JP4317833B2 - ツーサイクル容積型エンジン - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室にアウトレットバルブによって制御可能な排気口を備え、シリンダヘッドに、燃焼室の排気口に接続された排気路と、その上壁を貫く、排気路を貫通するアウトレットバルブのシャフト用の案内スリーブとを含むバルブハウジングが載置されている少なくとも1つのシリンダを備え、案内スリーブとバルブシャフトとの互いに向き合った案内面の間にあり、排気路と連通する環状スリットであって、上部の排気路から離れた端部領域が少なくとも1つのパッキンリングを備えたパッキン装置で画定される環状スリットに、オイルを注入可能であるツーサイクル容積型エンジン、特にツーサイクル大型ディーゼルエンジンに関する。

このような種類の構成はDE 101 61 438 A1から公知である。案内スリーブの案内面とバルブシャフトとの間の環状スリットにオイルを注入することによって、以前にはバルブシャフトの腐食およびパッキン装置のパッキンリングの破損を誘発した、排気路から環状スリット内に侵入する燃焼残滓に対する確実な防護がなされる。上記DE 101 61 438 A1から公知である構成の場合、環状スリットには、排気バルブ側に割り当てられた油圧式作動装置から分流したオイルが取り付けられた配油装置によって注入される。この公知の構成では、配油装置が備えられているため、製造および保守コストが高い高経費の構造になる。
DE 101 61 438 A1

したがって、このことに基づいて、本発明の目的は、従来は必要であった配油装置を必要とせず、それにもかかわらずバルブシャフトと案内スリーブとの間の環状スリットへの確実な給油が保証されるように、簡単で低コストの手段で冒頭に記載した種類の構成を改良することにある。

上記の目的は、本発明によれば、排気路に面するパッキン装置のパッキンリングの上部にオイルを注入可能なオイルリザーバを備え、その注油はパッキンリングの排気路とは反対側の上部で行われることによって達成される。

この措置によって、排気路に面するパッキン装置のパッキンリングに上方から永久的にオイルリザーバ内にあるオイルが注がれることが確実なものとなる。その際にこのオイルによってこのパッキンリングの接触面が良好に潤滑されるだけではなく、同時にパッキンリングの下方にある環状スリットに制御された給油がなされる。これに対応して、パッキンリングの上方に備えられたオイルリザーバは、環状スリット内に燃焼残滓が侵入することを確実に防止することができる、オイルを環状スリットに給油するためのオイル供給源の役割を果たす。オイルは実際にはバルブシャフト自体を通って環状スリット内に給送されるので、極めて簡単で保守不要な構造になる。その際にオイル消費量はパッキンリングの幾何学的形状によって所定限度に留められるので、簡単な構造にも関わらず確実な配油と僅かな量のオイル消費とが保証される。これに対応して、本発明による措置は全体として優れた経済性を発揮する。

上記の措置の有利な構成と適切な実施形態は従属請求項に記載されている。

有利には、オイルリザーバには、排気バルブに割り当てられた油圧式フィーダから生ずる漏れオイルを少なくとも部分的に供給可能である。これによって特に簡単で低コストの構造が得られる。

通常は排気バルブには油圧式フィーダと、その下方に配置され、空気ばねとして形成された戻し装置が取り付けられ、この空気ばねはバルブシャフトに取り付けられたピストンと、ピストンで界接され、空気が注入される作用室とを備えている。その際に油圧式作動装置から漏出する漏れオイルは空気ばねのピストン上に滴下し、その後、ピストンの周囲側の案内面を通り過ぎて作用室に達する。その際に好適には、オイルは簡単に作用室の床領域に集まることができ、それによって所望のオイルリザーバが生じる。その際に、このオイルリザーバから延出し、作用室の負荷を軽減する安全バルブが内部に配置されたオイル戻し管が備えられている。その際、安全バルブの開放圧を調整することによって、オイルリザーバ内の所望のオイルレベルを維持することができる。

特に有利な別の実施形態では、安全バルブには上記オイルリザーバ内に延びるあふれ管が前置され、あふれバッフルを形成するその上端部は、オイルがあふれるパッキンリングよりも高い位置にある。それによって、オイルレベルは上縁部があふれバッフルとして機能するあふれ管によって規定されるので、安全バルブの調整が容易になる。

