(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関、特に大型エンジン（１）又は圧縮機用のピストンシリンダー装置（２）であって、シリンダー（２０）及びピストン（３）を含み、
前記シリンダー（２０）はシリンダー内側スペース（１８）を画成するシリンダースリーブ（１７）を有し、前記ピストン（３）はピストンジャケット面（４）、ピストン上端面（５）及びピストン下端面（６）を有し、
前記ピストン（３）はピストン本体（８）内に設けられる潤滑剤捕集装置（７）を含み、
前記潤滑剤捕集装置（７）は、前記ピストン本体（８）内のリング状通路（２６）と、２つの隣接するピストンリング（１４、１５）の間に設けられた前記ピストンジャケット面（４）における凹所（１１）と、潤滑剤含有ガス（１０）を受け入れるために前記凹所（１１）の周囲に設けられた複数の穴（２５）とを含み、前記潤滑剤含有ガス（１０）が運転状態において前記複数の穴（２５）及び前記リング状通路（２６）を経て貯蔵器（１３）へ案内されるように、前記複数の穴（２５）のそれぞれは、前記凹所（１１）から前記リング状通路（２６）へ連通し、
中間スペース（１６）が、ピストンジャケット面（４）及び前記シリンダースリーブ（１７）の間に設けられ、前記中間スペース（１６）は、前記ピストンリング（１４、１５）によって画成され、前記凹所（１１）を含むことを特徴とするピストンシリンダー装置（２）。
【請求項２】
前記ピストンジャケット面（４）に溝（１２）が形成され、中間スペース（１６）が前記溝（１２）によって形成される請求項１に記載のピストンシリンダー装置（２）。
【請求項３】
前記溝（１２）が円周方向に形成される溝である請求項２に記載のピストンシリンダー装置（２）。
【請求項４】
前記シリンダー（２０）は複数の掃気用開口を含むシリンダースリーブ（１７）を持ち、前記ピストン（３）が前記掃気用開口（１９）を覆うとき潤滑剤含有ガス（１０）が前記凹所（１１）内に案内される請求項１乃至３のいずれかに記載のピストンシリンダー装置（２）。
【請求項５】
前記シリンダー（２０）は前記シリンダースリーブ（１７）と接合する内側面（２２）を持つシリンダーヘッド（２１）を備え、燃焼スペースがピストン上端面、前記シリンダースリーブ（１７）及び前記シリンダーヘッド（２１）の内側面（２２）によって画成され、
掃気用スペース（２４）が前記ピストン下端面（６）に接し、前記凹所（１１）内部の流体圧が前記燃焼スペース及び前記掃気用スペース（２４）より低い、請求項１乃至４のいずれかに記載のピストンシリンダー装置（２）。
【請求項６】
複数の穴（２５）の数は、掃気用開口（１９）の数と相関し、特に、掃気用開口の数に等しい、掃気用開口の数の倍数である、又は掃気用開口の数の分数倍とされる、請求項４に記載のピストンシリンダー装置（２）。
【請求項７】
前記リング状通路（２６）は、分離要素及び/又はフィルタ要素と流体接続される請求項１乃至６のいずれかに記載のピストンシリンダー装置（２）。
【請求項８】
前記リング状通路（２６）は、出口端（２８）に接続され、該出口端（２８）は、分離要素に連通する請求項１乃至７のいずれかに記載のピストンシリンダー装置（２）。
【請求項９】
前記凹所（１１）は、液体潤滑剤を前記ピストンジャケット面（４）に偏向させるための偏向要素（２９）を持つ入口端部（２７）として設計される請求項１乃至８のいずれかに記載のピストンシリンダー装置（２）。
【請求項１０】
スロットル要素（３０）及び/又はバルブ（３１）及び/又はポンプ（３２）が前記入口端部（２７）の下流側に設けられる請求項９に記載のピストンシリンダー装置（２）。
【請求項１１】
前記スロットル要素（３０）及び/又はバルブ（３１）及び/又はポンプ（３２）は、流体の流れを制御する制御装置（３０）を含む請求項１０に記載のピストンシリンダー装置（２）。
【請求項１２】
前記リング状通路（２６）は通路（９）に接続され、ピストン（３）を通りピストンロッド（３４）内及び/又はニーレバー（３５）内及び/又は伸縮管（３６）内及び/又はスタンド（３７）内へ延びる請求項１乃至１１のいずれかに記載のピストンシリンダー装置（２）を含む大型エンジン（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の導入部による潤滑剤捕集装置を持つピストンシリンダーに関する。本発明は、更に、内燃機関、特に、潤滑剤捕集装置を持つピストンシリンダーを持つ大型のエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
