JP2021134788A - 封入特性の向上した燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】燃料弁に燃料を送り込む燃料ポンプを提供する。【解決手段】この燃料ポンプは、第１のボア（８４）及び第２のボア（８１）を有するハウジングを備える。油圧駆動作動ピストンが、第１のボアに摺動可能に収容され、退避位置と伸長位置との間で可動に構成される。駆動プランジャ（８０）が、作動ピストンと共に動くように該作動ピストンに接続される。この駆動プランジャは、第２のボアに、第１の間隙（９１）をもって摺動可能に収容される。ポンププランジャ（８７）が、第２のボアに、第２の間隙（９２）をもって摺動可能に収容され、退避位置と伸長位置との間で可動に構成される。封液室（８６）が、駆動プランジャの先端側とポンププランジャ（８７）の基端側との間で、第２のボア内に配置される。ポンプ室（８２）が、ポンププランジャの先端側で第２のボア内に配置される。【選択図】図７

Description

本開示は、大型２ストローク内燃機関の燃料弁に燃料を送り込む燃料ポンプに関し、特に、昇圧器として機能する燃料ポンプに関する。

背景

近年、大型２ストローク内燃機関に対する代替燃料の開発が進んでいる。従来、この種のエンジンは、燃料油又は重燃料油で駆動されてきた。しかし排気規制により、より排気量の少ない代替燃料への移行が促されている。例えば天然ガスなど、これら代替燃料の一部は、環境条件下で気体となり、非常に燃えやすく（着火点が低い）、空気と爆発性混合物を形成するおそれもある。

例えば液化石油ガス（ＬＰＧ）又は液化天然ガス（ＬＮＧ）などの気体燃料を送り込む燃料ポンプは、これら代替燃料が揮発性かつ爆発性であり爆発のリスクがあるため、環境又は潤滑系又は冷却系などエンジンのその他系統の液体に燃料を一切漏らさないものであり得る。したがって、当該代替燃料が、例えば冷却系に漏れると、燃料が漏れていた間に冷却系内に存在したあらゆる液体を交換する必要があり、これは高価な作業である。

一般的に燃料ポンプは、ボア内の間隙に摺動可能に収容された、往復ポンププランジャを備える。ポンププランジャは、退避位置と、伸長位置との間で往復する。退避位置から伸長位置がポンプ行程となり、伸長位置から退避位置が吸引行程となる。ポンプ室は、ポンププランジャの一方側のボア内に設けられる。通常、ポンプ室は第１の一方向弁を介して燃料の供給側に、第２の一方向弁を介して１又は複数の燃料弁に接続される。第１の一方向弁は、燃料の供給からポンプ室への燃料の吸引を可能とする。第２の一方向弁は、ポンプ室から燃料弁への燃料の排出を可能とする。

加圧封液が間隙内に送り込まれることで、燃料がこの間隙に入り込んで、最終的にポンププランジャの他方側に行くことが防止される。燃料が確実にプランジャの他方側に漏れないようにするため、間隙内の封液の圧力が、ポンプ室内の燃料の圧力よりも高いことが保証されると有利である。しかし、燃料室内の圧力は、吸引行程時の燃料ポンプに燃料が供給される圧力におおよそ対応する低レベルから、ポンプ行程時のポンプの出力圧力に対応する高レベルまで変動する。封液の供給圧力は、ポンプ行程時のポンプ室内の燃料の最高圧力よりも高くなるように選択可能である。これにより、燃料が間隙に入らないことが保証される。しかし、この場合、間隙内の圧力は常にポンプ室内の圧力よりも高くなり、吸引行程時はかなり高くなるため、封液のポンプ室内への定常流が生じる。さらに、ポンプ室内の最低及び最高圧力間の任意の圧力で封液を供給し、間隙の軸方向長さと、間隙に封液が供給される位置と、ポンプ室内に間隙が開いている位置との間の軸方向距離が、間隙内への一時的な燃料の流れ込みを吸収するのに十分であることを保証することも知られている。したがって、ポンプ行程時には、封液圧力がポンプ行程時の燃料圧力よりも低いため、燃料は間隙に入る。ポンプ行程時に間隙に入ったこの燃料は、その後吸引行程時に、吸引行程時の燃料圧力よりも封液圧力が高いことにより、間隙から排出される。しかし、安全性を担保するため、封液が供給される圧力は、間隙内に燃料よりも封液が多く入るように選択される。したがって、燃料内に入ってしまう封液の量は結局多くなり、燃料が封液で汚染される。封液は一般的に鉱油であるため、これが代替燃料を汚染すると、排気レベルが上がってしまう。

米国特許出願公開第２０１９／００３４０６号は、請求項１のプリアンブルに係る燃料弁を開示している。

摘要

上述の問題点を克服する、又は少なくとも抑制する燃料ポンプを提供することを課題とする。

上述の目的やその他の目的は、独立請求項の特徴によって達成される。さらなる実装の形態は、従属請求項、明細書、及び図面から明白である。

第１の態様によると、燃料弁に燃料を送り込む燃料ポンプが提供される。この燃料ポンプは、
ハウジングと、
前記ハウジング内の第１のボアに摺動可能に収容され、退避位置と伸長位置との間で可動に構成された油圧駆動作動ピストンと、
前記作動ピストンと共に動くように、前記作動ピストンに動作可能に接続される駆動プランジャであって、前記ハウジング内の第２のボアに、第１の間隙をもって摺動可能に収容される前記駆動プランジャと、
前記第２のボアに、第２の間隙をもって摺動可能に収容され、退避位置と伸長位置との間で可動に構成されたポンププランジャと、
前記駆動プランジャの先端側と前記ポンププランジャの基端側との間で、前記第２のボア内に配置された封液室と、
前記ポンププランジャの先端側で前記第２のボア内のポンプ室と、
を備える。

