特開 2024-159654 内燃機関の燃料噴射器および内燃機関

(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】P2024159654

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】内燃機関の燃料噴射器および内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02M 61/18 20060101AFI20241031BHJP

   F02M 61/08 20060101ALI20241031BHJP

   F02M 61/10 20060101ALI20241031BHJP

   F02M 37/00 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

F02M61/18 320Z

F02M61/08 B

F02M61/08 E

F02M61/10 T

F02M37/00 341Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024071502

(22)【出願日】2024-04-25

(31)【優先権主張番号】10 2023 110 724.0

(32)【優先日】2023-04-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】510153962

【氏名又は名称】マン・エナジー・ソリューションズ・エスイー

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＮ ＥＮＥＲＧＹ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＳＥ

【住所又は居所原語表記】Ｓｔａｄｔｂａｃｈｓｔｒ．１ ８６１５３ Ａｕｇｓｂｕｒｇ，ＧＥＲＭＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ビョルン・ディルムダム

(72)【発明者】

【氏名】トーマス・クラウア

【テーマコード（参考）】

3G066

【Ｆターム（参考）】

3G066AB02

3G066AB06

3G066BA14

3G066CC10

3G066CC13

(57)【要約】

【課題】内燃機関の新しいタイプの燃料噴射器、およびこのような燃料噴射器を有する内燃機関を提供すること。
【解決手段】内燃機関のシリンダの燃焼室に燃料を供給するために設計された内燃機関の燃料噴射器であって、主本体と、第１のニードルガイド内で移動可能にガイドされる第１のニードル弁と、第１の液体燃料に対して第１のニードル弁と相互作用し、第１のチャネルを介してシリンダの燃焼室に結合できる第１のニードル燃料室と、第２のニードルガイド内で移動可能にガイドされる第２のニードル弁と、第２の液体燃料に対して第２のニードル弁（１９）と相互作用し、第２のチャネル（２２）を介してシリンダの燃焼室（２）に結合できる第２のニードル燃料室と、を有し、第１の内側開口部は、第１の円形輪郭上に配置され、かつ第２の内側開口部は、第１の円形輪郭周りで同心に延びる第２の円形輪郭上に配置される、燃料噴射器。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関のシリンダ（１）の燃焼室（２）に燃料を供給するために設計された前記内燃機関の燃料噴射器（１１）であって、
主本体（１２）と、
第１のニードルガイド（１３）内で移動可能にガイドされる第１のニードル弁（１４）と、
第１の液体燃料に対して前記第１のニードル弁（１４）と相互作用し、第１のチャネル（１７）を介して前記シリンダの前記燃焼室（２）に結合できる第１のニードル燃料室（１５）であって、前記第１のチャネル（１７）は、第１の内側開口部（１６ｉ）を介して前記第１のニードル燃料室（１５）に接続される、第１のニードル燃料室（１５）と、
第２のニードルガイド（１８）内で移動可能にガイドされる第２のニードル弁（１９）と、
第２の液体燃料に対して前記第２のニードル弁（１９）と相互作用し、第２のチャネル（２２）を介して前記シリンダの前記燃焼室（２）に結合できる第２のニードル燃料室（２０）であって、前記第２のチャネル（２２）は、第２の内側開口部（２１ｉ）を介して前記第２のニードル燃料室（２０）に接続される、第２のニードル燃料室（２０）と、
を有し、
前記第１の内側開口部（１６ｉ）は、第１の円形輪郭上に配置され、かつ前記第２の内側開口部（２１ｉ）は、前記第１の円形輪郭周りで同心に延びる第２の円形輪郭上に配置される、燃料噴射器（１１）。

【請求項2】

前記第２のニードル燃料室（２０）は、少なくとも部分的に前記第１のニードル燃料室（１５）周りに同心に配置される、請求項１に記載の燃料噴射器。

【請求項3】

前記第１のチャネル（１７）の長手方向中心軸は、前記第２のチャネル（２２）の前記長手方向中心軸に対して平行に延びる、請求項１または２に記載の燃料噴射器。

【請求項4】

前記第１のチャネル（１７）の長手方向中心軸、および前記第２のチャネル（２２）の長手方向中心軸は、その流れ方向で見て分岐している、請求項１または２に記載の燃料噴射器。

