JP6267736B2 - ターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジンの燃焼室に低引火点燃料を噴射するための燃料弁 - Google Patents

Description

分野

本発明は、ターボ過給式大型低速ユニフロー２行程内燃エンジンの燃焼室に低引火点燃料を噴射するための燃料弁に関する。

クロスヘッド型のターボ過給式大型低速２行程自己着火エンジンは、通常、大型船の推進系にまたは発電所の主原動機として用いられる。非常に多くの場合に、こうしたエンジンは重油燃料によって動作する。

最近では、ガス、メタノール、石炭スラリ、石油コークスおよび類似物など、代替の種類の燃料に対応できるターボ過給式大型２行程自己着火エンジンに対する需要が出てきている。需要の高まっている燃料群の一つが引火点の低い燃料である。

メタノール、ＬＰＧ、ＤＭＥまたはバイオ燃料など、多くの低引火点燃料は比較的クリーンな燃料である。クリーンな燃料をターボ過給式大型低速ユニフロー２行程内燃エンジンのための燃料として用いる場合は、例えば燃料として重油燃料を用いる場合と比べて、排気ガス中の硫黄成分、ＮＯ_ｘおよびＣＯ_２の濃度が有意に低くなる。

しかし、ターボ過給式大型低速ユニフロー２行程内燃エンジンで低引火点燃料を用いることに関連して課題がある。それらの課題の１つは引火点が低いことであり、低引火点燃料が例えば潤滑油系統など、エンジンの他の系統の１つに漏出し別の流体と混ざる場合に、重大な問題を引き起こす。低引火点燃料は本質的に発火しやすく、その蒸気は簡単に爆発性混合物を発生させる虞がある。したがって、低引火点燃料がエンジンの別の系統に入る場合、安全のためにエンジン動作を停止し、このような系統を清掃しその中の液体を全て取り替えること、つまり費用が掛かりエンジンのオペレータにとって厄介な業務が必要になる。

既知の燃料弁の構造には常に、弁ニードルおよび弁座の設計のせいで、弁ニードルのシャフトおよびシャフトがガイドされる内腔から漏出がある。したがって、シーリングのためだけでなく潤滑のためにも、シャフトと内腔との間のクリアランスに加圧シーリング液「シーリング油」の供給が実行される。漏出を最小限に維持するために、クリアランスはできるだけ小さくなるように維持されるが、このような小さいクリアランスで公差が非常に狭くなるとシャフトと内腔との間に潤滑が必要になる。

シーリング油と燃料とが混合されて系統にエラーが引き起こされる場合にその２つの流体を分離することは難しい。潤滑油系統で燃料が検出されると、エンジンを停止することになり、多くの場合、根本的な原因を解析することが難しい。

別の安全に関する課題は、エンジンが低引火点燃料で動作していないとき、例えば、エンジンが動作していないかまたはエンジンが別の種類の燃料で動作する二元燃料エンジンのときに、低引火点燃料が燃料弁および燃料弁に通じる配管に残っていることが許されないという、船級協会による要件である。したがって、燃料弁および燃料弁に通じる配管（ｔｕｂｉｎｇ）または配管（ｐｉｐｉｎｇ）をパージするために対策を講じなければならない。

このような低引火点燃料の別の難題は潤滑特性が比較的不良なことである。潤滑特性が不良であると、潤滑液を用いることなく可動部品間で非常に小さいクリアランスを用いることが妨げられる。

ターボ過給式大型低速ユニフロー２行程内燃エンジンは、通常、大型外航貨物船の推進に用いられ、したがって、信頼性が最も重要である。それにも関わらず、このようなエンジンの低引火点燃料による動作は比較的最近になって開発されたものであり、低引火点燃料による動作の信頼性は従来の燃料のレベルには未だ到達していない。したがって、ほとんどの大型低速２行程自己着火内燃エンジンは、燃料油のみで全出力の走行で動作できるように、低引火点燃料で動作する燃料系統および燃料油を用いて動作する燃料系統を備える二元燃料エンジンである。

このようなエンジンは、燃焼室の直径が大きいので、通常、シリンダ１つにつき３つの燃料噴射弁を備え、その燃料噴射弁は中央排気弁の周りに約１２０°の角度だけ互いに離間して配置される。したがって、二元燃料系統の場合は、シリンダ１つにつき３つの低引火点燃料弁およびシリンダ１つにつき３つの燃料油弁があり、したがって、シリンダの上部カバーが混み合う場所になる。

開示

このような背景の下、本願の目的は、上記で示した課題を克服するかまたは少なくとも軽減するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジンのための燃料弁を提供することである。

この目的は、低速動作するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジンの燃焼室に低引火点液体燃料を噴射するための燃料弁を提供することによって、一態様により達成される。その燃料弁は、
後端および前端を有する細長い燃料弁筐体と、
閉じられた先端部および複数のノズル孔を有するノズルであって、燃料弁筐体の前端に配設される、ノズルと、
低引火点加圧液体燃料の供給源に接続される、燃料弁筐体の燃料入口ポートと、
加圧作動流体の供給源に接続される、燃料弁筐体の作動液ポートと、
弁筐体の長手方向のニードル内腔に摺動可能に受容される軸方向に変位可能な弁ニードルであって、閉位置および開位置を有する、弁ニードルと
を備える。
弁ニードルは、閉位置では弁座に着座し、開位置では弁座から持ち上げられた状態にあり、閉位置に向かって付勢される。
燃料弁はさらに、
弁ニードルを囲繞し弁座に開口する燃料室であって、前記弁座（６９）が前記燃料室（５８）と前記ノズル（５４）との間に配置される、燃料室と、
弁筐体の第１の内腔に受容されるポンプピストンであって、ポンプピストンの片側に第１の内腔のポンプ室がある、ポンプピストンと、
加圧シーリング液の供給源に接続されるシーリング液入口ポートと、第１の内腔のポンプピストンをシールするためのシーリング液入口ポートから第１の内腔に延在する導管と、
弁筐体の第２の内腔に受容される作動ピストンであって、作動ピストンの片側に第２の内腔の作動室がある、作動ピストンと
を備える。
ポンプピストンは、作動ピストンと一緒に移動するように作動ピストンに連結され、
作動室は作動液ポートに接続され、
ポンプ室は、燃料室に接続された出口と、ポンプ室から燃料入口ポートへの流れを防止する、細長い燃料弁筐体の逆止弁を経由して燃料入口ポートに接続された入口とを有する。

