JP2020204325A - 大型ディーゼルエンジンのシリンダ用シリンダカバー及びシリンダカバーの修理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルヘッドが燃焼室に延在するノズルチャネルの領域におけるクラック形成のリスクが少なくとも大幅に低減される大型ディーゼルエンジンのシリンダ用シリンダカバーを提供すること。【解決手段】大型ディーゼルエンジンのシリンダ用シリンダカバーであって、燃料噴射ノズルを収容する少なくとも１つの燃料ボアと、燃焼室軸を有する燃焼室を画定する燃焼室表面とを有し、前記燃料ボアは燃料軸の方向に延在し、前記燃焼室表面に開口し、燃料噴射ノズル用の座面が前記燃料ボアに設けられ、前記座面は、前記燃料軸と一致する対称軸を有し、ノズルチャネルによって燃焼室表面に接続され、前記ノズルチャネルは、ノズルチャネルの最大長とノズルチャネルの最小長との比である長さ比を有し、この長さ比は最大で２に等しい、ことを特徴とするシリンダカバーが提案されている。さらに、シリンダカバーの修理方法や大型ディーゼルエンジンが提案されている。【選択図】図２

Description

本発明は、大型ディーゼルエンジンのシリンダ用シリンダカバー及び各カテゴリの独立請求項の前文に記載のシリンダカバーの修理方法に関するものである。

大型ディーゼルエンジンは、２ストロークエンジン又は４ストロークエンジンとして設計できる。例えば、長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンは、船舶の駆動装置として、又は静止運転においても使用され、例えば、電気エネルギーを生成する大型発電機の駆動を行う。エンジンは、通常、連続運転で相当な期間にわたって稼働するため、運転の安全性と可用性が強く求められる。そのため、とりわけメンテナンス間隔が長く、摩耗が少なく、作動材料の取り扱いが経済的であることが操作者にとっては重要な基準となる。大型ディーゼルエンジンは、通常、内径（ボア）が２００ｍｍ以上のシリンダを備えている。最近では、最大９６０ｍｍ以上のボアを有する大型エンジンが使用されている。

さまざまなタイプの大型ディーゼルエンジンが知られており、それぞれ２ストローク又は４ストロークエンジンとしての設計が可能である。従来、大型ディーゼルエンジンの運転は、重油を燃料として行われていた。経済的かつ効率的な運転、排ガス閾値の遵守、資源の利用可能性に関して、大型ディーゼルエンジンでの重油燃料の代替燃料の探索も行われている。この点で、液体燃料、すなわち、液体状態で燃焼室に導入される燃料と、気体燃料、すなわち、気体状態で燃焼室に導入される燃料の両方が使用される。

重油の既知の代替品としての液体燃料の例としては、特に、石油精製装置、アルコール、特にメタノール又はエタノール、ガソリン、ディーゼル、又は、エマルジョンや懸濁液から残されるその他の重質炭化水素が挙げられる。例えば、ＭＳＡＲ（多相超微細噴霧残渣）として知られるエマルジョンを燃料として使用することが知られている。周知の懸濁液としては、炭塵と水の懸濁液があり、大型エンジンの燃料としても使用されている。ＬＮＧ（液化天然ガス）などの天然ガスは、気体燃料として知られている。

重油による純粋な操作に代わる周知の別の代替案としては、２つ以上の異なる燃料での操作が可能となるよう大型ディーゼルエンジンの設計を行うことがあり、そこでは操作状況や周囲環境に応じて、一方の燃料又は他方の燃料でエンジンの運転が行われる。

２つの異なる燃料で運転可能な大型ディーゼルエンジンの既知の設計としては、現在「デュアルフュエルエンジン」という用語が用いられているタイプのエンジンがある。これらのエンジンは、一方では、気体燃料、例えば 天然ガスやメタンを燃焼室に導入して燃焼を行う気体モードと、他方では、重油やその他の液体燃料などの液体燃料を同じエンジンで燃焼させる液体モードとで運転を行うことが可能である。これらの大型ディーゼルエンジンは、２ストロークエンジンと４ストロークエンジンの両方、特に長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンであってもよい。

少なくとも２つ以上の異なる液体又は気体燃料で運転可能な大型エンジンは、現在使用されている燃料に応じて、さまざまな運転モードで運転されることが多い。しばしばディーゼル運転と呼ばれる運転モードでは、燃料の燃焼は、一般に、燃料の圧縮点火又は自己着火の原理に基づいて行われている。しばしばオットー運転と呼ばれるモードでは、着火性の予混合された混合気の火花点火によって燃焼が行われる。この火花点火は、例えば、スパークプラグによる電気火花や、少量の燃料の自己着火によって行われ、それが別の燃料の火花点火を引き起こすことになる。自己着火を目的とした少量の燃料は、燃焼室に接続された予備室に噴射されることが多い。

