JP2018508707A - 内燃機関の燃料供給システム - Google Patents

Abstract

圧力制御回路内で並列に接続された複数の燃料ポンプを有する、特に複数の並列に接続された高圧燃料ポンプ（２）を有する、内燃機関の燃料供給ユニット、特に燃料油を使用する船舶用ディーゼル内燃機関用のコモンレール燃料供給ユニットであって、燃料ポンプのそれぞれは、ポンプシリンダー（１５）内で可動的に案内されるポンプピストン（１６）と、低圧側吸引バルブ（１７）および高圧側送り出しバルブ（１８）を支持するバルブサポート（１９）とを備え、並列に接続された燃料ポンプのそれぞれの、特に並列に接続された高圧燃料ポンプ（２）のそれぞれの各バルブサポート（１９）は圧力センサー（２１）を収容し、それを用いて、それぞれの燃料ポンプの少なくとも送り出しインパルスを検出することが可能である。

Description

本発明は、請求項１のプレアンブルに記載の内燃機関の燃料供給システムに関する。さらに本発明は、請求項５のプレアンブルに記載の燃料ポンプ、内燃機関の運転方法、そして当該方法を実施するための機関制御ユニットに関する。

重質燃料油で運転される船舶用ディーゼル機関のコモンレール燃料供給システムとして設計された燃料供給システムの基本的な構成は特許文献１から公知である。したがって、この先行技術から知られている燃料供給システムは、それを用いて燃料を燃料供給システムの低圧領域へと送り出すことができる低圧ポンプを備える。この従来技術から知られている燃料供給システムはさらに、燃料を低圧領域から燃料供給システムの高圧領域へと送り出すために複数の高圧ポンプを含む。高圧ポンプは、並列に接続された閉ループ圧力制御回路の、すなわち燃料供給システムの高圧領域の燃料ポンプである。高圧ポンプによって、燃料を、コモンレールとも呼ばれる、恒常的に高圧下にある圧力蓄積システムに供給することができる。恒常的に高圧下にある圧力蓄積システムは複数の蓄積ユニットを備え、圧力蓄積システムの蓄積ユニットには、典型的にはバルブブロックへと組み合わされる圧力制限バルブおよびフラッシュバルブが割り当てられる。このような燃料供給システムの場合、特にフラッシュバルブには二つの圧力センサーが割り当てられ、それを用いて、閉ループ制御を可能にするために、高圧領域に存在する圧力を余剰的に検出することができる。

従来技術から知られている燃料供給システムの場合、フラッシュバルブに割り当てられた圧力センサーによって検出された測定信号を用いて、燃料供給システムの高圧領域のための閉ループ圧力制御を確立することが可能であるが、高圧領域に燃料を供給する高圧ポンプの機能チェックを確実に行うことはできない。これは、高圧領域に燃料を供給する高圧ポンプとフラッシュバルブとの間で数メートルの燃料ラインが敷設される大型機関の場合に特に当てはまる。

欧州特許出願公開第１３１４８８３号明細書

したがって、それを用いることで、僅かな労力しか伴わずに、低コストで、しかも容易にかつ確実に、特に燃料ポンプの機能チェックを実施できる、内燃機関の燃料供給システム、内燃機関の燃料供給システムのための燃料ポンプ、内燃機関の運転方法、および当該方法を実施するための機関制御ユニットが求められている。

上記に鑑みて、本発明は、新規なタイプの燃料供給システム、新規なタイプの燃料ポンプ、そして内燃機関を運転するための方法ならびにそのための機関制御ユニットを創出するという目的に基づく。

この目的は、請求項１に記載の燃料供給システムによって解決される。

本発明によれば、圧力センサーはそれぞれ、並列に接続された燃料ポンプのそれぞれの、特に並列に接続された高圧燃料ポンプのそれぞれのバルブキャリアに収容され、それを用いて、それぞれの燃料ポンプの少なくとも送り出しインパルスを検出することができる。

本発明に係る燃料供給システムの場合、燃料供給システムの閉ループ圧力制御回路のための閉ループ圧力制御を燃料ポンプのバルブによって収容される圧力センサーを用いて確立することができるだけでなく、これに加えて、閉ループ圧力制御回路の燃料ポンプの機能チェックが、それぞれの燃料ポンプの送り出しインパルスを検出することによって可能である。燃料ポンプの作動不良が検出された場合、それぞれの燃料ポンプのメンテナンスまたは修理を適時に開始することができる。

