JP2020063731A - 頂部に給気弁を備えたエンジンのシリンダーオイル注油システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来のシリンダーオイル注油装置は、ピストンがエンジン行程の特定の位置にある時にタイミング注油している場合が多いが、高速でシリンダー１ｂ内を常時移動しているピストンに正確に注油するのは難しい。また、装置構成が複雑になり高額である。また、従来のような単一的な機能の注油システムでは、潤滑環境の異なるシリンダー１ｂの上部と下部に対して、それぞれに適切な注油を行うことは難しい。【解決手段】従来のシリンダー１ｂの頂部に設けられていた排気弁に代えて給気弁９を設置した往復動エンジンにおいて、シリンダー１ｂの下部に対しては、ピストンが下死点付近に到達した時に、ピストンに必要にして充分なシリンダーオイルを供給し、また、シリンダー１ｂの上部に対しては、給気弁９から供給する給気にシリンダーオイルを添加してシリンダー１ｂ内に供給して、効果的に潤滑できる装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのシリンダー１ｂの下部に油溜１３ｆを設けて、ピストンクラウン２ａがこの油溜１３ｆの位置に到達した時に、ピストンクラウン２ａとピストンリング２ｃの間隙に、シリンダーオイルを供給（以下、注油という）すること、並びにシリンダー１ｂの頂部に設置したシリンダーオイル供給弁１３ｂより、給気に適度な量のシリンダーオイルを添加して、給気を利用してシリンダー１ｂの内部にシリンダーオイルを供給する装置に関するものである。

クロスヘッド型エンジンのシリンダーオイルの注油方法は、エンジンメーカーがその時々に最適と思われる方法を開発し市場に供給しているが、現在もシリンダーのどの位置にピストンがある時に注油するのが最適か、また、エンジンの運転状態に応じてどの程度の量のシリンダーオイルを注油するのが最適かなど、いろいろ試行錯誤的に行われているのが現状である。

前記の注油方法の中には、近年シリンダーオイルに高圧を付与（例：６０Ｂａｒ）して、ピストンがシリンダー１ｂの行程の上部エリアにある時に、注油ノズルからシリンダー１ｂの内部にシリンダーオイルを噴霧する方法も行われている。また、シリンダーオイルに高圧を付与して、ピストンがシリンダー１ｂの行程の上部エリアの指定された位置に到達した時に、ピストンクラウン２ａやピストンリング２ｃに注油する方法も行われている。また、一方では一定の量のシリンダーオイルをピストン位置に関係なく、シリンダー１ｂ内に注油する方法も行われている。

特許第４４０２６０９号 特開２０１５−１６５１０４

従来の往復動エンジンで行われているようなシリンダーオイルに高圧を付与し、エンジン行程に同期させて霧状にシリンダー表面に散布する方法は、高圧を発生させる装置や、エンジン行程と同期して注油する装置が複雑である。また、シリンダーオイルに高圧を付与してシリンダー表面に噴霧する方法は、シリンダー１ｂ内にある空気中や燃焼ガス中にシリンダーオイルが飛散してシリンダーの外部に排出され、有効に使用されない場合もある。

また、エンジン行程に同期してピストンクラウン２ａに注油する方法は、このピストンの位置を外部より何らかの方法で検知することができても、常時シリンダー１ｂ内を高速で移動しているピストンクラウン２ａに正確に注油するのは、注油配管系の圧力−流量過度特性なども含めた注油タイミングを考慮する必要があるので、正確にピストンクラウン２ａに注油するのは難しいし、実際にこのピストンクラウン２ａに、シリンダーオイルがどのように注油されたかを確認することも事実上不可能である。

また、前記の理由により、シリンダーオイルの注油位置が不正確になり、最上位のピストンリング２ｃより上側に供給されたシリンダーオイルは、最上位のピストンリング２ｃにより不必要に掻き上げられて燃焼行程で焼失したり、あるいは最下位のピストンリング２ｃより下側に供給されたシリンダーオイルは、最下位のピストンリング２ｃにより不必要に掻き下げられてドレンとしてエンジン外に排出され、本来の潤滑に使用されないまま、無駄に消費されているシリンダーオイルも存在しているはずであるが、その実態はまだ解明されていない。