さらに、オットー運転とディーゼル運転からの混合形式も知られている。

本出願の枠内では、「大型ディーゼルエンジン」という用語は、少なくともディーゼル運転で運転可能なエンジンを指す。特に、「大型ディーゼルエンジン」という用語には、ディーゼル運転に加えて、異なる運転、例えば、オットー運転で運転可能な二元燃料又は多種燃料の大型エンジンも含まれる。

大型ディーゼルエンジンは、少なくとも１つのシリンダで構成されるが、通常は複数のシリンダを備え、各シリンダにはピストンが設けられており、上死点と下死点の間で前後に移動可能に配置されている。さらに、各シリンダは、ピストンと共に燃焼室を画定するシリンダカバーを有する。運転中、燃焼室には燃料が導入され、運転モードに応じて、ピストンが上死点近くにある場合にその燃料が火花点火又は自己着火する。

特に、例えば、重油を燃料として使用するディーゼル運転の場合、燃料を高圧で燃焼室に噴射する少なくとも１つの、多くの場合、複数の燃料噴射ノズルをシリンダヘッドに設けることは周知の手段である。各燃料噴射ノズルには、通常、燃焼室へと延在するボアがシリンダカバーに設けられている。このボアには、燃料噴射ノズルが着座する座面が設けられている。すなわち、ボアは、座面の下流では、直径が大幅に小さいノズルチャネルとして設計されている。燃料噴射ノズルは、その端部に燃料が噴射されるノズルヘッドを有する。このノズルヘッドは、燃料噴射ノズルがボア内に配置されている場合、ノズルチャネルを通って燃焼室へと延在する。これは、ノズルヘッドが燃焼室を画定する壁を超えて突出することを意味している。ノズルヘッドは、それ自体既知の方法で燃料が燃焼室に噴射される複数のノズル穴を有する。

燃料噴射ノズルは、通常、シリンダのシリンダ軸又は燃焼室軸に対して斜めに延びるように配置され、燃焼室軸は、通常、シリンダ軸と一致している。そして、燃料噴射ノズルの長手方向軸がシリンダ軸と鋭角を成す。利用可能なスペースが非常に限られているため、一つ又は複数の燃料噴射ノズルをシリンダ軸に対して任意の角度で配置することは通常不可能であるが、実現可能な角度範囲は非常に制限されている。

燃料噴射ノズルのノズルヘッドが燃焼室内に延びる燃焼室壁のこれらの領域は、大型ディーゼルエンジンの運転中に特に高い熱負荷にさらされる。これは、特に、燃料が燃焼室に入るノズル穴の出口領域に位置する領域に該当する。ノズルチャネルが燃焼室に通じている穴の端部では、材料除去や、それによって危険なクラック形成が生じる可能性があり、複雑で高価な修理保守作業が必要となる。

そこで、本発明は、ノズルヘッドが燃焼室に延在するノズルチャネルの領域におけるクラック形成のリスクが少なくとも大幅に低減される大型ディーゼルエンジンのシリンダ用シリンダカバーを提案することを目的とする。さらに、本発明は、将来的なクラック形成のリスクを少なくとも大幅に低減することができるシリンダカバーの修理方法を提案することを目的とする。

これらの目的を達成する本発明の主題は、各カテゴリの独立請求項の特徴部によって特徴付けられる。

従って、本発明によれば、大型ディーゼルエンジンのシリンダ用シリンダカバーが提案され、シリンダカバーは、燃料噴射ノズルを収容する少なくとも１つの燃料ボアと、燃焼室軸を有する燃焼室を画定する燃焼室表面とを有する。燃料ボアは燃料軸の方向に延在し、燃焼室表面に開口し、燃料噴射ノズル用の座面が燃料ボアに設けられ、この座面は、燃料軸と一致する対称軸を有し、ノズルチャネルによって燃焼室表面に接続され、ノズルチャネルは、ノズルチャネルの最大長とノズルチャネルの最小長との比である長さ比を有し、この長さ比は最大で２に等しい。

本発明にとって極めて重要なことは、燃料ボアの座面と燃焼室を接続するノズルチャネルの長さが変化することが、ノズルチャネルの周囲にわたって見た場合、燃焼室壁におけるクラック形成の実質的な原因となるということを認識することである。シリンダカバーの既知の設計では、燃料噴射ノズルが位置する燃料ボア内の座面は、その円周にわたって見た場合、燃焼室からの距離が比較的大きく変化している。この座面は、座面の周囲に沿って見た場合、燃焼室から異なる距離にある。これにより、ノズルチャネルの長さは、円周のいくつかの点でその他の点よりも大幅に短くなる。ここで、本発明により、このようなノズルチャネルの長さ変化を、ノズルチャネルの最大長と最小長の比である長さ比が最大で２となるように低減することが提案されている。このようにノズルチャネルの長さ変化を低減させることによって、その周囲にわたって見た場合に、燃焼室内のクラック形成を少なくとも大幅に減少させることが可能となる。

