(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダ燃焼室内へ圧力媒体を噴射する噴射弁装置であって、圧力媒体が添加媒体であり、この添加媒体により、燃料の燃焼の結果生じる有害物質含有量が低減される形式のものにおいて、
噴射弁装置が、第１チャンバ（４）を有する弁体部分（２）を備え、第１チャンバ（４）が少なくとも１個のノズル口（５ａ、５ｂ）を介してシリンダ燃焼室と連通し、かつ第１チャンバ（４）へは、前記添加媒体が、供給ダクト（８、８ａ）を介して連続的に供給され、噴射弁（３）の細長い弁部材（６）が、前記チャンバ（４）から燃焼室への添加媒体供給を制御し、かつ閉弁位置へ向かってばね押し（７）され、閉弁位置では弁部材（６）が添加媒体の噴射を阻止するようにされており、更に、前記噴射弁装置が第２チャンバ（１２）を有し、前記添加媒体が、第２チャンバ（１２）内へ供給されるようにされており、第２チャンバ（１２）内を支配する圧力が、弁部材（６）を閉弁方向へ圧迫し、更に、制御弁（１５）が、前記第２チャンバ（１２）と組み合わされ、前記第２チャンバ（１２）内の圧力を制御するように構成されており、その結果、開弁位置への制御弁（１５）の移動により、第２チャンバ（１２）内の圧力が降下し、これにより噴射弁（３）の弁部材（６）が、噴射可能な位置へ移動し、前記弁体部分（２）が、燃料噴射弁（２３）をも有しており、燃料噴射弁（２３）のノズル口（２４）が、自体公知の形式で前記添加媒体弁（３）のノズル口（５ａ、５ｂ）とは、シリンダ軸線方向で異なるレベルに配置されていることを特徴とする、噴射弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前段に記載の噴射弁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼過程に影響を与える窒素酸化物ＮＯｘの発生を、これまでより低減する目的で、エンジンの燃焼室内へ、水、液体アンモニア、尿素、その他種々の添加媒体を噴射するための種々の電子制御式噴射装置が、公知である。これら公知の解決策の欠点は、構造が複雑で、場所を取る点にある。このことは、特に、噴射制御用の圧力媒体として、オイルが用いられることによる。その実際の結果として、オイルと使用添加媒体との混合を防止せねばならず、それには本格的なシール措置が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、添加媒体の噴射に適用可能な新しい解決策を得、それによって、公知技術の欠点を除去することにある。更に、別の目的は、特に、水の噴射に適用可能で、簡単かつコンパクトな構成の、操作上信頼性の高い解決策を得ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明により、これらの目的は、請求項１及びその他の請求項に記載の特徴を有する手段により達成された。本発明によれば、噴射弁装置が第２チャンバを有しており、添加媒体が第２チャンバ内へ供給されるようにされており、第２チャンバ内を支配する圧力により、弁部材が閉弁方向へ圧迫され、更に、制御弁が前記第２チャンバと組み合わされ、前記第２チャンバ内の圧力を制御するように構成されており、その結果、開弁位置への制御弁の移動により、第２チャンバ内の圧力が降下し、これによって、噴射弁の弁部材が噴射可能な位置へ移動するようにされている。したがって、本発明による構成は、シリンダ内へ噴射される圧力媒体と、この噴射を制御するために用いられる媒体との双方が、同じ媒体である場合に、好適である。これにより、チャンバ間で弁部材を弁体部分に対し特別にシールする措置は不要となる。
【０００５】
本発明の一好適実施例によれば、第２チャンバが、第１絞り開口を介して前記供給ダクトと接続され、また第２絞り開口を介して前記制御弁と接続されている。このため、添加媒体用の供給手段は１つだけでよい。
【０００６】
第２絞り開口の面積は、第１絞り開口の面積より著しく大であり、好ましくは約５倍の大きさとする。したがって、第２チャンバ内での圧力降下が、供給ダクトを介して第１チャンバ内の添加媒体の圧力に有害な影響を及ぼすことは有り得ない。
【０００７】
相応の目的の場合、添加媒体用の供給ダクトには、更に、前記第１チャンバおよび第２チャンバ内へ添加媒体を供給する前に、圧力を制御する装置を備えることができる。
添加媒体としては、水を用いるのが好ましい。
【０００８】
制御弁は、第３チャンバ内に配置するのが好ましい。第３チャンバには、添加媒体の排出路を設けておく。加えて、制御弁は、閉弁位置方向へばね押しされている。実際には、この制御弁は、好ましくは電磁弁であり、エンジンの作動に応じて、電子制御ユニットから電気制御信号を受信するようにしておく。こうすることにより、添加媒体の噴射を出来るだけ正確に制御することが可能になる。
【０００９】
弁体部分には、また燃料噴射弁をも備えるようにするのが好ましい。この燃料噴射弁のノズル口は、シリンダ軸線方向で前記添加媒体のノズル口とは異なるレベルに、自体公知の形式で、配置しておく。
【００１０】
本発明は、特に大型ディーゼルエンジンに適用するのが好ましい。本明細書においては、“大型ディーゼルエンジン”という用語は、例えば、船舶用、または発電および／または熱エネルギー産生のためのパワープラント用の主推進エンジンまたは補助エンジンとして用いられるエンジンを指している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下で、本発明の実施例を添付図面につき説明する。
