JP7138005B2 - 注水ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、注水ポンプに関するものである。

従来、船舶に搭載される舶用ディーゼルエンジンにおいては、シリンダ内の燃焼室から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する手法の一つとして、水技術が提案されている。この水技術においては、例えば、シリンダに設けられた燃料噴射弁から燃焼室に燃料および水を添加することにより、燃焼室内で燃料を燃焼する際の火炎の温度上昇が抑制され、この結果、燃焼室からのＮＯｘの排出量が低減される。このような水技術には、燃焼室内に燃料が噴射される噴射期間以外の期間（以下、噴射休止期間という）、燃料噴射弁内の燃料通路に存在する燃料中に水を注入するために、作動油の圧力を利用した油圧駆動式の注水ポンプが用いられる。この油圧駆動式の注水ポンプの一例として、特許文献１には、注水ピストン装置が開示されている。以下、注水ポンプとは、この注水ピストン装置に例示される油圧駆動式の注水ポンプを意味する。

特許文献１に記載のディーゼル機関では、１つのシリンダに１つの燃料噴射弁が設けられ、この１つの燃料噴射弁から当該シリンダ内の燃焼室に燃料および水が噴射される。その後、噴射休止期間中、上記燃料噴射弁内の燃料通路には、次回噴射される燃料が残存する。注水ポンプは、一般に、配管等を通じて上記燃料噴射弁内の燃料通路と連通するように構成される。噴射休止期間において、注水ポンプは、この燃料通路に残存する燃料の圧力（以下、燃料残圧という）よりも大きい圧力で水を圧送し、これにより、この燃料通路内の燃料中に水を注入する。この燃料通路内の燃料および水は、噴射休止期間後の次回の噴射期間に、上記燃料噴射弁から燃焼室内へ噴射される。

特許第４５５０９９１号公報

近年、舶用ディーゼルエンジンにおいては、燃焼室に燃料を均一に噴射するために、１つのシリンダに複数（例えば２～３つ）の燃料噴射弁が設けられる傾向にある。この場合、複数の燃料噴射弁の各々に対して水を注入すべく、一般に、注水ポンプは、燃料噴射弁の個数分、分岐する配管（分岐管）等を通じて、これら複数の燃料噴射弁内の燃料通路と連通するように構成される（以下、第１の従来構成という）。或いは、燃料噴射弁の個数分の注水ポンプを準備し、これらの注水ポンプは、複数の燃料噴射弁内の燃料通路と配管等を通じて各々連通するように構成される（以下、第２の従来構成という）。

しかしながら、１つのシリンダに設けられた複数の燃料噴射弁間で、燃料残圧がばらつく可能性がある。このため、上記第１の従来構成では、複数の燃料噴射弁のうち、燃料残圧が高い方よりも低い方の燃料噴射弁に注水ポンプからの水が注入され易くなり、これに起因して、注水ポンプから複数の燃料噴射弁への各注水量が偏ってしまう。また、上記第２の従来構成では、部品点数が増大して構成が複雑化するのみならず、注水ポンプ同士の製造ばらつきに起因して、上記各注水量の偏りを増大させる恐れがある。さらには、上記燃料残圧のばらつきの傾向を予測することは困難であるから、複数の燃料噴射弁間での注水量の偏りを複数の注水ポンプの駆動制御によって解消することは困難である。

なお、上記複数の燃料噴射弁間での注水量の偏り（ばらつき）は、燃焼室へ噴射される燃料の噴射量が複数の燃料噴射弁間でばらつく原因となり、燃焼室内での燃料燃焼時の火炎長さや発生熱量のばらつきを招来する。このことは、シリンダまたはピストン等の燃焼室に関連する部品を変形させて、当該部品の摩耗量のばらつきを引き起こすのみならず、舶用ディーゼルエンジンの燃焼効率の低下（すなわち燃費の悪化）に繋がる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、１つのシリンダに設けられた複数の燃料噴射弁に対する注水を行うとともに、これら複数の燃料噴射弁間での注水量のばらつきを抑制することができる注水ポンプを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る注水ポンプは、１つのシリンダに設けられる複数の燃料噴射弁と配管を通じて各々連通する複数の水吐出通路と、前記複数の水吐出通路内に往復動可能に各々設けられ、前記複数の水吐出通路内の水を加圧して前記複数の燃料噴射弁に各々吐出する複数の水ピストン部と、作動油の圧力を利用して、前記複数の水ピストン部を前記複数の水吐出通路の吐出口側へ移動させる油圧ピストン部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る注水ポンプは、上記の発明において、前記複数の水ピストン部と前記油圧ピストン部とを連結する連結部を備え、前記複数の水ピストン部は、前記油圧ピストン部と一体となって移動することを特徴とする。

