JP6209241B2 - 大型ターボ過給型自己着火式２サイクル内燃エンジンおよびそのためのシールリング - Google Patents

Description

本発明は、大型低速ターボ過給型２サイクル内燃エンジンに関する。より具体的には、本発明は、シリンダライナとシリンダカバーとの間のシール構造に関する。

背景

大型低速ターボ過給型２サイクル内燃エンジンは、典型的には、大型船の推進システムに、または発電所の原動機として使用される。

典型的には、これらのエンジンは、重質燃料油または燃料油で運転される。近年では、これらのディーゼルエンジンが代替型の燃料（例えば、ガス、低引火点燃料、石炭スラリー、石油コークス等）を処理できることが要求されている。

それらエンジンの巨大な大きさのため、シリンダ内での燃料の失火または爆発は、高温ガスを逃がすための制御された方法がない場合に、破滅的結果をもたらす可能性がある。それゆえ、すべての大型ターボ過給型２サイクル自己着火式内燃エンジンは、シリンダ圧力がエンジンの設計圧力を超えた場合に、シリンダカバー５２にかかる力によってシリンダカバー５２がシリンダライナ５０から持ち上がり、シリンダライナ５０の上部とシリンダカバー５２との間の隙間を通して余剰ガスが放出されるように設計される（図４、図５、および図６を参照）。シールリング６０は、正常動作条件下で適切なシールを提供するために、シリンダライナ５０の上面５１とシリンダカバー５２の底面５３との間に配置される。

このシールリング６０は典型的には、軟鉄リングである。シールリング６０の取り付けの際に、シールリング６０は、シリンダライナ５０の実質的に平坦な上面５１上に緩く配置され、図５に示すように、シリンダライナ５０における対応する凹部に嵌合する少数の小さなガイドフック５５により正確に位置決めされる。

シリンダカバー５２がシリンダカバー用スタッドによりシリンダライナに締結されると、シールリング６０が摩擦により適所に保持される。

シリンダカバーの持ち上がり事象が発生した場合には、シールリングを適所に保持する摩擦がなくなるので、シールリング６０の一部が、通常は、シリンダカバー５２とシリンダライナとの間の隙間を通ってエンジンルーム内へ弾き出される。

このことには、いくつかの不利な点がある。第１に、シールリング６０の部分がエンジンルーム内へ弾かれることにより、乗員が負傷する危険性がある。第２に、エンジンの運転が再開可能となる前にシールリングを交換するためにシリンダカバー５２を持ち上げなければならないので、修理時間が長くなるリスクがある。第３に、シリンダカバー用スタッドの張力は、余剰ガスが漏出すると同時に隙間を閉塞して、シリンダカバー５２をシリンダライナ５０の上部に対して、変形し損傷したシールリング６０の部分を間に挟んだ状態で大きな力で押圧し、シリンダカバー５２のシール面とシリンダライナ５０のシール面とにそれぞれ損傷を与える。

このような背景から、本出願の目的は、上述の問題を克服するかまたは少なくとも軽減するエンジンを提供することである。

この目的は、次のような、大型ターボ過給型２サイクル自己着火式内燃エンジンを提供することにより達成される。このエンジンは、その上部にシリンダカバーを備える少なくとも１つのシリンダライナと、シリンダライナの上部に対向する第１の面を有するシリンダカバーとを有する。シリンダライナの上部はシリンダカバーに対向する第２の面を有する。前記エンジンは更に、前記第１の面と前記第２の面との間に配されるシールリングを有する。このシールリングは、その径方向内側面からその径方向外側面までの長さを幅とする。前記前記第１の面または前記第２の面には環状の凹部が設けられる。前記凹部は、前記シールリングの幅に対応する幅を有する。また前記凹部の深さは、前記シールリングの高さよりも浅い。前記シールリングは、その高さ方向において、その一部が前記凹部から突出した状態で前記環状凹部に受け入れられる。前記シールリングは前記凹部に固定される。

シールリングを凹部に固定すること、及び、その凹部を、該シーリングがその高さ方向において、その一部が突出するように構成することとにより、シールリングの一部がシリンダカバーの持ち上がり事象の際にエンジンルーム内に弾き出されることを防止することができ。また、シールリングと相互作用する構成部品への損傷のリスクも大幅に軽減される。

第１の態様の第１の実施態様によれば、前記凹部は、前記第１の面または前記第２の面の上の２つの同心の環状隆起部の間に形成される。

第１の態様の第２の実施態様によれば、前記シールリングは、シールリングと前記凹部との間の幾何学的係止により前記凹部に固定される。したがって、シールリングを前記凹部に固定する有効な方法が提供される。

