JP6450956B1 - 燃料供給装置及び燃料供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の負荷が変化して複数の往復式ポンプによる燃料の吐出量を変化させるときでも、往復式ポンプに起因する燃料の圧力の脈動を抑制して吐出量を変更する。【解決手段】複数の往復式ポンプそれぞれの燃料の吐出及び吸入を繰り返す動作は同じであるが、前記吐出及び前記吸入の動作タイミングはお互いに異なり、前記吸入と前記吐出の１サイクルの時間を往復式ポンプの数で割った時間だけ、往復式ポンプのいずれか１つに対して動作タイミングがずれるように、昇圧用ピストンの前進及び後退を制御し、しかも、複数の往復式ポンプの吐出量の合計量が時間によらず一定量となるように複数の往復式ポンプそれぞれの動作は制御される。内燃機関の負荷が変化するとき、１回の吐出における前記燃料の吐出量を一定に維持しつつ、前記内燃機関の負荷の変化に応じて、吐出期間の長さ吸入の期間の長さを同じ比率で増加あるいは減少させるように前記往復式ポンプを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置及び燃料供給方法に関する。

従来の船舶においては、低速での出力が可能であり、プロペラに直結して駆動することができる、２ストロークサイクルの低速ディーゼルエンジンが用いられている。
近年、低速ディーゼルエンジンの燃料として、ＮＯ_ｘ、ＳＯ_ｘ排出量の少ない天然ガスが注目されている。低速ディーゼルエンジンの燃焼室に高圧の天然ガスを燃料として噴射して燃焼させることで、高熱効率で出力が得られる。

例えばクランク軸を用いて回転運動を往復運動に変えることで、往復式ポンプを駆動することが行われている。クランク軸を用いて往復式ポンプのピストンを駆動する場合、ピストンストロークがクランク軸によって定まるため、ピストンストロークを自由に調整することができない。また、複数の往復式ポンプを同一のクランク軸によって駆動する場合、往復式ポンプのそれぞれを独立して制御することができなかった。

一方、特許文献１には、内燃機関の燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給装置において、複数の往復式ポンプを用いて燃料を吸入し、昇圧して吐出する際に生じる往復式ポンプに起因する燃料の圧力の脈動を低減するために、複数の往復式ポンプの動作を制御する技術が知られている（特許文献１）。
この技術では、具体的に、複数の往復式ポンプそれぞれの昇圧用ピストンが同一の周期で往復する。さらに、少なくとも１つの往復式ポンプにおいて昇圧用ピストンの第２の方向への移動速度が加速することで燃料の単位時間当たりの吐出量が増加する間に、他の往復式ポンプにおいて昇圧用ピストンの第２の方向への移動速度が減速することで燃料の単位時間当たりの吐出量が減少する。これにより、往復式ポンプから吐出される燃料の単位時間当たりの吐出量の和が一定値となるように、昇圧用ピストンの動作は制御されている。さらに、１つの往復式ポンプにおいて昇圧用ピストンの第２の方向への移動速度が減速することで燃料の単位時間当たりの吐出量が減少する間に、他の往復式ポンプにおいて昇圧用ピストンの第２の方向への移動速度が加速することで燃料の単位時間当たりの吐出量が増加することで、複数の往復式ポンプから吐出される燃料の単位時間当たりの吐出量の和が一定値となるように、昇圧用ピストンの動作は制御されている。例えば、往復式ポンプの昇圧用ピストンが前進する移動速度が低下を開始する前進速度低下開始点と、別の往復式ポンプの昇圧用ピストンが前進を開始する前進速度増加開示点とを合わせることにより、昇圧用ピストンの動作タイミング及び昇圧用ピストンの先端位置を往復式ポンプ間で合わせる制御が行われる。

特許第５９３４４０９号公報

内燃機関の負荷が変化して、必要とする燃料の吐出量が変化する場合、上記技術における吐出量の調整では、往復式ポンプの昇圧用ピストンの移動速度をそれぞれ個別に調整するため、吐出量の和が一定値となるように、異なる昇圧用ピストンの動作タイミングを正確に調整する必要がある。例えば、昇圧用ピストンの移動速度の調整に伴って、往復式ポンプの昇圧用ピストンが前進する移動速度が低下を開始する前進速度低下開始点と、別の往復式ポンプの昇圧用ピストンが前進を開始する前進速度増加開示点とを、正確に合わせる必要がある。しかし、この動作タイミングを正確に合わせることは難しく、脈動が発生しやすい。また、動作タイミングの調整が可能であるとしても調整の時間を要し、調整の効果が生じるまでの期間、脈動が生じやすい。

そこで、本発明は、内燃機関の負荷が変化して複数の往復式ポンプによる燃料の吐出量を変化させるときでも、往復式ポンプに起因する燃料の圧力の脈動を抑制して吐出量を変更することができる燃料供給装置及び燃料供給方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、内燃機関の燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給装置である。当該燃料供給装置は、
昇圧用ピストン及び前記昇圧用ピストンが軸方向に前進及び後退するシリンダ内空間を有するシリンダを有し、前記昇圧用ピストンの後退により前記燃料を前記シリンダ内空間に吸入し、前記昇圧用ピストンの前進により前記燃料を昇圧して前記シリンダ内空間から吐出する複数の往復式ポンプと、
前記往復式ポンプそれぞれの前記昇圧用ピストンに接続し、前記昇圧用ピストンを前進及び後退させる、前記往復式ポンプそれぞれに対応して設けられた複数のリニアアクチュエータと、
予め時間軸上で移動速度を規定した前記昇圧用ピストンの移動速度データに基づいて、前記リニアアクチュエータを介して前記複数の往復式ポンプの動作の制御をする制御部と、を備える。
前記制御部は、
前記内燃機関の負荷が一定のとき、
前記複数の往復式ポンプの動作の制御において、前記往復式ポンプそれぞれによる１回の燃料の吐出と１回の燃料の吸入を１サイクルと
して前記１サイクルの時間を互いに同じにして、サイクルを繰り返すように前記往復式ポンプを制御し、
前記往復式ポンプそれぞれの前記燃料の吐出及び吸入の動作タイミングはお互いに異なり、前記１サイクルの時間を前記往復式ポンプの数で割った時間だけ、前記往復式ポンプのいずれか１つに対して前記動作タイミングがずれるように、前記昇圧用ピストンの前進及び後退を制御し、
前記往復式ポンプそれぞれの前記燃料の吐出期間は、前記燃料の単位時間当たりの吐出量が前記往復式ポンプの間で同じ一定量を維持する一定量吐出期間と、前記吐出量がゼロから前記一定量に増加する吐出量増加期間と、前記吐出量が前記一定量からゼロに低下する吐出量低下期間と、を含み、
前記往復式ポンプいずれの前記吐出量増加期間は、前記往復式ポンプの別の１つにおける前記吐出量低下期間と一致し、前記往復式ポンプいずれの前記吐出量低下期間は、前記往復式ポンプの別の１つにおける前記吐出量増加期間と一致し、かつ、一致する前記吐出量増加期間と前記吐出量低下期間の各時間における前記吐出量の合計量は、前記一定量となるように、前記制御部は前記往復式ポンプの前記動作タイミングを制御し、さらに、前記往復式ポンプの前記一定量吐出期間は、互いに重なることがないように、前記制御部は前記往復式ポンプの前記動作タイミングを制御する。
前記制御部は、
前記内燃機関の負荷が変化するとき、
前記複数の往復式ポンプの動作の前記制御において、前記移動速度データの時間軸を、前記負荷の変化に応じた比率で拡縮し、かつ、前記移動速度データの移動速度を、前記比率の逆数倍した拡縮移動速度データに基づいて、前記昇圧用ピストンの動作を制御することにより、前記燃料の吐出量を変更する。

前記往復式ポンプによる１回の前記吸入の時間長さは、１回の前記吐出の時間長さに比べて長い、ことが好ましい。

前記吸入期間における前記昇圧用ピストンの後退時の移動速度の絶対値の最大値は、前記吐出期間における前記昇圧用ピストンの前進時の移動速度の絶対値の最大値に比べて小さい、ことが好ましい。

