JP4566277B2 - 外側に動く排気バルブを備える大型２サイクルディーゼルエンジン - Google Patents

Description

本発明は、大型２サイクルディーゼルエンジンに関し、より具体的には、大型２サイクルディーゼルエンジンの排気バルブシステムに関する。

発明の背景

クロスヘッド型の大型２サイクルディーゼルエンジンは、例えば、大型外航船の推進のために、または発電所の発電機として使用される。寸法が非常に大きいことだけが原因ではないが、これらの２サイクルディーゼルエンジンは、他のどの燃焼エンジンとも異なって建造される。そのエンジンの排気バルブの重量は、最大400kgであり、ピストンの直径は１メートルを超え、また、燃焼室の最大動作圧力は、典型的には数百バールである。このような高圧レベルで伴う力およびピストンの寸法は正に巨大である。

燃料噴射時期または燃料噴射量を誤ることによって、シリンダのうちの１つに過剰圧力がまれに発生し得る。このような過剰圧力に対応するために、シリンダカバーがシリンダライナの上部に押し付けられる力は、シリンダカバーを台板に連結してエンジン構造を一体化して維持する控えボルトに加えられる張力によって慎重に制御される。過剰圧力が発生すると、シリンダカバーは、持ち上げられ、過剰圧力は、シリンダライナの上部とシリンダカバーの底部との間に噴出される。

当技術分野で一般的に使用されているこのシステムには問題がある。１つ目として、このような横方向の噴出が発生する場合に、付近にいる任意の者が重症を負う可能性がある。２つ目として、極度に熱い高圧ガスにより、精密に機械加工されたシリンダライナおよびシリンダカバーの接触面が大幅に浸食されるため、噴出あが発生すると、所要の液密性を確保するために表面を機械加工する必要が出てくる。従って、噴出後の修繕費用は相当な金額となる。３つ目として、控えボルトの張力は、エンジンおよび環境の温度変化により変動するため、あまり精密に制御できない。控えボルトの張力が比較的高い時に噴出が発生する場合、ピストンおよびクランク軸における力により、従来では、大端部およびその他の高価なエンジン部品に損傷を引き起こしている。このようなことが発生すると、噴出を十分制御するよりもさらに費用がかかる。

また、エンジンの大部分には、安全バルブも設けられる。この安全バルブは、本来ならば、過剰圧力がエンジンで発生する際に燃焼室から排気ガスを開放することになっている。しかしながら、このような発生には爆発性があるため、十分短時間で圧力を逃すための最大開口部が十分でないことから、この安全バルブは比較的役に立たない。従って、この安全バルブは、十分短時間で所要の開放領域を効果的にもたらすことが不可能である。

従って、大型２サイクルディーゼルエンジンのための、改善型噴出制御システムの必要性が存在する。

このような背景から、本発明の目的は、過剰なシリンダ圧力事象に対処するための改善型システムを備える大型２サイクルディーゼルエンジンを提供することにある。

この目的は、燃焼室としての役割を果たす複数のシリンダであって、各シリンダには、少なくとも１つの排気バルブが設けられるシリンダと、エンジンサイクルに同期するように排気バルブを開閉するための排気バルブ作動システムと、を備えるクロスヘッド型の大型２サイクルディーゼルエンジンであって、排気バルブ作動システムは、燃焼後に、排気ガスの排気制御のために、排気バルブを対応する燃焼室に対してそれぞれ外側方向に開放し、排気バルブ作動システムは、燃焼前に、排気バルブを対応する燃焼室に対してそれぞれ内側方向に閉鎖し、排気バルブ作動システムは、エンジンサイクルの現段階に関係なく、燃焼室のいずれかに過剰圧力が発生した場合は、該燃焼室に対応する排気バルブを該燃焼室に対して外側方向に開放可能にする、クロスヘッド型の大型２サイクルディーゼルエンジンを提供することによって達成される。

開放の際に排気バルブが燃焼室から離れるように配することによって、また、該当するシリンダに過剰圧力が発生する場合に自動的に排気バルブを開放可能にすることによって、以下のような多数の利点が得られる。

利点の１つとして、排気バルブスピンドルの慣性は、シリンダカバーの慣性と比べて小さいことが挙げられる。これにより、過剰シリンダ圧力事象の発生時に、より迅速な反応および解放がもたらされることになる。

