JP5270760B2 - 重油コモンレール噴射システムの燃料供給システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の重油コモンレール噴射システムの燃料供給システムに関し、該システムは、タンク、タンクから高圧ポンプに重油を送出する一次フィードポンプを含み、高圧ポンプは、少なくとも１つの高圧管路を介して、少なくとも１つの噴射器に送り込む高圧アキュムレータ（レール）に接続され、さらに戻り管路を介して重油の少なくとも一部をタンクに誘導するために、別個の高圧管路を介して高圧アキュムレータに接続されたパージ弁を含む。

費用の理由から、非常に大型のディーゼルエンジン、特に船舶用ディーゼルエンジンには重油などの低品質燃料が使用されている。重油の特定の物理的特性により、重油の作業には特殊な措置をとらなければならない。例えば重油の粘度は通常のディーゼル燃料より有意に高く、したがって多少なりとも重油の吸い込み吐き出しを可能にするために８０℃以上に加熱することが必要である。

重油の高い粘度により、燃料は管路内の重油の固化を防止するために、エンジンの停止時であっても管路システム内で循環して絶えず吸い込み吐き出しをする必要がある。

このために、前述の種類の重油コモンレール噴射システムはパージ弁を備え、パージ弁が閉じると、エンジンの動作中に燃料システムの高圧側の部品が閉じられ、したがって燃料をタンクに戻すための低圧側燃料戻り管路に対応するレールも閉じられる。エンジンの停止時に、パージ弁は、燃料を高圧側から高圧管路及びレールを通り、弁を通して低圧側に、その後にタンク内に再循環させるように開くことができ、タンク内で燃料は、管路内での重油の固化を防止するように予熱器によって適切な温度に維持される。

システム内で燃料を調整するために再循環流の生成を可能にすることに加え、パージ弁はそれと同時に非常停止弁としても機能する。パージ弁を適切に作動させることによって、非常時には噴射器自体を停止させる必要なくシステムの圧力を非常に迅速に低下させることができる。

このようなパージ弁のこれまで知られている構成は、従来の弁座を設けた弁を備え、ここでは円錐台形の弁部材がそれぞれ弁座に押しつけられ、相応な強さの表面圧によって封止効果が達成されている。これらの構成には、パージ弁の耐用年数の延びとともに封止の問題が生じるという欠点があった。すなわち、粒子が円錐形の座を早期に損傷することがあり、そのために燃料の腐食性が座を完全に破壊することがある。別の磨耗メカニズムは、パージ弁の作動によって引き起こされる微小動作を含む。弁座上の磨耗により、既存の表面圧が低下し、漏れが発生する。

したがって、本発明の目的は、パージ弁の磨耗現象を、及びその結果を軽減し、前述した種類の燃料供給システムに使用されるパージ弁の耐用年数及び動作安全性を改良するという趣旨で、このような燃料供給システムをさらに開発することである。

この目的を解決するために、弁部材の弁座を滑り弁座として設計するように、前述した種類の本発明による燃料供給システムがさらに開発される。このようなパージ弁の構成では、封止効果は封止面を弁座に押しつけるのではなく、２つの封止面がオーバーラップする長さを増大させ、その間に狭いギャップを残すことによって達成される。この構造では、常に小規模の漏れが発生する。もし粒子が短時間の間封止面間に締め付けられた場合、損傷を引き起こすことがあるが、それでも封止効果はこのような損傷の影響を受けない。何故なら、狭いギャップ及びオーバーラップの長さによって封止効果がもたらされるからである。エンジンの停止期間中に粘度の過度の増大を回避するように、管路及び他の構成要素を適切な温度に維持するように、重油管路に送り込む前に予熱器の助けによって燃料を予熱することができる。

