JP2011236887A - 内燃機関のための燃料噴射機 - Google Patents

Abstract

【課題】 噴霧器内を摺動しノズル孔及び弁壁間の付加的な容積を設けることなく噴射口の開閉を直接制御するニードルと組み合わされる摺動噴射弁を提供する。
【解決手段】 内燃機関の燃料噴射機は、長手方向腔（４０）内に面する内側開口部（４４’、４４”）を有する複数のノズル孔を有する噴霧器（２６）と、長手方向腔（４０）内に延びる切り欠き要素（５４）を有するスピンドル（４８）とを備える。スピンドル（４８）の閉鎖位置において切り欠き要素（５４）の円筒状シール面（５８）は全ての内側開口部を遮断し、第１の開放位置において第１の群の内側開口部（４４’）は開放され第２の群の内側開口部（４４”）は遮断され、第２の開放位置において第１の群の内側開口部（４４’）は開放され第２の群の内側開口部（４４”）は長手方向腔（４０）及び環状ダクト（７１）のうちいずれか一方と連通する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関のための燃料噴射機に関する。本発明は、特に船舶の推進のための内燃機関等の大型の２ストローク内燃機関のための燃料噴射機に関する。
より詳細には、本発明は、請求項１の前文に記載の燃料噴射機に関する。燃料噴射機は、ハウジングと、ハウジングの下端部に固定される弁案内部と、弁案内部の下端部に固定され複数のノズル孔を備える噴霧器と、弁案内部の弁座と協動する弁部を有するスピンドルと、スピンドルが閉鎖位置にある場合にノズル孔と連通して容積を低減すべく噴霧器の長手方向腔内に延びる切り欠き要素とを備える。

特許文献１は、請求項１の前文による燃料噴射機を開示する。噴霧器のノズル孔の入口開口部は、軸方向に離間して位置される第１の列及び第２の列に並べられ、円筒状シール部によって相互に分離される。噴霧器の長手方向腔内に延びる切り欠き要素は、下方の列の入口開口部を開閉すべく位置される第１の円筒状区域と、弁スピンドルが閉じられた場合に上方の列の入口開口部を閉じるために二次的弁座と協動する第２の円筒状区域とを有する。

弁スピンドルが開放される場合に、下方の列の入口開口部には、切り欠き要素の中央部ダクトを通過して流れる燃料が供給され、上方の列の入口開口部には、噴霧孔の内壁及び切り欠き要素の外側表面間に形成される環状流路を流れる燃料が供給される。

特許文献２は、燃料のための第１の出口開口部及び第２の出口開口部が設けられたノズル本体と、ノズル本体に形成されるニードル弁孔内を摺動自在なニードル弁とを備える燃料噴射機を開示する。ニードル弁孔は、弁のニードルが係合可能な座を形成するような形状とされ、チャンバへの燃料の流れを制御する。弁のニードルには、チャンバ、並びに第１の出口開口部と連通する第１の環状凹部と連通する流路が設けられる。座から離間して第１の燃料噴射位置内に至る弁のニードルの運動により、チャンバは第１の環状凹部と連通し、これにより、燃料は第１の出口開口部を通して搬送され、座から離間して第２の燃料噴射位置内に至る弁のニードルの運動により、チャンバ内の燃料は第２の出口開口部を通して搬送用の流路を流れる。

国際公開第２００８／０７１１８７号パンフレット 欧州特許出願公開第１３８０７５０号明細書

特にＮＯｘ及び高炭素（ＨＣ）粒子等の排出に関する更なる要件や制限により、ＨＣ排出の大きな原因である袋用量をゼロとし、噴射口を開閉することにより熱開放を最適化すべく投与量を変更することができる２ストロークエンジンの噴射装置が要求される。

本発明の課題は、噴霧器内を摺動しノズル孔及び弁壁間の付加的な容積を設けることなく噴射口の開閉を直接制御するニードルと組み合わされる新規な摺動噴射弁を提供することにあり、噴霧器の噴射口を段階的に開放することにより、投与量を変更可能である。

