(57)【要約】【課題】ノズルの先端部を効果的に冷却してノズルの熱負荷を確実に軽減させ、熱負荷に起因するノズルの不具合を防止する。【解決手段】ノズルホルダの先端に連結したノズル１６のノズル本体３２に、そのノズルヘッド３２ｆに設けた噴口３６を開閉するニードルバルブ１９が着座する弁座３５を囲むように環状の冷却水ポケット３７が設けられると共に、冷却水ポケット３７に対し冷却水を供給、排出するための一対の冷却水流入孔（冷却水往路）３８と一対の冷却水流出孔（冷却水復路）３９とが、ニードルバルブ１９を挟んでその直径方向の対向位置側に配置して設けられている。前記冷却水流入孔３８と冷却水流出孔３９は、ノズルホルダに対応して設けた冷却水導入孔と冷却水導出孔に、それぞれ分散溝４０と集合溝４１を介して連絡されている。【選択図】　　　　図７
2004138026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルホルダの先端に連結したノズル本体に、そのノズルヘッドに設けた噴口を開閉するニードルバルブが着座する弁座を囲むように環状の冷却水ポケットを設けると共に、該冷却水ポケットに対し冷却水を供給、排出するための冷却水往路と冷却水復路とを、互いに前記ニードルバルブを挟んでその直径方向の対向位置側に配置して設け、かつ、前記冷却水往路と冷却水復路を、ニードルバルブの周方向に所定間隔をあけてニードルバルブの軸方向に沿って設けた複数の流路で、それぞれ形成したことを特徴とするガスエンジンの燃料噴射弁。
【請求項２】
前記冷却水ポケットは、前記弁座の円錐面に沿うように傾斜した内周面と、ニードルバルブの軸に垂直で前記ノズルヘッドの先端面と面一の平面に形成したノズル本体の先端部に沿う底面と、ニードルバルブの軸方向に沿う外周面とでリング部の断面が略直角三角形状に形状されていることを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンの燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ノズル本体における前記ノズルホルダとの連結側の端面に、前記ニードルバルブの周方向に沿う円弧状の分散溝と集合溝が、互いにニードルバルブを挟んでその直径方向の対向位置側に形成され、前記分散溝と集合溝に、前記冷却水往路と冷却水復路における前記冷却水ポケットと連通する側と反対側の端部がそれぞれ連絡されると共に、前記ノズルホルダに設けた１つの冷却水導入孔と１つの冷却水導出孔がそれぞれ連絡されていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスエンジンの燃料噴射弁。
【請求項４】
ガスエンジンの隣接して配列された複数のシリンダに対応して設けたシリンダヘッドの各々に取り付けられている燃料噴射弁を冷却水で冷却する方法において、
前記シリンダの配列方向の中央部側のシリンダに対応して設けたシリンダヘッドの燃料噴射弁を冷却する冷却水量を、シリンダの配列方向の両端部側のシリンダに対応して設けたシリンダヘッドの燃料噴射弁を冷却する冷却水量より多くなるように調節することを特徴とするガスエンジンの燃料噴射弁の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジンの燃料噴射弁およびその冷却方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
予燃焼室方式のパイロット着火ガスエンジン（ガスエンジン）の燃料噴射弁は、シリンダとシリンダヘッドとピストンで囲まれた主燃焼室に連絡された予燃焼室内に微少量のパイロット油を噴射してピストンで圧縮されて主燃焼室内から予燃焼室内に入った燃料ガスと空気の混合気に着火させるものであり、ディーゼルエンジンの燃料噴射弁と比較して、燃料噴射量が約１／１００であり、極めて小型に形成されており、ニードルバルブ部を通過するパイロット油では二ードルバルブを冷却する効果を期待することはできない。
ところで、従来のガスエンジンにおいては、燃料噴射弁を設けた予燃焼室ユニットの外側をシリンダヘッドを冷却する冷却水で冷却することによって、予燃焼室ユニットを経て伝導される冷熱で前記燃料噴射弁を間接的に冷却する方式が採用されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−６４８３８号公報
【特許文献２】
