(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左バンクのシリンダ及び右バンクのシリンダを含む多シリンダ型ディーゼル機関車エンジン用の燃料噴射装置であって、
前記左バンクのシリンダに近接して配置された左バンク共通レールと、
前記右バンクのシリンダに近接して配置された右バンク共通レールと、
低圧燃料供給管路と、
前記低圧燃料供給管路から低圧燃料を受けかつ前記左バンク共通レール及び右バンク共通レールの少なくとも１つに高圧燃料を供給する複数の高圧燃料ポンプと、
前記左バンク共通レール及び右バンク共通レール間で燃料を移送するための流体交差連結管路と、
を含み、
各左バンクシリンダが、それぞれの燃料噴射制御装置を介して前記左バンク共通レールから燃料を受け、
各右バンクシリンダが、それぞれの燃料噴射制御装置を介して前記右バンク共通レールから燃料を受け、
前記高圧ポンプの１つに故障が発生した場合に、前記複数の高圧ポンプ及び流体交差連結管路が協働して、全出力運転状態にある前記シリンダの全てを連続的に作動させるように全燃料流量の燃料を送給するのを可能にし、
各バンクのシリンダと関連した第１および第２のカムシャフトをさらに含み、
各カムシャフトが、複数の接合セクションを含み、前記接合セクションが、前記それぞれのカムシャフトの歯車駆動端部から反対側アイドラ端部まで延び、
前記高圧ポンプの各々が、カムシャフトセクションのそれぞれ１つ上に配置されたそれぞれの燃料ローブによって動かされ、
前記燃料ローブを含むカムシャフトセクションの全てが、前記第１のカムシャフトの歯車駆動端部に近接して接合され、前記第２のカムシャフトが前記燃料ローブを含むカムシャフトセクションを含まず、
前記燃料ローブを含まないカムシャフトセクションを通して伝達されるトルク値が、前記燃料ローブを含むカムシャフトセクションを通して伝達されるトルク値よりも小さくなるようになる、
燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料ローブを含まないカムシャフトセクションが、前記燃料ローブを含むカムシャフトセクションのシャフト径よりも小さいシャフト径を含むことをさらに特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料ローブを含まないカムシャフトセクションが、前記燃料ローブを含むカムシャフトセクションの材料の対応する強度値よりも低い強度値を示す材料を含むことをさらに特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
６つの左バンクシリンダ及び６つの右バンクシリンダを含むディーゼル機関車エンジンにおいて利用されるような燃料噴射装置であって、
前記低圧燃料供給管路から低圧燃料を受けかつ前記左バンク共通レール及び右バンク共通レールの一方に高圧燃料を提供する３つの高圧ポンプをさらに含み、
前記３つの高圧ポンプが、第３の高圧ポンプに故障が発生した場合に該高圧ポンプのいずれか２つがエンジンを全出力状態に維持することができるような寸法になっている、
請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記左及び右シリンダバンクのうちの第１のシリンダバンクと関連した第１のカムシャフトと、
前記左及び右シリンダバンクのうちの第２のシリンダバンクと関連した第２のカムシャフトと、をさらに含み、
前記第１のカムシャフトが、該第１のカムシャフトの歯車駆動端部から該第１のカムシャフトの反対側アイドラ端部まで延びる６つの接合セクションを含み、
前記第１のカムシャフトの歯車駆動端部に最も近接した３つの接合セクションが各々、燃料ローブを含み、また前記第１のカムシャフトの歯車駆動端部から最も遠い３つの接合セクションが、燃料ローブを含まず、
前記第２のカムシャフトが、該第２のカムシャフトの歯車駆動端部から該第２のカムシャフトの反対側アイドラ端部まで延びる６つの接合セクションを含み、
前記第２のカムシャフトのセクションが、燃料ローブを含ない、
請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記燃料ローブを含まないカムシャフトセクションが、前記燃料ローブを含むカムシャフトセクションのシャフト径よりも小さいシャフト径を含むことをさらに特徴とする、請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記燃料ローブを含まないカムシャフトセクションが、前記燃料ローブを含むカムシャフトセクションの材料の対応する強度値よりも小さい強度値を示す材料を含むことをさらに特徴とする、請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
