JPH05187210A - 内燃機関の封止空気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 封止空気装置の設計を単純化して問題をなく
排気弁を作動させ得るように改善すること。 【構成】 内燃機関は、弁ハウジングの上部のガイド軸
受内に支持されると共に弁ハウジング上に取り付けられ
た空気式ばね（８）内に延びる弁棒を有する円板弁型
の、油圧式に作動して空気式にリセットされる排気弁
（３）を備えている。ガイドブッシュ（７）と空気式ば
ねのハウジングの下側との間には、封止空気室（１８）
が設けられている。封止空気室を介して、空気流路（１
５、１６、２２、２０；１６、２６、２６；３０、３
２、３４）が空気式ばね室（１３）と接続されている。
空気流路は、その内部の圧力が所定の値を超えると空気
式ばね室から封止空気を供給するために開口するストッ
プ弁（１８；３５）を有する。空気式ばね室から除去さ
れた封止空気は、排気流路内の排気ガスの圧力より実質
的に高い圧力を有し、それにより、ブッシュ（７）と弁
棒（６）との間の隙間に、排気ガスから生じる不純物が
混入しないようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気弁用の弁ハウジン
グを有する内燃機関の封止空気装置であって、前記ハウ
ジングは機関の作動シリンダと接続され、前記排気弁の
弁棒は弁ハウジング内に軸受を介して支持されると共に
空気式ばね内まで上方に延び、前記空気式ばねは弁ハウ
ジング上に取り付けられて空気式ばね室と弁棒に固定さ
れた空気式ばねピストンより成ると共に閉鎖方向に排気
弁を作動させることが可能であり、油圧シリンダに軸受
を介して接続された作動ピストンにより排気弁を開方向
に作動させ、弁ハウジング内のジャーナル上方の領域で
弁棒が、封止空気の供給用の入口開口部を備えた封止空
気室を貫通する封止空気装置に関する。

【０００２】機関の燃焼行程の終わりにアクチュエータ
ピストンにより排気弁が開口すると、弁ハウジング内の
排気流路を通る燃焼ガスの排出は、流路内に強い圧力波
を生成した後、その内部の圧力は、弁が再び閉まるまで
降下して周囲圧力に接近する。排気弁の弁棒は、弁ハウ
ジング内のガイドを上方に貫通すると共に軸受を介して
支持されており、ガイドに対して僅かな隙間を形成して
いる。弁が開口しているとき、強い圧力波とそれに伴う
流路内の比較的高い圧力により、弁棒と弁ガイドとの間
の隙間に排気ガスが付勢される。その結果、スラグ粒子
及び凝結体の形で燃焼残滓が滑り弁又は弁棒のジャーナ
ル表面に堆積する。ガイドを通って上方へかけて弁棒の
温度は低いので、排気ガスに含まれる硫酸は、弁棒とガ
イド上に凝結することがある。このため、弁棒及びガイ
ド表面の腐食及び磨耗分解により弁棒の寿命を短縮す
る。

【０００３】ガイド上方に位置する封止空気室を加圧す
ることにより、ガイド及び弁棒の間の隙間に侵入する排
気ガスを減少させることが知られている。排気ガスは種
々の寸法の小さな粒子を含有し、封止空気の下方への流
動にも拘わらず前記空気流の一部は、排気弁が開口する
ときに生じる圧力パルスにより付勢されて隙間に貫入す
る。この圧力パルスは、隙間内で瞬間的な上方への空気
流を生じるものである。更に、ある寸法の粒子は、隙間
内の下方への空気流にも拘わらず隙間を通って機械的に
上方へ搬送される。封止空気室へ封止空気を供給するこ
とにより、弁軸から前記粒子を吹き飛ばし、粒子は弁軸
の風下の封止空気室内に堆積することが経験的に分かっ
ている。隙間への排気ガスの貫入を規制する他に、封止
空気室は上方へ搬送される粒子のトラップとして重要な
機能を果たす。これにより、粒子が空気式ばねの底部で
弁棒の周りの封止リング内に侵入してこれを腐食するこ
とを防止することができる。