一体型の燃料ポンプおよび一体型の吸込弁を有する燃料弁を提供することによって、低引火点燃料に対応でき上記で示した課題のいくつかを克服するかまたは少なくとも軽減できる燃料弁が得られる。さらに、燃料弁は、接続する外部構成要素が少なくなるので、よりコンパクトになり組み付けが容易になる。一体型の設計はコンパクトな燃料弁を提供する。

第１の態様の第１の実現可能な実装形態では、燃料弁はさらに、燃料弁をパージするための、ポンプ室から燃料入口ポートへの流れを選択的に可能にする手段を備える。ここで、燃料弁のパージは単純な動作になる。

第１の態様の第２の実現可能な実装形態では、ポンプ室から燃料入口ポートへの流れを選択的に可能にする手段は、逆止弁の逆止め機能を選択的に機能停止する手段を備える。ここで、別のパージ弁の追加を避けることができ、構造が複雑でなくなる。

第１の態様の第３の実現可能な実装形態では、逆止弁は開位置と閉位置との間を移動できる弁部材を備え、弁部材は、閉位置に弾性的にまたは流体により付勢され、弁部材は、入口ポートの圧力がポンプ室の圧力より高いときは開位置に押しやられるように構成され、ポンプ室の圧力が燃料入口ポートの圧力より高いときは閉位置に押しやられるように構成される。

第１の態様の第４の実現可能な実装形態では、弁部材は、ポンプ室に所与の圧力があるときにも制御信号によってその開位置に移動するように構成される 。

第１の態様の第５の実現可能な実装形態では、移動可能な弁部材は、逆止弁に関連する制御室を向く圧力面を備え、制御室は、制御液の供給源に接続された細長い燃料弁筐体の制御ポートに流体接続される。

第１の態様の第６の実現可能な実装形態では、逆止弁は弁内腔を備える弁筐体を備え、弁部材は弁内腔に受容され、弁内腔の一端が弁部材の弁体のための弁座を形成し、弁体は、移動可能な弁部材の閉位置では弁座に着座し、弁部材の開位置では弁座から持ち上げられた状態にある。

第１の態様の第７の実現可能な実装形態では、制御室は弁内腔に配設され、移動可能な弁部材は、制御室の片側にプランジャ部分を備える。

第１の態様の第８の実現可能な実装形態では、弁筐体は円柱部分を備え、弁筐体は細長い弁筐体の合致する長手方向の内腔に受容される。

第１の態様の第９の実現可能な実装形態では、燃料弁は、燃料弁をパージするための、ポンプ室から燃料入口ポートへの流れを選択的に可能にするための、ポンプ室と燃料入口ポートとの間で流体接続される専用の制御弁を備える。

第１の態様の第１０の実現可能な実装形態では、制御弁は制御信号に応答して開閉される。

第１の態様の第１１の実現可能な実装形態では、弁ニードルは、燃料室の圧力が所定の閾値を超えるときに付勢に対抗して閉位置から開位置に移動するように構成される。

第１の態様の第１２の実現可能な実装形態では、燃料弁はさらに、燃料噴射弁を、特に燃料弁のうちの前端に最も近い部分を冷却するための、冷却液入口ポートおよび冷却液出口ポートならびに冷却液流路を備える。

第１の態様の第１３の実現可能な実装形態では、細長い弁筐体は後方部分につながる前方部分を備え、軸方向に変位可能な弁ニードルは前方部分に配設され、第１の内腔、第２の内腔および合致する内腔は後方部分に形成される。

上記の目的も、第１の態様およびその実装形態のいずれか一つによる燃料弁を備える、低速動作するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジンを提供することによって、第２の態様により達成される。

第２の態様の第１の実現可能な実装形態では、エンジンは、制御された圧力Ｐｆを有する加圧燃料の供給源、制御された圧力Ｐｓを有する加圧シーリング液の供給源および制御された圧力Ｐｃを有する加圧冷却液の供給源を備え、ＰｃはＰｆより高い。

第２の態様の第２の実現可能な実装形態では、燃料入口ポートに通じる導管は２重壁の配管を備え、低引火点燃料が内側の管腔を輸送され、外側の管腔が通気され炭化水素の検出のためのセンサに接続される。

本開示による燃料弁およびエンジンの他の目的、特徴、利点および特性が詳細な説明から明らかになる。

本明細書の以下の詳細な部分では、図面に示す例示的な実施形態を参照しながら本発明をより詳細に説明する。

例示的な実施形態による大型２行程ディーゼルエンジンの正面図である。 図１の大型２行程エンジンの側面図である。 図１による大型２行程エンジンの概略図である。 １つの燃料弁に関する、図１のエンジンの低引火点液体燃料系統の例示的な実施形態の概略図である。 シリンダの上側部分の、図１のエンジンの低引火点液体燃料系統の例示的な実施形態の概略断面図である。 図１〜図３の例示的な実施形態によるエンジンを用いるための低引火点燃料弁の立面図である。 図６に示す低引火点燃料噴射弁の断面図である。 図７の拡大詳細図を示す。 図７の別の拡大詳細図を示す。 図６に示す低引火点燃料噴射弁の異なる断面図である。 図６に示す低引火点燃料噴射弁の別の異なる断面図である。 図９の拡大詳細図を示す。 図６に示す低引火点燃料噴射弁の別の異なる断面図である。 図６に示す低引火点燃料噴射弁の別の異なる断面図である。