また、本発明に係る注水ポンプは、上記の発明において、前記複数の水吐出通路は、前記複数の燃料噴射弁の間で同じ燃料通路の位置に連通することを特徴とする。

また、本発明に係る注水ポンプは、上記の発明において、前記複数の水ピストン部は、互いに同じ直径を有するピストンであることを特徴とする。

本発明によれば、１つのシリンダに設けられた複数の燃料噴射弁に対する注水を行うとともに、これら複数の燃料噴射弁間での注水量のばらつきを抑制することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態に係る舶用ディーゼルエンジンの燃料噴射系統の一構成例を示す模式図である。 図２は、本発明の実施形態に係る注水ポンプの一構成例を示す側断面模式図である。 図３は、図２に示す注水ポンプのＡ－Ａ線断面模式図である。 図４は、本発明の実施形態に係る注水ポンプの動作を説明するための図である。

以下に、添付図面を参照して、本発明に係る注水ポンプの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、各図面において、同一構成部分には同一符号が付されている。

（燃料噴射系統の構成）
まず、本発明の実施形態に係る注水ポンプが適用された舶用ディーゼルエンジンの燃料噴射系統の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る舶用ディーゼルエンジンの燃料噴射系統の一構成例を示す模式図である。図１に示すように、この燃料噴射系統１００は、複数（本実施形態では３つ）の燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、燃料圧送系統３０と、下流側注水系統４０と、上流側注水系統５０とを備える。また、燃料噴射系統１００は、水供給ポンプ６１と、給水管６２と、逆止弁６３ａ、６３ｂと、蓄圧部７１と、高圧ポンプ７２と、検出部８１と、制御部８２とを備える。なお、図１において、実線矢印は燃料や水等の流体の流通を示し、破線矢印は電気信号線を示す。

燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、舶用ディーゼルエンジンのシリンダ内の燃焼室（いずれも図示せず）に燃料および水を噴射するための複数の燃料噴射弁の一例である。図１には図示されていないが、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、１つのシリンダに設けられる。例えば、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、このシリンダの周方向に沿って所定の間隔で配置される。

図１に示すように、燃料噴射弁２０Ａは、噴射口２１と、この噴射口２１に通じる燃料通路２２と、この燃料通路２２に通じる内部通路２３と、逆止弁２４ａ、２４ｂとを有する。燃料通路２２は、一端部が噴射口２１に接続され且つ他端部が燃料噴射管３２（例えばその分岐管３２ａ）に接続されている。また、燃料通路２２の上流側の注水位置（第２注水位置Ｐ２）には、逆止弁２４ａを介して上流側注水系統５０の配管（例えば上流側注水管５２ａ）が接続されている。内部通路２３は、一端部が燃料通路２２の下流側の注水位置（第１注水位置Ｐ１）に接続され且つ他端部が下流側注水系統４０の配管（例えば下流側注水管４２ａ）に接続されている。逆止弁２４ａは、上流側注水系統５０から燃料噴射弁２０Ａの燃料通路２２に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁２４ｂは、内部通路２３の中途部に設けられる。逆止弁２４ｂは、下流側注水系統４０から内部通路２３を通じて燃料通路２２に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。

上述したような構成を有する燃料噴射弁２０Ａは、燃料圧送系統３０によって圧送された燃料と、下流側注水系統４０によって注入された水と、上流側注水系統５０によって注入された水とを噴射口２１からシリンダ内の燃焼室へ層状に噴射する。なお、燃料噴射弁２０Ｂ、２０Ｃは、上述した燃料噴射弁２０Ａと同様の構成を有する。

燃料圧送系統３０は、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに燃料を圧送するための設備である。図１に示すように、燃料圧送系統３０は、燃料噴射ポンプ３１と、燃料噴射管３２と、制御弁３５とを備える。

燃料噴射ポンプ３１は、作動油の圧力を利用して駆動する油圧駆動式のポンプであり、燃料噴射管３２を通じて燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに燃料を各々圧送する。また、燃料噴射ポンプ３１の圧送作用は、噴射口２１からシリンダ内の燃焼室に対する燃料および水の層状噴射を燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに行わせる。