【請求項5】

前記第１のチャネル（１７）の長手方向中心軸、および前記第２のチャネル（２２）の長手方向中心軸は、その流れ方向で見て集束している、請求項１または２に記載の燃料噴射器。

【請求項6】

前記第１の円形輪郭の直径（ｄ１）と、前記第２の円形輪郭の直径（ｄ２）と、の間の比（ｄ１／ｄ２）は、０．１から０．５の間、または０．２から０．３の間である、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射器。

【請求項7】

前記主本体（１２）は、第１の挿入部（２４）が配置される第１の凹部（２３）を備え、前記第１の挿入部（２４）は、前記第１のニードル弁（１４）に対する前記第１のニードルガイド（１３）、前記第１のニードル燃料室（１５）、および前記第１のチャネル（１７）を提供する、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料噴射器。

【請求項8】

前記主本体（１２）は、前記第２のニードル燃料室（２０）、および前記第２のチャネル（２２）を提供する、請求項７に記載の燃料噴射器。

【請求項9】

前記主本体（１２）は、第２の挿入部（２６）が配置される第２の凹部（２５）を備え、前記第２の挿入部（２６）は、前記第２のニードル弁（１９）に対する前記第２のニードルガイド（１８）を提供する、請求項７または８に記載の燃料噴射器。

【請求項10】

前記第１の燃料は、第２の燃料を着火するように作用する、請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料噴射器。

【請求項11】

内燃機関であって、
シリンダ（１）内において燃焼させるために、第２の燃料を、第１の燃料の支援を得て着火させるように装備された前記シリンダ（１）を有し、
各シリンダ（１）は、請求項１から１０のいずれか一項に記載の燃料噴射器（１１）を備える、内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の燃料噴射器に関する。さらに、本発明は内燃機関に関する。

【0002】

本発明は、特に、いわゆる大型エンジンまたは大型の内燃機関の分野に関し、そのシリンダは、少なくとも１４０ｍｍ、特に少なくとも１７５ｍｍのピストン直径を有する。このような大型の内燃機関は、例えば、舶用機関である。

【背景技術】

【0003】

２系統燃料内燃機関は、すでに舶用機関として知られている。実務から知られている２系統燃料内燃機関は、第１の燃料を、特に比較的着火性のよい第１の液体を燃焼させる第１の動作モードで動作させ、また第２の燃料を、特にガス状の燃料である第２の燃料を、または比較的着火性の低い燃料である第２の液体燃料を燃焼させる第２の動作モードで動作させることができる。

【0004】

第１の動作モードで燃焼する、比較的着火性のよい燃料である第１の液体は、例えば、ディーゼル燃料とすることができる。第２の動作モードで燃焼する、比較的着火性の低い燃料である第２の液体は、例えば、メタノール、エタノール、またはアンモニアとすることができる。第２の動作モードでは、それ自体で比較的着火性の低いメタノール、エタノール、またはアンモニアは、第１の動作モードで利用される比較的着火性のよい第１の液体燃料、すなわち、ディーゼル燃料を介して着火させることができる。

【0005】

異なる液体燃料が燃焼され得る実務から知られた内燃機関は、通常、各液体燃料に対して別の燃料噴射器を有する。これには、比較的多くの取付けスペースを要するため、不利である。燃料噴射器に割り当てられるシリンダの燃焼室の中に、２つの液体燃料を導くのに適した燃料噴射器が求められている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

このことから、本発明は、内燃機関の新しいタイプの燃料噴射器、およびこのような燃料噴射器を有する内燃機関を作成する目的に基づく。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この目的は、請求項１による燃料噴射器により解決される。

【0008】

燃料噴射器は、主本体と、第１のニードルガイド内で移動可能にガイドされる第１のニードル弁と、第２のニードルガイド内で移動可能にガイドされる第２のニードル弁と、を備える。

【0009】

さらに、燃料噴射器は、第１の液体燃料に対して第１のニードル弁と相互作用し、かつシリンダの燃焼室に、第１のチャネルを介して結合され得る第１のニードル燃料室を備え、ここにおいて、第１のチャネルは、第１の内側開口部を介して第１のニードル燃料室に接続される。

