掃気管制弁装置を備えた内燃機関
【課題】掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を目標開口面積に正確に制御可能とするとともに、掃気通路の完全な閉塞を可能として掃気通路を通しての作動ガスの吹き返しを阻止してピストンリング、シリンダライナの耐久性を向上し、かつシリンダ注油用の潤滑油消費率を低減できる掃気管制弁装置を備えた内燃機関を提供する。
【解決手段】シリンダライナ１０の内側に、該シリンダライナ１０の内面に沿って移動可能に設けられて掃気孔１２を開閉し燃焼室１４内への掃気通路の開口面積を変化せしめる回動式掃気管制弁１と、機関のクランク角に対応して前記掃気管制弁１を駆動する油圧シリンダ３とを備え、前記クランク角の変化に対応して前記掃気管制弁１を移動させることにより、前記掃気通路の開口面積を変化せしめるように構成されたこと。
【解決手段】シリンダライナ１０の内側に、該シリンダライナ１０の内面に沿って移動可能に設けられて掃気孔１２を開閉し燃焼室１４内への掃気通路の開口面積を変化せしめる回動式掃気管制弁１と、機関のクランク角に対応して前記掃気管制弁１を駆動する油圧シリンダ３とを備え、前記クランク角の変化に対応して前記掃気管制弁１を移動させることにより、前記掃気通路の開口面積を変化せしめるように構成されたこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２サイクル大型ディーゼル機関に適用され、シリンダカバーに排気弁を備えるとともに燃焼室内に掃気を供給する掃気孔がシリンダライナの下部に周方向に沿って複数開設され、さらに該掃気孔を開閉するとともに燃焼室内への掃気通路の開口面積を変化せしめる掃気管制弁装置を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
２サイクル大型ディーゼル機関は、通常、ユニフロー掃気方式が採用されており、ピストンの下死点前に、シリンダライナの下部に周方向に沿って複数開設された掃気孔を該ピストンの上縁によって開き、該掃気孔から掃気（空気）をシリンダ内に供給し、該シリンダ内の残留燃焼ガスを、シリンダカバーに設けられた排気弁を通して押し出すように構成されている。
図１４は、かかるユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関における、掃気孔の開口面積Ａ１、排気弁の開口面積Ａ４及び該掃気孔及び排気弁の合成通路面積即ち有効換算面積Ａ５をクランク角に対応して示す掃、排気面積線図である。
【０００３】
かかるユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関において、図１４に示される掃気孔及び排気弁の有効換算通路面積を調整するため、掃気孔を開閉する掃気管制弁を設けたものが、特許文献１（特開平７−３２４６２６号公報）等により提案されている。
前記特許文献１の技術は、ユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関において、掃気孔の上側に周方向にそって複数の副掃気孔を開設するとともに、シリンダライナの外側に、該シリンダライナの外面に沿って軸方向に移動可能にされて、前記副掃気孔を開閉する掃気管制弁を設け、該掃気管制弁を軸方向に移動させることにより、燃焼室内への掃気通路開口面積を変化せしめるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３２４６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載されたディーゼル機関においては、シリンダライナの外側に設けた掃気管制弁を軸方向に移動させることにより副掃気孔を開閉し、燃焼室内への掃気通路開口面積を変化せしめるように構成されており、副掃気孔の開口面積を変化させることにより掃気孔開口面積を変化させ、掃気孔及び排気弁の有効換算通路面積を調整しているが、掃気孔及び排気弁の開閉時期は基本的には、図１０のような開閉タイミングとなっている。
【０００６】
即ち、かかる従来技術にあっては、ピストンの下降工程で掃気孔が開口する為、高圧高温の作動ガスが、掃気孔から掃気室内に逆流して掃気室火災等の不具合を発生させる事を防ぐ為、排気弁からの高圧排気が掃気孔開口前に完了する様、図９中のＡ点で排気弁を開き始める事に因り作動ガスが排気弁から流出し、Ｋに示す有効仕事を喪失していた。更に掃気孔が閉じた後においても排気弁が開いており、この期間中は掃気孔からの掃気でシリンダ内の残留燃焼ガスを排気弁を通して過給機側に押し出すようになっているため、シリンダ内の新気が排気側に吹き抜けて該新気の流出損失が発生し、これらの流出損失により機関の熱効率が抑えられ燃料消費率の低減も抑制されている。
