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JP3368275B2 - 往復動燃焼機関のための燃料噴射用バルブ - Google Patents

往復動燃焼機関のための燃料噴射用バルブ

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JP3368275B2
JP3368275B2 JP33046592A JP33046592A JP3368275B2 JP 3368275 B2 JP3368275 B2 JP 3368275B2 JP 33046592 A JP33046592 A JP 33046592A JP 33046592 A JP33046592 A JP 33046592A JP 3368275 B2 JP3368275 B2 JP 3368275B2
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fuel
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needle
supply
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ハンス・シェルラー
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ヴェルトジレ・テクノロジー・オサケウフティヨ・アーベー
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、主燃料としてディー
ゼル燃料かガス状燃料のいずれかを選択的に用いて作動
できる往復動燃焼機関のための燃料噴射用バルブに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼル燃料かガス状燃料のいずれか
を選択的に用いて作動するための往復動燃焼機関は既に
知られており（欧州特許第２３５５６９号）、それに
は、ディーゼル燃料のための噴射用バルブがシリンダヘ
ッドに設けられ、それとは別に、ガス状燃料の供給部が
設けられている。ディーゼル燃料のための噴射用バルブ
は、この場合、噴射されるべきディーゼル燃料が高温で
貯蔵される蓄積用空間を有する時間ーコントロールバル
ブと呼ばれるバルブに作られている。しかしながら、そ
の特許明細書には、ガス供給部の構造的な設計につい
て、何も開示されていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の意図する課
題は、ディーゼル燃料を主燃料とする往復動燃焼機関の
作動においては、ディーゼルオイルを噴射し、ガス状燃
料による作動においては、点火のための少量のディーゼ
ル燃料と同時にガス状燃料を噴射するような、燃料噴射
用バルブを作ることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、噴射用バルブの本体に、その本
体の壁によって互いの燃料サイドから区分され、その周
囲に分配された少なくとも２列のノズル孔を有し、ノズ
ル孔の各列は、それぞれの弁座と関連しているものであ
る。
【０００５】第１弁ニードルの弁座はバルブ本体の中央
に配置され、第２弁ニードルは、バルブ本体の外側の壁
に中空ニードルとして配置され、この第１弁ニードル
は、ディーゼル燃料を噴射するために、噴射用ポンプに
よって発生されるディーゼル燃料の圧力で、その時弁座
から持ち上げられることによって開口され、スプリング
によって閉鎖位置に持って来られる。一方、第２弁ニー
ドルは、ガス状燃料の噴射のためのものであり、この弁
ニードルの周期的開口のためにその一端がストローク伝
達体によって制御される液体圧力媒体の圧力によって作
用され、この第２弁ニードルの閉鎖はピストンの他端に
作用する圧力下のブロッキングオイルによって起こされ
る。
【０００６】それぞれが関連する弁ニードルに対する２
列のノズル孔によって、一つのおよび同じ噴射用バルブ
において、互いに独立の２種類の燃料の供給を実施する
