特開 2022-29425 大型ディーゼル機関のための燃料噴射弁及び燃料噴射方法、並びに大型ディーゼル機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022029425

(43)【公開日】2022-02-17

(54)【発明の名称】大型ディーゼル機関のための燃料噴射弁及び燃料噴射方法、並びに大型ディーゼル機関

(51)【国際特許分類】

   F02M 47/00 20060101AFI20220209BHJP

   F02M 51/06 20060101ALI20220209BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20220209BHJP

【ＦＩ】

F02M47/00 P

F02M47/00 A

F02M51/06 C

F02M21/02 N

F02M21/02 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021112640

(22)【出願日】2021-07-07

(31)【優先権主張番号】20189462.3

(32)【優先日】2020-08-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】515111358

【氏名又は名称】ヴィンタートゥール ガス アンド ディーゼル アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】トゥルハン イルディリム

【テーマコード（参考）】

3G066

【Ｆターム（参考）】

3G066AA01

3G066AA07

3G066AA08

3G066AA16

3G066AB02

3G066AB05

3G066BA49

3G066CC14

3G066CE22

(57)【要約】      （修正有）

【課題】大型ディーゼル機関のための燃焼噴射弁及び対応するディーゼル機関を提供する。
【解決手段】大型ディーゼル機関のための燃料噴射弁であって、制御室４が作動ピストン２の一方の端部２１を受け入れ、閉鎖可能な流れ接続部６を介して制御室４に接続され得る中間室５が設けられ、作動ピストンの端部が作動ピストン２が第１の位置にあるときに制御室４と中間室５との間の流れ接続部６を閉鎖する閉鎖体２１として設計され、閉鎖可能な開口絞り弁７が設けられ、閉鎖可能な開口絞り弁７を用いることにより、中間室５が燃料のための出口９に接続され得、制御室４を燃料管１０に接続する第１の閉口絞り弁８１が設けられ、中間室５を燃料管１０に接続する第２の閉口絞り弁８２が設けられ、第２の閉口絞り弁８２の直径ｄ２が第１の閉口絞り弁８１の直径ｄ１よりも小さい燃料噴射弁である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

それを通じて燃料が燃焼室（５０）内に導入され得る少なくとも１つの噴口（３２）を有するノズル・ヘッド（３１）と、それを通じて前記燃料が高圧下で圧力室（３３）内に導入され得る燃料管（１０）と、ばね（３４）により荷重をかけられる針弁（３）と、前記針弁（３）の開口状態では前記圧力室（３３）と前記ノズル・ヘッド（３１）との間の流れ接続が開かれ、閉口状態では前記圧力室（３３）と前記ノズル・ヘッド（３１）との間の前記流れ接続が閉鎖されるように、前記針弁（３）が第１の弁座（３５）と密封態様で協働するように、前記針弁（３）と協働するように設計された、前記第１の弁座（３５）と、行程運動により前記針弁（３）を前記開口状態から前記閉口状態へ移動させるように設計された、移動可能な作動ピストン（２）と、前記作動ピストン（２）を前記針弁（３）が前記開口状態にある第１の位置から前記針弁（３）が前記閉口状態にある第２の位置へ移動させるための制御室（４）と、を備え、前記制御室（４）が、前記作動ピストン（２）の一方の端部（２１）を受け入れる、大型ディーゼル機関のための燃料噴射弁であって、閉鎖可能な流れ接続部（６）を介して前記制御室（４）に接続され得る中間室（５）が設けられ、前記作動ピストンの前記端部が、前記作動ピストン（２）が前記第１の位置にあるときに前記制御室（４）と前記中間室（５）との間の前記流れ接続部（６）を閉鎖する閉鎖体２１として設計され、閉鎖可能な開口絞り弁（７）が設けられ、前記閉鎖可能な開口絞り弁（７）を用いることにより、前記中間室（５）が前記燃料のための出口（９）に接続され得、前記制御室（４）を前記燃料管（１０）に接続する第１の閉口絞り弁（８１）が設けられ、前記中間室（５）を前記燃料管（１０）に接続する第２の閉口絞り弁（８２）が設けられ、前記第２の閉口絞り弁（８２）の直径（ｄ２）が、前記第１の閉口絞り弁（８１）の直径（ｄ１）よりも小さいことを特徴とする、燃料噴射弁。

【請求項2】

前記作動ピストン（２）は、前記作動ピストン（２）が前記第１の位置にあるときに、前記第１の閉口絞り弁（８１）を完全に閉鎖する、請求項１に記載の燃料噴射弁。

【請求項3】

前記第１の閉口絞り弁（８１）の前記直径（ｄ１）による流れ断面積と前記第２の閉口絞り弁（８２）の前記直径（ｄ２）による流れ断面積との合計が、前記開口絞り弁（７）の直径（Ｄ）による流れ断面積よりも小さい、請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。

【請求項4】

前記第２の閉口絞り弁（８２）の前記直径（ｄ２）が、前記第１の閉口絞り弁（８１）の前記直径（ｄ１）のせいぜい２分の１の大きさ、好ましくはせいぜい４分の１の大きさである、請求項１から３までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

【請求項5】

前記第２の閉口絞り弁（８２）の前記直径（ｄ２）が、前記第１の閉口絞り弁の前記直径（ｄ１）のせいぜい１０分の１の大きさである、請求項１から４までのいずれか一項に記載の燃料噴射ノズル。

【請求項6】

前記制御室（４）と前記中間室（５）との間の前記閉鎖可能な流れ接続部（６）が、第２の弁座（６１）を備え、前記作動ピストン（２）の前記端部（２１）が、前記第２の弁座（６１）と密封協働するように設計される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

【請求項7】

前記開口絞り弁（７）が、前記燃料噴射弁の長手軸（Ａ）の方向に流れを通され得るように設計される、請求項１から６までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

【請求項8】

前記開口絞り弁（７）が、前記燃料噴射弁の長手軸（Ｌ）に対して直角に流れを通され得るように設計される、請求項１から７までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

【請求項9】

前記開口絞り弁（７）を開口及び閉口させるための電磁作動部材（４０）が設けられる、請求項１から８までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

