JP3696449B2

JP3696449B2 - 内燃機関用の弁及びその冷却方法

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Publication number: JP3696449B2
Application number: JP25583299A
Authority: JP
Inventors: アーネ・クヴィストゴート・ペーターセン
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2019-09-09
Also published as: DK173452B1; JP2000087708A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸ガイド内に軸方向に変位可能に軸支され且つその一端に弁ディスクを有する主軸を備え、該主軸がディスクに形成された冷却剤用のキャビティと連通する少なくとも１つの冷却剤通路を有する、内燃機関用の弁であって、チャンバを有し、該チャンバの少なくとも１つが冷却剤供給口と連通し、更に、その少なくとも１つのチャンバが冷却剤排出口と連通し、主軸壁がチャンバと主軸に形成された少なくとも１つの冷却剤通路との間にて冷却剤を交換する孔を有する、弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
独国特許第４３１３５９１号には、主軸ガイドが外方に曲げた２つの中空体を有し、その中空体の一方が他方に重なり合い、弁主軸と共に、中間の密封リングによって主軸に向けて互いに密封された２つの長い環状チャンバを画成し且つオイルに対する入口チャンバ及び排出チャンバを形成する、上記型式のオイル冷却式の弁が記載されている。該弁主軸は、中空であり、また、該弁主軸は小さい上方空間と、弁ディスクにおける冷却空間内に開放する下方の長い空間とに仕切られている。主軸における上方空間及び下方空間は、主軸壁に形成された半径方向穴によって主軸ガイドのそれぞれの環状チャンバと連通している。弁が上方及び下方に動く間の全期間に亙って、冷却オイルを主軸を通じて循環させるべくこの連通状態を保つため、主軸の周りの環状チャンバは、各々、少なくとも弁の移動距離に等しい長さに主軸壁の半径方向穴の直径を加えた値に等しい長さを有し、移動の全体に亙って、主軸壁が環状チャンバ内に開放するようにしなければならない。このため、特に、弁主軸が比較的長い移動距離を有する、大型のエンジンにおいて、環状チャンバ、及び該チャンバの周りに必要とされる主軸シールが存在する結果、弁は、冷却されるディスクが存在しない対応する弁よりも実質的により高い取り付け高さを必要とする。
【０００３】
デンマーク国特許第５６１１／７４号には、二次冷却剤は同様に、主軸ガイドと主軸との間にて交換されるが、主軸及びディスクは、いわゆるヒートパイプを形成する閉じたチャンバ内に一次冷却剤を保持する、内燃機関用の弁が記載されている。該一次冷却剤は、ナトリウムとし、主軸の開閉動作によってチャンバ内にて上下に揺動させ、これにより、熱がディスクから主軸に伝達されるようにすることができる。主軸において、オイルとすることのできる一次冷却剤と二次冷却剤との間にて熱交換が為される。
【０００４】
更に、仏国特許第７５３８１９３号には、ディスクと反対側の主軸端部にて開口する通路内に冷却剤が導入される、液体冷却式のディスク弁が記載されている。冷却剤の導入は、弁を駆動するロッカアームが冷却剤用の入口通路を有し、また、該ロッカアームは、ボール継手を介して主軸の端部と接続され、冷却剤は、このボール継手を通じて入口通路から主軸の通路内に流れることができるような仕方にて行うことが可能である。冷却剤は、上述した方法と同一の方法にて主軸壁を通じて主軸から運ぶことができる。ロッカアームにより、又は主軸端部における同様の要素によって駆動されない弁の場合、この解決策の結果、取り付け高さがより高くなる。更に、弁が開閉するときに大きい軸方向への力が発生することに起因して、この要素と主軸端部との間の接続部を効果的に密封することは実際には、困難であることが分かっている。
【０００５】
最後に、独国特許第２６３２４１１号には、冷却空気が主軸壁を通じて吸引され且つ弁ディスクの後側にて流れ出し、その結果、空気が排気と共に、運ばれる、空冷式の排気弁が記載されている。しかしながら、かかる弁は、排気系統に悪影響を与えるため、例えば、オイル又は水によるような、大量冷却には適していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特に、船の推進用の近代的なディーゼルエンジンの場合、エンジンルーム全体の高さがこの弁の高さによって影響を受け、また、所定の数のデッキを有する船にエンジンを搭載するとができるかどうかを決定する際に、この高さが決定的であるから、エンジンの全体的な取り付け高さは、極めて重要なファクタである。冷却されるディスクを有する従来技術の弁は、全て、非冷却式のディスクを有する対応する弁よりも弁の高さが実質的により高いため、大型の舶用エンジンの場合、これまでディスクを冷却することは、行っていなかった。
【０００７】
