(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型２行程ターボ過給式圧縮点火内燃クロスヘッド・エンジンであって、
複数のシリンダ（１）と、
燃料圧力を増圧するための各シリンダ（１）のための少なくとも１つの圧力ブースタ（４０）と、
実質的に安定した圧力および温度で、液体または超臨界形態の低引火点燃料を該低引火点燃料の圧力を高めるために前記少なくとも1つの圧力ブースタ（４０）の入口に供給するための低引火点燃料供給システム（３０）と、
前記少なくとも１つの圧力ブースタ（４０）の出口にその入口が接続される、各シリンダ（１）のための２つ以上の電子的に制御される燃料弁（５０）と、
前記圧力ブースタ（４０）内の第１の孔（８１）と、前記圧力ブースタ（４０）内の前記第１の孔（８１）に摺動可能に受け入れられるポンプ・ピストン（８０）との間の隙間に封液を供給するための導管（９３、９４）と、
前記燃料弁内の孔と、前記燃料弁内の前記孔に摺動可能に受け入れられる弁ニードルとの間の隙間に封液を供給するための導管と、
前記少なくとも１つの圧力ブースタ（４０）と前記２つ以上の電子的に制御される燃料弁（５０）とに動作可能に接続される電子制御ユニット（２５）とを備え、
各電子的に制御される燃料弁（５０）は、
前記電子制御ユニット（２５）の制御信号によってその位置が制御され、前記入口から前記燃料弁（５０）のノズル（５４）のノズル孔への燃料の流れを制御する弁ニードル（６１）を有し、
前記電子制御ユニット（２５）は、
燃料噴射イベントのための開始時間を決定し、
前記燃料噴射イベントの期間を決定し、
前記決定された開始時間の前に前記少なくとも１つの圧力ブースタ（４０）を加圧し、
前記制御信号で前記弁ニードル（６１）の位置を制御することにより前記２つ以上の電子的に制御される燃料弁（５０）を前記決定された開始時間に開け、
前記制御信号を用いて前記弁ニードル（６１）の位置を制御することにより、前記期間の終わりに前記電子的に制御される燃料弁（５０）を閉じる、
ように構成される、エンジン。
【請求項２】
前記電子制御ユニット（２５）は、各エンジン・サイクルのための前記複数のシリンダの各シリンダ（１）のために前記開始時間を決定するように構成される、請求項１記載のエンジン。
【請求項３】
前記電子制御ユニット（２５）は、前記電子制御ユニット（２５）によって決定される長さを持つリード・タイムだけ、前記決定された開始時間の前に、前記少なくとも１つの圧力ブースタ（４０）を作動するように構成される、請求項１又は２記載のエンジン。
【請求項４】
前記電子制御ユニット（２５）は、固定された長さのリード・タイム、前記電子制御ユニット（２５）に記憶される探索表から得られるリード・タイムの長さ、又は、前記電子制御ユニット（２５）に記憶されるアルゴリズムを用いて前記電子制御ユニット（２５）によって決定されるリード・タイムの長さを用いるように構成される、請求項３記載のエンジン。
【請求項５】
前記電子的に制御される燃料弁（５０）の開閉は前記電子的に制御される燃料弁（５０）に供給される燃料の圧力から独立している、請求項１〜４の何れかに記載のエンジン。
【請求項６】
前記電子制御ユニット（２５）は、前記期間の終わりにおいて前記少なくとも１つの圧力ブースタ（４０）を作動停止するように構成される、請求項１〜５の何れかに記載のエンジン。
【請求項７】
各燃料弁（５０）は細長い弁筐体（５２）を備え、前記圧力ブースタ（４０）は前記細長い弁筐体（５２）の内部に配置される、請求項１〜６の何れかに記載のエンジン。
【請求項８】
前記圧力ブースタ（４０）は、前記弁筐体における第１の孔（８１）に受け入れられるポンプ・ピストン（８０）であって、前記ポンプ・ピストン（８０）の一方の側に前記第１の孔（８１）内のポンプ室（８２）があるポンプ・ピストン（８０）と、前記弁筐体（５２）における第２の孔（８４）に受け入れられる作動ピストン（８３）であって、前記作動ピストン（８３）の一方の側に前記第２の孔（８４）内の作動室（８５）がある作動ピストン（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）と連動して移動するように前記作動ピストン（８３）に接続され、前記作動室（８５）は作動流体ポート（７８）に接続され、前記ポンプ室（８２）は、前記燃料弁（５０）のノズル（５４）のノズル孔への流体接続部に接続される出口を有する、請求項７記載のエンジン。
【請求項９】
前記圧力ブースタ（４０）及び前記燃料弁（５０）は、燃料油より圧縮可能である低引火点燃料で、動作するように適合される、請求項１〜８の何れかに記載のエンジン。
【請求項１０】
低引火点液体燃料を、大型低速運転２行程ターボ過給式自己点火内燃エンジンの燃焼室へと噴射するための燃料弁（５０）であって、
後端及び前端を有する細長い弁筐体（５２）と、
複数のノズル孔（５６）を有し、前記細長い弁筐体（５２）の前記前端に配置されるノズル（５４）と、
加圧された低引火点燃料の供給源（３０）に接続するための、前記細長い弁筐体（５２）における燃料入口ポート（７６）と、
作動流体の供給源に接続するための、前記細長い弁筐体（５２）における作動流体ポート（７８）と、
高圧の油圧流体の供給源に接続するための、前記燃料弁（５０）における制御ポート（８６）と、
前記燃料弁（５０）における長手方向孔内に摺動可能に受け入れられ、閉位置及び開位置を有し、前記閉位置に向かって弾性的に付勢される、軸方向に変位可能な弁ニードル（６１）とを備え、
前記弁ニードル（６１）は、前記弁ニードル（６１）がその開位置にあるとき、燃料空洞（５８）から前記複数のノズル孔（５６）への燃料の流れを可能にし、前記弁ニードル（６１）がその閉位置にあるとき、前記燃料空洞（５８）から前記複数のノズル孔（５６）への燃料の流れを防止し、
前記弁ニードル（６１）は、ニードル作動ピストン（６２）に動作可能に接続され、前記ニードル作動ピストン（６２）の圧力面が前記燃料弁（５０）におけるニードル作動室（８８）を向き、前記ニードル作動室（８８）が前記燃料弁（５０）における前記制御ポート（８６）に流体接続され、前記ニードル作動ピストン（６２）の前記圧力面は、前記ニードル作動室（８８）が加圧されると、前記弾性的に付勢された前記弁ニードル（６１）を前記開放位置に移動させるように構成され、
前記弁筐体における第１の孔（８１）に受け入れられるポンプ・ピストン（８０）であって、前記ポンプ・ピストン（８０）の一方の側に前記第１の孔（８１）内のポンプ室（８２）があるポンプ・ピストン（８０）と、
前記細長い弁筐体（５２）において第２の孔（８４）に受け入れられる作動ピストン（８３）であって、作動室（８５）が前記作動ピストン（８３）の一方の側において前記第２の孔（８４）にあり、前記ポンプ・ピストン（８０）は前記作動ピストン（８３）と連動して移動するように前記作動ピストン（８３）に接続される、作動ピストン（８３）と、
加圧された封液の供給源に接続するための前記細長い弁筐体（５２）の封液入口ポート（７０）と、
前記第１の孔内に前記ポンプ・ピストン（８０）を封止するために、前記封液入口ポート（７０）を前記第１の孔（８１）に接続する導管（９４）と、
前記長手方向孔内で前記弁ニードル（６１）を封止するために、前記封液入口ポート（７０）を前記長手方向孔に接続する導管（９３、９７）と、
を備え、
前記作動室（８５）は、前記作動流体ポート（７８）に接続され、
前記ポンプ室（８２）は、前記燃料空洞（５８）に流体接続される出口（６６）、及び、前記燃料入口ポート（７６）に流体接続される入口（７１）を有する、燃料弁（５０）。
【請求項１１】
前記ポンプ・ピストン（８０）の有効圧力面積が前記作動ピストン（８３）の有効圧力面積より小さい、請求項１０に記載の燃料弁（５０）。
