(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力管が減圧される場合に、電子油圧制御弁と圧力管との間に増圧器や分圧器を必要とせずに、気泡やキャビテーションの発生を防止することができる大型２サイクルディーゼルエンジンの弁作動システムを提供する。【解決手段】弁構造を含む大型２サイクルディーゼルエンジンの弁作動システムであり、排気弁アクチュエータと、排気弁の上部からかなり下方に設けられるシリンダハウジングと、シリンダハウジングの上部に設置される電子油圧制御弁５と、排気弁アクチュエータを電子油圧制御弁５に接続する圧力管１０とを備え、圧力管１０からの逆流を制御された形態とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロスヘッド式大型２サイクルディーゼルエンジンの排気弁作動システムであって、
排気弁の上部に設けられ、前記排気弁を開放方向に移動させる油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータを、前記排気弁の上部から下方にかなり離れた位置に設けられる油圧制御弁（５）に接続する圧力管（１０）と、
を備え、
前記油圧制御弁（５）は、前記圧力管（１０）を高圧流体源（３２）に流体的に直接接続して、前記排気弁を開放位置に移動させるための位置を有し、
前記油圧制御弁（５）は、前記圧力管（１０）を弁部（２０）を介してタンク（３６）と接続して、前記排気弁を閉鎖されてその弁座にとどめるための別の位置を有し、
前記弁部（２０）は、タンク（３６）への逆流を絞り、前記弁部（２０）の上流における最小圧力を維持することを特徴とする、
排気弁作動システム。
【請求項２】
前記弁部は、固定流れ制限部（２１）を備える、請求項１に記載の排気弁作動システム。
【請求項３】
前記弁部（２０）は、ボア内で、前記固定流れ制限部（２１）の下流側に、可動弁部材（２２）を備える、請求項２に記載の排気弁作動システム。
【請求項４】
前記可動弁部材（２２）は、一方の端部に第１の有効圧力面を有すると共に、他方の端部に第２の有効圧力面とを有し、前記第１の有効圧力面は、前記第２の有効圧力面より大きく、前記第１の有効圧力面は、前記第１の有効圧力面と前記流れ制限部（２１）との間に設けられる第１圧力室（２３）に面し、前記第２の有効圧力面は第２圧力室（２５）に面する、請求項３に記載の排気弁作動システム。
【請求項５】
前記第２の圧力室は、比較的低い圧力に維持される、請求項４に記載の排気弁作動システム。
【請求項６】
前記第１圧力室（２３）は、前記可動弁部材（２２）のボア（２６）を介して前記第２圧力室（２５）に接続される、請求項５に記載の排気弁作動システム。
【請求項７】
前記弁部は、タンクに接続される出口ポート（２７）を有し、前記第１圧力室（２３）の圧力は、前記第１圧力室（２３）が前記出口ポート（２７）に接続される位置の方へ前記可動弁部材（２２）を付勢する、請求項６に記載の排気弁作動システム。
【請求項８】
前記可動弁部材（２２）は、前記可動弁部材（２２）が収容されるボアの縁とともに制御縁を画定する、請求項１に記載の排気弁作動システム。
【請求項９】
空気ばねが前記排気弁を前記閉鎖方向に付勢する、請求項３に記載の排気弁作動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、大型２サイクルディーゼルエンジンの電子油圧制御式排気弁作動システムに関する。
【発明の背景】
【０００２】
大型２サイクルディーゼルエンジンは、概してコンテナ船等の大型外航船または発電所における原動機として使用される。
【０００３】
欧州特許第１４０３４７３号は、本体と、摺動可能ピストンと、ピストンと本体との間に画定される１第１、第２、および第３チャンバとを有する作動アセンブリを備えたエンジン弁作動システムについて開示する。低圧流体源および高圧流体源を備える。第１の流体通路は、低圧流体源を第２チャンバに接続する。第２の流体通路は、高圧流体源を第２チャンバに接続し、第３の流体通路は、高圧流体源を第３チャンバに接続する。制御弁は、低圧流体源、高圧流体源、および第１チャンバに接続する。制御弁は、高圧流体源が第１チャンバに接続される第１の位置と、低圧流体源が第１チャンバに接続される第２の位置との間で移動するように構成されている。
【０００４】
