(57)【要約】【課題】簡素で信頼性が高く、且つ低価格な構成により、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘの削減と燃費の向上とを両立させる。【解決手段】燃料噴射装置１は、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料を圧送する増圧ピストン４を備え、増圧ピストン４は一端面に推進油圧を受ける推進受圧面４ｄ、他端面に推進受圧面４ｄよりも小面積で燃料圧縮室１２内の燃料を燃料噴射弁側に圧送する加圧面４ｃが形成され、中間部に少なくとも１段の、推進受圧面４ｄと逆向き且つ面積の小さいカウンタ受圧面４ｆが設けられた段付ピストンである。圧力弁３９の閉弁時に推進受圧面４ｄに推進油圧が付与されると、カウンタ受圧面４ｆに隣接するカウンタ油圧室３６内に推進油圧と同等のカウンタ油圧が付与され、増圧ピストン４の推進速度が抑制される。圧力弁３９が開弁するとカウンタ油圧が逃がされて増圧ピストン４の推進速度が速くなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁に前記燃料を圧送する増圧ピストンを備えた燃料ポンプユニットと、
前記増圧ピストンの動きを制御する蓄圧管制弁ユニットと、を備え、
前記増圧ピストンは、その一端面が推進受圧面とされ、他端面が前記推進受圧面の面積よりも小さい面積の加圧面とされ、その中間部に少なくとも１段の段部を有する段付ピストンとされ、前記段部には前記推進受圧面と逆向きで前記推進受圧面よりも面積の小さいカウンタ受圧面が設けられ、
該増圧ピストンは、前記推進受圧面に前記蓄圧管制弁ユニットから所定の推進油圧を供給されることにより、前記加圧面に隣接して形成された燃料圧縮室側に推進し、該燃料圧縮室に充填された燃料を前記加圧面により加圧して前記燃料噴射弁側に圧送する動作を行うように構成され、
さらに、前記カウンタ受圧面に前記推進油圧と同等のカウンタ油圧を選択的に供給および停止するカウンタ油圧付与機構を有することを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
前記カウンタ油圧付与機構は、
前記増圧ピストンの前記カウンタ受圧面に隣接して設けられたカウンタ油圧室と、
前記カウンタ油圧室に作動油を供給する作動油供給路と、
前記カウンタ油圧室に供給された前記作動油を逃がすリーク通路と、
前記増圧ピストンが前記燃料圧縮室側に推進することにより前記カウンタ油圧室内に発生する前記カウンタ油圧が、前記推進油圧と同等の圧力になると開弁して前記カウンタ油圧を前記リーク通路に逃がす圧力弁と、
前記圧力弁を、前記リーク通路を閉鎖する閉鎖位置と、前記リーク通路を開放する開放位置とに選択的に動作させる圧力弁動作機構と、
前記圧力弁動作機構を制御する制御手段と、
を具備してなることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記増圧ピストンが推進ストロークの略前半の範囲にある時には前記圧力弁を前記閉鎖位置に置き、前記増圧ピストンが推進ストロークの略後半の範囲にある時には前記圧力弁を前記開放位置に置くように前記圧力弁動作機構を制御することを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
前記圧力弁が前記閉鎖位置から前記開放位置に切り替わる点を、前記ディーゼルエンジンの圧縮上死点位置付近としたことを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の燃料噴射装置を備えたことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項６】
