JP7737524B2 - Fuel valve for injecting fuel into the cylinder of a large turbocharged two-stroke uniflow scavenged internal combustion engine, and engine equipped with such a fuel valve - Google Patents
Fuel valve for injecting fuel into the cylinder of a large turbocharged two-stroke uniflow scavenged internal combustion engine, and engine equipped with such a fuel valveInfo
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Description
本願の開示事項(以下、本開示という)大型ターボ過給式2ストロークユニフロー掃気内燃機関のシリンダ内に液体燃料を噴射するための燃料弁、及びそのような燃料弁を備えた機関に関する。 The subject matter disclosed in this application (hereinafter referred to as "the present disclosure") relates to a fuel valve for injecting liquid fuel into the cylinders of a large turbocharged, two-stroke, uniflow-scavenged internal combustion engine, and an engine equipped with such a fuel valve.
大型ターボ過給式2ストロークユニフロー掃気クロスヘッド内燃機関は、通常、コンテナ船などの大型外航船や発電所の原動機として使用される。 Large turbocharged, two-stroke, uniflow scavenging, crosshead internal combustion engines are typically used as prime movers for large ocean-going ships such as container ships and power plants.
このタイプの機関のシリンダには、シリンダカバー即ちシリンダの上部の中央に排気弁が1つだけ設けられ、シリンダライナの下部にはピストン制御の掃気ポートがリング状に設けられている。シリンダ内のガス輸送方向は常に下から上に向かっており、それゆえユニフロー掃気という呼称がある。掃気ポートは斜めに配置されている。これは、燃焼室内のガスに渦巻きを発生させるためである。 The cylinder of this type of engine has a single exhaust valve located in the center of the cylinder cover, i.e., the top of the cylinder, and a ring of piston-controlled scavenging ports located at the bottom of the cylinder liner. Gas is always transported from bottom to top within the cylinder, hence the name uniflow scavenging. The scavenging ports are arranged at an angle, which creates a vortex in the gases within the combustion chamber.
シリンダカバーには、中央に配置された排気弁の周りに、2つ又は3つの燃料弁が配置されている。燃料弁のノズルは燃焼室内に突出している。燃料弁は、シリンダカバーの周辺部に配置される。つまり中心部には配置されない。ノズルのノズル孔は、燃焼室内へと、渦(スワール)の方向を向くように配されており、シリンダ壁から遠ざかる方向に向けられる。時には、ノズルの1つのノズル孔が燃焼室内の渦に逆らうように向けられることもある。 The cylinder cover has two or three fuel valves arranged around a centrally located exhaust valve. The fuel valve nozzles protrude into the combustion chamber. The fuel valves are located on the periphery of the cylinder cover, i.e., not in the center. The nozzle holes are oriented in the direction of the swirl into the combustion chamber, pointing away from the cylinder wall. Sometimes, one nozzle hole is oriented against the swirl in the combustion chamber.
ノズルは燃料弁の前端部(遠位端)に取り付けられている。燃料弁は、縦長のハウジングを有する。このハウジングはシリンダカバーを貫通しており、後端部(近位端)がシリンダカバーの上面から突出し、前端部(遠位端)のノズルは燃焼室内に突出している。 The nozzle is attached to the front end (distal end) of the fuel valve. The fuel valve has an elongated housing that passes through the cylinder cover, with the rear end (proximal end) protruding from the top surface of the cylinder cover and the nozzle at the front end (distal end) protruding into the combustion chamber.
クロスヘッド式大型2ストロークディーゼル機関用の既知のノズルは、通常ノズルボディを有する。このノズルボディは、まっすぐな主孔を有する円筒部を有する。この主孔は、ノズルボディの近位端にあるノズルの基端から、ノズルボディの先端部(遠位端)の近傍に位置するノズル孔へと通じる。先端部又は遠位端は丸くても平らでもよいが、閉じている。これは、(ピストンが上死点にあるとき、すなわち圧縮着火機関の燃料噴射の瞬間、ピストンの上面がノズルの先端に非常に近いため、)ノズル孔がピストンに対して下向きであってはならないからである。典型的には、各ノズルは3~7個のノズル孔を備えている。これらは全て主孔に接続されている。主噴射とパイロット噴射の両方を行うことができる燃料弁は、通常、主孔に接続された1つ又は2つの小さなパイロットノズル孔を更に備えている。これらの弁は、通常、変位可能な弁部材を有し、弁部材のリフト量が小さい場合はパイロットノズル孔のみが、リフト量が大きい場合はパイロットノズル孔と主ノズル孔の両方が開口する。 Known nozzles for large, crosshead, two-stroke diesel engines typically have a nozzle body with a cylindrical section containing a straight main bore. This main bore leads from the nozzle base at the proximal end of the nozzle body to a nozzle hole located near the tip (distal end) of the nozzle body. The tip or distal end may be rounded or flat, but is closed. This is because the nozzle hole must not face downward relative to the piston (because the top surface of the piston is very close to the tip of the nozzle when the piston is at top dead center, i.e., at the moment of fuel injection in a compression-ignition engine). Typically, each nozzle has three to seven nozzle holes, all connected to the main holes. Fuel valves capable of both main and pilot injection typically also have one or two small pilot nozzle holes connected to the main holes. These valves typically have a displaceable valve member such that only the pilot nozzle hole is open when the valve member lift is small, and both the pilot and main nozzle holes are open when the valve member lift is large.
典型的には、液体燃料を噴射するための公知の燃料弁は、ノズルへの燃料の流れを制御するために、円錐形の弁座と、これに協働する軸方向に変位可能な弁針を備えている。弁針の前方部分は、主孔内に隙間なく受容される遠位部円筒からなり、弁針が閉位置にあるときにノズル孔を閉鎖するためのスライド弁として作用する。それによって、いわゆるサックボリューム、つまり、ノズル内の主孔によって形成される空間内の燃料の残留量(residual volume,RV)を著しく減少させる。このようなスライド弁構造がなければ、メインボア内(及びノズル孔内)の残留燃料量は、燃料噴射終了後に燃焼室内に滴下し、燃料消費、信頼性、及び排出ガスに悪影響を及ぼす。 Typically, known fuel valves for injecting liquid fuels include a conical valve seat and a cooperating axially displaceable valve needle to control fuel flow to the nozzle. The forward portion of the valve needle consists of a distal cylinder that is snugly received within the main bore and acts as a slide valve to close the nozzle bore when the valve needle is in the closed position, thereby significantly reducing the so-called suction volume, i.e., the residual volume (RV) of fuel within the space defined by the main bore within the nozzle. Without such a slide valve structure, residual fuel within the main bore (and nozzle bore) would drip into the combustion chamber after fuel injection ends, adversely affecting fuel consumption, reliability, and emissions.
KR102057802は、燃料が供給される燃料通路と、燃料通路と連通するメイン噴射孔と、パイロット噴射孔とを含む弁本体と、弁本体に弾性的に支持されて移動し、燃料供給モードに応じてメイン噴射孔とパイロット噴射孔とを選択的に開閉する単一の弁針を有する弁部とを備える二元燃料機関用の燃料弁を開示している。弁部の移動距離は、弁本体内に加えられる押圧力によって決定される。弁針は、燃料供給モードがディーゼルモードの場合、メイン噴射孔とパイロット噴射孔を同時に開き、燃料供給モードがガスモードの場合、パイロット噴射孔のみを開く。パイロット噴射のみになるようにストロークを制限するには、燃料弁に設けられた変位可能な閉塞プランジャに高圧の作動油を作用させる。従って、この既知の燃料弁は、燃料供給系への接続に加えて、高圧油圧系への接続を必要とし、従って、機関にそのような油圧系を設ける必要があり、シリンダの3つ又は4つの燃料弁の各々を、二重壁配管を介して高圧油圧系に接続し、各燃料弁を、高圧作動油を扱うことができる油圧弁を有する弁ブロックに接続する必要がある。この弁では、作動油が燃料に混入したり、逆に燃料に混入したりしないようにする必要があるため、燃料弁にシールや圧力バリアなどの混入対策を施す必要がある。これらの要件は、燃料弁を高価にし、必要な追加装備のために機関を高価にし、燃料と作動油が混合するリスクが常に存在するため信頼性が低い。 Patent document KR102057802 discloses a fuel valve for a dual-fuel engine, comprising: a valve body including a fuel passage through which fuel is supplied, a main injection hole communicating with the fuel passage, and a pilot injection hole; and a valve section having a single valve needle that is elastically supported by the valve body and moves to selectively open and close the main injection hole and the pilot injection hole depending on the fuel supply mode. The movement distance of the valve section is determined by a pressing force applied within the valve body. The valve needle simultaneously opens the main injection hole and the pilot injection hole when the fuel supply mode is diesel mode, and opens only the pilot injection hole when the fuel supply mode is gas mode. To limit the stroke to pilot injection only, high-pressure hydraulic oil is applied to a displaceable closure plunger provided in the fuel valve. Therefore, this known fuel valve requires connection to a high-pressure hydraulic system in addition to connection to the fuel supply system. Therefore, the engine must be equipped with such a hydraulic system. Each of the three or four fuel valves of a cylinder must be connected to the high-pressure hydraulic system via double-walled piping, and each fuel valve must be connected to a valve block having a hydraulic valve capable of handling high-pressure hydraulic oil. This valve must be designed to prevent hydraulic oil from mixing with the fuel, and vice versa, so the fuel valve must be fitted with anti-contamination measures such as seals and pressure barriers. These requirements make the fuel valve expensive, the engine expensive due to the additional equipment required, and unreliable as there is always a risk of fuel and hydraulic oil mixing.
US4285471Aは、内燃機関用の燃料噴射ノズルを開示している。この燃料噴射ノズルは、第1の組の燃料噴射開口と、前記第1の組の噴射開口に加圧燃料を適用するための燃料入口手段とを有するノズル本体と;前記ノズル本体内の摺動可能な弁針と;前記弁針を前記第1の組の噴射開口との閉鎖関係に移動させるために、前記弁針が開くのに抗して前記弁針に閉鎖力を加える手段と;前記ノズルボディ内に摺動可能に配置され、前記弁針の一方の側に作用する制御ピストンと;前記ノズルボディ内のスプリングチャンバと;前記スプリングチャンバ内の前記弁針に面する側の関連流体圧力源から加圧された制御流体を前記制御ピストンに印加するための前記ノズルボディ内の入口手段と;前記燃料噴射ノズルから前記第1の組の噴射開口部を通って吐出される燃料とは独立して前記制御流体圧力を制御するための手段と;を備える。 US Pat. No. 4,285,471A discloses a fuel injection nozzle for an internal combustion engine. The fuel injection nozzle comprises: a nozzle body having a first set of fuel injection openings and fuel inlet means for applying pressurized fuel to the first set of injection openings; a valve needle slidable within the nozzle body; means for applying a closing force to the valve needle against opening of the valve needle to move the valve needle into a closing relationship with the first set of injection openings; a control piston slidably disposed within the nozzle body and acting on one side of the valve needle; a spring chamber within the nozzle body; inlet means within the nozzle body for applying pressurized control fluid to the control piston from an associated fluid pressure source on the side of the spring chamber facing the valve needle; and means for controlling the control fluid pressure independently of fuel discharged from the fuel injection nozzle through the first set of injection openings.