本発明者らは、間隙に封液が供給される圧力が、ポンプ室内の燃料の変動する圧力に追従することが理想的であると見出した。これにより、封液の圧力が常に燃料圧力と同じか、若干高くなるように選択される。燃料の圧力の変動に追従する圧力で封液を供給するシステムを単に追加しようとすると、燃料ポンプがかなり複雑で高価になってしまう。しかし、本発明者らは、燃料ポンプを複雑化せずにそのようなシステムを作成可能であることを発見した。即ち、単一のボア内で一体に動く２つのプランジャを、封液室をその間に置いて直列に配置するのである。これによって、２つのプランジャが直接接触することなく、これらのプランジャの一方が他方を押す駆動プランジャとして作用し、封液室内の圧力によって、ポンププランジャを駆動プランジャの動きに追従させる。

ポンプ室内の圧力が上がると、それに合わせて封液室内の圧力も上昇する。したがって、ポンププランジャの周りの間隙には、その軸方向の両端と同一の圧力がかかる。軸方向基端には封液室内の圧力がかかり、軸方向先端にはポンプ室内の圧力がかかる。

好ましくは、燃料がポンプに供給される圧力よりも若干高い圧力で、封液がポンプに供給される。したがって、時間全体でみると、ポンププランジャ周囲の間隙を通過する流れの方向は基本的に、封液室からポンプ室への方向となることが保証される。したがって、燃料が決してポンププランジャの基端側には到達しないことが保証される。封液と燃料との供給圧力の差を適切に選択することで、不要に大量の封液をポンプ室に流し込むことなく、必要な安全域が保たれるように、当該流れの大きさが調節可能である。

第１の態様の可能な実装形態では、前記燃料ポンプは、加圧封液源に、前記封液室を前記封液供給口に流体接続する封液供給チャネルを接続する封液口を備える。

第１の態様の可能な実装形態では、前記作動ピストンがその退避位置にあるときに、前記封液供給チャネルは、前記駆動プランジャの前記先端に近い位置で前記封液室に向かって開口している。

第１の態様の可能な実装形態では、前記作動ピストンがその退避位置と伸長位置との間の任意の位置にあるときに、前記駆動プランジャは、前記封液チャネルを前記封液室から分離する。

第１の態様の可能な実装形態では、前記燃料ポンプは、封液戻りチャネルを備え、この封液戻りチャネルは、封液戻り口に接続し、前記ポンププランジャがその退避位置と伸長位置との間の任意の位置にあるときに、前記第２の間隙に向かって開口する。

第１の態様の可能な実装形態では、前記燃料ポンプは、前記ポンププランジャの前記基端側と前記駆動プランジャの前記先端側との間に配置される弾性要素を備える。

第１の態様の可能な実装形態では、前記燃料ポンプは、前記駆動プランジャの前記先端と前記ポンププランジャの前記基端との間の最大距離を制限する機械的エンドストップを備える。

第１の態様の可能な実装形態では、前記燃料ポンプは、燃料入口と、前記燃料入口を前記ポンプ室に接続する燃料供給チャネルと、を備える。好ましくは、第１の一方向弁が前記燃料供給チャネルに配置され、この第１の一方向弁は、前記燃料入口から前記ポンプ室への流れを可能にし、前記ポンプ室から前記燃料入口への流れを防ぐ。

第１の態様の可能な実装形態では、前記燃料ポンプは、前記燃料室に接続する燃料出口チャネルを備える。好ましくは、この燃料出口チャネルは、前記出口チャネルを通って前記ポンプ室に向かう流れを防ぐ第２の一方向弁を備える。

第１の態様の可能な実装形態では、前記第２のボアは、前記第１のボアに揃えられている。

第１の態様の可能な実装形態では、前記封液口は、第１の圧力で封液源に接続され、前記ポンプ室は、第２の圧力で加圧燃料源に接続され、前記封液口は、第３の圧力で封液循環回路に接続され、ここで、前記第１の圧力は前記第２の圧力よりも高く、前記第２の圧力は好ましくは前記第３の圧力よりも高い。

第１の態様の可能な実装形態では、前記駆動プランジャ及び前記ポンププランジャは、前記第２のボア内に直列に配置され、これによって、前記封液室が前記駆動プランジャと前記ポンププランジャとの間に配置された状態で、前記駆動プランジャ及び前記ポンププランジャは、前記第２のボア内で一体に動く。

第１の態様の可能な実装形態では、前記燃料ポンプにおいて、前記ポンププランジャは、その退避位置から伸長位置へと動くときに、ポンプ行程を実施し、その伸長位置から退避位置へと動くときに、吸引行程を実施する。

第１の態様の可能な実装形態では、前記駆動プランジャは、ポンプ行程中に、前記駆動プランジャと前記ポンププランジャとが直接接触することなく、前記ポンププランジャを押し、前記封液室内の圧力によって、前記ポンププランジャを前記駆動プランジャの動きに追従させる。

