(57)【要約】電子制御式排気弁作動システムを備える大型２サイクルディーゼルエンジン。弁棒および弁体を備える排気弁と、弁棒を制御しうるように該弁棒に接続され、かつ排気弁を閉鎖位置側に付勢する空気バネと、排気弁を制御しうるようにその排気弁に組み合わされる油圧アクチュエータと、電子制御式油圧システムとをシリンダ毎に備える。前記電子制御式油圧システムは、油圧アクチュエータを、排気弁の開放行程の初期には高圧油圧作動油源に、その後排気弁が開放位置に達するまでの期間は中間圧力油圧アキュムレータに、排気弁の閉鎖行程の開始から最終期の直前までは中間圧力油圧アキュムレータに、排気弁の閉鎖行程の最終期にはタンクに、選択的に接続する。【選択図】図３
2011505521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気弁作動システムを備えるクロスヘッド式大型多気筒２サイクルディーゼルエンジンであって、
弁棒および弁体を備える排気弁であって、前記弁体が弁座に着座する閉鎖位置と開放位置との間で複動可能な排気弁と、
空気バネシリンダに収容されるバネピストンを備える空気バネであって、前記弁棒を制御しうるように該弁棒に接続され、かつ前記排気弁を前記閉鎖位置方向に付勢する空気バネと、
圧力室を備える油圧アクチュエータであって、前記排気弁の前記弁棒を制御しうるように該弁棒に接続され、かつ前記圧力室の加圧時に前記排気弁を前記開放方向に付勢する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータの前記圧力室を、
・  前記排気弁の開放行程の開始初期は、高圧油圧作動油源に、
・  前記初期の後であって前記排気弁がその開放位置に到達するまでの期間は、中間圧力油圧アキュムレータに、
・  前記排気弁の前記閉鎖行程の開始から前記排気弁の前記閉鎖行程の最終期の直前までの期間は、前記中間圧力油圧アキュムレータに、
・  前記排気弁の前記閉鎖行程の前記最終期には、タンクに、
選択的に接続する電子制御式油圧システムと、
を、シリンダ毎に備える、大型多気筒２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記油圧システムは、前記排気弁の前記開放行程の開始初期に、前記油圧アクチュエータの前記圧力室を前記高圧油圧作動油源に接続するように構成される第１の電子制御式弁を備える、請求項１に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記油圧システムは、前記第１の電子制御式弁が開く前記開始初期の後、前記排気弁がその開放位置に到達するまでの期間に、前記油圧アクチュエータの前記圧力室を前記中間圧力油圧アキュムレータに接続するように構成される第２の電子制御式弁を備える、請求項２に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記油圧システムは、前記排気弁の前記閉鎖行程の開始から、前記排気弁の前記閉鎖行程の最終期が始まる前まで、前記油圧アクチュエータの前記圧力室を前記中間圧力油圧アキュムレータに接続するように構成される第３の電子制御式弁を備える、請求項３に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項５】
前記油圧システムは、前記排気弁の前記閉鎖行程の前記最終期の間、前記油圧アクチュエータの前記圧力室をタンクに接続するように構成される第４の電子制御式弁を備える、請求項４に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項６】
前記第１の電子制御式弁および前記第４の電子制御式弁は、単一の２方弁によって構成される、請求項５に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項７】
前記第２の電子制御式弁および前記第３の電子制御式弁は、単一の２方弁によって構成される、請求項４に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項８】
前記中間圧力油圧アキュムレータへ向かう方向への流れのみを許す第１の逆止弁が、前記第２の電子制御式弁に関連付けられ、前記中間圧力油圧アキュムレータから離れる方向への流れのみを許す第２の逆止弁が、前記第３の電子制御式弁に関連付けられる、請求項４から７のいずれかに記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項９】
