JP6826371B2 - 液圧駆動ピストン装置及びクロスヘッド式内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、２種類の圧力を出力可能な液圧駆動ピストン装置、この液圧駆動ピストン装置が燃料噴射装置として適用されるクロスヘッド式内燃機関に関するものである。

舶用の内燃機関にて、排ガス中のＮＯｘを低減するものとしては、排ガス再循環（ＥＧＲ）がある。このＥＧＲは、内燃機関の燃焼室から排気ラインに排出された排ガスの一部を排気ガス再循環ラインに分岐し、燃焼用空気に混入して燃焼用ガスとし、燃焼室に戻すものである。そのため、燃焼用ガスは、酸素濃度が低下し、燃料と酸素との反応である燃焼の速度を遅らせることで燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生量を減少させることができる。

この内燃機関により駆動力を得て推進する船舶は、ＮＯｘの排出量の規制を受けるＥＣＡ（ＮＯｘ規制海域）にて、排ガス再循環装置を作動させて航行し、ＮＯｘの排出量の規制を受けないＥＣＡ外にて、排ガス再循環装置を停止させて航行する。即ち、ＥＣＡ海域とＥＣＡ以外の海域とで、運航モードを切り替えている。この場合、ＥＣＡ海域では、ＮＯｘの排出量を削減するため、ＥＧＲシステムを作動するが、低酸素燃焼によるスモーク増大を避けるため、燃料噴射圧力を高圧に設定する必要がある。一方、ＥＣＡ海域外では、燃料を高圧噴射すると燃焼が活発となり、燃焼温度が高くなることからＮＯｘの発生量が増大してしまうため、燃料噴射圧力を低圧に設定する必要がある。

このような問題を解決するものとして、例えば、下記特許文献に記載されたものがある。各特許文献に記載された燃料噴射装置は、作動油の圧力を増圧ピストンにより増圧して燃料噴射ポンプのプランジャに伝達する増圧装置を設け、ＥＣＡ海域とＥＣＡ海域外とで、燃料噴射圧力を調整可能としたものである。

特許第３６８００４８号公報 特許第４１６４１３２号公報

ところが、上述した従来の燃料噴射装置は、複数の電磁弁を用いて燃料噴射圧力を調整可能とすることから、構造が複雑化して高コスト化を招くという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、構造の簡素化を図ると共に２種類の圧力を出力可能とする液圧駆動ピストン装置及びクロスヘッド式内燃機関を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の液圧駆動ピストン装置は、中空形状をなして長手方向の一端部に第１作動液体の供給部が設けられて他端部に第２作動液体の吐出部が設けられるケースと、大径部と小径部が軸方向に連結されて前記ケース内に軸方向に移動自在に支持されると共に前記供給部に前記大径部の受圧面が対向して配置されて前記吐出部に前記小径部の加圧面が対向して配置されるピストンと、前記ケースにおける前記加圧面と前記吐出部との間に形成されると共に第２作動液体を吸入可能な圧縮室と、前記供給部または前記吐出部と前記ケースにおける前記大径部と前記小径部の段付部に形成される油圧室とを連通する循環流路と、前記循環流路を開閉すると共に前記循環流路を流れる第１作動液体または第２作動液体を外部に排出する制御弁と、を備えることを特徴とするものである。

従って、ピストンの作動時、制御弁により循環流路を開放すると、供給部または吐出部と油圧室とが連通することで、油圧室の断面積の少なくとも一部がキャンセルされるため、ピストンは受圧面が受けた油圧を増圧して加圧面が圧縮室の第２作動油を加圧し、吐出部から低圧の第２作動油が吐出される。一方、制御弁により循環流路を閉止して第１作動液体または第２作動液体を外部に排出することで、大径部と小径部との断面積差によりピストンは受圧面が受けた油圧を増圧して加圧面が圧縮室の第２作動油を加圧し、吐出部から高圧の第２作動油が吐出される。制御弁の作動だけで第２作動油の圧力を調整することができ、構造の簡素化を図ることができると共に、圧力の異なる２種類の第２作動液体を出力することができる。

本発明の液圧駆動ピストン装置では、前記油圧室は、前記ケースと、前記小径部の外周面と、前記大径部とによって区画され、前記循環流路は、一端部が前記油圧室に連通し、他端部が前記供給部に連通することを特徴としている。

従って、ピストンの作動時、制御弁により循環流路を開放すると、油圧室の第１作動油が循環流路を通して供給部に戻ることで、油圧室の断面積の少なくとも一部がキャンセルされるため、大径部と小径部との断面積差によりピストンが受けた第１作動油の油圧を増圧し、吐出部から低圧の第２作動油が吐出される。一方、制御弁により循環流路を閉止して第１作動液体を外部に排出するため、大径部と小径部との断面積差によりピストンが受けた第１作動油の油圧を増圧し、吐出部から高圧の第２作動油が吐出される。制御弁により第１作動油の流路を変更するだけで、容易に第２作動油の圧力を調整することができる。

