JP2013217368A - 平衡位置弁スピンドル - Google Patents

Abstract

【課題】クロスヘッド式大型２行程ユニフローディーゼルエンジンにおいて、開弁過程の最終段階における排気弁の弁スピンドルを減速して停止させる制動作用を有するガス交換弁を提供する。
【解決手段】スピンドルボア５と；弁スピンドル１０と；弁アクチュエータ１０９と；前記スピンドルボア５の上部を形成する中心ボアと；前記中心ボア６内に受容され、縦軸Ａの方向に並進運動可能である、前記スピンドル１０の上側部分１４と；前記ボア６の中間部分６６と；前記排気弁１を開くための可変容積弁作動室６０と；前記可変容積弁作動室６０を加圧油圧油源に接続する油圧油通路と；を備え、前記スピンドル１０の前記上側部分１４の下端には少なくとも１つの軸方向の細長いスリット１９が形成され、該スリット１９は、前記加圧油圧油源から前記可変容積弁作動室６０への加圧油圧油の流れを、前記上側部分１４が前記中間部分６６を通過するにつれて次第に減少させる。
【選択図】図５

Description

本願は、クロスヘッドを有する大型低速運転２行程ユニフローディーゼルエンジンのためのガス交換弁に関する。

より具体的には、本発明は、スピンドルについて平衡的な位置決め作用を有すると共に、開弁中における制動機構を提供する、ガス交換弁に関する。

船舶における原動機等に用いられるクロスヘッド型の大型低速運転２行程ユニフローディーゼルエンジンはその規模が増大しつつある。それに対応して、そのようなエンジンのための排気弁も大きくなっている。これらのエンジンのうちの大きなものについては、排気弁の高さも１−２メートルとなる場合がある。そのような排気弁の弁スピンドルは、その重量が数１００キロの重量となることもある。各エンジンサイクルにおいて、排気弁は、エンジンシリンダの燃焼室を空にするために開閉しなければならない。通常動作中のクロスヘッド型の大型２行程ディーゼルエンジンについて、それは、毎分６０−２００回の開閉であってもよい。大きな重量を有する弁スピンドルがいずれかの面に当たって損傷を防止するために、開弁過程において弁スピンドルはブレーキがかけられねばならず、停止表面に接触する前に停止させられなければならない。このため通常、排気弁の開弁段階には制動機構が設けられる。そのような開弁段階制動機構は、弁スピンドルの一部上に形成される円錐面の形態を有してもよく、この円錐面は、スピンドルボアの一部分の側壁と協働して、作動室への油圧油の供給を閉じる。そのような機構の例が特開２００４−０８４６７０号公報に示されている。そのような円錐面が適切に働くには、弁スピンドルの縦方向へ大きく延伸しなければならず、したがって、弁スピンドルの温度が変化し、弁スピンドルの長さに大きな変化が生じうる場合、制動の精度を失ってしまう。エンジンや排気弁部品の温度は、例えばエンジンの負荷条件の差異によって変化し、特に始動時において、エンジンが冷温条件から徐々に動作温度に向かって上昇する場合に変化する。エンジン内のそのような温度差によって、排気弁スピンドルは、膨張および収縮し、かつスピンドルが組み込まれる筐体とは異なる速度で膨張および収縮する。エンジンが大型であるほど排気弁も大型となり、弁スピンドルも大型となる。したがって、また、弁スピンドルの膨張および収縮も大きくなり、上で説明されたように、排気弁の動作条件に影響を及ぼし得る。したがって、円錐面が長くなるほど、開弁段階の終了中に弁スピンドルの制動の精度に影響を及ぼす危険性が大きくなる。

特開２００４−０８４６７０号公報は、請求項１のプリアンブル部分に記載のガス排気弁を開示する。

特開２００４−０８４６７０号公報

このような背景の下、本発明の目的は、開弁過程の最終段階において弁スピンドルを減速して停止させるための制動機構を有する排気弁であって、構造が簡単で、製造におけるコスト効率が高く、従来技術の問題を解決する排気弁を提供することである。さらに、本発明の目的は、開弁過程の最終段階において排気弁の弁スピンドルを減速して停止させるための制動機構について既存のものの代替となる制動機構を提供することである。

この目的は、請求項１に記載のクロスヘッド式大型２行程ユニフローディーゼルエンジン用のガス交換弁を提供することによって達成される。

実験およびシミュレーションは、スリットに関する構成が、いかなるエンジン動作温度においても、開弁段階の終わりに排気弁の弁スピンドルを減速して停止させるための制動機構の精度を向上させることを示している。さらに、弁スピンドルを減速して停止させるための改良された制動機構は、振動の減少をもたらすことも示している。これは、排気弁が開いている時に、弁スピンドルのぐらつきが減るからである。

実施形態では、少なくとも１つのスリットの深さは、スピンドルの伸長軸の方向に次第に深くなっていく。

さらなる実施形態では複数のスリットが設けられる。複数のスリットのそれぞれは、スピンドルの伸長軸の方向に同じ長さを有してもよく、または異なる長さを有してもよい。

さらなる実施形態では、少なくとも１つのスリットは、スピンドルの上側部分の下端において外面に形成される。スリットの各々は、上端および下端を有し、その深さは、当該下端およびスピンドル上側部分の下向きの棚部に向かって深くなるようにされてもよい。スリットは当該棚部に開口する。

