可能となるので、燃費を向上させることができるとともに、排気ガスの低減を実現することができる。しかしながら、このような電子燃料噴射装置も、２種類の燃料を噴射することはできないため、２種燃料エンジン（Ｄｕａｌ  Ｆｕｅｌ  Ｅｎｇｉｎｅ）に活用することが難しい。
【０００４】
２種燃料エンジンまたは２重燃料エンジンは、２つの燃焼モードを有するものである。たとえば、ディーゼル燃料モードにおいて、メイン燃料（たとえば、重油（Ｈｅａｖｙ  Ｆｕｅｌ  Ｏｉｌ），船舶用ディーゼル油（Ｍａｒｉｎｅ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｉｌ））を噴射する前に、補助燃料（たとえば、船舶用ディーゼル油Ｍａｒｉｎｅ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｉｌ，船舶用軽油（Ｍａｒｉｎｅ  Ｇａｓ  Ｏｉｌ））を噴射して燃焼室の燃焼環境を改善して、煤煙、ＮＯｘ改善および燃焼性能を向上させることができる。また、ガス燃料モードでは、燃料噴射量調節装置（ｇｏｖｅｒｎｏｒ）の調整により補助燃料のみを噴射して、ガス流入バルブ（ｇａｓ  ａｄｍｉｓｓｉｏｎ  ｖａｌｖｅ）およびエンジン吸気ポートを介して流入されたガス燃料の安定的な点火を行うことができる。
【０００５】
上述した機械式燃料噴射装置や電子制御式燃料噴射装置に２種類の燃料を噴射するためには、もう一つ別のインジェクタを追加しなければならないため、装置が複雑になり、コストを大きく上昇させることになる。
【０００６】
たとえば、図１７に示された従来の燃料噴射装置では、２種類の燃料を噴射するために、並列式ツインインジェクタ（ｔｗｉｎ  ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を使用している。ツインインジェクタは、一般的な１つの機械式インジェクタと１つのソレノイドインジェクタとを組み合わせて、それぞれ異なる種類の燃料を噴射するようにしたものである。しかし、１つのインジェクタボディに２つの燃料噴射ラインが配列されているため、サイズがより大きくなり、スペースを多く占めることになる。また、２種類の燃料に対応した２つのノズルオリフィスおよび軸が互いに離隔した地点に並んで設置される。このため、２種類の燃料のうちの１つは燃焼室の中心から外れた位置で噴射されざるを得ず、燃焼性能を最適化することが難しい。また、粒子物質を多量に含んでいるメイン燃料（重油）の噴射時に補助燃料ノズルオリフィスが詰まるおそれがある。また、補助噴射のために、コモンレール、高圧ポンプ、ソレノイドインジェクタをさらに追加設置しなければならないことにより、費用が高くなり、かつシステムが複雑になるという短所がある。
【０００７】
また、別の例として、２種類の燃料の２段式噴射のために、燃焼室中央に配置された既存の機械式メインインジェクタ以外に、別途に製造された電子式補助インジェクタをメインインジェクタ周辺に傾いた状態で追加設置した例もある。しかし、これは、補助噴射がシリンダヘッドの中心で行われずに横側で行われ、噴射方向（角度）も片方に偏るため、燃焼性能が良くないという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、１つの機械式インジェクタで、２段階の燃料噴射を可能にするのみならず、２種類の燃料噴射も可能にする２段式燃料噴射バルブを提供することにより、最小の費用で燃焼性能を向上させるとともに排気ガスの低減を図る２段式燃料噴射バルブを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の別の目的は、１つの機械式燃料噴射バルブでメインノズルホールおよび補助ノズルホールの選択的な開閉のみならず、補助燃料の圧縮機能を同時に遂行可能にすることにより、構造が簡単かつ補助燃料を圧縮するための別途の圧縮ポンプを不要にすることにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、２種類の燃料を燃焼室中心部の同軸線上で噴射することにより、燃焼性能を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