ことが可能である。既知の装置との比較の結果は構造の
簡略化であり、シリンダヘッドには両方の燃料の供給の
ためにただ１個の開口が設けられるのみである。
【０００７】また、第２弁ニードルの閉鎖がブロッキン
グオイルの圧力によって行われることも有利である。何
故なら、ブロッキングオイルは、噴射用バルブの内側の
シールのために使用することができるからである。そし
て、このように使用されるブロッキングオイルは、環状
室に集まりコークス化して噴射用バルブの機能に障害を
もたらし易いが、フラッシングオイル回路の設置により
そのコークス化を防止することができる。さらに、ブロ
ッキングオイルによる第２弁ニードルへの閉鎖力の適用
は、閉鎖用スプリングの設置のための付加的なスペース
を噴射用バルブに設ける必要がないので、構造を簡略化
するものである。
【０００８】
【実施例】以下、図面の助けをかりて、この発明の具体
例がより詳細に説明される。
【０００９】図１によれば、ディーゼル燃料とガス状燃
料のための燃料噴射用バルブ１が、４サイクルのディー
ゼルサイクルにしたがって作動する往復動燃焼機関のシ
リンダ５０に装着された、シリンダヘッド６に配列され
ている。シリンダ５０内では、詳細には示されていない
方法で、ピストン５１が上下に作動するように案内さ
れ、図１に示されるその上面とシリンダヘッド６の間
に、燃焼室８が区画されている。
【００１０】ディーゼル燃料は、パイプ１１を経て燃料
噴射用バルブ１に供給され、既知の方法で、カム制御の
噴射用ポンプ５２によって、例えば１２００バールの噴
射圧力に達するようにされる。この圧力は、燃焼機関の
フル荷重に対して、主燃料としてのディーゼル燃料のた
めに適用されるものである。ディーゼル燃料とは別に、
ガス状燃料もまた噴射用バルブ１に供給され、すなわ
ち、コンプレッサ５３に接続されるバイプ２５を介し
て、ガス状燃料は、例えば２５０バールの圧力に達する
ようにされる。
【００１１】燃料噴射用バルブ１は、図１には詳細に示
されていないが、２個の弁ニードルを有し、それによっ
て、時間ごとに使用される燃料の燃焼室８への供給が制
御される。ガス状燃料の供給を制御する弁ニードルを作
動するために、カム制御のストローク伝達用ポンプ５４
が設けられ、パイプ５５を介して、該当弁ニードルを開
口方向に作動する液体圧力媒体を噴射用バルブ１に供給
する。この弁ニードルを閉鎖するために、ブロッキング
オイルが、ブロッキングオイル用ポンプ５７に接続され
たパイプ５６を介して、噴射用バルブ１に供給される。
噴射用ポンプ５２とストローク伝達用ポンプ５４のそれ
ぞれは、詳細には示されていないシャフト上に一緒に取
り付けられたカム５８と５９とを利用して、往復動燃焼
機関のクランクシャフト（図示しない）によって駆動さ
れる。パイプ１１とパイプ２５との間で、パイプ６５が
噴射用バルブ１に接続され、このパイプ６５は、後に図
７において詳細に説明されるフラッシュ用オイル回路の
一部である。
【００１２】図２と図３によれば、噴射用バルブ１は、
上部２、中間部３および下部４からなるバルブ本体を有
し、３つの部分は図２に上端のみが示されているキャッ
プナット５によって一緒に保持されている。バルブ本体
は、ここでは詳細には示されていないシリンダヘッド６
の部分４の底端近くに設けられた肩部６０（図３参照）
によって載置されている。バルブ本体はシリンダヘッド
を突き抜け、その中間部３および下部４が燃焼室８内に
突出している。中間部３の下端には、その中心線が円錐
体の面にある一列のノズル孔９がある。この一列のノズ
ル孔９はディーゼル燃料の噴射をするものである。図３
のノズル孔９の少しばかり上方には、下部４の下端部に
第２のノズル孔１０の列がある。ノズル孔１０の中心線
も円錐体の面にあり、このノズル孔１０の円錐体の頂角
はノズル孔９の円錐体の頂角よりはいくらか小さくなっ
ている。ノズル孔１０はガス状燃料、例えば天然ガスを
燃焼室に噴射するためのものである。ノズル孔９の列と
ノズル孔１０の列は中間部３の円筒状の壁３’によって
燃料サイドにそれぞれ互いに分けられている。
【００１３】図２において、ディーゼル燃料の供給のた
