JP4560654B1 - 大型２サイクルディーゼルエンジンの油圧供給システム - Google Patents

Abstract

クロスヘッド型大型２サイクルディーゼルエンジンは、エンジン潤滑システム等の低中圧油圧システムと、閉回路高圧油圧システムとを含む。低中圧油圧システムは、第１のレベルの純度で動作する。閉回路高圧油圧システムは、低中圧油圧システムの純度よりも高いレベルの純度で動作するように、フィルタを含む供給導管によって低中圧油圧システムに接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧供給システムを備える大型２サイクルディーゼルエンジンに関し、より具体的には、排気弁アクチュエータまたは燃料噴射弁の増圧器等の油圧ユニットに高圧作動油を提供するための油圧供給システムを備える大型２サイクルディーゼルエンジンに関する。

発明の背景

クロスヘッド型大型２サイクルディーゼルエンジンは、潤滑システム、冷却システム、油圧システム、空気圧システム、および電子システム等の、広範囲のシステムを含む複雑な機械である。潤滑油システムは、潤滑目的および／または冷却目的のために、種々のエンジン部品に潤滑油を供給する。また、大型２サイクルディーゼルエンジンの潤滑油は、エンジンの高圧油圧システムの油圧作動油源としても使用される。これらのシステムでは、低中圧の潤滑システムにおける潤滑目的および冷却目的に必要とされるレベルの純度を提供するフィルタによって、純粋な潤滑油が確保される。潤滑システムから高圧油圧システムへ移送される潤滑油は、ファインフィルタ（fine filter）を通って、高圧油圧ユニットに必要とされる純度を達成する。この純度レベルは、潤滑目的に必要とされる純度レベルよりも実質的に高い。したがって、高圧システムからの戻り流体は、潤滑システムに戻されるため、油圧ユニットが使用する作動油の全流量をファインフィルタにより濾過する必要がある。

このような背景から、本出願の目的は、クロスヘッド型大型２サイクルディーゼルエンジンに、改良された油供給システムを提供することにある。

この目的は、次のようなクロスヘッド型大型２サイクルディーゼルエンジンによって達成される。このエンジンは、それぞれ排気弁を有する複数のシリンダと、前記排気弁の各々に設けられる、該排気弁を駆動するための油圧アクチュエータと、シリンダ毎に設けられる油圧駆動燃料増圧器と、低中圧油圧システムと、前記油圧アクチュエータおよび／または燃料噴射弁のための油圧増圧器に高圧油圧作動油を提供するための閉回路高圧油圧システムと、フローフィルタおよび供給ポンプを含む供給導管であって、前記低中圧油圧システムを閉ループ高圧油圧システムに接続する供給導管と、を備える。

閉ループまたは閉回路高圧油圧システムが、閉ループ高圧システムに必要とされる純度よりも低い純度である低中圧システムからの流体を供給されるように構成することによって、少量の流体だけが、追加のフィルタを通ってファインフィルタで濾過される必要がある。前記閉ループ高圧油圧システムの最初の充填後、該閉回路システムにおける漏れ損失の補填に必要とされる量の液体だけを、ファインフィルタで濾過すればよい。この量は、従来技術のシステムで濾過される必要のある、閉ループまたは閉回路油圧システムにおいて循環する流体の全量よりは大幅に少ない。したがって、本発明は、必要とされるファインフィルタの容量の大幅な減少を実現する。

前記大型２サイクルディーゼルは、前記閉ループ油圧システムにおいて圧力を発生させるために前記閉ループまたは閉回路高圧油圧システムに配置される高圧油圧ポンプをさらに備えてもよい。

