(57)【要約】      （修正有）【課題】低引火点燃料で動作するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジン用燃料弁を提供する。【解決手段】ポンプピストンは作動ピストンと一緒に移動するために作動ピストンに連結され、燃料弁は、シャフト６７を有する弁部材であって、閉位置および開位置を有する弁部材を備え閉鎖部材は開位置では弁座から持ち上げられた状態にあり、軸方向に変位可能なシャフトはばね６６によって閉位置に向かって弾性的に付勢され、ポンプ室と弁座との間に導管５７が設けられ；弁座はノズルのチャンバの方を向き、閉鎖部材は、ノズルのチャンバに少なくとも部分的に配設され、閉鎖部材は、弁座から持ち上げられるべく閉じられた先端部に向かって移動するように構成され、閉鎖部材は、閉鎖部材が弁座に向かって移動するときは、閉じられた先端部から離れる方に移動するように構成される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低速動作するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジンであって、上部カバー（４８）で覆われた複数のシリンダ（１）を備え、前記上部カバーには２つまたは３つの燃料弁（５０）が搭載され、前記燃料弁（５０）は、低引火点液体燃料を燃焼室に噴射するのに適しており、そのノズル（５４）から低引火点液体燃料を、前記シリンダのピストンの上方で、燃焼室に噴射するようにされ、前記燃料弁（５０）は、
後端および前端を有する細長い燃料弁筐体（５２）と、
閉じられた先端部（５９）と、チャンバ（５５）を形成する中空内部と、前記チャンバ（５５）に接続される複数のノズル孔（５６）とを有し、前記燃料弁筐体（５２）の前記前端に配置される、細長のノズル（５４）と、
加圧液体燃料の供給源（６０）に接続される、前記細長い燃料弁筐体（５２）の燃料入口ポート（５３）と、
前記細長い燃料弁筐体（５２）の作動液ポート（９２）と、
前記細長い燃料弁筐体（５２）の第１の内腔（８１）に受容されるポンプピストン（８０）であって、前記ポンプピストン（８０）の片側に前記第１の内腔（８１）のポンプ室（８２）がある、前記ポンプピストン（８０）と、
前記弁筐体（５２）の第２の内腔（８４）に受容される作動ピストン（８３）であって、前記作動ピストン（８３）の片側に前記第２の内腔（８４）の作動室（８５）がある、前記作動ピストン（８３）と
を備え、
前記ポンプピストン（８０）は前記作動ピストン（８３）と一緒に移動するために前記作動ピストン（８３）に連結され、
前記作動室（８５）は前記作動液ポート（９２）に接続され、
前記ポンプ室（８２）の入口は前記燃料入口ポート（５３）に接続され、
前記燃料弁（５０）はさらに、
前記細長い弁筐体（５２）の長手方向の内腔（７７）に摺動可能に受容される軸方向に変位可能なシャフト（６７）を有する弁部材であって、閉位置および開位置を有する、前記弁部材
を備え、
前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）は、前記閉位置で弁座（６９）に着座する閉鎖部材（６５）を備え、前記閉鎖部材（６５）は前記開位置では前記弁座（６９）から持ち上げられた状態にあり、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）はばね（６６）によって前記閉位置に向かって弾性的に付勢され、
前記ポンプ室（８２）と前記弁座（６９）との間に導管（５７）が設けられ、
前記弁座は前記ノズル（５４）の前記チャンバ（５５）の方を向き、
前記閉鎖部材（６５）は、前記ノズル（５４）の前記チャンバ（５５）に少なくとも部分的に配設され、
前記閉鎖部材（６５）は、前記弁座（６９）から持ち上げられるべく前記閉じられた先端部（５９）に向かって移動するように構成され、前記閉鎖部材（６５）は、前記閉鎖部材（６５）が前記弁座（６９）に向かって移動するときは、前記閉じられた先端部（５９）から離れる方に移動するように構成される、
エンジン。
【請求項２】
前記長手方向の内腔（７７）は前記弁座（６９）まで延在し、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）と前記長手方向の内腔（７７）との間のクリアランスは、前記ポンプ室（８２）と前記弁座（６９）との間の前記導管の一部分を成す、請求項１記載のエンジン。
【請求項３】
前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）と前記長手方向の内腔（７７）との間の前記クリアランスは、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）の長手方向の溝（７８）を有する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記ポンプ室（８２）と前記弁座（６９）との間の前記導管（５７）は、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）の１つまたは複数の小径部分（６４、６８）を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項５】
前記ポンプ室（８２）と前記弁座（６９）との間の前記導管（５７）は、前記ポンプ室（８２）から前記長手方向の内腔（７７）に延在する、前記細長い弁筐体（５２）の１つまたは複数のチャネルまたは内腔（５７）を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項６】
