(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの噴射ノズルを有する低速２ストローク内燃式往復ピストン・ディーゼル・エンジンのシリンダの燃焼室内へ燃料を噴射する方法において、順次開放される噴射ノズルの順序を変更して開放する工程であって、１つの動力行程に対して供給する燃料を少なくとも２つの噴射ノズルを通じて噴射する工程を含み、同複数の噴射ノズルは異なるクランクシャフトの回動角度で開放され、噴射ノズルの開放順序が連続する複数の作動サイクルにおいて変更されることにより、前記各噴射ノズルのうち最初に開放される噴射ノズルが交互に代えられる方法。
【請求項２】
２つの噴射ノズルの開放の間におけるクランクシャフトの回動角度は少なくとも４度である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記噴射工程は全ての噴射ノズルについて同時に終了する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
制御装置（５０）と、クランクシャフトの回動角度を検出すべく制御装置（５０）に接続されたセンサ（５２）と、それぞれ１つの噴射ノズル（１ａ，１ｂ）または少なくとも２つの直接制御可能な噴射ノズル（１ａ，１ｂ）に接続された少なくとも２つの制御可能な噴射装置（４０ａ，４０ｂ）とを有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法に基づいて運転されるか、または請求項４に記載の装置を有する内燃式往復ピストン・エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は少なくとも２つの噴射ノズルを有する低速２ストローク内燃式往復ピストン・ディーゼル・エンジンのシリンダの燃焼室内へ燃料を噴射する方法及び装置と、同方法に基づいて運転されるか、または前記の装置を有する内燃式往復ピストン・エンジンとに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
内燃式ディーゼル・エンジンへ燃料を噴射する方法の例は欧州特許出願第０５８６７７５号に開示されている。燃料は２つの噴射ノズルを通じて時間差を伴って燃焼室内へ噴射される。この場合、第１の噴射ノズルが最初に開放される。次いで、第１の噴射ノズルが開放されている間に第２の噴射ノズルが開放される。各噴射ノズルはバネにより閉鎖位置へ付勢されるニードル弁を有する。バネは異なる強度及び異なる付勢力のうちの少なくともいづれか一方を有する。
【０００３】
この従来の方法は燃焼室内において不均一な高い熱応力を形成し、これにより金属の焼損（金属の腐食、摩耗）を引き起こすという問題点を有する。
本発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、シリンダの燃焼室内における不均一な高い熱応力の形成を解消し、かつ金属の焼損の可能性を低減する燃焼室内へ燃料を噴射する方法及び装置と、同方法に基づいて運転されるか、または前記の装置を有する内燃式往復ピストン・エンジンとを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は少なくとも２つの噴射ノズルを有する低速２ストローク内燃式往復ピストン・ディーゼル・エンジンのシリンダの燃焼室内へ燃料を噴射する方法であって、順次開放される噴射ノズルの順序を変更して開放する工程を含む方法により実現可能である。特に部分負荷での運転において、１つの動力行程に対して供給する全燃料を１つの噴射ノズルを通じて噴射し得る。また、本発明の方法は１つの動力行程に対して供給する燃料を少なくとも２つの噴射ノズルを通じて噴射する工程を含み得る。この際、複数の噴射ノズルは異なるクランクシャフトの回動角度で開放され、噴射ノズルの開放順序は連続する複数の作動サイクルにおいて変更される。２つの噴射ノズルの開放の間におけるクランクシャフトの回動角度は少なくとも４度である。また、噴射工程は全ての噴射ノズルについて同時に終了する。本発明の噴射方法は均一な熱応力を燃焼室内、特にシリンダ・ヘッド、即ちシリンダ・カバーにおいて形成し得る。