本発明の液圧駆動ピストン装置では、前記油圧室は、外径が前記小径部の外径と同径であって、前記段付部に形成され、前記循環流路は、一端部が前記油圧室に連通し、他端部が前記吐出部に連通することを特徴としている。

従って、ピストンの作動時、制御弁により循環流路を開放すると、吐出部の第２作動油が循環流路を通して油圧室に戻ることで、大径部と小径部との断面積差の少なくとも一部がキャンセルされるため、大径部と小径部との断面積差によりピストンが受けた第１作動油の油圧を増圧し、吐出部から低圧の第２作動油が吐出される。一方、制御弁により循環流路を閉止して第２作動液体を外部に排出するため、大径部と小径部との断面積差によりピストンが受けた第１作動油の油圧を増圧し、吐出部から高圧の第２作動油が吐出される。制御弁により第２作動油の流路を変更するだけで、容易に第２作動油の圧力を調整することができる。

本発明の液圧駆動ピストン装置では、前記制御弁を駆動制御する制御装置が設けられ、前記制御装置は、第２作動液体を高圧で吐出するとき、前記制御弁により前記循環流路を開放する一方、第２作動液体を低圧で吐出するとき、前記循環流路を流れる第２作動液体を外部に排出することを特徴としている。

従って、制御弁を駆動制御するだけで、第２作動油の圧力を容易に調整することができ、構造の簡素化を図ることができると共に、２種類の圧力を出力することができる。

本発明の液圧駆動ピストン装置では、第２作動液体は、燃料であることを特徴としている。

従って、第２作動液体を燃料とすることで、制御弁を操作するだけで、燃料の圧力を容易に調整することができる。

また、本発明のクロスヘッド式内燃機関は、燃料噴射弁に燃料を供給する燃料噴射ポンプとして前記液圧駆動ピストン装置が適用される、ことを特徴とするものである。

従って、液圧駆動ピストン装置を燃料噴射弁に燃料を供給する装置に適用することで、制御弁を操作するだけで、燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力を容易に調整することができる。

本発明の液圧駆動ピストン装置及びクロスヘッド式内燃機関によれば、供給部または吐出部とピストンの油圧室とを連通する循環流路に制御弁を設けるので、制御弁の作動だけで第２作動油の圧力を調整することができ、構造の簡素化を図ることができると共に、圧力の異なる２種類の第２作動液体を出力することができる。

図１は、第１実施形態の液圧駆動ピストン装置としての燃料噴射ポンプを表す縦断面図である。 図２は、第１実施形態の燃料噴射装置を表す概略図である。 図３は、第２実施形態の液圧駆動ピストン装置としての燃料噴射ポンプを表す縦断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る液圧駆動ピストン装置及びクロスヘッド式内燃機関の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
第１実施形態では、本発明の液圧駆動ピストン装置を、クロスヘッド式内燃機関に用いられる燃料噴射装置の燃料噴射ポンプに適用して説明する。クロスヘッド式内燃機関は、例えば、船舶推進用の主機として用いられ、２ストローク１サイクルのユニフロー掃気方式のディーゼルエンジンである。このディーゼルエンジンは、図示しないが、シリンダライナと、シリンダカバーと、ピストンと、排気弁と、掃気ポートと、燃料噴射装置とを備えている。

図２は、第１実施形態の燃料噴射装置を表す概略構成図である。

第１実施形態において、図２に示すように、燃料噴射装置１０は、船舶に搭載される舶用大型ディーゼルエンジン（クロスヘッド式内燃機関）に搭載されている。燃料噴射装置１０は、燃料噴射弁１１と、燃料噴射ポンプ１２と、蓄圧管制弁ブロック１３とを備えている。

燃料噴射弁１１は、図示しないディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射するものである。燃料噴射ポンプ１２は、この燃料噴射弁１１に燃料を圧送するものであり、燃料配管１４を介して連結されている。蓄圧管制弁ブロック１３は、燃料噴射ポンプ１２を駆動制御するものであり、ディーゼルエンジンのシリンダブロック側面等に設置され、塔状に構成された燃料噴射ポンプ１２がこの蓄圧管制弁ブロック１３の上部に立設されている。

以下、第１実施形態の燃料噴射ポンプ１２について詳細に説明する。図１は、第１実施形態の液圧駆動ピストン装置としての燃料噴射ポンプを表す縦断面図である。

第１実施形態の燃料噴射ポンプ１２は、図１に示すように、ポンプケース（ケース）２１と、プランジャバレル２２と、プランジャ（ピストン）２３と、吸入弁２４と、吐出弁２５とを備えている。そして、このプランジャバレル２２と吸入弁２４と吐出弁２５は、ポンプケース２１内で長手方向に沿って直線状をなすように直列に配置され、吸入弁２４と吐出弁２５の外壁面がプランジャバレル２２に支持され、プランジャバレル２２の外壁面がポンプケース２１に支持されている。

