JP4343555B2 - 往復動内燃機関、中間リング、及び大型ディーゼル機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも1つのシリンダを備え、関連するピストンを収容するシリンダ・ライナを含み、該シリンダ・ライナの上端にラジアル・フランジを具備し、前記シリンダ・ライナを半径間隔で取り囲みラジアル・フランジに当接する冷却ジャケットと共に、下部領域に少なくとも1つの冷媒入口と、上部領域に少なくとも1つの冷媒出口とを具備した、冷媒を可容の、環状室を制限する、往復動内燃機関、特に大型ディーゼル機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
往復動内燃機関の運転中、シリンダ・ライナの上部領域に特に高い温度負荷が生ずる。そのためこの危険性のある領域は、熱的過負荷を回避するために集中的に冷却されなければならない。従来、これは実際、シリンダ・ライナの上部領域がラジアル・フランジおよびシリンダ・ライナの間の移行領域から出て、冷媒を可容な、環状室と連通する冷却穴もしくは冷却通路を具備することによって実現されている。しかし、この形式では比較的高価な製造費用が必要になり、それにもかかわらず制限された冷却効果しか得られない。すなわち、この関連において、冷媒が環状室を比較的低い速度で循環し、危険性のある区域からの熱排出が実質的に自然対流によってのみ行われることになるが、これは非常に緩慢に進行する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、上記事項を前提とすると、本発明の課題は、熱的に特に危険性のある、シリンダ・ライナの上部領域の冷却を改善することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、環状室が、該環状室の内法幅を橋渡しする、冷媒出口より下に位置決めされた中間リングによって、冷媒入口を含む下部チャンバと、冷媒出口を含むチ上部ャンバとに分割され、中間リングが該中間リングの円周にわたって分配された冷媒用の流動通路を具備し、該流動通路の半径方向内側の制限が少なくとも中間リングの上部領域でシリンダ・ライナであり、少なくとも出口側で中間リングの平面に対して最小全断面を有することによって解決される。
【０００５】
前記流動通路を介して下から上へ到達する冷媒が中間リングによって遮断された環状室の断面平面に対して流動通路の最小全断面のために前記流動通路の内部で強く加速される。流動通路は、その際、実質的に高い速度を有する冷媒噴射が流出する前記ノズルを構成する。したがって中間リングより上に、シリンダ・ライナに割り当てた、壁付近の、比較的速い、効果的な熱排出を生ぜしめる冷媒流動を生じる。この冷媒は、その際上述の危険性のあるシリンダ・ライナの区域の外部表面を流洗し、それによって前記シリンダ・ライナが確実に冷却され、その結果、高い安全性が達成される。本発明による中間リングは比較的簡単かつコスト的に有利に製造することができる。もう1つの長所は、本発明による中間リングが実質的にシリンダ構成の構造の変更なしに使用できることである。したがって有利な方法で、本発明による中間リングを既存の配列で後から組込み、そのようにして熱衝撃に関して特に危険性のある区域の冷却を改善することが可能である。本発明による措置は、それに対応した卓越した経済性をも生ぜしめる。
【０００６】
優先される措置の有利な実施形態および合目的な発展形態は、従属請求項に記載している。このように中間リングは合目的にピストンの最上のピストン・リングの高さの範囲で該ピストンの上死点位置に配設することができる。それによって集中的に冷却される領域が正確に熱的に特に負荷された領域に割り当てられることが保証される。
【０００７】
もう1つの有利な措置は、中間リングが高度において調節可能であることである。それによって中間リングが正確に危険性のある領域の最適な流洗と共に最適な冷却に好適な位置に持込可能であることが保証される。
【０００８】
優先される措置の別の発展形態において、シリンダ・ライナとそのフランジとによって制限された、上部の、冷媒出口を含むチャンバの上部の、内部の角領域が、中間リングの流動通路から流出する冷媒流動の弓状の方向転換が生じるように形成される。これは乱流と共に特に良好な熱移行とをもたらす。