燃料噴射管３２の一端部は、燃料噴射ポンプ３１の吐出口に接続されている。燃料噴射管３２の中途部には、分岐部３３が設けられている。燃料噴射管３２は、この分岐部３３から他端部に向かって複数の分岐管（本実施形態では３つの分岐管３２ａ、３２ｂ、３２ｃ）に分岐している。図１に示すように、燃料噴射管３２の分岐管３２ａ、３２ｂ、３２ｃのうち、分岐管３２ａは、燃料噴射弁２０Ａの燃料通路２２に接続されている。燃料噴射管３２は、分岐管３２ａを介して、燃料噴射弁２０Ａと燃料噴射ポンプ３１とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管３２ｂ、３２ｃは、燃料噴射弁２０Ｂ、２０Ｃの各燃料通路２２に各々接続されている。

制御弁３５は、蓄圧部７１から燃料噴射ポンプ３１への作動油の供給を制御する。制御弁３５は、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから燃焼室への燃料および水の噴射期間、開状態となって蓄圧部７１内の作動油を燃料噴射ポンプ３１に供給する。一方、制御弁３５は、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの噴射休止期間、閉状態となって蓄圧部７１から燃料噴射ポンプ３１への作動油の供給を停止する。このような制御弁３５の開閉駆動のタイミングは、制御部８２によって制御される。

下流側注水系統４０は、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの各燃料通路２２の下流側の注水位置に水を注入するための設備である。図１に示すように、下流側注水系統４０は、第１注水ポンプ４１と、下流側注水管４２ａ、４２ｂ、４２ｃと、逆止弁４４ａ、４４ｂ、４４ｃと、制御弁４５とを備える。

第１注水ポンプ４１は、本実施形態に係る注水ポンプの一例である。下流側注水管４２ａは、一端部が第１注水ポンプ４１の第１吐出口に接続され且つ他端部が燃料噴射弁２０Ａの内部通路２３に接続されている。第１注水ポンプ４１は、下流側注水管４２ａ等を通じて、燃料噴射弁２０Ａの燃料通路２２に水を圧送し、これにより、燃料通路２２の下流側の注水位置（すなわち第１注水位置Ｐ１）に水を注入する。また、下流側注水管４２ｂは、一端部が第１注水ポンプ４１の第２吐出口に接続され且つ他端部が燃料噴射弁２０Ｂの内部通路に接続されている。第１注水ポンプ４１は、上記燃料噴射弁２０Ａの場合と同様に、下流側注水管４２ｂ等を通じて、燃料噴射弁２０Ｂの燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１に水を注入する。また、下流側注水管４２ｃは、一端部が第１注水ポンプ４１の第３吐出口に接続され且つ他端部が燃料噴射弁２０Ｃの内部通路に接続されている。第１注水ポンプ４１は、上記燃料噴射弁２０Ａの場合と同様に、下流側注水管４２ｃ等を通じて、燃料噴射弁２０Ｃの燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１に水を注入する。

逆止弁４４ａ、４４ｂ、４４ｃは、例えば図１に示すように、下流側注水管４２ａ、４２ｂ、４２ｃの各入口端部（第１注水ポンプ４１側の端部）に各々設けられる。逆止弁４４ａは、第１注水ポンプ４１側から燃料噴射弁２０Ａ側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁４４ｂは、第１注水ポンプ４１側から燃料噴射弁２０Ｂ側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁４４ｃは、第１注水ポンプ４１側から燃料噴射弁２０Ｃ側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。

制御弁４５は、蓄圧部７１から第１注水ポンプ４１への作動油の供給を制御する。制御弁４５は、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃによる燃料および水の噴射期間以外の期間（すなわち噴射休止期間）、開状態となって蓄圧部７１内の作動油を第１注水ポンプ４１に供給する。一方、制御弁４５は、上記燃料および水の噴射期間、閉状態となって蓄圧部７１から第１注水ポンプ４１への作動油の供給を停止する。このような制御弁４５の開閉駆動のタイミングは、制御部８２によって制御される。

上流側注水系統５０は、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの各燃料通路２２の上流側の注水位置に水を注入するための設備である。図１に示すように、上流側注水系統５０は、第２注水ポンプ５１と、上流側注水管５２ａ、５２ｂ、５２ｃと、逆止弁５４ａ、５４ｂ、５４ｃと、制御弁５５とを備える。