大型のエンジン、特に、２ストローク又は４ストローク内燃機関として設計できる大型のジーゼルエンジンの実施例においてはしばしば船又は静止作動、例えば、電気エネルギー生成用の大型発電機の駆動用の駆動集合体として用いられる。この観点から、大型エンジンはかなりの長時間の連続する期間の運転となり、高度の運転の安全性と安定性が必要となる。このため、保守までの長期間にわたり、少ない摩耗と作動材料の経済的取り扱いが運転者にとっては中心的な基準となる。
作動状態において、ピストンは、典型的にはシリンダーランニングスリーブ（ライナー）として機能するシリンダーの壁の表面を滑る。この観点から、シリンダーの潤滑及び/又はピストンの潤滑が与えられる。一方において、ピストンはシリンダー内を可能な限り容易に滑らなければならず、このことは妨害されてはならず、他方では、ピストンは、燃焼過程において生成されたエネルギーを機械的装置に効率的に伝達することを確保するためにシリンダー内の燃焼スペースを可能な限り良好にシールする必要がある。
このため、大型のジーゼルエンジンの運転の間は代表的には潤滑剤が使用され、典型的には潤滑油の状態でピストンの良好な運動（ランニング）特性の達成とピストン及びピストンリングの運動表面の摩耗を可能な限り低く維持するために使用される。更に、潤滑油は、腐食の防止と共に有害な燃焼生成物を中和する機能を持つ。これらの多様な要求により、非常に高い品質と高価な材料が代表的に潤滑剤として使用される。
この理由により、潤滑剤の消耗をできるだけ低くして作動するモータの特に効率的、経済的な作動についての要求が存在している。潤滑剤の消耗は、もはや潤滑の役割を果たさない潤滑剤の量として理解でき、それは潤滑過程で消耗、即ち失われた潤滑剤の量である。この損失は、また、潤滑剤が燃焼ガス中に滴下することによりもたらされる。潤滑剤は燃焼スペース内に達し、そこで自発的に着火して燃焼し、着火不良又はシリンダー内部空間に堆積という望ましくない結果をもたらす。
【０００３】
この消耗、即ち損失は潤滑剤装置によって補充されるが、このことはその潤滑剤の量は消耗の量に等しい。このため、潤滑剤の損失をできるだけ低くすると共に、潤滑剤の再利用、即ちリサイクルをできるだけ良好に行うことに対する要請が存在する。
【０００４】
確立した潤滑プロセスはいわゆる内部潤滑で、ここでは潤滑剤はピストンの内部を通して案内され、次いで、ピストンの表面に設けられた一又は複数の潤滑ポイントを経てピストンの内部からピストン上及び/又はシリンダー運動表面上に施される。このような方法は、EP-A-0  903  473に記載されている。
【０００５】
往復ピストン内燃機関のシリンダー壁に潤滑剤を供給するためとして複数の可能性が知られている。例えば、EP  2133520  A1は、EP  2253810 A1と同様に、潤滑剤貯蔵装置を備える潤滑装置を開示しており、これらはピストン自体に設けられている。これらの解決方法は、したがって、ピストンを経由して潤滑剤を潤滑ポイントに供給するものである。これらの潤滑装置はガス中に存在する潤滑剤、例えば、シリンダー内のスペースから液滴状に分散している潤滑剤を、シリンダー内側スペースからシリンダー内側スペースの外に案内して捕集するのには適していない。
【０００６】
潤滑剤の量を減らすために要求される異なる試みがなされてきた。一つの方法として、たとえば、EP  2133520  A1又はEP  1  936  245  で知られているように、  潤滑油捕集リングが設けられる。これらの全ての捕集装置については、潤滑剤が液体の状態で放出される点で共通している。
【０００７】
シリンダー内側スペースからガス状の媒体を抽出することに関して知られている唯一の装置はEP  2369154  A1に開示されている。この文献の開示によれば、燃焼スペースに入る空気は、空気中の潤滑剤の割合を減少するため、それより前にオイルフィルタを通して案内される。
これにより、酸化窒素（NOx）放出に関連する燃焼及び潤滑剤の燃焼により生ずる他の汚染がかなり減少する。しかしながら、この例では、反応生成物の除去は、燃焼スペース内で潤滑剤の燃焼によりすでに生じている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、このような反応生成物を生じさせず、反応物、特にこの場合は潤滑剤を、汚染が自発的燃焼により燃焼スペース内に生ずる前に排出することである。
【０００９】
本発明の更なる目的は、潤滑剤の消耗を減らすことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの本発明の目的は、請求項１に記載される潤滑剤捕集装置により達成される。従属請求項は本発明の実施例による更なる利点を含んでいる。