【請求項10】

前記電磁作動部材（４０）が、コイル（４１）と、針（４４）を有する電機子（４２）とを備え、前記針（４４）が、前記コイル（４１）に電気エネルギーが印加されていない限り、前記開口絞り弁（７）を通る通路を閉鎖する、請求項９に記載の燃料噴射弁。

【請求項11】

前記コイル（４１）が、前記燃料噴射弁の長手軸（Ａ）と同軸上に配置される、請求項１０に記載の燃料噴射弁。

【請求項12】

前記コイル（４１）が、前記燃料噴射弁の長手軸（Ａ）に平行に配置される、請求項１０に記載の燃料噴射弁。

【請求項13】

請求項１から１２までのいずれか一項に従って設計された燃料噴射弁（１）を備えることを特徴とする、大型ディーゼル機関。

【請求項14】

長手方向掃気式２行程大型ディーゼル機関として設計された、請求項１３に記載の大型ディーゼル機関。

【請求項15】

液体燃料が燃焼のために前記燃焼室内に導入される液体モードで動作されることが可能であり、ガスが燃料として前記燃焼室内に導入される気体モードでさらに動作されることが可能である複式燃料大型ディーゼル機関として設計された、請求項１３又は１４に記載の大型ディーゼル機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大型ディーゼル機関のための燃料噴射弁、及び、それぞれのカテゴリの独立特許請求項のプリアンブルに記載の大型ディーゼル機関に関する。

【背景技術】

【0002】

長手方向掃気式２行程大型ディーゼル機関などの大型ディーゼル機関は、船舶のための駆動ユニットとして使用されるか、さらには例えば電気エネルギーを生成するための大型発電機を駆動するために定置運転で使用されることが多い。機関は、通常、かなりの期間にわたって連続運転で稼働し、そのことが、動作上の安定性及び稼働率に関して強い要求を突きつける。結果として、特に長い保全間隔、低摩耗性、及び動作材料の経済的な取扱いが、オペレータにとって中心的な基準となる。大型ディーゼル機関は、内径（ボア）が少なくとも２００ｍｍであるシリンダを典型的に有する。現在では、９６０ｍｍまでのボア、さらにはそれより大きなボアを有する大型ディーゼル機関が使用されている。

【0003】

ここ数年間、排気ガスの質もまた、重要性が増すにつれて本質的な側面となってきた。結果として、排出閾値の順守はさらに困難になってきており、技術的により複雑でしたがってより高額になってきているので、又は閾値の順守はもはや有意な方法では不可能であるので、特に２行程大型ディーゼル機関では、汚染物質で強く汚染されている古典的な重油の燃焼だけでなくディーゼル油又は他の燃料の燃焼もまた、より問題になっている。

【0004】

したがって、実際には、最少２種類の異なる燃料で動作され得る機関に対する必要性が長らく存在してきた。それらの燃料は、例えば２種類の異なる液体燃料であるか、又は液体燃料と気体燃料であってもよい。そのような機関は、通常、多種燃料機関と呼ばれ、運転中に１種類の燃料から別の種類の燃料に切り換えられ得る。多種燃料大型ディーゼル機関において選択的に燃焼され得る既知の液体燃料又は気体燃料は、重油に加えて、舶用ディーゼル及びディーゼル、特にメタノール若しくはエタノールなどのアルコール、（液体状態若しくは気体状態の）天然ガス、又は乳濁液若しくは懸濁液を含む。

【0005】

実例として、ＭＳＡＲ（Ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅ Ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ Ａｔｏｍｉｚｅｄ Ｒｅｓｉｄｕｅ、多相超微細噴霧残留物）と呼ばれる乳濁液が、ここで言及され得る。これらは基本的に、重炭化水素、例えばビチューメンと、重油又は同種のものと、水との乳濁液であり、それらは特別な工程で作製される。別の実例は、例えば炭塵と水に由来する懸濁液であり、それらもまた大型ディーゼル機関のための燃料として使用される。

【0006】

特殊なタイプの多種燃料機関が、通常「複式燃料機関」と呼ばれる機関であり、これは２種類の異なる燃料で動作され得る。気体モードでは、ガス、例えばＬＮＧ（ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ、液化天然ガス）などの天然ガスが燃焼され、一方で、液体モードでは、ディーゼル又は重油などの適切な液体燃料が、同じ機関内で燃焼され得る。

【0007】

本出願の枠組み内では、用語「大型ディーゼル機関」はまた、燃料の自己点火を特徴とするディーゼル運転のみならず燃料の火花点火を特徴とするオットー運転で又はそれら２つの混合形式で動作され得る、多種燃料大型機関、複式燃料機関、及びそれらの大型機関を意味する。用語「大型ディーゼル機関」はまた、少なくとも２種類の異なる燃料で選択的に動作され得るそのような大型機関を含み、この場合、異なる燃料のうちの少なくとも１つは、機関をディーゼル運転で動作させるのに適したものである。

【0008】

現代の大型ディーゼル機関は、通常、完全に電子的に制御され、また典型的には、重油又はディーゼル油などの燃料をシリンダに供給するために、燃料のための蓄圧器とともに、燃料噴射のためのコモン・レール・システムを備える。それぞれのシリンダの燃焼室内に燃料を噴射するために、各シリンダに対して少なくとも１つの燃料噴射弁が設けられる。複数の燃料噴射弁、例えば２つ又は３つの燃料噴射弁が、各シリンダに対して設けられることが多い。各燃料噴射弁は、蓄圧器に接続され、且つ、ノズル本体及びノズル・ヘッドを備え、ノズル・ヘッドは、典型的にはシリンダの燃焼室内に突出する。噴霧器とも呼ばれるノズル・ヘッドは、通常、いくつかの噴口を備え、この噴口を通じて、燃料が燃焼室内に噴射される。噴射過程を開始又は終了させるために、移動可能な針弁が燃料噴射弁内に設けられ、この針弁は、噴口への通路が開放又は閉鎖されるように弁座と協働する。噴射過程を開始するために、針弁は、噴射圧力下にある燃料が噴口へ流れることができるように、ばねの力に逆らう行程により弁座から持ち上げられる。噴射過程を終了させるために、針弁は、噴口への通路が閉鎖されるように、弁座と密封接触（ｓｅａｌｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）させられる。