【0010】

さらに、燃料噴射器は、第２の液体燃料に対して第２のニードル弁と相互作用し、かつシリンダの燃焼室に、第２のチャネルを介して結合され得る第２のニードル燃料室を備え、ここにおいて、第２のチャネルは、第２の内側開口部を介して第２のニードル燃料室に接続される。

【0011】

第１の内側開口部は、第１の円形輪郭上に配置され、または第２の内側開口部は、第１の円形輪郭周りで同心に延びる第２の円形輪郭上に配置される。

【0012】

本発明による燃料噴射器は、少なくとも２つのニードル弁を備えたマルチニードル噴射器であり、各ニードル弁は、各ニードルガイド内でガイドされて、各ニードル燃料室と相互作用する。各ニードル燃焼室は、チャネルを介して、シリンダの燃焼室に接続される。

【0013】

第１の内側開口部が、第１の円形輪郭上に配置され、また第２の内側開口部が、第１の円形輪郭周りで同心に延びる第２の円形輪郭上に配置される点において、燃料は、特に、液体燃料の導入が少なくとも部分的に同時に行われるとき、チャネルを介して燃焼室の中に導入されるので、特に有利であり得る。その場合、こうすることは、他の比較的着火性のある液体燃料を介して、比較的着火性の低い液体燃料を着火させることができて、特に有利である。燃料は、燃焼室内で均等に、かつ均一に広がることができ、その結果、複数の液体燃料が導入されたとき、均等な混合物の伝播を確実に行うことができる。

【0014】

第１の円形輪郭の直径と、第２の円形輪郭の直径と、の間の比は、０．１から０．５の間、特に、０．２から０．３の間であることが好ましい。こうすることは、燃焼室の中に導入される複数の液体燃料の混合物の均等な混合伝搬を確実に行うために、特に、液体燃料が少なくとも部分的に同時に燃焼室内に導入される場合に好ましい。

【0015】

第１のチャネルの長手方向の中心軸が、第２のチャネルの長手方向の中心軸に平行に延びることが好ましい。代替的に、第１のチャネルの長手方向の中心軸、および第２のチャネルの長手方向の中心軸は、その流れ方向で見て、分岐するまたは集束するように提供することができる。本発明による燃料噴射器の支援を用いる場合、シリンダの燃焼室の中に導入される液体燃料に応じて、第１のチャネルおよび第２のチャネルの長手方向中心軸の方向を選択することができる。

【0016】

好ましくは、第２のニードル燃料室は、少なくとも部分的に、第１のニードル燃料室周りに同心に配置される。こうすることは、第２のニードル燃料室から生ずる燃料を第２の開口部に供給するために特に好ましい。

【0017】

好ましくは、主本体は、第１の挿入部が配置される第１の凹部を備え、第１の挿入部は、第１のニードル弁に対する第１のニードルガイド、第１のニードル燃料室、および
第１のチャネルを提供する。好ましくは、主本体は、第２のニードル燃料室および第２のチャネルを提供する。

【0018】

好ましくは、主本体は、第２の挿入部が配置される第２の凹部を備え、第２の挿入部は、第２のニードル弁に対する第２のニードルガイドを提供する。この実施形態は、特に燃料噴射器が、複数の個々の部分から構成される場合に有利である。

【0019】

代替的に、燃料噴射器の一体構造設計も可能であり、その場合、それは、特に３Ｄ印刷によって製作される。

【0020】

本発明による内燃機関は、請求項１１で定義される。

【0021】

本発明の好ましいさらなる展開は、下位の請求項および以下の記述から得られる。本発明の例示的な実施形態は、これに限定されることなく、図面によってより詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明による２系統燃料内燃機関の、第１の燃料噴射器による概略的な横断面図である。

【図2】本発明による２系統燃料内燃機関の、第２の燃料噴射器による概略的な横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１は、内燃機関のシリンダ１の領域に取り付けられた燃料噴射器１１による概略的な横断面図を示しており、ここにおいて、燃料噴射器１１を介して、液体燃料が、シリンダ１の燃焼室２の中に導入され得る。燃料噴射器１１は、主本体１２を有し、主本体１２を介して、シリンダ１のシリンダヘッド３に取り付けられる。