本発明において、この課題は添付の特許請求の範囲に定義されるような燃料噴射機によって解決される。

本発明による第１の実施例における噴射機の端部を示す軸方向断面図。 図１の矢印ＩＩによって示される部分を、図２乃至４の３つの異なる位置にて示す軸方向断面図。 図１の矢印ＩＩによって示される部分を、図２乃至４の３つの異なる位置にて示す軸方向断面図。 図１の矢印ＩＩによって示される部分を、図２乃至４の３つの異なる位置にて示す軸方向断面図。 本発明による第２の実施例における噴射機の端部を示す軸方向断面図。 図１の矢印ＶＩによって示される部分を、図６乃至８の３つの異なる位置にて示す軸方向断面図。 図１の矢印ＶＩによって示される部分を、図６乃至８の３つの異なる位置にて示す軸方向断面図。 図１の矢印ＶＩによって示される部分を、図６乃至８の３つの異なる位置にて示す軸方向断面図。 別例において、図１の矢印ＶＩによって示される部分を、図９乃至１１の３つの異なる位置にて示す軸方向断面図。 別例において、図１の矢印ＶＩによって示される部分を、図９乃至１１の３つの異なる位置にて示す軸方向断面図。 別例において、図１の矢印ＶＩによって示される部分を、図９乃至１１の３つの異なる位置にて示す軸方向断面図。

本発明の特徴及び効果は、添付の図面を参照して後述する非制限的例の詳細な説明により明らかとなるであろう。
図１において、参照符号１０は、本発明によるディーゼルエンジンの燃料噴射機の端部を示す。噴射機１０は、エンジンの頭部に形成される長尺状をなす腔内に取り付けられることを意図される。

噴射機１０は、長尺状をなす案内腔１４を有する弁案内部１２を備える。チャンバ１６が案内腔１４の下端部に形成される。チャンバ１６は、燃料供給ダクト１８と連通する。
円錐状弁座２０が弁案内部１２のチャンバ１６の底端部に設けられる。短いダクト２２は、弁座２０を下方に延び、弁案内部１２の前方面２４に開放する。

噴霧器２６が弁案内部１２の下端部に固定される。噴霧器２６は、耐食材料から形成されるか耐食材料によってコーティングされる円筒体２８を有する。円筒体２８は、閉鎖される底端部３０を有する。噴霧器２６の上方前方面３２は、前方にて弁案内部１２の前方面２４に当接する。噴霧器２６の円形の上方フランジ３４は、弁案内部１２の底部円筒面３６と係合する。上下方向ピン３８は、弁案内部１２の開口部及び噴霧器２６の開口部に面し、相互に係合し、噴霧器２６を弁案内部１２に対して固定された角度位置に配置する。噴霧器２６は、保持要素（図示しない）によって弁案内部１２に固定される。

後述する明細書及び特許請求の範囲において、用語「上方」、「下方」、「上側」、「下側」等は、噴射機１０の通常の使用における位置を示し、噴射機１０は、噴霧器２６の底部において上下方向に配向される。

噴霧器２６は、その底端部にて閉じられる長手方向腔４０を有する。長手方向腔４０の上端部は、短いダクト２２及び弁座２０を通してチャンバ１６と連通する。複数のノズル孔４２’、４２”が、円筒体２８を通して形成される。ノズル孔４２’、４２”はそれぞれ長手方向腔４０内に面する内側開口部４４’、４４”を有し、外側開口部４６’、４６”は、噴霧器２６の外側表面に開放する。

図１に、スピンドル４８がスピンドル４８の長手方向軸Ａと一致する方向に沿って弁案内部１２内に移動可能であることを示す。スピンドル４８は、弁案内部１２の長尺状をなす案内腔１４に摺動自在に係合する円筒部５０を有する。スピンドル４８は、弁案内部１２の円錐状弁座２０と協動する円錐状弁部５２を有する。

スピンドル４８は、スピンドルを閉鎖位置（図１に示す）、並びに第１の開放位置及び第２の開放位置間にて移動させる弾性アクチュエータ（図示しない）によって制御される。

スピンドル４８は、弁部５２の下方に同軸上を、噴霧器２６の長手方向腔４０内に延びる切り欠き要素５４を備える。切り欠き要素５４は、スピンドル４８の残りの部分に固定されるか、残りの部分と一体的に形成される。

切り欠き要素５４の下端部は、長手方向腔４０の円筒状シール面５８と機密に接触して係合する円筒状シール部５６を有する。切り欠き要素５４は、横断方向穴６２を介して円筒状シール面５８の上側に位置される長手方向腔４０の上方領域６４と連通する中央部ダクト６０を有する。中央部ダクト６０は、更に底部開口部６６を通して下方円筒状シール面５８の下方に位置される長手方向腔４０の下方領域７０と連通する。

長手方向腔４０の上方領域６４において、環状ダクト７１が、長手方向腔４０の内側表面及び切り欠き要素５４の外側表面間に形成される。切り欠き要素５４の横断方向穴６２は、環状ダクト７１と連通する。