【0009】

この噴射過程は、例えば電磁制御弁への電流の印加によって電子制御され、電子制御弁への電流の印加は、燃料噴射弁の針弁の対応する行程運動をもたらす。噴射が完了すると、ばねの力及び作動ピストンの力は、針弁を押し返して弁座と密封接触させる。

【0010】

図１は、液体及び自己点火燃料、即ち例えば重油又はディーゼルを大型ディーゼル機関のシリンダの燃焼室内に導入することができる既知の燃料噴射弁を、断面図で示す。

【0011】

本出願の枠組み内では、「～より下に（ｂｅｌｏｗ）」、「頂部（ｔｏｐ）」、「～の下に（ｕｎｄｅｒｎｅａｔｈ）」、「～より上に（ａｂｏｖｅ）」などの相対位置の指定は、いずれの場合にも通常の使用位置に言及していると理解されるべきである。

【0012】

図１は、大型ディーゼル機関のための既知の燃料噴射弁１’を概略的な長手方向断面図で示す。具体的には、燃料噴射弁１’は、長手方向掃気式２行程大型ディーゼル機関に適する。当然ながら、燃料噴射弁１’は、他の大型機関、例えば４行程大型ディーゼル機関、又は異なる液体燃料で動作され得る大型機関にも適する。

【0013】

図１は、その通常の使用位置における燃料噴射弁１’を表す。

【0014】

大型ディーゼル機関が、それ自体が知られた態様で複数のシリンダを備え、例えば６個から１２個、さらにはそれより多くのシリンダを備える。各シリンダ内にピストンが設けられ、このピストンは、シリンダの滑り面に沿って上死点と下死点との間で前後に移動可能であるように配置され、ピストンの上側は、シリンダ・カバーと一緒に燃焼室５０’の境界を定める。例えば重油といった燃料が、燃料噴射弁１’により燃焼室５０’内に噴射される。

【0015】

燃料噴射弁１’は、例えばコモン・レール噴射システムとして設計される噴射システムの一部である。噴射システムは、燃焼室５０’内に燃料を噴射するために、少なくとも１つの、しかし通常は複数の、例えば２つ又は３つの燃料噴射弁１’を各シリンダに対して備え、それらは通常、シリンダ・カバー内に配置される。

【0016】

噴射システム、ガス交換システム、掃気空気又は給気空気を提供するための排気システム又は過給機システム、並びに大型ディーゼル機関のための監視及び制御システムの詳細などの、大型ディーゼル機関の構造及び個々の構成要素は、当業者には良く知られており、したがって、それ以上の説明はここでは必要としない。

【0017】

今日、現代の大型ディーゼル機関は、完全に電子的に制御され且つ監視される。機関制御ユニット（図示せず）が、例えばガス交換のための出口弁の作動又は燃料のための噴射過程といった大型ディーゼル機関の全ての機能を制御し且つ監視する。種々の機能の制御及び調整は、機関の対応する構成要素を作動させる電気信号又は電子信号によって行われる。さらに、機関制御ユニットは、種々の検出器、センサ、又は測定デバイスから情報を受信する。

【0018】

各シリンダの燃焼室５０’に例えば重油といった燃料を供給するコモン・レール噴射システムは、典型的には、アキュムレータとしても知られている蓄圧器（図示せず）を備える。蓄圧器は、高圧下の燃料を収容し、この高圧は、基本的に、それぞれの燃焼室５０’内に燃料を噴射する噴射圧力に相当する。蓄圧器は、通常、大型ディーゼル機関の全てのシリンダに沿って延在する管状容器として設計される。１つ又は複数の燃料ポンプが、高圧下で蓄圧器に燃料を供給する。蓄圧器内の燃料の圧力は、例えば７００～９００バールであり得るが、より高い又はより低い圧力であってもよい。燃料のための槽に接続される増圧ポンプが、燃料を高圧燃料ポンプへ運ぶ。

【0019】

燃料噴射弁１’のそれぞれは、噴射圧下の燃料が蓄圧器から燃料噴射弁１’へ進むことができるように、圧力管を介して蓄圧器に接続される。さらに、例えば機能不良による故意ではない連続噴射を防止するために、各燃料噴射弁１’と蓄圧器との間に流れ制限弁（ｆｌｏｗ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｖａｌｖｅ）が設けられ得る。

【0020】

図１に概略的に表され且つ先行技術から知られている燃料噴射弁１’及びその動作を、以下によりここで詳細に説明する。

【0021】

燃料噴射弁１’は、燃料噴射弁１’の長手軸によって画定される軸方向Ａ’に延在し、且つ、ノズル本体３０’及びノズル・ヘッド３１’を備え、ノズル・ヘッド３１’は、燃料噴射弁１’の下端部に設けられ、且つ、ノズル本体３０’に接続される。ノズル・ヘッド３１’は、ノズル本体３０’に接続される別個の構成要素として設計され得る。代案として、ノズル・ヘッド３１’は、ノズル本体３０’の一体部品であってもよい。ノズル・ヘッド３１’は、少なくとも１つの噴口３２’、典型的には複数の噴口３２’を有し、この噴口３２’を通じて、シリンダの燃焼室５０’内に燃料が導入され得る。燃料噴射弁１’は、例えば、ノズル・ヘッド３１’がシリンダの燃焼室５０’内に突出するように、シリンダのシリンダ・カバー上に取り付けられる。

【0022】

燃料噴射弁１’は、燃料管１０’をさらに有し、燃料管１０’は、好ましくはノズル本体３０’内のボアとして設計される。燃料管１０’は、噴射圧下にある燃料が燃料管１０’に入ることができるように、それを用いることにより燃料噴射弁１’が燃料のための蓄圧器（図示せず）に接続される圧力管（図示せず）に接続され得る。