詳細説明

以下の詳細説明では、例示的な実施形態のターボ過給式大型低速２行程内燃（ディーゼル）エンジンを参照しながら自己着火内燃エンジンを説明する。図１、図２および図３に、クランクシャフト４２およびクロスヘッド４３を有するターボ過給式大型低速２行程ディーゼルエンジンを示す。図３に、吸気系統および排気系統を有するターボ過給式大型低速２行程ディーゼルエンジンの概略図を示す。例示的な本実施形態では、エンジンは１列に並んだ４つのシリンダ１を有する。ターボ過給式大型低速２行程ディーゼルエンジンは、通常、エンジンフレーム１３によって担持される、１列に並んだ４から１４のシリンダを有する。エンジンは、例えば、外航船の主エンジンとしてまたは発電所の発電機を動作させるための定置エンジンとして用いることができる。エンジンの全出力は、例えば、１，０００から１１０，０００ｋＷの範囲とすることができる。

エンジンは、例示的な本実施形態では、２行程ユニフロー型のディーゼル（自己着火）エンジンであり、掃気ポート１９がシリンダ１の下側領域にあり、中央排気弁４がシリンダ１の上部にある。掃気は掃気レシーバ２から個々のシリンダ１の掃気ポート１９に至る。シリンダ１のピストン４１が掃気を圧縮し、燃料が（以下にさらに詳細に説明する）シリンダカバーの（以下にさらに詳細に説明する）燃料噴射弁から噴射され、続いて燃焼が起こり、排気ガスが発生する。排気弁４が開くと、排気ガスがシリンダ１に関連する排気ダクトを通って排気ガスレシーバ３に流れ、さらに第１の排気導管１８を通ってターボ過給機５のタービン６に至る。排気ガスはタービン６から第２の排気導管を通って流れエコノマイザ２８を経由して出口２９に至り、大気中に流出する。タービン６は、空気入口１０を経由して新鮮な吸気が供給されるようにシャフトによって圧縮機９を駆動する。圧縮機９は掃気レシーバ２に通じる掃気導管１１に加圧掃気を供給する。

導管１１の掃気は掃気を冷却するためのインタークーラ１２を通る。例示的な実施形態では、掃気は約２００℃で圧縮機を出て、インタークーラによって３６℃と８０℃との間の温度に冷却される。

冷却された掃気は電気モータ１７によって駆動される補助ブロワ１６を経由して通過する。補助ブロワ１６は、ターボ過給機５の圧縮機９が掃気レシーバ２に十分な圧力を供給しないときに、すなわち、エンジンが低負荷または部分負荷の状況のときに掃気の流れを加圧する。エンジン負荷がより高いと、ターボ過給機の圧縮機９は十分な圧縮掃気を供給し、そのときは、補助ブロワ１６はバイパスされ逆止弁１５を経由して供給する。

図４は低引火点燃料弁５０の概略図であり、燃料弁５０は、低引火点液体燃料の供給源６０、冷却液（油）の供給源５９、シーリング液の供給源５７、制御弁９６を経由する作動液（油）の供給源９７、パージ制御弁９８および作動液制御弁９６に接続される。導管６２が、低引火点加圧液体燃料の供給源６０から低引火点液体燃料弁５０の筐体の入口ポートに通じている。導管６２は、例えば、同心のチューブによってまたはシリンダカバー４８などの中実のブロック材料の内側のチューブによって形成された２重壁の導管である。低引火点液体燃料は内側の管腔／チューブ内を輸送され、外側の管腔は通気され、揮発性炭化水素成分を検出するためのセンサ６３（検知器）を備える。センサ６３は電子制御ユニットに接続され、その電子制御ユニットは揮発性炭化水素成分がセンサ６３によって検出されたときに警報を発する。燃料弁５０から低引火点燃料をパージできるように燃料弁５０を低引火点液体燃料の供給源６０から接続解除できるようにするためのウィンドウ弁６１が導管６２に設けられる。ウィンドウ弁６１は、好ましくは、電子的に動作し、電子制御ユニットによって制御される。電子制御弁９６は噴射事象を制御し、制御弁９８は逆止弁が閉じるのを防止することによってパージを制御する。

図５に、例示的な実施形態による複数のシリンダ１のうちの１つの上部を示す。シリンダ１の上部カバー４８は、燃料弁５０のノズルからシリンダ１のピストン４１の上方の燃焼室に低引火点液体燃料を噴射するための燃料弁５０をいくつか（通常２つまたは３つ）備える。例示的な本実施形態では、エンジンはシリンダ１つにつき３つの低引火点液体燃料弁５０を有するが、燃焼室のサイズによっては単一のまたは２つの低引火点燃料弁５０で十分な場合があることも理解されたい。排気弁４は上部カバーの中央に配置され、低引火点液体燃料弁５０の方がシリンダ壁の近くにある。

一実施形態（図示せず）では、上部カバー４８に、燃料油によりエンジンを動作させるための燃料油弁を２つまたは３つ設けることができる。燃料油弁は、周知の方法で高圧燃料油の供給源に接続される。