一般的に燃料軸の方向に延在するノズルチャネルは、通常、９０度とは異なる角度で燃焼室に開口している。つまり、燃料軸は、燃焼室表面と９０度とは異なる角度を成す。この角度は、通常、９０度よりも小さく、０度よりも大きい。燃料軸が燃焼室表面に垂直である場合、燃焼室からの座面の距離はノズルチャネルの周囲にわたって一定であるため、上記問題は自明には発生しない。しかしながら、一般に、大型ディーゼルエンジンのシリンダカバーでは、スペース上の理由から、一つ又は複数のノズルチャネルを燃焼室表面に垂直に開口するように配置することは不可能である。

理想的な例では、最大長と最小長の比率は１に等しく、つまり、最大長と最小長は同じであるため、ノズルチャネルはその全周にわたって見た場合に一定の長さとなる。しかしながら、多くの用途では、この理想的な例は実用的な理由から実現不可能である。ただし、特に、長さ比が最大で１．５、好ましくは、１．４未満である場合に、クラック形成を、完全ではないとしても、少なくとも非常に良好に低減することができることが示されている。

特に好適な実施形態では、長さ比を低減させて、ノズルチャネルの一部を画定するビーズ形状の隆起部を燃焼室表面に設ける。これにより、ノズルチャネルは、その隆起部がなければ他の領域よりも短くなる領域で、その周囲に沿って延長することができる。この実施形態では、ノズルチャネルは、隆起部なしで最小の長さとなる領域で延長される。

この領域は、通常、座面の燃焼室からの距離が最小となる領域であるため、隆起部は、燃焼室軸に面する側でノズルチャネルを画定することが好ましい。

隆起部は、長さ比を所定値に低減するように設計されていることが好ましい。すでに述べたように、長さ比の最小値は１に等しい。ただし、多くの用途では、実際には長さ比を１より大きい値、例えば、１．４に調整すれば十分である。長さ比のそれぞれの所望値は、隆起部の幾何学的寸法によって求められる。

隆起部は、主に、隆起部のないノズルチャネルの最大長と、隆起部のないノズルチャネルの最小長との差を低減又は補償することを目的としているため、隆起部が、ノズルチャネルの周方向から見た場合に、最大でもノズルチャネルの周囲の長さの半分にわたって延在する場合に有利である。

長さ比を可能な限り低減するために、ノズルチャネルの周方向から見たときに隆起部の高さが変化すると有利である。隆起部の高さとは、燃焼室表面に垂直な隆起部の延長を指す。

さらに、隆起部が最大幅を有し、それが少なくともノズルチャネルの半径の半分と同じ大きさ、好ましくは、少なくともノズルチャネルの半径と同じ大きさであることが好ましい。隆起部の幅とは、燃焼室表面の隆起部がノズルチャネルからどれだけ離れて延在しているかを示す寸法である。

長さ比を低減するための別の好適な実施形態は、ノズルチャネルが開口する燃焼室表面に凹部を設けることである。

これにより、ノズルチャネルを、凹部がないと他の領域よりもノズルチャネルが長くなる領域で、その周囲に沿って短くすることができる。この実施形態では、ノズルチャネルは、凹部なしで最大の長さを有する領域で短縮される。

凹部は、長さ比を所定値に低減するように設計されていることが好ましい。すでに述べたように、長さ比の最小値は１に等しい。ただし、多くの用途では、実際には長さ比を１より大きい値、例えば、１．５に調整すれば十分である。長さ比のそれぞれの所望値は、凹部の幾何学的寸法によって求められる。

凹部は、主に、凹部のないノズルチャネルの最大長と、凹部のないノズルチャネルの最小長との差を低減又は補償することを目的としているため、凹部が、ノズルチャネルの周方向から見た場合に、少なくともノズルチャネルの周囲の長さの半分にわたって延在する場合に有利である。

また、凹部は、ノズルチャネルの周方向から見たときに、ノズルチャネルの全周にわたって延在していてもよい。この凹部の深さは、ノズルチャネルの周方向から見たときに、ノズルチャネルの最大長が最大でもノズルチャネルの最小長の２倍になるように変化する。ノズルチャネルの全周にわたって凹部を設けるということには、ノズルチャネルの境界において鋭い縁部や非常に薄い領域を回避できるという利点がある。