第２注水ポンプ５１は、本実施形態に係る注水ポンプの一例である。上流側注水管５２ａは、一端部が第２注水ポンプ５１の第１吐出口に接続され且つ他端部が逆止弁２４ａを介して燃料噴射弁２０Ａの燃料通路２２に接続されている。第２注水ポンプ５１は、上流側注水管５２ａ等を通じて、燃料噴射弁２０Ａの燃料通路２２に水を圧送し、これにより、燃料通路２２の上流側の注水位置（すなわち第２注水位置Ｐ２）に水を注入する。また、上流側注水管５２ｂは、一端部が第２注水ポンプ５１の第２吐出口に接続され且つ他端部が逆止弁（図示せず）を介して燃料噴射弁２０Ｂの燃料通路２２に接続されている。第２注水ポンプ５１は、上記燃料噴射弁２０Ａの場合と同様に、上流側注水管５２ｂ等を通じて、燃料噴射弁２０Ｂの燃料通路２２の第２注水位置Ｐ２に水を注入する。また、上流側注水管５２ｃは、一端部が第２注水ポンプ５１の第３吐出口に接続され且つ他端部が逆止弁（図示せず）を介して燃料噴射弁２０Ｃの燃料通路２２に接続されている。第２注水ポンプ５１は、上記燃料噴射弁２０Ａの場合と同様に、上流側注水管５２ｃ等を通じて、燃料噴射弁２０Ｃの燃料通路２２の第２注水位置Ｐ２に水を注入する。

逆止弁５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、例えば図１に示すように、上流側注水管５２ａ、５２ｂ、５２ｃの各入口端部（第２注水ポンプ５１側の端部）に各々設けられる。逆止弁５４ａは、第２注水ポンプ５１側から燃料噴射弁２０Ａ側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁５４ｂは、第２注水ポンプ５１側から燃料噴射弁２０Ｂ側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁５４ｃは、第２注水ポンプ５１側から燃料噴射弁２０Ｃ側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。

制御弁５５は、蓄圧部７１から第２注水ポンプ５１への作動油の供給を制御する。制御弁５５は、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの噴射休止期間、開状態となって蓄圧部７１内の作動油を第２注水ポンプ５１に供給する。一方、制御弁５５は、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの燃料および水の噴射期間、閉状態となって蓄圧部７１から第２注水ポンプ５１への作動油の供給を停止する。このような制御弁５５の開閉駆動のタイミングは、制御部８２によって制御される。

水供給ポンプ６１は、第１注水ポンプ４１および第２注水ポンプ５１に吐出対象の水を供給するためのポンプである。給水管６２は、一端部が水供給ポンプ６１に接続され且つ他端側が分岐管６２ａ、６２ｂに分岐している。給水管６２の一方の分岐管６２ａは、逆止弁６３ａを介して第１注水ポンプ４１に接続されている。給水管６２の他方の分岐管６２ｂは、逆止弁６３ｂを介して第２注水ポンプ５１に接続されている。水供給ポンプ６１は、給水管６２の分岐管６２ａ等を通じて第１注水ポンプ４１に吐出対象の水を供給するとともに、給水管６２の分岐管６２ｂ等を通じて第２注水ポンプ５１に吐出対象の水を供給する。逆止弁６３ａは、水供給ポンプ６１側から第１注水ポンプ４１側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁６３ｂは、水供給ポンプ６１側から第２注水ポンプ５１側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。

蓄圧部７１は、燃料圧送系統３０、下流側注水系統４０および上流側注水系統５０を各々作動させる作動油の圧力を蓄積するものである。図１に示すように、蓄圧部７１は、配管等を通じて高圧ポンプ７２から吐出（圧送）された作動油を内部の蓄圧室に貯留し、これにより、作動油の圧力を蓄積する。このように蓄圧部７１に蓄積される作動油の圧力は、高圧ポンプ７２から蓄圧部７１への作動油の吐出量によって調整される。蓄圧部７１に蓄積された作動油の圧力は、燃料噴射ポンプ３１の作動と、第１注水ポンプ４１の作動と、第２注水ポンプ５１の作動とに共用される。

検出部８１は、舶用ディーゼルエンジン（図示せず）のクランク角度を検出する。検出部８１は、時間の経過に伴ってクランク角度を検出し、その都度、検出したクランク角度を示す電気信号を制御部８２に送信する。