別の利点として、解放状況時に、排気バルブが開放する流出領域が、シリンダカバーとシリンダライナとの狭い間隙に比べて大きいことが挙げられる。従って、ガスがより迅速に排気可能になり、圧力増加がより抑えられるため、大端部またはクランク軸などのエンジン部品に対するリスクが減少する。

さらに別の利点として、排気バルブに関する逃し圧力設定を、比較的精密に調整することができるため、通常動作中のピーク圧力に比較的近値にすることが可能になることが挙げられる。大部分のエンジン部品の寸法は、その逃しが発生する際の圧力に基づいている。従って、これらの部品の安全域をより小さく設計することが可能になり、同じ信頼性を備える軽量型エンジン構造が可能になる。

さらなる利点として、噴出時の高温ガスが、高温ガスに耐えられるように設計された部品を通るため、噴出発生時にこれらの部品に損傷が発生しないことが挙げられる。従って、過剰なシリンダ圧力を補正するために生じるこれらのエラーが発生しても、通常のエンジン動作の継続が可能になる。従来技術においてはこのようなことは不可能であった。というのも、シリンダカバーとシリンダライナの接触面をまず機械加工化する必要があるため、比較的複雑な修繕後でしか通常運転を再開できなかったからである。

別の利点として、逃し事象時のガスが、機械室ではなく、排気システムに放出されることが挙げられる。

別の利点として、排気バルブが、その開放運動を行なうために、燃焼室の圧力の補助を受けることが挙げられる。これは、排気バルブが燃焼室の圧力に対抗して開放しなければならない従来技術とは対照的である。これは、排気バルブの開放に必要な力が少なくなることを意味し、また、結果的にバルブ作動システムにおける負荷が低くなることを意味する。従って、排気バルブ作動システムの動作に必要なエネルギーは、内側に開放する排気バルブを備える従来技術のシステムに比べて減少する。

前記排気バルブは、排気バルブの軸に作用するガスバネによって排気バルブを開放するために、外側方向に付勢されてもよい。

油圧アクチュエータは、排気バルブを閉鎖するために、内側方向に排気バルブを付勢してもよい。

前記排気バルブは、排気バルブがその閉鎖位置にある場合に燃焼室を封止するために、それぞれのシリンダの上部のシリンダカバーと相互作用するバルブヘッドを備えてもよい。

前記バルブヘッドは、シリンダカバーの環状開口部内の封止係合部にぴたりとはまるようにされてもよい。従って、閉鎖位置に幅を持たせることができる。また、排気バルブは、開放前に速度を上げることが可能であることから、狭い開放間隙およびその結果もたらされる高速ガス流が存在し、結果としてバルブシートの熱負荷および絞り損失が発生する時間帯を最小限にすることができる。

前記環状開口部の内面には、１つ以上の封止リングが設けられてもよい。

前記バルブヘッドの周面には、１つ以上の封止リングが設けられてもよい。

前記シリンダカバーおよび前記バルブシートの封止面の法線は径方向の成分のみを有してもよい。

前記排気バルブは、座位が固定されていないと共に、バルブが閉鎖される位置には幅があってもよい。

前記バルブヘッドは、シリンダカバーのバルブシートに当接してもよい。

前記バルブシート表面の法線は軸方向の要素を有してもよい。

前記軸方向の成分は、燃焼室に対して外側方向に向いてもよい。

前記バルブシートは円錐形であってもよい。

前記バルブ作動システムは、カム軸と、油圧アクチュエータに協働しうるように連結されるカム駆動式アクチュエータポンプとを備えてもよい。

前記カム駆動式ポンプは、圧力導管を介してアクチュエータに連結されてもよく、圧力導管に時限型遮断バルブが配されてもよい。

遮断バルブが閉じている場合、該遮断バルブに対応する排気バルブは、該排気バルブに対応する燃焼室に過剰圧力が発生する場合以外、動かないようにされてもよい。

前記油圧アクチュエータが燃焼中に暴露される高圧からカム駆動式ポンプおよびカム軸を保護するために、排気バルブのリフトが起こる間にのみ、遮断バルブは開放する。

前記バルブ作動システムは、カム軸と、油圧アクチュエータに協働しうるように連結されるカム駆動式アクチュエータポンプとを備えてもよい。

前記カム駆動式ポンプは、圧力導管を介してアクチュエータに連結されてもよく、圧力導管に時限型切替バルブが配されてもよい。

前記切替バルブは、第１の位置において、バルブの開閉中に油圧アクチュエータにおける圧力室をカム駆動式ポンプに直接連結してもよく、また、第２の位置において、排気バルブが閉鎖している間に、圧力増幅器を介して圧力室をカム駆動式ポンプに連結してもよい。