凹部は、ノズルチャネルの周囲の少なくとも一部に沿って延在するので、半径を有する。この半径は、ノズルチャネルの半径の少なくとも２倍であることが好ましい。

さらに、本発明によれば、大型ディーゼルエンジンのシリンダのシリンダカバーを修理する方法が提案され、シリンダカバーは、燃料噴射ノズルを収容する少なくとも１つの燃料ボアと、燃焼室軸を有する燃焼室を画定する燃焼室表面とを有する。燃料ボアは燃料軸の方向に延在し、燃焼室表面に開口し、燃料噴射ノズル用の座面が燃料ボアに設けられ、この座面は、燃料軸と一致する対称軸を有し、ノズルチャネルによって燃焼室表面に接続されている。この方法は、特に、ノズルチャネルが最大で２に等しい長さ比を有するように、シリンダカバーの燃焼室表面が機械加工されることを特徴とし、長さ比は、ノズルチャネルの最大長とノズルチャネルの最小長との比である。

本発明に係る方法は、燃料軸が燃焼室表面に対して垂直ではなく、燃焼室表面上に９０度とは異なる角度で配置され、ノズルチャネルが９０度とは異なる角度、好ましくは、９０度より小さい角度で燃焼室表面に開口するようなシリンダカバーにも特に適している。

燃料ボアの座面と燃焼室を接続するノズルチャネルの長さが変化することが、ノズルチャネルの周囲にわたって見た場合、燃焼室壁におけるクラック形成の実質的な原因となるという本発明にとって極めて重要な認識は、大型ディーゼルエンジンのシリンダカバーの修理にも有利に利用できる。このような修理では、燃焼室表面は、修理されたシリンダカバーが本発明に係るシリンダカバーを具現化するように機械加工される。

上記長さ比は、ビーズ形状の隆起部を燃焼室表面に適用することによって、又は、燃焼室表面に凹部を設けることによって変化する。

さらに、本発明によれば、大型ディーゼルエンジン、特に、少なくとも１つのシリンダを有する長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンが提案され、シリンダは、本発明に従って設計された、又は、本発明に係る方法で修理されたシリンダカバーを有する。

本発明のさらなる有利な手段及び実施形態は従属請求項に記載されている。

以下において、本発明について、実施形態に基づき、図面を参照して、装置及びプロセス工学の両方に関してより詳細に説明する。

大型ディーゼルエンジンのシリンダの燃焼室からシリンダカバーまでの上から見た概略図であり、本発明に係るシリンダカバーの第１の実施形態を左側に、従来技術のシリンダカバーを右側に示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２の詳細拡大図である。 本発明に係るシリンダカバーの第２の実施形態をシリンダ軸に沿って示す断面図である。 図４の詳細拡大図である。

「大型ディーゼルエンジン」という用語は、電気エネルギーを生成する大型発電機を駆動する船舶用主駆動装置として、又は、定常運転でも使用されるようなエンジンを指す。通常、大型ディーゼルエンジンのシリンダはそれぞれ、少なくとも約２００ｍｍの内径（ボア）を有する。「長手方向に掃気される」という表現は、掃気や給気が下端部の領域でシリンダに導入されることを意味する。

実施形態に基づく本発明の以下の説明では、例示的な意味合いで、二元燃料エンジン、すなわち、二つの異なる燃料で運転可能なエンジンとして設計された実用に特に重要な大型エンジンの場合について言及する。特に、大型ディーゼルエンジンの本実施形態は、シリンダの燃焼室には液体燃料しか噴射されない液体モードで運転可能である。通常、液体燃料、例えば、重油やディーゼル油は、適した時間に燃焼室に直接噴射され、自己着火のディーゼル原理に従ってそこで発火する。大型ディーゼルエンジンは、例えば、天然ガスなど、燃料となるガスが、予混合された混合気の形で燃焼室内で着火する気体モードでも運転可能である。気体モードでは、大型ディーゼルエンジンの運転は、特に、低圧法によって行われる。つまり、ガスは気体状態でシリンダに導入され、ガスの噴射圧力は最大５０バール、好ましくは、最大２０バールである。空気とガスの混合物は、オットーの原理に従って燃焼室内で火花点火される。この火花点火は、通常、適した瞬間に少量の自己着火性液体燃料（例えば、ディーゼル油や重油）を燃焼室や予備室に導入することによって行われ、その後、その燃料が自己着火して、燃焼室内の混合気の火花点火を引き起こす。

ここで説明する実施形態では、大型エンジンは、長手方向に掃気される二元燃料２ストローク大型ディーゼルエンジンとして設計されている。

本発明は、このタイプの大型ディーゼルエンジンやその用途に限定されず、一般に大型ディーゼルエンジンに言及することが理解される。すでに述べたように、「大型ディーゼルエンジン」という用語には、ディーゼル運転に加えて、オットー運転などの別の運転でも運転可能なエンジンも含まれる。もちろん、大型ディーゼルエンジンが、重油やディーゼル油などの単一の液体燃料の燃焼用だけに設計されていてもよい。大型エンジンは、２つ以上の燃料の燃焼用に設計された多種燃料大型エンジンとして設計することもできる。

