JP5783662B2 - コモンレール重油噴射システムのためのフラッシングバルブ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のコモンレール重油噴射システムのためのフラッシングバルブに関するものであり、弁胴と、閉止位置のときに弁座と協働作用して高圧領域を低圧領域から分断する、弁胴の中で開放位置と閉止位置の間で可動の弁体と、重油高圧リザーバ（レール）と接続可能である高圧側の流入部と、リターン配管と接続可能である少なくとも１つの低圧側の流出部と、弁体を操作するための操作手段とを含んでいる。

さらに本発明は、このような種類のフラッシングバルブを有する、内燃機関のコモンレール重油噴射システムのための燃料供給設備に関する。

非常に大型のディーゼルエンジンでは、特に船舶用ディーゼルエンジンでは、コスト面の理由により、たとえば重油のような品質の低い燃料が用いられる。重油の特別な物理特性に基づき、重油による動作のためには特別な対応策を講じなくてはならない。たとえば、重油の粘性は通常のディーゼル燃料よりはるかに高いため、一般的に重油をポンプで送出できるようにするために、８０℃を超える加熱が必要である。

重油の高い粘性の帰結として、配管中での重油の固化を防ぐために、エンジン停止中にも常に配管系の燃料を循環するようにポンプで送出しなくてはならない。

この目的のために、冒頭に述べた種類のコモンレール重油噴射システムには、エンジンの作動中に閉じ、その際に燃料系の高圧側の部分およびこれに伴ってレールを、燃料をタンクへ帰還させることができる低圧側の燃料リターン配管に対して閉止するフラッシングバルブが設けられている。そしてエンジンが停止すると、このフラッシングバルブを開くことができ、その結果、燃料は高圧側から高圧配管とレールを通ってバルブにより低圧側へと案内され、それに続いてタンクの中へと循環するように案内され、このとき燃料は予熱器により相応の温度に保たれ、その結果、配管中での重油の固化が防止される。

フラッシングバルブは、システム内で燃料を温度調節するための循環流を生成するという選択肢のほかに、非常停止弁の機能も同時に有している。このときバルブは、レールにおける許容されない高い圧力が危険な状態につながるのを防止することが意図される。フラッシングバルブを適当に制御することで、非常時に、すなわちたとえば事前設定された圧力レベルを超えたときに、システム圧を非常に迅速に下げることができ、噴射インジェクタそのものを不作動にする必要がない。

フラッシングバルブの考えられるバルブ型式として、現在、スライドバルブやばね荷重式のシートバルブが採用されている。スライドバルブ（たとえば特許文献１参照）は、その設計に基づき、バルブガイドを介して高圧が常時印加されるという欠点がある。そのために常時の漏れが発生し、こうした漏れが一方ではシステムの効率を低下させ、さらには粒子が燃料からバルブガイドへと絶えず流れ、このことはバルブの詰まりの危険につながりかねない。外側開放型のばね荷重式のシートバルブは、エンジン作動時に高いシステム圧（最大２２００バール）に抗してバルブを密閉するために、非常に高いばね力が必要になるという欠点がある。このことは、非常に広い設計スペースを意味しており、さらには、バルブを開放状態で開いたまま保つための非常に高い操作力を意味している。

国際公開第２０１０／０４０１６３Ａ２号パンフレット

したがって本発明の目的は、漏れ量と詰まりの危険が削減されるようにフラッシングバルブを改良することにある。さらに、たとえば２２００バールまたはそれ以上の非常に高いシステム圧のときでも、信頼度の高い密閉が保証されているのがよい。さらに、フラッシングバルブの開閉のための操作力を引き下げるのが望ましい。

