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特開2024-160975内燃機関の燃料インジェクタ及び内燃機関
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(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】P2024160975
(43)【公開日】2024-11-15
(54)【発明の名称】内燃機関の燃料インジェクタ及び内燃機関
(51)【国際特許分類】
   F02M 61/16 20060101AFI20241108BHJP
   F02M 61/08 20060101ALI20241108BHJP
【FI】
F02M61/16 F
F02M61/08 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024073605
(22)【出願日】2024-04-30
(31)【優先権主張番号】10 2023 111 353.4
(32)【優先日】2023-05-03
(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】トーマス・アッツケルン
【テーマコード(参考)】
3G066
【Fターム(参考)】
3G066AB02
3G066AB05
3G066AB06
3G066BA19
3G066BA67
3G066CC01
(57)【要約】
【課題】設置空間が小さくても、燃料のための可能な限り大きな流れ断面を提供する燃料インジェクタを提供する。
【解決手段】内燃機関に燃料インジェクタを取り付けることができるケーシング(11)と、燃料流を開放するバルブボディ(13)をケーシング(11)から離間する方向に、またはケーシング(11)に基づいて外側に向かう方向に移動可能なバルブボディ(13)と、ガイド部(15a)及びシート部(15b)を有するガイド及びシート本体(15)と、を備え、ガイド部(15a)の周りには燃料を流すことが可能であり、シート部(15b)には燃料を通過させることが可能であり、ガイド部(15a)とシート部(15b)との間には、少なくとも1つの凹部(17)を有する中間部(15c)が形成され、この中間部(15c)を介してガイド部(15a)からシート部(15b)の方向に燃料を導くことが可能である。
【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に燃料を供給するための内燃機関の燃料インジェクタ(10)であって、
ケーシング(11)であって、該ケーシングを介して前記燃料インジェクタを内燃機関に取り付けることができる、ケーシングと、
バルブシート(14)と相互作用してバルブステム(12)に作用するバルブボディ(13)であって、該バルブボディ(13)は、燃料流を開放するために、前記ケーシング(11)から離間する方向に、または前記ケーシング(11)に基づいて外側に向かう方向に移動可能である、バルブボディと、
ガイド部(15a)と、前記ケーシング(11)に取り付けられたシート部(15b)とを有する、ガイド及びシート本体(15)と、
を備えており、
前記ガイド及びシート本体(15)の前記ガイド部(15a)は、前記バルブステム(12)を案内しており、
前記ガイド及びシート本体(15)の前記シート部(15b)は、バルブシート(14)を提供しており、
前記ガイド及びシート本体(15)の前記ガイド部(15a)の周りには、燃料を流すことが可能であり、
前記ガイド及びシート本体(15)の前記シート部(15b)には、燃料を通過させることが可能であり、
前記ガイド部(15a)と前記シート部(15b)との間には、少なくとも1つの凹部(17)を有する前記ガイド及びシート本体(15)の中間部(15c)が形成されており、該中間部(15c)を介して前記ガイド部(15a)から前記シート部(15b)の方向に燃料を導くことを可能としている、
燃料インジェクタ。
【請求項2】
前記ガイド部(15a)を有する前記ガイド及びシート本体(15)は、前記ケーシング(11)内に突出している、請求項1に記載の燃料インジェクタ。
【請求項3】
前記中間部(15c)を有する前記ガイド及びシート本体(15)は、前記ケーシング(11)内に突出している、請求項1または2に記載の燃料インジェクタ。
【請求項4】
前記シート部(15b)を有する前記ガイド及びシート本体(15)は、前記ケーシング(11)から突出している、請求項1~3のいずれか一項に記載の燃料インジェクタ。
【請求項5】
