JPH08512111A

JPH08512111A - 大型２ストローク内燃機関

Info

Publication number: JPH08512111A
Application number: JP7501197A
Authority: JP
Inventors: リンキスト，ヘニング
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-11-09
Publication date: 1996-12-17
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: DK64793D0; EP0701652B1; DK64793A; CN1093775A; FI106480B; KR960702883A; EP0701652A1; FI955832A0; DK170122B1; FI955832A; DE69305537D1; DE69305537T2; AU5560594A; US5586526A; WO1994029577A1; KR100287197B1; JP3313722B2

Abstract

(57)【要約】内燃機関（１）は、液圧で駆動される排気弁（１３）と、燃料ポンプ（１８）とを備えている。液圧駆動体はコンピュータ（１６）と、スプールをスプール弁内に駆動する電動の位置決め手段（６４）とにより制御される。エンジンの電子制御装置が故障した場合、このスプールの動作は、液圧ホース、又は導管（４８）内の圧力が作用する第一のピストン（４１）により制御可能であり、該導管は、回転するカムシャフトに設けられたカム（２６）に従動可能である第二のピストン（４４）まで伸長している。エンジン・シリンダの各々と関係する液圧で駆動されるシリンダ部材（１３、１４、１８）は、該当するシリンダに取り付けられる一方、カムシャフト（２３）は、シリンダ部材の位置と無関係に、クランク軸（１１）のような適当な軸駆動体に配置される。カムシャフトは、その長さが極めて短く且つ質量が小さく、また、例えば、エンジンの一端に配置することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】大型２ストローク内燃機関本発明は、燃料ポンプ又は排気弁のような液圧で駆動されるシリンダ部材を有する、特に、船の主機のような大型の２ストローク内燃機関に関する。ここで、シリンダ部材の液圧駆動体は、液圧シリンダ内に軸支された駆動ピストンを備えており、該液圧シリンダが流路を通じてスプール弁と連通する。スプール弁のスプールは、流路が液圧油の高圧源と連通する第一の位置と、流路が低圧ポートと連通するもう一つの位置とを占めることが出来る。正常なエンジンの運転状態のとき、スプールは、エンジンを制御するコンピュータから制御信号を入力する電動位置決め手段により位置決め可能である。正常なエンジンの制御が失われたとき、スプールは、電動位置決め手段の代わりに、エンジンのクランク軸と共に同期化して、回転するカムシャフトにより、位置決め可能である。かかる内燃機関は、例えば、国際公開第ＷＯ89/03939号から公知であり、ここで、カムシャフトは従来型式であり、そのカムは、スプールに接続されたロッドに直接、作用し、又はスプール・ハウジングに取り付けられた第二のスプールに作用する。この公報には、またカムとスプールに接続されたロッドとの間には、カムに接触するアイドラーを有する、横軸方向に可動なロッドを挿入することが出来、これにより、制御スプールにおけるカム動作のタイミングを変更することが可能となる。この公知のエンジンにおいて、カムシャフトは、カムにより作動すべきシリンダ部材の真下の位置に配置される。カムシャフトは、エンジンの全長手方向に伸長して、全てのシリンダのシリンダ部材に作用し得るようにする。その長さのため、カムシャフトは、質量が大きく、製造に比較的コストがかかり、また、クランク軸の動きに関与するため、多量のエネルギを消費する。クランク軸に関するカムシャフトの同期化状の動きを保証するため、二本のシャフトは、大型の内燃機関において数トンの質量ともなるチェーン駆動体により接続される。カムシャフトの軸受及びカムは、更に潤滑しなければならず、このためには、カムシャフトに対する油導路及び潤滑油ポンプ等を設計する必要がある。本発明の目的は、カムシャフトにより作動されるシリンダ部材からある距離離れた位置に取り付けることの出来る小型のカムシャフトを提供することにより、エンジンを単純化することである。この目的に鑑みて、本発明による内燃機関は、スプールが、液圧導管内の圧力が作用する第一のピストンと関係し、上記導管は、回転するカムシャフト上でカムに従動することの出来る第二のピストンまで伸長し、エンジン・シリンダの各々と関係した液圧被動のシリンダ部材は、関連するシリンダに取り付けられる、一方、カムシャフトは、シリンダ部材の位置決めに関係なく、クランク軸のような適当なシャフト駆動体に配置される。このスプール弁は、液圧被動のシリンダ部材を作動させるための力が比較的小さくてよく、このため、第一及び第二のピストンを相互に接続する液圧ホース又は導管の内径を小さくすることが可能となり、このため、非常に長い導管であっても、その導管内の液圧油の量が多量とならない。このため、カムシャフトがシリンダ部材から大きく離れた位置に配置される場合でも、第二のピストンの動作を第一のピストンに正確に伝達することが可能となる。第一のピストンの位置と第二のピストンの位置との間において、垂直方向及び水平方向への距離が数メートルである場合であっても、ピストンが関係する液圧導管は、堅固な押しロッドとして機能する。このため、各シリンダ部材と関係する二本のピストンの間で液圧力を伝達する結果、任意の適当なシャフト駆動体にカムシャフトを配置することが可能となる。例えば、クランク軸と直接噛合させてエンジンの端部にカムシャフトを配置することを可能となる。このカムシャフトは、また、シリンダの潤滑装置を駆動するシャフトの伸長部として配置することも可能である。液圧導管のために、関係する接続部を有するカムシャフトにより駆動される全てのピストンは、単一のユニットとして、互いに隣り合うように近接して配置することが出来、このため、カムシャフトは、長さが極めて短く、従って、質量が小さくなる。それ故に、カムシャフトを駆動するためのエネルギ消費量は、最小となり、エンジンの総エネルギ消費量に比して極く無視し得る程度であり、その結果、エンジン効率が向上する。また、カムシャフトのために公知の従来の大型チェーン駆動体及び細長のハウジングを使用することが完全に不要となり、このため、エンジンの総重量は顕著に軽減され、エンジンの製造はより経済的なものとなる。関係する液圧押しロッドを有するカムシャフトは、エンジンの電子制御装置が故障したときに使用される唯一の機械的な緊急制御装置であるから、正常なエンジン運転中は、第一のピストンは、カムの動きをスプールに伝達することが出来ず、これにより、正常なエンジン運転中、スプール及び電子制御装置は、機械的な緊急制御装置による影響を受けないようにすることが好ましい。エンジンのエネルギ消費量を少なくすると同時に、機械的緊急制御装置が直ちに作動し得る状態に保つため、好適な実施例にあっては、正常なエンジン運転中に、第二のピストンをカムシャフトから持ち上げて離しておき、カムと係合させようとするときは、第二のピストンを下降させて、カムシャフト上のカムに接触させることを特徴とする。このようにして、正常な運転中、カムシャフトは、各シリンダ部材と関係する第二のピストンにより影響を受けずに、第一のピストン及び第二のピストンを相互に接続する液圧導管にエネルギは供給されない。このように、正常なエンジンの運転中、各シリンダ部材の第一のピストンは、静止したままであり、カムの動きをスプールに伝達しない。第二のピストンをカムシャフトから持ち上げて離すと、二つのピストン間の液圧導管に液圧油を充填することが可能となり、このため、エンジンの電子制御装置が故障したとき、エンジン・サイクルの一部にて緊急制御装置を係合させることが出来る。