【０００９】
有利には、シリンダ・ライナは少なくとも中間リングに関連する領域で下向きに円錐形に拡大する外周部と、中間リングが対応する内周部とを有してよい。それによって中間リングの堅固な座が確実な支持によって半径方向および軸線方向に下向きに延びる方向へ達成することができる。したがって中間リングは上部にのみ支持されなければならない。そのために有利には、シリンダ・ライナのフランジに当接するように担持可能な、調節可能な間隔保持具を設けることができる。これは最適な位置の調整を可能にする。
【００１０】
もう1つの合目的な措置は、中間リングの直径が可変であることである。これは有利な方法で中間リングの円錐形の座との関係においても軸線方向の調節性を可能にする。
【００１１】
優先される措置のもう1つの発展形態によれば、中間リングは、好ましくは、ばねで互いに接続可能である複数のセグメントから構成することができる。これは有利な方法で中間リングの簡単な組立及び調節を可能にする。別法として中間リングは伸長可能のピストン・リングの形式に従って形成してよい。
【００１２】
中間リングの多分割式の構成において、互いにそれぞれ対向するセグメントの端部の間に、セグメントの上側および下側の上向きに突出し、その箇所に設けたセグメントのフランジとねじ止め可能である各々1つの接続板を収容してよい。その際、中間リングの高い安定性が生じる。それにも拘わらず前記接続板がばねとして機能することができるため、伸長が可能である。さらに、接続板の厚さの変化によって中間リングの直径を変化させることが可能である。
【００１３】
もう1つの合目的な措置は、流動通路の最小の断面が少なくとも1.0〜1.5mmの内法幅を有することに存することができる。この方法で、冷却液によって連行された不純物による目詰まりを確実に回避することができる。
【００１４】
優先される措置の別の発展形態において、流動通路の最小断面が、秒あたり少なくとも3mの流動速度を生じるように選ばれる。経験によれば、それによって特に良好なノズル作用と、危険性のある区域の特に確実な冷却とを達成できることを示している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
優先される措置の別の好ましい実施形態および合目的な発展形態は、残りの従属請求項に記載されており、図面を利用して以下の実施形態の説明からより詳しく読み取ることができる。
【００１６】
本発明の主な適用分野は、たとえば船舶駆動装置等として使用されるような、大型機関、特に2サイクル大型ディーゼル機関である。このような機関は、通常、複数の、列に配設されたシリンダを有し、それらのうち図1には単に一部のみを表している。図1の基礎においたシリンダ1は、シリンダ・ライナ2上に収容されたシリンダ・カバー4と共に燃焼室5を制限する、自体公知の方法で、図示しないクランク軸と協働するピストン3がシリンダ・ライナ2の中に配設された前記シリンダ・ライナを含む。ピストン3はシリンダ・ライナ2の内周に当接するピストン・リング6を具備している。
【００１７】
シリンダ・ライナ2は、該シリンダ・ライナの上端部に接続されるラジアル・フランジ7を有し、その外周部で、シリンダ・ライナ2を半径間隔で取り囲む冷却ジャケット8がその上端部と当接する。冷却ジャケット8はそのために軸線方向の当接面がフランジ7の平行の対向面9と協働し、前記当接面にフランジ側に設けた、対向面9に前置された弾性シール・リング10が当接する前記当接面を具備している。冷却ジャケット8によってシリンダ・ライナ2を取り囲む、シリンダ・ライナ2の冷却のために冷却液で噴出される環状室11が制限される。これは、矢印で示したように、環状室の下部領域に設けた入口12を介して供給され、環状室11の上端部の領域に配設された排出開口13を介して排出される。これは環状室11の断面に対して比較的小さい断面を有し、その結果、環状室11の内部に冷媒の比較的低いスルー・プット速度が生じる。
【００１８】