前記１サイクルの期間中、前記昇圧用ピストンが連続して停止しない、ことが好ましい。

前記往復式ポンプは、奇数個設けられている、ことが好ましい。

前記吐出量増加期間の長さ及び前記吐出量低下期間の長さは、前記一定量吐出期間の長さの１０％〜３０％である、ことが好ましい。

前記吐出量増加期間の開始点と前記吐出量増加期間の終了点との間の、前記吐出量増加期間の終了点を含む一期間における前記昇圧用ピストンの前進時の加速度の絶対値が、前記吐出量増加期間の終了点に向かうにつれて小さくなり、前記吐出量低下期間の開始点と前記吐出量低下期間の終了点との間の、前記吐出量低下期間の終了点を含む一期間における前記昇圧用ピストンの前進時の加速度の絶対値が、前記吐出量低下期間の終了点に向かうにつれて小さくなるように、前記昇圧用ピストンを制御する、ことが好ましい。

前記往復式ポンプの数をＮとし、前記一定量吐出期間の長さをＴ１とし、前記吐出量増加期間及び前記吐出量低下期間の長さをＴ２として、前記吸入の期間の長さは、（Ｎ−１）×Ｔ１＋（Ｎ−２）×Ｔ２である、ことが好ましい。

本発明の他の一態様は、内燃機関の燃焼室内へ複数の往復式ポンプを用いて燃料を供給する燃料供給方法である。当該燃料供給方法は、
前記内燃機関の負荷が一定のとき、
前記往復式ポンプそれぞれの昇圧用ピストンは、予め時間軸上で移動速度を規定した前記昇圧用ピストンの移動速度データに基づいて軸方向に往復するように、リニアアクチュエータを介して駆動されることにより、前記往復式ポンプそれぞれは、シリンダから１回の燃料の吸入と１回の燃料の吐出を１サイクルとしてサイクルを繰り返し、前記往復式ポンプそれぞれの前記燃料の吐出及び吸入の動作タイミングはお互いに異なり、前記１サイクルの時間を前記往復式ポンプの数で割った時間だけ、前記往復式ポンプのいずれか１つに対して前記動作タイミングがずれるように、前記昇圧用ピストンは前進及び後退し、
前記往復式ポンプそれぞれの前記燃料の吐出期間は、前記燃料の単位時間当たりの吐出量が前記往復式ポンプの間で同じ一定量である一定量吐出期間と、前記吐出量がゼロから前記一定量に増加する吐出量増加期間と、前記吐出量が前記一定量からゼロに低下する吐出量低下期間と、を含み、
前記往復式ポンプそれぞれの前記吐出量増加期間は、前記往復式ポンプのうち別の１つの往復式ポンプの前記吐出量低下期間と一致し、前記往復式ポンプそれぞれの前記吐出量低下期間は、前記往復式ポンプのうち別の１つの往復式ポンプの前記吐出量増加期間と一致し、かつ、一致する前記吐出量増加期間と前記吐出量低下期間の各時間における前記吐出量の合計量は、前記一定量となり、前記往復式ポンプの前記一定量吐出期間は、互いに重なることがないように、前記昇圧用ピストンは前進及び後退する。
前記内燃機関の負荷が変化するとき、
前記移動速度データの時間軸を、前記負荷の変化に応じた比率で拡縮し、かつ、前記移動速度データの移動速度を、前記比率の逆数倍した拡縮移動速度データに基づいて、前記昇圧用ピストンの動作を制御することにより前記燃料の吐出量を変更する。

上述の燃料供給装置及び燃料供給方法によれば、内燃機関の負荷が変化して複数の往復式ポンプによる燃料の吐出量が変化させるときでも、往復式ポンプに起因する燃料の圧力の脈動を抑制して吐出量を変更することができる。

（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態の燃料供給装置が備える３つの往復式ポンプの昇圧用ピストンの前進及び後退する移動速度の時間履歴を示す図である。 一実施形態の燃料ガス供給装置の概略の構成図である。 一実施形態の燃料供給装置で用いるリニアアクチュエータおよび往復式ポンプの一例を説明する図である。 一実施形態の燃料供給装置で用いるリニアアクチュエータおよび往復式ポンプの一例を説明する図である。 一実施形態の燃料供給装置において、内燃機関の負荷が変化して燃料の吐出量を変化させるときの、昇圧用ピストンの移動速度の変化の一例を示す図である。 一実施形態の燃料供給装置に用いる往復式ポンプの燃料の吐出期間Ｔｅにおける昇圧用ピストンの移動速度の時間変化の一例を示す図である。 （ａ）は、一実施形態における３つの昇圧用ピストンの移動速度の時間波形の一例を重ねて表示したグラフ図であり、（ｂ）は、３つの昇圧用ピストンの位置の時間波形の一例を重ねて表示したグラフ図である。

以下、一実施形態に係る燃料供給装置及び燃料供給方法を図面に基づいて説明する。

（燃料供給装置が行う燃料供給方法の概略説明）
図１（ａ）〜（ｃ）は、一実施形態の燃料供給装置が備える３つの往復式ポンプの昇圧用ピストンの前進及び後退する移動速度の時間履歴を示す図である。図１（ａ）〜（ｃ）では、時間軸線上が移動速度０であり、時間軸線より上方が前進を示し、時間軸線より下方が後退を示す。
昇圧用ピストンは、後退することにより燃料を往復式ポンプのシリンダ内空間に吸入し、前進することにより燃料を昇圧してシリンダ内空間から吐出する。

図１（ａ）〜（ｃ）では、吐出期間Ｔｅ中昇圧用ピストンは前進して、吸入期間Ｔｓ中、昇圧用ピストンは後退する。図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、吐出期間Ｔｅと吸入期間Ｔｓは交互に繰り返される。
内燃機関の負荷が一定のとき、３つの往復式ポンプそれぞれによる１回の吐出と１回の吸入を１サイクルとして１サイクルの時間を互いに同じにして、サイクルを繰り返すように往復式ポンプは制御されている。
図１（ａ）〜（ｃ）に示す昇圧用ピストンによる燃料の吸入及び吐出の動作に関して、往復式ポンプそれぞれの燃料の吐出及び吸入の動作タイミングはお互いに異なるが、吐出期間Ｔｅ＋吸入期間Ｔｓを１サイクルの周期として、１サイクルの時間（周期）を往復式ポンプの数である３で割った時間だけ、往復式ポンプのいずれか１つに対して動作タイミングがずれるが、同じ動作をするように、昇圧用ピストンの前進及び後退が制御されている。したがって、図１（ｂ）に示す吐出期間Ｔｅは、図１（ａ）に示す吐出期間Ｔｅに対して３分の１周期ずれている。図１（ｃ）に示す吐出期間Ｔｅは、図１（ａ）に示す吐出期間Ｔｅに対して３分の２周期ずれ、図１（ｂ）に示す吐出期間Ｔｅに対して３分の１周期ずれている。

往復式ポンプそれぞれの燃料の吐出吐出期間Ｔｅは、燃料の単位時間当たりの吐出量が往復式ポンプの間で同じ一定量を維持する一定量吐出期間Ｔｅ１（図１（ａ）〜（ｃ）に示す吐出期間Ｔｅのうち、移動速度が一定速度である期間）と、吐出量がゼロから一定量に増加する吐出量増加期間Ｔｅ２（図１（ａ）〜（ｃ）に示す吐出期間Ｔｅのうち、移動速度がゼロから一定速度に上昇する期間）と、吐出量が一定量からゼロに低下する吐出量低下期間Ｔｅ３（図１（ａ）〜（ｃ）に示す吐出期間Ｔｅのうち、移動速度が一定速度からゼロに低下する期間）と、を含む。
３つの往復式ポンプいずれの吐出量増加期間Ｔｅ２も、往復式ポンプの別の１つにおける吐出量低下期間Ｔｅ３と一致し、往復式ポンプいずれの吐出量低下期間Ｔｅ３も、往復式ポンプの別の１つにおける吐出量増加期間Ｔｅ２と一致し、かつ、一致する吐出量増加期間Ｔｅ２と吐出量低下期間Ｔｅ３の各時間における吐出量の合計量は、一定量吐出期間Ｔｅ１における一定量となるように、往復式ポンプの動作タイミングは制御され、さらに、往復式ポンプの一定量吐出期間Ｔｅ１は、互いに重なることがないように往復式ポンプの動作タイミングは制御される。