【０００５】
また、本発明の方法を実施するための装置は制御装置と、クランクシャフト角度を検出すべく制御装置に接続されたセンサと、それぞれ１つの噴射ノズルまたは少なくとも２つの直接制御可能な噴射ノズルに接続された少なくとも２つの制御可能な噴射装置とを有する。そして、本発明の内燃式往復ピストン・エンジンは本発明の方法に基づいて運転されるか、または本発明の装置を有する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は多気筒低速２ストローク内燃式往復ピストン・ディーゼル・エンジンの１つのシリンダ４４を示す。ピストン４５はシリンダ４４内において上下動可能に収容されている。ピストン４５はシリンダ４４上に取付けられたシリンダ・ヘッド、即ちシリンダ・カバー４６とともに燃焼室４３に面している。第１の噴射ノズル１ａ及び第２の噴射ノズル１ｂは液体燃料を燃焼室４３内へ噴射する。排気弁（図示略）はシリンダ・カバー４６の中心に配置されている。この結果、ピストン４５の上昇開始時にシリンダ４４内で長さ方向に掃気が行われる。従来の構造を有する第１の噴射ノズル１ａ及び第２の噴射ノズル１ｂはニードル弁７を有する。ニードル弁７は閉鎖バネ８により弁座領域１’へ付勢されている。止り穴はノズル・ハウジング内において弁座領域１’の真下に形成されている。止まり穴に続いて噴射口２が形成されており、同噴射口２は燃焼室４３に対して開放されている。圧力室１０はノズル・ハウジング内において弁座領域１’より上に形成さている。圧力室１０は圧力管路９ａ，９ｂを通じて噴射装置４０ａ，４０ｂにそれぞれ連通されている。噴射ノズル１ａ，１ｂの噴射工程中に管路９ａ，９ｂを通じて圧力室１０へ供給される燃料の圧力はバネ８の付勢力より更に大きい。この結果、ニードル弁７は弁座領域１’から離間して上昇される。これにより、燃料は噴射口２を通じて燃焼室４３内へ噴射される。管路４２は噴射ノズル１ａ，１ｂのハウジング内に連通するとともに、漏れ燃料の輸送を行う。噴射装置４０ａ，４０ｂは電気制御信号線４１ａ，４１ｂを通じて噴射工程の開始及び終了を制御すべく形成されている。更に、噴射装置４０ａ，４０ｂは電気制御信号線４６ａ，４６ｂを通じて燃料噴射量を制御すべく形成可能である。２つの噴射装置４０ａ，４０ｂは燃料供給管路４７ａ，４７ｂにそれぞれ連通している。制御装置５０は各弁１ａ，１ｂを開放または閉鎖すべく制御信号線４１ａ，４１ｂ及び別の制御信号線４６ａ，４６ｂを通じて噴射装置４０ａ，４０ｂを制御する。制御装置５０は電気信号線５０ｂを通じてセンサ５２に接続されている。センサ５２は内燃式往復ピストン・エンジンのクランクシャフト５３の回動角度ωを監視する。更に、制御装置５０は電気信号線５０ａを通じて入出力装置（Ein- und Ausgabevorrichtung）５１に接続されている。入出力装置５１は制御値（Steuerwerte）を特定し、かつその時々の状態値（Zustandswerte）を表示し得る。
【０００７】
図２は噴射ノズル１ａ，１ｂを取付けたシリンダ・カバー４６の平面図である。燃料は噴射口２から矢印Ａの方向へ噴射される。燃焼室４３内において、燃焼用空気の渦流（矢印Ｂ）が空気の流入中及びピストン４５の上昇中に形成される。燃料の燃焼中、温度の高い領域４６ｃがシリンダ・ヘッド４６及びピストン４５上に形成され得る。噴射ノズルを一定に動作させ、さらには渦流を介して最も高い温度の気体を常に同一領域４６ｃへ案内した場合、同領域４６ｃは比較的高い温度まで加熱され得る。
【０００８】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は本発明に基づくシリンダ４４の燃焼室４３内への燃料噴射の工程、特にクランクシャフト角度ωの関数としての燃料の質量流量ｍを示す。本明細書中における質量流量ｍとは、単位時間、即ち単位角度あたりの燃料の量を意味する。図４（ａ）では、ノズル１ａが最初に開放される。その後、即ち更に大きなクランクシャフト角度において、ノズル１ｂが開放される。２つのノズル１ａ，１ｂの噴射工程は同時に中断される。図４（ｂ）はノズル１ｂを最初に開放し、その後ノズル１ａを開放する別の噴射工程を示す。制御装置５０は噴射装置４０ａ，４０ｂを駆動し、これによりノズル１ａ，１ｂを以下の要領で動作させる。連続する複数の噴射工程において、一方のノズル１ａまたはノズル１ｂを最初に開放する。その後、他方のノズル１ｂまたはノズル１ａを開放する。ノズル１ａ，１ｂを動作、即ち開放させる順序は必要に応じて変更可能である。従って、例えば２つの連続する噴射工程においてノズル１ａを最初にそれぞれ開放し、その後の２つの連続する噴射工程においてノズル１ｂを最初にそれぞれ開放し得る。