上記の点に鑑み、本発明の目的は、上記の問題点を克服するか、少なくとも軽減した、クロスヘッド式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関に液体燃料を噴射するための燃料弁を提供することにある。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a fuel valve for injecting liquid fuel into a large, crosshead, two-stroke, uniflow-scavenged internal combustion engine that overcomes or at least reduces the above-mentioned problems.
上述の課題やその他の課題が、独立請求項に記載の特徴により解決される。より具体的な実装形態は、従属請求項や明細書、図面から明らかになるだろう。 These and other problems are solved by the features of the independent claims. More specific implementations will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings.
第1の捉え方によれば、クロスヘッド式大型2ストロークターボ過給式ユニフロー掃気式内燃機関の燃焼室に液体燃料を噴射するための燃料弁が提供される。この燃料弁は、
・ 燃料入口ポートと、
・ 燃料制御ポートと、
・ 1つ又は複数の主ノズル孔と、
・ 1つ又は複数のパイロットノズル孔と、
・ 閉位置と開位置との間で変位可能であり、閉位置と開位置との間に中間位置を持つ弁部材と、
を備え、前記弁部材は、前記閉位置の方に弾性的に付勢されると共に、前記弁部材の第1の面に作用する前記燃料入口ポートの燃料圧力によって前記開位置の方に液圧付勢され、
前記弁部材は、前記閉位置において、前記1つ又は複数の主ノズル孔への燃料の流れに対して閉じていると共に、前記1つ又は複数のパイロットノズル孔への燃料の流れに対しても閉じており、
前記弁部材は、前記中間位置において、前記1つ又は複数の主ノズル孔への燃料の流れに対して閉じているが、前記1つ又は複数のパイロットノズル孔への燃料の流れに対しては開いており、
前記弁部材は、前記開位置において、前記1つ又は複数の主ノズル孔への燃料の流れに対して開いており、前記1つ又は複数のパイロットノズル孔への流れに対しても開いており、
前記燃料弁は更に、前記中間位置から前記開位置への前記弁部材の変位を選択的に邪魔する機構を備え、前記機構は、
・ 第1燃料チャンバ内の燃料圧力に曝される第2の面を有する邪魔部材と、
・ 少なくとも第1の位置と第2の位置を有する電子制御弁と、
を備え、前記電子制御弁は好ましくはソレノイド弁であり、また前記電子制御弁は、
・ 前記第1の位置において、前記燃料入口ポートの燃料圧力が前記第1燃料チャンバ内にもたらされることを生じさせ、
・ 前記第2の位置において、前記燃料制御ポートの燃料圧力が前記第1燃料チャンバ内にもたらされることを生じさせる、
ように構成され、
前記邪魔部材は、邪魔位置と非邪魔位置との間で変位可能であり、前記邪魔位置において前記邪魔部材は前記弁部材の前記中間位置から前記開位置への変位を妨害し、前記非邪魔位置において前記邪魔部材は前記弁部材の前記中間位置から前記開位置への変位を妨害せず、更に前記邪魔部材は、
・ 前記燃料入口ポートの燃料圧力が前記第1燃料チャンバ内にもたらされるときに前記邪魔位置へと動き、
・ 前記燃料制御ポートの燃料圧力が前記第1燃料チャンバ内にもたらされるときに前記非邪魔位置へと動く、
ように構成される。
According to a first aspect, there is provided a fuel valve for injecting liquid fuel into a combustion chamber of a crosshead type large two-stroke turbocharged uniflow scavenged internal combustion engine. The fuel valve comprises:
a fuel inlet port;
a fuel control port;
one or more primary nozzle holes;
one or more pilot nozzle holes;
a valve member displaceable between a closed position and an open position, the valve member having an intermediate position between the closed and open positions;
the valve member is resiliently biased toward the closed position and hydraulically biased toward the open position by fuel pressure at the fuel inlet port acting on a first surface of the valve member;
the valve member, in the closed position, closes fuel flow to the one or more main nozzle holes and also closes fuel flow to the one or more pilot nozzle holes;
the valve member, in the intermediate position, is closed to fuel flow to the one or more main nozzle holes but open to fuel flow to the one or more pilot nozzle holes;
the valve member, in the open position, is open to fuel flow to the one or more main nozzle holes and also to fuel flow to the one or more pilot nozzle holes;
The fuel valve further includes a mechanism for selectively impeding displacement of the valve member from the intermediate position to the open position, the mechanism comprising:
a baffle member having a second surface exposed to fuel pressure in the first fuel chamber;
an electronically controlled valve having at least a first position and a second position;
The electronically controlled valve is preferably a solenoid valve, and the electronically controlled valve comprises:
causing fuel pressure at the fuel inlet port to be provided within the first fuel chamber in the first position;
causing fuel pressure at the fuel control port to be provided in the first fuel chamber in the second position;
It is configured as follows:
the baffle member is displaceable between a blocking position and a non-blocking position, in the blocking position the baffle member obstructs displacement of the valve member from the intermediate position to the open position, and in the non-blocking position the baffle member does not obstruct displacement of the valve member from the intermediate position to the open position, and further the baffle member:
moving to the obstructing position when fuel pressure at the fuel inlet port is brought into the first fuel chamber;
moving to the unobstructed position when fuel pressure at the fuel control port is brought into the first fuel chamber;
It is configured as follows.
この燃料弁は、クロスヘッド式大型2ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関の燃焼室へのパイロット燃料噴射とメイン燃料噴射を正確に制御することができる。これにより、最適な混合気と燃焼効率が確保され、機関性能の向上と排出物の低減が実現する。 This fuel valve can precisely control the pilot and main fuel injection into the combustion chambers of large, crosshead, two-stroke, turbocharged, uniflow-scavenged internal combustion engines. This ensures optimal mixture and combustion efficiency, resulting in improved engine performance and reduced emissions.
弁部材の変位を選択的に妨げる構成は、燃料噴射プロセスの制御を改善する。中間位置から閉位置への弁部材の移行を妨げることにより、燃料弁は正確なパイロット噴射(少量)を供給し、燃料噴射の正確なタイミングと持続時間を確保する。 The selectively impeding valve member displacement improves control of the fuel injection process. By preventing the valve member from transitioning from an intermediate position to a closed position, the fuel valve delivers a precise pilot injection (small volume) and ensures precise timing and duration of fuel injection.
電子制御弁、好ましくはソレノイド弁は、第1の位置と第2の位置との間、すなわちパイロット噴射とメイン噴射との間の迅速かつ正確な切り替えを可能にする。これにより、パイロット噴射のみとメイン噴射との間のシームレスな移行が可能になり、効率的な燃料噴射制御が容易になる。 An electronically controlled valve, preferably a solenoid valve, allows for fast and accurate switching between the first and second positions, i.e., between pilot and main injection. This allows for a seamless transition between pilot-only and main injection, facilitating efficient fuel injection control.
この燃料弁は、弁部材/弁針のリフトを得るための圧力媒体として、また、弁部材を、小さなパイロットノズル開口部を通してパイロット噴射のみを行う位置、あるいは大きな主ノズル開口部を通しても噴射を行う位置まで開かせる機構のための圧力媒体として、燃料のみを使用する。燃料が唯一の油圧媒体であるため、作動油のような別の圧力媒体が燃料油と混合する危険性がない。このため、燃料と作動油の混合を防止する措置の必要性が大幅に減少し、2つの圧力媒体間に障壁を設けるために必要な構造が大幅に簡素化される。更に、この燃料弁は、作動のために外部の制御弁を必要とせず、油圧媒体用の二重壁油圧管を必要とせず、油圧媒体に関連する油圧制御ブロックも必要としない。また、燃料弁自体は、内部シール、媒体間の検出手段、及び作動油に特別に適合した部品を必要としない。従って、燃料弁自体が大幅に簡素化されると共に、その機関への取り付けも大幅に簡素化される。期間への取り付けにはケーブルが必要なだけで、油圧制御弁や、油圧媒体用の二重壁配管は必要ない。 This fuel valve uses only fuel as the pressure medium for obtaining lift for the valve member/valve needle and for the mechanism that opens the valve member to a position where only pilot injection is performed through the small pilot nozzle opening or where injection is also performed through the large main nozzle opening. Because fuel is the only hydraulic medium, there is no risk of another pressure medium, such as hydraulic oil, mixing with the fuel oil. This significantly reduces the need for measures to prevent fuel and hydraulic oil mixing and greatly simplifies the structure required to provide a barrier between the two pressure media. Furthermore, this fuel valve does not require an external control valve for operation, does not require double-walled hydraulic piping for the hydraulic medium, and does not require a hydraulic control block associated with the hydraulic medium. Furthermore, the fuel valve itself does not require internal seals, inter-medium detection means, or components specifically adapted for the hydraulic oil. Therefore, not only is the fuel valve itself significantly simplified, but its installation on the engine is also significantly simplified. Only a cable is required for installation on the engine; no hydraulic control valve or double-walled piping for the hydraulic medium is required.
燃料弁を閉位置の方に弾性的に付勢することは、未使用時に弁部材が主ノズル孔とパイロットノズル孔への燃料の流れを遮断したままであることを保証する。これにより、燃料漏れと潜在的な安全上の危険を防ぐことができる。 Resiliently biasing the fuel valve toward the closed position ensures that the valve member remains closed to fuel flow to the main and pilot nozzle holes when not in use, preventing fuel leaks and potential safety hazards.
燃料入口ポートの燃料圧力によって弁部材が開位置の方に油圧付勢されることで、弁のスムーズで制御された開弁が可能になる。これにより、期間の動作中に、主ノズル孔とパイロットノズル孔への信頼性が高く安定した燃料流が確保される。 Fuel pressure at the fuel inlet port hydraulically biases the valve member toward the open position, allowing for smooth, controlled opening of the valve. This ensures reliable and consistent fuel flow to the main and pilot nozzle holes throughout operation.