また、かかる従来技術にあっては、掃気孔がピストンの下降中である下死点前に開口しているため、掃気孔の開口から下死点までは、ピストンの下降運動が燃焼室の上部側に向かう掃気の流入運動に対して逆方向に作用し、燃焼室内の掃気作用が阻害され易く、高い掃気効率を維持でき難い。
【０００７】
また、かかる従来技術にあっては、掃気孔の上側に周方向にそって複数開設された副掃気孔を開閉する掃気管制弁をシリンダライナの外側に設け、該掃気管制弁をシリンダライナの外側において軸方向に移動させることにより掃気通路開口面積を変化せしめるように構成されているため、該掃気管制弁で副掃気孔を全閉し第１ピストンリングによって掃気孔を閉じても、ピストンリングのリング隙間からガスが通流することとなり、掃気通路を完全に閉塞することは実質的に不可能となる。
このため、かかる従来技術にあっては、掃気通路の開口面積変化を目標とする開口面積パターンに正確に制御するのは困難となるとともに、掃気通路を通しての作動ガスの吹き返しが発生して、ピストンリング、シリンダライナの耐久性が低下するとともに、シリンダ注油用の潤滑油消費率も増大し易い、等の問題点を有している。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を目標開口面積に正確に制御可能とするとともに、掃気通路の完全な閉塞を可能として掃気通路を通しての作動ガスの吹き返しを阻止してピストンリング、シリンダライナの耐久性を向上し、かつシリンダ注油用の潤滑油消費率を低減できる掃気管制弁装置を備えた内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はかかる目的を達成するもので、燃焼室内に掃気を供給する掃気孔がシリンダライナの下部に周方向に沿って複数開設されるとともに、シリンダカバーに排気弁を備えた内燃機関において、前記シリンダライナの内側に、該シリンダライナの内面に沿って移動可能に設けられて前記掃気孔を開閉し前記燃焼室内への掃気通路の開口面積を変化せしめる掃気管制弁と、機関のクランク角に対応して前記掃気管制弁を駆動する弁作動装置とを備え、前記クランク角の変化に対応して前記掃気管制弁を移動させることにより、前記掃気通路の開口面積を変化せしめるように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
前記掃気管制弁は、具体的には次のように構成する。
即ち第１の構成は、前記掃気管制弁は前記弁作動装置により前記シリンダライナの内面において該シリンダライナの周方向に往復回動せしめられる回動式掃気管制弁からなる。
かかる回動式掃気管制弁において、好ましくは、シリンダライナ軸方向高さ（Ｈ２）を、第１段ピストンリング上面から最下段ピストンリング下面までの高さ（Ｈ１）よりも小さく形成する。
【００１１】
また、前記掃気管制弁の第２の構成は、前記掃気管制弁は前記弁作動装置により前記シリンダライナの内面において該シリンダライナの軸方向に往復動せしめられる往復式掃気管制弁からなる。
【００１２】
かかる発明によれば、掃気管制弁をシリンダライナの内側に該ライナの内面に沿って移動可能に設けて掃気孔を開閉し、燃焼室内への掃気通路の開口面積を変化せしめるように構成したので、該掃気管制弁を前記回動式掃気管制弁に構成してシリンダライナの内面に沿って周方向に移動させ、あるいは往復式掃気管制弁に構成してシリンダライナの内面に沿って軸方向に移動させることにより、掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を掃気孔の全閉状態から掃気孔の全開状態まで自在に変化させることができる。これにより、掃気通路の開口面積変化を目標とする開口面積パターンに正確に制御することができる。
【００１３】
また、回動式掃気管制弁あるいは往復式掃気管制弁に構成された掃気管制弁を、シリンダライナの内側に該ライナの内面に沿って移動可能に設けて掃気孔を開閉するので、掃気通路の閉時には、掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路を完全に閉塞することが可能となり、これによって掃気通路側からの作動ガスの吹き返しをゼロとすることができ、ピストンリング、シリンダライナの耐久性が向上するとともに、シリンダ注油用の潤滑油消費率を低減することができる。
【００１４】
また、回動式掃気管制弁あるいは往復式掃気管制弁に構成された掃気管制弁の軸方向長さを長くすることにより、掃気孔高さを従来のものよりも高くして同一掃気通路開口面積を保持することが可能となって、ピストンストロークに対する掃気孔高さの割合を大きく採って掃気効率を向上させることができる。
【００１５】
