JP2019100339A

JP2019100339A - 内燃機関の弁ピストンシステム及び内燃機関

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Publication number: JP2019100339A
Application number: JP2018223417A
Authority: JP
Inventors: マルセル・モルゲンシュテルン; Morgenstern Marcel
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2019-06-24
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: FI130504B; KR102512199B1; CN109973239A; FI20185984A1; DE102017221527A1; JP7248413B2; CN109973239B; KR20190064447A

Abstract

【課題】内燃機関の新規のタイプの弁ピストンシステム及びこのような弁ピストンシステムを有する内燃機関を創出すること。【解決手段】内燃機関のシリンダの弁ピストンシステム（２０）は、上下移動可能に案内されるピストン（２６）と、少なくとも１つの入口側ガス交換弁（２１）及び少なくとも１つの排気側ガス交換弁（２２）と、を備え、ピストン（２６）が、ガス交換弁（２１、２２）を向く端部において、ガス交換弁（２１、２２）を向く中央ピストン溝部（２７）及び中央ピストン溝部（２７）に合流する横方向弁ポケット（２８）を備え、弁ポケット（２８）それぞれが、弁ポケットのうちガス交換弁（２１、２２）を向く面（２９）がピストン（２６）の軸方向に対する垂直線（３０）にまたはガス交換弁（２１、２２）の弁体（２４）の軸方向（２５）に対する垂直線（３０）に対して、傾斜している。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の弁ピストンシステムに、及び、内燃機関に、関する。

主として、内燃機関は、主に、複数のシリンダを有する。内燃機関のシリンダそれぞれは、シリンダそれぞれのシリンダライナ内で案内されて上下動可能である。これに加えて、内燃機関のシリンダそれぞれは、少なくとも吸気のための少なくとも１つの入口側ガス交換弁と、排気のための少なくとも１つの排気側ガス交換弁と、を有する。特に、内燃機関をガスエンジンとして具現化したとき、吸気だけでなくガス−空気混合物の形態にあるガス状燃料も燃焼のためにシリンダそれぞれに供給される。特に、内燃機関をディーゼル内燃機関として具現化したとき、シリンダそれぞれは、少なくとも１つの噴射器を有し、この噴射器を介して、燃料をシリンダに供給し得る。

実務から知られていることは、内燃機関のシリンダのピストンが、ガス交換弁を向く面にあるまたはガス交換弁を向く端部にある中央ピストン溝部を有すること、である。さらに知られていることは、ピストン弁のこの端部において、ガス交換弁を向く弁ポケットが形成されており、このような弁ポケットを介して、内燃機関の動作中におけるピストンとガス交換弁の弁体との間の衝突を回避し得ること、である。

これから開始して、本発明は、内燃機関の新規のタイプの弁ピストンシステム及びこのような弁ピストンシステムを有する内燃機関を創出する目的に基づいている。

この目的は、請求項１にかかる内燃機関の弁ピストンシステムを介して解決される。本発明によれば、弁ポケットそれぞれは、弁ピストンシステムのガス交換弁それぞれを向く面がピストンの軸方向に対する垂直線に対してまたはガス交換弁それぞれの弁体の軸方向に対する垂直線に対して傾斜して延在するように、円板状または漏斗状に形成されている。本発明にかかる弁ピストンシステムを用いて弁ポケットが円板状または漏斗状に形成されているという事実のため、弁ポケットとピストン溝部との間の移行領域にいわゆるホットスポットが形成されることを回避する。さらに、燃焼中に形成される渦流がより少なくなり、それにより、燃料の燃焼は、より効率的にしたがって高効率で行われ得る。

好ましくは、弁ポケットそれぞれの内ガス交換弁それぞれを向く面は、ピストン溝部の方向に傾斜している。これは、ホットスポットを低減するまたは回避することに及び渦流を低減することに特に好ましい。

