JP4509529B2 - 弁冷却のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１の発明思想によれば、軸線方向の往復行程運動を行い、好ましくは同時に回転もし、その中を冷媒液が通される少なくとも１つの弁、特に２サイクル大型ディーゼルエンジン用排出弁を冷却する方法に関する。

もう１つの発明思想は、対応する弁箱内において、それ自体の軸線で誘導され、また順流分管及び逆流分管を包含する軸線方向に延びる、冷媒液の供給可能な冷却導管を有する、この種類の弁を冷却するための装置に関する。なお、順流分管は放射状流入口を通じて、逆流分管は放射状流出口を通じて、弁軸線を取り巻くそれぞれ対応する給液チャンバまたは戻り液チャンバと連結することができる。

この種類の装置で公知タイプの場合、弁に間断なく冷媒が供給される。加えて、給液チャンバ及び戻り液チャンバの軸線方向の幅が、弁の往復行程に流入口または流出口の直径を加えた長さに相当することから、往復行程の全体を通して冷媒流動が行われる。給液チャンバ及び戻り液チャンバの幅が大きく、そのため構造体の高さも比較的高くなるので、船舶エンジンの場合では船倉空間が侵略されかねず、したがって好ましくない。この場合構造体の高さを低くすれば、必然的に誘導長も短縮されて、信頼性を損ないかねない。それとは別に、もう１つ非常に大きな欠点が認められる。それは、弁が絶えず冷媒に接触する結果として、弁表面では露点以下の温度になるほど弁が強く冷却されるという事態が起こり得ることである。それが、腐食原因になりかねない酸の発生を誘発する場合がある。

上記の状況を出発点として、本発明は上記種類の方法を簡単で、コスト的に有利な手段により、弁の過剰冷却が回避されるように改良することを課題とする。

本発明のもう１つの課題は、本発明による方法の実施に適しているだけでなく、コンパクトな構造様式及び同時に高い信頼性をも保証する、上記の種類の装置を創出することにある。

方法に関する課題は、本発明によれば、弁の各往復運動毎に冷媒の弁内通過を往復行程の途中で中断させることによって解消される。

装置に関する課題は、本発明によれば、流入口と給液チャンバの連結及び／又は流出口と戻り液チャンバの連結を、弁のなす軸線方向往復行程の途中で中断させることによって解消される。

以上の対策により、上に挙げた現状技術の欠点は、簡単でコスト的に有利な方法により完全に回避される。

上位概念である基本対策に対する有利な実施形態及び合目的的な改良については従属請求項に記載されている。例えば、給液チャンバ及び／又は戻り液チャンバの軸線方向の幅をそれぞれ対応する流入口、流出口の直径に少なくとも接近させることができる。この対策は、一種のすべり弁構造様式を生み出すことになる。この場合弁軸線は軸線方向に移動可能な制御スライダとして機能し、それによって流入口又は流出口の開閉制御作用をすることができる。弁軸線を制御スライダとして使用すれば、有利には、簡単でコスト的に有利な自己制御が可能である。流入口と流出口の間、したがってまた給液チャンバと戻り液チャンバの間の軸線方向距離は、有利には、この場合では弁の行程よりもはるかに短くすることができる。したがって、比較的大きな誘導長さが設定され、それでいて構造体の高さは比較的低く抑えることができる。

また別な有利な対策として、給液チャンバと戻り液チャンバの間の軸線方向距離を流入口の直径より小さくすることもできる。この対策により、有利なことに、流入口の閉鎖制御終了時及び開放制御開始時に給液チャンバと排液チャンバの間で短時間間隔の連結が達成される。したがって、冷却導管の冷媒誘導においては、それにより液流の衝撃的終了および衝撃的開始が回避される。

上位概念である基本対策に対する、また別な有利な実施形態及び合目的的な改良がその他の従属請求項に記載されているが、その内容は図面を参照して以下に記載する例から知ることができる。

以下では図面について説明する。

本発明の主要適用領域は、例えば船舶原動機として使用されるような２サイクル大型ディーゼルエンジンの排出弁である。この種類のエンジンの構造および作用態様についてはそれ自体公知であり、したがって本発明の関係ではそれ以上詳しく説明する必要はない。

図１の基礎となるシリンダは、その上部境界がシリンダライナ２の上に配置されたシリンダカバー３によって形成される燃焼室１を有している。この燃焼室には中央廃ガス排出口４があって、それには弁座５と協働作用する排出弁６が付属しているが、これは廃ガス排出口４の開閉制御のために軸線方向で上下運動ができるようになっている。図１の排出弁６は、弁受盤７の密組織面が弁座５の対応する密組織面に接しているときの閉位置で描かれている。