請求項５に記載のディーゼルエンジンを主機として搭載したことを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に大型船舶に用いて好適なディーゼルエンジンの燃料噴射装置、これを備えたディーゼルエンジン、および船舶に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境保全に対する関心の高まりに伴い、船舶における主機、例えば、２サイクル大型低速ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を大幅に削減する必要性が生じている。例えば特許文献１，２には、大型低速ディーゼルエンジン等から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ等を削減可能な燃料噴射装置が開示されている。
【０００３】
特許文献１に開示されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置は、燃料噴射弁の針弁の弁座への押付け圧力を変化させることにより開弁圧を変化せしめる油圧シリンダ装置と、該油圧シリンダ装置への作動油路に設けられて該作動油路の通路面積を変化させることにより該油圧シリンダ装置による前記針弁の押付け圧力を変化せしめる電磁弁と、エンジンの燃料噴射量の増加に従い開弁圧を上昇せしめるように該燃料噴射量の変化に従い前記電磁弁の開度を変化させて該開弁圧を制御するコントローラとを備えており、エンジン負荷の増大にしたがって針弁の開弁圧を上昇させるように制御している。
【０００４】
上記構成によれば、燃料噴射量の多い高負荷運転時には燃料噴射弁の開弁圧を上昇させて噴射圧力を高くして噴射期間を短くした噴射モードとして燃費を低減し、排煙濃度を良好に保持した運転が可能となるとともに、燃料噴射量の少ない低負荷運転時には開弁圧を低くシフトして初期の噴射率を低くし、燃焼の立ち上がりを抑制してＮＯｘの排出を抑制した運転が可能となる。
【０００５】
また、特許文献２に開示されているディーゼルエンジンの燃料噴射装置は、燃料噴射装置を駆動する作動カムの形状を見直し、燃料の戻り管に設けられる電磁弁の開閉制御によってエンジン負荷に適した噴射率制御により低燃費率、低排気ガス化を達成するべく、前記戻り管および電磁弁を１つの通路及び電磁弁よって構成し、前記作動カムによって形成されるカム速度が立ち上がりから頂部まで等速度部を有さずに増加する特性を有し、前記電磁弁の開閉タイミングをエンジン負荷・回転に応じて制御してカム速度特性の使用期間を変更せしめるコントローラを備えたことを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、燃料噴射の初期は燃焼室への燃料噴霧量が抑制されることから、燃焼速度が穏やかになり、燃焼室内の高温領域の発生を抑え、ＮＯｘの発生を抑制すると共に、燃料噴射の後期はカム速度が増大し、燃料噴射率及び燃料噴射圧が高くなるので、燃料の微細化が行われ、燃料の燃焼が促進されて粒子状物質の排出を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２４１９８６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１０６２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、年間を通して莫大な量の燃料を消費する海運業界においては、近頃の世界的な経済不況の影響もあり、船舶の燃費を極力向上させる方法が模索されている。燃費を向上させるには燃焼室に燃料を一気に噴射して燃焼速度を速めるのが好ましい。しかしながら、燃焼速度を速めるとＮＯｘの排出量が増大してしまう。このように、燃費の向上とＮＯｘの削減はトレードオフの関係にある。
【０００９】
