TW202100859A - 船舶用柴油發動機、構成該發動機的缸套及其部件、以及該發動機的維護方法 - Google Patents

Abstract

在船舶用柴油發動機中，能夠不伴隨著活塞拔出作業而實施活塞環的更換作業。具備：缸套上部，其具有當設置於缸架時，位於缸架的外側的頂部以及從缸架的貫穿孔向掃氣室延伸設置的基部；以及缸套下部，其可裝卸地連接於基部的下端。

Description

船舶用柴油發動機、構成該發動機的缸套及其部件、以及該發動機的維護方法

本發明涉及一種船舶用柴油發動機，涉及該發動機自身、構成該發動機的缸套及其部件、以及該發動機的維護方法。

在船舶用柴油發動機中，做為其維護之一，而需要拔活塞的作業。做為該活塞拔出作業的一例，在下述非專利文獻1中公開有如下流程。 1、抽出主機（指船舶用柴油發動機）的冷卻水、潤滑油等後，拆卸連結於主機的上級的各管系統，並拆卸做為上部結構物的缸蓋。 2、拆卸活塞的下部連接部，將活塞從氣缸中拔出。 3、進行滑動部的活塞環、缸套的清潔、測量、記錄（拍攝）。 4、保養活塞、缸套、活塞杆的貫穿部分等後，將活塞環裝配於拔出的活塞，塗覆汽缸油並收納於缸體。 5、連接活塞杆下部後，復原缸蓋。 6、復原主機上部的連結管系統後，藉由冷卻水、潤滑油等來確認洩漏等。 7、進行試運轉，確認狀況並結束作業。

習知技術文獻 專利文獻 非專利文獻1：一般社團法人日本船舶工程師協會「介紹做為船內作業的活塞拔出作業。」[線上][平成31年2月22日檢索]網際網路>http://www.marine-engineer.or.jp/images/piston_shokai.pdf>

（一）要解決的技術問題 根據該非專利文獻1，活塞拔出作業需要大規模人數和足夠的準備，是重要的作業之一，發動機部總共需要6人左右，通常需要8-10小時左右。此外，關於DF發動機（二元燃料發動機）的活塞拔出作業，由於需要進行燃料氣體用的配管等的分解作業，因此與以往的船舶用柴油發動機的情況相比，作業時間、作業負擔更大。另外，上述非專利文獻1的記載是以機械控制式發動機為前提而考慮的，關於電子控制式發動機的活塞拔出作業，除了上述各管系統的拆卸作業之外，還需要感測器線纜等電子器件的拆卸作業，因此與機械控制式發動機相比，作業時間、作業負擔更大。

在以往的船舶用柴油發動機中，在關於缸套的內側的維護中，存在不伴隨著活塞拔出作業則無法實施的情況，和即使不伴隨著活塞拔出作業也能夠實施，但其作業性差的情況。

作為前者，例如可舉出活塞環的更換等需要裝卸活塞環的維護。

另外，作為後者，可舉出缸套的磨損量的測量、活塞頭/活塞杆的局部性檢查/清潔等。這些都能夠藉由從形成於缸套的掃氣孔向缸套的內部插入工具等來實施。但是，由於一般掃氣孔比較小，因此經由該掃氣孔的維護的作業性差。

因此，本發明的目的在於，提供一種船舶用柴油發動機及其部件、以及船舶用柴油發動機的維護方法，其能夠擴大即使不伴隨著活塞拔出作業也能夠實施的維護的範圍，或者能夠提高不伴隨著活塞拔出作業就能夠實施的維護的作業性。

（二）技術方案 為了解決上述技術問題，本發明的一個方式的船舶用柴油發動機的缸套具備：缸套上部，其具有當設置於在內側形成掃氣室的缸架時，為了裝配缸蓋而位於所述缸架的外側的頂部、以及從形成於所述缸架的貫穿孔朝向所述掃氣室內延伸設置的基部；以及缸套下部，其可裝卸地連接於所述基部的下端。

在缸套形成為不能沿上下方向分割/一體的結構中，特別地，針對缸套的內部的維護作業在不進行活塞拔出作業的情況下則無法進行，或作業性差。

與此相對，在上述結構中，即使不進行活塞拔出作業，也能夠藉由從缸套上部拆卸缸套下部，藉以能夠部分地進行與缸套的內部、特別是缸套上部與缸套下部的連接位置附近相關的維護作業，或者提高其作業性。

