JP4292930B2 - Seal structure of sub chamber valve support in gas engine - Google Patents

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Description

本発明は、主として天然ガス燃料を圧縮着火させるガスエンジン、更に詳しくは、主燃焼室と副燃焼室および該主燃焼室と副燃焼室とを連通する連通穴を開閉する副室弁を備えたガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造に関する。   The present invention mainly includes a gas engine that compresses and ignites natural gas fuel, and more specifically, a main chamber and a sub-combustion chamber, and a sub-chamber valve that opens and closes a communication hole that communicates the main combustion chamber and the sub-combustion chamber. The present invention relates to a seal structure for a sub chamber valve support in a gas engine.

主燃焼室と副燃焼室および該主燃焼室と副燃焼室とを連通する連通穴を開閉する副室弁を備えたガスエンジンは、エンジンの吸気行程で副燃焼室内の圧力が低い時期に副室弁を閉じ、この圧力が低い副燃焼室内にガス燃料を供給し、圧縮行程の後期で副室弁を開くように構成されている。この結果、圧縮行程において主燃焼室で圧縮され高温となった吸気が連通穴を通して副燃焼室に流入し、副燃焼室内でガス燃料と急速に混合することにより圧縮着火される。このようなガスエンジンにおける副室弁の弁ステムを案内支持する支持部は、低圧燃料の静的なシール機能、高温高圧燃焼ガスの動的なシール機能、冷却機能および潤滑機構が要求される。即ち、副室弁の弁ステムを案内支持する支持部は、副燃焼室内にガス燃料を0.6Mpa程度で供給する際には副室弁が閉じているので静的なシール機能が要求されるとともに、燃焼時には副室弁が開いているので最高150Mpa程度の高圧燃焼ガスが作用するため動的なシール機能が要求される。また、副室弁の弁ステムと支持部の摺動部には適度の潤滑油の供給が必要であり、油膜が切れてドライ状態にならないようにする必要がある。   A gas engine equipped with a main combustion chamber, a sub-combustion chamber, and a sub-chamber valve that opens and closes a communication hole that communicates the main combustion chamber and the sub-combustion chamber is used when the pressure in the sub-combustion chamber is low during the intake stroke of the engine. The chamber valve is closed, gas fuel is supplied into the sub-combustion chamber having a low pressure, and the sub-chamber valve is opened at the later stage of the compression stroke. As a result, the intake air that has been compressed in the main combustion chamber and has reached a high temperature in the compression stroke flows into the sub-combustion chamber through the communication hole, and is compressed and ignited by rapidly mixing with the gas fuel in the sub-combustion chamber. The support portion that guides and supports the valve stem of the sub-chamber valve in such a gas engine is required to have a static sealing function for low-pressure fuel, a dynamic sealing function for high-temperature and high-pressure combustion gas, a cooling function, and a lubrication mechanism. That is, the support portion that guides and supports the valve stem of the sub chamber valve is required to have a static sealing function because the sub chamber valve is closed when supplying gas fuel to the sub combustion chamber at about 0.6 Mpa. At the same time, since the sub chamber valve is open at the time of combustion, a high-pressure combustion gas of up to about 150 Mpa acts, so that a dynamic sealing function is required. Further, it is necessary to supply an appropriate amount of lubricating oil to the sliding portion of the valve stem and the support portion of the sub chamber valve, and it is necessary to prevent the oil film from being cut and becoming dry.

上記ガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造として、弁ステムに複数のラビリンスフィンを軸方向に間隔を置いて配設し、この複数のラビリンスフィンを案内スリーブに摺動可能に嵌挿したものが提案されている。(例えば、特許文献1参照。)。
また、上記ガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造として、弁ステムに弾性シールを外挿し、この弾性シールの内部に圧電素子を配設して、副燃焼室内の圧力に対応して圧電素子に電圧を印加することにより、弾性シールの弁ステムへの押圧力を制御するようにしたものも提案されている。(例えば、特許文献2参照。)。
特開平8−28351号公報 特開平8−121127号公報
As a sealing structure of the auxiliary chamber valve support part in the gas engine, a plurality of labyrinth fins are disposed in the valve stem at intervals in the axial direction, and the plurality of labyrinth fins are slidably inserted into the guide sleeve. Has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
Further, as a seal structure of the sub chamber valve support portion in the gas engine, an elastic seal is extrapolated to the valve stem, and a piezoelectric element is disposed inside the elastic seal, so that the piezoelectric element corresponds to the pressure in the sub combustion chamber. There has also been proposed a method in which the pressure applied to the valve stem of the elastic seal is controlled by applying a voltage to. (For example, refer to Patent Document 2).
JP-A-8-28351 JP-A-8-121127

而して、特開平8−28351号公報に開示された技術は、ラビリンスによる減圧効果により動的なシール機能を補うことを目的としたものであり、密封式の静的なシール機能を有していない。従って、特開平8−28351号公報に開示されたものには、別途静的なシール機能を有する弾性シールを備えている。また、特開平8−28351号公報に開示されたものは、動的なシール機能においてもラビリンスによる減圧効果だけでは燃焼ガスの高い変動圧に対して必ずしも十分な効果は得られない。   Thus, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-28351 is intended to supplement the dynamic sealing function by the pressure reducing effect by the labyrinth, and has a sealed static sealing function. Not. Accordingly, the one disclosed in JP-A-8-28351 is provided with an elastic seal having a separate static sealing function. In addition, what is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-28351 does not necessarily have a sufficient effect on the high fluctuating pressure of the combustion gas only by the pressure reducing effect by the labyrinth in the dynamic sealing function.