弁部材が、開位置では主ノズル孔とパイロットノズル孔の両方への燃料の流れのために開き、中間位置ではパイロットノズル孔のみを通る燃料の流れのために開く能力は、燃料噴射戦略の柔軟性を提供し、燃料噴射弁をパイロット噴射のみに使用することを可能にする。例えば二元燃料機関のように、主燃料がパイロット燃料とは別の燃料、例えば天然ガスであり、主燃料を供給するために特に設計された別の燃料弁によって燃焼室に供給される場合などに、便利に使用することができる。これにより、機関の運転状態に応じた燃焼特性の最適化が可能になり、性能と燃費が向上する。 The ability of the valve member to open for fuel flow to both the main and pilot nozzle holes in the open position, and for fuel flow through only the pilot nozzle hole in the intermediate position, provides flexibility in fuel injection strategies and allows the fuel injector to be used for pilot injection only. This can be useful, for example, in dual-fuel engines where the main fuel is a different fuel from the pilot fuel, such as natural gas, and is supplied to the combustion chamber by a separate fuel valve specifically designed for supplying the main fuel. This allows optimization of combustion characteristics according to the engine's operating conditions, improving performance and fuel economy.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記第1燃料チャンバは、流量制限部を含む導管を介して前記燃料入口ポートに恒久的に接続され、前記電子制御弁は、前記第2の位置で前記第1燃料チャンバを前記燃料制御ポートに接続する。 In one example implementation of the first approach, the first fuel chamber is permanently connected to the fuel inlet port via a conduit including a flow restriction, and the electronic control valve connects the first fuel chamber to the fuel control port in the second position.
第1燃料チャンバと燃料入口ポート及び燃料制御ポートとの間の流体接続は、効率的な燃料供給と制御を保証する。これにより、追加の燃料ラインや接続構造が不要となり、燃料弁の設計が簡素化され、潜在的な故障箇所が減少する。 The fluid connection between the first fuel chamber and the fuel inlet and control ports ensures efficient fuel delivery and control. This eliminates the need for additional fuel lines and connections, simplifying the fuel valve design and reducing potential points of failure.
流量制限部を含む導管を介して第1燃料チャンバと燃料入口ポートとの間を恒久的に接続することは、第1燃料チャンバ内の圧力を燃料制御ポートの圧力に変えることを可能とする。これは、燃料制御ポートとの流体接続を確立する導管を開くことによって可能となる。なぜなら、流量制限部は燃料入口ポートから第1燃料チャンバへの流れを制限するので、燃料入口ポートからの流れは、第1燃料チャンバ内において燃料入口ポートの圧力を維持するには不十分であるからである。 Permanently connecting the first fuel chamber and the fuel inlet port through a conduit containing a flow restriction allows the pressure in the first fuel chamber to be changed to the pressure at the fuel control port. This is possible by opening the conduit that establishes a fluid connection with the fuel control port. Because the flow restriction restricts flow from the fuel inlet port to the first fuel chamber, flow from the fuel inlet port is insufficient to maintain the fuel inlet port pressure within the first fuel chamber.
前記電子制御弁が、前記第2の位置で前記第1燃料チャンバを前記燃料制御ポートに接続するように構成されることにより、前記第1燃料チャンバの燃料圧力の正確な制御が実現される。これにより、燃料弁の動作をパイロット噴射又はメイン噴射に調整することができる。 The electronic control valve is configured to connect the first fuel chamber to the fuel control port in the second position, thereby enabling precise control of fuel pressure in the first fuel chamber. This allows the operation of the fuel valve to be adjusted for pilot or main injection.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記電子制御弁は、前記第1の位置で前記第1燃料チャンバを前記燃料入口ポートに接続し、前記第2の位置で前記第1燃料チャンバを前記燃料制御ポートに接続する。 In one example implementation of the first approach, the electronic control valve connects the first fuel chamber to the fuel inlet port in the first position and connects the first fuel chamber to the fuel control port in the second position.
前記電子制御弁が前記第1の位置で前記第1燃料チャンバを前記燃料入口ポートに接続するように構成されることで、前記第1燃料チャンバ内の圧力が前記燃料入口ポート内の圧力に一致することを可能とする。すると、燃料入口ポート内の圧力は、前記邪魔部材が前記弁部材の移動を前記中間位置に制限し、前記開位置へと移動することを妨げるような位置に、前記邪魔部材が移動するような圧力となる。 The electronically controlled valve is configured to connect the first fuel chamber to the fuel inlet port in the first position, allowing the pressure in the first fuel chamber to match the pressure in the fuel inlet port. The pressure in the fuel inlet port is then such that the baffle member moves to a position where it limits the movement of the valve member to the intermediate position and prevents movement to the open position.
前記電子制御弁が前記第2の位置で前記第1燃料チャンバを前記燃料制御ポートに接続するように構成されることで、前記第1燃料チャンバ内の圧力が前記燃料制御ポート内の圧力に一致することを可能とする。これにより、前記第1燃料チャンバ内の圧力が前記燃料制御ポートの圧力と同じになる。燃料制御ポート内の圧力は、燃料入口ポート内の圧力と異なるように選択され、好ましくは燃料入口ポート内の圧力より低くなるように選択される。これによって、邪魔部材は、弁部材の開位置への移動を妨げない位置まで移動し、よって、主ノズル開口の開放が可能になる。 The electronic control valve is configured to connect the first fuel chamber to the fuel control port in the second position, allowing the pressure in the first fuel chamber to match the pressure in the fuel control port. This causes the pressure in the first fuel chamber to be the same as the pressure in the fuel control port. The pressure in the fuel control port is selected to be different from the pressure in the fuel inlet port, and preferably lower than the pressure in the fuel inlet port. This causes the obstruction member to move to a position where it does not obstruct movement of the valve member to the open position, thereby allowing the main nozzle opening to open.
前記弁部材の前記第1の面と前記邪魔部材の前記第2の面との間の寸法差は、前記邪魔部材の邪魔位置への確実な移動を保証する。これにより、燃料入口ポートの燃料圧力が第1燃料チャンバに存在するときに、弁部材の開位置へのリフトが防止され、パイロット噴射が確実に行われる。 The dimensional difference between the first surface of the valve member and the second surface of the baffle member ensures reliable movement of the baffle member to the baffle position. This prevents the valve member from lifting to the open position when fuel pressure from the fuel inlet port is present in the first fuel chamber, ensuring pilot injection.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記弁部材の前記第1の面のサイズは、前記邪魔部材の前記第2の面のサイズよりも小さい。 In one example implementation of the first concept, the size of the first surface of the valve member is smaller than the size of the second surface of the baffle member.
前記中間位置から前記閉位置への前記弁部材の変位を選択的に妨げる前記燃料弁の能力は、前記燃料弁の動作モードの制御を可能とする。すなわちパイロット噴射モード又はメイン噴射モードの制御を提供する。これにより、前記燃料弁は、専用の別の燃料弁によって供給される主燃料の点火を補助するためのパイロット燃料弁として使用することができるだけでなく、液体燃料用のメインの燃料弁として使用することもできる。従って、本発明の燃料弁は二元燃料機関での使用に特に適しており、液体燃料のパイロット噴射及び液体燃料のメイン噴射の両方に使用できる。 The ability of the fuel valve to selectively prevent displacement of the valve member from the intermediate position to the closed position allows control of the operating mode of the fuel valve, i.e., pilot injection mode or main injection mode. This allows the fuel valve to be used not only as a pilot fuel valve to assist in ignition of a main fuel supplied by a dedicated separate fuel valve, but also as a main fuel valve for liquid fuel. Therefore, the fuel valve of the present invention is particularly suitable for use in dual-fuel engines, and can be used for both pilot injection of liquid fuel and main injection of liquid fuel.
前記燃料入口ポートの燃料圧力が前記第1燃料チャンバ内にもたらされるときに前記邪魔部材が前記邪魔位置へと動くことは、前記弁部材の確実な閉塞を保証する。 The movement of the baffle member to the baffle position when fuel pressure at the fuel inlet port is brought into the first fuel chamber ensures reliable closure of the valve member.
前記燃料制御ポートの燃料圧力が前記第1燃料チャンバ内にもたらされるときに前記邪魔部材が前記非邪魔位置へと動くことは、前記弁部材が閉塞状態から離脱するような変位を可能とする。 When fuel pressure at the fuel control port is brought into the first fuel chamber, the obstruction member moves to the unobstructed position, allowing the valve member to displace out of the obstructed state.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記邪魔部材は、ボア内にぴったりと嵌め込まれたプランジャと、前記第2の面の反対側の第3の面とを有し、前記弁部材は、前記第1の面の反対側に位置し、前記第3の面と対向する第4の面を有する。 In one example implementation of the first concept, the baffle member has a plunger that fits snugly within the bore and a third surface opposite the second surface, and the valve member has a fourth surface located opposite the first surface and facing the third surface.
前記プランジャが前記邪魔部材にぴったりと嵌まっていることにより、確実で信頼性の高い邪魔位置が確保され、漏れや意図しない動きを防止する。 The plunger fits snugly into the baffle member, ensuring a secure and reliable baffle position and preventing leakage and unintended movement.
前記邪魔部材の前記第3の面と前記弁部材の前記第4の面の配置により、邪魔部材が邪魔位置にあり、弁部材が中間位置にあるとき、正確で安定した当接が可能になり、弁システムの適切な機能が保証される。 The arrangement of the third surface of the baffle member and the fourth surface of the valve member allows for accurate and stable abutment when the baffle member is in the baffle position and the valve member is in the intermediate position, ensuring proper function of the valve system.
前記変位可能な弁部材が前記開位置や前記中間位置において前記弁座から離座することは、液体燃料の流れを制御することを可能とする。 The displaceable valve member is lifted off the valve seat in the open position and the intermediate position, allowing the flow of liquid fuel to be controlled.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記邪魔部材が前記邪魔位置にあり、前記弁部材が前記中間位置にあるとき、前記第4の面は前記第3の面に当接する。 In one example implementation of the first concept, when the baffle member is in the baffle position and the valve member is in the intermediate position, the fourth surface abuts the third surface.
前記ノズルボディの基部と前記燃料弁の遠位端との取り付け部は、確実で安定した接続を提供し、動作中の剥離や漏れのリスクを最小限に抑える。 The attachment between the base of the nozzle body and the distal end of the fuel valve provides a secure and stable connection, minimizing the risk of delamination or leakage during operation.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記変位可能な弁部材は、前記閉位置において前記弁座に着座し、前記開位置及び前記中間位置において前記弁座から離座する。 In one example implementation of the first concept, the displaceable valve member is seated on the valve seat in the closed position and is unseated from the valve seat in the open position and the intermediate position.
邪魔部材のために、ボアに隙間なく受容されるプランジャを用いることにより、確実で信頼性の高い邪魔位置が確保され、漏れや意図しない動きを防止する。 By using a plunger that is tightly received in the bore for the baffle member, a secure and reliable baffle position is ensured, preventing leakage and unintended movement.