前記閉ループ高圧油圧回路は、前記低中圧システムにおける油圧作動油の純度よりも高い純度の油圧作動油で動作してもよい。

前記供給導管は、前記閉ループまたは閉回路高圧油圧システムにおける損失を補填するために、前記閉ループ高圧油圧システムに油圧作動油を補給する役割を果たす。

前記低中圧油圧システムは、潤滑油で動作するエンジンの潤滑油システムであってもよい。

前記高圧油圧ポンプは、前記低中圧油圧システムからの油圧作動油で冷却されてもよい。

前記高圧油圧ポンプは、アキシャルピストンおよび斜板を含む可変容量型ポンプであることが可能であり、前記低中圧油圧回路からの冷却用の油圧作動油は、前記アキシャルピストンが回転するポンプのハウジングを通って流れる。

前記閉ループ高圧油圧システムには、前記閉ループ高圧システムからある量の油圧作動油を連続的または断続的に排出し、排出された油圧作動油をファインフィルタに通し、濾過された油圧作動油を前記閉回路高圧油圧システムに戻すシステムが設けられてもよい。

本発明に従う大型２サイクルディーゼルエンジンに関するさらなる目的、特徴、利点、および特性は、詳細な説明より明らかになるであろう。

本説明の以下の詳細な部分において、図面に示される例示的実施形態を参照して、本発明についてより詳細に説明する。
本発明の実施形態に従う、油圧および潤滑供給システムを備える大型２サイクルディーゼルエンジンである。 図１に示す油圧供給システムの一部の詳細である。 別の実施形態に従う油圧システムの一部である。

好適な実施形態の詳細な説明

図１は、本発明の好適な実施形態に従うエンジン１を示す。エンジン１は、クロスヘッド型のターボ供給型ユニフロー式低速２サイクルディーゼルエンジンであり、船舶の推進エンジンまたは発電所の原動機になり得る。典型的には、このようなエンジンは、３本から最大１４本のシリンダを直列に有する。このような大型２サイクルディーゼルエンジンの主な構造および動作は既に知られているため、本書においてさらに説明する必要はないだろう。

この種類の大型２サイクルディーゼルエンジンは、潤滑目的および／または冷却目的のために、潤滑油が供給される部品を多数備える。例えば、クランク軸は、エンジン１の下側部分に設けられる油受け（オイルパン）３に位置し、油受け３を通って循環する潤滑油が圧力下で供給される。軸受等のその他の潤滑すべき部分には、別々に潤滑油が提供される。余剰漏油は、油受け３で回収される。油受け３における潤滑油の量は、油溜め４によって示される。

潤滑油供給ループは、潤滑油を消費する部品の全てに潤滑油を供給するように設けられる。潤滑油供給ループは、油タンク５を起点とする供給導管６と、油溜め４を油タンク５に接続する戻り導管７と含む。供給導管６は、油の移送を行うために、それぞれの駆動モータに平行して配置される２つの低圧ポンプ８を含む。したがって、供給導管６は、潤滑油を冷却するための冷却器９と、汚れを除去するためのフィルタ１０とを含む。フィルタのメッシュサイズは、３４または４８μであることが可能である。戻り導管７は、非圧力型戻り管として構成される。

また、この大型２サイクルディーゼルエンジン１は、油圧パワーユニットによって作動される部品も含む。このような部品の例として、燃料噴射増圧器１１と、各排気弁に関連付けられるシリンダピストン型リニアアクチュエータ１２とが挙げられる。

これらの油圧パワーユニット１１、１２には、本発明において潤滑油から取り出される高圧油圧作動油が供給される。油圧パワーユニット１１、１２の油圧作動油は、供給導管１４の起点となる連結点１３において分岐する。

これらの油圧パワーユニット１１、１２は、潤滑システムの潤滑油に許容可能な汚染レベルよりも大幅に低い汚染レベルの油圧作動油を必要とする。

このため供給導管１４は、ファインフィルタ１６を含む。フィルタ１６のメッシュサイズはフィルタ１０のものよりも細かいため、フィルタ１０はフィルタ１６の前置フィルタとみなされうる。供給導管１４は、フィルタ１６の下流に、駆動モータを備える供給ポンプ１８を含む。供給ポンプ１８の出口は、選択弁１９を介して閉ループ高圧システムに接続される。