漏れオイルが充分でない場合は、空気ばねの作用室に外部のオイル供給源から簡単にオイルおよび/またはオイルミストを注入することができる。オイルミストを生成するには作用室の圧縮空気供給源に備えられた圧縮空気管にオイル混合装置を簡単に取り付けることができる。

別の有利な措置は、パッキン装置を覆う防護カバーが、排気路に面するパッキンリングの上部に、オイルリザーバと連通し、オイルリザーバまでバルブシャフトに設けられた穴に続く径方向の少なくとも1つの切り欠き部を備えることにある。それによってパッキン装置の排気路に面するパッキンリングの特に確実なあふれを達成可能である。

上述の措置の別の有利な構成によれば、防護カバーは排気管に面したパッキンリングの上部に、供給管を介してオイルを注入可能である、内側の、オイルリザーバを収容する環状溝を備えている。その際に、比較的少ないオイル量で満タンにすることができる極めて小型のオイルリザーバを有する特にスペースを節減する構造が生ずる。

有利には環状溝は防護カバーの上縁部まで達する。その際に、この上縁部があふれバッフルとして機能することによって、オイルリザーバ内の所望のオイルレベルが簡単に達成される。

環状溝にオイルを供給するために漏れオイルを利用する場合、環状溝に取り付けられた供給管を、作用室の内部に形成された滴下縁部を支えるガッタに簡単に接続可能である。その際、作用室自体は床側のオイルリザーバを含んでおらず、それによって安全バルブの構成に関して自由に設計できる。

上述の措置の別の有利な構成では、パッキン装置は、重ねて配置された2つのパッキンリングを備えているとともに、これらのパッキンリングの間に備えられた環状スリットの領域はオイルリザーバを形成するために供給管と排出管とに接続されている。それによって特にコンパクトな構造が生ずる。その際にオイルリザーバは永久的に貫流されるので、確実なオイル供給がなされる。

上述の措置のその他の有利な構成と好適な別の実施形態は残りの従属請求項に記載されており、また図面を参照した下記の実施例の説明からより詳細にわかる。

本発明の主要な利用分野は、例えば船舶駆動用に使用されるようなツーサイクル（ツーストローク）大型ディーゼルエンジンである。このような構成の構造と動作態様は公知である。

このようなエンジンは一列に並置された複数個のシリンダ1を有している。図1にはこのようなシリンダ1の上部領域が示されている。これは図1には図示されていないシリンダライナと、その上に載置されたシリンダヘッド2とからなっている。シリンダ内には、取り付けられた排気バルブ5によって制御可能である、上部の同軸排気口4が備えられている燃焼室3がある。

排気バルブ5は排気口4の領域に備えられたバルブシートと連係するバルブヘッド6を有しており、これはスピンドル形のバルブシャフト7の下端部に配置されている。排気口4には、取り付けられたシートから排気バルブが持ち上がった場合に燃焼室3の方向に開き、その逆にもなる排気路8が接続されている。排気バルブ5には、シリンダヘッド2に載置され、排気路8を含む排気バルブハウジング9が備えられている。バルブハウジング9にはシリンダヘッド2内に係合し、排気口4を画定するバルブシートを含むシートリング9aが取り付けられている。バルブハウジング9はさらに、排気バルブ5のシャフト7に備えられた案内スリーブ10を含んでいる。これは、排気口4と同軸に配置され、バルブシャフト7が排気路8の上壁領域から突出する位置から、バルブハウジング9の上部領域にまで延在する。案内スリーブ10は、排気路8の上壁領域に貫入しており、その結果、案内スリーブ10と、排気バルブ5のシャフト7との向かい合う案内面の間の路環状スリット11は、排気路8と連通している。

バルブシャフト7は、案内スリーブ10に貫入しており、案内スリーブ10から上方に突起するバルブシャフト7の部分がバルブハウジング9に格納された、排気バルブ5に備えられ、開閉運動を実行するための作動装置を含む構造体12内に突き入っている。作動装置は油圧式ユニットとして形成されたフィーダと、空気ばねとして形成された戻し装置とを含んでいる。構造体12は二部分からなるハウジングを有しており、その上部12aはフィーダを形成する油圧式ユニットを、また下部12bは戻し装置を形成する空気ばねを含んでいる。