【請求項１２】
前記ノズル（５４）は、前記細長い弁筐体（５２）の前部に固定されるノズル本体（５５）の一部である、請求項１０又は１１に記載の燃料弁（５０）。
【請求項１３】
前記入口（７１）は前記ポンプ・ピストン（８０）に位置付けられる、請求項１０〜１２の何れかに記載の燃料弁（５０）。
【請求項１４】
第１の一方向弁（８９）が前記入口（７１）に設けられ、前記第１の一方向弁（８９）は、前記入口（７１）を通る前記ポンプ室（８２）への低引火点燃料の流れを可能にし、前記ポンプ室（８２）から前記入口（７１）への流れを防止するように構成される、請求項１０〜１３の何れかに記載の燃料弁（５０）。
【請求項１５】
前記ポンプ室（８２）の前記出口（６６）は、１つ又は複数の燃料通路（７９）によって前記燃料空洞（５８）に接続される、請求項１０〜１４の何れかに記載の燃料弁（５０）。
【請求項１６】
第２の一方向弁（９０）が前記１つ又は複数の燃料通路（７９）に設けられ、前記第２の一方向弁（９０）は、前記ポンプ室（８２）から前記燃料空洞（５８）への低引火点燃料の流れを可能にし、前記燃料空洞（５８）から前記ポンプ室（８２）への流れを防止するように構成される、請求項１５記載の燃料弁（５０）。
【請求項１７】
低引火点液体燃料を、大型低速運転２行程ターボ過給式自己点火内燃エンジンの燃焼室へと噴射するための燃料弁（５０）であって、
後端及び前端を有する細長い弁筐体（５２）と、
複数のノズル孔を有し、前記細長い弁筐体（５２）の前記前端に配置されるノズル（５４）と、
加圧された低引火点燃料の供給源に接続するための、前記細長い弁筐体（５２）における燃料入口ポート（７６）と、
作動流体の供給源に接続するための、前記細長い弁筐体（５２）における作動流体ポート（７８）と、
前記燃料弁（５０）における長手方向孔内に摺動可能に受け入れられ、閉位置及び開位置を有し、前記閉位置に向かって弾性的に付勢される、軸方向に変位可能な弁ニードル（６１）とを備え、
前記弁ニードル（６１）は、前記弁ニードル（６１）がその開位置にあるとき、燃料空洞（５８）から前記複数のノズル孔（５６）への燃料の流れを可能にし、前記弁ニードル（６１）がその閉位置にあるとき、前記燃料空洞（５８）から前記複数のノズル孔への燃料の流れを防止し、
前記弁筐体における第１の孔（８１）に受け入れられるポンプ・ピストン（８０）であって、前記ポンプ・ピストン（８０）の一方の側に前記第１の孔（８１）内のポンプ室（８２）があるポンプ・ピストン（８０）と、
前記弁筐体（５２）において第２の孔（８４）に受け入れられる作動ピストン（８３）であって、作動室（８５）が前記作動ピストン（８３）の一方の側において前記第２の孔（８４）にあり、前記ポンプ・ピストン（８０）は前記作動ピストン（８３）と連動して移動するように前記作動ピストン（８３）に接続される、作動ピストン（８３）とを備え、
前記作動室（８５）は、前記作動流体ポート（７８）に接続され、
前記ポンプ室（８２）は、前記燃料空洞（５８）に流体接続される出口（６６）、及び、前記燃料入口ポート（７６）に流体接続される入口（７１）を有し、
加圧された封液の供給源に接続するための封液入口ポート（７０）と、
前記第１の孔（８１）において前記ポンプ・ピストン（８０）を封止するために、前記封液入口ポート（７０）を前記ポンプ室（８２）と前記作動ピストン（８３）との間の第３の位置で前記第１の孔（８１）に接続する導管（９４）と、
前記長手方向孔内に前記弁ニードル（６１）を封止するために、前記長手方向孔の長さに沿う第１の位置において、前記封液入口ポート（７０）を前記長手方向孔に接続する導管（９３、９７）と、
前記長手方向孔の長さに沿う第２の位置において、燃料入口ポート（７６）を前記長手方向孔に接続する導管（９８）であって、前記第２の位置は前記第１の位置より前記燃料空洞（５８）に近い、導管（９８）と、
を備え、
前記燃料入口ポート（７６）は、前記ポンプ室（８２）と前記第３の位置との間に位置する第４の位置で前記第１の孔（８１）に接続される、燃料弁（５０）。
【請求項１８】
前記弁ニードル（６１）は、前記閉位置において弁座部（６３）に位置し、前記開位置において前記弁座部（６３）から上昇している、請求項１７記載の燃料弁（５０）。
【請求項１９】
前記ノズル（５４）は、前記細長い弁筐体（５２）の前部に固定されるノズル本体（５５）を有する、請求項１７又は１８記載の燃料弁（５０）。
【請求項２０】
前記弁座部は前記ノズル（５４）の先端（５６）に位置付けられる、請求項１７〜１９の何れかに記載の燃料弁（５０）。
【請求項２１】
前記長手方向孔は前記ノズル本体（５５）に少なくとも一部形成される、請求項１７〜２０の何れかに記載の燃料弁（５０）。
【請求項２２】
前記弁ニードルの上昇は前記燃料圧力によって制御される、請求項１７〜２１の何れかに記載の燃料弁（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、低引火点燃料を燃焼室へと噴射するための燃料噴射システムを有する大型低速２行程圧縮点火内燃クロスヘッド・エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
大型２行程一方向流ターボ過給式圧縮点火内燃クロスヘッド・エンジンは、典型的には、大型船舶の推進システムにおいて、又は、発電所における原動機として、使用されている。かなりの大きさ、重量、及び動力出力が、このエンジンを一般的な燃焼エンジンとまったく異なるものにしており、大きな２行程ターボ過給式圧縮点火内燃エンジンを比類ないものにしている。
【０００３】
クロスヘッド式の大型２行程ターボ過給式圧縮点火内燃エンジンは、典型的には、大型船舶の推進システムにおいて、又は、発電所における原動機として、使用されている。
【０００４】
大型２行程圧縮点火内燃エンジンは、例えば、燃料油又は重油などの液体燃料で従来動作するが、環境面への益々の取り組みは、ガス、メタノール、石炭スラリ、石油コークスなどの代替の種類の燃料を用いることに向けた開発につながってきている。要求が高まっている燃料の一群は低引火点燃料である。
【０００５】
メタノール、エタノール、ＬＰＧ、ＤＭＥ又は生物燃料、ナフサ、ガソリン、粗製ガソリン、原油などの多くの低引火点燃料は、例えば重油を燃料として使用する場合と比較して、大型低速一方向流ターボ過給式２行程内燃エンジンのための燃料として使用されるときに排気ガスにおける硫黄成分、ＮＯｘ、及びＣＯ２の大幅に低いレベルをもたらす比較的排出物の少ない燃料である。
【０００６】
しかしながら、大型低速一方向流ターボ過給式２行程内燃エンジンで低引火点燃料を使用することに伴う問題がある。それらの問題のうちの１つは低い引火点であり、これは、低引火点燃料が、例えば潤滑油システムなど、エンジンの他のシステムのうちの１つに漏れ、別の流体と混ざる場合、重大な問題を引き起こす。低引火点燃料は本質的に容易に点火し、その蒸気は爆発性混合物を容易に形成し得る。従って、低引火点がエンジンの他のシステムへの通り道を見出してしまう場合、安全上の理由のため、エンジンの運転を停止する必要があり、このようなシステム内の液体のすべてを洗浄又は入れ替えする必要があり、エンジンの運転者にはコストの掛かる厄介な事態となる。
【０００７】
燃料噴射のタイミングは、ディーゼル・エンジン（圧縮点火エンジン）における燃焼圧力に大きく影響し、従って、圧縮点火エンジンにおける燃料噴射のタイミングは、非常に正確に制御される必要がある。
【０００８】