特開２００２−６１５２３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、本願の発明者等が、シリンダの表面積に対する燃料噴射弁の噴口を設けたノズルヘッドの表面積との比やガス燃料量と燃料油量から求めた発熱量を考慮して、ガスエンジンの燃料噴射弁とディーゼルエンジンの燃料噴射弁の各熱負荷を評価し、それらを比較したところ、前者の熱負荷は後者の熱負荷の１０〜３０倍になることが知見された。そして、このように熱負荷の高いガスエンジンの燃料噴射弁においては、ニードルバルブの先端やノズルヘッドの先端部が溶融したり、前記ニードルバルブの摺動部が固着し、あるいは燃料の炭化による汚損等の不具合が生じ、燃料噴射弁を適切に冷却することが極めて重要であることが判明した。
しかしながら、従来のガスエンジンにおける燃料噴射弁の冷却方式では、燃料噴射弁におけるノズルのニードルバルブの弁部や弁座の周囲を十分に冷却することができないので、ノズルの熱負荷が大きくなり、ニードルバルブの先端やノズルヘッドの先端部の溶融、ニードルバルブの摺動部が固着、あるいは燃料の炭化による汚損等の不具合を生じる問題があった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、ノズルの先端部を効果的に冷却してノズルの熱負荷を確実に軽減させることができると共に、複数のシリンダに対応して設けられる各燃料噴射弁のノズルの熱負荷を均等に軽減させることができて、ノズルに熱負荷に起因する不具合を生じさせることのないガスエンジンの燃料噴射弁およびその冷却方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るガスエンジンの燃料噴射弁は、ノズルホルダの先端に連結したノズル本体に、そのノズルヘッドに設けた噴口を開閉するニードルバルブが着座する弁座を囲むように環状の冷却水ポケットを設けると共に、該冷却水ポケットに対し冷却水を供給、排出するための冷却水往路と冷却水復路とを、互いに前記ニードルバルブを挟んでその直径方向の対向位置側に配置して設け、かつ、前記冷却水往路と冷却水復路を、ニードルバルブの周方向に所定間隔をあけてニードルバルブの軸方向に沿って設けた複数の流路で、それぞれ形成した
ことを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に係るガスエンジンの燃料噴射弁は、請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記冷却水ポケットが、前記弁座の円錐面に沿うように傾斜した内周面と、ニードルバルブの軸に垂直で前記ノズルヘッドの先端面と面一の平面に形成したノズル本体の先端部に沿う底面と、ニードルバルブの軸方向に沿う外周面とでリング部の断面が略直角三角形状に形状されていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に係るガスエンジンの燃料噴射弁は、請求項１または２に記載の燃料噴射弁において、前記ノズル本体における前記ノズルホルダとの連結側の端面に、前記ニードルバルブの周方向に沿う円弧状の分散溝と集合溝が、互いにニードルバルブを挟んでその直径方向の対向位置側に形成され、前記分散溝と集合溝に、前記冷却水往路と冷却水復路における前記冷却水ポケットと連通する側と反対側の端部がそれぞれ連絡されると共に、前記ノズルホルダに設けた１つの冷却水導入孔と１つの冷却水導出孔がそれぞれ連絡されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に係るガスエンジンの燃料噴射弁の冷却方法は、ガスエンジンの隣接して配列された複数のシリンダに対応して設けたシリンダヘッドの各々に取り付けられている燃料噴射弁を冷却水で冷却する方法において、前記シリンダの配列方向の中央部側のシリンダに対応して設けたシリンダヘッドの燃料噴射弁を冷却する冷却水量を、シリンダの配列方向の両端部側のシリンダに対応して設けたシリンダヘッドの燃料噴射弁を冷却する冷却水量より多くなるように調節することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態に係るガスエンジンの燃料噴射弁について図１〜図７を参照して説明する。
図１において、１は本発明の一実施の形態に係る燃料噴射弁２を備えた予燃焼室方式のパイロット着火ガスエンジン（ガスエンジン）である。該ガスエンジン１は、シリンダライナ（シリンダ）３と、該シリンダライナ３内を上下に往復動するピストン４と、前記燃料噴射弁２と予燃焼室５を有する予燃焼室ユニット６を設けたシリンダヘッド７とを備えており、都市ガス１３Ａ等の燃料ガス（気体燃料）が空気と混合され、前記シリンダヘッド７の吸気ポートを経て、シリンダライナ３とピストン４とシリンダヘッド７とで区画された主燃焼室（燃焼空間）８に供給されると共に、ピストン４の圧縮行程の後半に、全体熱量比で約１％に相当する燃料油が前記燃料噴射弁２から予燃焼室５内にパイロット油として噴射され、これにより、高温、高圧の雰囲気下でパイロット油が圧縮着火され、これを着火源にして燃料ガスが燃焼されるようになっている。なお、ガスエンジン１には、その起動、回転立ち上げ時等のエンジン冷却水の温度が低い時に作動させ、燃料ガスへの着火を促進するための点火プラグ９が備えられている。
