(57)【要約】【課題】低負荷時の煙色改善および高負荷時にＮＯｘを低減することができる燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関を提供する。【解決手段】初期噴射を抑えた噴射率制御運転モードで運転する際、制御手段２４は燃料圧力低下手段２５を作動させ、第１の蓄圧器１１を通じて燃料噴射弁１５に供給される燃料の圧力を低下させることを特徴とする。【選択図】　図１
2004036423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇圧された燃料を蓄えておく第１の蓄圧器と、
前記第１の蓄圧器に蓄えられた燃料圧力と略同一圧力に昇圧された燃料を蓄えておく第２の蓄圧器と、
これら蓄圧器から前記燃料が供給されることにより開放して該燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１の蓄圧器および前記第２の蓄圧器から前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、
前記燃料供給路に接続されて前記第１の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第１の弁機構と、
前記第１の蓄圧器を通じて前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させる燃料圧力低下手段と、
前記燃料供給路に接続されて前記第２の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第２の弁機構と、
前記第１の弁機構、前記第２の弁機構、および前記燃料圧力低下手段の作動を制御する制御手段と、を具備し、
通常噴射運転モード時、前記制御手段は前記第１の弁機構を先行して開放し、続いて前記第２の弁機構を開放して前記燃料噴射弁より燃料を噴射させている燃料噴射装置であって、
初期噴射を抑えた噴射率制御運転モードで運転する際、前記制御手段は前記燃料圧力低下手段を作動させ、前記第１の蓄圧器を通じて前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
昇圧された燃料を蓄えておく第１の蓄圧器と、
前記第１の蓄圧器に蓄えられた燃料圧力と略同一圧力に昇圧された燃料を蓄えておく第２の蓄圧器と、
これら蓄圧器から前記燃料が供給されることにより開放して該燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記第１の蓄圧器および前記第２の蓄圧器から前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、
前記燃料供給路に接続されて前記第１の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第１の弁機構と、
前記第１の蓄圧器を通じて前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させる燃料圧力低下手段と、
前記燃料供給路に接続されて前記第２の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第２の弁機構と、
前記第１の弁機構、前記第２の弁機構、および前記燃料圧力低下手段の作動を制御する制御手段と、を具備し、
通常噴射運転モード時、前記制御手段は前記第１の弁機構と前記第２の弁機構とを同時に開放して前記燃料噴射弁より燃料を噴射させている燃料噴射装置であって、
初期噴射を抑えた噴射率制御運転モードで運転する際、前記制御手段は前記第２の弁機構を前記第１の弁機構の開放時期よりも遅れて開放させるとともに、前記燃料圧力低下手段を作動させ、前記第１の蓄圧器を通じて前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料噴射装置において、
前記第１の弁機構が、前記第２の弁機構の下流側に位置するように配置されていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１または３に記載の燃料噴射装置において、
前記第１の弁機構および前記第２の弁機構の開放時期が、通常噴射運転モード時よりも早められることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載の燃料噴射装置において、
前記第１の弁機構の開放時期が、通常噴射運転モード時よりも早められることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、
前記燃料圧力低下手段による圧力低下は、徐々に行われることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、
前記蓄圧器にはそれぞれ、前記燃料を所定圧力に昇圧する昇圧ポンプが接続されていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置と、
前記燃料噴射弁が取り付けられるシリンダヘッドと、を具備してなることを特徴とするディーゼル機関。
【請求項９】
請求項８に記載のディーゼル機関において、
前記蓄圧器および前記弁機構が、前記シリンダヘッドとは分離して設けられていることを特徴とするディーゼル機関。
【請求項１０】
請求項９に記載のディーゼル機関において、