一方、内燃機関の負荷が変化するとき内燃機関が必要とする燃料も変化し、それに合わせて燃料供給装置が内燃機関に供給する燃料も変化する。このため、１サイクルの燃料の吐出総量（吐出期間Ｔｅにおける燃料の吐出量）を維持しつつ、往復式ポンプそれぞれの燃料の吐出期間Ｔｅ及び吸入期間Ｔｓの動作を時間的に同じ比率で拡縮して燃料の吐出量を変更する。具体的には、内燃機関の負荷の変化に応じて、３つの往復式ポンプの動作タイミングを崩すことなく、一定量吐出期間Ｔｅ１の長さ、吐出量増加期間Ｔｅ２の長さ、吐出量低下期間Ｔｅ３の長さ、及び吸入期間Ｔｓの長さを同じ比率で増加あるいは減少させるように往復式ポンプは制御される。一方、一定量吐出期間Ｔｅ１における一定量の値が変更される。これにより、燃料の吐出量が変更される。

このように、各往復式ポンプの吸入期間Ｔｓの間に、他の２つの往復式ポンプの吐出期間が来るように、動作タイミングが制御され、吐出量増加期間と吐出量低下期間を一致させて燃料の吐出量を一定量に維持するので、３つの往復式ポンプによる燃料の供給量は一定量とすることができる。このとき、内燃機関に供給する必要な燃料の供給量が変化しても、３つの往復式ポンプの動作タイミングを崩すことなく、往復式ポンプそれぞれの吐出期間Ｔｅ及び吸入期間Ｔｓの動作を時間的に同じ比率で拡縮して燃料の吐出量を変更するように往復式ポンプを制御する。すなわち、時間軸を一律に拡縮することにより、図１（ａ）〜（ｃ）に示す時間履歴の波形を変化させるので、燃料の供給量を変化させる場合でも、図１（ａ）〜（ｃ）における燃料の吐出及び吸入の動作のタイミングを維持することができる。すなわち、内燃機関の負荷が変化して複数の往復式ポンプによる燃料の吐出量を変化させるときでも、往復式ポンプに起因する燃料の圧力の脈動を抑制して吐出量を変更することができる。

（燃料供給装置及び燃料供給方法の具体的な説明）
以下、図１（ａ）〜（ｃ）に示す移動速度で昇圧用ピストンが駆動する往復式ポンプを備える燃料供給装置を具体的に説明する。図２は、一実施形態の燃料供給装置１０の概略構成を示す図である。燃料供給装置１０は、液体燃料を昇圧・加熱し、内燃機関９０の燃焼室内へ高圧で噴射して供給する装置である。内燃機関９０はシリンダ内の燃焼室で燃料を燃焼させ、その熱エネルギーによって仕事をする原動機であり、例えばレシプロエンジン、ガスタービンである。特に、燃料を圧縮着火させるディーゼルエンジンを内燃機関９０として用いることが好ましい。以下の一実施形態では、内燃機関９０として船舶に搭載されるディーゼルエンジンを用いる場合について説明するが、船舶以外のディーゼルエンジンへの燃料供給装置に適用することもできる。

燃料供給装置１０は、図２に示すように、液体燃料タンク１１と、低圧燃料供給管１２と、複数の燃料供給部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、高圧燃料供給管１３と、熱交換器１４と、高温燃料供給管１５と、調圧弁１６と、圧力計１７と、制御部８０と、を備える。燃料供給装置１０のこれらの構成要素は全て船舶に搭載される。

液体燃料タンク１１は、内燃機関９０に供給される燃料を液体の状態で貯留する。液体燃料タンク１１に貯留される液体燃料として、例えば、液化メタン、液化エタン、液化プロパン等を用いることができる。液体燃料タンク１１は、低圧燃料供給管１２と接続されており、低圧燃料供給管１２を介して液体燃料を燃料供給部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに供給する。
燃料供給部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃとの接続部における低圧燃料供給管１２内の液体燃料の圧力は、液体燃料タンク１１内の液体燃料の温度、液面高さ等に応じて設定された圧力となっている。この圧力を高め有効吸込みヘッド（NPSH：Net Positive Suction Head）を確保し、燃料供給部２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃに液体燃料を供給しやすくするために、液体燃料タンク１１は、燃料供給部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃよりも高い位置に配置されている。
なお、液体燃料タンク１１が高い位置に配置できない場合は、液体燃料タンク１１に液体燃料を供給するブースターポンプにより液体燃料タンク１１内の液体燃料の圧力を高めることで、有効吸込ヘッドを確保してもよい。

３つの燃料供給部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、低圧燃料供給管１２と高圧燃料供給管１３との間に並列に設けられている。燃料供給部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのそれぞれは、コントローラ２１と、リニアアクチュエータ３０と、往復式ポンプ５０とを備える。
往復式ポンプ５０は、低圧燃料供給管１２から供給される液体燃料を昇圧し、高圧燃料供給管１３を介して熱交換器１４に供給する。

リニアアクチュエータ３０は往復式ポンプ５０のピストンを駆動するものである。リニアアクチュエータ３０を用いることで、クランク軸を用いる場合よりも往復式ポンプ５０のピストンを低速で駆動することや、ピストン行程において往復式ポンプの液流入始め、液昇圧始め、液昇圧終了時以外は、ピストンが一定の速度で移動するように駆動制御することができる。リニアアクチュエータ３０として、例えば、油圧シリンダユニット、電動シリンダユニット等を用いることができる。以下説明する一実施形態では、リニアアクチュエータ３０として油圧シリンダユニットを用いる場合について説明する。
コントローラ２１は、制御部８０から入力される制御信号により制御され、リニアアクチュエータ３０を制御する。また、コントローラ２１には、後述するように、往復式ポンプ５０のピストンの位置を示す位置信号が入力される
なお、図２においては、３つの燃料供給部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが低圧燃料供給管１２と高圧燃料供給管１３との間に並列に設けられているが、燃料供給部の数はこれに限られず、供給する燃料の量に応じて任意に変更することができる。例えば、燃料供給部の数は、３，５，７のような奇数である。

熱交換器１４は、入口側が高圧燃料供給管１３と接続され、出口側が高温燃料供給管１５と接続されている。熱交換器１４は、高圧燃料供給管１３を介して供給される昇圧した液体燃料を加熱する。液体燃料を加熱する熱源として、例えば、液体燃料タンク１１で発生するボイルオフガスの燃焼熱を用いることができる。例えば、ボイルオフガスの燃焼熱で加熱した温水との熱交換により液体燃料を加熱してもよい。

高温燃料供給管１５には、調圧弁１６が設けられており、高温燃料供給管１５の一端は熱交換器１４と、他端は内燃機関９０の燃焼室と接続されている。熱交換器１４で加熱後の液体燃料は、調圧弁１６により内燃機関９０が必要とする所定の範囲の圧力に調圧された後、高温燃料供給管１５を介して内燃機関９０の燃焼室に供給される。調圧弁１６は制御部８０により制御される。
ここで、内燃機関９０が必要とする所定の範囲の圧力は、内燃機関９０の種類や性能に応じて異なる。内燃機関９０が船舶用の２ストロークサイクルの低速ディーゼルエンジンであれば、所定の範囲の圧力は、例えば５〜１００ＭＰａ、好ましくは２０〜７０ＭＰａであるが、これに限定されない。
また、高温燃料供給管１５には、圧力計１７が設けられている。圧力計１７は高温燃料供給管１５内の圧力を計測し、計測信号を制御部８０に出力する。

