JP2020060110A - Water injection pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、注水ポンプに関するものである。 The present invention relates to a water injection pump.
従来、船舶に搭載される舶用ディーゼルエンジンにおいては、シリンダ内の燃焼室から排出される排ガス中の窒素酸化物(NOx)を低減する手法の一つとして、水技術が提案されている。この水技術においては、例えば、シリンダに設けられた燃料噴射弁から燃焼室に燃料および水を添加することにより、燃焼室内で燃料を燃焼する際の火炎の温度上昇が抑制され、この結果、燃焼室からのNOxの排出量が低減される。このような水技術には、燃焼室内に燃料が噴射される噴射期間以外の期間(以下、噴射休止期間という)、燃料噴射弁内の燃料通路に存在する燃料中に水を注入するために、作動油の圧力を利用した油圧駆動式の注水ポンプが用いられる。この油圧駆動式の注水ポンプの一例として、特許文献1には、注水ピストン装置が開示されている。以下、注水ポンプとは、この注水ピストン装置に例示される油圧駆動式の注水ポンプを意味する。
BACKGROUND ART Conventionally, in a marine diesel engine mounted on a ship, water technology has been proposed as one of methods for reducing nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from a combustion chamber in a cylinder. In this water technology, for example, by adding fuel and water to a combustion chamber from a fuel injection valve provided in a cylinder, an increase in the temperature of the flame when burning the fuel in the combustion chamber is suppressed, and as a result, combustion NOx emissions from the chamber are reduced. In such water technology, in order to inject water into the fuel existing in the fuel passage in the fuel injection valve during a period other than the injection period in which fuel is injected into the combustion chamber (hereinafter referred to as an injection rest period), A hydraulically driven water injection pump that uses the pressure of hydraulic oil is used. As an example of this hydraulically driven water injection pump,
特許文献1に記載のディーゼル機関では、1つのシリンダに1つの燃料噴射弁が設けられ、この1つの燃料噴射弁から当該シリンダ内の燃焼室に燃料および水が噴射される。その後、噴射休止期間中、上記燃料噴射弁内の燃料通路には、次回噴射される燃料が残存する。注水ポンプは、一般に、配管等を通じて上記燃料噴射弁内の燃料通路と連通するように構成される。噴射休止期間において、注水ポンプは、この燃料通路に残存する燃料の圧力(以下、燃料残圧という)よりも大きい圧力で水を圧送し、これにより、この燃料通路内の燃料中に水を注入する。この燃料通路内の燃料および水は、噴射休止期間後の次回の噴射期間に、上記燃料噴射弁から燃焼室内へ噴射される。
In the diesel engine described in
近年、舶用ディーゼルエンジンにおいては、燃焼室に燃料を均一に噴射するために、1つのシリンダに複数(例えば2〜3つ)の燃料噴射弁が設けられる傾向にある。この場合、複数の燃料噴射弁の各々に対して水を注入すべく、一般に、注水ポンプは、燃料噴射弁の個数分、分岐する配管(分岐管)等を通じて、これら複数の燃料噴射弁内の燃料通路と連通するように構成される(以下、第1の従来構成という)。或いは、燃料噴射弁の個数分の注水ポンプを準備し、これらの注水ポンプは、複数の燃料噴射弁内の燃料通路と配管等を通じて各々連通するように構成される(以下、第2の従来構成という)。 In recent years, in a marine diesel engine, a plurality of (for example, 2 to 3) fuel injection valves tend to be provided in one cylinder in order to uniformly inject fuel into a combustion chamber. In this case, in order to inject water into each of the plurality of fuel injection valves, in general, the water injection pump is provided in the plurality of fuel injection valves through the pipes (branch pipes) for branching the fuel injection valves by the number of the fuel injection valves. It is configured to communicate with the fuel passage (hereinafter, referred to as a first conventional configuration). Alternatively, water injection pumps corresponding to the number of fuel injection valves are prepared, and these water injection pumps are configured to communicate with the fuel passages in the plurality of fuel injection valves through pipes, etc. (hereinafter, referred to as a second conventional configuration). That).
しかしながら、1つのシリンダに設けられた複数の燃料噴射弁間で、燃料残圧がばらつく可能性がある。このため、上記第1の従来構成では、複数の燃料噴射弁のうち、燃料残圧が高い方よりも低い方の燃料噴射弁に注水ポンプからの水が注入され易くなり、これに起因して、注水ポンプから複数の燃料噴射弁への各注水量が偏ってしまう。また、上記第2の従来構成では、部品点数が増大して構成が複雑化するのみならず、注水ポンプ同士の製造ばらつきに起因して、上記各注水量の偏りを増大させる恐れがある。さらには、上記燃料残圧のばらつきの傾向を予測することは困難であるから、複数の燃料噴射弁間での注水量の偏りを複数の注水ポンプの駆動制御によって解消することは困難である。 However, the residual fuel pressure may vary between the plurality of fuel injection valves provided in one cylinder. Therefore, in the first conventional configuration, the water from the water injection pump is easily injected into the fuel injection valve having the lower residual fuel pressure than the fuel injection valve having the higher residual fuel pressure among the plurality of fuel injection valves. The amount of water injection from the water injection pump to the multiple fuel injection valves is uneven. Further, in the second conventional configuration, not only the number of parts is increased and the configuration is complicated, but also the deviation of the respective water injection amounts may be increased due to manufacturing variations between the water injection pumps. Furthermore, since it is difficult to predict the tendency of the variation in the residual fuel pressure, it is difficult to eliminate the deviation of the water injection amount among the plurality of fuel injection valves by the drive control of the plurality of water injection pumps.
