(57)【要約】軸方向に上下可動かつ軸を中心に回転可能な、弁棒（８）によって弁ケーシング（９）内に可動支持された２サイクル大型ディーゼル機関の排気弁であって、前記弁ケーシングに持ち上げ作動装置、もどし装置、回転装置ならびに、弁開放運動の終端を制動する制動装置が配備され、該制動装置は弁棒（８）と結合された制動ピストン（２１）を有し、該制動ピストンは前記持ち上げ作動装置の作用下で排気弁の開放運動終了間際に流体で満たされた対応する制動チャンバ（２２）内に嵌入し得るように構成した排気弁において、排気弁の開放運動を制動する制動ピストン（２１）が排気弁開放方向において制動チャンバ（２２）内に嵌入するピストン前方端面から出発する少なくとも１本の流れ路（３１）を具備し、該流れ路が半径方向とは異なる方向に延びて制動ピストン（２１）の外周で開口することにより、エネルギ損失を回避し、それにもかかわらず確実な弁回転を達成することができる。
2006504028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に上下可動かつ軸を中心に回転可能な、弁棒（８）によって弁ケーシング（９）内に可動支持された２サイクル大型ディーゼル機関の排気弁であって、前記弁ケーシングに持ち上げ作動装置、もどし装置、回転装置ならびに、弁開放運動の終端を制動する制動装置が配備され、該制動装置は弁棒（８）と結合された制動ピストン（２１）を有し、該制動ピストンは前記持ち上げ作動装置の作用下で排気弁の開放運動終了間際に流体で満たされた対応する制動チャンバ（２２）内に嵌入し得るように構成した排気弁において、排気弁の開放運動を制動する制動ピストン（２１）は排気弁開放方向において制動チャンバ（２２）内に嵌入するピストン前方端面から出発する少なくとも１本の流れ路（３１）を具備し、該流れ路は半径方向とは異なる方向に延びて制動ピストン（２１）の外周で開口していることを特徴とする排気弁。
【請求項２】
請求項１において、制動ピストン（２１）の外周に均等に配置された複数本の流れ路（３１）、好ましくは２本の互いに１８０°ずらして配置された流れ路（３１）が設けられていることを特徴とする排気弁。
【請求項３】
前記請求項のいずれか１項において、各流れ路（３１）のピストン外周側末端は軸方向において制動ピストン（２１）の制動チャンバ（２２）とは反対側の端面から離間していることを特徴とする排気弁。
【請求項４】
前記請求項のいずれか１項において、少なくとも１本の流れ路（３１）は孔ないし連結孔（３２ａ，ｂ）として形成され、ピストン外周側に開口する孔は接線と平行な方向に延びていることを特徴とする排気弁。
【請求項５】
請求項４において、前記連結孔は制動ピストン（２１）の制動チャンバ側端面から出発する、軸と平行な盲孔（３２ａ）を有し、該盲孔は制動ピストン（２１）の外周から出発する、接線と平行でかつピストン端面と平行な盲孔（３２ｂ）と交わっていることを特徴とする排気弁。
【請求項６】
前記請求項のいずれか１項において、少なくとも１本の流れ路（３１）はピストン外周に設けられた溝（３５）として形成されていることを特徴とする排気弁。
【請求項７】
請求項６において、溝（３５）の深さは上方末端に向かって減少していくことを特徴とする排気弁。
【請求項８】
前記請求項のいずれか１項において、制動チャンバ（２２）には油を供給し得ることを特徴とする排気弁。
【請求項９】
請求項８において、制動チャンバ（２２）には潤滑油を供給し得ることを特徴とする排気弁。
【請求項１０】
前記請求項のいずれか１項において、制動チャンバ（２２）は制動ピストン（２１）に対応する、制動媒体としての流体好ましくは潤滑油の貫流する収容チャンバ（１７）の下方突出し部として形成され、該収容チャンバはその内径が制動ピストン（２１）の直径より大きく、制動チャンバ（２２）の上方に該チャンバから離間して配置された流体用の１個の流入口と少なくとも１個の流出口（１９）とを備えていることを特徴とする排気弁。
【請求項１１】