本発明の目的は、冷却式のディスクを有する、従来技術の弁よりも取り付け高さがより低く、弁ディスクを効果的に且つ確実に冷却する、冒頭記載の型式の弁を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的に鑑みて、本発明による弁は、主軸壁の複数の孔が主軸の軸方向に向けて互いに等しく又は互いに近い高さに配置され、複数の冷却剤チャンバが軸方向に向けて互いに等しい高さに配置され且つ主軸の周方向に向けて互いに分離されることとを特徴としている。
【０００９】
このようにして、冷却剤チャンバは、弁主軸の周りにて隔てることができ、このため、冷却を行わない主軸と比べて、必要とされる、追加的な全取り付け高さは、中間の主軸シールを使用して、互いの伸長部内に２つの冷却剤チャンバが配置される、従来技術において必要とされる追加的な高さの１／２以下で済む。作動中の主軸の回転は依然として、可能であり、このため、主軸壁の孔は、冷却剤チャンバを１つずつ通過し、これにより、該孔は、冷却剤に対する入口開口部として及び排出開口部として交互に機能する。冷却剤チャンバは、例えば、主軸ガイドと一体とすることができ、これにより、追加的な取り付け高さを著しく低くし、又は、これらの冷却剤チャンバは、主軸の周りで追加的なハウジング内に形成することができる。主軸に向けて、これらのチャンバは、ガイドの摺動面の別個のシール又はその面の一部により、互いに対し且つ周囲環境に対して密封することができる。
【００１０】
主軸の周方向において、主軸壁の孔は、２つの冷却剤チャンバを仕切る壁と同方向の長さよりも短い長さ又は等しい長さを有している。このことは、冷却剤供給口に連通するチャンバと冷却剤排出口に連通するチャンバとの間にて、孔を通じて何らかの直接的な短絡が生じるのを防止し、主軸の内部は迂回され、このため、冷却剤が常時、主軸を経て効率的に流れることが確実とされる。しかしながら、例えば、全ての主軸の壁の孔が同時に、２つの冷却剤チャンバ間の仕切り壁を通るようなとき、供給側から排出側への流れが完全に遮断される場合に、短時間の短絡が為されることが望ましい。
【００１１】
主軸の周方向において、主軸壁の孔間の距離は、冷却剤チャンバの同方向の距離よりも短くすることができる。このことは、主軸の全ての角度位置に対して冷却剤の入口及び出口を開放状態に保つような数及び間隔にて冷却剤チャンバ及び主軸壁の孔を配置することを可能にして均一な流れを保証する。しかしながら、これと代替的に、幾つかの実施の形態において、２つの孔の間の距離が大であることが望ましい。その理由は、短時間、流れを遮断し、そのために主軸内の流れを促進することのできる一種の圧送効果が得られるからである。
【００１２】
１つの有利な実施の形態において、主軸壁の孔の各々は、主軸の別個の冷却剤通路と連通している。この通路は、例えば、弁ディスクに向けて直線状に、又はら旋状に下方に伸長し、これにより、冷却が特に必要とされる箇所に向けて且つ該箇所から離れる方向に冷却剤を直接、付勢させることができる。
【００１３】
弁ディスク内に伸長する単一の通路となるように別個の冷却剤通路を共に接続することができる。次に、冷却剤は、これら別個の通路を通って接続通路に対し且つ該接続通路から付勢することができる。この接続通路からのはねかけ効果（飛沫効果ｓｐｌａｓｈｉｎｇ）は、弁の開放及び閉塞動作の作用の下、弁ディスクのキャビティに対する冷却剤の更なる交換を行う。
【００１４】
製造が極めて簡単な１つの実施の形態において、主軸は、単一の軸方向冷却剤穴を有し、この冷却剤穴内に、主軸壁の全ての孔が開放し、また、該冷却剤穴は、弁ディスクのキャビティ又は通路内に伸長する。冷却剤は、次に、軸穴の全体に亙るはねかけ効果により、弁ディスクに運ばれ、且つ弁ディスクから運び出される。
【００１５】
単一の案内板装置、可能であれば、穴と同軸状の円筒状本体は、孔を通る冷却剤の流れを偏向させ得るように、主軸壁の孔の間にて主軸の冷却剤穴内に配置することが有利である。このことは、冷却剤の流れが孔を通じて噴霧されて反対側の孔を通って真直ぐに流れ続けるのを防止する。また、かかる案内板は、孔を通って流れる冷却剤がディスクに向けた方向に付勢され、これにより、ディスクに対するより効率的な冷却剤の交換を保証するような設計とすることができる。
【００１６】
また、主軸壁の孔は、主軸の半径に対して鋭角な角度を形成する軸線を有する穴によって構成することもできる。このことは、また、冷却剤が主軸を通じて直接、はねかけないことも保証することができる。更に、冷却剤は、主軸の穴の内面に沿って循環するようにし、これにより、より効果的な混合効果が得られるようにすることができる。
【００１７】
主軸内に別個の冷却剤通路を有する１つの実施の形態において、これらの冷却剤通路は、弁ディスクまで伸長し、該弁ディスクにおいて、冷却剤通路が、ディスク内の冷却剤に対するキャビティ又は通路と連通するようにすることが有利である。このことは、冷却を最も必要とする箇所に冷却剤を可能な限り迅速に供給することになる。
【００１８】