第１の態様の可能な実装形態では、前記燃料ポンプは、第１の圧力で封液源に接続され、第２の圧力で燃料源に接続され、ここで、前記第１の圧力は前記第２の圧力よりも高い。

第１の態様の可能な実装形態では、作動室が前記作動ピストンの前記基端側の前記第１のボア内に配置される。

第１の態様の可能な実装形態では、前記第２のボアの直径は、前記第１のボアの直径よりも大きく、これによって、前記燃料ポンプを昇圧器へと入り込ませる。

好ましくは、前記封液は封油である。

第２の態様によると、燃料弁が提供される。この燃料弁は、第１の態様又はその可能な実装のいずれかに係る燃料ポンプを備え、前記燃料ポンプは、好ましくは前記燃料弁のハウジング内に配置される。

第２の態様の可能な実装では、前記燃料弁は、ノズルと、前記ポンプ室から前記ノズルへの流れを制御する弁ニードルと、を備える。

第２の態様の可能な実装では、前記弁ニードルは、前記燃料弁内の弁座と協働し、前記弁ニードルは、前記弁座から浮くと、前記ポンプ室から前記ノズルへの流れを可能にし、前記弁ニードルの浮きは、制御信号によって制御され、好ましくは前記燃料の圧力によっては制御されない。

第３の態様によると、複数のクロスヘッドを有する大型２ストロークユニフロー掃気ターボ加給式内燃機関が提供される。この内燃機関は、第１の態様又はその可能な実装のいずれかに係る燃料ポンプを備え、又は、第２の態様又はその可能な実装のいずれかに係る燃料弁を備える。

これらの態様及びその他の態様は、後述の実施形態から明白となる。

以下、本開示、態様、実施形態、及び実装の詳細を、図面に示される例示的実施形態を参照してより詳しく説明する。

例示的実施形態に係る大型２ストロークディーゼルエンジンの正面立面図である。

図１の大型２ストロークエンジンの側面立面図である。

図１に係る大型２ストロークエンジンの模式図である。

図１及び図２のエンジンに使用される燃料弁の実施形態の模式図であり、燃料弁に接続された液体源を示す。

実施形態に係る燃料ポンプを備える、実施形態に係る燃料弁の立面図である。

図５の燃料弁の断面図であり、実施形態に係る燃料ポンプ及び昇圧器を示す。 図５の燃料弁の断面図であり、実施形態に係る燃料ポンプ及び昇圧器を示す。 図５の燃料弁の断面図であり、実施形態に係る燃料ポンプ及び昇圧器を示す。

詳細説明

以下の詳細説明において、燃料ポンプ、昇圧器、燃料弁、及び内燃機関を説明し、これらの燃料ポンプ、昇圧器、燃料弁は、例示的実施形態における複数のクロスヘッドを有する大型２ストローク低速ユニフローターボ加給式加圧点火内燃機関を参照して説明する。

図１、図２、及び図３は、クランクシャフト８及び複数のクロスヘッド９を有する大型低速ターボ加給式２ストローク低速ディーゼルエンジンを示す。図３は、大型低速ターボ加給式２ストロークディーゼルエンジンをその吸気及び排気系と共に示す模式図である。この例示的実施形態において、本エンジンは直列６気筒を有する。一般的な大型低速ターボ加給式２ストロークディーゼルエンジンは、４から１４本のシリンダーが直列に並んでいる。これらのシリンダーは、エンジンフレーム１１に搭載されたシリンダーフレーム２３に搭載される。エンジンは、例えば、船舶のメインエンジン、又は発電所内で発電機を動作させる固定エンジンとして利用され得る。エンジンの総出力は、例えば、１，０００から１１０，０００ｋＷの範囲であり得る。

本字例示的実施形態におけるエンジンは、２ストロークユニフロー式加圧点火エンジンであって、シリンダーライナー１の下部領域に掃気口１８を有し、シリンダーライナー１の頂部に中央排気弁４を有する。掃気は、掃気レシーバ２から個別のシリンダー１の掃気口１８に送られる。シリンダーライナー１内のピストン１０が掃気を加圧する。燃料がシリンダーカバー２２における燃料弁５０を通じて注入される。さらに燃焼が行われ、排気ガスが生成される。燃料弁５０は、低速点火液体燃料を燃焼室に注入するのに適している。燃料の例としては、液化石油ガス（ＬＰＧ）が挙げられる。液体燃料のその他の例としては、メタノール、エタノール、ガソリン、ＤＭＥ、ＮＨ３が挙げられる。

これら燃料は通常、引火点が低いことから、ポンプ外への、又は他の系統内への一切の流出を防止する必要がある。他の系統の例としては、制御油系、潤滑油系、冷却系が挙げられる。

燃料は、好ましくは液体形式で燃焼弁内に送られ、燃料弁のノズル孔から燃焼室内に注入される。燃料は、例えば５０バールの燃料供給圧力で、燃料弁に供給される。

実施形態において、エンジンにはさらに、従来の燃料を供給するための燃料供給系（不図示）が設けられる。この燃料供給系は、従来の燃料（例えば、燃料油、船舶用ディーゼル、又は重燃料油など）を燃焼室内に注入するための専用燃料弁を含む。

排気弁４が開くと、排気ガスがシリンダー１に対応する排気ダクトを通じて排気ガスレシーバ３内に流れ、さらに第１の排気管１９を通じてターボチャージャー５のタービン６に流れる。ここから、排気ガスは第２の排気管を通じて、イコノマイザ２０を介して出口２１、さらに大気へと排出される。吸気口１２を通じて新鮮な空気が供給されたコンプレッサ７が、タービン６によりシャフトを通じて駆動される。コンプレッサ７は、加圧掃気を、掃気レシーバ２に続く掃気管１３に送る。掃気管１３内の掃気はインタークーラ１４内を通過することで冷却される。