前記第１〜前記第４の電子制御式弁の開放時期に実質的なオーバーラップが存在し、前記オーバーラップは、前記第１および前記第２の逆止弁の存在により可能にされる、請求項８に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項１０】
前記圧力室と、前記高圧油圧作動油源、前記中間圧力油圧アキュムレータ、タンクとの油圧接続を制御するように構成される電子制御ユニットをさらに備える、請求項１から９のいずれかに記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子制御式排気弁作動システムを備えるクロスヘッド式大型２サイクルディーゼルエンジンに関し、より具体的には、エネルギー効率の良い電子制御式排気弁作動システムを備えるクロスヘッド式大型２サイクルディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
クロスヘッド式大型２サイクルエンジンは、一般的に大型船の推進システムにおいて、または発電所の原動機として使用される。このタイプのエンジンは、近年、カム軸制御式エンジンから電子制御式エンジンへと発展している。電子制御によって、燃焼噴射のタイミングおよび形状や排気弁のタイミングをより柔軟性に制御することが可能になる。それによって、全ての運転速度において燃焼過程を好適に制御することができ、効果的な燃焼や排出負荷の低減、部分負荷燃費の改善、最小運転速度の低下がもたらされる。
【０００３】
特開２００４−０８４６７０号公報は、電子制御式大型２サイクルディーゼルエンジンを開示している。このエンジンでは、排気弁は、高圧油圧作動油により動力供給される油圧アクチュエータによって作動される。アクチュエータによって、排気弁は、燃焼室の圧力および空気バネのガス圧に対抗して、開放方向に付勢される。排気弁の開放行程中に油圧アクチュエータにより供給されるエネルギーの大部分は、ポテンシャルエネルギーとしてガスバネに保存される。ガスバネに保存されたエネルギーは、カム軸駆動式エンジンとは違って、閉鎖行程において再利用されず、代わりに保存されたエネルギーを再利用する手段が無いため廃棄（消散）される。保存されたエネルギーは、油圧システムのタンクへの戻り油とともに熱に変換される。大型２サイクルディーゼルエンジンにおいて、排気弁の開放に使用する油圧エネルギー量は極めて大きく、電子制御式エンジンの燃焼制御の改善により得られる燃料節約のかなりの部分が、排気弁の作動において失われてしまう。
【０００４】
ＤＫ１４８６６４Ｂは、油圧アクチュエータで排気弁を開放するために２種類の異なる油圧を印加する電子油圧弁作動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開示している。開放行程の初期段階中に高圧レベルを使用し、排気弁の開放行程の残りの部分中に低圧を使用する。
【０００５】
Ｗ０２００６／１０８６２９は、閉鎖位置と開放位置との間で複動動作が可能な排気弁を含む大型２サイクルディーゼルエンジンの排気弁アセンブリを開示する。複動式バネアセンブリは、排気弁を制御しうるようにその排気弁に組み合わされ、排気弁と排気弁に一致して運動する任意の他の部分の質量とともに質量バネ系（mass-spring system）を形成する。複動式バネアセンブリは、排気弁が閉鎖位置と開放位置との間を前後に平行移動する際、次の逆方向への移動のために、エネルギーを貯蔵する。油圧手段は、制御器からの命令により、閉鎖位置または開放位置に排気弁を保持する。このシステムは、排気弁の実際の位置を知ることができること、および排気弁がその移動端で停止する必要がある度に電子制御器が信号を出すことを必要とする。また、油圧システムは比較的複雑になり、さらに、弁棒の上部における空気バネおよび油圧アクチュエータの構成も、従来のカム軸エンジンにおける対応する構成とは大幅に異なる。この従来技術の構成は、比較的高価であり、かつ複雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−０８４６７０号公報
【特許文献２】ＤＫ１４８６６４Ｂ
【特許文献３】Ｗ０２００６／１０８６２９
【発明の開示】
【０００７】
このような背景から、本発明の目的は、大型２サイクルディーゼルエンジンに、柔軟性があり、エネルギー効率が良く、構造が簡単で、信頼性のある排気弁作動システムを提供することにある。
【０００８】
上記目的は、請求項１に従って、次のような大型多気筒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することが可能できる。