シリンダヘッドの燃焼室内へ燃料を噴射する２段式燃料噴射バルブであって、先端部の軸線方向に離隔した地点において、同一の中心軸線を基準に放射状に形成される複数のメイン燃料ノズルホールおよび複数の補助燃料ノズルホールと、メイン燃料入口から前記メイン燃料ノズルホールに隣接した地点まで形成されるメイン燃料流入通路と、前記メイン燃料流入通路に連通した状態で軸線方向に沿って形成される第１のメイン燃料チャンバと、補助燃料入口から前記補助燃料ノズルホールに隣接した地点まで形成される補助燃料流入通路と、補助燃料ノズルホールに隣接した別の地点から形成される補助燃料排出通路とを具備するバルブボディ、前記バルブボディの第１のメイン燃料チャンバ内に軸線方向に沿ってスライド移動可能に挿入されて、補助燃料ノズルホールに連通する補助燃料加圧チャンバを先端部とバルブボディとの間に形成し、第１のメイン燃料チャンバに作用するメイン燃料の圧力を受けて前進しながら補助燃料加圧チャンバ内にある補助燃料を加圧し、補助燃料噴射完了後には、前記メイン燃料流入通路とメイン燃料ノズルホールとを連通させるプランジャ、前記プランジャを後退方向に弾性的に加圧するプランジャスプリング、前記プランジャの中央に、軸線方向に沿ってスライド移動可能に挿入されるニードルであって、先端には前記補助燃料ノズルホールを塞ぐニードルエンドが形成され、補助燃料加圧チャンバの圧力上昇により後退して補助燃料加圧チャンバと補助燃料ノズルホールとを連通させるニードル、および、前記ニードルを前進方向に弾性的に加圧するように、前記ニードルの後端とプランジャとの間に介在されるニードルスプリングを含む。
【００１２】
前記プランジャの先端部の外周には、前記メイン燃料流入通路の末端に連通する第２のメイン燃料チャンバが周囲に沿って溝形状に形成され、プランジャが後退しているときには前記メイン燃料ノズルホールを塞ぎ、プランジャが前進したときにはメイン燃料流入通路とメイン燃料ノズルホールとが連通される。
【００１３】
また、前記プランジャの外周には、前記補助燃料流入通路の末端に連通する補助燃料流入チャンバと、前記補助燃料排出通路の末端に連通する補助燃料排出チャンバが形成され、前記ニードルの外周には、前記補助燃料流入チャンバおよび補助燃料加圧チャンバを連通させる第１の縦溝と、前記補助燃料加圧チャンバおよび補助燃料排出チャンバを連通させる第２の縦溝とが形成される。前記第１の縦溝および第２の縦溝は、前記プランジャの後退または前進によって前記補助燃料加圧チャンバに対して連通または閉鎖される。
【００１４】
この場合、前記補助燃料流入チャンバは、前記プランジャの外周縁に沿って溝形状に形成されるグルーブと、該グルーブおよび前記ニードルの第１の縦溝を連通させる連通孔とを備えてよく、前記補助燃料排出チャンバは、前記プランジャの外周縁に沿って溝形状に形成されるグルーブと、該グルーブおよび前記ニードルの第２の縦溝を連通させる連通孔とを備えてよい。
【００１５】
前記バルブボディは、軸線方向に沿って複数の節に分けられた複数の分割ボディの組立体からなってよい。
この場合、前記バルブボディは、メイン燃料入口、第１のメイン燃料流入通路、補助燃料入口、および第１の補助燃料流入通路が形成されるベースボディと、前記第１のメイン燃料チャンバ、メイン燃料ノズルホールおよび補助燃料ノズルホールが形成されるノズルボディとを備え、前記ノズルボディは、前記ベースボディに軸線方向に沿って組み付けられ、前記ノズルボディには、前記第１のメイン燃料流入通路に連通する第２のメイン燃料流入通路、前記第１の補助燃料流入通路と前記補助燃料加圧チャンバとを連通させる第２の補助燃料流入通路が形成されてよい。
【００１６】
他方、前記バルブボディは、後端から先端方向に、第１のボディ、第２のボディおよび第３のボディが軸線方向に沿って連結された組立体により構成し、前記第１のボディの先端部には、前記第２のボディおよび第３のボディを覆い包んで固定するホルダが連結されてよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の２段式燃料噴射バルブは、インジェクションポンプから圧送されるメイン燃料の圧力を、プランジャを介して補助燃料加圧チャンバに伝達して補助燃料を加圧する。補助燃料の加圧によってニードルをスライドバルブ方式で作動させて補助燃料を噴射する。補助燃料噴射後、メイン燃料ノズルホールを開放してメイン燃料を噴射することにより、２段式の燃料噴射を可能にしたものである。また、メイン燃料および補助燃料通路と、ノズルホールとを１つのボディに２元化して配置することにより、２種類の燃料を噴射可能にしたものである。
【００１８】
したがって、本発明によれば、１つの機械式インジェクタにより、２段階の燃料噴射を可能にするだけでなく２種類の燃料噴射を可能にし、また構造を簡単にできる。