前記シート部(15b)を少なくとも部分的に径方向外側で囲むジェットキャップ(23)を有している、請求項1~4のいずれか一項に記載の燃料インジェクタ。
【請求項6】
ケーシング(11)にねじ込まれたユニオンナット(20)を有し、このユニオンナット(20)は、ガイド及びシート本体(15)をケーシング(11)に保持またはクランプしている、請求項1~5のいずれか一項に記載の燃料インジェクタ。
【請求項7】
前記ガイド及びシート本体(15)は前記ケーシング(11)に螺着され、前記ガイド及びシート本体(15)の前記ケーシング(11)へのねじ込み深さを介して、前記バルブステム(15)のストロークが調整可能である、請求項1~6のいずれか一項に記載の燃料インジェクタ。
【請求項8】
前記ガイド及びシート本体(15)は、前記ケーシング(11)に対してシールされている、請求項1~7のいずれか一項に記載の燃料インジェクタ。
【請求項9】
前記ガイド及びシート本体(15)は、一体またはモノリシックに形成されている、請求項1~8のいずれか一項に記載の燃料インジェクタ。
【請求項10】
複数のシリンダを備えた内燃機関であって、
前記複数のシリンダの各々は、請求項1~9のいずれか一項に記載の燃料インジェクタ(10)を備えている、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の燃料インジェクタに関する。更に、本発明は内燃機関に関する。
【0002】
本発明は、特に、そのシリンダが少なくとも140mm、特に少なくとも175mmのピストン直径を有する、いわゆる大型エンジンまたは大型内燃機関の分野に関する。このような大型の内燃機関は、特に船舶用エンジンである。
【背景技術】
【0003】
ガスエンジン、液体燃料燃焼エンジンまたは二元燃料エンジンとして設計された大型内燃機関は、実際に知られている。液体燃料燃焼エンジンでは、例えばディーゼル燃料のような液体燃料が燃焼される。ガス燃焼エンジンでは、例えば天然ガスのような気体燃料が燃焼される。二元燃料エンジンでは、第1の動作モードで液体燃料を燃焼させ、第2の動作モードで気体燃料を燃焼させることができる。
【0004】
内燃機関のシリンダに燃料を供給するために、内燃機関には燃料インジェクタが設けられている。燃料は、燃料インジェクタを介して、シリンダの燃焼空間若しくは燃焼室内に、又は燃焼空間若しくは燃焼室と相互作用するシリンダの予燃焼室(pre-chamber)内に、又はシリンダに通じる吸気管内に直接導入することができる。
【0005】
燃料インジェクタはケーシングを備え、このケーシングを介して各燃料インジェクタを内燃機関に取り付けることができる。更に、燃料インジェクタは、バルブステムに作用するバルブボディを備え、このバルブボディはバルブシートと相互作用している。バルブボディとバルブシートとの間の相対位置に依存して、燃料流は開放または遮断される。
【0006】
燃料インジェクタにおいては、基本的に、外側に開口するバルブボディを有するものと、内側に開口するバルブボディを有するものとが区別される。外側に向かって開口するバルブボディを備えた燃料インジェクタの場合、燃料流を開口するためのバルブボディは、ケーシングから離間する方向に、又はケーシングに基づいて外側に向かう方向に移動することができる。内側に向かって開口するバルブボディを有する燃料インジェクタの場合には、対照的に、燃料流を開口するためのバルブボディは、ケーシングに基づいて、ケーシング内へ内側に向かう方向に移動することができる。本発明は、燃料流を開放するために外側に向かって開口するバルブボディを有する燃料インジェクタに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特表2018-508707号公報
【特許文献2】特開2013-194732号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
外部に向かって開口するバルブボディを有する燃料インジェクタであって、開状態において少ない設置空間が要請されつつも、燃料のための可能な限り大きな流れ断面を提供する燃料インジェクタが必要とされている。
【0009】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、新しいタイプの内燃機関の燃料インジェクタ及びこれを備えた内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
この課題は、請求項1に記載の燃料インジェクタによって解決される。
【0011】