このエンジンは、排気弁作動システムを備えるクロスヘッド式大型多気筒２サイクルディーゼルエンジンであって、
弁棒および弁体を備える排気弁であって、前記弁体が弁座に着座する閉鎖位置と開放位置との間で複動可能な排気弁と、
空気バネシリンダに収容されるバネピストンを備える空気バネであって、前記弁棒を制御しうるように該弁棒に接続され、かつ前記排気弁を前記閉鎖位置方向に付勢する空気バネと、
圧力室を備える油圧アクチュエータであって、前記排気弁の前記弁棒を制御しうるように該弁棒に接続され、かつ前記圧力室の加圧時に前記排気弁を前記開放方向に付勢する油圧アクチュエータと、
電子制御式油圧システムと、
を、シリンダ毎に備える。前記電子制御式油圧システムは、前記油圧アクチュエータの前記圧力室を、
・  前記排気弁の開放行程の開始初期は、高圧油圧作動油源に、
・  前記初期の後であって前記排気弁がその開放位置に到達するまでの期間は、中間圧力油圧アキュムレータに、
・  前記排気弁の前記閉鎖行程の開始から前記排気弁の前記閉鎖行程の最終期の直前までの期間は、前記中間圧力油圧アキュムレータに、
・  前記排気弁の前記閉鎖行程の前記最終期には、タンクに、
選択的に接続する。
【０００９】
前記開放行程の開始直後から終了まで、前記油圧アクチュエータの圧力室を中間圧力油圧アキュムレータに接続することによって、および、戻り行程の開始から終了直前まで前記圧力室を同一の中間圧力油圧アキュムレータに接続することによって、排気弁の開放に使用するエネルギーの大部分は取り戻すことができ、次の開放行程のために使用することができる。したがって、この排気弁作動システムは、通常は電子制御式排気弁作動システムに付随する高いエネルギー消費を伴わずに、電子制御式排気弁作動システムの柔軟性を提供する。
【００１０】
前記油圧システムは、排気弁の開放行程の開始時における短い期間に、前記油圧アクチュエータの前記圧力室を前記高圧油圧作動油源に接続するように構成される第１の電子制御式弁を備えてもよい。
【００１１】
前記油圧システムは、前記第１の電子制御式弁が開く前記期間から、前記排気弁がその開放位置に到達するまでの期間に、前記油圧アクチュエータの圧力室を前記中間圧力油圧アキュムレータに連結するように構成される第２の電子制御式弁を備えてもよい。
【００１２】
前記油圧システムは、前記排気弁の前記閉鎖行程の開始から前記排気弁の前記閉鎖行程の終了時における最終の短い期間の開始までに、前記油圧アクチュエータの前記圧力室を前記中間圧力油圧アキュムレータに接続するように構成される第３の電子制御式弁を備えてもよい。
【００１３】
前記油圧システムは、前記排気弁の閉鎖行程の前記最終の短い期間中に、前記油圧アクチュエータの圧力室をタンクに接続するように構成される第４の電子制御式弁を備えてもよい。
【００１４】
逆止弁は、油圧流により制御されることから、サイクルのそれぞれの段階の間のスムーズな移行を確実にするために使用してもよい。
【００１５】
前記第１の電子制御式弁および前記第４の電子制御式弁は、単一の２方弁によって構成されてもよい。
【００１６】
前記第２の電子制御式弁および前記第３の電子制御式弁は、単一の２方弁によって構成されてもよい。
【００１７】
前記大型２サイクルディーゼルエンジンには、前記第２の電子制御式弁に関連付けて、前記中間圧力油圧アキュムレータへ向かう方向への流れのみを許す第１の逆止弁を設けてもよく、前記第３の電子制御式弁に関連付けて、前記中間圧力油圧アキュムレータから離れる方向への流れのみを許す第２の逆止弁を設けてもよい。
【００１８】
前記第１の逆止弁および前記第２の逆止弁を設けることにより、前記第１の電子制御式弁、前記第２の電子制御式弁、前記第３の電子制御式弁、および前記第４の電子制御式弁の開放の開放について実質的なオーバーラップが可能になる。
【００１９】
前記大型２サイクルディーゼルエンジンは、前記圧力室と、前記高圧油圧作動油源、前記中間圧力油圧アキュムレータ、およびタンクとの油圧連結を制御するように構成される電子制御ユニットをさらに備え得る。
【００２０】
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であろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
以下、図面に描かれる例示的実施形態を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。
【図１】本発明に従うエンジンの断面図である。
【図２】図１に示すエンジンの１つのシリンダ部の縦断面図である。
【図３】本発明に従う排気弁作動システムの第１の実施形態の模式図である。