しかしながら、第二のピストンを持ち上げて離す代わりの手段として、液圧導管内の破壊弁（pu ncture valve）を開けてカムシャフトの制御を不作動にすることも可能であるが、この場合、液圧導管内に空気が混入してカムシャフトの正確な制御を無駄にしてしまう虞れがある。電動位置決め手段により、又は代替的に第一のピストンの動きにより、正常な運転中に制御される小型のパイロット・スプールの動きにスプールが従動し得るようにすることで、液圧導管内の油量を更に少なくすることが可能である。パイロット・スプールを作動させるのに必要な力は、駆動ピストンに供給され、及び駆動ピストンから排出される油の流れを調節するスプールを作動させるのに必要な力よりも著しく少なくなり、このため、パイロット・スプールの使用は、第一のピストン及び第二のピストンを極く小さい寸法とすることを可能にし、液圧導管の内径は僅か数ミリでもよい。このことは、液圧導管内の油量を極めて少量とし、液圧押しロッドが極めて迅速に作動し、また、エネルギ消費量が極めて少量となる。また、関係するカムにおける第二のピストンの機械的な動作も極く僅かとなり、このため、カムシャフトを極めて小さい寸法で設計することが可能となる。構造的に特に簡単な実施例は、パイロット・スプールがスプール内で同軸状に配置され、また、該パイロット・スプールは、位置決め手段の可動部分に堅固に接続され、スプールの一側部まで突出するロッドに締結され、第一のピストンは、スプールの反対側部に配置され、スプールと同軸状にパイロット・スプールまで伸長するロッドを支承する。正常なエンジンの運転中、緊急制御装置とパイロット・スプールとの接触を防止するため、関係するロッドを有する第一のピストンは、適宜にばね荷重が加えられてパイロット・スプールから離れる方向に動く。また、このばね荷重は、カムシャフト制御装置が作動したときに、第一のピストンが正確に戻り、第二のピストンは、下降するカム輪部に従うことを確実にする。位置決め手段の関係するロッドを有する可動部分は、第一のピストンに向けて動くようにばね荷重が加えられ、正常なエンジンの運転中、この位置決め手段は、ばね荷重を上廻る。エンジンの電子制御装置が故障したとき、この位置決め手段の可動部分にばね荷重が加わる結果、パイロット・スプールは、直ちに押し出されて、第一のピストンと接続されたロッドに当接し、このため、カムシャフトは、直ちに連続的なエンジン制御機能を果たす。電子制御装置が故障する前に、第二のピストンがカムシャフトに当接するならば、エンジンは、この故障によって実質的に影響を受けない。第二のピストンが最初に、関係するカムに当接しなければならない場合には、緊急制御装置の係合は、ピストンが係合する時間だけ遅れる。カムシャフトの長さが短いため、異なるシリンダのシリンダ部材に対する液圧導管の長さは異なる。液圧導管内の油は、導管内の油量に依存して一定の絶体的な圧縮性を持つ。導管が保持する油量が異なるならば、このカムシャフトの動きは非常に迅速に、油量が最も少ない導管、即ち短い導管の第一のピストンに伝達される。この短い導管に関係するカムをカムシャフト上で少し後方に回転させることでこれを補償することも可能であるが、同一型式のシリンダ部材に達する、液圧導管を接続したピストンの少なくとも一部分が、液圧導管が略等しい量の液圧油を保持するようにする、それぞれの大きさの補償容積に連通するように設計する方がより簡単である。カムシャフトは、前進運転及び後進運転の双方時にエンジンを制御しなければならない。ピストンが正にその上死点にあるとき、燃料の噴射及び排気弁の開放は、通常、開始されず、この上死点から数度の位置に変位されるから、前進運転用のタイミングとしたカムは、逆進運転時には、正確なタイミングとはならない。上述の国際特許出願から、このタイミングは、横軸方向に可動なロッド上に取り付けたアイドラーのカムに関して変位させることで変更が可能であることが公知である。この従来技術の便宜の更なる改良点は、その作動位置にあるとき、第二のピストンは、関係するカムに接触するアイドラーをその下端部にて支承するロッドの上端部と当接し、また、正常な運転方向に回転する間に使用する限界位置と、エンジンが反対方向に回転するときに使用するもう一つの限界位置との間にて、ロッドがカムシャフトの長手方向に関して可動である点を特徴とする。前進運転及び後進運転のそれぞれにて使用するため，二つの限界位置の間でロッドを移動可能とすることにより、該ロッドは、例えば、一方の限界位置又は他方の限界位置の何れかに付勢する圧縮空気シリンダにより極めて簡単な方法でロッドを制御することが出来る。このため、燃料ポンプ及び排気弁のタイミングを正確にするためには、空気圧シリンダに対する単一の制御弁を移動させるだけでよい。ロッドの二つの限界位置は、適宜に調節可能であり、このため、実際のエンジン負荷に関してタイミングを調節することが可能である。これらの限界位置は、例えば、手動で調節可能な二つの機械的ストッパにより固定することが出来る。特定のエンジン負荷にて長時間、運転するとき、運転員は、エンジン負荷とストッパに対する最適な位置との間の関係を示す説明書によってそのストッパを調節することが出来る。本発明の一つの実施例について極く概略図を参照しつつ、以下に説明する。添付図面において、図１は、内燃機関の外形図、図２は、エンジンの緊急制御装置への液圧接続の線図、図３は、図１のエンジンに対するクランクシャフトの側面図、図４は、タイミングを調節する関係する装置と共に、図３に示したカムシャフトを示す僅かに拡大した端面図、図５は、シリンダ部材のスプール弁の縦断面図、図６は、図５のスプール弁の一部分のより大きい縮尺の図である。図１には、船の主機又は固定発電エンジンとして使用することの出来るクロスヘッド型の大型の２ストロークディーゼルエンジンが、全体として符号１で示してある。このディーゼルエンジンの燃焼室２は、シリンダ・ライナー３及びシリンダ・カバー４と、シリンダ・ライナー内に軸支されたピストン５とにより画成されている。ピストンは、ピストンロッド６を介して、クロスヘッド７に直接、接続される一方、該クロスヘッドは、接続ロッド８を介してクランクシャフト１１のスロー１０の接続ロッドピン９に直接、接続されている。関係するハウジング１３と共に、排気弁１２の形態をしたシリンダ部材は、カバー４に取り付けられている。該排気弁は、コンピュータ１６から線１５を通じて伝達された制御信号により作動される電気機械弁により制御される液圧駆動体１４により作動される。カバー４に取り付けられた燃料弁１７は、噴霧した燃料を燃焼室２に供給することが出来る。燃料ポンプ１８の形態をした別のシリンダ部材が電気機械式弁により制御され、線２０を通じてコンピュータ１６から入力した制御信号と独立的に、圧力導管１９を通じて燃料を燃料弁に供給することが出来る。信号伝達線２１を通じて、コンピュータ１６には、エンジンの現在の１分間当たりの回転数（ rpm）に関する情報が提供される。この回転数は、エンジンの回転計から得ることが出来、又はエンジンの主軸に取り付けられた角度検出器及びインジケータから得て、シャフトが360°回転するエンジン・サイクルの一部分を構成する間隔について、エンジンの現在の角度位置及び回転速度を設定する。コンピュータが燃料の噴射時点、及びそれと関係する燃料の量、排気弁の開放及び閉時点を設定したならば、シリンダに対して正確なエンジン・サイクルの時点にて、燃料弁１８及び駆動装置１４がこれに応じて作動される。エンジンは、上述の方法で全て具備された幾つかのシリンダを有し、コンピュータ１６は、全てのシリンダの正常な作動を制御することが可能である。以下に説明するように、シリンダ部材の液圧駆動体に対する油の供給及び排出は、スプール弁（又はシャトル弁又はスライド弁）により制御され、スプール弁は、エンジンの正常な運転中、コンピュータ１６からの制御信号に応答する電動位置決め手段により調整される。何らかの理由のため、電子制御装置が故障したならば、スプール（又は、シャトル弁又はスライド弁）の調整は、カムシャフトの制御装置に引き継がれる。この制御装置は、例えば、２つのはめば歯車２４、２５を通じて相互に係合する２本のシャフトによりエンジンのクランクシャフト１１と同期して回転するカムシャフト２３を有するカムシャフト・ユニット２２を備えている。