さらなる展開によれば、ガス交換弁それぞれの弁体は、ガス交換弁の弁ポケットそれぞれを向く面が弁体の軸方向に対する垂直線に対して傾斜するように錐状または切頭錐状に形成されている。好ましくは、弁体それぞれのうち弁ポケットそれぞれを向く面は、ピストン溝部から離間するように傾斜している。これは、同様に、ホットスポットを回避することに及び渦流を低減することに好ましい。さらに、最小設置空間を有して、ガス交換弁の弁体とピストンとの間の安全距離を維持する。

本発明のさらなる展開によれば、弁ポケットそれぞれのうちガス交換弁それぞれを向く面は、第１角度をもって傾斜しており、弁体それぞれの内弁ポケットそれぞれを向く面は、第２角度をもって傾斜している。好ましくは、第１角度及び第２角度は、角度において等しく、それにより、傾斜面は、互いに対して平行に延在する。あるいは、第２角度は、第１角度よりも大きい。本発明のこの構成は、最小設置空間を有して、ガス交換弁の弁体とピストンとの間の安全距離を維持しつつ、ホットスポットを低減するまたは回避することに及びシリンダの燃焼室内における渦流を低減することに好ましい。

本発明にかかる内燃機関は、請求項１０に規定される。

好ましいさらなる本発明の展開は、従属請求項及び以下の説明から得られる。

これに限定されない図面を用いて、本発明の例示的な形態をより詳細に説明する。

内燃機関のシリンダを示す平面図である。実施から知られている内燃機関の弁ピストンシステムの抜粋を示す図である。本発明にかかる内燃機関の弁ピストンシステムの抜粋を示す図である。

図１は、内燃機関のシリンダを示す概略平面図である。図示した例示的な実施形態において、図１のシリンダ１０は、複数の入口側ガス交換弁１１と、複数の排気側ガス交換弁１２と、を有する。したがって、２つの入口側ガス交換弁１１は、図１に示されており、これら入口側ガス交換弁を介して、少なくとも吸気は、シリンダ１０の燃焼室内に導入され得る。図１において、燃料は、噴射器１３を介してシリンダそれぞれの燃焼室内に導入され、このインジェクタを介して、例えばディーゼル、重油燃料または残油のような液体燃料は、シリンダそれぞれの燃焼室内に噴射される。燃料の燃焼中に発生した排気は、排気側ガス交換弁１２を介して燃焼室から排出され得る。

ここで指摘することは、本発明が重油燃料または残油のような液体燃料を燃焼させる内燃機関と共に使用されることに限定されないことであり、このようなガスエンジンを用いて、吸気及びガス状燃料の混合物は、入口側ガス交換弁１１を介してシリンダの燃焼室内に導入される。さらに、本発明は、二系統燃料エンジンで使用され得る。

図２は、抜粋として、内燃機関のシリンダ１０を通る横断面図を示し、図２に示す細部は、実施のまたは従来の技術に対応する。図示したガス交換弁１１または１２によれば、図２は、弁体１４を示しており、この弁体は、ガス交換弁１１または１２それぞれを開閉するために、その軸方向１５の方向で動作中に上下動され得る。さらに、図２は、弁ピストン１６を示しており、この弁ピストンは、図示しないシリンダのライナ内を上下に、すなわちピストン１６の軸方向の方向に移動可能に案内され、このピストンの軸方向は、主として、ガス交換弁１１、１２それぞれの弁体１４の軸方向１５と平行に延在する。

図２から明らかなように、実施からすでに知られていることは、ピストン１６が、ガス交換弁１１、１２を向いている端部に中央ピストン溝部を有すること、である。さらに、ピストン１６のこの端部において、図２は、弁ポケット１８を示しており、この弁ポケットは、ガス交換弁１１または１２それぞれの弁体１４それぞれを向き、弁ポケット１８それぞれを介して、動作中に、ピストン１６とガス交換弁１１、１２それぞれの弁体１４との間の最短距離を提供し、それにより、動作中にシリンダそれぞれのピストン１６とシリンダ１０それぞれのガス交換弁１１または１２それぞれの弁体１４それぞれとの間の衝突を回避する。