フィーダを形成する油圧式ユニットはバルブシャフト7の上端部に取り付けられたピストン13と、これによって画定され、上部12a内に配置された加圧室14とを含んでおり、加圧室には、好適にはモータ駆動可能なポンプとして形成された圧力源(詳細には図示せず)によって周期的に、高圧を有する油圧オイルを注入可能である。油圧式ユニットの下方に備えられ、戻し装置として機能する空気ばねは、バルブシャフト7によって貫通され、これに固定されたピストン15を含んでおり、このピストンには下部12bに形成されたカラー16によって囲まれた、圧力源に接続された圧縮空気管18を介して空気を注入できる作用室17によって画定されている。作用室17内の超過圧を解除するため、作用室には、圧力が調整される際に開放される調整可能な安全バルブ19が取り付けられている出口が備えられている。

作用室17を画定する、ピストン15に備えられているシリンダとして機能するカラー16は軸線方向および径方向の遊隙をあけて設けられている上部12aの前側の切り欠き部内に突き入っており、その際に上部12aと下部12bとの間には自由な間隙20が生ずる。間隙20の上部にある油圧式ユニットから漏れる漏れオイルは間隙20内に達し、そこから無圧の戻り管21が延びることができる。これは好適にはカラー16の床を囲む間隙20の領域に接続している。

圧縮空気を注入可能な作用室17はバルブシャフト7と案内スリーブ10との対面する案内面の間の環状スリット11に対して少なくとも1つのパッキンリング22を含むパッキン装置によって封止される。パッキン装置は少なくとも1つのパッキンリング22を含むパッキンボックスとして形成可能である。図1および図2の実施形態では、パッキンリング22が備えられる。図3の実施形態では、重ねて配置されたパッキンリング22,23が備えられる。

バルブシャフト7と案内スリーブ10との対面する案内面の間の環状スリット11は排気路8の方向に開放されているので、燃焼残滓が環状スリット11内に侵入し、案内面および特にパッキン装置のパッキンリング22もしくは下部の、すなわち排気路8に面するパッキンリング22の損傷をきたすリスクがある。これを防止するために、環状スリット11には上方からオイルが注入される。これは環状スリット11の下端部で排気路8内に出て、そこで燃焼させることができる。

環状スリット11にオイルを注入するため、パッキン装置のパッキンリング22の上部にはオイルを注入可能なオイルリザーバ24が備えられ、オイルリザーバの前記パッキンリング22の環状スリット11とは反対向きの上部で行われる注油が前記パッキンリング22からあふれ、その際にオイルリザーバは、環状スリット11に上方からオイルを供給し、パッキンリング22を潤滑するオイル供給源としての役割を果たす。

図1に示されている実施形態の場合、第1に、油圧式ユニットの加圧室14から漏れる漏れオイルが、オイルリザーバ24に給油する役割を果たす。同じことが図2にも当てはまる。前記の漏れオイルは前述のように間隙20内に滴下し、その際に少なくとも一部が空気ばね装置のピストン15の上部にも達する。漏れオイルはそこから周囲側のピストン面の領域で作用室17に達し、そこで床側に集まり、図1で明確にわかるようにオイルリザーバ24を形成可能である。

オイルリザーバ24への充分な給油を保証するため、通常は油圧式ユニットから漏れた漏れオイルは加圧室17に到達する。そうではない場合でももちろん、追加のオイルを加圧室17に誘導することができる。このことは図1に加圧室17の下部領域に接合した供給管25によって示されている。供給管25は外部のオイル源を備えることができる。しかし、供給管25を介して送られるオイルを簡単に油圧式ユニットの加圧室14から送られるオイルから分流させることも可能であろう。その代わりとして、または補助として、作用室17にオイルミストを注入することも可能である。そのために圧縮空気管18にオイル混合装置26を備えることができる。圧縮空気によって送られるオイルはオイルミストの形態で作用室17内に噴射される。オイルミストは壁に沈積し、オイルリザーバ24内に滴下する。