排出弁６は、弁受盤７から上向きに同軸な関係にある方向に延び、またシリンダカバー３に設置された弁箱９と組み合う軸線８を有している。弁箱９には、廃ガス排出口４に接続する排出路１０があり、その中を弁軸線８が通っている。弁軸線８は、排出路１０の上部では弁箱９内で軸線方向に移動可能に案内される。そのため、弁箱には排出路１０の上部領域に、弁軸線８と組み合わされる筒型案内装置１１が備えられ、弁軸線８の上端は弁箱９から突き出ていて、弁６の軸線方向での往復行程運動を行う、弁箱９に設置された操縦装置１２と協働作用をする。

弁６の回転運動を実施するために回転装置が装備されている。図示例では、その目的で弁軸線８の排出路１０を通る部分に、放射方向に突き出たプロペラ羽根１３が取り付けられていて、これが通過流動する廃ガスの作用下で回転運動を発生させる。

弁６は、弁６内を通過させることのできる、好ましくは冷却水の形態を取る冷媒液によって冷却される。そのため、図２から最も良く分かるように、軸線８には軸線方向に冷却用中空部が設けられているが、それは筒状の隔壁１４によりシリンダ状の中央領域とそれを取り巻くリング状領域とに区分されている。弁受盤７には、中央領域下端とそれを取り巻く領域の下端との間に液流連結部が設けられている。

隔壁１４を形成する管の下端は、図３に見られるように、弁受盤７の領域に設けられた、リングにより冷却用中空部から分離されているチャンバ３０に入り込んでいる。弁受盤７には、その外部周辺領域に、つまり弁座近くに環状冷却路３１が設けられており、それは一方では、放射状導入管を介して、隔壁１４を形成する管の内部空間と連通するチャンバ３０と、他方ではまた別な導入管を介して、隔壁１４を形成する管の外部にある環状領域と結合している。隔壁１４を形成する管の下端はチャンバ３０の底部と距離を置いて終端することができる。図示の例では、この管はチャンバ３０の底部に設置されており、放射状の流出口３２が設けられている。

この場合、隔壁１４内部の中央領域は液流が上部から下部へ通過できる順流分管１５として、外側環状領域は液流が下部から上部へ通過できる逆流分管１６として機能する。順流分管１５の上端領域には、軸線８周辺部から、軸線８と組み合う径方向の流入管路１７を通じて入り込めるようになっている。逆流分管１６からは、軸線８と組み合う径方向の流出管路１８が分岐している。

特に好ましいものとして描かれたこの実施形態では、冷媒の弁６への供給又はそこからの排出のための手段は、弁箱９又はその筒型誘導装置１１に組み込まれており、その結果、非常にコンパクトな構造様式になっている。その場合筒型誘導装置１１には、弁軸線８を環状に取り巻く給液チャンバ１９が付いているが、これが、弁箱９と組み合う導入管２０を通じて冷媒供給装置に接続できるようになっており、弁６の閉鎖位置に対応する流入管路１７の位置でこれと連通するようになっている。流出管路１８は、筒型誘導装置１１内に設けられた、弁軸線８をリング状に取り巻く戻り液チャンバ２１に繋がっている。また、この戻り液チャンバは連結管２２を通じて、弁箱９内に設けられた、排出路１０を取り巻く冷却チャンバ２３と連結しており、この冷却チャンバからは放出管２４が分岐している。給液チャンバ１９及び戻り液チャンバ２１は、筒型誘導装置１１の内側放射方向に開放された溝として構成されている。

冷媒は、流入矢印から分かるように、導入管２０を通じて供給される。冷媒は、流出矢印から分かるように、放出管２４を通じて送出される。弁６および弁箱９に充てられた冷却装置は、導入管２０および放出管２４を介して冷媒循環装置に接続している。

図１及び図２の基礎となる弁６位置では、冷媒は給液チャンバ１９から流入管路１７を経由して順流分管１５に達する。冷媒は順流分管１５の下端から、弁受盤７に設けられた管路系を経由して逆流分管１６に入り、そこから冷媒は排出管路１８を経由して戻り液チャンバ２１に到り、そこから連結管２２を通じて冷却チャンバ２３に到達し、さらに放出管２４を通じて送出される。弁６及び弁箱９を通過する冷媒の循環は上で概説した通りであるが、図２ではそれを液流矢印で明示した。

弁軸線８を環状に取り巻く給液チャンバ１９の軸線方向の幅が、公知装置に比べて大きく縮小されており、流入管路１７の直径に近似している。図１及び図２の基礎となる実施形態では、給液チャンバ１９の軸線方向の幅は流入管路１７の直径に一致している。それにより、流入管路１７と対応する給液チャンバ１９の接合部が完全に、または部分的に一致している場合に限り、冷媒の弁６内における上記通過流動が維持される。この場合給液チャンバは、既述の通り、図１及び図２の基礎となる弁６の閉位置では、流入管路１７と連通するように位置設定されている。弁６が流入管路１７の直径分だけ下向きに移動すると、給液チャンバ１９は流入管路１７から切り離され、それによって、弁６を通る冷媒循環が中断される。