【０００９】
図５は別のノズル動作を示す。この場合、燃焼室４３へ燃料を噴射する３つのノズル１ａ，１ｂ，１ｃがシリンダ・ヘッド４６内に取付けられている。最初にノズル１ａがクランクシャフト角度０度において開放される。その後、即ち更に大きなクランクシャフト角度においてノズル１ｂが開放される。そして、更に大きなクランクシャフト角度においてノズル１ｃが開放される。全てのノズル１ａ，１ｂ，１ｃはクランクシャフト角度が２０度になった際に停止する。図５の最も下のグラフは、全てのノズル１ａ，１ｂ，１ｃから燃焼室４３内へ噴射された燃料の全質量流量をクランクシャフト角度の関数として示す。燃料噴射量を制御すべく噴射装置４０ａ，４０ｂ，４０ｃを形成し得る。この結果、制御装置５０はノズル１ａ，１ｂ，１ｃを作動または停止させるのみではなく、全質量流量の制御が可能である。
【００１０】
図６は部分負荷での運転における噴射工程を示す。第１の作動サイクル（ersten Arbeitszyklus）I において、ノズル１ａのみが作動する。次の第２の作動サイクルIIでは、ノズル１ｂのみが作動する。これにより、部分負荷での運転中にシリンダ・カバー及びピストンにおける均一な熱応力が実現される。
【００１１】
図３は別の実施の形態に基づく噴射装置６０及び噴射ノズル１ａを示す。噴射ノズル１ａはニードル弁７を有し、同ニードル弁７にはピストン６４が取付けられている。バネ６５はニードル弁７を閉鎖位置へ付勢する。噴射装置６０は管路６１を通じて加圧された燃料を圧力室１０内へ供給する。これにより、燃料はピストン６４を押圧し、かつニードル弁７を持ち上げる。この結果、燃料は噴射口２を通じて噴流Ａとして噴射される。図３に示す例において、ニードル弁７の持ち上げは圧電アクチュエータ（piezoelektrischen Aktuator）６６により部分的または完全に阻止される。制御装置５０は動作信号線４１ａを通じてアクチュエータ６６を動作させる。アクチュエータ６６は特にパルス幅を変調した信号（pulsweitenmodulierten Signalen）により動作可能である。この結果、複数の圧電層（piezoelektrischen Schichten）からなるアクチュエータ６６は迅速、かつ正確な制御が可能である。ニードル弁７の開放開始と、ニードル弁７の持ち上げ速度と、ニードル弁７のストロークとは時間的に正確、かつ迅速に制御可能である。制御装置５０は噴射ノズル１ａの動作時間と、噴射ノズル１ａを通る流量とを圧電エレメント６６と、同圧電エレメント６６によって設定されたニードル弁７の位置とを通じて制御する電子制御手段を有する。
【００１２】
図７は本発明の実施の形態に基づく噴射装置４０ａを示す概略図である。高圧ポンプ８０及びアキュムレータ８１は燃料を噴射装置４０ａに対して供給する。燃料の入口通路６７は通路６８及び主チャネル６９へ分岐している。通路６８は差動ピストンとして形成されたメータリング・ピストン７０の裏面７２まで延びている。主チャネル６９は制御ピストン１００の溝１４１を通じて燃料を入口通路部分１２３へ供給する。加圧された制御用オイルを用いてインプット（Zulauf）及びリターン（Ruecklauf）を有する制御油圧装置（Steuerhydraulik）９０の制御弁９１を動作させた際、制御ピストン１００の前面１４３は下方へ移動する。電子制御装置５０は予備制御弁９１に対して制御コマンドを送信する。電子制御装置５０は正確な時点における正確な量の燃料噴射を保証する。この結果、例えばクランクシャフト３に取付けられたセンサ５２からの角度信号は電気接続５０ｂを通じて制御装置５０へ送信される。例えば、センサ７３は誘導的に機能可能（induktiv arbeitet）であり、同センサ７３はシャフト７４の位置を監視し、かつメータリング・ピストン７０の位置を示す信号を電子制御装置５０へ送信する。従って、各噴射工程における燃料噴射量の特定及び変更が可能である。