前記制御手段は、負荷を検出するガバナからの信号に基づいて前記第１の弁機構、前記第２の弁機構、および前記燃料圧力低下手段を制御することを特徴とするディーゼル機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置およびこれを備えたディーゼル機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蓄圧式の燃料噴射装置としては、従来、昇圧された燃料を蓄えておく１つの蓄圧器と、この蓄圧器から燃料が供給されることにより開放して燃料を噴射する燃料噴射弁と、蓄圧器から燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、この燃料供給路に接続されて燃料噴射弁への燃料供給を断続する１つの弁機構とを具備するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような燃料噴射装置においては、負荷の増減に関わりなく燃料噴射期間のすべてにわたって略一定の噴射率で燃料噴射が行われる。このような燃料噴射方式では、低負荷時の煙色が改善できるが、高負荷時に燃料噴射期間における初期において多量の燃料が供給されるため排ガス中のＮＯｘが多くなり、大気汚染を助長する要因となるなど環境面で問題を生じる可能性がある。そのため、低負荷時の煙色改善と高負荷時のＮＯｘ低減を同時に達成できる何らかの対策が望まれている。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、低負荷時の煙色改善と高負荷時のＮＯｘ低減を同時に達成することができる燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関では、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の燃料噴射装置によれば、昇圧された燃料を蓄えておく第１の蓄圧器と、前記第１の蓄圧器に蓄えられた燃料圧力と略同一圧力に昇圧された燃料を蓄えておく第２の蓄圧器と、これら蓄圧器から前記燃料が供給されることにより開放して該燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記第１の蓄圧器および前記第２の蓄圧器から前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、前記燃料供給路に接続されて前記第１の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第１の弁機構と、前記第１の蓄圧器を通じて前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させる燃料圧力低下手段と、前記燃料供給路に接続されて前記第２の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第２の弁機構と、前記第１の弁機構、前記第２の弁機構、および前記燃料圧力低下手段の作動を制御する制御手段と、を具備し、通常噴射運転モード時、前記制御手段は前記第１の弁機構を先行して開放し、続いて前記第２の弁機構を開放して前記燃料噴射弁より燃料を噴射させている燃料噴射装置であって、初期噴射を抑えた噴射率制御運転モードで運転する際、前記制御手段は前記燃料圧力低下手段を作動させ、前記第１の蓄圧器を通じて前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させることを特徴とする。
【０００６】
この燃料噴射装置においては、初期噴射を抑えた噴射率制御運転モードで運転する際、制御手段は第１の弁機構を先行して開放し、続いて第２の弁機構を開放して燃料噴射弁より燃料を噴射させるとともに、燃料圧力低下手段を作動させ、第１の蓄圧器を通じて燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させる。
これにより、噴射率制御運転モード時の、燃料が噴射される期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、後半の燃料噴射率は高められる。
【０００７】
請求項２に記載の燃料噴射装置によれば、昇圧された燃料を蓄えておく第１の蓄圧器と、前記第１の蓄圧器に蓄えられた燃料圧力と略同一圧力に昇圧された燃料を蓄えておく第２の蓄圧器と、これら蓄圧器から前記燃料が供給されることにより開放して該燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記第１の蓄圧器および前記第２の蓄圧器から前記燃料噴射弁へ燃料を供給する燃料供給路と、前記燃料供給路に接続されて前記第１の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第１の弁機構と、前記第１の蓄圧器を通じて前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させる燃料圧力低下手段と、前記燃料供給路に接続されて前記第２の蓄圧器から前記燃料噴射弁への燃料供給を断続する第２の弁機構と、前記第１の弁機構、前記第２の弁機構、および前記燃料圧力低下手段の作動を制御する制御手段と、を具備し、通常噴射運転モード時、前記制御手段は前記第１の弁機構と前記第２の弁機構とを同時に開放して前記燃料噴射弁より燃料を噴射させている燃料噴射装置であって、初期噴射を抑えた噴射率制御運転モードで運転する際、前記制御手段は前記第２の弁機構を前記第１の弁機構の開放時期よりも遅れて開放させるとともに、前記燃料圧力低下手段を作動させ、前記第１の蓄圧器を通じて前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させることを特徴とする。