燃料インジェクタは、それを介して燃料インジェクタを内燃機関に取り付けることができるケーシングを含む。また、燃料インジェクタは、バルブステムに作用するバルブシートと相互作用するバルブボディを備え、バルブボディは、燃料流を開放するために、ケーシングから離間する方向に、またはケーシングに基づいて外側に向かう方向に移動可能である。また、燃料インジェクタは、ガイド部とシート部とを有し、ケーシングに取り付けられたガイド及びシート本体を備えている。ガイド及びシート本体のガイド部は、バルブステムを案内している。ガイド及びシート本体のシート部は、バルブシートを提供している。ガイド及びシート本体のガイド部の周りには、燃料を流す(flowed about)ことができる。ガイド及びシート本体のシート部には、燃料を通過させる(flowed through)ことができる。ガイド部とシート部との間には、少なくとも1つの凹部を有するガイド及びシート本体の中間部が形成され、この中間部を介してガイド部からシート部の方向に燃料を導くことができる。
【0012】
設置スペースを最小化したいとの要請と共に、本発明による燃料インジェクタは、燃料のための大きな流れ断面を提供している。特に、ガイド部の下方や、燃料の流れ方向から見てガイド部の下流側の領域では、燃料インジェクタの外径を比較的小さくすることで、大きな流れ断面を得ることができる。バルブステムのためのガイド機能と、バルブステムに作用するバルブボディのためのバルブシート機能とは、両方とも、ガイド及びシート本体によって提供され、ガイド及びシート本体は、好ましくは、一体またはモノリシック(monolithical)である。これは、一方では、燃料インジェクタの簡単な構造を可能にし、他方では、ガイド部及びシート部が同じ部品、すなわち、ガイド及びシート本体上に形成されるので、製造中の互いに対するガイド部及びシート部の正確な形状及び位置公差を達成することができる。ガイド及びシート本体は、ケーシングに取り付けられるケーシングに対して別個のアセンブリとして具体化されている(embodied)ので、ケーシング並びにガイド及びシート本体は、それらによって提供される機能に関して、互いに独立して構成することができる。
【0013】
好ましくは、ガイド部を有するガイド及びシート本体は、ケーシング内に突出している。これは、可能な限り大きな流れ断面を提供しながら、単純でコンパクトな設計を提供するために好ましい。
【0014】
好ましくは、中間部分を有するガイド及びシート本体は、ケーシング内に突出している。これもまた、可能な限り大きな流れ断面を提供しながら、コンパクトで単純な設計を提供するために好ましい。
【0015】
好ましくは、シート部を有するガイド及びシート本体は、ケーシングから突出している。これはまた、単純且つコンパクトな設計及び可能な限り大きな流れ断面を提供するのに役立つ。
【0016】
好ましくは、燃料インジェクタは、少なくとも部分的に外側でシート部を径方向に囲むジェットキャップ(jet-cap)を含む。ジェットキャップを介して、燃料流は目標とする方法で影響を受けることができる。
【0017】
好ましくは、ユニオンナットがケーシングに螺着され、このユニオンナットがガイド及びシート本体をケーシングに保持又はクランプしている。これにより、ガイドとシート本体とをケーシングに簡単に固定することができる。
【0018】
好ましくは、ガイド及びシート本体はケーシングに螺着され、ガイド及びシート本体のケーシングへのねじ込み深さを介して、バルブステムのストロークが調節可能である。従って、バルブステムのストローク、従って、バルブボディがバルブシートからリフトされた(lifted)状態での燃料流を具体的に調整することが可能である。
【0019】
本発明に係る内燃機関は、請求項10に規定されている。
【0020】
本発明の好ましい更なる発展は、下位クレーム及び以下の説明から得られる。以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0021】
図1】本発明による内燃機関の第1の燃料インジェクタの概略断面図である。
図2】本発明による内燃機関の第2の燃料インジェクタの概略断面図である。
図3】本発明による内燃機関の第3の燃料インジェクタの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
図1は、本発明による内燃機関用燃料インジェクタ10の第1の例示的な実施形態の断面図を示す。燃料インジェクタ10は、液体燃料用の燃料インジェクタであっても、気体燃料用の燃料インジェクタであっても良い。
【0023】
