JP6682943B2 - 大型内燃エンジン用の燃料の流量制限バルブ - Google Patents

Description

本発明は複数の大型内燃エンジン用の燃料の流量制限バルブに関する。

本発明によるバルブは、特に、複数のコモンレール燃料噴射システムを有する複数の大型の船舶用エンジンに使用されることが意図される。

複数のコモンレール燃料噴射システムは、エンジンのスピード及び、複数の燃料カムの設計に関わらず、圧力の選択及び噴射のタイミングの選択、並びに、多様な噴射によって噴射の流れの変調を可能とするので、複数の内燃エンジンの制御においてより大きな柔軟性をもたらしてきた。

これらの全ては、以前には燃料噴射ポンプに委ねられていた圧力生成器及び複数の噴射の制御機能を、様々な構成部品（それぞれ、高圧ポンプ及び電気的に制御されたインジェクタ）に割り当てることにより実現されてきた。

このタイプの噴射システムにおいて、噴射制御ユニットにより要求されたときに噴射が実行され得るよう、複数のインジェクタは、高圧燃料蓄圧器に継続的に連結される。このことから、機能不全に起因してインジェクタが開位置に固定されたままとなった場合、高圧蓄圧器内に存在する全ての燃料がシリンダに排出され、エンジンに複数の壊滅的な結果をもたらす。

それゆえ、複数のコモンレール噴射システムの開発の早い段階から、各インジェクタのサイクル毎に噴射される燃料の量を制限する、装置の必要とされてきた。

複数のコモンレール噴射システムの燃料の流量制限バルブの第１の例は、米国特許第３７８０７１６号において記載される。この文書は、燃料蓄圧器に連結した吸入口及び、インジェクタに連結した排出口を有する燃料の流量制限バルブを説明する。制限バルブは、ハウジング及びバルブチャンバ内を直線方向において移動可能なピストンを備える。圧縮コイルバネは、ピストンを燃料の流れの吸入チャネルの方へ押す。インジェクタが開くと、バルブの排出口の圧力は降圧し、ピストンは排出チャネルの方へ移動し始める。ピストンの上流チャンバと下流チャンバとの間の圧力損失は、各々の位置及び瞬間において、バネ力及びピストン自体の慣性力が釣り合う位置及び瞬間になるようにされる。通常動作状態において、ピストンが排出バルブシートに到達する前に、噴射が停止される。それゆえ、複数のチャンバ内のピストンの上流及び下流の圧力レベルは、バネがピストンを元の位置に押し戻すことを可能とする値に到達する。逆に、噴射が過剰に長い場合、ピストンは、排出バルブシートに到達し、インジェクタへの接続を閉じ、それゆえ、噴射を終了させ、高圧蓄圧器を更に減圧することを回避する。

複数の大型内燃エンジン、特に重油燃料を処理する複数のディーゼルエンジンにおいて、燃料の粘性を減少させ、最適なポンピング及び噴霧を可能とすべく、燃料を１２０から１６０℃に加熱することが必須要件となる。この燃料でエンジンを始動することを可能とすべく、燃料の噴射を妨げる値にまで粘性が上昇しないことを確保すべく、噴射システムの全ての構成部品は、温かい状態に保たれなければならない。

これは、噴射システム内において複数の蓄圧器から複数のインジェクタへ、低圧で熱い燃料を継続的に循環させることにより実行される。複数のインジェクタには、燃料が低圧で維持されているときは燃料タンクへの流路を開き、圧力が上昇したときはこの流路を閉じる循環バルブを提供される。このようにして、低圧での循環及び高圧での通常動作の両方が可能となる。構成部品の損耗に起因してインジェクタのバルブシートが完全な状態でない場合、低圧での循環の間に、燃料がインジェクタのシートを通じて流れ出ることが出て、シリンダに到達することがあり得る。複数の大型の船舶用エンジンは、数日間、循環モードのままになり得るので、燃料で満たされたシリンダを有するエンジンを再始動するときに生じ得る深刻なダメージによるこの損失は、複数の深刻な問題を引き起こし得る。