めのパイプ１１は、バルブ本体の上部に密封的に接続さ
れている。このパイプ１１は上部２と中間部３とを通
り、燃焼室８に現れる導孔１２に続いている。中空部１
４は室１３から中間部３の底端方向に延び、その点にお
いて第１弁ニードル１６の円錐形の弁座１５に続いてい
る。この弁座１５の下では、中間部３がノズル孔９が始
まる空間１７を有している。その下部１４’の直径より
僅かに大きい直径の中空部１４の上部は弁ニードル１６
のガイドとして役立ち、このガイド領域には、弁ニード
ル１６が弁座１５から持ち上げられた時、室１３から空
間１７にディーゼル燃料を流せる軸方向の溝１８が設け
られている。
【００１４】図３には、室１３につながる中空部１９が
上方に延び、中空部１４と同軸でかつ同じ直径を有して
いる。なお、中空部１９の直径がより大きい場合もあ
る。弁ニードル１６の部分２０は中空部１９内で案内さ
れる。図３における、弁ニードル１６の上端は、型締結
合でロッド２１に連結され、図２における、そのロッド
２１の上端には、弁ニードル１６に閉鎖圧力を生じさせ
る螺旋ばね２２を支持するスブリング板を有している。
【００１５】ディーゼル燃料用パイプ１１の外に、ガス
状燃料供給用パイプ２５がバルブ本体の上部２に結合さ
れている。このパイプ２５は上部２を通る導孔２６に続
いている。中間部３において、導孔２６はこの部分と下
部４とを通って環状室２７に現れる３個の導孔２６’
（図６参照）に分けられている。図３に示されるよう
に、その下端における環状室２７は、中空のニードルと
して作られた第２弁ニードル２９と協働する弁座２８に
続いている。ノズル孔１０は弁座２８から始まってい
る。中空ニードル２９は、中間部３の壁３’に対するそ
の円筒状内面によって滑動する。図３における中空ニー
ドル２９の上端は、下部４において円柱状中空部３１内
を滑動するピストン３０を形成するように、厚くされて
いる。
【００１６】図３におけるピストン３０の下側には、図
５に示されるように、バルブ本体の下部４、中間部３お
よび上部２を通って延びる導孔３３に接続される環状空
間３２が設けられ、ここを通って、パイプ５５の液体圧
力媒体が約６００バールの圧力で導かれる。図１に示さ
れるストローク伝達用ポンプ５４によって供給されるこ
の液体圧力媒体は、中空ニードル２９に開口方向で作用
する。図３および図５のピストン３０の上側には、図５
に示されるように、バルブ本体の中間部３と上部２を通
って延びる導孔３５に接続される環状空間３４が設けら
れ、約３００バールの安定した圧力でパイプ５６（図
１）のブロッキングオイルを供給する。かくして、環状
空間３４に作用するブロッキングオイル圧力は中空ニー
ドル２９に対して閉鎖力を発生する。
【００１７】環状空間３４に始まる多数の導孔３６（図
５）は、ピストン３０とその下側に隣接する中空ニード
ル２９の部分を通って、中空ニードル２９の外側の境界
領域に向かって開いている環状溝３７まで延びている。
このブロッキングオイルの供給によって、環状空間３２
から、７２０°から約３０°のクランク角度の間のみ液
体圧力媒体の圧力下にある環状空間３２にガスの抜け出
すのを避けるとができる。実質上液体圧力媒体と同一で
あるブロッキングオイルは、また、往復動燃焼機関のガ
ス作動の際のガスの浸透に対して、中空ニードル２９と
壁３’の間の隙間をシールするものである。
【００１８】さらに、環状空間３４からのブロッキング
オイルは、多数の軸方向の溝３８を経て中間部３と下部
４の間の分離水平面の高さにある環状溝３９に達する。
この導孔３３の外側の分離平面には、図３に現れる環状
溝４０があり、中間部３を通って軸方向に延びる導孔４
１を経て、同様にブロッキングオイルを供給するもので
ある。環状溝４０もガス状燃料を供給する導孔２６’を
包囲している。ブロッキングオイルで満たされる径方向
で接続する溝（図示しない）は環状溝３９および４０の
間に存在し、導孔３３からのガスを有する導孔２６’を
区分している。導孔２６’と３３の各領域では、環状溝
３９と４０並びに径方向溝のブロッキングオイルによっ
て取り巻かれているメタリックシールが存在している。
【００１９】同様のメタリックシールは、２個の同心の
