JP4559503B2 - 燃料噴射弁の冷却装置 - Google Patents

Description

この発明は、ガスエンジン等の内燃機関に用いられる燃料噴射弁の冷却装置に関する。

従来より、ガスエンジンとして、主燃焼室内に混合気(燃焼室に導入される前に都市ガス等気体燃料と空気とを適正な割合で混合した気体)を供給し、微少の重油あるいは軽油等の液体燃料を噴射して、上記混合気を着火・燃焼させる方式のガスエンジンがある。また、上記液体燃料が噴射される予燃焼室等と呼ばれる副室を設置しているものもあり、その場合は、上記主燃焼室に連通された上記副室内に上記主燃焼室内の混合気の一部を導入し、その状態の上記副室内に微少の重油あるいは軽油等の液体燃料を噴射し、上記混合気を着火・燃焼させるようにしている。何れの方式のガスエンジンもマイクロパイロット式ガスエンジンと呼ばれている。

このような上記副室を備えたマイクロパイロット式ガスエンジンに用いられるガスエンジンの燃料噴射弁として、特開２００３‐２５４１９５号公報(特許文献１)に開示された「燃料噴射弁取付構造」がある。図５は、特許文献１に開示されたガスエンジンにおける燃料噴射弁取付構造の断面を示す。図５において、１はシリンダヘッド、２はこのシリンダヘッド１内の冷却水室、３は燃料噴射弁、４は主燃焼室、５は下部副室口金、６は上部副室口金、７は下部副室口金５および上部副室口金６の内部に形成された副室、８は主燃焼室４と副室７とを連通する連絡孔、９は始動時予熱用のグロープラグである。さらに、燃料噴射弁３は、ノズルチップ１０、ノズルチップ１０の先端部に複数個穿孔された噴孔(図示せず)、ノズルチップ１０内に往復摺動可能に嵌合された針弁１２、ノズルナット１３、ノズル本体１４で構成されている。

ガスエンジンの運転時において、上記副室７内に連絡孔８を通して導入されたガス中に燃料噴射弁３の上記噴孔から所定の噴射タイミングでパイロット液体燃料が噴射され、副室７内において着火燃焼がなされ、燃料噴射弁３のノズルチップ１０における先端近傍が高温に加熱される。ここで、ノズルチップ１０は、その先端近傍における上部副室口金６とのシート部が円錐状面に形成されて、ノズル側シート面と口金側シート面とが流体密な形態で直接接触され、燃料噴射弁締付ボルト(図示せず)の締付力によって上部副室口金６に締付け固定されている。したがって、高温に加熱されているノズルチップ１０の熱は上記シート部を介して上部副室口金６に伝達され、さらに、上部副室口金６の外面からシリンダヘッド１に設けられた冷却水室２内の冷却水に伝達される。こうして、ノズルチップ１０が冷却されるのである。

ところで、このような燃料噴射弁取付構造における燃料噴射弁３の冷却水系統では、燃料噴射弁冷却水の出口管は無く、冷却水の自然対流によって燃料噴射弁３の冷却が行われている。したがって、燃料噴射弁３の高い冷却効果を得ることができないという問題がある。また、上述のように、燃料噴射弁冷却水の出口管は無く、燃料噴射弁３を冷却した冷却水は、燃料噴射弁３以外を冷却した冷却水とシリンダヘッド１内の中央部で合流している。そのために、燃料噴射弁３を冷却した直後の冷却水の状態(例えば水温等)を計測することができないという問題もある。

そこで、上述のような自然対流による燃料噴射弁冷却の問題を解決するために、特開２００７‐２０５２９５号公報(特許文献２)に開示された「ガスエンジン用パイロット燃料噴射弁の冷却装置」のように、強制対流によって燃料噴射弁の冷却を行う方法が提案されている。図６は、特許文献２に開示された「ガスエンジン用パイロット燃料噴射弁の冷却装置」を模式的に示したものであり、６気筒＃１〜＃６のうちの気筒＃１の部分の断面を示す。

図６において、シリンダヘッド２１には、燃料噴射弁２２のための装着孔２３が形成され、装着孔２３の内周面と弁ホルダ２４の外周面との間には冷却ジャケット２５と環状室２６とが上下に互いに独立して設けられ、冷却ジャケット２５は弁ホルダ２４の軸線方向に、つまり燃料噴射弁２２の軸線方向に延び、シリンダヘッド２１内の冷却水通路２７からの分岐路２８に連通している。このように、冷却ジャケット２５は、弁ホルダ２４を介して燃料噴射弁２２を冷却するようになっている。

上記弁ホルダ２４の先端部には、燃料噴射弁２２のノズルボディ２９の先端部を囲むように環状部３０が形成されている。そして、冷却ジャケット２５の下端と環状部３０とを連通する弁ホルダ冷却路３１a、および、環状部３０と環状室２６とを連通する弁ホルダ冷却路３１bとが形成されている。