図面には、符号１で、エンジンのシリンダヘッドが示されている。シリンダヘッド１には、弁体部分２が支えられている。弁体部分２は、圧力媒体を有する第１チャンバ４が設けられた噴射弁３を備えている。圧力媒体は、細長い弁部材６の制御のもとに、１つ以上のノズル口５ａ、５ｂを介してシリンダ（図示せず）の燃焼室内へ噴射される。ばね７は、弁部材６を閉弁位置へ強制し、噴射を防止している。噴射弁３は、好ましくは、いわゆるニードル弁である。以下では、圧力媒体を水と仮定して説明する。
【００１２】
シリンダ内へ噴射される水は、容器９からポンプ１０を介して連続的に供給ダクト８に供給され、更に、その分路８ａを経て第１チャンバ４へ送られる。ポンプ１０と供給ダクト８との間には、いわゆるフローフューズ１１が配置されている。フローフューズ１１は、流れ圧力の変化を検出し、必要に応じて流れに影響を与える。例えば、弁部材がロックされ、完全に閉弁されないような場合には、水の供給を遮断する。他方、噴射開始時には、圧力が低下する傾向があるが、そのような場合には、フローフューズ１１が圧力パルスを発するように構成しておくことによって、圧力が、目標噴射圧から、例えば３０バール以上は低下しないようにすることができる。
【００１３】
水は、また供給ダクトの分路８ｂと、この分路内に設けられた絞り開口１３とを経て、第２チャンバ１２へ供給される。第２チャンバ内で、水は、端面２１を介して弁部材６に作用する。通常、第２チャンバ１２内の圧力は、ばね７のばね力が加わるため、チャンバ４内の水圧より大となるので、弁部材６は、閉弁位置に保たれ、シリンダ内への噴射は行われない。
【００１４】
第２チャンバ１２は、絞り開口１４を介し、かつ制御弁１５の制御のもとで、弁体部分２内のチャンバ１６と、更に排出路２２とに連通できる。排出路２２を経て、水は、容器９へ戻すことができる。制御弁１５は、弁部材１５ａを有し、弁部材１５ａの操作を制御する電磁弁１８を備えている。電磁弁１８は、電子制御ユニット１９から制御信号２０を受信する。電子制御ユニット１９は、公知の形式で予めプログラミングされ、エンジンの作動サイクルには応じて、例えばエンジンのクランク軸の回転を検知するセンサからの信号にもとづいて、適時に制御信号を発信する。電磁弁１８の無電流時には、ばね１７により弁部材１５ａが、絞り開口１４を閉じる位置へ強制される。
【００１５】
制御信号２０によって電磁弁１８への給電が行なわれると、弁部材１５ａが、ばね１７のばね力に抗して次のような位置へ、すなわち、チャンバ１２から絞り開口１４を経て排出路２２への連通が生じる位置へ移動する。その結果、チャンバ１２内の圧力が降下し、噴射弁３の弁部材６が、チャンバ４内の圧力により、ばね７のばね力に抗して開弁位置へ移動する。これにより、水が、ノズル口５ａ、５ｂを通過し、シリンダの燃焼室内へ噴射される。
【００１６】
絞り開口１３とフローフューズ１１とによって、チャンバ１２内の圧力降下が、チャンバ４内の水圧に影響することなく、十分な圧力下で噴射が行われるように保証されている。絞り開口１４を採用したことで、ばね１７の比較的小さいばね力で十分となり、この結果、一層コンパクトな構成が可能となった。他方、制御弁１５の開弁時に、チャンバ１２内の圧力が、十分かつ迅速に降下するようにするため、絞り開口１４は、絞り開口１３より適宜に大きくせねばならない。実際には、これら絞り開口１４、１３の面積の割合は、通常、例えば５：１とすることができる。
【００１７】
噴射される圧力媒体と制御弁用の圧力媒体との双方が、同じ媒体、好ましくは水である場合には、チャンバ４、１２間で、弁部材６を特別にシールする必要はない。過剰な水は、排出路２２の分路２２ａを介して捕集できる。他方、水を利用する場合には、そのことを電磁弁１８の材料選択や、その作動環境の設計のさいに、考慮にいれる必要がある。
【００１８】
コンパクトな構成は、また、ノズル口２４を有する実際の燃料噴射弁２３を弁体部分２内に統合しておくことによっても達成される。その場合には、また、燃料噴射と添加媒体の噴射との相互調整が容易になるので、燃焼や燃焼による有害物質低減の観点から、最適内に結果を達成できる。
【００１９】
本発明は、異なる供給手段、例えば別個のポンプや供給ダクトを用いて、それぞれ第１チャンバ４と第２チャンバ１２とに、添加媒体を供給するように構成することもできる。その場合には、第１絞り開口１３は、必ずしも必要ではないが、他の点で、この構成は、より複雑になる。
【００２０】
本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、添付クレイムの範囲内でいくつかの変更態様が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による噴射弁装置の一実施例の部分断面図である。
【符号の説明】
１  シリンダヘッド
２  弁体部分
３  添加媒体の噴射弁
４  第１チャンバ
５ａ、５ｂ  ノズル口
６  弁部材
８  供給ダクト
９  添加媒体の容器
１０  ポンプ
１１  フローフューズ
１２  第２チャンバ
１３、１４  絞り開口
１５  制御弁
１５ａ  弁部材
１８  ソレノイド装置
２０  制御信号
２１  端面
２２  排出路
２２ａ  排出路の分路
２３  燃料噴射弁
２４  ノズル口
【図１】
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