邪魔部材の前記第3の面と弁部材の前記第4の面の配置により、邪魔部材が邪魔位置にあり、弁部材が中間位置にあるとき、正確で安定した当接が可能になり、燃料弁の適切な機能が保証される。 The arrangement of the third surface of the baffle member and the fourth surface of the valve member allows for accurate and stable contact when the baffle member is in the baffle position and the valve member is in the intermediate position, ensuring proper function of the fuel valve.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記ノズルはノズルボディを備え、前記ノズルボディは、前記長手方向軸に沿って前記ノズルボディの近位端の基部から前記ノズルボディの閉じた遠位端に至る領域を有し、前記基部は好ましくは前記燃料弁ハウジングの前記遠位端に取り付けられている。 In one example implementation of the first aspect, the nozzle includes a nozzle body having a region along the longitudinal axis extending from a base at the proximal end of the nozzle body to a closed distal end of the nozzle body, the base preferably being attached to the distal end of the fuel valve housing.
前記ノズルボディの基部と前記燃料弁の遠位端との取り付け部は、確実で安定した接続を提供し、動作中の剥離や漏れのリスクを最小限に抑える。 The attachment between the base of the nozzle body and the distal end of the fuel valve provides a secure and stable connection, minimizing the risk of delamination or leakage during operation.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記ノズルボディは、
前記基部と前記閉じた遠位端との間の縦長の(好ましくは円筒形の)部分と;
前記燃料弁ハウジングから液体燃料を受け入れるための入口であって前記基部に開口する入口と;
前記入口から前記ノズルボディ内へと長手方向に延びる単一の真っ直ぐな主孔と;
を有する。
In one example of the first implementation, the nozzle body includes:
an elongated (preferably cylindrical) section between the base and the closed distal end;
an inlet opening into the base for receiving liquid fuel from the fuel valve housing;
a single straight main bore extending longitudinally from said inlet into said nozzle body;
It has.
前記プランジャが前記邪魔部材にぴったりと嵌まっていることにより、確実で信頼性の高い邪魔位置が確保され、漏れや意図しない動きを防止する。 The plunger fits snugly into the baffle member, ensuring a secure and reliable baffle position and preventing leakage and unintended movement.
前記邪魔部材の前記第3の面と前記弁部材の前記第4の面の配置により、邪魔部材が邪魔位置にあり、弁部材が中間位置にあるとき、正確で安定した当接が可能になり、弁システムの適切な機能が保証される。 The arrangement of the third surface of the baffle member and the fourth surface of the valve member allows for accurate and stable abutment when the baffle member is in the baffle position and the valve member is in the intermediate position, ensuring proper function of the valve system.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記変位可能な弁部材は、柄部に担持された円筒形端部を有する遠位部を有し、前記円筒形端部は軸として前記真っ直ぐな主孔内に隙間なく嵌まっており、 In one example of the first implementation, the displaceable valve member has a distal portion with a cylindrical end supported on a stem, and the cylindrical end fits snugly within the straight main bore as an axis.
前記変位可能な弁部材が閉位置にあるときは、主ノズル孔とパイロットノズル孔とを前記真っ直ぐな主孔から流体的に切り離し、 When the displaceable valve member is in the closed position, it fluidly isolates the main nozzle bore and the pilot nozzle bore from the straight main bore,
前記変位可能な弁部材が中間位置にあるときは、前記主ノズル孔を前記真っ直ぐな主孔から流体的に切り離し、前記パイロットノズル孔を前記真っ直ぐな主孔に流体的に接続し、 When the displaceable valve member is in an intermediate position, the main nozzle bore is fluidly disconnected from the straight main bore and the pilot nozzle bore is fluidly connected to the straight main bore;
前記変位可能な弁部材が開位置にあるときは、前記主ノズル孔と前記パイロットノズル孔とを前記真っ直ぐな主孔に流体的に接続する。 When the displaceable valve member is in the open position, it fluidly connects the main nozzle bore and the pilot nozzle bore to the straight main bore.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記円筒形端部は流体通路を形成するために中空であり、前記流体通路は、好ましくは、前記柄部の外部に対して近位側に開口し、軸方向において遠位側に開口する。 In one example of an implementation of the first concept, the cylindrical end is hollow to form a fluid passageway, which preferably opens proximally to the exterior of the handle and axially distally.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記パイロットノズル孔の断面積は、前記主ノズル孔の断面積よりも小さい。 In one example implementation of the first concept, the cross-sectional area of the pilot nozzle hole is smaller than the cross-sectional area of the main nozzle hole.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記主ノズル孔及び/又は前記パイロットノズル孔はボアである。 In one example implementation of the first approach, the main nozzle hole and/or the pilot nozzle hole are bores.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記主ノズル孔と前記パイロットノズル孔とは、互いに軸方向に間隔を置いた位置で主孔に接続している。
・ この構成では、主ノズル孔とパイロットノズル孔を独立して調節できるため、ノズルシステムを通る流体の流れを正確に制御することができる。
・ 主ノズル孔とパイロットノズル孔とを軸方向に間隔をあけて接続することにより、弁部材のリフト量によって、噴射を全く行わないか、パイロットノズル孔からのみ噴射するか、パイロットノズル孔と主ノズル孔の両方から噴射するかを決定する。
In one example of an implementation of the first aspect, the main nozzle hole and the pilot nozzle hole are connected to the main hole at positions spaced apart from each other in the axial direction.
This configuration allows for independent adjustment of the main and pilot nozzle holes, allowing for precise control of fluid flow through the nozzle system.
By connecting the main nozzle hole and the pilot nozzle hole with an axial gap between them, the lift amount of the valve member determines whether no injection is performed, whether injection is performed only through the pilot nozzle hole, or whether injection is performed through both the pilot nozzle hole and the main nozzle hole.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記変位可能な弁部材は、柄部に担持された円筒形端部を有する遠位部を有し、前記円筒形端部は軸として前記真っ直ぐな主孔内に隙間なく嵌まっている。
・ 前記円筒形端部が前記主孔にぴったりと嵌まっていることにより、確実で信頼性の高い接続が保証され、運転中の流体の漏れや損失が防止される。
・ この設計はまた、変位可能な弁部材の滑らかで正確な動きを可能にし、ノズルシステムを通る流体の正確な制御を保証する。
In one example of an implementation of the first concept, the displaceable valve member has a distal portion with a cylindrical end carried by a stem portion, the cylindrical end fitting snugly within the straight main bore as an axis.
The cylindrical end fits snugly into the main bore, ensuring a secure and reliable connection and preventing leakage or loss of fluid during operation.
- The design also allows for smooth and precise movement of the displaceable valve member, ensuring precise control of fluid through the nozzle system.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記円筒形端部は流体通路を形成するために中空であり、前記流体通路は、好ましくは、前記柄部の外部に対して近位側に開口し、軸方向において遠位側に開口する。
・ 前記中空の円筒形端部は、ノズルシステムを通る流体の効率的で制御された流れを可能にする専用の流体通路を提供する。
・ 前記流体通路を前記柄部の外部に対して近位側に開口し、軸方向において遠位側に開口することによって、流体を所望の場所に正確に向けることができ、ノズルシステムの全体的な性能と機能を高めることができる。
In one example of an implementation of the first approach, the cylindrical end is hollow to form a fluid passage, which preferably opens proximally to the exterior of the handle and axially distally.
- The hollow cylindrical end provides a dedicated fluid passageway that allows for efficient and controlled flow of fluid through the nozzle system.
By opening the fluid passageway proximally to the exterior of the stem and axially opening distally, fluid can be directed precisely to the desired location, improving the overall performance and functionality of the nozzle system.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記パイロットノズル孔の断面積は、前記主ノズル孔の断面積よりも小さい。
・ この構成によれは、パイロットノズル孔の断面積が小さいために、主ノズル孔に比べて流れが制限されるため、パイロット噴射のためにノズルシステムを通る燃料の小さな流れを正確に制御することができる。
・ パイロットノズル孔と主ノズル孔の断面積が異なることで、燃料の流量を選択することができ、さまざまな用途、特に二元燃料機関において柔軟性と汎用性を提供する。
In one example of an implementation of the first aspect, the cross-sectional area of the pilot nozzle hole is smaller than the cross-sectional area of the main nozzle hole.
This configuration allows for precise control of the small flow of fuel through the nozzle system for pilot injection, as the pilot nozzle holes have a smaller cross-sectional area which restricts the flow compared to the main nozzle holes.
- Different cross-sectional areas of the pilot and main nozzle holes allow for selectable fuel flow rates, providing flexibility and versatility in a variety of applications, particularly in dual-fuel engines.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記主ノズル孔及び/又は前記パイロットノズル孔は
流量特性をよりよく制御し、ノズルシステムをより正確かつ効率的に作動させることができる。
In one implementation of the first approach, the main nozzle hole and/or the pilot nozzle hole may provide better control over flow characteristics, allowing the nozzle system to operate more accurately and efficiently.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記主ノズル孔と前記パイロットノズル孔とは、互いに軸方向に間隔を置いた位置で主孔に接続している。
・ 主ノズル孔とパイロットノズル孔とを軸方向に間隔を空けて主孔に接続することで、燃料の流れの大きさをパイロット噴射とメイン噴射で選択することができる。
In one example of an implementation of the first aspect, the main nozzle hole and the pilot nozzle hole are connected to the main hole at positions spaced apart from each other in the axial direction.
By connecting the main nozzle hole and the pilot nozzle hole to the main hole at an axial distance, the magnitude of the fuel flow can be selected for pilot injection and main injection.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記変位可能な弁部材は、柄部に担持された円筒形端部を有する遠位部を有し、前記円筒形端部は軸として前記真っ直ぐな主孔内に隙間なく嵌まっている。
・ 前記円筒形端部が前記主孔にぴったりと嵌まっていることにより、確実で信頼性の高い動作が保証され、運転中の流体の漏れや損失が防止される。
・ この設計はまた、変位可能な弁部材の滑らかで正確な動きを可能にし、ノズルシステムを通る流体の正確な制御を保証する。
In one example of an implementation of the first concept, the displaceable valve member has a distal portion with a cylindrical end carried by a stem portion, the cylindrical end fitting snugly within the straight main bore as an axis.
The cylindrical end fits snugly into the main bore, ensuring positive and reliable operation and preventing leakage or loss of fluid during operation.
- The design also allows for smooth and precise movement of the displaceable valve member, ensuring precise control of fluid through the nozzle system.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記円筒形端部は流体通路を形成するために中空であり、前記流体通路は、好ましくは、前記柄部の外部に対して近位側に開口し、軸方向において遠位側に開口する。
・ 前記中空の円筒形端部は、ノズルシステムを通る流体の効率的で制御された流れを可能にする専用の流体通路を提供する。
・ 前記流体通路を前記柄部の外部に対して近位側に開口し、軸方向において遠位側に開口することによって、流体を所望の場所に正確に向けることができ。
In one example of an implementation of the first approach, the cylindrical end is hollow to form a fluid passage, which preferably opens proximally to the exterior of the handle and axially distally.