また、上記シリンダヘッド２１内には、環状室２６から外方向に延在する内部接続路３２が形成され、この内部接続路３２は、シリンダヘッド２１の外部に取り付けられた接続枝管３３を介して弁ホルダ冷却水集合管３４に接続されている。また、この弁ホルダ冷却水集合管３４には、他の気筒＃２〜＃６の環状室２６から内部接続路３２を介して延びる接続枝管３３も、夫々接続されている。

一方、上記冷却ジャケット２５の上端は、上方のシリンダヘッド冷却室３５に連通しており、シリンダヘッド冷却室３５にはシリンダ出口枝管３６に接続されている。さらに、各気筒＃１〜＃６からのシリンダ出口枝管３６は、冷却水出口主管３７に共通に接続されている。そして、冷却水通路２７の冷却水機関入口２０aと冷却水出口主管３７の冷却水機関出口２０bとが、冷却水を冷却するための冷却器(図示せず)およびポンプ３８が介設されると共に、ガスエンジン２０の外側に配置された外部冷却路３９によって接続されている。こうして、上記冷却器によって冷却された冷却水は、冷却水機関入口２０aからガスエンジン２０内に入り、冷却水通路２７,分岐路２８,冷却ジャケット２５,シリンダヘッド冷却室３５,シリンダ出口枝管３６および冷却水出口主管３７を通過し、冷却水機関出口２０bからガスエンジン２０外に出て上記冷却器に戻るように、ポンプ３８によって強制的に循環される。

さらに、上記外部冷却路３９における冷却水出口主管３７の冷却水機関出口２０bと上記冷却器との間にはオリフィス４０が介設されている。オリフィス４０によって外部冷却路３９内を流れる冷却水の流量を絞ることによって、オリフィス４０よりも下流側の外部冷却路３９の内圧をガスエンジン２０内の冷却路の内圧よりも低圧に保持している。

また、上記弁ホルダ冷却水集合管３４は、ガスエンジン２０の外側に配置された外部接続管４１に接続され、外部接続管４１は外部冷却路３９におけるオリフィス４０と上記冷却器との間に接続されている。つまり、外部接続管４１は、上述の冷却水循環路に設けられた低圧部に接続されている。

上記燃料噴射弁２２の冷却装置においては、弁ホルダ２４の先端部内に形成された環状部３０に連通する弁ホルダ冷却路３１aおよび弁ホルダ冷却路３１bのうち、弁ホルダ冷却路３１aは冷却ジャケット２５に接続される一方、弁ホルダ冷却路３１bは、環状室２６,内部接続路３２,接続枝管３３および外部接続管４１を介してオリフィス４０よりも下流側の低圧部に接続されている。したがって、環状部３０を挟む弁ホルダ冷却路３１aと弁ホルダ冷却路３１bとにおいて、冷却ジャケット２５との接続端と環状室２６との接続端との間で圧力差が発生することになる。その結果、冷却水通路２７内を流れる冷却水の一部は、弁ホルダ冷却路３１aの一端から流入し、環状部３０を介して弁ホルダ冷却路３１bの他端から流出するように、強制的に流されるのである。

したがって、上記特許文献１に開示された「燃料噴射弁取付構造」のような自然対流による燃料噴射弁の冷却に比して、ノズルボディ２９の先端部の温度を大幅に改善することができる。

しかしながら、上記従来の特許文献２に開示された「ガスエンジン用パイロット燃料噴射弁の冷却装置」においては、以下のような問題がある。

すなわち、上記ガスエンジン用パイロット燃料噴射弁の冷却装置では、上記弁ホルダ冷却路３１aおよび弁ホルダ冷却路３１bを弁ホルダ２４に設けている。したがって、弁ホルダ冷却路３１a,３１bを形成する場合には、弁ホルダ２４の先端部に直接ドリル加工等によって環状部３０に達するような孔を形成する必要があり、燃料噴射弁２２を十分に冷却可能な量の冷却水を供給できる水路を確保するには、限界がある。そのために、さらに高い冷却効果を得ることができないと言う問題がある。

さらに、上記６気筒＃１〜＃６の各弁ホルダ冷却路３１aと各弁ホルダ冷却路３１bとにおいて、冷却ジャケット２５との接続端と環状室２６との接続端との間に圧力差を発生させるためのオリフィス４０は、各気筒＃１〜＃６からのシリンダ出口枝管３６が、冷却水出口主管３７を介して共通に接続されている外部冷却路３９に介設されている。したがって、例えば、各シリンダ出口枝管３６内の冷却水温度に基づいて、各気筒＃１〜＃６の弁ホルダ冷却路３１aの一端から流入し、環状部３０を介して弁ホルダ冷却路３１bの他端から流出する冷却水の流量を、各気筒＃１〜＃６に関して互いに独立して調整する等、各気筒＃１〜＃６毎の冷却水の調整を互いに独立して行うことができないと言う問題もある。
特開２００３‐２５４１９５号公報 特開２００７‐２０５２９５号公報

