(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧のポンプ（６）が幾つかのシリンダに共通のアキュムレータ（７）に燃料を供給し、個々のシリンダ（１）内に燃料を噴射する過程の間、少なくとも２つの燃料噴射装置（２）がアキュムレータから燃料を受け取り、その噴射過程が相互の時間的遅れを伴って燃料噴射装置（２）を次々と開くことにより開始し、噴射過程中、噴射装置（２）が同一種類の燃料の相互に異なる量をシリンダの燃焼チャンバ内に噴射する、多シリンダディーゼルエンジンにてシリンダ（１）内に燃料を噴射する方法において、噴射過程にて最大量の燃料を噴射する噴射装置が、少なくとも９回の噴射過程について平均化したとき、噴射される燃料の分配が燃焼チャンバの周方向に向けて実質的により均一となるように配置されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１による方法において、１つの噴射過程から次の噴射過程へと最大量の燃料を噴射する噴射装置が、好ましくは、シリンダ（１）における前記少なくとも２つの燃料噴射装置（２）の全てを同一回数だけ使用する周期的な方法にて、１つの噴射装置から別の噴射装置に変更されることを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１による方法において、噴射装置（２）の各々が、燃焼チャンバ内にて空気の旋回方向に向けて隣接する噴射装置に対してある周方向距離に配置され、最大量の燃料を噴射する噴射装置がその隣接する噴射装置に対する周方向距離が最大となるように配置されることを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項３による方法において、噴射装置（２）を分離する周方向距離（Ｏ、Ｐ、Ｑ）が、１００％のエンジン負荷時にて噴射過程中に噴射される燃料の合計量に対して噴射装置により噴射される燃料の量に実質的に比例することを特徴とする、方法。
【請求項５】
幾つかのシリンダ（１）に共通する１つのアキュムレータ（７）に主燃料を供給する高圧ポンプ（６）と、個々のシリンダに取り付けられた少なくとも２つの燃料噴射装置（２）であって、各々がアキュムレータから噴射装置への燃料管（９）を開き又は閉じる制御弁を有する少なくとも２つの燃料噴射装置（２）と、相互の時間的遅れを伴って次々と制御弁を開くことのできる電子的制御装置（１１）とを備える、多シリンダディーゼルエンジン内の燃料噴射装置において、噴射装置（２）が燃焼チャンバ内にて周方向に不均一な間隔に配置され、電子的制御装置（１１）により最初に開放される噴射装置が、燃焼チャンバ内にて空気の旋回方向に向けてその隣接する噴射装置に対する周方向距離（Ｏ）が最大となるように配置されることを特徴とする、装置。
【請求項６】
請求項５による燃料噴射装置において、複数の噴射装置（２）を分離する周方向距離（Ｏ、Ｐ、Ｑ）が、１００％のエンジン負荷時にて完全な噴射過程中に噴射される燃料の合計量に対して噴射装置により噴射される燃料の量に実質的に比例することを特徴とする、燃料噴射装置。
【請求項７】
請求項５又は６による燃料噴射装置において、噴射装置（２）の各々における制御弁が、噴射装置がアキュムレータ（７）に完全に接続される開き位置と、噴射装置がアキュムレータから遮断される閉じ位置という２つの位置のみを有することを特徴とする、燃料噴射装置。
【請求項８】
請求項５乃至７の何れか１つによる燃料噴射装置において、エンジンのシリンダ（１）が、少なくとも２１ｃｍのボアを有することを特徴とする、燃料噴射装置。
【請求項９】
請求項５乃至８の何れか１つによる燃料噴射装置において、エンジンが２行程クロスヘッドエンジンであることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多シリンダディーゼルエンジンにてシリンダ内に燃料を噴射する方法であって、幾つかのシリンダに共通のアキュムレータに高圧ポンプが燃料を供給し、個々のシリンダ内に燃料を噴射する過程の間、少なくとも２つの燃料噴射装置がアキュムレータから燃料を受け取り、その噴射過程が相互の時間的遅れを伴って燃料噴射装置を次々と開くことにより開始し、噴射過程中、噴射装置が同一種類の燃料の相互に異なる量をシリンダの燃焼チャンバ内に噴射する、方法に関する。
