JP3883866B2 - エンジン、特に往復ピストンエンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに内外に係合する２つの部材を備えるエンジン、より好ましくは往復ピストンエンジン、特に、２サイクル大型ディーゼルエンジンであって、排気バルブによって制御可能な排気孔を備えるシリンダを少なくとも一つ備え、このシリンダは、シリンダヘッドを有しており、このシリンダヘッドの内部には、排気バルブに対して設けられていて排気孔を備えた着座部材が挿入され、上記互いに係合する部材の間の継目の領域には、冷却剤が供給可能とされた冷却通路と、これを閉止する、軸方向に互いに向き合ってオフセットされたシール機構と、相互の支持力を受ける支持面とが設けられており、これらの支持面には、外側表面で終端する指標穴が漏れを示すために設けられているエンジン、より好ましくは往復ピストンエンジン、特に、２サイクル大型ディーゼルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上に述べたような種類の公知の２サイクル大型ディーゼルエンジンでは、シリンダがそれぞれシリンダヘッドに設けられた、付属の排気バルブによって開閉することができる排気孔を有している。このような２サイクル大型ディーゼルエンジンでは、シリンダヘッド内に、排気バルブと協働する弁座を有する、排気孔が貫通する着座部材が挿入されており、この着座部材は、その水平方向の支持面によって、対応させて設けられたシリンダヘッドの支持面に支持されている。着座部材の着座領域は冷却される。そのため、着座部材とシリンダヘッドとの間の継目の領域には、冷却水が供給可能とされた、周回する冷却通路が設けられている。冷却通路の上側および下側には、着座部材を周回する溝に挿入され、いわゆるＯリングとして構成されたシールリングが設けられている。このシールリングは、冷却通路を密閉するためのものである。しかしながら厳しい温度負荷のために、特に燃焼室に近い下側のＯリングが損傷を受け、そのために密閉性が失われるという事態が起こることがある。その結果、冷却水が燃焼室に入りうるが、これはきわめて好ましくなく、シリンダライナの摺動面の早期の磨耗につながる可能性がある。この場合、熱い燃焼ガスが冷却通路を通り抜ける可能性があり、それによって冷却効果が失われるという危険性も同様に存在する。このような危険性が特に差し迫るのは、例えば着座面の間に炭素粒子などの異物粒子が入り込む等したために、着座面が互いに正確に当接していない場合である。
【０００３】
指標穴は、このような漏れを示すものではあるが、このように示されるようになるまでに、上述したような類の破損がすでに起こってしまっているという恐れがある。それを度外視するとしても、指標穴から出ていく冷却水は、冷却水の損失につながるばかりでなく、エンジンルームが濡れることにつながり、このことも同じく好ましくない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の事情を鑑み、本発明の課題は、冒頭に述べた種類の機構を簡単かつ低コストな手段で改良して、高い動作確実性が達成されるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によれば、冷却通路に対して設けられたシール機構が、支持面の間に挟み込まれた周回する平形シールリングを備えており、この平形シールリングには、その支持面側の周回する側面を互いにつなぐ通路システムが配設されており、この通路システムと指標穴が連通していることによって解決される。
【０００６】
このような解決手段により、先ほど述べたような公知の機構の欠点が完全に解消される。支持面の間に挟み込まれた平形シールリングにより、漏れを防ぐ高い確実性が得られる。このとき平形シールリングは、炭素粒子などの異物粒子を押しつぶすことができ、それによっていずれの場合でも割れ目の形成が防止されるように、簡単なやり方で構成することができる。同様に、平形シールリングを構成するために、耐熱性が比較的高い材料を用いることができる。それによって動作温度の上昇が可能になり、このことは達成可能な効率に好ましい作用を及ぼす。好ましくは、平形シールリングに設けられたシール機構が平形シールリングだけを有している場合で十分である。このとき、その他のシール手段は必要ない。
