JP5859574B2 - 燃料噴射システム - Google Patents

Description

本発明はレシプロエンジン用燃料噴射システムに関する。

ディーゼルエンジンの動作を向上させるために、いわゆるコモンレール燃料噴射システムが一般に使われている。コモンレールシステムでは、圧力供給部及び燃料噴射部が互いに機能的に分離されている。燃料は、高圧ポンプを用いてコモンレール内に供給され、このコモンレールから別々のパイプを通って燃料インジェクタに導かれる。この種のコモンレール燃料噴射システムは、従来技術から、例えば特許文献１から知られる。

ＥＰ９５９ ２４５ Ｂ１

本発明の目的は、改良された燃料噴射システムを提供することである。

本発明の目的は請求項１に開示されたように達成される。本発明による燃料噴射システムは、加圧された燃料をエンジンのシリンダに噴射するためのインジェクタ、噴射される燃料を加圧するための高圧ポンプ、高圧ポンプからインジェクタに向かって燃料を供給するためのサプライパイプ及び燃料をインジェクタに供給するためのフィードパイプを有する。フィードパイプの第１の端部はインジェクタに接続され、第２の端部はサプライパイプに接続される。さらに、各燃料インジェクタは、蓄圧器を備える。

大きな利益が本発明を用いて達成され得る。本発明による燃料噴射システムは、そこから燃料がフィードパイプ及びインジェクタに供給される別々の蓄圧器（コモンレール）を有さないので、コスト効果が高い。さらに、燃料噴射システムは、既存のエンジンに容易に改造して組み込まれ得る。

以下では、本発明は添付の概略図面を参照して例示として説明される。

図１は、本発明の実施形態による燃料噴射システムを示す。 図２は、図１の燃料噴射システムに使用され得る燃料インジェクタ及びパイプコネクタの断面図である。

図１は、大型レシプロエンジン、例えば大型ディーゼルエンジンの燃料噴射システム１を概略的に示す。エンジンのシリンダは、直列又はＶ型に構成され得る。大型レシプロエンジンは、ここでは、例えば船又は熱及び／又は電力の生産のための発電所におけるメイン又は補助エンジンとして使用され得るようなエンジンをさす。エンジンは重油によって運転され得る。燃料噴射システム１は、燃料をエンジンのシリンダに噴射するための燃料インジェクタ６を有する。加えて、燃料噴射システム１は、そこから燃料が低圧ポンプ３を用いて燃料ライン４に沿って高圧ポンプ５に供給される、燃料源、例えば燃料タンク２を有する。高圧ポンプ５は、十分な噴射圧力がインジェクタ６内で得られ得るレベルに燃料圧力を上昇させる。シリンダがＶ型に構成される場合、燃料噴射システム１は、両方のシリンダバンクのための共通の高圧ポンプを有し得る、又は各シリンダバンクは別々の高圧ポンプを備え得る。高圧ポンプ５は、燃料温度を測定するための温度センサ４７を備える。

燃料噴射システム１は、高圧ポンプ５から燃料インジェクタ６に向かって燃料を供給するためのサプライパイプ７を有する。サプライパイプ７の一端は、高圧ポンプ５に接続される。サプライパイプ７は二重壁パイプであり、燃料をインジェクタ６に向かって供給するための内部流スペース（５６、図２）及び場合により漏れる燃料のための外部流スペース（５７、図２）を有する。燃料は、高圧ポンプ５からインジェクタ６に向かって内部流スペース５６を通って供給される。外部流スペース５７は、場合により漏れる燃料のための収集管として働く。各インジェクタ６は、別々のフィードパイプ８を用いてサプライパイプ７に接続される。フィードパイプ８の第１の端部はインジェクタ６に接続される。フィードパイプ８の第２の端部はサプライパイプ７に接続される。フィードパイプ８の第２の端部は、コネクタ２４を用いてサプライパイプ７に接続され得る。サプライパイプ７は圧力センサ５５を備えることができ、内部流スペース５６の圧力を測定するように構成される。圧力センサ５５は、燃料流れ方向において高圧ポンプ５と第１のパイプコネクタ２４との間に設置され得る。

