(57)【要約】  スラリー燃料噴射弁用の燃料供給弁は、スラリー燃料リザーバと流体連通した燃料入口を備える。燃料出口は、燃料噴射弁のノズルと流体連通している。ポンプ室ポートは、燃料噴射弁のポンプ室と流体連通している。弁ゲートは、燃料入口が第１のスラリー燃料流路に沿ってポンプ室ポートと流体連通している第１の位置と、燃料出口が第２のスラリー燃料流路に沿ってポンプ室ポートと流体連通している第２の位置との間で移動可能である。弁ゲートは、第２の位置と第１の位置との間および／または第１の位置と第２の位置との間を移動するときに、弁室に流入するスラリー燃料の流れに対抗する力を実質的に加えないように配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー燃料噴射弁用の燃料供給弁であって、
スラリー燃料リザーバと流体連通した燃料入口と、
前記燃料噴射弁のノズルと流体連通した燃料出口と、
前記燃料噴射弁のポンプ室と流体連通したポンプ室ポートと、
前記燃料入口が第１のスラリー燃料流路に沿って前記ポンプ室ポートと流体連通している第１の位置と、前記燃料出口が第２のｆスラリー燃料流路に沿って前記ポンプ室ポートと流体連通している第２の位置との間で移動可能な弁ゲートと
を備え、
前記弁ゲートは、前記第２の位置と前記第１の位置との間および／または前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動するときに、前記弁室に流入する前記スラリー燃料の流れに対抗する力を実質的に加えないように配置される、燃料供給弁。
【請求項２】
前記燃料供給弁を横断するスラリー燃料の圧力は、６ｂａｒ（０．６ＭＰａ）〜１５ｂａｒ（１．５ＭＰａ）である、請求項１に記載の燃料供給弁。
【請求項３】
前記第１の位置と前記第２の位置との間および／または前記第２の位置と前記第１の位置との間で前記弁ゲートを移動させる力は、０Ｎ〜１００Ｎである、請求項１または２に記載の燃料供給弁。
【請求項４】
前記弁ゲートは、前記第１の位置と前記第２の位置との間で回転可能である、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料供給弁。
【請求項５】
前記弁ゲートは、前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動可能な少なくとも１つのポンプ室を備える、請求項４に記載の燃料供給弁。
【請求項６】
前記弁ゲートは、各々が前記第１の位置および／または前記第２の位置へと順次回転可能であるように配置された複数のポンプ室を備える、請求項３に記載の燃料供給弁。
【請求項７】
各々の前記ポンプ室は、前記ポンプ室内に摺動可能に取り付けられ、前記ポンプ室ポートに向けて移動したときにスラリー燃料を前記ノズルへと付勢するように配置されたポンプピストンを備える、請求項６に記載の燃料供給弁。
【請求項８】
各々の前記ポンプ室は、前記ポンプ室がフラッシング流体ポートと位置合わせされる第３の位置まで回転可能に移動可動である、請求項４から７のいずれか一項に記載の燃料供給弁。
【請求項９】
前記弁ゲートは、前記燃料噴射弁のエンジンからのサーボ液によって動作可能である、請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料供給弁。
【請求項１０】
前記弁ゲートは、前記第１の位置と前記第２の位置との間で摺動可能に移動可能である、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料供給弁。
【請求項１１】
前記弁ゲートは、前記燃料入口からのスラリー燃料の流れに関与する入口表面、および前記ポンプ室内のスラリー燃料に関与する室表面を備える、請求項７に記載の燃料供給弁。
【請求項１２】
前記室表面の表面積は、前記入口表面の表面積より大きい、請求項８に記載の燃料供給弁。
【請求項１３】
前記弁ゲートは、前記弁ゲートを前記第２の位置へと付勢するためのばねに結合される、請求項８から１０のいずれか一項に記載の燃料供給弁。
【請求項１４】
前記燃料供給弁は、前記可動弁ゲートに隣接した封液導管を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の燃料供給弁。
【請求項１５】
スラリー燃料用燃料噴射弁であって、
ハウジングと、
スラリー燃料を収容するための、前記ハウジング内のポンプ室であって、ノズルまたは燃料入口と選択的に流体連通しているポンプ室と、
前記ポンプ室内に摺動可能に取り付けられ、前記スラリー燃料に力を加えるように配置されたポンプピストンと、
前記ポンプピストンに結合され、前記ポンプピストンに力を伝達するように配置された作動ピストンと、
前記ポンプ室を前記ノズルまたは前記燃料入口と選択的に結合するための請求項１から１４のいずれか一項に記載の燃料供給弁と
を備える、燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン用、好ましくは、２ストローク船舶エンジン用の燃料弁および燃料噴射器に関する。特に、本発明は、スラリー燃料またはエマルジョン燃料のような非ニュートン燃料用の燃料弁および燃料噴射器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン内の現在の噴射技術は、液化炭化水素から得られた石油系のニュートン燃料を使用するものである。これには、従来のディーセル油、船舶用ディーゼル油、船舶用軽油および重油が含まれ得るが、これらに限定されない。
【０００３】
燃料を燃焼させるためには、燃料は、燃料弁としても周知である噴射器内の室内に高圧で注入される必要がある。従来の燃料システムは、高圧ポンプおよびコモンレール技術を使用して、最大１０００ｂａｒ（１００ＭＰａ）の高圧燃料を燃料噴射器へと送達する。したがって、従来の燃料システムにおいては、所定量の燃料は高圧で維持される。従来のディーゼルエンジンは、ニュートン性を有する比較的低い粘度の燃料の圧力噴霧を採用している。
【０００４】
重油の場合、燃料粘度は、エンジンの高圧噴射ポンプに流入する前に加熱することによって１０〜２０ＭＰａ．ｓに制御される。高圧燃料は、燃料システムの供給ポンプによって比較的高い一定圧力で噴射ポンプへ供給される。いくつかの従来の燃料システムでは、高圧ポンプおよびコモンレール技術を使用して、最大１０００ｂａｒ（１００ＭＰａ）の高圧燃料を燃料噴射器へと送達する。船舶用コモンレール４ストロークエンジンのような他のエンジンでは、圧力は、１５００ｂａｒ（１５０ＭＰａ）もの高さであり得る。したがって、所定量の燃料は、高圧で維持される。
【０００５】