冷却掃気は、ターボチャージャー５のコンプレッサ７が掃気レシーバ２に対して十分な圧力を送り込まない場合、即ちエンジンの低又は部分負荷条件下で、電気モータ１７に駆動され掃気流を加圧する補助ブロワ１６を通過する。エンジン負荷が高ければ、ターボチャージャーコンプレッサ７は十分に加圧された掃気を送り込むため、逆止弁１５を介して補助ブロワ１６が迂回される。

略一定の圧力及び温度で、液体状態で燃料供給系３０により供給される、例えば、ＬＰＧ、エタノール、ガソリン、ＤＭＥ、又はＮＨ３などの代替燃料により、エンジンは少なくとも１つの動作モードで動作される。しかし、燃料供給系３０の詳細、及び供給される燃料の種類によっては、温度及び圧力の若干の変動は避けられない。さらに、燃料の組成も若干変動し得る。一実施形態において、エンジンは二元燃料エンジンであり、燃料油又は重燃料油などの従来の燃料を供給するための従来の燃料供給系（図示していない）も設けられ得る。

燃料供給系３０は、供給管３１を介して、比較的低供給圧力（例えば、約８から約１００バールの圧力）で、燃料を燃料注入弁５０に供給する。

図４は、燃料弁５０を示す図面である。燃料弁５０は、加圧燃料源６０に接続され、加圧封液源５７に接続され、第１の電子制御下制御弁４１及び第２の電子制御下制御弁４５を介して加圧作動液（例えば、制御油）源３９に接続される。

燃料供給管３１は、加圧燃料源６０から、燃料弁５０のハウジングの燃料入口まで延びる。第２の電子制御弁４５は、燃料注入イベントを制御する。燃料弁５０は、同時に注入圧力まで燃料を加圧する昇圧器（図５から８に示す）としても作動可能な、燃料ポンプ４０を備える。燃料ポンプ４０は、第１の制御弁４１の制御下で、油圧作動する。

図５から８に示すように、燃料弁５０は、先端部５３及び基端部５９を有する、細長弁ハウジング５２を備える。ノズル５４は、故障又は摩耗時に容易に交換できるように、細長弁ハウジング５２の先端に着脱可能に取り付けられている。ノズル５４には、燃焼室内への燃料噴射を生成するための、複数のノズル孔（不図示）が設けられる。

基端部５９は、作動室８５に接続された作動流体入口７８を備える。基端部５９は、燃料弁５０がシリンダーカバー２２内に装着されると、シリンダーカバー２２から突出する。本実施形態において、燃料弁５０は、シリンダーカバー２２内で、中央排気弁４の周りに、即ち、シリンダーライナー１の壁の比較的近くに配置される。細長弁ハウジング５２及びノズル５４も含めて燃料注入弁５０のその他の構成要素は、工具鋼又はステンレス鋼などの鋼鉄製の実施形態である。

ノズル５４は、ノズル体の一部を囲いそれを固定し、細長弁ハウジング５２の先端部５３を部分的に囲うユニオンナット５５により、弁ハウジング５２の先端に接続される。先端部５３には、軸方向可動弁ニードル６１が、小さな間隙をもって摺動可能に収容された、軸方向ボアが設けられる。軸方向ボアは、弁座６３に最も近い部分の直径が、弁ニードル６１の直径よりも十分に大きいことにより、弁ニードル６１を囲む燃料空洞５８が形成される。燃料空洞５８は、燃料空洞５８内に配置されたコイルばね（不図示）用のばね室ともなる。このコイルばねは、弁座６３に向けて弁ニードルを付勢するように構成される。

ノズル体内の軸方向ボアの、最もノズル５４先端から離れた部分は、ニードル作動ピストン６２の直径に一致するほど拡大した直径を有する。ニードル作動ピストン６２の圧力面は、ニードル作動室８８に面する。

ニードル作動室８８は、制御油チャネル（不図示）及び制御油口（不図示）を介して、制御油管４４に流体接続される。したがって、第２の電子制御下制御弁４５が制御管４４をタンクに接続するとすぐに、ニードル作動室８８内で圧力が低下し、燃料空洞５８内で弁ニードル６１に作用する燃料圧力により生成された力が、コイルばねの付勢を上回ることで、弁ニードル６１が弁座６３から浮く。したがって、弁ニードル６１は、あらかじめ張力を掛けられているコイル線ばねにより、その閉位置に向かって、弾性的に付勢される。好ましくは円錐形の弁ニードル６１は閉位置において、その先端が、先端部５３の先端で、好ましくは円錐形の弁座６３に当接する。これにより、燃料空洞５８と、ノズル５４との流体接続が実質的に遮断される。弁ニードル６１が弁座６３から浮くと、即ち弁ニードル６１に、コイル線ばねの付勢に抗して燃料弁５０の基端に向かって力がかかると、燃料空洞５８と、ノズル５４との間が流体接続する。ニードル作動室８８が圧力低下し、弁ニードル６１に作用する燃料空洞５８内の燃料の圧力が、コイル線ばね６８の付勢を上回ると、弁ニードル６１が浮く。ここで、弁ニードル６１の弁座６３での直径は、軸方向ボア内に収容された弁ニードル６１の直径よりも小さい。