また、特開平8−121127号公報に開示された技術は、弾性シールの押圧力を副室内の圧力に対応して制御することで圧力変化に対するシール機能を補うことを目的としているが、副室弁のように往復動する場合の高圧のシールには必ずしも適さない。即ち、副室弁の作動時に弾性シールの押圧力を高めると摩擦力が大きくなり、弾性シールの摺動部が破損する虞がある。   The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-121127 is intended to supplement the sealing function against pressure change by controlling the pressing force of the elastic seal according to the pressure in the sub chamber. It is not necessarily suitable for a high-pressure seal when reciprocating like a valve. That is, if the pressing force of the elastic seal is increased during the operation of the sub chamber valve, the frictional force increases and the sliding portion of the elastic seal may be damaged.

本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術的課題は、ガスエンジンの副室弁支持部における低圧燃料の静的なシール機能と高温高圧燃焼ガスの動的なシール機能とを有するシール構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, the principal object is a dynamic sealing function of the static sealing function and high-temperature high-pressure combustion gas of the low-pressure fuel in the sub-chamber valve support portion of the gas engine It is providing the sealing structure which has.

上記主たる技術課題を解決するために、本発明によれば、
「シリンダブロックに形成されたシリンダ内に摺動可能に配設されたピストンと該シリンダブロックの上面に配設されたシリンダヘッドとによって形成される主燃焼室と、該シリンダヘッドに設けられ該主燃焼室と連通穴によって連通された副燃焼室と、該副燃焼室を挿通して配設され該連通穴を開閉する副室弁と、該シリンダヘッドに配設され該副室弁の弁ステムを摺動可能に支持する支持スリーブとを具備し、該副燃焼室には、該副室弁が該連通穴を閉鎖しているときにガス燃料が供給されるガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造であって、
該支持スリーブの該副燃焼室に近い下段に該弁ステムを嵌挿して配設された複数の耐熱性金属からなる合口リングと、
該複数の合口リングの上方において該支持スリーブと該弁ステムとの間に配設され該弁ステムに嵌挿された樹脂リングと該樹脂リングの外周に嵌挿された弾性リングとからなる組み合わせパッキンと、を具備しており、さらに、
該支持スリーブにおける該複数の合口リングと該組み合わせパッキンとの間の内周面には環状溝が形成されている」
ことを特徴とするガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造が提供される。
In order to solve the main technical problem, according to the present invention,
“A main combustion chamber formed by a piston slidably disposed in a cylinder formed in the cylinder block and a cylinder head disposed on the upper surface of the cylinder block; and the main combustion chamber provided in the cylinder head A sub-combustion chamber communicated with the combustion chamber by a communication hole, a sub-chamber valve that is inserted through the sub-combustion chamber and opens and closes the communication hole, and a valve stem of the sub-chamber valve disposed in the cylinder head And a sub-chamber valve support portion in a gas engine in which gas fuel is supplied to the sub-combustion chamber when the sub-chamber valve closes the communication hole. The sealing structure of
A joint ring made of a plurality of heat-resistant metals disposed by fitting the valve stem to the lower stage of the support sleeve close to the auxiliary combustion chamber;
A combination packing comprising a resin ring that is disposed between the support sleeve and the valve stem above the plurality of abutment rings and is inserted into the valve stem, and an elastic ring that is inserted into the outer periphery of the resin ring. And further,
An annular groove is formed on the inner peripheral surface of the support sleeve between the plurality of joint rings and the combination packing. ''
A sub-chamber valve support portion sealing structure in a gas engine is provided.

上記合口リングは、所定温度以上において対向する端面が互いに接合し、該弁ステムの外周面との間に所定の隙間を保持するように構成されていることが望ましい。また、上記支持スリーブにおける組み合わせパッキンの上側には潤滑油路が形成されていることが望ましい。さらに、上記支持スリーブが上下方向に3分割されており、上記組み合わせパッキンが上方の第1スリーブ部材に配設されるとともに上記複数の合口リングが下方の第3スリーブ部材に配設され、かつ、上記環状溝が中間の第2スリーブ部材に形成されていることが望ましい。 The abutment ring is joined end surfaces opposed to each other in the predetermined temperature or higher with each other, it is not to demand that is configured to hold a predetermined gap between the outer peripheral surface of the valve stem. Further , it is desirable that a lubricating oil passage is formed on the upper side of the combination packing in the support sleeve. Further, the support sleeve is divided into three in the vertical direction, the combination packing is disposed on the upper first sleeve member, and the plurality of joint rings are disposed on the lower third sleeve member, and It is desirable that the annular groove is formed in the intermediate second sleeve member.