重油を、重油に比べて著しく異なる特性を有するスラリー燃料またはエマルジョン燃料に差し替えることが周知である。スラリー燃料は、炭素質水性スラリー燃料であり得る。それは、水に、石炭または固化されたビチューメンのようなカーボン粒子を懸濁した懸濁液である。エマルジョン燃料は、ビチューメンのような炭化水素の液体粒子の乳状液と水であり得る。炭素質水性スラリー燃料は、より高い粘度を有し、非ニュートンレオロジーを有し、霧化するのがより難しい。炭素質水性スラリー燃料の固体カーボン粒子は、スラリー燃料が流れていないときに沈積する傾向を有し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの炭素質水性スラリー燃料の燃焼、輸送、貯蔵、および利用により、多くの技術的問題が生じ得る。スラリーを形成する炭素質固体粒子は、エンジンの動作時および停止時の両方において、タンクおよび燃料配管内の沈殿および燃料噴射装置のより小さいオリフィスの閉塞を発生させる。
【０００７】
実験から、スラリー燃料は圧力差において安定性およびレオロジーに関する特性を変化させ得ることが証明された。場合によっては、スラリー燃料は、長時間にわたって高い圧力にさらされたときに負の反応を示す。例えば、スラリー燃料は、圧力リリーフ弁および絞り弁を通過したときに受けるような高剪断力またはキャビテーションの状態に対して、不利な形で挙動し得る。粒子は溶液から沈殿し、および／または燃料システム内の様々な位置で凝集し得ることがわかった。つまり、欧州特許第３０７０３２２号明細書に示されているような従来の燃料噴射器は、スラリー燃料では、効果的に作動しない場合がある、または全く作動しない場合があるということである。
【０００８】
スラリー燃料を使用する周知の燃料噴射システムは、米国特許第４７８２７９４号明細書および米国特許第５０５６４６９号明細書に開示されており、この場合、スラリー燃料は高圧で燃料噴射システム内に噴射される。周知の燃料噴射システムに関する問題は、スラリー燃料内の固体燃料成分の凝集および沈殿が燃料システム内のどこにでも発生し得るということである。このことは、水性スラリーの噴霧しやすさを低下させる。このことは、着火遅延の延長および不完全燃焼を発生させ、ひいては、エンジンの不着火、リング損傷およびエンジン寿命の短縮をもたらし得る。
【０００９】
本発明の実施形態は、上記の問題に対処することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、スラリー燃料噴射弁用の燃料供給弁は、スラリー燃料リザーバと流体連通している燃料入口と、燃料噴射弁のノズルと流体連通している燃料出口と、燃料噴射弁のポンプ室と流体連通しているポンプ室ポートと、燃料入口が第１のスラリー燃料流路に沿ってポンプ室ポートと流体連通している第１の位置と、燃料出口が第２のスラリー燃料流路に沿ってポンプ室ポートと流体連通している第２の位置との間で移動可能な弁ゲートと、を備え、弁ゲートは、第２の位置と第１の位置との間および／または第１の位置と第２の位置との間を移動するときに、弁室に流入するスラリー燃料の流れに対抗する力を実質的に加えないように配置される。
【００１１】
つまり、スラリー燃料は、燃料噴射弁内で高い圧力に晒されるということである。燃料システム内の他の場所では、スラリー燃料はそれよりも低い圧力で処理され、スラリー燃料は、予測不可能な形の挙動を示す可能性が低くなる。
【００１２】
好ましくは、燃料供給弁を横断するスラリー燃料の圧力は、６ｂａｒ（０．６ＭＰａ）〜１５ｂａｒ（１．５ＭＰａ）である。つまり、スラリー燃料は、常に低い圧力であるということである。
【００１３】
好ましくは、第１の位置と第２の位置との間および／または第２の位置と第１の位置との間で弁ゲートを移動させる力は、０Ｎ〜１００Ｎである。スラリー燃料が燃料供給弁内の剛性ばねを妨害せざるを得ない状況を避けることによって、スラリー燃料の圧力は低くなり得る。このことは、燃料供給弁付近の固体粒子の凝集を防ぐ。
【００１４】
好ましくは、弁ゲートは、第１の位置と第２の位置との間で回転可能である。好ましくは、弁ゲートは、第１の位置と第２の位置との間で移動可能な少なくとも１つのポンプ室を備える。好ましくは、弁ゲートは、各々が第１の位置および／または第２の位置へと順次回転可能であるように配置された複数のポンプ室を備える。好ましくは、各々のポンプ室は、ポンプ室内に摺動可能に取り付けられたポンプピストンであって、ポンプ室ポートに向けて移動したときにスラリー燃料をノズルへと付勢するように配置されたポンプピストンを備える。好ましくは、各々のポンプ室は、ポンプ室がフラッシング流体ポートと位置合わせされる第３の位置まで回転可能に移動可動である。好ましくは、弁ゲートは、燃料噴射弁のエンジンからのサーボ液によって動作可能である。
【００１５】
つまり、弁ゲートは、流体の流れ方向に対して横断方向に移動する。弁ゲートがスラリーの流れ方向に対して横断方向に移動したときに、スラリー燃料に加わる力が最小限に抑えられる。
【００１６】
好ましくは、弁ゲートは、第１の位置と第２の位置との間で摺動可能に移動可能である。好ましくは、弁ゲートは、燃料入口からのスラリー燃料の流れに関与する入口表面、およびポンプ室内のスラリー燃料に関与する室表面を備える。好ましくは、室表面の表面積は、入口表面の表面積より大きい。好ましくは、弁ゲートは、弁ゲートを第２の位置へと付勢するためのばねに結合される。
【００１７】
摺動する弁ゲートは、スラリー燃料自体の圧力を使用する。このように、燃料供給弁を作動させるのにスラリー燃料の圧力を上昇させる必要がない。
【００１８】
好ましくは、燃料供給弁は、可動弁ゲートに隣接した封液導管を備える。このことは、スラリー燃料の硬質摩耗粒子が燃料供給弁の可動部品を摩耗損傷させるのを防止する。封液は、燃料供給弁を封止し、潤滑する。
【００１９】
本発明の別の態様では、ハウジングと、スラリー燃料を収容するためのハウジング内のポンプ室であって、ノズルまたは燃料入口と選択的に流体連通されるポンプ室と、ポンプ室内に摺動可能に取り付けられ、スラリー燃料に力を加えるように配置されたポンプピストンと、ポンプピストンに結合され、ポンプピストンに力を伝達するように配置された作動ピストンと、ポンプ室をノズルまたは燃料入口と選択的に結合するための第１の態様の燃料供給弁とを備える、スラリー燃料用燃料噴射弁が提供される。
【００２０】
好ましくは、燃料噴射器は、可動弁ゲートと流体連通している封液リザーバを備え、封液は、可動弁ゲートを弁ハウジングに対して封止するように配置される。好ましくは、封液リザーバは、封液を弁ノズル内の封液と混合するために弁ノズルと流体連通している。好ましくは、封液リザーバは、弁ノズル内のニードル弁座と流体連通している。
【００２１】
さらに様々な他の態様およびさらに別の実施形態について、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲の中で、添付図面参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】エンジンの斜視図である。
【図２】一実施形態に係る燃料噴射弁の概略断面側面図である。
【図３】一実施形態に係る燃料噴射弁のノズルの部分断面側面図である。
【図４】一実施形態に係る燃料噴射弁の別の概略断面側面図である。
【図５】一実施形態に係る燃料噴射弁および燃料供給弁の部分切り取り斜視図である。
【図６ａ】一実施形態に係る燃料噴射弁の燃料供給弁の断面側面図である。
【図６ｂ】一実施形態に係る燃料噴射弁の燃料供給弁の断面側面図である。