なお、上記複数の燃料噴射弁間での注水量の偏り(ばらつき)は、燃焼室へ噴射される燃料の噴射量が複数の燃料噴射弁間でばらつく原因となり、燃焼室内での燃料燃焼時の火炎長さや発生熱量のばらつきを招来する。このことは、シリンダまたはピストン等の燃焼室に関連する部品を変形させて、当該部品の摩耗量のばらつきを引き起こすのみならず、舶用ディーゼルエンジンの燃焼効率の低下(すなわち燃費の悪化)に繋がる。 The unevenness (dispersion) of the water injection amount among the plurality of fuel injection valves causes the injection amount of the fuel injected into the combustion chamber to vary among the plurality of fuel injection valves, and causes the fuel injection amount during fuel combustion in the combustion chamber. This causes variations in flame length and heat generation. This not only deforms the parts related to the combustion chamber such as the cylinder or the piston to cause the variation in the wear amount of the parts, but also leads to the reduction of the combustion efficiency of the marine diesel engine (that is, the deterioration of the fuel consumption).
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、1つのシリンダに設けられた複数の燃料噴射弁に対する注水を行うとともに、これら複数の燃料噴射弁間での注水量のばらつきを抑制することができる注水ポンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and performs water injection to a plurality of fuel injection valves provided in one cylinder, and suppresses variations in water injection amount among the plurality of fuel injection valves. It aims at providing the water injection pump which can be done.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る注水ポンプは、1つのシリンダに設けられる複数の燃料噴射弁と配管を通じて各々連通する複数の水吐出通路と、前記複数の水吐出通路内に往復動可能に各々設けられ、前記複数の水吐出通路内の水を加圧して前記複数の燃料噴射弁に各々吐出する複数の水ピストン部と、作動油の圧力を利用して、前記複数の水ピストン部を前記複数の水吐出通路の吐出口側へ移動させる油圧ピストン部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the object, a water injection pump according to the present invention includes a plurality of water discharge passages that are in communication with a plurality of fuel injection valves provided in one cylinder, and a plurality of water discharge passages. Utilizing the pressure of hydraulic oil, a plurality of water pistons that are reciprocally provided in the discharge passage, pressurize the water in the plurality of water discharge passages, and discharge the water to the plurality of fuel injection valves, respectively. A hydraulic piston part for moving the plurality of water piston parts to the discharge port side of the plurality of water discharge passages.
また、本発明に係る注水ポンプは、上記の発明において、前記複数の水ピストン部と前記油圧ピストン部とを連結する連結部を備え、前記複数の水ピストン部は、前記油圧ピストン部と一体となって移動することを特徴とする。 Further, the water injection pump according to the present invention, in the above invention, comprises a connecting portion that connects the plurality of water piston portions and the hydraulic piston portion, and the plurality of water piston portions are integrated with the hydraulic piston portion. It is characterized by moving and becoming.
また、本発明に係る注水ポンプは、上記の発明において、前記複数の水吐出通路は、前記複数の燃料噴射弁の間で同じ燃料通路の位置に連通することを特徴とする。 Further, the water injection pump according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the plurality of water discharge passages communicate with the same fuel passage position between the plurality of fuel injection valves.
また、本発明に係る注水ポンプは、上記の発明において、前記複数の水ピストン部は、互いに同じ直径を有するピストンであることを特徴とする。 Further, the water injection pump according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the plurality of water piston portions are pistons having the same diameter.
本発明によれば、1つのシリンダに設けられた複数の燃料噴射弁に対する注水を行うとともに、これら複数の燃料噴射弁間での注水量のばらつきを抑制することができるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to perform water injection to a plurality of fuel injection valves provided in one cylinder and suppress variations in the water injection amount among the plurality of fuel injection valves.
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る注水ポンプの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、各図面において、同一構成部分には同一符号が付されている。 Hereinafter, preferred embodiments of a water injection pump according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to this embodiment. Further, it should be noted that the drawings are schematic, and the dimensional relationship of each element and the ratio of each element may be different from the actual one. Even between the drawings, there may be a case where portions having different dimensional relationships or ratios are included. Moreover, in each drawing, the same reference numerals are given to the same components.