特許文献１，２に開示されている燃料噴射装置は、いずれも排気ガス中に含まれるＮＯｘ等の有害物質の排出量を低減させることを可能にしたものであり、改善次第では燃費を向上させることも不可能ではない構成ではあるが、いずれも構造が複雑であり、不調や故障を来す確率が高い上に、燃料噴射装置が高価になる傾向があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡素で信頼性が高く、且つ低価格な構成により、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘの削減と燃費の向上とを両立させることができるディーゼルエンジンの燃料噴射装置、これを備えたディーゼルエンジン、および船舶を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
即ち、本発明に係る燃料噴射装置の第１の態様は、ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に前記燃料を圧送する増圧ピストンを備えた燃料ポンプユニットと、前記増圧ピストンの動きを制御する蓄圧管制弁ユニットと、を備え、前記増圧ピストンは、その一端面が推進受圧面とされ、他端面が前記推進受圧面の面積よりも小さい面積の加圧面とされ、その中間部に少なくとも１段の段部を有する段付ピストンとされ、前記段部には前記推進受圧面と逆向きで前記推進受圧面よりも面積の小さいカウンタ受圧面が設けられ、該増圧ピストンは、前記推進受圧面に前記蓄圧管制弁ユニットから所定の推進油圧を供給されることにより、前記加圧面に隣接して形成された燃料圧縮室側に推進し、該燃料圧縮室に充填された燃料を前記加圧面により加圧して前記燃料噴射弁側に圧送する動作を行うように構成され、さらに、前記カウンタ受圧面に前記推進油圧と同等のカウンタ油圧を選択的に供給および停止するカウンタ油圧付与機構を有することを特徴とする。
【００１２】
上記構成の燃料噴射装置によれば、段付ピストンである増圧ピストンの推進受圧面に蓄圧管制弁ユニットから所定の推進油圧が供給されると、増圧ピストンが燃料圧縮室側に推進し、増圧ピストンの加圧面によって燃料圧縮室に充填された燃料が加圧される。加圧面の面積は推進受圧面の面積よりも小さいため、推進油圧が増圧されて増圧ピストンの加圧面から燃料圧縮室内に充填された燃料に付与され、燃料が一気に噴射される。これはカウンタ油圧付与機構によって増圧ピストンの段部に形成されたカウンタ受圧面にカウンタ油圧が供給されていない時の状況であり、増圧ピストンは推進油圧を１００％付与されて高い速度で推進する。
【００１３】
カウンタ油圧付与機構によって増圧ピストンのカウンタ受圧面に推進油圧と同等のカウンタ油圧が供給された時には、推進受圧面に作用する推進油圧から、カウンタ受圧面に作用するカウンタ油圧が差し引かれた圧力によって加圧面が燃料圧縮室内の燃料を加圧する。このため、カウンタ受圧面にカウンタ油圧が供給されていない時よりも遅い速度で増圧ピストンが推進し、燃料が少しずつ噴射される。
【００１４】
上記のように、増圧ピストンのカウンタ受圧面にカウンタ油圧が供給されていない時には増圧ピストンが高い速度で推進し、カウンタ受圧面にカウンタ油圧が供給されている時には増圧ピストンが低い速度で推進する。このため、例えば燃料の噴き始めにおいてはカウンタ油圧を供給して増圧ピストンの推進速度を遅くすることにより燃料を少しずつ噴射し、途中からカウンタ油圧の供給を停止して増圧ピストンの推進速度を速くして燃料を一気に噴射してやれば、膨張行程の初期の燃焼速度を遅くしてＮＯｘの排出量を削減するとともに、膨張行程の途中から燃焼速度を速めて燃費を向上させ、これによりＮＯｘの削減と燃費の向上を両立させることができる。
【００１５】
