特開 2024-163860 大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関用燃料弁

(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】P2024163860

(43)【公開日】2024-11-22

(54)【発明の名称】大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関用燃料弁

(51)【国際特許分類】

   F02M 61/04 20060101AFI20241115BHJP

【ＦＩ】

F02M61/04 C

F02M61/04 F

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024075041

(22)【出願日】2024-05-07

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-09-17

(31)【優先権主張番号】PA202330026

(32)【優先日】2023-05-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DK

(71)【出願人】

【識別番号】597061332

【氏名又は名称】エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・エスイー・ティスクランド

(74)【代理人】

【識別番号】100127188

【弁理士】

【氏名又は名称】川守田 光紀

(72)【発明者】

【氏名】フラルプ ヨハンズ

(72)【発明者】

【氏名】ブーア マッズ

【テーマコード（参考）】

3G066

【Ｆターム（参考）】

3G066AA07

3G066AA08

3G066AA11

3G066AB02

3G066AB03

3G066BA17

3G066BA23

3G066BA46

3G066CA23U

3G066CC01

3G066CC23

(57)【要約】      （修正有）

【課題】大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料弁が開示される。
【解決手段】燃料弁は、長手方向軸、後端及び前端を有する縦長の燃料弁ハウジングと、ボア及び閉鎖端を有する縦長のノズルとを有し、前記ボアは、ノズルの少なくとも１つの貫通開口部４５に開口しており、ノズルはハウジングの前端に配置され、貫通開口部へのアクセスを開閉するために、中空カットオフシャフト３７を有する軸方向に変位可能な弁針が、前記ボア内で開位置と閉位置との間で軸方向に変位可能に受容され、前記中空カットオフシャフトは、開位置においてノズルの貫通開口部をカットオフシャフトの内部に連通させ、閉位置において前記貫通開口部をその内部から切り離すように、複数の孔４９を備え、これら複数の孔の総断面積が、前記貫通開口部の総断面積よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関の燃料弁であって、
長手方向軸、後端、及び前端を有する縦長の燃料弁ハウジングと；
ボア及び閉鎖端を有する縦長のノズルと；
を有し、
前記ボアは、前記ノズルの少なくとも１つの貫通開口部に開口しており、
前記ノズルは前記ハウジングの前端に配置され、前記少なくとも１つの貫通開口部へのアクセスを開閉するために、中空カットオフシャフトを有する軸方向に変位可能な弁針が、前記ノズル内の前記ボア内で開位置と閉位置との間で軸方向に変位可能に受容され、
前記中空カットオフシャフトは、前記中空カットオフシャフトの前記開位置において前記ノズルの前記少なくとも１つの貫通開口部を前記中空カットオフシャフトの内部に連通させ、前記中空カットオフシャフトの前記閉位置において前記ノズルの前記少なくとも１つの貫通開口部を前記中空カットオフシャフトの内部から切り離すように、複数の孔を備え
前記中空カットオフシャフトの前記複数の孔は、前記少なくとも１つの貫通開口部の総断面積よりも小さい総断面積を有することを特徴とする、
燃料弁。

【請求項2】

前記中空カットオフシャフトの前記複数の孔は、前記中空カットオフシャフトの前記開位置において、前記少なくとも１つの貫通開口部の周内に位置するように設けられている、請求項１に記載の燃料弁。

【請求項3】

前記ノズルの前記少なくとも１つの貫通開口部は、細長いスロットの形状を有する１つの開口部で構成され、前記細長いスロットは、前記中空カットオフシャフトの前記開位置において、前記中空カットオフシャフトの全ての孔を囲む、請求項１に記載の燃料弁。