本發明的一個方式的船舶用柴油發動機具備：所述缸套、所述缸架、在所述缸套內往復運動的活塞頭以及連接於所述活塞頭的活塞杆。

本發明的一個方式的船舶用柴油發動機的缸套部件由用於構成所述缸套的所述缸套下部構成。

本發明的一個方式的船舶用柴油發動機的維護方法包括：對於在內側形成掃氣室的缸架上設置的缸套，從基部拆卸缸套下部的步驟，其中，所述基部從形成於所述缸架的貫穿孔朝向所述掃氣室內延伸設置；缸套下部可裝卸地連接於該基部的下端；針對藉由拆卸所述缸套下部而能夠作業或者作業變得容易的部位實施維護作業的步驟；以及在所述基部安裝所述缸套下部的步驟。

（三）有益效果 根據本發明的一個方式，能夠擴大即使不伴隨著活塞拔出作業也能夠實施的維護的範圍，或者能夠提高不伴隨著活塞拔出作業就能夠實施的維護的作業性。

在圖1的局部剖視圖中，表示本發明的一個實施方式的船舶用柴油發動機1。此外，在本申請的發明申請專利範圍及說明書中，「上」/「下」，「頂」/「底」的概念以船舶用柴油發動機1的活塞的往復運動方向為基準進行定義，將活塞的上止點側及下止點側分別設為「上」/「下」、「頂」/「底」。

［船舶用柴油發動機的整體結構］ 船舶用柴油發動機1具備：曲柄箱10、缸架20、缸套30、缸蓋40、排氣集合管50、增壓器60、掃氣箱70、燃料噴射/排氣閥驅動裝置80。

在曲柄箱10的內部配置曲軸11、十字頭12、以及將它們連結的連杆13。另外，在曲柄箱10的內部從上方插入有活塞杆15的一部分。活塞杆15在上方的前端具有活塞頭14，並進行上下往復運動。該運動經由十字頭12向連杆13傳遞，並藉由該連杆13及曲軸11而轉換成旋轉運動。

缸架20設置於曲柄箱10的頂部。在缸架20的底部形成有貫穿孔，並在該貫穿孔設置有填料箱21。填料箱21保持曲柄箱10的內部與缸架20的內部之間的氣密，並貫穿有活塞杆15。

就缸套30而言，其一部分經由形成於缸架20頂部的貫穿孔而插入缸架20的內部，且其它部分向缸架20的上方突出。在缸套30的內部收納有活塞頭14及活塞杆15的一部分。

缸蓋40配置於缸套30的頂部，使缸套30內部的比活塞頭14更靠上方的空間、與缸套30的外部之間保持氣密。在缸蓋形成有排氣口41，並在該排氣口41設置有排氣閥42。

缸套30及缸蓋40沿著圖1的紙面垂直方向分別配置有例如六個，構成六缸發動機。十字頭12、連杆13、活塞頭14、活塞杆15、填料箱21等也設置為與缸套30及缸蓋40相同的數量。

排氣集合管50是分別與各缸蓋40的排氣口41、增壓器60連通的管。排氣集合管50用於將從各排氣口41排出的氣體向增壓器60輸送。

增壓器60利用經由排氣集合管50輸送來的排放氣體的流動來壓縮外部氣體並向掃氣箱70供給。

掃氣箱70用於將從增壓器60供給的壓縮空氣向形成於缸架20內部的掃氣室22供給。在缸架20，在其側壁的與各缸套30對置的位置形成有掃氣口23（參照圖2）。在缸套30的周壁，沿著其周向形成有多個掃氣孔32e（參照圖3）。經由這些掃氣口23及掃氣孔32e，向缸套30內導入壓縮空氣。

另外，掃氣箱70具備檢查門71。藉由開放該檢查門71，作業者能夠進入掃氣箱70的內部，進而穿過掃氣口23到達至掃氣室22。

燃料噴射/排氣閥驅動裝置80配置於缸架20頂部的缸套30的側方。燃料噴射/排氣閥驅動裝置80向缸蓋40供給燃料，並且進行用於對排氣閥42進行液壓式驅動的液壓控制。