(燃料噴射系統の構成)
まず、本発明の実施形態に係る注水ポンプが適用された舶用ディーゼルエンジンの燃料噴射系統の構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る舶用ディーゼルエンジンの燃料噴射系統の一構成例を示す模式図である。図1に示すように、この燃料噴射系統100は、複数(本実施形態では3つ)の燃料噴射弁20A、20B、20Cと、燃料圧送系統30と、下流側注水系統40と、上流側注水系統50とを備える。また、燃料噴射系統100は、水供給ポンプ61と、給水管62と、逆止弁63a、63bと、蓄圧部71と、高圧ポンプ72と、検出部81と、制御部82とを備える。なお、図1において、実線矢印は燃料や水等の流体の流通を示し、破線矢印は電気信号線を示す。
(Configuration of fuel injection system)
First, a configuration of a fuel injection system of a marine diesel engine to which the water injection pump according to the embodiment of the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a fuel injection system of a marine diesel engine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
燃料噴射弁20A、20B、20Cは、舶用ディーゼルエンジンのシリンダ内の燃焼室(いずれも図示せず)に燃料および水を噴射するための複数の燃料噴射弁の一例である。図1には図示されていないが、燃料噴射弁20A、20B、20Cは、1つのシリンダに設けられる。例えば、燃料噴射弁20A、20B、20Cは、このシリンダの周方向に沿って所定の間隔で配置される。
The
図1に示すように、燃料噴射弁20Aは、噴射口21と、この噴射口21に通じる燃料通路22と、この燃料通路22に通じる内部通路23と、逆止弁24a、24bとを有する。燃料通路22は、一端部が噴射口21に接続され且つ他端部が燃料噴射管32(例えばその分岐管32a)に接続されている。また、燃料通路22の上流側の注水位置(第2注水位置P2)には、逆止弁24aを介して上流側注水系統50の配管(例えば上流側注水管52a)が接続されている。内部通路23は、一端部が燃料通路22の下流側の注水位置(第1注水位置P1)に接続され且つ他端部が下流側注水系統40の配管(例えば下流側注水管42a)に接続されている。逆止弁24aは、上流側注水系統50から燃料噴射弁20Aの燃料通路22に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁24bは、内部通路23の中途部に設けられる。逆止弁24bは、下流側注水系統40から内部通路23を通じて燃料通路22に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。
As shown in FIG. 1, the
上述したような構成を有する燃料噴射弁20Aは、燃料圧送系統30によって圧送された燃料と、下流側注水系統40によって注入された水と、上流側注水系統50によって注入された水とを噴射口21からシリンダ内の燃焼室へ層状に噴射する。なお、燃料噴射弁20B、20Cは、上述した燃料噴射弁20Aと同様の構成を有する。
The
燃料圧送系統30は、燃料噴射弁20A、20B、20Cに燃料を圧送するための設備である。図1に示すように、燃料圧送系統30は、燃料噴射ポンプ31と、燃料噴射管32と、制御弁35とを備える。
The fuel
燃料噴射ポンプ31は、作動油の圧力を利用して駆動する油圧駆動式のポンプであり、燃料噴射管32を通じて燃料噴射弁20A、20B、20Cに燃料を各々圧送する。また、燃料噴射ポンプ31の圧送作用は、噴射口21からシリンダ内の燃焼室に対する燃料および水の層状噴射を燃料噴射弁20A、20B、20Cに行わせる。
The
燃料噴射管32の一端部は、燃料噴射ポンプ31の吐出口に接続されている。燃料噴射管32の中途部には、分岐部33が設けられている。燃料噴射管32は、この分岐部33から他端部に向かって複数の分岐管(本実施形態では3つの分岐管32a、32b、32c)に分岐している。図1に示すように、燃料噴射管32の分岐管32a、32b、32cのうち、分岐管32aは、燃料噴射弁20Aの燃料通路22に接続されている。燃料噴射管32は、分岐管32aを介して、燃料噴射弁20Aと燃料噴射ポンプ31とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管32b、32cは、燃料噴射弁20B、20Cの各燃料通路22に各々接続されている。
One end of the
制御弁35は、蓄圧部71から燃料噴射ポンプ31への作動油の供給を制御する。制御弁35は、燃料噴射弁20A、20B、20Cから燃焼室への燃料および水の噴射期間、開状態となって蓄圧部71内の作動油を燃料噴射ポンプ31に供給する。一方、制御弁35は、燃料噴射弁20A、20B、20Cの噴射休止期間、閉状態となって蓄圧部71から燃料噴射ポンプ31への作動油の供給を停止する。このような制御弁35の開閉駆動のタイミングは、制御部82によって制御される。
The
下流側注水系統40は、燃料噴射弁20A、20B、20Cの各燃料通路22の下流側の注水位置に水を注入するための設備である。図1に示すように、下流側注水系統40は、第1注水ポンプ41と、下流側注水管42a、42b、42cと、逆止弁44a、44b、44cと、制御弁45とを備える。
The downstream side
第1注水ポンプ41は、本実施形態に係る注水ポンプの一例である。下流側注水管42aは、一端部が第1注水ポンプ41の第1吐出口に接続され且つ他端部が燃料噴射弁20Aの内部通路23に接続されている。第1注水ポンプ41は、下流側注水管42a等を通じて、燃料噴射弁20Aの燃料通路22に水を圧送し、これにより、燃料通路22の下流側の注水位置(すなわち第1注水位置P1)に水を注入する。また、下流側注水管42bは、一端部が第1注水ポンプ41の第2吐出口に接続され且つ他端部が燃料噴射弁20Bの内部通路に接続されている。第1注水ポンプ41は、上記燃料噴射弁20Aの場合と同様に、下流側注水管42b等を通じて、燃料噴射弁20Bの燃料通路22の第1注水位置P1に水を注入する。また、下流側注水管42cは、一端部が第1注水ポンプ41の第3吐出口に接続され且つ他端部が燃料噴射弁20Cの内部通路に接続されている。第1注水ポンプ41は、上記燃料噴射弁20Aの場合と同様に、下流側注水管42c等を通じて、燃料噴射弁20Cの燃料通路22の第1注水位置P1に水を注入する。
