JP2010156345A - 燃料供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】特に大型ディーゼル機関に適用可能で、従来技術の欠点が除去された燃料供給システムを得ること。また、従来よりコンスタントに燃料圧力を維持でき、全体として、従来より高い安全性と信頼性を有し、しかも費用の点では有利な燃料供給システムを得ること。
【解決手段】蓄圧ユニット１２の圧力室が相互に連続して接続されており、またシステムの蓄圧ユニット１２の１つが補助弁１６を備え、この補助弁を介して当該蓄圧ユニット１２の圧力室が、また同時にその圧力室に接続されている圧力室が、燃料タンク１に接続できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、数個のシリンダを有する機関用、特に大型ディーゼル機関用の燃料供給システム、それも、燃料が燃料タンクから高圧ポンプを介して圧力供給部へ送られ、圧力供給部から更に噴射器を介して機関シリンダ内へ供給される形式の、請求項１の前段に記載の燃料供給システムに関するものである。

大型ディーゼル機関とは、ここでは例えば、船舶用または発熱および／または発電用の主推進機関または補助機関に使用可能な機関をいう。
現在の機関では、燃料が燃料噴射弁または噴射器により機関シリンダ内へ直接に噴射される。噴射は、圧縮行程が終わる比較的遅い段階に行われるので、相応に噴射には十分な高圧が必要となる。従来の燃料供給システムでは、各シリンダが、各自の噴射ポンプを備え、これらの噴射ポンプが、噴射弁と噴射ノズルとを介してシリンダ燃焼室へ燃料を供給する。この構成は、多くの個別の構成部品を含むため、高価である。加えて、噴射ポンプ内の圧力が変動することがあり、これによって個別のシリンダ内への噴射が相応に異なる圧力で行われ、異なる燃料量が噴射されることになる。

比較的新しい解決策は、いわゆる共同噴射方式または共同圧力噴射方式であり、その場合には、圧力供給と燃料噴射とが機能的に互いに別個にされている。燃料は、高圧ポンプによって共同圧力供給部へ供給され、ここから別個の管を介して各シリンダの噴射器内へ送られる。実際には、噴射器の操作は、例えば電磁弁により電子式に制御されることで、十分に短く、かつ正確な噴射が維持される。

特に、大型機関の場合、共同噴射方式にはいくつかの欠点がある。これらの欠点は、圧力供給部として役立つ一様な燃料分配管の長さの結果である。なぜなら、機関の種類に応じて、この長さは３ｍを超えさえするからである。一様な燃料レールが長く細い場合、前後進する激しい圧力波または圧力パルスが、燃料分配管内に生じやすい。こうした圧力波または圧力パルスは、個別シリンダ内へ噴射される燃料量に相応に影響する。加えて、使用される高圧のため、長くて一様な燃料分配管の強度、ひいてはシステムの安全性が問題になろう。他方、一様な燃料分配管が長くて、比較的直径が大きく、前記の圧力波が防止され、燃料分配管内の燃料が冷却される場合、使用温度への燃料の再加熱に、比較的長い時間がかかる。このことは、特に重油が用いられる場合、問題である。

本発明の目的は、新しい改良型燃料供給システム、それも、特に大型ディーゼル機関に適用可能で、前述の公知解決策に見られる問題点が除去された燃料供給システムを得ることにある。本発明の目的は、さらに燃料供給システム、それも従来よりコンスタントに燃料圧力を維持でき、かつまた全体として、従来より高い安全性と信頼性とを有し、しかも費用の点では有利な燃料供給システムを得ることである。

本発明の前記目的は、請求項１および他の請求項に示した手段により達成できる。本発明によれば、蓄圧ユニットの圧力室が、連続して互いに接続されている。加えて、システムの蓄圧ユニットに１つが弁を備え、この弁により、当該蓄圧ユニットの圧力室が、また同時に該圧力室に接続されている他の圧力室が、燃料タンクに接続されることができる。これによって、機関の始動前に、例えば燃料を加熱するための燃料循環が可能になる。このことが特に重要となるのは、重油が用いられる場合である。本発明による解決策では、長い一様な燃料分配管の使用を避けることができ、しかもこの解決策により、別個の蓄圧ユニット間に発生するおそれのある圧力差を効果的に均衡させることができる。構造上の強度は、この場合問題がないので、システムは従来より信頼性および安全性が高まる。

燃料供給システムは、燃料タンクから高圧ポンプを経て蓄圧ユニットへ燃料供給する低圧ポンプを含んでいるのが好ましい。この場合、低圧ポンプの供給回路は、均一の供給圧を維持するための絞り装置、定圧弁、その他類似の手段のいずれかを備えている。実際には、低圧ポンプの供給回路内の圧力は、好ましくは５〜１０バールである。これにより、高圧を受ける燃料供給システム部分が実質的に制限でき、それによってシステムの信頼性が改善され、出費が低減される。なぜなら、その部分の構成要素が、その時々でより簡単になるからである。