ピストン15が下方に移動すると、作用室17内にある、既に圧縮された空気は再度圧縮される。リザーバ24内のオイルレベルが高いほど、空気は強く圧縮される。特定の圧力に達すると安全バルブ19が開かれる。したがってオイルリザーバ24のオイルレベルは安全バルブ19の適宜の調整によって所望の高さに保つことができる。安全バルブ19は前述のようにオイルリザーバ24からオイル戻り管21までつながる流路をコントロールする。

図1に示されている実施例では、安全バルブ19にはオイルリザーバ24内に突入するあふれ管27が備えられ、その上端部はあふれバッフルを形成し、それに対応してオイルリザーバ24内のオイルレベルの高さを規定する。この実施形態では安全バルブ19はオイルリザーバ24内でのオイルレベルの高さに関わらず固定圧に調整可能であり、それによって調整が容易になる。しかし、オイルリザーバ24内のオイルレベルは一定になる。あふれ管27の上端部によって形成されるあふれバッフルはもちろんパッキンリング22よりも高い位置にあるので、パッキンリングでは確実にオイルがあふれる。

パッキンリング22を格納する案内スリーブ10は上部フランジ10aによってバルブハウジング9上に支承される。パッキンリング22は、キャップ28で覆われたフランジ10aの上方に開いた環状溝内に嵌め込まれる。キャップはオイルリザーバ24のオイル面の下方で、パッキンリング22の上方にある領域に径方向の貫通切り欠き部29を備えており、したがってこれはオイルリザーバ24からパッキンリング22の上方にある環状スリット11の部分まで続いているので、パッキンリング22でオイルがあふれるのに適している。径方向の切り欠き部29は、穴またはノッチなどとして形成可能である。

図2の根拠となる実施例は、バルブシャフト7の直径と比較してサイズが大きい、バルブシャフト7が貫く前述の防護カバー28の穴を有しているので、バルブシャフト7を囲む環状溝31が生じ、これは環状溝31に接続された供給管33を介してオイルを注入可能であるオイルリザーバ32を収容可能である。供給管33は図1の実施形態の供給管25と同様に外部のオイル源などに接続可能である。図示した実施例でも、前述のようにオイルリザーバ32に給油するために漏れオイルが利用される。

ピストン15の案内面の領域で作用室17内に流入した漏れオイルは、ピストン15に備えられた円筒形の接触面の下縁部に滴下する。その際にこの滴下縁部34は、供給管33がそこから延びるガッタ35によって支えられている。オイルリザーバ32を収容する環状溝31は防護カバー28の上部まで達し、これに対応してカバーの上部はあふれバッフルを形成し、それによってオイルリザーバ32内の一定のオイルレベルが保証される。あふれたオイルは作用室17の床領域に達し、そこから安全バルブ19によって管理されている、余剰オイルを排出可能な流路が延びている。その際に安全バルブ19はオイルリザーバ32内でのオイルレベルとは関係なく調整可能であり、それによって調整が容易になる。安全バルブ19の前に配置されるあふれ管はこの実施形態では不要であり、これはスペース上の理由からずっと有利である。

図3に示した実施形態の場合、前述のように互いに間隔を隔てた2つのパッキンリング22,23が備えられている。この双方のパッキンリング22,23によって画定されている環状スリット11の部分には、オイルリザーバ36を形成するためにオイルが注入される。図示した実施例では、注油は連続動作で行われる。前記の環状スリット部分はこれに対応して供給管37と排出管38とに接続されている。供給管37は外部のオイル源に接続可能である。排出管38は無圧オイル戻り管に接合可能である。この実施形態の場合も、この場合は下部パッキンリング22である排気路8に面したパッキンリング、すなわちパッキン装置の下部パッキンリングでは確実にオイルがあふれ、それによって環状スリット11には確実にオイルが供給される。オイルリザーバ36の強制注油によって特に高い確実性が生ずる。

通常は環状スリット11にパッキンリング22から流入するオイルを注入することによって、燃焼残滓が環状スリット11内に確実に侵入することが防止される。この効果を支えるため、環状スリット11には補足的に圧縮空気を送ることができ、これは図1に、パッキンリング22の下方に位置し、環状スリット11へと続いている導管39によって示されている。さらに、このような導管を介してオイルミストおよび/または補足オイルを送ることも考えられよう。