カムシャフト・ユニットは、エンジンの端部に設けることが出来るが、また、上述のように、エンジン内の適当な位置に配置してもよい。カムシャフト・ユニットがクランク軸に極く近接する位置にあることが望ましくない場合、この代わりに、チェーン又はべルト駆動体を介してカムシャフトの同期を行ってもよい。次に、カムシャフト・ユニットは、図２乃至図４を参照して、以下に更に詳細に説明する。図示したカムシャフト・ユニットは、その各々が液圧で駆動されるシリンダ部材が２つある、４つのシリンダを備えるエンジンに使用することを目的としている。このため、カムシャフトは互いに近接する８つのカム２６を有し、このため、シャフトの長さは短い。カムシャフトの寸法が小さい結果、カム軸ハウジング２８により支承された２つの軸受２７で該シャフトを軸支すれば十分である。ベルト・プーリー２９及び歯付きべルト３０により、カムシャフトは、クランク軸と同期して駆動される。このカムシャフトは、保護ケーシング３１により包み込まれている。カムシャフトに作用する力は、非常に小さく、このため、軸受２７は、グリースで潤滑するだけでよく、シャフトに設けたカムは、潤滑せずに作用可能である。従来から公知のカムシャフトの潤滑装置は、完全に省略することが可能である。アイドラー３４を介してカムの外周に当接するロッド３３によりエンジン・サイクルに関する各カム２６のタイミング設定が為される。シャフトから離れた端部において、ロッド３３は、頂部を掛けた直立の中間ロッド３５上に軸支され、このロッドは、その上方の軸支点から離れた位置にて、空気圧シリンダ３７内のピストンロッド３６に接続されている。シリンダ３７は、止めねじ３８の形態の２つのストッパ及び偏心状に軸支したディスク３９により設定された２つの限界位置の間にて、中間ロッド３５、従って、ロッド３３を動かすことが出来る。これらの限界位置は、止めねじ３８を回し及びディスク３９を支点４０を中心として回すことにより設定可能である。これらの限界位置を調節すれば、カム２６上におけるアイドラー３４の接触点が変化し、これにより、カムにより行われるロッド３３の上下動がカムシャフトの回転動作に関して相変位される。中間ロッド３５が止めねじ３８に当接する、図示した限界位置において、カムシャフト・ユニットは、前進運転に設定され、一方、中間ロッド３５がディスク３９に当接するカムシャフト・ユニットは、逆進運転を目的としている。カムシャフトが作動しているとき、第一のピストン４１は、関係するシリンダ部材のスプール弁のスプールに作用する。該ピストン４１は、スプール弁ハウジング４３の端部に取り付けられた小型の液圧シリンダ４２に軸支されている。第一のピストンの動作は、カムシャフト・ユニット内の小型の液圧シリンダ４５内に軸支された第二のピストン４４により制御される。第一のピストンの端面４６、及び第二のピストンの端面４７は、液圧導管４８内の油と直接、接触しており、そのピストンの両端は、それぞれ第一及び第二のピストンのシリンダに接続されている。液圧ホース又は導管４８は、曲げ可能で且つ可撓性があり、このため、その取り付けが極めて容易である。この液圧導管４８の可撓性は、図１に破線４８で概略図で示すように、液圧で駆動されるシリンダ部材から水平方向及び垂直方向の双方に大きく離れた位置に、クランクシャフト・ユニット２２を配置することを可能にする。第二のピストンの動作を第一のピストンに正確に且つ均一に伝達するため、導管４８内の油量が一定であり、また、導管は、常に充填されているようにすることが重要である。カムシャフトの制御装置に対する油は、高圧の液圧をシリンダ部材の液圧駆動体に供給する圧力導管４９から適当に得ることが出来る。この導管の圧力は、約 300バールであるため、この圧力は、可調節型減圧弁５０により、ピストンの動きを正確に伝達するために全く十分である、約10−50バールに減圧される。圧力導管５１を介して減圧弁の油ドレーンは、二つの位置を占める弁５２と連通している。この図２に示した作動位置において、導管５１は、チャンバ５４の底部にて下方に押し付けられる上昇ピストン５５の上方側にて圧力チャンバ５４に達する導管５３に接続され、このため、ピストン４４上の突出するカラーは、ピストン５５の上方側から離れた位置に位置決めされている。この導管４８内の圧力は、第二のピストン４４、及び該ピストンに堅固に接続された圧力ロッド５６を下方に押圧して、ロッド３３の上方側と当接させ、このため、第二のピストンは付勢されて、カムの輪郭に正確に従動する。これと同時に、弁５２は、上昇するピストン５５の下側部に設けた圧力チャンバ５７を導管５９、５９ａを介してドレーン５８に接続された状態に保つ。ピストン４４及び圧力ロッド５６は、チャンバ５４の圧力がピストン４４の突出するカラー上に何らかの力も加えないように同一の径とすることが適当である。カムシャフト・ユニットは、弁５２を切り替えすることにより不作動にすることが出来、このため、圧力チャンバ５４は、ドレーン５８と連通され、圧力チャンバ５７は、圧力導管５１と連通され、その結果、関係する圧力ロッド５６を有する第二のピストンは、持ち上げられてカム２６から離れる。何故なら、上昇ピストン５５は、チャンバ５４内を上昇して、ピストン４４上のカラーの下側に当たるからである。これにより、ピストンは、上昇するピストンの上昇動作に関与する。ピストン４４の上方で拡がる分枝導管６２は、弁を切り替えるときに圧力チャンバ５７と連通し、このため、第二のピストン４４の上昇動作は、第一のピストン４１の位置に影響しない。この上昇と同時に、ロッド３３は、ばね６０により持ち上げられてカムから離れる。チャンバ５４が加圧されると、圧力ロッド５６に加わる下方への力は、ロッド３３に加わるばね荷重よりも遥かに大きくなる。弁５２は、ばね６１により、カムシャフトの制御が解除される位置まで予荷重が加えられ、長時間の停止後に、第二のピストン４４がカムと係合することはない。非戻し弁６３は、関係する導管、及び圧力チャンバ５４、５７を有する液圧導管４８が常に油で充填された状態に保たれることを確実にする。図５には、関連するシリンダ４２を有する第一のピストン４１の取り付けが示してあり、このピストンは、中央片及び二つの端部カバーという幾つかの要素を共にボルト止めして形成された、スプール弁のハウジング４３の端部に装備される。この場合、第一のピストンは、一端のカバーに取り付けられ、一方、電動位置決め手段６４は他端のカバーに取り付けられる。ハウジングの中央片は、高圧導管４９と連通する流体入口導管６５と、低圧ポートに連通する２つの流体ドレーン導管６６と、シリンダ部材を駆動する液圧駆動体の液圧シリンダ６９内の圧カチャンバ６８に達する２つの出口導管６７とを有する。駆動体内の液圧ピストン７０は、チャンバ６８が入口導管６５に接続されたとき、該チャンバ６８内の油圧により上方に駆動される。該チャンバ６８がドレーン導管６６に接続されたとき、ピストン７０は、図示しないピストン面に作用する液圧又は空気圧により開始位置に戻ることが出来る。導管６５は、その後に加圧される周溝７０内に開放する。同様に、ドレーン導管６６は、それぞれの周溝７２と連通し、出口導管６７は、それぞれの周溝７３と連通している。ハウジングの中央に配置されたスプール７４は、その中立位置にて示してあり、この位置にて、スプールに設けられた周フランジ７５は、溝７３を正確に塞いで、これにより、図面の最も高い箇所にある出口導管６７をドレーン導管６６及び入口導管６５の双方から遮断している。同様に、底部の出口導管６７は、スプールに設けたもう一つの周フランジ７６により入口導管６５から遮断されており、スプール上の第三の周フランジ７７によりドレーン導管６６からも遮断されている。スプールをその中立位置から位置決め手段６４に向けて動かしたとき、入口導管６５は、２つの出口導管６７に接続され、また、スプールがその開始位置から第一のピストン４１に向けて動いたとき、ドレーン導管６６は、２つの出口導管６７に接続される。その一方のみを図示した二つのピストン部材７８は、第一のピストン部材を収容する端部カバーに当接し、該ピストン部材は、軸方向に伸長するそれぞれの穴７９内に突出し、該穴７９は圧力導管８０を介して入口導管６５と連続的に連通している。