第２の電子制御下制御弁４５により制御信号管４８が加圧制御源３９に接続され、ニードル作動室８８が加圧されると、弁ニードル６１が弁座に戻る。

燃料ポンプ／昇圧器４０は、より小径の駆動プランジャ８０に接続され、それと共に動くより大径の作動ピストン８３を備える。したがって、駆動プランジャ８０は、作動ピストン８３と共に動くように、作動ピストン８３に動作可能に接続される。図示の実施形態において、作動ピストン８３及び駆動プランジャ８０は、一体化された１つの部材として形成されるが、駆動プランジャ８０は作動ピストン８３と共に動くように、例えばロッドにより、単に作動ピストン８３に動作可能に接続されればよいということを理解されたい。

作動プランジャ８３には、図６及び７に示す退避位置と、図８に示す伸長位置がある。駆動プランジャ８０は作動ピストン８３と共に動くため、駆動プランジャ８０にも対応する退避及び伸長位置がある。

作動ピストン８３は、ポンプ／燃料弁ハウジング５２内の第１のボア８４内に、摺動可能に収容される。駆動プランジャ８０は、ポンプ／燃料弁ハウジング５２内に配置された第２のボア８１に、第１の間隙９１をもって摺動可能に収容される。

作動ピストン８３の基端側は、第１の制御弁４１の制御下で加圧作動液源３９又はタンクに接続可能な作動室８４に面する。

駆動プランジャ８０の先端側は、 封液供給チャネル９３を介して封液入口７０に接続される封液室８６に面する。封液入口は、封液供給ライン３６を通じて加圧封液源５７に接続される。

ポンププランジャ８７は、第２のボア８１に、第２の間隙９２をもって摺動可能に収容される。ポンププランジャ８７は、退避位置と、伸長位置との間で移動可能である。封液室８６は、第２のボア８１内で、駆動プランジャ８０の先端側と、ポンププランジャ８７の基端側との間に配置される。

ポンプ室８２は、第２のボア８１内で、ポンププランジャ８７の先端側に配置される。

したがって、第２のボア８１内で、駆動プランジャ８０とポンププランジャ８７との間に封液室８６が配置された状態で、駆動プランジャ８０及びポンププランジャ８７が第２のボア８１内で一体に動くように、駆動プランジャ８０及びポンププランジャ８７は直列に配置される。

ポンププランジャ８７は、その退避位置から伸長位置に移動する際にポンプ行程を実行し、その伸長位置から退避位置に移動する際に吸引行程を実行する。

駆動プランジャ８０はポンプ行程時に、駆動プランジャ８０とポンププランジャ８７とが直接接触することなく、ポンププランジャ８７を押す。封液室８６内の圧力によって、ポンププランジャ８７を駆動プランジャ８０の動きに追従させる。

ポンプ／弁ハウジング５２内の封液供給チャネル９３は、作動ピストン８３がその退避位置にある際、封液室８６を封液供給口７０に流体接続する。作動ピストン８３及び駆動プランジャ８０がそれぞれの退避位置にある際、駆動プランジャ８０の先端に近い位置で、封液供給チャネル９３が封液室８６に開口している。

駆動プランジャ８０は、その退避位置と伸長位置との間の任意の位置にあるときに、封液供給チャネル９３を封液室８６から分離する。即ち、駆動プランジャ８０が退避位置にある場合にのみ（図６及び図７に示す）、封液室８６は封液供給チャネル９３に接続される。分離した場合、封液供給チャネル９３は代わりに第１の間隙９１に開口している。

実施形態において、好ましくはコイルばね４２である弾性要素が、ポンププランジャ８７の基端側と、前記駆動プランジャ８０の先端側との間に配置される。弾性要素は、ポンプ行程後に、封液室８６の容積が完全に回復することを追加で保証するものである（ポンプ行程後に封液室８６の容積が完全に回復することをまず保証するのは、駆動プランジャ８０がその退避位置にある際に、封液供給チャネル９３を通じて封液室に供給される封液の圧力である）。

実施形態において、駆動プランジャ８０の先端とポンププランジャ８７の基端との間の最大距離を制限する機械的エンドストップが提供される。機械的エンドストップは、駆動プランジャ８０の先端から突出する偏心突起３２を含む。偏心突起３２は、ポンププランジャ８７の基端側の窪み３５内へと突出する。偏心突起３２は、その先端に、外向きフランジ３３が設けられる。窪み３５の開口部には、内向きフランジ３４が設けられる。外向きフランジ３３が内向きフランジ３４に当接することで、駆動プランジャ８０の先端と、ポンププランジャ８７の基端との間の距離が所与の最大値を超えないことを保証するエンドストップが形成される。突起３２が偏心していることで、例えば燃料ポンプ４０の組み立て又は分解の際に、駆動プランジャ８０のポンププランジャ８７に対する回転により、ストップが解除可能である。

封液口７０は、第１の圧力で封液源５７に接続される。ポンプ室８２は、第２の圧力で加圧燃料源６０に接続される。封液口は、第３の圧力で封液戻りライン３７に接続される。好ましくは、第１の圧力は第２の圧力よりも高く、第２の圧力は好ましくは第３の圧力よりも高い。一例において、第１の圧力は約８０バールで、第２の圧力は約５０バールで、第３の圧力は約４２バールである。ただし、第１の圧力は１５〜２００バールであり得、第２の圧力は１０〜１００バールであり得、第３の圧力は５〜９５バールであり得る。