さらなる実施形態では、少なくとも１つのスリットは、代替として、中心ボアの中間部分の壁に形成されてもよい。スリットの各々は、上端および下端を有し、その深さは、当該上端および中間部分の上縁ならびに中心ボアの第１の拡大部分に向かって深くなるようにされてもよい。スリットは当該拡大部分に開口する。

さらなる実施形態では、上記で説明されるようなスリットは、スピンドルの上部分の下端において外面に提供されるとともに、中心ボアの中間部分の壁にも形成されてもよい。

全ての実施形態において、ガス交換弁は排気弁として特に好適である。

本発明による排気弁のさらなる目的、特徴、利点、および性質は、以下の詳細説明から明らかになるであろう。

本明細書の以下の詳述部分では、本発明が、下記の図面に示される例示的実施形態を参照して、より詳細に説明される。
図１は、クロスヘッド式大型２行程ユニフローディーゼルエンジンの上部を断面図で示している。
図２は、本発明による排気弁を断面図で示している。
図３は、図２の排気弁の上部の詳細を断面図で示している。
図４は、図２および３の排気弁の上部に形成される、本発明によるスピンドル延長装置を断面図で示している。
図５は、本発明によるスピンドルの上部を斜視図で示している。
図６Ａ−Ｈは、排気弁開閉サイクル中のスピンドル移動の様々な段階における、排気弁のアクチュエータ部内の油圧油の流れを示す断面図である。図６Ａはスピンドルがその最も上の位置にある状態を示している。このとき弁は閉じられており、開弁に備えている。図６Ｂは、スピンドルがその下方への移動中の位置にある状態を示し、図６Ｃは、スピンドルがその下方への移動中に制動を受ける段階に達する位置にある状態を示す。図６Ｄは、スピンドルがその最も伸び切った位置にある状態を示しており、このとき排気弁は完全に開いている。図６Ｅは、排気弁の閉弁開始時の油圧油の流れを示している。図６Ｆは、制動室からの流出が始まる位置にスピンドルが移動している状態を示し、図６Ｇは、ピストンが係合する位置にスピンドルが移動している状態を示す。図６Ｈは、スピンドルがその最も上の位置に戻った状態を示す。

好適な実施形態の詳細な説明

以下では、本発明に従うガス交換弁が排気弁に関して説明され、本発明に従うガス交換弁が好適な実施形態によって説明される。

図１は、クロスヘッド型の大型低速運転２行程ユニフローディーゼルエンジンで使用される、ユニフロータイプのシリンダ１００を示す。クロスヘッド型の大型低速運転２行程ユニフローディーゼルエンジンは、通常、３−１６個のシリンダを有する。シリンダ１００は、エアーボックス１０３内に位置する掃気ポート１０２を有し、掃気ポート１０２には、掃気受け（図示せず）から、例えばターボチャージャ（図示せず）によって加圧された掃気が供給される。

排気弁１は、シリンダカバー１２４'内で、シリンダ上部の中央に配置される。エンジンの膨張行程の終了段階において、排気弁１は、エンジンピストン１０５が掃気ポート１０２を越えて下行する前に開弁する。それによって、燃焼室１０６内でピストン１０５の上方に存在する燃焼ガスは、排気受け１０８の中へと開口する排気通路１０７を通って流出する。排気弁１は、ピストン１０５の上方移動中に再び閉弁するが、この閉弁時期は、例えば後の燃焼における所望の有効圧縮比に依存して、調節可能である。閉弁運動中、排気弁１は、空気圧バネ１２３によって上向きに（燃焼室１０６から離れる方向に）付勢される。

排気弁１は油圧駆動型アクチュエータ１０９によって開弁される。油圧流体、例えば油圧油は、圧力導管１１０を通して供給される。圧力導管１１０は、アクチュエータ１０９上のポート８０を、コンソール１１３に支持される配電ブロック１１２の頂面上の制御ポートに接続する。コンソール１１３は油圧油用の高圧導管１１４に接続される。この油圧油は、例えば２００〜５００バールの範囲の圧力（例えば３００バール）で、コモンレール（図示せず）から供給される。コモンレールはまた、燃料噴射システム用の高圧流体源としての役割を果たしてもよい。

コモンレール内の油圧油は、弁アクチュエータ１０９を直接駆動するために使用されてもよいし、圧力増幅器／分離器を介して間接的に駆動するために使用されてもよい。この分離器は、コモンレール内の油圧油から分離する。コモンレール内の油圧油は、例えば燃料油でありうる。コモンレール式燃料システムの圧力は、運転速度や負荷条件等のエンジン動作状態に応じて変動する。典型的には、大型２行程ディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料システムの圧力は、８００バールから２０００バールの間で変動する。

弁アクチュエータ１０９用の専用コモンレールが使用される場合、油圧油は、貯蔵タンク（図示せず）からポンプ場（図示せず）を通して供給することができる。この油圧油は、例えば、標準的な油圧油であってもよいが、好ましくは、エンジンの潤滑油が油圧油として使用される。油圧システムはエンジンの油だめから送給される。

内燃機関は、中速４行程ディーゼルまたはガスエンジンであってもよいが、船舶内の推進エンジンや、発電所に設置する主機関として使用されうる低速２行程クロスヘッドディーゼルエンジンであってもよい。