ポンプケース２１は、円筒形状をなすケース本体３１と、円筒形状をなす支持筒３２と、円柱形状をなす押え部材３３とを備え、上端部（一端部）側に作動油（第１作動流体）の供給部が設けられ、下端部（他端部）側に燃料（第２作動流体）の吐出部が設けられている。ケース本体３１は、プランジャバレル２２などを収容する第１収容部３４と、プランジャ２３などを収容する第２収容部３５とが設けられている。第１収容部３４及び第２収容部３５は、連続した空間部により構成され、第１収容部３４が第２収容部３５より上方に位置し、内径寸法が同寸法となっている。

支持筒３２は、外周面がケース本体３１における下端部（第２収容部３５）の内周面に嵌合して連結ボルト（図示略）により連結されている。支持筒３２は、径方向における中心部に軸心方向に沿ってプランジャ２３を移動自在に支持する支持孔３６が形成されている。そして、この支持筒３２は、下端部が蓄圧管制弁ブロック１３の上面部に固定されている。

押え部材３３は、下端部の外周面がケース本体３１における上端部（第１収容部３４）の内周面に嵌合して固定されている。押え部材３３は、外径寸法がケース本体３１の外径寸法と同じであり、ケース本体３１における第１収容部３４の上端部に嵌合してプランジャバレル２２と吐出弁２５を押圧する嵌合部３７が設けられると共に、外周面側に軸心方向に沿う取付孔３８が周方向に所定間隔で複数形成されている。そして、押え部材３３は、嵌合部３７がケース本体３１の第１収容部３４に嵌合し、ケース本体３１の上端面に密着した状態で、複数の締結ボルト３９が各取付孔３８を貫通し、ケース本体３１に形成されたねじ穴（図示略）に螺合することでケース本体３１に固定される。

プランジャバレル２２は、ポンプケース２１におけるケース本体３１内に配置されている。プランジャバレル２２は、上部側の円筒形状をなす収容部４０と、中間部の大径部４１と、下部側の小径部４２とが設けられ、収容部４０の外周面に上方側に向けて拡径する傾斜部４３が形成されている。一方、ポンプケース２１は、第１収容部３４の内周面に上方側に向けて拡径する傾斜部４４が設けられている。この傾斜部４４は、プランジャバレル２２の傾斜部４３と同じ角度に設定されている。また、プランジャバレル２２は、径方向における中心部に軸心方向に沿ってプランジャ２３を移動自在に支持する支持孔４５が形成されると共に、外周部に段付部４６が形成されている。

そのため、プランジャバレル２２は、ポンプケース２１内に上方から挿入されて配置され、傾斜部４３が傾斜部４４に当接することで軸方向の位置決めがなされる。

プランジャ２３は、上部側から下部側に向けて小径部４７、中径部４８、大径部４９が設けられ、小径部４７の上面が加圧面５０となり、大径部４９の下面が受圧面５１となる。この場合、小径部４７と中径部４８と大径部４９は、外径が順に大きくなるように設定されている。プランジャ２３は、ポンプケース２１におけるケース本体３１内に配置され、小径部４７がプランジャバレル２２の支持孔４５内で軸心方向に沿って移動自在に支持されると共に、大径部４９が支持筒３２の支持孔３６内で軸心方向に沿って移動自在に支持されている。

また、プランジャ２３は、リターンスプリング５２の付勢力により第１方向Ａに付勢支持されている。このリターンスプリング５２は、圧縮コイルばねであり、プランジャ２３とプランジャバレル２２との間に配置されている。プランジャ２３は、中径部４８にばね受け部材５３が固定されている。リターンスプリング５２は、下端部がばね受け部材５３に弾圧し、上端部が段付部４６に弾圧することで、プランジャ２３を第１方向Ａに付勢されている。そして、プランジャ２３は、受圧面５１に対して蓄圧管制弁ブロック１３からの作動油が作用するように構成され、この作動油の圧力により第１方向Ａとは逆方向の第２方向Ｂ（軸方向における上方）に移動することができる。

吸入弁２４は、吸入弁本体６１と、弁体６２と、圧縮ばね６３とから構成されている。吸入弁本体６１は、径方向における中心部に軸心方向に沿って燃料通路６４が形成されている。吸入弁２４は、吸入弁本体６１がプランジャバレル２２の収容部４０内に配置され、下面が収容部４０の上面に密着することで、吸入弁２４とプランジャバレル２２とプランジャ２３とにより径方向の中心部に位置して燃料圧縮室（圧縮室）６５が区画されている。また、吸入弁２４における吸入弁本体６１とプランジャバレル２２における収容部６１との間に燃料給排室６６が区画されている。この燃料給排室６６は、リング形状をなす空間部であり、吸入弁本体６１を径方向に貫通する複数の燃料吸入通路６７を介して燃料圧縮室６５に連通されている。