制御部８０には、内燃機関９０から内燃機関９０の負荷を示す信号が入力される。内燃機関９０の負荷を示す信号は、例えば、回転数を示す信号である。
制御部８０は、燃料供給部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに制御信号を出力することで、往復式ポンプ５０の吐出期間Ｔｅ，Ｔｓの長さを調整して、１サイクルの間の燃料の吐出量を調整する。往復式ポンプ５０の吐出量は、高温燃料供給管１５内の圧力が、必要とされる内燃機関９０の負荷に応じた圧力となるように調整される。
なお、内燃機関９０により駆動される推進用プロペラ（図示せず）の回転数を計測し、回転数に応じて高温燃料供給管１５内の圧力を調整してもよい。

液体燃料タンク１１、低圧燃料供給管１２、リニアアクチュエータ３０、往復式ポンプ５０、高圧燃料供給管１３、熱交換器１４、高温燃料供給管１５、調圧弁１６、圧力計１７は、危険区域に配置される。一方、コントローラ２１および制御部８０は、一般に非防爆対応品であるが、防爆対応が出来ていない場合には、危険区域から防爆隔壁により隔離された非危険区域に配置するか、危険区域から十分に距離を隔てた非防爆区域に配置しなければならない。

次に、図３、図４を用いて、電動モータにサーボモータを使用したリニアアクチュエータ３０および往復式ポンプ５０の具体的な構成について詳細に説明する。図３及び図４は、一実施形態の燃料供給装置１０で用いるリニアアクチュエータ３０および往復式ポンプ５０の一例を説明する図である。なお、以下の説明では、リニアアクチュエータ３０として油圧シリンダユニットを用いる場合について説明するが、リニアアクチュエータ３０は油圧シリンダユニットに限られるものではない。
図３、図４において、上下方向は鉛直方向と一致し、左右方向は水平方向と一致する。以下の説明では、鉛直方向の上方向を「上方」、上方の部分を「上部」、鉛直方向の下方を「下方」、下方向の部分を「下部」という。なお、以下の説明では、軸方向が鉛直方向となるように配置された構成のリニアアクチュエータ３０および往復式ポンプ５０について説明するが、この構成に限らず、軸方向が水平方向となる場合や角度を持たせた方向となるように配置されたリニアアクチュエータ３０および往復式ポンプ５０を用いてもよい。

リニアアクチュエータ３０および往復式ポンプ５０が軸方向を鉛直方向に向けて配置される。なお、図３、図４においては、リニアアクチュエータ３０の下方に往復式ポンプ５０が配置される例について説明するが、リニアアクチュエータ３０の上方に往復式ポンプ５０が配置されてもよい。

〔油圧シリンダユニット〕
図３、図４に示すように、油圧シリンダユニットであるリニアアクチュエータ３０は、電動モータ３１、油圧ポンプ３２、第１の油圧配管３３、第２の油圧配管３４、固定部４０、油圧シリンダ４１、油圧ピストン４２、等を備える。
油圧シリンダユニットは、架台１００の天板１０１に設けられている。天板１０１は脚１０２により支持されており、脚１０２は船体の甲板や内底板等の構造体に固定される。

電動モータ３１は天板１０１の上部に設けられている。電動モータ３１はコントローラ２１によって制御され、油圧ポンプ３２を駆動する。電動モータ３１には、例えばインバータモータ又はサーボモータが用いられる。

油圧ポンプ３２は天板１０１の上部に設けられている。油圧ポンプ３２は電動モータ３１により駆動され、油圧シリンダ４１内に作動油を供給することで油圧ピストン４２を鉛直方向に移動させる。作動油としては、石油系作動油、合成系作動油、水成形作動油等から任意の作動油を採用することができる。

油圧ポンプ３２は第１の油圧配管３３および第２の油圧配管３４と接続されている。油圧ポンプ３２は電動モータ３１によって駆動される。
電動モータ３１がサーボモータである場合、電動モータ３１の正逆の回転方向に応じて油圧ポンプ３２から作動油が吐出される方向が切り替わる。例えば、電動モータ３１の正回転時には、油圧ポンプ３２は第１の油圧配管３３内の作動油を吸引し、吸引した作動油を第２の油圧配管３４側へ吐出する。また、電動モータ３１の逆回転時には、油圧ポンプ３２は第２の油圧配管３４内の作動油を吸引し、吸引した作動油を第１の油圧配管３３側へ吐出する。この場合、第１の油圧配管３３および第２の油圧配管３４に方向切替弁は不要である。
一方、電動モータ３１がインバータモータである場合、作動油が流れる方向は、第１の油圧配管３３および第２の油圧配管３４に設けられる方向切替弁（図示せず）によって変更する。
なお、第１の油圧配管３３および第２の油圧配管３４内の作動油の流量、圧力は、油圧ポンプ３２の吐出量によって決定される。電動モータ３１がサーボモータである場合、電動モータ３１がインバータモータである場合のいずれの場合も、作動油の流量、圧力は電動モータ３１の回転数によって調整することができる。

固定部４０は天板１０１に設けられた開口１０１ａ内に配置された状態で天板１０１に固定されている。固定部４０の上部には油圧シリンダ４１が固定され、固定部４０の下部には往復式ポンプ５０が固定されている。固定部４０は中空の筒状であり、内部に空洞部４８が設けられている。

油圧シリンダ４１は、作動油を収容する作動油収容空間４３を有し、軸方向が鉛直方向となるように天板１０１の上面に載置される。また、油圧シリンダ４１の側壁には、作動油収容空間４３の上端部に通じる上側貫通孔４４、および、作動油収容空間４３の下端部に通じる下側貫通孔４５が設けられている。上側貫通孔４４の外側開口部は第１の油圧配管３３と接続されており、下側貫通孔４５の外側開口部は第２の油圧配管３４と接続されている。

油圧ピストン４２には、ピストンリング４２ｂが設けられている。油圧ピストン４２は、ピストンリング４２ｂを油圧シリンダ４１の作動油収容空間４３の内壁面と接触させながら鉛直方向に移動可能に作動油収容空間４３内に収容されている。ピストンリング４２ｂは油圧ピストン４２と作動油収容空間４３の内壁面との隙間を塞ぐ役割を果たす。

油圧ピストン４２は作動油収容空間４３を油圧ピストン４２よりも上側の上側チャンバ４３ａと油圧ピストン４２よりも下側の下側チャンバ４３ｂとに区画する。
油圧ピストン４２はダブルロッド型であり、油圧シリンダ４１の上部および下部から外部へ突出するピストンロッド４７を有している。ピストンロッド４７は油圧ピストン４２とともに上下動する。油圧ピストン４２がダブルロッド型であるため、油圧ピストン４２が上昇したときの上側チャンバ４３ａの容積の減少量と下側チャンバ４３ｂの容積の増加量とが等しい。油圧ピストン４２はシングルロッド型であってもよい。ただし、この場合は移動する作動油の量が変化することによる圧力変動が生じるので脈動防止タンクを設けるのが望ましい。
油圧シリンダ４１のピストンロッド４７が貫通する部分には、ブッシュ４６が設けられている。ブッシュ４６内にはオイルシールが組み込まれている。ブッシュ４６はピストンロッド４７を上下動可能に支持するとともに、作動油収容空間４３から作動油が漏出することを防いでいる。

空洞部４８内には、ピストンロッド４７の下端部と、往復式ポンプ５０の昇圧用ピストン５２の上端部とを連結する連結部４９が設けられている。連結部４９はピストンロッド４７の上下動に伴い、空洞部４８内で上下動する。尚、連結部４９は、油圧シリンダのピストンロッド４７と往復式ポンプ５０のピストン５２の軸芯ズレ調整機能を持っている。