【００１１】
内燃機関のピストンシリンダー装置、特に大型エンジン又はコンプレッサーはピストンと共にシリンダーを含んでおり、ここでは、ピストンはピストンジャケット表面、上部ピストン面（サイド）及び下部ピストン面を含み、前記ピストンは、ピストン本体に設けられる潤滑剤捕集装置を含んでいる。ピストンジャケット表面、上部ピストン面、下部ピストン面はピストン本体を画成する。ピストン本体は複数の部材、例えば、ピストンヘッド及びピストンスカートで構成することができる。ピストン本体には部分的に中空スペースが設けられ、そこを通して冷却材がピストン本体内に導入される。潤滑剤捕集装置は、ピストンジャケット表面における潤滑剤含有ガスを受けるための通路を含み、前記通路はピストン本体の凹所に連通し、潤滑剤含有ガスが運転状態において前記通路を経て貯蔵部に導かれるようにしている。この貯蔵部は、特に、潤滑剤含有ガスから潤滑剤を分離する装置、特に分離要素及び/又はフィルタを含む装置を含んでいる。
【００１２】
したがって、潤滑剤の液滴の大部分を掃気空気内に達することを防ぐことができるために、本発明による凹所から潤滑剤含有ガスを抽出することにより掃気空気内の潤滑剤の濃度を減らすことができる。
【００１３】
前記通路は、特に少なくとも部分的に穴として形成することができる。特に、潤滑剤含有ガスの潤滑剤の割合は小さい。本発明の潤滑剤捕集装置により、凹所を経て抽出された潤滑剤含有ガスは掃気空気の７０％〜８０％の潤滑剤を含み、このことは潤滑剤液滴の大部分は、潤滑剤捕集装置により潤滑剤含有ガスから除去されたことを意味する。
【００１４】
従来の技術水準における掃気空気中の潤滑剤の重量割合は２００ppmより大きく、特に１００ppmより大きく、典型的には少なくとも５０ppmである。もし、本発明による潤滑剤捕集装置が使用されるならば、掃気空気内の潤滑剤の重量割合は４０ppmより小さく、好ましくは３０ppmより小さく、特別には１０ppmより小さいものとなる。
【００１５】
凹所内の潤滑剤の重量割合は１００,０００ppmまで多くすることができ、この重量割合は代表的には１０００ppm程度である。たとえ、この重量割合がたったの１０００ppmであっても、この濃度は掃気空気内のものより少なくとも５倍となる。このことは、この位置における潤滑剤含有ガスの潤滑剤の濃度は、捕集空気内のものより２００倍にもなる。このため、この点における潤滑剤含有ガスの除去は、潤滑剤の最大の割合、８０％にもなる潤滑剤を示す。潤滑剤含有ガスから抽出された潤滑剤は、したがって、もはや掃気空気に到達せず、そこで分散する。ピストン内の凹所の位置における潤滑剤の濃度は最も高いため、この位置における潤滑剤の回収は最も効果的であり、このことは、潤滑剤の可能な最大の割合が潤滑剤含有ガス内において除去される。この潤滑剤は、したがって、掃気空気内に到達せず、これによって、掃気空気内の潤滑剤の充填が著しく減少し、したがって清浄なガスが得られる。
【００１６】
清浄ガスの潤滑剤含量の参照値として最大で潤滑剤０．７g/kWhが、特に好ましくは０．２ｇ/kWhが与えられる。内燃機関のノッキング、即ち、燃焼ガス中に含まれる潤滑剤の自然発火によるミス発火が、上記の浄化ガスの潤滑剤含量の範囲において大きな割合で避けることができる。特に好ましい最大で０．２ｇ/kWhの範囲について、ノッキングは実際に避けることができる。この最後に述べたケースでは潤滑剤の含有量は最大で１０ppmである。
【００１７】
主として、ガス、通常は空気、が、ピストンが運動サイクルの下死点にあるとき掃気用開口を経て燃焼スペースに導入される。吸入口を経てターボチャージャ又は空冷器に到達するガスは排水（水切り）され、掃気用開口に供給される。マルチシリンダーエンジンについては、掃気用開口の外側のスペースは、複数のシリンダーによって共通に使用される。これは、掃気用開口の外側のガススペースは、少なくとも、ピストンの下死点から上死点との間、又はその逆の動きを通じて掃気用スペースのサイズの変化により生ずる圧力差にさらされることを意味する。掃気用開口は、各シリンダーのピストンの下に設けられた掃気用スペースとシリンダーの外側に設けられたガススペースとの間で連通が自由となるように形成されている。この理由ため、ガススペース内へのブローバック効果が各ピストン運動にもたらされる。このブローバック効果はガスが掃気用スペースから掃気スリットを経て逃げるという結果をもたらし、従って、ガススペースは潤滑剤を、特に、オイルクラウドの状態で含むようになる。このため、掃気用開口を経て燃焼スペース内に吸入された空気はオイルクラウドの状態で吸入されるため、潤滑剤をすでに含むこととなる。