JP2004019592A

JP2004019592A - 高圧油集合管、および内燃機関

Info

Publication number: JP2004019592A
Application number: JP2002177514A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Okumura; 奥村　英明
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】開口部の密封の信頼性を向上させると共に、小型化された高圧油集合管、およびこの高圧油集合管が用いられた安全性の高い内燃機関を提供すること。
【解決手段】液体燃料が流入する複数の流入部と、液体燃料を集合させて流出する流出部とを備えた高圧油集合管であって、集合管本体２に形成された貫通孔１０の両端の開口部５ｂを集合管端部プラグ８で閉塞する構成とされ、集合管端部プラグ８に、溝部２５と雄ネジ部２６とテーパ部２７とが形成されており、開口部５ｂには、溝部２５に装着されたＯリング３３に密着する円筒状密着部２０と、雄ネジ部２６と螺合する雌ネジ部２２と、テーパ部２７に密着する円錐状密着部２４とが形成されていることを特徴とする。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガスエンジンなどの内燃機関において、燃焼室に液体燃料を供給する液体燃料供給装置に用いられる高圧油集合管、およびこの液体燃料供給装置が備えられた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発電用エンジン等として広く用いられている内燃機関は、燃焼室を形成するシリンダと、シリンダ内で往復運動するピストンと、ピストンの往復動力を負荷に伝達するクランクとを備えた構造が一般的である。この種の従来の内燃機関のうち、例えばガスエンジンにおいては、吸気行程でシリンダ内に燃料ガスを吸入し、続く圧縮行程でこの空気をピストンによって高圧に圧縮し、上死点付近で高温高圧となっている燃料ガスに、液体燃料であるパイロット燃料を噴射することで着火を制御し、燃料ガスを燃焼・膨張させ、続く排気行程で燃焼後の排気ガスをシリンダ内から排気するという一連の動作を繰り返し行うことで、クランクを回転させて動力を得ている。
【０００３】
燃焼室内にパイロット燃料を供給する液体燃料供給装置は、燃料タンクから送られてきたパイロット燃料を一定の圧力まで加圧する複数の加圧ポンプと、加圧ポンプから圧送されたパイロット燃料を集合させる高圧油集合管と、高圧油集合管から各燃焼室にパイロット燃料を配送するコモンレールとを備えて構成されている。高圧油集合管は、合金鋼を機械加工により削り出されて形成され、集合管本体に形成された貫通孔の両端の開口部を集合管端部プラグで閉塞する構成とされている。また、高圧油集合管の内圧が設定値より上昇した場合に、パイロット燃料を導出することにより、過剰な内圧の上昇を防止する調圧弁が設けられている。
【０００４】
従来、開口部をプラグで閉塞するような配管端部の密封手段として、ガスケット密封手段、Ｏリング密封手段、およびメタルシール密封手段のいずれかの密封手段が単独で用いられている。たとえば、ガスケット密封手段は１ＭＰａ程度の圧力までの低圧用の密封手段として用いられ、Ｏリング密封手段およびメタルシール密封手段は高圧用の密封手段として用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記高圧油集合管において、加圧ポンプにより圧送されたパイロット燃料の圧力は、たとえば６０ＭＰａ程度の高圧で、かつ５ＭＰａ程度の周期的な変動（脈動）を有するため、開口部の密封手段が十分に機能していない場合、パイロット燃料が高圧油集合管の外部に漏出してしまうという問題があった。たとえば、Ｏリングやメタルシールの密着面が磨耗したり、傷が付いたりした場合、密封の信頼性が極端に低下してしまう。とくに、高圧油集合管が配置される箇所は高温となるので、漏出したパイロット燃料が発火する危険性があった。これにより、より信頼性の高い開口部の密封手段が求められていた。また、調圧弁から導出されるパイロット燃料の導出経路などを設けるために、高圧油集合管が大型となる問題があった。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、開口部の密封の信頼性を向上させると共に、小型化された高圧油集合管、およびこの高圧油集合管が用いられた安全性の高い内燃機関を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の高圧油集合管を採用する。