制御部８２は、検出部８１から電気信号を受信し、受信した電気信号に示されるクランク角度が所定の回転角度となるタイミングに開状態となるように、燃料圧送系統３０の制御弁３５の開閉駆動を制御する。制御部８２は、この制御弁３５の開閉駆動の制御を通して、燃料噴射ポンプ３１の作動タイミング、すなわち、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから燃焼室への燃料および水の噴射タイミングを制御する。この噴射タイミングでは、燃料噴射ポンプ３１から圧送された燃料と、第１注水ポンプ４１から吐出された水と、第２注水ポンプ５１から吐出された水とが、燃料噴射ポンプ３１の圧送作用によって燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから燃焼室へ層状に噴射される。その後、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの各燃料通路２２および燃料噴射管３２は、噴射されずに残った燃料で満たされた状態となる。

また、制御部８２は、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの噴射休止期間において、燃料で満たされた状態にある上記各燃料通路２２の下流側の注水位置（第１注水位置Ｐ１）および上流側の注水位置（第２注水位置Ｐ２）に水が各々注入されるように、第１注水ポンプ４１および第２注水ポンプ５１の作動タイミングを制御する。この噴射休止期間では、第１注水ポンプ４１から吐出された水と、第２注水ポンプ５１から吐出された水とが、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの各燃料通路２２に残存する燃料の圧力（燃料残圧）よりも高い圧力で、これら各燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１および第２注水位置Ｐ２に各々注入される。

（注水ポンプの構成）
つぎに、本発明の実施形態に係る注水ポンプの構成について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る注水ポンプの一構成例を示す側断面模式図である。図３は、図２に示す注水ポンプのＡ－Ａ線断面模式図である。以下では、本実施形態に係る注水ポンプの一例として、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの各燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１に水を注入するための第１注水ポンプ４１（図１参照）が例示される。また、上述した第２注水ポンプ５１の構成は、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの各燃料通路２２に対する注水位置が第１注水ポンプ４１と相異する（すなわち第２注水位置Ｐ２である）こと以外、第１注水ポンプ４１と同様である。

第１注水ポンプ４１は、作動油の圧力を利用して水を吐出する油圧駆動式の注水ポンプである。図２、３に示すように、第１注水ポンプ４１は、水シリンダ１と、油圧シリンダ５と、複数（本実施形態では３つ）の水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃと、油圧ピストン部７と、連結部８と、付勢部９とを備える。

水シリンダ１は、水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃを往復動可能に収容し得る中空の円筒状部材である。詳細には、図２、３に示すように、水シリンダ１は、水を吐出するための内部通路である水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃと、これらの水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃと連続する内部空間４とを有する。

水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃは、１つのシリンダに設けられる複数の燃料噴射弁と配管を通じて各々連通する複数の水吐出通路の一例である。図２、３に示すように、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃは、各々、水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃが往復方向に摺動し得る形状（例えば円筒形状）に形成される。水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃは、各々、水シリンダ１の内部に形成された通路（図示せず）を通じて供給された吐出対象の水を一時貯留する。また、図２、３には図示されていないが、水吐出通路２ａの吐出口３ａ（第１吐出口）には、図１に示した下流側注水管４２ａが接続されている。水吐出通路２ａは、この下流側注水管４２ａを通じて燃料噴射弁２０Ａと連通する。水吐出通路２ｂの吐出口３ｂ（第２吐出口）には、図１に示した下流側注水管４２ｂが接続されている。水吐出通路２ｂは、この下流側注水管４２ｂを通じて燃料噴射弁２０Ｂと連通する。水吐出通路２ｃの吐出口３ｃ（第３吐出口）には、図１に示した下流側注水管４２ｃが接続されている。水吐出通路２ｃは、この下流側注水管４２ｃを通じて燃料噴射弁２０Ｃと連通する。これらの水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃは、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの間で同じ燃料通路の位置に連通する。例えば、水吐出通路２ａは、燃料噴射弁２０Ａの燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１に連通する。これと同様に、水吐出通路２ｂは、燃料噴射弁２０Ｂの燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１に連通し、水吐出通路２ｃは、燃料噴射弁２０Ｃの燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１に連通する。

内部空間４は、１つの油圧ピストン部７の作動に伴う複数（本実施形態では３つ）の水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃの往復動を可能にするための空間である。図２に示すように、内部空間４には、水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃの各下側部分と、油圧ピストン部７の上側部分と、これらを連結する連結部８とが、往復動可能に収容される。