【０００８】
この燃料噴射装置においては、初期噴射を抑えた噴射率制御運転モードで運転する際、制御手段は第１の弁機構を先行して開放し、続いて第２の弁機構を開放して燃料噴射弁より燃料を噴射させるとともに、燃料圧力低下手段を作動させ、第１の蓄圧器を通じて燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させる。
これにより、噴射率制御運転モード時の、燃料が噴射される期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、後半の燃料噴射率は高められる。
【０００９】
請求項３に記載の燃料噴射装置によれば、請求項１または２に記載の燃料噴射装置において、前記第１の弁機構が、前記第２の弁機構の下流側に位置するように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この燃料噴射装置においては、　第１の弁機構および第２の弁機構がともに開放されている状態から、第１の弁機構を閉鎖することにより、燃料噴射弁への燃料の供給が遮断される。
【００１１】
請求項４に記載の燃料噴射装置によれば、請求項１または３に記載の燃料噴射装置において、前記第１の弁機構および前記第２の弁機構の開放時期が、通常噴射運転モード時よりも早められることを特徴とする。
【００１２】
この燃料噴射装置においては、噴射率制御運転モード時における噴射時期が、通常噴射運転モード時における噴射時期よりも早められることとなり、噴射時期の適正化が図られることとなる。
【００１３】
請求項５に記載の燃料噴射装置によれば、請求項２または３に記載の燃料噴射装置において、前記第１の弁機構の開放時期が、通常噴射運転モード時よりも早められることを特徴とする。
【００１４】
この燃料噴射装置においては、噴射率制御運転モード時における噴射時期が、通常噴射運転モード時における噴射時期よりも早められることとなり、噴射時期の適正化が図られることとなる。
【００１５】
請求項６に記載の燃料噴射装置によれば、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、前記燃料圧力低下手段による圧力低下は、徐々に行われることを特徴とする。
【００１６】
この燃料噴射装置においては、燃料圧力低下手段による圧力低下が徐々に行われることとなるので、各筒内の圧力や各筒内から排出される排気ガスの温度の状態、すなわち燃焼状態が徐々に変化させられることとなる。
【００１７】
請求項７に記載の燃料噴射装置によれば、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、前記蓄圧器にはそれぞれ、前記燃料を所定圧力に昇圧する昇圧ポンプが接続されていることを特徴とする。
【００１８】
この燃料噴射装置においては、各蓄圧器に対して個別に接続された昇圧ポンプから各蓄圧器に昇圧された燃料が供給される。
【００１９】
請求項８に記載のディーゼル機関によれば、請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置と、前記燃料噴射弁が取り付けられるシリンダヘッドと、を具備してなることを特徴とする。
【００２０】
このディーゼル機関においては、燃料が噴射される期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、後半の燃料噴射率が高められる噴射率制御運転モードを備えた燃料噴射装置が具備されることとなり、高負荷時における燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘの低減が図れる。
【００２１】
請求項９に記載のディーゼル機関によれば、請求項８に記載のディーゼル機関において、前記蓄圧器および前記弁機構が、前記シリンダヘッドとは分離して設けられていることを特徴とする。
【００２２】
このディーゼル機関においては、蓄圧器および弁機構を、シリンダヘッドとは分離して設けることにより、メンテナンスや部品の交換作業等が簡単に行える。また、ディーゼル機関を設計する上での自由度が増し、シリンダヘッドあるいはディーゼル機関自体の小型／軽量化が図れる。
【００２３】
請求項１０に記載のディーゼル機関によれば、請求項９に記載のディーゼル機関において、前記制御手段は、負荷を検出するガバナからの信号に基づいて前記第１の弁機構、前記第２の弁機構、および前記燃料圧力低下手段を制御することを特徴とする。
【００２４】
このディーゼル機関においては、通常噴射運転モードから噴射率制御運転モードへの移行、あるいは噴射率制御運転モードから通常噴射運転モードへの移行が、ガバナにより検出された機関の負荷に基づいて行われる。
すなわち、機関の負荷が所定負荷以下になると噴射率制御運転モードから通常噴射運転モードへ、逆に機関の負荷が所定負荷よりも高くなると通常噴射運転モードから噴射率制御運転モードへと自動的に移行される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関の第１の実施形態を図１ないし図３に基づいて説明する。