エンジンの各シリンダ１００は電子制御ユニット１１５と関連付けられてもよい。電子制御ユニット１１５は、一般的な同期信号や制御信号を配線１１６から受信し、電子制御信号を例えば配線１１８を通じて制御弁１１７等へ伝送する。また、例えば配線１７３を通じて空気圧バネ１２３に電子制御信号を伝送する。シリンダあたり１つの制御ユニット１１５が設けられてもよく、または、いくつかのシリンダが同じ制御ユニット１１５に関連付けられてもよい。制御ユニット１１５はまた、全シリンダ共通の全体制御ユニットから信号を受信してもよい。

代替として（図示せず）、空気圧バネ１２３および／または制御弁１１７は、カム、すなわち、機械的油圧制御によって制御されてもよい。

制御弁１１７は、通常の任意のタイプであってもよい。制御弁１１７の構成および動作はよく知られており、本明細書の内容との関連では更なる説明は不要であろう。

排気弁１を開弁することが求められる時、制御ユニット１１５からの制御信号は制御弁１１７を作動させ、高圧流体が圧力導管１１０へと、従って油圧油供給ポート８０へと自由にアクセスできるようする。排気弁１が閉弁されるべき時、制御弁１１７は、導管１１０内の高圧が、戻り配管１２２への接続によって排出されるように作動させられる。それによって空気圧バネ１２３は、排気弁をその閉弁位置へと押し進める。

図２は、シリンダ１００の上部および排気弁１を通る断面をより詳細に示す。排気弁１は、例えば、図１におけるようなクロスヘッド式大型２行程ユニフローディーゼルエンジンに使用されるタイプである。

排気弁１は、弁体３から直立に立設されるスピンドル（またはステム）１０を有する。スピンドル１０は、底または下端１２、上端１１、中央部分１３を有し、形状は細長く、縦軸Ａを有する。

図２では、排気弁の開弁位置は、点線で描かれている弁体３'によって示されている。開弁位置にある弁体３'の位置は、閉弁位置にある弁体３の位置より距離Ｄだけ下方に示されている。閉弁位置で弁体３は弁座４に当接している。

スピンドル１０の中央部分１３はバネピストン１２５を支持する。バネピストン１２５は、圧力シールを形成するようにスピンドル上にしっかりと搭載され、また、空気圧シリンダ１２６内で縦方向に移動することができる。バネピストン１２５の下方にはバネ室１２７が設けられる。バネ室１２７は、好適な弁１５６を介して加圧空気供給源（図示せず）に接続される。加圧空気供給源は、例えば４．５バールなど所定の最小圧力以上の加圧空気で充填された状態にバネ室を維持し、それによって空気圧バネ１２３が提供される。空気圧バネ１２３は、スピンドル１０に上向きのバイアスを提供し、弁座４に向かって弁体３を押勢する。３〜１０バール等の他の空気圧もまた使用することができる。最小圧力は、空気圧バネ１２３に求めるバネ特性に従って選択される。いくつかの異なるシリンダ上のバネ室１２７を相互に接続することが可能であるが、好ましくは、各バネ室１２７は、加圧空気供給源における逆止め弁によってそれぞれ隔離される。バネ室１２７内の加圧空気は、バネピストン１２５に対して持続的な上向きの力を生成し、それによって、スピンドル１０に対してもそのような力を生成する。したがって、弁体３は、弁座４に向かって、すなわち上向き方向に恒久的に押勢される。この上向きの力は、バネピストン１２５が、弁アクチュエータ１０９（以下参照）によって下向きに動かされ、逆止め弁１５６によって流出が防止されるバネ室１２７内の空気を圧縮すると増大することになる。

筐体１２８は、空気圧バネ１２３の周囲および上方に空洞１２９を画定する。この空洞は、空洞が大気圧を有するように排出管（図示せず）に接続される。

油圧弁アクチュエータ１０９は、アクチュエータシリンダ１３１およびスピンドル１０のアクチュエータ部１０'から形成される。アクチュエータシリンダ１３１は、筐体１２８の上部に支持されてもよく、または図示されるように、アクチュエータシリンダ１３１および筐体１２８は一体化された単一の部品として形成されてもよい。

スピンドル１０のアクチュエータ部１０'は、アクチュエータシリンダ１３１内の中心ボア６（例えば図３参照）の中に受容される。アクチュエータシリンダ１３１は弁アクチュエータ１０９のための動かない筐体を形成し、その中心ボア６は、スピンドルボア５の上部を形成する。中心ボア６は、上部閉鎖部１３２によってアクチュエータシリンダ１３１の上部では閉鎖されるが、スピンドルボア５の他の部分と連通しうるように、アクチュエータシリンダ１３１の底部には開口している。中心ボア６は、筐体１２８の中で、さらに排気弁１の下部において、スピンドルボア５と同軸方向に配列される。