ガスを貯蔵し、典型的には数百バール（ガスの種類及びエンジンの要件に依存する）の要求される噴射圧力でガスを分配する、燃料弁の近くにアキュムレータを有するコモン・レール式のシステムを、大型２行程圧縮点火内燃エンジンに提供することが、技術的に知られている。コモン・レール式のシステムは、各シリンダのシリンダ・カバーにおいて２つ又は３つの燃料噴射弁に接続されている。燃料噴射弁は電子的に制御され、燃料噴射は、燃料噴射弁が開かれる時間を電子的に制御することで（信号は電子制御ユニットで生じるが、燃料弁への実際の信号は、典型的には油圧信号であり、つまり、電子信号は、電子制御ユニットと燃料弁との間で油圧信号に変換される）、タイミング（エンジン・サイクルに対する）が選ばれる。
【０００９】
一回の噴射イベントにおいてシリンダに入るのを許される燃料の量は、燃料弁が開いてから燃料弁が閉じるまでの時間間隔の長さによって電子的に制御される。タイミングの悪い噴射及び／又は無制限の噴射に対する安全を確保するために、いわゆるウィンドウ弁がアキュムレータと燃料弁との間に設けられる。従って、例えば燃料弁がその開位置で固まってしまったときに噴射され得る最大量の燃料が、ウィンドウ弁と燃料弁との間でシステムに存在する燃料ガスの量であり、これは比較的小さく、従って安全な量である。
【００１０】
大型２行程圧縮点火内燃エンジンのための知られているコモン・レール式の気体燃料供給システムは、ＬＰＧ、又は、比較的高い圧縮率を持つ任意の他の同様の低引火点燃料で運転するときに欠点がある。ＬＰＧについての噴射圧力は６００バールもの高さである必要があり、これは、すべての弁、アキュムレータ、管などを含むコモン・レール・システムが、この高圧に対して配置される必要があることを意味する。更に、ウィンドウ弁を有する安全構想はＬＰＧのような濃密ガスにはうまく適しておらず、それは、第１に、ウィンドウ弁と燃料弁との間のガス通路が非常に小さい体積を有する必要があり、第２に、漏れの検出を確保するために必要なガス通路圧力の監視が、ウィンドウ弁を閉じることによって励起される高周波振動のため、非常に困難とされるためである。
【００１１】
例えばＬＰＧなどの液体ガスを噴射するためにブースタ・ポンプと燃料圧力制御燃料弁とを使用することも、技術的に知られている。この構想は、ＬＰＧの圧縮率がかなり大きく、圧力、温度、及びガス組成に依存することに関連する問題がある。従って、圧力ブースタの作動と実際のガス噴射との間の遅れがそれらのパラメータに依存し、これは、エンジン制御、つまり、噴射量と、特には噴射タイミングとを、非常に難しくすることになる。これは、噴射タイミングが圧縮点火エンジンでは決定的な意味を持つため、重大な問題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、安全で安価であり、シリンダへの燃料の進入のタイミングの正確な制御を提供する、ＬＰＧ及び同様の低引火点燃料のための燃料供給システムを提供することが求められている。
【００１３】
前述した問題を克服する、又は、少なくとも低減する大型２行程ターボ過給式圧縮点火内燃クロスヘッド・エンジンを提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前述の目的及び他の目的は、独立請求項の特徴によって達成される。更なる実施形態は、従属請求項、記載、及び図から明らかである。
【００１５】
第１の態様によれば、
複数のシリンダと、
燃料圧力を増圧するための各シリンダのための少なくとも１つの圧力ブースタと、
前記少なくとも１つの圧力ブースタの出口にその入口が接続される、各シリンダのための２つ以上の電子的に制御される燃料弁と、
前記少なくとも１つの圧力ブースタと前記２つ以上の電子的に制御される燃料弁とに動作可能に接続される電子制御ユニットであって、
−  燃料噴射イベントのための開始時間を決定し、
−  決定された開始時間の前に前記少なくとも１つの圧力ブースタを作動し、
−  ２つ以上の電子的に制御される燃料弁を決定された開始時間に開ける
ように構成される電子制御ユニットと
を備える、大型２行程ターボ過給式圧縮点火内燃クロスヘッド・エンジンが提供される。
【００１６】
燃料噴射イベントの最も早い可能な開始の十分に前もってのエンジン・サイクルにおける時間の瞬間から、燃料弁の開閉が電子的に制御されると共に供給燃料の圧力に依存しない燃料弁と組み合わされる燃料噴射イベントの最も遅い可能な終わりまで、燃料弁に伝えられる圧力を増圧する圧力ブースタを有する燃料供給システムを提供することで、燃料供給システムには以下の利点が提供され得る。
【００１７】
−  大きなガスアキュムレータが必要とされない。
−  過去に多くの問題を引き起こしてきたウィンドウ弁が必要とされない。
−  噴射のタイミング及び期間が正確に制御され得る。
−  大きなガスアキュムレータを必要としない。
−  漏れＧＩ噴射弁についてのオンラインでの確認が、ブースタ圧力を監視することで容易に得られる。
−  ブースタ圧力が、燃料側においてはるかにより単純でより簡単な圧力である油圧側において測定され得る。
−  コモン・レールから派生した噴射弁を有するにも拘らず、なおも噴射圧力制御及び成形が可能である。
−  燃料弁の漏れの場合、ガスはガス供給側へと引き込まれ得る。
【００１８】
第１の態様の第１の可能な実施によれば、電子制御ユニットは、各エンジン・サイクルのための前記複数のシリンダの各シリンダのために前記開始時間を決定するように構成される。
【００１９】
第１の態様の第２の可能な実施によれば、電子制御ユニットは、前記電子制御ユニットによって決定されるタイム・スパンで、前記決定された開始時間の前に、少なくとも１つの圧力ブースタを作動するように構成される。
【００２０】
第１の態様の第３の可能な実施によれば、電子制御ユニットは、固定されたタイム・スパン、前記電子制御ユニットに記憶される探索表から得られるタイム・スパン、又は、前記電子制御ユニットに記憶されるアルゴリズムを用いて前記電子制御ユニットによって決定されるタイム・スパンを用いるように構成される。
【００２１】
第１の態様の第４の可能な実施によれば、前記電子的に制御される燃料弁の開閉は前記電子制御ユニットからの制御信号によって制御される。
【００２２】
第１の態様の第５の可能な実施によれば、前記電子的に制御される燃料弁の開閉は電子的に制御される燃料弁に供給される燃料の圧力から独立している。
【００２３】
第１の態様の第６の可能な実施によれば、電子制御ユニットは燃料噴射イベントの期間を決定するように構成され、電子制御ユニットは、前記期間の終わりにおいて前記少なくとも２つの電子的に制御される燃料弁を閉じるように構成され、前記期間の終わりにおいて前記少なくとも１つの圧力ブースタを作動停止するように構成される。
【００２４】
第１の態様の第７の可能な実施によれば、各燃料弁は細長い弁筐体を備え、前記圧力ブースタは前記細長い弁筐体の内部に配置される。
【００２５】
第１の態様の第８の可能な実施によれば、圧力ブースタは、前記弁筐体における第１の孔に受け入れられるポンプ・ピストン（８０）であって、ポンプ・ピストンの一方の側に前記第１の孔内のポンプ室があるポンプ・ピストン（８０）と、前記弁筐体における第２の孔に受け入れられる作動ピストンであって、作動ピストンの一方の側に前記第２の孔（８４）内の作動室がある作動ピストンとを備え、前記ポンプ・ピストンは、前記作動ピストンと連動して移動するように前記作動ピストンに接続され、前記作動室は作動流体ポートに接続され、前記ポンプ室は、前記燃料弁のノズルのノズル孔への流体接続部に接続される出口を有する。
【００２６】
第１の態様の第９の可能な実施によれば、燃料弁は、前記燃料弁のノズルのノズル孔への燃料の流れを制御する弁ニードルを備え、前記弁ニードルの位置は、好ましくは、制御信号によって制御され、燃料圧力によって制御されない。
【００２７】
第１の態様の第１０の可能な実施によれば、圧力ブースタ及び前記燃料弁は、低引火点燃料で、好ましくは、燃料油より圧縮可能である低引火点燃料で、動作するように適合される。