また、ポンプケース２１は、ケース本体３１を径方向に貫通する燃料供給路６８Ａと燃料排出路６８Ｂが周方向に所定間隔を空けて形成されている。プランジャバレル２２とポンプケース２１におけるケース本体３１との間に燃料給排室６９が区画されている。この燃料給排室６９は、リング形状をなす空間部であり、プランジャバレル２２を径方向に貫通する複数の燃料吸入通路７０を介して燃料給排室６６に連通されている。燃料供給路６８Ａ及び燃料排出路６８Ｂは、一端部が燃料給排室６９に連通し、他端部が燃料供給装置（図示略）に連結されている。

吸入弁２４は、外部から燃料供給路６８Ａを通して燃料給排室６９に供給された燃料を燃料吸入通路７０から燃料給排室６６及び燃料吸入通路６７を介して燃料圧縮室６５に吸入することができる。即ち、弁体６２は、吸入弁本体６１における燃料通路６４に配置され、軸心方向に移動自在であると共に、圧縮ばね６３の付勢力により吸入弁座に押圧され、燃料吸入通路６７と燃料圧縮室６５の連通を遮断している。そのため、燃料供給装置により燃料供給路６８Ａから燃料給排室６９に供給され、燃料吸入通路７０から燃料給排室６６に供給され、燃料吸入通路６７から弁体６２に作用する燃料の圧力が高くなると、弁体６２が圧縮ばね６３の付勢力に抗して上昇して吸入弁座から離れ、燃料吸入通路６７と燃料圧縮室６５が連通する。すると、燃料給排室６６の燃料が燃料吸入通路６７を通して燃料圧縮室６５に吸入される。

吐出弁２５は、吸入弁本体７１と、弁体７２と、圧縮ばね７３とから構成されている。吸入弁本体７１は、径方向における中心部に軸心方向に沿って燃料通路７４が形成されており、下面が吸入弁２４の上面に密着することで、各燃料通路６４，７４が直列に連通している。吐出弁２５は、燃料圧縮室６５に供給された燃料を外部に吐出することができる。即ち、弁体７２は、吐出弁本体７１における燃料通路７４に配置され、軸心方向に移動自在であると共に、圧縮ばね７３の付勢力により吐出弁座に押圧し、燃料通路６４と燃料通路７４の連通を遮断している。

また、押え部材３３は、径方向における中心部に燃料吐出通路（吐出部）７５が設けられると共に、燃料吐出通路７５の周囲にばね収容部７６が設けられている。燃料吐出通路７５は、一端部が燃料通路７４に連通し、他端部に連結プラグ（図示略）が連結されている。ばね収容部７６は、吐出弁２５側に開口し、圧縮ばね７３が収容されている。

そのため、プランジャ２３が第２方向Ｂに移動し、燃料圧縮室６５内の燃料圧力が上昇すると、燃料圧縮室６５内の燃料圧力が燃料通路６４を通して弁体７２に作用する。そして、燃料圧縮室６５内の燃料圧力が更に高くなると、弁体７２が圧縮ばね７３の付勢力に抗して上昇して吐出弁座から離れ、燃料通路６４と燃料通路７４が連通する。すると、燃料圧縮室６５内の燃料が燃料通路６４を通して燃料通路７４に流れ、燃料吐出通路７５を通して外部に吐出される。

また、プランジャ２３は、小径部４７と中径部４８と大径部４９が設けられることから、中径部４８と大径部４９との間に直径の相違する段付部が形成されている。この中径部４８と大径部４９は、外周面が支持筒３２の支持孔３６に支持されており、中径部４８及び大径部４９の段付部と支持筒３２の支持孔３６とにより油圧室８１が区画されている。そして、燃料噴射ポンプ１２（ポンプケース２１）に対する作動油の供給部として、蓄圧管制弁ブロック１３に油圧供給部８２が設けられており、油圧室８１と油圧供給部８２とを連通する循環流路８３が設けられている。この場合、油圧室８１は、外径が大径部４９の外径と同径であり、内径が中径部４８の外径と同径となっている。

循環流路８３は、作動油の流路を開閉すると共にこの循環流路８３を流れる作動油を外部に排出する制御弁８４が設けられている。この制御弁８４は、高圧側切替部８４ａと低圧側切替部８４ｂとが設けられる電磁弁であって、第１循環流路８３ａにより油圧室８１に接続され、第２循環流路８３ｂにより油圧供給部８２に接続されている。また、制御弁８４は、排出流路８５が接続されている。