【００１３】
制御ピストン１００が下方へ向かって移動する間、主チャネル６９及び入口通路部分１２３の間の連通が最初に遮断される。次いで、出口通路１２４は制御ピストン１００内の溝１４２を通じて噴射通路９ａに連通される。噴射通路９ａはディーゼル・エンジンのシリンダ４４の噴射ノズル１ａに連通している。メータリング・ピストン７０はチャネル６８を通じてメータリング・ピストン７０の裏面７２に加えられた燃料の圧力により移動する。燃料はシリンダ空間４３内へ噴射される。予備制御弁９１を閉鎖し、かつ制御用オイルの戻り通路を開放した場合、制御ピストン１００は制御ピストン１００の前面１４４上に作用する燃料の圧力及びバネの力により押し上げられる。通路９ａに対する燃料供給は中断され、噴射が終了する。図７では、燃焼室４３に対して開放されている第２の噴射ノズル１ｂを簡単に示す。噴射装置４０ａと同一の構造をなす別の噴射装置４０ｂ（図示略）は燃料を第２の噴射ノズル１ｂへ供給する。
【００１４】
制御ピストン１００において、高圧燃料に対するシーリングは５つのシーリング位置において連続的に行われる。最も重要な噴射ノズル１ａに対する接続部のシーリングは弁座１４５によって行われる。この結果、管路９ａは各噴射工程間において加圧下に曝されることがない。弁座１４５は閉鎖位置において完全にシールされる。これにより、無制御な噴射を防止し得る。別のシール１４６では、制御ピストン１００の密着を利用しており、かつ僅かな量の燃料漏れが許容されている。漏れた燃料は戻りチャネル１２７を通じて燃料タンクへ戻される。
【００１５】
以上詳述したように、本発明に基づき均一な熱応力を燃焼室内、特にシリンダ・ヘッド、即ちシリンダ・カバーにおいて形成し得る。この結果、シリンダ・ヘッド及びピストン上の“ホット・スポット”と称される非常に高い熱応力を受ける領域の形成を回避し得る。これにより、腐食または摩耗によるシリンダ・ヘッド及びピストンの金属損失を防止し得る。更に、燃焼室内の最大温度が低下することにより、冷却の要件が低くなる。高い熱応力を有する領域の形成を回避することにより、シリンダ・ヘッド、ピストン及びシリンダ・インサートのうちの少なくともいづれか１つの表面に亀裂を形成する可能性を低下させ得る。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、シリンダの燃焼室内における不均一な高い熱応力の形成を解消し、かつ金属の焼損の可能性を低減するという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの噴射ノズルを有するディーゼル・エンジンのシリンダを示す概略図。
【図２】図１のシリンダ・ヘッドの平面図。
【図３】別の実施の形態に基づく噴射装置及び噴射ノズルを示す一部縦断面図。
【図４】（ａ）は２つの噴射ノズルの作動方法を示すグラフ。（ｂ）は２つの噴射ノズルの別の作動方法を示すグラフ。
【図５】３つの噴射ノズルの作動方法を示すグラフ。
【図６】部分負荷において２つの噴射ノズルを作動させる方法を示すグラフ。
【図７】別の実施の形態に基づく噴射装置を示す概略図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…噴射ノズル、４０ａ，４０ｂ…噴射装置、５０…制御装置、５２…センサ。
【図１】
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【図２】
0003896178.tif 000003
【図３】
0003896178.tif 000004
【図４】
0003896178.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003896178.tif 000007
【図７】
0003896178.tif 000008