【００１１】
前記予燃焼室ユニット６は、シリンダヘッド７の略中央部にシリンダ３の中心部方向に向けた状態で配置され、上端のフランジ部１０ａを介してシリンダヘッド７にボルト１１で固定されている円筒状のユニット本体１０を備え、該ユニット本体１０の下端に前記予燃焼室５が連結されている。予燃焼室５は、内部に下方を窄めた予燃焼空間（燃焼空間）１２ａを有する円筒状の予燃焼室筒１２と、該予燃焼室筒１２の下端に固定され、内部が前記予燃焼室空間１２ａに連通された円筒状の予燃焼室ノズル１３とを備えている。予燃焼室ノズル１３の半球状の底部には、前記予燃焼空間１２ａを前記主燃焼室８内に連通させる複数の噴口１３ａが放射方向に向けて設けられている。
【００１２】
また、前記燃料噴射弁２は、図２〜図４に示すように、外周が上から下に向かって段階的に直径を小さく形成された軸状部１４ａの上端に、平面視で八角形であるが全体として菱形状に形成されたフランジ１４ｂを設け、中心部に軸穴１４ｃを設けてなる円筒状のノズルホルダ１４と、該ノズルホルダ１４の下端にノズルナット１５を介して固定されたノズル１６と、前記軸穴１４ｃ内に挿入されており、上部の雄ねじ部１７ａと軸穴１４ｃの上部に設けた雌ねじ部１４ｄとの螺合を介して、軸穴１４ｃ内で上下方向に移動調節可能な調整ボルト１７と、前記軸穴１４ｃの下端部に設けた小径穴１４ｅに上下動可能に挿入され、上端に軸穴１４ｃ内に嵌合するバネ座１８ａを有する押圧軸１８と、軸穴１４内において前記調整ボルト１７の下端とバネ座１８ａとの間に装着され、押圧軸１８を介して前記ノズル１６内のニードルバルブ１９を弁座に押し付ける圧縮ばね（押圧ばね）２０とを備えている。
なお、前記調整ボルト１７のノズルホルダ１４から上端に突出した雄ねじ部１７ａにはロックナット２１が螺合され、雄ねじ部１７ａの中間部に設けた環状溝には、Ｏリング２２が装着されている。
【００１３】
前記ノズルホルダ１４には、そのフランジ１４ｂの一方側（図２で右側）の上端（一端）から軸状部１４ａの小径軸側の下端（他端）に向かって、前記軸穴１４ｃ（ニードルバルブ１９）の中心線を含む平面に沿って冷却水導入孔２３が設けられ、また、軸穴１４ｃ（ニードルバルブ１９）の中心を挟んで冷却水導入孔２３と反対側の対称位置（ニードルバルブ１９の直径方向の対向位置）に、冷却水導入孔２３と同様に配置された同一径を有する冷却水導出孔２４が設けられている。前記冷却水導入孔２３と冷却水導出孔２４のフランジ１４ｂ側にそれぞれ設けた冷却水入口２３ａと冷却水出口２４ａには、それらに対し冷却水を導入、導出するための継手部２５ａ，２６ａを有する導入管２５、導出管２６が取り付けられている。
【００１４】
また、前記ノズルホルダ１４の軸状部１４ａにおける軸方向の中間部には、浅いが比較的に幅広の環状溝２７が形成され、該環状溝２７において前記軸状部１４ａの周方向における前記冷却水導出孔２４と隣り合った位置に円錐状の凹部２８が設けられ、該凹部２８の奥部２８ａである一端から軸状部１４の下端（他端）まで、前記軸穴１４ｃの中心線を含む平面に沿って燃料油導入孔２９が設けられ、また、軸穴１４ｃの中心を挟んで前記凹部２８と反対側で前記冷却水導入孔２３に隣接した位置には、前記軸状部１４ａをその半径方向に貫通するドレン孔３０が設けられている。なお、前記調整ボルト１７の下端側には該ドレン孔３０の位置に対応させて環状溝１７ｂが形成されている。
【００１５】
前記ノズル１６は、中心に設けた弁軸穴３１を設けたノズル本体３２と、弁軸穴３１にその軸方向に移動可能に挿入した前記ニードルバルブ１９とを備えている。前記ノズル本体３２は、上部が大径部３２ａとされ、その段部３２ｂより下方部が小径部３２ｃとされた円筒状に形成され、その中心部の上端側（一端側）に前記弁軸穴３１が設けられ、該弁軸穴３１の下方には、弁軸穴３１の軸方向に直交する方向に長径を有する楕円球状部３３ａおよびその下方の円筒状部３３ｂからなる燃料溜３３と、円錐状の弁座３４と、サック部３５と、噴口３６とが順に連通して同一軸線上に設けられている。前記サック部３５は、その球面状の先端面位置が前記弁座３４の円錐面の頂点と略同じ位置に設定され、容積が極めて小さくなるように形成されると共に、ノズルヘッド３２ｆの先端面に接近された構成とされている。
【００１６】