［船舶用柴油發動機的動作］ 船舶用柴油發動機1進行如下所述的動作。

在活塞頭14位於下止點的狀態下，活塞頭14的頂部位於比缸套30的掃氣孔32e更靠下方，排氣閥42打開。由此，進行掃氣。也就是說，從掃氣箱70向掃氣室22供給、且經由掃氣孔32e向缸套30內導入的壓縮空氣將前一迴圈的燃燒氣體從排氣口41逐出，並充滿缸套30內。

當活塞頭14從下止點開始上升時，活塞頭14自身向比掃氣孔32e更靠上方移動，藉以使缸套30內和掃氣室22成為氣密，並且使排氣閥42關閉。

當活塞頭14進一步上升並到達上止點附近時，壓縮空氣被壓縮加熱到燃料的燃點以上。在該狀態下，利用燃料噴射/排氣閥驅動裝置80向缸套30內噴射燃料，使燃料自燃。

活塞頭14經過上止點而轉為下降，並利用藉由上述點燃所產生的燃燒氣體的膨脹而向下方驅動。之後，排氣閥42打開，活塞頭14再次返回下止點。

藉由重複以上的操作而產生的活塞頭14的上下往復運動如上述那樣轉換成旋轉運動，並成為船舶用柴油發動機1的輸出。

［缸套的設置和結構］ 在圖2的主視圖中，表示在缸架20上設置有缸套30的狀態，在圖3的主視圖中表示缸套30的整體。圖2及圖3是從圖1中的掃氣箱側觀察缸套30等的圖。此外，在圖1中，對缸套30等的結構進行局部簡化來圖示。

缸套30具備：缸套上部31、缸套下部（缸套部件）32、將它們連接並且防止它們相互轉動的連接環33及止轉件34。

缸套上部31具備：裝配缸蓋40的頂部31a、從缸架20突出的突出部31b、從形成於缸架20的貫穿孔朝向掃氣室22內延伸設置的基部31c。

缸套下部32可裝卸地連接於缸套上部31的基部31c的下端。藉由將缸套下部32裝配於缸套上部31，藉以構成一個缸套30。缸套上部31與缸套下部32的連接位置是當活塞頭14位於下止點時的比活塞頭14的頂部更靠上止點側的位置。

在缸套下部32，在其周面上沿著其周向形成有多個上述的掃氣孔32e。另外，缸套下部32具有利用包含缸套30的中心軸的平面分割成兩份的兩個部件32a/32b、以及使它們能夠裝卸地合併的八個止動件32c。此外，在圖2及圖3中圖示有四個止動件32c，但在它們的相反側以與它們前後對稱的方式配置有其餘的四個止動件。

如圖4及圖5的立體圖所示，缸套上部31與缸套下部32的連接方式是使用了連接環33的卡口式。

如圖4所示，連接環33相對於缸套上部31而言嵌入其基部31c的最下部外周，並被螺紋件緊固。連接環33的大致上半部分與基部31c的外周重疊，大致下半部分比基部31c的下端向下方突出。在該突出的部分的內周，等間隔地設置有向內側突出的四個內爪33a。另外，在該突出的部分，形成有兩處缺口部33b。

如圖5所示，在缸套下部32的最上部外周，形成有向外側突出的四個外爪32d。

當將缸套下部32向缸套上部31連接時，首先，以缸套下部32的外爪32d進入連接環33的內爪33a的間隙的方式，將缸套下部32嵌入連接環33。然後，藉由使缸套下部32相對於連接環33轉動，藉以使缸套下部32的外爪32d與連接環33的內爪33a分別沿上下嚙合。在該狀態下，在連接環33的兩處缺口部33b中分別嵌入兩個止轉件34，並將這些止轉件34相對於缸套下部32而言進行螺紋件緊固。由此，缸套下部32相對於缸套上部31在上下方向及旋轉方向上定位，它們成為一體。

［缸套關聯工具］ 在缸套下部32安裝有包圍其周圍的三個固定工具35。如後所述，該固定工具35是進行缸套下部32的分解、組裝時使用的工具，當使船舶用柴油發動機1運轉時能夠事先拆卸。

在缸套下部32的下方，設置有兩個升降機構（放置台）24。升降機構24也是用於在裝卸缸套下部32時使缸套下部32升降的工具，能夠在使船舶用柴油發動機1運轉時事先拆卸。