この課題を解決するために本発明は、冒頭に述べた種類のフラッシングバルブにおいて、弁体が内方へ高圧側に向かって開くことを意図している。外側開放型のばね荷重式のシートバルブとは異なり、内側開放型のシートバルブは、密閉されるべきレール圧がフラッシングバルブの封止作用を高めるという利点を有している。すなわち、密閉されるべき圧力が高くなるほど密閉力が高くなり、その結果、略任意の高さのシステム圧のときにも信頼度の高い密閉が保証される。さらに、内側開放型のシートバルブは漏れがなく、その結果、追加の損失が発生することがなく、さらには詰まりの危険も最低限に抑えられる。

これに加えて、１つの好ましい発展例に相当するように、高圧側の流入部が軸方向で弁体へと通じていると、バルブの長期耐久性を損なうことになる交差部が高圧領域で回避される。

弁体を操作するために、本発明によると弁体は内方に向かって、すなわち高圧側に向かって開かなければならず、その結果、高圧リザーバ（レール）で生じている圧力が克服されなければならない。そのために必要な軸方向への弁体の付勢は、１つの好ましい発展例によると、操作手段が、弁体と協働作用する、低圧側に配置されて軸方向にスライド可能な制御ピストンを含んでいることによって行われる。このとき付勢は低圧側から行われ、その結果、簡素な設計上の施工形態を選択することができ、さらには、設計サイズを最低限に抑えることができる。１つの好ましい発展例は、操作手段が、制御ピストンまたは制御ピストンと結合された部品が圧縮空気の付勢のもとで内部で軸方向にスライド可能である弁胴の圧密室に接続可能な圧縮空気源を含んでいることを意図している。すなわち、弁体の操作は圧媒によって行われ、特に圧縮空気によって行われる。圧縮空気が制御ピストンまたは制御ピストンと結合された部品に印加されている限り、弁体は開いた状態のまま保たれる。バルブが再び閉じられるべきときには、圧縮空気が再び低減され、制御ピストンまたは制御ピストンと結合された部品が復帰手段により、特に復帰ばねにより、弁体の閉止方向で軸方向に付勢されることによって、制御ピストンないし制御ピストンと結合された部品の復帰が行われるのが好ましい。

弁体の復帰のために、別個の復帰手段が設けられているのが好ましく、この場合の構成は、弁体を弁座に向かう方向へ付勢する復帰手段が、特に復帰ばねが、高圧側に配置されるようにしてさらに改良されているのが好ましい。

高圧側での流入は、すでに述べたとおり、軸方向で行われるのに対して、低圧側での流出の軸方向の案内は、制御ピストンが配置されているために容易には可能でなく、ないしは望ましくない。この関連において、設計的に特別に好ましい１つの発展例は、少なくとも１つの低圧側の流出部が、制御ピストンの軸方向の部分領域により環状スペースを形成しながら貫通される低圧側の弁室から、横向きに離れていくように案内されることを意図している。

燃料として重油が使用されることに基づき、その摩耗作用の理由から、少なくとも弁座の領域における弁体の摩耗ならびに弁座の摩耗がしばしば観察される。したがって、摩耗に該当する部品を簡単な仕方で交換できるようにするために、設計上の予防策が講じられるのが好ましい。このことは、本発明の１つの好ましい発展例では、もっとも単純な場合、弁座が、弁胴とは別個のスリーブに設けられていることによって実現される。別個のコンポーネントでの弁座の構成に基づき、これを簡単な仕方で取り外して交換することができる。それと同時に、上記のスリーブの簡単な取外しの可能性と確実な取付けを実現するために、スリーブは弁胴の軸方向の穴の中に配置されており、穴にねじ込まれた保持部材によって、穴の小径部により形成されるストッパ面に向かって軸方向に押圧されることが意図されるのがさらに好ましい。