前記ノズル本体３２の下端部（先端部）３２ｄは、前記噴口３６を有するノズル１６の先端部（ノズルヘッド）３２ｆと面一としてニードルバルブ１９の軸方向に直交する平面に形成されており、該下端部３２ｄの内側には、前記弁座３５を囲むようにして冷却水ポケット３７が設けられている。該冷却水ポケット３７は、ノズル本体３２の下端部３２ｄの端面に平行な底面３７ａと、ノズル本体３２の小径部３２ｃの外周面に平行な外周面３７ｂと、前記弁座３４の円錐面に略平行な円錐状の内周面３７ｃとで囲まれた、リング部の横断面が底辺を広くした略三角形状にした環状室として形成されている。前記噴口３６は、中心を前記ニードルバルブ１９の中心に一致させた平行孔に形成され、ノズルヘッド３２ｆの先端面に垂直に開口して１個設けられている。前記噴口３６の個数は２個以上としてもよい。その場合は、ノズル１６からのパイロット油の噴射圧力、所要の噴射距離等によって異なるが、噴射量が１個のものと略同量となるように孔径を設定して、ニードルバルブ１９の中心を中心として対称な位置に配置して平行に設ける。
【００１７】
また、前記ノズル本体３２には、下端（他端）が前記冷却水ポケット３７に連通する、前記冷却水導入孔２３より小径の一対の冷却水流入孔（冷却水往路）３８，３８と前記冷却水導出孔２４より小径の一対の冷却水流出孔（冷却水復路）３９，３９とが弁軸穴３１に平行に設けられている。一対の冷却水流入孔３８，３８は、ノズル本体３２の周方向に所定間隔をあけて配置され、上端（一端）がノズル本体３２の上端（ノズルホルダ１４との連結側の端面）にその周方向に沿って形成された円弧状の分散溝４０に連通されており、また、一対の冷却水流出孔３９，３９は、前記弁軸穴３１（ニードルバルブ１９）の中心を挟んで前記冷却水流入孔３８，３８と反対側の略対称の位置において、ノズル本体３２の周方向に所定間隔をあけて配置され、上端（一端）が前記分散溝４０と反対側の略対称の位置に該分散溝４０と同様に円弧状に形成された集合溝４１に連通されている。
【００１８】
さらに、前記ノズル本体３２には、前記燃料油導入孔２９より小径の燃料油流入孔４２が、上端（一端）をノズル本体３２の上端面に開口させ、下端（他端）を前記燃料溜３３の楕円球状部３３ａに連通させて、前記冷却水流入孔３８の前記弁軸穴３１の周方向における隣接位置に、弁軸穴３１の軸線に対してやや傾斜させて設けられている。
そして、前記ノズル本体３２は、前記燃料油流入孔４２を前記ノズルホルダ１４の燃料油導入孔２９に連絡させ、前記分散溝４０を前記ノズルホルダ１４の冷却水導入孔２３に連絡させ、かつ前記集合溝４１をノズルホルダ１４の冷却水導出孔２４に連絡させた状態で、上面を前記ノズルホルダ１４の下面に当接させ、前記ノズル１６の小径部３２ｃに挿通して大径部３２ａを包囲した前記ノズルナット１５をノズルホルダ１４の下端部のねじに締め付けることによって、ノズルホルダ１４に固定されている。
なお、前記ノズルホルダ１４の下端部とノズル本体３２の上端部には、それぞれ軸穴１４ｃ（弁軸穴３１）の中心を挟んで略対向する位置に一対のピン孔４３，４３が設けられ、各ピン孔４３，４３には位置決めピン４４，４４が嵌入されて、ノズルホルダ１４に対するノズル本体３２の周方向における位置決めがなされている。
【００１９】
前記ニードルバルブ１９は、前記ノズル本体３２の弁軸穴３１にその軸方向に移動可能に嵌合され、下端部が前記燃料溜３３の楕円球状部３３ａまで挿入された弁軸１９ａと、該弁軸１９ａの下端にそれより小径にして一体に形成され、下端部に前記弁座３４に密接する円錐面を有する弁部１９ｂを設けた弁体１９ｃと、弁軸１９ａの上端にそれより小径にして一体に形成され、前記押圧軸１８の下端に設けた穴１８ｂ（図３参照）に嵌合する連結軸１９ｄとを備えている。前記弁体１９ｃの外周と燃料溜３３円筒状部３３ｂとの間には所定間隔の環状間隙ｅが設けられている。
また、前記ニードルバルブ１９は、その弁部１９ｂがノズル本体３２の弁座３４に着座している状態では、弁軸１９ａの上端面１９ｅがノズル本体３２の上端面３２ｅ（ノズルホルダ１４の下端面１４ｆ）より所定の距離Ｓだけ下方に離されている。
【００２０】
前記構成の燃料噴射弁２は、図１に示すように、そのノズルホルダ１４の軸状部１４ａを前記予燃焼室ユニット６のユニット本体１０の内孔１０ｂに挿入され、前記ノズル１６の噴口３６を前記予燃焼室５の予燃焼空間１２ａに臨ませられた状態で、前記フランジ１４ｂをそのボルト穴１４ｇ，１４ｇに挿通したボルト４５によって前記予燃焼ユニット１０のフランジ１０ａに固定されている。
そして、前記ノズルホルダ１４に接続した前記導入管２５と導出管２６は、その継手部２５ａ，２６ａがユニオン継手４６ａ，４７ａを有する冷却水送り枝管４６、冷却水戻り枝管４７にそれぞれ接続され、該冷却水送り枝管４６は、シリンダヘッド７に固定した中継手４８と流量調節弁４９（図８参照）を介して冷却水送り配管５０に接続され、冷却水戻り枝管４７は、シリンダヘッド７に固定した中継手５１を介して冷却水戻り配管５２に接続されている。