空洞部４８には、往復式ポンプ５０からのガス漏れ防止の観点から外部から室温の窒素ガスが供給されている。窒素ガスは往復式ポンプ５０のロッドパッキン部５７に供給してもよい。空洞部４８が設けられることで、往復式ポンプ５０内の低温熱源（液体燃料）への熱伝導が抑制され、ピストンロッド４７を介して作動油収容空間４３内の高温熱源（作動油）が冷却されるのを防ぐことができる。なお、防爆形ヒータや吸熱フィンを設けることで高温熱源が冷却されることを防いでもよい。

〔往復式ポンプ〕
往復式ポンプ５０として、例えば特許第５５１９８５７号公報に記載されているのと同様の構造を有する往復式ポンプを用いることができる。
具体的には、往復式ポンプ５０は、昇圧用シリンダ５１と、昇圧用ピストン５２と、シリンダライナ５３と、カバー５４と、弁箱６０と、等を有する。

昇圧用シリンダ５１の上端部は固定部４０の下端部に固定されている。昇圧用シリンダ５１の側壁は架台１００の脚１０２に固定されている。昇圧用シリンダ５１の上側部分にはロッドパッキン部５７が設けられている。
昇圧用シリンダ５１は内部に昇圧用ピストン５２、シリンダライナ５３、および弁箱６０を収容する空間を有し、昇圧シリンダ５１の下端部にはカバー５４が固定されている。カバー５４によってシリンダライナ５３および弁箱６０は昇圧用シリンダ５１内で固定されている。

昇圧用シリンダ５１の側壁には、内部に弁箱６０が固定される高さの位置に、吸入口５５が設けられている。吸入口５５は低圧燃料供給管１２と接続されている。
カバー５４には、鉛直方向に貫通する吐出口５６が設けられている。吐出口５６は高圧燃料供給管１３と接続されている。

ここで、弁箱６０が昇圧用ピストン５２よりも下方に設けられており、昇圧用ピストン５２を鉛直上方に移動することにより昇圧用シリンダ５１の内部であって昇圧用ピストン５２の下部に燃料を吸入するため、往復式ポンプ５０の吸入口５５をより低い位置に配置することができる。吸入口５５との接続部における低圧燃料供給管１２内の液体燃料の圧力は、液体燃料タンク１１内の液体燃料の液面の高さと吸入口５５の高さとの差に比例する圧力となる。このため、吸入口５５をより低い位置に配置することで、吸入口５５との接続部における低圧燃料供給管１２内の液体燃料の圧力を高めることができる。これにより、吸入口５５から昇圧用シリンダ５１内への燃料の供給を容易にすることができる。

昇圧用ピストン５２の上端部は、連結部４９によってピストンロッド４７の下端部と連結されており、昇圧用ピストン５２はピストンロッド４７と連動して上下動する。
また、昇圧用ピストン５２の上端部には、位置センサ７０が設けられる。位置センサ７０は、昇圧用ピストン５２の鉛直方向の位置を検出し、位置信号をコントローラ２１に出力する。なお、位置信号を用いて、昇圧用ピストン５２の変位を時間微分することにより、昇圧用ピストン５２の速度を求めることができる。すなわち、位置センサ７０を速度センサとしても用いることができる。さらに、昇圧用ピストン５２の速度を時間微分することにより、昇圧用ピストン５２の加速度を求めることができる。すなわち、位置センサ７０を加速度センサとしても用いることができる。
なお、位置センサ７０は、図３，４に示す実施形態では、センサプローブ７１（磁歪線）と、環状マグネット７２と、検出器７３とを有する磁歪式位置センサを例示している。位置センサ７０は、昇圧用ピストン５２の高さ方向の位置を示す位置信号をコントローラ２１に出力する。

昇圧用ピストン５２の下部にはライダーリング５２ａおよびピストンリング５２ｂが設けられている。昇圧用ピストン５２はライダーリング５２ａおよびピストンリング５２ｂをシリンダライナ５３の内壁面と接触させながら鉛直方向に移動可能にシリンダライナ５３内に収納されている。ロッドパッキン部５７にもライダーリング５１ａが装備されている。これらのライダーリング５１ａ、５２ａは昇圧用ピストン５２が鉛直方向に移動するときの水平方向の振れを補正する役割を果たす。ピストンリング５２ｂは昇圧用ピストン５２とシリンダライナ５３の内壁面との隙間を塞ぎ、先端の昇圧された液体燃料の圧力を封止する役割を果たす。

弁箱６０は昇圧用シリンダ５１内でシリンダライナ５３の下部に固定されている。弁箱６０には、吐出流路６１、吐出用弁体６２、吸入流路６４、吸入用弁体６５、等が設けられている。
吐出流路６１は弁箱６０を鉛直方向に貫通するように設けられている。吐出流路６１の内部には、吐出用弁体６２が鉛直方向に移動可能に収容されている。吐出流路６１の上端部側は内径が吐出用弁体６２の外径よりも小さい細径部となっている。細径部の下側開口は、吐出用弁体６２が配置される弁座６３となっている。吐出用弁体６２および弁座６３により吐出弁が構成される。
吐出流路６１の弁箱６０の下側の開口はカバー５４の吐出口５６と対向する位置に設けられている。

吸入流路６４は弁箱６０の外側壁から弁箱６０の上面であって昇圧用ピストン５２の位置に連通する位置に設けられている。吸入流路６４の弁箱６０の外側壁側の開口は昇圧用シリンダ５１の吸入口５５と対向する位置に設けられている。
吸入流路６４の弁箱６０の上面側の開口の外周部は吸入用弁体６５用の弁座６６となっており、弁座６６の上部に吸入用弁体６５が鉛直方向に移動可能に設けられている。吸入用弁体６５および弁座６６により吸入弁が構成される。

〔リニアアクチュエータおよび往復式ポンプの動作〕
次に、電動モータにサーボモータを使用したリニアアクチュエータ３０および往復式ポンプ５０の動作について説明する。
まず、電動モータ３１により油圧ポンプ３２を駆動し、図３に示すように、上側チャンバ４３ａ内の作動油を上側貫通孔４４から排出し、第１の油圧配管３３、第２の油圧配管３４を経て下側貫通孔４５から下側チャンバ４３ｂ（第１チャンバ）へ供給する。すると、下側チャンバ４３ｂの容積が大きくなり、上側チャンバ４３ａの容積が小さくなるように、油圧ピストン４２が作動油収容空間４３内で上昇する。なお、第１の油圧配管３３および第２の油圧配管は分岐等を有さないため、上側チャンバ４３ａから流出した作動油は全て下側チャンバ４３ｂへ供給される。

油圧ピストン４２が上昇すると、連結部４９でピストンロッド４７の下端部と連結されている昇圧用ピストン５２がシリンダライナ５３内で上昇する（後退する）。すると、吸入用弁体６５が弁座６６から離れて上昇し、吸入口５５から供給される液体燃料が吸入流路６４を通ってシリンダライナ５３の内部であって昇圧用ピストン５２の下部の空間に流入する。このとき、吐出用弁体６２は弁座６３を塞いだ状態である。

次に、コントローラ２１により電動モータ３１の回転方向を切り替え、油圧ポンプ３２を図３とは反対方向に駆動し、図４に示すように、下側チャンバ４３ｂ内の作動油を下側貫通孔４５から排出し、第２の油圧配管３４、第１の油圧配管３３を経て上側貫通孔４４から上側チャンバ４３ａへ供給する。すると、下側チャンバ４３ｂの容積が小さくなり、上側チャンバ４３ａの容積が大きくなるように、油圧ピストン４２が作動油収容空間４３内で下降する。なお、第１の油圧配管３３および第２の油圧配管は分岐等を有さないため、下側チャンバ４３ｂから流出した作動油は全て上側チャンバ４３ａへ供給される。

油圧ピストン４２が下降すると、連結部４９でピストンロッド４７の下端部と連結されている昇圧用ピストン５２がシリンダライナ５３内で下降する（前進）。すると、シリンダライナ５３の内部であって昇圧用ピストン５２の下部の空間に吸入された液体燃料が吐出用弁体６２を押し下げて弁座６３から離し、吸入流路６４を通って吐出口５６から排出される。このとき、吸入用弁体６５は弁座６６を塞いだ状態である。