図２、３、及び４はそれぞれスピンドル４８の閉鎖位置、第１の開放位置、及び第２の開放位置に対応する位置における切り欠き要素を示す。
ノズル孔４２’、４２”の内側開口部４４’、４４”は、周方向にて相互に並べられるか、略並べられる。内側開口部は、第１の群４４’及び第２の群４４”に分けられる。第１の群は長手方向Ａにて長尺状をなし且つ長手方向腔４０の円筒状シール面５８に形成される浅い凹部７２に位置される少なくとも１つの開口部４４’を含む。凹部７２はそれぞれ内側開口部４４’の下方を延びる下端部を有する。第２の群の内側開口部は、円筒状シール面５８に開放する。図２乃至４に示すように複数の凹部７２が設けられる場合に、この凹部７２の軸方向部分は、異なってもよい。

図２に示す閉鎖位置において、切り欠き要素５４の円筒状シール部５６の下端部は、凹部７２の下端部を下方に延びる。この位置において、切り欠き要素５４の円筒状シール部５６は、全ての内側開口部４４’、４４”、及び下方領域７０又は環状ダクト７１の間の連通を遮断する。

図３に示す第１の開放位置において、切り欠き要素５４の円筒状シール部５６の下端部は、凹部７２の少なくとも１つを横断して内側開口部４４’、４４”の下端部を下方に延びる。この位置において、下方領域７０及び部分的に暴露される凹部７２間は連通する。圧力下の燃料は、中央部ダクト６０を通過し、部分的に暴露される凹部７２と連通するノズル孔４２’を通して噴射される。

図４に示す第２の開放位置において、切り欠き要素５４の円筒状シール部５６の下端部は、内側開口部４４’、４４”の上端部の上側に延びる。この位置において、ノズル孔４２は、下方領域７０と連通する。全てのノズル孔４２’、４２”には、加圧された燃料が同時に供給される。

図５に第２の実施例を示す。上述したものに対応する要素は、同じ参照符号によって示される。
第２の実施例において、少なくとも２つのノズル孔４２’、４２”はそれぞれ長手方向軸Ａに平行な方向にて相互に離間して設けられる内側開口部４４’、４４”、及び外側開口部４６’、４６”を有する。内側開口部４４’、４４”は、噴霧器２６の円筒状シール面５８に形成される。切り欠き要素の円筒状シール部５６は、長手方向腔４０の円筒状シール面５８と機密に接触して協動する上方シール部７６及び下方シール部７８を相互に分離する環状溝７４を有する。

図６に示す閉鎖位置において、下方シール部７８は、下方内側開口部４４’の下方に位置され、上方シール部は、上方内側開口部４４”の、少なくとも部分的に上側に位置される。この位置において、全てのノズル孔４２’、４２”は閉じられる。

図７に示す第１の開放位置において、下方シール部７８は、下方及び上方内側開口部４４’、４４”間に位置され、上方シール部は、上方内側開口部４４”の、少なくとも部分的に上側に位置され、円筒状シール面５８に機密に接触する。この位置において、圧力下の燃料は、中央部ダクト６０を通過して、下方領域７０と連通する下方ノズル孔４２’を通して噴射される。

図８に示す第２の開放位置において、下方シール部７８は、下方及び上方内側開口部４４’、４４”間に位置され、上方シール部は、円筒状シール面５８の上側に位置される。環状溝７４は、上方内側開口部４４”及び円筒状シール面５８の上端部の間の位置である。この位置において、圧力下の燃料は、中央部ダクト６０を通過し、下方領域７０と連通する下方ノズル孔４２’を通して噴射される。圧力下の燃料は更に環状ダクト７１を通過し、上方ノズル孔４２”を通して噴射される。

図９、１０、及び１１に別例を示す。この例においても、長手方向軸Ａに平行な方向にて相互に離間して設けられる内側開口部４４’、４４”、及び外側開口部４６’、４６”をそれぞれ有する少なくとも２つのノズル孔４２’、４２”が設けられる。切り欠き要素５４は、長手方向腔４０の円筒状シール面５８とその下端部８０まで連続して機密に接触する円筒状シール部５６を有する。

図９に示すこの閉鎖位置において、切り欠き要素の下端部８０は、下方内側開口部４４’の下方に位置され、全てのノズル孔４２’、４２”は閉じられる。
図１０に示すこの第１の開放位置において、下端部８０は、下方及び上方内側開口部４４’、４４”間に位置される。この位置において、圧力下の燃料は中央部ダクト６０を通過し、下方領域７０と連通する下方ノズル孔４２’を通して噴射される。

図１１に示すこの第２の開放位置において、下端部８０は、上方内側開口部４４”の上側に位置される。この位置において、圧力下の燃料は中央部ダクト６０を通過し、下方領域７０と連通する全てのノズル孔４２’、４２”を通して噴射される。