【００２１】
また、前記シリンダヘッド７には、図１に示すように、前記燃料噴射弁２の軸線に直交する方向に、外端をシリンダヘッド７の側面に開口し、内端を前記ユニット本体１０の側面にあけた貫通穴１０ｃに連通する通し穴７ａが設けられ、中心に燃料油孔５３ａを有する燃料高圧管５３が、その内端側の球面部５３ｂを前記ノズルホルダ１４の凹部２８に当接させた状態で前記通し穴７ａに挿入されて、押さえ金具５４でシリンダヘッド７の側面に固定されている。燃料高圧管５３は、図示しないが、管継手を介して高圧配管によって燃料噴射ポンプに接続されている。さらに、前記通し穴７ａと燃料高圧管５３との間の環状隙間７ｂは、その内端側が、前記ユニット本体１０の貫通穴１０ｃを通して前記ノズルホルダ１４の環状溝２７に連絡されると共に前記ドレン穴３０に連絡され、外端側の環状凹所７ｃが図示しない流路とドレン管を介してシリンダヘッド７外のドレンタンク等に連絡されるようになっている。
【００２２】
次に、前記実施の形態に係るガスエンジンの燃料噴射弁２を冷却する冷却水の循環回路について図８を参照して説明する。
前記パイロット着火ガスエンジン１は、複数の前記シリンダ３を直線状に配置してそれらの個々に前記シリンダヘッド７を備え、その出力軸１ａに継ぎ手５５を介して連結された発電機５６を駆動するようになっている。前記冷却水送り配管５０には第１の冷却水ポンプ５７が接続され、該第１の冷却水ポンプ５７の吸入側には温度調節弁５８を有する環流配管５９を介して前記冷却水戻り配管５２が接続されている。また、一次冷却器６０を有する第１のバイパス配管６１が、その上流端を前記温度調節弁５８の第１入口の上流で環流配管５９に接続し、下流端を温度調節弁５８の第２入口に接続して、前記環流配管５９に並列に設けられている。さらに、第２の冷却水ポンプ６２とヒータ６３を有する第２のバイパス配管６４が、その上流端を前記冷却水戻り配管５２に接続し、下流端を前記第１の冷却水ポンプ５７の吐出側における冷却水送り配管５０に接続して、前記環流配管５９と第１のバイパス配管６１に並列に設けられている。図８において、６５，６６は第１の冷却水ポンプ５７の吸入口近くの環流配管５９と、第２のバイパス配管６４の冷却水送り配管５０との接続部付近とに設けた逆止弁である。また、６７は冷却水戻り配管５２に設けた温度検出器である。
【００２３】
なお、図示しないが、前記流量調節弁４９は、ガスエンジン１の負荷を、例えば発電機５６の出力を検出することによって検出し、その負荷に応じてバルブ開度を制御装置によって自動的に調節して、各シリンダヘッド７の燃料噴射弁２に供給する冷却水の流量を制御するようになっている。その場合、ガスエンジン１の出力軸１ａ側とその反対側とに位置するシリンダ３に対応してシリンダヘッド７に設けた燃料噴射弁２に対する冷却水流量よりも、ガスエンジン１の中央部側に位置するシリンダ３に対応してシリンダヘッド７に設けた燃料噴射弁２に対する冷却水流量の方が大きくなるように、前記各燃料噴射弁２に対応して設けた各流量調整弁４９の開度が調節される。
【００２４】
次に、前記実施の形態に係るガスエンジンの燃料噴射弁２の作用と共に、該燃料噴射弁２の冷却方法について説明する。
前記ガスエンジン１が始動装置を介して起動されると、主燃焼室８に燃料ガスと空気との混合気が供給されてピストン４で圧縮されると共に、ピストン４の圧縮行程の後半に、燃料噴射ポンプ（図示せず）から少量のパイロット油が前記燃料高圧管５３を経て燃料噴射弁２に送り出される。燃料噴射弁２に送り出されたパイロット油は、ノズルホルダ１４の凹部２８ａからその奥部２８ａ、燃料導入孔２９を経てノズル１６に至り、その燃料流入孔４２から燃料溜３３に入る。燃料油溜３３に入ったパイロット油は、自体の高圧力によってニードルバルブ１９を、押圧軸１８を介して作用される圧縮ばね２０の付勢力に対抗して距離Ｓだけリフトさせ、このリフトにより燃料溜３３の下方の弁座３４と弁部１９ｂとの間に生じた隙間から、サック部３５を通り噴口３６から前記予燃焼室５の予燃焼空間１２ａ内に噴射される。このとき、主燃焼室８内で圧縮されて予燃焼室５の予燃焼空間１２ａ内に入った一部の混合気が着火し、この着火した火炎により主燃焼室８内の混合気の残部が燃焼され、ガスエンジン１の運転が開始される。
【００２５】