このように、電動モータ３１の回転方向を切り替え、油圧ポンプ３２の駆動方向を切り替えることで、上側チャンバ４３ａと下側チャンバ４３ｂとの間で作動油を交互に行き来させ、油圧ピストン４２および昇圧用ピストン５２を鉛直方向に往復移動（前進、後退）させ、吸入口５５から吸入した液体燃料を昇圧して吐出口５６から吐出することができる。

このような実施形態において、燃料供給部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃそれぞれの往復式ポンプ５０の昇圧用ピストン５２の動作は、制御部８０によって制御されて、図１（ａ）〜（ｃ）に示すような動作をする。
すなわち、制御部８０は、内燃機関９０の負荷が一定のとき、
往復式ポンプ５０それぞれによる１回の燃料の吐出と１回の燃料の吸入を１サイクルとして１サイクルの時間を互いに同じにして、サイクルを繰り返すように往復式ポンプ５０を制御する。このとき、往復式ポンプ５０それぞれの燃料の吐出及び吸入の動作タイミングはお互いに異なり、１サイクルの時間を往復式ポンプの数である３で割った時間だけ、３つの往復式ポンプ５０のいずれか１つに対して動作タイミングがずれるように、昇圧用ピストン５２の前進及び後退を制御する。
往復式ポンプ５０いずれの吐出量増加期間Ｔｅ２も、往復式ポンプ５０の別の１つにおける吐出量低下期間Ｔｅ３と一致し、往復式ポンプ５０いずれの吐出量低下期間Ｔｅ３も、往復式ポンプ５０の別の１つにおける吐出量増加期間Ｔｅ２と一致し、かつ、一致する吐出量増加期間Ｔｅ２と吐出量低下期間Ｔｅ３の各時間における吐出量の合計量は、一定量吐出期間Ｔｅ１における単位時間における吐出量の一定量と同じになるように、制御部８０は往復式ポンプ５０の動作タイミングを制御し、さらに、往復式ポンプ５０の一定量吐出期間Ｔｅ１は、互いに重なることがないように制御部８０は往復式ポンプ５０の動作タイミングを制御する。

内燃機関９０の負荷が変化するとき、制御部８０は、往復式ポンプ５０それぞれの１サイクルの燃料の吐出総量を維持しつつ、往復式ポンプ５０それぞれの燃料の吐出期間及び吸入期間の動作を時間的に同じ比率で拡縮して燃料の吐出量を変更する。具体的には、内燃機関９０の負荷の変化に応じて、一定量吐出期間Ｔｅ１の長さ、吐出量増加期間Ｔｅ２の長さ、吐出量低下期間Ｔｅ３の長さ、及び吸入の期間の長さＴｓを同じ比率で増加あるいは減少させるように往復式ポンプ５０を制御する。

このように、内燃機関９０の負荷が変化するとき、制御部８０は、往復式ポンプ５０それぞれの１サイクルの燃料の吐出総量を維持しつつ、往復式ポンプ５０それぞれの燃料の吐出期間及び吸入期間の動作を時間的に同じ比率で拡縮して燃料の吐出量を変更するので、内燃機関９０の負荷が変化して複数の往復式ポンプ５０による燃料の吐出量が変化させるときでも、往復式ポンプ５０に起因する燃料の圧力の脈動を抑制することができる。すなわち、３つの往復式ポンプ５０の昇圧用ピストン５２の動作を個別に制御するのではなく、図１（ａ）〜（ｃ）に示すような昇圧用ピストン５２の移動速度の時間波形の制御信号を、内燃機関９０の必要とする燃料の必要量に対応するように、時間波形の時間軸に沿って一様に拡縮することにより、３つの往復式ポンプ５０の動作を纏めて制御することができる。このため、内燃機関９０の低負荷時から高負荷時まで、燃料の脈動のない安定した燃料の供給を行うことができる。

図５は、内燃機関９０の負荷が変化して燃料の吐出量を変化させるときの、昇圧用ピストン５２の移動速度の変化の一例を示す図である。図５では、移動速度の時間波形が、一定量吐出期間Ｔｅ１、吐出量増加期間Ｔｅ２、吐出量低下期間Ｔｅ３、それぞれの長さが半分に変化するときの例である。この場合、移動速度Ｖｅは、移動速度２・Ｖｅになる。
移動速度の時間波形が、一定量吐出期間Ｔｅ１、吐出量増加期間Ｔｅ２、吐出量低下期間Ｔｅ３、それぞれの長さがα倍に変化するときの例である。この場合、移動速度Ｖｅは、移動速度Ｖｅ／αになる。なお、制御部８０は、上記α倍及び移動速度Ｖｅ／αを時間とともに変化させながら、燃料の吐出量を目標量になだらかに変化させる制御をおこなってもよい。
昇圧用ピストン５２の先端位置が、昇圧用シリンダ５１内で、内部の部材と衝突しないように、昇圧用ピストン５２の位置を制御することは重要である。一実施形態では、昇圧用ピストン５２の移動速度の他に昇圧用ピストン５２の位置を制御することが好ましい。この制御を行う場合に、燃料の吐出量を変化させるとき、昇圧用ピストン５２の移動速度の時間波形を、昇圧用ピストン５２の位置の時間波形に変換（積分）し、この時間波形を一定の比率で拡縮し、拡縮した位置の時間波形に従がって、全ての昇圧用ピストン５２の位置を制御することが好ましい。この場合、昇圧用ピストン５２の位置の時間波形をα倍縮小した場合、移動速度Ｖｅは１／α倍に自動的に調整される。
図７（ａ）は、一実施形態における３つの昇圧用ピストン５２の移動速度の時間波形（一点鎖線、実線、および破線の波形）の一例を重ねて表示したグラフ図であり、図７（ｂ）は、３つの昇圧用ピストン５２の位置の時間波形（一点鎖線、実線、および破線の波形）の一例を重ねて表示したグラフ図である。図７（ｂ）に示す昇圧用ピストン５２の位置の時間波形を横軸に沿って拡縮した時間波形を作成し、この時間波形を微分することにより３つの昇圧用ピストン５２の移動速度の時間波形を求めることができる。したがって、３つの昇圧用ピストン５２の移動速度が、設定された比率で時間軸に沿って拡縮した移動速度の時間波形に従って動作するように制御する場合、３つの昇圧用ピストン５２の位置の時間波形を設定された比率で時間軸に沿って拡縮した時間波形に従がって昇圧用ピストン５２が動作するように昇圧用ピストン５２の位置の制御をすることも好ましい。

一実施形態によれば、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、往復式ポンプ５０による１回の燃料の吸入の時間長さ（吸入期間Ｔｓの長さ）は、１回の吐出の時間長さ（吐出期間Ｔｅの長さ）に比べて長いことが好ましい。燃料の吐出期間Ｔｅから吸入期間Ｔｓに変化するとき、昇圧用ピストン５２の動作は吐出から吸入に変化する。このとき、燃料の吐出の動作では、昇圧用ピストン５０に大きな負荷を作用させるためにリニアアクチュエータ３０に導入する油圧量は多い一方、燃料の吸入の動作では、昇圧用ピストン５０に小さな負荷を作用させるために、リニアアクチュエータ３０に導入する油圧量は少ない。このときの吐出から吸入への動作の制御では、オーバーシュートが生じ易い。このため、オーバーシュートが制御によって確実に消滅して昇圧用ピストン５０の動作を適切に制御するために、吸入期間Ｔｓを長くすることが好ましい。

また、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、吸入期間Ｔｓ時、昇圧用ピストン５０の後退する移動速度の時間変化（加速度）は、吐出量低下期間Ｔｅ３における移動速度の時間変化（加速度）に比べて小さくすることが好ましい。吸入期間Ｔｓ時、昇圧用ピストン５０の後退する移動速度の時間変化が大きいと、吸入された燃料の圧力が急激に低下して、一部気化して気泡を発生させて往復式ポンプ５０の吸入吐出性能を低下させるからである。吸入期間Ｔｓの長さを長くして、吸入期間Ｔｓ時の昇圧用ピストン５０の移動速度の時間変化（加速度）を小さくすることが好ましい。具体的には、燃料の吸入期間Ｔｓにおける昇圧用ピストン５２の後退時の移動速度の絶対値の最大値は、吐出期間Ｔｅにおける昇圧用ピストン５２の前進時の移動速度の絶対値の最大値に比べて小さいことが好ましい。