第１のバンクのシリンダと、
第２のバンクのシリンダと、
前記第１のバンクのシリンダに近接して配置された第１の共通レールと、
前記第２のバンクのシリンダに近接して配置された第２の共通レールと、
低圧燃料供給管路と、
前記低圧燃料供給管路から低圧燃料を受けかつ前記第１の共通レール及び第２の共通レールの少なくとも１つに高圧燃料を供給する複数の高圧燃料ポンプと、
前記第１のバンクの各シリンダと関連して、前記第１の共通レールから前記第１のバンクのそれぞれのシリンダへの燃料の流れを制御するようになった燃料流量制御装置と、
前記第２のバンクの各シリンダと関連して、前記第２の共通レールから前記第２のバンクのそれぞれのシリンダへの燃料の流れを制御するようになった燃料流量制御装置と、
前記第１の共通レール及び第２の共通レール間で燃料を移送するための流体交差連結管路と、
を含み、
前記高圧ポンプの全てが、全出力運転状態にある前記第１および第２のバンクのシリンダの全てを連続的に作動させるように全燃料流量の燃料を前記第１の共通レールに送給し、
前記流体交差連結管路が、前記第１の共通レールから前記第２の共通レールに燃料を送給し、
前記第１のバンクのシリンダと関連した、被駆動端部からアイドラ端部まで延びる複数の接合セクションを含む第１のカムシャフトと、
前記第２のバンクのシリンダと関連した、被駆動端部からアイドラ端部まで延びる複数の接合セクションを含む第２のカムシャフトと、
その各々がそれぞれの高圧ポンプを動かすための燃料ローブを含みかつその各々が第１の値のトルクを伝達する第１のグループのセクションと、
燃料ローブを含まずかつその各々が前記第１の値のトルクよりも小さい第２の値のトルクを伝達する第２のグループのセクションと、
前記第１のグループのセクションの全てが、前記第１のカムシャフトの歯車駆動端部に近接して接合され、前記第２のカムシャフトが前記第１のグループのセクションを含まない、
内燃エンジン。
【請求項９】
前記第２のグループのセクションが各々、前記第１のグループのセクションのシャフト径よりも小さいシャフト径を含む、請求項８に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記第２のグループのセクションが各々、前記第１のグループのセクションの対応する強度値よりも低い強度値を示す材料を含む、請求項８に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、総括的には鉄道機関車の分野に関し、より具体的には、鉄道機関車のディーゼルエンジン用の共通レール燃料システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
乗用自動車、貨物自動車、船舶及び定置エンジン装置用の火花点火エンジン及び圧縮点火（ディーゼル）エンジンを含む内燃エンジンでは、燃料噴射システムが広く使用されている。そのような燃料噴射システムの１つが、米国特許第６，３５７，４２１号に記載されている。共通レール燃料システムは、１つ又はそれ以上の高圧燃料ポンプによって高い圧力（一般的には、１６００〜２０００バール）に維持された燃料アキュムレータ（レール）を利用している。エンジンのシリンダと関連した燃料噴射器は、燃料レールから燃料を受け、その場合、燃料の送給量は、燃料レール及び噴射ノズル間に配置されたソレノイド弁によって制御される。
【０００３】
米国特許第５，３９４，８５１号は、本出願の出願人によって提供されている鉄道機関車の大排気量ターボ過給式中速ディーゼルエンジンにおいて一般に使用している燃料噴射システムについて記載している。そのようなエンジンは、複数のユニット動力組立体を含んでおり、各動力組立体は、シリンダと、シリンダヘッドと、カム駆動式吸気及び排気弁と、燃料噴射システムとを含み、燃料噴射システムは、燃料ポンプ、燃料噴射制御ソレノイド及び燃料噴射ノズルを含んでいる。各燃料ポンプは、エンジンのそれぞれのカムシャフト上に設置された燃料ローブによって駆動される。
【特許文献１】米国特許第６，３５７，４２１号公報
【特許文献２】米国特許第５，３９４，８５１号公報
【特許文献３】米国特許第５，１３３，６４５号公報