また、１つの機械式燃料噴射バルブによりメインノズルホールと補助ノズルホールとを選択的に開閉することができ、メイン燃料の圧力を受けて補助燃料を圧縮することができるので、簡単な構造によって補助燃料を圧縮することができ、補助燃料を圧縮するための別途のインジェクションポンプが不要である。
【００１９】
また、１つのボディにおいて２種類の燃料が燃焼室中心部の同軸線上で放射状に噴射されることにより、燃焼性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る２段式燃料噴射バルブの構造を示した断面図である。
【図２】図１のメインノズルホールおよび補助ノズルホールの配置状態を示す底面図である。
【図３】図１の２段式燃料噴射バルブのヘッド部分を拡大して示した図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図５】図３のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図６】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図７】図４のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、燃料噴射バルブの燃料噴射動作開始前の補助燃料循環ラインの連通状態を示した図である。
【図８】本発明に係る２段式燃料噴射バルブの燃料噴射動作開始前の状態を示す図である。
【図９】図８の状態の後、メイン燃料の圧力によって補助燃料の圧縮を開始した初期の状態を示す図である。
【図１０】図９の状態の後、補助燃料が噴射される状態を示す図である。
【図１１】図１０の状態の後、補助燃料は遮断され、メイン燃料が噴射される状態を示す図である。
【図１２】メイン燃料噴射完了後の状態を示す図である。
【図１３】本発明の別の実施形態に係る２段式燃料噴射バルブの構造を示す図である。
【図１４】図１３のヘッド部分を拡大して示した図である。
【図１５】補助燃料循環ラインに沿って切断した断面図である。
【図１６】図１５のヘッド部分を拡大して示した図である。
【図１７】従来の並列式ツインインジェクタを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態をさらに詳細に説明する。
図１および図２は、本発明に係る２段式燃料噴射バルブを示したものであり、図１には断面図が、図２には図１の底面図が示されている。
【００２２】
図１および図２に示されるように、本発明の２段式燃料噴射バルブは、先端部（図１における下側端部）に、メイン燃料ノズルホール２０２および補助燃料ノズルホール２０４が形成されたバルブボディ（又は、インジェクタボディと称する）１００ａを具備する。
【００２３】
メイン燃料ノズルホール２０２および補助燃料ノズルホール２０４は、軸線方向に離隔した地点で、同一の中心軸線Ｘを基準に、放射状に形成される。したがって、２種類の燃料が燃焼室中心部の同軸線上で放射状に噴射されることにより、燃焼性能を高め得る。
【００２４】
バルブボディ１００ａには、メイン燃料入口１１２および補助燃料入口１２２が形成されている。メイン燃料入口１１２からメイン燃料ノズルホール２０２に隣接した地点までは、メイン燃料流入通路１１０，２１０が形成される。メイン燃料流入通路１１０，２１０系統には、メイン燃料流入通路１１０，２１０に連通する第１のメイン燃料チャンバ２０６が軸線方向に沿って形成される。また、補助燃料入口１２２からの補助燃料ノズルホール２０４に隣接した地点までは、補助燃料流入通路１２０，２２０が形成される。補助燃料ノズルホール２０４に隣接した別の地点には、補助燃料排出通路２３０（図７参照）が形成される。
【００２５】
このようなバルブボディ１００ａの第１のメイン燃料チャンバ２０６内には、プランジャ３００が軸線方向に沿ってスライド移動可能に挿入されている。プランジャ３００後端部の第１のメイン燃料チャンバ２０６は、メイン燃料の圧力が作用する、いわゆる「圧力シリンダ」の役割をする。プランジャ３００の先端部には、補助燃料ノズルホール２０４に連通する補助燃料加圧チャンバ３０２が形成される。したがって、第１のメイン燃料チャンバ２０６に作用するメイン燃料の圧力（インジェクションポンプからの圧力）がプランジャ３００の後端部に作用すると、プランジャ３００は前記先端部へ向かう第１方向（以下、「前進方向」という）に移動して補助燃料加圧チャンバ３０２内にある補助燃料を加圧する。すなわち、プランジャ３００が補助燃料を加圧するインジェクションポンプまたは燃料ポンプとして作用する。したがって、補助燃料を加圧する別途の装置が不要である。このようなプランジャ３００は、加圧された補助燃料が補助燃料ノズルホール２０４を介して噴射完了した時点以後に、メイン燃料流入通路１１０，２１０とメイン燃料ノズルホール２０２とを連通させてメイン燃料が噴射されるようにする。