【請求項4】

前記少なくとも１つの貫通開口部は複数の開口部により構成される、請求項１に記載の燃料弁。

【請求項5】

前記複数の開口部の各々は、前記中空カットオフシャフトの前記開位置において、前記中空カットオフシャフトの２つ以上の孔を囲む、請求項４に記載の燃料弁。

【請求項6】

前記複数の開口部の各々は、前記中空カットオフシャフトの前記開位置において、前記中空カットオフシャフトの１つの孔を囲む、請求項４に記載の燃料弁。

【請求項7】

前記少なくとも１つの貫通開口部の縁の中で前記中空カットオフシャフトの前記孔から最も離れたところに位置する縁が、前記中空カットオフシャフトの孔を頂点とし、少なくとも１０°、好ましくは少なくとも１５°、最も好ましくは少なくとも２０°の円錐角を有する仮想円錐の外側に配置され、前記仮想円錐は、前記中空カットオフシャフトのそれぞれの孔と同心である、請求項１に記載の燃料弁。

【請求項8】

前記少なくとも１つの貫通開口部は、前記中空カットオフシャフトに近い端部から他方の端部に向かう方向に断面積が増大する、傾斜した内面を備える、請求項１に記載の燃料弁。

【請求項9】

前記内面は、前記中空カットオフシャフトのそれぞれの孔を貫通する中心線に対して好ましくは少なくとも５°、より好ましくは少なくとも７°、最も好ましくは少なくとも１０°の角度、傾斜している、請求項８に記載の燃料弁。

【請求項10】

請求項１から９のいずれかに記載の燃料バルブを備える、大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料弁に関する。この燃料弁は、
長手方向軸、後端、及び前端を有する縦長の燃料弁ハウジングと；
ボア及び閉鎖端を有する縦長のノズルと；
を有し、
前記ボアは、前記ノズルの少なくとも１つの貫通開口部に開口しており、
前記ノズルは前記ハウジングの前端に配置され、前記少なくとも１つの開口部へのアクセスを開閉するために、中空カットオフシャフトを有する軸方向に変位可能な弁針が、前記ノズル内の前記ボア内で開位置と閉位置との間で軸方向に変位可能に受容され、
前記中空カットオフシャフトは、前記中空カットオフシャフトの前記開位置において前記ノズルの前記少なくとも１つの開口部を前記中空カットオフシャフトの内部に連通させ、前記中空カットオフシャフトの前記閉位置において前記ノズルの前記少なくとも１つの開口部を前記中空カットオフシャフトの内部から切り離すように、複数の孔を備える。

【0002】

本発明はまた、このような燃料弁を有する、クロスヘッド式大型２ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関を運転する方法に関する。

【発明の背景】

【0003】

冒頭で述べたタイプの燃料弁は、ＥＰ２３７８１０９Ａ１で知られている。本発明は、請求項１の特徴部分に記載された特徴によって、この公知の燃料弁と異なる。

【0004】

大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関は、通常、コンテナ船などの大型外航船や発電所の原動機として使用される。このタイプの機関は、重油や燃料油で運転されることが非常に多い。

【0005】

このタイプの機関のシリンダには、シリンダカバー即ちシリンダの上部の中央に排気弁が１つだけ設けられ、シリンダライナの下部には掃気ポートがリング状に設けられている。掃気ポートはピストンの動きにより制御されている。シリンダ内のガス輸送方向は常に下から上に向かっており、それゆえユニフロー掃気という呼称がある。通常、掃気ポートは斜めに配置されている。これは、燃焼室内のガスに渦巻きを発生させるためである。

【0006】

シリンダカバーには、中央に配置された排気弁の周りに、２つ又は３つの燃料弁が配置されている。燃料弁のノズルは燃焼室内に突出している。燃料弁は、シリンダカバーの周辺部に配置される。つまり中心部には配置されない。ノズルのノズル孔は、燃焼室内へと、渦（スワール）の方向を向くように配されており、シリンダ壁から遠ざかる方向に向けられる。時には、ノズルの１つのノズル孔が燃焼室内の渦に逆らうように向けられることもある。

【0007】

燃料弁は、縦長のハウジングを有する。このハウジングはシリンダカバーを貫通しており、後端部がシリンダカバーの上面から突出している。燃焼室内に突出する縦長の燃料弁ハウジングの前端に取り付けられ、燃料弁はノズルを備える。