大型２サイクルディーゼルエンジンにおける電子油圧制御式弁作動システムは、排気弁の制御および動作プロファイル設定を柔軟に行うことを可能とし、排出制御や燃料効率の改善を可能とする。
【０００５】
排気弁を閉鎖方向に付勢する燃焼室内およびガスばね内の圧力に対して、最大４００ｋｇの重量を有する排気弁を開放するには、膨大な力が必要とされる。このため、大型２サイクルディーゼルエンジンの排気弁の開放には、高圧力かつ高出力の油圧システムが必要とされる。
【０００６】
大型２サイクルディーゼルエンジンのための一般的な電子制御式（電子油圧）排気弁作動システムは、油圧流体（油圧油または潤滑油）を、コモンレールを介して、シリンダハウジングの上板付近または上板に位置する弁ブロックに供給する高圧ポンプを備えている。弁ブロックは、油圧蓄圧器と、燃料噴射器および排気弁を作動するための油圧流体の流れを制御する比例電子油圧制御弁を有する。
【０００７】
圧力管は、各弁ブロックを各々の排気弁に接続する。弁ブロックは、典型的には、シリンダハウジングの上部に載置されるため、圧力管は、弁ブロックと排気弁アクチュエータの上部との間のかなりの距離および高低差を橋架しなければならない。この高低差は、数メートルに及ぶことがあり得る。
【０００８】
増圧器（基本的には、いずれかの端部に大きな圧力面または小さな圧力面を有するピストン）は弁ブロックの上部に設置される。圧力管の一方の端部は増圧器に接続され、圧力管の他方の端部は排気弁の上部に接続される。したがって、圧力管は、弁ブロックから排気弁の上部に延在する。
【０００９】
排気弁の上部と弁ブロックとの間の高低差は、エンジンのサイズに起因して著しく大きくなり得る。すなわち数メートルに及ぶことがある
【００１０】
排気弁が閉鎖位置にある場合、圧力管中の圧力はゼロに近くなる。
【００１１】
弁ブロックと圧力管の下側端部との間の増圧器は、圧力管中の油圧流体の排出を防止し、圧力管が油圧流体ではなく空気で満たされることを防ぐ。
【００１２】
排気弁を閉鎖する時になると、電子油圧制御弁は、圧力管をタンクに接続する。このとき、排気弁の慣性に起因して、圧力管に気泡が発生し得る。これらの気泡は、再び圧力が増加する際にキャビテーションをもたらし得るため、電子油圧制御弁と圧力管との間に増圧器または圧力分離器を設置することが必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】欧州特許第１４０３４７３号明細書
【発明の開示】
【００１４】
このような背景から、本出願の目的は、上述の欠点を回避するか、または少なくとも軽減する弁作動システムを提供することにある。
【００１５】
この目的は、クロスヘッド式大型２サイクルディーゼルエンジンのために、次のような排気弁作動システムを提供することによって達成される。このシステムは、排気弁の上部に設けられ、前記排気弁を開放方向に移動させる油圧アクチュエータと；前記油圧アクチュエータを、前記排気弁の上部から下方にかなり離れた位置に設けられる油圧制御弁に接続する圧力管と；を備え、前記油圧制御弁は、前記圧力管を高圧流体源に流体的に直接接続して、前記排気弁を開放位置に移動させるための位置を有し、また前記油圧制御弁は、前記圧力管を弁部を介してタンクと接続して、前記排気弁を閉鎖されてその弁座にとどめるための別の位置を有し、前記弁部は、タンクへの逆流を絞り、前記弁部の上流における最小圧力を維持する。
【００１６】
タンクへの逆流を制御する弁部を提供することによって、気泡の発生やキャビテーションが大きく低減される。
【００１７】
ある実施形態において、前記弁部は、固定流れ制限部を備える。
【００１８】
好ましくは、前記弁部は、ボア内で、固定流れ制限部の下流側に、可動弁部材を備える。
【００１９】
ある実施形態において、前記可動弁部材は、一方の端部に第１の有効圧力面を有すると共に、他方の端部に第２の有効圧力面とを有し、前記第１の有効圧力面は、前記第２の有効圧力面より大きく、前記第１の有効圧力面は、前記第１の有効圧力面と前記流れ制限部との間に設けられる第１圧力室に面し、前記第２の有効圧力面は第２圧力室に面する
【００２０】
好ましくは、前記第２の圧力室は比較的低い圧力に維持される。前記圧力管中の圧力は、この圧力へと移動する。
【００２１】
ある実施形態では、前記第１圧力室は、前記可動弁部材内のボアを介して前記第２圧力室に接続される。