【００２６】
プランジャ３００は、プランジャスプリング５００によって後退方向（後方）に弾性的に加圧される。プランジャスプリング５００は、第１のメイン燃料チャンバ２０６に作用する圧力に対抗することになる。第１のメイン燃料チャンバ２０６に作用する圧力がプランジャスプリング５００の復元力よりも大きいならば、プランジャ３００は先端方向に前
進する。逆に、プランジャスプリング５００の復元力が第１のメイン燃料チャンバ２０６に作用する圧力よりも大きいならば、プランジャ３００は後端方向（前記第１方向に対して反対方向である第２方向）に後退する。
【００２７】
プランジャ３００の内部には、ニードル４００が軸線方向に沿ってスライド移動可能に挿入されている。プランジャ３００は、その先端に補助燃料ノズルホール２０４を塞ぐニードルエンド４１０を具備する。ニードル４００が補助燃料加圧チャンバ３０２の圧力を受けて後退すると、補助燃料ノズルホール２０４が開いて補助燃料加圧チャンバ３０２にある補助燃料が噴射される。
【００２８】
前記ニードル４００は、ニードルスプリング６００によって前進方向に弾性的に加圧される。すなわち、ニードルスプリング６００は補助燃料加圧チャンバ３０２の圧力に対抗して補助燃料ノズルホール２０４を塞ぐ方向にニードル４００を弾性的に加圧する。プランジャ３００によって、補助燃料加圧チャンバ３０２の内部にある補助燃料の圧力が、ニードルスプリング６００が有する弾性的加圧力以上に上昇すると、ニードル４００が後退することになるのである。
【００２９】
バルブボディ１００ａは、軸線方向に沿って複数の節に分けられた複数の分割ボディの組立体により構成してよい。これは、バルブボディ１００ａの機械加工および部品の組立を容易にするために好ましい。図１に示された実施形態において、バルブボディ１００ａは、２つの節、すなわち、ベースボディ１００とノズルボディ２００とに分割されて、軸線方向に沿って連結された形態を有する。バルブボディ１００ａは、図１に示された実施形態のように、必ずしも２つの節（ボディ）に分けられていなくてもよく、機械加工、組立等の条件に応じて３つ以上のボディに分けて作製し、連結してもよい。また、分けられた分割ボディ（たとえば、ベースボディ１００およびノズルボディ２００）のサイズ、長さ、分割比率等は重要ではない。加工、組立、機構的動作が円滑に行われる範囲内で、自由に設計されてよい。
【００３０】
バルブボディ１００ａが２つのボディ、すなわち、ベースボディ１００とノズルボディ２００とに分けられることに伴い、メイン燃料流入通路系統および補助燃料流入通路系統も分けられて作製され、組立後に連通される。すなわち、ベースボディ１００には、メイン燃料入口１１２、第１のメイン燃料流入通路１１０、補助燃料入口１２２、および第１の補助燃料流入通路１２０が形成される。ノズルボディ２００には、第１のメイン燃料チャンバ２０６、メイン燃料ノズルホール２０２および補助燃料ノズルホール２０４が形成される一方、第２のメイン燃料流入通路２１０、第２の補助燃料流入通路２２０が形成される。
【００３１】
図３は、図１の２段式燃料噴射バルブのヘッド部分を拡大して示した図、図４は、図３のＩ−Ｉ線に沿った断面図、図５は、図３のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図、図６は、図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図、図７は、図４のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【００３２】
図３に拡大して示されるように、また先に説明したように、ノズルボディ２００の先端には、メイン燃料ノズルホール２０２および補助燃料ノズルホール２０４が形成されている。また、プランジャ３００の先端とノズルボディ２００との間の空間が、補助燃料加圧チャンバ３０２を成している。プランジャ３００には、ニードル４００が挿入されており、ニードル４００の先端部分は、補助燃料加圧チャンバ３０２の内部に入っていって、そのニードルエンド４１０を介して補助燃料ノズルホール２０４を塞いでいる。ニードル４００は、作製の便宜のために、２つのボディ、すなわち、第１のニードルボディ４００ａと第２のニードルボディ４００ｂとに分けられて、軸線方向に沿って連結されている。