高圧閉ループシステムは、エンジン潤滑システムから取り出される高圧油圧作動油を油圧パワーユニット１１、１２に供給する。閉ループ高圧システムは、油圧作動油を循環させ、供給導管１４への流体供給は、閉ループシステムの最初の充填および漏れ損失の補填だけに必要とされる。通常、漏れ損失は比較的少ないため、供給導管は、循環する流体の流量に比べて、少量の油圧作動油を供給することだけを必要とする。フィルタ１６は、少量の流体を浄化することのみを必要とするため、その寸法は、その事情に対応して比較的小さい。

閉ループ高圧油圧作動油の流量は、高圧（例えば、３００バール）を発生可能である、駆動モータを備える双方向可変圧ポンプ１５によって駆動される。

エンジンの各シリンダには、１つ以上の油圧増圧器１１と、内部にピストンを収容するシリンダを含むタイプの油圧排気弁アクチュエータ１２を備える排気弁（図示せず）が設けられる。増圧器１１は、閉回路高圧システムの高圧流体で駆動される圧力増幅器（対向する側面に２つの異なる効果的な面積を有するピストン）を含み、また、増圧器１１は、超高圧で噴射ノズルを備える燃料噴射弁へ燃料を供給する。エンジン１の各シリンダには、シリンダカバーにおいて１つ以上の燃料噴射弁が設けられ、超高圧の燃料をそれぞれの増圧器１１から供給する。高圧油圧閉回路における圧力が、ブーストせずに燃料弁を駆動するのに十分高圧である実施形態（図示せず）において、増圧器１１は、１対１のブースト比率を有する簡易型のピストンであることが可能である。この場合、増圧器１１は、燃料油（重油）から油圧オイルを分離する機能を遂行し、ピストンの行程の限界は、シリンダに供給可能な燃料の最大量を限定するが、圧力のブーストや増加は行われない。

個々のシリンダの増圧器１１および排気弁アクチュエータ１２は、油圧弁２０によって閉ループまたは閉回路高圧油圧システムに連結される。

図２に示されるように、閉ループ高圧油圧システムは、約３００バールの圧力で動作する高圧導管２４と、約１０バールで動作する低圧導管２６とを含む。電磁的に作動する選択弁１９は、閉ループ高圧油圧システムの２つの導管２４、２６のいずれかに供給導管１４を選択的に接続することができる。選択弁１９は、エンジン１の電子制御ユニット（図示せず）に連結される。エンジン始動前における閉回路高圧油圧システムの最初の充填中に、選択弁１９は、ポンプ１４の出口を高圧導管２４に接続する。エンジン動作中に、選択弁１９は、ポンプ１４の出口を高圧導管２４に連結して漏れ損失を補填する。

高圧導管は、導管２３を介してそれぞれの油圧弁２０に連結される。各導管２３は、導管２３における供給圧力を均等化するために油圧アキュムレータ２９に連結される。低圧導管２６は、導管２７を介して油圧弁２０に連結される。油圧弁２０は、圧力により作動される比例５／３方向弁である。油圧弁２０の位置を制御する油圧は、電磁的に作動される制御弁２１によって制御される。制御弁２１は、エンジン１の電子制御ユニット（図示せず）に連結される。

エンジン制御ユニットは、クランク軸位置に関する信号を含む信号であって、エンジン１の動作状態に関する情報を含む信号を受信する。この信号に基づいて、また場合によりその他のエンジンの動作状態にのみ基づいて、電子制御ユニットは、排気弁の開放に関するレート調整およびプロファイルを含む燃料噴射のタイミングを、それぞれの制御弁２１に命令信号を発行することによって決定する。