【０００４】米国特許第３１２０２２１号の開示は、カ
ム軸により作動される排気弁と共に空気式リセット装置
を備えた内燃機関に関する。この機関において、弁ハウ
ジングは封止空気室を有せず、弁軸の周囲に封止リング
を使用した場合には、弁軸とガイドとの間に隙間に貫入
する粒子により磨耗することがある。空気式ばねから漏
入した空気は、制御不能の状態で隙間に侵入降下し、弁
棒の冷却に寄与する。従来技術の機関において、封止空
気は一般に機関の掃気受けから採られる。しかしなが
ら、これは、すす含有オイルの封止空気室内への堆積を
招来する。これを防ぐために、機関の実際の掃気圧力よ
り高い約０．２バールの有効圧力で、予め圧縮した作動
空気を別の公知の機関の封止空気室供給している。これ
により、全ての機関負荷において、排気ガスの前記隙間
への侵入を比較的許容し得る範囲まで低下させている。

【０００５】従来技術の封止空気装置の共通の特徴は、
各機関シリンダの封止空気室まで封止空気を搬送させる
共通の外部パイプシステムを機関シリンダが有すること
である。そのようなパイプシステムは、製造コストが高
いことを別にしても、封止空気室の容積と比較して極め
て大きな容積を有するので、封止空気室内への排気ガス
の侵入がパイプシステム内に顕著な圧力増加に必然的に
つながることはない。更に、従来技術の装置には、機関
の掃気圧力が機関負荷が低い場合には急激に降下しその
ような負荷条件では封止空気圧力が十分に高いものにな
らないという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、封止空気装置の設計を単
純化して問題を生じることなく排気弁を作動させ得るよ
うに改善することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明に係る装置は、封止空気室の入口開口部が、その内部
の圧力が所定の値を超えると空気式ばね室から封止空気
を導入するストップ又は圧力調節部材を収容すると共に
空気式ばね室に連通する空気流路と連通していることを
特徴とする。

【０００８】封止空気を排気弁と連係した空気式ばね室
から採ることにより、封止空気が必要とされるとき、即
ち、弁が開いて排気流路内の圧力が上昇する度に、封止
空気室内の圧力が空気式ばね室内の最大圧力に対応する
高レベルまで上昇することができる。排気弁が閉じてい
るとき封止空気は供給されないので、従来技術の機関の
消費量と比較して封止空気の消費量を相当増加すること
なく、封止空気圧力を機関の排気空気圧力より実質的に
高く設定することができる。封止空気圧力が高いこと、
更に、封止空気圧力が機関の負荷と独立であるため、弁
棒とそのガイドとの間の隙間の浄化効果は、大幅に改善
されている。更に、従来使用された共通のパイプシステ
ムを完全に除去することにより、機関のオーバホールで
排気弁を外すとき、パイプシステムを外す必要がないの
で、機関の維持管理が一層簡単である。

【０００９】空気流路は、従来公知のパイプシステムよ
り内部容積が実質的に小さく、封止空気室の容積も小さ
いので、排気ガスの侵入が封止空気室内の圧力増加に帰
結して排気ガスの更なる侵入を阻止するという利点を有
する。油圧シリンダから一定量の作動油が作動ピストン
及びばねピストンを通過して空気式ばね室の底部に至る
ことは不可避である。空気流路が空気式ばね室の底部に
連通する本発明に係る装置の好ましい実施例において、
前記作動油を弁軸の潤滑のために使用してもよい。作動
油は封止空気と共に連行され、弁棒とガイドとの間の隙
間に侵入する。作動油が弁棒の磨耗を低減する他に、従
来技術の機関では空気式ばねがオーバホールの間に機能
停止すると煩わしいオイルミストとして機関室に吹き出
されたオイル堆積物を、空気式ばね室から除去できると
いう利点を有する。