【００３３】
そして、プランジャ３００の先端部の外周には、前記メイン燃料流入通路１１０，２１０の末端に連通する第２のメイン燃料チャンバ３１０が周縁に沿って溝形状に形成される。プランジャ３００が後退しているときには、メイン燃料ノズルホール２０２が閉鎖され、プランジャ３００が前進したときには、メイン燃料流入通路１１０，２１０とメイン燃料ノズルホール２０２とが第２のメイン燃料チャンバ３１０内に入ってきて連通されるため、メイン燃料が噴射される。
【００３４】
また、プランジャ３００の中間部分の外周には、補助燃料流入通路１２０，２２０の末端に連通する補助燃料流入チャンバ３２０、および補助燃料排出通路２３０（図７参照）の末端に連通する補助燃料排出チャンバ３３０が形成される。
【００３５】
そして、ニードル４００の外周には、第１の縦溝４２０および第２の縦溝４３０が形成される。第１の縦溝４２０は、補助燃料流入チャンバ３２０と補助燃料加圧チャンバ３０２とを連通させるように作用する。第２の縦溝４３０は、補助燃料加圧チャンバ３０２と補助燃料排出チャンバ３３０とを連通させるように作用する。第１の縦溝４２０および第２の縦溝４３０は、プランジャ３００の後退または前進によって補助燃料加圧チャンバ３０２に対して連通または閉鎖されるようになる。
【００３６】
図３および図４に示されるように、補助燃料流入チャンバ３２０は、プランジャ３００の外周縁に沿って溝形状に形成されるグルーブ３２０ａと、グルーブ３２０ａおよびニードル４００の第１の縦溝４２０を連通させる連通孔３２０ｂとからなる。したがって、補助燃料流入通路１２０，２２０を介して入ってきた補助燃料は、プランジャ３００の外周に形成されたグルーブ３２０ａに溜められた後、連通孔３２０ｂを介して第１の縦溝４２０に入っていき、第２の縦溝４３０から補助燃料加圧チャンバ３０２に入っていく。
【００３７】
また、図３および図５に示されるように、補助燃料排出チャンバ３３０は、プランジャ３００の外周縁に沿って溝形状に形成されるグルーブ３３０ａと、グルーブ３３０ａおよびニードル４００の第２の縦溝４３０を連通させる連通孔３３０ｂとからなる。したがって、補助燃料加圧チャンバ３０２に入ってきた補助燃料は、第２の縦溝４３０に沿って出てきた後、連通孔３３０ｂおよびグルーブ３３０ａを通過して、補助燃料排出通路２３０を介して排出される。
【００３８】
次に、図３および図６に示されるように、そして前述したように、第２のメイン燃料チャンバ３１０は、プランジャ３００の先端部の外周に周縁に沿って溝形状に形成される。メイン燃料流入通路１１０，２１０を介して流入されたメイン燃料は、第２のメイン燃料チャンバ３１０の周囲に滞留した後、プランジャ３００が前進すると、メイン燃料ノズルホール２０２に流入することになって、メイン燃料を噴射することになる。
【００３９】
このように形成される本発明の２段式燃料噴射バルブは、インジェクションポンプから圧送されるメイン燃料の圧力を、プランジャ３００を介して補助燃料加圧チャンバ３０２に伝達して補助燃料を加圧し、補助燃料の加圧によってニードル４００をスライドバルブ方式で動作させて補助燃料を噴射し、補助燃料噴射後、メイン燃料ノズルホール２０２を開放してメイン燃料を噴射することにより、２段式の燃料噴射を可能にしたものである。また、メイン燃料および補助燃料通路と、ノズルホールとを１つのボディに２元化して配置することにより、２種類の燃料を噴射することができるようにしたものである。
【００４０】
以下、図７〜図１２を参照しながら、本発明に係る燃料噴射バルブの噴射過程を詳細に説明する。
図７は、図４のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、燃料噴射バルブの燃料噴射動作開始以前における補助燃料循環ラインの開通状態を示した図である。燃料噴射開始前の補助燃料系統は、プランジャ３００およびニードル４００によって循環状態を維持し、メイン燃料系統は遮断される。すなわち、ニードル４００のエンド４１０は、補助燃料ノズルホール２０４を閉鎖しており、プランジャ３００の先端面はニードル４００の第１の縦溝４２０および第２の縦溝４３０から外れて位置している。したがって、補助燃料流入通路２２０、補助燃料流入チャンバ３２０および第１の縦溝４２０を介して補助燃料加圧チャンバ３０２に入ってきた補助燃料は、第２の縦溝４３０に流動して、補助燃料排出チャンバ３３０および補助燃料排出通路２３０を介して排出される。補助燃料の循環によりノズルは冷却効果を有し、ノズルの熱負荷および炭素沈着（ｃａｒｂｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔ）改善の効果がある。