【０００２】
このディーゼルエンジンは、１つ以上のアキュムレータが燃焼チャンバ内に噴射すべく選択された圧力にて燃料を保持する、いわゆる共同噴射方式原理に基づく燃料装置を備えている。共同噴射方式において、燃料の加圧は、燃料の噴射の制御から機能的に分離されている。高圧ポンプは、燃料を共同噴射方式の燃料アキュムレータ内に供給する。個々の燃料噴射装置は、燃料管を介してアキュムレータに接続され、該アキュムレータは、噴射装置に属する制御弁によって開き又は閉じることができる。
【０００３】
噴射中、噴射装置における燃料の圧力は、アキュムレータ内の圧力により供給される。大型のディーゼルエンジンの従来の噴射装置において、燃料の圧力は、燃料管により噴射装置に直結的に接続された燃料ポンプにより供給され、噴射装置の開放は、燃料ポンプを駆動するカムにより制御され、その理由は、噴射装置は、燃料ポンプにより発生された燃料の圧力を上昇させることにより開くからである。従来の装置において、最適な燃料の噴射パターンが得られるようなカムの形状とすることが可能である。
【０００４】
エンジンの熱効率を向上させるためには、燃料は最適な方法にて噴射し且つ燃焼させなければならない。大型の２行程エンジンの経験によれば、燃料は、全エンジン負荷時、ピストンの上死点（ＴＤＣ）付近にてクランク回転角度（ＣＡ）の約２０°の期間内に噴射しなければならず、また、燃料の噴射タイミング及び量は、ＴＤＣ後、５°ＣＡ乃至２０°ＣＡの範囲内にて燃焼チャンバ内で最大の着火圧力が得られるように制御しなければならない。最大の着火圧力が得られたならば、燃料の一部を燃焼させることにより放出された熱によって生じたガス圧力に対して可能な限り最高の膨張比が得られるように、可能な限り迅速に残りの燃料を噴射することが重要である。換言すれば、過度に多量の燃料を余りにも早く噴射したならば、許容可能な最大の着火圧力を上廻って、エンジンが損傷する危険性が生じ、また、最大の着火圧力に達した後、燃料が余りにも遅く噴射されるならば、燃料中のエネルギ分は浪費されることになろう。その結果、噴射過程中に供給される燃料の量は、噴射過程の開始時に適度の噴射量で、そして噴射過程が終了に向かうに伴って噴射量が増大するように、制御し又は設定しなければならない。
【０００５】
共同噴射方式において、アキュムレータ内の圧力は、噴射過程の開始時に最高値であり、その結果、個々の噴射装置は、噴射装置の開口時に最大噴射率で燃料を噴射する。アキュムレータ装置の特性のため、噴射過程中、アキュムレータ内の圧力は降下するから、望ましい漸進的な噴射量となるのでなくて、噴射期間中は、噴射量が減少する。高圧ポンプは、通常、全エンジンサイクル時の平均的な燃料消費量に対応する容量を有している。燃料噴射中、アキュムレータの圧力を一定に保つのに必要な容量を有するならば、個々のシリンダの噴射期間の間、極めて多量の燃料をアキュムレータから放出することが必要であろうし、このことは、大きな効率損失につながる。
【０００６】
共同噴射方式のこれらの欠点を補うため、シリンダにおける燃料噴射装置は、相互の時間的遅れを伴って、噴射装置を次々と開放させることにより、増加割合で燃料を噴射するように制御することができる。このことは、漸進的な噴射量とすることができる。
【０００７】
しかしながら、その結果は、噴射過程中、噴射装置は相互に異なる量の燃料をシリンダの燃料チャンバ内に噴射することになり、また、このことは、燃料の燃焼を好ましくないものにする。
【０００８】
本発明の１つの目的は、噴射装置の一部に過度の熱負荷を加えることなく、噴射装置を連続的に開放することにより、噴射される燃料の割合を形作るのに利用することを可能にすることである。
【０００９】
この点に鑑みて、本発明は、噴射過程において最大量の燃料を噴射する噴射装置が、少なくとも９回の噴射過程について平均化したとき、噴射される燃料の分配が燃焼チャンバの周方向に向けて実質的により均一となるように配置されることを特徴としている。
【００１０】
