JP4139630B2 - 燃料系の遮断弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前段部分に記載された遮断弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、内燃機関において、所謂コモンレール保持噴射システム（common rail storage injection system）が広く使用されている。このようなシステムでは、噴射弁を制御することにより、噴射圧力の下で、エンジンの燃焼室内に燃料が噴射される。噴射弁が故障すると、シリンダの燃焼室内に制御不能な状態で燃料が漏れるような状態が引き起こされる。これを防止するために、ＵＳ−３７８０７１６およびＷＯ−９５／１７５９４では、燃料流量を制限するための遮断弁を提案している。この遮断弁には円筒形空間が形成され、この空間は噴射状態での燃料流れ方向に対向する方向に作用するばね荷重を与えられたピストン手段をさらに含む。正常作動では、毎回の噴射に必要な燃料量はピストン移動による排出量に一致する。何かの理由で遮断弁が漏れ続けると、流れを遮断する他側の限界位置へピストンが動く。
【０００３】
ＧＥ−２３１７９２２にも、流量を制限する別の遮断弁が示されている。この場合、初期状態では、特定の圧力が燃料流入側の小さな表面領域に作用し、その力は作用する表面積に比例して当然ながらながら小さい。しかしながら、この解決策の問題点は、絶対的な密閉性が要求されることであり、したがって液体品質に関して非常に敏感なことである。この小さな表面積のシール面に漏れが生じるならば、この解決策は機能せず、圧力は表面積全体に作用して、流れを閉じる第２の限界位置へピストンが動くことになる。特に大型の発電設備や船舶用エンジンでは燃料漏れが起こりやすく、与えられた解決策は十分な信頼性を有して機能しない。
【０００４】
また、従来技術の流れ遮断弁も一般に、燃料の粘度が高い状態、例えば重油が使用されるとき、および／または燃料温度が始動前に正常運転温度よりも低いときに関する問題点を有する。その結果、ピストン手段に作用する燃圧の均等化は十分迅速に行われず、ピストンは他側の限界位置へ動いて噴射連通を閉止することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は従来技術の欠点を回避した燃料系の遮断弁を提供することである。本発明の目的は、特に、始動段階での予期しない閉止を回避できる遮断弁を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、主として、請求項１および従属請求項に詳細に示された手法で達成することができる。
【０００７】
本発明による燃料系統の遮断弁は、胴部を含み、胴部内に、入口および出口接続部を有する燃料空間と、燃料空間内に移動可能に配置されて、その位置に応じて遮断弁を通して燃料を流すかまたは抑止する作動体と、燃料の主流れ方向とは反対方向の力を作動体に発生させる押力手段とを含む。作動体は、その作動体に対して移動可能に構成された補助作動体を含む。
【０００８】
作動体および補助作動体の両作動体が燃料空間の入口接続部の側に該空間を境界づける第１表面領域および第２表面領域をそれぞれ含み、また補助作動体で形成される第２表面領域は作動体で形成される第１表面領域よりも小さい。
入口接続部および出口接続部の間の流通接続状態を閉または開とするために、補助作動体は移動可能に構成される。そのために補助作動体はシール面を備えている。
【０００９】
燃料の主流れ方向とは反対方向の力を発生させるために作動体内に構成された押力手段は補助作動体にも力を発生させ、この力は作動体および補助作動体の往復運動における位置決定に影響を与える、換言すればそれらの作動体が共通の押力手段を共有する。
【００１０】
遮断弁の燃料空間は円筒形であることが好ましく、作動体はピストン手段を含み、ピストン手段の直径は燃料空間の直径に実質的に一致し、ピストン手段には長手方向軸線に沿って穴が設けられ、また補助作動体がピストン手段の穴の中に移動可能に配置される。
【００１１】
補助作動体のシール面の対向面は、遮断弁が装備される方法に応じて出口接続部８に、または作動体に関連して配置される。
【００１２】
幾つかの利点が本発明によって得られる。第１に、この解決策の作動はエンジン始動において信頼性を有する。遮断弁の補助作動体の作動圧は望まれたときに容易に測定でき、また主に遮断弁の作動は圧力のみに依存する。さらに、燃料品質は作動に対して僅かしか影響せず、燃料中に存在し得る汚損粒子の量が始動に影響することはない。
【００１３】