【００１０】上述した封止空気装置の好ましくは小さい
容積の利点は、空気流路内のストップ部材を好ましくは
封止空気室近傍に位置決めして侵入排気ガスが封止空気
室内の空気のみを圧縮するようにすることにより、更に
増加する。本発明に係る封止空気装置は、空気式ばねが
安全弁を有する既存の機関に適用してもよい。この場
合、現存する外部封止空気装置を取り外すと同時に排気
空気受け上の封止空気出口を塞ぎ、更に、各機関シリン
ダ上の安全弁の空気出口を外部導管を介して、関連する
封止空気室の空気入口と接続することより成る簡単な修
正だけで機関を再調整することできる。機関の修正前の
安全弁は異常に高い空気式ばね圧力でのみ開くように通
常設定されているという事実に鑑みて、弁の開口圧力及
び１機関サイクルの間の空気式ばね室内の最大圧力は、
実質的に各機関サイクルの間に封止空気が空気式ばね室
から封止空気室へ搬送されるように互いに調整する必要
がある。

【００１１】各機関サイクルの間の封止空気の消費量が
空気式ばねの容積と比較して単に小さいという事実に鑑
みて、排気弁の各開口部で必要な封止空気が正確に供給
されるまで、安全弁の開口圧力を低下させることが可能
である。空気式ばねの最大圧力が僅かでも低下すること
が望まれない場合には、弁の開口圧力を低下させる代わ
りに或いはその補完として、空気式ばねへの供給空気圧
力を上昇させてもよい。以下、本発明の好ましい実施例
を、添付図面を参照して一層詳細に説明する。

【００１２】

【実施例】図１は、エンジンシリンダの図示されていな
いカバーの頂部に取り付けられる排気弁ハウジング１を
示す。弁ハウジング１は、エンジンの燃焼室からの排気
ガスを搬送するための排気流路２を有する。排気弁３
は、弁の図示の閉位置において弁座５上に当接すると共
に排気流路２への出入りを遮断する弁体４を備えてい
る。弁体４から上方に続く弁棒６は、弁ハウジング１の
上部を通って上方に延びている。弁棒６は、弁ハウジン
グの上部を通る内腔内に挿入されたガイドブッシュ７内
で軸受を介して支持されている。

【００１３】空気式ばね８及び油圧シリンダ９は、弁ハ
ウジング１の頂部にブッシュ７と同軸に取り付けられて
いる。弁棒６の頂部に軸受を介して支持されたアクチュ
エータピストン１０は、油圧シリンダの作動室１１へ作
動油が付与されると、弁３に下向きの開放力を付与す
る。空気式ばねピストン１２は周知の方法で弁棒に固定
されているので、弁の開口時にはピストン１２が弁棒６
と共に下方へ移動してピストン１２の下方に位置する空
気式ばね室１３内の空気を圧縮する。排気弁が閉鎖する
時には作動室１１内の圧力は解放され、それに続いて、
空気式ばね室１３内の圧力がピストン１２と更には弁棒
６にも上向きに作用する閉鎖力を付与するので排気弁は
空気式ばね８により閉位置に反転する。逆止め弁１４を
備えた空気入口は、必要な空気を所望の閉鎖力に対応す
る圧力で空気式ばね室１３に供給する。横方向内腔１５
は空気式ばね室１３の底部から延び、圧力が調整可能な
安全弁１６に連通する。その位置で、空気式ばね８を貫
通する弁棒６は、弁棒６を取り囲む環状の封止リング１
７により下方に封止される。

【００１４】弁棒６とブッシュ７との間には、上述した
ように、例えば２乃至１０ミリメートルの範囲で隙間が
設けられている。ブッシュ７の上部フランジの直ぐ上側
には、排気ガスが上向きに隙間を通って侵入するのを阻
止するために、封止空気室１８を設けている。封止空気
室１８は、弁ハウジングの上端部に設けた凹部の側壁に
より横方向に画定されると共に、ブッシュ７の上部フラ
ンジの上側と空気式ばね８のハウジングの下側とにより
それぞれ軸方向に画定されている。封止空気室１８の側
壁の入口開口部１９は、弁ハウジング１の横方向内腔２
０を介して、導管２２の一端のパイプソケット２１と連
通している。導管２２の他端は、安全弁１６の空気出口
２３上に取り付けられている（図２参照）。

【００１５】大型の低速２行程内燃機関では、弁軸の直
径が非常に大きいので、寒暖の条件差で生じる軸の直径
の変動に対応できるように隙間を大きくとる必要があ
る。隙間の面積は、入口開口部１９の面積と一致させて
もよい。従って、このような２行程機関においては、封
止リング１７と封止空気室１８は、十分な空気式ばね機
能を得るために重要である。