【図６ｃ】一実施形態に係る燃料噴射弁の燃料供給弁の断面側面図である。
【図７】燃料噴射弁のノズルの部分断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、燃料噴射弁１０２と燃料供給弁１２２とを備えるエンジン１００の斜視図である。
【００２４】
いくつかの実施形態では、エンジン１００は、大型低速ターボチャージャ付き２ストロークディーゼルエンジンである。いくつかの実施形態では、エンジンは、２ストローク船舶用エンジンである。他の実施形態では、エンジン１００は、他のタイプおよびサイズのエンジンであり得る。図１に示されている実施例では、エンジン１００は一列に並んだ６個のシリンダを有する。大型低速ターボチャージャ付き２ストロークディーゼルエンジンは、典型的には、エンジンフレームによって支持された一列の４〜１４本のシリンダを有する。エンジン１００は、くつかの実施形態では、別の同一のエンジンと共に使用され得る。エンジン１００は、外航船内の主エンジンの１つの主エンジンとして使用され得る。エンジン１００は、船舶のプロペラシャフトに結合され得る。あるいは、エンジンは、発電所内の発電機を作動させるための定置エンジンであり得る。エンジンの総出力は、例えば、１，０００ｋＷ〜１１０，０００ｋＷであり得る。
【００２５】
いくつかの実施形態では、エンジン１００は、１つまたは複数の燃料噴射弁１０２を有する。図１に示されているエンジン１００は、シリンダの数に対応して６つの燃料噴射弁を有する。当然のことながら、燃料噴射弁の数は、エンジン１００内にあるシリンダの数に応じて変化する。代替形態では、１つのシリンダにつき複数の燃料噴射弁１０２が存在する。明確および簡潔にするために、１つの燃料噴射弁１０２のみについて図面を参照しながら後述する。
【００２６】
周知の燃料噴射器とは対照的に、重油またはディーゼル油のような燃料はスラリー燃料と差し替えられる。スラリー燃料は、重油または他の石油系の炭化水素燃料と比較して異なる特性を有する。
【００２７】
いくつかの実施形態では、スラリー燃料は、炭素質水性スラリー燃料であり得る。いくつかの実施形態では、スラリー燃料は、微粉化精製カーボン（ＭＲＣ）系燃料である。あるいは、スラリー燃料は、石炭と水の混合物（ＣＷＭ）と称され得る。それは、水に、石炭または固化されたビチューメンのようなカーボン粒子を懸濁した懸濁液である。他の実施形態では、燃料は、ビチューメンのような炭化水素の液体粒子の乳状液と水であり得る。さらに別の実施形態では、スラリー燃料は、溶液中の固体燃料微粒子成分または異なる液体成分中の液体燃料液滴成分を含む。
【００２８】
炭素質水性スラリー燃料は、より高い粘度を有し、非ニュートンレオロジーを有し、噴霧するのがより難しい。炭素質水性スラリー燃料の固体カーボン粒子は、スラリー燃料が流れていないときに沈積する傾向を有し得る。以降では、簡潔にするために、用語「スラリー燃料」は、炭素質水性スラリー燃料、他のスラリー燃料、およびエマルジョン燃料を含むものとする。
【００２９】
図２を参照しながら、燃料噴射弁１０２についてより詳細に説明する。図２は、燃料噴射弁１０２の概略断面図である。燃料噴射弁１０２は、細長く、長手方向軸Ａ−Ａに沿って延びる。燃料噴射弁１０２は、第１の端部１０４と第２の端部１０６とを有する。燃料噴射弁１０２は、第２の端部１０６から第１の端部１０４に向かう断面において略テーパー状である。燃料噴射弁１０２は、略円筒形状または円錐形状である。燃料噴射弁１０２は、燃料噴射弁１０２をエンジンまたはエンジン１００の近位にある他の適切な構造体に取り付けるためのハウジング１１０を備える。ハウジング１１０は、燃料噴射弁１０２の内部部品を囲繞し、保護する。
【００３０】
ノズル１０８は、燃料噴射弁１０２の第１の端部１０４に取り付けられる。ハウジング１１０には、封液入口ポート１１２および作動液入口ポート１１４が設けられる。作動液は、燃料噴射弁１０２を作動させ、燃料噴射弁１０２内のスラリー燃料をエンジンの燃焼室３００（図４を参照）へと付勢するためのものである。作動液の配置については、以降でより詳細に説明する。
【００３１】
封液は、燃料噴射弁１０２の他の部品を潤滑して、燃料噴射弁１０２の他の部品からスラリー燃料を分離するためのものである。いくつかの実施形態では、封液はシーリング油である。用語「封液」は、以降では、燃料噴射弁１０２の部品を封止し、潤滑する液体を指す。封液の配置については、以降でより詳細に説明する。いくつかの実施形態では、作動液は封液としても使用され、これについては、以下で作動液に関してさらに詳細に説明する。ハウジング１１０には、炭素質スラリー燃料の第１のリザーバ１１８との流体連通のための燃料入口ポート１１６が設けられる。第１のリザーバ１１８は、燃料噴射弁１０２から遠位に位置し得る燃料タンクである。第１のリザーバ１１８は、燃料配管１３０によって燃料入口ポート１１６と流体連通している。
【００３２】
任意で、燃料入口ポート１１６は、例えば、第１のリザーバ１１８内に貯蔵される燃料の一次供給源と第２のリザーバ１２８内に貯蔵される燃料の二次供給源との間での燃料噴射弁１０２の切り替えを可能にする三方弁１２６によって、１つまたは複数の燃料供給源に接続され得る。第２のリザーバ１２８は、燃料配管１３０によって燃料入口ポート１１６と流体連通している。第２のリザーバ１２８も同様に、燃料噴射弁１０２から遠位に位置し得る燃料タンクである。
【００３３】
一次燃料供給源および二次燃料供給源は、異なる燃料供給源を含み得る。いくつかの実施形態では、第１のリザーバ１１８はスラリー燃料を含み、第２のリザーバ１２８は、例えば、船舶用ディーゼル油（ＭＤＯ）のように硫黄含有量が０．１％未満である低硫黄炭化水素燃料を含む、または低硫黄炭化水素燃料システムを含む。重油（ＨＦＯ）のような代替燃料の燃料システムも使用され得る。あるいは、第２のリザーバ１２８は、同じ種類の燃料を含む。
【００３４】
第１のリザーバ１１８および第２のリザーバ１２８からの燃料は、１つまたは複数の燃料ポンプシステム（図示せず）によって燃料入口ポート１１６へと送出される。燃料ポンプは、第１のリザーバ１１８および第２のリザーバ１２８内の燃料を加圧し、第１のリザーバ１１８および第２のリザーバ１２８から燃料噴射弁１０２へと燃料を流す。異なる燃料は、異なる圧力で加圧され得る。
【００３５】
第２の燃料リザーバ１２８は、必須というわけではないが、エンジン１００が異なる特性を有する異なる種類の燃料を燃焼させる必要がある場合に、燃料システムにさらなる回復力を付与する。例えば、エンジン１００は、特定の地理的地域における放出物を低減するために、または燃料システムからのスラリー燃料を洗い流すために、スラリー燃料の燃焼から別の種類の燃料の燃焼へと切り替えられ得る。
【００３６】
燃料噴射弁１０２は、燃料噴射弁１０２を洗浄するために、エンジン１００が停止する前にスラリー燃料とは異なる燃料を使用して動作し得る。つまり、炭素質水性粒子を含まないＨＤＯまたはＭＤＯのような燃料を使用して、燃料配管および燃焼システムの他の部品から炭素質粒子を洗い流すことができるということである。このようにして、燃料噴射弁１０２の定期的なメンテナンスが行われ得、微粒子状物質の沈積が低減され、および／または解消され得る。しかしながら、大量のＭＲＣ燃料が一旦固化してしまうと、ＭＲＣ燃料は流れることができず、フラッシングによって噴射チャネルから除去するのが難しくなり得る。