また、かかる発明において好ましくは、前記掃気管制弁とシリンダライナとの摺動面に潤滑油を強制注油する注油装置を設けてなる。
このように構成すれば、シリンダ内のガスが侵入し易い掃気管制弁とシリンダライナの摺動部の潤滑が十分になされ、掃気管制弁の作動性を良好に保持するとともに、焼き付きの発生を防止できる。
【００１６】
また、かかる発明において好ましくは、前記掃気管制弁は、前記シリンダライナよりも高い強度を有する母材の該シリンダライナとの摺接面に窒化等の表面硬化処理を施した材料からなる。
このように構成すれば、掃気管制弁の耐摩耗性を高く保持して耐久性を向上できる。
また、かかる発明において好ましくは、前記シリンダライナの内側に位置する掃気管制弁が、シリンダライナ外側に配設された駆動系により、該シリンダライナの内面に沿って周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成された内燃機関の場合に、前記駆動系と掃気管制弁とを連結する伝導機構が、掃気管制弁により封止可能な位置に開口されたシリンダライナ開口部より駆動系側に延在されているように構成してもよく、また前記掃気管制弁を周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成するガイド部が、シリンダライナ内面側に設けられているのもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上記載のごとく本発明によれば、掃気管制弁をシリンダライナの内面に沿って軸方向に移動させることにより、該掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を掃気孔の全閉状態から掃気孔の全開状態まで自在に変化させることができる。
これにより、掃気通路の開口面積変化を目標とする開口面積パターンに正確に制御することができる。
【００１８】
また、前記シリンダライナの内側に位置する掃気管制弁が、シリンダライナ外側に配設された駆動系により、該シリンダライナの内面に沿って周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成された内燃機関の場合に、
前記駆動系と掃気管制弁とを連結する伝導機構が、掃気管制弁により封止可能な位置に開口されたシリンダライナ開口部より駆動系側に延在されているように構成すれば、掃気孔下方のシリンダラィナに駆動リンク取出開口部を設けて該リンクをシリンダライナ外周に取り出す事で、管制弁高さと重量を最小とすることができ、これにより運動部である管制弁の質量が最小と成り制御性が向上するとともに、高強度材料によって作られる管制弁の重量が最小となりコストを下げる事が出来且つ全体をコンパクトに出来る。
また前記掃気管制弁を周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成するガイド部が、シリンダライナ内面側に設けられることにより、精度よく掃気管制弁を往復動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例に係るユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の掃気管制弁装置の構成を示すシリンダ中心線に沿う要部断面図である。
【図２】図１のＡ―Ａ矢視図である。
【図３】第２実施例を示す図１対応図（シリンダ中心線に沿う要部断面図）である。
【図４】図３のＢ―Ｂ矢視図である。
【図５】本発明が適用されるユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の構成を示すシリンダ中心線に沿う概略断面図である。
【図６】本発明の第３実施例に係るユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の掃気管制弁装置の構成を示し、（Ａ）はシリンダ中心線に沿う要部断面図、（Ｂ）はそのＡ―Ａ矢視図である。
【図７】本発明の第４実施例に係るユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の掃気管制弁装置の構成を示し、（Ａ）はシリンダ中心線に沿う要部断面図、（Ｂ）はそのＡ―Ａ矢視図である。
【図８】前記各実施例における掃気通路の開口面積線図である。
【図９】前記各実施例におけるシリンダ内圧力線図である。