燃料弁５０のうちのノズルに最も近く燃焼室に最も近い前方部分は、冷却油などの冷却液を用いて冷却され、そのためにシステム油（潤滑油）を用いることができる。ここでは、燃料弁５０の本体は、冷却液入口ポートと、冷却液出口ポートと、燃料弁５０の本体の前方部分を通る、入口ポートと出口ポートとの間の流路（図示せず）とを備える。冷却液入口ポートは、導管を経由してシステム油などの加圧冷却液の供給源５９に接続され、冷却液出口ポートは、導管を経由して冷却液のリザーバに接続される。

燃料弁５０の本体は、燃料弁の開閉を制御する作動液ポートも備える。制御ポートは導管を経由して加圧作動液の供給源９７に接続される。電子制御される制御弁９６、好ましくは比例弁が、導管のうちの、加圧作動液の供給源９７と、燃料弁５０の開閉を制御する、すなわち、噴射事象を制御する作動液ポートとの間の部分に配置される。

エンジンは、エンジンの動作を制御する電子制御ユニットを備える。信号線が電子制御ユニットを電子制御弁９６および９８ならびにウィンドウ弁６１に接続する。

電子制御ユニットは、低引火点液体燃料弁５０による噴射事象を正確に時間調整し、燃料弁５０を用いた低引火点液体燃料の量（１回の噴射事象ごとに噴射される体積）を制御するように構成される。電子制御ユニットは、一実施形態では、燃料弁が噴射曲線に適合できるので、噴射曲線の形状を制御（レートシェーピング）するように構成される。

電子制御ユニットは、燃料噴射事象を開始する前に供給導管６２が確実に低引火点加圧液体燃料で満たされるように、ウィンドウ弁６１を開閉する。

ウィンドウ弁６１は、燃料弁５０から低引火点燃料をパージする必要があるときに電子制御ユニットによって閉じられる。

図６は、細長い弁筐体５２と、細長い弁筐体５２の前端に取り付けられたノズル５４と、シーリング液入口ポート７０と、パージを制御する制御ポート３６とを有する燃料弁５０の斜視図である。ノズル５４は、ノズル５４全体に径方向および軸方向に分布するノズル孔５６を複数備える。

図７、図８、図９、図１０および図１１に、自己着火内燃エンジンの燃焼室に低引火点燃料を噴射するための燃料弁５０の断面図を示す。燃料弁５０は細長い弁筐体５２を有し、その弁筐体５２は最も後方の端部を有し、前端にノズル５４を有する。ノズル５４は弁筐体５２の前端に取り付けられた別個の部材である。弁筐体５２の最も後方の端部は、制御ポート３６、作動液ポート７８およびガス漏れ検出ポート（図示せず）を含む複数のポートを備える。最も後方の端部はヘッドを形成するように拡大されており、そのヘッドは、燃料弁５０がシリンダカバー４８に取り付けられるとシリンダカバー４８から突出する。本実施形態では、燃料弁５０は、中央排気弁４の周りに、すなわち、シリンダライナの壁の比較的近くに配置される。細長い弁筐体５２および燃料噴射弁５０の他の構成要素ならびにノズルは、本実施形態では例えば工具鋼およびステンレス鋼などの鋼から作製される。

中空のノズル５４は、ノズル５４の中空内部につながるノズル孔５６を備え、ノズル孔５６はノズル５４全体にわたって径方向に分布している。ノズルは軸方向では先端部の近くにあり、ノズル孔５６の径方向の分布は、本実施形態では、比較的狭い範囲である約５０°にわたる。ノズル孔５６の径方向の向きは、ノズル孔５６がシリンダライナの壁から離れる方に向くようになっている。さらに、ノズル孔５６は、掃気ポートの構成によって生じる燃焼室の掃気のスワールの方向とほぼ同じ方向になるように向けられる（このスワールは、ジャーニーフロータイプのターボ過給式大型２行程内燃エンジンのよく知られた特徴である）。

ノズル５４の先端部は本実施形態では閉じられている。ノズル５４は弁筐体５２の前端に連結され、ノズル５４の中空内部は筐体５２の内腔に向かって開口する。ノズルにつながる軸方向の内腔と燃料室５８との間の移行部に弁座６９が配設される。

軸方向に変位可能な弁ニードル６１が、細長い弁筐体５２の長手方向の内腔に狭いクリアランスを有した状態で摺動可能に受容され、軸方向に変位可能な弁ニードル６１と長手方向の内腔との間の潤滑は重大である。ここでは、加圧シーリング液は、導管（チャネル）４７を経由して弁ニードルの長手方向の内腔の間のクリアランスに供給される。チャネルは弁ニードル６１と軸方向の内腔との間のクリアランスをシーリング液入口ポート７０に接続し、シーリング液入口ポート７０は、加圧され圧力Ｐｓである加圧シーリング液の供給源５７に接続することができる。シーリング液は、低引火点燃料が弁ニードル６１と軸方向の内腔との間のクリアランスに漏出するのを防止する。さらに、好ましくは油であるシーリング液が弁ニードル６１と軸方向の内腔との間を潤滑する。一実施形態では、シーリング液の供給源５７の圧力は、噴射事象中はポンプ室８２の最大圧力と少なくともほぼ同程度に高い。

弁ニードル６１は閉位置および開位置を有する。弁ニードル６１は弁座６９に合うように成形された円錐部分を備える。閉位置では、弁ニードルの円錐部分は弁座６９に着座する。円錐部分は、開位置では弁座６９から持ち上げられた状態にあり、弁ニードル６１は予め張力をかけられた螺旋状のばね３８によって閉位置に向かって弾性的に付勢される。予め張力をかけられた螺旋状のばね３８は弁ニードル６１に作用し、円錐部分が弁座６９に着座する閉位置に向かって弁ニードル６１を付勢する。