【００２２】
ある実施形態では、前記弁部が、タンクに接続される出口ポートを有し、前記第１圧力室の圧力は、前記第１圧力室が前記出口ポートに接続される位置の方へ前記可動弁部材を付勢する。
【００２３】
好ましくは、前記可動弁部材は、前記可動弁部材が収容されるボアの縁とともに、制御縁を画定する。
【００２４】
本発明に従う排気弁作動システム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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
以下の詳細説明において、図面に示される例示的実施形態を参照しつつ、本発明についてより詳細に説明する。
【図１】例示的実施形態に従う弁構造を使用する排気弁作動システムの部分略断面図である。
【図２】図１に示す弁作動システムの油圧スキームを示す図である。
【図３】図１に示す排気弁作動システムにおける弁構造の詳細断面図である。
【好適な実施形態の詳細な説明】
【００２６】
図１は、本開示の例示的実施形態に従う排気弁作動システムの部分断面図である。排気弁作動システムは、クロスヘッド式大型ターボ過給型ユニフローディーゼルエンジン等の大型２サイクルディーゼルエンジンの一部である。大型２サイクルディーゼルエンジンの構成および動作についてはよく知られているため、本明細書において詳細に説明しない。
【００２７】
弁ブロック３は、大型２サイクルディーゼルエンジンのシリンダハウジングの上板上に設置される。弁ブロックは、電子制御式比例油圧制御弁５を有する。電子制御式比例油圧制御弁５は、エンジンの電子制御ユニット（図示せず）に接続される。また、弁ブロック３は、１つ以上の蓄圧器８と弁構造２０とを有する。圧力管１０の一方の端部は、弁ブロック３のポートに接続される。圧力管１０の両端の高低差は数メートルにおよぶこともあり、対策をとらなければ、排気弁をその弁座に戻すために圧力管１０が減圧されると、重力により圧力管１０から作動流体が排出され、空気が入り込むことがある。
【００２８】
弁ブロック３内のボア７は、圧力管１０を比例油圧制御弁５のポートに接続し、ボア１１は、弁構造２０を比例油圧制御弁５の別のポートに接続し、別のボア９は、比例油圧制御弁５を高圧源（この実施形態ではコモンレール）に接続する。
【００２９】
圧力管１０の他方の端部は、排気弁ハウジング１２の上部に接続される。排気弁のスピンドル１４のみが図示される。排気弁を開放するための油圧アクチュエータが、スピンドル１４の上部に載置される。油圧アクチュエータは、少なくとも１つの圧力室１６および１つのピストン１８を含み、油圧アクチュエータが加圧されると、油圧アクチュエータは排気弁を開放方向に付勢する。空気ばね（図示せず）は、よく知られている方法で排気弁を閉鎖方向に付勢するために使用される。
【００３０】
図２は、図１に示す弁作動システムの油圧スキームを示す図である。このシステムは、エンジンの１つ以上の高圧ポンプステーションにより油圧が供給される高圧コモンレール３２を含む。高圧コモンレール３２は、数百バールの圧力に維持される。また、約２．２バールに維持される低圧コモンレール３４も存在する。コモンレール３６は、実質的に大気圧でタンクに接続する。
【００３１】
導管９（弁ブロック３内のボアにより形成される）は、比例電子油圧制御弁５を高圧コモンレール３２に接続する。比例電子油圧制御弁５は、導管９からの圧力を使用して比例電子油圧制御弁５のスプールを所望の位置に移動させるパイロットステージを備える。分岐としての導管９は、（油圧流体の）流量が突然増加する場合に圧力を維持／安定化させる役割を果たす油圧蓄圧器８に接続する。
【００３２】
導管１３は、燃料噴射システムに関連付けられる比例電子油圧制御弁５の出口ポートを、低圧コモンレール３４に接続する。導管１１は、排気弁作動システムに関連付けられる比例電子油圧制御弁５の出口ポートを、弁構造２０を介して低圧コモンレール３４に接続する。弁構造２０は、流れ制限部、つまり逆流防止機能を備え、導管１１中の最低圧力を維持する。
【００３３】
比例電子油圧制御弁５は、その増圧器および噴射器３７を備える燃料噴射システム３０に接続され、また、比例電子油圧制御弁５は、排気弁アクチュエータにも接続される。燃料噴射システムは、それ自体よく知られているため、本明細書により詳細に説明しない。
【００３４】