- The hollow cylindrical end provides a dedicated fluid passageway that allows for efficient and controlled flow of fluid through the nozzle system.
By opening the fluid passageway proximally to the exterior of the stem and axially opening distally, fluid can be directed precisely where desired.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記弁部材は、縦長のバルブボディの長手方向ボア内に摺動可能に受容される弁針であり、前記変位可能な弁部材は、閉位置において弁座に着座し、前記弁針は、開位置及び中間位置において前記弁座から離座する。
弁部材として弁針を使用することで、開弁位置と中間位置で弁座からのリフト量を容易に調整できるため、機関内の燃料流量を正確に制御することができる。
弁座及び/又は燃料チャンバを縦長のバルブボディ内に配置することで、燃料噴射システムの全体的なサイズと複雑さを低減することができ、製造とメンテナンスのコスト削減につながる。
In one example implementation of the first aspect, the valve member is a valve needle slidably received within a longitudinal bore of an elongated valve body, the displaceable valve member seated on a valve seat in a closed position, and the valve needle unseated from the valve seat in an open position and an intermediate position.
By using a valve needle as the valve member, the lift amount from the valve seat can be easily adjusted between the open position and the intermediate position, thereby enabling accurate control of the fuel flow rate within the engine.
Locating the valve seat and/or fuel chamber within the elongated valve body reduces the overall size and complexity of the fuel injection system, leading to lower manufacturing and maintenance costs.
複数の主ノズル孔が全て、実質的に等しい主断面積又は主直径を有し、また好ましくは実質的に等しい長さを有するようにすることで、 複数のノズル孔に亘る均一な燃料流量分布が実現され、機関性能と効率が向上する。 By ensuring that all of the multiple main nozzle holes have substantially equal main cross-sectional areas or diameters, and preferably substantially equal lengths, uniform fuel flow distribution across the multiple nozzle holes is achieved, improving engine performance and efficiency.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記弁座及び/又は前記燃料チャンバは、縦長のバルブボディ内に配置される。 In one example implementation of the first concept, the valve seat and/or the fuel chamber are disposed within a vertically elongated valve body.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記複数の主ノズル孔は全て、実質的に等しい主断面積又は主直径を有し、また好ましくは実質的に等しい長さを有する。 In one example implementation of the first approach, the multiple main nozzle holes all have substantially equal main cross-sectional areas or diameters, and preferably have substantially equal lengths.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記主ノズル孔及び/又は前記パイロットノズル孔は、縦長の(好ましくは円筒状の)部分の表面に開口する。 In one example implementation of the first concept, the main nozzle hole and/or the pilot nozzle hole open onto the surface of a vertically elongated (preferably cylindrical) portion.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記電子制御弁はスプール弁であり、好ましくはスライディングスプール弁であり、より好ましくはスライディングスプールソレノイド弁である。 In one example implementation of the first approach, the electronically controlled valve is a spool valve, preferably a sliding spool valve, and more preferably a sliding spool solenoid valve.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記燃料弁は、前記円筒状の部分と、前記ノズルボディの平坦な遠位端面との間に、好ましくは丸みを帯びた移行面を有する。 In one example implementation of the first aspect, the fuel valve preferably has a rounded transition surface between the cylindrical portion and the flat distal end surface of the nozzle body.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、前記複数の真っ直ぐなノズル孔は、それぞれノズル軸を有し、各ノズル孔のノズル軸は、主方向Xに対して鈍角αで配置される。 In one example implementation of the first concept, each of the plurality of straight nozzle holes has a nozzle axis, and the nozzle axis of each nozzle hole is disposed at an obtuse angle α with respect to the main direction X.
前記第1の捉え方の実装形態の一例において、長手軸Xに対するノズル軸のそれぞれの径方向成分は、120度未満の円弧を有する扇型セクターにわたって分布しており、好ましくは実質的に均等に分布している。 In one example implementation of the first approach, each radial component of the nozzle axis relative to the longitudinal axis X is distributed over a sector having an arc of less than 120 degrees, preferably distributed substantially evenly.
第2の捉え方によれば、前記第1の捉え方による燃料弁又はその実装形態のいずれかを備えるクロスヘッド式大型2ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関が提供される。 According to a second aspect, there is provided a crosshead-type large two-stroke turbocharged uniflow scavenged internal combustion engine equipped with a fuel valve according to the first aspect or any of its implementation forms.
本発明の上述の態様及び他の態様は、以下に説明される実施形態により更に明らかになるであろう。 The above and other aspects of the present invention will become more apparent from the embodiments described below.
以下、図面に示される例示的な実施形態を参照しつつ、本願発明をより詳細に説明する。
以下の詳細説明では、例示的実施形態によって、燃料弁、及び燃料弁が使用される大型2ストローク機関について説明する。図1から3は、ターボ過給式大型低速2ストローク内燃機関を描いている。この機関はクランクシャフト22及びクロスヘッド23を有する。図3は、ターボ過給式大型低速2ストローク内燃機関を、その吸気システム及び排気システムと共に略図により表現したものである。この例示的実施形態において、機関は直列に6本のシリンダを有する。各シリンダはシリンダライナ1から形成される。ターボ過給式大型2ストローク内燃機関は通常、直列に配される5本から16本のシリンダを有する。これらのシリンダはエンジンフレーム24に担持される。またこのような機関は、例えば、外洋航行船の主機関や、発電所において発電機を動かすための固定型の機関として用いられることができる。機関の全出力は、例えば5000~110000kWの範囲でありうる。 The following detailed description describes, in exemplary embodiments, a fuel valve and a large two-stroke engine in which the fuel valve is used. Figures 1 to 3 depict a turbocharged, large, slow-speed, two-stroke internal combustion engine. The engine has a crankshaft 22 and a crosshead 23. Figure 3 is a schematic representation of a turbocharged, large, slow-speed, two-stroke internal combustion engine, along with its intake and exhaust systems. In this exemplary embodiment, the engine has six cylinders arranged in series. Each cylinder is formed by a cylinder liner 1. Large turbocharged, two-stroke internal combustion engines typically have five to sixteen cylinders arranged in series. The cylinders are supported by an engine frame 24. Such engines can be used, for example, as main engines on ocean-going ships or as stationary engines for driving generators in power plants. The total engine power output can be, for example, in the range of 5,000 to 110,000 kW.
機関は2ストロークユニフロー式ディーゼル機関(圧縮着火型機関)であることができ、シリンダライナ1の下部領域には、ピストンにより制御されるポートであるリング状の掃気ポート19が設けられ、シリンダライナ1の頂部中央には排気弁が配される。このため、燃焼室内の流れは常に下から上に向かっており、機関はいわゆるユニフロー型である。掃気は、掃気受け2を通じて、各シリンダの掃気ポート19へと導かれる。なお、各シリンダは、それぞれシリンダライナ1により形成される。シリンダライナ1内の往復ピストン21が掃気を圧縮し、シリンダカバー26に配置された2つ又は3つの燃料弁30のノズルを通じて燃料が噴射される。燃料の噴射に続いて燃焼が生じ、排気が生成される。排気弁4が開くと、排気ガスは、シリンダ1に結びついた排気ダクト20を通って排気受け3へと流れ、更に第1の排気管18を通ってターボ過給器5のタービン6へと進む。そこから排気ガスは、第2の排気管7を通って排気される。タービン6は、シャフト8を介してコンプレッサ9を駆動する。コンプレッサ9には、空気入口10から空気が供給される。 The engine can be a two-stroke uniflow diesel engine (compression ignition engine). The lower region of the cylinder liner 1 is provided with a ring-shaped scavenging port 19, which is a port controlled by the piston, and an exhaust valve is located at the center of the top of the cylinder liner 1. Therefore, the flow within the combustion chamber is always from bottom to top, making the engine a so-called uniflow type. Scavenging air is guided through a scavenging receiver 2 to the scavenging ports 19 of each cylinder, each formed by a cylinder liner 1. A reciprocating piston 21 within the cylinder liner 1 compresses the scavenging air, and fuel is injected through nozzles of two or three fuel valves 30 located on the cylinder cover 26. Following fuel injection, combustion occurs and exhaust gas is generated. When the exhaust valve 4 opens, exhaust gas flows through an exhaust duct 20 connected to the cylinder 1 to the exhaust receiver 3, and then through a first exhaust pipe 18 to the turbine 6 of the turbocharger 5. From there, the exhaust gas is discharged through a second exhaust pipe 7. The turbine 6 drives a compressor 9 via a shaft 8. Air is supplied to the compressor 9 through an air inlet 10.
コンプレッサ9は、圧縮された掃気を、給気レシーバ2に繋がっている給気管11へと送り込む。掃気管11の掃気空気は、給気を冷却するためのインタークーラー12を通過する。冷却された給気は、電気モーター17により駆動される補助ブロワ16を通る。補助ブロワ16は、機関が低負荷又は部分負荷である場合に、給気レシーバ2へ向かう給気の流れを圧縮する。機関の負荷が高い場合は、ターボ過給器のコンプレッサ9が、十分に圧縮された掃気空気を供給することができるので、補助ブロワ16は、逆止弁15によってバイパスされる。 The compressor 9 delivers compressed scavenging air into the charge air pipe 11, which leads to the charge air receiver 2. The scavenging air in the scavenging pipe 11 passes through an intercooler 12 to cool the charge air. The cooled charge air then passes through an auxiliary blower 16, driven by an electric motor 17. The auxiliary blower 16 compresses the charge air flow to the charge air receiver 2 when the engine is at low or partial load. When the engine is at high load, the turbocharger compressor 9 can provide sufficient compressed scavenging air, and the auxiliary blower 16 is bypassed by a check valve 15.
シリンダはシリンダライナ1の中に形成される。シリンダライナ1はシリンダフレーム25によって担持される。シリンダフレーム25は期間フレーム24によって支持される。 The cylinder is formed in a cylinder liner 1. The cylinder liner 1 is supported by a cylinder frame 25. The cylinder frame 25 is supported by a period frame 24.