【図４】図３の排気弁作動システムの電子制御式弁の開閉タイミングを示すシーケンス図である。
【図５】図４のシーケンス図に、さらに、逆止弁の効果を利用する電子制御式弁において採り得る開放時間を示した
【図６】本発明に従う排気弁作動システムの第２の実施形態の模式図である。
【好適な実施形態の詳細な説明】
【００２２】
図１および図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、クロスヘッド式ユニフロー型低速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。このようなエンジンは、典型的には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から組み立てられる。
【００２３】
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製作される。
【００２４】
台板２は、１つの部品からも製作可能であるが、製造施設に応じた適切なサイズの部分に分けて製作することも可能である。台板は、側壁と、それに溶接された横桁（cross grinder）とから成る。横桁は軸受支持部を有する。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。
【００２５】
連結棒８は、クランク軸３をクロスヘッド２２に連結する。クロスヘッド２２は、垂直案内面２３の間に案内される。
【００２６】
溶接設計のＡ型フレームボックス（A-shaped frame box）４は、台板２上に装着される。フレームボックス（frame box）４は溶接設計である。フレームボックス４には、排気側において、シリンダ毎に逃し弁が設けられており、一方、反対側においては、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、フレームボックス４と一体型である。
【００２７】
シリンダフレーム５は、フレームボックス４の上部に装着される。控えボルト２７は、台板２、フレームボックス４、およびシリンダフレーム５を連結し、また、その構造を一体化して支持する。控えボルト２７は、油圧ジャッキで締め付けられる。
【００２８】
シリンダフレーム５は、１つ又は複数の部品として鋳造されるか、または溶接設計される。
【００２９】
シリンダフレーム５には、掃気空間の洗浄用の、ならびに掃気ポート及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。シリンダフレームは、シリンダライナ６ととも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フレーム５にボルト締結される。シリンダフレームの底部には、ピストン棒のパッキンボックス（stuffing box）があり、これには、掃気のための封止リングと、フレームボックス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ためのオイルスクレーパリングとが設けられる。これらによって、この空間に存在する全ての軸受が保護される。
【００３０】
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。
【００３１】
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、冷却油管とともにピストン１３の冷却油用の入口および出口を形成する。
【００３２】
シリンダライナ６は、シリンダフレーム５によって支持される。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フレーム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。
【００３３】
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を有し、この排気ポートは、ターボ過給機１０（図１）で加圧された掃気が供給される掃気受け９（図１）を形成する。
【００３４】
エンジンには、１つ又は複数のターボ過給機１０が装備される。ターボ過給機は、シリンダの数が４〜９本であるエンジンの場合はエンジン後部に、シリンダ数が１０本以上のエンジンの場合は排気側に、配置される。
【００３５】
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）を介して直接エンジンルームから行われる。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。
