JP6329999B2

JP6329999B2 - 燃料噴射ユニット及びシステム

Info

Publication number: JP6329999B2
Application number: JP2016144738A
Authority: JP
Inventors: フルトクヴィスト，アンデシュ; ユング，シュテファン; ズーアニッヒ，ルカ; ウィンターズテラー，アントン; オリエ，パトリック
Original assignee: ワルトシラフィンランドオサケユキチュア
Priority date: 2011-05-03
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2018-05-23
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: EP2705239B1; EP2705239A1; JP2016211583A; KR20140032412A; KR101930974B1; JP2014513241A; CN103534474A; FI20115418A0; CN103534474B; WO2012150377A1

Description

本発明は、請求項１の前段による内燃機関用燃料噴射ユニットに関する。本発明はまた、他の独立請求項の前段による燃料噴射システムに関する。

船舶又は発電所で使用されるような、大型圧縮点火内燃機関では、低負荷でのスモークの形成が共通の問題である。エンジンの燃料インジェクタは、最大負荷における運転に必要とされる燃料量の供給ができなければならない。大型内燃機関は最大又は最大に近い出力で確実に且つ効率的に動く必要があるので、インジェクタは通常高負荷に最適化される。これは、低負荷においてインジェクタが最適に作動せず、スモークが形成されることを意味する。低負荷におけるインジェクタの性能が向上する場合、これは通常、高負荷におけるより高い燃料消費をもたらす。

本発明の目的は、内燃機関のための改良された燃料噴射ユニットを提供することである。本発明による燃料噴射ユニットの特徴は、請求項１の特徴部分に与えられる。本発明のもう１つの目的は、内燃機関のための改良された燃料噴射システムを提供することである。本発明による燃料噴射システムの特徴は、他の独立請求項の特徴部分に与えられる。

本発明によれば、燃料噴射ユニットは、ボディ、第１の燃料ギャラリ及び第２の燃料ギャラリ、第１の燃料噴射ノズル及び第２の燃料噴射ノズル、第１の燃料ギャラリと第１の燃料噴射ノズルとの間の流れ連通を開閉するための第１のインジェクタニードル、並びに第２の燃料ギャラリと第２の燃料噴射ノズルとの間の流れ連通を開閉するための第２のインジェクタニードルを有する。

本発明による燃料噴射システムは、エンジンの各シリンダのための燃料噴射ポンプ及び燃料噴射ユニット、燃料噴射ポンプを燃料噴射ユニットに接続するための手段、並びに燃料噴射ユニットの動作を制御するための制御バルブを有する。燃料噴射ユニットは、ボディ、第１の燃料ギャラリ及び第２の燃料ギャラリ、第１の燃料噴射ノズル及び第２の燃料噴射ノズル、第１の燃料ギャラリと第１の燃料噴射ノズルとの間の流れ連通を開閉するための第１のインジェクタニードル、並びに第２の燃料ギャラリと第２の燃料噴射ノズルとの間の流れ連通を開閉するための第２のインジェクタニードルを有する。

本発明による燃料噴射ユニット及びシステムを用いて、適切な燃料噴射ノズルがエンジンの異なる運転状況に対して選択され得る。結果として、エンジンの燃料消費が減少し得ると同時に、より少ないＮＯ_Ｘ、ＣＯ及び炭化水素の排出並びにより少ないスモークの形成を達成することができる。

本発明の実施形態によれば、第２のインジェクタニードルを通り越える流路面積は、第１のインジェクタニードルを通り越える流路面積より小さい。第１の燃料噴射ノズルはしたがって、大量の燃料の噴射のために使用されることができ、第２の燃料噴射ノズルはより少ない量の燃料の噴射のために使用されることができる。例えば、エンジン負荷が最大負荷の３０パーセントを超えるとき、第１の燃料噴射ノズルが使用されることができ、第２の燃料噴射ノズルはより低いエンジン負荷に対して使用され得る。

本発明の実施形態によれば、制御バルブは、少なくとも、制御バルブの吸入ポートから第１の燃料ギャラリへの燃料の流れが許容され且つ吸入ポートから第２の燃料ギャラリへの燃料の流れが防げられる第１の位置、及び吸入ポートから第２の燃料ギャラリへの燃料の流れが許容され且つ吸入ポートから第１の燃料ギャラリへの燃料の流れが防げられる第２の位置を取るバルブ部材を有する。本発明の他の実施形態によれば、バルブ部材は、第３の位置を取り、そこでは吸入ポートから第１及び第２の燃料ギャラリ両方への燃料の流れが許容される。制御バルブは、燃料噴射ユニット又は燃料噴射ポンプに組み込まれ得る。

