JP2000054908A - ツ―ストロ―クディ―ゼルエンジンにおけるシリンダカバ―及びシリンダカバ―の配置構造 - Google Patents
ツ―ストロ―クディ―ゼルエンジンにおけるシリンダカバ―及びシリンダカバ―の配置構造Info
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Abstract
ゼルエンジンの単純な設計を容易とする。 【解決手段】 長手方向に掃気を行うツーストロークデ
ィーゼルエンジンは、少なくとも1つのシリンダ(2)
を有する。シリンダには前後に移動可能なピストン
(3)が設けられる。ディーゼルエンジンは組み付け状
態でシリンダ(2)の燃焼室(8)と接する天井面(4
2)及び側面(41)と、燃料を燃焼室(8)内に導入
する噴射ノズル(5)を装着する取付開口部と、燃焼室
(8)から燃焼ガスを排出する排気バルブ(6)とを備
える。取付開口部は天井面(42)に備えられる。
Description
移動可能に設けられた少なくとも1つのシリンダを有
し、かつ長手方向に掃気を行うツーストロークディーゼ
ルエンジン、特には大型のディーゼルエンジンに関す
る。より詳しくは大型のディーゼルエンジンが備えるシ
リンダカバー及びシリンダカバーの配置構造に関する。
ィーゼルエンジン、特には大型のディーゼルエンジンの
シリンダカバーは、船舶における駆動体(Antrie
bsaggregate)として用いられている。長手
方向に掃気を行う公知のディーゼルエンジンでは、一般
にシリンダの下部に配置された掃気口スリットを介して
シリンダ内にエアが導入される。ピストン端面に対して
対向する位置に配置されたシリンダカバーの中心領域で
は、掃気エアもしくは、燃焼ガスがそれぞれシリンダか
ら放出されるように、排気バルブがシリンダの長手軸方
向と平行に配置されている。燃料噴射ノズルはシリンダ
カバーの側部に配置されており、長手軸に対して傾きを
もって延びている。つまり、燃焼室内への燃料噴射は一
般に側方から行われる。燃焼室への燃料の分布をできる
限り均一に、かつ高効率な燃焼行程を達成するために、
各シリンダに対して複数の、例えば4つの噴射ノズルが
提供されることが必要である。各噴射ノズルは、正確な
タイミングで噴射装置により燃料が供給され、作動され
なければならない。
には有用と考えられているが、比較的に複雑で且つコス
トがかかるという問題点がある。
つ、簡単な構成を備えた長手方向に掃気を行うツースト
ロークディーゼルエンジン、特には大型ディーゼルエン
ジンのシリンダカバーを提供することにある。さらなる
本発明の目的は、上記に対応したシリンダカバーと、噴
射ノズルと、排気バルブとの配置構造を提供することに
ある。
めに、長手方向に掃気を行うツーストロークディーゼル
エンジンが備えるシリンダカバー及び相対的な配置構造
に関して、それぞれの独立項の内容によって特徴づけら
れている。
長手方向に掃気を行うツーストロークディーゼルエンジ
ン、特には大型のディーゼルエンジンのために提供され
ている。シリンダカバーは、少なくとも1つのシリンダ
を有する。ピストンがシリンダ内に前後に移動可能に配
置されている。前記シリンダカバーはその組み付け状態
では前記シリンダの燃焼室と接する天井面と側面とを有
し、燃料が燃焼室内へ導入される噴射ノズルを装着する
取付開口部とを備えている。前記天井面は取付開口部
と、燃焼室の外へ燃焼ガスを運ぶ排気バルブの排気口と
を備えている。
口部がシリンダカバーの天井面に設けられる。つまり、
天井面はピストン端面に対して反対側に位置するように
燃焼室の面に組み付けられる。そのため、中心方向もし
くは略中心方向への燃料の噴射が可能となる。この方法
によって非常に良好な燃焼室内への燃料の分布がシリン
ダに対して唯一の噴射ノズルによって達成することがで