各高圧ポンプは、好ましくは制御弁を備えており、高圧ポンプから供給される体積流量が、この制御弁によって定められ、かつまたこの制御弁によって、高圧ポンプと低圧ポンプとの間の接続を付加的に閉じることができる。加えて、制御弁の開閉により、燃料流が、すべての蓄圧ユニットにわたって流れることを保証できる。

蓄圧ユニット内の前記弁は、好ましくは、また定圧弁としても機能し、必要とあれば、蓄圧ユニットの除圧に利用できる。
蓄圧ユニット内の燃料圧力は、約８００〜１６００バール、好ましくは１０００〜１４００バールである。蓄圧ユニットが、少なくとも２つの噴射器に接続されている場合、蓄圧ユニットの圧力室の容積は、好ましくは次式、すなわち：
Ｓ＝Ｖ_tot／（Ｖ_inj・Ｎ_cyl）
に基づいて定められる結果、Ｓの値は５０〜１００の範囲内とされる。前記の式において、
Ｖ_tot＝蓄圧ユニットの共有容積
Ｖ_inj＝機関の全負荷（１００％）時に、シリンダの１回の燃焼に対し１つのインジェクタにより噴射される燃料の量（体積）
Ｎ_cyl＝機関内のシリンダ合計を表している。

蓄圧ユニットは、一方のユニットから他方のユニットへ接続する管またはダクトを介して互いに接続されており、該管またはダクトの直径は４.５〜５.０ｍｍ、好ましくは約４.７ｍｍである。これらの寸法パラメータは、システム内に発生するおそれのある振動および圧力波の程度に影響を与え、それぞれの場合のシステムの構成に左右される。接続管の直径は、実際には、異なる特徴や特性、例えば圧力波の減衰や、機関の始動前の燃料循環の必要性を考慮に入れた妥協の値である。
高圧ポンプは、機関のカム軸に含まれる１個以上のカムにより案内される。

本発明による燃料供給システムの略示図。

以下で、本発明の実施例を添付図面につき説明する。図面は、本発明による燃料供給システムの一実施例を略示したものである。
図１には燃料タンク１が示されており、該燃料タンクからは、燃料が低圧ポンプ２により燃料管路３を経て高圧ポンプ４へ送られる。燃料管路３は、例えば約７バールの比較的低い定圧下にある。また燃料管路３には、定圧弁５が備えられ、この定圧弁５を介して燃料管路３が再び燃料タンク１に接続できる。定圧を維持するために、定圧弁の代わりに、より簡単な絞り部材を使用することもできる。
高圧ポンプ４は、制御弁６とピストン部材７とを備えている。ピストン部材は、機関のカム軸９のカム部材８により案内１０を介して案内される。必要とあれば、各カム部材８は、数個のカムを含むことができ、それにより、高圧ポンプが蓄圧ユニットへ時間単位当たり一定の体積流量を供給する場合、ポンプの外寸法を、それぞれより小さくでき、圧力衝撃を相応に小さくできる。

各高圧ポンプ４は、固有の別々の蓄圧ユニット１２に高圧管路１１を介して接続されており、蓄圧ユニットの方は、管またはダクト１４を介して、機関の２つのシリンダ用に設けられた電子制御式噴射器１５に接続されている。

蓄圧ユニット１２は、蓄圧ユニット間に発生し得る圧力差を低減するための管１３を介して互いに連通している。実際には、高圧管路１１と蓄圧ユニット１２とを支配する圧力は、約１２００バールであるが、必要とあれば、１０００〜１４００バールの範囲で変更できるのが好ましい。圧力は、一時的には１６００バールに達することも可能である。所望とあれば、高圧ポンプ４の操作および使用噴射圧は、機関の負荷や運転速度等のパラメータに応じて、自体公知の形式で制御できる。

システム内の１つの蓄圧ユニット１２は、補助弁１６を備えており、この補助弁の作動は、機関のサーボオイル回路に配置された前制御弁１７によって制御される。サーボオイルポンプ１８は、約１００バールの圧力を維持し、サーボオイル回路は、また自体公知の形式で噴射器１５内で燃料噴射を制御するために、従来式の電磁弁（図示せず）と一緒に使用される。補助弁１６を介して、システムの蓄圧ユニット１２は、管路１９を介して燃料タンク１へ接続されている。したがって、必要とあれば、補助弁１６を介して蓄圧ユニット１２は除圧され得る。加えて、補助弁１６は、例えば、機関の始動前に燃料を加熱する目的で、燃料を循環させることができる。所望とあれば、交番に制御弁６を開閉し、補助弁１６を介して燃料流をすべての蓄圧ユニット１２に確実に流通させることも可能である。更に、補助弁１６は、定圧弁として機能できるのが好ましい。なぜなら、高圧回路は、いずれにしても定圧弁を必要とするからである。