環状溝４２と４３によって取り巻かれている導孔１２，
２６’、２６および３３の領域において、中間部３と上
部２の間に存在している。図６に示されるように、２個
の環状溝４２および４３は２個の径方向の溝４４および
４５によって一緒に接続され、上部２の導孔３５は溝４
４に開口している。したがって、ブロッキングオイルの
圧力は溝４２から４５までにも現れる。
【００２０】その上部２への接続が図２に詳しくは示さ
れていない、上述のフラッシングオイル用パイプ６５
は、図５に点線で示される導孔６６に続き、環状室２７
に現れる。中間部３の底端の近くで、導孔６６には、環
状室２７に対して流れるフラッシングオイルの流れ方向
に対して閉じる逆止弁６７が設けられている。図６に示
されるように、導孔６６は、最上位のガス状燃料の導孔
２６’とブロッキングオイル用の導孔３５の間でバルブ
本体に配置されている。
【００２１】図７に示されるように、パイプ６５は、吸
入パイプがブロッキングオイルと同時に潤滑用オイルで
もあるフラッシングオイルが入れられているタンク６９
内にある、フラッシングオイル用ポンプ６８の供給側に
接続されている。パイプ７０は、パイプ６５から分か
れ、（噴射用バルブをバイパスして）切換バルブ７１に
つながっている。切換バルブ７１のケーシング７２に
は、図７の右端においてパイプ７０のフラッシングオイ
ルの圧力を受けている可動バルブ部材７３が配置されて
いる。このバルブ部材７３の図７の左端は、コンプレッ
サ５３からやって来るガス状燃料のためのパイプ２５と
接続する後退位置で導孔７４をブロックしている。
【００２２】導孔７４と離れて、導孔７５がケーシング
７２に設けられている；導孔７５は噴射用バルブ１に通
じるパイプ２５と接続している。導孔７５の開始の近く
の領域において、バルブ部材７３は横側通路７６を有し
ている。フラッシングオイルの戻しパイプ７７はケーシ
ング７２に接続され、タンク６９内に現れる。戻しパイ
プ７７の接続点の領域において、横側通路７８が、軸方
向中空部７９を介して中空部が横側通路７６と連通して
いるバルブ部材７３に接続されている。
【００２３】上述の噴射用バルブの機能は次のようであ
る；主燃料としてディーゼル燃料を用いる往復動燃焼機
関の作動の際に、デイーゼル燃料は、パイプ１１を介し
て噴射用ポンプ５２から約１２００バールの圧力で供給
され、導孔１２を介して室１３および第１弁ニードル１
６と周囲壁３’の間の環状空間に到達する。それ自体既
知の方法で、スプリング２２の力に打ち勝って、燃料圧
力の作用下の弁ニードル１６は弁座１５から持ち上げら
れ、ディーゼル燃料は下方列のノズル孔９から燃焼室８
内に噴射される。噴射用ポンプ５２によって生じる燃料
圧力が降下するや否や、弁ニードル１６はスプリング２
２によってその弁座１５上に戻され、それによって噴射
工程は終了する。
【００２４】ディーゼル燃料を用いるこの作動の間に、
環状溝３７からのブロッキングオイルは、中空ニードル
２９の外表面と下部４の周囲の円筒状面の間から室２７
内に浸透することができる。このブロッキングオイルは
室２７に集まり、恒温のためにコークスとなることがで
きる。このようなコークス化は、もしも作動がガス状燃
料を用いる作動に変えられないならば、噴射用バルブの
機能に障害をもたらすものである。このような障害を防
ぐために、フラッシングオイルの回路が設けられてい
る。ディーゼル燃料を用いる作動の際に、弁部材７３は
図７の後退位置にあり、ポンプ６８は、パイプ６５と導
孔６６を介して環状室２７に６バールの圧力でフラッシ
ングオイルを供給する。そして、フラッシングオイルは
導孔２６’と導孔２６介してパイプ２５内に流れ、それ
によって、環状室２７に浸透したブロッキングオイルは
フラッシングオイルに付き添われる。パイプ２５内のフ
ラッシングオイルは、切換バルブ７１の導孔７５に入
り、中空部７６，７９および７８並びにタンク６９への
戻しパイプ７７を介して流れる。このフラッシングオイ
ル回路によって、ブロッキングオイルが環状室２７に集
まり、そこでコークス化することが防止され、一方で、
噴射用バルブ１は、フラッシングオイルによって付加的