第１の態様の第３の実施態様によれば、前記凹部は、平坦な底面と、底面に向かって広がるテーパ状側面とを有する。また前記シールリングは、上面と、前記上面の反対側の底面とを有し、前記上面と前記底面とは、前記底面に向かって広がるテーパ状側面によって接続されている。更に前記シールリングは、その底面が前記凹部の底面に対向した状態で前記凹部内に配置される。したがって、有効な幾何学的係止がもたらされる。

第１の態様の第４の実施態様によれば、前記シールリングは、前記凹部内に挿入されるときには湾曲しており、そのとき前記シールリングの上面は凸状であり、前記シールリングの底面は凹状であり、前記シールリングの側面は実質的に平行である。したがって、幾何学的係止が有効に適用される。

第１の態様の第５の実施態様によれば、シールリングは、シリンダカバーがシリンダライナに装着されたときに平坦に押圧され、それにより、シールリングの側面は環状凹部の側面のテーパ形態と一致するテーパ形態をとり、それにより、環状凹部とシールリングとを幾何学的に相互に係止する。

第１の態様の第６の実施態様によれば、シールリングおよび凹部は、環状の蟻継ぎを形成する。

第１の態様の第７の実施態様によれば、シールリングは、圧入により環状凹部に固定される。

第１の態様の第８の実施態様によれば、シールリングは、（例えば、ボルト等の）締結具により環状凹部に固定される。

第２の態様によれば、上記の目的は、シリンダライナの上部とシリンダカバーとの間にシールリングが配設された、大型ターボ過給型２サイクル自己着火式内燃エンジンを提供することにより達成される。前記シールリングは、シールリングの幅に対応する幅を有する環状凹部内に配設される。前記環状凹部は、前記シールリングの高さよりも浅い深さを有する。前記シールリングは、その高さ方向いおいてその一部が突出した状態で前記凹部に受け入れられ、また該凹部に固定される。

第３の態様によれば、上記の目的は、大型ターボ過給型自己着火式２サイクル内燃エンジンのシリンダライナとシリンダカバーとの間をシールするための軟質金属製シールリングを提供することにより達成される。このシールリングは、側面により接続される上面と底面とを有し、前記上面は凸状であり、前記底面は凹状であり、前記側面は実質的に平行である。

取り付けの際に塑性変形する形状を備えたシールリングを提供することにより、シールリングをエンジン構成部品における溝に幾何学的に係止することが可能となる。

第３の態様の第１の実施態様によれば、軟質金属製シールリングは、上面と底面が略平坦形状をとりかつ側面が底面に向かって広がるテーパ形態をとるように、シリンダライナとシリンダカバーとの間に取り付けられたときに平坦に押圧されるように構成される。

本開示によるエンジンおよび方法のさらなる目的、特徴、利点、および特性は、詳細な説明から明らかになるであろう。
本明細書の以下の詳細部分では、図面に示される例示的実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。

図１は、例示的実施形態による大型２サイクルディーゼルエンジンの正面図である。 図２は、図１の大型２サイクルエンジンの側面図である。 図３は、図１による大型２サイクルエンジンの線図である。 図４は、従来技術のシールリングが上に配置された従来技術のシリンダライナの上部の立面図である。 図５は、図４の細部の拡大図である。 図６は、シールリングを間に挟んだ状態でシリンダカバーが上に取り付けられたシリンダライナの切欠斜視図である。 図７は、実施形態によるシールリングが上に配置された、例示的実施形態によるシリンダライナの上部の立面図である。 図８は、シールリングを間に挟んだ状態でシリンダカバーが上に取り付けられたシリンダライナを示す例示的実施形態の詳細断面図である。 図９は、実施形態によるシールリングが上に配置された、例示的実施形態によるシリンダライナの上部の立面図である。 図１０は、例示的実施形態によるシリンダライナの上側部の詳細な立面断面図である。 図１１は、例示的実施形態によるシールリングが環状凹部内に配置された図１０の図である。 図１２は、シールリングが取り付けの際に平坦に押圧された後のシールリングの形態を示す請求項１１の図である。 図１３は、アクセス凹部を図示する、例示的実施形態によるシリンダライナの上部の立面図である。 図１４は、図１３のシリンダライナの上部の側面図である。 図１５は、図１３のシリンダライナの上部の上面図である。