前記ガスエンジン１の運転の開始時には、シリンダ３の温度も低く、燃料噴射弁２の熱負荷も小さいので、前記第１の冷却水ポンプ５７が運転されずに第２の冷却水ポンプ６２が運転されて、ヒータ６３で加温された高温の冷却水が冷却水送り配管５０に送り出される。この冷却水送り配管５０に送られた冷却水は、制御装置でガスエンジン１の負荷状態に応じて設定された所定の開度に調節された各流量調整弁４９を経て流量が調節されて、各冷却水送り枝管４６を通して対応するシリンダヘッド７の燃料噴射弁２に設けた各導入管２５にそれぞれ送られる。各導入管２５に送られた冷却水は、ノズルホルダ１４の冷却水導入孔２３を経てノズル１６の分散溝４０内に入り、ここで一対の冷却水流入孔３８，３８に分流されてノズル１６の先端部の環状の冷却水ポケット３７に流れた後、一対の冷却水流出孔３９，３９を通って集合溝４１に入り、ここで合流されてノズルホルダ１４の冷却水導出孔２４を流れ、導出管２６を経て冷却水戻り枝管４７から冷却水戻り配管５２に流出して合流される。冷却水戻り配管５２に流出した冷却水は、第２のバイパス配管６４によって第２の冷却水ポンプ６２に吸引される。
【００２６】
前記ガスエンジン１が運転開始後所定時間を経過して負荷運転に入った場合は、第２の冷却水ポンプ６２が停止され、第１の冷却水ポンプ５７が運転され、一次冷却器６０と温度調節弁５８の作用によって低温に温度調節された冷却水が第１の冷却水ポンプ５７によって冷却水送り配管５０に送り出され、前記高温の冷却水の循環と同様にして、各冷却水送り枝管４６から各燃料噴射弁２に流れた低温の冷却水が、該各燃料噴射弁２から各冷却水戻り枝管４７を経て冷却水戻り配管５２に流れ、環流配管５９を介して前記第１の冷却水ポンプ５７に循環される。
前記低温の冷却水の循環中は、前記温度検出器６７で冷却水戻り配管５２を流れる低温の冷却水の温度が検出され、この検出温度にもとづいて前記温度調節弁５８によって第１のバイパス配管６１に流れる冷却水の流量が調節されて、低温の冷却水の温度が所定範囲に調節される。
【００２７】
前記冷却水の燃料噴射弁２への循環において、ガスエンジン１の始動時には、加温された高温の冷却水が前記ノズル１６に設けた冷却水流入孔３８と冷却水流出孔３９と冷却水ポケット３７とによって囲まれた冷却水路を流れて、ニードルバルブ１９の周囲を加熱するので、燃料溜３３を通るパイロット油が適度に加熱されることとなり、噴口３６から噴射されるパイロット油の霧状化が改善され、ガスエンジン１の始動性が良好となる。
また、ガスエンジン１の負荷運転時には、例えば発電機５６の出力電力によって負荷が検出され、その負荷に応じて前記流量調節弁４９により各燃料噴射弁２に供給される低温の冷却水の流量が、低負荷時には小さくなり、高負荷時には大きくなるように調節されるので、特に低負荷時に燃料噴射弁２のノズル１６が過冷却されて、パイロット油の着火性を損なったり、燃焼変動を生じるような不具合は起こらず、また、高負荷時には燃料噴射弁２に対する熱負荷が高くなるが、その度合に応じた流量の冷却水が燃料噴射弁２に供給されて、前記熱負荷が軽減されることとなる。
【００２８】
さらに、燃料噴射弁２に供給される冷却水は、前記ノズル１６に弁軸穴３１と燃料溜３３の外側を囲むように配置された一対の冷却水流入孔３８，３８と一対の冷却水流出孔３９，３９とに分流され、断面積の小さい流路を高速で流れることによって、前記予燃焼室５の予燃焼空間１２ａでの燃焼熱からノズル１６に伝熱された熱を効果的に除去する。また、前記冷却水流入孔３８，３８から入った冷却水を冷却水流出孔３９，３９に流す冷却水ポケット３７が、前記燃料溜３３の底部の弁座３４の円錐面に沿うように形成した内周面３７ｃを有すると共に、ノズル１６のノズル本体３２の平坦な先端面に沿うように広くした底面３７ａを有する環状空間に形成されて、弁座３４の周囲を囲んで設けられているので、冷却水ポケット３７の弁座３４に対する熱交換面積を大きくすることができ、冷却水によるニードルバルブ１９の冷却作用を効果的に行わせることができる。また、前記噴口３６を有し弁座３４を囲むノズル１６の先端部（ノズルヘッド）３２ｆが、従来の燃料噴射弁のように、前記ノズル本体３２の先端から突出していないので、前記予燃焼室５の予燃焼空間１２ａ内に広い範囲にわたって露出することがなく、予燃焼空間１２ａの内部の燃焼熱によって直接加熱されることにより受けるノズル１６に対する熱負荷の度合が軽減される。
なお、ノズル１６の燃料溜３３に圧送されたパイロット油は、極少量がニードルバルブ１９と弁軸穴３１との隙間を通ってノズルホルダ１４側へ漏れ、前記小径穴１４ｅ、軸穴１４ｃを経て調整ボルト１７の環状溝１７ｂ部に至り、さらに、前記ドレン孔３０を通ってノズルホルダ１４の環状溝２７に入った後に、ユニット本体１０の貫通穴１０ｃを通って前記環状間隙７ｂに入り、環状凹所７ｃからシリンダヘッド７外へ排出される。前記パイロット油のノズル１６からの漏洩油の流通によって、ニードルバルブ１９とその周辺の熱が除去されるので、僅かではあるがノズル１６に対する冷却効果が前記冷却水による冷却効果に付加され、前記熱負荷の軽減作用を高めることができる。