螺旋状のばね３８は細長い燃料弁筐体５２のばね室８８に受容される螺旋状の線ばねである。冷却油がばね室８８を通って流れる。螺旋状のばね３８の一端はばね室８８の端部に係合し、螺旋状のばね３８の他端は弁ニードル６１の拡幅部分またはフランジに係合し、そうすることで、弁ニードルを弁座６９に向かって弾性的に押しやる。

細長い弁筐体５２は、例えば低引火点液体燃料の供給導管６２を経由して低引火点加圧液体燃料の供給源６０に接続される燃料入口ポート５３を備える。燃料入口ポート５３は導管５１および逆止弁７４を経由して弁筐体５２のポンプ室８２に接続される。逆止弁７４（吸込弁）は弁筐体５２の内側に設けられる。逆止弁７４により、液体の低引火点燃料が導管５１を通って確実にポンプ室８２に流れるが反対方向には流れないようにすることができる。

ポンプピストン８０が、細長い燃料弁筐体５２の第１の内腔８１に摺動可能にかつシールするように受容され、ポンプピストン８０の片側に第１の内腔８１のポンプ室８２がある。作動ピストン８３が、弁筐体５２の第２の内腔８４に摺動可能にかつシールするように受容され、作動ピストン８３の片側に第２の内腔８４の作動室８５がある。ポンプピストン８０は、作動ピストン８３と一緒に移動するために作動ピストン８３に連結され、すなわち、ポンプピストン８０および作動ピストン８３はそれぞれの内腔８１、８４内を一緒に摺動することができる。本実施形態では、ポンプピストン８０および作動ピストン８３は一体の部材によって形成されるが、ポンプピストン８０および作動ピストン８３を互いに連結された別々の部材にできることが留意される。

一実施形態では、図７Ｂに示すように、ポンプピストン８０は、ポンプピストン８０の下側部分の直径Ｄ１と比べてわずかに大きい直径Ｄ２の上側部分を有する。それに対応して、ポンプピストン８０が受容される内腔８１の上側部分は大きい直径Ｄ２を有し、内腔８１の下側部分は直径Ｄ１を有する。したがって、リング室９９が作り出され、ポンプピストン８０の上側部分は、ポンプピストン８０が下向き（図７および図７Ｂの上下）に移動されるときにリング室９９の体積を減少させるシーリング液増圧ピストンを成す。リング室９９は、逆止弁９１を経由してシーリング液（油）の供給源に接続される。リング室９９は、ポンプピストン８０が上向きに移動すると逆止弁９１を経由してシーリング液で満たされるが、逆止弁９１はシーリング液が戻るのを妨げ、したがって、シーリング液はポンプピストン８０と内腔８１との間のクリアランスに押し込まれる。したがって、シーリング液はリング室９９からポンプピストン８０と内腔８１との間のクリアランスに押しやられ、そうなると、低引火点燃料がポンプピストン８０と内腔８１との間のクリアランスに入ることが防止される。ポンプピストン８０の下側部分に対するクリアランスがポンプピストン８０の上側部分に対するクリアランスよりわずかに大きくなるように選択することによって、シーリング液のほとんどが確実にクリアランスを通ってポンプ室８２に向かって流れるようにすることができる。過剰なシーリング液はポンプ室で燃料と混合され燃焼される。

作動室８５は作動液ポート７８に流体接続される。電子制御弁９６は、作動液ポート７８との間の、したがって作動室８５との間の加圧作動液の流れを制御する。

噴射事象が開始するときに、電子制御ユニットは、作動液を作動室８５に流すことを可能にするように電子制御弁９６に命令する。作動室８５の加圧作動液は作動ピストン８３に作用し、そうすることで、ポンプピストン８０をポンプ室８２に押しやる力が生み出される。そうなると、ポンプ室８２の低引火点液体燃料の圧力が上昇する。本実施形態では、作動ピストン８３の直径はポンプピストン８０の直径より大きく、したがって、ポンプ室８２の圧力は、それに応じて作動室８５の圧力より高く、作動ピストン８３とポンプピストン８０との組み合わせは増圧器として働く。

１つまたは複数のチャネル（導管）５７が、ポンプ室８２を燃料室５８に、したがって燃料室の底部に位置する弁座６９に流体接続する。弁座６９は、弁ニードル６１を囲繞する燃料室５８の方を向く。弁ニードル６１は、持ち上げられるべく、ノズル５４から離れる方に移動し、下げられるべく、ノズル５４に向かって移動するように構成される。その開位置では、弁ニードル６１は弁座６９から持ち上げられた状態にあり、そうなると、低引火点液体燃料がポンプ室８２から燃料室５８に流れ弁座６９を通り軸方向の内腔を経由してノズル５４の中空内部に至ることが可能になる。低引火点の液体はノズル孔５６を経由してノズルを出る。

弁ニードル６１は、ポンプ室８２の低引火点液体燃料の圧力が螺旋状のばね３８の力を超えるときに持ち上げられる。したがって、弁ニードル６１は、ポンプ室８２の燃料の圧力が所定の閾値を超えるときにばね３８の付勢に対抗して開くように構成される。燃料の圧力は、ポンプピストン８０がポンプ室８２の低引火点液体燃料に作用することによって生じる。

円錐部分が弁座６９に向かって移動する状態で、弁ニードル６１はノズル５４に向かって移動するべく付勢されるように構成される。これは、ポンプピストン８０がもはやポンプ室８２の燃料に作用せず、弁ニードル６１に対する螺旋状のばね３８の閉じる力が弁ニードル６１に対する低引火点液体燃料の開く力よりも大きくなるときに、低引火点液体燃料の圧力が低下するときに起こる。