すなわち本発明に係る請求項１に記載の高圧油集合管は、液体燃料が流入する複数の流入部と、前記液体燃料を集合させて流出する流出部とを備えた高圧油集合管であって、集合管本体に形成された貫通孔の両端の開口部を集合管端部プラグで閉塞する構成とされ、前記集合管端部プラグに、溝部と雄ネジ部とテーパ部とが形成されており、前記開口部には、前記溝部に装着されたＯリングに密着する円筒状密着部と、前記雄ネジ部に螺合する雌ネジ部と、前記テーパ部に密着する円錐状密着部とが形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、高圧油集合管は、集合管端部プラグの溝部にＯリングを装着させて、集合管本体に形成された貫通孔の両端の開口部の雌ネジ部に集合管端部プラグの雄ネジ部を螺合して閉塞させると、Ｏリングと円筒状密着部、およびテーパ部と円錐状密着部とが密着することで、集合管本体の開口部が密封される。つまり、開口部の密封手段として、Ｏリング密封手段とメタルシール密封手段とを同時に用いる構成としているのである。このように構成することで一方の密封手段から液体燃料が漏出した場合においても、他方の密封手段により高圧油集合管の外側への漏出が防止される。これにより、高圧油集合管の開口部の密封の信頼性を向上させることができる。
【０００９】
また、請求項２記載の高圧油集合管は、請求項１に記載の高圧油集合管において、前記集合管端部プラグは、その軸方向に沿って形成された調圧用導入孔と、該調圧用導入孔の一方に形成された調圧弁取付部と、該調圧弁取付部から前記溝部とテーパ部との間に連通して形成された調圧用排出孔とを有する構成とされ、前記集合管本体は、その側面から前記円筒状密着部と円錐状密着部との間に連通して形成された導出部を有する構成とされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明において、高圧油集合管は、調圧弁を取り付けることのできる集合管端部プラグと、調圧によって排出された液体燃料を外部に導出することのできる集合管本体とを備えて構成されている。集合管本体に集合管端部プラグを装着すると、Ｏリング密封手段とメタルシール密封手段とによって密封空間が形成され、密封空間に連通して調圧用排出孔と導出部とが設けられている。高圧油集合管の内圧が設定値以上となった場合、集合管端部プラグに取り付けられた調圧弁を通過した液体燃料は、調圧用排出孔から密封空間に排出され、密封空間を導出経路として導出部から外部に導出される。このように、調圧弁を取り付けて液体燃料の導出経路を設けることにより、高圧油集合管を小型化することができる。
【００１１】
また、請求項３記載の高圧油集合管は、請求項１または２に記載の高圧油集合管において、前記集合管端部プラグは、前記集合管本体に送入される先端側に前記溝部が形成され、基端側に前記テーパ部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、集合管端部プラグは集合管本体に送入される先端側に溝部が形成され、基端側にテーパ部が形成されて集合管端部プラグが構成されている。このように集合管端部プラグを構成することで、集合管端部プラグを小型化することができ、さらには高圧油集合管を小型化することができる。
【００１３】
また、請求項４記載の内燃機関は、請求項１から３のいずれかに記載の高圧油集合管を備えた液体燃料供給装置が用いられていることを特徴とする。