このようにして、燃料噴射弁２のノズル１６が効果的な冷却による熱負荷の低減と、熱負荷を受ける度合の軽減とによる相乗作用によって、ノズル１６のニードルバルブ１９の弁部１９ｂの先端やノズル１６の先端部３２ｆの溶融による欠損、ニードルバルブ１９の弁軸穴３１に対する固着や燃料油の炭化による汚損等が確実に防止される。
【００２９】
前記ガスエンジン１においては、シリンダ３の配列方向の中央部側に位置するシリンダ３はシリンダが隣り合っているので放熱がしにくく、中央部側のシリンダ３に対応するシリンダヘッド７に設けた燃料噴射弁２の熱負荷が大きくなるのに対して、中央部から両端側（ガスエンジン１の出力側およびその反対側）に離れるほどシリンダ３は比較的放熱がし易く、中央部から離れたシリンダ３に対応するシリンダヘッド７に設けた燃料噴射弁２の熱負荷は小さくなっている。前記熱負荷は、シリンダ３の配列方向における端部から中央部方向への距離に比例して大きくなり、その比例の度合は中央部ほど大きくなっている。
【００３０】
しかし、前記燃料噴射弁２を冷却する冷却水循環回路には、冷却水送り配管５０から分岐して各シリンダヘッド７の燃料噴射弁２に冷却水を流す冷却水送り枝管４６にそれぞれ流量調節弁４９が設けられ、これらの流量調節弁４９が、制御装置を介してガスエンジン１の負荷の大きさに比例して開度を大きく調節され、かつガスエンジン１のシリンダ３の配列方向の関係において中央部側に位置する燃料噴射弁２に流れる冷却水の流量を多く、中央部から両側に離れるにしたがってそこに位置する燃料噴射弁２に流れる冷却水の流量を少なくするように調節されるので、全ての燃料噴射弁は、それぞれの熱負荷に応じた適切な流量の冷却水によって良好に冷却することができて熱負荷を均等になるように軽減することができる。
【００３１】
前記実施の形態に係るガスエンジンの燃料噴射弁２においては、前記ノズル１６のサック部３５が弁座３４の先端に容積を小さくして形成されているので、ニードルバルブ１９がリフトしてサック部３５内に入ったパイロット油は、流速が低下することなく急速な圧力上昇を伴って噴口３６を通過して予燃焼室５の予燃焼空間１２ａ内に高速で瞬時に噴射される。その結果、予燃焼空間１２ａで主燃焼室８側に向けて高速のジェット火炎が生じ、主燃焼室８内の混合気に対する点火エネルギーが高まり、主燃焼室８内の混合気を急速に着火、燃焼させることができる。予燃焼空間１２ａ内でパイロット油の全体が瞬時に燃焼すると、その燃焼炎の瞬間的な圧力上昇が生じて前記予燃焼室ノズル１３の噴口１３ａから主燃焼室８内に噴出する火炎の流速が速くなるので、その火炎ジェットの主燃焼室８内における到達距離も長くなり、主燃焼室８の空間内への分配状態も良くなってエネルギーが高まり、主燃焼室８内での混合気の急速燃焼が可能となる。
したがって、上記混合気の急速燃焼により、ガスエンジン１は熱効率の向上が得られ、パイロット着火方式による高出力、高効率化を実現することができる。
【００３２】
なお、前記実施の形態に係るガスエンジンの燃料噴射弁２においては、前記冷却水流入孔３８と冷却水流出孔３９とをノズル本体３２にそれぞれ１対設けたが、これに限らず、弁軸穴３１（ニードルバルブ１９）の周方向に３個以上設けると、ニードルバルブ１９と冷却水との熱交換面積を一層広くすることができ、その冷却をより効率的に行わせることができる。また、ニードルバルブ１９の弁部１９ｂの先端部を尖らせた形状にしたが、このようにせずに、サック部３５に上端部に相当する位置で平坦に切除した形状にすると、前記弁部１９ｂの先端部が熱負荷により焼けて欠損するのを避けることができる。
【００３３】
なお、前記実施の形態に係るガスエンジンの燃料噴射弁２を冷却する冷却水循環回路においては、前記流量調節弁４９を冷却水送り枝管４６に設けたが、これに代えて冷却水戻り枝管４７に設けてもよい。また、前記流量調節弁４９は制御装置によってガスエンジン１の負荷に応じて開度を自動的に調節して各燃料噴射弁２への冷却水流量を調節するようにしたが、ガスエンジン１の負荷が頻繁に変動しない場合には、制御装置による自動制御に代えて、前記発電機５６の出力電力をオペレータがインヂケータで見て前記流量調節弁に代わる手動流量調節弁を操作して各燃料噴射弁２への冷却水流量を調節するようにしてもよい。
【００３４】
また、前記実施の形態に係るガスエンジンの燃料噴射弁２を冷却する冷却水循環回路においては、ガスエンジン１のシリンダ３やシリンダヘッド７等を冷却するエンジン冷却水回路とは独立して設けたが、これに代え、エンジン冷却水回路と共用にし、シリンダヘッド７を冷却する冷却水の一部をシリンダヘッド７から取り出して前記冷却水送り枝管４６に流し、前記冷却水戻り枝管４７から流出する冷却水をシリンダヘッド７の冷却水出口管に合流させるようにしてもよい。
