JP5059810B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のおいて書きに記載された、内燃機関の燃料供給装置、すなわちコモンレール燃料供給装置に関する。

特許文献１には、内燃機関、特に重油で運転可能であって、各シリンダにコモンレール燃料供給装置のインジェクタが割り当てられている複数のシリンダを持つ船舶用ディーゼル内燃機関が開示されている。前記内燃機関の各シリンダには前記インジェクタを介して燃料を噴射できる。特許文献１に記載のコモンレール燃料供給装置には、コモンレール燃料供給装置の低圧領域からコモンレール燃料供給装置の高圧領域に燃料を供給するために複数の高圧ポンプを持つ１つのポンプ装置が備わっており、該ポンプ装置と前記インジェクタとの間の前記高圧領域には、常時高圧状態にある蓄圧系が設けられている。該常時高圧状態にある蓄圧系はコモンレールとも呼ばれ、特許文献１では複数の蓄圧ユニットを備え、同様に常時高圧状態にある高圧燃料パイプを介して前記ポンプ装置に接続されている。該蓄圧系はさらに、噴射周期に応じて一時的に高圧状態にある高圧燃料パイプを介して前記インジェクタに接続されている。

そのようなコモンレール燃料供給装置の高圧領域のコンポーネントは、運転中に２００ＭＰａ（２０００ｂａｒ）に達することもある高い作動圧力にさらされる。そのため、コモンレール燃料供給装置の、特に常時高圧状態にさらされる構成部品の密閉に対しては高度な要件が求められる。

このことは船舶用ディーゼル内燃機関においていっそうあてはまることであり、それは、船舶用ディーゼル内燃機関のコモンレール燃料供給装置のコンポーネントは、高い作動圧力のほかに、高い振動負荷ならびに高い熱的負荷などさらなる負荷がかかるためである。そのため、ポンプ装置をコモンレール燃料供給装置の蓄圧系と接続している、常時高圧状態にある高圧燃料パイプの領域において特に、パイプ破損さらには大量の漏れにつながる可能性がある。

コモンレール燃料供給装置の常時高圧状態にある構成部品における大量の漏れの発生により、燃料供給装置の高圧領域内の圧力が、インジェクタの開放に必要な開放圧力より下に低下して、それにより内燃機関のシリンダ内に噴射が行えなくなる可能性がある。すると該内燃機関は即時に停止し、それによりたとえば、前記のような燃料供給装置を備える内燃機関のみを持つ船舶の場合、操船不能の原因となる可能性がある。

コモンレール燃料供給装置の高圧領域における大量の漏れの問題を考慮するために、特許文献２よりすでに、２つの高圧燃料パイプを介して複数の高圧ポンプを１つの蓄圧系に連結することが知られており、その際は、パイプ破損時にはその高圧燃料パイプを遮断して燃料供給装置の高圧領域内の圧力低下を妨げるよう作用するシャットオフ・ユニットが該高圧燃料パイプの端部に割り当てられている。しかし、コモンレール燃料供給装置の高圧ポンプと蓄圧系との間に冗長な予備パイプを準備しておくために、燃料供給装置の構造がコスト高になる。さらに、そのために内燃機関において燃料供給装置が必要とする取り付け空間も大きくなる。

特許文献３では、コモンレール燃料供給装置のポンプ装置とコモンレール燃料供給装置の蓄圧系とを連結する、少なくとも当該の、または、それぞれの、常時高圧状態にある高圧燃料パイプに、外被を割り当てることが提案されており、その際、この外被は、所与の緊急運転時の圧力である特におよそ４０ＭＰａ（４００ｂａｒ）〜８０ＭＰａ（８００ｂａｒ）に耐えられる壁厚を有する。この所与の緊急運転圧力は、インジェクタ開放に必要な開放圧力より高いため、常時高圧状態にある高圧燃料パイプのパイプ破損時でも内燃機関の緊急運転を維持することができる。

燃料供給装置の、常時高圧状態にある、外被で被覆されたコンポーネントに漏れが検出された場合、該燃料供給装置のポンプ装置は、特に該ポンプ装置の吐出量を低下させることにより該高圧領域の作動圧力が所与の緊急運転圧力まで低下するように制御される。漏れ発生からポンプ装置の吐出量低下までの間は、それぞれの外被および対応するシーリングが高圧の作動圧力にさらされるため、それぞれの外被および対応するシーリングが機能しない危険がある。

独国特許出願公告第１０１５７１３５号明細書 欧州特許出願公告第１１４３１４０号明細書 独国特許第１０２００６０４９２２４号明細書

この点を鑑みて本発明の課題は、漏れ発生からポンプ装置の吐出量低下までの間において、それぞれの外被および対応するシーリングが機能しなくなるという危険が生じないような、内燃機関の新たな燃料供給装置、すなわち新たなコモンレール燃料供給装置を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置により解決される。