図３は、本発明にかかる内燃機関のシリンダ２３の弁ピストンシステム２０の抜粋、すなわち入口側または排気側ガス交換弁２１または２２の弁体２４とピストン２６とからなる領域における弁ピストンシステムを示す。動作中において、弁体２４は、弁体の軸方向２５で移動可能であり、それにより、ガス交換弁２１または２２それぞれを開閉する。シリンダ２３のピストン２６は、シリンダ２３の図示しないライナ内でピストンの軸方向（図示略）の方向上下動可能に案内され、ピストン２６の軸方向は、主として、ガス交換弁２１または２２それぞれの弁体２４それぞれの軸方向２５と平行に延在する。

ガス交換弁２１、２２を向く端部において、ピストン２６は、溝部２７を有しており、この溝部は、ピストン２６のうちガス交換弁２１、２２を向く端部において中央に形成されている。

さらに、ガス交換弁２１、２２を向くこの端部において、シリンダ２３それぞれのピストン２６は、弁ポケット２８を備えており、この弁ポケットは、ガス交換弁２１、２２と相互作用する。これら弁ポケット２８は、中央ピストン溝部２７に合流する。

本願の本明細書に関して、弁ポケット２８それぞれは、円板状または漏斗状に形成されている、すなわち、ガス交換弁２１、２２を向く、すなわち弁ポケット２８それぞれのガス交換弁２１、２２それぞれの弁体２４を向く面２９がピストン２６の軸方向に対する、または、ガス交換弁２１、２２それぞれの弁体２４の軸方向２５に対する垂直線３０に対して傾く、すなわち、第１角度αをもってピストン２６のピストン溝部２７の方向に傾くように、形成されている。

この構成を通して、特に弁ポケット２８の領域に、特に弁ポケット２８それぞれとピストン溝部２７との間の移行縁部３１の領域に、いわゆるホットスポットが形成されることを回避する一方で、シリンダ２３の燃焼室内の燃料の燃焼に悪影響を及ぼす渦流を追加的に低減する。弁ポケット２８は、ピストン溝部２７に調和的に合流する。

弁体２４は、弁ポケット２８それぞれを向く面３２が弁体２４それぞれの軸方向２５に対する垂直線３３に対して第２角度βをもって傾くように、すなわち、弁体２４のうち弁ポケット２８それぞれを向く面３２がピストン２６からまたはピストン溝部２７からまたは弁ポケット２８それぞれから離間するように傾くように、ピストン２６を向く端部において錐状または切頭錐状に形成されている。

説明したように、弁ポケット２８それぞれのうちガス交換弁それぞれまたはガス交換弁２１、２２それぞれの弁体２４それぞれを向く面２９は、第１角度αをもって傾いており、ガス交換弁２１、２２それぞれの弁体２４それぞれのうち弁ポケット２８それぞれを向く面３２は、第２角度βをもって傾いている。好ましくは、第１角度α及び第２角度βは、寸法において同じであり、それにより、傾斜面２９、３２は、互いに対して平行に延在する。

あるいは、同様に、第１角度α及び第２角度βは、寸法において異なっていることが可能であり、それにより、傾斜面２９、３２は、互いに対して平行に延在しておらず、特に、この場合において、第１角度αは、第２角度βよりも小さい、すなわち、第２角度βは、第１角度αよりも大きく、そして、傾斜面２９、３２の仮想延長線は、ピストン２６の領域において、特にピストン溝部２７の領域において交差する。