【０００７】
上位請求項に記載された解決手段の好ましい実施形態、および好適な発展態様は、従属請求項に記載されている。例えば、冒頭に述べた類の２サイクル大型ディーゼルエンジンにおいて、支持面の間に挿入された平形シールリングは、好ましくは、下側の燃焼室側での、冷却通路のシール機構に対して設けることができ、略このシール機構を構成することができる。なぜならこのシール材は、これから距離をおいた上側のシール材よりも強い温度負荷にさらされるからである。上側のシール材は単にＯリングとして構成されていてよい。
【０００８】
平形シールリングが金属リングとして形成されていることは、さらなる好適な解決手段になり得る。これにより、上に述べたような特性を、きわめて簡単なやり方で具体化することができる。このとき好ましくは、平形シールリングを形成するために、銅合金または比較的軟質な合金鋼を用いることができる。このようにして、動作力の作用の下で平形シールリングが弾性的かつ若干可塑的に変形可能であることを保証することができる。したがって、それにより、たとえば起伏があるような場合にも確実な密閉性が保証される。
【０００９】
上位請求項に記載の解決手段のさらに他の発展態様では、平形シールリングは、通路システムを構成するために、ウェブで互いに分離された複数の貫通スリットを備えていてよい。これらの貫通スリットは、指標穴につながる比較的大きな断面を平形シールリングの上側と下側の間に生じさせ、これにより、漏れが生じた場合に迅速に示されることになる。
【００１０】
他の好ましい実施形態となり得るのは、平形シールリングが通路システムを構成するために、周回する溝を両側に備えており、これらの溝は共通の溝底面を貫通する連絡切欠きによって相互につなげられていることである。周回する溝の製作は比較的簡単なので、製造コストが比較的低くなる。しかも、共通の溝底面によって、半径方向の確実な安定性が保証される。
【００１１】
特に安定した平形シールリングは、通路システムを構成するよう、着座部材とシリンダヘッドに支持面側の周回する通路が刻設され、これらの通路が平形シールリングの切欠きによって相互につなげられていることによって達成することができる。
【００１２】
上位請求項に記載の解決手段の他の好ましい実施形態、および好適な発展態様は、残りの従属請求項に記載されており、図面を参照した以下の実施形態の説明にも詳しく述べられている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の主な利用分野は、２サイクル大型ディーゼルエンジンのシリンダヘッドである。２サイクル大型ディーゼルエンジンにおいては、シリンダヘッドの領域に設けられた、しかも、それぞれ付属の排気バルブによって制御可能とされた排気孔が、シリンダに設けられている。この種のエンジンの基本的な構造や仕組みはそれ自体公知であり、したがって本明細書との関連ではこれ以上詳しく説明する必要はない。
【００１４】
図１に示す２サイクル大型ディーゼルエンジンのシリンダヘッド１は、詳しくは図示しないシリンダライナに載設されている。シリンダヘッド１は、比較的大きな直径を有する中央の排気孔２を備えており、この排気孔には排気通路３が続いている。排気孔２は、付属の排気バルブ４によって、シリンダ室５に対して開閉することができる。排気バルブ４のバルブ・ヘッドは、円錐台状の当接面６を備えており、この当接面には、シリンダヘッド１に挿入されていて排気通路２が貫通している着座部材７に一体成形された、テーパ状の着座面８が対応して設けられている。
【００１５】
シリンダヘッド１と、これに挿入された着座部材７とは、詳しくは図示しない留め具によって一体に保持されており、互いに対向する支持力を伝達するために、相互に配設された水平方向の支持面９，１０を備えている。支持面９，１０を形成するために、シリンダヘッド１は、上方を向いた段部を備えており、着座部材７は下方を向いた段部を備えている。排気バルブ４と着座部材７の互いに対向する当接面６，８は、高い機械的および熱的な負荷にさらされる。したがってこれらの当接面には、特殊材料でできた装甲部１１を設けることができる。それと同時に、着座部材７の着座領域の冷却が冷却水によって行われる。
【００１６】