図示の実施例では、蓄圧ユニット１２の圧力室容積は、好ましくは０.７リットル、蓄圧ユニットを接続する管の直径は、共に約４.７ｍｍでよい。これらの寸法は、各シリンダ内への噴射が機関の完全有効時および全負荷時に約４７００ｍｍ^２である場合に、最適であり、一方また、これらの寸法の場合、蓄圧ユニット間に発生する可能性のある圧力パルスを除去しやすい。

見やすくするために、図面には２つだけ蓄圧ユニット１２を示したが、これらの蓄圧ユニットは、機関の４シリンダに配置された噴射器へ燃料を供給する。本発明によるシステムは、言うまでもなく、それぞれの場合のシリンダ数とは無関係に、数シリンダを有する機関に適用できる。同じように、所望とあれば、１つの蓄圧ユニットが、例えば３個のシリンダに対し燃料を供給することもできる。このことは、言うまでもなく、システムの寸法付けのさいに考慮すべきである。
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の枠内でいくつかの変更態様が可能である。

１ 燃料タンク
２ 低圧ポンプ
３ 燃料管路
４ 高圧ポンプ
５ 定圧弁
６ 制御弁
７ ピストン部材
８ カム部材
１０ 案内
１１ 高圧管路
１２ 蓄圧ユニット
１４ 管
１５ 噴射器
１６ 補助弁
１７ 前制御弁
１８ サーボオイルポンプ
１９ 管路

Claims (10)

1. 数個のシリンダを有する大型ディーゼル機関用の燃料供給システムであって、燃料が燃料タンク（１）から低圧ポンプと高圧ポンプ（４）を介して圧力供給部へ送られ、圧力供給部から更に噴射器（１５）を介して機関のシリンダ内へ供給され、それによって、燃料の圧力供給部が少なくとも２つの別個の蓄圧ユニット（１２）を有することになり、これら蓄圧ユニットのそれぞれが少なくとも２つの噴射器（１５）に接続されており、かつまた蓄圧ユニット（１２）が固有の高圧ポンプ（４）を備えている形式のものにおいて、
   蓄圧ユニット（１２）の圧力室が連続して互いに接続されており、またシステムの蓄圧ユニット（１２）の１つが弁（１６）を備え、この弁を介して当該蓄圧ユニット（１２）の圧力室が、また同時にその圧力室に接続されている他の圧力室が、燃料タンク（１）に接続されることができ、前記弁（１６）は、前記機関の始動前に開かれて、前記蓄圧ユニット（１２）を通じて燃料を循環させて前記機関の始動前に燃料を加熱することを特徴とする、数個のシリンダを有する機関用の燃料供給システム。
2. 低圧ポンプ（２）が、燃料を燃料タンク（１）から高圧ポンプ（４）を介して蓄圧ユニット（１２）へ供給することを特徴とする、請求項１に記載された燃料供給システム。
3. 低圧ポンプ（２）の供給回路（３）が、均一の供給圧を維持するための絞り装置、定圧弁、その他類似の手段（５）のいずれかを備えていることを特徴とする、請求項２に記載された燃料供給システム。
4. 低圧ポンプ（２）の供給回路（３）内の圧力が５〜１０バールであることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載された燃料供給システム。
5. 各高圧ポンプ（４）が制御弁（６）を備え、制御弁（６）によって、高圧ポンプ（４）から供給される体積流量が定められ、かつまた制御弁（６）によって、高圧ポンプ（４）と低圧ポンプ（２）との間の接続が付加的に閉じられることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された燃料供給システム。
6. 蓄圧ユニット（１２）内の前記弁（１６）が、定圧弁としても役立つことを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された燃料供給システム。
7. 蓄圧ユニット（１２）内の燃料圧力が約８００〜１６００バール、好ましくは１０００〜１４００バールであることを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された燃料供給システム。
8. 蓄圧ユニット（１２）が少なくとも２つの噴射器に接続されている場合、蓄圧ユニットの圧力室の容積が次式、すなわち
   Ｓ＝Ｖ_tot／（Ｖ_inj・Ｎ_cyl）
   に基づいて定められ、（この式において、
   Ｖ_tot＝すべての蓄圧ユニット（１２）の共有容積
   Ｖ_inj＝機関の全（１００％）負荷のもとで、１シリンダの１回の燃焼に対して１つの噴射器から噴射される燃料量（体積）
   Ｎ_cyl＝機関内のシリンダ合計）、その結果、Ｓの値が５０〜１００の範囲にされることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された燃料供給システム。
9. 蓄圧ユニット（１２）が、一方のユニットから他方のユニットへ接続する管（１３）またはダクトを介して互いに接続され、該管またはダクトの直径が４.５〜５.０ｍｍ、好ましくは約４.７ｍｍであることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された燃料供給システム。
10. 高圧ポンプ（４）が、機関のカム軸（９）に含まれる１つ以上のカム（８）により案内されることを特徴とする、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された燃料供給システム。

Images