図４は、排気弁１の弁アクチュエータ１０９の上部での拡大図を示す。この図を参照すると、アクチュエータシリンダ１３１の中心ボア６は、同軸ではあるが直径（又は断面積）が異なる複数の部分に分割される。最も上の部分６'は最も大きな直径を有し、中間部分６''は中間的な大きさの直径を有し、最も下の部分６'''は最も小さな直径を有する。最も上の部分６'と中間部分６''との間には、上向きに面した第１の棚部７が形成される。中間部分６''と最も下の部分６'''との間には、上向きに面した第２の棚部８が形成される。例えば、図３および６Ａで示されるように、中心ボア６の最も下の部分６'''は、弁アクチュエータ１０９が空気圧バネ１２３に接続される、弁アクチュエータ１０９の底端まで延在する。中心ボア６の最も下の部分６'''は、底部閉鎖部１３３によって閉鎖される（図３参照）。底部閉鎖部１３３は開口部を有しており、その開口部にはスピンドル１０のアクチュエータ部１０'の下部分の第２の小径セクション１６''が受容される。図３に描かれるように、中心ボア６の最も下の部分６'''には２つのチャンバ（室）が形成される。これらのチャンバはそれぞれ、中心ボア６の最下部６'''の第１の拡大部分６５'、および中心ボア６の最下部６'''の第２の拡大部分６５''の形態を有している。第１の拡大部分６５'は第２の拡大部分６５''の上方に形成される。第１の拡大部分６５'は、ポート８３を介して、アクチュエータシリンダ１３１の中に形成されるチャネル８５に連通している。第２の拡大部分６５''は、ポート８０を介して圧力導管１１０に連通する。第１の拡大部分６５'と第２の拡大部分６５''との間には中間部分６６が形成される。この中間部分６６は中心ボア６の最下部６'''の一部であり、同じ直径または断面積を有する。中間部分６６は、上縁６６'（図６Ａ参照）と、壁６６''と、下縁６６'''とを有する。壁６６''は、中心ボア６の最下部６'''の表面と平行な表面を有する。

図５から理解され得るように、スピンドル１０のアクチュエータ部１０'は上側部分１４を有する。上側部分１４は直径ｄ１を有する。直径ｄ１は、中心ボア６の最下部６'''における摺動に適合される。アクチュエータ部１０'はさらに、第１の小径セクション１６'、上側部分１４と同じ直径ｄ１を有するシーリングセクション１６、およびシーリングセクション１６の下方にある第２の小径セクション１６''といった、３つのセクションに分割された下部分を有する。第１の小径セクション１６'および第２の小径セクション１６''は同じ直径（または円柱状でなければ断面積）を有してもよく、または異なる直径を有してもよいが、両方とも上側部分１４およびシーリングセクション１６の直径よりも小さい。最も下に位置する第２のセクション１６''は、空気圧バネ１２３の中でスピンドル１０の中央部分１３に接続する。

シーリングセクション１６は（底部閉鎖部１３３とともに）、油圧油がチャンバまたは（大気圧になっている）空洞１２９へ漏出しないように中心ボア６を密閉する。

スピンドル１０のアクチュエータ部１０'の上側部分１４の上端１４'には上側環状面１５が形成される。上側部分１４の下端１４''と第１の小径セクション１６'との間には、下向きに面した棚部１８が形成される。第１の小径セクション１６'とセクション１６との間には、上向きに面した棚部１７が形成される。セクション１６と第２の小径セクション１６''との間には下向きに面した棚部１７'が形成される。

上側部分１４の下端１４'において、少なくとも１つのスリット１９が外面に形成される。１つまたは複数のスリット１９は、スピンドル１０の縦軸Ａに平行な縦方向に延びており、上側部分１４の下端１４'に陥没または溝として形成される。各スリット１９は上端１９'および下端１９''を有する。各スリット１９は、その下端１９''及び下向きに面した棚部１８に向かって深さが増大し、棚部１８に開口する。スリットの数は１つでもよく、または複数のスリットが上側部分１４の周囲に配されてもよい。好ましくは３−２０個のスリット１９が設けられる。１つよりも多くのスリット１９が設けられる場合、スリットの長さ（軸Ａの方向に上端１９'から下端１９''まで）は全て同じであってもよい。別の実施形態（図示せず）では各スリット１９は異なる長さを有する。

別の実施形態（図示せず）では、スリット１９は、代替として、中心ボア６の最下部６'''の一部である中間部分６６の壁に形成されてもよい。１つまたは複数のスリット１９が、スピンドル１０の縦軸Ａと平行な縦方向に延び、中間部分６６に陥没または溝として形成される。各スリット１９は上端１９'および下端１９''を有する。各スリット１９は、その上端１９'および中間部分６６の上縁６６'、ならびに第１の拡大部分６５'へ向かって深さが増大し、第１の拡大部分６５'へ開口する。スリットの数は１つでもよく、または複数のスリットが中間部分６６の周りに配されてもよい。好ましくは３−２０個のスリット１９が設けられる。１つよりも多くのスリット１９が設けられる場合、スリットの長さ（軸Ａの方向に上端１９'から下端１９''まで）は全て同じであってもよい。別の実施形態（図示せず）では各スリット１９は異なる長さを有する。

さらなる実施形態（図示せず）では、スリット１９は、上記で説明されるように、中間部分６６に、およびスピンドル１０の上側部分１４の下端１４''に形成される。

本願において、スリットや溝、陥没とは、他の面に対して窪んでいる底面を有する構造であると理解されるべきである。ここで他の面とは、スピンドル１０の円柱状上側部分１４の外面である。スリット１９が中心ボア６の最下部６'''の中間部分６６に形成される場合では、他の面とはその場所にあるボア６の壁である。