この理由のため、循環モードに典型的な燃料の圧力を密封して閉じるように設計された、通常動作を可能にすべくこれらの圧力レベルより上では、燃料の流路を開くのに適したバルブをこの領域の上流に配置することにより、噴射針のシートの領域で燃料の循環を妨げることが必要である。言い換えれば、予め組み込まれた逆止弁が必要となる。

この機能は、流体吸入チャネルに第２のバルブシートを追加することにより、流量制限バルブに統合され得る。この第２のバルブシートは流量制限バルブのピストンに形成された対応する密封要素と連携する。このように、追加の構成部品を必要とすることなく、重要な安全性の機能が加えられる。

この発想の特定の実施形態は、欧州特許第２４２３４９８号に記載される。この文書は、バルブチャンバ、吸入バルブシートを伴う吸入チャネル、及び排出バルブシートを伴う排出チャネルを取り囲む円筒表面を有するバルブハウジングを備える圧力制限バルブを説明する。バルブチャンバ内に、円筒壁を有するバルブピストンが収容され、これはバルブハウジングの内側円筒表面により長手方向に導かれる。バルブピストンは、長手方向に引き伸ばされ、対向する端部に密封表面を有するピン形状の密閉要素を支持し、これは吸入バルブシート、及び排出バルブシートとそれぞれ連携する。

バネを収容すべくピストン内に提供する必要のある深い溝のため、この構成はピストン及び、ピン形状の密閉要素を１つの部品として機械加工することが、常に実用性が高く、都合のよいものではない。これは、ピストン及びピン形状の密閉要素を共に固定される２つの別個の部品として製造する必要性につながり、また、シート及びガイド表面の同軸性を保証するための後の機械加工を施すことにつながる。これらの機械加工処理をしない場合、バルブシートの密封に、支障をきたすであろう。

本発明は先行技術の制約を克服する、燃料の流量制限バルブを提供する目的を有する。特に、本発明は、製造コストを減少させ、操作の信頼性を上昇させ、及びピストンを加速するのに必要な圧力損失を減少させ、これにより、燃料の流量制限バルブの動的振る舞いを改善することを目的としている。

本発明によると、請求項１の主題を形成する特徴を有する、燃料の流量制限バルブにより、これらの目的が実現される。

請求項は、本発明に関し、ここで提供される開示の不可欠な部分を形成する。

ここで本発明は、純粋に非限定的な例として与えられる添付の複数の図面を参照して、詳細に記載される。
第１の作動位置における本発明による燃料の流量制限バルブの軸方向断面図である。 第２の作動位置における本発明による燃料の流量制限バルブの軸方向断面図である。

複数の図面を参照すると、１０は、複数の大型内燃エンジンの複数のコモンレール噴射システムに使用されることを目的とした燃料の流量制限バルブを示す。燃料の流量制限バルブ１０は内部にバルブチャンバ１４が画定されるバルブハウジング１２を備える。バルブハウジング１２は、互いに固定された第１のハウジング筐体１６及び第２のハウジング筐体１８により形成される。

第１のハウジング筐体１６は、底壁２０及び、上記の底壁２０から延在し、バルブチャンバ１４を取り囲む内側円筒表面２４を有する側壁２２を備える。第１のハウジング筐体１６の側壁２２は、第２のハウジング筐体１８が内部に挿入され、固定される、開口端部２６を有する。第１のハウジング筐体１６の底壁２０において、バルブチャンバ１４と連通する吸入チャネル２８が形成される。取り入れチャネル２８の内側端部は吸入バルブシート３０を有する。示された例において、吸入バルブシートは凹状円錐表面により形成される。