これら二つのピストン部材８１は、他端のカバーに当接し、スプールの他端に形成された、軸方向に伸長する穴８２内に突出する。ピストン部材８１及び関係する穴８２は、ピストン部材７８及びその関係する穴７９よりも著しく大きい径である。図６には、各穴８２からの横軸方向の導管８３がスプールに形成された長手方向の中央穴８４内に開放する状態が示してある。該穴８４は、スプールの全長に亙って貫通しており、この穴には、小型のパイロット・スプール８５が挿入されている。二つの周溝８６、８７がパイロット・スプールの周面に形成されており、これらの溝の間の中間に配置されたフランジ８８は、横軸方向の導管８３の幅に正確に対応する幅を有する。溝８６は、圧力導管８９を通じて第一の導管６５と常に連通している。溝８７は、ドレーン導管９０を通じてドレーン導管６６と常に連通している。図示した位置にあるとき、パイロット・スプールは、その中立位置にあり、この位置にて、中央フランジ８８は、圧力導管８９及びドレーン導管９０の双方の接続部から横軸方向の導管８３を遮断する。電気制御の位置決め手段６４は、リニアモータの原理により設計されており、この場合、可動片９１は、曲げ自在の２本の線９２に接続された多数の巻線を支承している。これらの巻線は、鉄系のコア材料９３と円筒状の強力な磁石９４との間に配置されている。線９２を介して巻線に電流が流れると、可動片９１は、直ちに作動して、この場合、その動作の方向及び速度は、電流の方向及び強さに依存する。可動片は、位置センサ３２に関係付けられており、該位置センサは、可動片の作動位置に関する信号をコンピュータに送る。該可動片９１は、スプール７４と同軸状に配置されたロッド９５を介して、パイロット・スプール８５に堅固に接続されている。ロッド９５の周りで同軸状に配置された比較的弱い圧縮ばね９６がパイロット・スプールの端面、及び端部カバー４３とコア材料９３との間に配置された中央片９７の反対方向を向いた面に圧接している。第一のピストン４１は、スプール７４と同軸状にスプールの中央穴８４内まで伸長するロッド９８と堅固に接続されており、該中央穴内にて、ロッドは三裂案内部材(trilobate guide member)９９により中心決めされている。カムシャフト制御装置が不作動のとき、ロッド９８の端部は、パイロット・スプール上の対応する当接面１００から適当に離れた位置に配置され、このため、パイロット・スプールがロッド９８の存在により影響を受けることはない。コンピュータ１６は、運転の監視及び可動片９１の精密な設定を行い、これにより、ばね９６からの圧力に対抗する。電子制御装置が故障したならば、ばね９６は、パイロット・スプールをロッド９８に当接するまで押し付け、これと同時に、弁５２が切り替えられ、このため、第二のピストン４４、液圧導管４８、第一のピストン４１及びロッド９８を通じてカム動作が伝達され、次で、パイロット・スプール８５を正確に位置決めする。圧縮ばね１０１がロッド９８に取り付けられたカラー１０２を通じて第一のピストン部材に作用し、液圧導管４８に向けて動かす。これにより、アイドラー３４がカムの下り側に従動するとき、第一のピストン部材４１が他方のピストン部材４４の下降動作に迅速に従動することが一層、確実となる。次に、スプール弁の機能について説明する。上述のように、穴７９には、常に圧力が作用しており、そのため、スプール７４には、図面の上方向に向けて恒久的な力が作用している。パイロット・スプールが停止したとき、この上方への力がスプールを上方向に変位させることが可能となる。この場合、横軸方向の導管８３は圧力導管８９と連通し、このため、加圧油は穴８２内に流動する。その結果、ピストン部材８１の正面にてチャンバ内の上昇する圧力は、下向きの力にてスプールに作用し、このため、スプールは付勢されて、パイロット・スプールの中央フランジ８８が横軸方向の導管８３に正確に当接する位置となる。穴８２内の圧力が過大になると、スプールは、僅かに下方に動いて、これにより、横軸方向の導管８３をドレーン導管９０と連通させ、このため、穴８２内の過剰圧力は釣り合う程度まで逃がされて、スプールに作用する上昇力及び下降力が等しい程度となる。このことから、スプール７４は、中央フランジが横軸方向の導管８３を塞ぐ位置に常にそれ自体を迅速に配置することが理解される。穴８２の径は、穴７９よりも大きいため、スプールがパイロット・スプールに関して上記の中立位置に位置しないならば、スプールには、常に力が作用している。パイロット・スプールがロッド９５又はロッド９８の何れかの作用によりスプールの軸方向に変位されたとき、スプール７４は、直ちにこの動作に関与する。パイロット・スプール及び関係付けられたロッドの質量が小さいため、スプールに作用する駆動力は極めて小さく、このため、スプールが極めて迅速に作動することが可能となる。勿論、第一のピストン４６をスプール７４に直接、作用させることも可能であるが、このためには、作動速度がより遅く、より大きい制御力が必要となり、その結果、液圧導管４８により大きいエネルギが付与される装置となる。カムシャフトの制御装置は、電子制御装置の故障の種類に関係なく、個々のシリンダを作動させ、又は全てのシリンダに同時に作動させることが出来る。また、本発明は、ソレノイド及びステップ・モータのようなその他の型式の電動位置決め手段と関係して使用することが可能である。液圧導管４８との接続部付近に、又は上記接続部内にて、第二のピストンに対するシリンダ４５、又は第一のピストンに対するシリンダ４２は、同一型式のシリンダ部材に達する液圧導管が略等量の液圧油を保持するようにした寸法の補償容積を有する。例えば、液圧導管に対する接続分枝管に、より大径の穴を穿孔するか、又はシリンダ内への横軸方向の導管に穿孔して、二つのピストンの間の油の全体量が接続された対のピストンについて等しくなるようにシリンダの中央出口導管からの位置にて導管に栓をすることにより、この補償容積を提供することが可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年７月１２日【補正内容】明細書大型２ストローク内燃機関本発明は、燃料ポンプ又は排気弁のような液圧で駆動される、付属するシリンダに取り付けられた、少なくても１つのシリンダ部材を有する、特に、船の主機のような大型の２ストローク内燃機関に関する。ここで、該シリンダ部材の液圧駆動体は、液圧シリンダ内に軸支された駆動ピストンを備えており、該液圧シリンダが流路を通じてスプール弁と連通する。スプール弁のスプールは、流路が液圧油の高圧源と連通する第一の位置と、流路が低圧ポートと連通するもう一つの位置とを占めることが出来る。該スプールは、第１のピストンと関連し、該第１のピストンは、そこから第２のピストンに延びる液圧導管内の液圧流体により作動され得る。正常なエンジンの運転状態のとき、スプールは、エンジンを制御するコンピュータから制御信号を入力する電動位置決め手段により位置決め可能である。正常なエンジンの制御が失われたとき、スプールは、電動位置決め手段の代わりに、エンジンのクランク軸と共に同期して回転するカムシャフト上のカムに追動する第２のピストン手段より、位置決め可能である。かかる内燃機関は、国際公開第ＷＯ89/03939号から公知であり、ここで、カムシャフトは従来型式であり、そのカムは、スプールに接続されたロッドに直接作用し、又はスプール・ハウジングに取り付けられた第二のスプールに作用する。この公報には、またカムとスプールに接続されたロッドとの間には、カムに接触するアイドラーを有する、横軸方向に可動なロッドを挿入することが出来、これにより、制御スプールにおけるカム動作のタイミングを変更することが可能となる。この公知のエンジンにおいて、カムシャフトは、カムにより作動すべきシリンダ部材の真下の位置に配置される。カムシャフトは、エンジンの全長手方向に伸長して、全てのシリンダのシリンダ部材に作用し得るようにする。その長さのため、カムシャフトは、質量が大きく、製造に比較的コストがかかり、また、クランク軸の動きに関与するため、多量のエネルギを消費する。