ピストン９０は、中心ボア６（スピンドルボア５の上部を形成する）内で摺動可能に配される。ピストン９０は、円筒状主要部分９１と、主要部分９１の上方に設けられるカラー９２とを有する。ピストン９０は中心ボア９０'を有する。中心ボア９０'は、スピンドル１０の上側部分１４をその上端１１において摺動可能に受容しうるように構成される。カラー９２は、ピストン９０の主要部分９１より大きな直径（または断面積）を有する。主要部分９１の直径は、中心ボア６の中間部分６''（または中央部分６''と呼ばれる）の中で摺動可能であるように、微小な隙間が形成されるような大きさにされる。カラー９２の直径は、中心ボア６の最も上の部分６'内で摺動可能であるように、微小な隙間が形成されるような大きさにされる。ピストン９０の中心ボア９０'の中で、カラー９２と主要部分９１との間には、下向きに面した内棚部９３が形成される。内棚部９３は、スピンドル１０の上側環状面１５の外側部分と係わり合うように形成される。ピストン９０はさらに、カラー９２上に形成される、上向きに面した上面９４を有する。この上面９４は、スピンドル１０の上側環状面１５と同様に環状である。しかしながら、上面９４の表面積は、スピンドル１０の上側環状面１５の面積よりかなり大きい。

ピストン９０の外面には、カラー９２と主要部分９１との間に下向きに面した外部棚部９５が形成される。主要部分９１はさらに下面９６を有する。下面９６はリング状または環状である。

上部閉鎖部１３２の中には減衰室８１が形成される。減衰室８１は、中心ボア６の最も上の部分６'に開口する。減衰室８１は、排気弁１の開弁段階において油圧油のための入口を提供する。また減衰室８１は、排気弁１の閉弁段階においては油圧油のための出口を提供し、以下に更に説明されるように、スピンドルの上方移動運動を抑制する。減衰室８１は、アクチュエータシリンダ１３１内の中心ボア６の中へ開口する。

既に述べたように、ピストン９０は、スピンドル１０の上端１１においてその上側部分１４に対して摺動してもよい。またピストン９０は、中心ボア６の部分６'、６''、および６'''に対して摺動してもよい。

中心ボア６の上部分６'、上部閉鎖部１３２の下向きに面した表面１３２'、減衰室８１、ピストン９０の上向きに面した頂面、およびスピンドル１０の上端１１の間には、可変容積弁作動室６０が画定される。可変容積弁作動室６０はまた、減衰室８１も含む。好ましくは、中心ボア６の上部分６'および減衰室８１は、円錐面３２の最も下の部分と減衰室８１の壁との間の微小隙間を介して流体が常に行き来できるようにされている。これに加えて、又は代替として、中心ボア６の上部分６'と減衰室との間の流体的な接続が遮断されないようにするための複数のスリット３９が設けられる。

既に述べたように、油圧油は、ポート８０を介して弁アクチュエータ１０９に供給され排出される。ポート８０は圧力導管１１０と接続しており、その端部１１０'は図６Ａに見ることができる。ポート８０は、圧力導管１１０を介して、制御弁１１７によって戻り配管１２２および高圧源に交互に接続される。

可変容積弁作動室６０は、減衰室８１内のポート８２および導管８５（図６Ａ参照），ポート８３を介して第１の圧力室６５に接続される。第１の圧力室６５は、以下の間に画定される。
・ 中心ボア６の最下部６'''
・ スピンドル１０の上部１０'の一部分１４
・ 中心ボア６の第１の拡大部分６５'
・ 中心ボア６の第２の拡大部分６５''
・ スピンドル１０の上側１６' 小径セクションおよび下側１６''小径セクションの間に形成されるスピンドル１０のシーリングセクション１６

供給ポート８０は第２の拡大部分６５''に接続する。第２の拡大部分６５''は、中心ボア６の部分６''''（図３参照）を通して第１の拡大部分に接続する。少なくとも１つのポート８３は、第１の拡大部分６５'をチャネル８５に接続する。１つのポート８３につき１つのチャネル８５が設けられる。各チャネル８５は、チャネル８５と減衰室８１との間のポート８２を通して減衰室８１に接続する。

図４を再び参照する。スピンドルの上端１１の中のボア２０内には、スライダ３０が設けられる。スライダ３０は、バネ４０によって上向き方向に付勢され、ボア２０の縦方向に（軸Ａと平行に）摺動可能である。スライダ３０は上向きに面した表面３１を有する。またスライダ３０は、排気弁の閉弁中にスピンドル１０の上向きの運動にブレーキをかけるべく上記の減衰室８１と協働するように構成される円錐面３２（図５参照）を有する。スライダ３０は、スピンドルの長さ調節機構の役割を果たす。他の実施形態では、スピンドル１０の上端１１は、代替として、スピンドルが固定された長さを有するように、スピンドル長さ調節機構を伴わずに形成されてもよい。この場合（図示せず）、上向きに面した表面３１は、環状面１５と同一平面上にあってもよく、対応する円錐面３２が、スピンドル１０の上側部分１４の上端上に直接形成されてもよい。

図６Ａ−Ｈを参照して、排気弁の開閉サイクルを説明する。

燃焼室１０６から燃焼または排ガスを排出するべく排気弁が開かれる時、燃焼室１０６内の圧力は非常に高い。このため、弁体３および弁スピンドル１０の初期の下向き移動の間、排気弁１を開弁するためには大きな力が必要とされる。ピストン９０は、以下に説明されるように、弁アクチュエータ１０９の圧力面の有効面積を増加させることによって、この初期段階を補助する。

