JP6434212B2 - シリンダヘッド及び当該シリンダヘッドを具備する内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のおいて書きに記載のシリンダヘッドと、当該シリンダヘッドを具備する内燃機関とに関する。

上述のシリンダヘッドは、例えば特許文献１に開示されている。このようなシリンダヘッドは、シリンダヘッドを通じて貫流する媒体によって恒常的な摩耗を受けているので、シリンダヘッドの耐用年数に不利に作用する場合がある。

欧州特許第０３５３９８９号明細書（独国特許第６８９２７３５９号明細書） 独国特許第４２３１２１８号明細書 独国特許出願公開第１０２００５０１７９０５号明細書

本発明の課題は、耐用年数が一層長くなった、請求項１のおいて書きに記載のシリンダヘッドを提供することである。本発明のさらなる課題は、当該シリンダヘッドを具備する内燃機関を提供することである。

上述の課題は、請求項１に記載のシリンダヘッド又は請求項９に記載の内燃機関によって解決される。本発明に係るシリンダヘッドのさらなる形態は、従属請求項において定義されている。

最近では、内燃機関の分野における開発傾向は排ガスリサイクルシステムに向けられている。例えば大型ディーゼル機関に用いられるようなシリンダヘッドは、一般に鋳鉄から作られているので、非常に腐食し易い。排ガスリサイクルシステムの開発において、発明者は、シリンダヘッドが腐食し易いことを潜在的な欠点のうち一の欠点として認識しており、シリンダヘッドの耐腐食性を改善した、ひいては当該シリンダヘッドの耐用年数を一層長くすることができる、本発明に係る解決法を開発した。

当該解決法に従えば、本発明の第１の実施態様では、例えば船舶又は発電所のための特に大型ディーゼル機関のような、内燃機関のためのシリンダヘッドは、媒体を誘導するために設けられた１つの媒体接触面をそれぞれ含む複数の媒体路を備えており、その複数の媒体路内の腐食性媒体を誘導するために設けられた媒体路の少なくとも１つの媒体接触面は、耐腐食性材料で形成されている。

耐腐食性材料によって形成された当該媒体路は、腐食性媒体によって起こり得る腐食に起因する摩耗に対して信頼性を有しており、長期間に亘って保護されるので、その結果として、媒体路の、ひいてはシリンダヘッド全体の耐用年数を長くすることができる。

好ましくは、耐腐食性材料として、例えばオーステナイトダクタイル鋳鉄（例えばＥＮ−ＧＪＳＡ−ＸＮｉＣｒ２０−２やＥＮ−ＧＪＳＡ−ＸＮｉＳｉＣｒ３５−５−２）のような、耐腐食性鋳鉄が挙げられる。言うまでもなく、本発明には、例えば耐腐食性鋼のような他の耐腐食性材料も含まれている。

本発明の一の実施形態では、複数の媒体路内の腐食性媒体を誘導するために設けられた媒体路のすべての媒体接触面が、耐腐食性材料で形成されている。

この手法によって、シリンダヘッドが、腐食負荷が作用される媒体路全体において信頼性を有しており、長期に亘って保護されるので、その結果として、シリンダヘッドの耐用年数を長くすることができる。

本発明のさらなる一の実施形態では、耐腐食性材料で形成された複数の媒体路内の媒体接触面を備えている媒体路それぞれが、耐腐食性材料で内張りされている。

この場合には、有利には、そのような媒体路自体又はシリンダヘッド自体が、別の材料から、場合によっては安価な材料から作ることが可能となるので、腐食から確実に保護するためにシリンダヘッド全体にコストをかける必要が無くなる。好ましくは、シリンダヘッドは、安価で腐食し易い材料から作られている。

さらに、本発明の一の実施形態では、シリンダヘッドが、例えばＥＮ−ＧＪＳ−４００−１５（ＧＧＧ−４０）のような鋳造材料から作られており、耐腐食性材料で形成された媒体接触面それぞれのための耐腐食性材料が、媒体路それぞれに流し込まれる。

この手法によって、シリンダヘッド自体が、低コストとなり、駆動時の高い圧力負荷に適応するように作られていると同時に、腐食負荷が作用される媒体路を腐食から容易に且つ確実に保護することができる。

さらに、本発明のさらなる一の実施形態では、耐腐食性材料で形成された媒体接触面を具備する媒体路それぞれが、シリンダヘッドに埋設された耐腐食性材料によって作られた流路構造体又はパイプ構造体を備えており、パイプ構造体の内周が、耐腐食性材料で形成された媒体接触面を形成している。