The first
逆止弁44a、44b、44cは、例えば図1に示すように、下流側注水管42a、42b、42cの各入口端部(第1注水ポンプ41側の端部)に各々設けられる。逆止弁44aは、第1注水ポンプ41側から燃料噴射弁20A側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁44bは、第1注水ポンプ41側から燃料噴射弁20B側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁44cは、第1注水ポンプ41側から燃料噴射弁20C側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。
The
制御弁45は、蓄圧部71から第1注水ポンプ41への作動油の供給を制御する。制御弁45は、燃料噴射弁20A、20B、20Cによる燃料および水の噴射期間以外の期間(すなわち噴射休止期間)、開状態となって蓄圧部71内の作動油を第1注水ポンプ41に供給する。一方、制御弁45は、上記燃料および水の噴射期間、閉状態となって蓄圧部71から第1注水ポンプ41への作動油の供給を停止する。このような制御弁45の開閉駆動のタイミングは、制御部82によって制御される。
The
上流側注水系統50は、燃料噴射弁20A、20B、20Cの各燃料通路22の上流側の注水位置に水を注入するための設備である。図1に示すように、上流側注水系統50は、第2注水ポンプ51と、上流側注水管52a、52b、52cと、逆止弁54a、54b、54cと、制御弁55とを備える。
The upstream side
第2注水ポンプ51は、本実施形態に係る注水ポンプの一例である。上流側注水管52aは、一端部が第2注水ポンプ51の第1吐出口に接続され且つ他端部が逆止弁24aを介して燃料噴射弁20Aの燃料通路22に接続されている。第2注水ポンプ51は、上流側注水管52a等を通じて、燃料噴射弁20Aの燃料通路22に水を圧送し、これにより、燃料通路22の上流側の注水位置(すなわち第2注水位置P2)に水を注入する。また、上流側注水管52bは、一端部が第2注水ポンプ51の第2吐出口に接続され且つ他端部が逆止弁(図示せず)を介して燃料噴射弁20Bの燃料通路22に接続されている。第2注水ポンプ51は、上記燃料噴射弁20Aの場合と同様に、上流側注水管52b等を通じて、燃料噴射弁20Bの燃料通路22の第2注水位置P2に水を注入する。また、上流側注水管52cは、一端部が第2注水ポンプ51の第3吐出口に接続され且つ他端部が逆止弁(図示せず)を介して燃料噴射弁20Cの燃料通路22に接続されている。第2注水ポンプ51は、上記燃料噴射弁20Aの場合と同様に、上流側注水管52c等を通じて、燃料噴射弁20Cの燃料通路22の第2注水位置P2に水を注入する。
The second
逆止弁54a、54b、54cは、例えば図1に示すように、上流側注水管52a、52b、52cの各入口端部(第2注水ポンプ51側の端部)に各々設けられる。逆止弁54aは、第2注水ポンプ51側から燃料噴射弁20A側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁54bは、第2注水ポンプ51側から燃料噴射弁20B側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁54cは、第2注水ポンプ51側から燃料噴射弁20C側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。
The
制御弁55は、蓄圧部71から第2注水ポンプ51への作動油の供給を制御する。制御弁55は、燃料噴射弁20A、20B、20Cの噴射休止期間、開状態となって蓄圧部71内の作動油を第2注水ポンプ51に供給する。一方、制御弁55は、燃料噴射弁20A、20B、20Cの燃料および水の噴射期間、閉状態となって蓄圧部71から第2注水ポンプ51への作動油の供給を停止する。このような制御弁55の開閉駆動のタイミングは、制御部82によって制御される。
The
水供給ポンプ61は、第1注水ポンプ41および第2注水ポンプ51に吐出対象の水を供給するためのポンプである。給水管62は、一端部が水供給ポンプ61に接続され且つ他端側が分岐管62a、62bに分岐している。給水管62の一方の分岐管62aは、逆止弁63aを介して第1注水ポンプ41に接続されている。給水管62の他方の分岐管62bは、逆止弁63bを介して第2注水ポンプ51に接続されている。水供給ポンプ61は、給水管62の分岐管62a等を通じて第1注水ポンプ41に吐出対象の水を供給するとともに、給水管62の分岐管62b等を通じて第2注水ポンプ51に吐出対象の水を供給する。逆止弁63aは、水供給ポンプ61側から第1注水ポンプ41側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁63bは、水供給ポンプ61側から第2注水ポンプ51側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。
The
蓄圧部71は、燃料圧送系統30、下流側注水系統40および上流側注水系統50を各々作動させる作動油の圧力を蓄積するものである。図1に示すように、蓄圧部71は、配管等を通じて高圧ポンプ72から吐出(圧送)された作動油を内部の蓄圧室に貯留し、これにより、作動油の圧力を蓄積する。このように蓄圧部71に蓄積される作動油の圧力は、高圧ポンプ72から蓄圧部71への作動油の吐出量によって調整される。蓄圧部71に蓄積された作動油の圧力は、燃料噴射ポンプ31の作動と、第1注水ポンプ41の作動と、第2注水ポンプ51の作動とに共用される。
The
検出部81は、舶用ディーゼルエンジン(図示せず)のクランク角度を検出する。検出部81は、時間の経過に伴ってクランク角度を検出し、その都度、検出したクランク角度を示す電気信号を制御部82に送信する。
The
制御部82は、検出部81から電気信号を受信し、受信した電気信号に示されるクランク角度が所定の回転角度となるタイミングに開状態となるように、燃料圧送系統30の制御弁35の開閉駆動を制御する。制御部82は、この制御弁35の開閉駆動の制御を通して、燃料噴射ポンプ31の作動タイミング、すなわち、燃料噴射弁20A、20B、20Cから燃焼室への燃料および水の噴射タイミングを制御する。この噴射タイミングでは、燃料噴射ポンプ31から圧送された燃料と、第1注水ポンプ41から吐出された水と、第2注水ポンプ51から吐出された水とが、燃料噴射ポンプ31の圧送作用によって燃料噴射弁20A、20B、20Cから燃焼室へ層状に噴射される。その後、燃料噴射弁20A、20B、20Cの各燃料通路22および燃料噴射管32は、噴射されずに残った燃料で満たされた状態となる。