本発明において、内燃機関は上記高圧油集合管を備えた液体燃料供給装置が用いられているので、液体燃料の漏出を防止することができ、安全性の高い内燃機関を構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図４に内燃機関であるガスエンジンの概略側面図を示し、図４におけるＡ矢視図を図５に示す。ガスエンジン５０は、燃焼室（図示せず）を備えて構成されるエンジン本体５１と、液体燃料であるパイロット燃料を供給する液体燃料供給装置５２と、エンジン本体５１に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置５３とを備えて構成されている。液体燃料供給装置５２は、パイロット燃料を加圧する複数の加圧ポンプ５４と、圧送されたパイロット燃料を集合させる高圧油集合管１と、高圧油集合管１から燃焼室にパイロット燃料を配送するコモンレール５５とを備えて構成されている。燃料ガス供給装置５３は、燃料ガスタンク（図示せず）から燃料ガスを配送する燃料ガス供給配管５６と、燃料ガス供給配管５６に接続され燃焼室への燃焼ガスの供給を制御する燃料ガス制御機構５７とを備えて構成されている。
【００１５】
図１に示されている高圧油集合管１は、集合管本体２と、複数の加圧ポンプ５４から圧送されたパイロット燃料が流入する流入部３と、集合管本体２からコモンレール５５にパイロット燃料が流出する流出部４と、集合管本体２に形成された貫通孔１０の一方の開口部５ａを密封する集合管端部プラグ６と、他方の開口部を密封し調圧弁７の取り付けられた集合管端部プラグ８と、調圧弁７から排出されたパイロット燃料が導出される導出部９とを備えて構成されている。集合管本体２は、棒状の略直方体形状で、その長手方向の中心軸に沿って貫通孔１０が形成され、流入部３および流出部４が貫通孔１０に連通して形成されている。
【００１６】
図２に集合管端部プラグ６が開口部５ａを密封した状態の概略断面図を示す。開口部５ａは、貫通孔１０に隣接して設けられた円筒状のＯリング用密着部１１と、Ｏリング用密着部１１に隣接して設けられた雌ネジ部１２と、雌ネジ部１２に隣接して設けられた段部１３と、段部１３に隣接して設けられた円錐状のメタルシール用密着部１４とを有して形成されている。集合管端部プラグ６は、先端部に設けられたＯリング用溝部１５と、雌ネジ部１２に螺合する雄ネジ部１６と、メタルシール用密着部１４に密着するように設けられたメタルシール用テーパ部１７と、基端部に設けられた六角ボルト頭部１８とを有して形成されている。また、Ｏリング用溝部１５にＯリング１９が装着されている。
【００１７】
上述したように、開口部５ａは、集合管端部プラグ６が装着されることによって、Ｏリング１９がＯリング用溝部１５およびＯリング用密着部１１と密着することによるＯリング密封手段と、メタルシール用密着部１４がメタルシール用テーパ部１７と密着することによるメタルシール密封手段との２通りの密封手段によって密封されている。メタルシール密封手段は、中心軸に対するメタルシール用密着部１４の角度よりメタルシール用テーパ部１７の角度を若干大きく（１°程度）形成して、密着面積を狭くし面圧を高くすることによって密封する密封手段である。
【００１８】
つまり、開口部５ａおよび集合管端部プラグ６による密封手段は、高圧油集合管１の内圧の脈動によりＯリング１９が磨耗した場合に、Ｏリング１９の磨耗箇所からパイロット燃料が漏出したとしても、メタルシール密封手段によって高圧油集合管１の外部へのパイロット燃料の漏出を防止する構成とされている。
【００１９】
図３に、調圧弁７の取り付けられた集合管端部プラグ８が、貫通孔１０の他方の開口部５ｂを密封した状態の概略断面図を示す。開口部５ｂは、貫通孔１０に隣接して設けられたＯリング用密着部２０と、Ｏリング用密着部２０に隣接して設けられた段部２１と、段部２１に隣接して設けられた雌ネジ部２２と、雌ネジ部２２に隣接して設けられた筒部２３と、筒部２３に隣接して設けられたメタルシール用密着部２４とを有して形成されている。また、導出部９が筒部２３に連通して形成されている。
【００２０】
集合管端部プラグ８の外側形状は、開口部５ｂに装着されて開口部５ｂを密封する構造とされており、先端部に設けられＯリング用溝部２５と、雌ネジ部２２に螺合する雄ネジ部２６と、メタルシール用密着部２４に密着するように設けられたメタルシール用テーパ部２７と、雄ネジ部２６およびメタルシール用テーパ部２７の間に設けられた軸部２８と、基端部に設けられた六角ボルト頭部２９とを有して形成されている。また、軸部２８の外径は筒部２３の内径より小さく形成されている。
【００２１】