第２のハウジング筐体１８は、単一の筐体中に、ベース３２及びバルブチャンバ１４内に長軸Ａに沿って延在するピン形状部３４を備える。第２のハウジング筐体１８のベース３２は、第１のハウジング筐体１６の開口端部２６に封止して固定される。ピン形状部３４は、ベース３２の内側表面３６から突出する。排出チャネル３８は、ピン形状部３４内に形成され、これはバルブチャンバ１４と連通する。排出バルブシート４０は、ピン形状部３４の内側末端部に形成される。示された例において、排出バルブシート４０は球状の凸状面である。

バルブ１０は、バルブチャンバ１４内に収容され、長手方向Ａに移動可能なバルブピストン４２を有する。バルブピストン４２は、ベース壁４４と円筒壁４６とを有する単一の筐体により形成される。円筒壁４６は外側円筒表面４８を有し、これは第１のハウジング筐体１６の内側円筒表面２４に誘導するように接触している。

バルブピストン４２のベース壁４４は、第１のハウジング筐体１６の底壁２０に面する側に配置される一体突出部５０を有する。一体突出部５０は、吸入バルブシート３０を密封するよう設計される凸状面により形成される第１の密封表面５２を有する。ベース壁４４は、第２のハウジング筐体１８のベース３２に面する側に配置される第２の密封表面５４を有する。第２の密封表面５４はベース壁２０内に凹んだ凹状円錐表面により形成され、排出バルブシート４０を密封するように意図されている。第１の密封表面５２、及び、第２の密封表面５４は、バルブピストン４２のベース壁４４上に直接機械加工される。それぞれのバルブシート３０、４０を密封するのに必要な、外側円筒表面４８に対する密封表面５２、５４の同軸性を保証すべく、密封表面５２、５４の機械加工は、バルブピストン４２の外側円筒表面４８の機械加工を実行するものと同一の機械上で実行され得る。

バルブピストン４２は、バルブピストン４２の向かい合った側に配置されるバルブチャンバ１４の２つの部分を一緒に連結する較正された（ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ）流体の流路を有する。示された例において、較正された流路は、バルブピストン４２のベース壁４４内に形成された較正ホール（ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ ｈｏｌｅ）５６により形成される。

圧縮コイルバネ５８が、ピン形状部３４の外側に同軸に配置される。バネ５８の第１の端部は、第２のハウジング筐体１８の内側表面３６に支えられ、バネ５８の第２の第２の端部は、バルブピストン４２のベース壁４４に支えられる。コイルバネ５８は、バルブピストン４２の円筒壁４６に対し、内部に配置される。コイルバネ５８は、バルブピストン４２を第１のハウジング筐体１６の底壁２０へ押す傾向がある。

動作中、吸入チャネル２８は、コモンレール噴射システムの蓄圧器に連結され、排出チャネル３８は、電気的に制御されたインジェクタに連結される。インジェクタが閉じられた場合、バルブピストン４２は、図１に図示された位置に配置される。この位置において、第１の密封表面５２は、吸入バルブシート３０を封止して閉じ、バルブチャンバ１４へと流体が入るのを妨げる。インジェクタが開く場合、バルブチャンバ１４の圧力は低下し、バルブピストン４２は排出バルブシート４０の方へ移動し始める。通常動作状態において、バルブピストン４２が排出バルブシート４０に到達する前に、噴射が阻害される。それゆえ、バルブピストン４２の上流及び下流のバルブチャンバ１４における圧力レベルは、バネ５８が吸入バルブシート３０の閉位置にバルブピストン４２を戻すことを可能とする値に到達する。バルブピストン４２は、その後の噴射の実行の前に、吸入バルブシート３０の閉位置に戻らなければならない。閉鎖速度は、設計者により、バネ力及び、較正ホール５６のサイズを適切に選択することで決まる。