本発明によると、外被により緊急運転圧力を保てる燃料供給装置の領域は、少なくとも一つの遮断バルブにより燃料供給装置の低圧領域から分離されており、その際、該遮断バルブの開放圧力は緊急運転圧力にほぼ相当する。

本発明の燃料供給装置においては、漏れ発生からポンプ装置の吐出量低下までの間において、それぞれの外被および対応するシーリングが機能しないという危険は生じない。

本発明の好適な発展形は、従属請求項及び以下の説明から理解できる。本発明の実施例を図を用いて詳細に説明するが、これに限定されるわけではない。

本発明の第１の実施例における、内燃機関の本発明による燃料供給装置の断面図である。 本発明の第２の実施例における、内燃機関の本発明による燃料供給装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本発明は、内燃機関、特に重油でも運転可能な船舶用ディーゼル内燃機関のコモンレール燃料供給装置に関する。コモンレール燃料供給装置には、１つの低圧領域及び１つの高圧領域が設けられている。

コモンレール燃料供給装置の高圧領域には、少なくとも一つの高圧ポンプを有するポンプ装置、及び、少なくとも一つの遮断ユニットを有する蓄圧系が設けられており、該ポンプ装置は少なくとも一つの高圧燃料パイプを介して該蓄圧系に連結されている。該蓄圧系及び、該蓄圧系をポンプ装置に連結する当該高圧燃料パイプまたは各高圧燃料パイプは、２００ＭＰａ（２０００ｂａｒ）に達することもある高圧の作動圧力に常時さらされている。燃料は、蓄圧系からインジェクタを介して内燃機関のシリンダ内に噴射可能であり、その際各インジェクタは少なくとも一つの高圧燃料パイプを介して蓄圧系に連結されており、該高圧燃料パイプは該内燃機関の噴射タイミングに応じて折々に高圧にさらされる。

コモンレール燃料供給装置の高圧領域に大量の漏れが発生した場合に、作動圧力がインジェクタの開放に必要な、ひいては燃料を内燃機関のシリンダ内に噴射するのに必要な開放圧力より低下するのを防止するために、該コモンレール燃料供給装置の高圧領域のポンプ装置と該コモンレール燃料供給装置の蓄圧系とを連結している、常時高圧状態にある少なくとも当該高圧燃料パイプまたは各高圧燃料パイプには外被が割り当てられており、該外被の壁厚は、インジェクタの開放圧力より高い所与の緊急運転圧力に耐えられる壁厚になっている。これにより、常時高圧状態にある高圧燃料パイプにパイプ破損が生じた場合に、作動圧力がインジェクタ開放圧力より下に低下することが防止され、コモンレール燃料供給装置を備えた内燃機関が緊急運転を確実に行えるようになる。漏れが検出された場合、燃料供給装置のポンプ装置は、特に該ポンプ装置の吐出量を低下させることにより高圧領域の作動圧力が所与の緊急運転圧力にまで低下するように制御される。

常時高圧状態にある蓄圧系に、前記の所与の緊急運転圧力に耐える外被を割り当てることも可能である。コモンレール燃料供給装置の常時高圧状態にあるすべてのコンポーネントに、前記の所与の緊急運転圧力に耐える外被を割り当てることが望ましい。

漏れ発生からポンプ装置の吐出量低下までの間に、それぞれの外被及び対応するシーリングが機能しないという危険を防止するために、本発明では、外被により緊急運転圧力を保てる燃料供給装置領域は、少なくとも一つの遮断バルブにより該燃料供給装置の低圧領域から隔てられており、該遮断バルブの開放圧力は該緊急運転圧力にほぼ相当する。この点については以下に、図１及び図２を参照しながら図示されている実施例について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施例による本発明の燃料供給装置の、遮断バルブ１０の領域の断面図であり、該遮断バルブ１０により、外被により緊急運転圧力を保てる燃料供給装置の領域が、該燃料供給装置の低圧領域から隔てられている。図１の実施例においてはそのため、遮断バルブ１０への流入管１１は、緊急運転圧力を保てる燃料供給装置領域として扱われ、排出管１２は該燃料供給装置の低圧領域として扱われる。本発明では、遮断バルブ１０の開放圧力は緊急運転圧力にほぼ相当するため、漏れが発生した場合に、漏れ発生からポンプ装置の吐出量低下までの間に、緊急運転圧力を維持する外被または対応するシーリングが機能しなくなるという危険がない。

遮断バルブ１０の開口部断面は、該遮断バルブ１０の開放圧力を超えた後に、ポンプ装置の最大吐出量における漏れ流が、圧力上昇をほぼ伴わずに、燃料供給装置の低圧領域に排出されるよう構成されている。