【特許文献４】米国特許第５，１９７，４３８号公報
【特許文献５】米国特許第５，２０１，２９４号公報
【特許文献６】米国特許第５，２３０，６１３号公報
【特許文献７】米国特許第５，２７７，１５６号公報
【特許文献８】米国特許第５，３１３，９２４号公報
【特許文献９】米国特許第５，３６５，９０２号公報
【特許文献１０】米国特許第５，４９２，０９９号公報
【特許文献１１】米国特許第５，６０５，１３４号公報
【特許文献１２】米国特許第６，０１６，７９１号公報
【特許文献１３】米国特許第６，１９２，８６３号公報
【特許文献１４】米国特許第６，３４９，７０６号公報
【特許文献１５】米国特許第６，５８４，９５３号公報
【特許文献１６】米国特許第６，７１２，０４５号公報
【特許文献１７】米国特許第６，８４８，４１４号公報
【特許文献１８】日本特許出願公開第１０２７４０７５  Ａ号公報
【特許文献１９】国際特許出願公開第０１８６１３９  Ａ号公報
【特許文献２０】欧州特許出願公開第１１４３１４０  Ａ１号公報
【特許文献２１】独逸特許出願公開第１９７３１６４３  Ａ１号公報
【特許文献２２】米国特許第５，４３３，１８２  Ａ号公報
【特許文献２３】米国特許出願公開第２００２／０６２８１９  Ａ１号公報
【非特許文献１】Automotive Equipment: Diesel injection technology. Common rail from Bosch for vehicle used in the construction industry and in agriculture. http://www.bosch-presse.de
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
本発明者達は、機関車用途における多シリンダ型ディーゼルエンジンに燃料送給するために高圧共通レール燃料システムを利用することに関連した特定の利点を認識している。そのような利点は、その他のシステムを用いて可能であるよりも大きな精度及び柔軟性で各シリンダへの燃料送給を制御することができることにより得られる。しかしながら、本発明者達はまた、先行技術の共通レール燃料システムが有しており、機関車用途にとって特に問題である特定の限界についても認識している。例えば、燃料レールは通常、燃料噴射ノズルにおける燃料圧力変動を最小にするために、その関連したシリンダに近接して配置される。機関車用途によく見られるように、２つのシリンダバンクを含むエンジンの場合には、米国特許第５，１３３，６４５号に示されているように、一般的に２つの別個のレールを設けて、２つのシリンダバンクに対して独立して燃料を供給している。２つのレールのいずれかに対する燃料供給の故障が発生した場合には、そのようなエンジンのシリンダの半分は、不作動状態になるが、このことは、先行技術の貨物自動車用途においては、重大問題として認識されてこなかった。しかしながら、機関車用途に対する公知の共通レール燃料システムの適用は、機関車を故障モードに陥り易い状態のまま放置することになり、エンジンが傾斜軌道に沿って列車を動かし続けるのに十分な原動力を提供し得ないことにより、列車を立ち往生させるおそれがある。そのような故障モードは、鉄道産業においては極めて望ましくない。
【０００５】
図１は、多バンク多シリンダ型ディーゼル機関車エンジン用途における共通レール燃料補給法の利点の利用を可能にする改良型燃料噴射装置１を示している。図１は、１２個のシリンダ１２を備えた機関車エンジン１０の概略図である。各シリンダ１２は、シリンダ、シリンダヘッド、ピストン、吸気及び排気弁、並びに燃料流量制御装置１４を含む動力組立体の一部とすることができる。燃料流量制御装置１４は、燃料噴射ノズルと、該燃料噴射ノズルへの燃料の送給を制御するソレノイド弁とを含むことができる。シリンダ１２は、左バンク１６と右バンク１８とにグループ分けされる。左バンク及び右バンクという用語は、エンジンに関する命名慣行として当技術分野において一般に使用されており、本明細書においては限定することを目的とした用語であると解釈すべきではない。
【０００６】