そこで、この発明の課題は、燃料噴射弁の更なる高い冷却効果を得ることができ、各気筒の冷却水の調整を互いに独立して行うことができる燃料噴射弁の冷却装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の燃料噴射弁の冷却装置は、
内燃機関のシリンダヘッドに弁ホルダを介して取り付けられて、上記内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、
上記シリンダヘッド内に冷却水を供給する冷却水供給通路と、上記冷却水を上記弁ホルダの周囲を通す冷却ジャケットと、上記冷却ジャケットを通った後の冷却水を上記シリンダヘッド内から上記シリンダヘッド外に導く冷却水排出通路とを含むと共に、冷却水を上記冷却水供給通路から上記冷却水排出通路へ強制的に流すエンジン冷却路と、
上記弁ホルダ内の先端部に上記燃料噴射弁の先端部を取り囲んで設けられて、上記燃料噴射弁の先端部を冷却するための冷却水が循環される環状冷却部と、
上記弁ホルダ内に設けられた上記環状冷却部を上記エンジン冷却路における上記冷却ジャケットよりも圧力が低い箇所に連通させるための第１弁ホルダ冷却路と、
上記弁ホルダ内に設けられた上記環状冷却部を上記冷却ジャケットに連通させる第２弁ホルダ冷却路と
を備え、
上記弁ホルダは、上記燃料噴射弁の先端部が密着して装着された第１弁ホルダと、この第１弁ホルダの先端部が密着して装着された第２弁ホルダとを含み、
上記環状冷却部,第１弁ホルダ冷却路および第２弁ホルダ冷却路は、上記第１弁ホルダの外周面および上記第２弁ホルダの内周面の何れか一方に平面加工によって形成された溝あるいは凹部を、他方で塞ぐことによって形成されている
ことを特徴としている。

上記構成によれば、冷却水供給通路からシリンダヘッド内に供給された冷却水は、冷却ジャケットによって上記弁ホルダの周囲を通り、上記弁ホルダを介して上記燃料噴射弁を冷却する。そして、上記冷却ジャケットを通った冷却水は、冷却水排出通路によって上記シリンダヘッド内から上記シリンダヘッド外に導かれる。その際に、上記冷却水は上記冷却水供給通路から上記冷却水排出通路へ強制的に流されるため、上記燃料噴射弁よりも上流側と下流側とには圧力差が生ずる。

そして、上記弁ホルダ内に設けられた環状冷却部が第２弁ホルダ冷却路によって上記冷却ジャケットに連通される一方、上記環状冷却部が第１弁ホルダ冷却路によってエンジン冷却路における上記冷却ジャケットよりも圧力が低い箇所に連通される。したがって、上記環状冷却部における上記冷却ジャケットとの連通位置と、上記環状冷却部における上記冷却ジャケットよりも圧力が低い箇所との連通位置とに圧力差が生じ、上記冷却ジャケット内の冷却水の一部が上記環状冷却部内に取り込まれ、上記弁ホルダ内に設けられた上記環状冷却部内を循環して、上記燃料噴射弁の先端部を冷却する。こうして、上記燃料噴射弁の先端部を冷却した冷却水は、上記冷却ジャケットよりも圧力が低い箇所に流出する。

その際に、上記燃料噴射弁よりも上流側と下流側とに生ずる圧力差を利用して、上記冷却ジャケット内の冷却水の一部を上記環状冷却部内に取り込んで上記燃料噴射弁の先端部を冷却するので、冷却水を強制的に導入するための専用ポンプが不要となり、簡単な構成で且つ安価に上記燃料噴射弁の先端部を効果的に冷却できる。

さらに、上記環状冷却部,第１弁ホルダ冷却路および第２弁ホルダ冷却路は、上記弁ホルダを構成する第１弁ホルダの外周面および第２弁ホルダの内周面の何れか一方に平面加工によって形成された溝あるいは凹部を、他方で塞ぐことによって形成されている。したがって、上記第１弁ホルダの外周面および上記第２弁ホルダの内周面の何れか一方に平面加工によって上記溝や凹部を形成するだけで上記環状冷却部,上記第１弁ホルダ冷却路および上記第２弁ホルダ冷却路を形成することができ、上記第１弁ホルダの外周面あるいは上記第２弁ホルダの内周面に対して十分な面積の溝や凹部を確保することができる。すなわち、高い冷却効果を得ることができる冷却水路を簡単に作成することができるのである。

また、１実施の形態の燃料噴射弁の冷却装置では、
上記燃料噴射弁,上記冷却ジャケット,上記環状冷却部,上記第１弁ホルダ冷却路および第２弁ホルダ冷却路は、上記内燃機関の各気筒毎に設けられており、
上記各気筒に、
上記冷却ジャケットと冷却水排出通路とを接続すると共に、絞り手段が介設されたシリンダ出口枝管と、
上記第１弁ホルダ冷却路と上記シリンダ出口枝管における上記絞り手段よりも下流側とを、接続する接続枝管と
を備えている。

