(57)【要約】【課題】シリンダースリーブ冷却液はシリンダースリーブ上部において部分的に温度調整される一方、この種の冷却機構における所定範囲内の温度にて供給される冷却機構を提供する。【解決手段】特に大型ディーゼルエンジン用のシリンダー冷却機構にて冷却液は先ずシリンダーカバー(5,7)を通過して予熱される。次に予熱された冷却液は所定温度にてシリンダースリーブ(1)の複数の冷却液流路(11)とギャップ室(12)とに流動する。シリンダースリーブ(1)にて少なくとも部分的に発生する熱にて所定範囲の温度までの予熱が行われる。温度調整された冷却液を供給することによりシリンダースリーブ(1)の内壁(25)の温度が亜硫酸等の高腐食性燃焼生成物が凝縮する温度まで冷却されることを防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダーのための冷却機構、特に大型ディーゼルエンジンのシリンダースリーブ（１）のための冷却液を用いる冷却機構において、
第1の冷却液はシリンダーカバー（５）に供給されて所定温度まで予熱され、シリンダ
ーカバー（５）のバルブバスケット（７）から外側に導かれ、
第２の冷却液は副冷却系からシリンダースリーブ（１）に供給され、
前記副冷却系における第２の冷却液は、バルブバスケット（７）の出口（６）からの予熱された第１の冷却液により、熱交換器において所定温度範囲内の温度に加熱されることを特徴とする冷却機構。
【請求項２】
前記シリンダースリーブ（１）の中間部または下部を所定範囲内の温度まで冷却するための第２の冷却液の予熱を行う熱は、前記シリンダーカバー（５，７）または前記シリンダースリーブ（１）の上部に設けられた複数の冷却液流路（１１）にて発生することを特徴とする請求項１に記載の冷却機構。
【請求項３】
第１の冷却液は前記シリンダーカバー（５，７）または前記シリンダースリーブ（１）内のピストン（１’）の上死点領域に位置する前記冷却液流路（１１）を通過して流動し、そこで予熱されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却機構。
【請求項４】
前記シリンダースリーブ（１）内の第２の冷却液は一般に、前記ピストン（１’）の前記上死点領域から前記ピストン（１’）の下死点領域の方向に流動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却機構。
【請求項５】
第１および第２の冷却液の予め選択された温度は、前記シリンダースリーブ（１）の前記内壁（２５）の温度がシリンダー燃焼室内の腐食性燃焼生成物または排気の露点より高温になるように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却機構。
【請求項６】
第１および第２の冷却液の温度は前記内壁（２５）の温度が少なくとも前記燃焼室における前記シリンダースリーブ（１）の中間部では少なくとも１３０℃であり、好ましくは１３５℃以上であるように選択されることを特徴とする請求項５に記載の冷却機構。
【請求項７】
第２の冷却液は前記シリンダースリーブ（１）の少なくとも一部では乱流として流動することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の冷却機構。
【請求項８】
前記シリンダースリーブ（１）は請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷却機構によって冷却されると共に、各シリンダーへの第１および第２の冷却液供給は個々に、または組毎に、または全シリンダーに共通して行われる大型ディーゼルエンジン。
【請求項９】
全シリンダーに共通して、または各シリンダーに対して個々に、または組毎に共通して行われる第１および第２の冷却液供給は自動制御されている請求項８に記載の大型ディーゼルエンジン。
【請求項１０】
前記シリンダーは直立して配置されている請求項８または請求項９に記載の大型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、内燃機関のシリンダーのための冷却機構、特に大型ディーゼルエンジンのシリンダースリーブのための液冷機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型のディーゼルエンジンは一般に、例えば複数の直立シリンダーを備えている。大型ディーゼルエンジンにおける周知の冷却機構では、特に冷却液は下方から上方へ流動するように設計されている。流動開始直後の比較的低温の冷却液は、最初にシリンダー壁を冷却する。次に、冷却液はシリンダースリーブまたはライニングの上端の方向に流動し、その後シリンダーカバーに到達する。従って、冷却液が下方を指向して流動する短い経路を除き、冷却液は基本的に下方から上方へと流動する。
【０００３】
この設計は、冷却液は冷却機構にて加熱され、加熱された冷却液は自然に上方に流動するという作用を特に考慮してなされたものである。温度差及び濃度差により生じる自然対流は冷却液の循環を補助する。