上記の構成は、従来から増圧ピストンに形成されている段部の段差面をカウンタ受圧面とし、ここにカウンタ油圧を供給するカウンタ油圧付与機構を設ければ実現できるため、簡素で信頼性が高く、且つ低価格な構成とすることができる。そして、既存の燃料噴射装置にも容易に後付けすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る燃料噴射装置の第２の態様は、前記第１の態様において、前記カウンタ油圧付与機構は、前記増圧ピストンの前記カウンタ受圧面に隣接して設けられたカウンタ油圧室と、前記カウンタ油圧室に作動油を供給する作動油供給路と、前記カウンタ油圧室に供給された前記作動油を逃がすリーク通路と、前記増圧ピストンが前記燃料圧縮室側に推進することにより前記カウンタ油圧室内に発生する前記カウンタ油圧が、前記推進油圧と同等の圧力になると開弁して前記カウンタ油圧を前記リーク通路に逃がす圧力弁と、前記圧力弁を、前記リーク通路を閉鎖する閉鎖位置と、前記リーク通路を開放する開放位置とに選択的に動作させる圧力弁動作機構と、前記圧力弁動作機構を制御する制御手段と、を具備してなることを特徴とする。
【００１７】
上記構成の燃料噴射装置によれば、圧力弁が閉鎖位置にある時に増圧ピストンが推進油圧を受けて推進すると、カウンタ油圧室内に供給された作動油が増圧ピストンに圧縮され、カウンタ油圧室内に推進油圧と同等のカウンタ油圧が発生する。これにより、圧力弁が開弁し、カウンタ油圧が推進油圧と同等に保たれたままでカウンタ油圧室内の作動油がリーク通路に逃がされる。このため、推進油圧からカウンタ油圧が差し引かれた圧力によって増圧ピストンは低速で推進し、燃料が少しずつ噴射される。
【００１８】
一方、圧力弁が開放位置にある時に増圧ピストンが推進油圧を受けて推進すると、カウンタ油圧室内の作動油がそのままリーク通路に逃がされ、カウンタ油圧は発生しない。このため、増圧ピストンは推進油圧を１００％付与されて高速で推進し、燃料が一気に噴射される。
【００１９】
カウンタ油圧付与機構を上記のように構成すれば、増圧ピストンが推進油圧を受けて推進すると同時にカウンタ油圧室内にカウンタ油圧を発生させることができるため、例えば別系統の油圧ラインをカウンタ油圧室に接続することによってカウンタ油圧を発生させる必要がなく、非常に簡素な構成でカウンタ油圧を発生させて前述の作用・効果を得ることができる。したがって、カウンタ油圧付与機構の構成、ひいては燃料噴射装置の構成を簡素にし、故障の確率を低下させて信頼性を高めるとともに、燃料噴射装置を低価格に構成することができる。
【００２０】
また、本発明に係る燃料噴射装置の第３の態様は、前記第２の態様において、前記制御手段は、前記増圧ピストンが推進ストロークの略前半の範囲にある時には前記圧力弁を前記閉鎖位置に置き、前記増圧ピストンが推進ストロークの略後半の範囲にある時には前記圧力弁を前記開放位置に置くように前記圧力弁動作機構を制御することを特徴とする。
【００２１】
上記構成の燃料噴射装置によれば、燃料噴射時の前半においてはカウンタ油圧が供給されて増圧ピストンの推進速度が遅くなり、燃料が少しずつ噴射されるため、膨張行程の初期の燃焼速度を遅くしてＮＯｘの排出量を削減することができる。また、燃料噴射時の後半においてはカウンタ油圧の供給が停止されて増圧ピストンの推進速度が速くなり、燃料が一気に噴射されるため、膨張行程の途中から燃焼速度を速めて燃費を向上させることができる。こうしてＮＯｘの削減と燃費の向上を両立させることができる。
【００２２】
また、本発明に係る燃料噴射装置の第４の態様は、前記第３の態様において、前記圧力弁が前記閉鎖位置から前記開放位置に切り替わる点を、前記ディーゼルエンジンの圧縮上死点位置付近としたことを特徴とする。
【００２３】
上記構成の燃料噴射装置によれば、ディーゼルエンジンの圧縮上死点位置付近までは燃料が少しずつ噴射され、圧縮上死点位置を過ぎると燃料が一気に噴射されるため、燃焼室の内部で発生する１８００Ｋ〜２０００Ｋ程度の高温な燃焼火炎が燃焼室の内部に滞留する時間を短くしてＮＯｘの排出量を削減することができる。
【００２４】
また、本発明に係るディーゼルエンジンは、前記第１から第４のいずれかの態様の燃料噴射装置を備えたことを特徴とする。
【００２５】
上記のディーゼルエンジンによれば、簡素で信頼性が高く、且つ低価格な構成により、排気ガス中のＮＯｘの削減と燃費の向上とを両立することができる。