弁体は座面の領域で好ましくは円錐状に構成されており、円錐状の弁座と協働作用して、最善の密閉作用を実現する。

本発明のさらに別の態様では、内燃機関のコモンレール重油噴射システムのための燃料供給設備が提供され、タンクと、タンクから高圧ポンプへ重油を送出するためのフィードポンプとを有しており、高圧ポンプは少なくとも１つの高圧配管を介して少なくとも１つの噴射インジェクタに供給をする高圧リザーバ（レール）と接続されており、さらに、本発明に基づくフラッシングバルブを有しており、その高圧側の流入部は高圧リザーバと接続されており、それにより重油の少なくとも１つの部分量をフラッシングバルブの低圧側の流出部およびリターン配管を介して好ましくはタンクへと排出する。その際に簡単な仕方で洗浄循環を成立させるために、フラッシングバルブは、高圧ポンプからくる高圧配管、およびインジェクタに供給をする配管とは別個の接続部を介して、高圧リザーバ（レール）に接続されているのが好ましい。このときフラッシングバルブは、高圧リザーバのハウジングに直接ねじ込まれていてよく、または、その他の仕方でこれに取り付けられていてよく、または、別個の高圧配管を介して高圧リザーバと接続されていてよい。

エンジンが停止しているとき、循環をするようにポンプで送出される燃料の冷却を回避するために、タンクとフィードポンプの間に重油を予加熱するための熱交換器が配置されることが意図されるのが好ましい。別案として、エンジンが作動しているときに重油を冷却するために熱交換器を利用することもできる。

フラッシングバルブを制御するために、動作状態に応じてフラッシングバルブを開閉する電気制御装置が設けられているのが好ましい。この場合の構成は、内燃機関が停止しているときに開閉のためにフラッシングバルブと協働作用する制御装置が設けられるように改良されるのが好ましく、それによってフラッシングバルブの洗浄機能が具体化される。バルブの非常停止機能を具体化するために、所定の限界圧力を超えるとフラッシングバルブが開くように制御装置と協働作用する、高圧リザーバ（レール）の内圧を検出するための圧力センサが設けられることが意図されるのが好ましい。

次に、図面に模式的に示された実施例を参照しながら、本発明について詳しく説明する。

本発明によるフラッシングバルブを適用することができるコモンレール重油噴射システムである。 本発明によるフラッシングバルブを示す断面図である。

図１には、コモンレール重油噴射システムが模式的に示されている。タンク１からフィードポンプ３により、予熱器２で加熱された燃料が、燃料フィルタ４および燃料配管５を介して少なくとも１つの高圧ポンプ６へ供給され、そこで燃料は１４００バールを超えるシステム圧まで、特に最大２２００バールまで圧縮される。圧縮された燃料は、高圧配管７を介して、特に少なくとも１つの圧力制限弁９とレール圧力センサ１０とを装備する少なくとも１つのレール８に達する。レール８における圧力は、高圧ポンプ６により高圧配管７へ送出される燃料量を、制御装置１１によって調節することで調整される。レール８を起点として、燃料は流量制限器１２と高圧配管１３を介して、同じく制御装置１１により制御される噴射インジェクタ１４へと達する。噴射インジェクタ１４の機能のために必要な燃料制御量は、低圧配管１５を介して再びタンク１の中へと戻る。エンジンの停止中にも配管系での燃料の循環を保証できるようにするために、レール８を起点としてさらに別の高圧配管１６がフラッシングバルブ１７へと通じており、このフラッシングバルブは、制御装置１１により制御されながら燃料の部分量を、タンク１へと直接戻るように通じる低圧配管１８に直接排出することができる。

フラッシングバルブ１７が圧力制限機能を有していれば、フラッシングバルブ１７と圧力制限弁９の機能をフラッシングバルブ１７に統合することができる。したがって、この別案の実施形態では別個の圧力制限弁９を省略することができる。

図２は、フラッシングバルブ１７の断面図を示している。フラッシングバルブ１７は、弁胴１９と、弁体２２の座面が協働作用する弁座２１を有するバルブスリーブ２０とを含んでいる。バルブスリーブ２０は弁胴１９の穴２３に収容されており、ねじ止め部２４によりストッパ面２５に向かって押圧される。ねじ止め部２４は、高圧リザーバからくる高圧燃料のための流入部２６を有している。弁体２２を弁座２１に向かう方向へと付勢するバルブスプリングには、符号２７が付されている。