この潤滑剤を含むガスは、内側シリンダー壁とピストンジャケット表面との間のギャップを経て、或いはピストンリング又はスクラッパーリングを経て、前記凹所に到達する。この内側シリンダー壁とピストンジャケット表面との間のギャップはスロットル機能を果たし、そのため、ピストンリング及び/又はシール要素及び/又は潤滑剤スクラッピングリングを省略することができるが、これらの要素は潤滑剤の除去の効率を高めるものである。この点において、掃気用スペース内の圧力は約３バールとなり、このことは、潤滑剤含有ガスにとって十分に大きい圧力差となり、その結果として、通路内に入り、そこから連結ラインを経て大気圧の貯蔵器に案内される。この貯蔵器はディスペンサーとして機能するか、又は、他の追加的分離要素及び/又はフィルタと共に用いられる。
【００１８】
潤滑剤含有ガス内の潤滑剤含有割合は１０重量％まで、好ましくは５重量％、特に、１重量％までとすることができる。
【００１９】
したがって、ピストンリング及び/又はシール要素及び/又はスクラッパーリングが掃気用スペースに対して気密性を保持することは必要ないが、前記凹所を燃焼スペースに対して気密に保持するためのシール要素は設ける必要がある。温度は１００℃〜１５０℃を超えては成らず、２００℃は臨界温度である。潤滑剤含有ガスは掃気スペースから凹所を経て通路に導入されるため、温度が臨界温度に上昇しないように冷却される。
【００２０】
前記凹所は、第１のピストンリング（もし、存在する場合）の下のピストンジャケット表面に設けられたリング状の溝として設けることができる。このリング状溝は大気圧の圧力の貯蔵器と連通している。このため、リング状溝の圧力は、大気圧より僅かばかり、即ち、貯蔵器と凹所の連通ラインにおける圧力損失の合計分だけ高い。従って、ピストンリングの上の圧力は、凹所内の圧力より高く、また、凹所の下側の圧力より高く、これがチャージエア圧力に対応する。この圧力差により、潤滑剤含有ガスは流れ、このことは、潤滑剤含有空気が凹所とそれに隣接する通路内に流入することを意味する。この通路は、複数の穴と接続ラインを経て貯蔵器まで連通する。ピストン表面及びシリンダー表面に沿った行程の間、ガスは潤滑剤を受け取り、そうでない場合は表面が僅かに捕集する。
【００２１】
シリンダースペースからの潤滑剤含有ガスの抽出は、通路中に真空ポンプによる真空手段の適用により更に改善され、この真空の適用は、特に、ターボチャージャを備えないエンジンにとって有利である。
【００２２】
特に、ピストンリングをピストンジャケット表面に設けることができ、これにより、ピストンリング、ピストンジャケット表面及びシリンダースリーブの間で画成される中間スペースが形成され、このピストンスペースは凹所を含むものである。
【００２３】
前記通路による潤滑剤含有ガスの転向のための燃焼スペースの圧力と通路内の圧力との間で要求される圧力差は、燃焼スペースを凹所からシールするピストンリングを通じた漏洩を制御することによりもたらされる。この場合、凹所内の圧力はチャージ圧より高くなる。
【００２４】
このことは、本発明の実施例によれば、凹所と掃気スペースの間にピストンリングを使用しないことを可能にすることを意味している。更に、溝を比較的に下方に、例えば、ピストンスカート内に設けることができ、これによって、抽出の効率は悪くなるが、吸気内に高温の空気が入ることが少なくなる。
【００２５】
本発明の一実施例によれば、第１ピストンリングと第２ピストンリングをピストンジャケット表面に設けることができ、これにより、第１及び第２ピストンリング、ピストンジャケット表面及びシリンダースリーブで画成される凹所を含む中間スペースが形成される。
【００２６】
一つの実施例によれば、溝により中間スペースが形成されるように、溝がピストンジャケット表面に設けられる。この溝は、特に、円周方向の溝として形成される。
【００２７】
シリンダーは複数の掃気開口を含むシリンダースリーブを持ち、ここでは、潤滑剤含有ガスはピストンが掃気開口を覆うとき凹所内に案内され、この場合、前記掃気開口は、特に、掃気スリットとして形成される。シリンダーは内側サイドを持つシリンダーヘッドを持つことができ、内側サイドにおいてシリンダースリーブが隣接し、ここでは、燃焼スペースが、上部ピストンサイド、シリンダースリーブ及びシリンダーヘッドの内側サイドによって画成される。掃気スペースはピストンの下側に隣接し、ここでは、凹所内の流体圧は燃焼スペース内の圧力より、また、掃気スペース内の圧力より小さい。
【００２８】
本発明による一つの有利な実施例によれば、ピストン本体内の通路はリング通路に連通する穴を含むことができる。このピストン本体内の通路は共通のリング通路に連通する複数の穴を含むことができる。穴の数と掃気開口の数を対応させ、特に、穴の数と掃気開口の数を等しくする、又は掃気開口の数の倍数とすることが有利である。