この実施の形態によれば、上記冷却ジャケットと冷却水排出通路とを接続するシリンダ出口枝管に絞り手段を介設し、上記第１弁ホルダ冷却路と上記シリンダ出口枝管における絞り手段よりも下流側とを接続枝管で接続している。したがって、上記冷却ジャケットと上記第１弁ホルダ冷却路との間に、積極的に圧力差を設けて、より強制的に冷却水を上記環状冷却部内に取り込むことができる。

さらに、上記絞り手段は、上記内燃機関の各気筒毎にシリンダ出口枝管に設けられているので、上記各気筒毎に、上記シリンダ出口枝管内の冷却水の温度および流量を計測することが可能になり、例えば、各気筒毎に上記絞り手段の絞り度を調整して、各気筒の冷却水の状態を各気筒毎に互いに独立して容易に変更することが可能になる。

また、１実施の形態の燃料噴射弁の冷却装置では、
上記シリンダ出口枝管に介設された絞り手段はオリフィスである。

この実施の形態によれば、上記絞り手段をオリフィスによって容易に実現できる。

以上より明らかなように、この発明の燃料噴射弁の冷却装置は、冷却水供給通路,冷却ジャケットおよび冷却水排出通路を含むエンジン冷却路において、上記冷却水供給通路から上記冷却水排出通路へ冷却水が強制的に流されるので、燃料噴射弁よりも上流側と下流側とには圧力差が生ずる。そして、弁ホルダ内に設けられた環状冷却部が第２弁ホルダ冷却路によって上記冷却ジャケットに連通される一方、上記環状冷却部が第１弁ホルダ冷却路によってエンジン冷却路における上記冷却ジャケットよりも圧力が低い箇所に連通されているので、上記環状冷却部における上記冷却ジャケットとの連通位置と、上記環状冷却部における上記冷却ジャケットよりも圧力が低い箇所との連通位置とに圧力差が生じ、上記冷却ジャケット内の冷却水の一部が上記弁ホルダ内に設けられた上記環状冷却部内に強制的に取り込まれ、上記燃料噴射弁の先端部が効果的に冷却される。

その際に、上記環状冷却部,第１弁ホルダ冷却路および第２弁ホルダ冷却路は、上記弁ホルダを構成する第１弁ホルダの外周面および第２弁ホルダの内周面の何れか一方に平面加工によって形成された溝あるいは凹部を、他方で塞ぐことによって形成されるので、上記第１弁ホルダの外周面および上記第２弁ホルダの内周面の何れか一方に平面加工によって上記溝や凹部を形成するだけで上記環状冷却部,上記第１弁ホルダ冷却路および上記第２弁ホルダ冷却路を形成することができ、上記第１弁ホルダの外周面あるいは上記第２弁ホルダの内周面に対して十分に広い面積の溝や凹部を確保することができる。したがって、高い冷却効果を得ることができる冷却水路を簡単に作成することができる。

また、１実施の形態の燃料噴射弁の冷却装置では、上記燃料噴射弁,上記冷却ジャケット,上記環状冷却部,上記第１弁ホルダ冷却路および第２弁ホルダ冷却路を、上記内燃機関の各気筒毎に設けると共に、上記各気筒に、上記冷却ジャケットと冷却水排出通路とを接続するシリンダ出口枝管に絞り手段を介設し、上記第１弁ホルダ冷却路と上記シリンダ出口枝管における上記絞り手段よりも下流側とを接続枝管で接続するので、上記冷却ジャケットと上記第１弁ホルダ冷却路との間に積極的に圧力差を設けて、より強制的に冷却水を上記環状冷却部内に取り込むことができる。

さらに、上記絞り手段は、上記内燃機関の各気筒毎にシリンダ出口枝管に設けられているので、上記各気筒毎に、上記シリンダ出口枝管内の冷却水の温度および流量を計測することが可能になり、例えば、各気筒毎に上記絞り手段の絞り度を調整して、各気筒の冷却水の状態を各気筒毎に互いに独立して容易に変更することが可能になる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の燃料噴射弁の冷却装置が適用されたガスエンジンにおける冷却水経路を示す図である。

図１に示すガスエンジン５１は、発電システムの駆動源として使用され、ガスエンジン５１の出力軸は発電機５２に連結されている。このガスエンジン５１は、例えば６気筒＃１〜＃６であり、各気筒＃１〜＃６の夫々は、主燃料である天然ガス等のガス燃料に加えて、このガス燃料の点火時に使用される液体燃料の供給を受ける。この液体燃料は、各気筒＃１〜＃６内に燃料噴射弁(図２参照)から噴射され、噴射された液体燃料は自己着火することによって上記主燃料であるガス燃料を安定して点火させる。

図１において、５３は、上記ガスエンジン５１のシリンダヘッド内を通して冷却水を循環させる冷却水循環路である。この冷却水循環路５３は、ガスエンジン５１内に在って各気筒＃１〜＃６のシリンダヘッドを通過するエンジン冷却路５４と、ガスエンジン５１外に在って冷却器５６とポンプ５７とが介設された外部冷却路５５とで、構成されている。