本発明による燃料供給システムは、弁部材が弁スリーブ内で変位自在に案内され、段部を形成された制御エッジを備えるようにさらに開発されるので有利であり、この制御エッジは、弁を開くために、弁スリーブ内に半径方向に開いている高圧管路の領域内に変位自在に入り、弁を閉じるために、弁部材と弁スリーブとのオーバーラップを維持しながら高圧管路の口から変位自在に出る。それを実行する際に、弁部材の外部ジャケット上及び弁スリーブの内部ジャケット上に配置された封止面が相互に協働し、したがってオーバーラップが長くなり、そのため弁が閉じた状態で極めて少量の漏れしか発生しない。弁を開くために、燃料が、制御エッジによって限定され、小さい直径で形成された弁部材領域を介して流れ去ることができるように、弁部材は次に、段部を形成された制御エッジが高圧管路の口の領域に到達するような方法で変位する。弁を開く場合、環状の流れの断面がこのように解放されるか、又は増大する。弁部材上の段部（セットバック）のサイズが環状の流れの断面を決定し、したがって流量を決定する。この場合、構成は、流量が管路内に存在する重油の粘度を相応に低く維持するのに十分であるように考案することができる。

パージ弁を通る流量を増大させるために、好ましい実施形態による本発明は、高圧管路が弁スリーブの環状溝内に開くという趣旨でさらに開発することができる。この場合、弁スリーブ内に半径方向に開いている高圧管路の領域内に弁部材が後退すると、その結果としてすぐに比較的高い流量になる。

本発明による燃料供給システムは、封止面間のオーバーラップの長さを十分に大きく選択することによって、本発明による所望の磨耗現象に対するパージ弁の不感度を達成できるように、オーバーラップは最大で弁部材の直径の少なくとも０．１倍から０．５倍であるという趣旨でさらに開発されるので有利である。

特に簡単な方法では、本発明は、パージ弁にこれまで使用されていたアクチュエータシステムを本発明によるパージ弁にも使用できるように、アクチュエータが空気圧手段として構成されるという趣旨でさらに開発され、特に簡単な方法では、本発明は、圧力媒体、特に圧縮空気で動力を供給することができる管路が、変位方向を横切って延在する弁部材表面によって画定されたチャンバ内へと開くという趣旨でさらに開発される。変位方向を横切って延在する弁部材の表面は、このようにして適切なシリンダ内のピストンを形成し、このピストンは、ばねの力に対して供給された圧力媒体の圧力によって変位し、したがって弁部材の作動をトリガすることができる。そのために、弁部材を閉じる向きで付勢する圧縮ばねを設けるので有利である。

本発明による燃料供給システムの自動運転を確実に行うことができるようにするために、本発明による燃料供給システムは、内燃機関の停止時に弁を開くためにパージ弁と協働する制御装置が設けられるという趣旨で本発明がさらに開発されるので有利である。

以下では、図面で図示された例示的実施形態によって、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明による燃料供給システムを示す図である。 先行技術によるパージ弁を通る断面を示す図である。 本発明による燃料供給システムのパージ弁を示す図である。

図１に、重油コモンレール噴射システムを概略的に示す。タンク１から、予熱器２内で予熱された燃料が、１次フィードポンプ３によって燃料フィルタ４及び燃料供給管路１１を介して少なくとも１つの高圧ポンプ５に供給され、ここで燃料が１４００バールを超えるシステム圧まで圧縮される。圧縮された燃料は、高圧管路１２を介して少なくとも１つのレール６に到達するが、これはとりわけ少なくとも１つの圧力制御弁１３及びレール圧センサ７を装備している。レール６内の圧力は、高圧ポンプ５によって高圧管路１２内に送出される燃料の量を制御することによって制御装置１０により調整される。レール６からの燃料は、流量制限器１８及び高圧管路１４を介して噴射器８に到達し、これも制御装置１０によって作動する。噴射器８が機能するために必要な燃料の制御量は、低圧管路１７を介してタンク１に戻される。エンジンの停止時にも管路システム内で燃料の循環を確実に行うことができるようにするために、さらなる高圧管路１５がレール６からパージ弁９へと通じ、パージ弁９は制御装置１０によって作動し、タンク１に直接戻る低圧管路１６内に燃料の一部を直接戻すことができる。