ポンプ室８２は、ハウジング５２内の第１の一方向弁（不図示）を介して燃料供給管３１に接続され、燃料空洞５８に高圧燃料を送り込むため、ハウジング５２内の高圧燃料供給ライン（不図示）に接続される。ハウジング５２内の第２の一方向弁９０は、燃料空洞５８からポンプ室８２への燃料の逆流を防止する。

供給管３１内の燃料の供給圧力は、作動室８５がタンクに接続された際に、ポンププランジャ８７に吸引行程を完了させるのに十分である。ポンププランジャ８７は、その吸引行程時に、駆動プランジャ８０を駆動し、それにより、作動ピストン８３をその退避位置に戻す。実施形態において、位置センサ（不図示）は作動ピストン８３（又は駆動プランジャ８０）の位置を検知し、作動ピストン８３／駆動プランジャ８０の位置を電子制御ユニット２５に伝達する。

第１の電子制御下制御弁４１は、作動管４４を介して燃料弁５０内の作動室８５に接続され、高圧作動液源と、タンクとに接続される。第１の電子制御下制御弁４１は、第１の信号ケーブル２６を介して電子制御ユニット２５に接続される。

ポンプ室内の燃料を加圧する際に、作動室８５を加圧制御油源３９に接続するため、電子制御ユニット２５は、第１の電子制御下制御弁４１に指令信号を発する。このとき、作動ピストン８３は図６及び図７に示す退避位置にある。駆動プランジャ８０及びプランジャ８７も、図６及び図７に示すようにそれぞれの退避位置にある。ポンプ室８１はその最大サイズとなり、燃料が充填される。封液室８６もその最大サイズとなり、封液が充填される。

作動室８５を加圧すると、作動室８５内で作動ピストン８３にかかる圧力が、作動ピストン８３及び駆動プランジャ８０をそれぞれの伸長位置に駆動する。封液室８６内の封液は、基本的に封液室８６内に封入される（流れを大幅に制限する、第１及び第２の間隙９１、９２を介してのみ流出可能である）。したがって、駆動プランジャ８０の移動により、封液室８６が加圧され、それによりポンププランジャ８７がその伸長位置に駆動されて、ポンプ行程が生じる。ポンププランジャ８７をその伸長位置に移動させることで、ポンプ室８２の容積が減少し、ポンプ室８２内の燃料が加圧されて、ポンプ室内の燃料がポンプ室出口６６に送り込まれる。

駆動プランジャ８０がその退避位置から伸長位置へと若干移動するとすぐに、封液室８６と封液供給チャネル９３との間の接続が遮断される。したがって、封液室８６内の封液が、基本的に封入され、第１の間隙９１及び第２の間隙９２を介してのみ封液室から流出可能となる。

ポンププランジャ８７と第２のボア８１との間の第１の間隙９２内では、液体（主に封液で多少の燃料）の粘性抵抗による、若干の粘性抵抗力以外に、ポンププランジャ８７に作用する実質的な機械的力はないため、封液室８６内の圧力は、ポンプ室８２内の圧力と基本的に同じとなる。

したがって、封液室８６内の封液の圧力は、ポンプ室８２内の燃料の圧力の変化に本質的に追従する。したがって、封液室８６から第２の間隙９２に入る封液の圧力が、常にポンプ室８２から第２の間隙９２に入る燃料の圧力と同じとなることが保証される。

ポンプ行程において、第１の間隙９１及び第２の間隙９２に少量の封液が入る。これにより、図８に示すように、ポンプ行程において封液室８６の容積は若干減少する。

ポンプ行程が終わり、駆動プランジャ８０及びポンププランジャ８７が、おおよそ図８に示す位置に来ると、第２の電子制御下制御弁４５は作動室８５をタンクに接続する。これにより、作動室８５内の圧力が低くなることが保証される（例えば、約４から１８バール）。

ポンプ室８２内の燃料の圧力は、燃料はポンプ室８２に供給される圧力に等しい。この圧力は、ポンププランジャ８７に、その伸長位置から退避位置へと、吸引行程を実行させるのに十分である。ポンププランジャ８７の吸引行程によって、封液室８６内に封入されている封液により、作動ピストン８３と共に、駆動プランジャ８０をその伸長位置から退避位置へと移動させる。駆動プランジャ８７がその退避位置に戻ると、封液室８６は再び封液供給チャネル９３に接続され、封液室８６が最大容積まで再充填される（さらに、機械的エンドストップにより、封液室８６の膨張は防止される）。したがって、駆動プランジャ８０及びポンププランジャ８７は図６及び７に示すそれぞれの退避位置に戻り、燃料ポンプ４０が次のポンプサイクルを行う準備が整う。

実施形態において、各シリンダーはシリンダーカバー２２内で、中心に配置された排気弁４の周りに２つか３つの燃料弁５０が設けられる。

図４に示すように、各燃料弁５０は、封液供給ライン３６を介して加圧封液５７の供給部と、封液戻りライン３７とに接続される。実施形態において、燃料弁５０を通じた封液の流れは、封液が燃料弁５０に対する冷媒としても作用するように比較的大量である。

各燃料弁５０は、燃料弁作動信号管４８に接続される。第２の電子制御下制御弁４５により、燃料弁作動信号管４８内の圧力が制御される。第２の油圧制御弁４５は好ましくは比例弁であり、作動信号管４８を高圧作動液源３９又はタンクに接続するように構成される。一実施形態において、第２の油圧制御弁４５は比例弁であるため、高圧作動液源３９とタンクとの接続の間の任意の中間位置が考えられる。第２の電子制御下制御弁４５は、第２の信号ケーブル２８を介して電子制御ユニット２５に接続される。電子制御ユニット２５は、第２の電子制御下制御弁４５の位置が通知される。

