JP2009174537A - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の新種の燃料供給装置、すなわち新種のコモンレール式燃料供給装置を提供することである。
【解決手段】本発明によれば、恒常的に高圧下にあるとともにポンプ装置を蓄圧機構と連結している単独または個々の高圧燃料管の対向する端部は、それぞれ接続部を介してポンプ装置または蓄圧機構に接続されており、且つ／若しくは間欠的に高圧下にあるとともに蓄圧機構をインジェクタと連結している単独または個々の高圧燃料管の対向する端部は、それぞれ接続部を介して蓄圧機構または個々のインジェクタに接続されており、すなわち当該接続は個々の高圧燃料管の被覆部と接続部との間に第一の密閉部材が配置され、被覆部と、高圧燃料管の被覆部を半径方向外部において囲繞するとともに接続部にネジ留めされている調整ネジとの間に第二の密閉部材が配置されているように行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１のおいて書き部分に記載の内燃機関の燃料供給装置、すなわちコモンレール式燃料供給装置に関する。

特許文献１には、複数のシリンダーを備える内燃機関であって、重油によって駆動される船舶用ディーゼル内燃機関が開示されている。当該内燃機関においては各シリンダーにコモンレール式燃料供給装置のインジェクタが配設されている。これらのインジェクタを介して内燃機関のシリンダーのそれぞれに燃料を噴射することが可能である。特許文献１に記載のコモンレール式燃料供給装置は、複数の高圧ポンプを有するポンプ装置を備え、それによってコモンレール式燃料供給装置の低圧領域から当該燃料供給装置の高圧領域に燃料を供給し、ポンプ装置とインジェクタとの間の高圧領域には恒常的に高圧下にある蓄圧機構が設けられている。特許文献１によれば、恒常的に高圧下にある蓄圧機構はコモンレールとも呼ばれ、複数の蓄圧ユニットを有し、同様に恒常的に高圧下にある高圧燃料管を介してポンプ装置と連結されている。蓄圧機構は、さらに噴射のタイミングに依存せずに、間欠的に高圧下に置かれる高圧燃料管を介してインジェクタと連結されている。

このようなコモンレール式燃料供給装置の高圧領域の構成部材群は運転中に高い作動圧力に曝される。当該圧力は２０００ｂａｒにまで至り得る。この点からコモンレール式燃料供給装置の、特に恒常的に高圧下にある部材のパッキングには高度な水準が求められる。

前記の点は船舶用ディーゼル内燃機関により一層当てはまるものである。それは船舶用ディーゼル内燃機関のコモンレール式燃料供給装置を構成する部材群が、高い作動圧力のほか、例えば大きな振動応力ならびに大きな熱応力などの、さらなる負荷に曝されているためである。これによって、特に恒常的に高圧下にあるとともにポンプ装置をコモンレール式燃料供給装置の蓄圧機構と連結している高圧燃料管の領域において管の破損を招く恐れがあり、それによって多大な漏れが発生する可能性がある。

コモンレール式燃料供給装置において恒常的に高圧下にある部材に多大な漏れが生じると、それによって燃料供給装置の高圧領域における圧力がインジェクタの開弁を行うために必要とされる開放圧力を下回るほどに低下する恐れがあり、そうすると内燃機関のシリンダーに噴射が行われなくなってしまう。これにより内燃機関は直ちに停止することになるので、例えばこのような燃料供給装置を備える内燃機関しか有さない船舶においては操縦不能という事態になりかねない。

コモンレール式燃料供給装置の高圧領域において多大な漏れが発生するという問題に鑑みて特許文献２から、２つの高圧燃料管を介して高圧ポンプを蓄圧機構と連結することがすでに知られている。当該文献の装置において、高圧燃料管の端部には遮断機構が配設されており、当該遮断機構は、燃料管が破損した場合に該当する高圧燃料管を遮断し、それによって燃料供給装置の高圧領域において圧力低下が生じないようにする。しかしながらコモンレール式燃料供給装置の高圧ポンプと蓄圧機構との間に冗長的に予備の管を設けることによって、燃料供給装置の構成はコストの嵩むものとなる。また、このような構成によって内燃機関において燃料供給装置が必要とする構成空間が大きくなる。