【００３７】
燃料入口ポート１１６は、燃料供給弁１２２を介して弁ハウジング１１０内のポンプ室１２０に接続する。燃料供給弁１２２については、より詳細に後述する。ポンプ室１２０は、ノズル燃料導管１２４を介してノズル１０８と流体連通している。ノズル燃料導管１２４は、軸Ａ−Ａに沿って長手方向に延びる。いくつかの実施形態では、ノズル燃料導管１２４は、複数のノズル燃料導管１２４（図示せず）を含み得る。複数のノズル導管１２４は、ノズル１０８へ送達されるスラリー燃料の流量を増加するために使用される。いくつかの実施形態では、ポンプ室１２０とノズル１０８との間で流体連通した２つのノズル燃料導管１２４が存在する。つまり、低い燃料エネルギー密度を有し得るスラリー燃料はノズル１０８においてより多量で供給され得るということである。
【００３８】
図３を参照しながら、燃料ノズル１０８についてより詳細に説明する。図３は、燃料噴射弁１０２の先端の断面側面図である。上述したように、ノズル１０８は、燃料噴射弁１０２のハウジング１１０の第１の端部１０４に取り付けられる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ノズル１０８は、ハウジング１１０の第１の端部１０４に取り付けられる別個の要素である。他の実施形態では、ノズル１０８は、ハウジング１１０と一体型である。ノズル１０８は、１つまたは複数の燃料出口孔１４０を有する。燃料出口孔は、軸Ａ−Ａと軸方向に位置合わせされ得る。代替的にまたは追加的に、ノズル１０８は、ノズル１０８の半径方向におよび／または軸方向に分散された複数のノズルボア（図示せず）を備える。
【００４０】
燃料噴射弁１０２のハウジング１１０は、長手方向ボア１３２を備える。長手方向ボア１３２は、燃料噴射弁１０２の第１の端部１０４から第２の端部１０６へと延びる。長手方向ボア１３２は、軸Ａ−Ａと軸方向に位置合わせされ得る。
【００４１】
可動弁ニードル１３４は、長手方向ボア１３２内に取り付けられる。いくつかの実施形態では、可動弁ニードル１３４は、長手方向ボア１３２内に摺動可能に収容される。可動弁ニードル１３４は、長手方向軸Ａ−Ａおよび可動弁ニードル１３４の長手方向軸に沿って閉鎖位置と開放位置との間で移動可能である。可動弁ニードル１３４の移動方向は、図３に両方向矢印で示されている。図３は、開放位置にある可動弁ニードル１３４を示している。閉鎖位置にある可動弁ニードル１３４は、図３に破線で隠されて示されている。
【００４２】
閉鎖位置において、可動弁ニードル１３４の先端１３６はニードル弁座１３８に当接する。閉鎖位置において、弁ニードル１３４は閉鎖位置のニードル弁座１３８上で静止する。可動弁ニードル１３４は、ばね１４２（図２に示されている）によって閉鎖位置まで付勢される。ニードル燃料室１４４は、可動弁ニードル１３４の先端１３６を囲繞する。
【００４３】
ニードル燃料室１４４は、ノズル燃料導管１２４と流体連通している。可動弁ニードル１３４が開放位置にあるとき、ニードル燃料室１４４は、長手方向ノズルボア１４６と流体連通している。長手方向ノズルボア１４６は、軸Ａ−Ａと長手方向ボア１３２と軸方向に位置合わせされ得る。つまり、スラリー燃料は、可動弁ニードル１３４が開放位置にあるときに、ニードル燃料室１４４から長手方向ボア１４６へと流れることができるということである。
【００４４】
一方、可動弁ニードル１３４が閉鎖位置にあるときには、ニードル先端１３６は、ニードル弁座１３８に対して封止され、ニードル燃料室１４４は、長手方向ノズルボア１４６から封止される。したがって、可動弁ニードル１３４が閉鎖位置にあるとき、スラリー燃料は、ノズル燃料導管１２４およびニードル燃料室１４４から長手方向ノズルボア１４６へと流れることはできない。
【００４５】
図２に戻ると、可動弁ニードル１３４は、ニードルピストン１４８に結合される。ばね１４２は、ニードルピストン１４８とばね肩部１５２との間のばね室１５０内に取り付けられる。ばね１４２は、コイルばねであり、ニードルピストン１４８および可動弁ニードル１３４を第１の端部１０４および閉鎖位置に向けて付勢する。他の実施形態では、ばね１４２は、他のタイプのばねであり得る、または可動弁ニードル１３４を閉鎖位置に向けて付勢するための任意の適切な手段であり得る。
【００４６】
作動液の配置については、以降でより詳細に説明する。燃料噴射ピストン２００は、第１のボア２０２内に設けられる。燃料噴射ピストン２００は、実質的に円筒状であり、相補的形状の第１のボア２０２内配置される。燃料噴射ピストン２００と第１のボア２０２は、軸Ａ−Ａと軸方向に位置合わせされる。燃料噴射ピストン２００は、第１のボア２０２内で移動可能である。燃料噴射ピストンは、第１のボア２０２内で軸方向に摺動可能である。燃料噴射ピストン２００の底面２０４は、ポンプ室１２０内のスラリー燃料に隣接し、接触する。燃料噴射ピストン２００は、第１のボア２０２内で移動して、ノズル燃料導管１２４を介してスラリー燃料をノズル１０８に向けて付勢するように配置される。燃料噴射ピストン２００の機能について、さらに詳細に後述する。
【００４７】
燃料噴射ピストン２００は、作動ピストン２０６に結合される。図２に示されている燃料噴射ピストン２００および作動ピストン２０６は、同じシャトルピストン２０５の部品である。シャトルピストン２０５は、第２のボア２０２、２０８内を摺動可能に移動する単一の一体要素である。
【００４８】
いくつかの実施形態では、作動ピストン２０６は、第２のボア２０８内に設けられる。いくつかの実施形態では、第１のボア２０２と第２のボア２０８は、同一のボアである。作動ピストン２０６と第２のボア２０８は、軸Ａ−Ａと軸方向に位置合わせされる。作動ピストン２０６は、第２のボア２０８内で移動可能である。作動ピストン２０６は、第２のボア２０８内で軸方向に摺動可能である。いくつかの実施形態では、作動ピストン２０６および燃料噴射ピストン２００は、一体部品である、または機械的に結合される。他の実施形態では、作動ピストン２０６は、燃料噴射ピストン２００から遠位にあり得るので、ピストン２００、２０６は、別個の可動要素である。
【００４９】
作動ピストンの上面２１０は、作動室２１２内の作動液に隣接し、接触する。作動液は、作動液リザーバ２１６を有する高圧液圧システムの一部である。作動室２１２は、作動液供給導管２１４を介して作動液入口ポート１１４と流体連通している。高圧作動液の供給は、作動制御弁２１８を使用して制御される。作動制御弁２１８は、作動室２１２への作動液の流れを選択的に制御する。作動液リサーバ２１６は、高い脈動圧の作動液を供給するためのコモンレールシステムまたはカムシャフトシステムのような既存の供給源であり得る。このように、作動制御弁２１８は、高圧作動液が作動室２１２に流入し、燃料噴射ピストン２００を第１の端部１０４に向けて付勢するときに制御する。