本発明によるガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造は、副燃焼室に近い下段には高圧燃焼ガスをシールするようにセルフシールが可能な複数の合口リングを配設し、その上段に静的なシール機能を有する樹脂リングと弾性リングとからなる組み合わせパッキンを配設し、さらに、複数の合口リングと組み合わせパッキンとの間には環状溝を形成したので、ラビリンスの減圧効果による高圧燃焼ガスの動的なシール性が確実に保持されると同時に、低圧燃料の静的なシール性を確保することができる。 In the gas engine according to the present invention, the sub-chamber valve support seal structure is provided with a plurality of abutment rings capable of self-sealing so as to seal high-pressure combustion gas at the lower stage close to the sub-combustion chamber, and at the upper stage. A combination packing consisting of a resin ring and an elastic ring having a typical sealing function is disposed, and an annular groove is formed between the plurality of abutment rings and the combination packing, so that high-pressure combustion gas due to the labyrinth decompression effect Thus, the static sealing performance of the low-pressure fuel can be ensured.

以下、本発明に従って構成されたガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a seal structure for a sub-chamber valve support in a gas engine constructed according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

図1には、本発明に従って構成された副室弁支持部のシール構造を備えたガスエンジンの断面図が示されている。図示のガスエンジンは、鋳鉄等によって形成されたシリンダブロック2と該シリンダブロック2の上面に配設された鋳鉄等によって形成されたシリンダヘッド3を具備している。シリンダブロック2にはシリンダ21が形成されており、このシリンダ21内にピストン4が摺動可能に配設されている。上記シリンダヘッド3の下面には円形凹部31が形成されており、この円形凹部31にセラミックスによって逆カップ状に形成されたヘッドライナー5が嵌合されている。このヘッドライナー5とピストン4との間に主燃焼室5aが形成される。なお、図示していないが、シリンダヘッド3には、主燃焼室5aに連通する吸気通路をおよび排気通路が形成されており、吸気通路には吸気弁が配設され、排気通路には排気弁が配設されている。この構成が通常のディーゼルエンジンの構成と同様であるため、その説明は省略する。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of a gas engine having a sub-chamber valve support portion sealing structure constructed according to the present invention. The illustrated gas engine includes a cylinder block 2 formed of cast iron or the like, and a cylinder head 3 formed of cast iron or the like disposed on the upper surface of the cylinder block 2. A cylinder 21 is formed in the cylinder block 2, and a piston 4 is slidably disposed in the cylinder 21. A circular recess 31 is formed on the lower surface of the cylinder head 3, and a head liner 5 formed in a reverse cup shape with ceramics is fitted into the circular recess 31. A main combustion chamber 5 a is formed between the head liner 5 and the piston 4. Although not shown, the cylinder head 3 is formed with an intake passage communicating with the main combustion chamber 5a and an exhaust passage. An intake valve is provided in the intake passage, and an exhaust valve is provided in the exhaust passage. Is arranged. Since this structure is the same as that of a normal diesel engine, the description thereof is omitted.

図示の実施形態における上記ヘッドライナー5は、その上壁の上側に副燃焼室5bを備えている。そして、ヘッドライナー5の上壁には、上記主燃焼室5aと副燃焼室5bとを連通する連通穴51が形成されている。また、副燃焼室5bを形成する上壁にはガス燃料供給穴52が形成されており、このガス燃料供給穴52はガス燃料供給管6に接続されている。このガス燃料供給穴52には上記ピストン4の往復動と関連して作動せしめられる燃料供給弁7が配設されている。なお、燃料供給弁7の作動タイミングについては、後で詳細に説明する。また、副燃焼室5bを形成する上壁には、上記連通穴51と同一軸線上に弁ステム挿通穴53が形成されている。 The head liner 5 in the illustrated embodiment includes a sub-combustion chamber 5b on the upper side of the upper wall thereof. A communication hole 51 is formed in the upper wall of the head liner 5 to communicate the main combustion chamber 5a and the auxiliary combustion chamber 5b. A gas fuel supply hole 52 is formed in the upper wall forming the sub-combustion chamber 5 b, and the gas fuel supply hole 52 is connected to the gas fuel supply pipe 6. The gas fuel supply hole 52 is provided with a fuel supply valve 7 that is operated in association with the reciprocation of the piston 4. The operation timing of the fuel supply valve 7 will be described in detail later. Further, a valve stem insertion hole 53 is formed on the same axis as the communication hole 51 on the upper wall forming the auxiliary combustion chamber 5b.

図示の実施形態におけるガスエンジンは、上記主燃焼室5aと副燃焼室5bとを連通する連通穴51を開閉する副室弁8を具備している。この副室弁8は、連通穴51の弁座511に着座するように形成された弁部81と、該弁部81と一体に形成された弁ステム82とからなっており、弁ステム82が支持機構10によって軸方向に摺動可能に支持されている。支持機構10は、スリーブ挿入穴111を備えたケース11を具備している。このケース11は、その下端部を上記副燃焼室5bを形成する上壁の上に配設されたガスケット54を押し付け、締付ボルト19によってシリンダヘッド3に取り付けられる。   The gas engine in the illustrated embodiment includes a sub chamber valve 8 that opens and closes a communication hole 51 that communicates the main combustion chamber 5a and the sub combustion chamber 5b. The sub chamber valve 8 includes a valve portion 81 formed so as to be seated on the valve seat 511 of the communication hole 51 and a valve stem 82 formed integrally with the valve portion 81. The support mechanism 10 is supported so as to be slidable in the axial direction. The support mechanism 10 includes a case 11 having a sleeve insertion hole 111. The lower end of the case 11 is attached to the cylinder head 3 with a fastening bolt 19 by pressing a gasket 54 disposed on the upper wall forming the sub-combustion chamber 5b.