二重壁サプライパイプ７は、サプライパイプ７を燃料タンク２に接続するための循環バルブ２３を備える。循環バルブ２３は、例えば、エンジンの始動前に燃料を加熱するために、噴射システム１において燃料の循環を可能にする。さらに、二重壁サプライパイプ７は安全バルブ４０を備える。この安全バルブ４０は、過度な圧力から燃料噴射システム１を保護する。安全バルブ４０は、所定の最大値未満にサプライパイプ７の圧力を保持する。安全バルブ４０はまた圧力低下バルブとしても働き、それによって燃料噴射システム１は減圧され得る。安全バルブ４０の出口側は排出容器４８及びスロットル４９を備え、それを通って安全バルブ４０から排出される燃料が流れる。スロットル４９は、排出容器４８の下流に配置される。排出容器４８及びスロットル４９は、燃料の圧力脈動を減衰させる。さらに、安全バルブ４０の出口側は、安全バルブ４０からの起こり得る燃料漏れを明らかにするために、燃料温度を測定するための燃料温度センサ５４を備える。循環バルブ２３及び安全バルブ４０は、リターンライン４１を通じて燃料タンク２に接続される。循環バルブ２３及び安全バルブ４０は、１つのバルブモジュール５０に一体化され得る。加えて、バルブモジュール５０は、排出容器４８及びスロットル４９を有する。バルブモジュール５０はまた、燃料温度センサ５４を有し得る。循環バルブ２３及び安全バルブ４０は、最後のパイプコネクタの下流の位置において二重壁サプライパイプ７に接続される。

高圧体積５１が二重壁サプライパイプ７の内部流スペースに接続され得る。高圧体積５１の目的は、内部流スペースにおける燃料圧力脈動を減衰させることである。高圧体積５１は、最後のパイプコネクタ２４の下流の位置において二重壁サプライパイプに接続され得る。バルブモジュール５０は、燃料圧力センサ５２を備えることができ、この燃料圧力センサ５２は、二重壁サプライパイプ７の内部流スペースの燃料圧力を測定するように構成される。圧力センサ５５及び燃料圧力センサ５２の圧力測定値は、内部流スペースの燃料圧力の制御に使用される。内部流スペースの燃料圧力は、センサ５２、５５によって測定された高い圧力値に基づいて制御され得る。

燃料噴射システム１は、そこに１つ又は複数のフィードパイプ８が接続される蓄圧器（コモンレール）なしで提供される。従来のコモンレール燃料噴射システムは、そこに燃料が高圧ポンプから供給されるとともにそこから燃料が１つ又は複数のインジェクタにフィードパイプによってさらに供給される蓄圧器を有する。図１に示された噴射システムはこのような蓄圧器、すなわち、そこに１つ又は複数のフィードパイプ８が接続される蓄圧器を有さない。燃料噴射の分野において、蓄圧器がかなりの体積の加圧された燃料を蓄えなければならないこと、すなわち、燃料が蓄圧器にためられることは、一般に知られている。蓄圧器の形状に応じて、蓄圧器の流れ断面積は、典型的にはそこに接続される燃料放出パイプの流れ断面積よりかなり大きい。図示された実施形態では、サプライパイプ７（内部流スペース）の流れ断面積は、そこに接続されるフィードパイプ８の流れ断面積と同じくらい又は僅かに大きくなり得る。