そのために、シリンダヘッド１と着座部材７の間のほぼ円柱状の継目の、支持面９，１０の上側にある領域には、周回する冷却通路１２が刻設されている。この冷却通路は、シリンダヘッド１の内周と、着座部材７の外周との、互いに向き合った周回する切欠きによって構成されている。冷却通路１２は、図１の左側から分かるように、供給管路と排出管路とを通して、通常は冷却水とされた循環する冷却手段が供給可能とされている。冷却通路１２からは、同じく図１の左側に示すように、着座部材７の着座領域まで達する分岐穴１４が延びている。
【００１７】
冷却通路１２は、軸方向において、上側および下側のシール機構によって封止されている。燃焼室から遠い上側のシール機構は、Ｏリング１５として構成されており、このＯリングは、着座部材７の外周の領域に刻設された周回する溝１６に挿入されており、シリンダヘッド１の円筒状の内周と協働する。燃焼室に近い下側のシール機構を構成するため、図示した例では、支持面９，１０の間に挟み込まれた周回する平形シールリング１７が設けられており、この平形シールリングは平坦な長方形に見える断面を有している。平形シールリングの厚さは約２ｍｍである。当然ながら、平形シールリング１７に追加して、さらに別のシール手段、たとえば平形シールリングの前に配置されたＯリングなどを設けることも考えられよう。
【００１８】
支持面９，１０の間に配置された平形シールリング１７は、比較的軟質な合金鋼またはこれに準じる軟質な銅合金でできているのが好都合である。いずれの場合でも、シリンダヘッド１ないし着座部材７の基本材料に比べて比較的軟質な材料であることが重要である。この材料は、強度の点で、動作時に発生する力の作用下で弾性的に、かつわずかな範囲内で可塑的に変形可能な性質であるのが望ましい。これにより、平形シールリング１７の側方の当接側面が、これと向き合う支持面９ないし１０に、密閉状態を保ってしっかり当接することが可能になる。これは、ある程度の表面粗さ、および／またはこれらの面の間に入った異物粒子などがある場合でも変わらない。したがって上述した変形性は、製造と組立を容易にする。
【００１９】
平形シールリング１７は、高い信頼性を保証しているが、それにもかかわらず確実性を高めるために、漏れを示すことを可能にする指標装置が設けられている。指標装置は、平形シールリング１７に設けられた、平形シールリング１７の側方の当接面とこれに向き合う支持面９，１０との間の上側および下側の継目を相互につなぐ通路システム１８を有しており、この通路システムに、図１の右側に示す、目視可能な外側表面で終端する指標穴１９が連通している。円周全体にわたって、円周上に均等に分配された複数の指標穴１９を設けるのが好都合である。
【００２０】
これらの指標穴は、ここでは着座部材７に設けられるとともに、着座部材７の上側の領域で、着座部材７に付加された排気通路ケーシング２０の半径方向外部で終端している。この排気通路ケーシングは、着座部材７の突出部を包囲する鍔を有している。したがって、指標穴１９の開口部の領域には、外部からよく見ることのできる周回する環状スペース２１が生じている。したがって、指標穴１９から環状スペース２１に出てくる液体、ないし出てくる燃焼ガスは、適宜観察していれば迅速に発見することができる。出てくる漏れ液体は、環状スペース２１を包囲するエンジン部材、またはエンジンルームの湿潤を引き起こす可能性がある。しかしこのようなケースは、平形シールリング１７の信頼性が高いので事実上起こらない。
【００２１】
平形シールリング１７は、通路システム１８を構成するために、図２から最もよく分かるように、細いウェブ２２によって互いに分離された複数の円弧状スリット２３を備えることができ、これらの円弧状スリットは、図３に示すように、平形シールリング１７の厚さ全体にわたって貫通し、それによって平形シールリングの下面と上面を相互につないでいる。図２に示される実施形態においては、それぞれ四分円に配設された四つの円弧状スリット２３と四つのウェブ２２とが設けられている。円弧状スリット２３の内のりは、平形シールリングの内径が約２００ｍｍの場合には約２ｍｍであり、つまり内径の約１％である。このときウェブ２２の幅は同じく２ｍｍとすることができ、つまり内径の約１％とすることができる。
【００２２】