燃料噴射装置の左バンク共通燃料レール２０は、左シリンダバンク１６に近接して配置され、右バンク共通燃料レール２２は、右シリンダバンク１８に近接して配置される。それぞれのレール２０、２２から流量制御装置１４に高圧燃料を送給する高圧燃料供給管路２４を実施可能なだけ短く保つように、レール２０、２２は、実施可能なだけシリンダ１２に近接して設置するのが有利である。低圧燃料供給管路２６は、補給燃料３０を収容した燃料タンク２８と、タンク２８から流量調整弁３６を介して１つ又はそれ以上の高圧燃料ポンプ３４に燃料３０を送給する低圧燃料ポンプ３２とを含む。燃料レール２０、２２内の圧力は、いずれかの公知の閉ループ制御装置（図示せず）を用いて弁３６を通る燃料３０の送給量を制御することによって、所望の圧力範囲内に維持される。
【０００７】
左バンク共通燃料レール２０及び右バンク共通燃料レール２２間における燃料３０の移送のために、流体交差連結管路３８を設けるのが有利である。他の実施形態では、他の構成も考えることができるが、図１の３つの高圧ポンプ３４は、全て左バンク共通レール２０に近接して配置され、かつ高圧供給管路４０を介して左共通レール２０に燃料を供給するように連結される。他の用途では、１つ又はそれ以上のそのような高圧燃料ポンプ３４を右共通レール２２に燃料３０を送給するように設けることができることが、当業者には分かるであろう。例えば、１つのＶ−１６型ディーゼルエンジン装置では、２つの高圧燃料ポンプを使用して左レールに燃料を供給することができ、また２つの高圧燃料ポンプを使用して右レールに燃料を供給することができる。図１の実施形態では、高圧燃料は、左共通レール２０から交差連結管路３８を介して右共通レール２２に供給される。他の実施形態は、燃料噴射装置１の機械的及び流体的設計を最適化する所望に応じて、燃料レール間に１つよりも多くの交差連結管路を有することができる。高圧ポンプの１つに故障が発生した場合に、複数の高圧ポンプ３４及び流体交差連結管路３８は、協働して、シリンダ１２の全てを連続的に作動させるように燃料３０を送給するのを可能にする。交差連結管路３８の位置は、図１に概略的に示しているが、他の実施形態では、交差連結管路３８は、高圧ポンプ３４に一層近接して設置することができることが、当業者には分かるであろう。
【０００８】
図１の燃料噴射装置１は、連続的な全出力運転、又は高圧ポンプ３４の１つを不作動状態にした選択低減出力レベルの運転を行うように設計することができる。各高圧ポンプ３４の流体容量は、例えば全出力運転時における総エンジン燃料流要求量の約５０％になるよう選択することができる。このようにして、万一３つの高圧燃料ポンプ３４の１つが故障した場合には、残りの２つの作動しているポンプ３４が、全出力運転状態にある全てのシリンダ１２に対して全燃料流量を供給し続けることができる。図示するように高圧ポンプ３４の全てが左レール２０内にのみ燃料を供給する場合において或いは高圧ポンプ３４の１つ、２つ又は３つが右レール２２内に燃料３０を供給するような他の実施形態においても、交差連結管路３８の機能によって、この能力が存在する。
【０００９】
図１の燃料噴射装置１は、新規なエンジン１０における当初装置として取り付けることができ、或いは米国特許第５，３９４，８５１号に示されているような燃料噴射装置を元々利用していた既存のエンジン内に後から取り付けることができる。そのような先行技術のシステムは、エンジンの各動力組立体ユニットのストロングバック（取付けブラケット）上に取り付けられたカム駆動機械式燃料ポンプを含んでいる。そのような１２シリンダ型エンジンを図１の改良型燃料噴射装置１を含むように変更する場合には、１２個の元の燃料ポンプを除去して、元のポンプの３つの代わりに、それぞれのストロングバック上に３つの高圧燃料ポンプ３４を取り付ける。高圧ポンプ３４を受け入れないストロングバックの貫通孔は、密閉する必要がある可能性がある。図１の左バンク１６のような、高圧ポンプ３４を取り付けたシリンダ１２のバンクの場合には、カムシャフト設計における変更が必要となる可能性がある。元のカムセクションの幾つかは、変更したエンジン内で使用することができる。図２を参照しながら進める以下のパラグラフにおいて一層完全に説明するように、本発明者達は、本燃料噴射装置１の利点をさらに拡大するために、カムシャフト設計における変更の必要性を革新的に押し進めた。
【００１０】