図15は、ノズル40が排気弁4の周囲にシリンダカバー26の辺縁部にどのように配置されているかを図示している。図15はまた、燃料噴射の方向も図示している。燃料噴射の方向は、ノズル40の主ノズル孔45の軸I,II,III,IV,Vの方向に対応する。典型的には、少なくとも4つの主ノズル孔45と、1つ又は2つのパイロットノズル孔46が設けられる。パイロットノズル孔46の燃料噴出方向は、主ノズル孔45の方向と同様である。通常、各シリンダには3つ(図示の通り)又は4つの燃料弁30が設けられている。二元燃料機関では、別の燃料を噴射するための別の3つ又は4つの燃料弁が設けられる(図示せず)。別の燃料弁が作動しているときは、上記の燃料弁30は、パイロット燃料噴射のみに使用される。当該別の燃料が使用されていないときは、燃料弁30は、主燃料噴射に使用される。燃焼室内のガスの旋回方向が、湾曲した破線矢印96によって図示されている。パイロットノズル孔46の断面積は主ノズル孔45の断面積よりも小さく、パイロットノズル孔46の数は、通常、主ノズル孔45よりも少ない。このため、所与の燃料噴射圧力でパイロットノズル孔46のみを通して噴射される燃料の量は、パイロットノズル孔46と主ノズル孔45とを合わせて噴射される燃料の量よりも著しく少ない。好ましくは、全ての主ノズル孔45は、実質的に等しい断面積又は直径を有し、また好ましくは実質的に等しい長さを有する。好ましくは、全てのパイロットノズル孔46も実質的に等しい断面積又は直径を有し、また好ましくは、実質的に等しい長さを有する。主ノズル孔45の断面積又は直径は、パイロットノズル孔46の断面積又は直径よりも大きい。 Figure 15 illustrates how the nozzles 40 are arranged around the exhaust valve 4 at the edge of the cylinder cover 26. Figure 15 also illustrates the direction of fuel injection. The direction of fuel injection corresponds to the axes I, II, III, IV, and V of the main nozzle holes 45 of the nozzle 40. Typically, at least four main nozzle holes 45 and one or two pilot nozzle holes 46 are provided. The fuel injection direction of the pilot nozzle holes 46 is the same as that of the main nozzle holes 45. Usually, three (as shown) or four fuel valves 30 are provided for each cylinder. In dual-fuel engines, three or four additional fuel valves 30 are provided (not shown) for injecting additional fuels. When the additional fuel valves are activated, the aforementioned fuel valves 30 are used only for pilot fuel injection. When the additional fuel is not being used, the fuel valves 30 are used for main fuel injection. The swirl direction of gas within the combustion chamber is illustrated by the curved dashed arrows 96. The cross-sectional area of the pilot nozzle holes 46 is smaller than the cross-sectional area of the main nozzle holes 45, and the number of pilot nozzle holes 46 is typically smaller than the number of main nozzle holes 45. Therefore, at a given fuel injection pressure, the amount of fuel injected through the pilot nozzle holes 46 alone is significantly less than the amount of fuel injected through the pilot nozzle holes 46 and the main nozzle holes 45 combined. Preferably, all of the main nozzle holes 45 have substantially the same cross-sectional area or diameter, and preferably also have substantially the same length. Preferably, all of the pilot nozzle holes 46 also have substantially the same cross-sectional area or diameter, and preferably also have substantially the same length. The cross-sectional area or diameter of the main nozzle holes 45 is larger than the cross-sectional area or diameter of the pilot nozzle holes 46.
図4から11は、各シリンダのシリンダカバー26の貫通ボア内に装着される2つ~4つの燃料弁30のうちの1つの実施形態を示す。燃料弁30は、後端31がシリンダカバー26の上側から突出し、ノズル40の遠位端(先端)が燃焼室内に僅かに突出した状態で、シリンダカバー26の貫通ボアに装着される。 Figures 4 to 11 show one embodiment of two to four fuel valves 30 mounted within a through bore in the cylinder cover 26 of each cylinder. The fuel valves 30 are mounted within the through bore of the cylinder cover 26 with their rear ends 31 protruding from the top side of the cylinder cover 26 and with the distal ends (tip ends) of the nozzles 40 protruding slightly into the combustion chamber.
図12から図14は、ノズル40の遠位端をより詳細に示している。 Figures 12 to 14 show the distal end of the nozzle 40 in more detail.
燃料弁30は、縦長の燃料弁ボディ32を有する。燃料弁ボディ32は、その遠位端33にノズル40を有する。液体燃料(例えば、エタノール、メタノール、ディーゼル、重油)は、燃料弁30によって、ノズル40を通じて燃焼室14に供給される。液体燃料は、制御された形で、またタイミングを計って、燃焼室14に供給される。燃料弁30は、縦長のボディ32を有する。ボディ32はその近位端31にヘッドを有し、このヘッドによって、(公知の方法で、)燃料弁30をシリンダカバー26に取り付けてもよく、また燃料弁30を内燃機関の燃料ポンプ(図示せず)と接続してもよい。燃料ポンプは、燃料噴射の開始時に燃料圧力を上昇させ、燃料噴射の終了時に圧力を低下させる。典型的な最大燃料噴射圧力は200bar以上であり、好ましくは300bar以上である。 The fuel valve 30 has an elongated fuel valve body 32 having a nozzle 40 at its distal end 33. Liquid fuel (e.g., ethanol, methanol, diesel, heavy fuel oil) is delivered by the fuel valve 30 through the nozzle 40 to the combustion chamber 14. The liquid fuel is delivered to the combustion chamber 14 in a controlled and timed manner. The fuel valve 30 has an elongated body 32 having a head at its proximal end 31 that may mount the fuel valve 30 to the cylinder cover 26 (in a known manner) and may connect the fuel valve 30 to a fuel pump (not shown) of the internal combustion engine. The fuel pump increases fuel pressure at the start of fuel injection and decreases the pressure at the end of fuel injection. Typical maximum fuel injection pressures are 200 bar or greater, and preferably 300 bar or greater.
近位端31のヘッドは燃料入口83を有する。燃料入口ポート83は、弁ボディ32を通って延びるダクトと流路が繋がっている。軸方向に変位可能な弁部材35(好ましくは弁針)は、弁ハウジング32内にジャーナルとして配置され、弁部材35が(好ましくは円錐形)の弁座36から離座する開位置と、弁部材35が弁座36からやはり離座している中間位置と、弁部材35(の弁座36に対応する部分)が弁座36上に着座して弁を閉じる閉位置とを有する。弁針は、本実施形態では螺旋ばね87によって形成される弾性手段によって、閉位置の方に弾性的に付勢されている。燃料入口ポート83に供給される燃料の圧力が弁部材35の第1の面に作用すると、螺旋ばね87による付勢に抗して弁針35のリフトが引き起こされる。本実施形態では、第2燃料チャンバ68内の圧力が弁部材35の第1の面に作用して、弁部材35を開位置の方に駆り立てる。 The head of the proximal end 31 has a fuel inlet 83. The fuel inlet port 83 is in fluid communication with a duct extending through the valve body 32. An axially displaceable valve member 35 (preferably a valve needle) is journaled within the valve housing 32 and has three positions: an open position in which the valve member 35 is clear of a (preferably conical) valve seat 36; an intermediate position in which the valve member 35 is also clear of the valve seat 36; and a closed position in which the valve member 35 (a portion of the valve member 35 corresponding to the valve seat 36) seats on the valve seat 36 to close the valve. The valve needle is resiliently biased toward the closed position by elastic means, which in this embodiment is formed by a helical spring 87. When pressure from fuel supplied to the fuel inlet port 83 acts on a first face of the valve member 35, the valve needle 35 lifts against the bias of the helical spring 87. In this embodiment, pressure within the second fuel chamber 68 acts on the first face of the valve member 35, urging the valve member 35 toward the open position.
燃料弁30は、その遠位端33にノズル40を担持している。ノズル40は、5つのノズル孔46を通して、又はパイロットノズル孔46と主ノズル孔45の両方を通して、機関シリンダライナ1の燃焼室14内に突出するように構成されている。 The fuel valve 30 carries a nozzle 40 at its distal end 33. The nozzle 40 is configured to protrude into the combustion chamber 14 of the engine cylinder liner 1 through five nozzle holes 46, or through both the pilot nozzle hole 46 and the main nozzle hole 45.
本実施形態では、燃料弁30は、弁針の形状の弁部材35を有する。弁部材35は円錐形部分を有し、この円錐形部分は、燃料弁30の縦長のボディ32内で円錐状弁座36と協働する。弁座36は第2燃料チャンバ68に開口している。第2燃料チャンバ68は弁部材35の軸部分を囲み、螺旋ばね87を収容する。燃料ダクト62が、燃料入口ポート83を第2燃料チャンバ68に接続している。 In this embodiment, the fuel valve 30 has a valve member 35 in the shape of a valve needle. The valve member 35 has a conical portion that cooperates with a conical valve seat 36 within the elongated body 32 of the fuel valve 30. The valve seat 36 opens into a second fuel chamber 68. The second fuel chamber 68 surrounds the axial portion of the valve member 35 and houses a helical spring 87. A fuel duct 62 connects a fuel inlet port 83 to the second fuel chamber 68.
燃料弁30の本体表面に開口する燃料制御ポート85は、好ましくはその最後端又は近位端の近くで、(実質的に一定の燃料圧力の供給源に接続することによって、)基準燃料圧力又は制御燃料圧力を受ける。 The fuel control port 85, which opens into the body surface of the fuel valve 30, preferably near its rearmost or proximal end, receives a reference fuel pressure or a control fuel pressure (by connecting it to a source of substantially constant fuel pressure).
本実施形態において、制御燃料圧力は、燃料噴射イベント中に燃料入口ポート83に供給される燃料の圧力よりも低い。燃料制御ポート85は、電子制御弁60を介して第1燃料チャンバ81に接続されている。電子制御弁60は、好ましくは、開位置又は閉位置の少なくとも2つの位置を有する電磁弁であり、機関の電子制御ユニット(図示せず)によって制御される。電子制御弁60は好ましくはスプール弁であり、好ましくはスライディングスプール弁であり、より好ましくはスライディングスプールソレノイド弁である。 In this embodiment, the control fuel pressure is lower than the pressure of the fuel delivered to the fuel inlet port 83 during a fuel injection event. The fuel control port 85 is connected to the first fuel chamber 81 via an electronic control valve 60. The electronic control valve 60 is preferably a solenoid valve having at least two positions, either open or closed, and is controlled by the engine's electronic control unit (not shown). The electronic control valve 60 is preferably a spool valve, preferably a sliding spool valve, and more preferably a sliding spool solenoid valve.
第1燃料チャンバ81は、ダクト67によって燃料入口ポート83に接続される。ダクト67は流量制限部64を有する。流量制限部64は、オリフィス又は他の適当な形状を有する。流量制限部64は、電子制御弁60が開位置にあるときに、燃料制御ポート85から第1燃料チャンバ81への燃料の流れに比べて、燃料入口ポート83から第1燃料チャンバ81への流れが相対的に小さくなることを可能とする。変位可能な邪魔部材80はプランジャの形状を有する。邪魔部材80は、邪魔位置と非邪魔位置との間で軸方向に変位できるように、弁本体32のボア内にぴったりと嵌まっている。第1燃料チャンバ81は、弁本体のボア内に形成されており、邪魔部材は、第1燃料チャンバ81内で燃料圧力に曝される第2の(軸方向に向いた)面を有する。 The first fuel chamber 81 is connected to the fuel inlet port 83 by a duct 67. The duct 67 has a flow restriction 64. The flow restriction 64 has an orifice or other suitable shape. The flow restriction 64 allows a relatively small fuel flow from the fuel inlet port 83 to the first fuel chamber 81 compared to the fuel flow from the fuel control port 85 to the first fuel chamber 81 when the electronic control valve 60 is in the open position. The displaceable baffle member 80 has the shape of a plunger. The baffle member 80 fits snugly within the bore of the valve body 32 so that it can be displaced axially between an obstructed position and an unobstructed position. The first fuel chamber 81 is formed within the bore of the valve body, and the baffle member has a second (axially facing) surface exposed to fuel pressure within the first fuel chamber 81.