また、集合管端部プラグ８の内側形状は、調圧弁７が取り付けられる構造とされており、集合管端部プラグ８の中心軸に沿って設けられた調圧用導入孔３０と、調圧用導入孔３０と連通して集合管端部プラグ８の基端側に設けられた調圧弁取付部３１と、調圧弁取付部３１および軸部２８の間を連通して設けられた調圧用排出孔３２とを有して形成されている。また、Ｏリング用溝部２５にＯリング３３が装着されている。
【００２２】
集合管端部プラグ８の調圧弁取付部３１に取り付けられる調圧弁７は、その先端面に高圧油集合管１の内部のパイロット燃料の圧力を受ける構成とされており、設定値以上の圧力を受けた場合に調圧弁７の内部の弁を開放して、調圧弁７の側面にパイロット燃料を排出することで、高圧油集合管１の内圧を調整する機能を備えている。つまり、高圧油集合管１が設定値以上の内圧となった場合、パイロット燃料は調圧用導入孔３０から調圧弁７を通過し、調圧弁取付部３１に設けられた調圧用排出孔３２に排出される構成とされているのである。
【００２３】
また、調圧弁取付部３１は、調圧弁７が取り付けられることによって、調圧弁取付部３１の先端部と基端部とが密封される構造となっており、調圧用導入孔３０から調圧弁７を通過せずに調圧弁取付部３１へパイロット燃料が流入することを防止すると共に、調圧弁７を通過し調圧弁取付部３１に排出されたパイロット燃料が外部に漏出することを防止する構成とされている。
【００２４】
このように、開口部５ｂに調圧弁７を取り付けた集合管端部プラグ８が装着されると、筒部２３と軸部２８とによって囲まれた空間は、Ｏリング密封手段とメタルシール密封手段とにより密封された密封空間３４とされている。そして、密封空間３４に連通して調圧用排出孔３２と導出部９とが形成されているので、高圧油集合管１が設定値以上の内圧となった場合、調圧用排出孔３２から排出されたパイロット燃料は、密封空間３４を導出経路として導出部９に送り込まれるように構成されている。
【００２５】
また、開口部５ｂおよび集合管端部プラグ８による密封手段は、たとえば、Ｏリング３３が磨耗して磨耗箇所からパイロット燃料が漏出した場合、外部に漏出せずにパイロット燃料は密封空間３４から導出部９に流れ込む構成とされている。これにより、高圧油集合管１の内圧が設定値以下であるにもかかわらず、導出部９にパイロット燃料が流れ込む場合は、Ｏリング３３が磨耗しているということになる。つまり、集合管端部プラグ８を集合管本体２から取り外さずにＯリング３３の磨耗が確認できる構成とされているのである。
【００２６】
とくに、Ｏリング密封手段より耐圧性能の高いメタルシール密封手段を基端側に用いて構成したので、Ｏリング密封手段で漏出するような内圧になった場合においても、メタルシール密封手段で外部への漏出が確実に防止され、導出部９によりＯリング密封手段の漏出を確認することができる構成とされている。たとえば、メタルシール密封手段を先端側に用いた場合、メタルシール密封手段で漏出するような内圧になった場合には、導出部９による漏出の確認をする前にＯリング密封手段からも漏出してしまうことが考えられるのである。また、メタルシール密封手段を基端側に用いる構成とすることで、集合管端部プラグ８を小型化することができる。
【００２７】
上述したように高圧油集合管１は構成されており、複数の加圧ポンプ５４から圧送されたパイロット燃料は各流入部３から流入して貫通孔１０で合流し、合流したパイロット燃料は流出部４から流出する。また、高圧油集合管１の内圧が設定値以上となった場合、パイロット燃料は調圧用導入孔３０から調圧弁７を通過し調圧弁取付部３１に排出され、調圧用排出孔３２を通り密封空間３４を導出経路として導出部９に送り込まれる。導出部９に導出されたパイロット燃料は加圧ポンプ５４によって再度、高圧油集合管１に送り込まれる。
【００２８】
そして、高圧油集合管１の開口部５ａ，５ｂは、Ｏリング密封手段およびメタルシール密封手段の２通りの密封手段によって密封されているので、確実にパイロット燃料の漏出を防止することができる。また、集合管端部プラグ８に調圧弁７を取り付けることができる構成とし、密封空間３４を導出経路として構成したので、高圧油集合管１を小型化することができる。また、集合管端部プラグ８の先端部にＯリング密封手段を用い、基端部にメタルシール密封手段を用いる構造としたので、集合管端部プラグ８を小型化することができると共に、Ｏリング密封手段からパイロット燃料が漏出した場合、導出部９によりその漏出を確認することができる。