【0008】

クロスヘッド式大型２ストロークディーゼル機関用の公知のノズルは、典型的には縦長のボディを有する。このノズルボディは、まっすぐなメインボアを有する円筒部を有する。このメインボアは、ノズルボディの後端にあるノズルの基端から、ノズルボディの前端部の近傍に位置するノズル孔へと通じる。先端部は丸くても平らでもよいが、閉じている。これは、（ピストンが上死点にあるとき、すなわち圧縮着火機関の燃料噴射の瞬間、ピストンの上面がノズルの先端に非常に近いため、）ノズル孔がピストンに対して下向きであってはならないからである。このため、ノズル孔はノズル／燃料弁の中心軸に対して主に横方向に向けられており、典型的には機関シリンダの中心軸に対してほぼ直角である。典型的には、各ノズルは３～７個のノズル孔を備えている。これらは全てメインボアに接続されている。

【0009】

典型的には、液体燃料を噴射するための公知の燃料弁は、ノズルへの燃料の流れを制御するために、円錐形の弁座と、これに協働する軸方向に変位可能な弁針を備えている。弁針の前方部分は、メインボア内に隙間なく受容されるカットオフシャフトを有し、弁針が閉位置にあるときにノズル孔を閉鎖するためのスライド弁として作用する。それによって、いわゆるサックボリューム、つまり、ノズル内のメインボアによって形成される空間内の燃料の残留量（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｖｏｌｕｍｅ，ＲＶ）を著しく減少させる。このようなスライド弁構造がなければ、メインボア内（及びノズル孔内）の残留燃料量は、燃料噴射終了後に燃焼室内に滴下し、燃料消費、信頼性、及び排出ガスに悪影響を及ぼす。

【0010】

ノズルボディは燃焼室内に突出しているため、燃焼室の高温の燃焼ガスにさらされ、ノズルボディの一部はかなりの高温に達する。近年、大型２ストロークディーゼル機関において、例えばメタノール、ＬＰＧ、アンモニアなどの、これまでとは異なる種類の燃料を扱えるようにすることが求められてきている。このような代替燃料は、大型低速ユニフローターボ過給式２ストローク内燃機関の燃料として使用した場合、例えば重油を燃料として使用した場合と比較して、排ガス中の亜硫酸成分、ＮＯｘ、ＣＯ２が大幅に低減されるため、比較的クリーンな燃料であると言える。

【0011】

このような代替燃料がノズルボアを通してシリンダの燃焼室に噴射されると、燃料の蒸発が起こり、蒸発熱のために温度が劇的に低下する。このため、ノズルボアを通ってノズルを出るメインボア内の流入燃料は、ノズルボディの外面を取り囲む燃焼ガスよりもかなり低い温度になっている。そのため、ノズルボディの構成物質はかなりの温度勾配にさらされ、ノズルの構成物質にストレスが発生する。燃焼室内の高い作動温度のガスと、噴射された燃料の高い冷却効果とに曝されると、ノズルの中でノズル孔が位置する領域に亀裂が発生する危険性が高くなる。

【0012】

現在、アンモニアは内燃機関の代替燃料として非常に高い関心を集めている。その主な理由は、太陽、風、波エネルギーなどの再生可能エネルギー源からの電力を使用して環境にやさしい方法で製造できること、またアンモニアの燃焼自体が二酸化炭素などの温室効果ガスを含まないためである。

【0013】

本発明はまた、上に説明され添付の特許請求の範囲に記載される燃料弁を備える大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関に関する。