制御弁８４は、制御装置１００により駆動制御可能となっている。制御装置１００は、燃料を高圧で吐出するとき、制御弁８４を駆動制御し、循環流路８３と高圧側切替部８４ａとを接続する。すると、第２循環流路８３ｂ、油圧供給部８２が閉塞され、第１循環流路８３ａに排出流路８５が接続され、油圧室８１と排出流路８５が連通する。一方、制御装置１００は、燃料を低圧で吐出するとき、制御弁８４を駆動制御し、循環流路８３と低圧側切替部８４ｂとを接続する。そして、この循環流路８３により油圧室８１と油圧供給部８２とが連通する。また、排出流路８５を閉塞する。

ここで、燃料噴射ポンプ１２の作動について説明する。

図１に示すように、燃料噴射ポンプ１２において、燃料供給装置により燃料供給路６８Ａから燃料給排室６９に燃料が供給され、この燃料給排室６９の燃料が燃料吸入通路７０、燃料給排室６６、燃料吸入通路６７を通して吸入弁２４に作用する。そして、吸入弁２４は、弁体６２に所定圧力の燃料が供給されると、この弁体６２が圧縮ばね６３の付勢力に抗して上方に移動することで燃料吸入通路６７と燃料圧縮室６５が連通し、燃料給排室６９の燃料が燃料圧縮室６５に吸入される。

このとき、蓄圧管制弁ブロック１３の圧力供給部８２に作動油が供給されてプランジャ２３の受圧面５１に所定の圧力が作用すると、プランジャ２３が第２方向Ｂに移動する。すると、プランジャ２３は、第２方向Ｂへの移動により加圧面５０が燃料圧縮室６５内の燃料を加圧し、燃料圧縮室６５内の燃料圧力が上昇する。そして、燃料圧縮室６５内の燃料圧力が所定圧力を超えると、吐出弁２５は、弁体８２が圧縮ばね８３の付勢力に抗して上方に移動することで燃料通路６４と燃料通路７４が連通し、燃料圧縮室６５内の燃料が燃料通路６４を通して燃料通路７４に流れ、燃料吐出通路７５を通して外部に吐出される。すると、燃料噴射弁１１（図２参照）は、ディーゼルエンジンの燃焼室に燃料を噴射する。

ところで、船舶がＥＣＡ海域を航行するときは、排ガス再循環装置を作動させるため、燃料噴射圧力を高圧に設定する一方、ＥＣＡ海域外を航行するときは、排ガス再循環装置を停止させるため、燃料噴射圧力を低圧に設定する。そのため、制御装置１００は、排ガス再循環装置の作動時（例えば、ＥＧＲ入口弁やＥＧＲ出口弁の開放時）、制御弁８４を駆動制御し、循環流路８３と高圧側切替部８４ａとを接続する。すると、循環流路８３の第１循環流路８３ａに排出流路８５が接続され、油圧室８１と排出流路８５が連通する。

この状態で、作動油圧がプランジャ２３の受圧面５１に作用すると、プランジャ２３が第２方向Ｂに移動し、加圧面５０が燃料圧縮室６５内の燃料を加圧する。このとき、大径部４９の上昇により油圧室８１の容積が減少することから、油圧室８１の作動油が第１循環流路８３ａ及び制御弁８４の高圧側切替部８４ａを通して排出流路８５に流れて外部に排出される。そのため、プランジャ２３は、油圧室８１の油圧の影響を受けることなく、大径部４９と小径部４７との断面積差により受圧面５１が受けた作動油の油圧を加圧面５０が増加して燃料圧縮室６５内の燃料を加圧する。すると、燃料圧縮室６５内の燃料圧力が増圧されて圧力上昇することとなり、燃料吐出通路７５を通して高圧の燃料が外部に吐出される。すると、燃料噴射弁１１（図２参照）は、ディーゼルエンジンの燃焼室に高圧燃料を噴射することができる。

一方、制御装置１００は、排ガス再循環装置の作動停止時（例えば、ＥＧＲ入口弁やＥＧＲ出口弁の閉止時）、制御弁８４を駆動制御し、循環流路８３と低圧側切替部８４ｂとを接続する。すると、循環流路８３が開放され、この循環流路８３により油圧室８１と油圧供給部８２とが連通する。