カム駆動式ポンプに作用するカム軸におけるカムは、排気バルブが閉鎖しているエンジンサイクルの間に、カム駆動式ポンプが少なくとも少量の油圧作動油を継続的に供給するようにする段階的プロファイルを有してもよい。

前記切替バルブには、第２の位置において、逆止バルブ要素が設けられてもよい。

前記切替バルブは、第１の位置において、バルブの開閉中に油圧アクチュエータにおける圧力室をカム駆動式ポンプに直接連結してもよく、また、第２の位置において、別の高圧油圧作動油源を油圧アクチュエータにおける圧力室に連結してもよい。

前記別の高圧油圧作動油源は、油圧ポンプであってもよい。

前記バルブ作動システムは、圧力導管および制御バルブを介して、排気バルブアクチュエータに協働しうるように連結される高圧油圧ポンプを備えてもよい。

リリーフバルブが油圧アクチュエータに協働しうるように連結されてもよく、該リリーフバルブは、燃焼室に過剰圧力が発生する場合に開放するように構成される。

前記リリーフバルブは、油圧アクチュエータにおける圧力が既定閾値を上回る場合に、開放するように構成されてもよい。

前記リリーフバルブは、既定閾値を上回ると全開し、かつその後開放したままである種類のものであってもよい。

本発明に従う大型２サイクルディーゼルエンジンに関するさらなる目的、特徴、利点、および特性は、詳細な説明より明らかになるだろう。

好適な実施形態の詳細な説明

本明細書の以下の詳細部分において、図面に示される例示的実施形態を参照して、本発明についてより詳細に説明する。

図1および2は、断面図および縦断面図（１つのシリンダに関する）における本発明の好適な実施形態に従うエンジン1をそれぞれ示す。エンジン1は、クロスヘッド型のユニフロー式低速２サイクルディーゼルエンジンであり、船舶の推進システムまたは発電所の原動機になり得る。典型的には、このようなエンジンは、4本から最大14本のシリンダを一列に有する。エンジン1は、クランク軸3の主軸受を有する台板2から組立てられる。

クランク軸3は半組立型である。半組立型は、焼嵌め連結によって主ジャーナル軸に連結される鋳鋼スローまたは鍛鋼スローから作製される。

台板2は、部分的に製作可能であり、あるいは製造施設に応じた適切なサイズの部分に分割可能である。台板は、側壁と、軸受支持を有する溶接された横桁（cross grinder）とを含む。当技術分野において、横桁は、「横方向桁（transverse girder）」とも呼ばれる。油受け58は、台板2の底部に溶接され、強制潤滑油および冷却油システムからの戻り油を回収する。

連結棒8は、クランク軸3をクロスヘッド軸受22に連結する。クロスヘッド軸受22は、垂直案内面23の間で案内される。

溶接設計のA型箱枠4は、台板2の上に装着される。箱枠4は、溶接設計である。排気側の箱枠4には、シリンダ毎にリリーフバルブが設けられており、一方、カムシャフト側の箱枠4には、シリンダ毎に大型のヒンジ式ドアが設けられている。クロスヘッド案内面23は、箱枠4と一体型である。

シリンダ枠5は、箱枠4の上部に装着される。控えボルト27は、台板2、箱枠4、およびシリンダ枠5を連結し、また、その構造を一体化して維持する。控えボルト27は、油圧ジャッキで締め付けられる。

シリンダ枠5は、最終的には一体型カム軸ハウジング25を有する１つ以上の部品に鋳造されるか、または溶接設計される。別の実施形態（図示せず）によると、カム軸28は、シリンダ枠に取り付けられる個別のカム軸ハウジングに収容される。

シリンダ枠5には、掃気空間の洗浄用ならびにカム軸側の掃気ポートおよびピストンリングの点検用の、アクセスカバーが設けられている。シリンダ枠は、シリンダライナ6と共に掃気空間を形成する。掃気受け9は、その開放側でシリンダ枠5にボルト締結される。シリンダ枠の底部には、ピストン棒のパッキン箱があり、これには、掃気用の封止リングと、箱枠4および台板2の空間に排出産物が入り込まないようにするオイルリングとが設けられ、こうすることによって、この空間に存在する全ての軸受を保護している。