２つの角度α、βは、最大４５°、好ましくは最大４０°、特に好ましくは最大３５°である。

本発明によれば、特に弁ポケット２８とピストン溝部２７との間の移行領域において温度が過剰になる望まないホットスポットまたは領域が形成されることは、回避され得る。さらに、シリンダそれぞれの燃焼室内で燃焼される燃料の渦流は、低減され、燃焼は、このためにより高い効率で行われ得る。ガス交換弁２１、２２と弁ピストン２６との間の衝突は、回避される。

本発明は、ディーゼル内燃機関及び火花点火内燃機関の双方で、すなわち、２ストロークの及び４ストロークの内燃機関で、採用され得る。ここで、例えばディーゼル、重油もしくは残油のような液体燃料または例えば天然ガスのような気体燃料双方は、内燃機関それぞれのシリンダで燃焼され得る。

１０シリンダ
１１入口側ガス交換弁
１２排気側ガス交換弁
１３噴射器
１４弁体
１５軸方向
１６ピストン
１７ピストン溝部
１８弁ポケット
２０弁ピストンシステム
２１入口側ガス交換弁
２２排気側ガス交換弁
２３噴射器
２４弁体
２５軸方向
２６ピストン
２７ピストン溝部
２８弁ポケット
２９面
３０垂直
３１縁部
３２面
３３垂直

Claims

内燃機関のシリンダの弁ピストンシステム（２０）であって、
上下移動可能に案内されるピストン（２６）と、
少なくとも１つの入口側ガス交換弁（２１）及び少なくとも１つの排気側ガス交換弁（２２）と、
を備え、
前記ピストン（２６）が、前記ガス交換弁（２１、２２）を向く端部において、前記ガス交換弁（２１、２２）を向く中央ピストン溝部（２７）及び前記中央ピストン溝部（２７）に合流する横方向弁ポケット（２８）を備え、
前記弁ポケット（２８）それぞれが、当該弁ポケットのうち前記ガス交換弁（２１、２２）を向く面（２９）が前記ピストン（２６）の軸方向に対する垂直線（３０）にまたは前記ガス交換弁（２１、２２）の弁体（２４）の軸方向（２５）に対する垂直線（３０）に対して、傾斜していることを特徴とする弁ピストンシステム。
前記弁ポケット（２８）のうち前記ガス交換弁（２１、２２）を向く前記面（２９）が、前記ピストン溝部（２７）の方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の弁ピストンシステム。
前記ガス交換弁（２１、２２）の弁体（２４）が、当該弁体のうち前記弁ポケット（２８）を向く面（３２）が当該弁体（２４）の軸方向（２５）に対する垂直線（３３）に対して傾斜するように、錐状または切頭錐状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の弁ピストンシステム。
前記弁体（２４）のうち前記弁ポケット（２８）を向く前記面（３２）が、前記ピストン溝部（２７）から離間するように傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の弁ピストンシステム。
前記弁ポケット（２８）のうち前記ガス交換弁（２１、２２）を向く前記面（２９）が、第１角度（α）をもって傾斜しており、
前記弁体（２４）のうち前記弁ポケット（２８）を向く前記面（３２）が、第２角度（β）をもって傾斜していることを特徴とする請求項３または４に記載の弁ピストンシステム。
前記第１角度（α）及び前記第２角度（β）が、寸法において等しく、それにより、傾斜した前記面（２９、３２）が、互いに対して平行に延在していることを特徴とする請求項５に記載の弁ピストンシステム。
前記第１角度（α）及び前記第２角度（β）が、寸法において異なっており、それにより、傾斜した前記面（２９、３２）が、互いに対して平行に延在していないことを特徴とする請求項５に記載の弁ピストンシステム。
前記第２角度（β）が、前記第１角度（α）よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の弁ピストンシステム。
前記第１角度（α）及び前記第２角度（β）が、最大４５°であることを特徴とする請求項７に記載の弁ピストンシステム。
少なくとも１つのシリンダを備える内燃機関であって、
前記シリンダが、請求項１から９のいずれか１項に記載の弁ピストンシステムを備えること特徴とする内燃機関。