【００４１】
図８は、図７の２段式燃料噴射バルブの燃料噴射動作開始以前の状態を示す図である。メイン燃料ノズルホール２０２は、プランジャ３００によって塞がれている。したがって、メイン燃料流入通路２１０を介して入ってきたメイン燃料は、第２のメイン燃料チャンバ３１０内に滞留することになる。
【００４２】
さらに図１を参照すると、図７および図８の状態において、メイン燃料噴射ポンプからメイン燃料が圧送されてくると、メイン燃料は、バルブボディ１００ａのメイン燃料入口１１２、メイン燃料流入通路１１０，２１０および第１のメイン燃料チャンバ２０６に溜められる。インジェクションポンプによって加圧されたメイン燃料の圧力は、第１のメイン燃料チャンバ２０６からプランジャ３００の後端面（図面上の上端面）に作用することになる。そして、プランジャ３００に作用するメイン燃料の圧力がプランジャスプリング５００の弾性力を超えると、プランジャ３００は、プランジャスプリング５００を圧縮させながら前進することになる。
【００４３】
図９は、このようにしてプランジャ３００が若干前進した状態を示す。第１のメイン燃料チャンバ２０６で作用するメイン燃料の圧力によってプランジャ３００が前進して、その先端面がニードル４００の第１、第２の縦溝４２０，４３０を通過すると、補助燃料サイクルラインが遮断され、補助燃料加圧チャンバ３０２内にある補助燃料が圧力を受けることになる。補助燃料の加圧力は、ニードル４００に作用する。プランジャ３００が前進することによる補助燃料の加圧力がニードルスプリング６００（図１参照）の弾性力を超えると、ニードル４００は後退することになる。
【００４４】
図１０は、ニードル４００が後退した状態を示す。ニードル４００が後退すると、ニードルエンド４１０が後退して補助燃料ノズルホール２０４を開放させることにより補助燃料の噴射が行われる。補助燃料の噴射が進行するのに比例して、補助燃料加圧チャンバ３０２の圧力は低くなる。補助燃料加圧チャンバ３０２の圧力がニードルスプリング６００の復帰力よりも低くなると、ニードル４００が再び前進して、補助燃料ノズルホール２０４を閉鎖することになる。
【００４５】
図１１は、このような状態を示す。すなわち、補助燃料加圧チャンバ３０２の圧力が下がってニードル４００が前進するときには、プランジャ３００も引き続き前進することになる。ニードル４００が前進して補助燃料ノズルホール２０４を閉鎖すると、プランジャ３００の前進によって第２のメイン燃料チャンバ３１０とメイン燃料ノズルホール２０２とが互いに整合されて、燃焼室にはメイン燃料が噴射される。
【００４６】
図１２は、メイン燃料噴射終了後の状態を示す。インジェクションポンプの加圧作用が終わる時点で、メイン燃料の噴射が終了する。インジェクションポンプの加圧作用の終了とメイン燃料の噴射終了により、第１のメイン燃料チャンバ２０６の圧力が低くなると、プランジャ３００が復帰（後退）される。プランジャ３００の後退で、メイン燃料ノズルホール２０２は再び閉鎖され、補助燃料加圧チャンバ３０２は再び開放されることにより、噴射開始以前の状態に復帰する。
【００４７】
図１３〜図１６は、本発明の別の実施形態に係る２段式燃料噴射バルブを示すものであり、図１３は全体断面図、図１４は図１３のヘッド部分を拡大して示した図、図１５は補助燃料循環ラインに沿って切断した断面図、図１６は図１５のヘッド部分を拡大して示した図である。
【００４８】
図１３〜図１６に示された２段式燃料噴射バルブは、先の図１〜図１２で説明した噴射バルブに比べて、インジェクタボディの分割個数および形状、メイン燃料ラインおよび補助燃料ラインの形成形態、プランジャおよびニードルの形状等が若干異なる。しかし、本実施形態に係る噴射バルブは、前述した実施形態に係る噴射バルブの技術的思想内において多少変形した程度の噴射バルブを例示している。
【００４９】
先に説明したように、バルブボディを、軸線方向に沿って複数個の分割ボディに分けて作製した後、作製された分割ボディを軸線方向に沿って組み付けた形により構成してよい。本実施形態は、このような技術的思想の一例を示す。