【００２６】
また、本発明に係る船舶は、前記ディーゼルエンジンを主機として搭載したことを特徴とするため、低価格且つ簡素で信頼性の高い構成により、排気ガス中のＮＯｘを削減して環境規制に適合させるとともに、燃費を向上させて経済性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射装置、これを備えたディーゼルエンジン、および船舶によれば、ＮＯｘ排出量を削減して環境規制に適合させながら、燃料を向上させて経済性を高めたディーゼルエンジンおよび船舶を海運業界に提供し、社会に大きく貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】圧力弁が開放位置に置かれた状態を示すカウンタ油圧付与機構および増圧ピストン付近の概略構成図である。
【図３】推進受圧面と加圧面とカウンタ受圧面の面積の関係を示す増圧ピストンの斜視図である。
【図４】圧力弁が閉鎖位置に置かれた状態を示すカウンタ油圧付与機構および増圧ピストン付近の概略構成図である。
【図５】カウンタ受圧が付与されていない時において増圧ピストンを押圧する推進油圧が加わる有効面積の大きさを示す増圧ピストンの斜視図である。
【図６】カウンタ受圧が付与されている時において増圧ピストンを押圧する推進油圧が加わる有効面積の大きさを示す増圧ピストンの斜視図である。
【図７】圧力弁の開閉状態と、増圧ピストンに推進油圧が加わる有効面積の大きさと、燃料噴射圧との関係をグラフで示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明の実施形態について、図１〜図７を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成を示す縦断面図である。この燃料噴射装置１は、例えば船舶の主機として搭載される２サイクル大型低速ディーゼルエンジンに付設され、重質油を燃料としてディーゼルエンジンに供給するように構成されたものである。
【００３１】
燃料噴射装置１は、図示しないディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁２と、この燃料噴射弁２に燃料を圧送する増圧ピストン４を備えた燃料ポンプユニット５と、増圧ピストン４の動きを制御する蓄圧管制弁ユニット７とを主な構成要素として備えている。蓄圧管制弁ユニット７は箱状に形成されてディーゼルエンジンのシリンダーブロック側面等に設置され、塔状に形成された燃料ポンプユニット５が蓄圧管制弁ユニット７の上面に気筒数分立設されている。燃料噴射弁２は所定圧が加わると開弁する針弁式であり、燃料分配管８を介して燃料ポンプユニット５の頂部に接続されている。
【００３２】
燃料ポンプユニット５の内部で増圧ピストン４は鉛直方向に摺動することができる。図２、図３にも示すように、増圧ピストン４は、その上半分をなす小径部４ａと、下半分をなす大径部４ｂとが一体に形成された段付ピストン（異径ピストン）状であり、図１に示すようにリターンスプリング１０によって常に蓄圧管制弁ユニット７の上面に当接した位置に付勢されている。
【００３３】
増圧ピストン４の小径部４ａの上面は加圧面４ｃとされ、大径部４ｂの下面は推進受圧面４ｄとされている。加圧面４ｃの面積Ｓ１は推進受圧面４ｄの面積Ｓ２よりも小さい。また、加圧面４ｃと推進受圧面４ｄとの中間部に段部４ｅが形成され、この段部４ｅには推進受圧面４ｄと逆向きで推進受圧面４ｄよりも面積の小さいカウンタ受圧面４ｆが設けられている。カウンタ受圧面４ｆの面積Ｓ３は推進受圧面４ｄの面積Ｓ２から加圧面４ｃの面積Ｓ１を差し引いたものとなる。
【００３４】
燃料ポンプユニット５の内部で増圧ピストン４は、リターンスプリング１０の付勢力に抗して図１の位置から上方に推進することができる。増圧ピストン４の加圧面４ｃは、燃料ポンプユニット５の内部に形成された燃料圧縮室１２の床面を構成している。このため、増圧ピストン４が上方に推進すると燃料圧縮室１２の容積が減少する。燃料圧縮室１２の上部には逆止弁１３を介して燃料噴射弁２に繋がる燃料分配管８が接続され、燃料圧縮室１２の側部には燃料インレット１４と燃料アウトレット１５が繋がっている。