環状スリット11を流れるオイル流量は比較的少なくてもよく、ツーサイクル大型ディーゼルエンジンの場合は1日あたり約1リッターでよい。油圧式ユニットから漏れる漏れオイルは、このようなエンジンの場合1日当たり約10リッターであり、したがって環状スリット11に注油されるオイル消費量で充分満たされる。

環状スリット11への給油はパッキンリング22を通り過ぎて行われ、その幾何学的形状によって影響されることが可能である。これはパッキンリング22とバルブシャフト7との間に流体力学的な潤滑薄膜が生ずることに基づくものであり、その厚みは基本的にパッキンリング22の幾何学的形状、および相対速度のようなその他のあらかじめ定められた固定的なパラメータに依存する。相対的に移動する面の間のスリットのくさび形の入口が潤滑薄膜の形成を促進する。さらに、入口に続く接触面の幅も潤滑薄膜の厚みに影響を及ぼす。

図4に基づく実施例の場合、パッキンリング22は、両側がくさび形の入口41と、幅広い接触面40とを有する、水平の対称面に対して対称な断面を有している。入口のくさび形は、比較的大きなくさび角を有する。接触面40の幅は広く、ほぼパッキンリング22の高さ全体にわたっている。パッキンリング22のこのような幾何学的形状によって、ツーサイクル大型ディーゼルエンジンの場合、上記の量のオイル流量が達成される。

ツーサイクル大型ディーゼルエンジンの排気装置を備えたシリンダの上部領域の縦断面図で示された本発明の第1実施例である。 図1に対応する縦断面図のバルブシャフトに備えられた案内スリーブの上端領域を含む部分で示された本発明の第2実施例である。 図2に対応する本発明の第3実施例である。 案内スリーブの上端領域に備えられたパッキン装置のパッキン装置の放射断面図である。

符号の説明

1 シリンダ
2 シリンダヘッド
3 燃焼室
4 排気口
5 排気バルブ
6 バルブヘッド
7 シャフト
8 排気路
9 バルブハウジング
10 案内スリーブ
11 環状スリット
12 構造体
12a 上部
12b 下部
13 ピストン
14 加圧室
15 ピストン
16 カラー
17 作用室
18 圧縮空気管
19 安全バルブ
20 間隙
21 戻り管
22,23 パッキンリング
24 オイルリザーバ
25 供給管
26 混合装置
27 あふれ管
28 キャップ
29 貫通切り欠き部
31 環状溝
32 オイルリザーバ
33 供給管
34 滴下縁部
35 ガッタ
36 オイルリザーバ
37 供給管
38 排出管
39 導管
40 接触面

Claims (13)