前記弁部材は、前記ポンプ室（８２）の燃料の圧力が所定の閾値を超えるときに前記付勢に対抗して開くように構成される、請求項１または２に記載のエンジン。
【請求項７】
前記ポンプ室（８２）は、前記少なくとも１つのチャネルまたは内腔（５７）に接続される出口を備え、
前記ポンプ室（８２）の前記入口は、前記ポンプ室（８２）から前記燃料入口ポート（５３）への流れを防止する、前記細長い燃料弁筐体（５２）の逆止弁（７４）を経由して、前記燃料入口ポート（５３）に接続される、請求項１から６のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項８】
前記軸方向に移動可能な弁軸（６７）の直径は、低引火点燃料が前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）と前記長手方向の内腔（７７）との間の前記クリアランスを満たす状態で、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）が前記長手方向の内腔の内側を確実に移動できるようにする分だけ前記長手方向の内腔（７７）の直径より小さい、請求項１から７のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項９】
前記ばね（６６）は、前記細長い燃料弁筐体（５２）のばね室（８８）に受容された螺旋状の線ばねであり、前記ばね室（８８）は、前記長手方向の内腔（７７）にのみ開口し、前記ばね室は、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）と前記長手方向の内腔（７７）との間のクリアランスを経由して前記少なくとも１つの内腔またはチャネル（５７）に流体接続する、請求項１から８のいずれか一項に記載のエンジン（５０）。
【請求項１０】
前記クリアランスは、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）の長手方向の溝（８９）を有する、請求項９に記載のエンジン（５０）。
【請求項１１】
前記燃料噴射弁（５０）を、特に前記燃料弁（５０）のうち前記前端に最も近い部分を冷却するための、冷却液入口ポートおよび冷却液出口ポートならびに冷却液流路をさらに備える、請求項１から１０のいずれかに記載のエンジン（５０）。
【請求項１２】
前記燃料弁（５０）をパージするための、前記ポンプ室（８２）から前記燃料入口ポート（５３）への流れを選択的に可能にする手段をさらに備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項１３】
前記燃料入口ポート（５３）に通じる前記導管（６２）は２重壁の配管を備え、前記低引火点燃料は内側の管腔内を輸送され、外側の管腔が通気され揮発性炭化水素の検出のためのセンサ（６３）に接続される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給式大型低速ユニフロー２行程内燃エンジンの燃焼室に液体燃料を噴射するための燃料弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロスヘッド型のターボ過給式大型低速２行程自己着火エンジンは、通常、大型船の推進系にまたは発電所の主原動機として用いられる。非常に多くの場合に、こうしたエンジンは重油燃料によって動作する。
【０００３】
最近では、ガス、メタノール、石炭スラリ、石油コークスおよび類似物など、代替の種類の燃料に対応できるターボ過給式大型２行程自己着火エンジンに対する需要が出てきている。需要の高まっている燃料群の一つが引火点の低い燃料である。
【０００４】
メタノール、ＬＰＧ、ＤＭＥまたはバイオ燃料など、多くの低引火点燃料は比較的クリーンな燃料である。クリーンな燃料をターボ過給式大型低速ユニフロー２行程内燃エンジンのための燃料として用いる場合は、例えば燃料として重油燃料を用いる場合と比べて、排気ガス中の硫黄成分、ＮＯｘおよびＣＯ２の濃度が有意に低くなる。
【０００５】
しかし、ターボ過給式大型低速ユニフロー２行程内燃エンジンで低引火点燃料を用いることに関連して課題がある。それらの課題の１つは引火点が低いことであり、低引火点燃料が例えば潤滑油系統など、エンジンの他の系統の１つに漏出し別の流体と混ざる場合に、重大な問題を引き起こす。低引火点燃料は本質的に発火しやすく、その蒸気は簡単に爆発性混合物を発生させる虞がある。したがって、低引火点燃料がエンジンの別の系統に入る場合、安全のためにエンジン動作を停止し、このような系統を清掃しその中の液体を全て取り替えること、つまり費用が掛かりエンジンのオペレータにとって厄介な業務が必要になる。
【０００６】
既知の燃料弁の構造には常に、弁ニードルおよび弁座の設計のせいで、弁ニードルのシャフトおよびシャフトがガイドされる内腔から漏出がある。したがって、シーリングのためだけでなく潤滑のためにも、シャフトと内腔との間のクリアランスに加圧シーリング液「シーリング油」の供給が実行される。漏出を最小限に維持するために、クリアランスはできるだけ小さくなるように維持され、このような小さいクリアランスで公差が非常に狭くなるとシャフトと内腔との間に潤滑が必要になる。
【０００７】
燃料がシーリング油と混合されると系統エラーが引き起こされる。シーリング油と燃料とを分離することは難しく、したがって、混合が起きると深刻な問題になる。
【０００８】
潤滑油系統で燃料が検出されると、エンジンを停止することになり、多くの場合、根本的な原因を解析することが難しい。
【０００９】
