gihou_54_3 By DO!BOOK

50 IHI 技報　Vol.54 No.3 ( 2014 ) 示す． 2. 1　燃料噴射圧力についてカム式機関の場合，噴射圧力は，概略，プランジャ上昇速度の2 乗に比例し，プランジャの上昇速度はカム回転速度に，カム回転速度は機関回転速度によって決まるため，機関の低回転域では噴射圧力が低く，高回転域では噴射圧力が高くなる特性がある．つまり，燃料噴射圧力を機関回転速度と無関係に制御することが困難で，最適チューニングを目指すうえでの制約となっていた．コモンレール式電子制御機関では，燃料噴射圧力が機関負荷ごとに最適な圧力となるように機関回転数・負荷に依存せず制御されている．コモンレールに燃料を供給する燃料供給ポンプの吐出量は，レールの圧力に基づいて制御されているが，このとき燃料ポンプの吐出タイミングは機関回転数とは無関係であり，RT-flex 機関では，機関回転数の7 ～ 8 倍程度の回数で燃料ポンプが駆動されている．従来のカム式機関では各シリンダに必要であった燃料ポンプの装備台数は，RT-flex 機関のもっとも少ない機種では 2 台のみである．また，カム式機関の燃料ポンプの場合，噴射終了時にプランジャ内の圧力を逃がすことによって切れの良い噴射終了を実現していた．しかし，昇圧した圧力を逃がすことはエネルギーを捨てることであり，ポンプ効率は良くなかった．また，このエネルギーが燃料戻り油路に脈動やキャビテーションエロージョンを発生させるため，これらの対策が必要であった．しかし，コモンレール用の燃料ポンプでは，電子制御によって必要量だけ吐出するため，効率が良く，燃料戻り油路にキャビテーション対策や脈動対策は不要である． 2. 2　燃料噴射制御について RT-flex 機関では機関回転数・負荷に応じて，① 噴射タイミング ② 1 行程中の全噴射量 ③ 噴射圧力に依存する単位時間当たりの燃料噴射量（以下，噴射率），を最適に制御している．上記のうち，③の噴射圧力を除く燃料噴射制御はWECS ( Wartsila Engine Control System ) からの指令に基づき，レールバルブ（高速電磁弁）で作動油通路を切り替えICU ( Injection Control Unit ) 内の制御弁を駆動することで実現している．③の燃料噴射圧力は，機関回転数・負荷に依存せず制御可能であり，高い制御自由度を確保している．先にコモンレール式を大型舶用機関に適用することが困難であった一つの理由が燃料であることを述べた．これは，大型舶用機関の燃料は残さ油であるため，粘度，発熱量，不純物などの性状が燃料補油ごとに異なることに起因し，燃料を作動油として直接使用することが困難なためである．ICU は昇圧された性状が安定している潤滑油を作動油とし，この作動油路をレールバルブで切り替えることで，燃料噴射を的確に制御できる機能を確立し，同時に，高圧配管や燃料弁不良が生じた場合のフェールセーフ機能を有している．この機構が，コモンレール式燃料噴射系を高い信頼性が求められる大型舶用機関に適用できる突破口となった．また，RT-flex 機関の後継機関であるW-X 機関では， ICU の機能の一部を燃料弁へ移すことにより，燃料噴射における噴射遅れの改善がなされている．これについては，後述する． 2. 3　コモンレール式による高度な燃料噴射制御 RT-flex 機関，W-X 機関では，さまざまな燃料噴射パターン，パラメータを設定することが可能である．代表的な二つの燃料噴射制御パターンについて述べる．下記のいずれも，シリンダに装備されている複数の燃料弁を個別に制御が可能なコモンレール式機関のみがもつ機能である． 2. 3. 1　燃料噴射ノズル本数制限低出力運転では燃料噴射量が減少するため，燃料弁が開いている時間が非常に短くなる．従来方式では各シリンダに設置された燃料ポンプで複数の燃料弁を動作させていたため燃料弁個別の制御ができずに，噴射燃料油の良好な霧化が得られにくかった．しかし，電子制御機関では複数装備されている燃料弁のうち，作動する燃料弁の本数を制限することができ，燃料弁当たりの燃料噴射量を増加させ，極低出力でも良好な霧化を実現し，その結果として安定した燃焼を達成している．なお，噴射する燃料弁を一定時間ごとに切り替えることで，燃焼室内の熱負荷の均一性を確 6 5 4 3 2 200 bar 燃　料高効率燃料ポンプ燃料レール～ 1 000 bar シリンダ燃料弁燃焼室クランクエンジンコントロールシステム WECS-9520 容積型噴射制御装置第1 図　コモンレール式燃料噴射システム Fig. 1　Common-rail type fuel injection system