本発明は以下に添付模式図を参照して例を挙げて説明される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に非常に模式的に示されるように、本発明による遮断弁４はコモンレール燃料保持噴射システム（common rail fuel storage injection system） に適用することができる。コモンレール燃料保持噴射システムはそれ自体が周知であり、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。コモンレール燃料保持噴射システムは、基本部材として共通の保持部１を含み、エンジンに噴射される燃料が高圧状態で保持部内に蓄えられ、また噴射弁２が保持部と流通接続状態にある。共通の保持部１から噴射弁２のための燃料チャネル配管３，３’が配置され、噴射弁２は各シリンダ（図示せず）へ燃料を供給する。共通保持部内には運転時に圧力が維持され、この圧力により噴射弁２に適当な噴射圧が与えられる。各々の噴射弁２は、噴射を独立して制御するための制御手段（図示せず）を含む。燃料チャネル配管３，３’に遮断弁４が配置され、弁４の作動は図２〜図５を参照して以下に説明される。
【００１５】
遮断弁は図２に初期状態で示されている。この遮断弁は胴部５を含み、胴部内に円筒形燃料空間６が形成されている。この燃料空間は、燃料用入口接続部７と出口接続部８を有する。胴部５の燃料空間６内には作動体９が嵌め込まれており、作動体はピストン装置等を含むことが有利である。ピストン装置９の位置に応じて、燃料は遮断弁遮断弁を通して流れるか、燃料の流れが阻止される。遮断弁４はばね１０をさらに含み、このばねの作用で、ピストン装置９は胴部５の肩部分５’に押しつけられて図１に示される状態となる。噴射の間の正常な動作状態では、遮断弁４は図２の位置にある。
【００１６】
正常作動中の噴射弁２が噴射を開始するとき、遮断弁４には、換言すれば７と８との間に圧力差が生じ、この場合にはピストン装置９は変位し、噴射が停止されて圧力差が均等化されるまで移動する。この状態は図３に示される。この状態では、噴射すべき燃料量は燃料空間６内のピストン装置９の移動によって排出される体積に等しくなる。
【００１７】
補助作動体、すなわち補助ピストン１２はピストン装置９に対して移動可能に配置される。ピストン装置９は、燃料空間６における入口接続部７の側に、その燃料空間６を制限する領域９’を含み、この領域に対して燃料空間内の圧力が作用する。また正常運転では、補助ピストン１２はピストン装置９と共に動き、両者間の相互運動は生じない。
【００１８】
噴射弁２が漏れを生じ、または噴射後に何かの理由で閉じない場合、共通の保持部１の圧力がピストン装置９を補助ピストン１２と一緒に図４に示される他側の限界位置へ押しやる。ピストン装置９がこの位置になると、噴射弁２へ入る流れは強力に抑制される。何故なら、流れの全体がスロットル１１を通ることになるからである。このスロットルは、燃料空間６におけるピストン装置の両側の部分を互いに連通する。ピストン装置９に作用する圧力差が増大し、特定の限界値に達したならば補助ピストン１２がピストン装置９に対して動き、シール面１３，１３’を閉じて流れを遮断する（図５参照）。この例では、補助ピストン１２のシール面１３の対向面１３’は出口接続部８に関して配置されている。この作動は、補助ピストン１２が燃料空間６の入口接続部７の側の部分に空間を境界づける表面領域１２’を含み、この領域がピストン装置９の対応する領域９’よりも小さく、この例では、まずピストン装置９および補助ピストン１２の共通した移動が生じ、圧力差が或る限界超えたときにだけ補助ピストン１２がピストン装置内を移動するよう行われる。したがって、補助ピストン１２を移動させる圧力はその直径で定められた面積にのみ向けられ、その移動はピストン装置９全体の移動を可能にする圧力よりも大きい圧力を必要とする。
【００１９】
本発明による遮断弁４は、以下に示すように、例えば重油で、エンジンを始動することで作動する。エンジン始動前に燃料の循環が始まると、燃料系統の低圧側の圧力が入口接続部７に影響を与える。この初期状態では、出口接続部８の側はほとんど圧力がないか、空気で満たされている。次の段階では、遮断弁４のピストン装置９が、図４に示している位置へ、換言すれば第２の限界位置へ動く。例えば、燃料系統の低圧側の圧力は約０．７ＭＰａ（７バール）であると仮定される。遮断弁４は、例えば補助ピストン１２を図５の位置へ移動させるために必要な圧力差が２．５ＭＰａ（２５バール）であると定められることができる。このことは、実際に、遮断弁４が開いた状態に留まって、燃料系統から出口接続部８の側の部分、およびそれに続く部分の充填と、入口接続部７と出口接続部８の間の圧力均等化とを可能にすることを意味する。入口接続部と出口接続部の間の圧力が十分に均等化されたならば、遮断弁のピストン装置９は図２に示された位置へ動き、エンジンは問題なく始動可能である。このように、スロットル１１はピストン装置９の望まれる戻り速度によってのみ定めることができる（エンジンが運転されるときの正常な状態）。例えば遮断弁の出口接続部８の側にパイプの破損があるとするならば、エンジンが始動すると遮断弁は直ちに閉じる。