機関の運転中、最上位のピストン・リング6より上のピストン3の上死点位置でシリンダ・ライナ2の最大温度負荷が生じる。そのため、この危険性のある区域14は特に良好に冷却されなければならない。そのために、危険性のある区域14に関連するシリンダ・ライナ2の外側の領域で比較的速い、壁付近の冷却液の流動が発生する。これを達成するために、環状室11内に該環状室の内法幅を橋渡しする、直接出口開口13の下向きに位置決めされた中間リング15が配設されている。これは環状室11を下部の、冷媒入口12を含むチャンバ11aと、上部の、出口開口13を含むチャンバ11bとに分割し、該環状室の内縁部の領域に設けた、均一に該環状室の円周にわたって分配された両方のチャンバ11a、11bを接続する流動通路16を具備し、該流動通路の全断面は環状面に対して比較的小さい。
【００１９】
中間リング15は、該中間リングの内周とシリンダ・ライナ2で当接し、該中間リングの外周と共にフランジ7と類似に冷却ジャケット8と協働する。それに対応して、同時にシール・リング17に後置された中間リング15の対向面18と協働する冷却ジャケット8の関連する軸線方向の面に当接するリング側に設けた、取り囲む弾性シール・リング17を設けている。中間リング15の内部の円周領域は、シリンダ・ライナ2の外周に当接し、その結果、内部および外部の半径方向の中間リング15の支持が生じる。
【００２０】
図示した例において、シリンダ・ライナ2は下向きに円錐形に拡大する外部輪郭を有する。中間リング15は対応する内部輪郭を有し、その結果、望ましくない、下向きの中間リング15の運動を阻止する座状の当接部が生じる。
【００２１】
中間リング15は、該中間リングがピストン3の最上位ピストン・リング6の高度位置の領域で該ピストンの上死点位置にくるように位置決めされている。中間リングの正確な高度位置と、それに対応する該中間リングのフランジ7からの距離が合目的に調節可能である。そのために、図示した例では、調整可能の間隔保持具19を設け、それによって中間リング15が該中間リングを把持するフランジ7で支持可能である。これは中間リング15を把持する調整ねじとすることができ、この調整ねじに各々1つの固定ナットが関連する。間隔保持具19によって、中間リング15が、冷却液によって該中間リング上に行使される上向きの力に抗して支持される。合目的に中間リング15の円周にわたって複数の、均一に分配された間隔保持具19が設けられている。図示した例において、図2および図3から読取り可能であるように、4つの間隔保持具19が設けられている。シリンダ・ライナ2の外側と中間リング15の内側の円錐形の形成時に、中間リング15の軸線方向の調節は、もちろんリング直径の対応する変化を必要とする。
【００２２】
流動通路16は、該流動通路の半径方向内側の制限が少なくとも中間リング15の上部領域でシリンダ・ライナ2によって形成されるように配設されている。流動通路16の全断面は、すでに前記に示したように、中間リング15の平面に対して、それに対応して該中間リングに関連する環状室11の断面平面に対して最小である。流動通路16はそれに対応してノズルとして機能し、該ノズルの中に流入する冷却液が強く加速される。流動通路16は、それに対応して中間リング15より上に危険性のある区域14に関連するシリンダ・ライナ2の外側を壁付近で高い速度で沿流する、図1に流れ矢印20によって示した冷却液流を生ぜしめる。
【００２３】
シリンダ・ライナ2およびフランジ7の間の角領域、すなわちチャンバ11bの上部の内部の角部が面取りされ、それに対応して前記流動の弓状の方向転換を形成する。この方法により、点線の流れ線21によって示した乱流が生じる。全体に、壁付近の、乱流の流れによってシリンダ・ライナ2から冷却液への良好な熱移行と共に、確実な熱排出が生じる。
【００２４】
全ての流動通路16の内法断面の合計は、流動通路16のノズル作用が少なくとも3m/秒の流出する噴射の速度をもたらすように指定される。これは、実験が示しているように、危険性のある区域14の卓越した冷却を生ぜしめる。流動通路16の内法幅は、少なくとも1.0〜1.5mmになる。多くは、1.5mmが合目的である。それによって冷却液によって連行された不純物による流動通路の目詰まりが回避される。それにもかかわらず望ましいノズル作用で留まっている。