1. 燃焼室（３）にアウトレットバルブ（５）によって制御可能な排気口（４）を備え、シリンダヘッド（２）に、前記燃焼室（３）の前記排気口（４）に接続された排気路（８）と、その上壁を貫く、前記排気路（８）を貫通する前記アウトレットバルブ（５）のシャフト（７）用の案内スリーブ（１０）とを含むバルブハウジング（９）が載置されている少なくとも１つのシリンダ（１）を備え、前記案内スリーブ（１０）とバルブシャフト（７）との互いに向き合った案内面の間にあり、上部の排気路から離れた端部領域が少なくとも１つのパッキンリング（２２）を備えたパッキン装置で画定される、前記排気路（８）と連通する環状スリット（１１）に、オイルを注入可能であるツーサイクル容積型エンジン、特にツーサイクル大型ディーゼルエンジンであって、前記排気路（８）に面する前記パッキン装置の前記パッキンリング（２２）の上部にオイルを注入可能なオイルリザーバ（２４もしくは３２もしくは３６）を備え、その注油は前記パッキンリング（２２）の前記排気路（８）とは反対側の上部で行われ、
   前記アウトレットバルブ（５）が、そのシャフト（７）に作用する油圧式フィーダによって戻り装置の力に抗して開放位置に移動可能であり、前記オイルリザーバ（２４もしくは３２）に、油圧式作動装置から漏出する漏れオイルを少なくとも部分的に供給可能であり、
   前記戻り装置が前記油圧式作動装置の下部に配設された空気ばねとして形成され、この空気ばねが、前記バルブシャフト（７）に取り付けられたピストン（１５）と、ピストンで界接され、空気が注入される作用室（１７）とを備え、前記ピストン（１５）と対向するその床領域が前記オイルリザーバ（２４）を収容し、前記オイルリザーバ（２４）から延出するオイル戻し管（２１）内に配置された安全バルブ（１９）を介して前記作用室の負荷を軽減可能であり、
   前記安全バルブ（１９）に、前記オイルリザーバ（２４）内に延びるあふれ管（２７）が前置され、前記あふれ管（２７）の上端開口部が、前記パッキンリング（２２）よりも高い位置にあり、
   前記パッキン装置の少なくとも前記排気路（８）側を向いた前記パッキンリング（２２）が、両側がくさび形のインレット（４１）と、広い接触面（４０）とを有する、水平面に対して対称である断面を備えていることを特徴とするツーサイクル容積型エンジン。
2. 前記オイルリザーバ（２４もしくは３２）内のオイルレベルが、前記あふれ管（２７）の上端開口部によって制限されることを特徴とする請求項１に記載のツーサイクル容積型エンジン。
3. 前記作用室（１７）に、取り付けられた供給管（２５）を介して外側から少なくとも部分的にオイルを注入可能であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のツーサイクル容積型エンジン。
4. 前記作用室（１７）に、取り付けられた供給管を介して少なくとも部分的にオイルミストを注入可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のツーサイクル容積型エンジン。
5. 前記作用室（１７）に、圧縮空気管（１８）を介して圧縮空気を注入可能であるとともに、前記圧縮空気管（１８）に、オイル混合装置（２６）が取り付けられることを特徴とする請求項４に記載のツーサイクル容積型エンジン。
6. 前記案内スリーブ（１０）が、前記パッキン装置を覆う防護カバー（２８）を備え、防護カバーが、オイルがあふれる前記パッキンリング（２２）の上部に、前記オイルリザーバ（２４）と連通し、前記バルブシャフト（７）が貫く穴へと続く径方向の少なくとも１つの切り欠き部（２９）を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のツーサイクル容積型エンジン。
7. 前記案内スリーブ（１０）が、前記パッキン装置を覆う防護カバー（２８）を備え、防護カバーが、オイルがあふれる前記パッキンリング（２２）の上部に、前記供給管（３３）を介してオイルを注入可能である、内側の、前記オイルリザーバ（３２）を収容する環状溝（３１）を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のツーサイクル容積型エンジン。
8. 前記戻し装置が、前記油圧式作動装置の下方に配設された空気ばねとして形成され、空気ばねが、前記バルブシャフト（７）に取り付けられたピストン（１５）と、ピストンで界接され、空気を注入可能な作用室（１７）とを備え、前記供給管（３３）がそこから延出しているガッタ（３５）によって支えられたオイル滴下縁部（３４）が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のツーサイクル容積型エンジン。
9. 前記環状溝（３１）が、前記防護カバー（２８）の上縁部まで達していることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のツーサイクル容積型エンジン。
10. 前記パッキン装置が、重ねて配置されたパッキンリング（２２，２３）を備えているとともに、前記パッキンリング（２２，２３）の間に備えられた環状スリットの領域が、前記オイルリザーバ（３６）を形成するために、供給管（３７）と排出管（３８）とに接続されていることを特徴とする請求項７に記載のツーサイクル容積型エンジン。
11. 前記供給管（３７）が、前記作用室（１７）の外側にあるオイル供給源に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のツーサイクル容積型エンジン。
12. 前記排気路（８）の側を向いた前記パッキンリング（２２）の下方の、案内スリーブ（１０）とバルブシャフト（７）との互いに向き合った案内面で界接された前記環状スリット（１１）に、供給管（３９）を介して空気および／またはオイルミストを注入可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載のツーサイクル容積型エンジン。
13. 前記環状スリット（１１）を流れるオイル流量は、一日あたり約１リッターであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のツーサイクル容積型エンジン。

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