【００２９】
また、上述したような高圧油集合管１を備えた液体燃料供給装置５２が用いられている内燃機関は、パイロット燃料が漏出することを防止でき、安全性を向上させることができる。
【００３０】
なお、本実施の形態においては集合管端部プラグ６，８の先端部にＯリング密封手段を用い、基端部にメタルシール密封手段を用いる構造としたが、先端部にメタルシール密封手段を用い、基端部にＯリング密封手段を用いる構造としてもよい。また、ガスエンジンを用いて説明を行ったが、ガスエンジン以外のディーゼルエンジンなどに本発明を用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、Ｏリングと円筒状密着部、およびテーパ部と円錐状密着部とが密着して開口部を密封するように高圧油集合管が構成されているので、一方の密封手段から液体燃料が漏出した場合においても、他方の密封手段により高圧油集合管の外側への漏出を防止することができる。これにより、高圧油集合管の開口部の密封の信頼性を向上させることができる。
【００３２】
また、請求項２に係る発明によれば、集合管端部プラグに調圧弁を取り付けることができると共に、集合管端部プラグと集合管本体とによって液体燃料の導出経路を形成して高圧油集合管が構成されているので、高圧油集合管を小型化することができる。
【００３３】
また、請求項３に係る発明によれば、集合管端部プラグは集合管本体に送入される先端側に溝部が形成され、基端側にテーパ部が形成されているので、集合管端部プラグを小型化することができ、さらには高圧油集合管を小型化することができる。
【００３４】
また、請求項４に係る発明によれば、上述した高圧油集合管を備えた液体燃料供給装置が用いられているので、液体燃料が漏出することを防止でき、安全性の高い内燃機関を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における高圧油集合管を示す側面図である。
【図２】集合管端部プラグが装着されている高圧油集合管の一方の開口部を示す断面図である。
【図３】調圧弁を取り付けた集合管端部プラグが装着されている高圧油集合管の他方の開口部を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるガスエンジンの概略側面図である。
【図５】図４におけるガスエンジンのＡ矢視図である。
【符号の説明】
１　高圧油集合管
２　集合管本体
３　流入部
４　流出部
５ａ，５ｂ　開口部
６，８　集合管端部プラグ
７　調圧弁
９　導出部
１０　貫通孔
１１，２０　Ｏリング用密着部（円筒状密着部）
１２，２２　雌ネジ部
１４，２４　メタルシール用密着部（円錐状密着部）
１５，２５　Ｏリング用溝部（溝部）
１６，２６　雄ネジ部
１７，２７　メタルシール用テーパ部（テーパ部）
３０　調圧用導入孔
３１　調圧弁取付部
３２　調圧用排出孔
５０　ガスエンジン（内燃機関）
５２　液体燃料供給装置

Claims

液体燃料が流入する複数の流入部と、前記液体燃料を集合させて流出する流出部とを備えた高圧油集合管であって、
集合管本体に形成された貫通孔の両端の開口部を集合管端部プラグで閉塞する構成とされ、
前記集合管端部プラグに、溝部と雄ネジ部とテーパ部とが形成されており、
前記開口部には、前記溝部に装着されたＯリングに密着する円筒状密着部と、前記雄ネジ部に螺合する雌ネジ部と、前記テーパ部に密着する円錐状密着部とが形成されていることを特徴とする高圧油集合管。
請求項１に記載の高圧油集合管において、
前記集合管端部プラグは、その軸方向に沿って形成された調圧用導入孔と、該調圧用導入孔の一方に形成された調圧弁取付部と、該調圧弁取付部から前記溝部とテーパ部との間に連通して形成された調圧用排出孔とを有する構成とされ、
前記集合管本体は、その側面から前記円筒状密着部と円錐状密着部との間に連通して形成された導出部を有する構成とされていることを特徴とする高圧油集合管。
請求項１または２に記載の高圧油集合管において、
前記集合管端部プラグは、前記集合管本体に送入される先端側に前記溝部が形成され、基端側に前記テーパ部が形成されていることを特徴とする高圧油集合管。
請求項１から３のいずれかに記載の高圧油集合管を備えた液体燃料供給装置が用いられていることを特徴とする内燃機関。