JP5405703B2 - 大型ディーゼルエンジン用潤滑システム - Google Patents

Description

従来のシリンダ潤滑システム、主に大型２サイクルディーゼルエンジン用のシリンダ潤滑システムにおいては、１つ以上の中央給油器が使用され、それらの各々が、シリンダ上の単一又はいくつかの注油箇所の潤滑を行う。即ち、１つ以上の中央給油器は、関連時間に様々な注油箇所に各々の接続管を介して各部のオイルを加圧供給することにより潤滑を行う。これについては、ＤＫ／ＥＰ ０６７８１５２等を参照されたい。これらの関連時間とは、通常、ピストンが上方向に移動する圧縮行程時に、ピストンリングがそれと関連する潤滑箇所と向い合う位置となる時である。

しかし、上記接続管内においてオイル全体が圧縮されるために、このような正確な「タイミング」を設定するのは困難であった。実際に使用されるオイル管は、非常に長いことが多いため、接続管の一端に比較的少量のオイルが導入される場合には、これに相当する量のオイルを接続管の他端からシリンダ表面に押し出すのに必要とされる十分な圧力は発生せず、単に管内においてオイルが圧縮されるに過ぎない。更に、上記した時間にオイルが供給されないことも多く、それどころかシリンダ内の圧力が相当低い場合には、通常ピストンが上方向又は下方向に通過した後に供給されることが多い。ピストンが下方向に移動している時にこの様なことが起こると、潤滑箇所からシリンダ表面上に供給されたオイルは、潤滑が最も必要なシリンダの「高温」端部に向けて上方向に分散することなく、シリンダライナの下方向に分散することになる。

エンジンの更なる利用拡大に向けた開発により、シリンダライナやピストンリングに対する機械的及び熱的な負荷は高まる方向にあり、これまではシリンダへのオイル供給量を増加することで対処してきた。しかし、その供給量が、所定の（但し、明確に規定されたものではない）上限を超過した場合には、オイルがシリンダ内に導入される速度が極めて高くなるため、導入されたオイルは、シリンダの表面に留ることなくシリンダ空間内で噴流を形成し、その結果消失することになる。オイル供給が要求通り行われる場合には、ピストンリングがピストンに向い合うように配置されたとしても、これはさほど重要なことではないが、オイル供給が上述したような時間以外で行われた場合には、供給された一部のオイルを有効利用することはできない。

オイルをシリンダの表面上に分散させるようにした従来の様態では、シリンダの表面の潤滑箇所毎に２つの傾斜した溝を設け、それぞれが潤滑箇所からシリンダの上端部から離れる方向に延びようにしている。ピストンリングがこの溝を通過する際、ピストンリングが横切る溝内に圧力低下が生じ、これによってオイルは潤滑箇所から離れる方向に誘導される。しかしながら、この方法や他の方法は、実際にはシリンダ周面に沿う摩耗にかなりの変動が確認されるという点で十分なものとは言えない。

従って、シリンダ周面上にオイルを一層良く分散させる方法を追求することが望ましい。
本発明によれば、オイルは特定の時間に各部に供給されるが、そのオイルは、ピストンが上方向に移動する際、ピストンが潤滑箇所を通過する前にシリンダの表面上に分散される。

ユニフロー掃気式２サイクルディーゼルエンジンにおける掃気口は、掃気時に、混合ガスに回転運動を与え、同時にガスをシリンダの上方向に移動させるとともにシリンダの上端部において排気弁を通してシリンダから排出するように配置される。このように、シリンダ内のガスは、掃気口から掃気弁に至る過程で螺旋状ライン即ち渦流となる。この渦流内に存在する十分に小さい粒子状オイルは、遠心力によってシリンダ壁方向に押しやられ、最終的に壁に付着する。この効果は、各部のオイルをノズルを通じて適切なサイズに霧化したオイル粒子から成る「ミスト」としてシリンダ内に導入することによって具現化される。ノズルの寸法、オイルの流出速度、及びノズルの手前の圧力を調節することにより、オイルミストにおける油滴の平均サイズを制御することが可能である。オイル粒子即ち油滴が小さ過ぎると、ガス流中に長く「浮遊」し過ぎるので、最終的にシリンダ壁に衝突することなく掃気とともに排出されてしまう。反面、油滴が大き過ぎる場合には、油滴の慣性のために、その初期の移動軌跡に長く留まり過ぎて、シリンダに到達しないが、その理由は、ピストンがこの油滴に突き当たりピストンの上端部に油滴が付着してしまうためである。

シリンダ内の流れに対するノズルの方向は、個々の油滴とシリンダ内のガス流との間の相互作用によって、２つの潤滑箇所間の周方向の間隔にほぼ相当する領域のシリンダ壁に油滴が確実に衝突するように調整することが可能である。この方法においては、ピストンリングが通過する前に、オイルがシリンダ表面上にほぼ一様に分散される。更に、ノズルよりも高い位置にあるシリンダ壁にオイルが衝突するようにノズルを調整することも可能である。このように、オイルがシリンダ内に導入されるや否や、オイルがシリンダ表面上により良好に分散されるだけでなく、このオイルは、シリンダ上端部により近い潤滑が最も必要とされるシリンダ表面にも「配送」される。これら２つの状態にすることにより、オイルをより有効に利用することができるとともに、シリンダ寿命とオイル消費との関係を期待通り改善することができる。