好ましくは、それぞれの燃料ポンプのバルブキャリアによって収容される圧力センサーは、高圧側におけるそれぞれの燃料ポンプの送り出しインパルスを検出するために、高圧側の送り出しバルブに割り当てられる。燃料ポンプにおける圧力センサーのこの配置は特に好ましい。というのは、一方で、それぞれの燃料ポンプの確実な機能チェックがこれによって可能となるからである。

有利なさらなる展開によれば、圧力センサーは、並列に接続された少なくとも二つの燃料ポンプのバルブキャリアにそれぞれ収容され、それを用いて、高圧側におけるそれぞれの燃料ポンプの送り出しインパルスおよび絶対圧を検出することができる。検出された絶対圧は閉ループ圧力制御に役立つ。検出された送り出しインパルスは機能チェックに役立つ。

特に、燃料供給システムが並列に接続された二つよりも多い燃料ポンプを備える場合、圧力センサーはそれぞれ、並列に接続された少なくとも二つの燃料ポンプのキャリアに収容され、これを用いて、高圧側におけるそれぞれの燃料ポンプの送り出しインパルスおよび絶対圧を検出することができ、少なくとも一つのさらなる燃料ポンプのバルブキャリアには圧力センサーが収容され、これを用いて、それぞれの燃料ポンプの送り出しインパルスを検出できるが、高圧側におけるそれぞれの燃料ポンプの絶対圧は検出されない。

二つよりも多い燃料ポンプが並列に接続される場合、絶対圧の検出に関して余剰な専ら二つの圧力センサーを用いて動作することが可能であり、これは、送り出しインパルスおよび高圧側における絶対圧の両方を検出する。上記または各その他の燃料ポンプにおいて、それを用いてそれぞれの燃料ポンプの送り出しインパルスを検出することができるが高圧側における絶対圧レベルを検出するためには機能しない圧力センサーを採用することができる。

本発明に係る燃料ポンプは請求項５に規定されている。内燃機関を運転するための方法は請求項８に規定されており、そして当該方法を実施するための機関制御ユニットは請求項１０に規定されている。

本発明の好ましいさらなる展開は従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態について、それに限定されることなく図面を用いてより詳しく説明する。

内燃機関のコモンレール燃料供給システムの概略図である。

図１は、船舶用ディーゼル機関のコモンレール燃料供給システムの基本構成を示す。したがって、図１のコモンレール燃料供給システムは各シリンダーに関して少なくとも一つのインジェクター１を備える。インジェクター１を用いて、シリンダーのそれぞれの中に燃料を噴射することができる。コモンレール燃料供給システムはさらに、コモンレール燃料供給システムの低圧領域４からその高圧領域６へと燃料を送り出すために、少なくとも一つの低圧ポンプ５と、複数の高圧ポンプ２と、高圧ポンプ蓄積ユニット８とを備えたポンピングデバイス３を備え、ポンピングデバイス３とインジェクター１との間の高圧領域６には、恒常的に高圧下にある圧力蓄積システム７が設けられる。

コモンレールとも呼ばれる、恒常的に高圧下にある圧力蓄積システム７は、複数の蓄積ユニット９を備える。蓄積ユニット９は、とりわけ恒常的に高圧下にある高圧ライン１０を介して、ポンピングデバイス３に接続される。圧力蓄積システム７、すなわち蓄積ユニット９はさらに、噴射サイクルに依存して時々高圧下にある高圧ライン１１を介してインジェクター１に接続される。噴射サイクルに依存して時々高圧下にありかつインジェクター１を蓄積ユニット９に接続する高圧ライン１１には、噴射サイクルに依存してインジェクター１に燃料を供給する切り替えバルブ１２が割り当てられる。圧力蓄積システム７の蓄積ユニット９の一つには、圧力制限バルブ１３およびフラッシュバルブ１４が割り当てられる。高圧領域６は、燃料供給システムの閉ループ圧力制御回路を形成する。この閉ループ圧力制御回路内の高圧ポンプ２は並列に接続される。