別の安全に関する課題は、エンジンが低引火点燃料で動作していないとき、例えば、エンジンが二元燃料エンジンであり、２つの燃料のうちの他方、すなわち高引火点燃料で動作するときに、低引火点燃料が燃料弁および燃料弁に通じる配管に残っていることが許されないという、船級協会による要件である。したがって、燃料弁および燃料弁に通じる配管をパージするために対策を講じなければならない。
【００１０】
このような低引火点燃料の別の難題は潤滑特性が比較的不良なことである。潤滑特性が不良であると、潤滑液を用いることなく可動部品間で非常に小さいクリアランスを用いることが妨げられる。
【００１１】
ターボ過給式大型低速ユニフロー２行程内燃エンジンは、通常、大型外航貨物船の推進に用いられ、したがって、信頼性が最も重要である。それにも関わらず、このようなエンジンの低引火点燃料による動作は比較的最近になって開発されたものであり、低引火点燃料による動作の信頼性は従来の燃料のレベルには未だ到達していない。したがって、ほとんどの大型低速２行程自己着火内燃エンジンは、燃料油のみで全出力の走行で動作できるように、低引火点燃料で動作する燃料系統および燃料油を用いて動作する燃料系統を備える二元燃料エンジンである。
【００１２】
このようなエンジンは、燃焼室の直径が大きいので、通常、シリンダ１つにつき３つの燃料噴射弁を備え、その燃料噴射弁は中央排気弁の周りに約１２０°の角度だけ互いに離間して配置される。したがって、二元燃料系統の場合は、シリンダ１つにつき３つの低引火点燃料弁およびシリンダ１つにつき３つの燃料油弁があり、したがって、シリンダの上部カバーが混み合う場所になる。
【開示】
【００１３】
このような背景の下、本願の目的は、上記で示した課題を克服するかまたは少なくとも軽減するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジンのための燃料弁を提供することである。
【００１４】
この目的は、低速動作するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジンの燃焼室に液体燃料を噴射するための燃料弁を提供することによって、第１の態様により達成される。その燃料弁は、後端および前端を有する細長い燃料弁筐体と、閉じられた先端部を有し、ノズル孔につながるチャンバを形成する中空内部を有する、ノズルであって、燃料弁筐体の前端に配置される、ノズルと、加圧液体燃料の供給源に接続される、細長い燃料弁筐体の燃料入口ポートと、細長い燃料弁筐体の作動液ポートと、細長い燃料弁筐体の第１の内腔に受容されるポンプピストンであって、ポンプピストンの片側に第１の内腔のポンプ室がある、ポンプピストンと、弁筐体の第２の内腔に受容される作動ピストンであって、作動ピストンの片側に第２の内腔の作動室がある、作動ピストンとを備える。ポンプピストンは作動ピストンと一緒に移動するために作動ピストンに連結され、作動室は作動液ポートに接続される。燃料弁はさらに、細長い弁筐体の長手方向の内腔に受容される軸方向に変位可能なシャフトを有する弁部材であって、閉位置および開位置を有する、弁部材を備える。軸方向に変位可能なシャフトは、閉位置で弁座に着座する閉鎖部材を備え、閉鎖部材は開位置では弁座から持ち上げられた状態にあり、軸方向に変位可能なシャフトはばねによって閉位置に向かって弾性的に付勢される。ポンプ室と弁座との間に導管が設けられる。弁座はノズルのチャンバの方を向く。閉鎖部材はノズルのチャンバに少なくとも部分的に配設される。
【００１５】
外側を向く弁座と協働するノズル内側の閉鎖部材を、すなわち、燃料弁筐体から離れる方に移動することによって開き弁筐体に向かって移動することによって閉じる閉鎖部材を、燃料弁に設けることによって、弁部材の軸方向に変位可能なシャフトとシャフトが受容される長手方向の内腔との間のクリアランスを経由した漏出がない燃料弁の構造を実現することができる。軸方向に変位可能なシャフトと長手方向の内腔との間のクリアランスから漏出しないことによって、シーリング液を用いて低引火点燃料に対してクリアランスをシールする必要がなくなり、そうなると、内腔と弁部材のシャフトとの間のクリアランスにシーリング液を供給する系統を省略できるので燃料噴射系統全体を単純化することが可能になる。さらに、低引火点燃料に対してクリアランスをシールする必要がないので、クリアランスを比較的大きい寸法にすることができ、このようにクリアランスがより大きいと潤滑流体が存在する必要がなくなる。したがって、弁部材のシャフトの内腔に潤滑液体供給系統を設けることを省くことができる。
【００１６】
第１の態様の第１の実現可能な実装形態では、閉鎖部材は、持ち上げられるべく、閉じられた先端部に向かって移動するように構成され、閉鎖部材が弁座に向かって移動するときは、閉じられた先端部から離れる方に移動するように構成される。
【００１７】
第１の態様の第２の実現可能な実装形態では、長手方向の内腔は弁座まで延在し、軸方向に変位可能なシャフトと長手方向の内腔との間のクリアランスは、ポンプ室と弁座との間の導管の一部分を成す。ここで、ポンプ室と弁座との間の漏れのない導管を実現することができる。
【００１８】
第１の態様の第３の実現可能な実装形態では、軸方向に変位可能なシャフトと長手方向の内腔との間のクリアランスは、軸方向に変位可能なシャフトの長手方向の溝を有する。
【００１９】
第１の態様の第４の実現可能な実装形態では、ポンプ室と弁座との間の導管は、軸方向に変位可能なシャフトの１つまたは複数の小径部分を有する。
【００２０】
第１の態様の第５の実現可能な実装形態では、ポンプ室と弁座との間の導管は、ポンプ室から長手方向の内腔に延在する、細長い弁筐体の１つまたは複数のチャネルまたは内腔５７を備える。