１つの好適な実施の形態において、弁ディスクは、ディスクの着座面に従った環状の冷却通路を有し、主軸における別個の冷却剤通路の各々は、ディスク内にて外方に伸長する通路によって環状の通路と連通し、これらの通路は、周方向に向けて均一に隔てられていることが好ましい。このようにして、冷却剤は、主軸及びディスクの双方を通じて循環するように付勢して、主軸における幾つかの通路、ディスクの外方に伸長する通路、ディスクの環状の通路の一部分を通って下方に流れ、同様に、内方に伸長する通路を通って逆流し、最後に、主軸の他の通路の幾つかを通って流れることができる。ディスクにおける着座面付近の領域には、最も重い荷重が加わり、環状の通路はその荷重の熱部分を軽減することができる。
【００１９】
この点に関して、主軸の周方向に向けて均一に隔てられた４つの穴によって主軸壁の孔が形成され、また、冷却剤チャンバが主軸に対して互いに実質的に直径方向に対向するように配置された２つのチャンバにより形成されることは有利なことである。主軸壁に形成された均一な間隔の４つの穴は、上述した主軸を通る冷却剤の均一な流れを保証し且つ略常時、冷却剤がディスクの環状の通路の全ての部分内を流れることを保証する。勿論、より多くの冷却剤チャンバを設けることも可能であり、このことは、主軸の回転中、主軸通路内の流れ方向をより頻繁に変更することを可能にするが、通路内の冷却剤のトータル・デッド・ボリュームがより大きくなる、すなわち、通路内の流れ方向が逆になる毎に、冷却した冷却剤と最初に交換されることなく、ディスクまで逆流して戻る冷却剤の量が増えることになり、このことは、冷却効果の低下につながる。
【００２０】
１つの有利な実施の形態において、主軸内の冷却剤通路は、その内部の軸方向穴内に形成されていて、長い仕切り部材によって分離されている。該長い仕切り部材は十字形状の断面を有して、穴内に挿入されており、その長手方向縁部が該穴の壁を密封する。この設計は、４つの別個の長手方向溝穴を形成する場合（この形態も可能である）よりも労力が少なくて済む。例えば、互いの内部に取り付けられた同心状のパイプを有する設計とは異なり、これら２つの通路間の熱交換は最小となるため、殆どの時間、冷却剤は十字形状挿入体の２つの対向した通路を通ってのみ流れるように、主軸の穴及び冷却剤チャンバを配置するならば更に有利なことである。
【００２１】
別の実施の形態において、弁ディスクは、ディスクの着座面付近の領域まで伸長し且つ主軸を通じて主軸壁の全ての孔と連通する単一の連続的なキャビティを有している。この冷却剤は、弁が往復運動する間に、連続的なキャビティの周りにて揺動され、はねかけ冷却によりディスクを冷却する。
【００２２】
特に有利な１つの実施の形態において、弁には、例えば、動翼輪（インペラブレード）のような、弁主軸の回転手段が設けられている。特に、幾つかの冷却剤通路が主軸内の通路の少なくとも一部分に亙って、冷却剤を弁ディスクに対し且つ弁ディスクから運ぶ実施の形態において、主軸が所定の速度にて常時、回転し、次に、「低温」及び「高温」の冷却剤が各冷却剤の通路内に交互に流れて、その結果、簡単な方法にて主軸内の温度分布を均一にし、主軸の熱変形を中和、すなわち熱変形を防止するようにするならば、極めて有利なことである。主軸及びディスクを通る流れが定期的に中断されるように、主軸孔が冷却剤チャンバに対して形成される実施の形態において、主軸を強制的に回転させることが有利である。その理由は、不利な環境下にて、主軸が静止していることは、冷却剤の流れを遮断することになるからである。
【００２３】
また、本発明は、エンジンの作動中、弁ディスクを冷却するため、冷却剤が弁主軸の１つ以上の冷却剤通路を通じて弁ディスクに供給され、また、主軸内の１つ以上の冷却剤通路を通じてディスクから運ばれるようにした、内燃機関内の弁を冷却する方法にも関するものである。本発明によれば、この方法は、主軸内の個々の冷却剤の通路内の冷却剤がディスク内に流れ且つディスクから流れ出ることを交互に行うことを特徴とする。
【００２４】
１つの好適な方法において、弁は、主軸に向けて開放して主軸の周方向に向けて制限された長さを有する、チャンバを備えており、該主軸壁は、主軸内の冷却剤通路に対して主軸の周方向に隔てられた孔を有しており、冷却剤は、１つ以上のチャンバから孔に供給され、また、これらの孔から１つ以上のチャンバに運ばれる。これらの孔は、主軸の回転により、チャンバを通過するようにされる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照しつつ実施の形態により、本発明を以下により詳細に説明する。
【００２６】
図１には、排気弁ハウジング６内に取り付けられた主軸ガイド３内にて軸方向に変位可能に軸支された、主軸２を有する排気弁１の形態の本発明による弁の一例が図示されている。該排気弁は、その下端にて、弁ディスク４を有しており、該弁ディスクは、エンジンシリンダ（図示せず）の燃焼チャンバの方を向いており、また、シリンダカバー（図示せず）内に取り付けられたハウジング６の下面に締結した底部片５と協働する。図面において、主軸２及びディスク４は一体の部品として示してあるが、これらは、２つの部品にて製造し且つ例えば、摩擦溶接又はねじ止め等により組み立てることができ、また、これらを異なる材料で製造することができる。弁ディスク４は、底部片５上の向かい側の着座面８と協働する着座面７を有している。弁の開放位置（図示せず）において、エンジンシリンダからのガスは、底部片５の通路９及び弁ハウジング６を通って流れ出ることができる。通路９を通る排気ガスの流れの作用により、主軸２を回転させることのできる動翼輪（インペラホイール）１０は、通路９内にて主軸２の空き部分に締結されている。ディスク４と反対側の主軸の端部には、液圧ピストン１３と、空圧ピストン１４とを保持するハウジング１２を備えるアクチュエータ１１が配置されている。該液圧ピストン及び空圧ピストンは、共に、主軸２に取り付けられており、それ自体、公知の方法にて、主軸２を上下動させ、弁１を開放し且つ閉じる働きをする。