詳細説明

以下の詳細説明では、大型２サイクルエンジンについて例示的実施形態により説明する。図１〜図３は、クランクシャフト４２とクロスヘッド４３とを備えた大型低速ターボ過給型２サイクルディーゼルエンジンを示している。図３は、吸排気系を備えた大型低速ターボ過給型２サイクルディーゼルエンジンの線図を示している。この例示的実施形態において、エンジンは、直列の６本のシリンダ１を有する。大型ターボ過給型２サイクルディーゼルエンジンは、典型的には、エンジンフレーム４５により支えられる、直列の５〜１６本のシリンダを有する。エンジンを、例えば、外航船の主エンジンとして、または発電所の発電機を作動させるための定置エンジンとして使用してもよい。エンジンの全出力は、例えば、５，０００〜１１０，０００ｋＷの範囲であってもよい。

エンジンは、シリンダ１の下部領域に掃気ポートを備えかつシリンダ１の上部に排気弁４を備えた２サイクルユニフロー型のディーゼル（自己着火式）エンジンである。したがって、燃焼室内の流れが常に底部から上部へ向かうので、エンジンは、いわゆるユニフロー型である。掃気は、掃気受け２から個々のシリンダ１の掃気ポート（図示せず）に送られる。シリンダ１内の往復動ピストン４１が給気を圧縮し、燃料が噴射され、次いで燃焼が生じて、排気ガスが生成される。排気弁４が開放されると、排気ガスは、当該シリンダ１に結合された排気ダクト３５を通って排気受け３内に流入し、さらに進んで、第１の排気導管１８を通ってターボ過給機５のタービン６に流入し、そこから、排気ガスが第２の排気導管７を通って流出する。タービン６は、空気入口１０を介して空気が供給される圧縮機９をシャフト８により駆動する。圧縮機９は、給気受け２に通じる給気導管１１に加圧した給気を供給する。

導管１１内の掃気は、給気を冷却するためにインタークーラ１２を通過する。

冷却された給気は、電気モータ１７により駆動される、低負荷状態または部分負荷状態に給気流れを加圧する補助ブロア１６を経由して、給気受け２へと流れる。より高負荷時には、ターボ過給機の圧縮機９が十分に圧縮された掃気を供給するので、逆止弁１５を経由して補助ブロア１６が迂回される。

シリンダは、シリンダライナ５０内に形成される。シリンダライナ５０は、エンジンフレーム４５により支持されるシリンダフレーム４６により支えられる。

シリンダカバー５２がシリンダライナ５０の上部に配置されるため、ピストン４１とシリンダカバー５２との間のシリンダ内に燃焼室が画定される。

図６は、排気弁の弁座５７を備えた排気弁用の、シリンダカバーにおける中央開口を示している。

シリンダライナは、シリンダカバー５２がシリンダライナ５０上に取り付けられたときにシリンダカバー５２の底面５３に対向する上面５１を有する。

シリンダカバー５２は、シリンダカバー５２における孔５８を貫通して延びるシリンダカバー用スタッド（図示せず）によりシリンダライナ５０の上部に対して押圧される。

例示的実施形態において、シールリング６０は、凹部７０内に配置される。凹部７０は、シリンダカバー５２の下向き面５３またはシリンダライナの上向き上面５１に形成することができる。図示の例示的実施形態において、凹部７０は、シリンダライナ５０の上面５１に配設される。

シールリング６０は、（例えば、軟鉄等の）軟質金属製の環状リングである。シールリング６０は、（シールリング６０の径方向内側面６３と径方向外側面６４との間における）幅ｗと、（シールリング６０の上面６１と底面６２との間における）高さｈとを有する。

凹部７０は、シールリング６０の幅ｗと実質的に同一である（凹部７０の径方向内側面７２と径方向外側面７３との間における）幅Ｗを有する。

凹部はシールリング６０の高さｈよりも浅い深さＤを有するため、シールリングは、凹部７０内に配置されたときに凹部７０から突出する。

凹部７０は、底面７１と、径方向内側面７２と、径方向外側面７３とにより境界が定められる。径方向内側面７２は、径方向内側環状隆起部７６により形成される。径方向外側面７３は、径方向外側環状隆起部７８により形成される。底面７１は、例示的実施形態では平面である。

この例示的実施形態では、径方向内側面７２と径方向外側面７３とはテーパ状をなしており、側面７２と側面７３との間隔が、その上縁において、下縁における間隔よりも狭くなっている。したがって、凹部７０は、蟻継ぎの溝に類似した環状溝を形成する。