【００２８】
第１の態様の第１１の可能な実施によれば、エンジンは、圧力ブースタの孔と、圧力ブースタの前記孔に摺動可能に受け入れられるポンプ・ピストンとの間の隙間に封液を供給するための導管を更に備える。
【００２９】
第１の態様の第１２の可能な実施によれば、エンジンは、燃料弁の孔と、燃料弁の前記孔に摺動可能に受け入れられる弁ニードルとの間の隙間に封液を供給するための導管を更に備える。
【００３０】
第２の態様によれば、低引火点液体燃料を、大型低速運転２行程ターボ過給式自己点火内燃エンジンの燃焼室へと噴射するための燃料弁であって、
後端及び前端を有する細長い燃料弁筐体と、
複数のノズル孔を有し、前記細長い弁筐体の前端に配置されるノズルと、
加圧された液体低引火点燃料の供給源に接続するための、前記細長い燃料弁筐体における燃料入口ポートと、
作動流体の供給源に接続するための、前記細長い弁筐体における作動流体ポートと、
前記燃料弁における長手方向孔内に摺動可能に受け入れられ、閉位置及び開位置を有し、前記閉位置に向かって付勢される、軸方向に変位可能な弁ニードルとを備え、
弁ニードルは、弁ニードルがその開位置にあるとき、燃料空洞から前記複数のノズル孔への燃料の流れを可能にし、弁ニードルがその閉位置にあるとき、前記燃料空洞から前記複数のノズル孔への燃料の流れを防止し、
弁ニードルは、ニードル作動ピストンに動作可能に接続され、前記作動ピストンの圧力面が前記燃料弁におけるニードル作動室を向き、前記ニードル作動室が前記燃料弁におけるニードル作動流体ポートに流体接続され、
前記弁筐体における第１の孔に受け入れられるポンプ・ピストンであって、ポンプ・ピストンの一方の側に前記第１の孔内のポンプ室があるポンプ・ピストンと、
前記弁筐体において第２の孔に受け入れられる作動ピストンであって、作動室が前記作動ピストンの一方の側において第２の孔（８４）にあり、前記ポンプ・ピストンは前記作動ピストンと連動して移動するように前記作動ピストンに接続される、作動ピストンとを備え、
前記作動室は、作動流体ポートに接続され、
前記ポンプ室は、前記燃料空洞に流体接続される出口、及び、前記燃料入口ポートに流体接続される入口を有する
燃料弁が提供される。
【００３１】
圧力ブースタと、上昇が作動圧力によって制御され、燃料圧力によって制御されない弁ニードルとを燃料弁に提供することで、コモン・レール・システムを必要とせずに、通常の燃料油より圧縮性である低引火点燃料を取り扱うことができる燃料弁が、作り出される。
【００３２】
第２の態様の第１の可能な実施によれば、燃料弁は、加圧された封液の供給源に接続するための封液入口ポートと、前記第１の孔内に前記ポンプ・ピストンを封止するために、前記封液入口ポート（７０）を第１の孔に接続する導管とを備える。
【００３３】
第２の態様の第２の可能な実施によれば、燃料弁は、前記長手方向孔内に前記弁ニードルを封止するために、前記封液入口ポートを前記長手方向孔に接続する導管を更に備える。
【００３４】
第２の態様の第３の可能な実施によれば、前記ポンプ・ピストン（８０）の有効圧力面積が前記作動ピストンの有効圧力面積より小さい。
【００３５】
第２の態様の第４の可能な実施によれば、ノズルは、前記細長い弁筐体の前部に固定される本体の一部である。
【００３６】
第２の態様の第５の可能な実施によれば、入口は前記ポンプ・ピストンに位置付けられる。
【００３７】
第２の態様の第６の可能な実施によれば、第１の一方向弁が前記入口に設けられ、第１の一方向弁は、前記入口を通る前記ポンプ室への低引火点燃料の流れを可能にし、前記ポンプ室から前記入口への流れを防止するように構成される。
【００３８】
第２の態様の第７の可能な実施によれば、前記ポンプ室の出口は、１つ又は複数の燃料通路によって前記燃料空洞に接続される。
【００３９】
第２の態様の第８の可能な実施によれば、第２の一方向弁が前記１つ又は複数の燃料通路に設けられ、前記第２の一方向弁は、前記ポンプ室から前記燃料空洞への低引火点燃料の流れを可能にし、前記燃料空洞から前記ポンプ室への流れを防止するように構成される。
【００４０】
第２の態様の第９の可能な実施によれば、弁ニードルは、前記閉位置において弁座部に位置し、前記開位置において前記弁座部から上昇している。
【００４１】
第３の態様によれば、低引火点液体燃料を、大型低速運転２行程ターボ過給式自己点火内燃エンジンの燃焼室へと噴射するための燃料弁であって、
後端及び前端を有する細長い燃料弁筐体と、
複数のノズル孔を有し、前記細長い弁筐体の前端に配置されるノズルと、
加圧された液体低引火点燃料の供給源に接続するための、前記細長い燃料弁筐体における燃料入口ポートと、
作動流体の供給源に接続するための、前記細長い弁筐体における作動流体ポートと、
前記燃料弁における長手方向孔内に摺動可能に受け入れられ、閉位置及び開位置を有し、前記閉位置に向かって付勢される、軸方向に変位可能な弁ニードルとを備え、
弁ニードルは、弁ニードルがその開位置にあるとき、燃料空洞から前記複数のノズル孔への燃料の流れを可能にし、弁ニードルがその閉位置にあるとき、前記燃料空洞から前記複数のノズル孔（５６）への燃料の流れを防止し、
前記弁筐体における第１の孔に受け入れられるポンプ・ピストンであって、ポンプ・ピストンの一方の側に前記第１の孔内のポンプ室があるポンプ・ピストンと、
前記弁筐体において第２の孔に受け入れられる作動ピストンであって、作動室が前記作動ピストンの一方の側において前記第２の孔にあり、前記ポンプ・ピストンは前記作動ピストンと連動して移動するように前記作動ピストンに接続される、作動ピストンとを備え、
前記作動室は、作動流体ポートに接続され、
前記ポンプ室は、前記燃料空洞に流体接続される出口、及び、前記燃料入口ポートに流体接続される入口を有し、
加圧された封液の供給源に接続するための封液入口ポートと、
前記第１の孔内に前記ポンプ・ピストンを封止するために、前記封液入口ポートを前記第１の孔に接続する導管と、
前記長手方向孔内に前記弁ニードルを封止するために、前記長手方向孔の長さに沿う第１の位置において、前記封液入口ポートを前記長手方向孔に接続する導管と、
前記長手方向孔の長さに沿う第２の位置において、低引火点燃料供給ポートを前記長手方向孔に接続する導管であって、前記第２の位置は前記第１の位置より前記燃料空洞に近い、導管と
を備える燃料弁が提供される。
【００４２】
封液の前記第１の位置より前記燃料空洞に近い第２の位置において低引火点燃料供給ポートを前記長手方向孔に連結する導管を提供することで、高封止油は、数百バールの増圧された燃料圧力（噴射圧力）に対して封止する必要がない（なおもより高い封液圧力を必要とする）。代わりに、燃料は、噴射圧力より大幅に低い圧力において、燃料供給システムに戻るように漏れることが可能にされる。従って、弁ニードルと長手方向孔との間の隙間における高圧燃料領域は、燃料供給ポートへの連結によって穿刺され、封液は、はるかにより低い燃料供給圧力に対して封止することだけが必要である。
【００４３】
第３の態様の第１の可能な実施によれば、弁ニードルは、前記閉位置において弁座部に位置し、前記開位置において前記弁座部から上昇している。
【００４４】
第３の態様の第２の可能な実施によれば、ノズルは、前記細長い弁筐体の前部に固定されるノズル本体を有する。
【００４５】
第３の態様の第３の可能な実施によれば、弁座部は前記ノズルの先端に位置付けられる。
【００４６】
第３の態様の第４の可能な実施によれば、長手方向孔は前記ノズル本体に少なくとも一部形成される。
【００４７】
第３の態様の第５の可能な実施によれば、前記弁ニードルの上昇は燃料圧力によって制御される。