そこで、本発明は、無駄なく確実にシリンダーオイルを供給するため、ピストンの瞬時速度が最も遅く、当然、同一位置での滞在時間が最も長いエンジン行程の下死点（以下、ＢＤＣという）付近にピストンが到来した時に、必要にして充分な量のシリンダーオイルを確実にピストンに供給する。また、このピストンのＢＤＣ位置における注油方式と併せて、給気弁９よりシリンダーオイルを給気に添加してシリンダー内に供給することにより、潤滑環境の異なるシリンダー１ｂの上部と下部のシリンダーオイルの必要量に合わせて、合理的にシリンダーオイルを供給する。

本発明では、ピストンがＢＤＣ付近にあることをクランク角度信号６１ｅにより検出し、ピストンの瞬時スピードが最も遅く、従って滞在時間も最も長いＢＤＣ付近において、ピストンクラウン２ａとピストンリング２ｃにシリンダーオイルを供給するので、低圧（例：数Ｂａｒ）で確実なシリンダーオイルの供給が可能となる。従って従来の高圧注油システムに比べて、格段に注油装置の構造を簡素化できるので、経済的であり、また、故障も少なく維持も容易である。

また、本発明では、ピストンがＢＤＣ付近にある時に、ピストンクラウン２ａとピストンリング２ｃの隙間にシリンダーオイルが正確に供給できるので、従来の注油方法のように、シリンダーオイルが、最上位のピストンリング２ｃの上側に注油されることにより、ピストンリング２ｃに不必要に掻き上げられて燃焼行程で焼失したり、あるいは最下位のピストンリングの下側に注油されて、ピストンリング２ｃに不必要に掻き下げられて、未使用のままドレンとして排出されることによる無駄なシリンダーオイルの消費を防止できるので、経済的なシリンダー注油が行える。

また、本発明では、給気弁９がシリンダー１ｂ内に給気を供給する時に、同時にその給気に適度な量のシリンダーオイルを、この給気に添加してシリンダー１ｂの内部に供給できるので、シリンダーオイルを低圧でシリンダー１ｂ内に一様に散布することが可能であり、特にシリンダー１ｂの上部内面の潤滑や酸性物質の中和などの表面保護が効果的に行える。また、注油圧も低く、注油装置の構造を簡素化できるので経済的であり、また、当然故障発生の確率も少なく維持も容易である。

また、本発明では、潤滑や前記の表面保護の要求度が異なるシリンダー１ｂの下部と上部を、それぞれ異なる注油器の１３Ｔと１３Ｌを使用して、それぞれの部位に必要な油量でシリンダーオイルを供給でき、また、そのシリンダーオイルの供給量もそれぞれ把握管理できるので、合理的なシリンダー注油管理が行える。

注油システムの全体構成を示す。 各部の断面図と平面図を示す。それぞれの図面は下記の状態を示す。（１）平面図：油溜１３ｆや給油配管１３ｅなどの構成と配置を示す。（２）断面図：油溜１３ｆとピストンクラウン２ａとピストンリング２ｃの位置関係を示す。（３）展開図：油溜１３ｆをシリンダー１ｂ全周に展開した状態を示す。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

従来の頂部排気弁方式を頂部給気弁方式に変更し、燃料の燃焼のための空気と燃焼ガスを掃気するための空気を、シリンダー１ｂの上部に設置した給気弁９から供給し、排気ガスを逆止弁８ｄで管制する往復動エンジンにおける本発明の注油装置の構成を図１に示す。なお、この逆止弁８ｄに代えて、固定式ピストンスカートなど他の装置で排気管制を行う往復動エンジンにも本発明は勿論適用可能である。

ピストンクラウン２ａがＢＤＣ付近に到達した時に、下部注油器１３Ｌから供給されたシリンダーオイルは、この油溜１３ｆを経てピストンクラウン２ａと、ピストンリング２ｃの隙間に供給される。油溜１３ｆには常時シリンダーオイルが蓄えられているので、ピストンクラウン２ａとピストンリング２ｃが、この油溜１３ｆの位置に到来した時には、毛細管現象等によりシリンダーオイルはピストンクラウン２ａとピストンリング２ｃの隙間に侵入するが、同時に、下部給油装置１３Ｌも作動し、必要にして充分はシリンダーオイルが供給される。