前記請求項のいずれか１項において、前記の持ち上げ作動装置、もどし装置および、回転装置の組み込まれた制動装置は弁ケーシング（９）に載設されたヘッドケーシング（１２）内に配置され、該ヘッドケーシングは上側部材（１２ａ）、下側部材（１２ｂ）および、下側部材（１２ｂ）の内腔に嵌挿された、弁軸と同軸の制動チャンバ（２２）を形成する中央部材（１２ｃ）から成ることを特徴とする排気弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸方向に上下可動かつ軸を中心に回転可能な、弁棒によって弁ケーシング内に可動支持された２サイクル大型ディーゼル機関の排気弁であって、前記弁ケーシングに持ち上げ作動装置、もどし装置、回転装置ならびに弁開放運動の終端を制動する制動装置が配備され、該制動装置は弁棒と結合された制動ピストンを有し、該制動ピストンは前記持ち上げ作動装置の作用下で排気弁の開放運動終了間際に流体で満たされた対応する制動チャンバ内に嵌入し得るように構成した排気弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の公知の排気弁において、弁棒は、回転運動を実現するため、弁棒によって貫かれた排気排出路内に突き出た回転翼を備えており、該回転翼は流過する排気によって回転運動を遂げる。この場合、排気からエネルギが奪われ、爾後の排気ターボチャージャーの駆動時にエネルギが不足することから、比較的低いチャージ圧力しか達成されないこととなる。
【０００３】
日本特開昭６１−０８３４０４号公報明細書から、弁棒が前記の類の回転翼に加えて弁棒上端部にいわゆるペルトン水車様に形成された駆動輪を備え、該駆動輪がポンプによってつくりだされた流体ジェットの作用を受ける排気弁装置が公知である。この場合、ポンプの駆動に要されるエネルギは同じく出力損失を招来する。
【０００４】
日本特開昭５９−４７５８１号公報明細書から、閉運動が制動される排気弁が公知であり、この場合該閉運動にあたり、弁棒に結合された制動ピストンの上端が弁閉運動の終了間際に流体の作用を受ける制動チャンバ内に嵌入するとともに該制動ピストンは接線方向に配置されたノズルに至る流れ路を有し、これにより、対応する弁座に着座する際に弁の回転が生ずる。この場合、前記制動チャンバは制動ピストンの上方に設けられる持ち上げ作動装置の取付けを困難とする。またこの場合さらに弁の閉運動が妨げられる点が不都合である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の点から出発して本発明の目的は、前記の類の弁を簡単かつ安価な手段によって改良し、有効エネルギを消費せず、それにもかかわらず弁開放時の確実な回転運動が達成されるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は本発明により、排気弁の開放運動を制動する制動ピストンが排気弁開放方向において制動チャンバ内に嵌入するピストン前方端面から出発する少なくとも１本の流れ路を具備し、該流れ路は半径方向とは異なる方向に延びて制動ピストンの外周で開口することによって解決される。
【０００７】
前記の対策により好適なことに、制動装置に組み込まれた、反動原理で作動する回転装置が得られる。この場合、制動ピストンは比較的大きな直径を有していることから、それが制動チャンバ内に嵌入する際に前記流れ路にも比較的大きな圧力が発生する。したがって、これによって生み出された、ピストン外周側の流れ路末端から流出するジェットは大きな衝動を生じ、これが高いトルクとともに所望の角度におよぶ確実な弁の回転を結果することとなる。弁の回転に利用される圧力は弁の開放運動終端部の制動によって産み出されるため、有効エネルギが消費されないという利点が得られる。またこれによって閉運動が妨げられることもないため、確実な閉ストロークが保障される。また他方で、制動装置を使用することにより、堅固なストッパへの弁の激しい衝突が回避されるため、弁の開放に高圧が使用されても緩徐な作動態様が保障される。
【０００８】
前記の対策の好ましい実施形態および好適な発展形態は従請求項に記載してある。この場合、特に好適な対策の一つは制動ピストンに設けられた流れ路のピストン外周側末端が軸方向において制動ピストンの制動チャンバとは反対側の端面から離間していることである。この対策により好適なことに２段階の制動作用が生ずる。すなわち、流れ路の外周側開口が制動チャンバの側壁によって覆われていないかぎり、弁の回転運動が生ずると同時に一定の制動作用が達成される。さらにこの制動作用は制動ピストンが制動チャンバ内にさらに深く嵌入して流れ路の開口が覆われるに至ると直ちに増強されることとなる。