戻り液チャンバ２１の軸線方向の幅は、図示例では弁６の行程に流出管路１８の直径を加えた長さに相当するので、流出管路は弁の全往復行程を通じて対応する戻り液チャンバ２１と連通している。しかし他方では、給液チャンバ１９と流入管路１７の間の結合は遮断されているので、弁６内での冷媒循環は起こらない。

上記冷媒循環の中断には、戻り液チャンバ２１が弁６の軸線方向往復行程運動における選択領域でしか流出管路１８と連通しないように、戻り液チャンバを配置及び構成するという方法も考えられよう。さらにまた両チャンバ、すなわち給液チャンバ１９及び戻り液チャンバ２１が弁６の軸線方向往復行程運動における選択領域でしか対応する流入管路１７又は流出管路１８と通過せず、それ以外の場合では閉じるように、両チャンバを配置及び構成するという方法も考えられる。

弁箱９の構造体の高さをできる限り低く抑えるために、給液チャンバ１９と戻り液チャンバ２１を、両者間の軸線方向距離ａが弁６の行程より短くなるところまで相互に接近させる。図１及び図２の基礎であるこの例では、この距離ａは流入管路１７の直径に僅かなパッキング幅を加えた長さに一致する。給液チャンバ１９と戻り液チャンバ２１の間の距離が短いこと、および給液チャンバ１９及び／又は戻り液チャンバ２１の軸線方向の幅が狭いことから、弁箱９の構造体の高さが比較的低くても、図２から分かるように、筒型誘導装置１１の誘導領域２５の長さは比較的大きく取ることができる。この場合誘導領域２５は、この誘導領域２５の上部位置に戻り液チャンバ２１、さらにその上方に給液チャンバ１９およびこれら両チャンバに充てられるパッキング装置を持つ筒型誘導装置１１の実際上ほぼ半分以上の長さに及んでいる。

給液チャンバ１９および戻り液チャンバ２１は、チャンバ相互間の、および給液チャンバ１９の上部、戻り液チャンバ２１の下部の確実なパッキングを保証する、弁軸線８にはめ込まれたパッキンリング２６で両側が固定されている。両チャンバの軸線方向距離が短いので、両チャンバ間の領域では両チャンバ共通のパッキンリング２６が１つあれば十分である。さらに図２に示すように、誘導領域２５が長く、下方のパッキンリング２６が排出路１０から比較的離れた位置にあるため、このパッキンリングにかかる温度負荷は僅かである。連結管２２は、筒型誘導装置１１の外側周辺部を取り巻くパッキンリング２７により上下方向が固定されている。

パッキンリング２７によって形成されるパッキング空間への異物の侵入を防止するために、弁軸線８と誘導領域２５の間の隙間をオイルシールすることができる。この場合、オイルへの温度負荷も比較的僅かである。弁軸線８周囲の隙間に対するこの種類のオイルシールは、図２の非明示的供給管から推察されるように、パッキング空間の上端領域でも可能である。

図４に基づく装置は、基本構造面では図１及び図２の基礎となる装置に一致している。したがって、同部分には同じ符号を使用している。

図４の基礎になる例の場合、図１及び図２に基づく装置とは異なり、給液チャンバ１９と戻り液チャンバ２１の間の軸線方向距離ａ′は流入管路１７の直径より小さい。それにより、図４から分かるように、弁６の下降運動開始時及び上昇運動終了時には、流入管路１７は給液チャンバ１９とも戻り液チャンバ２１とも連通する状況が生れる。このようにして、弁６内通過冷媒の循環における衝撃的な開閉制御は防止される。

両実施形態いずれの場合も給液チャンバ１９及び戻り液チャンバ２１は環状に形成されているので、流入管路１７又は流出管路１８は弁の回転位置に関係なく対応チャンバと連通するようになっている。このように、適切な回転装置による弁６の回転運動が弁６内通過冷媒の循環に影響を及ぼすことはない。

図示例では、給液チャンバ１９及び戻り液チャンバ２１は、弁箱９に収容されている筒型誘導装置１１内に組み込まれている。しかし、給液チャンバ１９及び戻り液チャンバ２１は弁箱９の上に配置することも考えられよう。そのためには、例えば、弁箱９と弁操縦装置１２の間の位置に、両チャンバを収容するケーシングブロックを設けることができよう。その場合、給液チャンバと戻り液チャンバの軸線方向の幅は、上記例における幅に一致させることが可能であろう。もちろん、このような場合では弁サイドの流入口および流出口もそれに応じてより高い位置に配置しなければならなくなるであろう。