ピストン13は、ピストンクラウンおよびピストンスカートを含む。ピストンクラウンは、耐熱鋼製であり、４つのリング溝を有し、この溝部の上面および下面には硬質クロムがめっきされている。

ピストン棒14は、４つのネジでクロスヘッド22に連結される。ピストン棒14は、２つの同軸穴（図面では見えない）を有し、冷却油管と連結してピストン13の冷却油用の入口および出口を形成する。

シリンダライナ6は、シリンダ枠5によって担持される。シリンダライナ6は、合金鋳鉄製であり、低位置のフランジによってシリンダ枠5に懸架される。ライナの最上部は、鋳鉄製冷却ジャケットによって囲まれる。シリンダライナ6は、シリンダ潤滑用のドリル穴（図示せず）を有する。

シリンダは、ユニフロー式であり、エアボックスに位置付けられる掃気ポート7を有する。この排気ポートには、掃気受け9（図1）から、ターボ過給機10（図1）で加圧された掃気が供給される。

エンジンには、１つ以上のターボ過給機10が装備される。このターボ過給機は、4〜9本のシリンダ型エンジンの場合はエンジン後部、10本以上のシリンダ型エンジンの場合は排気側に配置される。

ターボ過給機10への吸気は、ターボ過給機の吸気消音器（図示せず）を介してエンジン室から直接発生する。ターボ過給機10から、給気管（図示せず）、空気冷却器（図示せず）、および掃気受け9を介して、シリンダライナ6の掃気ポート7に空気が導かれる。

エンジンには、電動式掃気ブロア（図示せず）が設けられる。ブロアの吸引側は、空気冷却後の掃気空間に連結される。空気冷却器と掃気受けの間に逆止バルブ（図示せず）が装備され、この逆止バルブは、補助ブロアが空気を供給する際に自動的に閉鎖する。補助ブロアは、低中負荷状態でターボ過給機の圧縮機を補助する。

燃料バルブ40は、シリンダカバー12において同心円状に装着される。圧縮行程の終了時に、噴射バルブ40は、その噴射ノズルを介して細霧状の燃料を高圧で燃焼室15に噴射する。燃料は、ディーゼル油、重油、ガスであることが可能である。エンジンがガス駆動式である場合、エンジンには、通常、燃料油噴射システムおよびガス噴射システム（図示せず）が設けられており、エンジンがどの種類の燃料を使用しても動作可能であるようにする。排気バルブ11は、シリンダカバー12のシリンダ上部の中心に装着される。排気バルブ11は、バルブヘッド11aおよびバルブ棒11bを備える。膨張行程の終了時に、エンジンのピストン13が掃気ポート7を越えて下降する前に、排気バルブ11は上方に開放し、それによって、ピストン13上の燃焼室15内の燃焼ガスは、排気受け17に開放している排気路16を通って流出し、燃焼室15内の圧力は解放される。排気バルブ11は、ピストン13の上方運動中に、シリンダおよび燃焼室15側の下方運動により再び閉鎖する。排気バルブ11は、油圧作動式である。

図3は、本発明に従う排気バルブ作動システムの第１の実施形態を示す。排気バルブ作動システムは、単一のシリンダについて示される実施形態の全てに関する。マルチシリンダエンジンでも、シリンダ毎に同じ物が提供される。排気バルブ作動システムは、カム29（１つのみが図示される）を有するカム軸28を備える。ローラー30は、カム29の表面に追従し、カム駆動式容積型ポンプ32のピストンに連結される。容積型ポンプ32は、導管36を介して排気バルブアクチュエータ34に連結される。排気バルブアクチュエータ34は、円筒状の圧力室と、その円筒状の圧力室に慴動するように収容されるピストンとを備え、排気バルブ11の棒11bに作用する。また、ガスバネ38も排気バルブの棒11bに連結され、ガスバネ38の圧力室のガス圧力は、燃焼室15から離れる開放方向に排気バルブ11を付勢する。バルブアクチュエータ34が加圧されると、バルブアクチュエータ34は、燃焼室15に向かう閉鎖方向に排気バルブを付勢する。本実施形態において、バルブヘッド11aは、シリンダカバー12の環状開口部にぴたりと合わさることによりシリンダを閉鎖する。バルブヘッド11aの周面の法線は径方向を向く。同じことが環状開口部の内面に当てはまり、その法線は径方向を向く。