【0023】

燃料管１０’は、圧力下にある燃料が燃料管１０’を通じて圧力室３３’内に導入され得るように、ノズル本体３０’内の圧力室３３’へ延在する。圧力室３３’は、基本的に環状の形状で設計される。

【0024】

燃料噴射弁１’は、針弁３’をさらに備える。針弁３’は、圧力室３３’内へ軸方向Ａ’に延在し、且つ、軸方向Ａ’に関して前後に移動可能であるように配置される。

【0025】

針弁３’の下端部は、第１の弁座３５’と協働するように設計され、第１の弁座３５’は、圧力室３３’より下に配置され、且つ、圧力室３３’に隣接するか又は圧力室３３’の下端部を形成する。針弁３’の下端部は、円錐形又は円錐台形で設計され、第１の弁座３５’もまた、針弁３’と弁座３５’が密封態様で（ｉｎ ａ ｓｅａｌｉｎｇ ｍａｎｎｅｒ）協働し得るように、円錐形又は円錐台形で設計されることが、好ましい。

【0026】

閉口状態では、針弁３’は、圧力室３３’とノズル・ヘッド３１’との間の流れ接続が閉鎖されて燃料が圧力室３３’からノズル・ヘッド３１’に入ることができないように、第１の弁座３５’と密封態様で協働する。開口状態では、圧力室３３’とノズル・ヘッド３１’との間の流れ接続は、燃料が圧力室３３’から針弁３’と第１の弁座３５’との間でノズル・ヘッド３１’に流入し且つ噴口３２’へ流れることができるように、軸方向Ａ’における針弁３’の（表されるように、上方への）行程によって開かれる。針弁３’は、ばね３４’によりばね荷重をかけられ、それにより、ばね３４’は、そのばね力が第１の弁座３５’の方向に向けられるように、即ちそのばね力が針弁３’を第１の弁座３５’に押し込もうとするように、配置される。

【0027】

作動ピストン２’が、針弁３’を作動させるために、即ち開口状態と閉口状態とを切り換えるために、設けられる。作動ピストン２’は、長手軸Ａ’の方向に延在し、且つ、表されているように、その下端部により、針弁３’に、より正確には第１の弁座３５’と反対の側を向いた針弁３’の端部に、作用する。当然ながら、針弁３’及び作動ピストン２’が１つの部品として設計されることが可能である。針弁３’と反対の側を向く作動ピストン２’の端部は、作動ピストン２’を移動させるために使用される制御室４’に受け入れられる。制御室４’内に提供される制御流体－通常、これは圧力下の燃料である－の助けにより、作動ピストン２’は、第１の位置から第２の位置へ、また第２の位置から第１の位置へ移動され得る。作動ピストン２’が第１の位置にある場合、針弁３’は開口状態にあり、作動ピストン２’が（図１に示されるように）第２の位置にある場合、針弁３’は閉口状態にある。

【0028】

制御室４’は、開口絞り弁（ｏｐｅｎｉｎｇ ｔｈｒｏｔｔｌｅ）７’を介して環状空間９１’に接続され、環状空間９１’は、出口９’に接続され、制御流体は、出口９’を通じて低圧側へ、例えば制御流体又は燃料のための貯蔵槽内へ流出することができる。例えば、低圧側には、雰囲気圧、又は雰囲気圧よりも僅かに高い戻り管路圧力が存在する。

【0029】

制御室４’は、高圧下の燃料が燃料管１０’から制御室４’内に流れることができるように、閉口絞り弁（ｃｌｏｓｉｎｇ ｔｈｒｏｔｔｌｅ）８’を介して燃料管１０’にさらに流れ接続（ｆｌｏｗ－ｃｏｎｎｅｃｔ）される。閉口絞り弁８’は、開口絞り弁７’の直径Ｄ’よりも小さい直径ｄ’を有する。

【0030】

さらに、それを用いることにより開口絞り弁７’を通る通路が開放及び閉鎖され得る電磁作動部材４０’が設けられる。電磁作動部材４０’は、好ましくはモータ制御ユニットによって作動され得る。図１に表された実施例では、電磁作動部材４０’は、コイル４１’及び電機子４２’を備える。電機子４２’は、実質的に棒状の針４４’を有して設計され、且つ、針４４’が開口絞り弁７’を通る通路をその軸方向端部で解放又は閉鎖することができるように配置される。電機子４２’は、コイル４１’の無電流状態では、電機子４２’が針４４’により開口絞り弁７’の口に押し付けられて環状空間９１’に押し込まれ、したがって開口絞り弁７’を通る通路を密封態様で閉鎖するように、電機子ばね４３’により開口絞り弁７’に対して予め荷重をかけられる。

【0031】

燃料噴射弁１’は、以下の通りに動作する。シリンダの燃焼室５０’内への噴射が行われていない限り、電磁作動部材４０’のコイル４１’は、エネルギーを印加されない。結果として、電機子ばね４３’は、制御流体－この場合、圧力下の燃料－が開口絞り弁７’を通って制御室４’から流出することができないように、針４４’を有する電機子４２’を押して開口絞り弁７’と密封接触させる。制御室４’は閉口絞り弁８’を介して燃料管１０’に流れ接続されているので、制御室４’内には高圧が行き渡る。この高圧の値は、具体的には、燃料管１０’内の燃料の圧力に依存する。具体的には、作動ピストン２’は、燃料が圧力室３３’から燃焼室５０’内に流れることができないように、制御室４’内の高圧がばね３４’によって及ぼされる力と一緒に針弁３’を第１の弁座３５’に密封態様で押し込むのに十分であるように寸法決めされる。開口絞り弁７’及び閉口絞り弁８’は、それらが両方向における針弁３’の移動を最適に制御し且つ針弁３’の開口及び閉口の速度を実質的に決定するように、寸法決めされる。