好ましくは、パイプ構造体が、少なくとも１つのパイプを、又は場合によっては媒体が漏出しないように互いに継合された複数のパイプを備えており、その結果として、腐食から保護されるべき媒体路全体が、耐腐食性材料から作られたパイプで内張りされている。

本発明のさらなる一実施形態では、パイプ構造体は、媒体入口側及び／又は媒体出口側に、少なくとも１つの密封面を備えており、その結果として、媒体路のパイプ構造体を通じて誘導されるべき腐食性媒体が、漏出することなく導入及び／又は排出されることが保証されている。

この場合には、有利には、腐食性媒体それぞれがシリンダヘッドに確実に接続されている。

さらに、本発明の一の実施形態では、複数の媒体路の内の、耐腐食性材料で形成される媒体接触面を備える少なくとも１つの媒体路は、空気流入路特に過給空気流入路として形成されている。

さらに、本発明のさらなる一の実施形態では、空気流入路として又は過給空気流入路として形成された、シリンダヘッドの媒体路の媒体接触面のみが、本発明の上述の実施形態に基づいて耐腐食性材料から形成されている。すなわち、本発明の当該実施形態では、好ましくは、耐腐食性材料から作られた上述のパイプ構造体が、空気流入路として又は過給空気流入路として形成された媒体路のみに埋設されているか又は流し込まれている。

発明者が認識しているように、排ガスリサイクルシステムを使用する際には、空気流入路又は過給空気流入路が、リサイクルされる排ガスによって特に腐食負荷が作用される媒体路とされる。本発明に従って当該媒体路を腐食から保護することによって、当該媒体路は、腐食に起因する摩耗に対して信頼性を以って保護されるので、その結果としてシリンダヘッドの耐用年数に悪影響を及ぼすことなく、排ガスリサイクルシステムを使用することができ、本発明に係るシリンダヘッドを具備する内燃機関における有害物質の排出を削減可能となる。

本発明は、請求項の明確な引用からの特徴の組み合わせによってもたらされていない実施形態にも適用され、それによって、本発明の開示された特徴は、技術的に合理的である限り、任意に互いに組み合わせられていてよい。

本発明の第２の実施態様では、本発明の上述の実施形態のうち一に、複数に、又はすべてに基づくシリンダヘッドを具備する内燃機関が、考えられ得る組み合わせそれぞれで提供され、内燃機関には排ガスリサイクルシステムが配設されており、耐腐食性材料で形成された媒体接触面を具備する少なくとも１つの媒体路が、排ガス・空気混合気のためのシリンダヘッド入口として（特に過給空気流入路として）排ガスリサイクルシステムに接続されている。

好ましい実施形態に基づいて且つ添付図面に関連して、本発明について以下に詳述する。

本発明の一実施形態における内燃機関のシリンダヘッドの側面断面図である。 図１に表わすシリンダヘッドの上面図である。

図１及び図２それぞれは、本発明の一の実施形態における、ターボ過給される内燃機関１（全体は図示しない）のシリンダヘッド１０を表わす。内燃機関１は、例えば船舶及び発電所（例えばパワープラント）のための大型ディーゼル機関として構成されている。

内燃機関１は、基本機能の観点では例えば特許文献２又は特許文献３に開示されている排ガスリサイクルシステム（図示しない）を備えている。

シリンダヘッド１０は、低コストであるが腐食し易い鋳造材料から、好ましくはＥＮ−ＧＪＳ−４００−１５（ＧＧＧ−４０）から作られている。

内燃機関１のシリンダヘッド１０は、媒体を誘導するために設けられた１つの媒体接触面をそれぞれ具備した複数の媒体路（１つの媒体路１１のみを図示する）を備えている。

本発明では、腐食性媒体を誘導するために設けられた媒体路１１の少なくとも１つの媒体接触面１１ａが、耐腐食性材料から形成されている。好ましくは、耐腐食性材料として、オーステナイトダクタイル鋳鉄（例えばＥＮ−ＧＪＳＡ−ＸＮｉＣｒ２０−２やＥＮ−ＧＪＳＡ−ＸＮｉＳｉＣｒ３５−５−２）が挙げられる。

図示の実施形態では、耐腐食性材料で形成された媒体接触面１１ａを具備する媒体路１１は、（腐食性媒体である）排ガス・空気混合気のためのシリンダヘッド入口として又は過給空気流入路として、排ガスリサイクルシステムに接続されている。従って、過給空気流入路として形成された媒体路１１は、リサイクルされる排ガスを介して、腐食負荷に曝されている。