本発明の他の実施形態によれば、システムは、バルブ部材を空気圧で作動させるための手段を有する。

図１は、本発明の実施形態による燃料噴射ユニットの断面図を示す。図２は、他の方向からの図１の燃料噴射ユニットの断面図を示す。図３は、シリンダヘッドと接続した図１の燃料噴射ユニットを示す。図４は、燃料噴射を制御するバルブ部材の詳細な断面図を示す。図５は、燃料噴射を制御するバルブ部材の詳細な断面図を示す。

本発明の実施形態が今添付の図面を参照してより詳細に記載される。

図１及び２は、船舶又は発電所で使用されるエンジン等、大型内燃機関用燃料噴射ユニット１を示す。図３では、同じ燃料噴射ユニット１が内燃機関のシリンダヘッド２１に接続して示される。燃料噴射ユニット１は、加圧燃料を直接燃料噴射ポンプ２２から受けるように構成される。図面に示された実施形態によれば、燃料噴射ユニット１は、インジェクタ部２０、中間部３０、制御バルブ９及び空圧式アクチュエータ１１を有する。燃料噴射ユニット１は、燃料供給ダクト２３を使って燃料噴射ポンプ２２に接続される。エンジンの各シリンダ３３は、独自の燃料噴射ポンプ２２を備える。燃料噴射ポンプ２２は、噴射タイミング及び噴射される燃料の量を制御するための手段を有する高圧ポンプである。

燃料噴射ユニット１はボディ２９を有し、このボディは幾つかの部分から成り得る。２つの燃料噴射ノズル３、４が燃料噴射ユニット１のインジェクタ部２０に配置される。第１の燃料噴射ノズル３は、大量の燃料を噴射することを目的とし、第２の燃料噴射ノズル４は少量の燃料をエンジンのシリンダ３３内に噴射することを目的とする。同じ燃料が両方の燃料噴射ノズル３、４を通って噴射される。第２の燃料噴射ノズル４は、例えばエンジン負荷が最大負荷の３０パーセント以下であるときに使用されることができ、第１の燃料噴射ノズル３は、エンジン負荷が最大負荷の３０パーセントを超えるときに使用される。従来、燃料噴射ノズルは、全負荷に対して最適化されており、これは部分負荷におけるより高い燃料消費及びスモークの形成をもたらしている。また、ＮＯ_Ｘ、ＣＯ及び炭化水素の排出もより高くなっている。２つの異なる燃料噴射ノズル３、４では、各ノズルは異なるエンジン負荷に対して最適化され得る。燃料噴射ノズル３、４が同一であり、ノズル３、４の１つのみが低エンジン負荷において使用され、両方のノズル３、４が高エンジン負荷において使用されることも可能である。

第１の燃料ギャラリ３１が燃料噴射ユニット１のボディ２９内に燃料噴射ノズル３から上流に配置され、第２の燃料ギャラリ３２が燃料噴射ノズル４から上流に配置される。燃料ギャラリ３１、３２は、噴射前に燃料を貯蔵するために使用される。燃料噴射ユニット１はさらに、第１のインジェクタニードル７及び第２のインジェクタニードル８を有する。第１のインジェクタニードル７は、第１の燃料ギャラリ３１と第１の燃料噴射ノズル３との間の流れ連通を開閉する。第２のインジェクタニードル８は、第２の燃料ギャラリ３２と第２の燃料噴射ノズル４との間の流れ連通を開閉する。第２のインジェクタニードル８の直径は、第１のインジェクタニードル７の直径より小さい。したがって、第２のインジェクタニードル８を通り越える流路面積も、第１のインジェクタニードル７を通り越える流路面積より小さい。インジェクタニードル７、８は、スプリング２７、２８によってそれらの閉鎖位置に向かって押される。スプリング２８の直径はスプリング２７の直径より小さく、スプリング２８は、スプリング２７より燃料噴射ユニット１のノズル側の近くに位置する。インジェクタニードル７、８は、燃料噴射ポンプ２２によって燃料噴射ユニット１に供給される燃料の圧力によって作動される。噴射ユニット１はさらに、噴射ユニット１からの漏れを排出させるためのリーク孔５を有する。