図１に示すように、燃料噴射装置１０は、第１の蓄圧器１１と、第２の蓄圧器１２と、第１制御弁（第１の弁機構）１３と、第２制御弁（第２の弁機構）１４と、燃料噴射弁１５と、燃料供給路１６と、第１昇圧ポンプ１７と、第２昇圧ポンプ１８と、コントロール装置（制御手段）２４と、吸入絞り弁（燃料圧力低下手段）２５とを主たる要素として構成されたものである。
【００２６】
第１の蓄圧器１１は、第１昇圧ポンプ１７によってたとえば１６０ＭＰａに昇圧された燃料（たとえば、Ｃ重油）を蓄えておくためのものである。
同様に、第２の蓄圧器１２は、第２昇圧ポンプ１８によってたとえば１６０ＭＰａに昇圧された燃料を蓄えておくためのものである。
図中において符号１７ａ，１８ａはそれぞれ、第１昇圧ポンプ１７、第２昇圧ポンプ１８に吸入される燃料から不純物を取り除くフィルタである。
また、符号１９は燃料サービスタンクである。
【００２７】
第１制御弁１３は、第１の蓄圧器１１から燃料噴射弁１５へ燃料を供給するポジションと、燃料噴射弁１５への燃料供給を断って燃料噴射弁１５側に残った余圧を燃料サービスタンク１９へ戻すポジションとを選択可能な三方向弁が使用されている。
第２制御弁１４は、第２の蓄圧器１２から燃料噴射弁１５へ燃料を供給するポジションと、燃料噴射弁１５への燃料供給を断つポジションとを選択可能な二方向弁が使用されている。
【００２８】
また、第１制御弁１３には、燃料噴射弁１５への燃料供給を断つポジションが選択されたときに、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料を燃料サービスタンク１９へ戻す通路２０が接続されている。
この通路２０には等圧弁２２が設けられており、この等圧弁２２よりも上流側の燃料供給路１６内の燃料圧力が、たとえば２０ＭＰａよりも低くならないように調整されている。
一方、第１の蓄圧器１１と第１制御弁１３とを連通する燃料供給路１６には、逆止弁２３が設けられており、この逆止弁２３よりも下流側に位置する燃料が第１の蓄圧器１１の側に逆流しないようになっている。
【００２９】
これら第１制御弁１３および第２制御弁１４はそれぞれ、作動油タンクから、作動油供給ポンプ、作動油供給管、および作動油パイロット弁を通って作動油が供給されることにより作動される、いわゆる油圧作動弁である。作動油パイロット弁は電磁弁であり、コイルに電流が通電されるか否かによって弁が開閉されるものである。
また、コイルへの通電／非通電はコントロール装置２４によってなされる。
すなわち、第１制御弁１３および第２制御弁１４は、コントロール装置２４からの入力信号によりコイルへの通電／非通電がなされて、電磁弁が開閉させられることにより作動油が供給あるいは遮断されてそのポジションが操作されるものである。
【００３０】
燃料噴射弁１５は、所定圧力（たとえば、４５ＭＰａ）以上の圧力を有する燃料が供給されることにより開放して、シリンダ内に燃料を噴射するものである。この燃料噴射弁１５は、バネ１５ａによってニードルバルブ１５ｂが閉じる方向に付勢されており、所定圧力がニードルバルブ１５ｂの下方に加わるとバネ１５ａの付勢力に打ち勝ってニードルバルブ１５ｂが開くタイプのものである。
【００３１】
吸入絞り弁２５は、第１昇圧ポンプ１７の上流側、すなわちフィルタ１７ａと第１昇圧ポンプ１７との間に設けられた流量調整弁であって、前述したコントロール装置２４によってその作動が制御されるものである。
コントロール装置２４からの信号により、この吸入絞り弁２５の開度が小さくされると、第１昇圧ポンプ１７に流れ込む燃料の流量が減少されて、第１の蓄圧器１１内の燃料圧力が低下させられることになる。
【００３２】
図２はこの燃料噴射装置１０を備えるレシプロ式のディーゼル機関３０の概略構成図である。
図２において符号３１はシリンダ、３２はシリンダヘッド、３３はピストン、３４はコネクティングロッド、３５はクランクシャフト、３６はクランクケース、３７はバルブ、３８はガバナである。
【００３３】
燃料噴射装置１０は、燃料噴射弁１５がシリンダヘッド３２の略中央に設置されているが、第１の蓄圧器１１、第２の蓄圧器１２、第１制御弁１３、および第２制御弁１４がシリンダ３１の側部に分けて設置されており、両者は燃料供給路１６をなす管路で接続されている。
【００３４】
また、ガバナ３８で検出されたディーゼル機関３０の負荷情報は、コントロール装置２４に信号として送られるようになっている。
【００３５】
上記のように構成された燃料噴射装置１０を備えるディーゼル機関３０を運転したときの燃料噴射装置１０の作動の仕方について説明する。
第１の蓄圧器１１には第１昇圧ポンプ１７の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられるとともに、第２の蓄圧器１２には第２昇圧ポンプ１８の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられる。燃料噴射弁１５からは、これら第１の蓄圧器１１および／または第２の蓄圧器１２に蓄えられた燃料が、第１制御弁１３および第２制御弁１４の以下のような開閉動作によって間欠的に噴射される。
【００３６】