本発明は、自明の通り、描かれた実施形態に限定されるものではない。

付属の排出弁を備える２サイクル大型ディーゼルエンジンのシリンダ上部領域における断面図である。 弁箱の上部領域を含む、図１の部分拡大断面図である。 弁下部領域の断面図である。 短時間間隔の液流を実現する流入口についての実施形態を図２に準じて描いた図である。

符号の説明

６ 弁
８ 弁軸線
９ 弁箱
１１ 筒型誘導装置
１４ 隔壁
１５ 順流分管
１６ 逆流分管
１７ 放射状流入口
１８ 放射状流出口
１９ 給液チャンバ
２１ 戻り液チャンバ
２５ 誘導領域
２６ 環状パッキンリング

Claims (16)

1. 軸線方向に沿った往復行程運動を行い、好ましくは同時に回転もし、その中を冷媒液が通る少なくとも１つの弁（６）、特に２サイクル大型ディーゼルエンジン用排出弁を冷却する方法であって、弁（６）の各往復行程運動毎に、前記弁（６）が前記往復工程中の特定の位置にあるときのみ冷媒の弁体内の通過が可能となること特徴とする方法。
2. 弁（６）の往復行程運動による冷媒の通過が、往復行程の途中で中断されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 弁（６）の閉鎖位置に対応する往復行程運動の出発位置で冷媒の弁（６）内通過が起こり、これが往復行程運動の経過中に中断されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. シリンダカバー（３）に設置された弁箱（９）内において、それ自体の軸線（８）で誘導され、また順流分管（１５）及び逆流分管（１６）を包含しかつ軸線方向に延びる、冷媒液の供給可能な冷却導管を有しており、順流分管（１５）が放射状流入口（１７）を通じて、逆流分管（１６）が放射状流出口（１８）を通じて、弁軸線（８）を取り巻くそれぞれ対応する給液チャンバ（１９）又は戻り液チャンバ（２１）と連結することができる、軸線方向に沿った往復行程運動を行い、好ましくは同時に回転もし、その中を冷媒液が通される少なくとも１つの弁（６）、特に２サイクル大型ディーゼルエンジン用排出弁を冷却するための装置であって、流入口（１７）と給液チャンバ（１９）の連結及び／又は流出口（１８）と戻り液チャンバ（２１）の連結が、弁（６）によってなされる軸線方向に沿った往復行程の途中で中断されることを特徴とする内燃機関。
5. 流入口（１７）及び／又は流出口（１８）が、弁（６）の往復行程運動により、給液チャンバ（１９）又は戻り液チャンバ（２１）に対して往復行程の途中で閉鎖されることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
6. 給液チャンバ（１９）及び／又は戻り液チャンバ（２１）の軸線方向に沿った幅が、それぞれ対応する流入口（１７）又は流出口（１８）の直径に少なくとも近似していることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
7. 給液チャンバ（１９）と戻り液チャンバ（２１）の間の軸線方向に沿った距離が弁（６）の軸線方向に沿った運動行程よりも短いことを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
8. チャンバの軸線方向に沿った幅が対応する出入口の直径に、好ましくは給液チャンバ（１９）の軸線方向に沿った幅が対応する流入口（１７）の直径に一致していることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
9. チャンバ、好ましくは戻り液チャンバ（２１）の軸線方向に沿った幅が、弁（６）の行程に対応する出入口の直径を加えた幅に一致していることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
10. 弁（６）が閉鎖位置にあるとき、給液チャンバ（１９）が、軸線方向に沿った流入口（１７）の領域に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
11. 給液チャンバ（１９）と戻り液チャンバ（２１）の間の軸線方向に沿った距離が流入口（１７）の直径より小さいことを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
12. 給液チャンバ（１９）と戻り液チャンバ（２１）の両方の、弁（６）の外側部位に環状パッキンリング（２６）が固定されており、両チャンバ間の軸線方向に沿った領域に位置する環状パッキンリング（２６）は給液チャンバ（１９）と戻り液チャンバ（２１）の両方に使用されることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
13. 給液チャンバ（１９）及び戻り液チャンバ（２１）が冷媒循環装置に接続されていることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
14. 軸線（８）の中央に冷却用中空部が設けられており、それが筒状の隔壁（１４）により、順流分管（１５）を形成する中央領域と、それを取り巻き逆流分管（１６）を形成する領域と、に区分されていることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
15. 給液チャンバ（１９）及び戻り液チャンバ（２１）が弁箱（９）の筒型誘導装置（１１）内で誘導領域（２５）に隣接する領域に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関。
16. 戻り液チャンバ（２１）が誘導領域（２５）に隣接していることを特徴とする、請求項１５に記載の内燃機関。

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