クランク軸に関するカムシャフトの同期化状の動きを保証するため、二本のシャフトは、大型の内燃機関において数トンの質量ともなるチェーン駆動体により接続される。カムシャフトの軸受及びカムは、更に潤滑しなければならず、このためには、カムシャフトに対する油導路及び潤滑油ポンプ等を設計する必要がある。本発明の目的は、カムシャフトにより作動されるシリンダ部材からある距離離れた位置に取り付けることの出来る小型のカムシャフトを提供することにより、エンジンを単純化することである。この目的に鑑みて、本発明による内燃機関は、カムシャフトと第２のピストンが、付属する液圧駆動のシリンダ部材から内燃機関の長手方向に離れた状態で、クランクシャフトのような、適宜のシャフト駆動体に配置され、また液圧プッシュロッドとして作動する単一の液圧導管のみが、各第１、第２のピストン対の間に延びる。このスプール弁は、液圧被動のシリンダ部材を作動させるための力が比較的小さくてよく、このため、第一及び第二のピストンを相互に接続する導管の内径を小さくすることが可能となり、このため、非常に長い導管であっても、その導管内の液圧油の量が多量とならない。このために、カムシャフトがシリンダ部材から大きく離れた位置に配置される場合でも、第二のピストンの動作を第一のピストンに正確に伝達することが可能となる。第一のピストンの位置と第二のピストンの位置との間において、垂直方向及び水平方向への距離が数メートルである場合であっても、ピストンが関係する液圧導管は、堅固な押しロッドとして機能する。このため、各シリンダ部材と関係する二本のピストンの間で液圧力を伝達する結果、任意の適当なシャフト駆動体にカムシャフトを配置することが可能となる。例えば、クランク軸と直接噛合させてエンジンの端部にカムシャフトを配置することを可能となる。このカムシャフトは、また、シリンダの潤滑装置を駆動するシャフトの伸長部として配置することも可能である。液圧導管のために、関係する接続部を有するカムシャフトにより駆動される全てのピストンは、単一のユニットとして、互いに隣り合うように近接して配置することが出来、このために、カムシャフトは、長さが極めて短く、従って、質量が小さくなる。それ故、カムシャフトを駆動するためのエネルギ消費量は、最小となり、エンジンの総エネルギ消費量に比して極く無視し得る程度であり、その結果、エンジン効率が向上する。また、カムシャフトのために公知の従来の大型チェーン駆動体及び細長のハウジングを使用することが完全に不要となり、このため、エンジンの総重量は顕著に軽減され、エンジンの製造はより経済的なものとなる。関係する液圧押しロッドを有するカムシャフトは、エンジンの電子制御装置が故障したときに使用される唯一の機械的な緊急制御装置であるから、正常なエンジン運転中は、第一のピストンは、カムの動きをスプールに伝達することが出来ず、これにより、正常なエンジン運転中、スプール及び電子制御装置は、機械的な緊急制御装置による影響を受けないようにすることが好ましい。エンジンのエネルギ消費量を少なくすると同時に、機械的緊急制御装置が直ちに作動し得る状態に保つため、好適な実施例にあっては、正常なエンジン運転中に、第二のピストンをカムシャフトから持ち上げて離しておき、カムと係合させようとするときは、第二のピストンを下降させて、カムシャフト上のカムに接触させることを特徴とする。このようにして、正常な運転中、カムシャフトは、各シリンダ部材と関係する第二のピストンにより影響を受けずに、第一のピストン及び第二のピストンを相互に接続する液圧導管にエネルギは供給されない。このように、正常なエンジンの運転中、各シリンダ部材の第一のピストンは、静止したままであり、カムの動きをスプールに伝達しない。第二のピストンをカムシャフトから持ち上げて離すと、二つのピストン間の液圧導管に液圧油を充填することが可能となり、このため、エンジンの電子制御装置が故障したとき、エンジン・サイクルの一部にて緊急制御装置を係合させることが出来る。しかしながら、第二のピストンを持ち上げて離す代わりの手段として、液圧導管内の破壊弁（pu ncture valve）を開けてカムシャフトの制御を不作動にすることも可能であるが、この場合、液圧導管内に空気が混入してカムシャフトの正確な制御を無駄にしてしまう虞れがある。電動位置決め手段により、又は代替的に第一のピストンの動きにより、正常な運転中に制御される小型のパイロット・スプールの動きにスプールが従動し得るようにすることで、液圧導管内の油量を更に少なくすることが可能である。パイロット・スプールを作動させるのに必要な力は、駆動ピストンに供給され、及び駆動ピストンから排出される油の流れを調節するスプールを作動させるのに必要な力よりも著しく少なくなり、このため、パイロット・スプールの使用は、第一のピストン及び第二のピストンを極く小さい寸法とすることを可能にし、液圧導管の内径は僅か数ミリでもよい。このことは、液圧導管内の油量を極めて少量とし、液圧押しロッドが極めて迅速に作動し、また、エネルギ消費量が極めて少量となる。また、関係するカムにおける第二のピストンの機械的な動作も極く僅かとなり、このため、カムシャフトを極めて小さい寸法で設計することが可能となる。構造的に特に簡単な実施例は、パイロット・スプールがスプール内で同軸状に配置され、また、該パイロット・スプールは、位置決め手段の可動部分に堅固に接続され、スプールの一側部まで突出するロッドに締結され、第一のピストンは、スプールの反対側部に配置され、スプールと同軸状にパイロット・スプールまで伸長するロッドを支承する。正常なエンジンの運転中、緊急制御装置とパイロット・スプールとの接触を防止するため、関係するロッドを有する第一のピストンは、適宜にばね荷重が加えられてパイロット・スプールから離れる方向に動く。また、このばね荷重は、カムシャフト制御装置が作動したときに、第一のピストンが正確に戻り、第二のピストンは、下降するカム輪部に従うことを確実にする。位置決め手段の関係するロッドを有する可動部分は、第一のピストンに向けて動くようにばね荷重が加えられ、正常なエンジンの運転中、この位置決め手段は、ばね荷重を上廻る。エンジンの電子制御装置が故障したとき、この位置決め手段の可動部分にばね荷重が加わる結果、パイロット・スプールは、直ちに押し出されて、第一のピストンと接続されたロッドに当接し、このため、カムシャフトは、直ちに連続的なエンジン制御機能を果たす。電子制御装置が故障する前に、第二のピストンがカムシャフトに当接するならば、エンジンは、この故障によって実質的に影響を受けない。第二のピストンが最初に、関係するカムに当接しなければならない場合には、緊急制御装置の係合は、ピストンが係合する時間だけ遅れる。カムシャフトの長さが短いため、異なるシリンダのシリンダ部材に対する液圧導管の長さは異なる。液圧導管内の油は、導管内の油量に依存して一定の絶体的な圧縮性を持つ。導管が保持する油量が異なるならば、このカムシャフトの動きは非常に迅速に、油量が最も少ない導管、即ち短い導管の第一のピストンに伝達される。この短い導管に関係するカムをカムシャフト上で少し後方に回転させることでこれを補償することも可能であるが、同一型式のシリンダ部材に達する、液圧導管を接続したピストンの少なくとも一部分が、液圧導管が略等しい量の液圧油を保持するようにする、それぞれの大きさの補償容積に連通するように設計する方がより簡単である。カムシャフトは、前進運転及び後進運転の双方時にエンジンを制御しなければならない。ピストンが正にその上死点にあるとき、燃料の噴射及び排気弁の開放は、通常、開始されず、この上死点から数度の位置に変位されるから、前進運転用のタイミングとしたカムは、逆進運転時には、正確なタイミングとはならない。上述の国際特許出願から、このタイミングは、横軸方向に可動なロッド上に取り付けたアイドラーのカムに関して変位させることで変更が可能であることが公知である。この従来技術の便宜の更なる改良点は、その作動位置にあるとき、第二のピストンは、関係するカムに接触するアイドラーをその下端部にて支承するロッドの上端部と当接し、また、正常な運転方向に回転する間に使用する限界位置と、エンジンが反対方向に回転するときに使用するもう一つの限界位置との間にて、ロッドがカムシャフトの長手方向に関して可動である点を特徴とする。