ディーゼル機関３０が中負荷（たとえば５０％負荷）以下で運転される、通常噴射運転モードの場合には、図３に示すように、第１制御弁１３が開放され、続いて第２制御弁１４が開放された後、これら第１制御弁１３および第２制御弁１４が同時に閉じられるようになっている。これにより、第１制御弁１３のみが開いているときは第１の蓄圧器１１に蓄えられた燃料が第１制御弁１３を通じて燃料噴射弁１５に供給され、第１制御弁１３および第２制御弁１４がともに開いているときは第１の蓄圧器１１および第２の蓄圧器１２に蓄えられた燃料が第１制御弁１３および第２制御弁１４を通じて燃料噴射弁１５に供給される。
このとき、第１の蓄圧器１１内の燃料の圧力と、第２の蓄圧器１２内の燃料の圧力とは略等しいので、燃料噴射期間のすべてにわたって略一定の噴射率で燃料噴射が行われることとなる（図３に実線で示す）。
【００３７】
次に、ディーゼル機関３０の負荷が上がり、中負荷よりも高い負荷（高負荷）で運転される場合には、通常噴射運転モードから噴射率制御運転モードに移行されることとなる。
この場合、第１制御弁１３および第２制御弁１４の開閉タイミングは通常噴射運転モード時と同じとされたまま、コントロール装置２４から吸入絞り弁２５に信号が送られ、吸入絞り弁２５の開度が絞られる。吸入絞り弁２５の開度が絞られると、第１昇圧ポンプ１７に流れ込む燃料の流量が減少され、第１の蓄圧器１１内の燃料圧力が低下する。このときの燃料噴射率を図に示すと、図３の破線のようになる。
【００３８】
第２制御弁１４が開放され、第２の蓄圧器１２に蓄えられた燃料が第２制御弁１４を通じて燃料噴射弁１５に供給されるとき、第２の蓄圧器１２に蓄えられた燃料の圧力が第１の蓄圧器１１に蓄えられた燃料の圧力よりも高くなるため、逆止弁２３が閉じ、第２の蓄圧器１２に蓄えられた燃料が第１の蓄圧器１１の側に流入することを防止している。
【００３９】
燃料噴射の行程を終えると、第１制御弁１３および第２制御弁１４は同時に閉じられる。これら第１制御弁１３および第２制御弁１４が閉じられると、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料が、第１制御弁１３に設けられた通路２０を通じて戻され、燃料サービスタンク１９に回収される。
【００４０】
このように、先行して開放される第１制御弁１３の上流側に位置する第１の蓄圧器１１内の燃料圧力が低下させられると、吸入行程一回当たりの燃料噴射の期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、後半の燃料噴射率が高められる（吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各制御弁の開閉状態を示すと図３のようになる）。
【００４１】
したがって、本実施形態のディーゼル機関においては燃料噴射期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、続いて後半の燃料噴射率が高められるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００４２】
また、第１の蓄圧器１１、第２の蓄圧器１２、第１制御弁１３、および第２制御弁１４を燃料噴射弁１５と別体に構成し、シリンダヘッド３２あるいはシリンダ３１とは分離して設けたことにより、メンテナンスや部品の交換作業等を容易に行うことができる。また、ディーゼル機関を設計する上での自由度が増し、シリンダヘッド、シリンダさらにはディーゼル機関の小型／軽量化を実現することができる。
【００４３】
さらに、機械式の燃料噴射弁を使用することができるので、従来構造のシリンダヘッドを流用できる。
【００４４】
上述した実施形態では、通常噴射運転モード時と噴射率制御運転モード時とで燃料の噴射開始時期が同じとされている。
しかしながら、このようにすることで噴射率制御運転モード時において噴射遅れが問題となるような場合には、図４に示すように、吸入絞り弁２５の開度を絞るとともに第１制御弁１３および第２制御弁１４の開くタイミングを、通常噴射運転モード時よりも早めてやればよい。
図４において、実線は通常噴射運転モード時と噴射率制御運転モード時とで燃料の噴射開始時期が同じ場合、破線は第１制御弁１３および第２制御弁１４の開くタイミングを通常噴射運転モード時よりも早めた場合を示している。
【００４５】
次に、本発明に係る燃料噴射装置およびこれを備えるディーゼル機関の第２の実施形態を図５に基づいて説明する。なお、前述した第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付し、それについての説明は省略する。
【００４６】
図５に示す第２の実施形態は、第２制御弁１４の出口側（燃料噴射弁１５側）の燃料供給路１６が第１制御弁１３の上流側、すなわち逆止弁２３と第１制御弁１３との間に接続されている点で第１の実施形態と大きく異なっている。
なお、第１の実施形態では第２制御弁１４の出口側の燃料供給路１６は、第１制御弁１３の下流側、すなわち第１制御弁１３と燃料噴射弁１５との間に接続されていた。
【００４７】
上記のように構成された燃料噴射装置２０を備えるディーゼル機関を運転したときの燃料噴射装置２０の作動の仕方について説明する。
第１の蓄圧器１１には第１昇圧ポンプ１７の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられるとともに、第２の蓄圧器１２には第２昇圧ポンプ１８の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられる。燃料噴射弁１５からは、これら第１の蓄圧器１１および／または第２の蓄圧器１２に蓄えられた燃料が、第１制御弁１３および第２制御弁１４の以下のような開閉動作によって間欠的に噴射される。