上述したケース11のスリーブ挿入穴111には、副室弁8の弁ステム82を軸方向に摺動可能に支持する支持スリーブ12の下半分が嵌合される。この支持スリーブ12について、図2を参照して説明する。図示の実施形態における支持スリーブ12は、第1のスリーブ部材121と第2のスリーブ部材122および第3のスリーブ部材123に分割して構成されている。この第1のスリーブ部材121と第2のスリーブ部材122および第3のスリーブ部材123には、それぞれ上記弁ステム82が挿通する穴121A、122A、123Aが設けられている。第1のスリーブ部材121の下端部には、環状の嵌合溝121bが形成されている。第2のスリーブ部材122は、上部に形成され第1のスリーブ部材121に設けられた環状の嵌合溝121bに嵌合する第1の嵌合部122aと、下部に形成された第2の嵌合部122bと、第1の嵌合部122aと第2の嵌合部122bとの間に設けられ径方向に突出して形成されたフランジ部122cとからなっている。第3のスリーブ部材123は、上部に形成され上記第2のスリーブ部材122の第2の嵌合部122bと嵌合する環状の第1の嵌合溝123aと、該第1の嵌合溝123aの下側に形成され第1の嵌合溝123aより小径の環状の第2の嵌合溝123bを備えている。この第3のスリーブ部材123における第1の嵌合溝123aと第2の嵌合溝123bとの段部123cと、上記第2のスリーブ部材122の下端との間には第1のスペーサー13が配設され、第3のスリーブ部材123の下端と上記ケース11との間には第2のスペーサー14が配設されている。 The lower half of the support sleeve 12 that slidably supports the valve stem 82 of the sub chamber valve 8 in the axial direction is fitted into the sleeve insertion hole 111 of the case 11 described above. The support sleeve 12 will be described with reference to FIG. The support sleeve 12 in the illustrated embodiment is divided into a first sleeve member 121, a second sleeve member 122, and a third sleeve member 123. The first sleeve member 121, the second sleeve member 122, and the third sleeve member 123 are provided with holes 121A, 122A, and 123A through which the valve stem 82 is inserted, respectively. An annular fitting groove 121 b is formed at the lower end of the first sleeve member 121. The second sleeve member 122 includes a first fitting portion 122a that is formed in an upper portion and is fitted in an annular fitting groove 121b provided in the first sleeve member 121, and a second fitting formed in the lower portion. It consists of a joint part 122b and a flange part 122c provided between the first fitting part 122a and the second fitting part 122b and projecting in the radial direction. The third sleeve member 123 includes an annular first fitting groove 123a formed on the upper portion and fitted to the second fitting portion 122b of the second sleeve member 122, and the first fitting groove 123a. An annular second fitting groove 123b formed on the lower side and having a smaller diameter than the first fitting groove 123a is provided. The first spacer 13 is interposed between the step 123c of the first fitting groove 123a and the second fitting groove 123b in the third sleeve member 123 and the lower end of the second sleeve member 122. The second spacer 14 is disposed between the lower end of the third sleeve member 123 and the case 11.