【００２９】
本発明の一つの実施例によれば、通路は貯蔵器と流体連通状態とされ、この手段は特別の開放圧の分離要素及び/又はフィルタ要素を備えることができる。この分離要素及び/又はフィルタ要素は通路の任意の位置に設けることができる。
【００３０】
通路は、特に、出口端を有し、この通路の出口端は開放圧の分離要素に連通する。凹所は、ピストンジャケットにおいて流体潤滑剤の偏向のための偏向要素を持つ入口端を持つ。この偏向要素は流体潤滑剤が通路に到達することを阻止する突状物として形成することができるが、ピストンの潤滑に使用するようにすることもできる。これの代替として、又はこれに付加して、潤滑剤含有ガスから流体の潤滑剤を分離する分離要素、特にスクラッパーリングを設けることができる。
【００３１】
更に、スロットル要素及び/又はバルブ及び/又はポンプを入口端の下流に設けることができる。スロットル要素及び/又はバルブ及び/又はポンプは流れを制御するための装置を含むことができる。スロットル要素及び/又はバルブ及び/又はポンプは、特に、供給量を変化させるように設計することができる。これにより、潤滑剤含有ガスの流れを内燃機関の作動条件に合わせて決定することができる。この作動条件は、負荷、使用燃料、使用潤滑剤、潤滑剤の流量、内燃機関の排出規制を含む。これらの代わり、或いは、これらに加え、流量も、また、ピストンストロークに応じて制御することができる。
【００３２】
前述の実施例によれば大型エンジンはピストン装置を含み、通路はピストンを通してピストンロッド内及び/又はニーレバー内及び/又は伸縮チューブ内及び/又はスタンド内へ延びている。
【００３３】
排出の抑制のため及び/又潤滑剤の自然発火の抑制のための潤滑剤含有空気の抽出は、潤滑剤捕集装置により実行され、潤滑剤含有空気又は潤滑剤は、ピストンリング又はピストンジャケット表面を経由して、内燃機関の燃焼スペースに入る。更に、本発明による潤滑剤捕集装置は潤滑剤の再利用のために機能する。この目的のため、潤滑剤通路は、ニーレバーを経由してピストンロッドを通してピストンから貯蔵器へ導かれる。潤滑剤液滴を含む空気は貯蔵器へ案内され、潤滑剤通路を通して濾過される。本発明の目的は、燃焼スペース内の空気内の潤滑剤の割合を減らすことである。
【００３４】
制御装置は、内燃機関の作動状態により制御される空気流を制御する手段を使用することによって設けることができる。この制御装置は、特にスロットル、バルブ又はポンプを流れる流量を変化させる。更に、分離要素及び/又は貯蔵器の間に設けられるポンプを通して圧力差の変化が生じる。分離要素は貯蔵器に接続する、即ち、貯蔵器と流体接続の状態とすることができる。
【００３５】
貯蔵器は、特に、大気圧より低い圧力を持つことができる。例えば、真空ポンプにより真空が発生される、即ち、負の圧力差を増加させることができる。
【００３６】
貯蔵器からの潤滑剤は、潤滑剤の全体消費量を抑えるように、再び潤滑に使用される。
【００３７】
潤滑剤含有ガスのピストン装置のシリンダー内スペースからの流れを案内するための方法は、以下のステップを含む：
ピストンジャケット表面、ピストン上端、ピストン下端を持つピストンの、シリンダーのシリンダースリーブに沿ってピストン上死点からピストン下死点まで、及びその逆の運動。ピストンは、ピストン本体に設けられる潤滑剤捕集装置を含む。ピストンの下死点から上死点への運動の間、ピストン、シリンダースリーブ及びシリンダーヘッドの内側の間に存在するガスは燃焼スペース内で圧縮される。シリンダースリーブに沿ったピストンの運動の間、ピストンの滑動面とシリンダースリーブの潤滑が行われる。潤滑剤捕集装置は、潤滑剤が燃焼スペースに達するのを防ぐための、ピストンジャケット表面の凹所と潤滑剤含有ガスを受けるための通路を含み、前記通路は凹所においてピストン本体に連接する。ピストンの運動中及び/又はピストンがシリンダースリーブ内の捕集開口を覆う間、潤滑剤含有ガスは前記通路を経て貯蔵器に案内される。凹所内部の圧力は燃焼スペースより低く、また、捕集スペース内の圧力より低いため、潤滑剤含有ガスは、凹所とシリンダースリーブとピストンジャケット面によって形成される中間スペースから抽出される。潤滑剤含有ガスは分離要素に案内される。潤滑剤は分離要素においてガスと分離され、これにより、ガスは清浄され、潤滑剤は捕集される。潤滑剤はリサイクル、即ち、シリンダースリーブの潤滑のために再利用される。
【００３８】