【００１６】横方向内腔１５、安全弁１６、導管２２、
及び横方向内腔２０は、空気式ばね室１３を封止空気室
１８と接続する空気流路を構成する。安全弁１６の開口
圧力は、排気弁３が開放状態にあるときに空気が空気式
ばね室１３から封止空気室１８へ吹き送られるように調
整される。安全弁１６は、例えば、空気式ばね室内の圧
力が１５バールに達したときに開いて封止空気を供給す
るように調整してもよい。封止空気室１８内の圧力は、
かくして排気流路２内の排気ガスの圧力より相当高くな
るので、封止空気は弁棒６及びブッシュ７との間の隙間
を通って流れ、排気ガスから生じる不純物が弁棒に混入
することはない。

【００１７】図４に示した排気弁の実施例において、安
全弁１６は空気式ばね８の底部にある内腔２４内に取り
付けられている。安全弁１６の入口開口部は、図示しな
い内腔を介して空気式ばね室１３の底部と連通し、安全
弁１６の出口は空気式ばねのハウジング内の下方に延び
る通路２５及び弁ハウジング１と連通し、この通路２５
は、弁ハウジング１内に位置して封止空気室１８へ延び
る横方向通路２６に連通する。逆止め弁２７は、封止空
気室内の通路２６の出口に位置する。前記逆止め弁は、
封止空気室１８からの空気が通路２６内に逆流しないよ
うにしている。通路２６には、径方向外側に延びる方向
に、通路２６のねじ山に螺合する長軸のボルト２８を挿
入してもよい。この場合、ボルトの端面は通路２５の出
口の直ぐ外側の通路２６内に位置する。安全弁１６は、
内腔３６及びこの内腔内のばね式逆止め弁３７を介し
て、空気式ばね室１３の外側に位置する排気弁のオイル
ドレンと接続されている。逆止め弁３７は、空気式ばね
の通常の作動圧力以上の圧力で開くように調整されてい
る。これにより、逆止め弁は、空気流路１６、２５、２
６が不純物により遮断された場合に開く安全弁として機
能する。

【００１８】図示しない別の実施例において、弁ハウジ
ング１の通路２５及び２６は、弁ハウジングの上部表面
で上向きに開口する流路として形成してもよい。この場
合、前記流路は、空気式ばねのハウジング内の内腔２５
から封止空気室１８まで延びている。この実施例は、製
造が極めて簡単であることをその特徴としている。図５
は、空気式ばねの安全弁が装置の一部を構成しない封止
空気装置の第三の実施例を示す。通路３０に作動油を少
しずつ流すために、空気式ばね室１３の底部に周方向に
作動油収集溝２９を設けている。通路３０は溝２９から
下方に延びて弁ハウジング１に至り内腔３１と連通す
る。内腔３１は、比較的小さい通路３２を介して封止空
気室１８と接続する。内腔３１の一番内側の長さ部分に
は雌ねじを備えて、内腔３１を外側方向に遮蔽するボル
ト３３を螺合させている。屈曲した通路３４をボルト３
３の内端部に設け、通路３４の一方の端部が通路３０と
対向すると共に、その他方の端部が封止空気室の入口開
口部１９まで延びた内腔３１と連通するようにしてい
る。通路３４の一番内側の部分は直径が大きくなるよう
にしてばね式逆止め弁３５と螺合する雌ねじを形成して
いる。逆止め弁３５は、空気式ばね室１３内の圧力がそ
のピーク値に達すると、開いて封止空気を供給する。空
気式ばね室１３と封止空気室１８を結ぶ空気流路は、通
路３０、３２及び３４より成る。

【００１９】上記空気流路の一つの適当な位置に絞りス
トップ部材を挿入することにより、封止空気の消費を制
限することも当然可能である。空気式ばね室１３内の圧
力は、排気流路２内の排気ガスの圧力より実質的に高い
ので、そのような絞り弁部材を備えた封止空気装置は十
分に機能する。絞り弁部材は逆止め弁１６と組み合わせ
て使用してもよいし、或いは空気式ばね室を封止空気室
と常に接続しておきたい場合には別個に設けてもよい。