【0032】

表されているように、噴射過程を開始するために、電磁作動部材４０’のコイル４１’は、電流を印加されて、電機子ばね４３’のばね力に逆らう電機子４２’の上方への行程運動を生じさせる。その結果、開口絞り弁７’を通る通路が開放され、それにより、制御流体－この場合、燃料－は、今や制御室４’を出て開口絞り弁７’を通り環状空間９１’に流入し、そして環状空間９１’から出口９’を通って低圧側へ流れることができる。圧力下の燃料は燃料管１０’から閉口絞り弁８’を通って制御室４’に流入することができるが、制御室４’内の圧力は、開口絞り弁７’のより大きな直径Ｄ’により、より低い圧力に降下する。開口絞り弁７’は、制御室４’内の低圧の値、したがってばね３４’のばね力と合わさった作動ピストンの力が針弁３’を閉口状態に維持するのにもはや十分ではないように、設計される。圧力室３３’内に行き渡る圧力により、針弁３’は、開口状態において第１の弁座３５’から持ち上げられ、それにより、燃料は、今や圧力室３５’からノズル・ヘッド３１’に流入し、そしてノズル・ヘッド３１’から噴口３２’を通って燃焼室５０’に流入することができる。その結果、噴射が始まる。

【0033】

噴射を終了させるために、電磁作動部材４０’のコイル４１’の給電が終了される。その結果、電機子４２’は、表されているように、電機子ばね４３’のばね力により下方に移動し、したがって、針４４’は、それ以上の燃料が開口絞り弁７’を通って出口９’へ流出することができないように、開口絞り弁７’を通る通路を閉鎖する。閉口絞り弁８’は依然として開口しているので、高圧下の燃料は、引き続き燃料管１０’から閉口絞り弁８’を通って制御室４’に流入し、それにより、制御室４’の圧力は、高圧の値まで再び上昇する。その結果、針弁３’は、作動ピストン２’に加わる動水力及びばね３４’の力により、第１の弁座３５’に密封態様で押し込まれ、噴射過程が終了される。

【0034】

大型ディーゼル機関のためのそのような燃料噴射弁１’は、実際に有能であることを示したが、依然として改良の余地がある。

【0035】

問題のうちの１つは、燃料噴射弁１’の構成要素の高い摩耗性である。噴射過程中、燃料管１０’内の高圧から出口９’における低圧への全圧力降下が閉口絞り弁８’及び開口絞り弁７’を介して行われるように、閉口絞り弁８’は持続的に開かれ、開口絞り弁７’もまた開かれる。開口絞り弁７’及び閉口絞り弁８’は、燃料噴射弁１’の機能のために、互いに最適比にある。これは、特に閉口絞り弁８’を通じて、しかし開口絞り弁７’も通じて、極めて高い流速をもたらす。燃料噴射弁１’の開口又は閉口挙動のために最適比にある閉口絞り弁８’の比較的大きな直径ｄ’により、開口絞り弁７’を通過する燃料の流速は非常に高く、それにより摩耗の増大がもたらされ、このことはまた、開口絞り弁８’の出口と電磁作動デバイス４０’の電機子４２’の針４４’の先端との間の領域において特に明白である。この領域は密封領域を表すので、これは特に重大な意味を持つ。

【0036】

具体的には、燃料が流れる燃料噴射弁１’の構成要素での摩耗は、ほんの数例を挙げると、それらの構成要素を通過する燃料の流速、並びに流下時間－即ち、噴射の持続時間、流れる燃料の質量、及び燃料中に存在する粒子に依存する。この摩耗は、具体的には摩滅又は浸食によってもたらされる。

【0037】

具体的には、開口絞り弁７’上及び開口絞り弁７’内での摩耗、並びに開口絞り弁７’と協働する電機子４２’の針４４’の端部での摩耗もまた、噴射の始まり、噴射の持続時間、及び噴射の終わりがずれる可能性があるという事実につながる場合があり、それにより機関制御ユニットによって予め定められた噴射の開始及び終了タイミング、したがって噴射の持続時間は、摩耗のせいでもはや実際の値に一致しないので、大型機関の経済的且つ効率的な運転及び熱力学は、少なくとも危うくされる。さらに、開口絞り弁７’がもはや密封態様で閉口され得ないということが起こり得る。このことは、噴射が行われていないときの望ましくない漏れをもたらす。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0038】

本発明は、この問題に捧げられる。

【0039】

したがって、この先行技術を発端とすると、本発明の目的は、摩耗が著しく減少した大型ディーゼル機関のための燃料噴射弁を提案することである。さらに、本発明の目的は、対応するディーゼル機関を提案することである。

【課題を解決するための手段】

【0040】

この目的に適う本発明の主題は、それぞれの分類区分の独立請求項の特徴によって特徴付けられる。

【0041】

したがって、本発明によれば、それを通じて燃料が燃焼室内に導入され得る少なくとも１つの噴口を有するノズル・ヘッドと、それを通じて燃料が高圧下で圧力室内に導入され得る燃料管と、ばねにより荷重をかけられる針弁と、針弁の開口状態では圧力室とノズル・ヘッドとの間の流れ接続が開放され、また閉口状態では圧力室とノズル・ヘッドとの間の流れ接続が閉鎖されるように針弁が第１の弁座と密封態様で協働するように、針弁と協働するように設計された、第１の弁座と、行程運動により針弁を開口状態から閉口状態に移動させるように設計された、移動可能な作動ピストンと、作動ピストンを針弁が開口状態にある第１の位置から針弁が閉口状態にある第２の位置へ移動させるための制御室と、を備える、大型ディーゼル機関のための燃料噴射弁であって、制御室が、作動ピストンの一方の端部を受け入れ、閉鎖可能な流れ接続部を介して制御室に接続され得る中間室が設けられ、作動ピストンの端部が、作動ピストンが第１の位置にあるときに制御室と中間室との間の流れ接続部を閉鎖する閉鎖体として設計され、閉鎖可能な開口絞り弁が設けられ、閉鎖可能な開口絞り弁を用いることにより、中間室が燃料のための出口に接続され得、制御室を燃料管に接続する第１の閉口絞り弁が設けられ、中間室を燃料管に接続する第２の閉口絞り弁が設けられ、第２の閉口絞り弁の直径が第１の閉口絞り弁の直径よりも小さい、燃料噴射弁が提案される。