きる。これはシリンダに対して複数の噴射ノズルが設置
された場合と比較して構造及び装置の上でかなりの単純
化を意味する。唯一の噴射ノズルがシリンダに対して必
要とされるだけであるため、この種のシリンダカバーを
有するディーゼルエンジンの製造では相当なコストの低
減をもたらす。
室内のより均一な温度分布をもたらすためにより好まし
い。これは局所的な加熱によって生じる個々の部品の熱
応力が低下するという利点を有する。さらに、噴射ノズ
ルとピストンとの間の可能な限り遠い距離が、ピストン
端面に対して反対に位置する天井面に取付開口部もしく
は噴射ノズルをそれぞれ配置することを可能とする。そ
の結果、ピストン端面へ直接的にスプレーされるという
不利な点が回避されやすくなる。
シリンダの長手軸に対してある傾角で配置されるよう
に、好適にはシリンダカバーの側面に備えられる。これ
は前記ディーゼルエンジンのより低い構造となる利点を
もたらす。
ンダカバーの長手軸に対して偏位して配置されることが
利点となる。これは取付開口部の中心が前記シリンダの
長手軸上に位置しない、もしくはシリンダの長手軸の延
長線上に位置しないことを意味する。噴射ノズルの軸が
シリンダの長手軸に対して偏位して平行に延びるように
搭載されている。この構成によって、噴射ノズルと排気
バルブとの間の距離が排気バルブの直接的なスプレーを
回避するように増大する。
も1つのシリンダを有する長手方向に掃気を行うツース
トロークディーゼルエンジンにおいて、本発明に従う配
置構造は、本発明に従うシリンダカバーと、噴射ノズル
と排気バルブとを含む。この排気バルブは自身の長手軸
が好適には前記シリンダの長手軸に対して傾いて延びる
ように配置されている。その傾角は15°から45°の
範囲であり、特には30°である。この配置は実質的に
特に好ましいと証明されている。
射ノズルが燃焼室内へ燃料を導入する複数のノズル孔を
有する場合において、中心方向もしくは略中心方向への
噴射が好ましいと証明されている。この構成によって、
燃焼室内への特に均一な燃料の分布が達成される。この
ノズル孔は次のように配置されることが望ましい。すな
わち、環状線のうちの1つの上に配置される複数のノズ
ル孔のそれぞれは、径方向に隣接した環状線に配置され
る2つのノズル孔の間に配置される。これは、異なる環
状線に属するノズル孔が「間隙」に配置されることを意
味する。
及び好ましい実施形態が従属項からもたらされる。本発
明は図面及び例示された実施形態を参照して以下に記述
されるであろう。
ークディーゼルエンジンにおいて、シリンダカバーの配
置構造は、例えば造船に使用される大型のディーゼルエ
ンジンに適している。本発明を本質的に理解する上で、
図1は長手方向に掃気を行うこの種の大型ディーゼルエ
ンジンの長手方向の部分全体を参照符号1として示して
いる。エンジン1の他の部品は当業者に公知であるた
め、図面の理解のしやすさを鑑みて省略されている。
通常複数のシリンダ2の上部が示されている。ピストン
3がシリンダ2の長手軸AZに沿って前後に移動可能に
配置されている。ピストン3は公知の方法によりピスト
ンロッド9を介して図示されないクロスヘッドに連結さ
れ、クロスヘッドはスラストロッド(図示せず)を介し
てクランクシャフト(図示せず)に対して連結されてい
る。
部において、シリンダ2に装着されたシリンダカバー4
によって閉塞されている。排気バルブ6の排気口と、噴
射ノズル5を装着する取付開口部とが前記シリンダカバ
ー4に設けられている。噴射ノズル5は燃料ライン10
を介して図示されない噴射装置と連結されている。この
噴射装置は、シリンダの噴射ノズル5を通過した燃料を
図1に鎖点ローブとして示されるように燃焼室8内に導
入する。排気バルブ6はシリンダカバー4に装着されて
いる。排気バルブ6はプレート状をなす弁体61を有
し、図1に示された閉鎖位置においてシリンダカバー4