大型ディーゼルエンジンには、少なくとも１つの、通常は複数のシリンダを有し、それ自体既知の方法で、ピストンが上死点と下死点との間でシリンダ軸に沿って前後移動可能に各シリンダ内に配置されている。ピストンの上側は、シリンダカバー１と共に、燃料が導入されて燃焼が行われる燃焼室２を画定している。この燃焼室は、通常、シリンダカバー１がシリンダに取り付けられたとき、シリンダ軸と一致する燃焼室軸Ａ（図１）を有している。それ自体既知の方法で、ピストンがピストンロッドを介してクロスヘッドに接続され、そのクロスヘッドがプッシュロッドを介してクランクシャフトに接続されて、ピストンの運動がピストンロッド、クロスヘッド、プッシュロッドを介してクランクシャフトに伝達され、それを回転させるようになっている。

図１は、大型ディーゼルエンジンのシリンダの燃焼室２、２’からシリンダカバー１、１’までの上から見た概略図を示す。よりよく理解するために、図１は２つの部分に分けられており、本発明に係るシリンダカバー１の第１の実施形態を左側に、従来から知られているシリンダカバー１’を右側に示す。従来から知られている設計ではダッシュや逆コンマが付けられた符号を使用し、本発明に係る実施形態では逆コンマが付いていない符号を使用する。

図２は、図１の実施形態の燃焼室軸Ａに沿った断面図であり、図１と同様に、本発明に係るシリンダカバー１の第１の実施形態を左側に、従来から知られている設計を右側に示す。

図３は、異なる寸法の定義を示すために、図２の詳細を拡大して示している。図３では、本発明に係るシリンダカバー１の第１の実施形態のみが示されている。

シリンダカバー１、１’は、出口弁（図示せず）を収容する中央ボア３、３’と、燃料、例えば、重油を燃焼室２、２’に導入可能な燃料噴射ノズル（図示せず）を収容する少なくとも１つの燃料ボア４、４’とを備えている。多くの実施形態では、各シリンダカバー１、１’には、複数の燃料噴射ノズル、例えば、２つ又は３つの燃料噴射ノズルが設けられる。そして、各燃料噴射ノズルには別個の燃料ボア４、４’が設けられることがわかる。理解には十分であるため、以下では、１つの燃料ボア４についてしか言及されていないが、本発明に係る実施形態では、それぞれが燃料噴射ノズルを収容する複数の燃料ボア４を備えることが可能であることは当然である。

各シリンダにつき、シリンダカバーに複数の出口弁を収容する複数のボアを設ける実施形態も可能である。例えば、各シリンダに３つ又は４つの出口弁を設けることも可能である。そして、これらの出口弁のそれぞれについて、ボアがシリンダカバー１に設けられる、又は、より大きなボアがシリンダカバーに設けられ、いくつかの出口弁が含まれる構造ユニットを収容する。

シリンダカバー１、１’は、燃焼室２、２’を画定する燃焼室表面５、５’をさらに備えている。ここで説明する実施形態では、燃焼室表面５は、円すい台の形状に設計されている。他の実施形態では、燃焼室表面５又は５’は、球面形状や、球面と円すい台の混合形状を有していてもよい。出口弁を収容する中央ボア３、３’は、燃焼室軸Ａの方向に延在している。ここで、燃焼室表面５、５’は、円すい台状の表面であるため、円すい台軸を有している。一般に、燃焼室表面は対称軸を有している。この円すい台軸又は対称軸は、燃焼室軸Ａと一致し、ひいては、シリンダカバー１がシリンダに取り付けられている場合、シリンダ軸と一致する。燃料噴射ノズルを収容する燃料ボア４、４’は、燃料軸Ｂ、Ｂ’の方向に延在し、燃焼室表面５、５’に開口し、燃料軸Ｂ、Ｂ’は、通常、９０度とは異なる角度、好ましくは、９０度未満の角度で燃焼室表面５、５’に開口する。燃料ボア４、４’には、燃料ボア４、４’に挿入されたときに燃料噴射ノズルが支持される燃料噴射ノズル用の座面４１、４１’が設けられている。この座面４１、４１’は、燃料軸Ｂ、Ｂ’に対して垂直に配置されている。座面４１、４１’は、ノズルチャネル４２、４２’を介して燃焼室表面５、５’に接続されている。ノズルチャネル４２、４２’は、燃料噴射ノズルが燃焼室２、２’内に突出するように、すなわち、燃料噴射ノズルがノズルチャネル４２、４２’の端部を越えて延在し、それにより、燃焼室２、２’に燃料を導入する燃料噴射ノズルに設けられたノズル穴が燃焼室２、２’に、すなわち、ノズルチャネル４２、４２’の外側に配置されるような方法や寸法で設計される。

座面４１、４１’は、通常、図面ではヒントとしてしか示されていない円すい台形状に設計されている。従って、座面４１、４１’は対称軸を有している。これは、燃料軸Ｂ、Ｂ’と一致している。