【００４８】
ディーゼル機関が中負荷（たとえば５０％負荷）以下で運転される、通常噴射運転モードの場合には、図３に実線で示すように、第１制御弁１３が開放され、続いて第２制御弁１４が開放された後、これら第１制御弁１３および第２制御弁１４が同時に閉じられるようになっている。これにより、第１制御弁１３のみが開いているときは第１の蓄圧器１１に蓄えられた燃料が第１制御弁１３を通じて燃料噴射弁１５に供給され、第１制御弁１３および第２制御弁１４がともに開いているときは第１の蓄圧器１１および第２の蓄圧器１２に蓄えられた燃料が第１制御弁１３および第２制御弁１４を通じて燃料噴射弁１５に供給される。
このとき、第１の蓄圧器１１内の燃料の圧力と、第２の蓄圧器１２内の燃料の圧力とは略等しいので、燃料噴射期間のすべてにわたって略一定の噴射率で燃料噴射が行われることとなる（図３に実線で示す）。
【００４９】
次に、ディーゼル機関の負荷が上がり、中負荷よりも高い負荷（高負荷）で運転される場合には、通常噴射運転モードから噴射率制御運転モードに移行されることとなる。
この場合、第１制御弁１３および第２制御弁１４の開閉タイミングは通常噴射運転モード時と同じとされたまま、コントロール装置２４から吸入絞り弁２５に信号が送られ、吸入絞り弁２５の開度が絞られる。吸入絞り弁２５の開度が絞られると、第１昇圧ポンプ１７に流れ込む燃料の流量が減少され、第１の蓄圧器１１内の燃料圧力が低下する。このときの燃料噴射率を図に示すと、図３の破線のようになる。
【００５０】
第２制御弁１４が開放され、第２の蓄圧器１２に蓄えられた燃料が第２制御弁１４を通じて燃料噴射弁１５に供給されるとき、第２の蓄圧器１２に蓄えられた燃料の圧力が第１の蓄圧器１１に蓄えられた燃料の圧力よりも高くなるため、逆止弁２３が閉じ、第２の蓄圧器１２に蓄えられた燃料が第１の蓄圧器１１の側に流入することを防止している。
【００５１】
燃料噴射の行程を終えると、第１制御弁１３および第２制御弁１４は同時に閉じられる。これら第１制御弁１３および第２制御弁１４が閉じられると、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料が、第１制御弁１３に設けられた通路２０を通じて戻され、燃料サービスタンク１９に回収される。
【００５２】
このように、先行して開放される第１制御弁１３の上流側に位置する第１の蓄圧器１１内の燃料圧力が低下させられると、吸入行程一回当たりの燃料噴射の期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、後半の燃料噴射率が高められる（吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各制御弁の開閉状態を示すと図３のようになる）。
【００５３】
したがって、本実施形態のディーゼル機関においては燃料噴射期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、続いて後半の燃料噴射率が高められるので、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００５４】
また、前述した第１の実施形態のものとは異なり、本実施形態のものは第２制御弁１４の下流側に第１制御弁１３が位置するように接続されているため、第２制御弁１４が第１制御弁１３よりも遅れて閉じられることとなっても、第１制御弁１３が閉じられることにより燃料噴射弁１５への燃料の供給を完全に遮断することができる。
したがって、第１制御弁１３と第２制御弁１４とを必ずしも同時に閉じる必要はなく、第２制御弁１４を第１制御弁１３よりも遅れて閉じさせることができるようになるので、これら制御弁１３，１４の開閉制御を簡略化することができる。
【００５５】
さらに、第１の蓄圧器１１、第２の蓄圧器１２、第１制御弁１３、および第２制御弁１４を燃料噴射弁１５と別体に構成し、シリンダヘッド３２あるいはシリンダ３１とは分離して設けたことにより、メンテナンスや部品の交換作業等を容易に行うことができる。また、ディーゼル機関を設計する上での自由度が増し、シリンダヘッド、シリンダさらにはディーゼル機関の小型／軽量化を実現することができる。
【００５６】
さらにまた、機械式の燃料噴射弁を使用することができるので、噴射切れが良好となり、後燃えが低減され、排気温度が低減されて効率を向上させることができる。
【００５７】
上述した実施形態では、通常噴射運転モード時と噴射率制御運転モード時とで燃料の噴射開始時期が同じとされている。
しかしながら、このようにすることで噴射率制御運転モード時において噴射遅れが問題となるような場合には、図４を用いて説明したように、吸入絞り弁２５の開度を絞るとともに第１制御弁１３および第２制御弁１４の開くタイミングを、通常噴射運転モード時よりも早めてやればよい。
図４において、実線は通常噴射運転モード時と噴射率制御運転モード時とで燃料の噴射開始時期が同じ場合、破線は第１制御弁１３および第２制御弁１４の開くタイミングを通常噴射運転モード時よりも早めた場合を示している。
【００５８】
また、上述した第１の実施形態および第２の実施形態における通常噴射運転モードから噴射率制御運転モードへの移行において、吸入絞り弁２５による燃料の圧力低下が徐々に行われるとさらに有利である。