図示される油圧系統は、ピストン１８および排気弁スピンドル１４を備える排気弁アクチュエータハウジング１２に圧力管１０が接続されることを示している。また、加圧空気源１９も、排気弁を閉鎖方向に付勢する空気ばねに加圧空気を供給するために、排気弁ハウジング１２に接続する。さらに、排気弁の位置を判断する位置センサが、排気弁アクチュエータのために設けられる。
【００３５】
エンジン動作中、比例電子油圧制御弁５は、エンジンの電子制御ユニットから命令を受け、エンジンサイクル中の適切なタイミングで、排気弁作動システムまたは燃料噴射システムのいずれかを高圧コモンレールに接続する。したがって、排気弁を開放する時になると、エンジンの電子制御ユニットは、比例電子油圧制御弁５に命令を送り、圧力コモンレール３２と圧力管１０との間の接続を確立させる。すると排気弁は、燃焼室内の圧力および空気ばねの力に対抗して開放する。再び排気弁を閉鎖する時になると、電子制御ユニットは比例電子油圧制御弁５に命令を送り、弁構造２０を介して圧力管１０を低圧コモンレール３４に接続させる。排気弁及びそれに関連する排気弁アクチュエータは大きな慣性を有する。このため、比例電子油圧制御弁５が接続を確立する際に圧力管１０がタンクに直接接続されるのであれば、排気弁の閉鎖は、圧力管１０中の圧力降下よりも大幅に遅い。弁構造２０は、圧力降下が過剰に急速にならないことを確実にする流れ制限部を備え、弁構造２０上流側での最小圧力を維持する。これによって、圧力管１０内の圧力が、過剰に急速かつ過剰に低圧まで降下することが回避される。それによって、圧力管１０中の気泡の発生が回避され、キャビテーションに発展することを防止することができる。
【００３６】
図３は、弁構造２０をより詳細に示す。本例示的実施形態では、弁構造は、筐体を貫通する貫通ボアを備えるハウジングを含む。弁構造２０は、貫通ボアの一方の端部における弁構造２０の入口ポートもしくは入口ポート付近に配置される固定流れ制限部２１を含む。弁構造２０の入口ポートは、ボア１１を介して比例電子油圧制御弁５に接続されることができる。
【００３７】
前記貫通ボアには、実質的に円筒状の本体を有する可動弁部材２２が、摺動可能に収容される。可動弁部材２２には、各端部に圧力面が設けられる。第１の圧力面は、入口ポートおよび流れ制限部２１に面する端面上に配置される。第１圧力室２３は、流れ制限部２１と第１の圧力面との間のボア内に形成される。
【００３８】
第２の圧力面は、第１の圧力面の反対側に配置される。第２の圧力面は、第２圧力室２５に面し、これもまた貫通ボア内に配置される。第２圧力室は、低圧コモンレール３４等の比較的低圧の圧力源に接続される。
【００３９】
貫通ボアの直径は、第２圧力室を形成する部分の直径よりも、第１圧力室を形成する部分の直径の方が大きい。したがって、第１の圧力面の有効表面は、第２圧力面の有効表面よりも大きい。可動弁部材２２には、第１および第２圧力室を接続するボア２６が設けられる。ボア２６の直径は比較的小さいため、２つの圧力室間の流れを絞る働きを有する。
【００４０】
出口ポート２７は、タンク３６に接続する。出口ポート２７は、可動弁部材２２の或る位置範囲において、可動弁部材２２によって閉鎖され、可動弁部材２２の別の位置範囲において開放される。可動弁部材２２が出口ポート２７を開放する位置範囲では、第１圧力室２３は、出口ポート２７に接続される。
【００４１】
図３における弁構造の状態を参照すると、可動弁部材２２は、可動弁部材２２がその下側位置範囲にある場合に、第１圧力室２３と出口ポート２７との間の接続を遮断し、可動弁部材２２がその上側位置範囲にある場合に、第１圧力室２３と出口ポート２７との間の接続を開放する。
【００４２】
大きい方の第１の有効圧力面は、出口ポート２７が第１圧力室２３に接続される位置範囲に向かって可動弁部材２２を付勢し、小さい方の第２の有効圧力面は、第１圧力室２３と出口ポート２７との間の接続が遮断する位置範囲に向かって可動弁部材２２を付勢する。
【００４３】
可動弁部材２２には、弁構造２０のハウジングのオーバーフローポートに接続する横ボア２８が設けられる。前記可動弁部材２２が上方（参照：図３の弁構造の向きにおける上方）に向かって大きく移動する際には、横ボア２８がオーバーフローポート２９と重なるようになる。したがって、第２圧力室２５は、タンク３４に接続され、これによって、可動弁部材２２は出口ポート２７を完全に開放して、第１圧力室が最高圧力に達している時に、第１の圧力室２３内を解放することができる。