この例示的実施形態において、シールリング６０は、シリンダライナ５０とシリンダカバー５２との間で平坦に押圧される以前には、凸上面６１と凹底面６２とを有する。シールリング６０は、上面６１を底面６２に接続する径方向内側面６３と径方向外側面６４とを有する。側面６３、６４は、シールリング６０がシリンダライナ５０とシリンダカバー５２との間で平坦に押圧される以前には、実質的に平行である。図９および図１１は、平坦に押圧される前（すなわち、シールリングが変形される前の湾曲した初期形態にあるとき）のシールリング６０を示している。

シールリング６０が凹部７０内に取り付けられ、シリンダライナ５０とシリンダカバー５２との間で平坦に押圧されると、シールリング６０は、図１２に示すように、最初は平行であった側面６３、６４がテーパ状をなすように変形され、シールリング６０の上縁における側面６３と６４との間隔が、シールリング６０の下縁における側面６３と６４との間隔よりも狭くなる。シールリング６０のテーパ状側面６３、６４が、凹部７０のテーパ状側面７２、７３間にちょうど嵌まり込み、その結果、シールリング６０が、環状の蟻継ぎによりシリンダライナ５０に幾何学的に係止される。平坦に押圧されたときのシールリング６０の変形は塑性変形であり、そのため、シリンダカバー５２による圧力が除去されたとき（例えば、シリンダカバー５２の持ち上がりの際）にも、幾何学的係止が永続する。

幾何学的係止は、シールリング６０がシリンダライナ５０に適切に固定されるとともにシリンダカバーの持ち上がりが発生した場合に凹部に留まることを確実にする。したがって、シールリング６０もシールリング６０のいかなる部分も、エンジンルーム内へ弾かれることはない。さらに、通常はシールリング６０がシリンダカバーの持ち上がり事象によって損傷を受けることがないので、シールリング６０の損傷の結果として起こる損傷がシリンダカバー５２の面にもシリンダライナ５０の面にも生じない。

図１３〜図１５は、シールリング６０が変形して幾何学的に係止された後に凹部７０からシールリング６０を取り外すことを可能にする構成を図示している。その構成は、シールリング６０をてこ作用で持ち上げて凹部７０から取り出すためにバール等の工具がアクセスできるように径方向外側隆起部７８に１つまたは複数のスロット７９を含んでもよい。

それに加えて、または凹部７０からシールリング６０を取り外すことを可能にする代替的構成として、底面７１に開口した、シールリング６０を貫通するねじ付き孔８１を設けることができる。これにより、ボルトをねじ付き孔８１に螺合させ、ボルトの先端が底部７１に係合するとともにボルトのさらなる回転によりシールリング６０を凹部７０の外に押し出すことで、シールリング６０が押し上げられ凹部７０から押し出されることが可能になる。

上記の実施形態において、環状凹部７０は、シリンダライナ５０の上部に設けられる。しかしながら、シールリングを受け入れる凹部７０を、シリンダライナ５０にではなく、シリンダカバー５２に設けることができることは、当業者には明らかである。

さらに、環状の蟻継ぎ以外の適切な手段（例えば、他の形態の幾何学的係止、底面７１におけるねじ付き孔に係合する、シールリングを貫通するボルト、または圧入等）により、シールリング６０を環状凹部７０内に固定することができる。

単一のプロセッサまたは他のユニットは、特許請求の範囲に列挙するいくつかの手段の機能を実行してもよい。

特許請求の範囲で使用される参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

本発明は例示の目的で詳細に説明されているが、このような詳細が単にその目的のためのものであることと、本発明の範囲から逸脱することなく、当業者により変更が加えられ得ることが理解される。

Claims (11)