通常、燃料軸Ｂ、Ｂ’と燃焼室軸Ａ、Ａ’は、ゼロとは異なり、シリンダカバー１の設計やシリンダカバー１の空間条件によっては最大４５度となることもある角度を形成している。特に、燃料軸Ｂ、Ｂ’は、燃焼室表面５、５’と、９０度とは異なる、好ましくは、９０度より小さく、０度より大きい角度を形成する。

液体モードの噴射システム、気体モードのガス供給システム、ガス交換システム、排気システム、掃気や給気を提供するターボチャージャシステム、大型ディーゼルエンジンのチェック・制御システムなど、大型ディーゼルエンジンの構造と個々のコンポーネントについては、２ストロークエンジンとしての設計や４ストロークエンジンとしての設計のいずれにおいても当業者に周知であるため、ここではこれ以上の説明は行わない。現代の大型ディーゼルエンジンでは、チェック・制御システムは電子システムであり、通常、すべてのエンジンやシリンダ機能、特に、噴射（噴射の開始と終了）と出口弁の作動を調整、制御又は規制することができる。

本発明によれば、ノズルチャネル４２は、最大で２に等しい長さ比を有し、この長さ比は、ノズルチャネル４２の最大長Ｌ１とノズルチャネルの最小長Ｌ２との商として定義される。これらの長さについては、図３に基づいて以下に詳しく説明する。

燃料ボア４と燃焼室表面５の相対的配置のために、対称軸が燃料軸Ｂと同一である座面４１が燃焼室表面５に平行ではない場合が一般的である。従って、燃料ボア４の一部であるノズルチャネル４２は、燃焼室表面５に直角に開口するのではなく、９０度とは異なる、好ましくは、０度と９０度の間の角度で開口する。その結果、ノズルチャネル４２の長さ、すなわち、燃料軸Ｂの方向におけるその延長は、ノズルチャネル４２の周囲に沿って移動する場合に変化する。これは、明らかに、ノズルチャネル４２が燃焼室表面５に垂直に開口していない、又は、座面４１が燃焼室表面５に平行ではないことに起因する。これは、ノズルチャネル４２の周囲に沿って移動する場合、その長さが、座面４１の燃焼室表面５からの距離が最大である最大長Ｌ１と、座面４１の燃焼室表面５からの距離が最小である最小長Ｌ２との間で、燃焼室軸Ｂの方向に変化することを意味する。

本発明にとって極めて重要なことは、ノズルチャネル４２の長さが変化することが、ノズルチャネル４２の周囲にわたって見た場合、燃焼室壁２、とりわけ、燃焼室表面５におけるクラック形成の実質的な原因となるということを認識することである。そこで、本発明により、このようなノズルチャネル４２の長さ変化を、ノズルチャネル４２の最大長Ｌ１と最小長Ｌ２の比である長さ比が最大で２となるように低減することが提案されている。このようにノズルチャネル４２の長さ変化を低減させることによって、その周囲にわたって見た場合に、燃焼室２、とりわけ、燃焼室表面５におけるクラック形成を少なくとも大幅に減少させることが可能となる。

さらに、ノズルチャネル４２は、燃料噴射ノズルが燃料ボア４に挿入されたときに燃焼室表面５を越えて燃焼室２内に突出するように設計又は寸法設定され、燃料を燃焼室２に導入する燃料噴射ノズルの先端の領域に設けられたノズル穴が燃焼室２内に配置されるようになっている。

理想的には、最大長Ｌ１と最小長Ｌ２の比は１に等しい必要がある。つまり、最大長と最小長Ｌ１、Ｌ２は同じであるため、ノズルチャネル４２はその全周にわたって見た場合に一定の長さとなる。しかしながら、多くの用途では、この理想的な例は実用的な理由から実現不可能である。ただし、実際には、特に、長さ比が最大で１．５、好ましくは、１．４未満である場合に、クラック形成を、完全ではないとしても、少なくとも非常に良好に低減することができることが示されている。

Ｌ１とＬ２の長さ比を最大で２の値に低減するために、第１の実施形態では、ノズルチャネル４２の一部を画定する、すなわち、ノズルチャネル４２の壁の一部を形成するビーズ形状の隆起部６が燃焼室表面５に設けられている。

具体的には、図１の左側に見られるように、隆起部６は、ノズルチャネル４２の開口全体の周りに延在するのではなく、燃焼室軸Ａに面するノズルチャネル４２の側にのみ延在する。この隆起部６は、最大でノズルチャネル４２の周囲の長さの約半分にわたって延在することが好ましい。