次に、上記支持スリーブ12を構成する第1のスリーブ部材121と第2のスリーブ部材122および第3のスリーブ部材123と、弁ステム82との間に構成されるシール構造について説明する。
上記副燃焼室5bに近い下段、即ち第3のスリーブ部材123の第2の嵌合溝123bおよび第1のスペーサー13と第2のスリーブ部材122の下端との間には、合口リング15、15が配設されている。この合口リング15は、耐熱性を有するインコロイ等の金属材料によって構成されており、図3に示すように弁ステム82が嵌挿する穴151を備え、合口部における互いに対向する端面間の隙間Sが例えば0.3mm程度の設定されている。この隙間Sは、合口リング15の背面に作用する高圧燃焼ガス(筒内圧)により、所定温度(例えば、500°C)以上において対向する端面が互いに接合し、弁ステム82の外周面との間に所定の隙間(例えば、0mmを超え0.02mm以下である間隙)を保持する値に設定することが望ましい。このように構成された合口リング15、15の上方である上段、即ち上記第2のスリーブ部材122の上端と第1のスリーブ部材121の嵌合溝121bの端面との間には、組み合わせパッキン16が配設されている。この組み合わせパッキン16は、樹脂リング17と該樹脂リング17の外周に嵌挿される弾性リング18とからなっている。樹脂リング17は、摺動特性に優れた四フッ化エチレン樹脂によって形成されている。弾性リング18は、フッ素ゴムによって形成されている。そして、合口リング15、15と組み合わせパッキン16との間に配設された第2のスリーブ部材122の内周面には環状溝122dが形成されている
Next, a seal structure formed between the first sleeve member 121, the second sleeve member 122, the third sleeve member 123, and the valve stem 82 constituting the support sleeve 12 will be described.
The lower rings close to the auxiliary combustion chamber 5 b, that is, between the second fitting groove 123 b of the third sleeve member 123 and the first spacer 13 and the lower end of the second sleeve member 122, the abutment rings 15, 15. Is arranged. The abutment ring 15 is made of a heat-resistant metal material such as incoloy, and includes a hole 151 into which the valve stem 82 is inserted as shown in FIG. 3, and a gap S between the end faces facing each other in the abutment portion. Is set to about 0.3 mm, for example. This gap S is formed between the end faces facing each other at a predetermined temperature (for example, 500 ° C.) or more by the high-pressure combustion gas (in-cylinder pressure) acting on the back surface of the abutment ring 15, and between the outer peripheral surface of the valve stem 82. It is desirable to set a value that holds a predetermined gap ( for example, a gap that exceeds 0 mm and is 0.02 mm or less ). The combination packing 16 is provided between the upper stage above the joint rings 15, 15 thus configured, that is, between the upper end of the second sleeve member 122 and the end surface of the fitting groove 121 b of the first sleeve member 121. Is arranged. The combination packing 16 includes a resin ring 17 and an elastic ring 18 that is fitted on the outer periphery of the resin ring 17. The resin ring 17 is made of a tetrafluoroethylene resin having excellent sliding characteristics. The elastic ring 18 is made of fluoro rubber. An annular groove 122 d is formed on the inner peripheral surface of the second sleeve member 122 disposed between the abutment rings 15 and 15 and the combination packing 16 .

図示の実施形態におけるシール構造は、第1のスリーブ部材121における組み合わせパッキン16の上側に形成された潤滑油路121cを備えている。この潤滑油路121cは、ケース11に形成された潤滑油供給通路112に連通されている。なお、潤滑油供給通路112は、図示しない潤滑油供給手段に接続されている。 The seal structure in the illustrated embodiment includes a lubricating oil passage 121 c formed on the upper side of the combination packing 16 in the first sleeve member 121. The lubricating oil passage 121 c communicates with a lubricating oil supply passage 112 formed in the case 11. The lubricating oil supply passage 112 is connected to lubricating oil supply means (not shown).

図1に戻って説明を続けると、副室弁8の弁ステム82の上端部にはバルブスプリングリテーナ91が取り付けられており、このバルブスプリングリテーナ91とケース11との間にバルブスプリング90が配設されている。従って、副室弁8はバルブスプリング90によって常に上方に付勢されている。このように構成された副室弁8は、図示しない動弁機構によって上記ピストン4の往復動と関連して作動せしめられるようになっている。 1, the valve spring retainer 91 is attached to the upper end portion of the valve stem 82 of the sub chamber valve 8, and the valve spring 90 is arranged between the valve spring retainer 91 and the case 11. It is installed. Accordingly, the sub chamber valve 8 is always urged upward by the valve spring 90 . The sub chamber valve 8 configured as described above is operated in association with the reciprocation of the piston 4 by a valve mechanism (not shown).

図示の実施形態におけるガスエンジンは以上のように構成されており、以下、その作動について上記副室弁8と燃料供給弁7および図示しない吸気弁、排気弁の開閉時期を示す図4をも参照して説明する。
エンジンの吸気行程の前期に副室弁8が閉じ、吸気行程の後期に燃料供給弁7が開かれると、ガス燃料供給管6からガス燃料供給穴52を通してガス燃料が副燃焼室5bに供給される。一方、吸気行程において主燃焼室5aに吸入された空気は、圧縮行程で圧縮されて高温となる。圧縮行程の後期に副室弁8が開くと、主燃焼室5a内の高温の空気が連通穴51を通して副燃焼室5bへ噴出し、ガス燃料と混合してガス燃料を着火させる。副燃焼室5bで着火したガス燃料と空気の混合気は、膨張行程で連通穴51を通して主燃焼室5aに流入し、燃焼しつつピストン4に爆発荷重を作用せしめてピストン4を往復動させる。
The gas engine in the illustrated embodiment is configured as described above. Hereinafter, refer also to FIG. 4 showing the opening and closing timings of the sub chamber valve 8 and the fuel supply valve 7 and the intake valve and exhaust valve (not shown). To explain.
When the sub chamber valve 8 is closed in the first half of the intake stroke of the engine and the fuel supply valve 7 is opened in the second half of the intake stroke, the gas fuel is supplied from the gas fuel supply pipe 6 through the gas fuel supply hole 52 to the sub combustion chamber 5b. The On the other hand, the air sucked into the main combustion chamber 5a in the intake stroke is compressed in the compression stroke and becomes high temperature. When the sub-chamber valve 8 is opened at the latter stage of the compression stroke, high-temperature air in the main combustion chamber 5a is jetted to the sub-combustion chamber 5b through the communication hole 51, and mixed with the gas fuel to ignite the gas fuel. The mixture of gas fuel and air ignited in the sub-combustion chamber 5b flows into the main combustion chamber 5a through the communication hole 51 in the expansion stroke, and causes the piston 4 to reciprocate by applying an explosion load to the piston 4 while burning.