本発明は、長期間に亘り捕集するため、又はエンジンを清掃された状態に保持するために特に有利である。本発明は、特別には、クロス-ヘッドドライブを持つエンジンに使用されるが、内燃機関に使用されるような全ての種類のピストンエンジンにも使用できる。これらのエンジンは、流入口、即ち、エンジン内への空気の入口からの空気の通路は、ピストン下端を経て捕集スリットまでと長く、この点で、潤滑剤液滴のための多くの可能性が与えられるという特徴を有する。
【００３９】
本発明の更なる利点は、潤滑剤の割合が少なくなるため、煤の堆積及び/又は燃焼生成物の堆積を減らすことができることである。
【００４０】
本発明は、特に、予混燃料用のエンジンに使用することができるが、二元燃料用のジーゼルエンジン又はガスエンジンに有利に使用することができる。
【００４１】
このエンジンは、特に、高圧縮率及び/又は高駆動圧力を持つことができる。このエンジンは、低速２ストロークモータとして設計することができ、また、中速又は高速の運転速度を持つ、４ストロークのモータとして設計することができる。
【００４２】
空気を供給するためにターボチャージャを設けることができる。この種のシリンダーの潤滑とは別に、特に、クロスヘッドドライブを持つ２ストロークエンジンにおいては、空気流が高速であるため、大部分の潤滑剤が空気内に局所的に注入される。このスプレイ効果は、特に、ピストンリングを通して空気及び/又は排ガスの連続的な漏洩、及び、掃気スリットの開口部における空気及び/又は排ガスのノックバック効果に関連するものである。これにより生じるオイルクラウドは、強い空気の流れがピストンの下端の掃気スペースの周囲に発生するため、掃気空気全体と混合する。掃気スリットがフリー又はピストンが下死点に存在するとすぐにオイルクラウドは空気と混合し、燃焼チェンバー内に到達する。潤滑剤含有ガスは、燃焼スペース内での潤滑剤の自然着火を燃料の着火と同様に引き起こすため、潤滑剤が燃焼スペース内に入ることは避けるべきである。この理由により、空気中の潤滑剤の濃度は本発明により減少される。ピストン近傍で局所的に存在するオイルクラウドは、本発明によりシリンダー内壁とピストンジャケット表面間のギャップを経て圧力差により凹所内に抽出される。これにより、オイルクラウドはもはや掃気空気と接触せず、むしろそれ以前に抽出されるため、オイルクラウドと掃気空気全体との混合が避けられる。オイルクラウド自体は潤滑には殆ど寄与せず、したがって、潤滑剤の消費の消費を不必要に増加させるものである。この理由で、このオイルクラウドは、シリンダー内スペースから生成する位置において直接に抽出され、その結果として、分離要素又はフィルタによって空気から有利に濾過され、次いで、新たな潤滑サイクルで再び利用可能となる。
【００４３】
上述の説明は、実施例の説明と同様に、本発明の機能の原理を説明するためのものである。更に、有利な実施例が従属クレーム及び図面から導かれる。更に、本発明の枠組みにおいて、記載された個々の特徴又は開示された実施例は任意に相互に組み合わせることができる。
【００４４】
以下、本発明は図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施例によるピストンシリンダー装置の断面図である。
【図２】本発明の第２実施例によるピストンシリンダー装置の断面図である。
【図３】図２の断面図を示す。
【図４】本発明の第３実施例による潤滑剤捕集装置を持つ大型ジーゼルエンジンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１によるピストンシリンダー装置２は、ピストン３と共にシリンダー２０を含む。シリンダー２０はシリンダー内側スペース１８を画成するシリンダー１７を持つ。ピストン３はピストン上端面５及びピストン下端面６を持つ。ピストンジャケット表面４、ピストン上端面５及びピストン下端面６がピストン本体８を画成する。ピストン本体８は複数の部品、例えば、ピストンヘッド３８とピストンスカート３９含むことができる。ピストン本体８は少なくともその一部に中空スペース４０が設けられ、ここを通して冷却材がピストン本体８内に導入されるようにしている。ピストン３は、ピストン内側スペース８内に設けられる潤滑剤捕集装置７を含む。潤滑剤捕集装置７は、潤滑剤含有ガス１０を受けるための、ピストンジャケット表面４における凹所１１及び通路９を含む。通路９はピストン本体８内の凹所１１と連通し、これにより、潤滑剤含有ガス１０が、運転状態において通路９を経由して貯蔵器１３に導かれるようにしている。凹所１１は、ピストンジャケット表面４に特に溝１２の形態で形成されており、ピストンジャケット表面４とシリンダースリーブ１７との間に中間スペース１６が形成される。溝１２はピストンジャケット表面４の周囲の一部を亘って延びている。図示されてはいないが、このような溝は、特に、ピストンジャケット表面の周囲に複数設けることができる。少なくとも一つの通路９が溝１２又は複数の溝１２の各々に連通する。