独国特許発明第１０１５７１３５号明細書 欧州特許第１１４３１４０号明細書

前記の点に鑑み、本発明は内燃機関の新種の燃料供給装置、すなわち新種のコモンレール式燃料供給装置を提供することを課題とする。

上記の課題は請求項１に記載の燃料供給装置によって解決される。本発明によれば、恒常的に高圧下にあるとともにポンプ装置を蓄圧機構と連結している単独または個々の高圧燃料管の対向する端部は、それぞれ接続部を介してポンプ装置または蓄圧機構に接続されており、且つ／若しくは、間欠的に高圧下にあるとともに蓄圧機構をインジェクタと連結している単独または個々の高圧燃料管の対向する端部は、それぞれ接続部を介して蓄圧機構または個々のインジェクタに接続されている。すなわち、当該接続は、個々の高圧燃料管の被覆部と接続部との間に第一の密閉部材が配置され、被覆部と、高圧燃料管の被覆部を半径方向外部において囲繞するとともに接続部にネジ留めされている調整ネジとの間に第二の密閉部材が配置されているように行われる。

個々の高圧燃料管を被覆し、被覆された高圧燃料管を接続部に対して密閉することによって、燃料供給装置の高圧燃料管の破損事故もしくは漏れが発生した場合であっても確実に密閉を保障することができ、確実な密閉を行うことによって少なくとも燃料供給装置を介して燃料を供給すべき内燃機関の緊急時運転を維持することができる。そのために被覆された高圧燃料管は、接続部もしくは当該接続部にネジ留めされている調整ネジに対して二重に、従って冗長に密閉されている。

第一の密閉部材は高圧燃料管の被覆部と接続部との間に配置され、第二の密閉部材は高圧燃料管の被覆部と調整ネジとの間に配置されている。従って第一の密閉部材が故障した場合でも燃料供給装置に対する緊急時運転のための圧力を保証し、それによって燃料供給装置を介して燃料を供給すべき内燃機関のさらなる運転もしくは緊急時運転を確実に行うことができる。

本発明の有利なさらなる構成においては、第一の密閉部材と第二の密閉部材との間に支持リングが配置されている。支持リングの第一部分は、被覆部と調整ネジとの間に形成された自由空間に突出し、支持リングの第二部分は、被覆部と接続部との間に形成された自由空間に突出している。

本発明の好適なさらなる形成は、従属請求項と以下の詳細な説明とに記載されている。本発明の実施の形態を図面に基づいてより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

本発明に係る内燃機関の燃料供給装置の実施例１による部分図である。 本発明に係る内燃機関の燃料供給装置の実施例２による部分図である。

本発明は、内燃機関のコモンレール式燃料供給装置、特に重油によって駆動される船舶用ディーゼル内燃機関に関するものである。コモンレール式燃料供給装置は、低圧領域と高圧領域とを有している。

コモンレール式燃料供給装置の高圧領域は、少なくとも一つの高圧ポンプを有するポンプ装置と、少なくとも一つの蓄圧ユニットを有する蓄圧機構とを備えており、ポンプ装置は、少なくとも一つの高圧燃料管を介して蓄圧機構と連結されている。蓄圧機構および当該蓄圧機構をポンプ装置と連結している単独または個々の高圧燃料管は恒常的に高い作動圧力の下にあり、当該作動圧力は２０００ｂａｒにまで至り得る。燃料は蓄圧機構からインジェクタを介して内燃機関のシリンダーに噴射可能であり、個々のインジェクタは少なくとも一つの高圧燃料管を介して蓄圧機構と連結されている。この高圧燃料管は、内燃機関の噴射タイミングに応じて間欠的に高圧下に置かれる。

コモンレール式燃料供給装置の高圧領域において多大な漏れが生じた場合に、インジェクタの開弁を行うとともに内燃機関のシリンダーに燃料を噴射するために必要とされる開放圧力を下回るほど作動圧力が低下することを防ぐために、恒常的に高圧下にあるとともにコモンレール式燃料供給装置の高圧領域のポンプ装置を当該燃料供給装置の蓄圧機構と連結している単独または個々の高圧燃料管および／または間欠的に高圧下にあるとともに蓄圧機構をインジェクタと連結している、単独または個々の高圧燃料管に、被覆部が配設されており、当該被覆部の壁厚は当該被覆部が所定の緊急時運転圧力に耐えられる厚さになっている。緊急時運転圧力はインジェクタの開放圧力よりも大きい。これによって、高圧燃料管の管が破損した場合に、作動圧力がインジェクタの開放圧力を下回るほど低下することを回避でき、コモンレール式燃料供給装置によって内燃機関の緊急時運転を保証することができる。緊急時運転圧力は少なくとも４００ｂａｒであり、特に少なくとも８００ｂａｒである。