【００２０】
別の遮断弁の実施例が図６に示されている。この実施例は補助ピストン１２が流れ閉止手段としてピストン装置９と共に機能するように異なる配置とされた以外は、図２〜図５に示した実施例と同じである。この実施例では、ピストン装置の穴にボルトまたは類似部材１２が螺合し、それを通して燃料空間６のピストン装置に対する他側の端部から出口接続部８の側の部分へ、また燃料空間６のピストン装置に対する他側の端部から入口接続部７の側の部分へ開くようにチャネル１１が形成されている。ここで、ピストン装置９に作用する圧力差が特定の限界を超えたならば、ボルト１２が出口接続部へ向かって動き、この場合、シール面１３，１３’が互いに密着する。ここでは、その移動が正に行われようとしている。図６に示す例では、補助ピストンのシール面１３の対向面１３’がピストン装置９との関連で配置されている。
【００２１】
本発明は図示例に限定されず、特許請求の範囲で定義される範囲内での変形例をも包含する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による遮断弁が燃料噴射システムに適用された状態を示す。
【図２】本発明例である遮断弁の基本状態を示す。
【図３】噴射中の図２に示した遮断弁の噴射時の状態。
【図４】第２の限界位置にある図２に示した遮断弁。
【図５】図２に示した遮断弁の閉成状態。
【図６】本発明による別の遮断弁。
【符号の説明】
１ 保持部
２ 噴射弁
３，３’ 燃料チャネル配管
４ 遮断弁
５ 胴部
５’ 肩部分
６ 燃料空間
７ 入口接続部
８ 出口接続部
９ ピストン装置
９’ 領域
１０ ばね
１１ スロットル
１２ 補助ピストン
１２’ 領域
１３，１３’ シール面

Claims (8)

1. 胴部（５）を有し、該胴部内に、入口接続部（７）および出口接続部（８）とを有する燃料空間（６）と、燃料空間内に第１限界位置及び第２限界位置との間で移動可能に配置された主作動体（９）および該主作動体（９）に主燃料流方向と反対の方向の力を作用させ、該主作動体（９）を前記第１限界位置に偏寄させる押力手段（１０）を含む作動手段とが設けられて、該作動手段（１０）がさらに前記主作動体（９）に相対的に移動可能な補助作動体（１２）を含む燃料系の遮断弁において、前記補助作動体（１２）は、前記主作動体（９）に相対的に移動して、該主作動体（９）が第２限界位置にあるときに前記入口接続部（７）から前記出口接続部（８）への燃料の流れを防止することを特徴とする燃料系の遮断弁（４）。
2. 作動体（９）および補助作動体（１２）の両作動体が燃料空間の入口接続部（７）の側に該空間を境界づける第１表面領域（９’）および第２表面領域（１２’）をそれぞれ含み、また補助作動体（１２）で形成される第２表面領域（１２’）が作動体で形成される第１表面領域（９’）よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載された遮断弁（４）。
3. 入口接続部（７）および出口接続部（８）の間の流通接続状態を閉または開とするために補助作動体（１２）が移動可能に構成されている請求項１または請求項２に記載された遮断弁（４）。
4. 入口接続部（７）および出口接続部（８）の間の流通接続状態を閉とするために補助作動体（１２）がシール面（１３）を備えていることを特徴とする請求項３に記載された遮断弁（４）。
5. 燃料の主流れ方向とは反対方向の力を発生させるために作動体内に構成された押力手段（１０）が補助作動体（１２）に力を発生させ、この力は作動体（９）および補助作動体（１２）の往復運動における位置決定に影響を与えることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された遮断弁（４）。
6. 燃料空間（６）が円筒形であること、作動体（９）がピストン手段を含み、ピストン手段の直径は燃料空間の直径に実質的に一致し、ピストン手段には長手方向軸線と平行な穴が備えられていること、および補助作動体（１２）がピストン装置（９）の穴の中に移動可能に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された遮断弁（４）。
7. 補助作動体のシール面の対向面（１３’）が出口接続部（８）に関連して配置されていることを特徴とする請求項４に記載された遮断弁（４）。
8. 補助作動体（１２）の対向面（１３’）が作動体（９）との関連で配置されていることを特徴とする請求項４に記載された遮断弁（４）。

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