【0024】

さらに、燃料噴射器１１は、内部で移動可能にガイドされる第１のニードル弁１４を備える第１のニードルガイド１３を有する。第１のチャネル１７を介して燃焼室２に接続される第１のニードル燃料室１５は、第１のニードル弁１４と相互作用する。第１のチャネル１７は、第１の半径方向の内側開口部１６ｉを介して、第１のニードル燃料室１５へと導かれ、かつ第１の半径方向の外側開口部１６ａを介して、シリンダ１の燃焼室２の中へと導かれる。

【0025】

さらに、燃料噴射器１１は、内部で移動可能にガイドされる第２のニードル弁１９を備える第２のニードルガイド１８を有する。第２のニードル弁１９は、第２のチャネル２２を介して燃焼室２に接続される第２のニードル燃焼室２０と相互作用する。第２のチャネル２２は、第２の半径方向の内側開口部２１ｉを介して、第２のニードル燃料室２０へと導かれ、かつ第２の半径方向の外側開口部２１ａを介して、シリンダ１の燃焼室２の中へと導かれる。

【0026】

第１の内側開口部１６ｉは、第１の直径ｄ１を有する第１の円形輪郭上に配置される。第２の内側開口部２１ｉは、第２の直径ｄ２を有する第２の円形輪郭上に配置され、ここにおいて、第２の円形輪郭は、第１の円形輪郭周りで同心に延びる。

【0027】

第１の外側開口部１６ａは、第３の直径を有する第３の円形輪郭上に配置される。第２の外側開口部２１ａは、第４の直径を有する第４の円形輪郭上に配置され、ここにおいて、第４の円形輪郭は、第３の円形輪郭周りで同心に延びる。

【0028】

特に、第３の円形輪郭は、第２の円形輪郭周りで同心に延びる。

【0029】

第１の液体燃料および第２の液体燃料は、このようなチャネル１７、２２により、各シリンダ１の燃焼室２の中に導かれるので特に有利であり得るが、特に、２つの液体燃料が少なくとも部分的に同時に燃焼室の中に導入されたとき、それは、燃料噴射器１１に、各シリンダ１の燃焼室２内の２つの液体燃料の間で、均等かつ均一な混合を提供できるようにする。

【0030】

第１の内側開口部１６ｉが配置される第１の円形輪郭の第１の直径ｄ１と、第２の内側開口部２１ｉが配置される第２の円形輪郭の第２の直径ｄ２と、の間の比ｄ１／ｄ２は、０．４から０．９の間、特に０．５から０．８の間である構成が特に有利である。こうすることは、燃焼室１２の中に少なくとも部分的に同時に導かれる液体燃料の均等な混合物の形成に対して特に好ましい。

【0031】

第１のチャネル１７の支援を得てシリンダの燃焼室１２の中に導かれ得る第１の液体燃料は、特に、比較的着火性のよいディーゼル燃料である。第２のチャネル２２を介して、シリンダの燃焼室１２の中に導かれる第２の液体燃料は、比較的着火性の低い燃料、特にメタノール、エタノール、またはさらにアンモニアである。この比較的着火性の低い第２の液体燃料は、第１の液体燃料の助けを借りて着火されるので有利であり得る。

【0032】

第２のニードル燃料室２０は、少なくとも部分的に、第１のニードル燃料室１５周りで同心に配置される。第２のニードル燃料室２０は、特に環状の容積のものであり、それは、第１のニードル燃料室１５の周りで離間されて延びる。このため、第２のニードル燃料室２０から出る第２のチャネル２２は、特に有利に燃料が供給され得る。

【0033】

すでに説明したように、第１のチャネル１７は、第１の内側開口部１６ｉを介して第１のニードル燃料室１５に接続され、また、第２のチャネル２２は、第２の内側開口部２１ｉを介して第２のニードル燃料室２０に接続される。第１および第２のチャネル１７、２２は、長手方向中心軸を有する。

【0034】

第１の構成において、第１のチャネル１７の長手方向中心軸、および第２のチャネル２２の長手方向中心軸が、互いに対して平行に延びるように提供される。代替的に、第１のチャネル１７の長手方向中心軸および第２のチャネル２２の長手方向中心軸は、その流れ方向で見て、すなわち、シリンダ１の燃焼室２の方向に分岐するように、あるいは集束するように提供される。