電子制御ユニットは、噴射事象を終了するときに、作動室８５をタンクに接続するように電子制御弁９６に命令する。ポンプ室８２は、低引火点液体燃料の加圧供給源６０に接続され、逆止弁７４を経由して流入する低引火点液体燃料の供給圧力は、ポンプ室８２が低引火点液体燃料で完全に満たされた図７に示す位置に到達するまで作動ピストン８３を作動室８５に押しやり、そうすることで、燃料弁５０は次の噴射事象に対して準備ができた状態になる。図８に、ポンプ室８２の大部分に低引火点の液体がほとんど無い状態にある噴射事象の終了間際のポンプピストン８０および作動ピストン８３の配置を示す。

低引火点燃料の噴射事象が、アクティベーション時間の長さおよびポンプピストン８０の行程の長さに応じて電子制御ユニットＥＣＵによって制御される（レートシェーピング）。１回の噴射事象で噴射される低引火点液体燃料の量は、ポンプピストン８０の行程の長さによって決まる。したがって、電子制御ユニットからの信号により、作動液の圧力は作動室８５内で上昇する。

噴射事象の最後には、電子制御弁９６は作動室８５から圧力を取り除き、ポンプ室８２の低引火点加圧液体燃料の力により、作動ピストン８３が第２の内腔８４の端部にぶつかりポンプ室８２が低引火点液体燃料で完全に満たされるまで第２の内腔８４に押し戻され、燃料弁５０は次の噴射事象に対して準備ができた状態になる。

一実施形態（図示せず）では、燃料弁５０は、異なる２つの直径を有するプランジャの形態の増圧器を備える。燃料噴射事象中にシーリング圧力を上昇させるように、プランジャの大径部分は制御弁９６に接続されたポートを有するチャンバを向き、プランジャの直径がより大きい部分は導管（チャネル）５１および４７に接続されたポートを有するチャンバを向き、したがって、高いシーリング圧力を提供することが最も必要となるちょうどその時間にシーリング液の圧力が確実に高くなる。

燃料弁５０は、加圧シーリング液の供給源に接続されるシーリング液（油）入口ポート７０を備え、第１の内腔８１のポンプピストン８０をシールするための、シーリング液入口ポート７０からその第１の内腔８１まで延在する導管５１を備える。一実施形態では、シーリング液の供給源５７の圧力は、噴射事象中はポンプ室８２の最大圧力と少なくともほぼ同程度に高い。

一実施形態では、燃料弁５０は、燃料弁５０をパージするための、ポンプ室８２から燃料入口ポート５３に向かう流れを選択的に可能にする手段を備える。ポンプ室８２から燃料入口ポート５３に向かう流れを選択的に可能にするこの手段は、逆止弁７４（吸込弁）の逆止め機能を選択的に機能停止する手段を備える。

図７Ａに示すように、逆止弁７４は、開位置と閉位置との間を移動できる弁部材７７を備える。弁部材７７は予め張力をかけられた螺旋状のばね３９によって閉位置に付勢される。弁部材７７は、燃料入口ポート５３の圧力がポンプ室８２の圧力より高いときは開位置に押しやられるように構成され、ポンプ室８２の圧力が燃料入口ポート５３の圧力より高いときは螺旋状のばね３９の力によって閉位置に押しやられるように構成される。弁部材７７はその長手方向端部の一方に弁頭８９を備え、螺旋状のばね３９はその反対側の長手方向端部で弁部材７７に係合する。弁部材７７は、摺動可能にかつシールするように逆止弁筐体７５の内腔７６に受容される。弁内腔の一端が弁部材７７の弁体８９のための弁座７９を形成し、弁体８９は、移動可能な弁部材の閉位置では弁座７９に着座し、弁部材７７の開位置では弁座７９から持ち上げられた状態にある。

弁部材７７は、ポンプ室８２の圧力にかかわらず、制御信号によって、その開位置に移動するように構成される。ここでは、移動可能な弁部材７７は、逆止弁７４の制御室７３を向く圧力面を備える。

制御室７３は弁内腔７６に配設され、移動可能な弁部材７７は制御室７３の片側にプランジャ部分を備える。逆止弁筐体７５は、円柱部分を備え、細長い弁筐体５２の合致する長手方向の内腔に受容される。

制御室７３は、制御液の供給源に接続されるチャネル（図示せず）を経由して細長い燃料弁筐体５２の制御ポート３６に流体接続される。制御ポート３６は、作動液の供給源９７から、好ましくはオン／オフタイプの電子制御される制御弁９８を含む導管を経由して制御液を受容する。制御弁９８は電子制御ユニットに接続され、電子制御ユニットは、燃料弁５０をパージする時間になったときに開位置に移動するように制御弁９８に命令する。制御ポート３６は、チャネルまたは導管３４を経由して逆止弁７４の制御室７３に接続される。電子制御ユニットが、開位置に移動するように制御弁９８に命令すると、加圧制御／作動液（油）が制御室７３に到達し、螺旋状の線ばね３９の力に対抗して弁部材７７を開位置に押しやり、液体がポンプ室８２から低引火点燃料ポート５３に向かって、すなわち逆止弁７４の通常はブロックされた方向に対抗して流れるときにも弁部材７７を開位置に留める。これにより、燃料弁５０から低引火点燃料をパージすることが可能になる。

弁ニードル６１は、燃料室８２の圧力が所定の閾値を超えるときに付勢に対抗して閉位置から開位置に移動するように構成される。所定の閾値は、ポンプ室８２に生じることができる最大圧力より低い適切な噴射圧力に設定される。