図示されない実施形態において、排気バルブの位置は、エンジンの電子制御システムに連結されるセンサによって測定される。

遮断バルブ41は、カム駆動式ポンプ32と油圧バルブアクチュエータ34の圧力室との間の連結部に配置される。本実施形態において、電子制御式遮断バルブ41は２つの位置を有する。第１の位置において、遮断バルブは、圧力導管36を介して油圧バルブアクチュエータ34の圧力室をカム駆動式油圧ポンプ32に連結する。（図示される）第２の位置において、遮断バルブ41は、油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室とカム駆動式油圧ポンプ32との間の連結部を閉鎖する。

油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室の壁における大孔は、圧力室を圧力リリーフバルブ43に連結する。圧力リリーフバルブ43は、圧力室における圧力が既定閾値を超える場合にタンク（図示せず）に開放するように構成される。この閾値は、通常のエンジン動作中の油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室に発生する最大（ピーク）圧力を若干上回って設定される。典型的には、このピーク圧力は、燃焼が起こるエンジンサイクルにおける段階に相当する。圧力リリーフバルブ43は、設定された圧力に到達すると全開し、かつその後も開放し続ける種類のものである。プライマポンプ42は、漏出による油損失を補給する。

運転の際、カム軸28は、エンジンのクランク軸に一致して回転する。カム29のプロファイルは、容積型ポンプ32の動きを決定する。容積型ポンプ32が上方に動く場合、油圧作動油は、導管36を介してバルブアクチュエータ34に押し出される。アクチュエータ34は、ガスバネ38における圧力に対抗して排気バルブ11を閉鎖させる。この時間中、遮断バルブ41は、第１の位置にあり、カム駆動式容積型ポンプ32からの流体が油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室に流出可能にする。排気バルブ11がその閉鎖位置（図3において実線で示される）に到達すると、遮断バルブ41は、第２の位置（図示される）に動き、油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室とカム駆動式容積型ポンプ32とのいかなる流体連通も不可能にする。従って、排気バルブ11は、その閉鎖位置でロックされ、バルブヘッド11aの周端部は、シリンダカバー12の突出部47と連携して流体密封を形成する。突出部47は、封止リング49を備える図示される実施形態である。その他の実施形態（図示せず）において、１つまたは複数の封止リング49は、バルブヘッド11aの周面に設けられる。

排気バルブの開放時（燃焼が起こった後）になると、遮断バルブ41は、その第１の位置に戻り、油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室をカム駆動式容積型ポンプ32に連結する。カム駆動式容積型ポンプ32は、下方に動き、ガスバネ38は、バルブヘッド11aに作用する燃料室の圧力を併用して、排気バルブ11および排気バルブアクチュエータ34が上方に動くように付勢する。それによって、排気バルブアクチュエータ34における流体は、カム駆動式容積型ポンプ32に流出して戻る。排気バルブ11の開放運動中に排気バルブアクチュエータ34に移送されたエネルギーの一部は、排気バルブアクチュエータ34の戻り工程中に容積型ポンプ32で生成される圧力によってカム軸28に戻る。従って、排気バルブ11の開放に必要とされる油圧エネルギーの消散は、ほんの一部だけである。

燃焼室15において過剰圧力が発生した場合、過剰圧力により、排気バルブ11を上方に付勢する高圧力が発生することによって、高圧、つまり、通常のエンジン動作中に発生する圧力よりも高い圧力が油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室に発生する。その後すぐに、圧力リリーフバルブ43が全開し、油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室における流体を直ちに排出できるようにする。燃焼室における過剰高圧力は、ガスバネ38の力を併用して、燃焼室15から離れる方向に排気バルブ11を迅速に開放する。排気バルブ11が開放している状態において、燃焼室15におけるガスは、排気ガスを燃焼室15から周囲に導くように設計される通常のチャネルを介して排気可能である。この過程は、圧力リリーフバルブ34が開放する閾値圧力が正確に設定可能であるため、通常は、エンジン1に対していかなる損傷も及ぼさない。従って、燃焼室で増加した不用意な圧力がエンジン部品を損傷する前に、排気バルブ11は開放する。排気バルブが開放すると、ガスは、このようなガスを処理するように設計されるチャネルを通って周囲に放出され、いかなる損傷も引き起こすことなくこのガスの流れに対処する。