上述したガスエンジンの作動時において、副燃焼室5bにガス燃料が供給された際には副室弁8の弁ステム82と支持スリーブ12との間からガス燃料が漏れる。このガス燃料は、合口リング15、15の周囲等を通して上昇するが組み合わせパッキン16を構成する樹脂リング17と該樹脂リング17の外周に嵌挿される弾性リング18とによって遮断され、更に上方への漏れが防止される。即ち、弁ステム82の外周との間は樹脂リング17によってシールされ、樹脂リング17と支持スリーブ12との間は弾性リング18によってシールされる。このとき、樹脂リング17は弁ステム82の外周と強い圧力で弾性接触していないので、摩擦力により破損する虞がない。   During operation of the gas engine described above, when gas fuel is supplied to the sub-combustion chamber 5b, gas fuel leaks from between the valve stem 82 of the sub-chamber valve 8 and the support sleeve 12. This gas fuel rises through the periphery of the abutment rings 15, 15, but is blocked by the resin ring 17 constituting the combination packing 16 and the elastic ring 18 inserted into the outer periphery of the resin ring 17, and further leaks upward. Is prevented. That is, the space between the outer periphery of the valve stem 82 is sealed by the resin ring 17, and the space between the resin ring 17 and the support sleeve 12 is sealed by the elastic ring 18. At this time, since the resin ring 17 is not elastically contacted with the outer periphery of the valve stem 82 by a strong pressure, there is no possibility that the resin ring 17 is damaged by a frictional force.

一方、副室弁8が開かれている状態においては、副燃焼室5b内は圧縮行程で圧縮されて高温となった空気と混合されたガス燃料が燃焼せしめられる。この結果、副燃焼室5b内の高圧燃焼ガスの一部は、副室弁8の弁ステム82と支持スリーブ12との間から漏れる。この高圧燃焼ガスは合口リング15、15の外周面に作用するため合口リング15の径が縮小し、弁ステム82との隙間が縮小して高圧燃焼ガスの流通を抑制する。図示の実施形態においては、合口リング15所定温度(例えば、500°C)以上になると高圧燃焼ガスの圧力も上昇して、合口リング15の合口部の対向する端面が接合する。そのため、合口リング15のそれ以上の縮小が阻止されて弁ステム82の外周面との間に所定の隙間(例えば、0mmを超え0.02mm以下である間隙)が保持され、弁ステム82の外周面に抱き付くことがない。したがって、弁ステム82の上下動に対して摺動抵抗が増加することもなく、磨耗の問題もない。
そして、合口リング15、15と組み合わせパッキン16との間に配設された第2のスリーブ部材122の内周面には環状溝122dが形成されている。合口リング15、15から僅かに漏れた燃焼ガスは環状溝122dに侵入することによって圧力が降下するため、更に上方への漏れが抑制される。つまり、このシール構造においては、弁ステム82と合口リング15との間隙を通過する僅かな燃焼ガスは、複数の合口リング15において圧力が降下し、環状溝122dに流れ込む際にさらに圧力が降下する。こうしたラビリンスによる減圧効果で大きな流体抵抗が生じ、燃焼ガスの漏洩は実質的に防止される。このガスエンジンでは、エンジンの吸気行程の前期に副室弁8が閉じ副燃焼室5b内の圧力が低下するが、このとき、環状溝122d内の燃焼ガスは、低圧の副燃焼室5b内に流出する。そのため、環状溝122d内が高圧となることがなく僅かな燃焼ガスの流れが常に生じるから、ラビリンスによるシール効果は常時確保されることとなる。また、僅かな燃焼ガスは環状溝122dに貯留されて上方の組み合わせパッキン16には流れないため、組み合わせパッキン16が樹脂であっても熱的な損傷を被ることはない。
On the other hand, in the state where the sub chamber valve 8 is opened, the gas fuel mixed with the air which has been compressed in the compression stroke and becomes high temperature is combusted in the sub combustion chamber 5b. As a result, a part of the high-pressure combustion gas in the auxiliary combustion chamber 5 b leaks from between the valve stem 82 of the auxiliary chamber valve 8 and the support sleeve 12. Since this high-pressure combustion gas acts on the outer peripheral surfaces of the abutment rings 15, 15, the diameter of the abutment ring 15 is reduced, the gap with the valve stem 82 is reduced, and the circulation of the high-pressure combustion gas is suppressed. In the illustrated embodiment, when the abutment ring 15 reaches a predetermined temperature (for example, 500 ° C.) or higher, the pressure of the high-pressure combustion gas also increases, and the opposite end faces of the abutment portion of the abutment ring 15 are joined . Therefore, further reduction of the abutment ring 15 is prevented, and a predetermined gap ( for example, a gap of more than 0 mm and not more than 0.02 mm ) is maintained between the outer periphery of the valve stem 82 and the valve stem 82. There is no hug to the outer peripheral surface . Therefore, the sliding resistance does not increase with respect to the vertical movement of the valve stem 82, and there is no problem of wear.
Then, the inner peripheral surface of the second sleeve member 122 disposed between the packing 16 in combination with abutment rings 15 and 15 are formed annular grooves 122d. Since the combustion gas slightly leaking from the abutment rings 15 and 15 enters the annular groove 122d and the pressure drops, further upward leakage is suppressed. That is, in this seal structure, a slight amount of combustion gas passing through the gap between the valve stem 82 and the abutment ring 15 drops in the plurality of abutment rings 15 and further drops when flowing into the annular groove 122d. . A large fluid resistance is generated by the pressure reducing effect by such a labyrinth, and leakage of the combustion gas is substantially prevented. In this gas engine, the sub chamber valve 8 is closed in the first half of the intake stroke of the engine, and the pressure in the sub combustion chamber 5b is reduced. At this time, the combustion gas in the annular groove 122d flows into the low pressure sub combustion chamber 5b. leak. For this reason, since the inside of the annular groove 122d does not become a high pressure and a slight flow of combustion gas always occurs, the sealing effect by the labyrinth is always ensured. Further, since a slight amount of combustion gas is stored in the annular groove 122d and does not flow to the upper combination packing 16, it is not damaged even if the combination packing 16 is resin.