【０００４】
しかしながら、特にシリンダースリーブの内壁における冷却は、制御を全く行うことなくなされているわけではない。例えば、他の燃焼物質に加えて実質的な量の硫黄を含有する燃料の燃焼においては、亜硫酸（Ｈ2ＳＯ3）が生成する。
亜硫酸の露点は１３０〜１４０℃であり、係る温度で亜硫酸は液化する。シリンダースリーブが過度に冷却された場合、亜硫酸はシリンダースリーブ下部にて凝縮する。この状態で、比較的低温の冷却液がシリンダージャケット下部に導入された場合、既に過度に低温であるシリンダースリーブ内壁温度は更に低下する傾向を示す。
【０００５】
上方に流動する冷却液は更に加熱される一方、冷却液はシリンダースリーブの上部を通過して、更に上方に位置するシリンダーカバーに到達する。シリンダーカバー近傍におけるシリンダースリーブの内壁は実質的に高温であり、腐食性燃焼生成物が液化する危険は実質的に存在しない。従って、特に集中的な冷却、即ち強力な冷却作用が必要とされるのは、正確にはシリンダースリーブの上部である。反対に、シリンダースリーブの中間部及び下部においては冷却を制限することが望ましく、冷却作用が過剰に強くなり、その結果、例えば腐食性燃焼生成物がシリンダーの表面にて凝縮するような温度低下を回避すべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、例えば大型ディーゼルエンジンのシリンダースリーブにおける改良された冷却機構を提供することにある。本発明によれば、シリンダースリーブ冷却液はシリンダースリーブ上部において部分的に温度調整される一方、この種の冷却機構における所定範囲内の温度にて供給される。好適な実施形態である冷却機構の更なる有利な効果は、従属クレームに記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の冷却機構では、冷却液は最初にシリンダーカバー及び／またはシリンダースリーブ上部を通過してこれらを冷却し、これにより冷却液自体は加熱される。このとき既に、特に強く冷却すべき領域であるシリンダーカバー及びシリンダースリーブ上部は、低温の冷却液と同領域との温度差が大きいことから、既により集中的に冷却されることになる。次に、前述のように予熱された冷却液は、例えば高腐食性
燃焼生成物の凝縮を防止するため、冷却よりむしろ加熱が必要なシリンダースリーブ中間部及び下部に供給される。予熱された冷却液によって熱交換は既に生じているが、更に冷却液の流動条件即ち流速及び流量をそれぞれ変化させることによって熱交換が行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態であるシリンダースリーブ冷却系、特にその機能について、以下に図を参照して説明する。
図１を参照して、２行程大型ディーゼルエンジンにおけるシリンダースリーブ１のための冷却回路を以下に説明する。冷却液は循環ポンプ２により一定の流速即ち、流量にて送り出され、インレット流路３及びディストリビューターリング４を通過してシリンダーカバー即ちヘッド５に至る。冷却液はシリンダーカバー５においてその内部に設けられた複数の冷却液流路（図示せず）を通過する。冷却液の入り口は、シリンダーカバー５の下縁部に位置するディストリビューターリング４に配置されている。冷却液出口６はシリンダーカバー５から突出して設けられたバルブバスケット即ちハウジング７の最上端に配置されている。
【０００９】
シリンダーカバー５及びバルブバスケット７にて加熱された冷却液は流路８，９、次にディストリビューターリング１０を通過した後、シリンダースリーブ１の上部に位置する複数の冷却液流路１１を通過する。この間、冷却液は更に加熱される。冷却液はスリーブ１に設けられた複数の冷却孔即ち複数の冷却液流路１１をそれぞれ通過し、更に下方に位置するギャップ室１２に至る。
【００１０】
スリーブ１とこれを包囲する支持リング１７との間に環状に形成されるギャップ室１２の大きさは、例えば冷却液流速が、考えられる最小の流量が確保される所定値を下回らないように設定される。周知の二行程大型ディーゼルエンジンにおいて現在までに特定された流量を考慮すると、本発明の冷却系には、例えば、スリーブ１と支持リング１７との間に３ｍｍまでの範囲の距離を有するギャップ室１２が必要である。
【００１１】
図１に示す実施形態では、冷却液は支持リング１７の下端にて放射状出口を介してギャップ室１２から流出し、その後、回収リング１８を介して戻り流路１９に導入される。
インレット流路９とアウトレット流路１９との間に、シリンダースリーブ１の冷却液のための制御スロットルバルブ１３が配置される。スロットルバルブ１３は、シリンダースリーブ１の内壁２５の温度基準値に基づき制御即ち規制される。スロットルバルブ１３が閉じられているとき、全部の冷却液がシリンダースリーブ１における複数の冷却孔１１及びギャップ室１２内を流動する。従って、シリンダースリーブ１の上部とその下方に位置するギャップ室１２との間における熱交換は、最も集中的に行われる。