第１の油圧制御弁４１は、好ましくは比例弁であり、作動管４４を高圧作動液源３９又はタンクに接続するように構成される。第１の油圧制御弁４１は、昇圧器４０に送られる、作動管４４内の圧力を変えることが可能な比例弁であるため、燃料ポンプ／昇圧器４０の効果を変えることが可能である。

電子制御ユニット２５は、図４において破線として示される信号ケーブルを介して、各種センサから信号を受信する。各種センサからの信号は、例えば、掃気圧力、ピーク燃焼室圧力温度、排気圧力、温度、クランク角度、及び速度を示す。ただしこれら列挙されたものに限定されることはなく、何が示されるかはエンジンの構成、例えば、排気ガス再循環を含むか、ターボチャージャーを含むかなどに依存する。電子制御ユニット２５は、燃料注入弁５０を制御する。即ち、電子制御ユニットはいつ燃料弁５０を開く必要があるか判定し（燃料注入イベント開始）、開いている時間を決定する（燃料注入イベント期間）。電子制御ユニット２５はさらに、燃料ポンプ／昇圧器４０の動作を制御する。即ち、昇圧器４０の加圧タイミングと、燃料ポンプ／昇圧器４０の加圧の期間についてである。実施形態において、電子制御ユニット２５はさらに、燃料ポンプ／昇圧器４０の作動室８５の加圧レベルを制御する。

燃料注入タイミングは、大型２ストロークターボ加給式ディーゼルエンジン（加圧点火エンジン）における燃焼圧力に大きな影響がある。また、燃焼圧力とエンジンが送り込むトルクは、クランクシャフト角度、又はエンジンサイクルに対する燃料弁５０の開放タイミングに大いに依存する。シリンダー１への燃料の量も、燃料弁５０の開放期間に依存し、期間が長くなるほど、エンジン回転毎にシリンダー１への燃料の量が増加する。

電子制御ユニット２５は、第２の信号ケーブル２８を介した第２の電子制御下制御弁４５への電気信号により、燃料弁５０の開放タイミングを制御するように構成される。電子制御弁４５は信号を受信すると、位置を変えて、作動信号管４８を高圧作動液源に接続する。作動信号管４８内の高圧は、燃料弁５０を開く。即ち、弁ニードル６１を浮いた位置に移動する。

実施形態において、燃料ポンプ／昇圧器４０と、燃料弁５０とは別個の物理的ユニット（不図示）である。別の実施形態において、燃料ポンプ／昇圧器４０は燃料弁５０と一体となる。図５から８には燃料ポンプ／昇圧器４０が一体化された燃料弁５０の実施形態を示す。

図示の実施形態において、燃料ポンプ４０は燃料弁５０と一体である。ただし、不図示のある実施形態においては、燃料ポンプは、独自のハウジングとポートを有する、燃料弁と別個の実態であることを理解されたい。

図示の実施形態において、第１のボア８４及び作動ピストン８３の直径は、第２のボア８１、駆動プランジャ８０、ポンププランジャ８７の直径よりも大きい。これにより、燃料ポンプが昇圧器／増圧器となる。しかし、不図示のある実施形態においては、第１のボア及び作動ピストン８３の直径は、第２のボア８１、駆動プランジャ８０、ポンププランジャ８７の直径と等しくなる。この場合、第１及び第２のボア８４、８１は、燃料ポンプのハウジング内の同一のボアとなり得、燃料ポンプは単に燃料ポンプであり、昇圧器とはならない。

各種態様及び実装を本明細書における各種実施形態と併せて説明してきた。ただし、図面、本開示、及び添付の請求の範囲を参酌することにより、特許請求されている主題を実施するに当たって、当業者であれば、開示された実施形態に対するその他の変形を理解可能であり、実現可能である。請求の範囲において、「備える」、「含む」という語は他の要素や工程を排除するものではなく、また、単数での記載は複数形を排除するものでもない。単一のプロセッサ又はその他のユニットによって、請求項に記載された複数の品目の機能を果たしてもよい。ある手段が互いに別個の従属請求項に記載されていることが即ち、これらの手段を効果が得られるように組み合わせて用いることができないと示すものではない。

請求項で使用されている参照符号は、請求の範囲を限定するように解釈されるものではない。別途記載のない限り、図面（例えば、クロスハッチング、部品、部分、度合いなどの配置）は明細書と併せて見ることが意図されており、本開示の書面による説明全体の一部であるとみなされる。本明細書における「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」及び「下」という用語や、これらの形容詞形や副詞形（例えば、「水平に」、「右側に」、「上側に」など）は、特定の図面を見る人に面して置いた場合の、図示された構造の向きを単に示すものである。同様に、「内側に」及び「外側に」という用語は、概してある表面の向きを、適宜、その延在方向の軸又は回転軸に対して示すものである。

Claims (19)