升降機構24具備：安裝於缸架20的底面（在圖3中未圖示）的基座24a、螺合於基座24a的千斤頂螺栓24b、安裝於千斤頂螺栓24b的頂部的頂板24c。另外，兩個升降機構24分別與構成缸套下部32的兩個部件32a/32b對應。

［活塞環更換作業］ 下面，以上述結構的缸套30為前提，做為船舶用柴油發動機1的維護作業的一例，對安裝於活塞頭14的活塞環14a（參照圖6）的更換作業進行說明。

在圖6的主視圖中，表示活塞環14a的更換作業過程中的缸套30的狀態。活塞環14a的更換作業基於以下步驟。此外，下述2．以後的作業由進入掃氣室22的作業者來進行。

1．藉由驅動檢查用電動機，並使曲軸11旋轉，藉以使做為更換作業對象的活塞頭14向下止點附近移動。

2．在缸套下部32的周圍安裝三個固定工具35，並以規定的力緊固構成缸套下部32的兩個部件32a/32b（參照圖3）。這是為了在分解兩個部件32a/32b時，使它們不會由於活塞環14a的排斥力而被意外地撞動。

3．在兩個部件32a/32b各自的下方安裝升降機構24，使千斤頂螺栓24b旋轉並從下方支撐部件32a/32b。這是為了防止部件32a/32b突然一下子下落。

4．拆卸兩個止轉件34，使缸套下部32旋轉45°，以使得缸套下部32的外爪32d與連接環33的內爪33a錯開，並位於它們的間隙。

5．藉由使各升降機構24的千斤頂螺栓24b旋轉，使缸套下部32下降，藉以將缸套下部32從缸套上部31分離。

6．拆卸八個止動件32c，再拆卸三個固定工具35，使部件32a/32b以沿水準方向相互分離的方式移動，使活塞頭14從它們的間隙露出。

7．將擴展器插入上述間隙，將活塞環14a從活塞頭14拆卸（參照圖6）。

8．將活塞環14a更換成新的部件，以大致與上述步驟相反的順序組裝缸套30。

［活塞環更換作業／活塞拔出作業的頻率］ 在某個船舶用柴油發動機中，缸套、活塞頭的壽命是60000小時（指船舶用柴油發動機1的運轉時間，下同），另外，相對於它們的大修間隔是壽命的一半即30000小時而言，活塞環的壽命是16000小時。

在以往的具備一體不可分的缸套的船舶用柴油發動機的情況下，即使更換活塞環，也需要活塞拔出（活塞開放）作業。因而，需要每隔16000小時進行活塞拔出作業。在這種情況下，直到達到缸套、活塞頭的壽命（60000小時）為止，進行活塞拔出作業的次數為：60000小時／16000小時＝3.75次。

與此相對，在本實施方式的船舶用柴油發動機1中，活塞環14a的更換作業能夠不伴隨著活塞拔出作業而實施。因此，就船舶用柴油發動機1而言進行活塞拔出作業的次數為：60000小時／30000小時＝2次。因而，在計算上，如果與上述3.75次比較，則能夠省略1.75次的活塞拔出作業。

但是，如果考慮維護的實際情況，實際上在30000小時前後實施一次的船塢的檢查時一併進行包含更換活塞環的活塞拔出作業。如果考慮這種情況，則在以往的具備一體不可分的缸套的船舶用柴油發動機的情況下，分別在16000小時、32000小時、48000小時、60000小時實施活塞拔出作業。另一方面，在本實施方式的船舶用柴油發動機1中，在32000小時、60000小時時實施活塞拔出作業，但在16000小時、48000小時時，能夠不伴隨活塞拔出作業來進行活塞環14a的更換。這樣，在本實施方式的船舶用柴油發動機1中，在達到缸套、活塞頭的壽命（60000小時）為止，比起以往的具備一體不可分的缸套的船舶用柴油發動機而言，能夠省略2次的活塞拔出作業。

［變形例］ 對於上述的船舶用柴油發動機1，能夠如以下那樣對其結構進行變形。

船舶用柴油發動機1是將缸套30等呈直列配置的直列型結構，也可以是呈V字配置的V型等。

缸套30是能夠沿上下分割成兩份的結構，也可以能夠分割成三份以上的結構，只要使連接位置的至少1處位於缸架20內即可。在分割成三份以上的情況下，只要以位於缸架20內的任意的連接位置為基準，將比該連接位置更靠上方的部分視為缸套上部31、並將比該連接位置更靠下方的部分視為缸套下部32即可。