【００３６】
エンジンには、電動式掃気用ブロア（図示せず）が設けられる。ブロアの吸い込み側は、空気冷却器の後ろで掃気空間に連結される。空気冷却器と掃気受けとの間に逆止め弁（図示せず）が装備され、この逆止め弁は、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コンプレッサを補助する。
【００３７】
燃料弁４０は、シリンダカバー１２上に同心円状に装着される。圧縮行程の終了時に、噴射弁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。排気弁１１は、シリンダカバー１２のシリンダ上部の中央部に装着される。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、排気弁１１は開放し、これによって、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。排気弁１１は、ピストン１３の上方運動中に再び閉鎖する。排気弁１１は油圧作動式である。
【００３８】
図３は、本発明に従う排気弁作動システムの第１の実施形態を示す。シリンダが一つしか描かれていないが、この排気弁作動システムは、全ての実施形態に関するものである。多気筒エンジンにおいては、シリンダ毎に同じ物が提供される。
【００３９】
排気弁作動システムは、弁棒（valve stem）３１および弁体（valve disk）３２を備える排気弁１１を含む。図３に示す閉鎖位置では、弁体３２は、シリンダ６の上部に設けられる弁座（valve seat）に着座する。排気弁１１の開放位置は、図６に示される。
【００４０】
空気バネ３４は、その閉鎖位置側に排気弁１１を付勢する。空気バネ３４には、弁棒３１に結合される空気ピストン３５が設けられ、それによって空気バネ３４が排気弁１１に協働し得るように配されている。
【００４１】
位置センサ３３は、アナログ式またはデジタル式のいずれかの方式で、排気弁１１の位置を測定する。位置センサ３３の信号は、信号ケーブルを介してエンジン制御ユニット（例えばコンピュータ）４２に通信される。また、エンジン制御ユニット４２は、クランク軸センサ（図示せず）からクランク軸に関する位置信号も受信する。
【００４２】
排気弁アクチュエータ３７は弁棒３１の上部に配される。排気弁アクチュエータ３７は、円柱状の弁筐体を有し、円柱状筐体の内部には油圧ピストン３８が収容される。油圧アクチュエータ３７が排気弁１１を制御しうるように、油圧ピストン３８が弁棒３１に連結される。油圧ピストン３８の上には圧力室３９が画定される。
【００４３】
圧力導管４０は、油圧アクチュエータ３８の圧力室３９を排気弁作動システムの油圧システムに接続する。
【００４４】
排気弁作動システムの油圧システムは、ポンプステーション（図示せず）等の高圧油圧作動油源を備える。ポンプステーションは、排気弁作動システム専用であってもよいし、燃焼噴射システムやシリンダ潤滑システムに圧力を提供するなどの、他の目的（システム圧力）にも使用されるものであってもよい。典型的には、システム圧力は、数百バールである。実装において、油圧システムと油圧アクチュエータ３７とは、システム間の汚染を避けるべく、増圧器のような機器によってしばしば隔離される。
【００４５】
油圧オン／オフ弁などの第１の電子制御式弁４４によって、圧力導管４０は、高圧油圧作動油源に選択的に接続可能とされる。
【００４６】
また、圧力導管４０は、分岐導管４１にも接続される。
【００４７】
分岐導管４１は、第１の逆止弁４５および第２の電子制御式弁４６（例えば油圧オン／オフ弁）を介して、中間油圧アキュムレータ４３に接続する。
【００４８】
中間圧力油圧アキュムレータ４３は、加圧油圧作動油で充填される部分と、加圧ガスで充填される部分とにアキュムレータを分割する弾性膜が設けられる型であることが好ましい。
【００４９】
また、分岐導管４１は、第２の逆止弁４７および第３の電子制御式弁４８（例えば油圧オン／オフ弁）を介して油圧アキュムレータ４３に接続する。
【００５０】
さらに、分岐導管４１は、第４の電子制御式弁５０（例えば油圧オン／オフ弁）を介してタンクに接続する。
【００５１】
第１の逆止弁４５と第２の逆止弁４７とは、流動可能な方向が逆になっている。
【００５２】
第１の電子制御式制御弁４４、第２の電子制御式弁４６、第３の電子制御式弁４８、および第４の電子制御式弁５０は、信号ケーブルを介してエンジン制御ユニット４２に接続され、これらの弁は、エンジン制御ユニット４２の命令により開閉する。