フラッシングバルブは低圧側に弁室２８を有しており、そこから２つの流出穴２９が横向きに離れていくように案内されている。弁室２８は、制御ピストン３１が軸方向へスライド可能に案内された穴３０の中に形成されている。ここでは制御ピストン３１は、弁室２８を貫通する領域に小径部を備えるように構成されており、その結果、環状スペースが残されている。制御ピストン３１は弁体２２の端面と協働作用し、そのようにして弁体２２を軸方向に操作することができる。穴３０の内部で制御ピストン３１を密封するために、シール材３６、ディスク３７、および止め輪３８が設けられている。制御ピストン３１の軸方向のスライドのために別のピストン３２が設けられており、その中で制御ピストン３１の頭部３３が嵌合式に収容されている。この別のピストン３２は、圧縮ばね４０により、フラッシングバルブの図示しないカバーに向かう方向へ付勢されている。弁胴１９は、弁胴１９、図示しないバルブカバー、およびカップ状に構成された別のピストン３２と接続された圧縮空気接続部３４を有している。

本発明によるフラッシングバルブの機能形態は次のとおりである。エンジンが作動状態にあるとき、流入部２６を介してシステム圧（最大２２００バール）がバルブに印加される。弁座２１では、低圧領域に対してシステム圧が密閉されている。そして、たとえば非常停止のときや、高圧システムの洗浄が引き続いて行われる通常のエンジン停止のとき、あるいは保守整備の場合などに必要となるように、高圧領域の圧力を削減しなければならないときには、ピストン３２が圧縮空気接続部３４を介して下方から圧力で付勢される。このとき制御ピストン３１は、ストロークＡを通じて、弁体ストロークＢを克服したうえで、ストロークストッパに達するまで弁体２２を持ち上げる。このストローク中、弁胴１９とピストン３２の間の空気が穴３９を介して押し除けられる。弁体２２は弁座２１から完全に持ち上げられ、その結果、洗浄プロセスのための相応の断面積が提供され、流出部２９を介して洗浄量を運び出すことができる。エンジンが再び始動するべきときには、圧縮空気が再び削減され、引き続いてピストン３２がばね４０の作用に基づいて、および弁体２２がばね２７の作用に基づいて、再び初期位置へと戻り、バルブが閉じられる。

本発明によるフラッシングバルブの組付けは次のようにして行われる。まずスリーブ２０、弁体２２、およびばね２７を穴２３へ挿入し、ねじ止め部２４を相応のトルクで弁胴１９へねじ込む。次いでシール材３６、ディスク３７、止め輪３８、および圧縮ばね４０を弁胴１９へ差し込み、ないしは挿入する。最後に、制御ピストン３１をピストン３２へ差し込んで、一緒に弁胴１９へ挿入することができる。

１ タンク
２ 予熱器
３ フィードポンプ
６ 高圧ポンプ
７ 高圧配管
８ 高圧リザーバ（レール）
１０ 圧力センサ
１１ 制御装置
１３ 配管
１４ 噴射インジェクタ
１６ 接続部
１７ フラッシングバルブ
１８ リターン配管
１９ 弁胴
２０ スリーブ
２１ 弁座
２２ 弁体
２３ 軸方向の穴
２４ 保持部材
２５ ストッパ面
２６ 高圧側の流入部
２７ 復帰ばね
２８ 低圧側の弁室
２９ 低圧側の流出部
３１ 制御ピストン
３２ 制御ピストンと結合された部品
３５ 圧密室
４０ 復帰ばね

Claims (11)