【００２１】
第１の態様の第６の実現可能な実装形態では、弁部材は、ポンプ室の燃料の圧力が所定の閾値を超えるときに付勢に対抗して開くように構成される。
【００２２】
第１の態様の第７の実現可能な実装形態では、ポンプ室は、少なくとも１つのチャネルまたは内腔に接続される出口と、好ましくは、ポンプ室から燃料入口ポートへの流れを防止する細長い燃料弁筐体の逆止弁を経由して、燃料入口ポートに接続される入口とを有する。
【００２３】
第１の態様の第８の実現可能な実装形態では、燃料弁はさらに、加圧シーリング油の供給源に接続されるシーリング油入口ポートと、第１の内腔のポンプピストンをシールする、シーリング油入口ポートから第１の内腔に延在する導管とを備える。
【００２４】
第１の態様の第９の実現可能な実装形態では、軸方向に移動可能な弁軸の直径は、例えば潤滑特性が不良の低引火点燃料などの燃料が軸方向に移動可能な弁軸と長手方向の内腔との間のクリアランスを満たす状態で、軸方向に移動可能な弁軸が長手方向の内腔の内側を確実に移動できるようにする分だけ長手方向の内腔の直径より小さい。
【００２５】
第１の態様の第１０の実現可能な実装形態では、ばねは、細長い燃料弁筐体のばね室に受容された螺旋状の線ばねであり、ばね室は、長手方向の内腔にのみ開口し、ばね室は、軸方向に移動可能なシャフトと長手方向の内腔との間のクリアランスを経由して少なくとも１つの内腔またはチャネルに流体接続し、クリアランスは、好ましくは、軸方向に移動可能なシャフトの長手方向の溝を有する。
【００２６】
上記の目的も、第１の態様およびその実装形態のいずれか一つによる燃料弁を備える、低速動作するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジンを提供することによって、第２の態様により実現される。
【００２７】
第２の態様の第１の実現可能な実装形態では、燃料入口ポートに通じる導管は２重壁の配管を備え、低引火点燃料は内側の管腔内を輸送され、外側の管腔は通気され炭化水素の検出のためのセンサに接続される。
【００２８】
本開示による燃料弁およびエンジンの他の目的、特徴、利点および特性が詳細な説明から明らかになる。
【００２９】
本明細書の以下の詳細な部分では、図面に示す例示的な実施形態を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】例示的な実施形態による大型２行程ディーゼルエンジンの正面図である。
【図２】図１の大型２行程エンジンの側面図である。
【図３】図１による大型２行程エンジンの概略図である。
【図４】１つの燃料弁に関する、図１のエンジンの低引火点液体燃料系統の例示的な実施形態の概略図である。
【図５】シリンダの上側部分の、図１のエンジンの低引火点液体燃料系統の例示的な実施形態の概略断面図である。
【図６】例示的な実施形態による、図１に示すエンジンで使用するガス状燃料噴射弁の断面図である。
【図７】弁部材が載せられた（閉）位置にある、図６の断面詳細図である。
【図８】弁部材が持ち上げられた（開）位置にある、ノズルの先端部を示す図６の断面詳細図である。
【詳細な説明】
【００３１】
以下の詳細な説明では、例示的な実施形態のターボ過給式大型低速２行程内燃（ディーゼル）エンジンを参照しながら自己着火内燃エンジンを説明する。図１、図２および図３に、クランクシャフト４２およびクロスヘッド４３を有するターボ過給式大型低速２行程ディーゼルエンジンを示す。図３に、吸気系統および排気系統を有するターボ過給式大型低速２行程ディーゼルエンジンの概略図を示す。例示的な本実施形態では、エンジンは１列に並んだ４つのシリンダ１を有する。ターボ過給式大型低速２行程ディーゼルエンジンは、通常、エンジンフレーム１３によって担持される、１列に並んだ４から１４のシリンダを有する。エンジンは、例えば、外航船の主エンジンとしてまたは発電所の発電機を動作させるための定置エンジンとして用いることができる。エンジンの全出力は、例えば、１，０００から１１０，０００ｋＷの範囲とすることができる。
【００３２】
エンジンは、例示的な本実施形態では、２行程ユニフロー型のディーゼル（自己着火）エンジンであり、掃気ポート１９がシリンダ１の下側領域にあり、中央排気弁４がシリンダ１の上部にある。掃気は掃気レシーバ２から個々のシリンダ１の掃気ポート１９に至る。シリンダ１のピストン４１が掃気を圧縮し、燃料が（以下にさらに詳細に説明する）シリンダカバーの（以下にさらに詳細に説明する）燃料噴射弁から噴射され、続いて燃焼が起こり、排気ガスが発生する。排気弁４が開くと、排気ガスがシリンダ１に関連する排気ダクトを通って排気ガスレシーバ３に流れ、さらに第１の排気導管１８を通ってターボ過給機５のタービン６に至る。排気ガスはタービン６から第２の排気導管を通って流れエコノマイザ２８を経由して出口２９に至り、大気中に流出する。タービン６は、空気入口１０を経由して新鮮な吸気が供給されるようにシャフトによって圧縮機９を駆動する。圧縮機９は掃気レシーバ２に通じる掃気導管１１に加圧掃気を供給する。
【００３３】
導管１１の掃気は掃気を冷却するためのインタークーラ１２を通る。例示的な実施形態では、掃気は約２００℃で圧縮機を出て、インタークーラによって３６℃と８０℃との間の温度に冷却される。
【００３４】
冷却された掃気は電気モータ１７によって駆動される補助ブロワ１６を経由して通過する。補助ブロワ１６は、ターボ過給機５の圧縮機９が掃気レシーバ２に十分な圧力を供給しないときに、すなわち、エンジンが低負荷または部分負荷の状況のときに掃気の流れを加圧する。エンジン負荷がより高いと、ターボ過給機の圧縮機９は十分な圧縮掃気を供給し、そのときは、補助ブロワ１６はバイパスされ逆止弁１５を経由して供給する。