【００４４】
制限部２１を通る、第１圧力室内への流入が無い場合、第１圧力室内の圧力は、第１第２各々の有効圧力面積に比例して、第２圧力室内の圧力よりも小さくなる。したがって、例えば第２圧力室内の圧力が２．２バールの時、第１圧力室内の圧力は１．５バールとなる。比例電子油圧制御弁５が、圧力管１０を弁構造２０に接続すると、制限部２１を通る第１圧力室内への流入が増加し、第１圧力室内の圧力が高くなる。この圧力は、可動弁部材２２を付勢し、可動弁部材２２を、第１圧力室２１と出口ポート２７とが接続されて油圧流体がタンクに排出される位置へと移動させるに十分な圧力となる。可動弁部材２２の位置は、２つの圧力室の圧力によって均衡が保たれる。
【００４５】
弁２２の位置は、（第１圧力室２３における第１の有効圧力面積）×（第１圧力室２３中の圧力）に対する（第２圧力室２５における第２の有効圧力面積）×（第２圧力室２５中の圧力）から定まる。排気弁が閉鎖している場合、第２圧力室２５中の圧力は約２バールである。この時、それに釣り合う第１圧力室２３内の圧力は１．５バールであり得る。第１圧力室２３と第２圧力室２５との間の圧力差は、オリフィス２６を通って第１圧力室２３内に入る流体の流れをもたらす。
【００４６】
第１圧力室２３中の圧力増加は可動弁部材２２を上方に移動させ、出口ポート２７を徐々に開放させていく。これは可動弁部材２２に作用する力の均衡をとる弁への圧力を再び制限する。
【００４７】
したがって、オリフィス２６を通る流れは、圧力室２３から出口ポート２７への流れと同じである。第１圧力室２３から出口ポート２７への開放面積は、第１圧力室２３と第２圧力室２５との間のｄＰ（圧力差）におけるオリフィス２６を通る流れである。したがって、可動弁部材２２は、「浮遊（ｆｌｏａｔ）」し、その位置を動作条件に適合させる。
【００４８】
流れ制限部２１と組み合わせたこの均衡によって、適切なフローレートが提供され、弁構造の上流で（すなわち、弁構造を排気弁作動システムにおいて使用する場合、圧力管において）過圧状態が維持される。これらは確実にフローレートを制御し、空気の侵入を防ぐ効果を発揮する。
【００４９】
排気弁作動システムは、大型２サイクルディーゼルエンジンの１つのシリンダについて説明されている。マルチシリンダエンジンでは、複数のシリンダで共用可能であるコモンレールを除き、このような排気弁作動システムをシリンダ毎（または、少なくとも排気弁毎）に設けなければならない。
【００５０】
本明細書から教示される事項には多くの利点がある。異なる実施形態または実装が、以下の利点のうちの１つ以上を提供しうる。これが、包括的なリストではなく、本明細書に説明されない他の利点も存在してもよいことに留意されたい。本明細書の教示の１つの利点は、圧力管の下部に増圧器や分圧器を設けずに動作可能な排気弁作動システムを提供することである。本明細書の教示の別の利点は、制御された条件においてタンクへの逆流を実現する弁構造を提供することによって、気泡やキャビテーションの発生を回避することである。
【００５１】
本明細書の教示の更に別の利点は、油圧排気弁アクチュエータの増圧器を排気弁の上部に搭載することを可能にする排気弁作動システムを提供することである。本明細書の教示の更に別の利点は、弁座に接触する弁部材によって動作する従来の逆止弁が使用不可能である厳しい環境において、逆止弁の機能を果たすことのできる弁構造を提供することである。
【００５２】
本願の教示について例示目的のために詳細に説明したが、このような詳細が単にその目的のためのものであること、ならびに本願の教示の範囲から逸脱することなく、当業者がそこに変更を加えてもよいことを理解されたい。
【００５３】
用語の「備える」は、請求項において使用する際、他の要素またはステップを除外しない。請求項における単数形の用語は、複数形を除外しない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、請求項に列挙するいくつかの手段の機能を実行してもよい。  
【図１】
2011174461.tif 000003
【図２】
2011174461.tif 000004
【図３】
2011174461.tif 000005
【外国語明細書】
2011174461000001.pdf