また、図示の実施形態においては、第1のスリーブ部材121における組み合わせパッキン16の上側に潤滑油路121cを形成し、第1のスリーブ部材121の側面から潤滑油を供給するようにしたので、この潤滑油が第1のスリーブ部材121と弁ステム82との間を通してシリンダヘッド3側に流れることにより弁ステム82を冷却することができるとともに、組み合わせパッキン16を構成する樹脂リング17の内周面と弁ステム82の外周面との間の摺動部に適度な潤滑油を常に供給することができる。   In the illustrated embodiment, the lubricating oil passage 121c is formed above the combination packing 16 in the first sleeve member 121, and the lubricating oil is supplied from the side surface of the first sleeve member 121. The lubricating oil flows to the cylinder head 3 side through between the first sleeve member 121 and the valve stem 82 to cool the valve stem 82, and the inner peripheral surface of the resin ring 17 constituting the combination packing 16 Appropriate lubricating oil can always be supplied to the sliding portion between the valve stem 82 and the outer peripheral surface.

以上のように、本発明によるガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造においては、副燃焼室5bに近い下段には高圧燃焼ガスのシール用にセルフシールが可能な合口リング15、15を配設し、その上段に静的なシール機能を有する樹脂リング17と弾性リング18とからなる組み合わせパッキン16を配設し、さらに、複数の合口リングと組み合わせパッキンとの間には環状溝を形成したので、高圧燃焼ガスの動的なシール性と低圧燃料の静的なシール性を確保することができる。合口リングと組み合わせパッキンとの間の環状溝は、高圧燃焼ガスが組み合わせパッキンに流れ込んでこれを損傷する事態を防止する役目も果たす。
また、図示の実施形態においては、支持スリーブ12における組み合わせパッキン16の上側に潤滑油路121cを形成し潤滑油を供給するようにしたので、弁ステム82を冷却することができるとともに、組み合わせパッキン16を構成する樹脂リング17の内周面と弁ステム82の外周面との間の摺動部に適度な潤滑油を供給することにより潤滑機能を確保することができる。
As described above, in the seal structure of the sub-chamber valve support portion in the gas engine according to the present invention , the abutment rings 15 and 15 capable of self-sealing for sealing high-pressure combustion gas are arranged in the lower stage near the sub-combustion chamber 5b. The combination packing 16 composed of a resin ring 17 having a static sealing function and an elastic ring 18 is disposed on the upper stage, and an annular groove is formed between the plurality of joint rings and the combination packing. Therefore, the dynamic sealing performance of the high-pressure combustion gas and the static sealing performance of the low-pressure fuel can be ensured. The annular groove between the abutment ring and the combination packing also serves to prevent the high pressure combustion gas from flowing into the combination packing and damaging it.
In the illustrated embodiment, the lubricating oil passage 121c is formed on the upper side of the combination packing 16 in the support sleeve 12 to supply the lubricating oil, so that the valve stem 82 can be cooled and the combination packing 16 can be cooled. A lubricating function can be ensured by supplying an appropriate amount of lubricating oil to the sliding portion between the inner peripheral surface of the resin ring 17 and the outer peripheral surface of the valve stem 82.