【発明の概要】

【0014】

本発明の目的は、冒頭で述べた種類の燃料弁であって、ノズルの亀裂の発生に関する上述の課題が少なくとも著しく低減された、燃料弁を提供することである。

【0015】

上述の課題やその他の課題が、独立請求項に記載の特徴により解決される。より具体的な実装形態は、従属請求項や明細書、図面から明らかになるだろう。

【0016】

第１の捉え方によれば、大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するための燃料弁が提供される。この燃料弁は、
長手方向軸、後端、及び前端を有する縦長の燃料弁ハウジングと；
ボア及び閉鎖端を有する縦長のノズルと；
を有し、
前記ボアは、前記ノズルの少なくとも１つの貫通開口部に開口しており、
前記ノズルは前記ハウジングの前端に配置され、前記少なくとも１つの開口部へのアクセスを開閉するために、中空カットオフシャフトを有する軸方向に変位可能な弁針が、前記ノズル内の前記ボア内で開位置と閉位置との間で軸方向に変位可能に受容され、
前記中空カットオフシャフトは、前記中空カットオフシャフトの前記開位置において前記ノズルの前記少なくとも１つの開口部を前記中空カットオフシャフトの内部に連通させ、前記中空カットオフシャフトの前記閉位置において前記ノズルの前記少なくとも１つの開口部を前記中空カットオフシャフトの内部から切り離すように、複数の孔を備え
前記カットオフシャフトの前記複数の孔は、前記少なくとも１つの開口部の総断面積よりも小さい総断面積を有することを特徴とする。

【0017】

ノズルの１つ又は複数の開口部の総断面積をカットオフシャフトの孔よりも大きくすることにより、カットオフシャフトの孔が実際のノズルの孔となり、ノズルの亀裂の発生に関する問題が低減される。これは、開口部に近いノズル材に対する蒸発燃料の冷却効果が小さくなるため、ノズル材が曝される温度勾配が実質的に小さくなり、ノズル材のストレスが小さくなり、ノズルの開口部領域で亀裂が発生する危険性が低くなるためである。

【0018】

前記カットオフシャフトの前記複数の孔は、前記中空カットオフシャフトの前記開位置において、前記少なくとも１つの開口部の周内に位置するように設けられていることが好ましい。

【0019】

本発明の一実施形態では、前記ノズルの前記少なくとも１つの開口部は、細長いスロットの形状を有する１つの開口部で構成されてもよい。前記細長いスロットは、前記中空のカットオフシャフトの開位置において、前記カットオフシャフトの全ての孔を囲む。

【0020】

本発明の別の実施形態では、前記ノズルの前記少なくとも１つの開口部は、複数の開口部で構成されてもよい。このような複数の開口部は、それぞれ、前記中空カットオフシャフトがその開位置にあるときに、前記中空カットオフシャフトの２つ以上の孔を取り囲む細長いスロットであってもよいし、前記中空カットオフシャフトの１つの孔を囲む穴であってもよい。この場合、ノズルの複数の開口部の間に仕切り壁が設けられ、ノズルの構造が強化される。

【0021】

本発明による燃料弁では、中空カットオフシャフトの孔で構成されるノズル孔から噴射される燃料は、典型的には、それぞれのノズル孔から出るときに円錐状に発散する。円錐角は、典型的には１０°より大きく、しばしば約２０°又はそれ以上である。また、ノズルの少なくとも１つの開口部を囲むノズル材に対する噴射された燃料の冷却効果の悪影響を低減するために、前記少なくとも１つの開口部の大きさは、噴射された燃料が前記開口部の内面と接触しないように寸法決めされることが好ましい。これを実現するために、前記少なくとも一つの開口部は、その内面が、中空カットオフシャフトの孔を頂点とし、少なくとも１０°、好ましくは少なくとも１５°、最も好ましくは少なくとも２０°の円錐角を有する仮想円錐の外側に位置するように、設けられるべきである。前記仮想円錐は、好ましくは、前記中空カットオフシャフトのそれぞれの孔と同心である。

【0022】

前記少なくとも１つの開口部の内面が、前記燃料弁ハウジングの長手方向軸線に対して垂直な母線のみを有する場合、最も重要な点は、前記少なくとも１つの開口部の縁部の点であって、前記中空カットオフシャフトの孔から最も離れて位置する点である。この縁部は、中空カットオフシャフトの孔を頂点とし、少なくとも１０°、好ましくは少なくとも１５°、最も好ましくは少なくとも２０°の円錐角を有する仮想円錐の外側に配置されることが好ましい。前記仮想円錐は、好ましくは、前記中空カットオフシャフトのそれぞれの孔と同心である。