細長い弁筐体５２は、一実施形態では、燃料噴射弁５０、特に燃料弁５０のうちの前端に最も近い部分、例えばノズルに最も近い部分、および燃焼室からの熱を冷却するための、冷却液入口ポート４５および冷却液出口ポート３２ならびに冷却液流路４４を備える。冷却液は、一実施形態では、エンジンからのシステム潤滑油である。一実施形態では、冷却液流路は、螺旋状のばね３８が受容されるばね室８８を含む。本実施形態では、冷却液流路は、弁部材７７と弁内腔７６との間のクリアランスにシーリング液を供給するための、弁内腔７６に必要な導管３７につながっている。そのために、低引火点燃料の供給源６０の圧力Ｐｆは冷却液の供給源５９の圧力ＰＣよりわずかに低い。

一実施形態では、細長い弁筐体５２は後方部分３５につながる前方部分３３を備える。軸方向に変位可能な弁ニードル６１は前方部分３３に配設され、第１の内腔８１、第２の内腔８４および合致する長手方向の内腔は後方部分３５に形成される。

燃料弁５０は、一実施形態では、長手方向のニードル内腔６４の弁ニードル６１をシールするための、シーリング液入口ポート７０から長手方向のニードル内腔６４に延在する導管４７を備える。

一実施形態では、燃料弁５０は、燃料弁５０をパージするための、ポンプ室８２から燃料入口ポート５３への流れを選択的に可能にするための、ポンプ室８２と燃料入口ポート５３とを流体接続する専用の制御弁を備える。この制御弁は、好ましくは、制御信号に応答して開閉する。本実施形態では逆止弁７４の逆止め機能を選択的に機能停止する手段を設ける必要はない。

一実施形態では、燃料弁５０は、作動室が作動液ポートに接続された状態でシーリング液増圧器（図示せず）を備える。好ましくは、燃料弁５０は増圧室を備え、その増圧室は、逆止弁（図示せず）を経由してシーリング液入口ポート７０に接続され、第１の内腔８１とポンプピストン８０との間のクリアランスに接続される。シーリング液増圧器は、ポンプピストン８０のポンプ行程の間にシーリング液の圧力を上昇させ、燃料噴射事象の間は常にポンプ室８２の圧力を超えるようにシーリング液の上昇圧力を維持するように構成される。好ましくは、シーリング液増圧器は、シーリング液の圧力をポンプ室８２の燃料の最大圧力を超える圧力に上昇させるように構成される。

一実施形態では、シーリング液の供給源は、制御された圧力Ｐｓｌを有し、液体燃料の供給源は制御された圧力Ｐｆを有し、ＰｓｌはＰｆより高い。本実施形態では、制御された圧力Ｐｓｌは、ポンプ行程中はポンプ室８２の最大圧力より低くすることができる。その場合、Ｐｓｌ、クリアランスのサイズ、およびポンプ行程中のポンプ室８２の最大圧力は、低引火点液体燃料がクリアランスに入りポンプピストン８０の全長ではないが長さの一部分に沿ってシーリング液に取って代わるように相互依存的に選択され、別のポンプ行程が起こる前に、シーリング液はクリアランスの実質的に全ての低引火点燃料に取って代わり、したがって、低引火点燃料がシーリング油系統自体に入ることはない。

電子制御ユニットは特許請求の範囲に列挙したいくつかの手段の機能を満たすことができる。

特許請求の範囲で用いられる参照符号は範囲を限定するものと解釈してはならない。

例示ために本発明を詳細に説明してきたが、このような詳細は単なる例示のためのものであり、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって変形できることが理解される。

Claims (17)