【００５０】
作動ピストン２０６が第２の端部１０６に向かって上方に移動すると、作動液が低圧ドレン管路（図示せず）を介して作動室２１２から作動液リザーバ２１６へと戻る。つまり、作動液は、再生され、次の噴射サイクルで再利用される。
【００５１】
他の実施形態では、作動システムは、燃料噴射ピストン２００に力を加えるための任意の適切な手段であり得る。いくつかの実施形態では、作動液は封液でもある。つまり、封液リザーバ２２０は存在せず、封液リザーバは作動液リザーバ２１６でもあるということである。一実施形態では（図２には図示せず）、封止制御弁２２２は、作動液リザーバ２１６に結合される。つまり、封止制御弁２２２は、作動液を封液入口ポート１１２に送達する。あるいは、封液入口ポート１１２が作動液リザーバ２１６、作動液制御弁２１８、および／または作動液入口ポート１１４のような作動液システムの構成要素と流体連通している間に導管（図示せず）が結合される。封液の機能は、封液が作動液であることを除いて、上述したのと同じである。
【００５２】
燃料噴射ピストン２００は、作動ピストン２０６に高い圧力を加える高圧作動液の力を借りてポンプ室１２０内のスラリー燃料を加圧するように配置される。
【００５３】
スラリー燃料は、燃料噴射弁１０２を摩耗損傷する硬質摩耗粒子を含む。したがって、スラリー燃料を含む燃料システムを他の燃料噴射の部品から封止する封止構成が形成される。封液は、スラリー燃料を分離および隔離し、さらに可動部品を潤滑するのに使用される。封液の配置については、図２および図３を参照しながらより詳細に説明する。
【００５４】
石炭・水スラリー燃料は、典型的には、石油を含まず、そのため、一般的には、石炭・水スラリー燃料の封止特性および潤滑特性が標準未満である、または無い。任意で、いくつかの実施形態では、潤滑するために、また燃料噴射弁１０２内の固体粒子の移動を防止するために、可動部品用の封液が設けられる。封液はさらに、スラッジの蓄積および沈潜物内への炭素質粒子の蓄積を防止し得る。
【００５５】
封液は、封止制御弁２２２を介して、シーリング油リザーバ２２０から封液入口ポート１１２へと供給される。封液入口ポート１１２は、封止ピストン導管２２６を介して、燃料噴射ピストン２００上の溝２２４と流体連通している。溝２２４は、燃料噴射ピストン２００の外周円筒面の周囲に配置される。いくつかの実施形態では、溝２２４は、円周方向溝である。いくつかの実施形態では、各々が燃料噴射ピストン２００を潤滑し、封止する複数の円周方向溝２２４が存在する。封液は、ハウジング１１０内の第１のボア２０２および／または第２のボア２０８とポンプピストン２００および／または作動ピストン２０６との間の隙間を埋める。このことにより、ポンプ室１２０と作動液室２１２との間の隙間が封止される。
【００５６】
燃料噴射弁１０２の第１の端部１０４に向けてポンプピストン２００の下方部の上記の隙間をポンプピストン２００の上方部の隙間よりわずかに大きく選択することにより、封液の大部分がポンプ室１２０に向けて隙間を流れる。過剰な封液は、ポンプ室１２０内のスラリー燃料と混合されて燃焼されることになる。
【００５７】
封液入口ポート１１２はさらに、ノズル封液導管２３０を介して、可動弁ニードル１３４の周囲の少なくとも１つの円周方向溝２２８と流体連通している。図３を参照しながら、ノズル１０８の周囲の封止構成についてより詳細に説明する。
【００５８】
図３に戻ると、ノズル封液導管２３０は、封液ノズル出口２３２と流体連通している。封液ノズル出口２３２は、可動弁ニードル１３４上の少なくとも１つの円周方向溝２２８と流体連通している。いくつかの実施形態では、可動弁ニードル１３４上に複数の円周方向溝２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄが存在する。図３に示されている実施形態では、４つの円周方向溝２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄが存在する。いくつかの実施形態では、任意の数の円周方向封止溝が存在し得る。封液は、可動弁ニードル１３４の外表面の隙間と長手方向ボア１３２の表面との間の封液ノズル出口２３２から移動する。
【００５９】
円周方向溝２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄは、長手方向ボア１３２と直接接触している可動弁ニードル１３４の１つの面上に向けられた面を有する矩形または円形であり得る。
【００６０】
複数の円周方向溝２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄは、可動弁ニードル１３４の中間部分２３４に配置される。中間部分２３４は、長手方向ボア１３２のニードル燃料室１４４に最も近い部分と実質的に一致する。円周方向溝２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄは、中間部分２３４全体にわたって実質的に等間隔で離間される。
【００６１】
円周方向溝２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄに封液を供給する構成は、可動弁ニードル１３４が弁座１３８に対して中央同軸位置で維持される効果を有し、その結果、可動弁ニードル１３４の面と長手方向ボア１３２との間の隙間に封液を供給することで、この隙間が非圧縮性の封液で占有され、そのことにより可動弁ニードル１３４が長手方向軸Ａ−Ａと整列しない位置からずれるのを防止する。
【００６２】
任意で、可動弁ニードル１３４と長手方向ボア１３２との間の封止を高めるために、封液の圧力がニードル燃料室へ流入する封液の流れを促進するのに十分な圧力であり得る。このように、封液は、円周方向溝２２８ａ、２２８ｂ、２２８ｃ、２２８ｄからニードル座１３８へと流出する。このことにより、封液は、ニードル燃料室１４４内のスラリー燃料と混合される。封液は、いくつかの実施形態では、スラリー燃料よりも燃焼しやすいディーゼル油のような液化炭化水素油である。したがって、封液の燃料室１４４への流入が燃焼室３００内のスラリー燃料の燃焼を促進し得る。
【００６３】
図７を参照しながら、別の実施形態について説明する。図７は、燃料噴射弁１０２のノズル１０８の部分断面図である。任意で、ニードル弁座１３８と流体連通している追加の導管７００が存在する。封液をニードル弁座１３８内のスラリー燃料に加えることによって、スラリー燃料が燃焼室３００内へ噴射される間際に封液がスラリー燃料に追加される。つまり、封液がスラリー燃料に悪影響を及ぼす時間は最小限に抑えられるということである。例えば、ディーゼル油は、微粉化精製炭素スラリー燃料に悪影響を及ぼし、不安定な状態にし得る。
【００６４】
追加的にまたは代替的に、追加の導管７００は、ニードル燃料室１４４と流体連通している。追加の導管７００とニードル燃料室１４４との接続部は図示されていない。このように、追加の導管は、ノズル封液導管２３０をニードル燃料室１４４に接続する。つまり、ノズル封液導管２３０がニードル弁座１３８および／またはニードル燃料室１４４に封液を供給するということである。図７には１つの追加の導管７００のみが示されているが、他の実施形態では、ノズル封液導管２３０とニードル弁座１３８、ニードル燃料室１４４、および／またはノズル１０８の任意の他の部品とを流体連通させるために、複数の追加の導管７００が設けられる。