The
また、制御部82は、燃料噴射弁20A、20B、20Cの噴射休止期間において、燃料で満たされた状態にある上記各燃料通路22の下流側の注水位置(第1注水位置P1)および上流側の注水位置(第2注水位置P2)に水が各々注入されるように、第1注水ポンプ41および第2注水ポンプ51の作動タイミングを制御する。この噴射休止期間では、第1注水ポンプ41から吐出された水と、第2注水ポンプ51から吐出された水とが、燃料噴射弁20A、20B、20Cの各燃料通路22に残存する燃料の圧力(燃料残圧)よりも高い圧力で、これら各燃料通路22の第1注水位置P1および第2注水位置P2に各々注入される。
In addition, the
(注水ポンプの構成)
つぎに、本発明の実施形態に係る注水ポンプの構成について説明する。図2は、本発明の実施形態に係る注水ポンプの一構成例を示す側断面模式図である。図3は、図2に示す注水ポンプのA−A線断面模式図である。以下では、本実施形態に係る注水ポンプの一例として、燃料噴射弁20A、20B、20Cの各燃料通路22の第1注水位置P1に水を注入するための第1注水ポンプ41(図1参照)が例示される。また、上述した第2注水ポンプ51の構成は、燃料噴射弁20A、20B、20Cの各燃料通路22に対する注水位置が第1注水ポンプ41と相異する(すなわち第2注水位置P2である)こと以外、第1注水ポンプ41と同様である。
(Structure of water injection pump)
Next, the configuration of the water injection pump according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a schematic side sectional view showing a configuration example of the water injection pump according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of the water injection pump shown in FIG. Hereinafter, as an example of the water injection pump according to the present embodiment, a first water injection pump 41 (see FIG. 1) for injecting water into the first water injection position P1 of each
第1注水ポンプ41は、作動油の圧力を利用して水を吐出する油圧駆動式の注水ポンプである。図2、3に示すように、第1注水ポンプ41は、水シリンダ1と、油圧シリンダ5と、複数(本実施形態では3つ)の水ピストン部6a、6b、6cと、油圧ピストン部7と、連結部8と、付勢部9とを備える。
The first
水シリンダ1は、水ピストン部6a、6b、6cを往復動可能に収容し得る中空の円筒状部材である。詳細には、図2、3に示すように、水シリンダ1は、水を吐出するための内部通路である水吐出通路2a、2b、2cと、これらの水吐出通路2a、2b、2cと連続する内部空間4とを有する。
The
水吐出通路2a、2b、2cは、1つのシリンダに設けられる複数の燃料噴射弁と配管を通じて各々連通する複数の水吐出通路の一例である。図2、3に示すように、水吐出通路2a、2b、2cは、各々、水ピストン部6a、6b、6cが往復方向に摺動し得る形状(例えば円筒形状)に形成される。水吐出通路2a、2b、2cは、各々、水シリンダ1の内部に形成された通路(図示せず)を通じて供給された吐出対象の水を一時貯留する。また、図2、3には図示されていないが、水吐出通路2aの吐出口3a(第1吐出口)には、図1に示した下流側注水管42aが接続されている。水吐出通路2aは、この下流側注水管42aを通じて燃料噴射弁20Aと連通する。水吐出通路2bの吐出口3b(第2吐出口)には、図1に示した下流側注水管42bが接続されている。水吐出通路2bは、この下流側注水管42bを通じて燃料噴射弁20Bと連通する。水吐出通路2cの吐出口3c(第3吐出口)には、図1に示した下流側注水管42cが接続されている。水吐出通路2cは、この下流側注水管42cを通じて燃料噴射弁20Cと連通する。これらの水吐出通路2a、2b、2cは、燃料噴射弁20A、20B、20Cの間で同じ燃料通路の位置に連通する。例えば、水吐出通路2aは、燃料噴射弁20Aの燃料通路22の第1注水位置P1に連通する。これと同様に、水吐出通路2bは、燃料噴射弁20Bの燃料通路22の第1注水位置P1に連通し、水吐出通路2cは、燃料噴射弁20Cの燃料通路22の第1注水位置P1に連通する。
The
内部空間4は、1つの油圧ピストン部7の作動に伴う複数(本実施形態では3つ)の水ピストン部6a、6b、6cの往復動を可能にするための空間である。図2に示すように、内部空間4には、水ピストン部6a、6b、6cの各下側部分と、油圧ピストン部7の上側部分と、これらを連結する連結部8とが、往復動可能に収容される。
The
油圧シリンダ5は、油圧ピストン部7を往復動可能に収容し得る中空の円筒状部材である。詳細には、図2に示すように、油圧シリンダ5は、油圧ピストン部7を作動させる作動油を受け入れるための作動油室5aを有する。作動油室5aは、油圧ピストン部7を往復動可能に収容し得るように形成される。なお、油圧シリンダ5は、取付ボルト10によって水シリンダ1と連結されている。また、油圧シリンダ5の下端部は、図1に示した蓄圧部71や制御弁45等の作動油供給設備に取り付けられる。
The
水ピストン部6a、6b、6cは、1つのシリンダに設けられた複数の燃料噴射弁に対し、複数の水吐出通路内の水を加圧して各々吐出する複数の水ピストン部の一例である。本実施形態において、水ピストン部6a、6b、6cは、例えば、互いに同じ直径を有するピストンであり、図2、3に示すように、水吐出通路2a、2b、2c内に往復動可能に各々設けられる。なお、「水ピストン部6a、6b、6cの各直径が互いに同じ」とは、水ピストン部6a、6b、6cの各直径が製造公差内に収まっていることを意味する。水ピストン部6aは、水吐出通路2a内を摺動しながらピストン軸方向(図2の紙面上下方向)に往復動する。この際、水ピストン部6aは、水吐出通路2aを圧縮する方向に移動して、水吐出通路2a内の水を吐出すべく加圧する。水ピストン部6bは、水吐出通路2b内を摺動しながらピストン軸方向に往復動する。この際、水ピストン部6bは、水吐出通路2bを圧縮する方向に移動して、水吐出通路2b内の水を吐出すべく加圧する。水ピストン部6cは、水吐出通路2c内を摺動しながらピストン軸方向に往復動する。この際、水ピストン部6cは、水吐出通路2cを圧縮する方向に移動して、水吐出通路2c内の水を吐出すべく加圧する。水ピストン部6a、6b、6cは、このように水吐出通路2a、2b、2c内の水を加圧して燃料噴射弁20A、20B、20Cに各々吐出する。