噴射装置が周方向に向けて均一な間隔にて配置されるとき、相互に異なる量の燃料を噴射することは、最初に開放した噴射装置から噴射された燃料に利用可能な空気量が不十分であり、また、最後に開放した噴射装置から噴射された燃料に対し利用可能な空気が過剰であることを意味する。周方向への燃料の分配をより均一にすることにより、シリンダ部材に加わる熱負荷を更に均一にすることができる。燃焼チャンバ内の材料の温度は、変化する熱負荷にさらされたとき、比較的ゆっくりと変化するから、多数の噴射過程にて平均的に、噴射した燃料をより均一に分配すれば十分である。９噴射過程は典型的な平均燃料分配及び熱負荷を得るのに充分な数である。不均一な燃料量を補償するための、最大燃料量となる噴射装置の配置は、不均一な燃料量が噴射装置間にて周期的に変化する、非恒久的で連続的な方法にて、又は、シリンダ上の噴射装置の位置が均一な間隔に対して変化し、燃料量が少量の噴射装置に対するよりも、燃料量が多量の噴射装置に対してより多くの空気を提供することを基礎とする、恒久的な仕方にて行うことができる。その双方の方法は、シリンダ部材上に熱負荷を均一に分配することになる。
【００１１】
噴射装置が周方向に均一な間隔にて取り付けられるシリンダ上にて利用することのできる方法において、最大量の燃料を噴射する噴射装置は、１つの噴射過程から次の噴射過程へと、１つの噴射装置から別の噴射装置に変わる。より多量の噴射した燃料を燃焼することによる余剰な熱負荷は、噴射のために使用される噴射装置の前面領域内で生じ、火炎領域は、隣接する噴射装置前面の領域まで伸びて、この前面の領域は火炎領域により加熱されよう。最大量の燃料を噴射する噴射装置を、１つの噴射装置から別の噴射装置に変えることにより、同一の噴射装置にて、２回の連続的な余剰の熱負荷が生ずることが防止される。１回の噴射過程中、１つの噴射装置が最小量の燃料を噴射する場合、この噴射装置の前方領域内の熱負荷が平均値よりも低くなることもある。この方法の極めて簡単な実施において、１つの噴射過程にて最小量の燃料を噴射するために使用された噴射装置は、次の噴射過程では最大量の燃料を噴射するために使用され、またその逆となる。３つ以上の噴射装置を備えるシリンダにおいて、最大量の燃料を噴射する噴射装置は、シリンダにおける上記燃料噴射装置の全てを同一回数だけ使用する周期的な方法にて変えることが好ましい。
【００１２】
噴射装置の各々は、燃焼チャンバ内にて空気の旋回方向に向けて隣接する噴射装置に対する個々の周方向距離で（周方向距離がそれぞれ相違するように）配置される。噴射装置を作動させる比較的簡単な制御装置を備えるエンジンに好適な方法において、最大量の燃料を噴射する噴射装置は、その隣接する噴射装置に対する周方向距離が最大となるように配置される。この噴射装置の配置は、最大の量の燃料を噴射する噴射装置の前方により広い空間を提供し、その結果、この噴射装置の前方の火炎領域は隣接する噴射装置を焼くこと（熱する）ことが防止され、また、燃焼チャンバ内で最大量の燃料を燃焼させるのにより多くの空気が利用可能となる。この噴射装置の配置により、全ての噴射過程にて最大量の燃料を噴射するために、ある噴射装置、同一の噴射装置を利用することができ、また、この噴射装置にてより多量の空気が利用可能であるから、燃料はより完全に燃焼し、また望ましくない燃焼生成物の量も減少する。
【００１３】
噴射装置を分離する周方向距離が、１００％のエンジン負荷時に噴射過程中に噴射される燃料の合計量に対して噴射装置により噴射される燃料の量に実質的に比例するように、噴射装置を配置することが好ましい。噴射装置のかかる配置により、燃料は燃焼チャンバの周方向に向けて最も均一な仕方にて分配される。
【００１４】
本発明は、幾つかのシリンダに共通する１つのアキュムレータに主燃料を供給する高圧ポンプと、個々のシリンダに取り付けられた少なくとも２つの燃料噴射装置であって、各々がアキュムレータから噴射装置への燃料管を開閉する制御弁を有する少なくとも２つの燃料噴射装置と、相互の時間的遅れを伴って次々と制御弁を開くことのできる電子的制御装置とを備える、多シリンダディーゼルエンジン内の燃料噴射装置にも関するものである。
【００１５】
一部の噴射装置に過度の大きい熱負荷を加えることなく、燃料噴射過程の割合を形作ることを利用するため、本発明による燃料噴射装置は、噴射装置が燃焼チャンバ内にて周方向に不均一な間隔に配置され、電子的制御装置により最初に開放される噴射装置が、燃焼チャンバ内にて空気の旋回方向に向けてその隣接する噴射装置に対する周方向距離が最大となるように配置されることを特徴としている。上述したように、最初に開放される噴射装置は、最大量の燃料を噴射し、この噴射装置の前方の火炎領域は噴射装置から最大の距離を貫通する。噴射装置が周方向に不均一に配置されるから、最大量の燃料を噴射する火炎領域は隣接する噴射装置に対し熱損傷を与える傾向が小さくなる。