の排気口を閉鎖している。排気バルブ6内には羽根車6
2が公知の方法で取り付けられている。この羽根車62
は、排気バルブ6の長手軸AVを中心に弁体61を回転
させる。排気バルブ6は油圧ライン11を介して作動す
る。弁体61が開放位置にあるとき、燃焼ガス即ち掃気
エアは排気口を介して燃焼室8から放出される。そし
て、燃焼ガスは排気ガスライン7を介してターボチャー
ジャーや排気ガスを帰還させる他の手段等よりなる排気
ガスシステムに導入される。
向する部位に天井面42を有する。天井面42はその組
み付け状態でピストン3のピストン端面31に対してほ
ぼ平行、すなわちシリンダの長手軸AZに対して直交す
るように配置されている。天井面42は側面41の上部
に隣接する。側面41は天井面42に対して拡がってお
り、長手軸AZに対して傾斜して延びる。その結果、側
面41は天井面42に対して鈍角をなす。側壁41の下
部はピストン3に近接し、シリンダ2の長手軸AZに対
して平行に延びている。図1に示すように、ピストン3
が上死点領域に位置するとき、燃焼室8はピストン3の
ピストン端面31と、ピストン端面31に対向して位置
する天井面42と、シリンダカバー42の側壁41との
境に接している。その結果、燃焼室8は噴射ノズル5に
向かって円錐状をなすテーパ形状をなしている。
るものとして次のように理解されよう。つまり、周方向
から見たときに側面は角度を持って接する複数の準側面
よりなり、側面は多面体もしくはそれらの一部をなす。
開口部は、シリンダカバー4の天井面41に設けられて
いる。この構成によって、燃焼室8内に対して中心もし
くは略中心方向への燃料噴射が可能になる。これによ
り、シリンダ毎に必要とされる噴射ノズル5は1個のみ
でよく、構成がかなり簡略化される。ここで、「略中心
方向への噴射」という表現は、ピストン端面31に対向
して位置するシリンダカバー4の天井面42の方向から
噴射が行われることを意味している。しかしながら、噴
射ノズル5の長手軸AEはシリンダ2の長手軸AZに整
合する必要はない。噴射ノズル5は天井面42の中心か
ら偏位して配置されてもよい。
ルブ6の排気口はシリンダ2の長手軸AZに傾斜して延
びるシリンダカバー4の側面41の一部に備えられてい
る。つまり、排気バルブ6の長手軸AVはシリンダの長
手軸AZに対して傾斜して延びている。
ンダ2の長手軸AZもしくは長手軸AZの延長線に対し
て偏心するように配置される。図1に示すように、噴射
ノズル5をシリンダ2の長手軸AZに対して偏位するよ
うに配置することが可能である。噴射ノズル5の長手軸
AEはシリンダ2の長手軸AZに対して平行に、かつ一
定距離dだけ離間して延びている。噴射ノズル5は天井
面42の中心の外側に配置されている。シリンダ2の長
手軸AZ又は長手軸AZの延長線が噴射ノズル5の長手
軸AEと排気バルブ6との間に延びている。この構成に
よって、噴射ノズル5と排気バルブ6との間の距離を増
大することが可能になる。その結果、噴射行程中の燃料
噴射にともなう弁体61の直接的な衝撃を効率よく抑制
することができる。これは熱的な応力から排気バルブ6
の放熱をもたらす。
ストンを備えた少なくとも1つのシリンダを有し、且つ
長手方向に掃気を行うディーゼルエンジンでは、噴射ノ
ズル5の取付開口部は一般に排気バルブ6の排気口より
も十分に小さい。、排気バルブが中心に配置された、す
なわち、ピストン端面に対向して配置された長手方向に
掃気を行う公知のディーゼルエンジンよりもシリンダカ
バー4内で天井面42が実質上小さく形成されている。
その結果、燃焼室8はシリンダ2の長手軸AZの方向に
おいてより高い位置に形成されている。従って、噴射ノ
ズル5とピストン端面31との間の距離がより増大する
という利点を有する。つまり、噴射行程において、ピス
トン端面31へのスプレーが避けられる。