【００２５】
流動通路16は、図2から明らかなように、中間リング15の内周の領域に設けられた、均一に円周にわたって分配された、中間リング15の高さを介して貫通する内向きに開いた溝22として形成してよい。この場合に、流動通路16が内部でシリンダ・ライナ2により該流動通路の全長に制限されている。
【００２６】
流動通路16の別法の形成は、図5から読取り可能である。この場合、中間リング15が均一に該中間リングの円周にわたって分配された、下から上へ斜めに半径方向内側へ傾斜した穴23を具備している。これは、前記穴が中間リング15の内周の領域で該穴から流出し、中間リング15の上側が僅かにのみ面取りされ、その結果、その箇所で小さい縁部凹所24のみが生じ、この縁部凹所が取り付けた中間リング15でシリンダ・ライナによって覆われず、それに対応して流動通路16のノズル開口を形成するように内向きに傾斜している。穴23の下端部は、ここで内側から半径方向外側へ立上る中間リング15の下側の領域にある。穴23は簡単に製造可能である。同時に、その際に流動通路の比較的大きい入口開口と比較的小さい出口開口と共に、良好なノズル作用が生じる。さらに穴23の傾斜によって、危険性のある区域14に関連するシリンダ・ライナ2の外側で直接的な壁衝撃が生じる。
【００２７】
シリンダ・ライナ2の円周方向への流動の回転を実現するために、溝22もしくは穴23を円周方向へシリンダ軸に対して傾斜させてよい。図示した例において、これはその場合ではない。ここで溝22もしくは穴23がシリンダ・ジャケット線と平行にまたはシリンダ軸を含むラジアル面と平行に延びる。
【００２８】
金属または合成樹脂製としてよい中間リング15は、簡単な組付け性の実現のために伸長可能のピストン・リングの形式に従って形成してよい。実施した例は、図2〜4が直観的に識別させるように、中間リング15の多分割式形成を基礎としている。これは複数の、ここでは2つの、互いに接続可能のセグメント25から構成される。セグメント25は、該セグメントの互いにそれぞれ対向した端部の領域で上向きもしくは下向きに突出したフランジ26を具備している。一方のセグメント25の端部の領域で上向きに突出したフランジ26と、他方のセグメント25の端部の領域で下向きに突出したフランジ26とを設ける場合に充分である。セグメント25の互いにそれぞれ対向する端部の間に、上向きもしくは下向きに突出し、その箇所に設けたフランジ26と共にねじ28によって緊張した接続板27が配設されている。確実な当接の実現のために、セグメント側に固定されたフランジ26にそれぞれ対向する、ねじ28によって把持された、セグメント25に対して緩い当接ブロック29が設けられている。
【００２９】
接続板27の上部もしくは下部の縁部領域でそれぞれ1つのセグメント25とのみ接続された前記接続板は、関連する中間リング15の半径方向の拡大を可能にするばね要素として機能することができる。もちろん、様々なリング径の実現のために様々な厚さの接続板27を設けることも想到可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 2サイクル大型ディーゼル機関のシリンダの上部領域の断面図である。
【図２】 図1による配列の中間リングの平面図である。
【図３】 図2による配列の側面図である。
【図４】 拡大図示による図3の詳細Aの図である。
【図５】 穴によって形成された流動通路を備えた中間リングのセグメントの透視図である。
【符号の説明】
1 シリンダ
2 シリンダ・ライナ
3 ピストン
4 シリンダ・カバー
5 燃焼室
6 ピストン・リング
7 ラジアル・フランジ
8 冷却ジャケット
9 対向面
10 シール・リング
11 環状室
11a チャンバ
11b チャンバ
12 冷媒入口
13 冷媒出口
14 区域
15 中間リング
16 流動通路
17 シール・リング
18 対向面
19 間隔保持具
20 矢印
22 溝
23 穴
24 縁部凹所
25 セグメント
26 フランジ
27 接続板
28 ねじ
29 当接ブロック

Claims (31)

1. 少なくとも１つのシリンダ（１）を備え、