図２は、図１のエンジン１０の１つの実施形態で使用することができるようなカムシャフト５０、５２の斜視図である。左カムシャフト５０は、左バンク１６のシリンダ１２と組合せて使用され、また右カムシャフト５２は、右バンク１８のシリンダ１２と組合せて使用される。各カムシャフト５０、５２は、被駆動端部５８における駆動歯車５４、５６と、反対側アイドラ端部６０とを含む。それぞれの弁ローブ６２に機械的エネルギーを供給して各動力組立体の吸気及び排気弁（図示せず）を動かすようにするために、駆動歯車５４、５６からトルクが伝達される。それぞれの燃料ローブ６４に機械的エネルギーを供給してそれぞれの高圧燃料ポンプ３４に動力を与えるためにも、駆動歯車５４からトルクが伝達される。カムシャフト５０、５２は、各カムセクションがエンジン１０の１つのシリンダ１２／動力組立体と関連するようにして、複数のカムセクションを接合することによって組み立てられる。左カムシャフト５０は、カムセクション５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ及び５０ｆを含む。どのカムセクションも、それぞれの動力組立体の吸気及び排気弁用の弁ローブ６２を含む。カムセクションは、交互に燃料ローブ６４を含み又は燃料ローブ６４を含まない。図１のカムセクション５０ａ、５０ｂ及び５０ｃは、燃料ローブ６４を含む。ローブ６４は、例えば１つの実施形態では４０°ずつのように、角度的に互いにずらして燃料レール２０に対して一層一定な燃料供給圧力を与えるようにすることができる。有利なことには、燃料ローブ６４を含むカムセクション５０ａ、５０ｂ及び５０ｃの各々は、カムシャフト５０の被駆動端部５８に近接して設置し、燃料ローブを含まないカムセクションは、駆動歯車５４と燃料ローブ６４を含むいずれかのセクションとの間には設置されない。従って、カムシャフト５０の歯車駆動端部５８に最も近接した接合セクションは、燃料ローブ６４を含むことができ、また歯車駆動端部５８から最も遠い接合セクションは、燃料ローブ６４を含まない。このようにして、燃料ローブ６４を含まないセクション５０ｄ、５０ｅ、５０ｆを通して伝達されるトルク値は、燃料ローブ６４を含むカムシャフトセクション５０ａ、５０ｂ、５０ｃを通して伝達されるトルク値よりも小さい。このことは、燃料ローブを含まないカムシャフトセクションを燃料ローブを含むセクションよりも小さい荷重支持能力を有するように設計することを可能にする。このことは、それらカムシャフトセクションをより小さいシャフト径を有するように設計することによって、或いは燃料ローブを含むカムシャフトセクションの材料の対応する強度値よりも低い強度値（例えば、引張強度又は剪断強度のような）を有する材料を利用することによって達成することができる。従って、燃料ローブを含まないカムシャフトセクションの製造コストは、燃料ローブを含むカムシャフトセクションの製造コストよりも低くかつ／又は燃料ローブを含む先行技術のカムシャフトセクションのコストよりも低くすることができる。図１の実施形態を利用した後取付け用途の場合には、元の右カムシャフトは、所定の位置に残しておくことができ、また図２のカムシャフト５０を組み立てるために、ポンプ���関連した左カムシャフトのカムセクションのみを取り換えることが必要となる。交換用カムシャフトは、完全に新規のユニットとすることができ、或いは交換したカムシャフトのセクションを使用して組み立てることもできる。
【００１１】
本明細書では、本発明の様々な実施形態を示しかつ説明してきたが、そのような実施形態は単なる例示のために提示しているに過ぎないことは、明らかであろう。本明細書における本発明から逸脱することなく、多数の変形、変更及び置換えを行うことができる。従って、本発明は特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲によってのみ限定されることを、意図している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】共通レール燃料噴射装置を組み込んだ多シリンダ型ディーゼル機関車エンジンの概略図。
【図２】図１のエンジン内で使用するカムシャフトの斜視図。
【符号の説明】
【００１３】
１  改良型燃料噴射装置
１０  機関車エンジン
１２  シリンダ
１４  燃料流量制御装置
１６  左バンク
１８  右バンク
２０  左バンク共通燃料レール
２２  右バンク共通燃料レール
２４  高圧燃料供給管路
２６  低圧燃料供給管路
２８  燃料タンク
３０  補給燃料
３２  低圧燃料ポンプ
３４  高圧燃料ポンプ
３６  燃料流量調整弁
３８  流体交差連結管路
４０  高圧供給管路
５０  左カムシャフト
５２  右カムシャフト
５０ａ〜５０ｆ  カムセクション
５４、５６  駆動歯車
５８  被駆動端部
６０  アイドラ端部
６２  弁ローブ
６４  燃料ローブ
【図１】
0005342233.tif 000002
【図２】
0005342233.tif 000003