本発明に従って構成された副室弁支持部のシール構造を備えたガスエンジンの断面図。Sectional drawing of the gas engine provided with the seal structure of the subchamber valve support part comprised according to this invention. 図1に示すガスエンジンの副室弁支持部のシール構造を拡大して示す断面図。Sectional drawing which expands and shows the seal structure of the subchamber valve support part of the gas engine shown in FIG. 図2に示す副室弁支持部のシール構造を構成する合口リングの平面図The top view of the abutment ring which comprises the sealing structure of the sub chamber valve support part shown in FIG . 図1に示すガスエンジンの各弁の開閉時期を示す説明図。Explanatory drawing which shows the opening / closing timing of each valve of the gas engine shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

2:シリンダブロック
21:シリンダ
3:シリンダヘッド
4:ピストン
5:ヘッドライナー
5a:主燃焼室
5b:副燃焼室
51:連通穴
52:ガス燃料供給穴
53:弁ステム挿通穴
6:ガス燃料供給管
7:燃料供給弁
8:副室弁
81:弁部
82:弁ステム
91:バルブスプリングリテーナ
92:バルブスプリング
10:支持機構
11:ケース
111:スリーブ挿入穴
112:潤滑油供給通路
12:支持スリーブ
121:第1のスリーブ部材
121c:潤滑油路
122:第2のスリーブ部材
123:第3のスリーブ部材
15:合口リング
16:組み合わせパッキン
17:樹脂リング
18:弾性リング
2: cylinder block 21: cylinder 3: cylinder head 4: piston 5: head liner 5a: main combustion chamber 5b: auxiliary combustion chamber 51: communication hole 52: gas fuel supply hole 53: valve stem insertion hole 6: gas fuel supply pipe 7: Fuel supply valve 8: Sub chamber valve 81: Valve portion 82: Valve stem 91: Valve spring retainer 92: Valve spring 10: Support mechanism 11: Case 111: Sleeve insertion hole 112: Lubricating oil supply passage 12: Support sleeve 121 : First sleeve member 121c: lubricating oil path 122: second sleeve member 123: third sleeve member
15 : Joint ring 16: Combination packing 17: Resin ring 18: Elastic ring

Claims (4)

シリンダブロックに形成されたシリンダ内に摺動可能に配設されたピストンと該シリンダブロックの上面に配設されたシリンダヘッドとによって形成される主燃焼室と、該シリンダヘッドに設けられ該主燃焼室と連通穴によって連通された副燃焼室と、該副燃焼室を挿通して配設され該連通穴を開閉する副室弁と、該シリンダヘッドに配設され該副室弁の弁ステムを摺動可能に支持する支持スリーブとを具備し、該副燃焼室には、該副室弁が該連通穴を閉鎖しているときにガス燃料が供給されるガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造であって、
該支持スリーブの該副燃焼室に近い下段に該弁ステムを嵌挿して配設された複数の耐熱性金属からなる合口リングと、
該複数の合口リングの上方において該支持スリーブと該弁ステムとの間に配設され該弁ステムに嵌挿された樹脂リングと該樹脂リングの外周に嵌挿された弾性リングとからなる組み合わせパッキンと、を具備しており、さらに、
該支持スリーブにおける該複数の合口リングと該組み合わせパッキンとの間の内周面には環状溝が形成されていることを特徴とするガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造。
A main combustion chamber formed by a piston slidably disposed in a cylinder formed in the cylinder block and a cylinder head disposed on an upper surface of the cylinder block, and the main combustion provided in the cylinder head A sub-combustion chamber communicated with the chamber by a communication hole; a sub-chamber valve that is inserted through the sub-combustion chamber to open and close the communication hole; and a valve stem of the sub-chamber valve disposed in the cylinder head. A support sleeve for slidably supporting the sub-combustion chamber, wherein the sub-combustion chamber has a sub-chamber valve support portion in a gas engine to which gas fuel is supplied when the sub-chamber valve closes the communication hole . A seal structure,
A joint ring made of a plurality of heat-resistant metals disposed by fitting the valve stem to the lower stage of the support sleeve close to the auxiliary combustion chamber;
A combination packing comprising a resin ring that is disposed between the support sleeve and the valve stem above the plurality of abutment rings and is inserted into the valve stem, and an elastic ring that is inserted into the outer periphery of the resin ring. And further,
An annular groove is formed in an inner peripheral surface between the plurality of abutment rings and the combination packing in the support sleeve, and a seal structure for a sub chamber valve support in a gas engine.
該合口リングは、所定温度以上において対向する端面が互いに接合し、該弁ステムの外周面との間に所定の隙間を保持するように構成されている請求項1記載のガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造。   2. The sub-chamber valve in the gas engine according to claim 1, wherein the abutment ring is configured such that end faces facing each other at a predetermined temperature or more are joined to each other and a predetermined gap is maintained between the end face and the outer peripheral surface of the valve stem. Support structure seal structure. 該支持スリーブにおける組み合わせパッキンの上側には潤滑油路が形成されている請求項1記載のガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造。   2. The seal structure for a sub chamber valve support portion in a gas engine according to claim 1, wherein a lubricating oil passage is formed above the combination packing in the support sleeve. 該支持スリーブが上下方向に3分割されており、該組み合わせパッキンが上方の第1スリーブ部材に配設されるとともに該複数の合口リングが下方の第3スリーブ部材に配設され、かつ、該環状溝が中間の第2スリーブ部材に形成されている請求項1記載のガスエンジンにおける副室弁支持部のシール構造 The support sleeve is divided into three in the vertical direction, the combination packing is disposed on the upper first sleeve member, the plurality of joint rings are disposed on the lower third sleeve member, and the annular The seal structure of the sub-chamber valve support part in the gas engine according to claim 1, wherein the groove is formed in the intermediate second sleeve member .
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