図１の実施例においては、遮断バルブ１０は逆止め弁として構成されており、漏れ圧力が開放圧力より低い場合には、バネ要素１３のバネの力により開口部断面が閉じられてバルブ本体１５が遮断バルブ１０のバルブシートに押し付けられるように、バネ要素１３が操作要素１４を介して、遮断バルブ１０の球状に構成されたバルブ本体１５に対して作用する。

前記漏れ圧力が遮断バルブ１０の開放圧力より低い場合は、そのためにバルブ本体１５により遮断バルブ１０の開口部断面が閉じられるため、遮断バルブ１０の空洞１８の流入側領域１７が、空洞１８の排出側領域１９から隔てられる。図１からわかるように、遮断バルブ１０の空洞１８の流入側領域１７は、第１開口部２０を介して流入管１１に連絡している。遮断バルブ１０の空洞１８の排出側領域１９は、第２開口部２１を介して排出管１２に連通している。

大量の漏れが発生すると、それにより漏れ体積流が流入管１１及び開口部２０を介して空洞１８の流入側領域１７に流れ込み、その際、空洞１８の流入側領域１７のバルブ本体１５の下の圧力が上昇し、該圧力が遮断バルブ１０の開放圧力を超えると、遮断バルブ１０の開口断面が開放されることによりバルブ本体１５がバルブシート１６から持ち上げられる。この場合、前記漏れ流は遮断バルブ１０の開口断面を通過し、開口部２１を介して空洞１８の排出側領域１９から排出管１２内に排出される。

遮断バルブ１０は、燃料供給装置のリセス部２２内に設けられており、該遮断バルブ１０には、リセス部２２のめネジ２４と協働するおネジ２３が設けられている。

図１の実施例には遮断バルブ１０の高い元応力及び高い開放圧力が必要であるため、摩擦バネまたは螺旋皿バネをバネ要素１３として使用するのが望ましい。そのようなバネにより、該バネ要素が比較的小型であっても高い元応力が実現される。

図１によると空洞１８の流入側領域１７は、バイパス２５を介して排出管１２に接続している。バイパス２５を介して、少量の漏れは空洞１８の流入側領域１７の圧力上昇を伴うことなく排出管１２に、ひいては低圧領域に排出することができる。そのため少量の漏れは、緊急運転圧力に対応する、またはこれに耐える外被内の圧力上昇につながることはない。

図２は、本発明の遮断バルブ２６の第２の実施例を示しており、ここでも該遮断バルブ２６は、外被により緊急運転圧力を保てる燃料供給装置領域を、該燃料供給装置の低圧領域から隔てている。この点において遮断バルブ２６は、燃料供給装置の高圧領域に属する流入管１１を、該燃料供給装置の低圧領域に属する排出管１２から隔てる該燃料供給装置のリセス部２２内に位置している。

図２の実施例においては、遮断バルブ２６は差圧バルブとして構成されている。

遮断バルブ２６の空洞２７内には、差圧ステージとして機能するピストン２８が移動可能に収められており、該ピストン２８は、空洞２７の流入側領域２９を、バネ要素３１が位置する空洞２７のバネ室３０から隔てている。漏れ圧力が遮断バルブ２６の開放圧力より低い場合、差圧ステージとして機能するピストン２８がバネ要素３１によりストッパ２９に押し付けられ、その際、差圧ステージとして機能するピストン２８により、空洞３０の流入側領域２７と排出管１２とを結ぶ開口部３２が閉じられる。

前記差圧ステージとして機能するピストン２８内には、少なくとも一つの第１スロットル３３が設けられており、該スロットル３３を介して空洞２７の流入側領域２９が空洞２７のバネ室３０に連絡している。空洞２７のバネ室３０は少なくとも一つの第２のスロットル３４を介して排出管１２に連絡している。バネ室３０内の圧力は、スロットル３３、３４を通る流量に応じて、そのためひいては潜在的な漏れに応じて決まる。したがって、ピストン２８における差圧は、スロットル３３、３４を通る流量に依存する。

前記差圧ステージとして機能するピストン２８の作動圧力は、当該スロットル３４または各スロットル３４により蓄積される。前記差圧ステージとして機能するピストン２８には、流れが遮断バルブ２６を通過する際に該差圧を保つスロットル３３が設けられている。スロットル３３、３４は、ピストン２８における差圧が２ＭＰａ（２０ｂａｒ）〜５ＭＰａ（５０ｂａｒ）と比較的小さくなるよう構成されている。この差圧はピストン２８に作用し、また、バネ要素３１の作動力に相当するため、剛性、元応力、寸法が比較的小さいバネ要素も使用することができる。これにより、図１の実施例と比較して、本発明の遮断バルブ２６の寸法を縮小させることが可能である。