図１（ａ）〜（ｃ）では、吐出量増加期間Ｔｅ２及び吐出量低下期間Ｔｅ３の昇圧用ピストン５２の移動速度の時間変化（加速度）は一定であるが、移動速度の時間変化は時間と共に変化してもよい。例えば、吐出量増加期間Ｔｅ２における移動速度が一定量吐出期間Ｔｅ１の移動速度に滑らかに接続されるために、吐出量増加期間Ｔｅ２時、一定量吐出期間Ｔｅ１に近づくに連れて移動速度の時間変化が低下するように構成してよい。この場合、吐出量低下期間Ｔｅ３における昇圧用ピストン５２の移動速度は、この吐出量低下期間Ｔｅ３と、他の往復式ポンプ５０における対応する時間における吐出量増加期間Ｔｅ２との組み合わせによって、燃料の単位時間の吐出量の合計が時間によらず一定になるように調整される。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、１サイクルの期間中、昇圧用ピストン５２が連続して停止しないことが好ましい。吐出期間Ｔｅ以外は、吸入期間Ｔｓとなっており、１サイクルの期間中、効率よく燃料の吐出、吸入を行うことができる。

燃料供給部２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのそれぞれは、往復式ポンプ５０を１つ備え、燃料供給部は、奇数個設けられていることが好ましい。奇数個の往復式ポンプ５０では、内燃機関９０の負荷が変化しても、脈動のない燃料の供給をすることが難しいが、上述したように、昇圧用ピストン５２の移動速度の時間波形の制御信号を、内燃機関９０の必要とする燃料の必要量に対応するように、時間波形の時間軸に沿って拡縮することができるので、奇数個の往復式ポンプ５０による燃料の合計量が変動して脈動することを、容易に抑制することができる。

吐出量増加期間Ｔｅ２の長さ及び吐出量低下期間Ｔｅ３の長さは、一定量吐出期間Ｔｅの長さの１０％〜３０％である、ことが好ましい。より好ましくは、２２．５％〜２７．５％である。このような昇圧用ピストンの動作の制御においてオーバーシュートしても、吐出量増加期間Ｔｅ２の長さ及び吐出量低下期間Ｔｅ３の長さを確保することができオーバーシュートを解消することができる。また、昇圧用ピストン５２の移動速度の時間変化の大きさを制限することができるので、安定した昇圧用ピストン５２の制御を行うことができる。吐出量増加期間Ｔｅ２の長さ及び吐出量低下期間Ｔｅ３の長さが一定量吐出期間Ｔｅの長さの４０％を超えると、時間によらず一定量の吐出を安定して行うことができる一定量吐出期間Ｔｅ１が相対的に短くなり、吐出量増加期間Ｔｅ２における吐出量と吐出量低下期間Ｔｅ３における吐出量の合計量のばらつきが目立ち易くなり、脈動の効果が十分に得られなくなる。

また、図６に示すように、一定量吐出期間Ｔｅ１前の吐出量増加期間Ｔｅ２における昇圧用ピストン５２の前進時の加速度の絶対値が、吐出量増加期間Ｔｅ２の開始点と吐出量増加期間Ｔｅ２の終了点との間の、吐出量増加期間Ｔｅ２の終了点を含む一期間において、吐出量増加期間Ｔｅ２の終了点に向かうにつれて小さくなり、一定量吐出期間Ｔｅ１後の吐出量低下期間Ｔｅ３における昇圧用ピストン５２の前進時の加速度の絶対値が、吐出量低下期間Ｔｅ３の開始点と吐出量低下期間Ｔｅ３の終了点との間の、吐出量低下期間Ｔｅ３の終了点を含む一期間において吐出量低下期間Ｔｅ３の終了点に向かうにつれて小さくなるように、昇圧用ピストン５２を制御することが、安定した制御を行なう上で好ましい。図６は、燃料の吐出期間Ｔｅにおける昇圧用ピストン５２の移動速度の時間変化の一例を示す図である。

また、往復式ポンプ５０の数をＮとし、一定量吐出期間Ｔｅ１の長さをＴ１とし、吐出量増加期間Ｔｅ２及び吐出量低下期間Ｔｅ３の長さをＴ２として、吸入期間Ｔｓの長さは、（Ｎ−１）×Ｔ１＋（Ｎ−２）×Ｔ２であることが好ましい。このような吸入期間Ｔｓの長さを設定することにより、吸入期間Ｔｓの間に、別の（Ｎ−１）個の往復式ポンプ５０をすべて使用して、燃料の吐出量を一定量に揃えることができる。

このような燃料供給装置１０では、以下の燃料供給方法を実行することができる。
内燃機関９０の負荷が一定のとき、
複数の往復式ポンプ５０それぞれは、リニアアクチュエータ３０によって駆動され軸方向に往復する昇圧用ピストンを用いて、シリンダから１回の燃料の吸入と１回の燃料の吐出を１サイクルとしてサイクルを繰り返し、往復式ポンプ５０それぞれの燃料の吐出及び吸入の動作タイミングはお互いに異なり、１サイクルの時間を往復式ポンプ５０の数で割った時間だけ、往復式ポンプ５０のいずれか１つに対して動作タイミングがずれるように、昇圧用ピストン５２は前進及び後退する。このとき、記往復式ポンプ５０それぞれの燃料の吐出期間Ｔｅは、一定量吐出期間Ｔｅ１と、吐出量増加期間Ｔｅ２と、吐出量低下期間Ｔｅ３と、を含む。
往復式ポンプ５０それぞれの吐出量増加期間Ｔｅ１は、別の１つの往復式ポンプ５０の吐出量低下期間Ｔｅ３と一致し、いずれの往復式ポンプ５０の吐出量低下期間Ｔｅ３は、別の１つの往復式ポンプ５０の吐出量増加期間Ｔｅ２と一致し、かつ、一致する吐出量増加期間Ｔｅ２と吐出量低下期間Ｔｅ３の各時間における吐出量の合計量は、一定量吐出期間Ｔｅ１の一定量となり、往復式ポンプ５０の一定量吐出期間Ｔｅ１は、互いに重なることがないように昇圧用ピストン５２は前進及び後退する。
内燃機関９０の負荷が変化するとき、
１サイクルの燃料の吐出総量を維持しつつ、往復式ポンプ５０それぞれの燃料の吐出期間Ｔｅ及び吸入期間Ｔｓの動作を時間的に同じ比率で拡縮して燃料の吐出量を変更する。

このように、内燃機関９０の負荷が変化するとき、１サイクルの燃料の吐出総量を維持しつつ、往復式ポンプ５０それぞれの燃料の吐出期間Ｔｅ及び吸入期間Ｔｓの動作を時間的に同じ比率で拡縮して燃料の吐出量を変更するので、往復式ポンプ５０に起因する燃料の圧力の脈動を抑制することができる。すなわち、複数の往復式ポンプ５０の昇圧用ピストン５２の動作を個別に制御するのではなく、図１（ａ）〜（ｃ）に示すような昇圧用ピストン５２の移動速度の時間波形の制御信号を、内燃機関９０の必要とする燃料の必要量に対応するように、時間波形の時間軸に沿って一様に拡縮することにより、複数の往復式ポンプ５０の動作を纏めて制御することができる。このため、内燃機関９０の低負荷時から高負荷時まで、燃料の脈動のない安定した燃料の供給を行うことができる。