図１及び図２に関連して説明された本発明の実施形態では、過給空気流入路として形成された媒体路１１には、耐腐食性材料が内張りされている。具体的には、耐腐食性材料は、過給空気流入路として形成された媒体路１１に流し込まれ、それによって、耐腐食性材料から作られたパイプ構造体１２がシリンダヘッド１０内に形成される。パイプ構造体１２の内周（別図面で表わさない）には、耐腐食性材料から成る媒体接触面１１ａが形成されている。

図１及び図２に関連して説明された本発明の実施形態では、パイプ構造体１２は、媒体が漏出しないように互いに継合された複数のパイプ１２ａ、１２ｂを備えており、その結果として、過給空気流入路として形成された、腐食から保護されるべき媒体路１１全体には、耐腐食性材料から作られたパイプが内張りされている。

図２から明らかなように、パイプ構造体１２は、媒体入口側及び媒体出口側それぞれに、１つの密封面１３（図２は、媒体入口側の密封面１３のみを表わす）を備えており、その結果として、過給空気流入路として形成された媒体路１１のパイプ構造体１２を通じて誘導されるべき腐食性媒体を漏出することなく導入又は排出することを保証する。

本発明の実施形態では、腐食性媒体を誘導するために設けられたシリンダヘッド１０のさらなるすべての媒体路、例えば冷却水路や排ガス排出路の媒体接触面は、耐腐食性材料から形成されている。好ましくは、当該さらなる媒体路それぞれも、シリンダヘッド１０に流し込まれるパイプ構造体１２の形状の、上述の耐腐食性材料で内張りされている。

結論として、本発明では、シリンダヘッド１０の腐食攻撃に浸食される領域（すなわち、例えば給入流路）に、鋳鉄のような耐腐食性材料（その正確な品質は、腐食性媒体に応じて選択されるべきである）が流し込まれる。耐腐食性材料は非常にコスト高なので、経済的な理由から、シリンダヘッド１０全体がこの材質で作られているか又は鋳造されているべきではない。本発明に係る解決法によって、これは有利に保証される。

１ 内燃機関
１０ シリンダヘッド
１１ 媒体路
１１ａ 媒体接触面
１２ パイプ構造体
１２ａ パイプ
１２ｂ パイプ
１３ 密封面

Claims (7)

1. 腐食性ガスを誘導するために設けられた複数のガス路を有している、内燃機関（１）のためのシリンダヘッド（１０）において、
   複数の前記ガス路それぞれの全体が、腐食性ガスが漏出しないように互いに接続されている複数のパイプを具備するパイプ構造体（１２）で内張りされており、これにより、前記パイプ構造体（１２）の内周面が、前記ガス路のガス接触面（１１ａ）として形成されており、
   前記パイプ構造体（１２）が、腐食性ガスに対する耐腐食性を有する耐腐食性材料から作られていることによって、前記ガス接触面（１１ａ）も、腐食性ガスに対する耐腐食性を有しており、
   前記パイプ構造体（１２）が、腐食性ガス入口側及び／又は腐食性ガス出口側に、少なくとも１つの密封面（１３）を備えており、その結果として、前記ガス路（１１）の前記パイプ構造体（１２）を通じて誘導されるべき腐食性ガスを、漏出することなく導入及び／又は排出することが保証されることを特徴とするシリンダヘッド（１０）。
2. 複数の前記ガス路内の腐食性ガスを誘導するために設けられたすべてのガス路の前記ガス接触面（１１ａ）が、耐腐食性材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド（１０）。
3. 前記シリンダヘッド（１０）が、腐食し易い材料から作られていることを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダヘッド（１０）。
4. 前記シリンダヘッド（１０）が、鋳造材料から作られており、
   耐腐食性材料で形成されるガス接触面（１１ａ）は、前記ガス路（１１）内における耐腐食性材料によって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリンダヘッド（１０）。
5. 複数の前記ガス路内の耐腐食性材料で形成されるガス接触面（１１ａ）を具備する少なくとも１つの前記ガス路（１１）が、前記腐食性ガスと共に空気を取り込むように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリンダヘッド（１０）。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリンダヘッド（１０）を具備する内燃機関（１）であって、該内燃機関（１）には排ガスリサイクルシステムが備わっており、耐腐食性材料で形成されるガス接触面（１１ａ）を具備する少なくとも１つの前記ガス路（１１）が、排ガス・空気混合気のためのシリンダヘッド入口として前記排ガスリサイクルシステムに接続されていることを特徴とする内燃機関（１）。
7. 前記耐腐食性材料は、耐腐食性鋳鉄または耐腐食性鋼であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリンダヘッド（１０）。

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