【0023】

本発明の別の実施形態では、前記少なくとも１つの開口部は、前記中空カットオフシャフトに近い端部から他方の端部に向かう方向に断面積が増大する、傾斜した内面を備えてもよい。このような実施形態において、開口４５の内面は、中空カットオフシャフトのそれぞれの孔を貫通する中心線に対して好ましくは少なくとも５°、より好ましくは少なくとも７°、最も好ましくは少なくとも１０°の角度、傾斜している。中空カットオフシャフトのそれぞれの孔を通る中心線は、典型的には、燃料弁ハウジングの長手方向軸線に対して数度傾斜している。

【0024】

ノズルのノズル孔は、ノズルの径方向に、好ましくは軸方向にも分布してもよい。これらのノズル孔は、ノズルの軸方向先端付近に配置されてもよい。この先端は好ましくは閉じられている。これらのノズル孔は好ましくは、ノズルの外周の比較的狭い範囲に位置していてもよい。例えば約５０°～１２０°の間に位置していてもよい。またノズル孔の径方向の向きは、シリンダライナによって画定される燃焼室の壁から離れる方向に向いてもよい。さらにノズル孔は、掃気ポートの構造によって引き起こされる燃焼室内の掃気の渦の方向とほぼ同じ方向になるように方向付けられてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0025】

以下、図面に示される例示的な実施形態を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。

【図1】例示的な実施形態による大型２ストロークユニットフロー掃気ターボ機関の前面と一方の側面を示す斜視図である。

【図2】図１の機関の後面（ａｆｔ ｅｎｄ）と他方の側面を示す斜視図である。

【図3】図１の機関の吸気系と排気系を図式化したものである。

【図4】図１から図３の機関に使用する燃料弁の一実施形態を示す断面図である。

【図5】図１から図３の機関に使用する燃料弁の他の実施形態を示す断面図である。

【図6】図４又は図５の燃料弁のノズルの断面図である。

【図7】図６のノズルの断面図である。燃料ジェットの円錐が描かれている。

【図8】図６のノズルの先端部の断面図であり、弁針の遠位端の円筒部が閉位置にある場合の断面図である。

【図9】これも図６のノズルの先端部の断面図であるが、弁針の遠位端の円筒部は開位置にある。

【図10】シリンダカバー内の図５の燃料弁のノズルの位置を、ピストン側から見た図であり、ノズル孔の向きと、その結果生じる燃料の噴流を示している。

【詳細説明】

【0026】

以下の詳細説明では、例示的実施形態によって、燃料弁、及び燃料弁３０が使用される大型２ストローク機関について説明する。図１から３は、ターボ過給式大型低速２ストローク内燃機関を描いている。この機関はクランクシャフト２２及びクロスヘッド２３を有する。図３は、ターボ過給式大型低速２ストローク内燃機関を、その吸気システム及び排気システムと共に略図により表現したものである。この例示的実施形態において、機関は直列に６本のシリンダを有する。各シリンダはシリンダライナ１から形成される。ターボ過給式大型２ストローク内燃機関は通常、直列に配される５本から１６本のシリンダを有する。これらのシリンダはエンジンフレーム２４に担持される。またこのような機関は、例えば、外洋航行船の主機関や、発電所において発電機を動かすための固定型の機関として用いられることができる。機関の全出力は、例えば５０００～１１００００ｋＷの範囲でありうる。

【0027】

機関は２ストロークユニフロー式ディーゼル機関（圧縮着火型機関）であることができ、シリンダライナ１の下部領域には、ピストンにより制御されるポートであるリング状の掃気ポート１９が設けられ、シリンダライナ１の頂部中央には排気弁が配される。このため、燃焼室１４内の流れは常に下から上に向かっており、機関はいわゆるユニフロー型である。掃気は、掃気受け２を通じて、各シリンダの掃気ポート１９へと導かれる。なお、各シリンダは、それぞれシリンダライナ１により形成される。シリンダライナ１内の往復ピストン２１が掃気を圧縮し、シリンダカバー２６に配置された２つ又は３つの燃料弁３０のノズルを通じて燃料が噴射される。燃焼が生じ、排気ガスが生成される。排気弁４が開くと、排気ガスは、シリンダ１に結びついた排気ダクト２０を通って排気受け３へと流れ、更に第１の排気管１８を通ってターボ過給器５のタービン６へと進む。そこから排気ガスは、第２の排気管７を通って排気される。タービン６は、シャフト８を介してコンプレッサ９を駆動する。コンプレッサ９には、空気入口１０から空気が供給される。