【0042】

異なる直径の２つの閉口絞り弁を含む本発明による実施例は、摩耗の著しい減少をもたらし、したがって、燃料噴射弁の最適な不変の機能とともに、非常に長い動作寿命をもたらす。噴射過程中、第１の閉口絞り弁、即ちより大きな直径を有する閉口絞り弁は、例えば燃料である高加圧制御液体が第２の閉口絞り弁及び中間室を介してのみ流出することができるように、閉鎖され得る。

【0043】

第２の閉口絞り弁は第１の閉口絞り弁よりも小さな直径を有するので、第２の閉口絞り弁を介した圧力降下は著しく大きくなり、これは、２つの有益な影響を有する。一方では、制御流体の流速は、第２の閉口絞り弁の小さな直径に起因して－より大きな直径を有する絞り弁の下流の速度と比較すると－第２の閉口絞り弁の下流でかなり大幅に減少される。結果として、制御流体は、非常に低い速度で中間室を通って流出し、それにより、開口絞り弁及び閉口絞り弁、又は電磁作動部材の電機子の針などの、その中又はその周りを流体が流れる構成要素での摩耗が、著しく減少することになる。燃料又は制御流体の流速の減少は、一般に、摩耗の減少をもたらす。他方では、噴射過程中に出口を通って流出する燃料の量もまた、第２の閉口絞り弁のより小さな直径により、かなり大幅に減少され、それにより、機関のエネルギー効率は大幅に改善される。使用されずに低圧側へ流れる高加圧燃料が少なくなるほど、エネルギー収支はより良くなる。

【0044】

既知の燃料噴射弁の場合、特に部分負荷運転又は低負荷では、高圧から低圧に放出される未使用燃料流出の割合は、噴射量の３０％～４０％になる場合があり、これは当然ながら、エネルギー上の理由から、満足できるものではない。この点で、本発明による燃料噴射弁は、非常に重要な利点を提供する。

【0045】

第２の閉口絞り弁が第１の閉口絞り弁よりも小さな直径を有する、第１の閉口絞り弁及び第２の閉口絞り弁を含む本発明による実施例によれば、出口を通って流出する燃料の量及び速度の両方が、噴射過程中に著しく減少され得る。これは、摩耗の相当な減少、及び、時間の観点から噴射過程の著しくより長い安定性をもたらし、したがって延長された動作寿命をもたらす。

【0046】

好ましい実施例によれば、作動ピストンは、第１の位置にあるときに第１の閉口絞り弁を完全に閉鎖する。このようにして、燃料は、第２の閉口絞り弁を介してのみ出口へ流れることができる。

【0047】

さらに、第１の閉口絞り弁の直径による流れ断面積と第２の閉口絞り弁の直径による流れ断面積の合計が開口絞り弁の直径による流れ断面積よりも小さい実施例が、好ましい。

【0048】

第２の閉口絞り弁の直径は、第１の閉口絞り弁の直径のせいぜい２分の１の大きさであることが好ましく、また好ましくはせいぜい４分の１の大きさである。閉口絞り弁の直径は、流体が閉口絞り弁を通って流れるのに利用可能な開口絞り弁の流れ断面又は流れ断面積を決定する寸法を意味する。

【0049】

第２の閉口絞り弁の直径は、第１の閉口絞り弁の直径のせいぜい１０分の１の大きさであることが、特に好ましい。

【0050】

好ましい実施例では、制御室と中間室との間の閉鎖可能な流れ接続部は、第２の弁座を備え、作動ピストンの端部は、第２の弁座と密封協働（ｓｅａｌｉｎｇ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ）するように設計される。

【0051】

好ましい実施例によれば、開口絞り弁は、燃料噴射弁の長手軸の方向に流れを通され得るように設計される。

【0052】

別の好ましい実施例によれば、開口絞り弁は、燃料噴射弁の長手軸に対して直角に流れを通され得るように設計される。

【0053】

開口絞り弁を開口及び閉口させるための電磁作動部材が設けられることが、好ましい。

【0054】

電磁作動部材は、コイル、及び針を含む電機子を備えることが好ましく、電機子に組み込まれるか又は結合していない針は、コイルに電気エネルギーが印加されていない限り、開口絞り弁を通る通路を閉鎖する。

【0055】

好ましい実施例では、コイルは、燃料噴射弁の長手軸と同軸上に配置される。

【0056】

別の好ましい実施例では、コイルは、燃料噴射弁の長手軸に平行に配置される。

【0057】

当然ながら、コイルが燃料噴射弁の長手軸に対して異なる配向を有するような実施例も、可能である。例えば、コイルの軸は、長手軸とともに鋭角若しくは鈍角を形成するか、又は、何らかの他の任意の配向を有することができる。

【0058】

さらに、本発明に従って設計された燃料噴射弁を備える大型ディーゼル機関が、本発明によって提案される。

【0059】

大型ディーゼル機関は、長手方向掃気式２工程大型ディーゼル機関として設計されることが好ましい。

【0060】

具体的には、大型ディーゼル機関はまた、少なくとも２種類の異なる燃料で動作され得る多種燃料機関として設計され得る。

【0061】

特に、大型ディーゼル機関は、液体燃料が燃焼のために燃焼室内に導入される液体モードで動作されることが可能であり、またガスが燃料として燃焼室内に導入される気体モードでさらに動作されることが可能である複式燃料大型ディーゼル機関として設計され得る。

【0062】

大型ディーゼル機関は、動作中、液体モードから気体モードに、また気体モードから液体モードに切り替えられ得る。

【0063】

本発明のさらなる有利な方策及び実施例は、従属請求項から生じる。

【0064】

以下において、実施例に基づいて、及び、図面に基づいて、本発明をより詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0065】

【図1】先行技術から知られている燃料噴射弁の概略的な長手方向断面図である。

【図2】本発明による燃料噴射弁の第１の実施例の概略的な長手方向断面図である。

【図3】本発明による燃料噴射弁の第２の実施例の概略的な長手方向断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0066】

図１は、それを用いることにより液体及び自己点火燃料、即ち例えば重油又はディーゼルが大型ディーゼル機関のシリンダの燃焼室５０’内に導入され得る既知の燃料噴射弁１’を、概略的な断面図で示す。