制御弁１１７は、排気弁１を開弁するために高圧流体をポート８０に供給する。油圧油は、第１の圧力室６５および（チャネル８５を介して）可変容積弁作動室６０を加圧する。ここで油圧油の流れは図６Ａで矢印３０１によって示されている。第１の圧力室６５では、油圧油は、上側小径セクション１６'とスピンドル１０のセクション１６との間の上向きに面した棚部１７に作用する。第１の圧力室６５および機能に関するさらなる詳細説明が以下に提供される。

チャネル８５によって提供される流体接続を介する油圧油の流入は、減衰室８１および中心ボア６の最も上の部分６'によって構成される可変容積弁作動室６０内の圧力を上昇させる。圧力は、下向き方向へピストン９０とともにスピンドル１０を移動させるように、スライダ３０の表面３１、スピンドル１０の上面１５、およびピストン９０の上面９４に作用する。

図６Ｂの矢印３０２は、第１の圧力室６５の中への油圧油の流入があり、その中の圧力を上昇させることを示す。圧力は、下向き方向にスピンドルを押し進めて排気弁１を開くように、スピンドルのセクション１６上の上向きに面した棚部１７に作用する。

油圧油は可変容積弁作動室６０の中の圧力を上昇させ、その圧力は、ピストン９０の上面９４、上側環状面１５、およびスピンドル１０の上部１１の上面３１に（ならびに上向きに面した棚部１７に）作用する。下向きに面した内棚部９３もスピンドル１０の上側環状面１５の一部に当接する。これは、下向き方向にスピンドル１０およびピストン９０を押し進める（図６Ｂ参照）。

下向き方向にある距離を移動した後に、ピストン９０の下向きに面した外部棚部９５は、中心ボア６の最も上の部分６'と中間部分６''との間の上向きに面した棚部７に到達し、これに当接する前に停止する（図６Ｂ参照）。

中心ボア６のボア最も上の部分６''には、細長い陥没として、スピンドルの縦軸Ａと平行に形成される、１つまたは複数の溝９９（図４参照）が設けられる。溝９９は、ピストン９０の上方の空間とピストン９０の下方の空間との間で、油圧油が行き来することを可能にする。下面９５の面積が上向きに面した表面９４の面積よりも小さいため、ピストン９０は下向きに付勢されるので、油圧油は、ピストン９０の下方から上方に通過させられる。溝９９は、中心ボア６の最も上の部分６'と中間部分６''との間に形成される棚部７の上方で終端する。ピストン９０の下向きに面した外部棚部９５が、溝９９の最下部を通過すると、油圧油は、ピストン９０の下方の空間から上方の空間へと流れることができなくなる。これは、ピストン９０の下方の空間内で圧力上昇を生じさせ、ピストン９０の下向き移動を減速させ、最終的に、停止させるであろう。このように、小さな油圧圧力室が形成され、ピストン９０の下向きの運動にブレーキをかけるために使用される。この圧力室は、ある程度油圧スプリングのように作用する。

従ってピストン９０の下降運動は停止させられるが、一方で、スピンドル１０は、その下降運動を続ける（図６Ｃ参照）。ピストンが更に下に移動することは妨げられている。図６Ｃには、ピストン９０が上向きに面した棚部７によって止まっている一方で、スピンドル１０はその下降運動を続けている様子が描かれている。アクチュエータ部１０'の上側部分１４はピストン９０に対して下方に移動している。

このようにピストン９０は、可変容積弁作動室６０内の圧力が排気弁の開弁中に作用するための大きな面積を提供しており、それにより、加速機構の役割を果たし、燃焼室１０６の高圧に対して排気弁を開くのに役立っている。

いったん弁体３が弁座４から離れると、燃焼室１０６内の圧力は、燃焼ガスが排気管１０７を通って室１０６から流出することによって減少する。このため、完全に開弁するために排気弁１を下向き方向に移動させ続けるために必要な力は、開弁の初期段階よりも遥かに小さくて済む。したがって、ピストン９０が停止された後、可変容積弁作動室６０内の圧力は、スピンドル１０の上部１１の上側環状面１５および上面３１のみに作用するであろう（なお、この例では上面３１はスライダ３０上に存在する）。それにより、スピンドル１０は、スピンドル１０の上側部分１４の下向きに面した棚部１８が、可変容積弁作動室６０への油圧油の流れを遮断するまでその下降運動を続け、スピンドル１０は減速を始め停止に至る。これは、以下でさらに詳細に説明される。

排気弁１の開弁段階中のスピンドル１０の下向き進行中に、スピンドル１０の上側部分１４の下向きに面した棚部１８は、上側拡大部分６５'と下側拡大部分６５''との間に形成された中心ボアの中間部分６６上の上縁６６'を通過する。この状況は図６Ｃで図示されている。上縁６６'の通過は、チャネル８５への流れを遮断し始め、それによって可変容積弁作動室６０への流れを遮断し始める。スピンドル１０の上側部分１４の下端に形成された１つまたは複数のスリット１９は、スリット１９の上端１９'が中心ボアの中間部分６６上の上縁６６'を通過するまで、可変容積弁作動室６０への流れが存在することを許す。従って、スリット１９の下端１９''から上端１９'にかけて、スリット１９は、可変容積弁作動室６０への流れが存在しうる範囲を次第に減少させていく。図６Ｃにおいて、この様子が短い矢印３０３によって描かれている。可変容積弁作動室６０への流れが存在しうる範囲が次第に減少していくことは、スピンドル１０の下降運動に対してブレーキをかける作用を生じる。これは、可変容積弁作動室６０の中の圧力が、上方に作用する空気圧バネ１２３の圧力とバランスするようになるためである。