【００５３】
電子制御ユニット４２は、時間に基づいて期間「１」の終了を判断するが、また、センサ３３からの信号を使用して弁リフトを判断し、要求された弁リフトを得るために、次のサイクルにおいて「１」の長さを訂正する。
【００５４】
ここで、電子油圧弁作動システムの動作について、図４に示すシーケンス図を参照して説明する。
【００５５】
シーケンス図では、排気弁１１の動作は、６つの順次的期間に分割される。第１の期間「０」では、排気弁１１が閉鎖されるため、第１から第４の電子制御式弁４４、４６、４８、５０も閉鎖される。
【００５６】
電子制御ユニット４２は、クランク軸信号に基づいて、排気弁１１の期間「０」の終了時および期間「１」の開始時を判断する。この判断は、エンジンの他の動作条件にも基づいてもよい。排気弁１１の開放行程の開始時におけるこの短期間の開始時に、第１の電子制御式弁４４が開放し、高圧油圧作動油の圧力室３９への流入が可能になる。圧力室３９における高圧油圧作動油によって、排気弁１１は、燃焼室１５における燃焼ガスの圧力に対して開放可能になる。燃焼室におけるガスの高圧が排気弁１１をその座部に押圧するため、油圧アクチュエータ３７は、排気弁１１の開放行程のまさに開始時に強い開放力を提供する必要がある。
【００５７】
排気弁１１が若干開放すると、燃焼ガスは、その座部側に排気弁１１を付勢しなくなり、油圧アクチュエータ３７は、強い力を提供する必要がなくなる。したがって、排気弁１１の開放行程の開始時における最初の短期間「１」の終了時において、電子制御ユニット４２は、第１の電子制御式弁４４を閉鎖するように命令し、第２の電子制御式弁４６を開放するように命令する。電子制御ユニット４２は、位置センサ３３からの信号を使用して、期間「１」の終了を判断すると共に、最終サイクルの結果に基づいてタイミングを訂正する。
【００５８】
排気弁１１の開放行程の残りの期間は、図４のシーケンス図において期間「２」と表されている。
【００５９】
油圧アキュムレータ４３は、中間圧力、例えば、１０から３０バールの油圧作動油を保持している。したがって、第２の電子制御式弁４６が開放すると、中間圧力の油圧作動油が圧力室３９へと流入し、排気弁１１がその開放行程を完了するまで進行させることができる。開放行程の大部分に中間圧力を使用することによって、排気弁１１の開放に使用するエネルギーの量が比較的低くなり、力が弱くなることによって開放運動がより制御されてスムーズになる。開放行程の終了時に、弁およびアクチュエータの慣性と作用力の和は、ゼロにまで低減され、空気ピストン３５に作用する空気バネ３４のバネ室における空気力は、排気弁１１を逆行させるように押し始める。しかし、戻り運動は、逆止弁４５によって阻止され、排気弁１１はその開放位置で停止する。排気弁１１の開放に使用した油圧エネルギーの一部は、ここで空気バネ３４に保存される。
【００６０】
この時点で、期間「２」が終了し、期間「３」が開始する。電子制御ユニット４２は、第２の電子制御式弁４６を閉鎖するように命令し、排気弁１１は、期間「３」の間、開放したままである。電子制御ユニット４２は、位置センサ３３からの信号に基づいて、期間「２」の終了を判断することが可能である。
【００６１】
クランク軸センサからの信号に基づいて（実施形態によっては他の動作パラメータにも基づいて）、電子制御ユニット４２は、期間「３」の終了時および期間「４」の開始時を判断する。期間「４」は、排気弁１１の閉鎖行程の開始およびその大部分を含む。
【００６２】
期間「４」の開始時に、電子制御ユニット４２は、第３の電子制御式弁４８を開放するように命令する。これによって、油圧室３９は、油圧アキュムレータ４３に再び接続される。空気バネ３４は、排気弁１１を閉鎖方向に付勢し、油圧室３９から流出する油圧作動油によって、ガスバネ３４に以前保存されていたエネルギーが油圧アキュムレータ４３に充填されて、保存される。ここで油圧アキュムレータ４３に保存されたエネルギーは、排気弁１１の次の開放行程に使用可能である。期間「４」の終了時および期間「５」の開始時に、電子制御ユニット４２は、第３の電子制御式弁４８を閉鎖するように命令し、第４の電子制御式弁５０を開放するように命令する。期間「５」は、排気弁１１の閉鎖行程の最終の短い期間を含む。この期間中、圧力室３９がタンクに接続されるため、排気弁１１は、空気バネ３４の残りの圧力によってその座部へ押し付けられうる。期間「５」の開始は、位置センサ３３からの信号に基づいて、およびアキュムレータ４３における圧力基づいて、電子制御ユニット４２によって判断される。本実施例において、アキュムレータ４３に接続される圧力センサの信号は、エンジン制御ユニット４２に供給される。制御ユニットは、アキュムレータ４３において所定の圧力を保持するように、前のサイクルにおける結果に基づいて、期間「５」の開始のタイミングを適応させる。したがって、アキュムレータ４３における圧力が増加する場合、期間「５」の開始は進められ、アキュムレータ４３における圧力が減少する場合、期間「５」の開始は遅らされる。