シリンダ表面へのオイルの供給は、前述した従来のタイミングを合せるシステムに言えるように、計量した状態で行われる必要がある。供給手段は、従来の注油器とすることができるが、同等の特性を持つ他の供給手段も想定することができる。

シリンダ内の圧力がオイル管の内部に伝達されるのを確実に防止するため、逆止弁が、潤滑管の端部で、シリンダライナの内側表面の直前に、通常の様態で配置される。逆止弁により、オイルは、オイル管からシリンダライナ方向に通過することできるが、反対方向にはガスが流れないようにする。これらの逆止弁は、通常、適度の開弁圧（数バール）とされる。

霧化即ち微粒化の目標を相当高くできるようにするために、新しいシステムににおいては、ポンプとノズルとの間の潤滑管において圧力が存在することを必要とする（５０〜１００バールのレベル）。従来の逆止弁の開弁圧を相当高めることによりこの圧力を確保する場合には、より強力で且つよりスペース要件の厳しいバネが必要とされ、そのために弁とノズルとの間により大きな「有害な空間」が生じることになる。従来システムにおいて、この有害な空間は、現状でもオイル供給部１箇所当たりに供給する必要のあるオイル量に相当する又はそれを上回るレベルにあるため、有害な空間が増加したの分だけノズル先端部の圧力がより不安定となる。必要とされる霧化を確保するためには、霧化に必要とされる圧力が、供給が開始される時点で使用できることが必要である。これは、例えば、従来の燃料オイル噴射システムの場合のように、オイル管の各々がシリンダ内に開口する位置に弁を設け、注油器と弁との間のオイル管内圧力が所定値に達した時にこの圧力によってこの弁を開くようにすることで確保できる。

「一群」のピストンリングが潤滑箇所に向い合う位置にある時にオイルを極めて短い時間帯に正確に供給する必要のあるシステムと比較すると、ピストンが通過する前にオイルがシリンダ壁に供給されるのでタイミングは重要ではない。

システムの実施可能な構成を図１に示す。
多数の弁（３）が、シリンダライナ（５）内に適切な間隔で配置され、多数の弁（３）は、オイルポンプ（１）から個々の弁（３）に連通するオイル管（２）内の特定の圧力で開くように設定されることを特徴とする。弁（３）の先端部で、シリンダ内部表面の直ぐ内側に、ノズル（４）が取付けられ、オイル管（２）内の圧力が予め設定された特定値に達した時に、ノズル（４）を通じてオイルが霧化される。オイルは、オイル管（２）毎に１つ設けられた小型ポンプから構成されるオイルポンプ（１）から各オイル管（２）に供給される。ポンプは供給タンク（７）からオイルを受け入れる。オイルポンプは、計量されたオイルを所定時間に配送することができ、このオイルポンプは、例えば、ＰＴＣ出願ＰＴＣ／ＤＫ／００３７８、国際公開番号ＷＯ９６／０９４９２に記載されるように、従来のタイミングを合せるシリンダ潤滑器とすることができ、その弁（３）は、オイル漏れが生じた場合に漏れたオイルを供給タンク（７）に戻す漏れオイル用の戻し管（６）を備えるように構成される。Ｊは、ノズル３からのオイルミストの流れを示し、またＡは、この噴流が方向付けられるシリンダ壁領域の周面範囲を示す。

Claims (1)

1. シリンダ潤滑システムを備えるディーゼルエンジンであって、
   シリンダの上端部から間隔を空けて位置するシリンダ壁（５）のリング領域に配置された多数のオイル噴射ノズル（４）に対し、加圧された潤滑オイルを供給する手段（１）と、
   前記シリンダのピストンが上方向に移動する行程時に、前記オイル噴射ノズルを通して潤滑オイルを噴射する制御手段とを備え、
   前記オイル噴射ノズル（４）は、霧化ノズルとして構成され、
   前記加圧された潤滑オイルを供給する手段（１）は、５０−１００バールの高い圧力で潤滑オイルを供給し、潤滑オイルをオイルミストとして調整するようにし、且つ
   前記制御手段は、ピストンリング手段が前記シリンダの前記リング領域を通過する直前の段階で、オイルミスト噴射を起動させるように作動可能であり、
   前記霧化ノズルは、前記霧化ノズルが取付けられるリング領域において、近接して位置するシリンダ壁領域の前記霧化ノズルよりも高い位置に衝突するようにオイルミストを各霧化ノズルが噴射するように構成され取付けられており、
   さらに、前記霧化ノズルは、圧力制御弁（３）を備え、前記圧力制御弁の開弁は、前記霧化ノズルが潤滑オイルの供給と同時に霧化するに十分なレベルまで高められたオイル供給管内の圧力に依存することを特徴とするディーゼルエンジン。

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