図１は本発明の実施例１によるコモンレール式燃料供給装置の、恒常的に高圧下にある高圧燃料管１０の端部領域を示している。図１に示す高圧燃料管１０の端部は、接続部１１および圧力部１２を介してコモンレール式燃料供給装置の蓄圧機構１３と連結されている。高圧燃料管１０は、圧力管１４と被覆部１５とを有し、被覆部１５の壁厚は、圧力管１４が破損し、それとともに圧力管１４に多大な漏れが発生した場合、当該被覆部が所定の緊急時運転圧力に耐えられる厚さになっている。

被覆部１５は、高圧燃料管の被覆部１５の内壁と圧力管１４の外壁との間に０．１ｍｍから０．２ｍｍの距離が生じるように構成されている。従って、被覆部１５の内径は圧力管１４の外径よりもわずかに大きくなるように選択されている。

被覆部１５の内壁と圧力管１４の外壁とに画定された流れ通路は、燃料供給装置の通常運転時であって圧力管１４が破損していないとき、わずかな燃料の漏れを燃料タンク、すなわち燃料供給装置の低圧領域に還流させるために用いられ、そのために図１によれば漏れ還流管１６が蓄圧機構１３に組み込まれている。圧力管１４が破損し、それとともに多大な漏れが発生した場合、緊急時運転圧力を維持できるように、漏れ還流管１６内には絞り弁として形成された遮断装置１７が組み込まれており、当該遮断装置は多大な漏れが発生した場合、逆流を生じさせ、それによって緊急時運転圧力を用意する。従って遮断装置１７は高圧燃料管１０を燃料供給装置の低圧領域から分離される。

被覆された高圧燃料管１０と接続部１１との間の密閉箇所は、二つの密閉装置を介して冗長に密閉されており、高圧燃料管１０の被覆部１５と接続部１１との間に第一の密閉部材１８が配置され、高圧燃料管１０の被覆部１５と、雄ネジ２０を介して接続部１１の雌ネジ２１に留められている調整ネジ１９との間に第二の密閉部材２２が配置されている。調整ネジ１９と第二の密閉部材２２と第一の密閉部材１８とは、それぞれ高圧燃料管１０の被覆部１５を部分ごとに半径方向外部において囲繞している。

第一の密閉部材１８は、好適に非対称であるとともに好適にＵ字形である密閉体からなり、当該密閉体に好適にＶ字形のプレテンション部材がはめ込まれている。第一の密閉部材１８の密閉体は、好ましくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）材料から形成され、第一の密閉部材１８のプレテンション部材は、好ましくは金属バネから形成されている。第一の密閉部材１８は、溝つきリングとも呼ばれる。第二の密閉部材２２は、締め付けリングとして形成されており、好適にＰＴＦＥとブロンズとのコンパウンド材料から形成されている。

図１では、第一の密閉部材１８と第二の密閉部材２２との間に支持リング２３が配置されており、当該支持リング２３もまた高圧燃料管１０の被覆部１５を部分ごとに半径方向外部において囲繞している。支持リング２３の第一部分は、被覆部１５と調整ネジ１９との間に形成された自由空間に突出し、当該支持リングの第一部分に対向する第二部分は、被覆部１５と接続部１１との間に形成された自由空間に突出している。図１から明らかなように支持リング２３の第一の密閉部材１８の方向への可動性はストッパ２４によって限定される。当該ストッパは接続部１１によって形成され、支持リング２３がプレテンション部材とともに当該ストッパに当接している。支持リング２３の第二の密閉部材２２の方向への可動性は、調整ネジ１９の円錐形状によって限定される。

通常運転において高圧燃料管１０が破損していないとき、第一の密閉部材１８は軸方向に自由に移動可能であり、それによって支持リング２３は第一の密閉部材１８を押圧しない。調整ネジ１９は、この場合、第二の密閉部材２２のみを押圧し、それによってすなわち支持リング２３と、締め付けリングとして形成されている第二の密閉部材２２との間に所定のあそびが生じる。緊急時に高圧燃料管１０に漏れが発生した場合、第一の密閉部材１８は支持リング２３に対して押し付けられる。そうすると、支持リング２３は第二の密閉部材２２に対して押し付けられ、支持リング２３の第二の密閉部材２２の方向への可動性は調整ネジ１９の形状２５によって限定されている。このとき支持リング２３が限定的に第二の密閉部材２２に対して押し付けられることによって、第二の密閉部材２２のプレテンションが高められ、従って第二の密閉部材の密閉作用が向上され、それによって第一の密閉部材１８が単独では緊急時運転圧力に耐えられない場合に、第二の密閉部材２２のさらなる密閉作用が提供される。