【００２７】
主軸ガイド３とアクチュエータ１１との間にて、主軸２は、ハウジング１５により取り囲まれており、該ハウジングは、主軸２に向けて開放したチャンバ１６、１７を有しており、チャンバ１６は、冷却剤供給導管１８と連通し、チャンバ１７は、冷却剤排出導管１９と連通している。冷却剤は、例えば、水又はオイルのような適当な任意の流体とすることができ、また、冷却剤は、エンジンの通常の冷却系統から供給することが可能である。主軸を貫通する箇所にて、ハウジング１５は通常のシール２０で密封されている。
【００２８】
図２には、図１に示す弁の別の実施形態が図示されている。この場合、冷却剤チャンバ１６、１７は、主軸２に対するガイドとしても機能するハウジング２１内に形成されており、これにより、よりコンパクトな弁１が得られ、原理上、主軸２を通じて循環する冷却剤が存在しない、対応する弁よりも長い取り付け長さを必要としない。図示しない交換可能なライナーを主軸２の周りでハウジング２１内に挿入して、冷却剤チャンバ１６、１７をライナーに形成するか又はライナーを貫通して伸長するようにすることができることが明らかである。この実施の形態において、主軸のシール２０には、それ自体、公知のインジケータ穴２２を形成し、シールに何らかの欠陥がある場合、冷却剤が該穴を通って漏洩し、これにより、その漏洩を修復し得るように漏洩を表示することが可能であると更に考えられる。
【００２９】
図３は、軸方向に見たときの図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った弁１の断面図を示し、この実施の形態は、主軸２の周りで直径方向に対向し且つ相互に分離した２つの冷却剤チャンバ１６、１７を有し、主軸２は、該主軸２の軸方向穴２７内に達する４つの半径方向穴２３、２４、２５、２６を有する。図示した位置において、穴２３はチャンバ１６内に開放し、穴２４はチャンバ１７内に開放する一方、穴２５、２６は、チャンバ１６、１７間のガイド２１にあるそれぞれの壁４８、４９により閉じられている。主軸２が時計回り方向に１／４回転したとき、穴２６はチャンバ１６内に開放し、穴２５はチャンバ１７内に開放する一方、穴２３、２４は壁４８、４９により閉じられ、時計回り方向に更にもう１／４回転すると、穴２４はチャンバ１６内に開放し、また穴２３はチャンバ１７内に開放する。また、図４は、図３と同一の実施の形態を示すが、この場合、主軸２は、２つの穴２３、２６がチャンバ１６内に開放し、他の２つの穴２４、２５がチャンバ１７内に開放する位置にある。従って、主軸２が回転するのに伴って、穴２３、２４、２５、２６の各々は、交互に、入口開口部として機能し、閉じられ、また出口開口部として機能する。更に、穴２３、２４、２５、２６は、主軸の軸方向に同一の位置に配置され、冷却剤チャンバ１６、１７は、この方向へのある長さを有し、このため、主軸２が弁１を開放し且つ閉じ得るように上下に変位されたとき、穴２３、２４、２５、２６は常時、チャンバ１６、１７と同一の高さにある。すなわち、その長さは、主軸の移動距離に穴２３、２４、２５、２６の直径を加えた値に略等しい。このように、主軸のあらゆる可能な作用位置において、チャンバ１６、１７を介して主軸２を通じて冷却剤を循環させることが可能である。
【００３０】
穴２７は、その全長に亙って、挿入体３２により４つの通路２８、２９、３０、３１に仕切られている。該挿入体は、十字形状の断面を有し、また、例えば、各々９０°曲がった２つの金属薄板を接続することにより形成することができる。相互に通路２８、２９、３０、３１を密封する挿入体３２は、例えば、圧力により穴２７内にて固定し、半径方向穴２３、２４、２５、２６の１つが各通路２８、２９、３０、３１内で開放するように向きを合わせる。穴２７は、半径方向穴２３、２４、２５、２６の僅かに上方で終わり且つ弁ディスク４内に下方に伸長し、該弁ディスクにて溶接したプラグ３３により閉じられている。また、挿入体３２を有する穴２７は、主軸２における４つの別個の通路で置換することも可能であり、かかる通路は、長手方向穴、ら旋状通路等の形態をしている。
【００３１】
弁ディスク４において、環状の冷却通路３４は、着座面７の領域内を伸長し、該領域から４つの通路３５、３６、３７、３８が半径方向内方に且つ斜め上方に穿孔されて、各々が通路２８、２９、３０、３１の１つ内に開放するようにする。図示した実施の形態において、環状通路３４は、ディスク４の底部から旋削することにより形成され、その後、リング３９を溶接することによって閉じられるが、ディスク４及び／又は主軸２は、上述した以外の方法にて製造することができ、例えば、ＨＩＰ（熱間静水圧処理）のような粉末加圧により形成し、これにより、その後に穿孔又は旋削をせずに、製造中に冷却通路を形成することができる。