すでに説明したように、隆起部６の主な機能は、ノズルチャネル４２の長さの変化を低減することである。このため、隆起部６の高さＨは、ノズルチャネル４２の周方向から見たときに変化することが好ましい。この高さＨは、燃焼室の表面５に垂直な隆起部６の延長を指す。図３では、高さＨは、その高さが最大になるところに描かれている。高さＨは、ノズルチャネル４２が隆起部６なしでその長さが最小となるところにその最大を有することが好ましい。

ノズルチャネル４２の長さ及び隆起部６の高さは、燃料噴射ノズルが挿入された場合に、燃料噴射ノズルのノズル穴を出ていく燃料が隆起部６に対してではなくそれを越えて噴射されるように寸法設定が行われる。

隆起部６は、さらに、円筒形のノズルチャネル４２の半径Ｒの少なくとも半分の大きさである最大幅Ｂを有している。この幅Ｂとは、燃焼室表面５の隆起部６がノズルチャネル４２の開口からどれだけ離れて延在しているかを示す寸法である。最大幅Ｂは、少なくともノズルチャネル４２の半径Ｒと同じ大きさであることが好ましい。

隆起部６を作製する方法としてはいくつかの方法が考えられる。例えば、隆起部は、鍛造又は鋳造プロセスにおけるシリンダカバー１の製造中に、シリンダカバー１と一体的に作製しておくことができる。一方、シリンダカバーが製造された後に、例えば、肉盛溶接のような溶接プロセスによって、別の加工プロセスで隆起部６を作製することも可能である。この最後に述べた手段は、既に使用されているシリンダカバー１の修理やメンテナンスを行う場合に特に有利である。

図４及び図５は、本発明に係るシリンダカバーの第２の実施形態を示す。図４は、燃焼室軸Ａに沿って第２の実施形態を示す断面図である。図５は、図３と同様に図４の細部を示す拡大図である。

第２実施形態では、ノズルチャネル４２の最大長Ｌ１と最小長Ｌ２との長さ比を低減するために、ノズルチャネル４２が開口する凹部７が燃焼室表面５に設けられる。この凹部７は、リング断片の形状又はリングの形状に設計され、その軸が燃料軸Ｂである円筒形のノズルチャネル４２と同軸であることが好ましい。凹部７の半径は、符号ＲＡで示される。

これにより、ノズルチャネル４２が凹部７なしでは他の領域よりも長くなるであろう領域において、ノズルチャネル４２はその周囲に沿って短くすることができる。この実施形態では、ノズルチャネル４２は、少なくとも凹部７なしで最大の長さを有する領域で短縮される。

具体的には、図５から分かるように、第２の実施形態において、最大長Ｌ１が最小長Ｌ２と同じである、すなわち、Ｌ１＝Ｌ２である実施形態の例がある。これは、ノズルチャネル４２の長さは、その周囲にわたって見た場合、一定の値を有し、よって長さ比が１に等しくなることを意味している。

凹部７は、Ｌ１とＬ２の長さ比を所定値まで低減するように設計されていることが好ましい。すでに述べたように、長さ比の最小値は１に等しい。ただし、多くの用途では、実際には長さ比を１より大きい値、例えば、１．５に調整すれば全く十分である。長さ比のそれぞれの所望値は、凹部の幾何学的寸法によって求められる。

凹部７は、主に、凹部７のないノズルチャネル４２の最大長と、凹部７のないノズルチャネルの最小長との差を低減又は補償することを目的としているため、凹部７が、ノズルチャネル４２の周方向から見た場合に、少なくともノズルチャネル４２の周囲の長さの半分にわたって延在する場合に有利である。また、凹部７は、ノズルチャネル４２の周方向から見たときに、ノズルチャネル４２の全周にわたって延在していてもよい。燃焼室表面５に垂直な凹部７の深さは、最小長Ｌ２と最大長Ｌ１の差を所望値まで低減させるために、ノズルチャネル７の周方向に変化する。

凹部７の半径ＲＡは、ノズルチャネル４２の半径Ｒの少なくとも２倍であることが好ましい。

凹部７を作製する方法としてはいくつかの方法が考えられる。例えば、凹部７は、鍛造又は鋳造プロセスにおけるシリンダカバー１の製造中に、シリンダカバー１と一体的に作製しておくことができる。一方、シリンダカバー１が製造された後に、例えば、フライス加工のような機械加工プロセスによって、別の加工プロセスで凹部７を作製することも可能である。この最後に述べた手段は、既に使用されているシリンダカバー１の修理やメンテナンスを行う場合に特に有利である。

燃料ボア４の座面４１と燃焼室２を接続するノズルチャネル４２の長さが変化することが、ノズルチャネル４２の周囲にわたって見た場合、燃焼室壁２におけるクラック形成の実質的な原因となるという本発明にとって極めて重要な認識は、大型ディーゼルエンジンのシリンダカバー１の修理にも有利に利用できる。