【００６５】
上述したように、封液は、典型的には、スラリー燃料より燃焼しやすいより軽い炭化水素である。つまり、封液は、スラリー燃料の燃焼性を向上させるために、パイロット燃料として使用され得る。このように、封液供給源２２０から供給された封液は、潤滑性および点火性を向上させるために使用され得る。その結果、潤滑不足によるニードル弁座１３８を損耗する可動弁ニードル１３４および先端１３６の摩耗は、抑えられる。
【００６６】
いくつかの実施形態では、ニードル燃料室１４４および／またはニードル弁座１３８への封液の流量は、変更され、制御され得る。つまり、パイロット燃料として使用される封液の量は、スラリー燃料の特性に応じて調整され得る。
【００６７】
図４を参照しながら、燃料供給弁１２２についてより詳細に説明する。図４は、燃料噴射弁１０２の概略図である。明確にするために、封液および対応する弁ならびに導管は図示されていない。可動弁ニードル１３４およびノズル１０８内の対応する構造的特徴部も、明確にするために省略されている。
【００６８】
燃料供給弁１２２は、燃料噴射弁１０２へのスラリー燃料の流れを制御する。いくつかの実施形態では、燃料供給弁１２２は、燃料噴射弁１０２の内部に取り付けられる。他の実施形態では、燃料供給弁１２２は、燃料リザーバ１１８とポンプ室１２０との間に取り付けられる。いくつかの実施形態では、燃料供給弁１２２は、一方向弁である。つまり、スラリー燃料は、燃料噴射弁１０２内へのみ流入し得るということである。あるいは、燃料供給弁１２２は二方弁であるが、燃料供給弁１２２はポンプ室１２０内の圧力がスラリー燃料の圧力未満になったときのみ開放するように選択的に制御される。
【００６９】
燃料供給弁１２２は、燃料入口ポート１１６とポンプ室１２０との間を流体連通させる。いくつかの実施形態では、燃料入口ポート１１６は、燃料供給弁１２２内に配置される。あるいは、燃料入口ポート１１６は、燃料供給弁１２２から遠隔に位置する。
【００７０】
スラリー燃料は、いくつかの実施形態では、１ｂａｒ（０．１ＭＰａ）〜２０ｂａｒ（２ＭＰａ）で加圧される。他の実施形態では、スラリー燃料は、いくつかの実施形態では、６ｂａｒ（０．６ＭＰａ）〜１５ｂａｒ（１．５ＭＰａ）で加圧される。燃料噴射弁１０２に供給される３つの別個の液体が存在することに留意されたい。封液、作動液、および封液の圧力は、全て異なる圧力である。封液、作動液、およびスラリー燃料の異なる機能を調節するように、異なる圧力が加えられ得る。
【００７１】
燃料供給弁１２２は、燃料入口ポート１１６を介して燃料リザーバ１１８と流体連通した供給弁燃料入口３０２を備える。供給弁燃料入口３０２は、燃料供給弁１２２へスラリー燃料を流入させるように配置される。燃料供給弁１２２はさらに、燃料噴射弁１０４のノズル１０８と流体連通した供給弁燃料出口３０４を備える。燃料供給弁はさらに、燃料噴射弁１０２のポンプ室１２０と流体連通したポンプ室ポート３０６を備える。
【００７２】
燃料供給弁１２２は、燃料供給弁ハウジング３１０内に取り付けられた供給弁可動要素３０８を備える。供給弁可動要素３０８は、いくつかの実施形態では、可動弁ゲート３０８である。可動弁ゲート３０８は、燃料供給弁１２２内の１つまたは複数のスラリー燃料流路に選択的に配置され得る。いくつかの実施形態では、弁ゲート３０８は、可動スラリー燃料流路を有する導管を備える。他の実施形態では、弁ゲート３０８は、第１のスラリー燃料流路と第２のスラリー燃料流路との間でスラリー燃料の流れを迂回させる中実要素である。
【００７３】
弁ゲート３０８は、供給弁燃料入口３０２が第１のスラリー燃料流路内でポンプ室ポート３０６と流体連通している第１の位置と、供給弁燃料出口３０４が第２のスラリー燃料流路内でポンプ室ポート３０６と流体連通している第２の位置との間で移動可能である。
【００７４】
このように、弁ゲート３０８は、供給弁燃料入口３０２からポンプ室１２０へのスラリー燃料の流れを選択的に制御する。さらに、燃料供給弁は、ポンプ室１２０を燃料噴射弁１０２の燃料入口ポート１１６またはノズル１０８に接続するかどうかを制御する。第１の位置では、燃料供給弁１２２は、燃料入口ポート１１６に対して開放状態であり、スラリー燃料をポンプ室１２０へと流入させることができる。第２の位置では、燃料供給弁１２２は、燃料入口ポート１１６に対して閉鎖状態であり、スラリー燃料をポンプ室１２０へと流入させることができない。
【００７５】
ここで、燃料供給弁１２２の機能についてより詳細に説明する。第１の充填段階において、弁ゲート３０８は第１の位置にあり、スラリー燃料は燃料供給弁１２２を通ってポンプ室１２０へと流入する。スラリー燃料の圧力は、燃料噴射ピストン２００を第２の端部１０６に向けて押し上げるのに十分である。燃料噴射ピストン２００および作動ピストン２０６が第２の端部１０６に向けて押し上げられると、作動室２１２内の作動液の一部が作動液リザーバ２１６へと逆流する。
【００７６】
第２の弁遮断段階において、ポンプ室１２０はスラリー燃料で満たされる。この段階で、燃料供給弁１２２の弁ゲート３０８は、第１の位置から第２の位置へ移動する。燃料入口ポート１１６は、ポンプ室１２０と流体連通しなくなる。供給弁可動要素３０８が第１の位置と第２の位置との間で移動するときに、可動要素が、ポンプ１２０へ流入するスラリー燃料の流れに対抗する力を実質的に加えることはない。   つまり、スラリー燃料は低い圧力で維持され得、燃料供給弁の開閉動作がスラリー燃料に加わる圧力を増加させないということである。つまり、燃料供給弁がスラリー燃料に加える追加の圧力は最小限に抑えられ、非ニュートンスラリー燃料が沈殿する、または固体燃料粒子を凝集させる可能性が制限される。このことは、スラリー燃料が燃料供給弁１２２またはポンプ室１２０内で詰まるために燃料供給弁が引き起こす不着火を防止する。
【００７７】
いくつかの実施形態では、スラリー燃料の流れに対抗する弁ゲート３０８の力は、１７０Ｎ未満である。別の実施形態では、スラリー燃料の流れに対抗する弁ゲート３０８の力は、１５０Ｎ未満である。さらに別の実施形態では、スラリー燃料の流れに対抗する可動要素３０８の力は、１００Ｎ未満である。さらに別の実施形態では、スラリー燃料の流れに対抗する弁ゲート３０８の力は、５０Ｎ未満である。さらに別の実施形態では、スラリー燃料の流れに対抗する弁ゲート３０８の力は、２５Ｎ未満である。さらに別の実施形態では、スラリー燃料の流れに対抗する弁ゲート３０８の力は、１０Ｎ未満である。さらに別の実施形態では、スラリー燃料の流れに対抗する可動要素３０８の力は、５Ｎ未満である。さらに別の実施形態では、スラリー燃料の流れに対抗する弁ゲート３０８の力は、約０Ｎまたは０Ｎである。
【００７８】