燃料インジェクタ10は、内燃機関のシリンダに燃料を供給するように、すなわち、シリンダの燃焼室内に直接燃料を供給するように、または、燃焼室と相互作用するシリンダの予燃焼室内に燃料を供給するように、または、シリンダの燃焼室内に通じる内燃機関のパイプ内に燃料を供給するように設計され、該パイプはまた、燃焼空気をシリンダに搬送している。
【0024】
燃料インジェクタ10は、ケーシング11を備えている。ケーシング11を介して、燃料インジェクタ10は、例えば、シリンダヘッドまたはシリンダヘッドカバーの領域において、内燃機関に取り付けることができる。
【0025】
また、燃料インジェクタ10は、バルブステム12を備え、バルブステム12はバルブボディ13を担持している。バルブステム12は磁気的に直接作動させることができる。バルブボディ13は、バルブシート14と相互作用している。特に、バルブボディ13がバルブシート14に当接している場合には、燃料インジェクタ10はいかなる燃料流も許容しない。逆に、バルブボディ13がバルブシート14からリフトされると、燃料インジェクタは燃料流を開放する。
【0026】
更に、燃料インジェクタ10は、バルブステム12のためのガイド部15aと、バルブシート14を提供するシート部15bとを有するガイド及びシート本体15を備えている。ケーシング11に対して、このガイド及びシート本体15は、別個の一体またはモノリシックアセンブリとして具体化され、ケーシング11に取り付けられている。
【0027】
既に説明したように、ガイド及びシート本体15のガイド部15aはバルブステム12を案内し、そのためにバルブステム12はガイド部15aの凹部16を貫通している。ガイド及びシート本体15のシート部15bは、バルブボディ13のためのバルブシート14を提供している。
【0028】
ガイド及びシート本体15のガイド部15aの周りには、燃料を流すことができる。これに対して、ガイド及びシート本体15のシート部15bには燃料を通過させることができる。従って、バルブボディ13がバルブシート14からリフトして燃料インジェクタ10が燃料流を開放すると、燃料はガイド部15aの周りを流れ、ガイド及びシート体15のシート部15bを通過する。
【0029】
ガイド部15aとシート部15bとの間には、ガイド及びシート本体の中間部15cが形成されている。この中間部15cには、燃料が通過可能な凹部17が少なくとも1つ形成されており(introduced)、燃料インジェクタ10が開いた状態で、ガイド部15aから流出した燃料が、シート部15bに流入可能となっている。
【0030】
従って、ガイド及びシート本体15の中間部15cの凹部17は、燃料インジェクタ10を開いた状態で、ガイド部15aからシート部15bの方向に燃料を導く役割を果たしている。
【0031】
ガイド及びシート本体15は、そのガイド部15aがケーシング11内に突出している。ケーシング11とガイド部15aとの間には、燃料インジェクタ10が開いた状態で燃料が通過する環状空間18が形成されており、この環状空間18を通じた燃料流は、ガイド部15aの外側を流れている。
【0032】
また、本実施形態では、ガイド及びシート本体15の中間部15cも、少なくとも部分的にケーシング11内に突出している。対照的に、シート部15bは、燃料インジェクタ10のケーシング11から突出しており、すなわち、図1において、バルブシート14がケーシング11の外側に位置するようになっている。
【0033】
バルブステム12は、ガイド部15aだけでなく、ガイド及びシート本体15のシート部15bも貫通しており、バルブステム12とシート部15bとの間には、燃料インジェクタ10が開いた状態で燃料が通過する環状空間19が形成されている。環状空間19を通じた燃料流は、同様にシート部15bを流れ、部分的にはバルブステム12の周り、すなわちガイド及びシート本体15のシート部15b内で延在しているバルブステム12の部分の周りを流れる。
【0034】
環状空間18,19は、凹部17を介して連結されている。
【0035】
特に、燃料の流れ断面は、バルブシート14の方向に向かって徐々に減少するようになっている。従って、ガイド部15aの領域における燃料の流れ断面は、ガイド部15aの外径とケーシング11の内径とによって規定されている。ガイド及びシート本体15の中間部15cの凹部17の領域における流れ断面は、凹部17の直径と数によって規定されている。シート部15の領域における流れ断面は、シート部15の内径とバルブステム12の外径とによって規定されている。特に、燃料の流れ方向の流れ断面を徐々に減少させることにより、圧力損失を低減することができる。
【0036】