【００３２】
図３に図示した主軸２の位置において、冷却剤は、チャンバ１６から穴２３を通って流入し、主軸２に形成された通路２８を通って下方に流れ、冷却剤はディスク４に達し、このディスクにて、冷却剤は環状通路３４に向けて通路３５を通じて外方に流れる。冷却剤の流れが通路３４に達すると、その冷却剤の流れは、矢印で示すように通路３４内にてその別個の経路に従って流れる２つの流れに分割され、環状通路３４内の直径方向に対向した場所にて再度、合流し、この箇所にて、これら流れは通路３６を通ってディスク４の中心に向けて流れる流れに合わさる。次に、冷却剤は、主軸２の通路２９を通って上方に流れ、半径方向穴２４を通って出て、その後、その流れはチャンバ１７を通じて弁１から出る。冷却剤が環状通路３４の全体を通じて流れる、この流れパターンは、冷却剤がディスク４の通路３５、３６、３７、３８を交互に通って環状通路３４に運ばれ且つ該環状通路から運び出される点を除いて、主軸２の殆どの位置にて生じる。しかしながら、この状況は、定期的に、短時間生じる。この場合に、穴２３、２４、２５、２６の２つが図４に図示するように冷却剤チャンバ１６、１７の各々に開放する。このため、図示した主軸２の位置において、冷却剤は、主軸２の２つの通路２８、３１を通って下方に流れ、その後、その冷却剤はディスク４の外方に伸長する２つの通路３５、３７を通って流れて、環状通路３４内に流れ出て、該環状通路から、環状通路３４の対向した２つの四分の一部分４０、４１を通って流れ、次に、図９に矢印で示すように、２つの通路３６、３８を通って再度、離れる。最後に、冷却剤は、主軸２の通路２９、３０を通って上方に流れ、最初に、穴２４、２５を通り、次に、冷却剤チャンバ１７を通って流れ出ていく。図４を参照せよ。この状況において、冷却剤は環状通路３４の他の２つの四分の一部分４２、４３を通って流れず、その結果、ディスク４は着座面７の全体に沿って冷却されないが、この状況は瞬間的にのみ生じるため、このこのことは実際には何ら重要ではないことが明らかである。代替的な方法は、２つの穴２３、２６の間の距離を図４に図示したものよりも長くすることにより、他方の穴２６が開放される前に、一方の半径方向穴２３が閉じられるようにすることであるが、このことは、冷却剤が瞬間的に完全に流れるのを遮断することになり、均一な流れが所望である場合に不適当となる。
【００３３】
このように、図３に図示した流れパターンが大部分の時間に亙って生ずると、十字形状の挿入体３２は、次のような効果をもたらす。すなわち、共通の壁を有しない通路（図面に図示した位置にて参照番号２８、２９で表示）内を流れて、「低温」冷却剤がディスク４に流れ込む一方、「高温」冷却剤がディスクから流れ出る。このことは、例えば、通路が一方が他方の内側となる同心状の管として形成される、１つの実施の形態と比較して、２つの通路内の冷却剤間の熱交換を低下させることになる。主軸２に所定の主軸の回転速度を保証する駆動装置が設けられるならば、得られるもう１つの重要な有利な点は、「低温」冷却剤と「高温」冷却剤との間の温度差によって、主軸２内にて生じる温度差が、極めて小さい点である。それは、常時、主軸２内の通路２８、２９、３０、３１が交互に「低温」冷却剤及び「高温」冷却剤を運ぶためである。
【００３４】
図５には、図４に図示した実施の形態と同様に、冷却剤を供給するチャンバ１６及び冷却剤を排出するチャンバ１７を有する１つの実施の形態が図示されているが、この場合、主軸壁は、チャンバ１６、１７間にて冷却剤を交換する働きをする２つの半径方向穴４４、４５と、冷却剤をディスク４と交換する主軸２内の２つの通路４６、４７とのみを備えている。この実施の形態について図示しない弁ディスク４は、ディスク４が外方に伸長する対向した２つの通路のみを備え、その通路の一方が、所定の時点にて、冷却剤を主軸２内の通路４６、４７の一方から環状通路３４まで運び、もう一方の通路が、冷却剤を通路３４から主軸２内の通路４６、４７の他方に運ぶ点を除いて、図３及び図９に図示した実施の形態に対応する。この実施の形態の有利な点は、主軸２内の長手方向通路４６、４７の各々における冷却剤の流れ方向は主軸２が一回転する毎にのみ逆になり、これにより、主軸２の通路４６、４７内の冷却剤のデッド・ボリュームが存在することに起因するディスク４の冷却に対する悪影響を軽減する点である。すなわち、通路４６、４７の容積に略対応する加熱した冷却剤の容積は、冷却効果に悪影響を与える、通路４６、４７内の流れ方向が変化する前に、「低温」冷却剤にて置換されない。図５には、冷却剤チャンバ１６、１７を仕切る壁４８、４９の主軸の周方向の長さに略等しい長さの半径方向穴４４、４５が図示されている。しかしながら、穴４４、４５がこれらの壁４８、４９を通過する毎に主軸２を通る冷却剤の流れは瞬間的に中断される。このことは、均一な流れが望まれるとき、不利益な点である。この場合、穴４４、４５を、壁４８、４９より主軸の周方向においてより長く形成し、これにより、穴４４、４５がそれぞれの仕切り壁４８、４９を通過する瞬間の間、チャンバ１６からチャンバ１７まで穴４４、４５を横断する短絡路が得られる。図６を参照のこと。この図面に図示した仕切り壁４８、４９及び穴４４、４５の実施の形態は、また、図４に図示した弁１の実施の形態にて使用することもできるが、この場合、穴２３、２４、２５、２６の少なくとも１つは既にチャンバ１６、１７の各々内に開放するため、上述した流れの中断を回避する必要はない。また、短時間ではあっても、主軸２を通る流れの短絡は冷却効果を低下させることも明らかである。