【００２０】空気式ばねの空気入口１４は、約５．５乃
至７バールの供給圧力で空気を搬送してもよい。連続的
な封止空気供給が必要とされる場合には、空気流路内の
ストップ部材を、４．０乃至５．５バールの範囲の圧力
で開くように調整してもよい。供給圧力が．５．５バー
ルであるとき、ピストン直径が６０センチメートルの機
関のシリンダあたり封止空気の消費量は、例えば１ｋｇ
／時間であり、供給圧力が約７バールであるときは、封
止空気の消費量は３ｋｇ／時間である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る封止空気装置を備えた油圧作動で
空気リセットされる排気弁の、図２の線Ｉ−Ｉに沿った
軸方向断面図。

【図２】排気弁を上方から見た図。

【図３】図２の線III −III に沿った排気弁の軸方向断
面図。

【図４】本発明に係る封止空気装置を備えた排気弁の第
二の実施例の、上方部分を通る軸方向断面図。

【図５】封止空気装置の第三の実施例の図４に対応する
断面図。

【符号の説明】

１ 弁ハウジング ３ 排気弁 ６ 弁棒 ７ ガイドブッシュ ８ 空気式ばね ９ 油圧シリンダ １０ 作動ピストン １２ 空気式ばねピストン １３ 空気式ばね室 １５、３０ 空気流路 １８ 封止空気室

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気弁（３）用の弁ハウジング（１）を有
   する内燃機関の封止空気装置であって、 前記ハウジングは機関の作動シリンダと接続され、前記
   排気弁の弁棒（６）は弁ハウジング内に軸受を介して支
   持されると共に空気式ばね（８）内まで上方に延び、前
   記空気式ばね（８）は弁ハウジング上に取り付けられて
   空気式ばね室（１３）と弁棒に固定された空気式ばねピ
   ストン（１２）より成ると共に閉鎖方向に排気弁（３）
   を作動させることが可能であり、 油圧シリンダ（９）に軸受を介して接続された作動ピス
   トン（１０）により排気弁を開方向に作動させ、 弁ハウジング内のジャーナル上方の領域で弁棒（６）
   が、封止空気の供給用の入口開口部（１９）を備えた封
   止空気室（１８）を貫通する封止空気装置において、 封止空気室の入口開口部（１９）が、その内部の圧力が
   所定値を超えると空気式ばね室から封止空気を導入する
   ために開口するストップ又は圧力制御部材（１６、３
   ５、３７）を収容すると共に空気式ばね室（１３）に連
   通する空気流路（１５、１６、２２、２０；１６、２
   ５、２６；３０、３２、３４）と連通したことを特徴と
   する内燃機関の封止空気装置。
2. 【請求項２】前記空気流路（１５；３０）が、空気式ば
   ね室（１３）の底部で開口することを特徴とする請求項
   １記載の封止空気装置。
3. 【請求項３】前記封止空気室（１８）が弁ハウジングの
   上端部に設けられた凹部であり、 前記空気流路が、弁ハウジングの上側に形成された通路
   を有し、その通路は一端で封止空気室（１８）に連通す
   ると共に、他端で空気式ばね室（１３）に延びる空気式
   ばねのハウジング内の内腔と対向することを特徴とする
   請求項１又は２記載の封止空気装置。
4. 【請求項４】前記空気流路内のストップ部材（３５）
   を、前記封止空気室に近接して配置したことを特徴とす
   る前記請求項のいずれか１項記載の封止空気装置。
5. 【請求項５】前記空気式ばねが安全弁（１６）を有し、 前記空気流路が、安全弁（１６）の空気出口（２３）を
   封止空気室（１８）の空気入口（２１）と接続する導管
   （２２）を有し、更に、 安全弁の開放圧力と１機関サイクルの間の空気式ばね室
   （１３）内の最大圧力とを、実質的に各機関サイクルの
   間に封止空気が空気式ばね室から封止空気室（１８）ま
   で搬送されるように調整したことを特徴とする前記請求
   項のいずれか１項記載の封止空気装置。