前進運転及び後進運転のそれぞれにて使用するため，二つの限界位置の間でロッドを移動可能とすることにより、該ロッドは、例えば、一方の限界位置又は他方の限界位置の何れかに付勢する圧縮空気シリンダにより極めて簡単な方法でロッドを制御することが出来る。このため、燃料ポンプ及び排気弁のタイミングを正確にするためには、空気圧シリンダに対する単一の制御弁を移動させるだけでよい。ロッドの二つの限界位置は、適宜に調節可能であり、このため、実際のエンジン負荷に関してタイミングを調節することが可能である。これらの限界位置は、例えば、手動で調節可能な二つの機械的ストッパにより固定することが出来る。特定のエンジン負荷にて長時間、運転するとき、運転員は、エンジン負荷とストッパに対する最適な位置との間の関係を示す説明書によってそのストッパを調節することが出来る。本発明の一つの実施例について極く概略図を参照しつつ、以下に説明する。添付図面において、図１は、内燃機関の外形図、図２は、エンジンの緊急制御装置への液圧接続の線図、図３は、図１のエンジンに対するクランクシャフトの側面図、図４は、タイミングを調節する関係する装置と共に、図３に示したカムシャフトを示す僅かに拡大した端面図、図５は、シリンダ部材のスプール弁の縦断面図、図６は、図５のスプール弁の一部分のより大きい縮尺の図である。図１には、船の主機又は固定発電エンジンとして使用することの出来るクロスヘッド型の大型の２ストロークディーゼルエンジンが、全体として符号１で示してある。このディーゼルエンジンの燃焼室２は、シリンダ・ライナー３及びシリンダ・カバー４と、シリンダ・ライナー内に軸支されたピストン５とにより画成されている。ピストンは、ピストンロッド６を介して、クロスヘッド７に直接、接続される一方、該クロスヘッドは、接続ロッド８を介してクランクシャフト１１のスロー１０の接続ロッドピン９に直接、接続されている。関係するハウジング１３と共に、排気弁１２の形態をしたシリンダ部材は、カバー４に取り付けられている。該排気弁は、コンピュータ１６から線１５を通じて伝達された制御信号により作動される電気機械弁により制御される液圧駆動体１４により作動される。カバー４に取り付けられた燃料弁１７は、噴霧した燃料を燃焼室２に供給することが出来る。燃料ポンプ１８の形態をした別のシリンダ部材が電気機械式弁により制御され、線２０を通じてコンピュータ１６から入力した制御信号と独立的に、圧力導管１９を通じて燃料を燃料弁に供給することが出来る。信号伝達線２１を通じて、コンピュータ１６には、エンジンの現在の１分間当たりの回転数（ rpm）に関する情報が提供される。この回転数は、エンジンの回転計から得ることが出来、又はエンジンの主軸に取り付けられた角度検出器及びインジケータから得て、シャフトが360°回転するエンジン・サイクルの一部分を構成する間隔について、エンジンの現在の角度位置及び回転速度を設定する。コンピュータが燃料の噴射時点、及びそれと関係する燃料の量、排気弁の開放及び閉時点を設定したならば、シリンダに対して正確なエンジン・サイクルの時点にて、燃料弁１８及び駆動装置１４がこれに応じて作動される。エンジンは、上述の方法で全て具備された幾つかのシリンダを有し、コンピュータ１６は、全てのシリンダの正常な作動を制御することが可能である。以下に説明するように、シリンダ部材の液圧駆動体に対する油の供給及び排出は、スプール弁（又はシャトル弁又はスライド弁）により制御され、スプール弁は、エンジンの正常な運転中、コンピュータ１６からの制御信号に応答する電動位置決め手段により調整される。何らかの理由のため、電子制御装置が故障したならば、スプール（又は、シャトル弁又はスライド弁）の調整は、カムシャフトの制御装置に引き継がれる。この制御装置は、例えば、２つのはめば歯車２４、２５を通じて相互に係合する２本のシャフトによりエンジンのクランクシャフト１１と同期して回転するカムシャフト２３を有するカムシャフト・ユニット２２を備えている。カムシャフト・ユニットは、エンジンの端部に設けることが出来るが、また、上述のように、エンジン内の適当な位置に配置してもよい。カムシャフト・ユニットがクランク軸に極く近接する位置にあることが望ましくない場合、この代わりに、チェーン又はベルト駆動体を介してカムシャフトの同期を行ってもよい。次に、カムシャフト・ユニットは、図２乃至図４を参照して、以下に更に詳細に説明する。図示したカムシャフト・ユニットは、その各々が液圧で駆動されるシリンダ部材が２つある、４つのシリンダを備えるエンジンに使用することを目的としている。このため、カムシャフトは互いに近接する８つのカム２６を有し、このため、シャフトの長さは短い。カムシャフトの寸法が小さい結果、カム軸ハウジング２８により支承された２つの軸受２７で該シャフトを軸支すれば十分である。ベルト・プーリー２９及び歯付きベルト３０により、カムシャフトは、クランク軸と同期して駆動される。このカムシャフトは、保護ケーシング３１により包み込まれている。カムシャフトに作用する力は、非常に小さく、このため、軸受２７は、グリースで潤滑するだけでよく、シャフトに設けたカムは、潤滑せずに作用可能である。従来から公知のカムシャフトの潤滑装置は、完全に省略することが可能である。アイドラー３４を介してカムの外周に当接するロッド３３によりエンジン・サイクルに関する各カム２６のタイミング設定が為される。シャフトから離れた端部において、ロッド３３は、頂部を掛けた直立の中間ロッド３５上に軸支され、このロッドは、その上方の軸支点から離れた位置にて、空気圧シリンダ３７内のピストンロッド３６に接続されている。シリンダ３７は、止めねじ３８の形態の２つのストッパ及び偏心状に軸支したディスク３９により設定された２つの限界位置の間にて、中間ロッド３５、従って、ロッド３３を動かすことが出来る。これらの限界位置は、止めねじ３８を回し及びディスク３９を支点４０を中心として回すことにより設定可能である。これらの限界位置を調節すれば、カム２６上におけるアイドラー３４の接触点が変化し、これにより、カムにより行われるロッド３３の上下動がカムシャフトの回転動作に関して相変位される。中間ロッド３５が止めねじ３８に当接する、図示した限界位置において、カムシャフト・ユニットは、前進運転に設定され、一方、中間ロッド３５がディスク３９に当接するカムシャフト・ユニットは、逆進運転を目的としている。カムシャフトが作動しているとき、第一のピストン４１は、関係するシリンダ部材のスプール弁のスプールに作用する。該ピストン４１は、スプール弁ハウジング４３の端部に取り付けられた小型の液圧シリンダ４２に軸支されている。第一のピストンの動作は、カムシャフト・ユニット内の小型の液圧シリンダ４５内に軸支された第二のピストン４４により制御される。第一のピストンの端面４６、及び第二のピストンの端面４７は、液圧導管４８内の油と直接、接触しており、そのピストンの両端は、それぞれ第一及び第二のピストンのシリンダに接続されている。液圧ホース又は導管４８は、曲げ可能で且つ可撓性があり、このため、その取り付けが極めて容易である。この液圧導管４８の可撓性は、図１に破線４８で概略図で示すように、液圧で駆動されるシリンダ部材から水平方向及び垂直方向の双方に大きく離れた位置に、クランクシャフト・ユニット２２を配置することを可能にする。第二のピストンの動作を第一のピストンに正確に且つ均一に伝達するため、導管４８内の油量が一定であり、また、導管は、常に充填されているようにすることが重要である。カムシャフトの制御装置に対する油は、高圧の液圧をシリンダ部材の液圧駆動体に供給する圧力導管４９から適当に得ることが出来る。この導管の圧力は、約 300バールであるため、この圧力は、可調節型減圧弁５０により、ピストンの動きを正確に伝達するために全く十分である、約10−50バールに減圧される。圧力導管５１を介して減圧弁の油ドレーンは、二つの位置を占める弁５２と連通している。