に冷却される。
【００２５】コンプレッサ５３による２５０バールの圧
力で供給されるガス状燃料を用いる作動に対して、バル
ブ部材７３はガス圧によって、図７の右側に移動され、
その位置で横側通路７６は戻しパイプ７７の接続点の前
に位置する。バルブ部材７３のこの位置において、ガス
状燃料は導孔７４および７５を介して噴射用バルブ１に
流れる。供給されたガス状燃料は、導孔２６および２
６’並びに環状室２７において２５０バールおよびそれ
以上の圧力で安定しており、ガスは、導孔３３を介して
供給された液体圧力媒体がピストン３０を上方に動かす
時に、上方の列のノズル孔１０から燃焼室８に噴射され
る。
【００２６】この運動は、ピストン３０の上面に作用し
ている環状空間３４のブロッキングオイルの圧力による
力より大きい力を、ストローク伝達用ポンプ５４から６
００バールの圧力でやって来る圧力媒体が環状空間３２
に発達させる時に生じるものである。ストローク伝達用
ポンプ５４によって生じている圧力が降下するや否や、
環状空間３４のブロッキングオイルの圧力が再び優勢と
なり、したがって、第２弁ニードル２９は弁座２８に戻
り、それ以上のガスの供給をブロックする。
【００２７】ガスの噴射は、クランクの３０°の角度の
間で起こる。ガス状燃料の噴射の開始の周辺で、少量の
ガス状燃料の短い噴射も行われ、これはガス状燃料の点
火のために役立っている。この点火用燃料は、純粋のデ
ィーゼル燃料でフル荷重で作動する際のディーゼル燃料
の約５％の量を下方の列のノズル孔９から燃焼室８に噴
射するものである。この点火用燃料の噴射の制御は純粋
のディーゼル作動の際に作動する噴射ポンプによって同
様に行われる。
【００２８】このガス状燃料を用いる作動の間、フラッ
シングオイル用ポンプ６８は遮断されている。導孔６６
を介してパイプ６５に浸透するガスを防止するために、
逆止弁６７（図５）が設けられる。バルブ部材７３はガ
ス状燃料を用いる作動が終わった時に、図７に示される
位置に戻り、ディーゼル燃料を用いる作動が再び開始さ
れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は往復動燃焼機関におけるこの発明の燃料
噴射用バルブの配列を示す概略説明図である。
【図２】図２はこの発明の燃料噴射用バルブの上部を図
６の線IーIに沿う軸方向断面で示す要部断面図である。
【図３】図３はこの発明の燃料噴射用バルブの下部を図
２と同様な断面で拡大して示す断面図である。
【図４】図４はこの発明の燃料噴射用バルブの上部を図
６の線IIーIIに沿う軸方向断面で示す断面図である。
【図５】図５はこの発明の燃料噴射用バルブの下部を図
４と同様な断面で示す断面図である。
【図６】図６はこの発明の燃料噴射用バルブの底面から
の平面図である。
【図７】図７はフラッシングオイル回路の部分を示す概
略説明図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射用バルブ ２ 上部 ３ 中間部 ４ 下部 ５ キャップナット ６ シリンダヘッド ８ 燃焼室 ９，１０ ノズル孔 １１，２５，５５，５６，６５ パイプ １２，２６，２６’，３３，３５，３６ 導孔 １３ 室 １４ 中空部 １５，２８ 弁座 １６ 第１弁ニードル １７ 空間 １８ 軸方向溝 １９ 中空部 ２２ スプリング ２７ 環状室 ２９ 第２弁ニードル（中空ニードル） ３０ ピストン ３２，３４ 環状空間 ３７，４２，４３ 環状溝 ５２ 噴射用ポンプ ５３ コンプレッサ ５４ ストローク伝達用ポンプ ５７ ブロッキングオイル用ポンプ ７１ 切換バルブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス・シェルラー スイス国、8450 アンデルフィンゲン、 イム・ベントラー １ (72)発明者 ターハン・イルディリム スイス国、8408 ヴィンターツール、ラ ングヴィーゼンストラーセ 10 (56)参考文献 特開 昭61−218764（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−35050（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−180112（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 61/10 F02D 19/08 F02M 21/02 F02M 61/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 主燃料としてディーゼル燃料かまたはガ