どの燃料噴射ノズル３，４を通って燃料がシリンダ３３に噴射されるかを選択するために、燃料噴射ユニット１は制御バルブ９を備える。制御バルブ９は、燃料噴射ユニット１の燃料入口２と流体連通する吸入ポート１４を有する。燃料噴射ポンプ２２からの燃料供給ダクト２３は、燃料噴射ユニット１の燃料入口２に接続される。制御バルブ９はさらに、２つの排出ポート１５、１６を有する。第１の排出ポート１５は、制御バルブ９を第１の燃料ギャラリ３１に接続する第１の燃料ダクト２５に接続され、第２の排出ポート１６は、制御バルブ９を第２の燃料ギャラリ３２に接続する第２の燃料ダクト２６に接続される。制御バルブ９は、３つの異なる位置を有するバルブ部材１０を有する。バルブ部材１０の第１の位置では、吸入ポート１４から第１の排出ポート１５を通って第１の燃料ダクト２５への燃料流が許容される。吸入ポート１４から第２の排出ポート１６への燃料流は妨げられる。バルブ部材１０の第２の位置では、吸入ポート１４から第２の燃料ポート１６を通って第２の燃料ダクト２６への燃料流が許容される。吸入ポート１４から第１の排出ポート１５への燃料流は妨げられる。バルブ部材１０の第３の位置では、バルブ部材１０は中間の位置にあり、第１の燃料ダクト２５及び第２の燃料ダクト２６両方への流れが許容される。図面では、バルブ部材１０が第１の位置にある状態が示されている。第２の排出ポート１６はしたがって閉鎖され、第１の排出ポート１５を通って第１の燃料ダクト２５への流れが許容される。第１の燃料ダクト２５を通って、燃料は第１の燃料ギャラリ３１に流れることができる。制御バルブ９は、バルブ部材１０を第１の位置に向かって押すスプリングを有する。

燃料噴射ユニット１に組み込まれる代わりに、制御バルブ９は、燃料噴射ポンプ２２にも組み込まれ得る。この場合、別々の燃料供給ダクトが、第１の燃料噴射ノズル３及び第２の燃料噴射ノズル４のために必要とされる。制御バルブ９の第１の排出ポート１５からの第１の燃料供給ダクトは、燃料噴射ユニット１の第１の燃料ダクト２５に接続され、第２の排出ポート１６からの第１の燃料供給ダクトは第２の燃料ダクト２６に接続される。

制御バルブ９の位置を選択するために、燃料噴射ユニット１はアクチュエータを備える。図の実施形態では、アクチュエータは空圧式アクチュエータ１１である。しかし、他のタイプのアクチュエータ、例えば機械式、油圧式又は電気アクチュエータも使用され得る。図の実施形態では、アクチュエータ１１は、円筒チャンバ２４に配置された第１のピストン１８を有する。第２のピストン１２が第１のピストン１８内に配置される。第２のピストン１２は、制御バルブ９のバルブ部材１０と接触するロッド１９を備える。空圧式アクチュエータ１１が作動されない場合、制御バルブ９のスプリング１７は、制御バルブ９のバルブ部材１０を介して、第２のピストン１２のロッド１９を上方に押す。第２のピストン１２はまた、第１のピストン１８を上方に押す。スプリング１３が第１のピストン１８を下方に押すために第１のピストン１８の上に配置される。スプリング１３は、空圧式アクチュエータ１１が作動されないときでさえ、第１のピストン１８と第２のピストン１２との接触及び第２のピストン１２のロッド１９と制御バルブ９のバルブ部材１０との接触を保持する。加圧された空気が第１のピストン１８と第２のピストン１２との間に導入されるとき、第２のピストン１２は下方に、すなわち制御バルブ９に向かって、押される。第２のピストン１２のロッド１９は、制御バルブ９の制御部材１０を第２の位置に押す。この位置は、エンジンが低負荷、例えば最大負荷の３０パーセント以下である負荷で運転されるときに使用される。

加圧された空気が第１のピストン１８の上のチャンバ２４内に導入されるとき、第１のピストン１８は下方に、すなわち制御バルブ９に向かって、押される。第１のピストン１８はまた第２のピストン１２を下方に押し、第２のピストン１２のロッド１９は、制御バルブ９の制御部材１０を第３の位置に押す。第３の位置は、インジェクタニードル７、８の膠着を防ぐために時々使用され得る。例えば、エンジンが長期間高負荷で運転されるとき、制御バルブ９は、第２のノズル４を通じた燃料噴射も許容するために短時間第３の位置に切り替えられ得る。このフラッシングは、所定のスケジュールに従って行われ得る。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の範囲内で変化し得ることが当業者によって理解されるであろう。