【0067】

図１は先行技術としてすでに詳細に説明されたので、さらなる説明は、図１には必要とされない。先行技術と本発明の実施例とをより良く区別するために、先行技術に属する構成要素に対しては、逆コンマ付きの参照記号が使用される。本発明による実施例の構成要素のうちの幾つかは、先行技術におけるのと同一の態様で又は類似した態様（ａｎａｌｏｇｏｕｓｌｙ ｓａｍｅ ｍａｎｎｅｒ）で設計され得る。図１では、そのような構成要素には、逆コンマの付いた参照記号及び逆コンマの付かない同じ参照記号の両方が与えられている。本発明による実施例の以下の説明では、先行技術との違いのみが、より詳しく論じられる。図１に対する他の説明は、本発明による実施例にも同じ態様で又は類似した態様で当てはまる。

【0068】

図２は、全体として参照記号１によって表された、本発明による燃料噴射弁の第１の実施例の概略的な長手方向断面図を示す。燃料噴射弁１の長手軸Ａは、参照記号Ａによって表される。

【0069】

燃料噴射弁１は、それ自体が知られた態様でノズル・ヘッド３１（図１）を備え、ノズル・ヘッド３１は、少なくとも１つの噴口３２、しかし好ましくは複数の噴口３２を有し、この噴口３２を通じて、より詳細には示されていない大型ディーゼル機関のシリンダの燃焼室５０内に液体燃料が導入され得る。燃料は、例えば重油又はディーゼル油である。

【0070】

燃料噴射弁１は、燃料管１０を備え、この燃料管１０を通じて、燃料が高圧下で圧力室３３内に導入され得る。燃料管１０は、燃料が高圧下で提供されるコモン・レール・システムの蓄圧器に接続されることが好ましい。燃料噴射弁１は、長手軸の方向に延在する針弁３をさらに備え、この針弁３は、ノズル本体３０内に配置される。表されているように、針弁３の下方端部は、圧力室３３の直下に配置された第１の弁座３５（図１）と協働するように設計される。針弁３は、ばね３４によってばね荷重をかけられ、このばね３４は、表されているように（図２）、ばね力が針弁３を第１の弁座３５に押し付けようとするように、下向きの力を針弁３に働かせる。針弁３の開口状態では、針弁３は、圧力室３３とノズル・ヘッド３１との間の流れ接続が開放されるように、弁座３５から持ち上げられる。閉口状態では、針弁３は、圧力室３３とノズル・ヘッド３１との間の流れ接続が閉鎖されるように、第１の弁座３５に押し付けられて、第１の弁座３５と密封態様で協働する。

【0071】

作動ピストン２が、針弁３を作動させるために設けられ、この作動ピストン２は、表されているように、ノズル本体３の上方端面上に配置され、且つ、一方の端部２１まで長手軸Ａの方向に延在する。作動ピストン２は、針弁３と一体部品として設計されるか、又は、別個の構成要素として設計されてもよい。作動ピストン２は、長手軸Ａの方向における行程運動により針弁３を開口状態から閉口状態へ又は閉口状態から開口状態へ移動させるように設計される。作動ピストン２の運動を生じさせるために、作動ピストン２の端部２１を受け入れる円筒形の制御室４が設けられる。制御室の内径は、作動ピストン２の外径Ｋに実質的に一致するか又はこの外径Ｋよりもわずかに大きいように寸法決めされる。制御室４によって受け入れられる作動ピストン２の端部２１は、閉鎖体２１として設計され且つ作動ピストン２の残りの部分よりも小さな直径を有することが好ましい。閉鎖体２１として設計される作動ピストン２の端部は、第２の弁座６１との密封協働のために設計された円錐形又は円錐台形又は球形の部分を備える。

【0072】

制御室４のおかげで、作動ピストン２は、針弁３が開口状態にある第１の位置から針弁３が閉口状態にある第２の位置へ移動され得る。作動ピストン２はまた、制御室４により、第２の位置から第１の位置へ移動され得る。

【0073】

表されているように、閉鎖可能な流れ接続部６を介して制御室４に接続され得る中間室５が、制御室４の上方に設けられる。流れ接続部６は、閉鎖体２１として設計された作動ピストン２の端部と密封協働するように設計された第２の弁座６１を備える。作動ピストン２が第１の位置にあるときに、閉鎖体２１は、密封態様で第２の弁座６１内に位置し、制御室４と中間室５との間の流れ接続部６は、閉鎖される。作動ピストン２が第２の位置にあるときに、閉鎖体２１は、第２の弁座６１から持ち上げられ、中間室５と制御室４との間の流れ接続部６は、開放される。図２は、第２の位置にある作動ピストン２を示す。

【0074】

中間室５は、閉鎖可能な開口絞り弁７を介して環状空間９１に接続され、環状空間９１からは、出口９が低圧側につながっている。低圧側は、例えば槽又は収集容器を備えることができ、それらの中には、例えば雰囲気圧又は戻り管路圧力が存在し、戻り管路圧力は、雰囲気圧よりも高い。第１の実施例では、開口絞り弁７は、長手軸Ａの方向に流れを通されるように、長手軸Ａの方向に延在する。開口絞り弁は、直径Ｄを有する。

【0075】

絞り弁に関連して直径が述べられるときはいつでも、これは、本出願の枠組みにおいて、流体が絞り弁を通って流れるのに利用することができる絞り弁の流れ断面又は流れ断面積を決定するそれぞれの絞り弁の寸法を意味する。

【0076】

燃料噴射弁１は、２つの閉口絞り弁８１及び８２、即ち、それぞれ、制御室４を燃料管１０に接続する第１の閉口絞り弁８１、及び、中間室５を燃料管１０に接続する第２の閉口絞り弁８２をさらに備える。第１の閉口絞り弁８１は、ｄ１によって示された直径を有し、第２の閉口絞り弁８２は、ｄ２によって示された直径を有する。第２の閉口絞り弁８２の直径ｄ２は、第１の閉口絞り弁８１の直径よりも小さい。閉口絞り弁８１及び８２は、それぞれ、制御室４及び中間室５それぞれの外殻表面に各々開口している。