【００１６】
噴射装置を不均一に配置することは、その他の噴射装置を損傷させることなく、噴射装置が開放した時点から各噴射装置がその全容量を使用することを可能にし、このため、噴射装置の各々は、噴射装置がアキュムレータに完全に接続されるその開き位置と、噴射装置がアキュムレータから遮断される閉じ位置という２つの位置のみを有する極めて簡単なオン／オフ弁により制御することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
極概略図的な図面を参照しつつ、以下に、本発明をより詳細に説明する。
任意の現在の設計によるディーゼルエンジンは、例えば、２３０乃至１１００ｍｍの範囲のような、２００ｍｍ以上の大きいボアを有するシリンダ１を備えており、また、１つのシリンダ当たり少なくとも２つの噴射装置２が設けられている。図１には、４つのシリンダの各々に設けられた３つの噴射装置が図示されている。エンジンは、５乃至２０のシリンダといった、４つ以上のシリンダを備えることができる。エンジンは、４行程エンジンとすることができるが、例えば、船の主機又は発電所の原動機として利用することのできる、２行程クロスヘッドエンジンであることが好ましい。
【００１８】
燃料は、典型的に、燃料タンク３内に貯蔵された重燃料油とすることができ、この燃料油は、プライマポンプ５を備えた低圧の燃料管４を介して高圧の燃料ポンプ６に供給される。燃料ポンプ６は、その燃料を例えば、１２００バールの圧力にてアキュムレータ７に供給するが、９００乃至１５００バール又はより高圧の他の圧力を使用してもよい。エンジン負荷、作動速度又はエンジンの他のパラメータに従って高圧ポンプ６の作動及びアキュムレータ内の圧力を制御することが可能である。
【００１９】
アキュムレータの各々は、該アキュムレータに接続されたシリンダがエンジンサイクル中に消費する燃料の容量よりも実質的に大きい容量を有している。少なくとも２つのシリンダが同一のアキュムレータ７を共用する。アキュムレータは管８によって相互に接続され、アキュムレータ間の圧力差を等しくする。別の実施の形態において、全てのシリンダにおける噴射装置は単一のアキュムレータに接続される。
【００２０】
噴射装置２の各々には、磁気ラッチ止め機能を有するソレノイド弁又は迅速作動弁のような、電子的に制御される開閉弁（図示せず）が設けられている。これらの弁は、個々の噴射装置に隣接して又はその個々の噴射装置に設けられ且つ高圧燃料管９を介してアキュムレータ７に接続される。信号線１０は、開閉弁を電子式制御装置１１に接続する。図面には１つの制御装置１１のみが図示されているが、各シリンダ２に対し少なくとも１つの電子式制御装置を設けることができる。該制御装置１１には、所望のエンジン負荷に関する情報及びクランク角度位置に関する現在の情報が供給される。制御装置１１は、個々の噴射装置を開放し且つ閉じるべきときを決定し、また、該制御装置はこれに応じて噴射装置を制御する。
【００２１】
図４の実線ａは、典型的なエンジン内にてカム作動式の燃料ポンプにより発生される噴射圧力を示す。この圧力は、噴射が進むにつれて上昇し、噴射過程の終了時近くにて最高圧力が得られる。この好ましい圧力曲線と相違して、アキュムレータ７により発生された圧力は、破線ｂで示してある。この圧力は、噴射過程中に降下し、噴射の終了後に再度、立ち上がる。
【００２２】
図５の実線ｃは、噴射過程中の燃料の噴射割合を示し、破線ｄは燃料の噴射を開始する間、噴射装置を次々と開くことにより、及び噴射を終了すべきとき、シリンダにおける全ての噴射装置を同時に閉じることにより発生された、食い違う噴射割合を示す。
【００２３】