第１の実施形態の図示されない変形例において、遮断バルブは電子制御式ではないが、代わりにカム軸によって制御される。これは、遮断バルブの制御用の追加のローブを備えるカム軸28であることが可能であり、あるいは、種々のシリンダと関連付けられる遮断バルブを制御するというだけの目的として個別のカム軸であることが可能である。

図3の拡大部分は、第１の実施形態の変形例の詳細を示す。この実施形態において、封止リング49がバルブヘッド11aを係合する圧力は可変である。導管50は、封止リング49の外周を燃焼室15に連結する。燃焼室15における圧力が増加すると、封止リングは、圧力増加によりバルブヘッド11a側に付勢される。従って、燃焼室15における圧力が低い状態において、バルブヘッド11が、封止リング49と接触状態および非接触状態を繰り返す場合、これらの２つの要素間にほとんどあるいは全く圧力が存在しないことから、損耗が減少する。例えば燃焼中などの、燃焼室15における圧力が高い場合、封止リング49は、高圧でバルブヘッド11a側に付勢されることによって、燃焼室15における高圧ガスが封止リング49を越えて漏出しないようにする。

図4は、図3に示される実施形態の変形例を示す。図4に示される実施形態は、シリンダカバー12が、ポート60およびそのポートを囲むリングチャネル62を備える円筒状部分を含むこと以外は、図3に関連して説明した実施形態と本質的に同一である。排気バルブがその上方位置にある場合（破線によって示される）、排気ガスは、ポート60およびリングチャネル62を介して燃焼室15から流出可能である。リングチャネル62は、排気ガス受けに連結される。ポート60を有する円筒状部分を備えることにより、バルブヘッド11a上の封止リングが連続的に壁面に接触するようになり、封止リングが壁面に接触状態および非接触状態を繰り返すことにより引き起こされる可能性が回避される。

図5は、本発明に従う排気バルブ作動システムの第３の実施形態を示し、遮断バルブ41が切替バルブ42に置き換えられるという相違点以外は、図3に関連して説明した実施形態と本質的に同一である。この実施形態において、電子制御式切替バルブ42は、２つの位置を有する。第１の位置では、切替バルブ42は、導管36を排気バルブアクチュエータ34の圧力室に連結する。第１の位置において、圧力増幅器44はタンクに連結される。図示される第２の位置では、切替バルブ42は、導管36を圧力増幅器44に連結する。この配置により、燃焼段階中に、カム駆動式容積型ポンプ32が、油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室の高圧に暴露されないようになる。

この実施形態において、排気バルブ11には、突出部47における円錐状排気バルブシート48が設けられている。円錐状バルブシートは、シリンダカバー12の突出部47の上側に設けられ、バルブシート表面の法線は、燃焼室15から離れる方向に、バルブ軸11bの方向の成分を有する。バルブヘッド11aは、バルブシート48と封止当接するように設計される対応する円錐状端部を有する。この実施形態において、カム29のプロファイルは段階的であり（カム29上の破線により示される）、排気バルブがその閉鎖位置にある段階中に、カム駆動式容積型ポンプ32が、継続的に少量の流体を供給するようにする。従って、油圧作動油が漏油しても、油圧排気バルブアクチュエータ34に作用する相当な圧力が、圧力増幅器44を介して確保される。

圧制限バルブ45により、カム駆動式容積型ポンプ32により供給されるいかなる余剰油圧作動油もタンクに流出可能になる。

動作中、排気バルブ11が閉鎖され、かつそのバルブシート48に存在する場合に、切替バルブ42は、図示される第２の位置にある。開閉運動中ならびに排気バルブ11が開放している間に、切替バルブは、第１の位置（図示せず）にある。

第２の実施形態に従う排気バルブ作動システムの動作は、通常のエンジン動作中および燃焼室15における過剰圧力事象中のものであり、第１の実施形態に関連して説明した動作と同一である。