【００６３】
期間「５」の終了時に、排気弁１１は、その座部に着座し（完全に閉鎖し）、電子制御ユニット４２は、第４の電子制御式弁５０を閉鎖するように命令する。期間「５」の終了および期間「０」の開始は、センサ３３からの信号に基づいて、電子制御ユニット４２によって判断される。期間「０」中、排気弁１１は、次のサイクルが開始するまで閉鎖している。
【００６４】
この弁作動システムによって、空気バネ３４に保存されるエネルギーの一部分を次のサイクル中に再利用することが可能になる。これによって、空気バネ３４に保存されるエネルギーが戻り行程中に消散される従来の電気油圧弁作動システムに比べて、排気弁作動システムの全体のエネルギー消費を大幅に低減することが可能である。
【００６５】
図５は、図４のシーケンス図に、電子制御式弁４６、４８、５０が開放可能な更なる期間をそれぞれ表す多数の線を追加した図である。これらのオーバーラップは、第１の逆止弁４５および第２の逆止弁４７を提供することにより可能になる。オーバーラップによって、先行する弁が依然として閉鎖している時点においてそれぞれの電子制御式弁４６、４８、５０の開放を確実にすることが容易になる。例えば、第２の電子制御式弁４６は、期間「１」中に開放可能であり、これによって、期間「１」から期間「２」の移行時ちょうどに開放する必要がなくなる。したがって、図における線領域は、該当する弁が開放または閉鎖可能であることを示す。
【００６６】
図６は、第１の電子制御式弁４４および第４の電子制御式弁５０が単一の３方弁にまとめられる、電気機械弁作動システムの別の実施形態を示す。第２の電子制御式弁４６および第３の電子制御式弁４８は、単一の２方弁（カートリッジ弁）にまとめられる。本実施形態の変形例（図示せず）によると、第１の逆止弁４５、第２の電子制御式弁４６、第２の逆止弁４７、および第３の電子制御式弁４８は、導管４１と油圧アキュムレータ４３との間の接続が切断される中央位置を有する単一の３方弁にまとめられる。第１の弁と第４の弁との間の切り替えが電子制御ユニットからの１つの信号により実現可能であり、かつ第２の弁と第３の弁との間の切り替えが電子制御ユニットからの１つの信号により実現可能であることから、本実施形態が必要とする制御信号は少なくなる。
【００６７】
ある実施形態（図示せず）によると、１つの油圧アキュムレータ４３が、エンジンのいくつかのシリンダまたは全シリンダによって共有され得る。
【００６８】
本発明の教示は、多数の利点を有する。実施形態または実装の様子に応じて、以下の利点のうちの１つ又は複数がもたらされうる。これが排他的なリストではなく、本明細書に記載されない他の利点が存在し得ることに留意されたい。本出願の教示の一利点は、大型２サイクルディーゼルエンジンのために、使用するエネルギーが比較的少ない電子油圧弁作動システムを提供することにある。本出願の教示の別の利点は、弁棒の作動に単純な（非段階型）油圧アクチュエータを使用し、かつ従来の空気バネを使用して排気弁を閉鎖位置に付勢する、非常によく知られた既存の排気弁構成を備える大型２サイクルディーゼルエンジンに装備可能である、電子油圧弁作動システムを提供することにある。本出願の教示のさらに別の利点は、信頼性のある電子油圧弁作動システムを提供することにある。本発明の別の利点は、エネルギー損失を低減することにある。
【００６９】
本出願の教示について例示目的のために詳述したが、このような詳細が単にその目的のためのものであり、本出願の教示の範囲から逸脱することなく当業者によって教示に変形を加えてもよいことを理解されたい。
【００７０】
また、本発明の教示に基づく装置を実装する多くの代替方式が存在することにも留意されたい。
【００７１】
請求項で使用する用語の「備える」は、他の要素またはステップを除外しない。請求項で使用する単数形の用語は、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が、請求項に記載のいくつかの手段の機能を実現してもよい。  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月8日(2010.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気弁作動システムを備えるクロスヘッド式大型多気筒２サイクルディーゼルエンジンであって、