【００４８】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、後に記載する実施形態から明らかとなる。
【００４９】
本開示の以下の詳細な部分では、本発明は、図面に示した例の実施形態を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一実施形態に係る大型２行程ディーゼル・エンジンの正面からの立面図
【図２】図１の大型２行程エンジンの側面からの立面図
【図３】図１の大型２行程エンジンの概略図
【図４】図１及び図２のエンジンへと低引火点燃料を噴射するための燃料噴射システムの線図
【図５】実施形態に係る燃料弁の立面図
【図６】図５の燃料弁の断面図
【図７】図５の燃料弁の断面図
【図８】図５の燃料弁の断面図
【図９】図５の燃料弁の断面図
【図１０】図５の燃料弁のための代替のノズルの図
【図１１】図１及び図２のエンジンへと低引火点燃料を噴射するための方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下の詳細な記載では、内燃エンジンは、例の実施形態では、クロスヘッドを有する大型２行程低速ターボ過給式圧縮点火内燃エンジンを参照して記載されているが、内燃エンジンは、２行程オットー式、４行程オットー式、又はディーゼル式、ターボ過給式又はなし、排気ガス再循環がある又はないなど、他の種類のものであってもよい。
【００５２】
図１、図２、及び図３は、クランクシャフト８及びクロスヘッド９を有する大型低速ターボ過給式２行程ディーゼル・エンジンを示している。図３は、吸気システム及び排気システムを有する大型低速ターボ過給式２行程ディーゼル・エンジンの概略的な表示を示している。この例の実施形態では、エンジンは６個のシリンダを直列に有する。大型低速ターボ過給式２行程ディーゼル・エンジンは、典型的には、エンジン・フレーム１１によって担持されるシリンダ・フレーム２３によって担持される４個から１４個の間のシリンダを直列に有する。エンジンは、例えば、船舶における主エンジンとして、又は、発電所における発電機を運転するための定置エンジンとして、使用され得る。エンジンの全出力は、例えば、１，０００〜１１０，０００ｋＷの範囲であり得る。
【００５３】
エンジンは、この例の実施形態では、シリンダ・ライナ１の下方領域における掃気ポート１８と、シリンダ・ライナ１の上部における中心排気弁４とを有する２行程で一方向流式の圧縮点火エンジンである。掃気は、掃気受器２から個別のシリンダ１の掃気ポート１８へと通される。シリンダ・ライナ１におけるピストン１０は掃気を圧縮し、燃料がシリンダ・カバー２２における燃料弁５０を通じて噴射され、燃焼が続き、排気ガスが発生される。
【００５４】
排気弁４が開けられたとき、排気ガスは、シリンダ１と関連付けられた排気ダクトを通じて排気ガス受器３へと流れ、第１の排気導管１９を通じてターボ過給機５のタービン６へと進み、タービン６から、排気ガスは、第２の排気導管を通じて離れ、エコノマイザ２０を介して出口２１へと流れ、大気へと流れる。シャフトを通じて、タービン６は、空気入口１２を介して新鮮な空気が供給される圧縮機７を駆動する。圧縮機７は、加圧された掃気を、掃気受器２へとつながる掃気導管１３へと送る。掃気導管１３における掃気は、掃気を冷却するための中間冷却器１４を通過する。
【００５５】
冷却された掃気は、ターボ過給機５の圧縮機７が十分な圧力を掃気受器２に送らないとき、つまり、エンジンの低負荷条件又は部分負荷条件において、掃気流れを加圧する、電気モータ１７によって駆動される補助送風機１６を介して、通過する。より高いエンジン負荷において、ターボ過給機圧縮機７は、十分な圧縮された掃気を送るため、補助送風機１６は逆止弁１５を介して迂回される。
【００５６】
エンジンは、例えばＬＰＧ、メタノール、又はナフタなどの低引火点燃料で動作し、低引火点燃料供給システム３０によって、実質的に安定した圧力及び温度で、液体又は超臨界形態で供給される。しかしながら、低引火点燃料供給システムの詳細及び供給されるガスの種類に応じて、温度及び圧力における若干の変動は不可避である。更に、低引火点燃料の組成における若干の変化も起こり得る。
【００５７】
低引火点燃料供給システム３０は、低引火点燃料を、供給導管３１を介して、比較的低い供給圧力（例えば、８〜１００バールの圧力）で燃料噴射弁５０に供給する。
【００５８】
図４は、供給導管３１を介して低引火点燃料を受ける燃料噴射システムを示す図である。燃料噴射システムは、燃料を噴射圧力まで加圧するための圧力ブースタ４０を備える。圧力ブースタ４０は、第１の制御弁４１の制御の下で油圧作動され、燃料弁５０は、第２の制御弁４５の制御の下で油圧作動される。
【００５９】
図４における線図は、圧力ブースタ４０及び３つの燃料噴射弁５０を有する、単一のシリンダ１についての燃料噴射システムを示している。３つの代わりに、各シリンダ１について、２つの燃料弁５０があってもよい。各シリンダ１は、２つ又は３つの燃料弁５０を供給する圧力ブースタ４０を必要とする。
【００６０】
圧力ブースタ４０は大きい直径のプランジャを備えており、そのプランジャは、より小さい直径のプランジャに接続されて、そのより小さい直径のプランジャと連動して移動する。大きい直径のプランジャと小さい直径のプランジャとは、圧力ブースタ４０の筐体における合致する孔にそれぞれ受け入れられる。大きい直径のプランジャは、第１の制御弁４１の制御の下にある高圧の油圧流体又はタンクが供給される作動室に面している。
【００６１】
小さい直径のプランジャは、一方向弁を介して燃料供給配管３１に接続されると共に、燃料弁５０への高圧燃料を送るための高圧燃料供給配管３５に接続されるポンプ室に面している。一方向弁は、高圧燃料供給配管３５からポンプ室への燃料の逆流を防止する。供給配管３１における燃料の圧力は、作動室がタンクに接続されるとき、圧力ブースタ４０に戻り行程を行わせるのに十分である。位置センサ３４が、大きい直径のプランジャの位置と小さい直径のプランジャの位置とを感知する。封止油などの封液が、燃料が圧力室へと漏れるのを防止し、油圧流体との混合を防止するために、大きい直径のピストンとそのピストンが受け入れられるボアとの間の隙間に供給される。圧力センサ３６が高圧燃料供給配管３５における圧力を感知する。
【００６２】
本実施形態では、第１の制御弁４１は、好ましくは比例的な第１の油圧制御される三方向弁４２を備える。第１の三方向弁４２は、作動導管４４を介して作動室へと、高圧の油圧流体の供給源へと、及びタンクへと接続されている。第１の三方向弁４２は、作動室を、タンクへと、又は、高圧の油圧流体の供給源へと選択的に接続するように構成されている。第１の油圧制御される三方向弁４２は、実施形態において比例弁であるため、高圧の油圧流体の供給源への接続とタンクとの間の任意の中間位置を取ることができる。第１の三方向弁４２の位置は第１のより小さい二方向弁４３によって制御され、第１のより小さい二方向弁４３の位置は電子的に制御される。第１のより小さい二方向弁４３は、第１の信号ケーブル２６を介して電子制御ユニット２５に接続されている。実施形態では、第１の制御弁４１は、安全性を維持するように主に構成されており、例えばガス漏れなどの、安全性の問題が検出されたとき、圧力ブースタを作動停止することになる別の電子制御ユニットの命令の下にある。代替で、第１の制御弁は、エンジン安全システムによって制御される高圧油圧流体の供給源に接続される。
【００６３】
高圧燃料供給配管３５は、３つの高圧燃料供給配管３５−１、３５−２、３５−３へと、つまり、各燃料弁５０に高圧の低引火点燃料を供給するための１つの高圧燃料供給配管へと、分割されている。１つのシリンダあたり２つの燃料弁５０を有する実施形態では、高圧燃料供給配管３５は２つの配管へと分割される。
【００６４】