【００３５】
図７には、更に別の実施の形態が図示されており、この場合、主軸２及びディスク４は、図３及び図４に図示した実施の形態におけるように、４つの半径方向穴２３、２４、２５、２６が形成されているが、この場合、４つの冷却剤チャンバ５０、５１、５２、５３は主軸２の周りで隔てられており、該チャンバの内、２つの対向したチャンバ５０、５２は冷却剤供給源と連通し、上記チャンバの内、２つの他の対向したチャンバ５１、５３は冷却剤の排出口と連通している。作動時、主軸２内の通路２８、２９、３０、３１を通る冷却剤の流れは、主軸が１回転する毎に４回、方向変更する。これに対し、この方向変更は、図４に図示した実施の形態の場合、２回しか生じない。実際には、このことは主軸２の通路のデッド・ボリュームによる影響を少なくする上記効果を補強することになる。
【００３６】
しかしながら、主軸２には、また、極めて短い通路２８、２９、３０、３１を形成するか、又はこれら通路を形成しないことにより、デッド・ボリュームの効果を不十分なものにすることもできる。この場合、通路２８、２９、３０、３１は、穴２３、２４、２５、２６の開口部から下方にある距離だけ伸長する。これにより、ディスク４に対し且つディスク４からの冷却剤の更なる搬送は、主軸２の軸方向穴２７内のはねかけ効果によって行うことができる。ディスク４自体において、冷却がまた、ディスク４の中心から着座面７の領域まで伸長する、図示しないキャビティ内のそれ自体公知のはねかけ効果により行うこともできる。この場合、弁内には、例えば、図７に図示するように４つの冷却剤チャンバ、すなわちより多くの冷却剤チャンバ５０、５１、５２、５３を備えることが有利である。それは、これら冷却剤チャンバが、主軸の冷却通路内にてより大きい乱流を生じさせ、これにより、はねかけ効果を促進するからである。
【００３７】
挿入体３２を完全に省略するならば、穴２３、２４、２５、２６からディスク４への冷却剤の搬送は全て軸方向穴２７内のはねかけ効果により行われる。この場合、図８に図示するように、例えば、円柱体５４の形態とした案内板を半径方向穴５５、５６、５７の開口部の間にて穴２７内に配置することができる。該案内板の目的は、冷却剤が半径方向穴５５、５６、５７の１つを貫通して流れ、次に、別の反対側の穴から直線状に出ることがないことを確実にし、また、冷却剤がディスク４に向けて下方に運ばれるようにすることである。また、半径方向穴５５、５６、５７には、主軸の半径に対して鋭角な角度を形成するようにし、これにより、冷却剤が穴２７に一旦入ったならば、該穴から再度直ちに去ることがないことを確実にする。更に、このことは、冷却剤を穴２７内にて循環させ、これにより、はねかけ効果を促進することができる。
【００３８】
理解し得るように、図８に図示した実施の形態は、主軸の周方向に均一に隔てられた３つの半径方向穴５５、５６、５７を有しており、このことは、上述したように、冷却剤が１つの穴から別の穴まで直接、流れるのを防止し、また、所望であるならば、案内装置５４を省略することができる。この実施の形態は、また穴５５、５６、５７の各々に対して主軸に別個の通路を形成し、また図３及び図９に図示した弁ディスクに対応する弁ディスク４内に通路系統を形成することもできるが、これら図面に図示するように、４つの対応する通路３５、３６、３７、３８ではなくて、３つの外方通路のみが存在するため、常に、冷却剤が流入しない環状通路３４の１／３を構成する部分が存在することになる。
【００３９】
別の実施の形態において、冷却剤チャンバは、例えば、弁主軸に配置されたハウジングに形成することができ、作動中、ハウジングは主軸と共にその軸方向に上下に動くが、主軸はハウジング内にて回転することができ、このため、主軸は弁ハウジングに対して回転しない。次に、冷却剤に対する供給導管及び排出導管は、ハウジング内のチャンバに対する可撓性の接続部として且つ主軸の軸方向に形成することができるが、ハウジングは、主軸の半径方向穴の長さよりも著しく長くない長さとすることができる。また、冷却剤チャンバは、主軸自体に向けて直接開放しないようにもすることができるが、１つ以上の他の要素がチャンバと主軸との間に配置され、これら要素は、主軸と堅固に接続されるか、又は、例えば、主軸と共にその軸方向にのみ動かすことができる。冷却チャンバは、また、図示した以外の弁内の何れかの場所に形成することもできる。これら冷却剤チャンバは、例えば、アクチュエータと一体化することができる。
【００４０】
上述した色々な実施の形態は、本発明の範囲を逸脱せずに多数の異なる方法にて組み合わせることができることが更に明らかである。本発明は、特定型式の冷却剤による冷却にのみ限定されず、二次的な冷却剤が上述した方法にて主軸の壁を通じて交換され、次に、主軸内の熱交換器を通じて流れ、一次的冷却剤が冷却される弁ディスクを冷却する働きをする弁をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による弁の１つの実施の形態の軸方向断面図である。