1. 内燃機関のコモンレール重油噴射システムのためのフラッシングバルブであって、
   弁胴（１９）と、
   閉止位置のときに弁座（２１）と協働作用して高圧領域を低圧領域から分断する、前記弁胴（１９）の中で開放位置と閉止位置の間で可動の弁体（２２）と、
   重油高圧リザーバ（レール）（８）と接続可能である高圧側の流入部（２６）と、
   リターン配管（１８）と接続可能である少なくとも１つの低圧側の流出部（２９）と、
   前記弁体（２２）を操作するための操作手段と、を含んでいる、そのようなフラッシングバルブにおいて、
   前記弁体（２２）は内方に向かって高圧側へと開き、
   前記操作手段は、前記弁体（２２）と協働作用する、低圧側に配置されて軸方向へスライド可能な制御ピストン（３１）を含み、
   前記制御ピストン（３１）または前記制御ピストン（３１）と結合された部品（３２）は軸方向で復帰手段により、前記弁体の閉止方向に付勢されている、
   ことを特徴とするフラッシングバルブ。
2. 前記操作手段は、前記制御ピストン（３１）または前記制御ピストン（３１）と結合された部品（３２）が圧縮空気付勢のもとで内部で軸方向へスライド可能である前記弁胴（１９）の圧密室（３５）に接続可能である圧縮空気源を含んでいる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のフラッシングバルブ。
3. 前記弁体（２２）を前記弁座（２１）に向かう方向へ付勢する前記復帰手段は高圧側に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のフラッシングバルブ。
4. 少なくとも１つの低圧側の前記流出部（２９）は、前記制御ピストン（３１）の軸方向の部分領域により環状スペースを形成しながら貫通される低圧側の弁室（２８）から横方向に離れていくように案内されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のフラッシングバルブ。
5. 前記弁座（２１）は前記弁胴（１９）とは別個のスリーブ（２０）に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のフラッシングバルブ。
6. 前記スリーブ（２０）は前記弁胴（１９）の軸方向の穴（２３）の中に配置されており、前記穴（２３）にねじ込まれた保持部材（２４）により、前記穴（２３）の小径部によって形成されるストッパ面（２５）に向かって軸方向に押圧される、
   ことを特徴とする請求項５に記載のフラッシングバルブ。
7. 内燃機関のコモンレール重油噴射システムのための燃料供給設備において、
   タンク（１）と、前記タンク（１）から高圧ポンプ（６）へ重油を送出するためのフィードポンプ（３）とを有しており、前記高圧ポンプ（６）は少なくとも１つの高圧配管（７）を介して少なくとも１つの噴射インジェクタ（１４）に供給をする高圧リザーバ（レール）（８）と接続されており、
   さらに、請求項１から６のいずれか１項に記載のフラッシングバルブ（１７）を有しており、その高圧側の流入部（２６）は前記高圧リザーバ（８）と接続されており、それにより重油の少なくとも１つの部分量を前記フラッシングバルブ（１７）の低圧側の流出部（２９）およびリターン配管（１８）を介して前記タンク（１）へ排出する、
   ことを特徴とする燃料供給設備。
8. 前記フラッシングバルブ（１７）は前記高圧ポンプ（６）からくる高圧配管（７）および前記インジェクタ（１４）に供給をする配管（１３）とは別個の接続部（１６）を介して前記高圧リザーバ（レール）（８）に接続されている、
   ことを特徴とする請求項７に記載の燃料供給設備。
9. タンク（１）とフィードポンプ（３）の間には重油を予加熱するための予熱器（２）が配置されている、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の燃料供給設備。
10. 内燃機関が停止しているときに開閉をするために前記フラッシングバルブ（１７）と協働作用する制御装置（１１）が設けられている、
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の燃料供給設備。
11. 所定の限界圧力を超えると前記フラッシングバルブ（１７）が開くように制御装置（１１）と協働作用する、前記高圧リザーバ（レール）（８）の内圧を検出するための圧力センサ（１０）が設けられている、
    ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の燃料供給設備。

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