油圧シリンダ５は、油圧ピストン部７を往復動可能に収容し得る中空の円筒状部材である。詳細には、図２に示すように、油圧シリンダ５は、油圧ピストン部７を作動させる作動油を受け入れるための作動油室５ａを有する。作動油室５ａは、油圧ピストン部７を往復動可能に収容し得るように形成される。なお、油圧シリンダ５は、取付ボルト１０によって水シリンダ１と連結されている。また、油圧シリンダ５の下端部は、図１に示した蓄圧部７１や制御弁４５等の作動油供給設備に取り付けられる。

水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃは、１つのシリンダに設けられた複数の燃料噴射弁に対し、複数の水吐出通路内の水を加圧して各々吐出する複数の水ピストン部の一例である。本実施形態において、水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃは、例えば、互いに同じ直径を有するピストンであり、図２、３に示すように、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃ内に往復動可能に各々設けられる。なお、「水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃの各直径が互いに同じ」とは、水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃの各直径が製造公差内に収まっていることを意味する。水ピストン部６ａは、水吐出通路２ａ内を摺動しながらピストン軸方向（図２の紙面上下方向）に往復動する。この際、水ピストン部６ａは、水吐出通路２ａを圧縮する方向に移動して、水吐出通路２ａ内の水を吐出すべく加圧する。水ピストン部６ｂは、水吐出通路２ｂ内を摺動しながらピストン軸方向に往復動する。この際、水ピストン部６ｂは、水吐出通路２ｂを圧縮する方向に移動して、水吐出通路２ｂ内の水を吐出すべく加圧する。水ピストン部６ｃは、水吐出通路２ｃ内を摺動しながらピストン軸方向に往復動する。この際、水ピストン部６ｃは、水吐出通路２ｃを圧縮する方向に移動して、水吐出通路２ｃ内の水を吐出すべく加圧する。水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃは、このように水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃ内の水を加圧して燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに各々吐出する。

油圧ピストン部７は、作動油の圧力を利用して作動するピストンである。図２に示すように、油圧ピストン部７は、ピストン軸方向に往復動し得るように油圧シリンダ５の作動油室５ａに収容される。油圧ピストン部７は、作動油室５ａに供給された作動油の圧力を利用して、水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃを水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃの吐出口３ａ、３ｂ、３ｃ側へ各々移動させる。また、油圧ピストン部７は、作動油室５ａから作動油を押し出しながらピストン軸方向に移動（下降）して、作動前の元の位置に復帰する。

連結部８は、複数の水ピストン部と１つの油圧ピストン部とを連結する連結部の一例である。詳細には、図２に示すように、連結部８は、一端面に水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃの下端部が固定され且つ他端面に油圧ピストン部７の上端部が固定され、この構造により、水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃと油圧ピストン部７とを連結して一体化する。また、連結部８は、水シリンダ１の内部空間４に往復動可能に収容される。この連結部８に固定された水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃは、油圧ピストン部７と一体となって移動し得る状態になる。

付勢部９は、油圧ピストン部７を所定の方向に付勢するものである。例えば、付勢部９は、圧縮ばねまたは空気ばね等によって構成され、図２に示すように、油圧シリンダ５の上部に設けられる。付勢部９には、油圧ピストン部７の突起部（図示せず）が配置されている。付勢部９は、この突起部に付勢力を付与することにより、作動油室５ａから作動油を押し出す方向（図２の紙面下方向）に油圧ピストン部７を付勢する。

（注水ポンプの動作）
つぎに、本発明の実施形態に係る注水ポンプの動作について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る注水ポンプの動作を説明するための図である。以下では、図４を参照しつつ、本実施形態に係る注水ポンプの動作の一例として、上述した第１注水ポンプ４１の動作を説明する。

図４に示すように、第１注水ポンプ４１は、水の吐出を行う前の段階において、油圧ピストン部７を所定の基準位置に位置させた状態（状態Ｓ１）となっている。この際、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃには、図１に示した水供給ポンプ６１から給水管６２等を通じて吐出対象の水が供給される。これにより、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃは、各々、吐出対象の水で満たされた状態となっている。

続いて、第１注水ポンプ４１が水の吐出を行う際、油圧シリンダ５の作動油室５ａには、図１に示した蓄圧部７１から制御弁４５等を通じて作動油が供給される。図４に示す状態Ｓ２のように、油圧ピストン部７は、作動油室５ａ内の作動油の圧力を受け、この作動油の圧力を利用して、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃの吐出口３ａ、３ｂ、３ｃ側に移動（上昇）する。この際、油圧ピストン部７は、付勢部９の付勢力に抗して移動しながら、連結部８とともに水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃを上記吐出口３ａ、３ｂ、３ｃ側へ移動させる。これにより、油圧ピストン部７は、これらの水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃを、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃを各々圧縮する方向へ互いに同じリフト量分（好ましくは同じ容積分）移動させる。