The
油圧ピストン部7は、作動油の圧力を利用して作動するピストンである。図2に示すように、油圧ピストン部7は、ピストン軸方向に往復動し得るように油圧シリンダ5の作動油室5aに収容される。油圧ピストン部7は、作動油室5aに供給された作動油の圧力を利用して、水ピストン部6a、6b、6cを水吐出通路2a、2b、2cの吐出口3a、3b、3c側へ各々移動させる。また、油圧ピストン部7は、作動油室5aから作動油を押し出しながらピストン軸方向に移動(下降)して、作動前の元の位置に復帰する。
The
連結部8は、複数の水ピストン部と1つの油圧ピストン部とを連結する連結部の一例である。詳細には、図2に示すように、連結部8は、一端面に水ピストン部6a、6b、6cの下端部が固定され且つ他端面に油圧ピストン部7の上端部が固定され、この構造により、水ピストン部6a、6b、6cと油圧ピストン部7とを連結して一体化する。また、連結部8は、水シリンダ1の内部空間4に往復動可能に収容される。この連結部8に固定された水ピストン部6a、6b、6cは、油圧ピストン部7と一体となって移動し得る状態になる。
The connecting
付勢部9は、油圧ピストン部7を所定の方向に付勢するものである。例えば、付勢部9は、圧縮ばねまたは空気ばね等によって構成され、図2に示すように、油圧シリンダ5の上部に設けられる。付勢部9には、油圧ピストン部7の突起部(図示せず)が配置されている。付勢部9は、この突起部に付勢力を付与することにより、作動油室5aから作動油を押し出す方向(図2の紙面下方向)に油圧ピストン部7を付勢する。
The urging
(注水ポンプの動作)
つぎに、本発明の実施形態に係る注水ポンプの動作について説明する。図4は、本発明の実施形態に係る注水ポンプの動作を説明するための図である。以下では、図4を参照しつつ、本実施形態に係る注水ポンプの動作の一例として、上述した第1注水ポンプ41の動作を説明する。
(Operation of water injection pump)
Next, the operation of the water injection pump according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the water injection pump according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, the operation of the above-described first
図4に示すように、第1注水ポンプ41は、水の吐出を行う前の段階において、油圧ピストン部7を所定の基準位置に位置させた状態(状態S1)となっている。この際、水吐出通路2a、2b、2cには、図1に示した水供給ポンプ61から給水管62等を通じて吐出対象の水が供給される。これにより、水吐出通路2a、2b、2cは、各々、吐出対象の水で満たされた状態となっている。
As shown in FIG. 4, the first
続いて、第1注水ポンプ41が水の吐出を行う際、油圧シリンダ5の作動油室5aには、図1に示した蓄圧部71から制御弁45等を通じて作動油が供給される。図4に示す状態S2のように、油圧ピストン部7は、作動油室5a内の作動油の圧力を受け、この作動油の圧力を利用して、水吐出通路2a、2b、2cの吐出口3a、3b、3c側に移動(上昇)する。この際、油圧ピストン部7は、付勢部9の付勢力に抗して移動しながら、連結部8とともに水ピストン部6a、6b、6cを上記吐出口3a、3b、3c側へ移動させる。これにより、油圧ピストン部7は、これらの水ピストン部6a、6b、6cを、水吐出通路2a、2b、2cを各々圧縮する方向へ互いに同じリフト量分(好ましくは同じ容積分)移動させる。
Subsequently, when the first
水ピストン部6a、6b、6cは、上記油圧ピストン部7の作用により、互いに移動量(リフト量)を揃えて水吐出通路2a、2b、2c内を各々摺動しながら、水吐出通路2a、2b、2c内の水(吐出対象の水)を各々加圧する。水吐出通路2a内の水は、水ピストン部6aによって加圧されることにより、吐出口3aから、図1に示した逆止弁44aを押し開けて下流側注水管42a内に流入し、この下流側注水管42aを通じて燃料噴射弁20Aの燃料通路22の第1注水位置P1に注入される。水吐出通路2b内の水は、水ピストン部6bによって加圧されることにより、吐出口3bから、図1に示した逆止弁44bを押し開けて下流側注水管42b内に流入し、この下流側注水管42bを通じて燃料噴射弁20Bの燃料通路22の第1注水位置P1に注入される。水吐出通路2c内の水は、水ピストン部6cによって加圧されることにより、吐出口3cから、図1に示した逆止弁44cを押し開けて下流側注水管42c内に流入し、この下流側注水管42cを通じて燃料噴射弁20Cの燃料通路22の第1注水位置P1に注入される。
The
このような第1注水ポンプ41による水の吐出は、作動油室5aに作動油が供給されている期間、すなわち、作動油の圧力を利用して油圧ピストン部7が吐出口3a、3b、3c側へ移動している期間、継続して行われる。ここで、水ピストン部6a、6b、6cに共通する1つの油圧ピストン部7の作用により、水ピストン部6a、6b、6cの各リフト量(好ましくは移動容積)は、強制的に水吐出通路2a、2b、2c間で同じになる。この結果、水吐出通路2a、2b、2cからの各水の吐出量は、水吐出通路2a、2b、2c間でのばらつき(偏り)が抑制されて、互いに同じ量にすることが可能となる。すなわち、水吐出通路2a、2b、2cから燃料噴射弁20A、20B、20Cの各燃料通路22の第1注水位置P1には、燃料噴射弁20A、20B、20C間での燃料残圧のばらつき(高低の違い)によらず、注水量のばらつきが抑制されて互いに同じ量の水が注入され得る。この結果、燃料噴射弁20A、20B、20Cから1つのシリンダ内の燃焼室には、燃料噴射弁20A、20B、20C間で互いに同じ量の燃料と水とを層状に噴射することが可能となる。