一方、それと同時に第１制御弁１３および第２制御弁１４の開くタイミングが徐々に早められるとさらに有利である。
ここでいう徐々にという意味は、通常噴射運転モードから噴射率制御運転モードへ一気に移行されるのではなく、たとえばディーゼル機関が５０回転する間に移行されるようにすることである。
したがって、通常噴射運転モード時の燃料圧力と噴射率制御運転モード時の燃料圧力との差を５０等分して、１回転毎に１／５０ずつ燃料圧力を低めるようにすることである。
一方、通常噴射運転モード時の噴射開始時期と噴射率制御運転モード時の噴射開始時期との差を５０等分して、１回転毎に１／５０ずつ噴射開始時期を早めるようにすることである。
【００５９】
さらに、通常噴射運転モードから噴射率制御運転モードへの移行時期については、ガバナ３８により検出された負荷状態を信号としてコントロール装置２４に送り、このコントロール装置２４がガバナ３８からの信号に基づいて第１制御弁１３および第２制御弁１４をそれぞれ制御するように構成しておけばさらに有利である。
これにより完全な自動化を図ることができて、たとえば発電施設などでは無人化を図ることができる。
【００６０】
さらにまた、以上説明した実施形態では第１制御弁１３および第２制御弁１４の閉鎖時期については特に説明していないが、燃料噴射量を全体として減少させたい場合にはこれら制御弁１３，１４の閉鎖時期を早めればよいし、燃料噴射量を全体として増加させたい場合にはこれら制御弁１３，１４の閉鎖時期を遅らせればよい。
【００６１】
さらにまた、第１制御弁１３および第２制御弁１４の、適正な噴射開始時期は、工場内での試運転時に予め計測された各筒内の最高圧力や各筒内から排出される排気ガスの温度に基づいて、高負荷時に最も良好な燃焼状態となり、ＮＯｘを最大限低減させることができるように決定され、出荷前にコントロール装置２４に予め記憶されている。
【００６２】
なお、上述した２つの実施形態においては、通常噴射運転モード時、第１制御弁１３から遅れて第２制御弁１４が開放されるようになっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１制御弁１３のみを開閉させ、第２制御弁１４を閉じたままにすることもできる。
この場合、通常噴射運転モードから噴射率制御運転モードに移行する際には、まずはじめに第２制御弁１４を第１制御弁よりも遅れて開放させるとともに、吸入絞り弁２５を作動させることとなる。
【００６３】
また、上述した２つの実施形態においては、燃料圧力低下手段として吸入絞り弁２５が第１昇圧ポンプ１７の上流側（燃料サービスタンク１９側）に設けられている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば第１昇圧ポンプ１７と第１の蓄圧器１１との間、あるいは第１の蓄圧器１１と逆止弁２３との間に、絞り弁などを燃料圧力低下手段として設けるようにすることもできる。
【００６４】
さらに、各蓄圧器に対してそれぞれ昇圧ポンプを設けるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば第１の蓄圧器１１に対して接続していた第１昇圧ポンプ１７，フィルタ１７ａ，および吸入絞り弁２５を省略し、第２の蓄圧器１２に対して接続していた第２昇圧ポンプ１８から第１の蓄圧器１１に燃料を供給することもできる。この際、第２昇圧ポンプ１８と第１の蓄圧器１１との間に吸入絞り弁２５を設けておくことが必要となる。
【００６５】
さらにまた、第１制御弁１３および第２制御弁１４が閉じられた後、燃料噴射弁１５側の燃料供給路１６に残って余圧を生じた燃料は、通路２０を通じて戻され、燃料サービスタンク１９に回収されるようになっている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料ドレンタンクに排出することもできる。
【００６６】
さらにまた、制御弁１３，１４はそれぞれ油圧作動弁としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、単なる電磁弁とすることもできる。
すなわち、これら制御弁１３，１４は上述したような流路の切換を行うことができるものであればいかなるものでも良い。
ただし燃料として、粘性が高く、使用時に加熱しなければならないＣ重油などを使用する場合には、制御弁１３，１４に油圧作動弁を用いることが望ましい。というのは、燃料として加熱されたＣ重油などを使用する場合、これら制御弁１３，１４として電磁弁を用いると、ソレノイド固定用樹脂が溶解したり、配線が熱により誤作動を引き起こしたり、熱により損傷を受けたりするおそれがあるからである。
【００６７】
さらにまた、噴射率制御運転モード／通常噴射運転モードの切換は、上述したようなガバナ３８からの信号に基づいて自動的に行わせること以外に、ディーゼル機関の機側や複数台のディーゼル機関を集中管理する制御室などに設けられた切換スイッチなどにより切換を行うようにすることもできる。
【００６８】