1. 燃料弁に燃料を送り込む燃料ポンプ（４０）であって、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内の第１のボア（８４）に摺動可能に収容され、退避位置と伸長位置との間で可動に構成された油圧駆動作動ピストン（８３）と、
   前記作動ピストン（８３）と共に動くように、前記作動ピストン（８３）に動作可能に接続される駆動プランジャ（８０）であって、前記ハウジング内の第２のボア（８１）に、第１の間隙（９１）をもって摺動可能に収容される前記駆動プランジャ（８０）と、
   を備え、
   前記第２のボア（８１）に、第２の間隙（９２）をもって摺動可能に収容され、退避位置と伸長位置との間で可動に構成されたポンププランジャ（８７）と、
   前記駆動プランジャ（８０）の先端側と前記ポンププランジャ（８７）の基端側との間で、前記第２のボア（８１）内に配置された封液室（８６）と、
   前記ポンププランジャ（８７）の先端側で前記第２のボア（８１）内のポンプ室（８２）と、
   を備えることを特徴とする、燃料ポンプ。
2. 加圧封液源（５７）に、封液供給チャネル（９３）を接続する封液供給口（７０）を備え、前記封液供給チャネル（９３）は、前記作動ピストン（８３）がその退避位置にあるときに、前記封液室（８６）を前記封液供給口（７０）に流体接続する、請求項１に記載の燃料ポンプ（４０）。
3. 前記作動ピストン（８３）がその退避位置にあるときに、前記封液供給チャネル（９３）は、前記駆動プランジャ（８０）の前記先端に近い位置で前記封液室（８６）に向かって開口している、請求項２に記載の燃料ポンプ（４０）。
4. 前記作動ピストン（８３）がその退避位置と伸長位置との間の任意の位置にあるときに、前記駆動プランジャ（８０）は、前記封液チャネル（９３）を前記封液室（８６）から分離する、請求項３に記載の燃料ポンプ（４０）。
5. 弾性要素、好ましくはコイルばね（４２）が、前記ポンププランジャ（８７）の前記基端側と前記駆動プランジャ（８０）の前記先端側との間に配置される、請求項１から４のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）。
6. 前記駆動プランジャ（８０）の前記先端と前記ポンププランジャ（８７）の前記基端との間の最大距離を制限する機械的エンドストップが提供される、請求項１から５のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）。
7. 燃料入口と、前記燃料入口を前記ポンプ室（８２）に接続する燃料供給チャネルと、好ましくは前記燃料供給チャネルに配置され、前記燃料入口から前記ポンプ室（８２）への流れを可能にし、前記ポンプ室（８２）から前記燃料入口への流れを防ぐ第１の一方向弁と、を備える、請求項１から６のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）。
8. 前記燃料室（８２）に接続する燃料出口チャネル（６６）を備える、請求項１から７のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）。
9. 前記第２のボア（８１）は、前記第１のボア（８４）に揃えられている、請求項１から８のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）。
10. 前記封液口（７０）は、第１の圧力で封液源（５７）に接続され、前記ポンプ室（８２）は、第２の圧力で加圧燃料源（６０）に接続される、請求項７から９のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）。
11. 前記駆動プランジャ（８０）及び前記ポンププランジャ（８７）は、前記第２のボア（８１）内に直列に配置され、これによって、前記封液室（８６）が前記駆動プランジャ（８０）と前記ポンププランジャ（８７）との間に配置された状態で、前記駆動プランジャ（８０）及び前記ポンププランジャ（８７）は、前記第２のボア（８１）内で一体に動くように配置される、請求項１から１０のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）。
12. 前記ポンププランジャ（８７）は、その退避位置から伸長位置へと動くときに、ポンプ行程を実施するように構成され、その伸長位置から退避位置へと動くときに、吸引行程を実施するように構成される、請求項１から１１のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）。
13. 前記駆動プランジャ（８０）は、ポンプ行程中に、前記駆動プランジャ（８０）と前記ポンププランジャ（８７）とが直接接触することなく、前記ポンププランジャ（８７）を押すように構成され、
    前記封液室（８６）内の圧力によって、前記ポンププランジャ（８７）を前記駆動プランジャ（８０）の動きに追従させるように構成される、請求項１２に記載の燃料ポンプ（４０）。
14. 前記燃料ポンプ（４０）は、第１の圧力で封液源（５７）に接続され、第２の圧力で燃料源（６０）に接続され、ここで、前記第１の圧力は前記第２の圧力よりも高い、請求項１から１２のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）。
15. 作動室（８５）が前記作動ピストン（８３）の前記基端側の前記第１のボア（８４）内に配置される、請求項１から１４のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）。
16. 燃料弁であって、請求項１から１５のいずれかに記載の燃料ポンプを備え、前記燃料ポンプは、好ましくは前記燃料弁（５０）のハウジング（５２）内に配置される、燃料弁（５０）。
17. ノズル（５４）と、前記ポンプ室（８２）から前記ノズル（５４）への流れを制御する弁ニードル（６１）と、を備える、請求項１６に記載の燃料弁（５０）。
18. 前記弁ニードル（６１）は、前記燃料弁（５０）内の弁座（６３）と協働し、前記弁ニードル（６１）は、前記弁座（６３）から浮くと、前記ポンプ室（８２）から前記ノズル（５４）への流れを可能にし、前記弁座（６３）上にあるときは、前記ポンプ室（８２）から前記ノズル（５４）への流れを不可とし、
    前記弁ニードル（６１）の浮きは、制御信号によって制御され、好ましくは前記燃料の圧力によっては制御されない、請求項１７に記載の燃料弁（５０）。
19. 請求項１から１５のいずれかに記載の燃料ポンプ（４０）、及び／又は請求項１６から１８のいずれかに記載の燃料弁（５０）を備える、複数のクロスヘッド（９）を有する大型２ストロークユニフロー掃気ターボ加給式内燃機関。

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