された燃焼室8の体積が公知のディーゼルエンジンとほ
ぼ等しい大きさである場合、シリンダ2の長手軸AZに
傾斜して延びるシリンダカバー4の側面の一部が公知の
シリンダカバーの側面よりも緩やかな傾斜となる。上記
の構成に従えば、本発明を例えば公知のディーゼルエン
ジンに使用することも可能である。
面41は135°から165°の角度αの範囲で形成さ
れ、特には、略150°の角度αが好ましいことが証明
されている。図1に示すように、排気バルブ6が側面4
1の一部から斜状に延びるように備えられるとき、その
長手軸AVはシリンダ2の長手軸AZに対して15°か
ら45°の角度βの範囲で延びており、特には略30°
の角度が好ましい。排気バルブ6の長手軸AVはシリン
ダ2の長手軸AZと交差するように配置されている。
ズル5と排気バルブ6とを配置した長手方向に掃気を行
うツーストロークディーゼルエンジンにおいては、燃焼
室8の中央に燃料が噴射されることにより掃気エアの回
転移動が好適に減少、あるいは完全に消去される。長手
方向に掃気を行う公知のツーストロークディーゼルエン
ジンでは、掃気エアは掃気エアスリットを通過してシリ
ンダの低領域に流入し、シリンダ内においてシリンダの
長手軸の周りを旋回する。その際、シリンダの回転を受
けた燃料がシリンダの端から掃気エアに噴射され、旋回
する掃気エア流によって燃焼室全体に分布される。すな
わち、本発明における噴射は中心または略中心に向かっ
て行われるので、例えあるとしても、エアのほんの僅か
な旋回移動のみが燃焼室8内において均一な分布のため
に必要とされる。
図3に示されている。それらは、ツーストロークディー
ゼルエンジンにおいて中心方向への噴射に特に適してい
る。また、他のエンジンの形式の使用にも適している。
例示された両実施形態では、組み付け状態でシリンダ2
の燃焼室8内に突出する噴射ノズル5の末端は軸方向か
ら見たとき略円錐状をなしている。複数のノズル孔5
1,52;51a,52a,53aの各々は円錐の被覆
面に形成されている。燃料がこれらノズル孔を介してシ
リンダの燃焼室8内に噴射される。図2及び図3はそれ
ぞれ、複数のノズル孔の位置を示す。噴射ノズル5の第
1及び第2実施形態の末端の平面図を示している。
回に伴って操作されるディーゼルエンジンに特に適して
いる。この燃料噴射は旋回方向と逆の方向に行われる。
噴射ノズル5は複数、例えば18個のノズル孔51,5
2を有している。ノズル孔51,52は2つの環状線5
5,56上に形成されている。各環状線55,56の中
心は、それぞれ噴射ノズル5の長手軸AE上にある。2
つの環状線55,56は噴射ノズル5の軸位置と異なる
ように配置されている。内側の環状線56は、外側の環
状線よりもピストン3に近接している。つまり、図1に
従えば、内側の環状線56は外側の環状線55の真下に
配置される。複数のノズル孔51,52は望ましくは、
それぞれ各環状線55,56上に等距離間隔で配置され
る。ここに示した例では6個のノズル孔52が内側の環
状線56上に、12個のノズル孔51は外側の環状線5
5上に備えられている。各ノズル孔51,52は例えば
0.75mmの直径を有する。環状線55,56のうち
の1つの上に配置されたノズル孔51,52(さらに詳
述すると、それぞれの中心)は、径方向に関して隣接し
た環状線55,56の2つの噴射ノズル52,51の間
にそれぞれが配置される。すなわち、内側の環状線56
の噴射ノズル52は外側の環状線55の噴射ノズル51
に対して介在するように配置されることを意味してい
る。ノズル孔51,52から噴射される燃料の主な方向
がいずれかの環状線56,55(シリンダカバー4の天
井面42に対して平行に延びる)によって決定された面
にある角度ψをもってノズル孔51,52は形成されて
いる。図4でのシンボル的スケッチはこの傾角ψが燃料