さらにまた、噴射率制御運転モードから通常噴射運転モードへの移行については特に説明はしていないが、上記の説明を逆に行えば達成し得ることとなるのでここではその説明を省略する。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の燃料噴射装置およびこれを備えたディーゼル機関によれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の燃料噴射装置によれば、初期噴射を抑えた噴射率制御運転モードで運転する際、制御手段は第１の弁機構を先行して開放し、続いて第２の弁機構を開放して燃料噴射弁より燃料を噴射させるとともに、燃料圧力低下手段を作動させ、第１の蓄圧器を通じて燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させる。
これにより、噴射率制御運転モード時の、燃料が噴射される期間における前半の燃料噴射率を低く抑え、かつ後半の燃料噴射率を高めることができ、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００７０】
請求項２に記載の燃料噴射装置によれば、初期噴射を抑えた噴射率制御運転モードで運転する際、制御手段は第１の弁機構を先行して開放し、続いて第２の弁機構を開放して燃料噴射弁より燃料を噴射させるとともに、燃料圧力低下手段を作動させ、第１の蓄圧器を通じて燃料噴射弁に供給される燃料の圧力を低下させる。
これにより、噴射率制御運転モード時の、燃料が噴射される期間における前半の燃料噴射率を低く抑え、かつ後半の燃料噴射率を高めることができ、燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘを低減することができる。
また、通常噴射運転モード時、第１制御弁が開閉されるとともに第２制御弁は閉じられたままで第１の蓄圧器から燃料噴射弁に燃料が供給されるようになっているので、弁機構の開閉制御を簡略化することができる。
【００７１】
請求項３に記載の燃料噴射装置によれば、第１の弁機構および第２の弁機構がともに開放されている状態から、第１の弁機構を閉鎖することにより、燃料噴射弁への燃料の供給を遮断することができるので、弁機構の開閉制御を簡略化することができる。
【００７２】
請求項４に記載の燃料噴射装置によれば、噴射率制御運転モード時における噴射時期が、通常噴射運転モード時における噴射時期よりも早められることとなり、噴射時期を所望の適正な時期とすることができる。
【００７３】
請求項５に記載の燃料噴射装置によれば、噴射率制御運転モード時における噴射時期が、通常噴射運転モード時における噴射時期よりも早められることとなり、噴射時期を所望の適正な時期とすることができる。
【００７４】
請求項６に記載の燃料噴射装置によれば、燃料圧力低下手段による圧力低下が徐々に行われることとなるので、各筒内の圧力や各筒内から排出される排気ガスの温度の状態、すなわち燃焼状態を徐々にかつ良好に変化させることができる。
【００７５】
請求項７に記載の燃料噴射装置によれば、各蓄圧器に対して個別に接続された昇圧ポンプから各蓄圧器に昇圧された燃料が供給されるので、効率よく所望の圧力を得ることができる。
【００７６】
請求項８に記載のディーゼル機関によれば、燃料が噴射される期間における前半の燃料噴射率が低く抑えられ、後半の燃料噴射率が高められる噴射率制御運転モードを備えた燃料噴射装置が具備されることとなり、高負荷時における燃料消費率を良好に維持しつつ、排ガス中のＮＯｘの低減を図ることができる。
【００７７】
請求項９に記載のディーゼル機関によれば、蓄圧器および弁機構を、シリンダヘッドとは分離して設けることにより、メンテナンスや部品の交換作業等を簡単に行うことができる。
また、ディーゼル機関を設計する上での自由度が増し、シリンダヘッドあるいはディーゼル機関自体の小型／軽量化を図ることができる。
【００７８】
請求項１０に記載のディーゼル機関によれば、機関の負荷が所定負荷以下になると噴射率制御運転モードから通常噴射運転モードへ、逆に機関の負荷が所定負荷よりも高くなると通常噴射運転モードから噴射率制御運転モードへと自動的に移行されることとなるので、噴射率制御運転モード／通常噴射運転モードの切換を完全に自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の燃料噴射装置を搭載したディーゼル機関の概略構成図である。
【図３】図１に示す燃料噴射装置の通常噴射運転モード時（実線）および噴射率制御運転モード時（破線）の作動状態を説明するための図であって、吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各制御弁の開閉状態を示す図表である。
【図４】図１に示す燃料噴射装置の噴射率制御運転モード時の作動状態、および噴射時期を早めた場合の作動状態を説明するための図であって、吸入行程一回当たりの燃料噴射率の変化、および各制御弁の開閉状態を示す図表である。
【図５】本発明による燃料噴射装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０　燃料噴射装置
１１　第１の蓄圧器
１２　第２の蓄圧器
１３　第１制御弁（第１の弁機構）
１４　第２制御弁（第２の弁機構）
１５　燃料噴射弁
１６　燃料供給路
１７　第１昇圧ポンプ
１８　第２昇圧ポンプ
２０　燃料噴射装置
２４　コントロール装置（制御手段）
２５　吸入絞り弁
３０　ディーゼル機関
３２　シリンダヘッド
３８　ガバナ
【図１】
2004036423.tif 000003
【図２】
2004036423.tif 000004
【図３】
2004036423.tif 000005
【図４】
2004036423.tif 000006
【図５】
2004036423.tif 000007