【図１０】従来技術における掃気通路の開口面積線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１は本発明の第１実施例に係るユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の掃気管制弁装置の構成を示すシリンダ中心線に沿う要部断面図、図２は図１のＡ―Ａ矢視図である。図３は第２実施例を示す図１対応図（シリンダ中心線に沿う要部断面図）、図４は図３のＢ―Ｂ矢視図である。図５は本発明が適用されるユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の構成を示すシリンダ中心線に沿う概略断面図である。図６、図７は本発明の第３及び第４実施例に係るユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の掃気管制弁装置の構成を示し、（Ａ）はシリンダ中心線に沿う要部断面図、（Ｂ）はそのＡ―Ａ矢視図である。図８は前記各実施例における掃気通路の開口面積線図、図９はシリンダ内圧力線図である。
【００２２】
本発明が適用されるユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の構成を示す図５において、１０はシリンダライナ、１１はピストン、１３はピストンリング、１５はピストンロッド、１０ａは該ピストン１１及びピストンリング１３が摺動するシリンダライナの内面（摺動面）、１４は燃焼室、１７はシリンダカバー、１６は排気弁、１８は排気ポートである。また２３は掃気室、２４はシールパッキンである。
１２は前記シリンダライナ１０の下部に複数開設された掃気孔で、前記掃気室２３内の掃気（空気）が該掃気孔１２群を通って前記燃焼室１４内に供給されるようになっている。
【００２３】
１９は過給機で、前記燃焼室１４内の排気ガスは、前記排気弁１６の開弁により排気ポート１８及び排気管２０を通って該過給機１９のタービン１９ａを駆動した後、図示しない廃熱回収装置に送られて廃熱回収がなされる。
一方、該過給機１９のタービン１９ａと同軸駆動されるコンプレッサ１９ｂにより圧縮された空気（掃気）は給気管２２を通って空気冷却器２１に入り、該空気冷却器２１において冷却、降温された後、掃気室２３に溜められ、前記掃気孔１２群の開孔により燃焼室１４内に流入して、該燃焼室１４内の残留燃焼ガスを排気弁１６側へ押し出す。
以上の基本構成は、従来のユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関と同様である。
本発明は、前記シリンダライナ１０の掃気孔及び該掃気孔を開閉する掃気管制弁装置に関するものである。
【００２４】
本発明の第１実施例を示す図１〜２において、１は回動式掃気管制弁で、前記シリンダライナ１０の内面１０ａ側に、該シリンダライナ１０の周方向に所定弧状角度往復回動可能に嵌合されている。該回動式掃気管制弁１の内面、即ち前記ピストンリング１３と摺接する管制弁内面１ｂは前記シリンダライナ１０の内面１０ａと同一面（同一径）に形成される。
図２に示されるように、前記回動式掃気管制弁１は、その円周方向に沿って管制弁開口部１ａが開口されている。該管制弁開口部１ａは前記掃気孔１２と同一形状かつ同一ピッチで形成され、図２のように、該管制弁開口部１ａが各掃気孔１２の間にあるときに各掃気孔１２が全閉となり、この位置から該管制弁開口部１ａが円周方向に移動するに従い掃気孔１２の開口面積が増大し、各管制弁開口部１ａと各掃気孔１２とが重なったとき各掃気孔１２が全開となって掃気孔開口面積が最大となるように構成されている。
【００２５】
また、前記各管制弁開口部１ａは、シリンダライナ１０軸方向高さＨ２を、前記ピストンリング１３の第１段ピストンリング上面から最下段ピストンリング下面までの高さＨ１よりも小さく形成している。このように構成することによって、該回動式掃気管制弁１の全閉時に、ピストンリング１３から外れた部位からガスの漏洩を確実に回避できる。
さらに、該回動式掃気管制弁１は、ステンレス系鋼材等の前記シリンダライナ１０よりも高い強度を有する母材の前記管制弁内面１ｂつまり該シリンダライナ１０との摺接面に窒化、浸炭等の表面硬化処理を施した材料を用いて、耐摩耗性を高く保持している。
【００２６】
４は前記シリンダライナ１０の下部外周面に図示しない複数のボルトによって固定された管制弁サポートで、前記回動式掃気管制弁１はその下端つば部１ｃを該管制弁サポート４とシリンダライナ１０の下面との間に相対摺動可能に支持されている。
３は油圧シリンダで、前記管制弁サポート４の外面に図示しない複数のボルトによって固定されている。２は該油圧シリンダ３の出力軸であるピストンロッド３ｅと前記回動式掃気管制弁１の下部（前記下端つば部１ｃ）とを連結する駆動リンクで、前記油圧シリンダ３のピストンロッド３ｅが図２のＸ矢方向に往復動すると、前記回動式掃気管制弁１が前記下端つば部１ｃにおいてスライドすることにより、円周方向（Ｘ１矢方向）に往復動するようになっている。
【００２７】
６２は前記回動式掃気管制弁１と摺接するシリンダライナ１０の内面に円周方向に沿って刻設された油溝である。６１は該シリンダライナ１０の円周方向複数箇所に穿孔された油孔で、前記油溝６２とシリンダライナ１０の外面１０ｂとを連通している。