図6は、本発明の第４の実施形態を示す。この実施形態において、油圧バルブ作動システムは、導管36により油圧バルブアクチュエータ34に連結される容積型ポンプ32を含む油圧プッシュロッドシステムも使用する。しかしながら、この実施形態において、切替バルブ42は、代替的に、導管36を介して油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室をカム駆動式容積型ポンプ32に連結し、また、油圧ポンプ54に連結する。その第１の位置（図示せず）では、電子制御式切替バルブ42は、油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室をカム駆動式容積型ポンプ32に連結する。その第２の位置では、切替バルブ42は、油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室を油圧ポンプ54に連結する。油圧ポンプ54は、電気的または機械的に駆動される容積型ポンプであることが可能である。油圧ポンプ54のいかなる未使用容量も、圧量調節バルブ55を介してタンクに導かれる。

通常のエンジン動作中、排気バルブ11の開閉運動中に、切替バルブ42はその第１の位置（図示せず）にある。排気バルブ11がその閉鎖位置にある場合、切替バルブ42は、図示されるその第２の位置にあり、ここで、油圧排気バルブアクチュエータ34の圧力室は、ポンプ54によって加圧される。この圧力により、排気バルブ11は、エンジンサイクルのその燃焼段階中に、そのバルブシート48に対してしっかり押し付けられる。また、この実施形態には、第１および第２の実施形態に関連して上に説明した方法と同様に動作する圧力リリーフバルブ43が設けられる。

別の実施形態（図示せず）によると、排気バルブ作動システムは、カム軸を使用せずに動作し、代わりに、排気バルブの開閉に関する所望時間に、油圧作動油をそれぞれの油圧排気バルブアクチュエータに導く制御バルブにより制御される連続的高圧源からの油圧で動作する種類のものであってもよい（共通レールシステムなど）。また、この実施形態において、排気バルブは、油圧排気バルブアクチュエータの圧力室の圧力により閉鎖状態を維持し、圧力リリーフバルブは、油圧排気バルブアクチュエータの圧力室に連結され、設定された圧力により、燃焼室に過剰圧力が発生する際に排気バルブを開放可能にするようにする。

請求項で使用される用語の「備える」は、その他の要素を除外しない。請求項で使用される単数形の用語は、複数形を除外しない。

本発明の理解のために詳しい説明を行ったが、かかる詳細説明は単にこの目的のためだけになされたものであり、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な変更が可能であることを理解されたい。

本発明に従うエンジンの断面図である。 図1に示されるエンジンの１つのシリンダ部分に関する縦断面図である。 本発明に従う排気バルブ作動システムの第１の実施形態に関する図表示である。 図3に示される実施形態の変形例である。 本発明に従う排気バルブ作動システムの第２の実施形態に関する図表示である。 本発明に従う排気バルブ作動システムの第３の実施形態に関する図表示である。

Claims (28)