油圧弁２０は、３つの位置を有し、そのうちの１つは、増圧器１１も排気弁アクチュエータ１２も加圧されない中央のニュートラル位置であり、両方の油圧ユニットは、低圧導管２６に連結される。他の２つの位置のうちの１つにおいて、油圧弁２０は、導管３３を介して高圧導管２４を増圧器１１に接続するが、それによって圧力増幅器３５が加圧される。この位置において、排気弁アクチュエータ１２は、導管３１および２７を介して低圧導管２６に連結される。３つのうちの別の位置において、油圧弁２０は、導管３１を介して高圧導管２４を排気弁アクチュエータ１２に接続するが、それによって、排気弁アクチュエータ１２のピストン３６の上の圧力室が加圧される。この位置において、増圧器１１は、導管３３および２７を介して低圧導管２６に連結される。

燃料増圧器１１および油圧アクチュエータ１２は、これらの油圧ユニットの漏油を回収するために戻り導管７に連結される。

双方向可変圧ポンプ（bi-directional variable pressure pump）１５は、アキシャルピストンおよび斜板を備える可変容量型ポンプである。この種類のポンプにおいて、ピストンは、ポンプのハウジングの内部において回転する。なお、この詳細は図示しないが、このタイプのポンプは既知である。双方向可変圧ポンプ１５には、冷却のための構成が設けられる。この冷却構成は、冷却剤供給導管４０および冷却剤戻り導管４２を含む。冷却供給導管４０は、ファインフィルタ１６の上流および下流（図示せず）の供給導管１４を双方向可変圧ポンプ１５に接続する。冷却供給導管１４は、４１で示される制限部を含み、冷却剤が双方向可変圧ポンプ１５に供給される流量を減少させるようにする。例えば、流れ制御弁等の、その他の形式の流量制限／制御を使用してもよい。冷却剤は、潤滑システムからの潤滑油であり、冷却剤は、双方向可変圧ポンプ１５のポンプのハウジングを通って流れる。冷却剤は、ポンプのハウジングを戻り導管７に接続する冷却剤戻り導管４２を介してポンプのハウジングを出る。この冷却構造によって、双方向可変圧ポンプ１５のピストンが潤滑油に浸漬される。双方向可変圧ポンプ１５のピストンは、ポンプのハウジングの内部で回転する。ポンプのハウジングは、比較的冷たい潤滑油で充填されるため、双方向可変圧ポンプ１５のピストン（およびその対応するシリンダ）は、冷却油の「浴槽」の中で回転することになる。ピストンおよびそれが関連付けられるシリンダの回転により、これらは、冷たい潤滑油との相当量の表面接触にさらされ、それによってピストンおよびシリンダは、非常に効果的に冷却される。

これによって、双方向可変圧ポンプ１５の温度は低いまま維持され、高圧閉ループシステムにおける油圧作動油は、双方向可変圧ポンプ１５を通過する際に冷却される。したがって、システムは、閉ループ高圧油圧システム用に別個の油冷却器を備えることなく動作可能である。

図３は、本発明に従う閉ループ高圧油圧システムの別の実施形態を開示する。本実施形態は、油圧排気弁アクチュエータがピストン３６の両側において油圧で動作すること以外は図２の実施形態と本質的に同一である。したがって、ピストン３６の下の室は、導管４５を介して高圧導管２４に恒久的に連結される。この構造は、各々のシリンダに通じる空気圧系統を設ける必要性をなくするという利点を有する。さらに、油圧システムが動作する圧力は、空気圧系統の圧力よりも大幅に高いために、戻り行程を駆動する油圧ピストンのサイズは、空気バネのピストンよりも大幅に小型化可能である。

さらに、低圧導管２６には、低圧導管２６を供給導管１４に接続する分岐導管４９が設けられる。分岐導管４９は、制限部５０を含む。この構造により、ポンプ１４の作用、つまり閉ループシステムにおける油のオフラインフィルタリングの下、少量の油圧オイルが閉ループ油圧システムから絶えず排出され、ファインフィルタ１６を通過し、閉ループ油圧システムに戻ることを保証する。供給ポンプ１４および選択弁１９の作用は、エンジン１の電子制御ユニット（図示せず）によって制御される。濾過された油は供給ポンプ１４の放出口を低圧導管２６に接続する選択弁１９で戻される。制限部５０によって、少量の油圧オイルが、高圧閉回路から絶えず排出されることが確実になる。あるいは、制限部の代わりに、電子的に制御される弁（図示せず）が、閉回路高圧油圧システムからある量の油圧オイルを定期的に排出し、それをファインフィルタ１６を通して濾過して、閉回路高圧油圧システムに戻すようにしてもよい。