    ス状燃料のいずれかを選択的に用いて作動する往復動燃
    焼機関のための燃料噴射用バルブ（１）であって、バル
    ブ本体（２，３，４）がその周囲に分配された少なくと
    も２列のノズル孔（９，１０）を有し、この２列のノズ
    ル孔（９，１０）はバルブ本体の壁（３’）によって燃
    料サイドに互いに分けられ、これらのノズル孔（９，１
    ０）の各列には弁座（１５，２８）と協働する弁ニード
    ル（１６，２９）が関連し、その第１弁ニードル（１
    ６）はバルブ本体の中央に配置され、第２弁ニードル
    （２９）は前記壁（３’）の外側のバルブ本体に配置さ
    れた中空ニードルとして形成され、第１弁ニードル（１
    ６）は、ディーゼル燃料噴射用のものであって、噴射用
    ポンプ（５２）によってディーゼル燃料に圧力の生じる
    時に、弁座（１５）から持ち上げられることによって開
    口し、スプリング（２２）によって閉鎖位置にもって来
    られ、一方、第２弁ニードル（２９）は、ガス状燃料噴
    射用のものであって、一端側がストローク伝達用ポンプ
    （５４）によって制御される液体圧力媒体の圧力によっ
    て作用されるピストン（３０）を備え、その閉鎖が前記
    ピストン（３０）の他端側に作用する加圧下のブロッキ
    ングオイルで行われるものであり、前記バルブ本体
    （２，３，４）には、第２弁ニードル（２９）の弁座
    （２８）の近くに、環状室（２７）と少なくとも１個の
    ガス状燃料の供給用導孔（２６’，２６）が配置され、
    この供給用導孔が、環状室（２７）から始まり、ガス供
    給パイプ（２５）に接続されているところの往復動燃焼
    機関のための燃料噴射用バルブにおいて、フラッシング
    オイル回路となるように前記ガス供給パイプ（２５）と
    供給用導孔（２６’，２６）と環状室（２７）とが一体
    化され、このフラッシングオイル回路には、供給用パイ
    プ（２５）に切換バルブ（７１）が備えられ、この切換
    バルブ（７１）が、ディーゼル燃料を用いる作動におい
    ては、ガス状燃料の供給をブロックして環状室（２７）
    や供給導孔（２６’，２６）にフラッシングオイルを流
    し、また、ガス状燃料を用いる作動においては、ガス状
    燃料を供給用導孔（２６’，２６）を経て環状室（２
    ７）に供給することを特徴とする往復動燃焼機関のため
    の燃料噴射用バルブ。
  2. 【請求項２】 ディーゼル燃料で作動する際のディーゼ
    ル燃料の噴射のためのノズル孔（９）が、ガス状燃料で
    作動する際の点火のためのディーゼル燃料の噴射にも役
    立つことを特徴とする請求項１記載の噴射用バルブ。
  3. 【請求項３】 前記第２弁ニードル（２９）が、ピスト
    ンの側面から始まり、該当する弁座（２８）の方向に向
    けてピストン（３０）の側面に作用する液体圧力媒体の
    下方に延び、第２弁ニードル（２９）の外面の環状溝
    （３７）に通じる、加圧されたブロッキングオイルを供
    給する少なくとも１個の導孔（３６）を有し、この環状
    溝（３７）にあるブロッキングオイルが液体圧力媒体に
    よって作動されるピストン（３０）の側面に浸透するガ
    スを防止することを特徴とする請求項１または請求項２
    のいずれかに記載の噴射用バルブ。
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