第３の噴射段階において、作動液制御弁２１８は開放され、高圧作動液が作動室２１２内へ急速に流入する。作動液の圧力はポンプ室１２０内のスラリー燃料の圧力よりもはるかに高いので、力が燃料噴射ピストンを第１の端部１０４に向けて迅速に付勢する。このことにより、スラリー燃料は加圧されて、ニードル燃料室１４４内へと付勢される。いくつかの実施形態では、これは、スラリー燃料が沈殿する、または凝集する可能性を制限するために、スラリー燃料が高い圧力に晒されるときのみである。スラリー燃料の圧力は、ニードルピストン１４８の反動を引き起こし、可動ニードル弁１３４を開放位置へ移動させる。スラリー燃料は、その後、燃焼室３００へと追い込まれる。
【００７９】
第４の弁開放段階において、ばね１４２は、ニードルピストン１４８および可動弁ニードル１３４を閉鎖位置に向けて付勢する。燃料供給弁１２２の弁ゲート３０８は、第１の位置へと移動する。サイクルは、その後、第１の充填段階を再開する。
【００８０】
いくつかの実施形態では、燃料供給弁は、モータおよび電子制御システムによって作動される。他の実施形態では、燃料供給弁は、エンジンに結合され、エンジンタイミングに同期された歯車機構によって作動される。他の実施形態では、燃料供給弁は、弁ゲート３０８を作動させて移動させるための任意の適切な手段によって作動される。
【００８１】
ここで図５を参照しながら、燃料噴射弁５００の燃料供給弁５０２の別の実施形態について説明する。図５は、燃料噴射弁５００の部分切り取り斜視図である。
【００８２】
燃料噴射弁５００は、先の実施形態について説明した燃料噴射弁１０２と同様である。燃料噴射弁５００は、異なる構造の燃料供給弁５０２を備える。この燃料供給弁５０２について、さらに詳細に説明する。
【００８３】
燃料噴射弁５００は、可動カートリッジ５０４を備える。可動カートリッジ５０４は、いくつかの実施形態では、燃料噴射弁５００の長手方向軸Ｂ−Ｂを中心として回転可能である。回転可能カートリッジ５０４は、回転可能カートリッジ５０４の周囲で円周方向に分散された複数の室５０６を備える。図５は、軸Ｂ−Ｂを中心として離間された３つの室５０６を示している。しかしながら、他の実施形態では、カートリッジ５０４内に任意の数の室が存在し得る。例えば、２つの室５０６または４つの室５０６が存在し得る。
【００８４】
回転可能カートリッジ５０４は、往復動カートリッジ室５２０内の軸受面（図示せず）上に回転可能に取り付け可能である。カートリッジ室５２０は、カートリッジ室５２０内での回転可能カートリッジ５０４の自由回転を可能にする。カートリッジ室５２０は、ハウジング１１０の側壁５２２によって画定される。カートリッジ室５２０の上面５２４は、燃料噴射弁キャップ５１６によって形成される。カートリッジ室５０４の底面５２６は、中間壁５２８によって画定される。回転可能カートリッジ５０４の軸受面はそれぞれ、底面５２６および上面５２４上に位置する。
【００８５】
各々の室５０６は、軸Ｂ−Ｂに実質的に平行な長手方向ボア５０８を備える。長手方向ボア５０８は、いくつかの実施形態では、スラリー燃料が下側からボアに流入することができ、作動液が上からボアに流入することができるようにオープンボアである。燃料噴射ピストン５１０および作動ピストン５１２は、各々の長手方向ボア５０８内に設けられる。燃料噴射ピストン５１０および作動ピストン５１２は、同じシャトルピストン５１８の部品であり、長手方向ボア内に摺動可能に配置される。室５０６および燃料噴射ピストン５１０および作動ピストン５１２の各々の配置は、先の実施形態に関して説明した燃料噴射弁１０２と同じである。このように、室５０６は、同様にポンプ室１２０および作動室２１２であると考えられる。
【００８６】
上記の実施形態と同様に、任意で、ポンプ室１２０および作動室２１２を潤滑し、封止するために封液が供給される。さらに、回転可能な室５０４を封止し、潤滑するために１つまたは複数の回転カートリッジ封液導管が設けられ得る。１つまたは複数の回転カートリッジ封液導管は、底面５２６および上面５２４上の軸受面に設けられる。つまり、封液は回転カートリッジ５０４上の各々のポンプ室１２０の外周の縁に供給されて、スラリー燃料が回転カートリッジの回転機構を汚染するのを防止する。
【００８７】
作動ピストン５１２は、作動液ポート５１４を介して高圧作動リザーバ２１６と流体連通している。作動液ポート５１４は、燃料噴射弁キャップ５１６内に配置される。燃料噴射弁キャップ５１６は、ハウジング１１０上に取り付け可能である。作動液の機能および配置は、上述の実施形態と同じである。
【００８８】
回転可能カートリッジ５０４は、回転して、作動液ポート５１４、供給弁燃料入口、および供給弁燃料出口に対する異なる相対位置に各々の室５０６を順次位置決めする。供給弁燃料入口および供給弁燃料出口および燃料噴射弁５００を通る個々の流体接続部は、上述の燃料噴射弁１０２と同じである。
【００８９】
第１の回転位置において、回転可能カートリッジ５０４は、ポンプ室１２０が供給弁燃料入口と流体連通するように位置決めされる。燃料入口ポート１１６は、燃料リザーバ１１８から燃料を受け取り、燃料入口は、供給弁燃料入口と流体連通している。
【００９０】
スラリー燃料が回転カートリッジ５０４の第１の室５０６のポンプ室１２０へ流入するときには、スラリー燃料は低い圧力で維持される。スラリー燃料が燃料供給弁５０２に流入したときには、スラリー燃料は、６ｂａｒ（０．６ＭＰａ）〜１５ｂａｒ（１．５ＭＰａ）の圧力で維持される。
【００９１】
第２の回転位置において、回転可能カートリッジ５０４は、回転カートリッジ５０４の第１の室５０６のポンプ室１２０が供給弁燃料出口と位置合わせされるように回転する。それと同時に、作動室２１２は、作動液ポート５１４と位置合わせされる。第２の位置において、燃料噴射弁は、ポンプ室１２０内のスラリー燃料を放出してノズル１０８へと流すことができる状態にある。ノズル１０８の配置は、先の実施形態に関して上述したのと同じである。
【００９２】
いくつかの実施形態では、回転カートリッジ５０４の第１の室５０６は、次に、ポンプ室１２０が再び充填される状態になるように、第１の回転位置まで戻される。
【００９３】
任意で、回転カートリッジは、回転カートリッジ５０４の第１の室５０６を第３の回転位置へと移動させる。第３の位置において、回転可能カートリッジは、フラッシングポート（図示せず）と位置合わせされる。フラッシングポートは、第２の位置と第１の位置との合間にポンプ室１２０および作動室２１２を洗い流すフラッシング媒体システム（図示せず）に接続される。フラッシング媒体システムは、フラッシング液を回転可能カートリッジ５０４へと送達する。すなわち、フラッシング段階は、充填段階と噴射段階との間で発生する。
【００９４】
このことにより、燃料が室内で蓄積して閉塞を発生させる可能性が低減される。フラッシングシステムは、フラッシング媒体をシャトルピストン５１８の上部および底部の両方へ送達する。
【００９５】
いくつかの実施形態では、フラッシング液は、最初に、ポンプ室１２０のシャトルピストン５１８の底部に供給されて、シャトルピストン５１８を上死点位置へと付勢する。室５０６の頂部の上または頂部にある残りの作動液は、収集されて作動液リザーバ２１６へ送られる。作動液の収集は、先の実施形態に関して説明したプロセスと同様である。フラッシング媒体は、その後、最上位の室へと送出され、ピストンを下死点へと付勢して、下位の室からフラッシング媒体を排出する。