水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃは、上記油圧ピストン部７の作用により、互いに移動量（リフト量）を揃えて水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃ内を各々摺動しながら、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃ内の水（吐出対象の水）を各々加圧する。水吐出通路２ａ内の水は、水ピストン部６ａによって加圧されることにより、吐出口３ａから、図１に示した逆止弁４４ａを押し開けて下流側注水管４２ａ内に流入し、この下流側注水管４２ａを通じて燃料噴射弁２０Ａの燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１に注入される。水吐出通路２ｂ内の水は、水ピストン部６ｂによって加圧されることにより、吐出口３ｂから、図１に示した逆止弁４４ｂを押し開けて下流側注水管４２ｂ内に流入し、この下流側注水管４２ｂを通じて燃料噴射弁２０Ｂの燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１に注入される。水吐出通路２ｃ内の水は、水ピストン部６ｃによって加圧されることにより、吐出口３ｃから、図１に示した逆止弁４４ｃを押し開けて下流側注水管４２ｃ内に流入し、この下流側注水管４２ｃを通じて燃料噴射弁２０Ｃの燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１に注入される。

このような第１注水ポンプ４１による水の吐出は、作動油室５ａに作動油が供給されている期間、すなわち、作動油の圧力を利用して油圧ピストン部７が吐出口３ａ、３ｂ、３ｃ側へ移動している期間、継続して行われる。ここで、水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃに共通する１つの油圧ピストン部７の作用により、水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃの各リフト量（好ましくは移動容積）は、強制的に水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃ間で同じになる。この結果、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃからの各水の吐出量は、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃ間でのばらつき（偏り）が抑制されて、互いに同じ量にすることが可能となる。すなわち、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃから燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの各燃料通路２２の第１注水位置Ｐ１には、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ間での燃料残圧のばらつき（高低の違い）によらず、注水量のばらつきが抑制されて互いに同じ量の水が注入され得る。この結果、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃから１つのシリンダ内の燃焼室には、燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ間で互いに同じ量の燃料と水とを層状に噴射することが可能となる。

その後、作動油室５ａ内への作動油の供給が停止された場合、第１注水ポンプ４１による１回分の水の吐出が終了する。この際、油圧ピストン部７は、付勢部９の付勢力により、作動油室５ａ内の作動油（上述した水の吐出に利用された後の作動油）を作動油室５ａから油圧シリンダ５の外部へ押し出しながら、現在のリフト位置から元の基準位置に移動する。この油圧ピストン部７の移動に伴い、水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃは、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃの圧縮（水の加圧）を解除する方向へ連結部８とともに移動して、図４に示す状態Ｓ１のように、水の吐出が行われる前の位置に復帰する。水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃには、水供給ポンプ６１から給水管６２等を通じて吐出対象の水が供給され、これにより、水吐出通路２ａ、２ｂ、２ｃは、吐出対象の水で満たされた状態に戻る。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る注水ポンプでは、１つのシリンダに設けられる複数の燃料噴射弁と配管を通じて各々連通する複数の水吐出通路を形成し、上記複数の水吐出通路内に複数の水ピストン部を往復動可能に各々設け、上記複数の水ピストン部を、作動油の圧力を利用して作動する油圧ピストン部によって上記複数の水吐出通路の吐出口側へ移動させ、この油圧ピストン部の作用により、上記複数の水ピストン部が、上記複数の水吐出通路内の水を加圧して上記複数の燃料噴射弁に各々吐出するようにしている。特に、本実施形態では、上記複数の水ピストン部と上記油圧ピストン部とを連結部によって連結し、これにより、上記複数の水ピストン部が、前記油圧ピストン部と一体となって移動するようにしている。

このため、１つの油圧ピストン部の作動によって、上記複数の水ピストン部を互いにリフト量を揃えた状態で往復動させることができる。これにより、上記複数の水ピストン部を、上記複数の水吐出通路を各々圧縮する方向へ互いに同じ容積分移動させることができる。この結果、上記複数の水吐出通路間での各水の吐出量のばらつきを抑制できることから、１つのシリンダに設けられた複数の燃料噴射弁に対する注水を簡易な注水機構の構成で行えるとともに、これら複数の燃料噴射弁間での注水量のばらつきを抑制することができる。