本発明は、多数の利点を有する。異なる実施形態または実装は、次の利点のうちの１つ以上を提供しうる。これは、総括的なリストではなく、本明細書に記載されていないその他の利点があってもよいことを理解されたい。本出願の教示の１つの利点は、エンジン潤滑システムからの油を使用する、高圧油圧システムを備える大型２サイクルディーゼルエンジンにおいて、大容量のフィルタを閉ループシステムに必要としないエンジンを提供することにある。本出願の教示の別の利点は、別個の冷却装置を必要としない閉ループ高圧油圧システムを大型２サイクルディーゼルエンジンに提供することにある。本発明の別の利点は、生成される廃油が少量になることにある。本発明のさらなる利点は、高圧油圧システムが、エンジン潤滑システムが生成する汚れから切り離されることにある。エンジンが生成する汚れは、エンジン故障などの重大な結果をもたらす可能性がある。

説明目的のために、本出願の教示について詳しく説明されたが、このような詳細説明が単にかかる目的のためのものであること、ならびに本出願の教示の範囲を逸脱することなく、当業者は変更を加えることが可能であることを、理解されたい。

請求項で使用される用語の「備える」は、その他の要素またはステップを除外しない。請求項で使用される単数形は、複数形を除外しない。単一のプロセッサまたはその他のユニットは、請求項に記載のいくつかの手段の機能を実行してもよい。

Claims (8)

1. それぞれ排気弁を有する複数のシリンダと、
   前記排気弁の各々に設けられる、該排気弁を駆動するための油圧アクチュエータと、
   前記シリンダの各々に設けられる各々の燃料噴射弁のための油圧増圧器と、
   低中圧油圧システムと、
   前記油圧アクチュエータおよび／または油圧増圧器に高圧油圧作動油を提供するための閉回路高圧油圧システムと、
   フローフィルタおよび供給ポンプを含む供給導管であって、前記低中圧油圧システムを前記閉回路高圧油圧システムに接続する供給導管と、
   を備える、クロスヘッド型大型２サイクルディーゼルエンジン。
2. 前記閉回路油圧システムにおいて圧力を発生させるために該閉回路高圧油圧システムに設置される高圧油圧ポンプをさらに備える、請求項１に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
3. 前記閉回路高圧油圧回路は、前記低中圧システムにおける油圧作動油の純度よりも高い純度の油圧作動油で動作する、請求項１または２に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
4. 前記供給導管は、前記閉回路高圧油圧システムにおける損失を補填するために、前記閉回路高圧油圧システムに油圧作動油を補給する役割を果たす、請求項１から３のいずれかに記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
5. 前記低中圧油圧システムは、潤滑油で動作するエンジンの潤滑油システムである、請求項１から４のいずれかに記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
6. 前記高圧油圧ポンプは、前記低中圧油圧システムからの油圧作動油で冷却される、請求項２から５に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
7. 前記高圧油圧ポンプは、アキシャルピストンおよび斜板を含む可変容量型ポンプであり、前記低中圧油圧回路からの冷却用の前記油圧作動油は、前記アキシャルピストンが回転する前記ポンプのハウジングを通って流れる、請求項６に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
8. 前記閉回路高圧油圧システムには、該閉回路高圧システムから所定量の油圧作動油を連続的または断続的に排出し、前記排出された油圧作動油をファインフィルタに通し、濾過された油圧作動油を前記閉回路高圧油圧システムに戻すシステムが設けられる、請求項１から７のいずれかに記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。