1. 低速動作するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジンの燃焼室に低引火点液体燃料を噴射するための燃料弁（５０）であって、前記燃料弁（５０）は、
   後端および前端を有する細長い燃料弁筐体（５２）と、
   閉じられた先端部および複数のノズル孔（５６）を有するノズル（５４）であって、前記細長い燃料弁筐体（５２）の前記前端に配設される、前記ノズル（５４）と、
   低引火点加圧液体燃料の供給源（６０）に接続される、前記細長い燃料弁筐体（５２）の燃料入口ポート（５３）と、
   加圧作動流体の供給源（９７）に接続される、前記細長い燃料弁筐体（５２）の作動液ポート（７８）と、
   前記細長い燃料弁筐体（５２）内の長手方向のニードル内腔（６４）に摺動可能に受容される軸方向に変位可能な弁ニードル（６１）であって、閉位置および開位置を有する、前記弁ニードル（６１）と
   を備え
   前記弁ニードル（６１）は、前記閉位置では弁座（６９）に着座し、前記開位置では前記弁座（６９）から持ち上げられた状態にあり、前記閉位置に向かって付勢され、前記弁座は前記細長い燃料弁筐体（５２）内に配され、
   前記燃料弁（５０）はさらに、
   前記細長い燃料弁筐体（５２）内に設けられる燃料室（５８）であって、前記弁ニードル（６１）を囲繞し前記弁座（６９）に開口し、前記弁座（６９）が前記燃料室（５８）と前記ノズル（５４）との間に配置される、前記燃料室（５８）と、
   前記細長い燃料弁筐体（５２）の第１の内腔（８１）に受容されるポンプピストン（８０）であって、前記ポンプピストン（８０）の片側に前記第１の内腔（８１）のポンプ室（８２）がある、前記ポンプピストン（８０）と、
   前記細長い燃料弁筐体（５２）の第２の内腔（８４）に受容される作動ピストン（８３）であって、前記作動ピストン（８３）の片側に前記第２の内腔（８４）の作動室（８５）がある、前記作動ピストン（８３）と
   を備え、
   前記ポンプピストン（８０）は前記作動ピストン（８３）と一緒に移動するように前記作動ピストン（８３）に連結され、
   前記作動室（８５）は前記作動液ポート（７８）に流体接続され、
   前記ポンプ室（８２）は、前記燃料室（５８）に接続された出口と、前記ポンプ室（８２）から前記燃料入口ポート（５３）への流れを防止する、前記細長い燃料弁筐体（５２）内の逆止弁（７４）を経由して前記燃料入口ポート（５３）に接続された入口とを有し、
   前記燃料弁（５０）はさらに、前記燃料弁（５０）をパージするための、前記ポンプ室（８２）から前記燃料入口ポート（５３）に向かう流れを選択的に可能にする手段をさらに備え、該手段は、前記逆止弁（７４）の逆止め機能を選択的に機能停止する手段を備える、
   燃料弁（５０）。
2. 前記逆止弁（７４）は開位置と閉位置との間を移動できる弁部材（７７）を備え、前記弁部材（７７）は前記閉位置に付勢され、前記弁部材（７７）は、前記燃料入口ポート（５３）の圧力が前記ポンプ室（８２）の圧力より高いときは前記開位置に押しやられるように構成され、前記弁部材（７７）は、前記ポンプ室（８２）の前記圧力が前記燃料入口ポート（５３）の前記圧力より高いときは前記閉位置に押しやられるように構成される、請求項１に記載の燃料弁。
3. 前記弁部材（７７）は、前記ポンプ室（８２）に所与の圧力があるときにも制御信号によってその開位置に移動するように構成される、請求項２に記載の燃料弁。
4. 前記移動可能な弁部材（７７）は、前記逆止弁（７４）に関連する制御室（７３）を向く圧力面を備え、前記制御室（７３）は、制御液の供給源（９７、９８）に接続された前記細長い燃料弁筐体（５２）の制御ポート（３６）に流体接続される、請求項３に記載の燃料弁。
5. 前記逆止弁（７４）は弁内腔（７６）を備える弁筐体（７５）を備え、前記移動可能な弁部材（７７）は前記弁内腔（７６）に受容され、前記弁内腔の一端が、前記弁部材（７７）の弁体（８９）のための弁座（７９）を形成し、前記弁体（８９）は、前記移動可能な弁部材の前記閉位置では前記弁座（７９）に着座し、前記弁部材（７７）の開位置では前記弁座（７９）から持ち上げられた状態にある、請求項２または４に記載の燃料弁。
6. 前記制御室（７３）は前記弁内腔（７６）に配設され、前記移動可能な弁部材（７７）は、前記制御室の片側にプランジャ部分を備える、請求項５に記載の燃料弁。
7. 前記弁筐体（７５）は円柱部分を備え、前記弁筐体（７５）は前記細長い燃料弁筐体（５２）の合致する長手方向の内腔に受容される、請求項５または６に記載の燃料弁。
8. 前記燃料弁（５０）をパージするための、前記ポンプ室（８２）から前記燃料入口ポート（５３）への流れを選択的に可能にするための、前記ポンプ室（８２）と前記燃料入口ポート（５３）との間で流体接続される専用の制御弁を備える、請求項１に記載の燃料弁（５０）。
9. 前記制御弁は制御信号に応答して開閉される、請求項８に記載の燃料弁（５０）。
10. 前記弁ニードル（６１）は、前記燃料室（８２）の圧力が所定の閾値を超えるときに前記付勢に対抗して前記閉位置から前記開位置に移動するように構成される、請求項１から９のいずれかに記載の燃料弁（５０）。
11. 前記燃料噴射弁（５０）を、特に前記燃料弁（５０）のうちの前記前端に最も近い部分を冷却するための、冷却液入口ポートおよび冷却液出口ポートならびに冷却液流路（４４）をさらに備える、請求項１から１０のいずれかに記載の燃料弁（５０）。
12. 前記細長い燃料弁筐体（５２）は後方部分（３５）につながる前方部分（３３）を備え、前記軸方向に変位可能な弁ニードル（６１）は前記前方部分（３３）に配設され、前記第１の内腔（８１）、前記第２の内腔（８４）および前記合致する長手方向の内腔は前記後方部分（３５）に形成される、請求項１から１１のいずれかに記載の燃料弁（５０）。
13. 前記長手方向のニードル内腔（６４）の前記弁ニードル（６１）をシールするための、前記細長い燃料弁筐体（５２）のシーリング液入口ポート（７０）から前記長手方向のニードル内腔（６４）に延在する導管（４７）をさらに構成する、請求項１から１２のいずれかに記載の燃料弁（５０）。
14. 加圧シーリング液の供給源（５７）に接続されるシーリング液入口ポート（７０）と、前記第１の内腔の前記ポンプピストン（８０）をシールするための、前記シーリング液入口ポート（７０）から前記第１の内腔（８１）に延在する導管（３０）とをさらに備える、請求項１から１３のいずれかに記載の燃料弁（５０）。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載の燃料弁（５０）を備える、低速動作するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジン（１）。
16. 加圧燃料の供給源であって、制御された圧力Ｐｆを有する供給源と、
    加圧シーリング液の供給源であって、制御された圧力Ｐｓを有する供給源と、
    加圧冷却液の供給源であって、制御された圧力Ｐｃを有する供給源と、
    をさらに備え、前記Ｐｃは前記Ｐｆより高い、請求項１５に記載のエンジン。
17. 前記燃料入口ポート（５３）に通じる前記導管（６２）は２重壁の配管を備え、前記低引火点燃料が内側の管腔内を輸送され、外側の管腔が通気され揮発性炭化水素の検出のためのセンサ（６３）に接続される、請求項１５または１６に記載のエンジン。

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