延いては、舶用ディーゼルエンジンの１サイクルあたりに複数の燃料噴射弁から燃焼室へ噴射される燃料の噴射量の、当該複数の燃料噴射弁間でのばらつきを抑制することができる。これにより、燃焼室内での燃料燃焼時の火炎長さや発生熱量のばらつきを抑制できることから、シリンダまたはピストン等の燃焼室に関連する部品の摩耗量のばらつきを抑制するとともに、舶用ディーゼルエンジンの燃焼効率の低下を抑制することができる。

また、本発明の実施形態に係る注水ポンプでは、１つの油圧ピストン部の作動によって複数の水ピストン部を往復動させているので、当該油圧ピストン部のリフト量を制御することにより、これら複数の水ピストン部のリフト量を一括して制御することができる。このため、これら複数の水ピストン部のリフト量を互いに揃えるための制御を、簡易な構成で行うことができる。

なお、上述した実施形態では、１つのシリンダに設けられる３つの燃料噴射弁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの各燃料通路に水を注入する注水ポンプを例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、本発明に係る注水ポンプは、１つのシリンダに設けられた２つ以上（複数）の燃料噴射弁の各燃料通路に水を各々注入するものであってもよい。

また、上述した実施形態では、１つの油圧ピストン部７の作用によって３つの水ピストン部６ａ、６ｂ、６ｃを動作させる注水ポンプを例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、本発明に係る注水ポンプは、１つの油圧ピストン部の作用によって２つ以上（複数）の水ピストン部を動作させるものであってもよい。すなわち、本発明において、水ピストン部および水吐出通路の各個数は、１つのシリンダに設けられた注水対象の燃料噴射弁の個数に合わせて設定されてもよい。

また、上述した実施形態により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 水シリンダ
２ａ、２ｂ、２ｃ 水吐出通路
３ａ、３ｂ、３ｃ 吐出口
４ 内部空間
５ 油圧シリンダ
５ａ 作動油室
６ａ、６ｂ、６ｃ 水ピストン部
７ 油圧ピストン部
８ 連結部
９ 付勢部
１０ 取付ボルト
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 燃料噴射弁
２１ 噴射口
２２ 燃料通路
２３ 内部通路
２４ａ、２４ｂ 逆止弁
３０ 燃料圧送系統
３１ 燃料噴射ポンプ
３２ 燃料噴射管
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 分岐管
３３ 分岐部
３５ 制御弁
４０ 下流側注水系統
４１ 第１注水ポンプ
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ 下流側注水管
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ 逆止弁
４５ 制御弁
５０ 上流側注水系統
５１ 第２注水ポンプ
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ 上流側注水管
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ 逆止弁
５５ 制御弁
６１ 水供給ポンプ
６２ 給水管
６２ａ、６２ｂ 分岐管
６３ａ、６３ｂ 逆止弁
７１ 蓄圧部
７２ 高圧ポンプ
８１ 検出部
８２ 制御部
１００ 燃料噴射系統
Ｐ１ 第１注水位置
Ｐ２ 第２注水位置

Claims (3)

1. 舶用ディーゼルエンジンの１つのシリンダに設けられる複数の燃料噴射弁と配管を通じて各々連通する複数の水吐出通路を有する水シリンダと、
   前記複数の水吐出通路内に往復動可能に各々設けられ、前記複数の水吐出通路内の水を加圧して前記複数の燃料噴射弁に各々吐出する複数の水ピストン部と、
   作動油の圧力を利用して、前記複数の水ピストン部を前記複数の水吐出通路の吐出口側へ移動させる油圧ピストン部と、
   前記複数の水ピストン部と前記油圧ピストン部とを連結する連結部と、
   前記油圧ピストン部を往復動可能に収容して前記作動油を受け入れる作動油室を有し、前記水シリンダと連結される油圧シリンダと、
   を備え、
   前記水シリンダは、前記複数の水吐出通路と連続する内部空間を有し、前記内部空間に前記連結部を往復動可能に収容し、
   前記複数の水ピストン部は、前記油圧ピストン部と一体となって移動することを特徴とする注水ポンプ。
2. 前記複数の水吐出通路は、前記複数の燃料噴射弁の間で同じ燃料通路の位置に連通することを特徴とする請求項１に記載の注水ポンプ。
3. 前記複数の水ピストン部は、互いに同じ直径を有するピストンであることを特徴とする請求項１または２に記載の注水ポンプ。

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