燃料インジェクタ６の基本的な構造が図２により詳細に示される。燃料インジェクタ６は、エンジンのシリンダヘッド９に取り付けられる。シリンダヘッド９は、フィードパイプ８が配置されるボア２０を有する。燃料インジェクタ６はインジェクタボディ１０を有し、その中に燃料チャンバ１２及びバルブニードル１１が配置される。バルブニードル１１は、燃料チャンバ１２からエンジンシリンダ１３内への燃料噴射を制御する。バルブニードル１１の位置に応じて、燃料チャンバ１２からエンジンシリンダ１３内への燃料噴射は、許可される又は阻まれる。インジェクタ６は、燃料のための蓄圧器１４を有する。蓄圧器１４はインジェクタボディ１０内に配置され得る。蓄圧器１４の体積は、最大（１００％）エンジン負荷での１回の噴射イベント中にインジェクタ６によって噴射される燃料の量（体積）の少なくとも４０、典型的には５０から７０倍である。

蓄圧器１４は、接続通路１５を介して燃料チャンバ１２と流体接続する。フローヒューズ１６が接続通路１５に配置される。フローヒューズ１６は、インジェクタの故障の場合に、例えばバルブニードル１１が正しく閉じない場合、燃料がインジェクタ蓄圧器１４から燃料チャンバ１２に流れることを防ぐ
インジェクタ６は、そこに燃料がフィードパイプ８を通って供給される制御チャンバ１７を有する。制御チャンバ１７の入口は、それによって制御チャンバ１７への燃料の流れが制限され得るスロットル１８を備える。制御チャンバ１７内の燃料圧力はバルブニードル１１に作用する。制御チャンバ１７内の燃料圧力によって生じた力は、バルブニードル１１を閉鎖位置に向かって付勢する。バルブニードル１１の動き、したがってシリンダ１３内への燃料噴射は、制御チャンバ１７内の燃料圧力の調整によって制御され得る。制御チャンバ１７から燃料を除去するためのリターンライン１９がインジェクタ６に接続される。リターンライン１９は、シリンダヘッド９の第２のボア５３に配置される又は接続される。制御バルブ２１が、制御チャンバ１７からの燃料の排出を制御するためにリターンパイプ１９に配置される。制御バルブ２１は、ソレノイドバルブであり得る。インジェクタ６はまた、バルブニードル１１を閉鎖位置に向かって付勢する、バネ２２を備える。

燃料噴射を開始するために、制御バルブ２１が開かれる。燃料は、制御チャンバ１７からリターンライン１９に流れ、制御チャンバ１７内の燃料圧力が減少する。燃料は、第２のボア５３及びリターンライン２１を通って燃料タンク４に流れる。制御チャンバ１７内の圧力が十分低いとき、制御チャンバ１７内の燃料圧力によって生じる力は、バルブニードル１１をバネ２２の力に抗して開放位置に向かって付勢する。結果として、バルブニードル１１は、そのシートから持上げられ、燃料は燃料チャンバ１２からシリンダ１３内に噴射される。制御バルブ２１が閉じられるとき、制御チャンバ１７内の燃料圧力は上昇する。その結果として、バルブニードル１１は、燃料チャンバ１２からシリンダ１３内への燃料噴射が停止するように、シートに接触して閉鎖位置に戻る。

図２は、二重壁サプライパイプ７をフィードパイプ８に接続するためのパイプコネクタ２４を示す。パイプコネクタ２４は、Ｔコネクタであり得る。パイプコネクタ２４は３つの取付部２５−２７を有する。第１の取付部２５は、内部流スペースに接続される第１の部分４５及び二重壁サプライパイプの外部流スペースに接続される第２の部分４６を有する。第２の取付部２６は、二重壁サプライパイプ７の内部流スペースに接続される。第３の取付部２７は、第１の部分４３及び第２の部分４４を有する。第１の部分４３は、フィードパイプ８に接続される。

パイプコネクタ２４は、コネクタ本体２８を有し、その中で流路２９が、第１の取り付け部の第１の部分４５、第２の取り付け部２６及び第３の取り付け部の第１の部分４５を相互に接続するように構成される。リーク流路３１がコネクタ本体２８内に配置される。リーク流路３１は、第１の取付部の第２の部分４６を通ってサプライパイプ７の外側流路と流体接続する。