【００３５】
図４は燃料弁５０の概略図であり、燃料弁５０は、低引火点液体燃料の供給源６０、冷却液（油）の供給源５９および作動液（油）の供給源９７、ならびに作動液制御弁９６に接続される。導管６２が、低引火点加圧液体燃料の供給源６０から低引火点液体燃料弁５０の筐体の入口ポートに通じている。導管６２は、例えば、同心のチューブによってまたはシリンダカバー４８などの中実のブロック材料の内側のチューブによって形成された２重壁の導管である。低引火点液体燃料は内側の管腔／チューブ内を輸送され、外側の管腔は通気され、揮発性炭化水素成分を検出するためのセンサ６３（検知器）を備える。センサ６３は電子制御ユニットに接続され、その電子制御ユニットは揮発性炭化水素成分がセンサ６３によって検出されたときに警報を発する。燃料弁５０から低引火点燃料をパージできるように燃料弁５０を低引火点液体燃料の供給源６０から接続解除できるようにするためのウィンドウ弁６１が導管６２に設けられる。ウィンドウ弁６１は、好ましくは、電子的に動作し、電子制御ユニットによって制御される。
【００３６】
図５に、例示的な実施形態による複数のシリンダ１のうちの１つの上部を示す。シリンダ１の上部カバー４８は、燃料弁５０のノズルからシリンダ１のピストン４１の上方の燃焼室に低引火点液体燃料を噴射するための燃料弁５０をいくつか（通常２つまたは３つ）備える。例示的な本実施形態では、エンジンはシリンダ１つにつき３つの燃料弁５０を有するが、燃焼室のサイズによっては単一のまたは２つのガス状燃料弁５０で十分な場合があることも理解されたい。排気弁４は上部カバーの中央に配置され、低引火点液体燃料弁５０の方がシリンダ壁の近くにある。
【００３７】
一実施形態（図示せず）では、上部カバー４８に、燃料油によりエンジンを動作させるための燃料油弁を２つまたは３つ設けることができる。燃料油弁は、周知の方法で高圧燃料油の供給源に接続される。
【００３８】
燃料弁５０のうちのノズルに最も近く燃焼室に最も近い前方部分は、冷却油などの冷却液を用いて冷却され、そのためにシステム油（潤滑油）を用いることができる。ここでは、燃料弁５０の本体は、冷却液入口ポートと、冷却液出口ポートと、燃料弁５０の本体の前方部分を通る、入口ポートと出口ポートとの間の流路（図示せず）とを備える。冷却液入口ポートは、導管を経由してシステム油などの加圧冷却液の供給源５９に接続され、冷却液出口ポートは、導管を経由して冷却液のリザーバに接続される。
【００３９】
燃料弁５０の本体は、燃料弁の開閉を制御する作動液ポートも備える。制御ポートは導管を経由して加圧作動液の供給源９７に接続される。電子制御される制御弁９６、好ましくは比例弁が、導管のうちの、加圧作動液の供給源９７と、燃料弁５０の開閉を制御する作動液ポートとの間の部分に配置される。
【００４０】
エンジンは、エンジンの動作を制御する電子制御ユニットを備える。信号線が電子制御ユニットを制御弁９６およびウィンドウ弁６１に接続する。
【００４１】
電子制御ユニットは、燃料弁５０による噴射事象を正確に時間調整し、燃料弁５０を用いた低引火点液体燃料の量（１回の噴射事象ごとに噴射される体積）を制御するように構成される。電子制御ユニットは、一実施形態では、燃料弁が噴射曲線に適合できるので、噴射曲線の形状を制御（レートシェーピング）するように構成される。
【００４２】
電子制御ユニットは、燃料噴射を開始する前に供給導管６２が確実に低引火点加圧液体燃料で満たされるように、ウィンドウ弁６１を開閉する。
【００４３】
ウィンドウ弁６１は、燃料弁５０から低引火点燃料をパージする必要があるときに電子制御ユニットによって閉じられる。ポンプ室８２から燃料供給導管６２への流れを可能にするためにパージ機構が設けられる。一実施形態では、逆止弁７４（吸込弁）は、導管７６および吸込弁７４を経由して燃料供給導管６２中にポンプ室８２の流体をパージできるように、パージ中に逆止弁を開いた状態に維持するために、制御可能なオーバーライドを備える。
【００４４】
図６、図７および図８に、自己着火内燃エンジンの燃焼室に低引火点燃料を噴射するための燃料弁５０の断面図を示す。燃料弁５０は細長い弁筐体５２を有し、その弁筐体５２は最も後方の端部を有し、前端にノズル５４を有する。ノズル５４は弁筐体５２の前端に取り付けられた別個の部材である。弁筐体５２の最も後方の端部は、作動液ポート９２およびガス漏れ検出ポートを含む複数のポートを備える。最も後方の端部はヘッドを形成するように拡大されており、そのヘッドは燃料弁５０をシリンダカバー４８に固定するボルト（図示せず）を受容するための内腔（図示せず）を備える。本実施形態では、燃料弁は、中央排気弁４の周りに、すなわち、シリンダライナの壁の比較的近くに配置される。細長い弁筐体５２および燃料噴射弁５０の他の構成要素ならびにノズルは、本実施形態では例えば工具鋼およびステンレス鋼などの鋼から作製される。
【００４５】
中空のノズル５４は、ノズルの中空内部のチャンバ５５につながるノズル孔５６を備え、ノズル孔５６はノズル５４全体にわたって径方向に分布している。ノズルは軸方向では先端部５９の近くにあり、ノズル孔５６の径方向の分布は、本実施形態では、比較的狭い範囲である約５０°にわたる。軸Ｚで示すようにノズル孔５６の径方向の向きは、ノズル孔５６がシリンダライナの壁から離れる方に向くようになっている。さらに、ノズル孔５６は、掃気ポートの構成によって生じる燃焼室の掃気のスワールの方向とほぼ同じ方向になるように向けられる（このスワールは、ジャーニーフロータイプのターボ過給式大型２行程内燃エンジンのよく知られた特徴である）。
【００４６】