   関連するピストン（３）を収容するシリンダ・ライナ（２）を含み、
   前記シリンダ・ライナ（２）の上端にラジアル・フランジ（７）を具備し、前記シリンダ・ライナを半径間隔で取り囲み前記ラジアル・フランジ（７
   ）に当接する冷却ジャケット（８）と共に、下部領域に少なくとも１つの冷媒入口（１２）と、 上部領域に少なくとも１つの冷媒出口（１３）とを具備した、冷媒を可容な環状室（１１）を制限する、往復動内燃機関において、
   前記環状室（１１）が、該環状室の内法幅を橋渡しする、前記冷媒出口（１３）より下に位置決めされた中間リング（１５）によって、前記冷媒入口（１２）を含む下部チャンバ（１１ａ）と前記冷媒出口（１３）を含む上部チャンバ（１１ｂ）とに分割され、かつ前記中間リング（１５）が該中間リングの円周にわたって分配された、冷媒用の流動通路（１６）を具備し、前記流動通路の半径方向内側の制限が少なくとも前記中間リング（１５）の上部領域でシリンダ・ライナ（２）でなされ、少なくとも出口側で該中間リング（１５）の平面に対して最小全断面を有し、前記中間リング（１５）が、高さ調節可能であることを特徴とする往復動内燃機関。
2. 前記中間リング（１５）が前記ピストン（３）の最上部のピストン・リング（６）の高さの範囲で前記ピストン・リングの上死点位置に配設されることを特徴とする、請求項１に記載の往復動内燃機関。
3. 前記上部チャンバ（１１ｂ）の上部の、内部の角領域が、前記流動通路（１６）から流出する流動の弓状の流動方向転換として形成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の往復動内燃機関。
4. 前記中間リング（１５）が前記シリンダ・ライナ（２）で支持可能であることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の往復動内燃機関。
5. 前記シリンダ・ライナ（２）が少なくとも前記中間リング（１５）に割り当てられた領域で下向きに円錐形に拡大する外周部と、前記中間リング（１５）が対応する内周部とを有することを特徴とする、請求項４に記載の往復動内燃機関。
6. 前記中間リング（１５）が調節可能な間隔保持具（１９）によって前記シリンダ・ライナ（２）のラジアル・フランジ（７）で支持可能であることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の往復動内燃機関。
7. 前記間隔保持具（１９）が前記中間リング（１５）を把持する係止ねじとして形成されることを特徴とする、請求項６に記載の往復動内燃機関。
8. 冷却ジャケット（８）が、前記フランジ（７）および前記中間リング（１５）に割り当てられた軸線方向の摺動面を有し、前記摺動面に各々１つのフランジ側または中間リング側のシール・リング（１０または１７）が当接し、該シール・リング（１０または１７）に後置された、前記フランジ側または前記中間リング側の対向面（９または１８）と協働することを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の往復動内燃機関。
9. 前記中間リング（１５）の直径が可変であることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の往復動内燃機関。
10. 前記中間リング（１５）が、ばねで互いに接続可能である複数のセグメント（２５）から構成されることを特徴とする、請求項９に記載の往復動内燃機関。
11. 前記セグメント（２５）が該セグメントの互いにそれぞれ対向する端部の領域に各々１つの上部または下部のフランジ（２６）を有し、互いにそれぞれ対向する前記セグメント（２５）の端部の間に各々１つの接続板（２７）が収容され、前記接続板が該セグメント（２５）の上側および下側の上向きに突出し、その箇所に設けたフランジ（２６）と接続可能であることを特徴とする、請求項１０に記載の往復動内燃機関。
12. 前記中間リング（１５）が伸長可能のピストン・リングの形式で形成されることを特徴とする、請求項９に記載の往復動内燃機関。
13. 前記流動通路（１６）の最小断面が少なくとも１．０〜１．５ｍｍの内法幅を有することを特徴とする、請求項９に記載の往復動内燃機関。