【図２】本発明による弁の別の実施の形態の部分断面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った弁の部分断面図である。
【図４】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った弁の実施の形態の部分断面図である。
【図５】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った弁の別の実施の形態の部分断面図である。
【図６】図２の弁の１つの実施の形態の細部を示す線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った部分断面図である。
【図７】弁の他の実施の形態の図４に対応する図である。
【図８】弁の他の実施の形態の図５に対応する図である。
【図９】図４に図示した位置に対応して弁主軸が弁ハウジング内にて回転した、図２の線ＩＸ−ＩＸに沿った弁の部分断面図である。
【符号の説明】
１排気弁２主軸
３主軸ガイド４弁ディスク
５底部片６排気弁ハウジング
７、８着座面９通路
１０インペラホイール１１アクチュエータ
１２ハウジング１３液圧ピストン
１４空圧ピストン１５ハウジング
１６、１７冷却剤チャンバ１８冷却剤供給導管
１９冷却剤排出導管２０主軸のシール
２１ハウジング／ガイド２２インジケータ穴
２３、２４、２５、２６半径方向穴
２７軸方向穴２８、２９、３０、３１通路
３２挿入体３３プラグ
３４冷却通路／環状通路３５、３６、３７、３８通路
３９リング４０、４１、４２、４３四半部分
４４、４５半径方向穴４６、４７通路
４８、４９壁５０、５１、５２、５３冷却剤チャンバ
５４シリンダ５５、５６、５７半径方向穴

Claims

主軸ガイド（３、２１）内に、軸方向に変位可能に軸支され且つその一端に弁ディスク（４）を有する主軸（２）を備え、該主軸（２）が弁ディスク（４）に形成された冷却剤用キャビティと連通する少なくとも１つの冷却剤通路（２８、２９、３０、３１、４６、４７）を有する内燃機関用の弁（１）であって、冷却剤チャンバ（１６、１７、５０、５１、５２、５３）を有し、該冷却剤チャンバの少なくとも１つが冷却剤供給口と連通し、更に、前記冷却剤チャンバの少なくとも１つが冷却剤排出口と連通し、前記主軸の壁が前記冷却剤チャンバと主軸（２）に形成された前記少なくとも１つの冷却剤通路との間にて冷却剤を交換する孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）を有する、内燃機関用の弁にして、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）が、主軸（２）の軸方向において互いに等しいか又は互いに近い高さに配置され、前記冷却剤チャンバ（１６、１７、５０、５１、５２、５３）が、軸方向において互いに等しい高さに配置され且つ主軸（２）の周方向において互いに分離され、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）の主軸（２）の周方向における長さが、２つの冷却剤チャンバ（１６、１７；５０、５１、５２、５３）を仕切る壁（４８、４９）の同方向の長さよりも短いか又は等しい長さを有することを特徴とする、弁（１）。
請求項１に記載の弁（１）にして、主軸（２）の周方向における前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）間の距離が、前記主軸（２）の周方向における冷却剤チャンバ（１６、１７、５０、５１、５２、５３）の長さよりも短いことを特徴とする、弁。
請求項１乃至２の何れかに記載の弁（１）にして、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）の各々が、前記主軸の個々の冷却剤通路（２８、２９、３０、３１、４６、４７）と連通していることを特徴とする、弁。
請求項３に記載の弁（１）にして、前記個々の冷却剤通路（２８、２９、３０、３１、４６、４７）が、互いに組み合わせられて弁ディスク（４）内に伸長する単一の軸方向穴（２７）となっていることを特徴とする、弁。
請求項１又は２の何れかに記載の弁（１）にして、前記主軸（２）が、前記単一の軸方向穴（２７）を有し、該軸方向穴内に、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）の全てが開放し、また、前記軸方向穴（２７）が、弁ディスク（４）の前記冷却剤用キャビティ内へと伸長していることを特徴とする、弁。
請求項５に記載の弁（１）にして、案内板装置、可能であれば、案内板装置としての、前記軸方向穴（２７）と同軸状の円筒状本体（５４）が、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）を通る冷却剤の流れを偏向させ得るように、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）の間にて前記主軸（２）の前記軸方向穴（２７）内に配置されていることを特徴とする、弁。