図２には，燃焼チャンバを上方から見たときの、３つの噴射装置２の噴霧器が図示されている。３つの噴射装置は、周方向に均一に隔てられているが、開放時間に差があるため、噴射される燃料の量は１つの噴射装置から次の噴射装置へと変化する。複数の噴射装置のうちの１つを介して羽毛形状の火炎領域Ａ内に最小量の燃料が噴射され、隣接する噴射装置を経て貫入することが分かる、羽毛形状の火炎領域Ｃ内に別の噴射装置により最大量の燃料が噴射され、このため、この隣接する噴射装置は、最初に説明した噴射装置（別の噴射装置）からの燃料の燃焼による熱にさらされる。このことは、噴射装置のノズルの後側部に熱腐食による攻撃を生じさせる可能性がある。第三の噴射装置は、羽毛形状の火炎領域Ｂ内に平均量の燃料を噴射する。
【００２４】
周方向に噴射された燃料を均一に分配するために、最初の噴射装置を開く仕事は、１つの噴射装置から次の噴射装置へと切り換えられる。従って、火炎領域にさらされ且つその火炎領域により加熱された燃料ノズルが後続の噴射過程からの火炎領域にされされることはない。
【００２５】
図３において、最大の距離Ｏは最大量の燃料を燃焼させるのに十分な空気が存在することを許容し、また、距離Ｐは平均量の燃料を噴射することを許容し、更に、距離Ｑは最小量の燃料を噴射することを許容するように、３つの噴射装置の位置は修正されている。
【００２６】
本発明の使用を示す一例として、６つのシリンダを有し、１００％負荷時、１１５２０ｋＷの動力を有する２行程クロスヘッドエンジンは、各シリンダが重燃料油を噴射する３つの噴射装置を備えている。各噴射過程中、約４４ｇの燃料が噴射される。３つの噴射装置（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）は、それぞれ約１７．１ｇ、１４．７ｇ、１２．２ｇの燃料を噴射する。１つの実施の形態において、複数の噴射装置は、均一な間隔に配置されて、１回の噴射過程中、Ｉ１噴射装置は最大量、Ｉ２噴射装置は中間量、Ｉ３噴射装置は最小量の燃料をそれぞれ噴射する。次の噴射過程中、Ｉ２噴射装置は最大量、Ｉ３噴射装置は中間量及びＩ１噴射装置は最小量の燃料をそれぞれ噴射する。このサイクルの最後の噴射過程中、Ｉ３噴射装置は最大量、Ｉ１噴射装置は中間量、及びＩ２噴射装置は最小量の燃料をそれぞれ噴射する。次に、このサイクルが繰り返えされる。別の実施の形態において、Ｉ１噴射装置とＩ２噴射装置との間の周方向距離（開き角度）は１４０°、Ｉ２噴射装置とＩ３噴射装置との間の周方向距離（開き角度）は１２０°、Ｉ３噴射装置とＩ１噴射装置との間の周方向距離（開き角度）は１００°となるように３つの噴射装置はシリンダ内に配置される。これらの図面は、単に一例にしか過ぎず、個々の実際的な実施の形態において、当該エンジンに最も適した方法及び位置決めを選択することが必要とされる。
【００２７】
１つのシリンダ当たり同一種類の燃料を噴射する４つ又は５つ以上の噴射装置のような、２つ又は３つ以上の噴射装置を設けることができる。例えば、低エンジン負荷に好適な不均一な間隔にて噴射装置を恒久的に位置決めすることによって、そのエンジン負荷にて１つの燃料噴射パターンを得たり、次に、上述した周期的な方法にて噴射装置の間の燃料の量を変化させることにより、全エンジン負荷時にてシリンダ部材上に均一な熱負荷を実現するため、上述の方法及び実施の形態を組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射装置の線図である。
【図２】噴射装置の位置の１つの実施の形態の図である。
【図３】図２と異なる実施の形態の位置の噴射装置の図である。
【図４】噴射過程中の噴射圧力の曲線図である。
【図５】噴射過程中の燃料噴射量の曲線図である。
【符号の説明】
１  シリンダ                    ２  噴射装置
３  燃料タンク                  ４  低圧の燃料管
５  プライマポンプ                ６  高圧の燃料ポンプ
７  アキュムレータ              ８  管
９  高圧燃料管                  １０  信号線
１１  電子式制御装置            Ａ、Ｂ、Ｃ  火炎領域
Ｏ  最大の距離                  Ｐ、Ｑ  距離
【図１】
0003545694.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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