【００４７】
シリンダー２０は、複数の掃気開口１９を含むシリンダースリーブ１７を備えており、潤滑剤含有ガス１０が、ピストン３が掃気開口１９を覆うとき、凹所１１内に導入される。
【００４８】
シリンダー２０はシリンダースリーブ１７が接続する内側面２２を持つシリンダーヘッド２１有し、ピストン上端面、シリンダースリーブ１７及びシリンダーヘッド２１の内面２２とで燃焼スペース２３が画成される。掃気スペース２４はピストン下端面６と隣接し、ここでは凹所１１内の流体圧が燃焼スペースより低く、また、掃気スペース２４の圧力より低くされる。
【００４９】
図２は、第１ピストンリング１４と第２ピストンリング１５がピストンジャケット表面４に設けられているピストンシリンダーの実施例を示し、ピストンリング１４、ピストンジャケット表面４及びシリンダースリーブ１７によって画成される中間スペース１６が形成され、その中間スペース１６は凹所１１を含んでいる。凹所１１はピストンジャケット表面４の円周状溝１２として形成され、中間スペース１６がピストンジャケット表面４とシリンダースリーブ１７の間に、ピストンリング１４、１５と共に溝１２によって形成されるようにしている。図示されていないが、特別に、複数のこのような溝がピストンジャケット表面の周面に互いに平行になるように分散して設けることができる。少なくとも一つの通路９がこの溝１２又は各溝１２と接続できるようにされる。
【００５０】
ピストンリング１４は燃焼スペース２３と実質的にガス密封構造を形成する。ピストンリング１５はガス密封構造とはしていない。これは、潤滑剤スクレイパーリングとしても形成される。凹所はピストンリング１４とピストンリング１５の間に形成される。有利な実施例によれば、凹所１５は、５００mmのシリンダー内径に対して４mmの直径の穴を持つ。
【００５１】
図３は図２のピストンの断面を示す。図３はピストンの半分を示し、ピストン上端面５、ピストン下端面６及びピストンジャケット表面４を示す。ピストン３は図２に示すうようにピストンヘッド３８とピストンスカート３９によって組み立てられている。ピストンヘッド３８とピストンスカート３９はピストン本体８を形成し、このピストン本体８は潤滑剤捕集装置７を含んでいる。潤滑剤捕集装置７は潤滑剤を含むガス１０を受け取るための通路９として形成されている。潤滑剤含有ガス１０の流路は矢印で示されている。通路９は入口端２７から図示されてない出口端２８に延びている。入口端２７は溝１２によって形成される中間スペース１６内に存在し、溝１２は凹所１１を形成し、溝１１は、図１に示されるようにピストンジャケット表面の一部に亘って延びるか、又は図２に示されるように、ピストンジャケット表面の円周全体に亘り延び、また、ピストンリング１４，１５のための溝４１，４２に対し、実質的に平行に延びるようにすることができる。この図示の例ではピストンリングは省略されている。入口端２７は偏向要素２９を持ち、これは潤滑剤が通路９内に入るのを阻止している。偏向要素は、特に、突条として形成されるが、特にスクレイパーリングのようなスクレイパー要素としても形成することができる。通路９は一又は複数のスロットル要素３０を含むことができる。特に、それらのスロットル要素３０は通路９を狭めることにより形成することができる。
【００５２】
ピストンヘッド内の通路９は穴２５として形成され、この穴２５はリング状通路２６内に通じ、このリング状通路はピストン本体８内のピストンヘッドの下端側に機械加工される。この通路の加工は、リング状通路２６の加工と共に材料加工工程を使用して行われる。特に、凹所１１の周囲に複数の穴２５が設けられる。リング状通路２６は、例えば、ミリング又は旋盤加工により製作できる。リング状通路２６は、ピストン本体８のピストンスカート内に設けられ、また少なくとも部分的にスロットル要素３０として形成される一又は複数の第１通路区域４３へと続いている。
【００５３】
この第１通路区域４３はピストンスカート３９とピストンロッド３４の間の形成される第２通路区域４４へと続く。この通路はピストンロッド内の第３通路区域４５及び第４通路区域４６に続く。第２通路区域４４は封止要素４７により周囲から閉ざされており、潤滑剤含有ガスが外部に放出されないようにしている。封止要素４７により、ピストンスカート３９とピストンロッド３４との間の異なる熱応力による膨張は生じないように保たれる。更に、封止要素４７は封止要素４７を取り外しを可能とする脱着装置４８と適合させられており、例えば、保守時において、通路９の清掃又は封止要素の交換が可能とされる。