弁棒および弁体を備える排気弁であって、前記弁体が弁座に着座する閉鎖位置と開放位置との間で複動可能な排気弁と、
空気バネシリンダに収容されるバネピストンを備える空気バネであって、前記弁棒を制御しうるように該弁棒に接続され、かつ前記排気弁を前記閉鎖位置方向に付勢する空気バネと、
圧力室を備える油圧アクチュエータであって、前記排気弁の前記弁棒を制御しうるように該弁棒に接続され、かつ前記圧力室の加圧時に前記排気弁を前記開放方向に付勢する油圧アクチュエータと、
前記排気弁の戻り行程の最中に前記空気バネから放出されるエネルギーを蓄積すると共に、前記排気弁の開放行程の最中に前記油圧アクチュエータにエネルギーを供給する中間圧力油圧アキュムレータと、
前記油圧アクチュエータの前記圧力室を、
・  前記排気弁の開放行程の開始初期は、高圧油圧作動油源に、
・  前記初期の後であって前記排気弁がその開放位置に到達するまでの期間は、前記中間圧力油圧アキュムレータに、
・  前記排気弁の前記閉鎖行程の開始から前記排気弁の前記閉鎖行程の最終期の直前までの期間は、前記中間圧力油圧アキュムレータに、
・  前記排気弁の前記閉鎖行程の前記最終期には、タンクに、
選択的に接続する電子制御式油圧システムと、
を、シリンダ毎に備える、大型多気筒２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記油圧システムは、前記排気弁の前記開放行程の開始初期に、前記油圧アクチュエータの前記圧力室を前記高圧油圧作動油源に接続するように構成される第１の電子制御式弁を備える、請求項１に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記油圧システムは、前記第１の電子制御式弁が開く前記開始初期の後、前記排気弁がその開放位置に到達するまでの期間に、前記油圧アクチュエータの前記圧力室を前記中間圧力油圧アキュムレータに接続するように構成される第２の電子制御式弁を備える、請求項２に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記油圧システムは、前記排気弁の前記閉鎖行程の開始から、前記排気弁の前記閉鎖行程の最終期が始まる前まで、前記油圧アクチュエータの前記圧力室を前記中間圧力油圧アキュムレータに接続するように構成される第３の電子制御式弁を備える、請求項３に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項５】
前記油圧システムは、前記排気弁の前記閉鎖行程の前記最終期の間、前記油圧アクチュエータの前記圧力室をタンクに接続するように構成される第４の電子制御式弁を備える、請求項４に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項６】
前記第１の電子制御式弁および前記第４の電子制御式弁は、単一の２方弁によって構成される、請求項５に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項７】
前記第２の電子制御式弁および前記第３の電子制御式弁は、単一の２方弁によって構成される、請求項４に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項８】
前記中間圧力油圧アキュムレータへ向かう方向への流れのみを許す第１の逆止弁が、前記第２の電子制御式弁に関連付けられ、前記中間圧力油圧アキュムレータから離れる方向への流れのみを許す第２の逆止弁が、前記第３の電子制御式弁に関連付けられる、請求項４から７のいずれかに記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項９】
前記第１〜前記第４の電子制御式弁の開放時期に実質的なオーバーラップが存在し、前記オーバーラップは、前記第１および前記第２の逆止弁の存在により可能にされる、請求項８に記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【請求項１０】
前記圧力室と、前記高圧油圧作動油源、前記中間圧力油圧アキュムレータ、タンクとの油圧接続を制御するように構成される電子制御ユニットをさらに備える、請求項１から９のいずれかに記載の大型２サイクルディーゼルエンジン。
【国際調査報告】
2011505521.tif 000009
2011505521.tif 000010
2011505521.tif 000011