【００３５】
上記のように構成された燃料ポンプユニット５において、燃料圧縮室１２内には燃料インレット１４から燃料（例えば重油）が充填される。後述するように、増圧ピストン４の推進受圧面４ｄには蓄圧管制弁ユニット７から油圧が付与される。これにより、増圧ピストン４が図１の位置から燃料圧縮室１２側に推進され、加圧面４ｃによって燃料圧縮室１２内に充填された燃料が圧縮される。加圧面４ｃの面積は推進受圧面４ｄの面積よりも小さいため、油圧力が増圧されて燃料圧縮室１２内の燃料を圧縮する。そして、燃料の圧力が燃料分配管８を経て燃料噴射弁２に伝わり、この燃圧が燃料噴射弁２の開弁圧を上回ると燃料噴射弁２が開弁して燃料がディーゼルエンジンの燃焼室に噴射される。なお、燃料圧縮室１２内の余剰な燃料は燃料アウトレット１５から戻される。
【００３６】
一方、蓄圧管制弁ユニット７の内部には、増圧ピストン４の推進受圧面４ｄに推進油圧を供給する高圧オイル通路１８が形成されている。この高圧オイル通路１８には、図示しないオイルポンプおよび高圧油タンク１９から高圧な作動油が供給される。高圧オイル通路１８は、作動油供給弁２１と作動油スピル弁２２によって所定のタイミングで開閉制御される。また、蓄圧管制弁ユニット７の内部には低圧オイル通路２７が形成されており、これに高圧オイル通路１８が接続されている。蓄圧管制弁ユニット７には、作動油供給弁２１と作動油スピル弁２２の作動を制御するメイン電磁弁３０が設置されている。
【００３７】
作動油供給弁２１が開弁することによって高圧オイル通路１８の油圧が推進油圧として増圧ピストン４の推進受圧面４ｄに供給され、これにより増圧ピストン４が燃料圧縮室１２側に推進して燃料を噴射させる。また、作動油供給弁２１と作動油スピル弁２２が開弁することにより、高圧オイル通路１８の油圧が低圧オイル通路２７に逃がされ、これにより増圧ピストン４の推進受圧面４ｄに供給されていた推進油圧が抜けて増圧ピストン４はリターンスプリング１０の付勢力により蓄圧管制弁ユニット７側に復帰する。このように、作動油供給弁２１と作動油スピル弁２２とが交互に、もしくは所定のシーケンスで開弁および閉弁を繰り返すことにより、増圧ピストン４が燃料圧縮室１２側への推進と復帰を繰り返して燃料の噴射が連続的に行われる。
【００３８】
さらに、この燃料噴射装置１には、図２、図４に示すように、カウンタ油圧付与機構３５が設けられている。このカウンタ油圧付与機構３５は、増圧ピストン４のカウンタ受圧面４ｆに推進油圧と同等のカウンタ油圧を選択的に供給および停止する機構であり、カウンタ油圧室３６（図１も参照）と、作動油供給路３７と、リーク通路３８と、圧力弁３９と、圧力弁動作機構４０と、コントローラ４１（制御手段）とを具備して構成されている。
【００３９】
カウンタ油圧室３６は、増圧ピストン４のカウンタ受圧面４ｆに隣接して設けられた環状（トーラス状）の油室であり、増圧ピストン４が燃料圧縮室１２側に推進した時には大径部４ｂ（カウンタ受圧面４ｆ）が上昇することによりその容積が減少する。作動油供給路３７はカウンタ油圧室３６に作動油を供給する油路であり、逆止弁４３が設けられている。リーク通路３８はカウンタ油圧室３６に供給された作動油を逃がす油路であり、圧力弁３９が設置されている。リーク通路３８の圧力は高圧オイル通路１８の圧力よりも格段に低い圧力、例えば大気圧程度に設定されている。
【００４０】
圧力弁３９は、図２に示すように、リーク通路３８を開放した開放位置３９ａと、図４に示すようにリーク通路３８を閉鎖した閉鎖位置３９ｂとの間を移動可能であり、アウタースプリング４５の付勢力によって通常は開放位置３９ａ側に付勢されている。さらに、この圧力弁３９は、閉鎖位置３９ｂに置かれていても、後述するようにカウンタ油圧室３６内に発生するカウンタ油圧が高圧オイル通路１８内の推進油圧と同等の圧力となった時には、内蔵されたインナースプリング４６が縮んで開弁し、カウンタ油圧をリーク通路３８に逃がす、所謂リリーフ弁と同様な働きをする。