本発明に係る大型ディーゼルエンジンのシリンダのシリンダカバー１を修理する方法は、特に、シリンダカバー１の燃焼室表面５に対して、ノズルチャネル４２の最大長Ｌ１とノズルチャネル４２の最小長Ｌ２との比である長さ比が最大で２に等しくなるように機械加工が施されることを特徴とする。

このため、長さ比は、例えば溶接プロセスによって燃焼室表面５にビーズ形状の隆起部６を適用することによって、又は、例えばフライス加工によって燃焼室表面５に凹部を設けることによって、変化することが好ましい。

Claims (15)

1. 大型ディーゼルエンジンのシリンダ用シリンダカバーであって、燃料噴射ノズルを収容する少なくとも１つの燃料ボア（４）と、燃焼室軸（Ａ）を有する燃焼室（２）を画定する燃焼室表面（５）とを有し、前記燃料ボア（４）は燃料軸（Ｂ）の方向に延在し、前記燃焼室表面（５）に開口し、燃料噴射ノズル用の座面（４１）が前記燃料ボア（４）に設けられ、前記座面（４１）は、前記燃料軸（Ｂ）と一致する対称軸を有し、ノズルチャネル（４２）によって燃焼室表面（５）に接続され、前記ノズルチャネル（４２）は、ノズルチャネル（４２）の最大長（Ｌ１）とノズルチャネル（４２）の最小長（Ｌ２）との比であり最大で２に等しい長さ比を有する
   ことを特徴とするシリンダカバー。
2. 前記長さ比が最大で１．５、好ましくは、１．４未満であることを特徴とする請求項１に記載のシリンダカバー。
3. 前記燃焼室表面（５）には、前記ノズルチャネル（４２）の一部を画定するビーズ形状の隆起部（６）が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダカバー。
4. 前記隆起部（６）は、前記燃焼室軸（Ａ）に面する側で前記ノズルチャネル（４２）を画定することを特徴とする請求項３に記載のシリンダカバー。
5. 前記隆起部（６）は、前記長さ比を所定値まで低減するように設計されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のシリンダカバー。
6. 前記隆起部（６）は、前記ノズルチャネル（４２）の周方向に見たときに、最大でノズルチャネル（４２）の周囲の長さの半分にわたって延在することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のシリンダカバー。
7. 前記隆起部（６）の高さ（Ｈ）が、前記ノズルチャネル（４２）の周方向に見たときに変化することを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載のシリンダカバー。
8. 前記隆起部（６）が、少なくとも前記ノズルチャネル（４２）の半径（Ｒ）の半分程度、好ましくは、少なくとも前記ノズルチャネル（４２）の半径（Ｒ）と同じ大きさの最大幅（Ｂ）を有することを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載のシリンダカバー。
9. 前記燃焼室表面（５）には、前記ノズルチャネル（４２）が開口する凹部（７）が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダカバー。
10. 前記凹部（７）は、前記長さ比を所定値まで低減するように設計されていることを特徴とする請求項９に記載のシリンダカバー。
11. 前記凹部（７）は、前記ノズルチャネル（４２）の周方向に見たときに、ノズルチャネル（４２）の周囲の長さの少なくとも半分にわたって延在していることを特徴とする請求項９又は１０に記載のシリンダカバー。
12. 前記凹部（７）は、前記ノズルチャネル（４２）の半径（Ｒ）の少なくとも２倍の半径（ＲＡ）を有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載のシリンダカバー。
13. 大型ディーゼルエンジンのシリンダのシリンダカバーを修理する方法であって、前記シリンダカバーは、燃料噴射ノズルを収容する少なくとも１つの燃料ボア（４）と、燃焼室軸（Ａ）を有する燃焼室（２）を画定する燃焼室表面（５）とを有し、前記燃料ボア（４）は燃料軸（Ｂ）の方向に延在し、前記燃焼室表面（５）に開口し、燃料噴射ノズル用の座面（４１）が前記燃料ボア（４）に設けられ、前記座面（４１）は、前記燃料軸（Ｂ）と一致する対称軸を有し、ノズルチャネル（４２）によって燃焼室表面（５）に接続され、前記ノズルチャネル（４２）の最大長（Ｌ１）とノズルチャネル（４２）の最小長（Ｌ２）との比である長さ比が最大で２となるように、前記シリンダカバー（１）の燃焼室表面（５）が機械加工される、
    ことを特徴とする方法。
14. 前記燃焼室表面（５）にビーズ形状の隆起部（６）を適用することによって、又は、前記燃焼室表面（５）に凹部（７）を設けることによって、前記長さ比を変えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 少なくとも１つのシリンダを有する大型ディーゼルエンジン、とりわけ、長手方向に掃気される２ストローク大型ディーゼルエンジンであって、前記シリンダは、請求項１〜１２のいずれか一項に従って設計された、又は、請求項１３又は１４に記載の方法により修理されたシリンダカバー（１）を有することを特徴とする大型ディーゼルエンジン。