【００５４】
凹所１１に直接に連通するスロットル要素３０を形成する穴は、特に、４mmから３０mmまでの直径を有し、好ましくは１５個までの穴がピストンジャケット表面４の周囲に分散して設けられている。これらの穴はリング状通路２６に連通する。更に、穴は、スロットル要素３０として形成されているリング状通路２６とは離れて接続される。好ましくは、１５個までの穴が１０mmまの直径、好ましくは６mmまでの直径で形成される。少なくとも穴２５の一部は通路区域４３より小さい直径を持つことが好ましい。穴２５の断面積の合計は、通路区域４３の断面積より小さくすることが有利である。また、これらの穴は第２通路区域４４を形成するリング状通路に連なっている。第２通路区域４４と連通する単一の通路が設けられ、この通路が第３通路区域４５と第４通路区域４６を形成する。第３通路区域４５及び/又は第４通路区域４６は３０mmまで、好ましくは２５mmまでの直径を持つ。
【００５５】
図４は本発明の更なる実施例によるピストンシリンダー装置を持つ大型エンジンを示す。特に、通路９の範囲について２つの態様が示される。前述の実施例と同様に通路９はリング状通路２６に連なるピストン本体８内の穴２５を含む。穴２５の数は特に掃気開口１９の数に対応し、掃気開口の数と等しいか、或いは、掃気開口の数の倍数、又は掃気開口の数の一部分とされる。特別には、一定の分割数の掃気開口を設けることができる。
【００５６】
通路９は、開放圧の分離要素及び/又はフィルタ要素１３と流体接続される。潤滑剤１０を含むガス流から潤滑剤が分離要素及び/又はフィルタ要素において放出される。図４は二つの分離要素１３を示している。
【００５７】
二つの分離要素のうちの第１のものはピストンロッド３４を通る供給ラインを経由して供給される。この供給ラインは図３の第３通路区域４５及び第４通路区域４６を含むことができる。ピストンロッド３４の基端部において、通路９はニーレバー３５内に延びる通路に接続している。このニーレバーは、スタンド３７とピストンロッドに固定して設けられる連結装置間の連結部を構成する。このニーレバーは、それ自体、グラディングシューと共に知られた方法で動く。
【００５８】
潤滑剤含有ガス１０は連結装置から分離要素への入口を形成する出口端２８に到達し、このことは通路９の出口端２８は開放圧の分離要素に連通していることを意味する。また、例えば、バルブ３１のような遮断手段を通路に設けることができる。
【００５９】
図４に示されるものに類似する更なる変形によれば、通路９はピストン３を通り、伸縮チューブ３６及び/又はスタンド３７内に延びる。伸縮チューブ３６は通路３９を含み、ピストンスカート３９又はピストンロッド３４に連結される第１端部を持つ内側チューブを持つ。この内側チューブは外側チューブ内に受け入れられる第２端部を持つ。外側チューブはハウジング又はスタンド３７（図示せず）に固定される。内側チューブと外側チューブの位置関係は交換可能である。図４によれば、通路９は、特に、真空ポンプとして設計されるポンプに接続される。このポンプは、特に、ターボチャージャを備える内燃機関では省略できる。通路９は続いて出口端２８において終わり、出口端２８は分離要素及び/又はフィルタ要素１３に接続される。
分離要素及び/又はフィルタ要素の機能は前述の態様のものと変わるものでなく、したがって、前述の説明を参照されたい。
【００６０】
スロットル要素３０及び/又はバルブ３１及び/又はポンプ３２は入口端２７の下流側に設けられる。スロットル要素３０及び/又はバルブ３１及び/又はポンプ３２は流量を制御するための制御装置３３を含むことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  エンジン
２  ピストンシリンダー装置
３  ピストン
４  ピストンジャケット表面
５  ピストン上端面
６  ピストン下端面
７  潤滑剤捕集装置
８  ピストン内側スペース
９  通路
１０  潤滑剤含有ガス
１１  凹所
１２  溝
１３  貯蔵器
１４  ピストンリング
１６  中間スペース
１７  シリンダースリーブ
１９  掃気用開口
２０  シリンダー
２１  シリンダーヘッド
２２  内側面
２４  掃気スペース
２５  孔
２６  リング状通路
２７  入口端
２９  偏向要素
３０  スロットル要素
３５  ニーレバー
３６  伸縮管
３７  スタンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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