各燃料弁５０は、封止油戻り配管を有する封止油供給配管３７を介して、封止油の供給部に接続されている。燃料弁５０を通る流れ封止油は、実施形態では、封止油が燃料弁５０のための冷却媒体としても作用するように、比較的多い。
【００６５】
各燃料弁５０は燃料弁作動信号導管４８に接続されている。燃料弁作動信号導管４８における圧力は、実施形態では、第２の油圧制御される比例三方向弁４６と第２のより小さい電子的に制御される二方向弁４７とを備える第２の制御弁４５によって制御される。第２の油圧制御される三方向弁４６は、好ましくは比例弁であり、作動信号導管４８を高圧の油圧流体の供給源又はタンクへと接続するように構成されている。第２の油圧制御される三方向弁４６は、実施形態において比例弁であるため、高圧の油圧流体の供給源への接続とタンクとの間の任意の中間位置を取ることができる。第２の三方向弁４６の位置は第２のより小さい二方向弁４７によって制御され、第２のより小さい二方向弁４７の位置は電子的に制御される。第２のより小さい二方向弁４７は、第３の信号ケーブル２８を介して電子制御ユニット２５に接続されている。電子制御ユニット２５には、第２の信号ケーブル２７を介して、第２の三方向弁４６の位置が知らされる。
【００６６】
電子制御ユニット２５は、図４において破線として示されている信号ケーブルを介して、様々なセンサからの信号を受信している。様々なセンサからの信号には、例えば、掃気の圧力及び温度、排気の圧力及び温度、ならびに、クランクの角度及び速度があるが、この列記は排他的ではなく、例えば、エンジンが排気ガス再循環を含むかどうか、ターボ過給機を含むかどうかなど、エンジンの構造に依存するものであることは留意されている。電子制御ユニット２５は燃料噴射弁５０を制御し、つまり、電子制御ユニットは、燃料弁５０がいつ開くかを決定し、開いている時間の期間を決定する。電子制御ユニット２５は圧力ブースタ４０の動作も制御する。
【００６７】
燃料噴射のタイミングは、大型２行程ターボ過給式ディーゼル・エンジン（圧縮点火エンジン）における燃焼圧力に大きく影響する。クランクシャフト角度に対する、又は、エンジン・サイクルに対する燃料弁５０の動作のタイミングは、燃焼圧力を大まかに決定する。燃料弁５０の開く期間は、シリンダ１に入るのを許される燃料の量を決定し、期間が長いほど、シリンダ１に入るのを許される燃料の量を増加させる。
【００６８】
電子制御ユニット２５は、第３の信号ケーブル２８を介した制御弁４５への電子信号によって、燃料弁を開くタイミングを制御するように構成されている。信号を受信すると、電子制御弁は、位置を切り替え、作動信号導管４８を高圧の油圧流体の供給源へと接続する。作動信号導管４８における高圧は燃料弁５０を開く。
【００６９】
燃料弁５０が開くとき、噴射のための十分な圧力を持つ燃料が噴射される準備ができることを確保するために、電子制御ユニット２５は、燃料弁５０を開く前に圧力ブースタ４０を作動する。圧力ブースタ４０の前もっての作動は、比較的圧縮性の低引火点燃料において圧力を上昇させることを必要とする。電子制御ユニット２５は、例えば試験運転から得られた固定された所定の時間の長さによって、燃料弁５０を開けるより前に圧力ブースタ４０を作動するように構成され得る、又は、電子制御ユニット２５は、圧力ブースタ４０の作動と、電子制御ユニット２５に記憶されているアルゴリズムを用いて燃料弁５０を開けることとの間の適切な時間を決定するように構成され得る。アルゴリズムは、実施形態では、例えば、エンジン負荷、エンジン速度、及び燃料特性を考慮し得る。圧力ブースタ４０を適時作動することによって、高圧供給配管３５−１、３５−２、及び３５−３における圧力は、電子制御ユニット２５が燃料弁５０に開くように命令する前に、数百バール（６００バールであり得る）の適切な噴射圧力まで上昇する。
【００７０】
電子制御ユニット２５は、例えばエンジン負荷、エンジン速度、及び燃料特性など、様々なパラメータに基づいて、燃料弁を開ける期間を決定するように構成され、電子制御ユニットは、噴射イベントの必要とされる期間に達したとき、燃料弁５０を閉じる。同時に、電子制御ユニット２５は、作動室をタンクに接続するように第１の制御弁４１に命令することで、圧力ブースタ４０に、戻り行程を行うように、つまり、ポンプ室を再び満たし、作動室を空にするように命令し、それと同時に、燃料供給配管３１における圧力が、圧力ブースタ４０に、ポンプ室を燃料で満たし、作動室を液圧流体のために空にする戻り行程を行わせる。
【００７１】
上記の実施形態では、圧力ブースタ４０及び燃料弁５０は別々の物理的なユニットである。ある実施形態では、圧力ブースタ４０は燃料弁５０の内蔵部品である。
【００７２】
このような内蔵された圧力ブースタを有する燃料弁５０の実施形態を、図５〜図９に示す。
【００７３】
図５は、燃料弁５０の、その細長い弁筐体５２と、細長い弁筐体５２の前端に固定されたノズル５４とを有する斜視図である。ノズル５４は、燃焼室への燃料の噴流を作り出すための複数のノズル孔５６を備える。ノズル５４は、細長い弁筐体５２に取り外し可能に固定されており、従って、ノズル５４が失陥した場合、又は、摩耗された場合、容易に交換できる。
【００７４】
図６、図７、図８、及び図９は、燃料弁５０の異なる断面を示している。燃料弁５０は、最後端を有する細長い弁筐体５２と、その前端におけるノズル５４とを有する。ノズル５４は、弁筐体５２の前端に取り付けられる別の物体である。弁筐体５２の最後端は、制御ポート８６、作動流体ポート７８、及びガス漏れ検出ポート（図示せず）を含む複数のポートを備える。最後端は、燃料弁５０がシリンダ・カバーに搭載されるとき、シリンダ・カバーから突出するヘッドを形成するために、大きくされている。本実施形態では、燃料弁５０は、中心排気弁４の周りに、つまり、シリンダ・ライナの壁の比較的近くに、配置されている。細長い弁筐体５２と、燃料噴射弁５０の他の構成要素と、ノズルとは、実施形態では、例えば工具鋼又はステンレス鋼など、鋼から作られている。
【００７５】
ノズル５４は、ノズル５４において内部に接続されるノズル孔を備えており、ノズル孔は、燃料を燃焼室で分配するために、異なる方向で配置されている。ノズル孔同士は、シリンダ・ヘッドにおける燃料弁５０の場所のため、比較的すぐ近くにあるシリンダ・ライナから離れる方に向けられる。ノズル孔は、ノズル５４の先端５６に配置されている。更に、ノズル孔は、掃気ポートの構成によって引き起こされる燃焼室における掃気の旋回の方向と大まかには同じ方向となるように方向付けられる（この旋回は、一方向流式の大型２行程ターボ過給式内燃エンジンの良く知られている特徴である）。
【００７６】
ノズル５４は、袖体５７がノズル本体５５の一部を固定及び包囲し、中間区域５３を包囲し、細長い弁筐体５２の遠位部分を包囲する状態で、弁筐体５２の前端に連結されている。ノズル本体５５は、弁ニードル６１が受け入れられる長手方向孔を備える。長手方向孔は、先端５６に最も近い長手方向孔の一部分において、弁ニードル６１の直径より大きい直径を有する。長手方向孔と弁ニードル６１との間の空間は、燃料空洞５８を形成している。長手方向孔の中間区域は、弁ニードル６１と非常に小さい隙間を有する。ノズル５４の先端５６から最も離れているノズル本体５５における長手方向孔の部分は、弁ニードル６１の大きくされた直径部分に合致する多くされた直径部分を有する。弁ニードル６１の大きくされた直径部分は、ニードル作動ピストン６２の圧力面がノズル５４におけるニードル作動室８８に面する状態で、ニードル作動ピストン６２を形成している。ニードル作動室８８は、制御導管８７を介して制御ポート８６に流体連結される。
【００７７】