第２の取付部２６に接続される、サプライパイプ７の外部流スペース５７は、リーク流路３１及び第１の取付部２５に接続されるサプライパイプ７の外部流スペースから流体的に分離される。したがって、パイプコネクタ２４は、サプライパイプ７の外部流スペース５７を区画３０（図１）に分ける。この区画３０は互いに流体的に分離される。リーク流路３１は、外部流スペース５７の１つの区画３０だけと流体接続する。

パイプコネクタ２４は、リーク流路３１からの燃料の排出のための漏出口３２を有する。コネクタ２４は、燃料がサプライパイプ７の外部流スペースに漏れていること、及びそこから流路３１に流れていることを検出するための、リーク検出器３３を備える。リーク検出器３３は、リーク流路３１に延びる、ピン３４等の閉鎖部材を有する。ピン３４は、リーク流路３１から漏出口３２への流れが防がれる、第１の位置、及びリーク流路３１から漏出口３２への流れが許容される、第２の位置を有する。第１の位置において、ピン３４はリーク流路３１を閉鎖し、したがって、燃料がリーク流路３１から漏出口３２に流れることを防ぐ。第２の位置において、ピン３４は、流体接続がリーク流路３１と漏出口３２との間に存在するように、リーク流路３１の覆いを取る。

図２は、リークが無くピン３４がコネクタ本体２８内で第１の位置にある通常の状況を示す。ピン３４が第１の位置にあるとき、リーク流路３１と漏出口３２との間に流体接続はない。漏れている燃料がリーク流路３１に流れる場合、リーク流路内の圧力は上昇し始める。リーク流路３１内の圧力があるレベルに上昇すると、ピン３４は、コネクタ本体２８から外側に、第２の位置に達するまで移動し始める。第２の位置において、燃料は、リーク流路３１から漏出口３２に流れる。ピン３４は、リーク流路内の圧力が低いときに第１の位置にピンを保持するための保持部材を備える。保持部材は、ゴム又は他の適切な材料で作られるとともにピン３４の外表面の周りに配置されたリング３５を有する。リング３５は、リーク流路３１の内側表面に接触している。ピン３４が第１の位置から第２の位置に向かって移動し始める圧力は、リング３５の適切な設計によって設定され得る。第２の位置において、ピン３４は、コネクタ本体２８から突出する。ピン３４の第２の位置は、コネクタ２４の外側から検出され得る。リーク流路３１は外部流スペース５７のただ１つの区画３０と流体接続するので、ピン３１はまたリークが生じているサプライパイプ部分も示す。

パイプコネクタ２４は放出流路３６を有する。この放出流路３６は、第３の取付部の第２の部分４４から漏出口３２に延びるとともに、それらの間に連続的な流体接続を提供する。フィードパイプ８は、シリンダヘッド９のボア２０に配置される。パイプコネクタ２４は、ボア２０開口が第３の取付部２７及び放出流路開口を囲むように、シリンダヘッド９に接続される。コネクタ２４は、取り付けブラケット４２を有し、それによってシリンダヘッド９に取り付けられ得る。フィードパイプ８の外側表面とボア２０の内側表面との間のクリアランスは、燃料がインジェクタ６からのリークするための排出流路として機能する。ボア２０は、放出流路３６を通って漏出口３２と流体接続する。したがって、インジェクタ６及び／又はフィードパイプ８からの燃料リークは漏出口３２を通って排出され得る。