邪魔部材80は、ノズル40に向かう方向のストロークを制限するために、第2の面の反対側に、直径が小さくされた縮径部を有する。縮径部は弁本体32内の対応するボア内に受容される。縮径部は、第2の面の反対側の面となる第3の面を備える。弁部材35の最も近位側の部分には、第1の面とは反対側に位置し、第3の面に対向する、第4の面が存在する。弁部材35の第1の面の大きさは、邪魔部材80の第3の面の大きさよりも小さいので、第1の面と第3の面が等しい圧力にさらされたとき、邪魔部材80の閉方向の力は、弁部材35の開方向の力よりも大きい。図9に示すように、邪魔部材80が邪魔位置にあり、弁部材35が中間位置にあるとき、第4の面は第3の面と接触し、それにより弁部材35の中間位置から開位置への移動が妨げられる。 The baffle member 80 has a reduced diameter portion opposite the second surface to limit stroke toward the nozzle 40. The reduced diameter portion is received in a corresponding bore in the valve body 32. The reduced diameter portion has a third surface opposite the second surface. The proximal-most portion of the valve member 35 has a fourth surface opposite the first surface and facing the third surface. Because the size of the first surface of the valve member 35 is smaller than the size of the third surface of the baffle member 80, when the first and third surfaces are subjected to equal pressure, the force acting on the baffle member 80 in the closing direction is greater than the force acting on the valve member 35 in the opening direction. As shown in FIG. 9 , when the baffle member 80 is in the baffle position and the valve member 35 is in the intermediate position, the fourth surface contacts the third surface, thereby preventing movement of the valve member 35 from the intermediate position to the open position.
電子制御弁60は、その閉位置において燃料入口ポート83の燃料圧力が第1燃料チャンバ81にもたらされるようにし、その開位置において燃料制御ポート85の燃料圧力が第1燃料チャンバ81にもたらされるように構成されている。邪魔部材80は、邪魔位置と非邪魔位置との間で変位可能である。邪魔部材80は、邪魔位置において、弁部材35の中間位置から開位置への変位を妨害し、非邪魔位置において、弁部材35の中間位置から前記開位置への変位を妨害しない。邪魔部材80は、燃料入口ポート83の燃料圧力が第1燃料チャンバ81に発現しているとき、すなわち電子制御弁60が開いているときには、図9に示す邪魔位置に移動し、燃料制御ポート85の燃料圧力が第1燃料チャンバ81に発現しているとき、すなわち電子制御弁60が閉じているときには、非邪魔位置に自由に移動できる。第4の面が第3の面に当接するため、弁部材35の開位置に向かう方向への更なる移動が阻止される。 The electronic control valve 60 is configured such that, in its closed position, fuel pressure from the fuel inlet port 83 is applied to the first fuel chamber 81, and in its open position, fuel pressure from the fuel control port 85 is applied to the first fuel chamber 81. The baffle member 80 is movable between a baffle position and a non-baffle position. In the baffle position, the baffle member 80 prevents the valve member 35 from moving from the intermediate position to the open position. In the non-baffle position, the baffle member 80 does not prevent the valve member 35 from moving from the intermediate position to the open position. The baffle member 80 moves to the baffle position shown in FIG. 9 when fuel pressure from the fuel inlet port 83 is applied to the first fuel chamber 81, i.e., when the electronic control valve 60 is open. When fuel pressure from the fuel control port 85 is applied to the first fuel chamber 81, i.e., when the electronic control valve 60 is closed, the baffle member 80 is free to move to the non-baffle position. The fourth surface abuts the third surface, preventing further movement of the valve member 35 toward the open position.
図12から図14は、ノズル40と弁針35の遠位部をより詳細に示している。 Figures 12 to 14 show the nozzle 40 and the distal portion of the valve needle 35 in more detail.
ノズル40は、近位端41の基部42から、長手方向軸(X)に沿って、ノズル40の先端を形成する閉じた遠位端44へと至るノズルボディを有する。ノズルボディの円筒部43は、基部から遠位端44へと延びている。ノズルボディは、適切な材料、例えば当該技術分野で周知の適切な合金から作られる。 The nozzle 40 has a nozzle body extending along a longitudinal axis (X) from a base 42 at the proximal end 41 to a closed distal end 44 that forms the tip of the nozzle 40. A cylindrical portion 43 of the nozzle body extends from the base to the distal end 44. The nozzle body is made from a suitable material, such as a suitable alloy known in the art.
入口48は、弁針35が中間位置又は開位置にあるときに燃料弁30から液体燃料を受け入れるために、基部42に開口している。真っ直ぐな主孔50が、入口48から上記ノズルボディ内へと長手方向に延びている。閉じた遠位端(先端)44は、円形又は楕円形の外形を有する実質的に平面状の端面47を有する。端面47は、湾曲又は丸みを帯びた移行面49を介して円筒部分に接続される。 An inlet 48 opens into the base 42 for receiving liquid fuel from the fuel valve 30 when the valve needle 35 is in the intermediate or open position. A straight main bore 50 extends longitudinally from the inlet 48 into the nozzle body. The closed distal end 44 has a substantially planar end face 47 with a circular or elliptical profile. The end face 47 connects to the cylindrical portion via a curved or rounded transition surface 49.
ノズル40は、複数の主ノズル孔45(典型的には3~7個の主ノズル孔45)、好ましくは真っ直ぐな主ノズル孔と、1つ又は複数のパイロットノズル孔46(典型的には2つのパイロットノズル孔46)、好ましくは真っ直ぐなパイロットノズル孔46とを備える。 The nozzle 40 has a plurality of main nozzle holes 45 (typically 3 to 7 main nozzle holes 45), preferably straight main nozzle holes, and one or more pilot nozzle holes 46 (typically two pilot nozzle holes 46), preferably straight pilot nozzle holes 46.
複数の主ノズル孔45は、それぞれ異なる径方向角度でノズルボディ43の外面に開口しており、燃料弁30が開弁状態にあるときに、図14に示すように、燃焼室内に扇型の燃料噴流を引き起こす。主ノズル孔45は、それぞれ異なる径方向角度でノズルボディ43の外面に開口している。好ましくは、主ノズル孔45は、円筒面43及び/又は移行面49に開口する。同様に、パイロットノズル孔46は、円筒面43及び/又は移行面49に、適切な径方向角度で開口する。 The multiple main nozzle holes 45 each open at a different radial angle into the outer surface of the nozzle body 43, and when the fuel valve 30 is in an open state, create a fan-shaped fuel jet in the combustion chamber, as shown in FIG. 14. The main nozzle holes 45 each open at a different radial angle into the outer surface of the nozzle body 43. Preferably, the main nozzle holes 45 open into the cylindrical surface 43 and/or the transition surface 49. Similarly, the pilot nozzle holes 46 open into the cylindrical surface 43 and/or the transition surface 49 at an appropriate radial angle.
基部42には、前記燃料弁ボディ32から燃料を受け入れるための入口ポート48が設けられている。主孔50は、前記入口ポート48からノズルボディ内へ、主軸Xに沿った方向で円筒部43内へと延び、ノズルボディの遠位端44に近い位置に達する。主孔50は、遠位端44から第1の軸方向距離において主ノズル孔45に接続し、遠位端44から第2の軸方向距離でパイロットノズル孔46に接続する。第2の軸方向距離は第1の軸方向距離よりも短い。そのため、主孔50からパイロットノズル孔46への流れは、開位置に向かう方向への弁部材35のより小さいリフト(より少ない軸方向変位)で可能となり、主孔50から主ノズル孔46への流れは、開位置に向かう方向への弁部材35のより大きいリフト(より多い軸方向変位)でのみ可能となる。弁部材35及びその円筒部39のこのリフト量の差は、図13の長い両矢印と図14の短い両矢印とで示されている。図13は弁部材35が開位置にある状態を示し、図14は弁部材35が中間位置にある状態を示している。 The base 42 has an inlet port 48 for receiving fuel from the fuel valve body 32. A main bore 50 extends from the inlet port 48 into the nozzle body, along the major axis X, into the cylindrical portion 43, and terminates near the distal end 44 of the nozzle body. The main bore 50 connects to the main nozzle bore 45 a first axial distance from the distal end 44 and to the pilot nozzle bore 46 a second axial distance from the distal end 44. The second axial distance is shorter than the first axial distance. Therefore, flow from the main bore 50 to the pilot nozzle bore 46 is possible with a smaller lift (smaller axial displacement) of the valve member 35 toward the open position, and flow from the main bore 50 to the main nozzle bore 46 is possible only with a larger lift (larger axial displacement) of the valve member 35 toward the open position. This difference in lift between the valve member 35 and its cylindrical portion 39 is indicated by the long double arrow in FIG. 13 and the short double arrow in FIG. 14. Figure 13 shows the valve member 35 in the open position, and Figure 14 shows the valve member 35 in the intermediate position.
弁針35は、柄部38に担持された円筒状端部39を有する遠位部を備える。円筒状端部39は、円筒状端部39の近位側から円筒状端部39の遠位側への燃料のための流体通路71を形成するために中空である。流体通路71は、柄部38の外部に対して近位側に開口し、軸方向において遠位側に開口する。 The valve needle 35 has a distal portion with a cylindrical end 39 carried by a stem 38. The cylindrical end 39 is hollow to form a fluid passage 71 for fuel from the proximal side of the cylindrical end 39 to the distal side of the cylindrical end 39. The fluid passage 71 opens proximally to the exterior of the stem 38 and opens axially distally.
図4,6,10に描かれるように、弁針35が閉位置にあるとき、円筒状端部39は、パイロットノズル孔46及び主ノズル孔45を主孔50から流体的に遮断するために、真っ直ぐな主孔50に軸としてぴったりと嵌まっている。図4,6,10に描かれるように、弁針35が閉位置にあるとき、円筒状端部39は、パイロットノズル孔46及び主ノズル孔45の主孔50への開口部を覆っている。従って、弁座36と主孔50の遠位端との間の空間内の燃料は、弁部材35が閉位置にあるとき、燃焼室14内への漏出が防止される。 As depicted in Figures 4, 6, and 10, when the valve needle 35 is in the closed position, the cylindrical end 39 fits snugly and axially into the straight main bore 50 to fluidly isolate the pilot nozzle hole 46 and the main nozzle hole 45 from the main bore 50. As depicted in Figures 4, 6, and 10, when the valve needle 35 is in the closed position, the cylindrical end 39 covers the openings of the pilot nozzle hole 46 and the main nozzle hole 45 to the main bore 50. Thus, fuel in the space between the valve seat 36 and the distal end of the main bore 50 is prevented from leaking into the combustion chamber 14 when the valve member 35 is in the closed position.