長手方向孔の大きくされた直径の区域は、中間区域５３におけるばね室９６と一列にされている。ばね室９６は、細長い弁筐体５２において長手方向孔と一列にされている。細長い弁筐体５２の遠位端に最も近い細長い弁筐体５２における長手方向孔の遠位区域は、ばね室９６の直径に対応する直径を有する。螺旋線ばね６８が、細長い弁筐体５２における長手方向の遠位区域と弁ニードル６１の大きくされた直径の区域６２との間で延びている。弁ニードル６１は、あらかじめ張力の掛けられた螺旋ばね６８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６８は、細長い燃料弁筐体５２においてばね室９６に受け入れられている螺旋線ばねである。螺旋線ばね６８は、弁ニードル６１を、ノズル５４の先端５６に向かって、つまり、弁ニードル６１の閉位置へと付勢する。弁ニードル６１の閉位置において、好ましくは円錐形である弁ニードル６１の先端は、ノズル５４の内部の先端５６において、好ましくは円錐形である座部６３に当接し、燃料空洞５８とノズル孔との間の流体接続部を閉じる。燃料空洞５８とノズル孔との間の流体接続部は、弁ニードル６１が上昇したとき、つまり、弁ニードル６１が螺旋ばね６８の付勢に対して燃料弁５０の近位端に向かって押されるとき、確立される。弁ニードル６１は、ニードル作動室８８が加圧されたとき、上昇することになる。
【００７８】
ばね案内部６９が、螺旋ばね６８を案内するためにばね室９６において同心で延びている。ばね案内部６９の近位端は、細長い弁筐体５２における長手方向孔内に封止して受け入れられている。
【００７９】
軸方向に変位可能な弁ニードル６１は、ノズル本体５５における長手方向孔内に、小さい隙間で摺動可能に受け入れられており、軸方向に変位可能な弁ニードル６１と長手方向孔との間の潤滑は重要である。ここでは、加圧された封液が、導管（通路）９３を介して弁ニードルにおける長手方向孔との間の隙間に送られる。通路９３は、弁ニードル６１と長手方向孔との間の隙間を封液入口ポート７０へと接続し、封液入口ポート７０は更に加圧された封液の供給源へと接続され得る。隙間と通路９３との間の連結部は、ニードル作動ピストン６２を形成する大きくされた直径区域を通じてばね室９６へと延びる弁ニードル６１における軸方向孔９７（図８）に接続する弁ニードル６１において、横方向孔９９（図８）を含んでいる。通路９３は、ばね室９６に接続しており、ばね室９６に加圧された封液を供給する。封液が冷却媒体として作用できるようにばね室９６を通じた封液の実質的な流れを可能にするために、ばね室９６は、孔を介して封液出口ポート９５に接続されている。封液は、弁ニードル６１と軸方向孔との間の隙間を通じた低引火点燃料の漏れを防止し、冷却を燃料弁５０に提供する。更に、好ましくはオイルである封液は、弁ニードル６１と長手方向孔との間に潤滑を提供する。
【００８０】
細長い弁筐体５２には、例えば低引火点液体燃料の供給導管３１を介した、加圧された低引火点液体燃料６０の供給源への連結のために、燃料入口ポート７６が提供されている。燃料入口ポート７６は、ポンプ・ピストン８０における導管７３と一方向弁８９とを介して、弁筐体５２におけるポンプ室８２に接続している。一方向弁８９（吸引弁）が、導管７３の入口７１においてポンプ・ピストン８０に設けられている。一方向弁８９は、液体の低引火点燃料が燃料入口ポート７６から導管７３を介してポンプ室８２へと流れることができるが、反対方向では流れることができないことを確保するばね荷重の掛けられたポペット弁である。ポンプ・ピストン８０における導管７３と細長い筐体５２における燃料入口ポート７６との間の流体接続が、燃料入口ポート７６を形成する細長い筐体５２における孔と軸方向において重なるポンプ・ピストン８０における奥まった領域７４によって確立される。
【００８１】
ポンプ・ピストン８０は、細長い燃料弁筐体５２における第１の孔８１に摺動可能に封止して受け入れられ、ポンプ・ピストン８０の一方の側に第１の孔８１内のポンプ室８２がある。作動ピストン８３は、弁筐体５２における第２の孔８４に摺動可能に封止して受け入れられ、作動ピストン８３の一方の側に第２の孔８４内の作動室８５がある。ポンプ・ピストン８０は、作動ピストン８３と連動して移動するように作動ピストン８３に接続されており、つまり、ポンプ・ピストン８０と作動ピストン８３とは、それぞれの孔８１、８４を、連動して摺動（スライド）できる。本実施形態では、ポンプ・ピストン８０と作動ピストン８３とは単一の物体として形成されている。しかしながら、ポンプ・ピストン８０と作動ピストン８３とが相互に連結された別々の物体であり得ることは、留意されている。
【００８２】
作動室８５は作動流体ポート７８に流体接続されている。第１の制御弁４１は、作動流体ポート７８と往来する加圧された作動液体の流れを制御し、それによって作動室８５と往来する加圧された作動液体の流れを制御する。
【００８３】
噴射イベントの開始の前のリード・タイムに、電子制御ユニット２５は、第１の制御弁４１に、高圧の作動液体が作動室８５に導入されることを可能にするように命令する。このときに、作動ピストン８３とポンプ・ピストン８０との組み合わせは、図６に示した位置にいる。作動室８５における加圧された作動液体は、作動ピストン８３に作用し、それによって、ポンプ・ピストン８０をポンプ室８２へと押す力を作り出す。それによって、ポンプ室８２における低引火点液体燃料の圧力が高まる。実施形態では、作動ピストン８３の直径がポンプ・ピストン８０の直径より大きく、従って、ポンプ室８２における圧力は、作動室８５における圧力より対応するように高くなり、作動ピストン８３とポンプ・ピストン８０との組み合わせは、圧力ブースタとして作用する。
【００８４】
１つ又は複数の燃料通路７９が、ポンプ室８２を燃料空洞５８に流体接続し、それによって、燃料空洞５８の底に位置付けられている弁座部に流体接続している。一方向弁９０が燃料通路７９とポンプ室８２との間に配置されている。ポンプ室８２の出口６６は一方向弁９０の入口に接続されている。一方向弁９０は、細長い弁筐体５２における軸方向孔に摺動可能に受け入れられる弁部材を備えており、弁部材は、その座部に向かって、つまり、その閉位置に向かって、弾性的に付勢され、燃料通路７９からポンプ室８２への燃料の逆流を防止する。作動室８５における加圧された流体は、図７に示しているように、作動ピストン８３及びポンプ・ピストン８０を下向きに（図６〜図９におけるような下向きに）移動させることになる。ポンプ室８２における圧力は、短い圧縮局面の後、ポンプ・ピストン８０の有効圧力面積と作動ピストン８３の有効圧力面積との間の比と、作動室８５における圧力との積となる。このときに、作動室８５における圧力は高圧流体の供給源の圧力に実質的に等しくなる。例えば２．５：１の有効圧力面積の比で、２００バールの液圧システムの供給圧力とである場合、ポンプ室における燃料の圧力は、圧縮局面の終わりにおいて、おおよそ５００バールとなる。従って、作動ピストン８３とポンプ・ピストン８０との組み合わせは、圧力ブースタとして作用する。
【００８５】
電子制御ユニット２５は、ポンプ室８２における圧力が、例えば５００バールといった必要とされる噴射圧力に達することを確保するだけのリード・タイムだけ、燃料噴射の開始の前に作動室８５を加圧する。電子制御ユニット２５は、弁ニードル６１がいつ上昇する必要があるかを決定し、従って、燃料噴射がいつ始まるかを決定する。弁ニードル６１は、上昇するためにノズル５４から離れる方向で移動し、上昇を低減するためにノズル５４に向かう方向で移動するように、構成されている。弁ニードル６１は、弁作動室８８が加圧されたとき、上昇することになる。電子制御ユニット２５は、第２の制御弁４５に、エンジン・サイクルにおいて燃料噴射が始まる必要があるときに、燃料弁作動信号導管４８を高圧の油圧流体の供給源に接続するように命令する。燃料弁作動信号導管４８は制御ポート８６に接続され、高圧の流体は、制御導管８７を介して弁作動室８８に達する。弁ニードル６１は、その座部から上昇したとき、燃料空洞５８からノズル孔を通じた燃焼室への低引火点液体燃料の流れを可能にする。