【0028】

コンプレッサ９は、圧縮された掃気を、給気レシーバ２に繋がっている給気管１１へと送り込む。掃気管１１の掃気空気は、給気を冷却するためのインタークーラー１２を通過する。冷却された給気は、電気モーター１７により駆動される補助ブロワ１６を通る。補助ブロワ１６は、機関が低負荷又は部分負荷である場合に、給気レシーバ２へ向かう給気の流れを圧縮する。機関の負荷が高い場合は、ターボ過給器のコンプレッサ９が、十分に圧縮された掃気空気を供給することができるので、補助ブロワ１６は、逆止弁１５によってバイパスされる。

【0029】

シリンダはシリンダライナ１の中に形成される。シリンダライナ１はシリンダフレーム２５によって担持される。シリンダフレーム２５は期間フレーム２４によって支持される。

【0030】

図４は、各シリンダのシリンダカバー２６の貫通ボア内に装着される２つ又は３つの燃料弁３０のうちの１つの実施形態を示す。燃料弁３０は、後端３１がシリンダカバー２６の上側から突出し、ノズル４０の前端が燃焼室内に僅かに突出した状態で、シリンダカバー２６の貫通ボアに装着される。燃料弁３０は、縦長の燃料弁ハウジング３２を有する。燃料弁ボディ３２は、その前端３３にノズルホルダを有する。ノズルホルダは、ノズル４０を縦長の燃料弁ボディ３２に結合する。液体燃料（例えば、メタノール、ＬＰＧ、アンモニア等）は、燃料弁３０によって、ノズル４０を通じて燃焼室１４に供給される。液体燃料は、制御された形で、またタイミングを計って、燃焼室１４に供給される。図４に示す燃料弁３０は、縦長の燃料弁ハウジング３２を有する。ハウジング３２はその後端３１にヘッドを有し、このヘッドによって、（公知の方法で、）燃料弁３０をシリンダカバー２６に取り付けてもよく、また燃料弁３０を内燃機関の燃料ポンプ（図示せず）と接続してもよい。

【0031】

後端３１のヘッドは燃料入口８１を有する。燃料入口８３は、弁ボディ３２を通って延びるダクトと流路が繋がっている。軸方向に変位可能な弁針３５は、縦長の燃料弁ハウジング３２内にジャーナルとして配置され、弁針３５が（好ましくは円錐形）の弁座３６から離座する開位置と、弁針３５（の弁座３６に対応する部分）が弁座３６上に着座して弁を閉じる閉位置とを有する。弁針は、本実施形態では螺旋ばね８３によって形成される弾性手段によって、閉位置に向かって弾性的に付勢されている。螺旋ばね８３により付勢される力に抗する弁針３５のリフトは、燃料弁３０に供給される燃料の圧力によって引き起こされる。具体的には、当該圧力が、弁針３５の表面に作用するか、弁針３５を作動させるように弁針３５に連結されたピストン又はプランジャに作用することによって、引き起こされる。弁針３５を囲み、弁座３６に開口する燃料室６８が設けられる。燃料弁３０の縦型の燃料弁ハウジング３２は、その前端３３にノズル４０を担持している。ノズル４０は、燃料弁３０がシリンダカバー２６に取り付けられているとき、機関シリンダライナ１の燃焼室１４内に突出するように構成されている。

【0032】

本発明による燃料弁は、油圧制御タイプであってもよく、コモンレール燃料弁システムの一部であってもよい。

【0033】

本実施形態では、燃料弁は軸方向に可動な弁針３５を備えている。弁針３５は円錐形の部分を有し、この部分は、燃料弁３０の縦長の燃料弁ハウジング３２内の円錐形の座部３６と協働する。