図２は、先行技術によるパージ弁９の断面を示す。パージ弁は、弁体２０と、弁スリーブ２３と、弁部材２８と、ハウジング３０と、ばね２５と、蓋２４とで構成される。ハウジング３０内には圧縮空気接続部２７が設けられ、圧縮空気接続部２７はハウジング３０及びピストン２６によって形成された圧力室３１と連通し、Ｏリングシール２６によって弁スリーブ２３に対して封止されている。圧縮空気接続部２７に圧力が加えられていない場合、ハウジング３０にしっかり接続された蓋２４及びピストン２６に支持されたばね２５が、弁部材２８を弁スリーブ２３内に形成された弁座２９内に押し込む。高圧ポンプ５の連続的送出によって燃料循環を生成するように、圧力室３１内に存在する空気の圧力が上昇するにつれ、これがばね２５の力に抗して弁部材２８を弁座２９から押し出し、システム圧にて高圧管路１５内に存在する燃料が、低圧管路１６内に誘導される。

図３は、本発明による燃料供給システムを示す。弁９は滑り弁として設計される。すなわち、弁部材２８は制御エッジ３３を有し、制御エッジ３３は弁スリーブ２３内に配置された制御エッジ３２と協働して弁を通る流れを解放又は遮断する。アイドル状態で、ばね２５は弁部材２８をハウジング３０に押しつけ、したがって、弁スリーブ２３と弁部材２８の間には、少量の漏れが可能になるような最小限のギャップしか残されない。圧縮空気管路２７を介した圧縮空気で圧力室３１に動力が供給されると、空気圧が弁部材２８を蓋２４の方向に押す。制御エッジ３３が弁部材２８上の弁スリーブ２３の制御エッジ３２を通過するとすぐに、非常に大きくなった流れの断面が解放され、戻り量が大幅に増大する。

Claims (9)

1. 内燃機関の重油コモンレール噴射システムの燃料供給システムであって、タンク（１）と、前記タンク（１）から高圧ポンプ（５）に重油を送出する一次フィードポンプ（３）とを含み、前記高圧ポンプ（５）が、少なくとも１つの高圧管路（１２）を介して、少なくとも１つの噴射器（８）に送り込む高圧アキュムレータ（レール）（６）に接続され、さらに戻り管路を介して前記重油の少なくとも一部を前記タンク（１）に誘導するために別個の高圧管路（１５）を介して前記高圧アキュムレータに接続されるパージ弁（９）を含み、前記パージ弁（９）が、開位置と閉位置の間で動作可能である弁部材（２８）と、重油高圧アキュムレータ（レール）（６）と連通する高圧管路（１５）に接続するための高圧接続部と、戻り管路低圧接続部と、前記弁部材（２８）を作動させる作動手段とを備え、前記弁部材（２８）の前記弁座（２９）が滑り弁座として設計されることを特徴とする燃料供給システム。
2. 前記弁部材（２８）が、弁スリーブ（２３）内で変位自在に案内され、段部を形成された制御エッジ（３３）を備え、前記制御エッジが、前記弁（９）を開くために、前記弁スリーブ（２３）内に半径方向に開いている前記高圧管路の領域内に変位自在に入り、前記弁を閉じるために、前記弁部材（２８）と前記弁スリーブ（２３）とのオーバラップを維持しながら、前記高圧管路（１２）の口から変位自在に出ることを特徴とする、請求項１記載の燃料供給システム。
3. 前記高圧管路（１５）が、前記弁スリーブ（２３）の環状溝内に開くことを特徴とする、請求項１又は２記載の燃料供給システム。
4. 前記オーバラップは最大で、前記弁部材の直径の少なくとも０．１倍から０．５倍であることを特徴とする、請求項１、２又は３記載の燃料供給システム。
5. 前記アクチュエータが、空気圧手段として構成されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項記載の燃料供給システム。
6. 圧力媒体、特に圧縮空気で動力を供給することができる管路（２７）が、前記変位方向を横切って延在する弁部材（２８）の表面によって画定されたチャンバ内へと開くことを特徴とする、請求項５記載の燃料供給システム。
7. 前記閉位置の方向へ前記弁部材（２８）を付勢する圧縮ばね（２５）が設けられることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項記載の燃料供給システム。
8. 前記重油を予熱するために前記タンク（１）と前記一次フィードポンプ（３）の間に予熱器が配置されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項記載の燃料供給システム。
9. 前記内燃機関の停止時に前記弁を開くために前記パージ弁（９）と協働する制御装置（１０）が設けられることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項記載の燃料供給システム。

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