【００３５】
また、前記実施の形態に係るガスエンジンの燃料噴射弁２を冷却する冷却水循環回路においては、燃料噴射弁２のノズルホルダ１４の上端に導入管２５、導出管２６を取り付け、シリンダヘッド７の上方を通る冷却水送り枝管４６、冷却水戻り枝管４７、中間継手４８，５１を介して冷却水送り配管５０、冷却水戻り配管５２に連絡するようにしたが、これに代えて、前記冷却水送り枝管４６、冷却水戻り枝管４７に代わる冷却水の一対の通路を前記シリンダヘッド７に設け、それらの通路の内端側を前記ノズルホルダ１４の冷却水導入孔２３と冷却水導出孔２４に、それぞれノズルホルダ１４の側部にあけた開口部から連絡させ、前記通路の外端部側を前記冷却水戻り配管５２に連絡するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係るガスエンジンの燃料噴射弁によれば、ノズル本体にニードルバルブの周方向と軸方向に沿って設けた複数個の冷却水流入孔と複数個の冷却水流出孔とによって、前記ニードルバルブを囲んで該ニードルバルブと冷却水との熱交換範囲を広くすることができると共に、複数の冷却水流入孔と複数の冷却水流出孔とに分流されて流れる冷却水が、断面積の小さい流路を高速で流れることによって、燃焼空間の燃焼熱からノズルに伝熱された熱を効果的に除去するので、燃料噴射弁のノズルを効果的に冷却してその熱負荷を軽減させることができ、ノズルにおけるニードルバルブの弁部の先端やノズルヘッドの溶融による欠損、ニードルバルブの弁軸穴に対する固着や燃料油の炭化による汚損等を確実に防止することができる。
【００３７】
請求項２に係るガスエンジンの燃料噴射弁によれば、ニードルバルブが着座する弁座の円錐面に沿うように傾斜して弁座を囲んだ冷却水ポケットの内周面によって、前記冷却水ポケットの弁座に対する熱交換面積を大きくすることができるので、冷却水によるニードルバルブの冷却作用を効果的に行わせることができる。また、ノズルヘッドが、従来の燃料噴射弁のように、ノズル本体の先端から突出して燃焼空間内に広範囲に露出することがないので、燃焼空間内での燃焼熱の直接加熱により受けるノズルの熱負荷の度合を軽減することができる。
【００３８】
請求項３に係るガスエンジンの燃料噴射弁によれば、ノズルホルダ側に設けた１つの冷却水導入孔から導入される冷却水を分散溝によってノズル本体側の複数の冷却水往路に確実に分散させて冷却水ポケットに流すことができ、また、冷却水ポケットから複数の冷却水復路を通って流出する冷却水を集合溝によって確実に集合させて１つの冷却水導出孔から導出させることができる。しかも、ノズルホルダには前記冷却水往路と冷却水復路の個数と同数の冷却水導入孔と冷却水導出孔を設ける必要がないので、ノズルホルダの製作が容易となる。
【００３９】
請求項４に係るガスエンジンの燃料噴射弁の冷却方法によれば、シリンダの配列方向の中央部側のシリンダに対応する燃料噴射弁を冷却する冷却水量が、シリンダの配列方向の両端部側のシリンダに対応する燃料噴射弁を冷却する冷却水量より多くなるように調節されるので、全ての燃料噴射弁を、それぞれの熱負荷に応じた適切な流量の冷却水によって良好に冷却することができて、熱負荷が均等になるように軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るガスエンジンの燃料噴射弁を備えたパイロッド着火ガスエンジンのシリンダヘッド部を示す断面図である。
【図２】図１のイ矢視図である。
【図３】図２のローロ断面図である。
【図４】図２のハ−ハ断面図である。
【図５】図４のニ−ニ断面図である。
【図６】図４のホ−ホ断面図である。
【図７】図６のヘ−ヘ断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係るガスエンジンの燃料噴射弁の冷却水の循環系統図である。
【符号の説明】
１　パイロット着火ガスエンジン
２　燃料噴射弁
５　予燃焼室
６　予燃焼室ユニット
７　シリンダヘッド
１０　ユニット本体
１４　ノズルホルダ
１６　ノズル
１７　調整ボルト
１８　押圧軸
１９　ニードルバルブ
１９ａ　弁軸
１９ｂ　弁部
１９ｃ　弁体
２０　圧縮ばね（ばね）
２３　冷却水導入孔
２４　冷却水導出孔
２９　燃料導入孔
３１　弁軸穴
３２　ノズル本体
３３　燃料溜
３４　弁座
３５　サック部
３６　噴口
３７　冷却水ポケット
３８　冷却水流入孔（冷却水往路）
３９　冷却水流出孔（冷却水復路）
４０　分散溝
４１　集合溝
４２　燃料流入孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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