本発明による解決策により、燃料を節約し、噴射速度を制御し、これにより燃焼室の熱解放を制御し、ＮＯｘ形成を低減し、ＨＣ排出を低減することができる。
ここで開示される解決策は、ノズル孔開閉を直接制御し、負荷や意図される噴射速度、あるいは熱解放に応じて噴射断面積（ノズル領域）を容易に制御することができる。

２列以上のノズル孔を備えた解決策において、低いエネルギー負荷にて燃料が１つ以上の噴射口を含む第１の列の穴を通して噴射される。より高い負荷にて、ニードルストロークは、第２の（連続した）工程において、上昇させる必要があり、これにより更なる（第２の）列、即ち階層の穴を通して更に噴射が可能となる。ニードルストロークの速度及び工程を制御することにより、より高い負荷にて熱解放を制御可能である。

更に、略一列のノズル孔を備えた解決策により、容易に設計が可能となり、摺動領域におけるニードルの案内が改良される。この例において、１つ以上の噴射口が凹部内に位置され、これによりニードルストロークに応じて第１の複数の穴を通して噴射が可能である。ニードルストロークを更に上昇させることにより、全ての孔を通して噴射が可能となる。更なる適応性を得るべく凹部は、異なる高さに形成されてもよい。

Claims (5)

1. 長手方向腔（１４）、及び弁座（２０）が設けられるチャンバ（１６）を有する弁案内部（１２）と、該チャンバ（１６）は、燃料供給ダクト（１８）に連結されることと、
   該弁案内部（１２）の下端部に固定される噴霧器（２６）と、同噴霧器（２６）は、該弁座（２０）を介してチャンバ（１６）と連通する長手方向腔（４０）を有することと、該噴霧器（２６）は長手方向腔（４０）内に面する内側開口部（４４’、４４”）を有する複数のノズル孔（４２’、４２”）を有することと、
   該弁座（２０）と協動する弁部（５２）及び噴霧器（２６）の長手方向腔（４０）内に延びる切り欠き要素（５４）を有する軸方向に移動可能なスピンドル（４８）とを備え、該切り欠き要素（５４）は、長手方向腔（４０）の円筒状シール面（５８）と機密に接触する円筒状シール部（５６）、並びに円筒状シール面（５８）の上方及び下方にそれぞれ位置される長手方向腔（４０）の上方領域（６４）及び下方領域（７０）の間を連通させる中央部ダクト（６０）を有することと、上方領域（６４）において環状ダクト（７１）が長手方向腔（４０）の内側表面及び切り欠き要素（５４）の外側表面の間に設けられる内燃機関の燃料噴射機であって、
   スピンドルは、閉鎖位置、並びに第１の開放位置及び第２の開放位置の間を移動自在であることと、スピンドル（４８）の閉鎖位置において切り欠き要素（５４）の円筒状シール面（５８）は全ての内側開口部（４４’、４４”）、並びに下方領域（７０）及び環状ダクト（７１）間の連通を遮断することと、第１の開放位置において第１の群の内側開口部（４４’）は下方領域（７０）と連通し切り欠き要素（５４）の円筒状シール面（５８）は第２の群の内側開口部（４４”）、並びに下方領域（７０）又は環状ダクト（７１）間の連通を遮断することと、第２の開放位置において第１の群の内側開口部（４４’）は下方領域（７０）と連通し第２の群の内側開口部（４４”）は下方領域（７０）及び環状ダクト（７１）のうちいずれか一方と連通することとを特徴とする内燃機関の燃料噴射機。
2. 前記入口開口部（４４’，４４”）は周方向において相互に並べられるか、略並べられることと、第１の群の少なくとも１つの開口部（４４’）は円筒状シール部（５８）に形成され軸方向に長尺状をなす対応する凹部（７２）に位置されることとを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射機。
3. 前記第１の群のノズル孔（４４’）及び第２の群のノズル孔（４４”）はそれぞれ長手方向（Ａ）において相互に離間して設けられる内側開口部（４４’，４４”）を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射機。
4. 前記切り欠き要素（５４）の円筒状シール部（５６）は、上方シール部（７６）及び下方シール部（７８）を相互に分離する環状溝（７４）を有することと、閉鎖位置において、下方シール部（７８）は第１の群の入口開口部（４２’）の下端部の下方に位置されることとを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射機。
5. 前記切り欠き要素（５４）の円筒状シール部（５６）は、長手方向腔（４０）の円筒状シール面（５８）に切り欠き要素（５４）の下端部（８０）まで連続して機密に接触することと、該閉鎖位置において、下端部（８０）は、第１の群の内側開口部（４２’）の下端部の下方に位置されることとを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射機。

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