1. 大型ターボ過給型２サイクル自己着火式内燃エンジンであって、前記エンジンは、
   その上部にシリンダカバー（５２）を有する少なくとも１つのシリンダライナ（５０）と、
   前記シリンダライナ（５０）の前記上部に対向する第１の面（５３）を有する前記シリンダカバー（５２）であって、前記シリンダライナの前記上部が前記シリンダカバー（５２）に対向する第２の面（５１）を有する、前記シリンダカバー（５２）と、
   前記第１の面（５３）と前記第２の面（５１）との間のシールリング（６０）であって、高さ（ｈ）と、その径方向内側面（６３）とその径方向外側面（６４）との間の幅（ｗ）とを有する前記シールリング（６０）と
   を備え、
   前記シリンダカバー（５２）は、シリンダカバー用スタッドによって前記シリンダライナ（５０）の上部に押し付けられており、
   前記第１の面（５３）または前記第２の面（５１）には、深さ（Ｄ）と、前記シールリング（６０）の前記幅（ｗ）に対応する幅（Ｗ）とを有する環状の凹部（７０）が設けられ、
   前記第２の面（５１）の径方向内側の部位及び径方向外側の部位に対する前記深さ（Ｄ）、または前記第１の面（５３）の径方向内側の部位及び径方向外側の部位に対する、前記凹部（７０）の前記深さ（Ｄ）は、前記高さ（ｈ）よりも浅く、
   前記シールリング（６０）は、前記シールリング（６０）の前記高さ（ｈ）の方向において、その一部が、前記凹部の内側部及び外側部の両方において前記凹部（７０）から突出した状態で前記凹部（７０）内に受け入れられ、
   前記シールリング（６０）は、前記シールリング（６０）と前記凹部（７０）との間の幾何学的係止により前記凹部（７０）に固定される、
   ことを特徴とする、エンジン。
2. 前記凹部は、前記第１の面（５３）上または前記第２の面（５１）上の２つの同心の環状隆起部（７６、７８）の間に形成される、請求項１に記載のエンジン。
3. 前記凹部（７０）は、平坦な底面（７１）と、前記底面（７１）に向かって広がるテーパ状側面（７２、７３）とを有し、
   前記シールリング（６０）は、上面（６１）と、前記上面（６１）の反対側の底面（６２）とを有し、前記上面（６１）と前記底面（６２）とは、前記底面（６２）に向かって広がるテーパ状側面（６３，６４）によって接続されており、
   前記シールリング（６０）は、前記シールリング（６０）の前記底面（６２）が前記凹部（７０）の前記底面（７１）に対向した状態で前記凹部（７０）内に配置される、請求項１に記載のエンジン。
4. 前記シールリング（６０）は、前記凹部（７０）内に挿入されるときには湾曲しており、前記シールリング（６０）の上面（６１）が凸状であり、前記シールリング（６０）の底面（６２）が凹状であり、前記シールリング（６０）の側面（６３、６４）は実質的に平行である、請求項３に記載のエンジン。
5. 前記シールリング（６０）は、前記シリンダカバー（５２）が前記シリンダライナ（５０）に装着されたときに平坦に押圧され、それにより、前記シールリング（６０）の前記側面（６３、６４）は前記凹部（７０）の前記側面（７２、７３）のテーパ形態と一致するテーパ形態をとり、それにより、前記凹部（７０）と前記シールリング（６０）とを幾何学的に相互に係止する、請求項４に記載のエンジン。
6. 前記シールリング（６０）および前記凹部（７０）が、環状の蟻継ぎを形成する、請求項４または５に記載のエンジン。
7. 前記シールリング（６０）は、圧入により前記凹部（７０）に固定される、請求項１または２に記載のエンジン。
8. 前記シールリング（６０）は、締結具により前記凹部（７０）に固定される、請求項１または２に記載のエンジン。
9. 大型ターボ過給型自己着火式２サイクル内燃エンジンのシリンダライナ（５０）とシリンダカバー（５２）との間をシールするための軟質金属製シールリング（６０）であって、
   前記シールリング（６０）は、側面（６３、６４）により接続される上面（６１）と底面（６２）とを有し、前記上面（６１）は凸状であり、前記底面（６２）は凹状であり、かつ前記側面（６３、６４）は実質的に平行であり、それによって前記シリンダライナ（５０）又は前記シリンダカバー（５２）に設けられる環状の凹部（７０）との間で幾何学的係止を形成し、ただし前記凹部（７０）は、平坦な底面（７１）と、前記底面（７１）に向かって広がるテーパ状側面（７２、７３）とを有することを特徴とする、軟質金属製シールリング（６０）。
10. 前記上面（６１）と前記底面（６２）が略平坦形状をとりかつ前記側面（６３、６４）が前記底面（６２）に向かって広がるテーパ形態をとるように、前記シリンダライナ（５０）とシリンダカバー（５２）との間に取り付けられたときに平坦に押圧されるように構成される、請求項９に記載の軟質金属製シールリング（６０）。
11. 前記エンジンは、シリンダ圧力がエンジンの設計圧力を超えた場合に、前記シリンダカバー（５２）が前記シリンダライナ（５０）から持ち上がるように構成されている、請求項９または１０に記載のシールリング。