Claims

− ボディ、
− 第１の燃料ギャラリ及び第２の燃料ギャラリ、
− 第１の燃料噴射ノズル及び第２の燃料噴射ノズル、
− 前記第１の燃料ギャラリと前記第１の燃料噴射ノズルとの間の流れ連通を開閉するための第１のインジェクタニードル、
− 前記第１のインジェクタニードルを閉鎖位置に向かって付勢する第１のスプリング、
− 前記第２の燃料ギャラリと前記第２の燃料噴射ノズルとの間の流れ連通を開閉するための第２のインジェクタニードル、
− 前記第２のインジェクタニードルを閉鎖位置に向かって付勢する第２のスプリング、
− 少なくとも、内燃機関用燃料噴射ユニットの燃料入口から前記第１の燃料ギャラリへの燃料の流れが許容され且つ前記燃料入口から前記第２の燃料ギャラリへの燃料の流れが防げられる第１の位置、及び前記燃料入口から前記第２の燃料ギャラリへの燃料の流れが許容され且つ前記燃料入口から前記第１の燃料ギャラリへの燃料の流れが防げられる第２の位置を取るバルブ部材を有する制御バルブ、
を有する、内燃機関用燃料噴射ユニットであって、
前記燃料噴射ユニットは、前記制御バルブの前記バルブ部材を作動させるための空圧式アクチュエータを有し、
前記制御バルブは前記燃料噴射ユニットに組み込まれ、
前記制御バルブは、前記第１の位置に向かって前記バルブ部材を押すスプリングを有し、
前記アクチュエータ、前記バルブ部材、前記第１のインジェクタニードル、及び前記第２のインジェクタニードルのそれぞれの動作方向が、前記ボディの長手方向に沿うように、前記アクチュエータ、前記制御バルブ、前記第１のインジェクタニードル、前記第１のスプリング、前記第２のインジェクタニードル、及び前記第２のスプリングが前記燃料噴射ユニット内に配置され、
前記第２のインジェクタニードルを通り越える流路面積は、前記第１のインジェクタニードルを通り越える流路面積より小さく、
前記第２のスプリングの直径は前記第１のスプリングの直径より小さく、
前記第１のスプリング及び前記第２のスプリングは、前記第１のスプリング及び前記第２のスプリングが前記長手方向において重ならないよう、前記長手方向に互いにずらされ、前記第２のスプリングは、前記第１のスプリングより、前記燃料噴射ユニットのノズル側の近くに位置する、
燃料噴射ユニット。
前記バルブ部材は、前記燃料入口から前記第１及び前記第２の燃料ギャラリ両方への燃料の流れが許容される、第３の位置を取る、
請求項１に記載の燃料噴射ユニット。
内燃機関の各シリンダのための燃料噴射ポンプ及び燃料噴射ユニット、前記燃料噴射ポンプを前記燃料噴射ユニットに接続するための手段、並びに前記燃料噴射ユニットの動作を制御するための制御バルブを有する、内燃機関用燃料噴射システムであって、
前記燃料噴射ユニットは：
− ボディ、
− 第１の燃料ギャラリ及び第２の燃料ギャラリ、
− 第１の燃料噴射ノズル及び第２の燃料噴射ノズル、
− 前記第１の燃料ギャラリと前記第１の燃料噴射ノズルとの間の流れ連通を開閉するための第１のインジェクタニードル、
− 前記第１のインジェクタニードルを閉鎖位置に向かって付勢する第１のスプリング、
− 前記第２の燃料ギャラリと前記第２の燃料噴射ノズルとの間の流れ連通を開閉するための第２のインジェクタニードル、及び
− 前記第２のインジェクタニードルを閉鎖位置に向かって付勢する第２のスプリング、
を有し、
前記制御バルブは、少なくとも、前記制御バルブの吸入ポートから前記第１の燃料ギャラリへの燃料の流れが許容され且つ前記吸入ポートから前記第２の燃料ギャラリへの燃料の流れが防げられる第１の位置、及び前記吸入ポートから前記第２の燃料ギャラリへの燃料の流れが許容され且つ前記吸入ポートから前記第１の燃料ギャラリへの燃料の流れが防げられる第２の位置を取るバルブ部材を有する、
前記燃料噴射システムにおいて、
前記燃料噴射システムは、前記制御バルブの前記バルブ部材を作動させるための空圧式アクチュエータを有し、
前記制御バルブは、前記燃料噴射ユニットに組み込まれ、
前記制御バルブは、前記第１の位置に向かって前記バルブ部材を押すスプリングを有し、
前記アクチュエータ、前記バルブ部材、前記第１のインジェクタニードル、及び前記第２のインジェクタニードルのそれぞれの動作方向が、前記ボディの長手方向に沿うように、前記アクチュエータ、前記制御バルブ、前記第１のインジェクタニードル、前記第１のスプリング、前記第２のインジェクタニードル、及び前記第２のスプリングが前記燃料噴射ユニット内に配置され、
前記第２のインジェクタニードルを通り越える流路面積は、前記第１のインジェクタニードルを通り越える流路面積より小さく、
前記第２のスプリングの直径は前記第１のスプリングの直径より小さく、
前記第１のスプリング及び前記第２のスプリングは、前記第１のスプリング及び前記第２のスプリングが前記長手方向において重ならないよう、前記長手方向に互いにずらされ、前記第２のスプリングは、前記第１のスプリングより、前記燃料噴射ユニットのノズル側の近くに位置する、
燃料噴射システム。
前記バルブ部材は、前記吸入ポートから前記第１及び前記第２の燃料ギャラリ両方への燃料の流れが許容される、第３の位置を取る、
請求項３に記載の燃料噴射システム。