噴射の持続時間が過剰に長くなると、バルブピストン４２は、図２に図示される位置に到達する。この位置において、バルブピストン４２の第２の密封表面５４は、排出バルブシート４０を封止して閉じる。このように、噴射は阻害され、高圧蓄圧器から、燃料が更に排出することを妨げる。エンジンのそれぞれのシリンダは、動作停止されたままとなるが、噴射圧力不足に起因する、エンジンの燃料の過剰供給及び停止は、阻止される。

燃料の噴射の最大体積は、バルブピストン４２の下流側にあるバルブチャンバ１４の体積、及び、バルブピストン４２の排出バルブシート４０の方への移動の間に、複数の較正ホール５６を通過する流れに依存する。

本発明によるバルブの設計は、構成部品数、及び、バルブを組み立てるのに必要とされる精密機械加工処理数を減少させる。具体的には、バルブの３つの主要な構成部品（第１のハウジング筐体１６、第２のハウジング筐体１８及びバルブピストン４２）の各々が単一の金属部品により構成される。構成部品の形状は、ツールによる機械加工では到達が難しい位置に配置される領域を想定しないので、密封表面及びガイド表面の機械加工は、簡易で迅速な方法により実行され得る。欧州特許第２４２３４９８号により実行したものと比較して、複数の可動部（もしくは、むしろバルブピストン４２のみ）の総質量が、２０％減少される。それゆえ、加速段階における慣性力、及び、ピストン４２の上流チャンバと下流チャンバとの間の圧力損失の減少は、かなりのものとなる。これは、インジェクタの開いている段階の間、より高圧の複数の噴射を可能とする。

勿論、本発明の原理を損なうことなく、構造の詳細及び実施形態は、記載され、示されたものに対し広く変化し得、そのことによって以下の特許請求の範囲により画される発明の範囲から逸脱することはない。

Claims (4)

1. 複数の大型内燃エンジンのための燃料の流量制限バルブであって、
   バルブチャンバを取り囲む内側円筒表面と、吸入バルブシートを伴う吸入チャネルと、排出バルブシートを伴う排出チャネルと、を有するバルブハウジングと、
   前記バルブチャンバ内に収容され、ベース壁及び前記バルブハウジングの前記内側円筒表面に長手方向に導かれる円筒壁を有するバルブピストンであって、前記バルブピストンは、前記取り入れバルブシートと連携する第１の密封表面、及び、前記排出バルブシートと連携する第２の密封表面を有し、前記バルブピストンは、前記第１の密封表面が前記取り入れバルブシートを閉じる第１の位置と、前記第２の密封表面が前記排出バルブシートを閉じる第２の位置との間で前記長手方向を移動可能である、前記バルブピストンと、
   前記ハウジングと前記バルブピストンの間に配置され、前記バルブピストンを前記第１の位置の方へ押す傾向がある弾性要素と、を備え、
   前記第１の密封表面及び前記第２の密封表面は前記バルブピストンの前記ベース壁上に直接的に機械加工され、前記バルブハウジングは、前記バルブチャンバ内で前記長手方向に延在するピン形状部を有し、前記排出チャネルは前記ピン形状部を通じて延在し、前記排出バルブシートは前記ピン形状部の内側末端部に形成され、
   前記バルブハウジングは、底壁と、前記底壁から延在し開口端部を含む側壁とを含む、第１のハウジング筐体を有し、前記ピン形状部は、前記第１のハウジング筐体の前記開口端部に封止して固定された第２のハウジング筐体に一体的に形成される、流量制限バルブ。
2. 前記弾性要素は、前記ピン形状部の外で、前記バルブピストンの前記円筒壁内に配置された圧縮コイルバネである、請求項１に記載の流量制限バルブ。
3. 前記第１の密封表面は、前記バルブピストンの前記ベース壁の一体突出部上に形成される凸状面である、請求項１または２に記載の流量制限バルブ。
4. 前記第２の密封表面は、前記バルブピストンの前記ベース壁内の凹んだ凹状面である、請求項１から３のいずれか１項に記載の流量制限バルブ。

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