下部注油器１３Ｌは、調節器５７Ｌに入力されるクランク角度信号６１ｅにより駆動される。下部注油器１３Ｌは、注油器タンク１３Ｃよりシリンダーオイルを吸引して、注油表示器６２ａＬ、逆止弁６２ｂＬ、油分配管１３ｅを経由して、油溜１３ｆにシリンダーオイルを供給する。

ピストンクラウン２ａが油溜１３ｆの位置に到達した時、油溜１３ｆに溜まっているシリンダーオイルは、ピストンクラウン２ａとピストンリング２ｃの隙間に流れ込む。この時のピストンクラウン２ａとピストンリング２ｃと油溜１３ｆの位置関係を図２の（２）に示す。なお、図２では説明の便宜上、油溜１３ｆはシリンダー１ｂの周囲に４箇所設置しているが、必要に応じて油溜１３ｆの数や寸法は増減できる。

上部注油器１３Ｈは、調節器５７Ｈに入力されるクランク角度信号６１ｅと、給気弁９の開閉信号６１ｇにより駆動される。上部注油器１３Ｔは、注油器オイルタンク１３ｃよりシリンダーオイルを吸引して、注油点検器６２ａＴ、逆止弁６２ｂＴ、注油弁１３ｂ、旋回付与羽根９ａおよび給気弁９を経由して、シリンダー１ｂの内部にシリンダーオイルを供給する。シリンダーオイルのシリンダー１ｂ内における散布範囲は、シリンダーオイル供給弁１３ｂへの供給圧力、開弁期間、および旋回付与羽根９ａの羽根角度で調節できる。なお、上部注油器１３Ｔは、主にエンジン使用燃料に硫黄分を多く含む低質重油燃料が燃焼して発生する酸性物質を、このシリンダーオイルで中和することを念頭に設置しているので、燃料に天然ガスを使用する場合など、その必要がなければ、この上部注油器１３Ｈは使用を体止する。

１ｂ シリンダー
２ａ ピストンクラウン
２ｃ ピストンリング
２ｄ ピストンロッド
２ｅ 気密装置
６ エンジン架台
７ 給気ダクト
８ 排気ダクト
８ｄ 排気逆止弁
９ 給気弁
９ａ 旋回付与羽根
１３ｂ シリンダーオイル供給弁
１３ｃ 注油器オイルタンク
１３ｄ 自動オイル補給装置
１３ｅ 給油配管
１３ｆ 油溜
１３ｇ シリンダー給油孔
１３ｉ 積算流量計
１３Ｔ 上部注油器
１３Ｌ 下部注油器
５７Ｔ 上部注油調節器
５７Ｌ 下部注油調節器
６０ｄ 注油器駆動用電力線
６１ｅ クランク角度信号
６１ｇ 給気弁開閉信号
６２ａＴ 上部注油表示器
６２ａＬ 下部注油表示器
６２ｂＴ 上部逆止弁
６２ｂＬ 下部逆止弁

Claims (3)

1. シリンダー１ｂの頂部に、燃料の燃焼のための空気と燃焼ガスを掃気するための空気（以下、これらを総称して給気という）を供給する給気弁９を装置した往復動エンジンにおいて、ピストンクラウン２ａが下死点付近に到達した時に、シリンダー１ｂの下部に設けた油溜１３ｆより、ピストンクラウン２ａと、これに装備されているピストンリング２ｃの間隙部分にシリンダーオイルを供給することを特徴とするシリンダーオイル供給システム。
2. 前記の給気を、給気弁９からシリンダー１ｂの内部に供給する時に、給気ダクト７内に設置したシリンダーオイル供給弁１３ｂより、適度な量のシリンダーオイルをこの給気に添加して、この給気を使用してシリンダー１ｂの内部にシリンダーオイルを供給することを特徴とする請求項１に記載のシリンダーオイル供給システム。
3. 前記のシリンダーオイル供給弁１３ｂより、給気弁９を経由してシリンダー１ｂ内にシリンダーオイルを供給する時に、給気弁９の弁傘上部を含む給気弁９の上流側に設置した旋回付与羽根９ａにより、給気に適度な旋回力を与えてシリンダー１ｂ内に供給し、シリンダーオイルがシリンダー１ｂの内壁面に一様に散布されるようにすることを特徴とする請求項１および請求項２に記載のシリンダーオイル供給システム。