このように、高圧燃料管１０と接続部１１との間の密閉箇所において、冗長密閉機構は第一の密閉部材１８と第二の密閉部材２２とを備え、第一の密閉部材１８は好適にバネによるプレテンションを与えられた密閉体であって、当該密閉体の材料は燃料と温度と経年劣化に対する耐性を有している。第一の密閉部材１８に対して第二の密閉部材２２が後置されており、第二の密閉部材は燃料と温度に対する耐性を有するプラスチックから成る。

第二の密閉部材２２は、調整ネジ１９に対して直径が過剰となっているため、第二の密閉部材２２は取り付けの際に押し付けられ、それによって第二の密閉部材２２と高圧燃料管１０の被覆部１５との間の間隙が閉鎖される。

燃料管１０が密閉されていない状態で第一の密閉部材１８が故障した場合、燃料圧力は第二の密閉部材２２の端面側に印加され、調整ネジ１９の形状２５と対応する第二の密閉部材２２の形状とによって自己密閉作用が誘発される。それにより圧力が増大するにつれて第二の密閉部材２２の密閉作用が強まる。第二の密閉部材は先細りする間隙に押し込まれるためである。

第一の密閉部材１８と第二の密閉部材２２との間に配置された支持リング２３は、好適に金属材料から製造され、第一の密閉部材１８はある限度において第二の密閉部材２２に支持され、高圧燃料管１０において漏れが発生した結果として圧力が発生したとき、第二の密閉部材を押圧する。それに対して第二の密閉部材２２は支持リング２３を介して接続部１１に支持されている。

接続部１１は雄ネジ２６を介して蓄圧機構１３の雌ネジ２７に留められており、接続部１１と蓄圧機構１３との間であってネジ留め部に隣接する領域に第三の密閉部材２８が配置されている。図１に示す実施の形態において第三の密閉部材２８は好適に非対称であるとともに好適にＵ字形である密閉体であり、当該密閉体に好適にＶ字形の金属製プレテンション部材がはめ込まれている。図１では、この密閉部材２８と支持リング２９が協働する。接続部１１の雄ネジ２６と蓄圧機構１３の雌ネジ２７とによって形成されるネジ部分はさらなる密閉部材もしくは絞り部材として作用する。高圧燃料管１０の漏れが発生した場合に、当該ネジ部分を通過して流出する漏れの量は、燃料圧力が２０００ｂａｒであっても非常に少ないので、内燃機関の緊急時運転を維持することができる。基本的にネジ密閉手段を使用することによって、前記ネジ領域において完全な密閉を実現することも可能である。

図２は、本発明の第二の実施の形態を示す。図２に示す実施の形態は、図１に示す実施の形態に概ね対応する。そのため、不要な重複を避けるために、同一の構成部材群に対しては同一の符号が用いられ、以下の説明においては図２に示す実施の形態が図１に示す実施の形態に対して異なる点についてのみ詳しく述べる。

図２に示す実施形態において、第三の密閉部材２８’は従来のＯ−リングシールとして構成され、蓄圧機構１３内に設けられているとともに接続部１１と蓄圧機構１３との間において当該接続部と蓄圧機構との間に形成された中空空間に出口を有する圧力のかからない排出部３０が、第三の密閉部材２８に許容できないほど高い圧力がかからないように保護している。

１０ 高圧燃料管
１１ 接続部
１２ 圧力部
１３ 蓄圧機構
１４ 圧力管
１５ 被覆部
１６ 漏れ還流管
１７ 遮断装置
１８ 第一の密閉部材
１９ 調整ネジ
２０ 雄ネジ
２１ 雌ネジ
２２ 第二の密閉部材
２３ 支持リング
２４ ストッパ
２５ 形状
２６ 雄ネジ
２７ 雌ネジ
２８，２８’ 第三の密閉部材
２９ 支持リング
３０ 排出部

Claims (13)