ノズル５４の先端部５９（図７および図８）は本実施形態では閉じられている。ノズル５４は弁筐体５２の前端に連結され、ノズル５４のチャンバ５５は筐体５２の長手方向の内腔７７に向かって開口する。長手方向の内腔７７とチャンバ５５との間の移行部に弁座６９が配設される。
【００４７】
弁部材は、細長い弁筐体５２の長手方向の内腔７７に実質的なクリアランスを有した状態で摺動可能に受容された、軸方向に変位可能なシャフト６７を有し、したがって、軸方向に変位可能なシャフト６７と長手方向の内腔７７との間の潤滑は重大ではない。弁部材は閉位置および開位置を有する。図７に閉位置を示し、図８に開位置を示す。
【００４８】
軸方向に変位可能なシャフト６７は、その前端に、例えば、閉位置で弁座６９に着座するヘッドなどの閉鎖部材６５を備える。閉鎖部材６５は開位置では弁座６９から持ち上げられた状態にある。軸方向に変位可能なシャフト６７は、予め張力をかけられたばね６６によって閉位置に向かって弾性的に付勢される。予め張力をかけられた螺旋状のばね６６は、軸方向に変位可能なシャフト６７に作用し、閉鎖部材６５が弁座６９に着座する閉位置に向かって弁部材を付勢する。
【００４９】
螺旋状のばね６６は、細長い燃料弁筐体５２のばね室８８に受容される螺旋状の線ばねである。ばね室８８は、長手方向の内腔７７にのみ開口し、軸方向に移動可能なシャフト６７と長手方向の内腔７７との間のクリアランスを経由してチャネル５７に流体接続する。クリアランスは、好ましくは、軸方向に移動可能なシャフト６７の長手方向の溝８９を含む。
【００５０】
螺旋状のばね６６の一端はばね室８８の端部に係合し、螺旋状のばね６６の他端は、軸方向に変位可能なシャフト６７の後端にある拡幅部分またはフランジに係合する。
【００５１】
細長い弁筐体５２は、例えば低引火点液体燃料の供給導管６２を経由して、低引火点加圧液体燃料の供給源６０に接続される燃料入口ポート５３を備える。燃料入口ポート５３は導管７６を経由して弁筐体５２のポンプ室８２に接続される。導管７６に、すなわち弁筐体５２に、または燃料入口ポート５３の上流に、すなわち弁筐体５２の外側に逆止弁７４（吸込弁）が設けられる。逆止弁７４により、液体の低引火点燃料が導管７６を通って確実にポンプ室８２に流れるが反対方向には流れないようにすることができる。
【００５２】
ポンプピストン８０が、細長い燃料弁筐体５２の第１の内腔８１に摺動可能にかつシールするように受容され、第１の内腔８１のポンプ室８２がポンプピストン８０の片側にある。作動ピストン８３が、弁筐体５２の第２の内腔８４に摺動可能にかつシールするように受容され、第２の内腔８４の作動室８５が作動ピストン８３の片側にある。ポンプピストン８０は、作動ピストン８３と一緒に移動するために作動ピストン８３に連結され、すなわち、ポンプピストン８０および作動ピストン８３はそれぞれの内腔８１、８４内を一緒に摺動することができる。本実施形態では、ポンプピストン８０および作動ピストン８３は一体の部材によって形成されるが、ポンプピストン８０および作動ピストン８３を互いに連結された別々の部材にできることが留意される。作動室８５は作動液ポート９２に流体接続される。電子制御弁９６は、作動液ポート９２との間の、したがって作動室８５との間の加圧作動液の流れを制御する。
【００５３】
噴射事象が開始するときに、電子制御ユニットは、作動液を作動室８５に流すことを可能にするように電子制御弁９６に命令する。作動室８５の加圧作動液は作動ピストン８３に作用し、そうなると、ポンプピストン８１をポンプ室８２に押しやる力が生み出される。そうなると、ポンプ室８２の低引火点液体燃料の圧力が上昇する。本実施形態では、作動ピストンの直径はポンプピストンの直径より大きく、したがって、ポンプ室８２の圧力は、それに応じて作動室８５の圧力より高く、作動ピストン８３とポンプピストン８０との組み合わせは増圧器として働く。
【００５４】
１つまたは複数のチャネル（導管）５７が、ポンプ室８２を軸方向の内腔７７に、したがって弁座６９に流体接続する。弁座６９はノズル５４のチャンバ５５の方を向き、閉鎖部材６５はチャンバ５５に少なくとも部分的に配設される。閉鎖部材６５は、持ち上げられるべく、閉じられた先端部５９に向かって、すなわち、チャンバ５５に、弁筐体５２から離れる方に、移動するように構成される。その開位置では、弁部材は弁座６９から持ち上げられた状態にあり、そうなると、ポンプ室８２からノズル５４のチャンバ５５への流れが可能になる。弁部材は、ポンプ室の低引火点液体燃料の圧力が螺旋状のばね６６の力を超えるときに持ち上げられる。したがって、弁部材は、ポンプ室８２の燃料の圧力が所定の閾値を超えるときにばね６６の付勢に対抗して開くように構成される。燃料の圧力は、ポンプピストン８０がポンプ室８２の低引火点液体燃料に作用することによって生じる。
【００５５】
閉鎖部材６５は、閉鎖部材６５が弁座６９に向かって移動するときに、閉じられた先端部５９から離れる方に、すなわち、弁筐体５２に向かって移動するように構成される。これは、ポンプピストン８０がもはやポンプ室８２の燃料に作用せず、弁部材に対する螺旋状のばね６６の閉じる力が弁部材に対する低引火点液体燃料の開く力よりも大きくなるときに、低引火点液体燃料の圧力が低下するときに起こる。
【００５６】
電子制御ユニットは、噴射事象を終了するときに、作動室８５をタンクに接続するように制御弁９６に命令する。ポンプ室８２は、加圧低引火点液体燃料の供給源６０に接続され、逆止弁７４を経由して流入する低引火点液体燃料の供給圧力は、ポンプ室８２が低引火点液体燃料で完全に満たされた図６に示す位置に到達するまで作動ピストン８３を作動室８５に押しやり、そうすることで、燃料弁５０は次の噴射事象に対して準備ができた状態になる。