【0077】

開口絞り弁７を開口及び閉口させるために、コイル４１と、実質的に棒状の針４４を含む電機子４２とを備える電磁作動部材４０が設けられ、電機子４２及び針４４は、両方とも一体に形成されてもよいし、結合していない別個の部品で構成されてもよい。針４４は、長手軸Ａの方向に延在する。ここで、コイル４１は、長手軸Ａと同軸上に配置される。電機子４２は、針４４を環状空間９１内へ延在させ、且つ、コイル４１に電気エネルギーが印加されていないときに中間室５から開口絞り弁７を経て環状空間９１内に至る通路を針４４が閉鎖するように設計される。電機子４２は、電機子ばね４３によってばね荷重をかけられ、電機子ばね４３は、コイル４１に電流が印加されていない限り、針４４を有する電機子４２を環状空間９１に押し込んで開口絞り弁７の口に押し付ける。

【0078】

本発明によれば、第２の閉口絞り弁８２の直径ｄ２は、第１の閉口絞り弁８１の直径ｄ１よりも小さい。第２の閉口絞り弁８２の直径ｄ２は、第１の閉口絞り弁８１の直径ｄ１よりも相当に小さい、例えば、せいぜい５分の１の大きさ、又はせいぜい１０分の１の大きさであることが好ましい。

【0079】

さらに、第１の閉口絞り弁８１の直径ｄ１及び第２の閉口絞り弁の直径ｄ２の両方が、開口絞り弁７の直径Ｄよりもそれぞれ小さいことが好ましい。直径ｄ１及びｄ２は、第１の閉口絞り弁８１の直径ｄ１による流れ断面積と第２の閉口絞り弁８２の直径ｄ２による流れ断面積との合計が開口絞り弁７の直径Ｄによる流れ断面積よりも小さいように寸法決めされることが、特に好ましい。つまり、ｄ１^２＋ｄ２^２＜Ｄ^２である。

【0080】

図２は、その第２の位置、つまり針弁３が閉口状態にある位置における作動ピストン２を示す。ここで噴射過程が開始される場合、コイル４１は電流を印加され、それにより電機子４２は電機子ばね４３の力に逆らってコイル４１に引き付けられる。その結果、開口絞り弁７を通る通路が開放され、高圧下の燃料は、開口絞り弁７及び環状空間９１を介して出口９内へと流出する。中間室５、及びこの状態では中間室５に流れ接続される制御室４における圧力降下に起因して、燃料により圧力室３３（図１）内でもたらされる押し上げ力は、ばね３４のばね力と動水力の合計を上回り、その結果、針弁３は第１の弁座３５から持ち上げられ、燃焼室内への噴射が始まる。

【0081】

この上方向移動により、作動ピストン２もまた、表されているように、その第２の位置まで上方に移動し、この第２の位置では、作動ピストン２の閉鎖体２１は第２の弁座６１と密封態様で協働し、その結果、制御室４と中間室５との間の流れ接続部が閉鎖される。結果として、燃料はそれ以上第１の閉口絞り弁８１を通って流れることができない。

【0082】

針弁３の開口状態では－即ち、噴射過程中－高圧下の燃料は、第２の閉口絞り弁８２を介してのみ出口９へ流れ出ることができるが、第１の閉口絞り弁８１を介して流れ出ることは、もはやできない。第２の閉口絞り弁８２は第１の閉口絞り弁８１の直径ｄ１よりも著しく小さな直径ｄ２を有するので、一方では出口９に向かって流れる燃料の速度が、また他方では出口に向かって流れる燃料の量が、既知の燃料噴射弁と比較して大幅に減少される。

【0083】

噴射過程を終了させるために、コイル４１を通過する電流がオフにされ、それにより、電機子４２は電機子ばね４３によって押されて、針４４は環状空間９１に押し込まれて開口絞り弁７の口に押し付けられ、したがって、開口絞り弁７を通る通路を閉鎖する。結果として、開いた第２の閉口絞り弁８２により、より高い圧力が最初に中間室５内で生じ、それにより、作動ピストン２、及びしたがって針弁３は、表されているように、下方に移動する。この移動が始まるとすぐに、第１の閉口絞り弁８１を通る通路も開放され、それにより、両方の閉口絞り弁８１、８２は、今や噴射過程を終了させるために流れを通すことができ、高速且つ正確な閉口過程がもたらされる。これは、作動ピストン２がその第２の位置に戻ったときに完了する。

【0084】

図３は、本発明による燃料噴射弁１の第２の実施例を、図２に類似した描写で示す。第２の実施例の以下の説明では、第１の実施例との違いのみが、より詳しく論じられる。その他の点では、第１の実施例の実例に関する説明は、第２の実施例の実例にも同じ形で又は類似した形（ａｎａｌｏｇｏｕｓｌｙ ｓａｍｅ ｗａｙ）で当てはまる。第２の実施例では、同一の部品又は機能において同等の部品は、第１の実施例におけるのと同じ参照記号で示される。

【0085】

第２の実施例では、環状空間９１は、中間室５に横方向に隣接して、また好ましくは中間室５と同じ高さに配置される。したがって、第２の実施例では、中間室５と環状空間９１との間に配置された開口絞り弁７は、長手軸Ａに対して直角に流れを通されるように、長手軸Ａの方向に延在する。

【0086】

第２の実施例では、コイル４１と、針４４を有する電機子４２とを備える電磁作動部材４０も設けられる。コイル４１は、長手軸Ａに平行に配置される。電機子４２は、針４４を環状空間９１内へ延在させ、且つ、コイル４１に電気エネルギーが印加されていない限り中間室５から開口絞り弁７を経て環状空間９１内に至る通路を閉鎖するように設計される。

【0087】

３つ以上の閉口絞り弁８１、８２が設けられる本発明による燃料噴射弁のそのような実施例も、類似した態様で可能であることが、理解される。

【図1】

【図2】

【図3】

【外国語明細書】