【0034】

図５は、別の実施形態による燃料弁３０を示している。この実施形態は、燃料弁３０に供給される燃料の圧力を増幅するブースターポンプを備えている点を除き、図４の実施形態と同様である。ブースターポンプの主要構成部品は、ブースタープランジャ８０である。本実施形態による燃料弁３０の他の構成要素及びノズル４０は、概念的に図４の燃料弁と同一である。

【0035】

図１０は、ノズル４０がシリンダカバー２６の辺縁部にどのように配置されているかを図示している。図１０はまた、燃料噴射の方向も図示している。燃料噴射の方向は、軸Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖの方向に対応する。燃焼室１４内のガスの旋回方向は、湾曲した破線矢印６６によって図示されている。

【0036】

図６から図９は、ノズル４０と弁針３５の遠位部をより詳細に示している。

【0037】

ノズル４０は、近位端の基部４２から、ノズル４０の先端を形成する閉じた遠位端４４へと至るノズルボディを有する。ノズルボディの円筒部４３は、基部から遠位端４４へと延びている。ノズルボディは、適切な材料、例えば当該技術分野で周知の適切な合金から作られる。

【0038】

入口４８は、弁針３５が開位置にあるときに、燃料弁３０の縦型の燃料弁ハウジング３２から液体燃料を受け入れるために、基部４２に開口している。単一の真っ直ぐなメインボア５０が、入口４８から上記ノズルボディ内へと長手方向に延びている。

【0039】

閉じた遠位端（先端）４４は、円形又は楕円形の外形を有する実質的に平面状の端面４７を有する。端面４７は、湾曲又は丸みを帯びた移行面４６を介して円筒部分に接続される。

【0040】

軸方向に変位可能な弁針３５は、中空のカットオフシャフト３７を有する。カットオフシャフト３７は、弁針３５と一体に動くシャンク（柄部）３８によって担持された円筒状のエンドセクション（端部）３９を有する。円筒状エンドセクション３９は、真っ直ぐなメインボア５０内にぴったりと嵌まっており、ボア５０内において開位置と閉位置との間で軸方向に変位可能である。中空カットオフシャフト３７には、円筒状エンドセクション３９の遠位端の近くに複数の孔４９が設けられている。中空カットオフシャフト３７は、真っ直ぐなメインボア５０内で回転可能であり、例えば図示しないピンによって適切な位置に保持される。

【0041】

本発明によるノズル４０は貫通開口４５を備える。貫通開口４５は細長いスロット（溝穴）の形態を有する。この貫通開口４５は、図９に示されるように、中空カットオフシャフト３７の開位置において、カットオフシャフトの全ての孔４９を包囲する。このように、ノズル４０の開口４５は、中空カットオフシャフト３７の開位置において、中空カットオフシャフト３７の内部に連通する。一方、図８に示されるように、中空カットオフシャフト３７の閉位置においては、中空カットオフシャフト３７の内部から切り離される。

【0042】

本発明の図示しない他の実施形態では、ノズルはより多くの開口４５を含んでいてもよい。このような開口４５は、中空カットオフシャフト３７がその開位置にあるとき、中空カットオフシャフト３７の２つ以上の孔４９を包囲する細長のスロットであってもよいし、それぞれ中空カットオフシャフト３７の１つの孔４９をそれぞれ包囲する穴であってもよい。このようにして、ノズル４０の複数の開口４５の間に仕切り壁が設けられ、ノズル４０の構造が強化される。

【0043】

本発明による燃料弁３０では、カットオフシャフト３７の孔４９が、燃料が噴射されるノズル孔を構成する。噴射された燃料は出口から発散してノズル４０の開口４５を通じて燃焼室１４に入る。図７は、孔４９から噴射される燃料ジェットを示しており、この燃料ジェットは、２０°の円錐角を持つ円錐の形で燃焼室１４に入る。