円弧状スリット２３は、さらに図２から分かるように、平形シールリング１７の幅の半径方向内側半分の領域にあるのが好都合である。それにより、半径方向外側の広いシール面２４が生じる。円弧状スリット２３は、平形シールリング１７の下側と上側の間の接続を成立させるので、場合により生じた漏れ液体ないし漏れガスは、漏れが平形シールリング１７の下面の領域で起きているか上面の領域で起きているかに関わりなく、いずれの場合でも、平形シールリング１７の上面から延びている指標穴１９に入る。
【００２３】
図４に示す実施形態では、平形シールリング１７が、互いに対向する周回する溝２５を両側に備えており、これらの溝２５は、共通の溝底面２６を貫く穴２７によって相互につながっている。この実施形態では、半径方向の強度がいっそう高くなる。この場合にも、比較的広い半径方向外側のシール面２４を設けることができる。平形シールリング１７の軸方向の厚さは２ｍｍであり、つまり同じく内径の約１％である。半径方向の厚さは２６ｍｍであり、これは外径の１０％よりも若干少ない。
【００２４】
図５に示す実施形態では、シリンダヘッド１と着座部材７が、互いに対向して配置された、支持面９，１０を分断する、周回する溝２８を備えている。平形シールリング１７は、その厚さ全体を貫く穴２９を備えているので、平形シールリングの下面と上面をつなぐ通路システムが同様に形成されており、指標穴１９をこの通路システムと連通させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２サイクル大型ディーゼルエンジンのシリンダのシリンダヘッドを示す断面図である。
【図２】 本発明による平形シールリングを示す平面図である。
【図３】 図２に示す平形シールリングの横断面図である。
【図４】 平形シールリングの他の実施形態を示す横断面図である。
【図５】 平形シールリングのさらに他の実施形態を示す横断面図である。

Claims (9)

1. 排気バルブ（４）によって制御可能な排気孔（２）が少なくとも一つ設けられたシリンダを備え、このシリンダは、シリンダヘッド（１）を有しており、このシリンダヘッドの内部には、前記排気バルブ（４）に対して設けられた、しかも排気孔（２）を備えた着座部材（７）が挿入され、シリンダヘッド（１）及び着座部材（７）の間の継目の領域には、冷却剤が供給可能とされた冷却通路（１２）と、この冷却通路を閉止する、軸方向に互いに対向してオフセットされたシール機構と、相互の支持力を受ける支持面（９，１０）とが設けられており、これらの支持面には、外側表面で終端する指標穴（１９）が漏れを示すために配設されている２サイクル大型ディーゼルエンジンにおいて、
   前記冷却通路に対して設けられた前記シール機構は、前記支持面（９，１０）の間に挟み込まれた周回する平形シールリング（１７）を備え、この平形シールリングには、周回する該平形シールリングの支持面側の側面を互いにつなぐ通路システム（１８）が設けられ、この通路システムと前記指標穴（１９）とが連通し、
   前記平形シールリング（１７）は、金属リングとして構成され、
   前記平形シールリング（１７）は、配設されるシール機構を単独で形成し、
   前記支持面（９，１０）の間に挟み込まれた前記平形シールリング（１７）は、下側の燃焼室側における、前記冷却通路（１２）の前記シール機構を構成し、
   前記平形シールリング（１７）は、前記通路システム（１８）を構成するように、ウェブ（２２）によって互いに分離されていて、該平形シールリングの高さ全体を貫く複数の円弧状スリット（２３）を備え
   ていることを特徴とする２サイクル大型ディーゼルエンジン。
2. 排気バルブ（４）によって制御可能な排気孔（２）が少なくとも一つ設けられたシリンダを備え、このシリンダは、シリンダヘッド（１）を有しており、このシリンダヘッドの内部には、前記排気バルブ（４）に対して設けられた、しかも排気孔（２）を備えた着座部材（７）が挿入され、シリンダヘッド（１）及び着座部材（７）の間の継目の領域には、冷却剤が供給可能とされた冷却通路（１２）と、この冷却通路を閉止する、軸方向に互いに対向してオフセットされたシール機構と、相互の支持力を受ける支持面（９，１０）とが設けられており、これらの支持面には、外側表面で終端する指標穴（１９）が漏れを示すために配設されている２サイクル大型ディーゼルエンジンにおいて、