噴射の主な方向を示す参照シンボルBで与えられる線に
対して如何に決定されるかを明らかにしている。傾角ψ
は好適にはいずれかの環状線55,56(図2)に属す
るノズル孔51,52では同じであるが、環状線55に
属するノズル孔51の傾角と環状線56に属するノズル
孔52の傾角は異なる。内側の環状線56における傾角
ψは好ましくは略52.5°であり、例えば外側の環状
線55に対して略40°である。燃焼室内の燃料の特に
均一な分布はこれらの好ましい構成で達成され、内燃エ
ンジンの可能な高効率及び燃焼室内の均一な温度分布に
おいて特に利点を有する。
2が環状線55,56上に備えられる、もしくは別の数
の環状線55,56が備えられてもよいということは自
明である。
形態は、掃気エアの回転がない、もしくはほとんどない
ように操作されるディーゼルエンジンに特に適してい
る。噴射ノズル5は例えば31個の多数のノズル孔51
a,52a,53a,54aを有する。噴射ノズル5の
第2実施形態において、第1実施形態とは対照的に、中
心ノズル孔54aは噴射ノズル5の末端に備えられる。
中心ノズル孔54aの中心点は組み付け状態でピストン
3に最も近接し、噴射ノズル5の長手軸AE上に位置す
る。他のノズル孔51a,52a,53aは3つの環状
線55a,56a,57a上に配置される。各環状線5
5a,56a,57aの中心点は噴射ノズル5の長手軸
AE上に位置する。3つの環状線55a,56a,57
aは噴射ノズル5の異なる軸位置に位置している。複数
のノズル孔51a,52a,53aのそれぞれは各環状
線55a,56a,57a上に好ましくは等間隔置きに
配置されている。ここで例示された6つのノズル孔53
aは内側の環状線57a上に、12個のノズル孔52a
は中間環状線56a上に、同様に12個のノズル孔51
aは外側の環状線55a上に備えられている。各ノズル
孔51a,52a,53a,54aは例えば0.575
mmの直径を有している。環状線55a,56a,57
aのうちの1つの上に位置するノズル孔51a,52
a,53a(詳述すると、それぞれの中心点)は径方向
に対して隣接した環状線の2つのノズル孔の間に位置す
る。つまり、1つの環状線のうちの複数のノズル孔は隣
接した環状線の複数のノズル孔の隙間に配置された第1
実施形態とほぼ類似している。ノズル孔51a,52
a,53a,54aから噴射される燃料の第1方向が環
状線55a又は56a又は57a(シリンダカバー4の
天井面42に対して平行に延びる)によって決定された
面に対してある傾角ψで傾くようにノズル孔51a,5
2a,53a,54aは形成されている。この傾角ψは
好適には各環状線55a,56a,57aに属する各ノ
ズル孔51a,52a,53a同士は同じである。しか
し、環状線55aに属するノズル孔51aの傾角ψと、
環状線56aに属するノズル孔52aの傾角ψと、環状
線57aに属するノズル孔53aの傾角ψとは互いに異
なる。傾角ψは例えば中心ノズル孔54aに対して略9
0°、内側の環状線55aに対して略70°、中間の環
状線56aに対して略52.5°、外側の環状線55a
に対して略40°である。燃焼室内の燃料の均一な分布
はこれらの好適な構成により行われ、特に可能な限りの
内燃エンジンの高効率に関して利点を有する。
52a,53aが環状線55a,56a,57a上に備
えられる、もしくは別の数の環状線55a,56a,5
7aが備えられてもよいということは自明である。
置構造により、燃焼室内の中心又は略中心方向への燃料
噴射によって長手方向に掃気を行うツーストロークディ
ーゼルエンジンを操作することが可能である。これはエ
ンジンの効率を悪化させることなく、シリンダごとに噴
射ノズル5が1個のみ必要とされればよいという利点を
有する。さらに、排気バルブ6がある角度に傾いて配置
されることによって、大型のディーゼルエンジンの全構