【００４１】
圧力弁動作機構４０は、圧力弁３９を閉鎖位置３９ａと開放位置３９ｂとに選択的に動作させる機構であり、例えば高圧オイル通路１８の油圧を一部抽出する油圧抽出油路４８と、この油圧抽出油路４８を開閉するスプール弁４９とを備えて構成されている。スプール弁４９は電気的に開閉する電磁弁であって、コントローラ４１により開閉制御されるようになっている。スプール弁４９が開弁すると、油圧抽出油路４８が開通して高圧オイル通路１８の油圧が圧力弁３９に加わり、圧力弁３９がアウタースプリング４５の付勢力に抗して閉鎖位置３９ａに動かされ、リーク通路３８が閉鎖される。また、スプール弁４９が閉弁すると、圧力弁３９が開弁してリーク通路３８が開通する。
【００４２】
図２に示すように、スプール弁４９が閉弁して圧力弁３９が開弁し、リーク通路３８が開通している時に増圧ピストン４の推進受圧面４ｄに高圧オイル通路１８からの推進油圧が加わると、前述したように増圧ピストン４が燃料圧縮室１２側に推進し、増圧ピストン４の加圧面４ｃによって燃料圧縮室１２に充填された燃料が加圧され、燃料が燃料噴射弁２から噴射される。この時、カウンタ油圧室３６には作動油供給路３７から作動油が供給されているが、この作動油は、増圧ピストン４の推進に伴い、リーク通路３８からスムーズに排出される。
【００４３】
このため、増圧ピストン４に推進油圧が加わる有効面積は、図５に示すように、推進受圧面４ｄの面積Ｓ２全体となり、増圧ピストン４は推進受圧面４ｄに受けた推進油圧を１００％有効に活用して高い速度で推進し、これにより燃料圧縮室１２に充填された燃料が燃料噴射弁２から一気に噴射される。
【００４４】
また、図４に示すように、スプール弁４９が開弁して圧力弁３９が閉弁し、リーク通路３８が閉鎖されている時に増圧ピストン４の推進受圧面４ｄに高圧オイル通路１８の推進油圧が加わると、カウンタ油圧室３６内の作動油が行き場を失って増圧ピストン４により圧縮され、その圧縮圧力が推進油圧と同等になる。つまり、増圧ピストン４のカウンタ受圧面４ｆに推進油圧と同等のカウンタ油圧が供給されることになる。このようにカウンタ油圧が推進油圧と同等になることによって圧力弁３９が開弁し、カウンタ油圧がリーク通路３８に逃がされる。そして、増圧ピストン４の推進中は推進油圧と同圧のカウンタ油圧がカウンタ受圧面４ｆに付与され続ける。
【００４５】
このため、増圧ピストン４に推進油圧が加わる有効面積は、図６に示すように、推進受圧面４ｄの面積Ｓ２からカウンタ受圧面４ｆの面積Ｓ３を差し引いた面積Ｓ４となる。この面積Ｓ４は加圧面４ｃの面積Ｓ１と同一面積である。したがって、増圧ピストン４の段付ピストンとしての増圧効果は発揮されず、増圧ピストン４は、カウンタ受圧面４ｆにカウンタ油圧が供給されていない時よりも遅い速度で燃料圧縮室１２側に推進し、燃料圧縮室１２に充填された燃料が少しずつ燃料噴射弁２から噴射される。
【００４６】
上記のように、増圧ピストン４のカウンタ受圧面４ｆにカウンタ油圧が供給されていない時には増圧ピストン４が高速で推進し、カウンタ受圧面４ｆにカウンタ油圧が付与された時には増圧ピストン４が低速で推進する。そして、カウンタ油圧は、カウンタ油圧付与機構３５により選択的に供給および停止することができる。
【００４７】
このため、例えば増圧ピストン４が推進ストロークの略前半の範囲にある時には圧力弁３９を閉鎖位置３９ｂに置き、増圧ピストン４が推進ストロークの略後半の範囲にある時には圧力弁３９を開放位置３９ａに置くようにコントローラ４１をプログラムして圧力弁動作機構４０を制御することが考えられる。
【００４８】