【００８６】
電子制御ユニット２５は、第２の制御弁４５に、弁作動室８８をタンクに接続するように命令することで噴射イベントを終了し、その直後、弁ニードル６１はその座部に戻り、燃料の更なる噴射を防止する。同時又はその後すぐに、電子制御ユニット２５は、第１の制御弁４１に、作動室８５をタンクに接続するように命令する。ポンプ室８２は低引火点燃料の加圧された供給源３０に接続され、一方向弁８９を介して流れる低引火点液体燃料の供給圧力は、燃料弁５０が次の噴射イベントの準備ができるようにポンプ室８２が低引火点液体燃料で完全に満たされる状態になっている図６に示した位置に作動ピストン８３が到達するまで、作動ピストン８３を作動室８５へと付勢する。図８は、ポンプ室８２の大部分が低引火点燃料の空になっている噴射イベントの終わり近くでのポンプ・ピストン８０及び作動ピストン８３の位置を示している。
【００８７】
低引火点燃料の噴射イベントは、弁ニードル６１の上昇のタイミング及び期間によって、電子制御ユニット２５により制御される。電子制御ユニットは、レート・シェーピングを実施するために、作動室８５に供給される圧力を調節することによって、噴射イベントを制御することもできる。
【００８８】
燃料弁５０は、加圧された封液の供給源に接続するための封液入口ポート７０を備えており、ポンプ室８２における高圧の燃料が作動ピストン８３の下の空間へと漏れるのを防止するために、第１の孔８１においてポンプ・ピストン８０を封止するための、封液入口ポート７０から第１の孔８１へと延びる孔９４を備える。実施形態では、封液の供給源の圧力は、噴射イベントの間、ポンプ室８２における最大圧力と少なくとも同じ高さである。別の実施形態では、封液の供給源の圧力は、低引火点燃料の供給圧力と少なくとも同じ高さである。
【００８９】
封液は、横方向孔９９を介して長手方向孔と弁ニードル６１との隙間に提供され、燃料入口ポート７６から細長い弁筐体５２を通って中間区域５３を通りノズル本体５５内へと延びると共に、弁ニードル６１が摺動可能に受け入れられる長手方向孔まで延びる低圧燃料導管９８に、燃料入口ポート７６が接続されるため、燃料の供給圧力に対して封止する必要があるだけである。低圧燃料導管９８が長手方向孔に接続する位置は、軸方向において、燃料通路７９が長手方向孔に接続する位置と、横方向孔９９が長手方向孔に接続する位置との間である。従って、噴射イベントの間、長手方向孔と弁ニードル６１との間の隙間を通って高圧の燃料空洞５８から上方（図６〜図９におけるような上方）へと漏れるあらゆる低引火点燃料は、低圧燃料導管９８が長手方向孔に接続する位置に達するとき、はるかに低い燃料送り込み圧力へと低減された圧力となる。従って、燃料導管９８における低圧は、弁ニードル６１と長手方向孔との間の隙間における燃料の圧力を「破裂」させ、従って、横方向孔９９からの封液は、噴射圧力に対してではなく、低引火点燃料の送り込み圧力に対して封止する必要があるだけである。従って、封止油の圧力は、低引火点燃料の送り込み圧力よりわずかに高くなる必要があるだけであり、燃料の噴射圧力以上の高さである必要はない。
【００９０】
図１０は、図５〜図９を参照して先に説明した燃料弁５０と使用するための代替の形式のノズル５４を示している。この実施形態では、ノズル５４は、弁座部６３がノズル５４の先端５６からある距離に配置されているいわゆるスライダ式のものであり、ノズルの先端５６は、この実施形態では閉じられている、つまり、先端５６はノズル孔をまったく有していない。代わりに、ノズル孔は、先端５６の閉じた位置で始まり上向き（図１０の配向におけるような上向き）に進むノズルの長さに沿って配置されている。弁ニードル６１には、座部６３と協働する錐状断面と、弁ニードル６１の錐状断面から弁ニードル６１の先端に向かって延びるスライダ断面とが提供されている。閉じられた先端と、ノズル５４の内部で先端５６に向かって延びる弁ニードル６１のスライダとを有するこの種類のノズルは、技術的に良く知られており、従って、より詳細には記載しない。
【００９１】
図１１は、低引火点燃料を大型２行程圧縮点火内燃エンジンの燃焼室へと噴射するために従う方法を示すフローチャートである。
【００９２】
方法の開始において、ブロック１０１で、次の燃料噴射イベントの開始時間及び期間が、例えば、エンジンの電子制御ユニット２５によって決定される。電子制御ユニット２５は、例えば、エンジン負荷、エンジン速度、掃気圧力、及び燃料特性などの様々な信号に基づいて、噴射の開始時間及び期間を決定する。
【００９３】
その後、ブロック１０２で、ポンプ室における比較的圧縮性の低引火点燃料における圧力を上昇させるための時間を圧力ブースタ４０に与えるために、圧力ブースタ４０は、燃料噴射イベントの計画されている開始時間の前に、例えば、電子制御ユニット２５から、位置を変える第１の制御弁４１への信号によって、開始される。第１の制御弁４１の位置の変化は、圧力ブースタ４０の作動室を加圧させ、それによって、圧力ブースタ４０のポンプ室における低引火点燃料を加圧させる。
【００９４】
次に、ブロック１０３で、燃料弁５０は、燃料噴射イベントの決定された開始時間に開けられる。このステップは、ニードル作動室８８が加圧され、それによって弁ニードル６１を上昇させるように、電子制御ユニット２５が、位置を変化させる第２の制御弁４５へと信号を送信することで実行され得る。
【００９５】
ブロック１０４で、燃料噴射イベントの決定された期間に達したとき、燃料弁５０は閉じられる。ここでは、電子制御ユニット２５は、ニードル作動室８８がタンクに接続され、従って弁ニードル６１がその座部へと戻る位置へと戻すために、第２の制御弁４５に信号を発信する。
【００９６】
同時又はその後すぐに、ブロック１０５で、電子制御ユニット２５は、圧力ブースタの作動室をタンクに接続するために、信号を第１の制御弁４１へと発信し、従って、圧力ブースタ４０は戻り行程を行い、それによってポンプ室８２を低引火点燃料で再び満たす。
【００９７】
その直後、噴射イベントは完了され、方法サイクルはブロック１０１へと戻る。
【００９８】
前述した信号ケーブルは無線連結によって置き換えられ得る。電子制御ユニットの制御の下での弁ニードル６１の作動は、例えば、弁ニードル６１に作用する電気アクチュエータによってなど、油圧制御信号による方法以外で達成されてもよい。
【００９９】
本発明の概念は、高圧縮性燃料に限定されず、低引火点燃料にも限定されない。実際には、概念は、燃料の高圧縮性が、ニードルの開く噴射圧力にニードル自体の上昇を制御させることができないとき、一番の利点を提供できる。
【０１００】
本発明は、本明細書において様々な実施形態との組み合わせで記載されている。しかしながら、開示した実施形態への他の変形が、図面、開示、及び添付の請求項の研究から、請求された発明を実施するときに、当業者によって理解及び達成されてもよい。請求項では、「備える」、「含む」という語は、他の要素又はステップを除外せず、複数であることが明記されていない構成が複数であることを除外しない。具体的な手段が相互に異なる独立請求項において列挙されているということだけで、これらの手段の組み合わせを、有利にするために使用することができないことを示すことにはならない。請求項で使用されている参照符号は、範囲を限定するものとして解釈されるものではない。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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