図1において、燃料インジェクタ10は、更に、ユニオンナット20を備えている。ユニオンナット20は、ケーシング11の雄ねじ22と相互作用する雌ねじ21を備えている。ユニオンナット20は、ガイド及びシート本体15をケーシング11に固定するために、中間部15cとシート部15bとの間に形成されたガイド及びシート本体15の径方向外側に向いた突出部15dをケーシング11とユニオンナット20との間に挟持している。この挟持により、ガイド及びシート本体15とケーシング11との間にシール機能を付与することができる。
【0037】
ケーシング11並びにガイド及びシート本体15は、好適には金属材料から製造され、図1において、ガイド及びシート本体15は、金属的にシールする方法でケーシング11に対してクランプされている。
【0038】
更に、ガイド及びシート本体15の周方向の突出部15dは、ガイド及びシート本体15のケーシング11内への導入深さを制限している。
【0039】
図2は、図1の燃料インジェクタ10を更に発展させたものを示しており、図2の燃料インジェクタ10は更にジェットキャップ23を備えている。ジェットキャップ23は、ガイド及びシート本体15のシート部15bの少なくとも一部を径方向外側に取り囲み、バルブシート14の上方に突出している。このようなジェットキャップ23によって、バルブシート14を介して流れる燃料ジェットが形成され、特に影響を与えることができる。
【0040】
図2によれば、ジェットキャップ23の周方向カラー23aは、ガイド及びシート本体15と同様に、ユニオンナット20の支援により、ユニオンナット20とケーシング11との間に同様にクランプされる。ジェットキャップ23の周方向カラー23aは、ガイド及びシート本体15の周方向の突出部15dとユニオンナット20との間、すなわちバルブステム12の移動方向に位置している。
【0041】
ここで、バルブボディ13及びバルブステム12は、燃料インジェクタ10の開弁時、すなわち、バルブボディ13がバルブシート14からリフトする際に、外側に向かって開く、すなわち、ケーシング11から離間する方向に移動することが指摘される。従って、燃料インジェクタ10は、外部に向かって開口するバルブボディ13を有する燃料インジェクタである。
【0042】
図3は、ガイド及びシート本体15がケーシング11に螺着されている燃料インジェクタ10の更なる発展を示している。従って、ガイド及びシート本体15は、ケーシング11の雌ねじ25と相互作用する雄ねじ24を含む。ガイド及びシート本体15のケーシング11内へのねじ込み深さによって、バルブステム12のストロークを調節することができる。
【0043】
図3において、ケーシング11に対するガイド及びシート本体15のシールは、Oリングとして形成されたシール部材26を介して行われる。ガイド及びシート本体15の溝にも同様のものが配置されている。
【0044】
本発明に係る燃料インジェクタ10によれば、設置スペースを殆ど必要とせず、特に、ガイド部15aよりも下流側の領域における外径を小さくすることができ、燃料の流通断面を大きくすることができる。燃料インジェクタ10の中心アセンブリは、燃料が流れるガイド部15aと、燃料が流れるシート部15bとを備えるガイド及びシート本体15である。中間部15cの凹部17を介して、ガイド部15aからシート部15bの領域に燃料をオーバーフローさせることができる。ケーシング11に対するガイド及びシート本体15のシールは、Oリングとして構成されたクランプ及び/又はシール部材26によって行うことができる。
【0045】
図3では、バルブステム12のストロークに対するストローク調整が可能である。図1及び図2では、ガイド及びシート本体15はケーシング11にクランプされているが、図3のガイド及びシート本体15はケーシング11に螺着されている。また、ガイド及びシート本体15をケーシング11に溶接によって接続しても良い。
【0046】
本発明に係る燃料インジェクタ10は、構造が簡単であり、安価に製造することができる。設置スペースを殆ど必要とせず、燃料のための大きな流れ断面を提供している。好ましくは、燃料インジェクタ10は気体燃料用の燃料インジェクタである。
【符号の説明】
【0047】
10 燃料インジェクタ
11 ケーシング
12 バルブステム
13 バルブボディ
14 バルブシート
15 ガイド及びシート本体
15a ガイド部
15b シート部
15c 中間部
15d 突出部
16 凹部
17 凹部
18 環状空間
19 環状空間
20 ユニオンナット
21 雌ねじ
22 雄ねじ
23 ジェットキャップ
23a カラー
24 雄ねじ
25 雌ねじ
26 シール部材
図1
図2
図3
【外国語明細書】