【００１２】
スロットルバルブ１３が開いているとき、冷却液の一部のみがシリンダースリーブ１の冷却孔１１及びその下方に位置するギャップ室１２内を流動している。従ってスリーブ１における熱交換の度合いは低下する。スロットルバルブ１３が完全に開いているとき、シリンダースリーブ１を流動する冷却液の最小量はスロットルバルブ１３の後方に配置された開口部１４の大きさによって決定する。冷却液の一部は制御スロットルバルブ１３、開口部１４及び温度制御バルブ１５を通過して冷却器１６に流入し、補正量（ｂｙｐａｓｓ
ａｍｏｕｎｔ  ）の冷却液と混和されて循環ポンプ２に回収される。
【００１３】
バルブバスケット７の出口６における冷却液温度が一定に維持されるように、冷却液は制御される。インレット流路３とアウトレット流路８との温度差は、シリンダーカバー５、バルブバスケット７及びシリンダースリーブ１から取り除かれるべき総熱量によって変化する。シリンダーカバー５における冷却液の流入温度はエンジンの定格負荷において最低となり、エンジン出力が減少するにつれて上昇する。
【００１４】
シリンダースリーブ１への入り口、流路９及びディストリビューターリング４における冷却液温度は、バルブバスケット７（流路８）の出口６における冷却液温度と同じである。従って、これらの領域における温度はほぼ一定である。
【００１５】
シリンダースリーブ１における熱交換の度合いは、上部カラー部分に設けられた孔１１の幾何学的特性とギャップ室１２内の冷却液流速によって決定される。シリンダースリーブ１の内壁２５の温度と、スロットルバルブ１３の開閉即ち冷却液流量の制御を行うための温度基準値とは、それぞれ前述の設計、即ち複数の冷却孔１１の寸法設定と配置方法、及び冷却液を流通させるためのギャップ室１２の寸法設定によって変化する。
【００１６】
シリンダースリーブ１の内壁２５の温度制御システム（フィードバック制御システム）は、エンジンに配置された全シリンダーまたは組毎に共通のものを設けるか、あるいは各シリンダーに個々のシステムを設けてもよい。エンジンの各シリンダーにおける各内壁２５の温度制御には、それぞれ単一のスロットルバルブ１３（図１及び図２に示す）のみを設置すればよい。個々のシリンダー内壁２５における温度制御には原則として、各シリンダーに１つのスロットルバルブ１３が必要とされる。組毎に行われるシリンダー内壁２５の温度制御においては、各組に１つのスロットルバルブ１３を設けることが有利である。
【００１７】
しかしながら、各シリンダースリーブ１を流動する冷却液の流量を制御する上でスロットルバルブ１３を全く用いず、開口部１４の大きさ設定のみにより各シリンダースリーブ１３を流動する冷却液の量を設定する方法も考えられる。このような方法は、実際に使用可能な温度範囲全体においてシリンダースリーブ１の内壁２５の温度差が非常に小さく、制御が不必要である場合に採用することができる。また、冷却液ポンプ２の吐出量を規制することによって、冷却液の流量及び冷却力を各要件に適合させることも考えられる。
【００１８】
周知の大型ディーゼルエンジンのための本発明による冷却系において、シリンダーカバー５の構造設計は実質的には従来技術と同様である。異なる点は、シリンダーカバー５の入り口にディストリビューターリング４を設けたことと、シリンダースリーブ１の上端にディストリビューターリング１０を設けたこととである。
【００１９】
ギャップ室１２の構造設計即ち寸法設定は、支持リング１７の内径をシリンダースリーブ１の内壁２５の厚さに適合させることに基づく。支持リング１７の外径は、従来技術の寸法から変更する必要はない。
【００２０】
非常に長い行程を有するエンジンでは、図２に示すように、冷却液は支持リング１７の下部に導入され、下方に位置する延長ギャップ室１２ａに設けられた排気スリット２０の上部に至る。
【００２１】
一般に大型ディーゼルエンジンにおいて、ピストン行程対シリンダーボアの長さの比率が１：２以上である場合（行程／ボア≧２）に長い行程を有すると言われる。
冷却液が流動する全空間において冷却液の最小流速が確実に維持されている場合は、封入されている気体、空気、特に気泡に対する冷却系の感受性は低い。また、冷却孔及びギャップ室の大きさは、生成し得る空気、蒸気及び気泡が冷却液と共に移動し得るように設定され得る。
【００２２】
冷却液における効果的な換気及び気体除去のために、サイクロンセパレータを設けてもよい。しかしながら、自動的に作動する換気装置２１を介して気体を冷却系から排出することも可能である。冷却系にて消費された冷却液は、供給ポンプ２３により冷却液タンク２２から補充することができる。本発明の冷却系は、高架タンクを用いての操作と閉与圧
室２４を用いての操作との両方に等しく適している。冷却液の沸点が圧力下にてより高くなる閉与圧室に対して、大気に開放された高架タンクでは、冷却液の温度は冷却液の沸点に規制される。
【００２３】