【００５７】
長手方向の内腔７７は弁座６９まで延在し、軸方向に変位可能なシャフト６７と長手方向の内腔７７との間のクリアランスは、ポンプ室８２と弁座６９との間の導管の一部分を成す。軸方向に変位可能なシャフト６７の長手方向の溝７８を、元の内腔７７と軸方向に変位可能なシャフト６７との間のクリアランスを増大させるために用いることができ、そうすることにより、チャネル５７から弁座６９に低引火点液体燃料を輸送するための断面積が大きくなる。軸方向に移動可能なシャフトは、低引火点液体燃料の流動状況を改善するためにチャネル５７の端部に出合う位置に小径部分６４を備えることもできる。
【００５８】
長手方向の内腔７７はばね室８８にも延在し、ばね室８８に流体連絡するために軸方向に変位可能なシャフト６７に長手方向の溝８９を設けることができる。
【００５９】
長手方向の内腔７７からチャンバ５５に低引火点燃料が確実に簡単かつ適切に流れるように、軸方向に変位可能なシャフト６７のうちの閉鎖部材６５に連結される端部に小径部分６８を設けることができる。低引火点液体燃料はノズル孔５６を経由してチャンバ５５を出る。
【００６０】
ガス状燃料の噴射事象が、アクティベーション時間の長さおよびポンプピストン８０の行程の長さに応じて電子制御ユニットＥＣＵによって制御される（レートシェーピング）。１回の噴射事象で噴射される低引火点液体燃料の量は、ポンプピストン８０の行程の長さによって決まる。したがって、電子制御ユニットからの信号により、アクティベーション油の圧力はアクティベーション室８５内で上昇する。
【００６１】
噴射事象の最後には、ＥＣＵは作動室８５から圧力を取り除き、ポンプ室８２の低引火点加圧液体燃料の力により、第２の内腔８５の端部にぶつかりポンプ室８２が低引火点液体燃料で完全に満たされるまで、作動ピストン８３が第２の内腔８５に押し戻され、燃料弁５０は次の噴射事象に対して準備ができた状態になる。
【００６２】
好ましくは、軸方向に移動可能な弁軸６７の直径は、低引火点燃料、好ましくは潤滑特性が不良の低引火点燃料が軸方向に移動可能な弁軸６７と長手方向の内腔７７との間のクリアランスを満たす状態で、軸方向に移動可能な弁軸６７が長手方向の内腔の内側を確実に移動できるようにする分だけ長手方向の内腔７７の直径より小さい。
【００６３】
一実施形態では、ポンプピストン８０と内腔８１との間のクリアランスは、燃料の侵入を防止するためにシーリング油を有することができる。本実施形態は燃料が低引火点燃料の場合に特に適切である。
【００６４】
一実施形態では、燃料弁は、加圧シーリング液の供給源に接続されるシーリング油入口ポートを備え、第１の内腔８１のポンプピストン８０をシールするための、シーリング液入口ポートからその第１の内腔８１まで延在する導管を備える。
【００６５】
本明細書では低引火点の燃料を噴射するのに特に適切な燃料弁を開示してきたが、本明細書に開示した燃料弁は例えば重油燃料などの引火点が低くない他の液体燃料にも等しく適していることを理解されたい。
【００６６】
電子制御ユニットは特許請求の範囲に列挙したいくつかの手段の機能を満たすことができる。
【００６７】
特許請求の範囲で用いられる参照符号は範囲を限定するものと解釈してはならない。
【００６８】
例示ために本発明を詳細に説明してきたが、このような詳細は単なる例示のためのものであり、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって変形できることが理解される。
【図１】
2018059510.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年1月11日(2018.1.11)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低速動作するターボ過給式大型２行程自己着火内燃エンジンであって、上部カバー（４８）で覆われた複数のシリンダ（１）を備え、前記上部カバーには２つまたは３つの燃料弁（５０）が搭載され、前記燃料弁（５０）は、低引火点液体燃料を燃焼室に噴射するのに適しており、そのノズル（５４）から低引火点液体燃料を、前記シリンダのピストンの上方で、燃焼室に噴射するようにされ、前記燃料弁（５０）は、
後端および前端を有する細長い燃料弁筐体（５２）と、
閉じられた先端部（５９）と、チャンバ（５５）を形成する中空内部と、前記チャンバ（５５）に接続される複数のノズル孔（５６）とを有し、前記燃料弁筐体（５２）の前記前端に配置される、ノズル（５４）と、
加圧液体燃料の供給源（６０）に接続される、前記細長い燃料弁筐体（５２）の燃料入口ポート（５３）と、
前記細長い燃料弁筐体（５２）の作動液ポート（９２）と、
前記細長い燃料弁筐体（５２）の第１の内腔（８１）に受容されるポンプピストン（８０）であって、前記ポンプピストン（８０）の片側に前記第１の内腔（８１）のポンプ室（８２）がある、前記ポンプピストン（８０）と、
前記弁筐体（５２）の第２の内腔（８４）に受容される作動ピストン（８３）であって、前記作動ピストン（８３）の片側に前記第２の内腔（８４）の作動室（８５）がある、前記作動ピストン（８３）と
を備え、
前記ポンプピストン（８０）は前記作動ピストン（８３）と一緒に移動するために前記作動ピストン（８３）に連結され、
前記作動室（８５）は前記作動液ポート（９２）に接続され、
前記燃料弁（５０）はさらに、
前記細長い弁筐体（５２）の長手方向の内腔（７７）に受容される軸方向に変位可能なシャフト（６７）を有する弁部材であって、閉位置および開位置を有する、前記弁部材
を備え、