１０ 遮断バルブ
１１ 流入管
１２ 排出管
１３ バネ要素
１４ 操作要素
１５ バルブ本体
１６ バルブシート
１７ 領域
１８ 空洞
１９ 領域
２０ 開口部
２１ 開口部
２２ リセス部
２３ おネジ
２４ めネジ
２５ バイパス
２６ 遮断バルブ
２７ 空洞
２８ ピストン
２９ 領域
３０ バネ室
３１ バネ要素
３２ 開口部
３３ スロットル
３４ スロットル

Claims (7)

1. 内燃機関、特に船舶用ディーゼル内燃機関の燃料供給装置つまりコモンレール燃料供給装置であって、
   １つの低圧領域、及び、燃料を該燃料供給装置の前記低圧領域から該燃料供給装置の高圧領域に送出するための、少なくとも一つの高圧ポンプを持つ１つのポンプ装置を備え、
   該高圧領域内には、前記ポンプ装置とシリンダに割り当てられたインジェクタとの間に、少なくとも一つの蓄圧ユニットを持つ、常時高圧状態にある蓄圧系が設けられており、
   該蓄圧系は同様に常時高圧状態にある少なくとも一つの高圧燃料パイプを介して前記ポンプ装置と連結されており、
   前記蓄圧系は、噴射タイミングに応じて一時的に高圧状態にある高圧燃料パイプを介して前記インジェクタに連結されており、また、常時高圧状態にあって、前記ポンプ装置と前記蓄圧系とを連結する少なくとも当該のまたは各高圧燃料パイプに外被が割り当てられており、
   該外被の壁厚は、特にそれぞれの高圧燃料パイプのパイプ破損時に所与の緊急運転圧力に耐えられる壁厚である、燃料供給装置において、
   前記外被により緊急運転圧力を保てる燃料供給装置領域が、少なくとも一つの遮断バルブ（１０、２６）により該燃料供給装置の前記低圧領域から隔てられており、その際、前記遮断バルブ（１０、２６）の開放圧力が前記緊急運転圧力にほぼ相当することを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記開放圧力を超えた後に、漏れ流が、前記ポンプ装置の最大吐出量においてもほとんどさらなる圧力上昇を伴わずに前記低圧領域に排出可能であるように前記遮断バルブ（１０、２６）の開口断面が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記遮断バルブ（１０）が逆止め弁として構成されており、該遮断バルブのバネ要素（１３）により、該遮断バルブのバルブ本体（１５）が、漏れ圧力が前記開放圧力より低い場合には開口部断面が閉じて閉止位置に押し付けられ、該開放圧力を超えた場合には前記開口部断面が開放されて前記漏れ流が前記高圧領域を出て流入管（１１）及び少なくとも一つの第１開口部（２０）を介して、該遮断バルブの空洞（１８）の流入側領域（１７）に流入し、前記開口部断面を通過して、少なくとも一つの第２開口部（２１）及び排出管（１２）を介して、前記空洞（１８）の排出側領域（１９）から前記低圧領域に流れ出ることを特徴とする、請求項２に記載の燃料供給装置。
4. 前記空洞（１８）の前記流入側領域（１７）が、バイパス（２５）を介して前記排出管（１２）に連結しているために、少量の漏れ流は、前記空洞（１８）の前記流入側領域（１７）内における圧力上昇を伴うことなく、前記バイパス（２５）を介して前記低圧領域に流れ出ることを特徴とする、請求項３に記載の燃料供給装置。
5. 前記遮断バルブ（２６）が差圧バルブとして構成されており、該遮断バルブの空洞（２７）内に配置された差圧ステージとして機能する該遮断バルブのピストン（２８）内には、少なくとも一つの第１スロットル（３３）が収められており、該第１スロットル（３３）を介して、前記空洞（２７）の流入側領域（２９）と、前記ピストン（２８）に作用するバネ要素（３１）が収められているバネ室（３０）と、が連結されており、また、該バネ室（３０）は少なくとも一つの第２スロットル（３４）を介して排出管（１２）に連結されていることを特徴とする、請求項２に記載の燃料供給装置。
6. 前記バネ室（３０）内を支配する圧力及びそれにより前記ピストン（２８）における差圧が、前記スロットル（３３、３４）を通過する流量に依存することを特徴とする、請求項５に記載の燃料供給装置。
7. 前記空洞（２７）の流入側領域（２９）を支配する圧力が前記開放圧力より低い場合には、該空洞（２７）の該流入側領域（２９）を排出管（１２）に接続する当該または各開口部（３２）が前記ピストン（２８）により閉じられること、及び、該空洞（２７）の該流入側領域（２９）内を支配する圧力が前記開放圧力より高い場合には、当該または各開口部（３２）が前記ピストン（２８）により開放されることを特徴とする、請求項５または６のいずれか一項に記載の燃料供給装置。

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