周知の冷却系では、バルブバスケット７の出口６における冷却液の温度は、８０〜９０℃である。例えば周知の大型ディーゼルエンジンでは、シリンダー冷却液の流入温度及び流出温度における１０〜３０℃の差は標準的である。従ってこの実施形態では、冷却液の温度はシリンダージャケットの入り口では約７０℃であり、シリンダースリーブ１の中間部には比較的低温にて流入する。これにより、シリンダースリーブ１の内壁２５の温度が過度に低くなり、このためシリンダースリーブ１の内壁２５にて燃焼物質が凝縮し、エンジンの損傷を招き得る前述のような腐食条件が生じる。
【００２４】
前述のような冷却系において、冷却液は最初にシリンダーカバー５とバルブバスケット７とを流動し、このとき外見上予熱即ち温度調整されることから、シリンダースリーブ１への流入時における冷却液の温度はより高くなる。従って、冷却液がバルブバスケット７から排出されるとき、冷却液の温度は例えば８５℃である。シリンダースリーブ１の上部カラーに設けられた複数の冷却孔１１を流動するとき、冷却液は更に加熱され、その温度は例えば更に３〜７℃上昇する。従ってシリンダースリーブ１の中間部は、例えば８８〜９２℃の温度を有する冷却液によって冷却される。この温度は周知の冷却系の場合と比較して約２０℃高い。より高温の冷却液による冷却を通して、シリンダースリーブ１の内壁２５の温度を十分に高くして、損傷を及ぼす腐食性燃焼生成物が生じる露点より高温に維持することが可能である。
【００２５】
前述の実施形態においては特に、冷却液は水である。また、腐食から保護するための添加剤を水に混和することもある。しかしながら、例えばエンジン潤滑油または潤滑油とは別個の循環回路にて用いられる別個の冷却オイル等のオイルを、冷却液として用いることも可能である。冷却液の種類によって比熱が異なることから、冷却液流路及び／または冷却液流速の適合を行う必要が生じ得る。また、シリンダースリーブ１内におけるピストン１’の潤滑を容易にするため、シリンダースリーブ１の内壁２５の温度を比較的高く維持することが適切である。この場合、２００℃前後及びそれ以上の温度が考えられる。
【００２６】
しかしながら、例えばシリンダーカバー５等のある領域を水等の第１の冷却液によって冷却し、シリンダースリーブ１，１１，１２等の別の領域を例えばオイル等の第２の冷却液によって冷却するように構成された冷却系も考えられる。熱を伝導して所望の温度に冷却するために、前述の２つの副冷却系の間に熱交換器を配置することも可能である。
【００２７】
本発明の冷却液即ち冷却系では、冷却液はエンジンの一部、特にシリンダースリーブ１は冷却液によって加熱される一方、エンジン全体の観点からは当然ながら冷却を行っている。
【００２８】
前述の実施形態においてシリンダー空間における「上端／上部」とは、上死点近傍でありクランク軸からは離間した領域を指す。同様に、シリンダーボアにおける「下端／下部」とは、下死点近傍でありクランク軸に近接する領域を指す。従って「上端」、「上部」、「下端」、「下部」という表現は、シリンダーの位置とは無関係である。また、「シリンダースリーブ」という表現は、実際にシリンダースリーブが設けられたシリンダーであるか、あるいは異なる構造を有するシリンダーであるかに関わらず、一般的なシリンダージャケットを指す。
【００２９】
特に大型ディーゼルエンジンにおけるシリンダースリーブ１の冷却において、冷却液は最初にシリンダーカバー５に導入されて予熱される。次に、予熱された冷却液は所定温度
にて、シリンダースリーブ１の冷却液流路１１及びギャップ室１２に導入される。シリンダースリーブ１における一定の部分（冷却液流路１１）にて少なくとも部分的に発生した熱を介して、所定の温度範囲までの与熱が行われる。温度調整された冷却液を供給することによって、シリンダースリーブ１の内壁２５の温度が、亜硫酸等の高い腐食性を有する燃焼生成物が凝縮する温度に至ることを防止することができる。
【００３０】
以上、詳述したように本発明によれば、例えば大型ディーゼルエンジンのシリンダースリーブにおける改良された冷却系を提供することができる。本発明によれば、シリンダースリーブ冷却液はシリンダースリーブ上部において部分的に温度調整される一方、この種の冷却系における所定温度範囲内の温度にて供給される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】シリンダースリーブの長手方向上部周辺のみを冷却液が流動する冷却機構を示す流体回路図。
【図２】図１の冷却機構において、シリンダーの排気のために設けられた排気スリットに至るまで、シリンダースリーブの長手方向の大部分を冷却液が流動する状態を示す流体回路図。
【符号の説明】
【００３２】
１…シリンダースリーブ、１’…ピストン、５，７…シリンダーカバー、１１…冷却液流路。
【図１】
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【図２】
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