請求項１乃至６の何れかに記載の弁（１）にして、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）が、主軸（２）の半径に対して鋭角を形成している軸線を有する穴によって構成されることを特徴とする、弁。
請求項３に記載の弁（１）にして、個々の前記冷却剤通路（２８、２９、３０、３１、４６、４７）が弁ディスク（４）まで伸長し、該弁ディスクにおいて、該冷却剤通路が、弁ディスク（４）内の冷却剤のキャビティと連通することを特徴とする、弁。
請求項３又は８に記載の弁（１）にして、前記弁ディスク（４）が、該弁ディスク（４）の着座面（７）にならった環状の冷却通路（３４）を有し、前記主軸（２）における別個の前記冷却剤通路（２８、２９、３０、３１、４６、４７）の各々が、前記弁ディスク（４）内にて外方に伸長する通路（３５、３６、３７、３８）によって環状の冷却通路（３４）と連通し、これらの通路（３５、３６、３７、３８）は、周方向において均一に隔てられていることを特徴とする、弁。
請求項９に記載の弁（１）にして、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）が、前記主軸（２）の周方向に均一に隔てられた４つの孔（２３、２４、２５、２６）によって形成され、前記冷却剤チャンバ（１６、１７、５０、５１、５２、５３）が、前記主軸（２）に対して互いに実質的に直径方向に対向するように配置された２つのチャンバ（１６、１７）により形成されていることとを特徴とする、弁。
請求項１０に記載の弁（１）にして、前記主軸（２）内の冷却剤通路（２８、２９、３０、３１、４６、４７）が、その内部の前記軸方向穴（２７）内において長い仕切り部材（３２）によって分離されて形成されており、該長い仕切り部材は、十字形状の断面を有し且つその長手方向縁部が前記軸方向穴（２７）の壁に向けて密封するように、該軸方向穴（２７）内に挿入されることを特徴とする、弁。
請求項１乃至１０の何れかに記載の弁（１）にして、前記弁ディスク（４）が、該弁ディスク（４）の着座面（７）付近の領域まで伸長し且つ前記主軸（２）を通じて前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）の全てと連通する単一の連続的なキャビティを有することを特徴とする、弁。
請求項１乃至１２の何れかに記載の弁（１）にして、弁（１）には、例えば、動翼輪（１０）のような、前記主軸（２）の回転手段が設けられていることを特徴とする、弁。
主軸ガイド（３、２１）内に、軸方向に変位可能に軸支され且つその一端に弁ディスク（４）を有する主軸（２）を備え、該主軸（２）が弁ディスク（４）に形成された冷却剤用キャビティと連通する少なくとも１つの冷却剤通路（２８、２９、３０、３１、４６、４７）を有する内燃機関用の弁（１）であって、冷却剤チャンバ（１６、１７、５０、５１、５２、５３）を有し、該冷却剤チャンバの少なくとも１つが冷却剤供給口と連通し、更に、前記冷却剤チャンバの少なくとも１つが冷却剤排出口と連通し、前記主軸の壁が前記冷却剤チャンバと主軸（２）に形成された前記少なくとも１つの冷却剤通路との間にて冷却剤を交換する孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）を有し、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）が、主軸（２）の軸方向において互いに等しいか又は互いに近い高さに配置され、前記冷却剤チャンバ（１６、１７、５０、５１、５２、５３）が、軸方向において互いに等しい高さに配置され且つ主軸（２）の周方向において互いに分離され、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）の主軸（２）の周方向における長さが、２つの冷却剤チャンバ（１６、１７；５０、５１、５２、５３）を仕切る壁（４８、４９）の同方向の長さよりも短いか又は等しい長さを有する内燃機関用の弁（１）において、エンジンの作動中、弁ディスクを冷却するため、冷却剤が、前記弁の主軸（２）の前記１つ以上の冷却剤通路（２８、２９、３０、３１、４６、４７）を通じて前記弁ディスク（４）に供給され、また、前記主軸（２）内の前記１つ以上の冷却剤通路（２８、２９、３０、３１、４６、４７）を通じて前記弁ディスク（４）から排出されるようにして、弁（１）を冷却する方法において、
冷却剤が、１つ以上の前記冷却剤チャンバ（１６、１７、５０、５１、５２、５３）から前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）に供給され、また、該主軸の壁の孔から１つ以上の前記冷却剤チャンバ（１６、１７、５０、５１、５２、５３）に運ばれ、前記主軸の壁の孔（２３、２４、２５、２６、４４、４５、５５、５６、５７）が、前記主軸（２）の回転により前記冷却剤チャンバ（１６、１７、５０、５１、５２、５３）を通過するようにし、前記主軸（２）内の個々の前記冷却剤通路（２８、２９、３０、３１、４６、４７）内の冷却剤が交互に前記弁ディスク（４）内に流れ且つ弁ディスク（４）から流れ出るようにしたことを特徴とする方法。