上記エンジン冷却路５４は、エンジンフレームの内部を通る上記冷却水供給通路としての冷却水通路５８と、この冷却水通路５８から分岐して各気筒＃１〜＃６の上記シリンダヘッドに冷却水を導く分岐路５９と、各気筒＃１〜＃６毎に上記シリンダヘッドの外部に取り付けられて各気筒＃１〜＃６からの冷却水を排出するシリンダ出口枝管６０と、各シリンダ出口枝管６０に共通に接続されて各シリンダ出口枝管６０からの冷却水を集める上記冷却水排出通路としての冷却水出口主管６１と、を有している。

上記外部冷却路５５は、上記冷却水通路５８の冷却水機関入口５１aと冷却水出口主管６１の冷却水機関出口５１bとを接続すると共に、冷却水機関出口５１b側から順に、冷却水を冷却するための冷却器５６と冷却水機関入口５１aに向けて冷却水を吐出するポンプ５７とが、介設されている。したがって、冷却水循環路５３内の冷却水は、冷却水通路５８から、分岐路５９およびシリンダ出口枝管６０を経て、冷却水出口主管６１に流れるように、ポンプ５７によって強制的に循環されるのである。

さらに、上記外部冷却路５５における冷却器５６と冷却水機関出口５１bとの間には三方弁からなる温度調整弁６２が介設されており、温度調整弁６２は、バイパス路６３を介して、冷却器５６とポンプ５７との間の外部冷却路５５に接続されている。こうして、温度調整弁６２によって、冷却器５６の入口側に流す冷却水量とポンプ５７の吸い込み側に流す冷却水量との配分を調整可能にしている。こうすることによって、ポンプ５７から吐出される冷却水の温度を調整することができるのである。

図２は、上記ガスエンジン５１におけるシリンダヘッド６４の断面図である。但し、図２(a)は冷却水通路５８および冷却水出口主管６１の延在方向に直交する方向への断面図であり、図２(b)は冷却水通路５８および冷却水出口主管６１の延在方向への断面図である。ここで、各気筒＃１〜＃６に関する燃料噴射弁とその燃料噴射弁を保持する弁ホルダとその周辺部とは同一の構成を有するので、以下においては、１つの気筒(例えば気筒＃１)で代表して説明する。

図２において、上記分岐路５９は、燃料噴射弁６５を挟むようにその両側に配設されている。そして、分岐路５９から供給された冷却水は、燃料噴射弁６５の先端部の周囲を通って上方のシリンダヘッド冷却室６６に入ってシリンダヘッド６４を冷却した後、シリンダヘッド６４の外部に取り付けられたシリンダ出口枝管６０(図１参照)へ排出される。

上記燃料噴射弁６５は、シリンダヘッド６４に第１弁ホルダ６７および第２弁ホルダ６８を介して取り付けられており、第１弁ホルダ６７および第２弁ホルダ６８は、燃料噴射弁６５の先端部を取り囲んでいる。

図３は、上記燃料噴射弁６５の先端部分と第１弁ホルダ６７および第２弁ホルダ６８との拡大図を示す。但し、図３(a)は図２(a)と同じ方向への断面拡大図であり、図３(b)は図２(b)と同じ方向への断面拡大図である。以下、図３に従って、燃料噴射弁６５と第１弁ホルダ６７および第２弁ホルダ６８とその周辺部とについて説明する。

上記第２弁ホルダ６８には第１弁ホルダ６７の先端部分が装着されており、第２弁ホルダ６８は第１弁ホルダ６７の先端部分を取り囲んでいる。シリンダヘッド６４には第２弁ホルダ６８および第１弁ホルダ６７を介して燃料噴射弁６５が装着される装着孔６９が形成されており、装着孔６９の内周面と第２弁ホルダ６８の外周面との間には、シリンダヘッド冷却室６６および分岐路５９に連通する冷却ジャケット７０が形成されている。この冷却ジャケット７０は、第２弁ホルダ６８の軸線方向に、つまり燃料噴射弁６５の軸線方向に延在しており、分岐路５９を横断している。このように、冷却ジャケット７０は第２,第１弁ホルダ６８,６７を介して燃料噴射弁６５を冷却するのである。

上記燃料噴射弁６５の先端部における第２弁ホルダ６８の内周面と第１弁ホルダ６７の外周面との間には、燃料噴射弁６５のノズル(図示せず)の先端部分の近傍を取り囲んで、環状冷却部７１が形成されている。また、第２弁ホルダ６８で取り囲まれている第１弁ホルダ６７の外周面には環状溝７２が形成されており、第２弁ホルダ６８には第２弁ホルダ６８内を冷却ジャケット７０に連通させる第１開口部７３が形成されている。そして、環状冷却部７１は、図３(b)に示す断面において、第１弁ホルダ冷却路７４によって第１弁ホルダ６７の環状溝７２に連通される一方、第２弁ホルダ冷却路７５によって第２弁ホルダ６８の第１開口部７３に連通されている。