この状態で、作動油圧がプランジャ２３の受圧面５１に作用すると、プランジャ２３が第２方向Ｂに移動し、加圧面５０が燃料圧縮室６５内の燃料を加圧する。このとき、大径部４９の上昇により油圧室８１の容積が減少することから、油圧室８１の作動油が循環流路８３及び制御弁８４の低圧側切替部８４ｂを通して油圧供給部８２に戻る。そのため、プランジャ２３は、油圧室８１の断面積差、つまり、大径部４９と中径部４８との断面積差がキャンセルされることで、中径部４８の断面積により受圧面５１が受けた作動油の油圧を加圧面５０が増加して燃料圧縮室６５内の燃料を加圧する。すると、燃料圧縮室６５内の燃料圧力が増圧されて圧力上昇することとなり、燃料吐出通路７５を通して低圧の燃料が外部に吐出される。すると、燃料噴射弁１１（図２参照）は、ディーゼルエンジンの燃焼室に低圧燃料を噴射することができる。

このように第１実施形態の燃料噴射ポンプにあっては、中空形状をなすポンプケース２１と、大径部４９と小径部４７が軸方向に連結されてポンプケース２１内に軸方向に移動自在に支持されるプランジャ２３と、ポンプケース２１における加圧面５０と燃料吐出通路７５との間に形成されると共に燃料を吸入可能な燃料圧縮室６５と、油圧供給部８２とポンプケース２１における大径部４９と中径部４８の段付部に形成される油圧室８１とを連通する循環流路８３と、循環流路８３を開閉すると共に循環流路８３を流れる作動油を外部に排出する制御弁８４とを設けている。

従って、制御弁８４により循環流路８３を開放して油圧供給部８２と油圧室８１とを連通すると、プランジャ２３の上昇時、油圧室８１の作動油が循環流路８３により油圧供給部８２に戻る。すると、油圧室８１の断面積がキャンセルされるため、プランジャ２３は、中径部４８の断面積により受圧面５１が受けた油圧を増圧して加圧面が燃料圧縮室６５の燃料を加圧し、燃料吐出通路７５から低圧の燃料を吐出することができる。一方、制御弁８４により循環流路８３を閉止して油圧室８１に排出流路８５を連通すると、プランジャ２３の上昇時、油圧室８１の作動油が排出流路８５から外部に排出される。すると、プランジャ２３は、大径部４９と小径部４７との断面積差により受圧面５１が受けた油圧を増圧して加圧面が燃料圧縮室６５の燃料を加圧し、燃料吐出通路７５から高圧の燃料を吐出することができる。その結果、１個の制御弁８４の駆動制御だけで燃料の吐出圧力を高圧と低圧に調整することができ、構造の簡素化を図ることができると共に、圧力の異なる２種類の燃料を容易に出力することができる。

第１実施形態の燃料噴射ポンプでは、制御弁８４を駆動制御する制御装置１００を設け、制御装置１００は、燃料を高圧で吐出するときは制御弁８４により循環流路８３を閉止して循環流路８３を流れる作動油を外部に排出する一方、燃料を低圧で吐出するときは循環流路８３を開放する。従って、制御弁８４を駆動制御するだけで、燃料の圧力を容易に調整することができ、構造の簡素化を図ることができる。

また、第１実施形態のクロスヘッド式内燃機関にあっては、燃料噴射弁１１に燃料を供給する燃料噴射ポンプ１２を適用している。従って、制御弁８４を駆動制御するだけで、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射圧力を容易に調整することができる。

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態の液圧駆動ピストン装置としての燃料噴射ポンプを表す縦断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図３に示すように、燃料噴射ポンプ１２は、ポンプケース２１と、プランジャバレル２２と、プランジャ２３と、吸入弁２４と、吐出弁２５とを備えている。

プランジャ２３は、上部側から下部側に向けて小径部４７、連結部５４、大径部４９が設けられ、小径部４７の上面が加圧面５０となり、大径部４９の下面が受圧面５１となる。この場合、連結部５４と小径部４７と大径部４９は、外径が順に大きくなるように設定されている。即ち、連結部５４は、外径が小径部４７及び大径部４９の外径より小さい。プランジャ２３は、ポンプケース２１におけるケース本体３１内に配置され、小径部４７がプランジャバレル２２の支持孔４５内で軸心方向に沿って移動自在に支持されると共に、大径部４９が支持筒３２の支持孔３６内で軸心方向に沿って移動自在に支持されている。プランジャ２３は、リターンスプリング５２の付勢力により第１方向Ａに付勢支持されており、受圧面５１に対して作用する作動油の圧力により第２方向Ｂに移動することができる。

また、プランジャ２３は、小径部４７と連結部５４と大径部４９が設けられることから、小径部４７と連結部５４との間に直径の相違する段付部が形成されている。この小径部４７は、外周面がプランジャバレル２２の支持孔４５に支持されており、プランジャバレル２２の下部に支持孔４５を閉塞するように閉塞板９１が固定されることで、小径部４７及び連結部５４の段付部とプランジャバレル２２の支持孔４５とにより油圧室９２が区画されている。そして、この油圧室９２と燃料圧縮室６５とを連通する循環流路９３が設けられている。この場合、油圧室９２は、外径が小径部４７の外径と同径であり、内径が連結部５４の外径と同径となっている。