【００５０】
すなわち、本発明に係るバルブボディ３０００は、図１３および図１４に例示した実施形態のように、後端から先端方向に、第１のボディ３１００、第２のボディ３２００および第３のボディ３３００が軸線方向に沿って連結された組立体からなってよい。そして、第１のボディ３１００の先端部には、ホルダ３７００が連結されて、第２のボディ３２００および第３のボディ３３００を覆い包んで固定する。
【００５１】
メイン燃料流入通路は、第１のボディ３１００に形成されるメイン燃料入口から延びる第１のメイン燃料流入通路３１１０および第２のメイン燃料流入通路３１２０、第２のボディ３２００および第３のボディ３３００に形成される第３のおよび第４のメイン燃料流入通路３２１０，３３１０からなっている。また、第１のメイン燃料流入通路３１１０に連通する第１のメイン燃料チャンバ３２０６が形成されている。
【００５２】
補助燃料流入通路は、第１のボディ３１００および第２のボディ３２００に形成される第１のおよび第２の補助燃料流入通路３１３０，３２２０からなっている。
メイン燃料ノズルホール３３０２および補助燃料ノズルホール３３０４は、いずれも第３のボディ３３００に形成されている。プランジャ３４００は、第１のメイン燃料チャンバ３２０６内に設置され、第２のボディ３２００を貫通して第３のボディ３３００まで延び、先端部により補助燃料加圧チャンバ３３０６を設定する。プランジャ３４００は、プランジャスプリング３６００によって後端方向に弾性的に加圧される。
【００５３】
プランジャ３４００の内部には、ニードル３５００が設置される。ニードル３５００の先端部を成すニードルエンド３５１０は、補助燃料ノズルホール３３０４を閉鎖している。ニードル３５００は、ニードルスプリング３６５０によって先端方向に弾性的に加圧される。
【００５４】
第２のメイン燃料チャンバ３４１０も、前述した実施形態と同様に、プランジャ３４００の外周縁に沿って溝形態で形成されている。
同様に、補助燃料流入チャンバ３４２０および補助燃料排出チャンバ３４３０も、プランジャ３４００の外周にプローブおよび連通孔の形態で形成されている。
【００５５】
また、ニードル３５００には、第１の縦溝３５２０および第２の縦溝３５３０が形成されている。
図１５および図１６は、別の方向から切断した断面図であり、補助燃料排出通路系統を説明するための図である。補助燃料排出通路は、第１、第２のボディ３１００，３２００に、それぞれ第１、第２の排出通路３１４０，３２３０が形成された形態を成している。第２の排出通路３２３０は、補助燃料排出チャンバ３４３０に連通される。
【００５６】
このように、図１３〜図１６に示された噴射バルブは、細部的構造においてのみ先の実施形態の噴射バルブと若干の差があるものの、先の実施形態に係る噴射バルブと同一の技術的思想に基づいた構成からなっており、燃料噴射作用と過程もほぼ同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００５７】
以上において、添付図面に示された本発明の具体的な実施形態を詳細に説明したが、これは、本発明の好ましい形態についての例示に過ぎないものであって、本発明の保護範囲がこれらに限定されるものではない。また、以上のような本発明の実施形態は、本発明の技術的思想内において、当該分野における通常の知識を有する者によって多様な変形および均等な他の実施が可能なものであり、このような変形および均等な他の実施形態は、当然に特許請求の範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、１つの機械式インジェクタで、２段階の燃料噴射が可能になるのみならず、２種類の燃料噴射も可能になり、また構造を簡単にできる。
また、１つの機械式燃料噴射バルブでメインノズルホールおよび補助ノズルホールを選択的に開閉することができ、メイン燃料の圧力を受けて補助燃料を圧縮することができるため、簡単な構造によって補助燃料を圧縮することができ、補助燃料を圧縮するための別途のインジェクションポンプが不要である。
【００５９】
また、１つのボディにおいて２種類の燃料が燃焼室中心部の同軸線上で放射状に噴射されることにより、燃焼性能を改善することができる。
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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