ここで、上記環状冷却部７１,環状溝７２,第１弁ホルダ冷却路７４および第２弁ホルダ冷却路７５は、第１弁ホルダ６７の表面に形成された溝や凹部を、第２弁ホルダ６８で例えば溶接で塞ぐことよって形成されている。したがって、環状冷却部７１,環状溝７２,第１弁ホルダ冷却路７４および第２弁ホルダ冷却路７５の形成に際しては、第１弁ホルダ６７の表面に平面加工を施すことによって溝や凹部を形成するだけでよく、第１弁ホルダ６７の表面に対して十分な面積の溝や凹部を形成することができる。すなわち、上記特許文献２に開示された「ガスエンジン用パイロット燃料噴射弁の冷却装置」の場合のように、弁ホルダの先端部に直接ドリル加工等によって冷却水用の孔を形成する場合に比して、簡単に高い冷却効果を得ることができるのである。

一方、上記第２弁ホルダ６８には、環状溝７２を第２弁ホルダ６８の外部に連通させる第２開口部７６が形成されている。そして、シリンダヘッド６４には、第２開口部７６に対向する位置から外方に向かって延在する内部接続路７７が形成され、この内部接続路７７は、シリンダヘッド６４の外部に取り付けられた接続枝管７８を介して上記シリンダ出口枝管６０(図１参照)に接続されている。その際に、接続枝管７８は、冷却水循環路５３に設けた低圧部に接続されている。具体的には、図１および図２(a)に示すように、上記各気筒＃１〜＃６のシリンダ出口枝管６０におけるシリンダヘッド６４の上面に位置する箇所にはオリフィス７９が介設され、シリンダ出口枝管６０内を流れる冷却水の流量を絞ることによって、オリフィス７９よりも下流側の冷却水出口主管６１の内圧を冷却水通路５８の内圧よりも低圧に保持している。そして、接続枝管７８は、シリンダ出口枝管６０におけるオリフィス７９よりも下流側(低圧側)に接続されるのである。

すなわち、上記環状溝７２,第２開口部７６,内部接続路７７および接続枝管７８は、第２弁ホルダ６８の第１開口部７３と第１弁ホルダ６７内の第１弁ホルダ冷却路７４,環状冷却部７１および第２弁ホルダ冷却路７５とをシリンダ出口枝管６０の低圧部に接続する接続路を形成しているのである。

尚、この接続路の構成は、各気筒＃１〜＃６に関して同じ構成である。

以上の構成において、上記冷却水通路５８は、より具体的には、ガスエンジン５１における上記エンジンフレーム(図示せず)に設けられたキリ穴によって構成されており、ポンプ５７から供給された冷却水は、先ず上記エンジンフレームの冷却水通路５８に流入し、上記エンジンフレーム内において各気筒＃１〜＃６毎のシリンダヘッドやエンジンジャケット等に分岐される。そして、例えば、気筒＃１のシリンダヘッド６４に分岐された冷却水は、図２(a)および図２(b)において、シリンダヘッド６４の下面に下向きに形成されたキリ穴８０を介して、気筒＃１のシリンダヘッド６４における分岐路５９に供給される。

一方、各気筒＃１〜＃６毎のシリンダヘッドから排出される冷却水を導くシリンダ出口枝管６０,接続枝管７８および冷却水出口主管６１は、図２(a)に示すように、各気筒＃１〜＃６毎のシリンダヘッドから上記エンジンフレームを介さずに、ガスエンジン５１外の外部冷却路５５に連通されている。

また、上記燃料噴射弁６５の他の構成は、例えば、従来のディーゼルエンジン機関自動燃料弁やコモンレール方式電子制御燃料噴射弁と同様の方式であり、その詳細な説明は省略する。

上記構成を有する燃料噴射弁６５の冷却装置によれば、上記第１弁ホルダ６７の先端部内に形成された環状冷却部７１が冷却水循環路５３のエンジン冷却路５４、具体的には冷却ジャケット７０に接続され、冷却ジャケット７０との接続部の反対側が環状溝７２,第２開口部７６,内部接続路７７および接続枝管７８を介してシリンダ出口枝管６０のオリフィス７９よりも下流側の低圧部に接続されている。したがって、燃料噴射弁６５を挟む第１弁ホルダ冷却路７４および第２弁ホルダ冷却路７５の両上端間に圧力差が発生する。そのため、図３に示すように、分岐路５９内を流れる冷却水の一部は第２弁ホルダ冷却路７５にその上端から流入し、環状冷却部７１を経て第１弁ホルダ冷却路７４の上端から流出するように強制的に流されることになる。

図４は、図３におけるＤ‐Ｄ'矢視断面図(図４(a))、Ｃ‐Ｃ'矢視断面図(図４(b))、Ｂ‐Ｂ'矢視断面図(図４(c))、Ａ‐Ａ'矢視断面図(図４(d))を示す。以下、図３および図４に従って、冷却水の循環系路について、具体的に説明する。