この図２に示した作動位置において、導管５１は、チャンバ５４の底部にて下方に押し付けられる上昇ピストン５５の上方側にて圧力チャンバ５４に達する導管５３に接続され、このため、ピストン４４上の突出するカラーは、ピストン５５の上方側から離れた位置に位置決めされている。この導管４８内の圧力は、第二のピストン４４、及び該ピストンに堅固に接続された圧力ロッド５６を下方に押圧して、ロッド３３の上方側と当接させ、このため、第二のピストンは付勢されて、カムの輪郭に正確に従動する。これと同時に、弁５２は、上昇するピストン５５の下側部に設けた圧力チャンバ５７を導管５９、５９ａを介してドレーン５８に接続された状態に保つ。ピストン４４及び圧力ロッド５６は、チャンバ５４の圧力がピストン４４の突出するカラー上に何らかの力も加えないように同一の径とすることが適当である。カムシャフト・ユニットは、弁５２を切り替えすることにより不作動にすることが出来、このため、圧力チャンバ５４は、ドレーン５８と連通され、圧力チャンバ５７は、圧力導管５１と連通され、その結果、関係する圧力ロッド５６を有する第二のピストンは、持ち上げられてカム２６から離れる。何故なら、上昇ピストン５５は、チャンバ５４内を土昇して、ピストン４４上のカラーの下側に当たるからである。これにより、ピストンは、上昇するピストンの上昇動作に関与する。ピストン４４の上方で拡がる分枝導管６２は、弁を切り替えるときに圧力チャンバ５７と連通し、このため、第二のピストン４４の上昇動作は、第一のピストン４１の位置に影響しない。この上昇と同時に、ロッド３３は、ばね６０により持ち上げられてカムから離れる。チャンバ５４が加圧されると、圧力ロッド５６に加わる下方への力は、ロッド３３に加わるばね荷重よりも遥かに大きくなる。弁５２は、ばね６１により、カムシャフトの制御が解除される位置まで予荷重が加えられ、長時間の停止後に、第二のピストン４４がカムと係合することはない。非戻し弁６３は、関係する導管、及び圧力チャンバ５４、５７を有する液圧導管４８が常に油で充填された状態に保たれることを確実にする。図５には、関連するシリンダ４２を有する第一のピストン４１の取り付けが示してあり、このピストンは、中央片及び二つの端部カバーという幾つかの要素を共にボルト止めして形成された、スプール弁のハウジング４３の端部に装備される。この場合、第一のピストンは、一端のカバーに取り付けられ、一方、電動位置決め手段６４は他端のカバーに取り付けられる。ハウジングの中央片は、高圧導管４９と連通する流体入口導管６５と、低圧ポートに連通する２つの流体ドレーン導管６６と、シリンダ部材を駆動する液圧駆動体の液圧シリンダ６９内の圧力チャンバ６８に達する２つの出口導管６７とを有する。駆動体内の液圧ピストン７０は、チャンバ６８が入口導管６５に接続されたとき、該チャンバ６８内の油圧により上方に駆動される。該チャンバ６８がドレーン導管６６に接続されたとき、ピストン７０は、図示しないピストン面に作用する液圧又は空気圧により開始位置に戻ることが出来る。導管６５は、その後に加圧される周溝７０内に開放する。同様に、ドレーン導管６６は、それぞれの周溝７２と連通し、出口導管６７は、それぞれの周溝７３と連通している。ハウジングの中央に配置されたスプール７４は、その中立位置にて示してあり、この位置にて、スプールに設けられた周フランジ７５は、溝７３を正確に塞いで、これにより、図面の最も高い箇所にある出口導管６７をドレーン導管６６及び入口導管６５の双方から遮断している。同様に、底部の出口導管６７は、スプールに設けたもう一つの周フランジ７６により入口導管６５から遮断されており、スプール上の第三の周フランジ７７によりドレーン導管６６からも遮断されている。スプールをその中立位置から位置決め手段６４に向けて動かしたとき、入口導管６５は、２つの出口導管６７に接続され、また、スプールがその開始位置から第一のピストン４１に向けて動いたとき、ドレーン導管６６は、２つの出口導管６７に接続される。その一方のみを図示した二つのピストン部材７８は、第一のピストン部材を収容する端部カバーに当接し、該ピストン部材は、軸方向に伸長するそれぞれの穴７９内に突出し、該穴７９は圧力導管８０を介して入口導管６５と連続的に連通している。これら二つのピストン部材８１は、他端のカバーに当接し、スプールの他端に形成された、軸方向に伸長する穴８２内に突出する。ピストン部材８１及び関係する穴８２は、ピストン部材７８及びその関係する穴７９よりも著しく大きい径である。図６には、各穴８２からの横軸方向の導管８３がスプールに形成された長手方向の中央穴８４内に開放する状態が示してある。該穴８４は、スプールの全長に亙って貫通しており、この穴には、小型のパイロット・スプール８５が挿入されている。二つの周溝８６、８７がパイロット・スプールの周面に形成されており、これらの溝の間の中間に配置されたフランジ８８は、横軸方向の導管８３の幅に正確に対応する幅を有する。溝８６は、圧力導管８９を通じて第一の導管６５と常に連通している。溝８７は、ドレーン導管９０を通じてドレーン導管６６と常に連通している。図示した位置にあるとき、パイロット・スプールは、その中立位置にあり、この位置にて、中央フランジ８８は、圧力導管８９及びドレーン導管９０の双方の接続部から横軸方向の導管８３を遮断する。電気制御の位置決め手段６４は、リニアモータの原理により設計されており、この場合、可動片９１は、曲げ自在の２本の線９２に接続された多数の巻線を支承している。これらの巻線は、鉄系のコア材料９３と円筒状の強力な磁石９４との間に配置されている。線９２を介して巻線に電流が流れると、可動片９１は、直ちに作動して、この場合、その動作の方向及び速度は、電流の方向及び強さに依存する。可動片は、位置センサ３２に関係付けられており、該位置センサは、可動片の作動位置に関する信号をコンピュータに送る。該可動片９１は、スプール７４と同軸状に配置されたロッド９５を介して、パイロット・スプール８５に堅固に接続されている。ロッド９５の周りで同軸状に配置された比較的弱い圧縮ばね９６がパイロット・スプールの端面、及び端部カバー４３とコア材料９３との間に配置された中央片９７の反対方向を向いた面に圧接している。第一のピストン４１は、スプール７４と同軸状にスプールの中央穴８４内まで伸長するロッド９８と堅固に接続されており、該中央穴内にて、ロッドは三裂案内部材（trilobate guidemember）９９により中心決めされている。カムシャフト制御装置が不作動のとき、ロッド９８の端部は、パイロット・スプール上の対応する当接面１００から適当に離れた位置に配置され、このため、パイロット・スプールがロッド９８の存在により影響を受けることはない。コンピュータ１６は、運転の監視及び可動片９１の精密な設定を行い、これにより、ばね９６からの圧力に対抗する。電子制御装置が故障したならば、ばね９６は、パイロット・スプールをロッド９８に当接するまで押し付け、これと同時に、弁５２が切り替えられ、このため、第二のピストン４４、液圧導管４８、第一のピストン４１及びロッド９８を通じてカム動作が伝達され、次で、パイロット・スプール８５を正確に位置決めする。圧縮ばね１０１がロッド９８に取り付けられたカラー１０２を通じて第一のピストン部材に作用し、液圧導管４８に向けて動かす。これにより、アイドラー３４がカムの下り側に従動するとき、第一のピストン部材４１が他方のピストン部材４４の下降動作に迅速に従動することが一層確実となる。次に、スプール弁の機能について説明する。上述のように、穴７９には、常に圧力が作用しており、そのため、スプール７４には、図面の上方向に向けて恒久的な力が作用している。パイロット・スプールが停止したとき、この上方への力がスプールを上方向に変位させることが可能となる。この場合、横軸方向の導管８３は圧力導管８９と連通し、このため、加圧油は穴８２内に流動する。その結果、ピストン部材８１の正面にてチャンバ内の上昇する圧力は、下向きの力にてスプールに作用し、このため、スプールは付勢されて、パイロット・スプールの中央フランジ８８が横軸方向の導管８３に正確に当接する位置となる。穴８２内の圧力が過大になると、スプールは、僅かに下方に動いて、これにより、横軸方向の導管８３をドレーン導管９０と連通させ、このため、穴８２内の過剰圧力は釣り合う程度まで逃がされて、スプールに作用する上昇力及び下降力が等しい程度となる。