The discharge of water by the first
その後、作動油室5a内への作動油の供給が停止された場合、第1注水ポンプ41による1回分の水の吐出が終了する。この際、油圧ピストン部7は、付勢部9の付勢力により、作動油室5a内の作動油(上述した水の吐出に利用された後の作動油)を作動油室5aから油圧シリンダ5の外部へ押し出しながら、現在のリフト位置から元の基準位置に移動する。この油圧ピストン部7の移動に伴い、水ピストン部6a、6b、6cは、水吐出通路2a、2b、2cの圧縮(水の加圧)を解除する方向へ連結部8とともに移動して、図4に示す状態S1のように、水の吐出が行われる前の位置に復帰する。水吐出通路2a、2b、2cには、水供給ポンプ61から給水管62等を通じて吐出対象の水が供給され、これにより、水吐出通路2a、2b、2cは、吐出対象の水で満たされた状態に戻る。
After that, when the supply of the hydraulic oil into the
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る注水ポンプでは、1つのシリンダに設けられる複数の燃料噴射弁と配管を通じて各々連通する複数の水吐出通路を形成し、上記複数の水吐出通路内に複数の水ピストン部を往復動可能に各々設け、上記複数の水ピストン部を、作動油の圧力を利用して作動する油圧ピストン部によって上記複数の水吐出通路の吐出口側へ移動させ、この油圧ピストン部の作用により、上記複数の水ピストン部が、上記複数の水吐出通路内の水を加圧して上記複数の燃料噴射弁に各々吐出するようにしている。特に、本実施形態では、上記複数の水ピストン部と上記油圧ピストン部とを連結部によって連結し、これにより、上記複数の水ピストン部が、前記油圧ピストン部と一体となって移動するようにしている。 As described above, in the water injection pump according to the embodiment of the present invention, a plurality of water discharge passages that communicate with each other through a plurality of fuel injection valves provided in one cylinder are formed, and the plurality of water discharge passages are formed. A plurality of water pistons are provided inside each of them so that they can reciprocate, and the plurality of water pistons are moved to the discharge port side of the plurality of water discharge passages by a hydraulic piston that operates by utilizing the pressure of hydraulic oil. By the action of the hydraulic piston portion, the plurality of water piston portions pressurize the water in the plurality of water discharge passages and discharge the water to the plurality of fuel injection valves, respectively. Particularly, in the present embodiment, the plurality of water piston portions and the hydraulic piston portion are connected by the connecting portion, whereby the plurality of water piston portions are moved integrally with the hydraulic piston portion. ing.
このため、1つの油圧ピストン部の作動によって、上記複数の水ピストン部を互いにリフト量を揃えた状態で往復動させることができる。これにより、上記複数の水ピストン部を、上記複数の水吐出通路を各々圧縮する方向へ互いに同じ容積分移動させることができる。この結果、上記複数の水吐出通路間での各水の吐出量のばらつきを抑制できることから、1つのシリンダに設けられた複数の燃料噴射弁に対する注水を簡易な注水機構の構成で行えるとともに、これら複数の燃料噴射弁間での注水量のばらつきを抑制することができる。 For this reason, the plurality of water piston portions can be reciprocated in a state where the lift amounts are made uniform by the operation of one hydraulic piston portion. Accordingly, the plurality of water piston portions can be moved by the same volume in the directions in which the plurality of water discharge passages are respectively compressed. As a result, since it is possible to suppress the variation in the discharge amount of each water between the plurality of water discharge passages, it is possible to perform the water injection to the plurality of fuel injection valves provided in one cylinder with a simple water injection mechanism configuration. It is possible to suppress variations in the amount of water injection between the plurality of fuel injection valves.