先ず、図３および図４(c)に示すように、上記分岐路５９から供給された冷却水は、第２弁ホルダ６８の周囲に形成された冷却ジャケット７０の下部に流入する。そして、図３および図４(b)に示すように、冷却ジャケット７０内を上昇しつつ、第２弁ホルダ６８および第１弁ホルダ６７を介して燃料噴射弁６５を冷却する。こうして、冷却ジャケット７０の上部に至った冷却水は、図３および図４(a)に示すように、シリンダヘッド冷却室６６に流出し、図２(a)に示すようにオリフィス７９およびシリンダ出口枝管６０を介して冷却水出口主管６１に排出される。

一方、上記分岐路５９から供給された冷却水の一部は、第１弁ホルダ冷却路７４の上端および第２弁ホルダ冷却路７５の上端の間に生ずる圧力差によって、図３および図４(c)に示すように、第２弁ホルダ６８の第１開口部７３を介して第２弁ホルダ冷却路７５の上部に取り込まれる。そして、第２弁ホルダ冷却路７５内を下降しつつ、第１弁ホルダ６７を介して燃料噴射弁６５を冷却する。こうして、環状冷却部７１に至った冷却水は、図３および図４(d)に示すように、燃料噴射弁６５のノズルの先端部を効果的に冷却する。そして、環状冷却部７１内を流れる冷却水は、第１弁ホルダ冷却路７４の上部と下部の圧力差によって第１弁ホルダ冷却路７４の下部に取り込まれる。そして、図３および図４(c)に示すように、第１弁ホルダ冷却路７４内を上昇しつつ、第１弁ホルダ６７を介して燃料噴射弁６５を冷却する。こうして、第１弁ホルダ６７の環状溝７２に至った冷却水は、図２(a)および図４(b)に示すように、第２弁ホルダ６８の第２開口部７６,内部接続路７７および接続枝管７８を介して、オリフィス７９より下流側の低圧部に排出されるのである。

以上のごとく、本実施の形態によれば、第１弁ホルダ６７の先端部内の環状冷却部７１を通って多量の冷却水を流すことができる。したがって、この冷却水によって第１弁ホルダ６７の先端部、つまり、燃料噴射弁６５の先端部の過熱を効果的に防止することができる。その結果、燃料噴射弁６５の閉弁時に針弁が上記ノズルの弁座に衝突しても、その衝撃によって上記ノズルの先端部に塑性変形が発生することはない。また、上記ノズルの噴孔が燃料コーキングより閉塞されることもなく、上記ノズルに対して上記針弁が焼付くこともない。

また、上記第１弁ホルダ冷却路７４における環状溝７２との接続端、および、第２弁ホルダ冷却路７５における冷却ジャケット７０との接続端の圧力差は、シリンダ出口枝管６０にオリフィス７９を介設するだけで得ることができる。したがって、第２弁ホルダ冷却路７５に冷却水を強制的に導入するための専用ポンプが不要となり、簡単な構成で且つ安価にして燃料噴射弁６５の先端部を効果的に冷却でき、燃料噴射弁６５の長寿命化を達成することができる。

また、上記第１弁ホルダ６７の環状冷却部７１は、燃料噴射弁６５の上記ノズルの先端部を囲み、然も環状冷却部７１に対する第１弁ホルダ冷却路７４への流出口および第２弁ホルダ冷却路７５からの流入口が環状冷却部７１の直径方向に互いに離隔して配設されているので、環状冷却部７１内の冷却水は上記ノズルの周方向に一様に流れ、上記ノズルの先端部をその周方向に均一に冷却することができる。

また、本実施の形態においては、６気筒＃１〜＃６の夫々において、第２弁ホルダ冷却路７５における冷却ジャケット７０との接続端と第１弁ホルダ冷却路７４における環状溝７２との接続端との間に圧力差を生じさせるためのオリフィス７９は、各気筒＃１〜＃６別にシリンダ出口枝管６０に介設されている。したがって、本実施の形態では、各気筒＃１〜＃６毎に、シリンダ出口枝管６０内の冷却水の温度および流量を計測することができる。そして、その計測値に基づいて、例えば、各気筒＃１〜＃６毎にオリフィス７９の径を調整して、第２弁ホルダ冷却路７５にその上端から流入して環状冷却部７１を介して第１弁ホルダ冷却路７４の上端から流出する冷却水の流量を、各気筒＃１〜＃６毎に互いに独立して調整する等、各気筒＃１〜＃６の冷却水の状態を各気筒＃１〜＃６毎に互いに独立して容易に変更することが可能になる。