【０００９】
さらにもう一つの好適な対策は少なくとも１本の流れ路が接線と平行な方向に延びてピストン外周側に開口する孔ないし連結孔として形成されていることである。これらの孔は容易な方法で正確に作製することが可能である。さらに別な対策は少なくとも１本の流れ路がピストン外周に設けられた溝として形成されていることである。こうした溝は好適なことに特に容易に作製することが可能である。
【００１０】
弁には弁棒と結合された１個のピストンとケーシング内腔とで形成された油圧式作動装置が配備されているのが好適である。該ケーシング内腔は、制動ピストンに対応する、好ましくは潤滑油によって形成された流体の作用を受ける収容チャンバの、制動チャンバに対向する突出し部として形成されており、この場合、該収容チャンバは流体流入口と流体流出口とを有している。これにより、収容チャンバの下方突出し部として形成された制動チャンバへの所要の流体の確実な供給が保障される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
前記の対策のその他の好ましい実施形態および好適な発展形態はその他の従請求項に記載されており、その詳細は図面に基づく以下の例示説明から看取されよう。
【００１２】
本発明の主たる適用領域はたとえば舶用駆動装置として使用される２サイクル大型ディーゼル機関である。この種の機関の基本的な構造と作動方式とはそれ自体として公知であることから、本発明に関連して詳しい説明を行なうことは不要であろう。
【００１３】
この種の機関は通例、複数の順次直列に配置されたシリンダを有している。図１の基本となるシリンダは燃焼室１を含んでおり、該燃焼室の上限はシリンダライナ２に載設されたシリンダカバー３によって形成されている。該シリンダカバーはシリンダ軸と同軸に配置された排気排出口４を含み、該排気排出口には弁座５と連携する排気弁６が配置され、該排気弁は排気排出口４の開閉制御のために上下動し得ると同時に封止面を清潔に保つために回転可能である。前記の運動は図１に、動きを示す矢印で表されている。図１には弁６が閉ポジションで表されており、該ポジションにおいて弁頭７は周回弁面を以って対応する弁座５の座面に密接している。
【００１４】
弁６は弁頭７から同軸的に上方に突き出した弁棒８により、シリンダカバー３に載設された弁ケーシング９内で軸方向に可動かつ円周方向に回転可能に支持されている。弁棒８は排気排出口４に連続する排気路１０に貫入し、該排気路の上部路壁部には弁棒８に対応するガイドブシュ装置１１が設けられており、弁棒８は該ガイドブシュ装置を貫通している。弁棒８はガイドブシュ装置１１から突き出た部分を以って、図２から最もよく看取し得るように、弁ケーシング９に載設されたヘッドケーシング１２内に貫入しており、該ヘッドケーシングは弁６に配備された持ち上げ作動装置、もどし装置ならびに制動装置を含み、該制動装置には回転装置が組み込まれている。持ち上げ作動装置は油圧ユニットとして形成され、弁棒８の上端に取付けられたピストン１３を含んでおり、該ピストンはヘッドケーシング１２の当該内腔１４内に配置されて作動チャンバ１５の下限を形成しており、該作動チャンバは油圧供給矢印１６で示唆したように高圧圧媒油によって負荷される。油圧源としてポンプが設けられていてよい。好ましくは油圧源としていゆわるコモンレールを設け、該コモンレールからそれぞれ１個の弁を備えた分岐管が各作動チャンバ１５に通じるようにすることも可能である。この場合には、弁６は開放ストロークの全体にわたって不変の非常に高い圧力の作用を受けるようにすることができる。
【００１５】
作動チャンバ１５を含んだ内腔１４は、ヘッドケーシング１２内に弁軸と同軸に設けられた、より大きな直径を有した収容チャンバ１７の上方突出し部として形成されている。弁棒８の収容チャンバ１７を貫通する部分は制動ピストン２１を担持しており、該制動ピストンは弁６の開放運動の下端部で対応するリング状の制動チャンバ２２内に嵌入する。該制動チャンバは内腔１４に対向する、弁軸と同軸の、収容チャンバ１７の下方突出し部として形成されており、弁軸と同軸の弁棒８によって貫通されている。