弁部材35の中間位置では、弁部材の開弁位置へのリフト又は軸方向移動は、円筒部39が主ノズル孔45の主孔への開口部を覆うだけであり、それにより、図9及び図11に示すように、燃料がパイロットノズル孔46を通じて燃焼室内に噴射されるが、主ノズル孔45を通じて噴射されることはない。 When the valve member 35 is in the intermediate position, lift or axial movement of the valve member to the open position only causes the cylindrical portion 39 to cover the opening to the main nozzle hole 45, thereby injecting fuel into the combustion chamber through the pilot nozzle hole 46 but not through the main nozzle hole 45, as shown in Figures 9 and 11.
図5及び図7に描かれるように、弁部材35が開位置にあるとき、円筒状端部39は、パイロットノズル孔46及び主ノズル孔45のどちらの開口部も真っ直ぐな主孔50に対して塞がないので、パイロットノズル孔46及び主ノズル孔45の両方の開口部を真っ直ぐな主孔50に接続する。このため、パイロットノズル孔46及び主ノズル孔45の両方を通して燃焼室内に燃料を噴射することができる(メイン噴射イベント)。 As depicted in Figures 5 and 7, when the valve member 35 is in the open position, the cylindrical end 39 does not block the openings of either the pilot nozzle hole 46 or the main nozzle hole 45 from the straight main hole 50, connecting the openings of both the pilot nozzle hole 46 and the main nozzle hole 45 to the straight main hole 50. This allows fuel to be injected into the combustion chamber through both the pilot nozzle hole 46 and the main nozzle hole 45 (main injection event).
図示しない燃料弁30の或る実施形態では、電子制御弁60は、第1の位置で第1燃料チャンバ81を燃料入口ポート83に接続し、第2の位置で第1燃料チャンバ81を燃料制御ポート85に接続し、燃料入口ポートと第1の圧力チャンバとの間の流体接続の制限を必要としない。 In one embodiment of the fuel valve 30 (not shown), the electronic control valve 60 connects the first fuel chamber 81 to the fuel inlet port 83 in a first position and connects the first fuel chamber 81 to the fuel control port 85 in a second position, without requiring restriction of the fluid connection between the fuel inlet port and the first pressure chamber.
様々な実施例を用いて、本発明を説明してきた。しかし、本願の明細書や図面、特許請求の範囲を検討すれば、当業者は、特許請求の範囲に記載される発明を実施するにおいて、説明された実施形態に加えて多くのバリエーションが存在することを理解し、また具現化することができるであろう。特許請求の範囲に記載される「備える」「有する」「含む」との語句は、記載されていない要素やステップが存在することを排除しない。特許請求の範囲において記載される要素の数が複数であると明示されていなくとも、当該要素が複数存在することを除外しない。いくつかの事項が別々の従属請求項に記載されていても、これらを組み合わせて実施することを排除するものではなく、組み合わせて実施して利益を得ることができる。特許請求の範囲で使用されている符号は発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。 The present invention has been described using various examples. However, upon reviewing the specification, drawings, and claims of this application, those skilled in the art will understand and be able to embody many variations in addition to the described embodiments in implementing the claimed invention. The words "comprise," "have," and "include" in the claims do not exclude the presence of additional elements or steps. A claim without an explicit recitation of a plurality of elements does not exclude the presence of a plurality of those elements. The fact that several items are recited in separate dependent claims does not exclude them from being combined, and may be combined to advantage. Reference signs used in the claims should not be construed as limiting the scope of the invention.
Claims (27)
・ 燃料入口ポートと、
・ 燃料制御ポートと、
・ 1つ又は複数の主ノズル孔と、
・ 1つ又は複数のパイロットノズル孔と、
・ 閉位置と開位置との間で変位可能であり、閉位置と開位置との間に中間位置を持つ弁部材と、
を備え、前記弁部材は、前記閉位置の方に弾性的に付勢されると共に、前記弁部材の第1の面に作用する前記燃料入口ポートの燃料圧力によって前記開位置の方に液圧付勢され、
前記弁部材は、前記閉位置において、前記1つ又は複数の主ノズル孔への燃料の流れに対して閉じていると共に、前記1つ又は複数のパイロットノズル孔への燃料の流れに対しても閉じており、
前記弁部材は、前記中間位置において、前記1つ又は複数の主ノズル孔への燃料の流れに対して閉じているが、前記1つ又は複数のパイロットノズル孔への燃料の流れに対しては開いており、
前記弁部材は、前記開位置において、前記1つ又は複数の主ノズル孔への燃料の流れに対して開いており、前記1つ又は複数のパイロットノズル孔への流れに対しても開いており、
前記燃料弁は更に、前記中間位置から前記開位置への前記弁部材の変位を選択的に邪魔する機構を備え、前記機構は、
・ 第1燃料チャンバ内の燃料圧力に曝される第2の面を有する邪魔部材と、
・ 少なくとも第1の位置と第2の位置を有する電子制御弁と、
を備え、前記電子制御弁は、
・ 前記第1の位置において、前記燃料入口ポートの燃料圧力が前記第1燃料チャンバ内にもたらされることを生じさせ、
・ 前記第2の位置において、前記燃料制御ポートの燃料圧力が前記第1燃料チャンバ内にもたらされることを生じさせる、
ように構成され、
前記邪魔部材は、邪魔位置と非邪魔位置との間で変位可能であり、前記邪魔位置において前記邪魔部材は前記弁部材の前記中間位置から前記開位置への変位を妨害し、前記非邪魔位置において前記邪魔部材は前記弁部材の前記中間位置から前記開位置への変位を妨害せず、更に前記邪魔部材は、
・ 前記燃料入口ポートの燃料圧力が前記第1燃料チャンバ内にもたらされるときに前記邪魔位置へと動き、
・ 前記燃料制御ポートの燃料圧力が前記第1燃料チャンバ内にもたらされるときに前記非邪魔位置へと動く、
ように構成される、
燃料弁。 A fuel valve for injecting liquid fuel into a combustion chamber of a crosshead type large two-stroke turbocharged uniflow scavenging internal combustion engine, comprising:
a fuel inlet port;
a fuel control port;
one or more primary nozzle holes;
one or more pilot nozzle holes;
a valve member displaceable between a closed position and an open position, the valve member having an intermediate position between the closed and open positions;
the valve member is resiliently biased toward the closed position and hydraulically biased toward the open position by fuel pressure at the fuel inlet port acting on a first surface of the valve member;
the valve member, in the closed position, closes fuel flow to the one or more main nozzle holes and also closes fuel flow to the one or more pilot nozzle holes;
the valve member, in the intermediate position, is closed to fuel flow to the one or more main nozzle holes but open to fuel flow to the one or more pilot nozzle holes;
the valve member, in the open position, is open to fuel flow to the one or more main nozzle holes and also to fuel flow to the one or more pilot nozzle holes;
The fuel valve further includes a mechanism for selectively impeding displacement of the valve member from the intermediate position to the open position, the mechanism comprising:
a baffle member having a second surface exposed to fuel pressure in the first fuel chamber;
an electronically controlled valve having at least a first position and a second position;
The electronic control valve comprises :
causing fuel pressure at the fuel inlet port to be provided within the first fuel chamber in the first position;
causing fuel pressure at the fuel control port to be provided in the first fuel chamber in the second position;
It is configured as follows:
the baffle member is displaceable between a blocking position and a non-blocking position, in the blocking position the baffle member obstructs displacement of the valve member from the intermediate position to the open position, and in the non-blocking position the baffle member does not obstruct displacement of the valve member from the intermediate position to the open position, and further the baffle member:
moving to the obstructing position when fuel pressure at the fuel inlet port is brought into the first fuel chamber;
moving to the unobstructed position when fuel pressure at the fuel control port is brought into the first fuel chamber;
It is configured as follows:
Fuel valve.
前記1つ又は複数の主ノズル孔及び前記1つ又は複数のパイロットノズル孔はノズルに設けられており、前記ノズルは前記遠位端に配置される、請求項1に記載の燃料弁。 an elongated fuel valve body having a longitudinal axis, the fuel valve body having a proximal end and a distal end;
The fuel valve of claim 1 , wherein the one or more main nozzle holes and the one or more pilot nozzle holes are provided in a nozzle, the nozzle being located at the distal end.
前記基部と前記閉じた遠位端との間の縦長の部分と;
前記燃料弁から液体燃料を受け入れるための入口であって前記基部に開口する入口と;
前記入口から前記ノズルボディ内へと長手方向に延びる単一の真っ直ぐな主孔と;
を有する、請求項10に記載の燃料弁。 The nozzle body
an elongated portion between the base and the closed distal end;
an inlet opening into the base for receiving liquid fuel from the fuel valve;
a single straight main bore extending longitudinally from said inlet into said nozzle body;
The fuel valve of claim 10, comprising:
前記変位可能な弁部材が閉位置にあるときは、主ノズル孔とパイロットノズル孔とを前記真っ直ぐな主孔から流体的に切り離し、
前記変位可能な弁部材が中間位置にあるときは、前記主ノズル孔を前記真っ直ぐな主孔から流体的に切り離し、前記パイロットノズル孔を前記真っ直ぐな主孔に流体的に接続し、
前記変位可能な弁部材が開位置にあるときは、前記主ノズル孔と前記パイロットノズル孔とを前記真っ直ぐな主孔に流体的に接続する、
請求項11に記載の燃料弁。 the displaceable valve member has a distal portion with a cylindrical end carried on a stem, the cylindrical end fitting snugly within the straight main bore as an axis;
fluidly isolating the main nozzle bore and the pilot nozzle bore from the straight main bore when the displaceable valve member is in a closed position;
when the displaceable valve member is in an intermediate position, fluidly disconnecting the main nozzle bore from the straight main bore and fluidly connecting the pilot nozzle bore to the straight main bore;
when the displaceable valve member is in an open position, fluidly connecting the main nozzle bore and the pilot nozzle bore to the straight main bore;
12. The fuel valve of claim 11.
前記流体通路は、前記柄部の外部に対して近位側に開口し、軸方向においては遠位側に開口する、
請求項13に記載の燃料弁。 the cylindrical end is hollow to form a fluid passage;
The fluid passage opens proximally to the exterior of the stem and opens axially distally.
14. The fuel valve of claim 13.
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