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、すなわちコモンレール式燃料供給装置であり、当該燃料供給装置は少なくとも一つの高圧ポンプを有するポンプ装置を備える低圧領域を有し、それによって前記燃料供給装置の低圧領域から前記燃料供給装置の高圧領域に燃料を供給し、前記ポンプ装置と、シリンダーに配設されたインジェクタとの間の前記高圧領域に、少なくとも一つの蓄圧ユニットを有するとともに恒常的に高圧下にある蓄圧機構が設けられており、前記蓄圧機構は同様に恒常的に高圧下にある高圧燃料管を介して前記ポンプ装置と連結されており、前記蓄圧機構は噴射タイミングに依存せずに間欠的に高圧下に置かれる高圧燃料管を介して前記インジェクタと連結されている燃料供給装置において、
   恒常的に高圧下にあるとともに前記ポンプ装置を前記蓄圧機構と連結している単独または個々の前記高圧燃料管（１０）の対向する端部は、それぞれ接続部(１１)を介して前記ポンプ装置または前記蓄圧機構に接続されており、および／あるいは間欠的に高圧下にあるとともに前記蓄圧機構を前記インジェクタと連結している単独または個々の前記高圧燃料管（１０）の対向する端部は、それぞれ接続部(１１)を介して前記蓄圧機構または前記個々のインジェクタに接続されており、すなわち当該接続は個々の前記高圧燃料管（１０）の被覆部（１５）と前記接続部（１１）との間に第一の密閉部材（１８）が配置され、前記被覆部（１５）と、前記高圧燃料管（１０）の前記被覆部(１５)を半径方向外部において囲繞するとともに前記接続部（１１）にネジ留めされている調整ネジ(１９)との間に第二の密閉部材(２２)が配置されているように行われることを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記第一の密閉部材（１８）は、好適に非対称であるとともに好適にＵ字形である密閉体からなり、当該密閉体に好適にＶ字形のプレテンション部材がはめ込ま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. 前記第一の密閉部材（１８）の密閉体は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）材料から形成され、前記第一の密閉部材（１８）のプレテンション部材は金属バネから形成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。
4. 前記第二の密閉部材（２２）は、締め付けリングとして形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
5. 前記第二の密閉部材（２２）の前記締め付けリングは、ＰＴＦＥとブロンズとのコンパウンド材料から形成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料供給装置。
6. 前記第一の密閉部材（１８）と前記第二の密閉部材（２２）との間に支持リング（２３）が配置されており、当該支持リングの第一部分は前記被覆部（１５）と前記調整ネジ（１９）との間に形成された自由空間に突出し、当該支持リングの第二部分は被覆部（１５）と接続部（１１）との間に形成された自由空間に突出していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
7. 前記第一の密閉部材（１８）は、軸方向に自由に移動可能であり、それによって前記支持リング（２３）は前記第一の密閉部材（１８）を押圧しないことを特徴とする請求項６に記載の燃料供給装置。
8. 前記調整ネジ（１９）は、前記第二の密閉部材（２２）を押圧し、それによって前記支持リング（２３）と、前記第二の密閉部材（２２）との間にあそびが生じることを特徴とする請求項６または７に記載の燃料供給装置。
9. 前記接続部（１１）は、前記ポンプ装置または前記蓄圧機構または前記インジェクタと連結されており、それによってこれらの間に第三の密閉部材（２８，２８’）が配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
10. 前記第三の密閉部材（２８）は、好適に非対称であるとともに好適にＵ字形である密閉体からなり、当該密閉体に好適にＶ字形のプレテンション部材がはめ込まれていることを特徴とする請求項９に記載の燃料供給装置。
11. 前記第三の密閉部材（２８’）は、従来の密閉リングから成り、前記ポンプ装置または前記蓄圧機構または前記インジェクタ内に設けられているとともに前記接続部（１１）と、前記ポンプ装置または前記蓄圧機構または前記インジェクタと、の間に形成された中空空間に出口を有する圧力のかからない排出部（３０）が、前記密閉リングに許容できないほど高い圧力がかからないように保護していることを特徴とする請求項９に記載の燃料供給装置。
12. 恒常的に高圧下にあるとともに前記ポンプ装置を前記蓄圧機構と連結している単独または個々の前記高圧燃料管（１０）および／あるいは間欠的に高圧下にあるとともに前記蓄圧機構を前記インジェクタと連結している単独または個々の前記高圧燃料管に設けられている被覆部（１５）は、当該被覆部が所定の緊急時運転圧力に耐えられる壁厚を有していることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の燃料供給装置。
13. 前記所定の緊急時運転圧力は、前記インジェクタの開弁圧力よりも大きく、当該開弁圧力は少なくとも４００ｂａｒであり、特に少なくとも８００ｂａｒであることを特徴とする請求項１２に記載の燃料供給装置。

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