高圧ポンプ２のそれぞれは、ポンプシリンダー１５内で案内されるポンプピストン１６を備え、ポンプピストン１６のそれぞれは、コモンレール燃料供給システムの低圧領域からその高圧領域に燃料を供給するために、駆動カム２２を介して制御されるポンプシリンダー１５内で上下に移動させられる。この目的のために、それぞれの高圧燃料ポンプ２はさらに、それぞれの高圧燃料ポンプ２のバルブキャリア１９内に収容された吸引バルブ１７および送り出しバルブ１８を含む。吸引バルブ１７は低圧領域とそれぞれの高圧燃料ポンプ２との間に接続されるのに対し、送り出しバルブ１８は、高圧領域とそれぞれの高圧燃料ポンプ２との間に接続される。図１から明らかなように、スロットルバルブ２０はさらに各高圧燃料ポンプ２と相互作用し、これを介して、それぞれの高圧燃料ポンプ２の送り出し速度を調整することができる。それぞれのスロットルバルブ２０は、それぞれの吸引バルブ１７およびそれぞれの送り出しバルブ１８と同様に、それぞれの高圧燃料ポンプ２のバルブキャリア１９に収容することができる。

本発明に関して、高圧燃料ポンプ２のそれぞれのバルブキャリア１９には圧力センサー２１がそれぞれ収容され、それを用いてそれぞれの燃料ポンプ２の送り出しインパルスを検出することができる。それぞれの燃料ポンプ２のバルブキャリア１９に収容された圧力センサー２１は、この場合、高圧側におけるそれぞれの燃料ポンプ２の送り出しインパルスをこのようにして検出するために、高圧側における送り出しバルブ１８に割り当てられる。

図示された図１の例示的な実施形態では、燃料供給システムは、並列に接続された二つの高圧燃料ポンプ２を備え、これらの高圧燃料ポンプ２のそれぞれには、すなわち高圧側におけるそれぞれの送り出しバルブ１８の領域において、すなわちそれぞれの圧力センサー２１がバルブキャリア１９に作用するように、圧力センサー２１が割り当てられている。ここで、圧力センサー２１は、それぞれの高圧燃料ポンプ２の送り出しインパルスだけでなく、高圧領域６の圧力に対応する高圧側におけるそれぞれの高圧燃料ポンプにおける絶対圧を、それを用いて検出することができるように構成される。

それぞれの高圧燃料ポンプ２のための個々の確実かつ信頼性の高い機能チェックは、検出された送り出しインパルスを介して各高圧燃料ポンプ２において、このようにして実施できるだけでなく、これに加えて、圧力センサー２１によって検出された高圧側における絶対圧に関する信号を高圧領域６の閉ループ圧力制御のために利用することができる。

ここで、図１の実施形態では、二つの高圧燃料ポンプ２に割り当てられた圧力センサー２１は高圧側での絶対圧の検出に関して余剰であり、したがって、特に圧力センサー２１の一つが故障した場合でも、コモンレール燃料供給システムの高圧領域６のための閉ループ圧力制御を依然として保証することができる。

特に、燃料供給システムが並列に接続された二つよりも多い高圧燃料ポンプ２を備える場合、並列に接続された少なくとも二つの、特に専ら二つの高圧燃料ポンプ２が、そうした圧力センサー２１のそれぞれに割り当てられ、それを用いて、それぞれの高圧燃料ポンプ２に関して、一方ではその送り出しインパルスを、そして他方では高圧側における絶対圧を検出することができる。

上記または各さらなる高圧燃料ポンプ２には、この場合、圧力センサーが割り当てられ、これを用いて、それぞれの高圧ポンプの機能チェックを行うことを可能とするために、それぞれの高圧燃料ポンプの送り出しインパルスを検出することができるが、それを用いて、高圧側における絶対圧を検出することはできない。これはコスト上の理由から有利である。