循環流路９３は、作動油の流路を開閉すると共にこの循環流路９３を流れる燃料を外部に排出する制御弁９４が設けられている。この制御弁９４は、低圧側切替部９４ａと高圧側切替部９４ｂとが設けられる電磁弁であって、第１循環流路９３ａにより油圧室９２に接続され、第２循環流路９３ｂにより燃料圧縮室６５に接続されている。また、制御弁９４は、排出流路９５の一端部が接続され、排出流路９５の他端部が燃料給排室６９に接続されている。

制御弁９４は、制御装置１００により駆動制御可能となっている。制御装置１００は、燃料を高圧で吐出するとき、制御弁９４を駆動制御し、循環流路９３と高圧側切替部９４ｂとを接続する。すると、循環流路９３が開放され、循環流路９３が油圧室９２と燃料圧縮室６５とを連通する。一方、制御装置１００は、燃料を低圧で吐出するとき、制御弁９４を駆動制御し、循環流路９３と低圧側切替部９４ａとを接続する。すると、循環流路９３が閉止され、循環流路９３の第１循環流路９３ａが排出流路９５を介して燃料給排室６９に接続される。

ここで、燃料噴射ポンプ１２の作動について説明する。なお、燃料噴射ポンプ１２の基本的な作動は、第１実施形態と同様であり、省略する。

制御装置１００は、排ガス再循環装置の作動時（例えば、ＥＧＲ入口弁やＥＧＲ出口弁の開放時）、制御弁９４を駆動制御し、循環流路９３と高圧側切替部９４ｂとを接続する。すると、循環流路９３が開放され、この循環流路９３により油圧室９２と燃料圧縮室６５とが連通する。

この状態で、作動油圧がプランジャ２３の受圧面５１に作用すると、プランジャ２３が第２方向Ｂに移動し、加圧面５０が燃料圧縮室６５内の燃料を加圧する。このとき、小径部４７の上昇により燃料圧縮室６５の容積が減少することから、燃料圧縮室６５の燃料の一部が循環流路９３及び制御弁９４の高圧側切替部９４ｂを通して油圧室９２に流れる。そのため、プランジャ２３は、油圧室９２の断面積差により大径部４９と連結部５４との断面積差により受圧面５１が受けた作動油の油圧を加圧面５０が増加して燃料圧縮室６５内の燃料を加圧する。つまり、大口径部の圧力がそのまま加圧面５０に伝わる。すると、燃料圧縮室６５内の燃料圧力が増圧されて圧力上昇することとなり、燃料吐出通路７５を通して高圧の燃料が外部に吐出される。すると、燃料噴射弁１１（図２参照）は、ディーゼルエンジンの燃焼室に高圧燃料を噴射することができる。

一方、制御装置１００は、排ガス再循環装置の作動停止時（例えば、ＥＧＲ入口弁やＥＧＲ出口弁の閉止時）、制御弁９４を駆動制御し、循環流路９３と低圧側切替部９４ａとを接続する。すると、循環流路９３が閉止され、第１循環流路９３ａに排出流路９５が接続され、油圧室９２と排出給排室６９が連通する。

この状態で、作動油圧がプランジャ２３の受圧面５１に作用すると、プランジャ２３が第２方向Ｂに移動し、加圧面５０が燃料圧縮室６５内の燃料を加圧する。このとき、小径部４７の上昇により燃料給排室６９の燃料が排出流路９５から制御弁９４の低圧側切替部９４ａ及び第１循環流路９３ａを通して油圧室９２に流れる。そのため、プランジャ２３は、油圧室９２の油圧の影響を受けることなく、大径部４９の外径と連結部５４の外径との断面積差により受圧面５１が受けた作動油の油圧を加圧面５０が増加して燃料圧縮室６５内の燃料を加圧する。すると、燃料圧縮室６５内の燃料圧力が増圧されて圧力上昇することとなり、燃料吐出通路７５を通して低圧の燃料が外部に吐出される。すると、燃料噴射弁１１（図２参照）は、ディーゼルエンジンの燃焼室に低圧燃料を噴射することができる。

このように第２実施形態の燃料噴射ポンプにあっては、燃料圧縮室６５とポンプケース２１における小径部４７と連結部５４の段付部に形成される油圧室９２とを連通する循環流路９３と、循環流路９３を開閉すると共に循環流路９３を流れる燃料を外部に排出する制御弁９４とを設けている。