図６Ｄでは、どのようにしてスリット１９の上端１９'が上縁６６'を通過したかが示されている。可変容積弁作動室６０への流れは存在しなくなっている。スピンドル１０は下方に更に少し移動しており、スピンドル１０のセクション１６の下向きに面した棚部１７'は、底部閉鎖部１３３に接触する寸前まで下がっている。スピンドル１０の動きは制止させられ、停止させられている。可変容積弁作動室６０内および（図６Ｄの矢印３０４によって示されるように）棚部１７には、圧力が依然として作用している。これは、空気圧バネ１２３によって提供される圧力との釣り合いを保ち、燃焼室１０６が完全に空にされるまで排気弁１を開いて維持するためである。

スリット１９は、排気弁１の開弁中にスピンドルの下降運動にブレーキをかけるための従来技術のソリューションと比べて、著しい改善を提供することが示されている。スリット１９を採用することは、円錐面を採用するよりも、完全な開弁位置にある時の排気弁１の振動を低減している。

燃焼室１０６が空になると、排気弁１を閉じるために、制御弁１１７は油圧油源の圧力を遮断する。制御弁１１７は、ポート８０の接続を高圧源から戻り配管１２２へと変更し、油圧油がポート８０を通って逆流することを可能にする。空気圧バネ１２３はスピンドル１０を上向きに付勢し、それによって、上記の二次圧力室６５および可変容積弁作動室６０内の油圧油の押出を開始する。

図６Ｅは、高圧源からの圧力が遮断され、空気圧バネ１２３の圧力により、スピンドルがその上向き移動を開始する直前の時期の状況を示す。棚部１７への圧力は減少している。可変容積弁作動室６０とポート８０との間の流れは、依然として室６５'を遮断しているスピンドル１０の上側部分１４によって、依然として妨げられている。

空気圧バネ１２３がスピンドル１０を上方へ少し移動させると、１つまたは複数のスリット１９の上端１９'が、上側の拡大部分６５'と下側の拡大部分６５''との間に形成された中心ボアの中間部分６６の上縁６６'を通過する。すると、スリット１９は下向きに面した棚部１８へ向かってその深さが増していくために、ポート８０とチャネル８５との間の（従って可変容積弁作動室６０との間の）流れの経路が徐々に開き始める。この流れの経路が開くことは、可変容積弁作動室６０の中の油圧油が、チャネル８５を介してポート８０へと流れることを可能にする。これは可変容積弁作動室６０の中のさらなる圧力降下を引き起こし、空気圧バネ１２３の圧力との釣り合いをさらに壊し、従ってスピンドルの上方運動が加速する。図６Ｆでは、流れの経路がちょうど開いたばかりの、チャネル８５を通る比較的少ない流れが、短い矢印３０５によって示されている。図６Ｇでは、棚部１８が室６５'から出て行き、図６Ｇに長い矢印３０６で示されるように、可変容積弁作動室６０から排出される流れは、室６５'を完全に利用できるようになっている。

図６Ｆに示される状況では、スピンドル１０自体のみが上向きに動いており、ピストン９０は依然として上向きに面した棚部７から動いていない。したがって、上面３１および環状面１５のみが、可変容積弁作動室６０から油圧油を押し出す。

スピンドル１０が更に上方に移動すると、図６Ｇに示されるように、スピンドル１０の上側環状面１５は、最終的に、ピストン９０の下向きに面した内棚部９３に接触する。そして、その下側の停止位置（ピストン９０の外部棚部９５が上向きに面した棚部７によって停止する場所）から上方へ、ピストン９０をスピンドル１０と一緒に強制的に動かす。

ピストンの上面９４は、面１５と面３１とを合わせたものよりも大きい。このため著しく大きな面積が可変容積弁作動室６０の中の油圧油に作用する。これは、スピンドル１０の上昇運動にブレーキをかける作用を生じる。

スピンドル１０の上部１１の上にある円錐面３２が減衰室８１に進入し、中心ボア６の上部分６'と減衰室８１との間の流れの経路を徐々に閉じ始めると、スピンドル１０の上昇運動にはブレーキがかけられ、最終的には停止する。円錐面３２が減衰室に突入する時に、ポート８０を通して減衰室から油圧油を押し出すことによって、残留運動エネルギーの大部分が吸収され、スピンドル１０の上部１１の上面３３が、上部閉鎖部１３２の下向きに面した表面１３２'に穏やかに当接する。図６Ｈは、スピンドル１０がその最も上の位置に到達しており、排気弁１が閉じられ、新しい開閉サイクルの準備ができている時の状況を示す。

弁スピンドル１０には、排気管１０７内に位置する部分において、一組の羽根２１４が設けられる。この羽根は、排ガスが排気管１０７を通って流れる時、すなわち排気弁１が開いている時に、スピンドル１０を強制的に回転させる。それによって、スピンドル１０は、排気弁が開弁するたびに、少なくとも少しずつは回転するであろう。それによって、弁体３や弁座４が均一に摩耗することが実現され、また、スピンドル１０およびスピンドルボア５に設けられて他の部分との接触が生じる棚部も均一に摩耗することが実現される。