此外，為了藉由解除上述連接位置的連接而能夠更換活塞環14a，上述連接位置需要位於當活塞頭14位於下止點時的比活塞頭14的頂部更靠上止點側的位置。但是，即使在上述連接位置位於比該位置更靠下方的位置的情況下，在缸套30的內部，尤其是上述連接位置附近，也能夠實現如下所述的一定的效果，即，能夠作業性良好地實施缸套30的磨損量的測量、與活塞頭14的一部分、活塞杆15的一部分相關的檢查/清潔等。

在缸套30中，缸套上部31與缸套下部32的邊界沿著相對於缸套30的長度方向垂直的平面，但也可以沿著相對於上述長度方向傾斜的平面。而且，缸套上部31與缸套下部32的邊界可以不在平面內，可以是例如波形。藉由使上述邊界傾斜或者成為波形，能夠抑制在活塞環14a藉由上述邊界部分時活塞環14a從該邊界的微小的間隙受到的機械性影響。

缸套上部31與缸套下部32的連接方式不限於卡口式，只要是能夠裝卸的連接方式即可。

缸套下部32是能夠分割成兩份的兩個部件32a/32b的結構，缸套下部32也可以是能夠分割成三個以上部件的結構。如果分割數量變多，則需要的止動件32c的數量增加，其裝卸作業增加，但由於缸套下部32的分割的各部件的重量變輕，因此對它們進行操作的作業性變好。

另外，缸套下部32未必需要用包含缸套30的中心軸的平面分割，只要能夠在與缸套30的長度方向不同的方向（較佳是與上述長度方向垂直的方向）上相互拆開並分離即可。

另外，在能夠在缸套下部32的下方確保足夠的空間以用於使缸套下部32下降而使活塞環14a露出的情況下，並不需要缸套下部32是能夠分割的結構。

缸套下部32的兩個部件32a/32b在前後兩面利用止動件32c固定，也可以將一方置換成合頁。

［總結］ 如以上所述，本發明的一個實施方式的缸套具備：缸套上部31，其具有當設置於在內側形成掃氣室22的缸架20時，為了裝配缸蓋40而位於缸架20的外側的頂部31a、以及從形成於缸架20的貫穿孔朝向掃氣室22內延伸設置的基部31c；以及缸套下部32，其可裝卸地連接於基部31c的下端。

在缸套形成為不能沿上下方向分割/一體的結構中，特別地，針對缸套的內部的維護作業在不進行活塞拔出作業的情況下則無法進行、或作業性差。

與此相對，在上述結構中，即使不進行活塞拔出作業，也可從缸套上部31拆卸缸套下部32。由此，能夠部分地進行與缸套的內部、特別是缸套上部31與缸套下部32的連接位置附近相關的維護作業，或者提高其作業性。

缸套下部32由能夠在與缸套30的長度方向不同的方向上相互拆開並分離的多個部件32a/32b能夠裝卸地合併構成。

在上述結構中，藉由從缸套上部31拆卸缸套下部32，再使構成缸套下部32的多個部件32a/32b在與缸套30的長度方向不同的方向上，典型的是在與該長度方向垂直的方向上相互拆開並分離，藉以易於確保基部31c的下方的作業空間。

另外，本發明的一個實施方式的船舶用柴油發動機1具備：上述的缸套30、缸架20、在缸套30內往復運動的活塞頭14、以及連接於活塞頭14的活塞杆15。

而且，缸套上部31與缸套下部32的連接位置是當活塞頭14位於下止點時的比活塞頭14的頂部更靠上止點側的位置。

在上述結構中，藉由使活塞頭14位於下止點附近，並從缸套上部31拆卸缸套下部32，藉以能夠使活塞頭14露出。由此，能夠進行活塞環14a的更換等針對活塞頭14的維護作業、針對缸套30內側的上止點側的部位的維護作業。

另外，本發明的一個實施方式的船舶用柴油發動機的維護方法包括：對於缸套30，從基部31c拆卸缸套下部32的步驟，其中所述缸套下部32可裝卸地連接於基部31c的下端；針對藉由拆卸缸套下部32而能夠作業或者作業變得容易的部位實施維護作業的步驟；以及在基部31c安裝缸套下部32的步驟。