延いては、舶用ディーゼルエンジンの1サイクルあたりに複数の燃料噴射弁から燃焼室へ噴射される燃料の噴射量の、当該複数の燃料噴射弁間でのばらつきを抑制することができる。これにより、燃焼室内での燃料燃焼時の火炎長さや発生熱量のばらつきを抑制できることから、シリンダまたはピストン等の燃焼室に関連する部品の摩耗量のばらつきを抑制するとともに、舶用ディーゼルエンジンの燃焼効率の低下を抑制することができる。 As a result, it is possible to suppress variations in the injection amount of fuel injected from the plurality of fuel injection valves into the combustion chamber per cycle of the marine diesel engine among the plurality of fuel injection valves. As a result, it is possible to suppress variations in the flame length and the amount of heat generated during fuel combustion in the combustion chamber, and thus to suppress variations in the wear amount of parts related to the combustion chamber, such as the cylinder or piston, and to improve the combustion efficiency of the marine diesel engine. Can be suppressed.
また、本発明の実施形態に係る注水ポンプでは、1つの油圧ピストン部の作動によって複数の水ピストン部を往復動させているので、当該油圧ピストン部のリフト量を制御することにより、これら複数の水ピストン部のリフト量を一括して制御することができる。このため、これら複数の水ピストン部のリフト量を互いに揃えるための制御を、簡易な構成で行うことができる。 Further, in the water injection pump according to the embodiment of the present invention, the plurality of water piston portions are reciprocated by the operation of one hydraulic piston portion, and therefore, by controlling the lift amount of the hydraulic piston portion, It is possible to collectively control the lift amount of the water piston portion. Therefore, the control for making the lift amounts of the plurality of water piston portions equal to each other can be performed with a simple configuration.
なお、上述した実施形態では、1つのシリンダに設けられる3つの燃料噴射弁20A、20B、20Cの各燃料通路に水を注入する注水ポンプを例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、本発明に係る注水ポンプは、1つのシリンダに設けられた2つ以上(複数)の燃料噴射弁の各燃料通路に水を各々注入するものであってもよい。
In the above-described embodiment, the water injection pump that injects water into the fuel passages of the three
また、上述した実施形態では、1つの油圧ピストン部7の作用によって3つの水ピストン部6a、6b、6cを動作させる注水ポンプを例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、本発明に係る注水ポンプは、1つの油圧ピストン部の作用によって2つ以上(複数)の水ピストン部を動作させるものであってもよい。すなわち、本発明において、水ピストン部および水吐出通路の各個数は、1つのシリンダに設けられた注水対象の燃料噴射弁の個数に合わせて設定されてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the water injection pump that operates the three
また、上述した実施形態により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention also includes those configured by appropriately combining the above-described constituent elements. In addition, other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above-described embodiments are all included in the scope of the present invention.
1 水シリンダ
2a、2b、2c 水吐出通路
3a、3b、3c 吐出口
4 内部空間
5 油圧シリンダ
5a 作動油室
6a、6b、6c 水ピストン部
7 油圧ピストン部
8 連結部
9 付勢部
10 取付ボルト
20A、20B、20C 燃料噴射弁
21 噴射口
22 燃料通路
23 内部通路
24a、24b 逆止弁
30 燃料圧送系統
31 燃料噴射ポンプ
32 燃料噴射管
32a、32b、32c 分岐管
33 分岐部
35 制御弁
40 下流側注水系統
41 第1注水ポンプ
42a、42b、42c 下流側注水管
44a、44b、44c 逆止弁
45 制御弁
50 上流側注水系統
51 第2注水ポンプ
52a、52b、52c 上流側注水管
54a、54b、54c 逆止弁
55 制御弁
61 水供給ポンプ
62 給水管
62a、62b 分岐管
63a、63b 逆止弁
71 蓄圧部
72 高圧ポンプ
81 検出部
82 制御部
100 燃料噴射系統
P1 第1注水位置
P2 第2注水位置
1
Claims (4)
前記複数の水吐出通路内に往復動可能に各々設けられ、前記複数の水吐出通路内の水を加圧して前記複数の燃料噴射弁に各々吐出する複数の水ピストン部と、
作動油の圧力を利用して、前記複数の水ピストン部を前記複数の水吐出通路の吐出口側へ移動させる油圧ピストン部と、
を備えることを特徴とする注水ポンプ。 A plurality of fuel injection valves provided in one cylinder and a plurality of water discharge passages respectively communicating with each other through piping;
A plurality of water piston portions that are reciprocally provided in the plurality of water discharge passages, pressurize water in the plurality of water discharge passages, and discharge the water into the plurality of fuel injection valves, respectively.
Utilizing the pressure of hydraulic oil, a hydraulic piston portion that moves the plurality of water piston portions to the discharge port side of the plurality of water discharge passages,
A water injection pump characterized by comprising:
前記複数の水ピストン部は、前記油圧ピストン部と一体となって移動することを特徴とする請求項1に記載の注水ポンプ。 A connecting part that connects the plurality of water piston parts and the hydraulic piston part,
The water injection pump according to claim 1, wherein the plurality of water piston portions move integrally with the hydraulic piston portion.
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