上記で説明される空気圧バネ１２３は、戻り行程圧力室と、第１のピストンを後退位置に付勢するピストン表面とによって置換されてもよい。この実施形態（図示せず）は、ピストンを後退位置に付勢するために、加圧油圧油を圧力戻り行程室に供給することができる、若干変更された制御弁を要するであろう。第１のピストンの位置に対して戻り行程圧力室内の圧力を制御するために、上記で説明されたものと同じ原則原理を使用することができる。

本願による教示は例示の目的で具体的に説明されているが、そのような具体的事項は例示の目的のためのものに過ぎず、本願の教示の範囲から逸脱することなく、当業者によって、それに変更を行うことができるものであると理解されたい。

用語「備える」は、請求項において使用する際、他の要素またはステップが含まれることを除外しない。単数形の用語は、請求項において使用する際、複数形を除外しない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、請求項に列挙するいくつかの手段の機能を実行してもよい。

本明細書の以下の詳述部分では、本発明が、下記の図面に示される例示的実施形態を参照して、より詳細に説明される。
クロスヘッド式大型２行程ユニフローディーゼルエンジンの上部を断面図で示している。 本発明による排気弁を断面図で示している。 図２の排気弁の上部の詳細を断面図で示している。 図２および３の排気弁の上部に形成される、本発明によるスピンドル延長装置を断面図で示している。 本発明によるスピンドルの上部を斜視図で示している。 図６Ａ−Ｈは、排気弁開閉サイクル中のスピンドル移動の様々な段階における、排気弁のアクチュエータ部内の油圧油の流れを示す断面図である。図６Ａはスピンドルがその最も上の位置にある状態を示している。このとき弁は閉じられており、開弁に備えている。図６Ｂは、スピンドルがその下方への移動中の位置にある状態を示し、図６Ｃは、スピンドルがその下方への移動中に制動を受ける段階に達する位置にある状態を示す。図６Ｄは、スピンドルがその最も伸び切った位置にある状態を示しており、このとき排気弁は完全に開いている。図６Ｅは、排気弁の閉弁開始時の油圧油の流れを示している。図６Ｆは、制動室からの流出が始まる位置にスピンドルが移動している状態を示し、図６Ｇは、ピストンが係合する位置にスピンドルが移動している状態を示す。図６Ｈは、スピンドルがその最も上の位置に戻った状態を示す。

Claims (9)

1. クロスヘッド式大型２行程ユニフローディーゼルエンジンのための排気弁（１）であって：
   スピンドルボア（５）と；
   前記スピンドルボア（５）内に受容され、縦軸（Ａ）を有する、弁スピンドル（１０）と；
   弁アクチュエータ（１０９）と；
   前記弁アクチュエータ（１０９）の定置筐体に形成される中心ボアであって、前記スピンドルボア（５）の上部を形成する中心ボアと；
   前記中心ボア（６）内に受容され、前記縦軸（Ａ）の方向に並進運動可能である、前記スピンドル（１０）の上側部分（１４）と；
   上縁（６６'）を有する、前記ボア（６）の中間部分（６６）と；
   前記排気弁（１）を開くための可変容積弁作動室（６０）と；
   を備え、
   前記可変容積弁作動室（６０）の上部にあるポートを介して、前記可変容積弁作動室（６０）を加圧油圧油源に接続する油圧油通路と；
   前記スピンドル（１０）前記上側部分（１４）の下端に形成される、少なくとも１つの軸方向の細長いスリット（１９）であって、前記油圧油通路を経由する前記加圧油圧油源から前記可変容積弁作動室（６０）への加圧油圧油の流れが、前記上側部分（１４）が前記中間部分（６６）を通過するにつれて次第に減少するように設けられる、少なくとも１つの軸方向の細長いスリット（１９）と；
   を特徴とする、排気弁。
2. 前記少なくとも１つのスリットの深さは、前記スピンドル（１０）の前記伸長軸（Ａ）の方向に次第に深くなる、請求項１に記載のガス交換弁（１）。
3. 複数のスリット（１９）が設けられる、請求項１または２に記載のガス交換弁（１）。
4. 前記複数のスリット（１９）は、各々、前記スピンドル（１０）の前記伸長軸（Ａ）の方向に異なる長さを有する、請求項３に記載のガス交換弁（１）。
5. 前記少なくとも１つのスリット（１９）は、前記スピンドル（１０）の上側部分（１４）の下端（１４''）において外面に形成される、請求項１から４のいずれかに記載のガス交換弁（１）。
6. 前記少なくとも１つのスリット（１９）の各々は、上端（１９'）及び下端（１９''）を有し、前記下端（１９''）および前記スピンドル（１０）の前記上側部分（１４）の下向きに面した棚部（１８）に向かって深さが増し、前記棚部（１８）に開口する、請求項５に記載のガス交換弁（１）。
7. 前記少なくとも１つのスリット（１９）は、前記中心ボア（６）の前記中間部分（６６）の壁に形成される、請求項１から６のいずれかに記載のガス交換弁（１）。
8. 前記少なくとも１つのスリット（１９）のそれぞれは、上端（１９'）及び下端（１９''）を有し、前記上端（１９''）および前記中間部分（６６）の上縁（６６'）ならびに前記中心ボア（６）の第１の拡大部分（６５'）に向かって深さが増し、前記第１の拡大部分（６５'）に開口する、請求項７に記載のガス交換弁（１）。
9. 排気弁である、請求項１から８のいずれかに記載のガス交換弁（１）。

Images