1. 燃焼室としての役割を果たす複数のシリンダであって、各シリンダには、少なくとも１つの排気バルブが設けられる、シリンダと、
   エンジンサイクルに同期するように前記排気バルブを開閉するための排気バルブ作動システムと、
   を備えるクロスヘッド型の大型２サイクルディーゼルエンジンであって、
   前記排気バルブ作動システムは、燃焼後に、排気ガスの排気制御のために、前記排気バルブを対応する前記燃焼室に対してそれぞれ外側方向に開放し、
   前記排気バルブ作動システムは、燃焼前に、前記排気バルブを対応する前記燃焼室に対してそれぞれ内側方向に閉鎖し、
   前記排気バルブ作動システムは更に、前記排気バルブの開放を阻止する力を制限する手段を有し、該制限する手段によって、前記エンジンサイクルの現段階に関係なく、前記燃焼室の圧力が既定の閾値を超えた場合は、該燃焼室に対応する前記排気バルブを該燃焼室に対して外側方向に開放可能に構成される、
   クロスヘッド型の大型２サイクルディーゼルエンジン。
2. 前記排気バルブは、前記排気バルブの軸に作用するガスバネによって前記排気バルブを開放するために外側方向に付勢される、請求項１に記載のエンジン。
3. 前記排気バルブを閉鎖するために、前記排気バルブを油圧アクチュエータが内側方向に付勢する、請求項１または２に記載のエンジン。
4. 前記排気バルブは、前記排気バルブがその閉鎖位置にある場合に前記燃焼室を封止するために、前記それぞれのシリンダの上部の前記シリンダカバーと相互作用するバルブヘッドを備える、請求項３に記載のエンジン。
5. 前記バルブヘッドは、前記シリンダカバーの環状開口部内の封止係合部にフィットする、請求項４に記載のエンジン。
6. 前記環状開口部の内面に１つ以上の封止リングが設けられる、請求項５に記載のエンジン。
7. 前記バルブヘッドの周面に１つ以上の封止リングが設けられる、請求項５または６に記載のエンジン。
8. 前記シリンダカバーおよびバルブシートの封止面の法線は径方向の成分のみを有する、請求項５から７のいずれかに記載のエンジン。
9. 前記排気バルブは座位が固定されておらず、バルブが閉鎖される位置には幅がある、請求項５から８のいずれかに記載のエンジン。
10. 前記バルブヘッドは、前記シリンダカバーのバルブシートに当接する、請求項４に記載のエンジン。
11. 前記バルブシートの表面の法線が軸方向の成分を有する、請求項１０に記載のエンジン。
12. 前記軸方向の成分は、前記燃焼室に対して外側方向に向く、請求項１１に記載のエンジン。
13. 前記バルブシートは円錐形である、請求項１０から１２のいずれかに記載のエンジン。
14. 前記バルブ作動システムは、カム軸と、前記油圧アクチュエータに協働しうるように連結されるカム駆動式アクチュエータポンプとを備える、請求項５から９のいずれかに記載のエンジン。
15. 前記カム駆動式アクチュエータポンプは圧力導管を介して前記油圧アクチュエータに連結され、前記圧力導管に遮断バルブが設けられる、請求項１４に記載のエンジン。
16. 前記遮断バルブが閉じている場合、該遮断バルブに対応する前記排気バルブは、該排気バルブに対応する燃焼室に過剰圧力が発生する場合以外、動かないようにされる、請求項１５に記載のエンジン。
17. 前記油圧アクチュエータが燃焼中に暴露される高圧から前記カム駆動式ポンプおよび前記カム軸を保護するために、排気バルブのリフトが起こる間にのみ、前記遮断バルブは開放する、請求項１５または１６に記載のエンジン。
18. 前記バルブ作動システムは、カム軸と、前記油圧アクチュエータに協働しうるように連結されるカム駆動式アクチュエータポンプと、を備える、請求項１０から１３のいずれかに記載のエンジン。
19. 前記カム駆動式アクチュエータポンプが圧力導管を介して前記油圧アクチュエータに連結され、前記圧力導管に時限型切替バルブが配置される、請求項１８に記載のエンジン。
20. 前記切替バルブは、第１の位置において、前記バルブの開閉中に前記油圧アクチュエータにおける圧力室を前記カム駆動式ポンプに直接連結し、また、第２の位置において、前記排気バルブが閉鎖している間に圧力増幅器を介して前記圧力室を前記カム駆動式アクチュエータポンプに連結する、請求項１９に記載のエンジン。
21. 前記カム駆動式アクチュエータポンプに作用する前記カム軸における前記カムは、前記排気バルブが閉鎖している前記エンジンサイクルの間に、前記カム駆動式ポンプが少なくとも少量の油圧作動油を継続的に供給するようにする段階的プロファイルを有する、請求項２０に記載のエンジン。
22. 前記切替バルブには、前記第２の位置において、逆止バルブ要素が設けられる、請求項２０または２１に記載のエンジン。
23. 前記切替バルブは、第１の位置において、前記バルブの開閉中に前記油圧アクチュエータにおける圧力室を前記カム駆動式アクチュエータポンプに直接連結し、また、第２の位置において、別の高圧油圧作動油源を前記油圧アクチュエータにおける前記圧力室に連結する、請求項１９に記載のエンジン。
24. 前記その他の高圧油圧作動油源は、油圧ポンプである、請求項２３に記載のエンジン。
25. 前記バルブ作動システムは、圧力導管および制御バルブを介して、前記排気バルブアクチュエータに協働しうるように連結される高圧油圧ポンプを備える、請求項３から１３のいずれかに記載のエンジン。
26. 前記制限する手段は、前記油圧アクチュエータに設けられるリリーフバルブであり、前記リリーフバルブは、前記燃焼室に過剰圧力が発生する場合に開放するように構成される、請求項３から２５のいずれかに記載のエンジン。
27. 前記リリーフバルブは、前記油圧アクチュエータにおける圧力が前記既定の閾値を上回る場合に、開放するように構成される、請求項２６に記載のエンジン。
28. 前記リリーフバルブは、前記既定の閾値を上回ると全開し、かつその後開放したままである種類のものである、請求項２７に記載のエンジン。

Images