14. 前記流動通路（１６）の最小断面が、少なくとも３ｍ／秒の冷媒の流動速度が生じるように形成されることを特徴とする、請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の往復動内燃機関。
15. 前記流動通路（１６）が少なくとも部分的に前記中間リング（１５）の半径方向内側の溝（２２）として形成されることを特徴とする、請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載の往復動内燃機関。
16. 前記流動通路（１６）が少なくとも部分的に下から上へ斜めに内部へ延びる前記中間リング（１５）の穴（２３）として形成されることを特徴とする、請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載の往復動内燃機関。
17. 前記流動通路（１６）がシリンダ・ジャケット線と平行に延びることを特徴とする、請求項１から請求項１６までのいずれか一項に記載の往復動内燃機関。
18. 請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載の往復動内燃機関を備えた大型ディーゼル機関。
19. ピストン（３）を収容するシリンダ・ライナ（２）と前記シリンダ・ライナを半径間隔で取り囲む冷却ジャケット（８）との間に形成され、下部領域に少なくとも１つの冷媒入口（１２）と、上部領域に少なくとも１つの冷媒出口（１３）とを具備した環状室（１１）を分割するための中間リング（１５）であって、
    前記中間リング（１５）の円周にわたって分配され、少なくとも前記中間リングの上部領域において前記中間リングの半径方向内側の円周面と前記シリンダ・ライナにより制限される冷媒用の流動通路（１６）を有し、前記環状室（１１）の分割位置を調節する間隔保持具を有することを特徴とする中間リング。
20. 前記間隔保持具（１９）が前記中間リング（１５）を把持する係止ねじとして形成されることを特徴とする、請求項１９に記載の中間リング。
21. 直径が可変であることを特徴とする、請求項１９または請求項２０に記載の中間リング。
22. 前記シリンダ・ライナに取り付けたときに互いに対向して配置される２つの端部を有することを特徴とする、請求項１８から請求項２１までのいずれか一項に記載の中間リング。
23. 複数のセグメント（２５）により構成される環形状を有することを特徴とする、請求項１９から請求項２２までのいずれか一項に記載の中間リング。
24. 複数の前記セグメント（２５）が略同一形状であることを特徴とする、請求項２３に記載の中間リング。
25. ばねで互いに接続可能である複数のセグメント（２５）から構成されることを特徴とする、請求項２１から２４までのいずれか一項に記載の中間リング。
26. 前記セグメント（２５）が該セグメントの互いにそれぞれ対向する端部の領域に各々１つの上部または下部のフランジ（２６）を有し、互いにそれぞれ対向する前記セグメント（２５）の端部の間に各々１つの接続板（２７）が収容され、前記接続板が該セグメント（２５）の上側および下側の上向きに突出し、その箇所に設けたフランジ（２６）と接続可能であることを特徴とする、請求項２５に記載の中間リング。
27. 伸長可能のピストン・リングの形式で形成されることを特徴とする、請求項２１に記載の中間リング。
28. 周方向に沿って形成された溝を有することを特徴とする、請求項１９から請求項２７までのいずれか一項に記載の中間リング。
29. 前記流動通路（１６）が少なくとも部分的に前記中間リング（１５）の半径方向内側の溝（２２）として形成されることを特徴とする、請求項１９から請求項２８までのいずれかに記載の中間リング。
30. 前記流動通路（１６）がシリンダ・ジャケット線と平行に延びることを特徴とする、請求項１９から請求項２９までのいずれかに記載の中間リング。
31. 合成樹脂からなることを特徴とする、請求項１９から請求項３０までのいずれかに記載の中間リング。

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