在上述方法中，能夠不伴隨著活塞拔出作業而實施一部分的維護作業，或者提高其作業性。

本發明不限於上述的實施方式，可以在請求項所示的範圍內進行各種變更，藉由適當組合公開於實施方式的技術方案而獲得的實施方式也包含於本發明的技術範圍內。

1:船舶用柴油發動機10:曲柄箱11:曲軸12:十字頭13:連杆14:活塞頭14a:活塞環15:活塞杆20:缸架21:填料箱22:掃氣室23:掃氣口24:升降機構30:缸套31:缸套上部31a:頂部31b:突出部31c:基部32:缸套下部32a:構成缸套下部的部件32b:構成缸套下部的部件32c:止動件32e:掃氣孔40:缸蓋41:排氣口42:排氣閥50:排氣集合管60:增壓器70:掃氣箱71:檢查門80:排氣閥驅動裝置

圖1是本發明的一個實施方式的船舶用柴油發動機的局部剖視圖。 圖2是表示在圖1的船舶用柴油發動機中，在缸架上設置有缸套的狀態的主視圖。 圖3是表示圖2的缸套的整體的主視圖。 圖4是構成圖2的缸套的缸套上部的立體圖。 圖5是構成圖2的缸套的缸套下部的立體圖。 圖6是表示活塞環的更換作業中的缸套的狀態的主視圖。

1:船舶用柴油發動機

10:曲柄箱

11:曲軸

12:十字頭

13:連杆

14:活塞頭

14a:活塞環

15:活塞杆

20:缸架

21:填料箱

22:掃氣室

23:掃氣口

24:升降機構

30:缸套

40:缸蓋

50:排氣集合管

60:增壓器

70:掃氣箱

80:排氣閥驅動裝置

Claims (10)

1. 一種船舶用柴油發動機的缸套，其特徵在於，包括： 缸套上部，其具有：當設置於在內側形成掃氣室的缸架時，為了裝配缸蓋而位於該缸架的外側的頂部以及從形成於該缸架的貫穿孔朝向該掃氣室內延伸設置的基部；以及 缸套下部，其可裝卸地連接於該基部的下端。
2. 根據請求項1所述之缸套，其特徵在於，該缸套下部由能夠在與該缸套的長度方向不同的方向上相互拆開並分離的複數個部件能夠裝卸地合併構成。
3. 根據請求項1所述之缸套，其特徵在於，該缸套上部與該缸套下部的連接方式是卡口式。
4. 根據請求項1所述之缸套，其特徵在於，在該缸套下部，在其周面形成有掃氣孔。
5. 一種船舶用柴油發動機，其特徵在於，具備： 請求項1至4中任一項之缸套； 該缸架； 活塞頭，其在該缸套內往復運動；以及 活塞杆，其連接於該活塞頭。
6. 根據請求項5所述之船舶用柴油發動機，其特徵在於，該缸套上部與該缸套下部的連接位置是當該活塞頭位於下止點時的比該活塞頭的頂部更靠上止點側的位置。
7. 一種缸套部件，其是船舶用柴油發動機的缸套部件，其特徵在於，其由用於構成請求項1至4中任一項所述之缸套的該缸套下部構成。
8. 一種船舶用柴油發動機的維護方法，其特徵在於，包括： 對於在內側形成掃氣室的缸架上設置的缸套，從基部拆卸缸套下部的步驟，其中，該基部從形成於該缸架的貫穿孔朝向該掃氣室內延伸設置； 該缸套下部可裝卸地連接於該基部的下端； 針對藉由拆卸該缸套下部而能夠作業或者作業變得容易的部位實施維護作業的步驟；以及 在該基部安裝該缸套下部的步驟。
9. 根據請求項8的船舶用柴油發動機的維護方法，其特徵在於，當裝卸該缸套下部時使用使該缸套下部升降的升降機構。
10. 根據請求項8或9所述的船舶用柴油發動機的維護方法，其特徵在於，還包括：以使得在該缸套內往復運動的活塞頭的頂部比該基部與該缸套下部的連接位置更靠下止點側的方式使該活塞頭移動的步驟。

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