また、本実施の形態においては、上記環状冷却部７１,第１弁ホルダ冷却路７４および第２弁ホルダ冷却路７５を、第１弁ホルダ６７の外周面に形成された溝や凹部を第２弁ホルダ６８で塞ぎ、溶接することよって形成するようにしている。したがって、第１弁ホルダ６７の表面に平面加工によって上記溝や凹部を形成するだけで環状冷却部７１,第１弁ホルダ冷却路７４および第２弁ホルダ冷却路７５を形成することができ、第１弁ホルダ６７の外周面に対して十分な面積の溝や凹部を確保することができる。すなわち、本実施の形態によれば、高い冷却効果を得ることができる冷却水路を簡単に作成することができるのである。

尚、この発明は、上記実施の形態に限定するものではなく、種々の変形が可能である。例えば、冷却装置は、オリフィス７９に代えて減圧弁を備えてもよいし、第１弁ホルダ冷却路７４および第２弁ホルダ冷却路７５の具体的なレイアウトも任意に変更可能である。

また、上記実施の形態においては、この発明をガスエンジンに適用した場合を例に挙げて説明している。しかしながら、この発明は、ガスエンジンに限定されるものではなく、ディーゼルエンジン等の内燃機関であれば適用可能である。

この発明の燃料噴射弁の冷却装置が適用されたガスエンジンにおける冷却水経路を示す図である。 図１におけるガスエンジンのシリンダヘッドの断面図である。 図２における燃料噴射弁の先端部分と第１,弁ホルダおよび第２弁ホルダとの拡大図である。 図３における横断面図である。 従来のガスエンジンにおける燃料噴射弁取付構造の断面を示す図である。 従来のガスエンジン用パイロット燃料噴射弁の冷却装置を示す図である。

５１…ガスエンジン、
５１a…冷却水機関入口、
５１b…冷却水機関出口、
５２…発電機、
５３…冷却水循環路、
５４…エンジン冷却路、
５５…外部冷却路、
５６…冷却器、
５７…ポンプ、
５８…冷却水通路、
５９…分岐路、
６０…シリンダ出口枝管、
６１…冷却水排出通路、
６２…温度調整弁、
６３…バイパス路、
６４…シリンダヘッド、
６５…燃料噴射弁、
６６…シリンダヘッド冷却室、
６７…第１弁ホルダ、
６８…第２弁ホルダ、
６９…燃料噴射弁の装着孔、
７０…冷却ジャケット、
７１…環状冷却部、
７２…環状溝、
７３…第１開口部、
７４…第１弁ホルダ冷却路、
７５…第２弁ホルダ冷却路、
７６…第２開口部、
７７…内部接続路、
７８…接続枝管、
７９…オリフィス。

Claims (3)

1. 内燃機関のシリンダヘッドに弁ホルダを介して取り付けられて、上記内燃機関の燃焼室に燃料を供給する燃料噴射弁と、
   上記シリンダヘッド内に冷却水を供給する冷却水供給通路と、上記冷却水を上記弁ホルダの周囲を通す冷却ジャケットと、上記冷却ジャケットを通った後の冷却水を上記シリンダヘッド内から上記シリンダヘッド外に導く冷却水排出通路とを含むと共に、冷却水を上記冷却水供給通路から上記冷却水排出通路へ強制的に流すエンジン冷却路と、
   上記弁ホルダ内の先端部に上記燃料噴射弁の先端部を取り囲んで設けられて、上記燃料噴射弁の先端部を冷却するための冷却水が循環される環状冷却部と、
   上記弁ホルダ内に設けられた上記環状冷却部を上記エンジン冷却路における上記冷却ジャケットよりも圧力が低い箇所に連通させるための第１弁ホルダ冷却路と、
   上記弁ホルダ内に設けられた上記環状冷却部を上記冷却ジャケットに連通させる第２弁ホルダ冷却路と
   を備え、
   上記弁ホルダは、上記燃料噴射弁の先端部が密着して装着された第１弁ホルダと、この第１弁ホルダの先端部が密着して装着された第２弁ホルダとを含み、
   上記環状冷却部,第１弁ホルダ冷却路および第２弁ホルダ冷却路は、上記第１弁ホルダの外周面および上記第２弁ホルダの内周面の何れか一方に平面加工によって形成された溝あるいは凹部を、他方で塞ぐことによって形成されている
   ことを特徴とする燃料噴射弁の冷却装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁の冷却装置において、
   上記燃料噴射弁,上記冷却ジャケット,上記環状冷却部,上記第１弁ホルダ冷却路および第２弁ホルダ冷却路は、上記内燃機関の各気筒毎に設けられており、
   上記各気筒に、
   上記冷却ジャケットと冷却水排出通路とを接続すると共に、絞り手段が介設されたシリンダ出口枝管と、
   上記第１弁ホルダ冷却路と上記シリンダ出口枝管における上記絞り手段よりも下流側とを、接続する接続枝管と
   を備えたことを特徴とする燃料噴射弁の冷却装置。
3. 請求項２に記載の燃料噴射弁の冷却装置において、
   上記シリンダ出口枝管に介設された絞り手段はオリフィスであることを特徴とする燃料噴射弁の冷却装置。

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