【００１６】
収容チャンバ１７は制動チャンバ２２も満たしている流体の作用を受ける。図示例において、流体としては、作動チャンバ１５に供給される圧媒油の高圧に比較して相対的に低い０．３  ｂａｒの低圧を有した、低圧潤滑系から供給される潤滑油が使用される。該潤滑油は収容チャンバ１７を通って誘導され、そのため該収容チャンバは少なくとも１個の流入口１８と少なくとも１個の流出口１９、ここでは上下に配置された２個の流出口１９とを有している。これらの流出入口は制動チャンバ２２の上方に該チャンバから離間して配置されているため、収容チャンバ１７は常に制動チャンバ２２の高さを越える潤滑油で満たされていることとなり、同時に、自らは潤滑油流出入口を持たず、収容チャンバ１７からのみ給油される制動チャンバ２２は確実に潤滑油で充填されていることとなる。収容チャンバ１７への給油は、液位線２０によって示唆したように、それを経て息抜きも行なわれる上方流出口１９の位置まで行なわれる。
【００１７】
２個の流出口１９は１本の無圧の還流集油管２３に合流しており、ピストン１３と該ピストンに対応する内腔１４との間の隙間に侵入する漏油ならびに弁棒８と該弁棒によって貫通された、制動チャンバ２２に前置されたブシュ装置２４との間の隙間に侵入する漏油も該還流集油管を経て排出される。還流集油管２３は周回環状路２５に合流し、該環状路は排出口２６を備えている。ヘッドケーシング１２は制動チャンバ２２を具備した収容チャンバ１７を含む領域の下方に弁棒８によって貫かれた油溜めチャンバ２７を有し、弁棒８とブシュ装置２４との間の隙間に侵入する漏油は該油溜めチャンバに受けとめられる。油溜めチャンバ２７は、連結管２７ａによって示唆されているように、周回環状路２５に連結されている。
【００１８】
作動チャンバ１５の加圧ストロークによってピストン１３とともに弁６は下方へ運動させられ、これによって弁６は弁座から引き離される。この開放運動の最終段階において制動ピストン２１は対応する制動チャンバ２２に嵌入するに至り、これにより弁６の開放運動が減速されて堅固なストッパへの激しい衝突が回避される結果、作動チャンバ１５の高圧負荷にもかかわらず緩徐な作動態様が保障される。弁６の閉鎖にはもどし装置が設けられており、該もどし装置は作動チャンバ１５の圧力が低下すると弁６を引きもどす。もどし装置はもどしばねとして形成されていてもよい。図示例において、もどし装置は油溜めチャンバ２７に設けられた空気圧ユニットとして形成されており、該空気圧ユニットは弁棒８に取付けられたピストン２８と、該ピストンが上限をなす、油溜めチャンバ２７の下方に続く内腔によって形成された作動チャンバ２９とから成り、該作動チャンバは供給管を経て、作動チャンバ１５の加圧ストロークとは逆のストロークで圧縮空気によって加減圧される。このため作動チャンバ２９は圧縮空気源に接続された入口３０ａと圧縮空気出口３０ｂとを備えている。
【００１９】
ヘッドケーシング１２は多体式に形成されているのが好適である。図示例においてヘッドケーシング１２は、持ち上げ作動装置に対応する上側部材１２ａと、もどし装置を形成する空気圧ユニットに対応する下側部材１２ｂと、上側部材と下側部材との間の接合部から油溜めチャンバ２７を形成する下側部材１２ｂの内腔の上方拡張部に嵌挿された、制動チャンバ２２と該チャンバに前置されたブシュ装置２４とを形成する中央部材１２ｃとを含んでいる。ピストン２８を含んだ作動チャンバ２９は油溜めチャンバ２７の下方に続いているのが好適である。
【００２０】
弁頭７ないし弁座５の封止面に生ずる沈着物が互いに対向面に付着することを防止するため、弁６は各持ち上げ運動に際して開放ストローク運動の終了間際に一定の角度だけ回転させられる。この場合、通例、１０〜２０°の比較的僅かな角度だけ回転させれば十分である。この回転運動は制動ピストン２１が対応する制動チャンバ２２に嵌入する際に発生する制動圧力によって実現される。このため制動ピストン２１は制動チャンバ側のピストン端面から始まる少なくとも１本の流れ路３１を具備しており、該流れ路は半径方向とは異なる方向に延びて制動ピストン２１の外周で収容チャンバ１７内に開口している。この場合、この種の複数本の流れ路３１が制動ピストン２１の外周に均等に配置されているのが好適であり、好ましくは２本の互いに１８０°ずらして配置されたこの種の流れ路３１が設けられているのがよい。こうした対策により、弁６は開放運動の最終段階に所望の回転を遂げることとなる。