成高さが低減される。本発明はまた、特に1つのロング
ストロークを有する複数のツーストロークディーゼルエ
ンジンに適している。それらのディーゼルエンジンは、
ボアに対してストロークの比率が、例えば3と同等ある
いはそれ以上である。
ば性能及び効率を維持しつつ、構成が簡単であるという
優れた効果を発揮する。
カバーを備える大型ディーゼルエンジンのシリンダの要
部を示す図。
平面図。
平面図。
気バルブ、8…燃焼室、41…側面、42…天井面。
Claims (11)
- 【請求項1】前後方向に移動可能なピストン(3)を備
えた少なくとも1つのシリンダ(2)を有し、かつ長手
方向に掃気を行うツーストロークディーゼルエンジン、
特には大型のディーゼルエンジンのシリンダカバーであ
って、前記シリンダの燃焼室と接する天井面(42)及
び側面(41)と、組み付け状態で燃料を燃焼室(1
8)に導入する噴射ノズル(5)が装着される取付開口
部と、前記燃焼室(8)から燃焼ガスを排出する排気バ
ルブ(6)の排気口とを備えたシリンダカバーにおい
て、前記取付開口部が天井面(42)に形成されたシリ
ンダカバー。 - 【請求項2】前記排気口は、側面(41)に備えられる
請求項1に記載のシリンダカバー。 - 【請求項3】前記側面(41)は天井面(42)に対し
て鈍角に拡がり、特には135°から165°の角度
(α)であり、ほぼ150°の角度(α)である請求項
1または2に記載のシリンダカバー。 - 【請求項4】前記シリンダカバー(4)の組み付け状態
ではシリンダ(2)の長手軸(AZ)に対して偏位して
配置される取付開口部を有する請求項1から3のいずれ
かに記載のシリンダカバー。 - 【請求項5】ピストン(3)が前後に移動可能な少なく
とも1つのシリンダ(2)を有し、長手方向に掃気を行
うツーストロークディーゼルエンジン、特には大型のデ
ィーゼルエンジンが備えるシリンダカバーの配置構造に
おいて、シリンダカバー(4)と、噴射ノズル(5)
と、排気バルブ(6)とを備える請求項1から4のいず
れかに記載のシリンダカバーの配置構造。 - 【請求項6】前記排気バルブ(6)の長手軸(AV)が
シリンダ(2)の長手軸(AZ)に対して傾いて延びて
おり、特には15°から45°の角度(β)の範囲であ
り、ほぼ30°の角度(β)である請求項5に記載のシ
リンダカバーの配置構造。 - 【請求項7】前記噴射ノズル(5)はシリンダカバー
(4)内において、シリンダ(2)の長手軸(AZ)に
対して偏位して配置される請求項5又は6に記載のシリ
ンダカバーの配置構造。 - 【請求項8】前記噴射ノズル(5)は前記燃焼室(8)
内へ燃料を導入するための複数のノズル孔(51,5
2;51a,52a,53a)を有し、好適には少なく
とも2つの環状線(55,56;55a,56a,57
a)上に配置される請求項5から7のいずれかに記載の
シリンダカバーの配置構造。 - 【請求項9】前記環状線(55,56;55a,56
a,57a)のうちの1つの上に配置された複数のノズ
ル孔(51,52;51a,52a,53a)のそれぞ
れが、径方向に対して隣接した環状線(55,56;5
5a,56a,57a)上にある2つのノズル孔(5
1,52;51a,52a,53a)の間に配置される
請求項8に記載のシリンダカバーの配置構造。 - 【請求項10】前記噴射ノズル(5)は中心ノズル孔
(54a)を有する請求項5から9のいずれかに記載の
シリンダカバーの配置構造。 - 【請求項11】ツーストロークディーゼルエンジン、特
には大型のディーゼルエンジンにおいて、そのエンジン
は請求項1から4のいずれかに記載のシリンダカバー、
もしくは請求項5から10のいずれかに記載のシリンダ
カバーの配置構造を備えてなるディーゼルエンジン。
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