さらに本発明は、重油を用いて運転される船舶用ディーゼル機関のコモンレール燃料供給システム用の燃料ポンプ、特に高圧燃料ポンプ２に関する。上述したように、そうした高圧燃料ポンプ２は、ポンプシリンダー１５内で可動的に案内されるポンプピストン１６と、低圧側において吸引バルブ１７を、そして高圧側において送り出しバルブ１８を支持するバルブキャリア１９とを備える。高圧燃料ポンプ２のバルブキャリア１９には、それを用いて各高圧燃料ポンプの少なくとも送り出しインパルスを検出することができる圧力センサー２１が収容されている。好ましくは、圧力センサー２１は、それを用いて高圧側の燃料ポンプの絶対圧を追加的に検出することもできるように構成される。燃料ポンプの圧力センサー２１は、この場合、好ましくは、高圧側の送り出しインパルスおよび絶対圧を検出するために、高圧側の燃料ポンプ２の送り出しバルブ１８に割り当てられる。

さらに本発明は、燃料供給システムを備えた内燃機関の運転方法に関し、燃料ポンプ２の圧力センサー２１によって検出された送り出しインパルスから、燃料ポンプ２の機能チェックを行うことができる。この目的のために、圧力センサー２１を介してそれぞれの燃料ポンプ２において検出される実際の送り出しインパルスは、設定ポイント送り出しインパルスと比較され、特に、実際の送り出しインパルスと設定ポイント送り出しインパルスとの間の偏差が制限値よりも大きい場合に、欠陥のある燃料ポンプ２が推定される。圧力センサー２１によって検出された絶対圧は、閉ループ圧力制御の設定ポイント値として役立つ。

これに加えて、本発明は、上記方法を実施するための内燃機関の機関制御ユニットに関する。本発明に係る機関制御ユニットは上記方法を実施するための手段を備え、当該手段はハードウェア手段およびソフトウェア手段である。

ハードウェア手段は、データーインターフェース、プロセッサおよび記憶ユニットである。データーインターフェースは、特に圧力センサー２１を用いて、本発明に係る方法を実施することに関与するアセンブリとのデーターの交換のために機能する。データー記憶ユニットはデーターを記憶するために、そしてプロセッサはデーターを処理するために機能する。同様に、ソフトウェア手段は、圧力センサー２１によって検出された信号を処理すると共に評価するために機能する。

したがって、本発明によれば、燃料供給システム、特にコモンレール燃料供給システムが提案されるが、これを用いて、並列に接続された燃料ポンプ、特に並列に接続された高圧燃料ポンプ２には、直接的に、すなわち圧力センサー２１がそれぞれの燃料ポンプ２のバルブキャリア１９に収容されるように、圧力センサー２１が割り当てられる。

並列に接続された少なくとも二つの燃料ポンプ２には圧力センサー２１が配置され、これを用いて、一方では送り出しインパルスが、そして他方では絶対圧を測定によって検出することができる。検出された送り出しインパルスを評価することにより、それぞれの燃料ポンプ２に関する機能チェックを確立することができる。絶対圧を評価することにより、燃料供給システム、特にその圧力蓄積システムのための閉ループ圧力制御を保証することができる。

本発明は、最小限の費用で、一方では燃料供給システムの閉ループ圧力制御および燃料供給システムを、そして他方では並列に接続された燃料供給システムの燃料ポンプのための簡単かつ信頼できる機能チェックを可能とする。従来技術に基づいてフラッシュバルブに割り当てられていた圧力センサーは省略することができる。燃料ポンプの機能チェックにより、例えば燃料ポンプのピストンの焼き付きが存在するかあるいは差し迫っているかどうかを検出することができる。次いで、燃料ポンプのメンテナンスを開始することができる。

１ インジェクター
２ 高圧ポンプ
３ ポンピングデバイス
４ 低圧領域
５ 低圧ポンプ
６ 高圧領域
７ 圧力蓄積システム
８ 高圧ポンプ蓄積ユニット
９ 蓄積ユニット
１０ 高圧ライン
１１ 高圧ライン
１２ 切り替えバルブ
１３ 圧力制限バルブ
１４ フラッシュバルブ
１５ ポンプシリンダー
１６ ポンプピストン
１７ 吸引バルブ
１８ デリバリーバルブ
１９ バルブキャリア
２０ スロットルバルブ
２１ 圧力センサー

Claims (10)