【0044】

図７では、中空カットオフシャフト３７が長手方向に延びる孔３４を有し、燃料は、孔３４を通じて孔４９に向かう方向に流れることが分かる。図示される実施形態では、孔３４は燃料弁ハウジング３２の長手方向軸Ｘに対して偏心して穿設されている。このようにすると、中空カットオフシャフト３７の壁の厚さを、孔４９の領域で厚くすることができる。このため、ノズル孔として機能するこれらの孔４９の長さを長くすることができ、燃料の適切な噴射のためにより適切にすることができる。孔４９の領域でノズル材を厚くすることの更なる利点は、ノズル材が燃焼室１４内の高温の影響によりよく耐えることができることである。しかしながら、中空カットオフシャフト３７の孔３４は、燃料弁ハウジング３２の長手方向軸Ｘに対して同心に穿設してもよい。

【0045】

図８では、軸方向に変位可能な弁針３５がその閉鎖位置に示されており、中空遮断シャフト３７の孔４９がノズル４０の内壁によって覆われているため、ノズル４０の開口４５と中空遮断シャフト３７の内部とが遮断されている。

【0046】

図９では、軸方向に変位可能な弁針３５がその開位置に示されており、中空カットオフシャフト３７の孔４９がノズル４０の開口４５に開口しているため、ノズル４０の開口４５と中空カットオフシャフト３７の内部とが連通し、燃料が燃焼室１４に噴射されることが可能になっている。

【0047】

噴射された燃料は蒸発し、ノズルのストレス及び亀裂の可能性に関連する上述の問題を伴って劇的な冷却を行うので、噴射された燃料がノズル材に接触しないか、又は少なくとも接触が低減されることは、非常に重要である。従って、本発明によれば、図９に最も明瞭に示すように、カットオフシャフト３７の孔４９は、中空のカットオフシャフト３７の開位置において開口４５の周の内側にあるように設けられる。またカットオフシャフト３７の孔４９の総断面積は、開口４５の総断面積よりも小さい。

【0048】

また、ノズル４０の開口４５を囲むノズル材に対する噴射された燃料の冷却効果の悪影響を低減するために、開口４５の大きさは、噴射された燃料がノズル４０の開口４５の内面と接触しないように寸法決めされる。孔４９を通して噴射される燃料は、典型的には１０°より大きく、しばしば２０°より大きい角度を有する円錐２７の形をとって発散する。そこで、中空カットオフシャフト３７の孔４９にその頂点を有し、少なくとも１０°、好ましくは少なくとも１５°、最も好ましくは少なくとも２０°の円錐角を有する仮想円錐２７を考えると、開口４５は好ましくは、その内面が、そのような仮想円錐の外側に位置するように設けられるべきである。この仮想円錐２７は、好ましくは、中空カットオフシャフト３７のそれぞれの孔４９と同心である。

【0049】

典型的には、開口４５の内面の上面２８と下面２９の母線は平行である。またこれらの母線は、燃料弁ハウジング３２の長手方向軸線Ｘに対して僅かに傾斜している。従って、開口４５の最も重要な点は、開口４５の縁部５２が中空カットオフシャフト３７の孔４９から最も離れた位置にある点である。このような場合、これらの点は、中空カットオフシャフト３７の孔４９を頂点とし、少なくとも１０°、好ましくは少なくとも１５°、最も好ましくは少なくとも２０°の円錐角を有する仮想円錐の外側に配置されることが好ましい。この仮想円錐は、好ましくは、中空カットオフシャフト３７のそれぞれの孔４９と同心である。

【0050】

本発明の別の実施形態では、開口４５は、中空カットオフシャフト３７に近い端部から他方の端部に向かう方向に断面積が増大する、傾斜した内面を備えてもよい。このような実施形態は図示されていないが、開口４５の内側の上面及び下面は、中空カットオフシャフト３７のそれぞれの孔４９を貫通する中心線に対して好ましくは少なくとも５°、より好ましくは少なくとも７°、最も好ましくは少なくとも１０°の角度、傾斜している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2024-08-08

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】請求項１０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項10】

請求項１から９のいずれかに記載の燃料弁を備える、大型ターボ過給式２ストロークユニフロークロスヘッド内燃機関。

【外国語明細書】