具体的には、図７に示すように、燃料の噴き始めにおいては圧力弁３９を閉じてカウンタ油圧を供給し（図４の状態とし）、増圧ピストン４に推進油圧が加わる有効面積を小さくして燃料噴射圧を低く保ち、途中から圧力弁３９を開いてカウンタ油圧の供給を停止し（図２の状態とし）、増圧ピストン４に推進油圧が加わる有効面積を大きくして燃料噴射圧を高くし、増圧ピストン４の推進速度を速くして燃料を一気に噴射させる。
【００４９】
こうすれば、ディーゼルエンジンの膨張行程における初期の燃焼速度を遅くしてＮＯｘの排出量を削減するとともに、膨張行程の途中から後半にかけては燃焼速度を速めて燃費を向上させることができる。これにより、ＮＯｘの削減と燃費の向上を両立させることができる。
【００５０】
さらに、図７に示す、圧力弁３９が閉鎖位置３９ｂから開放位置３９ａに切り替わる点を、ディーゼルエンジンの圧縮上死点位置（ＴＤＣ）付近に設定してもよい。こうすることにより、ディーゼルエンジンの圧縮上死点位置付近までは燃料が少しずつ噴射され、圧縮上死点位置を過ぎると燃料が一気に噴射されるため、燃焼室の内部で発生する１８００Ｋ〜２０００Ｋ程度の高温な燃焼火炎が燃焼室の内部に滞留する時間を短くしてＮＯｘの排出量を削減することができる。
【００５１】
以上の構成は、従来から増圧ピストン４に形成されている段部４ｅの段差面をカウンタ受圧面４ｆとし、ここにカウンタ油圧を供給するカウンタ油圧付与機構３５を設ければ簡単に実現できるため、簡素で信頼性が高く、且つ低価格な構成とすることができる。そして、既存の燃料噴射装置にも容易に後付けすることができる。
【００５２】
しかも、カウンタ油圧付与機構３５は、増圧ピストン４が推進油圧を受けて燃料圧縮室１２側に推進すると同時に、カウンタ油圧室３６に供給されている作動油が行き場を失って圧縮される状況を利用してカウンタ油圧室３６内に推進油圧と同圧のカウンタ油圧を発生させるように構成されているため、例えば別系統の油圧ラインをカウンタ油圧室３６に接続することによってカウンタ油圧を発生させるといった必要がなく、非常に簡素な構成でカウンタ油圧を発生させて前述の作用・効果を得ることができる。したがって、カウンタ油圧付与機構３５の構成、ひいては燃料噴射装置１の構成を簡素にし、故障の確率を低下させて信頼性を高めるとともに、燃料噴射装置を低価格に構成することができる。
【００５３】
また、この燃料噴射装置１を備えたディーゼルエンジン、およびこのディーゼルエンジンを主機として搭載した船舶によれば、簡素で信頼性が高く、且つ低価格な構成により、排気ガス中のＮＯｘ排出量を削減して環境規制に適合させるとともに、燃費を向上させて経済性を高め、ひいては海運業界等に多大に貢献を果たすことができる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
例えば、上記実施形態では増圧ピストン４に段部４ｅが１段しか設けられていないが、段部を２段以上設け、各々の段部にカウンタ油圧室３６を設けて、増圧ピストン４の推進時の動きをより細かく制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態では圧力弁３９が油圧で作動するようになっているが、電気的に作動するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１  燃料噴射装置
２  燃料噴射弁
４  増圧ピストン
４ａ  小径部
４ｂ  大径部
４ｃ  加圧面
４ｄ  推進受圧面
４ｅ  段部
４ｆ  カウンタ受圧面
５  燃料ポンプユニット
７  蓄圧管制弁ユニット
１２  燃料圧縮室
３５  カウンタ油圧付与機構
３６  カウンタ油圧室
３７  作動油供給路
３８  リーク通路
３９  圧力弁
３９ａ  開放位置
３９ｂ  閉鎖位置
４０  圧力弁動作機構
４１  コントローラ（制御手段）
【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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