従って、制御弁９４により循環流路９３を開放して燃料圧縮室６５と油圧室９２とを連通すると、プランジャ２３の上昇時、燃料圧縮室６５の燃料が循環流路９３により油圧室９２に流れる。すると、プランジャ２３は、大径部４９と連結部５４との断面積差により受圧面５１が受けた油圧を増圧して加圧面５０が燃料圧縮室６５の燃料を加圧し、燃料吐出通路７５から高圧の燃料を吐出することができる。一方、制御弁９４により循環流路９３を閉止して油圧室９２に排出流路９５を連通すると、プランジャ２３の上昇時、油圧給排室６９の燃料が排出流路９５から油圧室９２に排出される。すると、プランジャ２３は、小径部４７と大径部４９の断面積差により受圧面５１が受けた油圧を増圧して加圧面が燃料圧縮室６５の燃料を加圧し、燃料吐出通路７５から低圧の燃料を吐出することができる。その結果、１個の制御弁９４の駆動制御だけで燃料の吐出圧力を高圧と低圧に調整することができ、構造の簡素化を図ることができると共に、圧力の異なる２種類の燃料を容易に出力することができる。

第２実施形態の燃料噴射ポンプでは、制御弁９４を駆動制御する制御装置１００を設け、制御装置１００は、燃料を高圧で吐出するときは制御弁９４により循環流路９３を開放する一方、燃料を低圧で吐出するときは循環流路９３を流れる燃料を外部に排出する。従って、制御弁９４を駆動制御するだけで、燃料の圧力を容易に調整することができ、構造の簡素化を図ることができる。

なお、上述の実施形態では、上述した実施形態では、本発明のクロスヘッド式内燃機関を舶用ディーゼルエンジンとして、主機関を用いて説明したが、発電機として用いられるディーゼルエンジンにも適用することができる。

また、上述の実施形態では、本発明の液圧駆動ピストン装置を燃料噴射ポンプ１２に適用して説明したが、クロスヘッド式内燃機関の排気を弁駆動する動弁装置に適用してもよい。また、液圧駆動ピストン装置は、燃料噴射ポンプ１２や排気弁の動弁装置に限定されるものではなく、２種類の作動液体を用いて第２作動液体の圧力を調整する装置であれば、いずれの装置にも適用することができる。

１０ 燃料噴射装置
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃料噴射ポンプ（液圧駆動ピストン装置）
１３ 蓄圧管制弁ブロック
２１ ポンプケース（ケース）
２２ プランジャバレル
２３ プランジャ（ピストン）
２４ 吸入弁
２５ 吐出弁
３１ ケース本体
３２ 支持筒
３３ 押え部材
４７ 小径部
４８ 中径部
４９ 大径部
５０ 加圧面
５１ 受圧面
５２ リターンスプリング
６１ 吸入弁本体
６２ 弁体
６３ 圧縮ばね
６４ 燃料通路
６５ 燃料圧縮室（圧縮室）
６６，６９ 燃料給排室
６７，７０ 燃料吸入通路
６８Ａ 燃料供給路
６８Ｂ 燃料排出路
７１ 吸入弁本体
７２ 弁体
７３ 圧縮ばね
７４ 燃料通路
７５ 燃料吐出通路（吐出部）
８１，９２ 油圧室
８２ 油圧供給部（供給部）
８３，９３ 循環流路
８４，９４ 制御弁
８５，９５ 排出流路
１００ 制御装置

Claims (4)

1. 中空形状をなして長手方向の一端部に第１作動液体の供給部が設けられて他端部に第２作動液体の吐出部が設けられるケースと、
   大径部と小径部が外径の相違する連結部により軸方向に連結されて前記ケース内に軸方向に移動自在に支持されると共に前記供給部に前記大径部の受圧面が対向して配置されて前記吐出部に前記小径部の加圧面が対向して配置されるピストンと、
   前記ケースにおける前記加圧面と前記吐出部との間に形成されると共に第２作動液体を吸入可能な圧縮室と、
   前記吐出部と前記ケースにおける前記小径部と前記連結部の段付部に形成される油圧室とを連通する循環流路と、
   前記循環流路を開閉すると共に前記循環流路を流れる第１作動液体または第２作動液体を外部に排出する制御弁と、
   を備え、
   前記油圧室は、外径が前記小径部の外径と同径であって、前記段付部に形成され、前記循環流路は、一端部が前記油圧室に連通し、他端部が前記吐出部に連通する、
   ことを特徴とする液圧駆動ピストン装置。
2. 前記制御弁を駆動制御する制御装置が設けられ、前記制御装置は、第２作動液体を高圧で吐出するとき、前記制御弁により前記循環流路を開放する一方、第２作動液体を低圧で吐出するとき、前記循環流路を流れる第２作動液体を外部に排出することを特徴とする請求項１に記載の液圧駆動ピストン装置。
3. 第２作動液体は、燃料であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液圧駆動ピストン装置。
4. 燃料噴射弁に燃料を供給する燃料噴射ポンプとして請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液圧駆動ピストン装置が適用される、
   ことを特徴とするクロスヘッド式内燃機関。

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