【0035】

チャネル１７、２２の長手方向中心軸の方向付けに応じて、燃焼室１２の中に導かれる液体燃料の混合物の形成は、影響され得る、または調整され得る。

【0036】

流れ方向に収束する第１のチャネル１７および第２のチャネル２２の長手方向中心軸は、第１の液体燃料と共に着火される第２の液体燃料が、特に比較的低い蒸発エンタルピーを有する場合に使用されると有利である。したがって、パワーを増加し、放出を低減するために、比較的着火性の低い第２の液体燃料に対する比較的着火性のよい第１の液体燃料の距離は、液体燃料の噴射中に最小化することができる。

【0037】

流れ方向に分岐する第1のチャネル17および第2のチャネル22の長手方向中心軸は、特に、第1の液体燃料と共に着火される第2の液体燃料が比較的高い蒸発エンタルピーを有する場合に使用されると有利である。したがって、確実な着火を行うために、第1の液体燃料の領域における過度の冷却を回避することができる。

【0038】

図１の例示的な実施形態では、ニードルガイド１３、１８の両方、かつニードル燃料室１５、２０の両方は、主本体１２の一体部分である。この場合、主本体１２は、２つのニードルガイド１３、１８と、２つのニードル燃料室１５、２０と、を提供する。この場合、燃料噴射器１１は、３Ｄ印刷により製作されることが好ましく、その後に機械的な手直しを行い、かつ／または熱処理を行うことが好ましい。

【0039】

これと比較すると、図２は、複数の個々の部品から構成された燃料噴射器１１の例示的な実施形態を概略的に示す。図２では、主本体１２は、第１の挿入部２４が配置される凹部２３を備える。第１の挿入部２４は、第１のニードル弁１４に対する第１のニードルガイド１３、第１のニードル燃料室１５、第１のチャネル１７、および第１の開口部１６ｉ、１６ａを提供する。

【0040】

主本体１２は、第２のニードル燃料室２０、第２のチャネル２２、および第２の開口部２１ｉ、２１ａを提供し、ここにおいて、第１の挿入部１３は、半径方向内側に、第２のニードル燃料室２０の範囲を定める、または封止する。

【0041】

主本体１２は、第２の挿入部２６が配置される第２の凹部２５を備えることが好ましい。第２の挿入部２６は、第２のニードル弁１９に対する第２のニードルガイド１８を提供する。

【0042】

図１には示されていない燃料孔２７、２８を介して、各燃料を、各ニードル弁１４、１９の方向に導くことができる。

【0043】

図２の実施形態では、特に、ニードル弁１４、１９と相互作用する挿入部２４、２６を主本体１２とは異なる金属材料から製作するように提供される。

【0044】

さらに、本発明はシリンダ１を備える内燃機関に関し、各シリンダ１は、本発明による燃料噴射器１１を備える。すでに説明したように、特に、内燃機関のシリンダ１において、例えば、メタノール、エタノール、またはアンモニアなどの比較的着火性の低い燃料が、ディーゼル燃料などの比較的着火性のよい液体燃料と共に燃焼され、着火される場合に、均一な、または均等な混合物の伝播を、各シリンダ１の燃焼室２において確実に行うことができるが、それは、ディーゼルエンジンの燃焼原理による燃焼法に対して特に有利である。しかし、本発明による燃料噴射器１１はまた、スパーク点火燃焼法を用いて使用することもできる。

【符号の説明】

【0045】

１ シリンダ
２ 燃焼室
３ シリンダヘッド
１１ 燃料噴射器
１２ 主本体
１３ ニードルガイド
１４ ニードル弁
１５ ニードル燃料室
１６ａ 外側開口部
１６ｉ 内側開口部
１７ チャネル
１８ ニードルガイド
１９ ニードル弁
２０ ニードル燃料室
２１ａ 外側開口部
２１ｉ 内側開口部
２２ チャネル
２３ 凹部
２４ 挿入部
２５ 凹部
２６ 挿入部
２７ 燃料孔
２８ 燃料孔

【図1】

【図2】

【外国語明細書】