1. 閉ループ圧力制御回路内で並列に接続された複数の燃料ポンプを備えた、特に並列に接続された複数の高圧燃料ポンプ（２）を備えた、内燃機関の燃料供給システム、特に、重質燃料で運転される船舶用ディーゼル機関のコモンレール燃料供給システムであって、前記燃料ポンプのそれぞれは、ポンプシリンダー（１５）内で可動的に案内されるポンプピストン（１６）と、低圧側において吸引バルブ（１７）を、そして高圧側において送り出しバルブ（１８）を支持するバルブキャリア（１９）と、を備え、並列に接続された前記燃料ポンプのそれぞれの、特に並列に接続された前記高圧燃料ポンプ（２）のそれぞれの前記バルブキャリア（１９）には圧力センサー（２１）がそれぞれ収容されており、この圧力センサー（２１）を用いて、それぞれの燃料ポンプの少なくとも送り出しインパルスを検出することが可能であることを特徴とする燃料供給システム。
2. それぞれの燃料ポンプの前記バルブキャリア（１９）によって収容される圧力センサー（２１）が、前記高圧側におけるそれぞれの燃料ポンプの送り出しインパルスを検出するために、前記高圧側において前記送り出しバルブ（１８）に割り当てられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給システム。
3. 並列に接続された少なくとも二つの燃料ポンプの前記バルブキャリア（１９）には圧力センサー（２１）がそれぞれ収容されており、この圧力センサー（２１）を用いて、それぞれの燃料ポンプの送り出しインパルス、さらには高圧側におけるそれぞれの燃料ポンプの絶対圧を検出することができることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料供給システム。
4. 特に、前記閉ループ圧力制御回路に、並列に接続された二つよりも多い燃料ポンプが存在する場合に、圧力センサー（２１）はそれぞれ、並列に接続された少なくとも二つの燃料ポンプの前記キャリア（１９）に収容されており、これを用いて、それぞれの燃料ポンプの前記送り出しインパルス、そしてさらには高圧側におけるそれぞれの燃料ポンプの絶対圧を検出することができ、少なくとも一つのさらなる燃料ポンプの前記バルブキャリア（１９）には圧力センサー（２１）が収容されており、この圧力センサー（２１）を用いて、それぞれの燃料ポンプの前記送り出しインパルスを検出できるが、高圧側における前記それぞれの燃料ポンプの絶対圧は検出されないことを特徴とする請求項３に記載の燃料供給システム。
5. 燃料ポンプ、特に船舶用ディーゼル機関のコモンレール燃料供給システムの高圧燃料ポンプであって、ポンプシリンダー（１５）内で可動的に案内されるポンプピストン（１６）を備えると共に、低圧側で吸引バルブ（１７）を、そして高圧側で送り出しバルブ（１８）を支持するバルブキャリア（１９）を備えており、前記バルブキャリア（１９）には圧力センサー（２１）が収容されており、この圧力センサー（２１）を用いて、それぞれの燃料ポンプの少なくとも送り出しインパルスを検出可能であることを特徴とする燃料ポンプ。
6. 前記バルブキャリア（１９）に収容された前記圧力センサー（２１）は、高圧側におけるそれぞれの燃料ポンプの送り出しインパルスを考慮するために、高圧側において前記送り出しバルブ（１８）に割り当てられることを特徴とする請求項５に記載の燃料ポンプ。
7. 前記バルブキャリア（１９）には圧力センサー（２１）が収容されており、この圧力センサー（２１）を用いて前記燃料ポンプの送り出しインパルスおよび高圧側における前記燃料ポンプの絶対圧を検出することができることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料ポンプ。
8. 前記燃料ポンプの前記圧力センサーによって検出された送り出しインパルスから、前記燃料ポンプの機能チェックが実施されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料供給システムを備えた内燃機関の運転方法。
9. 実際の送り出しインパルスが設定ポイント送り出しインパルスと比較され、特に、実際の送り出しインパルスと前記設定ポイント送り出しインパルスとの間の偏差が限界値よりも大きい場合に、欠陥のある燃料ポンプが推定されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 内燃機関、特に船舶用ディーゼル機関の機関制御ユニットであって、前記内燃機関は、燃料供給システム、特にコモンレール燃料供給システムを備えており、前記機関制御ユニットは、請求項８または請求項９に記載の方法を実施するための手段を備えることを特徴とする機関制御ユニット。

Images