以上、本発明の燃料供給装置及び燃料供給方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。

１０ 燃料供給装置
１１ 液体燃料タンク
１２ 低圧燃料供給管
１３ 高圧燃料供給管
１４ 熱交換器
１５ 高温燃料供給管
１６ 調圧弁
１７ 圧力計
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 燃料供給部
２１ コントローラ
３０ リニアアクチュエータ
３１ 電動モータ
３２ 油圧ポンプ
３３ 第１の油圧配管
３４ 第２の油圧配管
４１ 油圧シリンダ
４２ 油圧ピストン
４２ｂ、５２ｂ ピストンリング
４３ 作動油収容空間
４３ａ 上側チャンバ
４３ｂ 下側チャンバ
４７ ピストンロッド
４８ 断熱空洞部
４９ 連結部
５０ 往復式ポンプ
５１ 昇圧用シリンダ
５１ａ、５２ａ ライダーリング
５２ 昇圧用ピストン
５３ シリンダライナ
５４ カバー
５５ 吸入口
５６ 吐出口
５７ ロッドパッキン部
６０ 弁箱
６１ 吐出流路
６２ 吐出用弁体
６３、６６ 弁座
６４ 吸入流路
６５ 吸入用弁体
７０ 位置センサ
８０ 制御部
９０ 内燃機関

Claims (9)

1. 内燃機関の燃焼室内へ燃料を供給する燃料供給装置であって、
   昇圧用ピストン及び前記昇圧用ピストンが軸方向に前進及び後退するシリンダ内空間を
   有するシリンダを有し、前記昇圧用ピストンの後退により前記燃料を前記シリンダ内空間
   に吸入し、前記昇圧用ピストンの前進により前記燃料を昇圧して前記シリンダ内空間から
   吐出する複数の往復式ポンプと、
   前記往復式ポンプそれぞれの前記昇圧用ピストンに接続し、前記昇圧用ピストンを前進
   及び後退させる、前記往復式ポンプそれぞれに対応して設けられた複数のリニアアクチュ
   エータと、
   予め時間軸上で移動速度を規定した前記昇圧用ピストンの移動速度データに基づいて、前記リニアアクチュエータを介して前記複数の往復式ポンプの動作の制御をする制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記内燃機関の負荷が一定のとき、
   前記複数の往復式ポンプの動作の制御において、前記往復式ポンプそれぞれによる１回の燃料の吐出と１回の燃料の吸入を１サイクルと
   して前記１サイクルの時間を互いに同じにして、サイクルを繰り返すように前記往復式ポンプを制御し、
   前記往復式ポンプそれぞれの前記燃料の吐出及び吸入の動作タイミングはお互いに異なり、前記１サイクルの時間を前記往復式ポンプの数で割った時間だけ、前記往復式ポンプのいずれか１つに対して前記動作タイミングがずれるように、前記昇圧用ピストンの前進及び後退を制御し、
   前記往復式ポンプそれぞれの前記燃料の吐出期間は、前記燃料の単位時間当たりの吐出量が前記往復式ポンプの間で同じ一定量を維持する一定量吐出期間と、前記吐出量がゼロから前記一定量に増加する吐出量増加期間と、前記吐出量が前記一定量からゼロに低下する吐出量低下期間と、を含み、
   前記往復式ポンプいずれの前記吐出量増加期間は、前記往復式ポンプの別の１つにおける前記吐出量低下期間と一致し、前記往復式ポンプいずれの前記吐出量低下期間は、前記往復式ポンプの別の１つにおける前記吐出量増加期間と一致し、かつ、一致する前記吐出量増加期間と前記吐出量低下期間の各時間における前記吐出量の合計量は、前記一定量となるように、前記制御部は前記往復式ポンプの前記動作タイミングを制御し、さらに、前記往復式ポンプの前記一定量吐出期間は、互いに重なることがないように、前記制御部は前記往復式ポンプの前記動作タイミングを制御し、
   前記制御部は、
   前記内燃機関の負荷が変化するとき、
   前記複数の往復式ポンプの動作の前記制御において、前記移動速度データの時間軸を、前記負荷の変化に応じた比率で拡縮し、かつ、前記移動速度データの移動速度を、前記比率の逆数倍した拡縮移動速度データに基づいて、前記昇圧用ピストンの動作を制御することにより、前記燃料の吐出量を変更する、ことを特徴とする燃料供給装置。
2. 前記往復式ポンプによる１回の前記吸入の時間長さは、１回の前記吐出の時間長さに比べて長い、請求項１に記載の燃料供給装置。
3. 前記吸入期間における前記昇圧用ピストンの後退時の移動速度の絶対値の最大値は、前記吐出期間における前記昇圧用ピストンの前進時の移動速度の絶対値の最大値に比べて小さい、請求項１または２に記載の燃料供給装置。
4. 前記１サイクルの期間中、前記昇圧用ピストンが連続して停止しない、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
5. 前記往復式ポンプは、奇数個設けられている、請求項１〜４に記載の燃料供給装置。
6. 前記吐出量増加期間の長さ及び前記吐出量低下期間の長さは、前記一定量吐出期間の長さの１０％〜３０％である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
7. 前記吐出量増加期間の開始点と前記吐出量増加期間の終了点との間の、前記吐出量増加期間の終了点を含む一期間における前記昇圧用ピストンの前進時の加速度の絶対値が、前記吐出量増加期間の終了点に向かうにつれて小さくなり、前記吐出量低下期間の開始点と前記吐出量低下期間の終了点との間の、前記吐出量低下期間の終了点を含む一期間における前記昇圧用ピストンの前進時の加速度の絶対値が、前記吐出量低下期間の終了点に向かうにつれて小さくなるように、前記昇圧用ピストンを制御する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
8. 前記往復式ポンプの数をＮとし、前記一定量吐出期間の長さをＴ１とし、前記吐出量増加期間及び前記吐出量低下期間の長さをＴ２として、前記吸入の期間の長さは、（Ｎ−１）×Ｔ１＋（Ｎ−２）×Ｔ２である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料供給装置。
9. 内燃機関の燃焼室内へ複数の往復式ポンプを用いて燃料を供給する燃料供給方法であって、
   前記内燃機関の負荷が一定のとき、
   前記往復式ポンプそれぞれの昇圧用ピストンは、予め時間軸上で移動速度を規定した前記昇圧用ピストンの移動速度データに基づいて軸方向に往復するように、リニアアクチュエータを介して駆動されることにより、前記往復式ポンプそれぞれは、シリンダから１回の燃料の吸入と１回の燃料の吐出を１サイクルとしてサイクルを繰り返し、前記往復式ポンプそれぞれの前記燃料の吐出及び吸入の動作タイミングはお互いに異なり、前記１サイクルの時間を前記往復式ポンプの数で割った時間だけ、前記往復式ポンプのいずれか１つに対して前記動作タイミングがずれるように、前記昇圧用ピストンは前進及び後退し、
   前記往復式ポンプそれぞれの前記燃料の吐出期間は、前記燃料の単位時間当たりの吐出量が前記往復式ポンプの間で同じ一定量である一定量吐出期間と、前記吐出量がゼロから前記一定量に増加する吐出量増加期間と、前記吐出量が前記一定量からゼロに低下する吐出量低下期間と、を含み、
   前記往復式ポンプそれぞれの前記吐出量増加期間は、前記往復式ポンプのうち別の１つの往復式ポンプの前記吐出量低下期間と一致し、前記往復式ポンプそれぞれの前記吐出量低下期間は、前記往復式ポンプのうち別の１つの往復式ポンプの前記吐出量増加期間と一致し、かつ、一致する前記吐出量増加期間と前記吐出量低下期間の各時間における前記吐出量の合計量は、前記一定量となり、前記往復式ポンプの前記一定量吐出期間は、互いに重なることがないように、前記昇圧用ピストンは前進及び後退し、
   前記内燃機関の負荷が変化するとき、
   前記移動速度データの時間軸を、前記負荷の変化に応じた比率で拡縮し、かつ、前記移動速度データの移動速度を、前記比率の逆数倍した拡縮移動速度データに基づいて、前記昇圧用ピストンの動作を制御することにより前記燃料の吐出量を変更する、ことを特徴とする燃料供給方法。

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