   前記冷却通路に対して設けられた前記シール機構は、前記支持面（９，１０）の間に挟み込まれた周回する平形シールリング（１７）を備え、この平形シールリングには、周回する該平形シールリングの支持面側の側面を互いにつなぐ通路システム（１８）が設けられ、この通路システムと前記指標穴（１９）とが連通し、
   前記平形シールリング（１７）は、金属リングとして構成され、
   前記平形シールリング（１７）は、配設されるシール機構を単独で形成し、
   前記支持面（９，１０）の間に挟み込まれた前記平形シールリング（１７）は、下側の燃焼室側における、前記冷却通路（１２）の前記シール機構を構成し、
   前記平形シールリング（１７）は、前記通路システム（１８）を構成するように、周回する溝（２５）を両側に備え、これらの溝は共通の溝底面（２６）を貫通する連絡切欠き（２７）によって相互につなげられていることを特徴とする２サイクル大型ディーゼルエンジン。
3. 排気バルブ（４）によって制御可能な排気孔（２）が少なくとも一つ設けられたシリンダを備え、このシリンダは、シリンダヘッド（１）を有しており、このシリンダヘッドの内部には、前記排気バルブ（４）に対して設けられた、しかも排気孔（２）を備えた着座部材（７）が挿入され、シリンダヘッド（１）及び着座部材（７）の間の継目の領域には、冷却剤が供給可能とされた冷却通路（１２）と、この冷却通路を閉止する、軸方向に互いに対向してオフセットされたシール機構と、相互の支持力を受ける支持面（９，１０）とが設けられており、これらの支持面には、外側表面で終端する指標穴（１９）が漏れを示すために配設されている２サイクル大型ディーゼルエンジンにおいて、
   前記冷却通路に対して設けられた前記シール機構は、前記支持面（９，１０）の間に挟み込まれた周回する平形シールリング（１７）を備え、この平形シールリングには、周回する該平形シールリングの支持面側の側面を互いにつなぐ通路システム（１８）が設けられ、この通路システムと前記指標穴（１９）とが連通し、
   前記平形シールリング（１７）は、金属リングとして構成され、
   前記平形シールリング（１７）は、配設されるシール機構を単独で形成し、
   前記支持面（９，１０）の間に挟み込まれた前記平形シールリング（１７）は、下側の燃焼室側における、前記冷却通路（１２）の前記シール機構を構成し、
   前記互いに係合する両方の部材とされた前記シリンダヘッド（１）、前記着座部材（７）は、前記通路システム（１８）を構成するように前記支持面側の周回する複数の通路（２８）を有しており、これらの通路は前記支持リング（１７）の高さ全体にわたって延びる切欠き（２９）によって相互につなげられていることを特徴とする２サイクル大型ディーゼルエンジン。
4. 前記平形シールリング（１７）は、動作力の作用下で弾性的、かつ若干可塑的に変形可能な材料から形成されていることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
5. 前記平形シールリングは、銅合金または軟質の合金鋼から成ることを特徴とする請求項１または４に記載のエンジン。
6. 燃焼室から遠い側における、前記冷却通路（１２）の前記シール機構は、周回するＯリングとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
7. ２サイクル大型ディーゼルエンジンのときに、前記着座部材（７）は、前記冷却通路（１２）から延びていて着座領域まで達する冷却穴（１４）を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
8. ２サイクル大型ディーゼルエンジンのときに、前記冷却通路（１２）に対して設けられた供給管路と排出管路（１３）が前記シリンダヘッド（１）に配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のエンジン。
9. ２サイクル大型ディーゼルエンジンのときに、前記指標穴（１９）は、前記着座部材（７）に設けられるとともに、前記着座部材（７）に載設された排気通路ケーシング（２０）に対して設けられた連絡領域を半径方向で包囲する該着座部材（７）の上側の領域で終端していることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のエンジン。

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