【００９６】
図５に示されている回転カートリッジ５０４は、３つの個々の回転位置を有する３つの室５０６を備える。しかしながら、それより多い回転位置および室５０６が存在する場合もある。このことは、例えば、低い圧力のスラリー燃料をポンプ室１２０に充填するステップが噴射プロセスの最も時間のかかるステップである場合に有利であり得る。
【００９７】
いくつかの実施形態では、回転カートリッジ５０４は、エンジン１００からのサーボ給油システム（図示せず）からの液圧作動油を使用して回転される。このように、回転可能カートリッジ５０４のタイミングは、エンジン１００の速度によって駆動される。平歯車（図示せず）に接続された液圧ピストン（図示せず）は、回転カートリッジ５０４が軸ＢーＢを中心として回転するのを可能にする。歯車機構（図示せず）により、第１の回転位置、第２の回転位置、および第３の回転位置において、室５０６が個々の充填ポートおよび燃料放出ポートと確実に位置合わせすることができる。さらに、歯車機構により、確実に十分な封止状態が維持され得る。
【００９８】
回転可能カートリッジ５０４の回転により、確実にスラリー燃料が個々の室５０６内で選択的に制御される。回転可能カートリッジ５０４の回転は、スラリー燃料がポンプ室に流入する方向に対して実質的に横断方向の回転である。回転可能カートリッジ５０４の回転は、スラリー燃料の流れと交差して回転する。つまり、スラリー燃料にかかる回転可能カートリッジ５０４を回転させる力は、最小であるということである。
【００９９】
代替形態では、回転可能カートリッジ５０４は、他の手段（例えば、別個のモータおよび電子制御システム）を使用して回転される。回転可能カートリッジは、異なる位置間でカートリッジ５０４を回転させるための任意の他の適切な手段を使用して動作し得る。
【０１００】
図６ａ〜図６ｃを参照しながら、別の実施形態について説明する。図６ａ〜図６ｃは、燃料噴射弁１０２の燃料供給弁１２２の部分断面側面図である。図６ａ〜図６ｃは、第１の位置と第２の位置との間で移動する燃料噴射弁１２２の連続ステップを示す図である。
【０１０１】
燃料噴射弁１０２は、図２に示されているのと同一である。燃料供給弁１２２は、燃料噴射弁１０２のハウジング１１０と一体型である。燃料供給弁１２２およびポンプ室１２０の構造は修正されており、ここで、この構造ついてさらに詳細に説明する。
【０１０２】
図６ａにおいて、燃料供給弁１２２は第２の位置にあり、このとき、燃料入口ポート１１６および供給弁燃料入口３０２はポンプ室１２０と流体連通しておらず、供給弁燃料出口３０４はノズル１０８と流体連通している。   可動要素３０８が燃料供給弁座６００に着座しており、このことが燃料入口ポート１１６および供給燃料出口３０４をポンプ室１２０から遮断している。可動要素３０８は、スラリー燃料が弁ゲート３０８を押すことができるように、最小限の静的かつ動的摩擦を生じるように配置される。
【０１０３】
弁ゲート３０８は、入口表面６０２と室表面６０４とを備える。好ましくは、入口表面６０２の表面積は、室表面６０４の表面積より小さい。したがって、燃料供給弁１２２は、面積差を利用した弁である。
【０１０４】
スラリー燃料は、燃料入口ポート１１６から燃料供給弁１２２に流入する。ポンプ室１２０は、図６ａでは、空である。入口表面６０２に加わる燃料の圧力Ｐｆｕｅｌは、ポンプ室１２０の室表面６０４に加わる圧力Ｐｃｈａｍｂｅｒより大きいということである。したがって、スラリー燃料の圧力は、図６ｂに示されている矢印の方向に力を加える。
【０１０５】
図６ｂにおいて、入口表面６０２におけるスラリー燃料の圧力Ｐｆの合力が弁ゲート３０８を弁座６００から引き離す。すなわち、燃料供給弁１２２は第２の位置から第１の位置へ移動する。このときに、燃料入口ポート１１６および供給弁燃料出口３０４は、ポンプ室ポート３０６と流体連通する。スラリー燃料は、ポンプ室１２０へと流入する。
【０１０６】
スラリー燃料は、ポンプ室１２０へと流入し、さらにスプール弁導管６０６へと流入する。スプール弁導管６０６は、可動要素３０８および室表面６０４を収容し、ポンプ室１２０と流体連通している。したがって、ポンプ室１２０にはスラリー燃料が充填され、スプール弁導管６０６にもスラリー燃料が充填される。
【０１０７】
可動弁要素３０８における合力Ｒは、入口表面６０２に加わる力
Ｆｉｎｌｅｔ＝Ｐｆｕｅｌ×Ａｉｎｌｅｔ
および室表面６０４に加わる力
Ｆｃｈａｍｂｅｒ＝Ｐｃｈａｍｂｅｒ×Ａｃｈａｍｂｅｒ
によって決まる。
【０１０８】
つまり、Ｆｉｎｌｅｔ＞Ｆｃｈａｍｂｅｒであるとき、合力は弁ゲート３０８を第１の位置へと付勢し、ここで燃料供給弁がスラリー燃料をポンプ室１２０へと流入させることができる。
【０１０９】
ポンプ室１２０が満杯になると、スラリー燃料は、供給弁入口３０２およびポンプ室１２０およびスプール弁導管６０６の両方に存在する。弁ゲート３０８の両側で圧力が等しい場合、
Ｆｉｎｌｅｔ＜Ｆｃｈａｍｂｅｒ
である。
【０１１０】
したがって、弁ゲート３０８に加わる合力は、図６ｃに示されているように、弁ゲート３０８を第１の位置から第２の位置へ移動させる。可動弁ゲート３０８の慣性により、確実に弁ゲート３０８が燃料供給弁座６００に着座し、スラリー燃料の流れを遮断することができる。いくつかの実施形態では、任意で、可動要素を第２の位置に向けて付勢するために柔らかいばね（図示せず）が設けられ得る。柔らかいばねは、弁ゲート３０８を図６ａに示されている元の位置に戻すために弁ゲート３０８に弱い力を加えるように構成される。
【０１１１】
ポンプ室１２０は、このときに、スラリー燃料で満たされ、供給弁出口３０４およびノズル１０８は、ポンプ室１２０と流体連通する。つまり、ポンプピストン２００は、燃焼させる状態になったスラリー燃料をノズル１０８へと噴射することができるということである。
【０１１２】
すなわち、スラリー燃料の圧力は、燃料供給弁１２２を作動させるのに使用され得る。つまり、スラリー燃料は、ノズル１０８へと流されたときに燃料噴射弁１０２内でのみ高い圧力に晒されるということである。このことにより、非ニュートンスラリー燃料が燃焼システム内で不利な挙動をする可能性が制限される。
【０１１３】
燃料噴射弁１０２の他のステップおよび燃料噴射弁１０２の構造的特徴部は、先の実施形態に関して上述したのと同じである。
【０１１４】
別の実施形態では、２つ以上の実施形態が組み合わせられる。一実施形態の特徴は、他の実施形態の特徴と組み合わせられ得る。
【０１１５】
本発明の実施形態を、特に図示されている実施例を参照しながら説明してきた。しかしながら、本発明の範囲内で、記載されている実施例に変更および修正が行われてもよいことは理解されるであろう。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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