前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）は、前記閉位置で弁座（６９）に着座する閉鎖部材（６５）を備え、前記閉鎖部材（６５）は前記開位置では前記弁座（６９）から持ち上げられた状態にあり、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）はばね（６６）によって前記閉位置に向かって弾性的に付勢され、
前記ポンプ室（８２）と前記弁座（６９）との間に導管（５７）が設けられ、
前記弁座は前記ノズル（５４）の前記チャンバ（５５）の方を向き、
前記閉鎖部材（６５）は、前記ノズル（５４）の前記チャンバ（５５）に少なくとも部分的に配設される、
エンジン。
【請求項２】
前記閉鎖部材（６５）は、前記弁座（６９）から持ち上げられるべく前記閉じられた先端部（５９）に向かって移動するように構成され、前記閉鎖部材（６５）は、前記閉鎖部材（６５）が前記弁座（６９）に向かって移動するときは、前記閉じられた先端部（５９）から離れる方に移動するように構成される、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記長手方向の内腔（７７）は前記弁座（６９）まで延在し、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）と前記長手方向の内腔（７７）との間のクリアランスは、前記ポンプ室（８２）と前記弁座（６９）との間の前記導管の一部分を成す、請求項１または２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）と前記長手方向の内腔（７７）との間の前記クリアランスは、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）の長手方向の溝（７８）を有する、請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
前記ポンプ室（８２）と前記弁座（６９）との間の前記導管（５７）は、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）の１つまたは複数の小径部分（６４、６８）を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項６】
前記ポンプ室（８２）と前記弁座（６９）との間の前記導管（５７）は、前記ポンプ室（８２）から前記長手方向の内腔（７７）に延在する、前記細長い弁筐体（５２）の１つまたは複数のチャネルまたは内腔（５７）を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項７】
前記弁部材は、前記ポンプ室（８２）の燃料の圧力が所定の閾値を超えるときに前記付勢に対抗して開くように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項８】
前記ポンプ室（８２）は、前記少なくとも１つのチャネルまたは内腔（５７）に接続される出口を備え、
前記ポンプ室（８２）の前記入口は、前記ポンプ室（８２）から前記燃料入口ポート（５３）への流れを防止する、前記細長い燃料弁筐体（５２）の逆止弁（７４）を経由して、前記燃料入口ポート（５３）に接続される、請求項１から７のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項９】
前記軸方向に移動可能な弁軸（６７）の直径は、低引火点燃料が前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）と前記長手方向の内腔（７７）との間の前記クリアランスを満たす状態で、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）が前記長手方向の内腔の内側を確実に移動できるようにする分だけ前記長手方向の内腔（７７）の直径より小さい、請求項１から８のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記ばね（６６）は、前記細長い燃料弁筐体（５２）のばね室（８８）に受容された螺旋状の線ばねであり、前記ばね室（８８）は、前記長手方向の内腔（７７）にのみ開口し、前記ばね室は、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）と前記長手方向の内腔（７７）との間のクリアランスを経由して前記少なくとも１つの内腔またはチャネル（５７）に流体接続する、請求項１から９のいずれか一項に記載のエンジン（５０）。
【請求項１１】
前記クリアランスは、前記軸方向に変位可能なシャフト（６７）の長手方向の溝（８９）を有する、請求項１０に記載のエンジン（５０）。
【請求項１２】
前記燃料噴射弁（５０）を、特に前記燃料弁（５０）のうち前記前端に最も近い部分を冷却するための、冷却液入口ポートおよび冷却液出口ポートならびに冷却液流路をさらに備える、請求項１から１１のいずれかに記載のエンジン（５０）。
【請求項１３】
前記燃料弁（５０）をパージするための、前記ポンプ室（８２）から前記燃料入口ポート（５３）への流れを選択的に可能にする手段をさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のエンジン。
【請求項１４】
前記燃料入口ポート（５３）に通じる前記導管（６２）は２重壁の配管を備え、前記低引火点燃料は内側の管腔内を輸送され、外側の管腔が通気され揮発性炭化水素の検出のためのセンサ（６３）に接続される、請求項１から１３のいずれか一項に記載のエンジン。