放出ライン３７は漏出口３２に接続される。コネクタからの放出ライン３７は、共通収集ライン３８に接続される。放出ライン３７からのリーク燃料流は収集ライン３８に導かれる。収集ライン３８は、リーク検出装置３９を備える。リーク検出装置３９は、収集ライン３８に、そこを通って放出ライン３７からの全ての燃料が流れる場所に、接続される。インジェクタ６の通常の動作状態では僅かな量の燃料しかインジェクタ６からリークしないので、より大きいリーク燃料の流れが検出されることが好ましい。したがって、リーク検出装置３９は、所定値を超える流量を有する燃料流のみを検出するように構成される。所定の流量が超過されるとき、リーク検出装置３９は、警報を発する又はインジェクタ６又は二重壁サプライパイプ７からの燃料リークがあることを示すように構成される。リーク検出装置がリークを示し且つ全てのピン３４が第１の位置にある場合、燃料はインジェクタ６及び／又はフィードパイプ８からリークする。同様に、少なくとも１つのピン３４が第２の位置にある場合、燃料は二重壁サプライパイプ７からリークする。ピン３４はまた、リークが生じているサプライパイプ部分も示す。

Claims (9)

1. −加圧された燃料をエンジンのシリンダに噴射するためのインジェクタ、
   −噴射される燃料を加圧するための高圧ポンプ、
   −前記高圧ポンプから前記インジェクタに向かって燃料を供給するためのサプライパイプ、及び
   −前記サプライパイプから前記インジェクタに燃料を供給するためのフィードパイプであって、前記フィードパイプの第１の端部が前記インジェクタに接続される、フィードパイプ、を有し、
   −前記フィードパイプの第２の端部が前記サプライパイプに接続され、
   −各前記インジェクタは、蓄圧器を備え、前記蓄圧器は前記インジェクタと一体の部品である、
   レシプロエンジンのための燃料噴射システムであって、
   前記サプライパイプは二重壁パイプであり、前記二重壁パイプは、燃料を前記インジェクタに向かって供給する内部流スペース及び場合により漏れる燃料のための外部流スペースを有し、
   前記フィードパイプは前記サプライパイプにコネクタを用いて接続され、
   前記コネクタは、前記サプライパイプからの燃料リークを検出するための前記サプライパイプの前記外部流スペースに流体接続するリーク流路とリーク検出器を備え、
   前記コネクタは、前記サプライパイプの外部流スペースを複数の区画に分け、前記コネクタのリーク流路は、前記区画の１つだけに流体接続する、
   燃料噴射システム。
2. 前記蓄圧器の体積は、最大（１００％）エンジン負荷での１回の噴射イベント中に前記インジェクタによって噴射される燃料の量の少なくとも４０倍である、
   請求項１に記載の燃料噴射システム。
3. 前記蓄圧器の体積は、最大（１００％）エンジン負荷での１回の噴射イベント中に前記インジェクタによって噴射される燃料の量の５０−７０倍である、
   請求項２に記載の燃料噴射システム。
4. 前記サプライパイプは、前記サプライパイプを燃料タンクに接続するための循環バルブを備える、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
5. 前記サプライパイプは、前記サプライパイプ内の圧力を所定の最大値未満に保持するための及び前記サプライパイプを減圧するための、安全バルブを備える、
   請求項４に記載の燃料噴射システム。
6. 前記循環バルブ及び前記安全バルブは、１つのバルブモジュール５０に一体化される、
   請求項５に記載の燃料噴射システム。
7. 前記コネクタは、前記リーク流路から燃料を排出するための漏出口、並びに前記リーク流路から前記漏出口への流れが防がれる第１の位置、及び前記リーク流路から前記漏出口への流れが許容される第２の位置をとる前記リーク検出器としての閉鎖部材を有し、
   前記閉鎖部材は、前記リーク流路の圧力がある限度より上に上昇するとき、前記第１の位置から前記第２の位置に移動するように構成される、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
8. 前記閉鎖部材の位置は前記コネクタの外側から検出され得る、
   請求項７に記載の燃料噴射システム。
9. 前記安全バルブの出口側は、放出コンテナ及びスロットルを備える、
   請求項５又は６に記載の燃料噴射システム。

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