【００２１】
図３と４に示した実施形態において流れ路３１は複数の一連の孔ないし複数の互いにつながった盲孔３２ａ、３２ｂからなる連結孔によって形成されている。この種の孔は高い精度で容易に作製することが可能である。図示例において前記の連結孔は、図３と４から十分看取し得るように、それぞれ制動ピストン２１の下側の制動チャンバ側端面から出発する、軸と平行な盲孔３２ａを含んでおり、該盲孔は制動ピストン２１の外周から出発する、制動ピストン端面と平行な面内にある盲孔３２ｂと交わっていることから、それぞれ１本の連続した流れ路３１を形成する流路が生じ、該流路のピストン外周側の末端は接線と平行でかつ端面に平行な、したがってここでは水平なノズル３３を形成し、制動ピストン２１が制動チャンバ２２に嵌入する際に当該流れ路に流入する油は、図３に矢印３４で示唆したように、接線に平行でかつ端面に平行なジェットの形で前記ノズルを経て収容チャンバ１７内に噴出する。これによってそれぞれ産み出される反動インパルスが弁６の所望の回転を結果することとなる。自明なことであるが、軸と平行な垂直孔と接線と平行な水平孔からなる連結孔に代えて、制動ピストン２１の外周から接線に平行な方向で斜め下方に向いた１本の孔を設けることも可能であろう。
【００２２】
図５に示した実施形態において、前記の流れ路３１を形成するため、制動ピストン２１の下側端面から出発して斜め上方に延びる外周溝３５が設けられている。これらの溝３４の深さは、図５右に示唆したように、溝３４の上部末端域において連続的に減少しているのが好適である。
【００２３】
流れ路３１を形成する流路の外周側末端は、図４と５によって具体的に示したように、制動ピストン２１の制動チャンバ２２とは反対側の端面から間隔ａだけ離間しているのが好適である。これにより、制動ピストン２１が流れ路３１の外周側末端の上端と制動ピストン２１の上側端面との間の前記の間隔を差し引いた制動ピストンの厚さに相当する深さまで制動チャンバ２２内に嵌入するや、直ちに流れ路３１の外周側開口は制動チャンバ２２の側壁によって閉じられることとなり、その結果、先に生じていた反動作用は消滅する。したがってこの対策から２段階の制動作用、つまり、流れ路３１が開いている間は低い制動効果が生じ、流れ路３１が閉じられた後は高い制動効果が生ずることとなる。
【００２４】
いうまでもなく、制動ピストン２１に設けられる流れ路３１の一部をピストン上側端面から一定の間隔を置いた位置で開口させ、一部をピストン下側端面からピストン上側端面まで連続させることも考えることができよう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】２サイクル大型ディーゼル機関の排気弁装置の部分断面図である。
【図２】図１に示した排気弁装置に配備された作動装置、もどし装置、制動装置および回転装置の断面図である。
【図３】図２に示した装置の制動ピストンを下側から見た図である。
【図４】図３に示した制動ピストンの側面図である。
【図５】外周溝を備えた別途制動ピストンの側面図である。
【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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【国際調査報告】
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2006504028.tif 000009
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2006504028.tif 000012
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