このことから、スプール７４は、中央フランジが横軸方向の導管８３を塞ぐ位置に常にそれ自体を迅速に配置することが理解される。穴８２の径は、穴７９よりも大きいため、スプールがパイロット・スプールに関して上記の中立位置に位置しないならば、スプールには、常に力が作用している。パイロット・スプールがロッド９５又はロッド９８の何れかの作用によりスプールの軸方向に変位されたとき、スプール７４は、直ちにこの動作に関与する。パイロット・スプール及び関係付けられたロッドの質量が小さいため、スプールに作用する駆動力は極めて小さく、このため、スプールが極めて迅速に作動することが可能となる。勿論、第一のピストン４６をスプール７４に直接、作用させることも可能であるが、このためには、作動速度がより遅く、より大きい制御力が必要となり、その結果、液圧導管４８により大きいエネルギが付与される装置となる。カムシャフトの制御装置は、電子制御装置の故障の種類に関係なく、個々のシリンダを作動させ、又は全てのシリンダに同時に作動させることが出来る。また、本発明は、ソレノイド及びステップ・モータのようなその他の型式の電動位置決め手段と関係して使用することが可能である。液圧導管４８との接続部付近に、又は上記接続部内にて、第二のピストンに対するシリンダ４５、又は第一のピストンに対するシリンダ４２は、同一型式のシリンダ部材に達する液圧導管が略等量の液圧油を保持するようにした寸法の補償容積を有する。例えば、液圧導管に対する接続分枝管に、より大径の穴を穿孔するか、又はシリンダ内への横軸方向の導管に穿孔して、二つのピストンの間の油の全体量が接続された対のピストンについて等しくなるようにシリンダの中央出口導管からの位置にて導管に栓をすることにより、この補償容積を提供することが可能である。請求の範囲１．シリンダ部材の液圧駆動体が液圧シリンダ（６９）内に軸支された駆動ピストン（７０）を備え、該液圧シリンダが流路（６７）を通じてスプール弁と連通し、該スプール弁のスプール（７４）は、流路（６７）が液圧油の高圧源（６５）と連通する第一の位置と、流路が低圧ポート（６６）と連通するもう一つの位置とを占めることが出来、該スプール（７４）は、第１のピストン（４１）と関連し、該第１のピストンは、そこから第２のピストン（４４）に延びる液圧導管（４８）内の液圧流体により作動され、正常なエンジンの運転状態のとき、スプールは、エンジンを制御するコンピュータ（１６）から制御信号を入力する電動位置決め手段（６４）により位置決め可能であり、正常なエンジンの制御が失われたとき、スプールが、この代わりに、エンジンのクランク軸（１１）と共に同期して回転するカムシャフト（２３）上のカム（２６）に追動する第２のピストンより、位置決め可能である、燃料ポンプ（１８）又は排気弁（１３）のような、付属するシリンダに取り付けられた、数個の、液圧で駆動されるシリンダ部材を有する、特に、船の主機のような大型の２ストローク内燃機関（１１）にして、前記カムシャフト（２３）と前記第２のピストンが、付属する液圧駆動のシリンダ部材（１４、１３、１８）から内燃機関の長手方向から離れた状態で、クランクシャフト（１１）のような、適宜のシャフト駆動体に配置され、液圧プッシュロッドとして作動する、単一の液圧導管（４８）のみが、各第１、第２のピストン（４１、４４）対の間に延びることを特徴とする大型の２ストローク内燃機関。２．請求の範囲第１項に記載の内燃機関にして、正常なエンジンの運転中、前記第一のピストン（４１）が、カム動作をスプール（７４）に伝達し得ないようにされることを特徴とする内燃機関。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１．シリンダ部材の液圧駆動体が液圧シリンダ（６９）内に軸支された駆動ピストン（７０）を備え、該液圧シリンダが流路（６７）を通じてスプール弁と連通し、該スプール弁のスプール（７４）は、流路（６７）が液圧油の高圧源（６５）と連通する第一の位置と、流路が低圧ポ一ト（６６）と連通するもう一つの位置とを占めることが出来、正常なエンジンの運転状態のとき、スプールは、エンジンを制御するコンピュータ（１６）から制御信号を入力する電動位置決め手段（６４）により位置決め可能であり、正常なエンジンの制御が失われたとき、スプールが、この代わりに、エンジンのクランク軸（１１）と共に同期化して、回転するカムシャフト（２３）により、位置決め可能である、燃料ポンプ（１８）又は排気弁（１３）のような、液圧で駆動されるシリンダ部材を有する、特に、船の主機のような大型の２ストローク内燃機関（１１）にして、前記スプール（７４）が、液圧導管（４８）内の圧力が作用する第一のピストン（４１）と関係付けられ、前記導管が、回転するカムシャフトに設けられたカム（２６）に従動し得る第二のピストン（４４）まで伸長し、エンジン・シリンダの各々と関係連れられた、液圧で駆動されるシリンダ部材（１４、１３、１８）が、該当するシリンダに取り付けられる一方、前記カムシャフト（２３）が、前記シリンダ部材の位置に関係なく、クランク軸（１１）のような適当な軸駆動体に配置されることを特徴とする大型の２ストローク内燃機関。２．請求の範囲第１項に記載の内燃機関にして、正常なエンジンの運転中、前記第一のピストン（４１）が、カム動作をスプール（７４）に伝達し得ないようにされることを特徴とする内燃機関。３．請求の範囲第２項に記載の内燃機関にして、前記エンジンの制御が正常であるとき、前記第二のピストン（４４）が持ち上げられて、前記カムシャフト（２３）から離れ、カム（２６）に係合させるとき、前記第二のピストンがカムシャフトに設けられた前記カム（２６）に接触するようにしたことを特徴とする内燃機関。４．請求の範囲第１項乃至第３項の何れかの項に記載の内燃機関にして、前記スプール（７４）が、正常な運転状態のとき、電動の位置決め手段（６４）により制御され、また、これと代替的に、第一のピストン（４１）の動きにより制御される小型のパイロット・スプール（８５）の動きに従動し得るようにされることを特徴とする内燃機関。５．請求の範囲第４項に記載の内燃機関にして、前記パイロット・スプール（８５）が、前記スプール（７４）内で同軸状に配置され且つロッド（９５）に締結される一方、該ロッドは位置決め手段の可動片（９１）に堅固に接続されて、スプールの一側部まで突出し、前記第一のピストン（４１）が、スプールの反対側部に対して位置決めされ且つロッド（９８）を支承し、該ロッドが前記スプールに対して同軸状にパイロット・スプール（８５）まで伸長することを特徴とする内燃機関。６．請求の範囲第５項に記載の内燃機関にして、関係するロッド（９８）を有する前記第一のピストン（４１）が、前記パイロット・スプール（８５）から離れる方向に動くようにばね荷重が加えられることを特徴とする内燃機関。７．請求の範囲第５項又は第６項に記載の内燃機関にして、関係するロッド（９５）を有する位置決め手段の前記可動片（９１）が、第一のピストン（４１）に向けて動き得るようにばね荷重が加えられ、正常なエンジンの運転中、前記位置決め手段（６４）が該ばね荷重に打ち勝つようにしたことを特徴とする内燃機関。８．請求の範囲第７項に記載の内燃機関にして、同一型式のシリンダ部材に達するピストン接続液圧導管（４８）の少なくとも一部が、液圧導管が略等量の液圧油を保持するようにした寸法のそれぞれの補償容積に連通することを特徴とする内燃機関。９．請求の範囲第１項乃至第８項の何れかの項に記載の内燃機関にして、前記第二のピストン（４４）が、その作動位置にあるとき、関係するカム（２６）に接触するアイドラー（３４）をその下側部に支承するロッド（３３）の上側部と当接し、該ロッド（３３）が、エンジンが通常の回転方向に回転する間に使用する限界位置と、エンジンが反対の回転方向に回転する間に使用するもう一つの限界位置との間にて、前記カムシャフトの長手方向に関して横軸方向に可動であるようにしたことを特徴とする内燃機関。１０．請求の範囲第９項に記載の内燃機関にして、前記ロッド（３３）の前記二つの限界位置が調節可能であることを特徴とする内燃機関。