６０は注油装置で、前記シリンダライナ１０の外面１０ｂに図示しない複数のボルトによって固定された環状のケース６３の内周に前記油孔６１に連通される油溝６４が刻設され、該ケース６３に穿孔された油孔６５が該油溝６４に連通するように構成されている。
６６は注油管であり、図示しないシリンダ注油装置からの潤滑油（他の系統からの潤滑油でもよい）が該注油管６６を通して供給され、前記油孔６５から油溝６４を経て前記シリンダライナ１０の各油孔６１に入り、各油孔６１から前記油溝６２を通して前記回動式掃気管制弁１とシリンダライナ１０との摺接部１ｆを潤滑するようになっている。
前記注油装置６０を設けたことにより、燃焼室１４内のガスが侵入し易い回動式掃気管制弁１とシリンダライナ１０との摺接部１ｆの潤滑が十分になされ、該回動式掃気管制弁１の作動性を良好に保持するとともに、前記摺接部１ｆ焼き付きの発生を防止できる。
【００２８】
５２は機関のクランク角を検出するクランク角検出器、５３は機関回転数を検出する回転数検出器、５４は機関負荷（機関出力）を検出する負荷検出器である。５０は前記油圧シリンダ３への作動油の供給、遮断を行う電磁弁、５１は該電磁弁５０を開閉制御する弁開閉制御装置である。５０ａは図示しない油圧源からの作動油を前記電磁弁５０の入口に供給する作動油供給管、５０ｂ、５０ｃは前記電磁弁５０と前記油圧シリンダ３の油室（図示省略）とを接続する作動油管である。
前記クランク角検出器５２からのクランク角の検出信号、前記回転数検出器５３からの機関回転数の検出信号、及び前記負荷検出器５４からの機関負荷（機関出力）の検出信号は前記弁開閉制御装置５１に入力されるようになっている。
【００２９】
次に、図１〜２及び図８〜９に基づき、かかる第１実施例の動作を説明する。
前記弁開閉制御装置５１は、前記クランク角検出器５２からのクランク角の検出信号、回転数検出器５３からの機関回転数の検出信号、及び負荷検出器５４からの機関負荷（機関出力）の検出信号に基づき、前記電磁弁５０の開閉時期及び開弁期間を制御し、該電磁弁５０は前記油圧シリンダ３への作動油管５０ｂ、５０ｃと作動油供給管５０ａとの接続、遮断を行う。
【００３０】
しかして、前記回動式掃気管制弁１が、これの各管制弁開口部１ａと各掃気孔１２とが重なり各掃気孔１２が全開とされているときには、前記掃気室２３と燃焼室１４との間の掃気通路の開口面積は、図８のＡ１のようになっている。
従って、前記のように回動式掃気管制弁１が各掃気孔１２を全開としているときには、燃焼行程においてピストン１１が下降し、図８のＡにおいてピストンの肩部が前記回動式掃気管制弁１の各管制弁開口部１ａを開口した後、ピストン１１が下死点Ｃから上昇し、Ｅにおいてピストンの肩部が各管制弁開口部１ａを閉じるまでは、掃気通路の開口面積は図８のＡ１のように変化する。
【００３１】
図２に示されるように、前記回動式掃気管制弁１の各管制弁開口部１ａが各掃気孔１２の間に位置しているときには、該回動式掃気管制弁１によって各掃気孔１２が閉じられ、前記掃気通路の開口面積はゼロ（全閉）となっている。
かかる掃気通路の開口面積が全閉の状態において、前記クランク角の検出信号により、ピストンの位置が下死点Ｃ後のＤにきたことが前記弁開閉制御装置５１に入力されると、該弁開閉制御装置５１は、電磁弁５０を切り換えて前記油圧シリンダ３への作動油管５０ｂ、５０ｃと作動油供給管５０ａとの接続を切り換え、該油圧シリンダ３によって前記回動式掃気管制弁１を前記全閉の状態から円周方向（図２のＸ１矢方向）に移動させ、該回動式掃気管制弁１を開き始める。
【００３２】
かかる回動式掃気管制弁１の開口面積は、前記ピストンの肩部により該回動式掃気管制弁１の各管制弁開口部１ａの一部あるいは全部が閉じられていない場合には、該回動式掃気管制弁１の円周方向の移動に従い図８のＡ２のように変化し、下死点Ｃ後のＤにて該回動式掃気管制弁１が開き始め、Ｆにて閉じる。
然るに、かかる実施例においては、前記回動式掃気管制弁１の全閉状態から弁開度の増大と同時に、ピストン１１が下死点Ｃから上昇して前記ピストンの肩部により該各管制弁開口部１ａを軸方向において閉じて行き、該管制弁開口部１ａの軸方向における開口高さが減少していくため、前記掃気通路の実際の開口面積は図８のＡ３のようになり、後述するように、前記Ｆよりも早期のＥにて前記排気弁１６と同時に閉じることとなる。
【００３３】
一方、前記排気弁１６（図５参照）の開口面積は、図８のＡ４のように、前記下死点Ｃ前のＢにて開きはじめる。
そして、かかる実施例においては、前記弁開閉制御装置５１は、前記掃気通路の実際の開口面積Ａ３と前記排気弁の開口面積Ａ４とが同一クランク角においてゼロになる、即ち下死点Ｃ後の掃気通路の閉時期を排気弁１６の閉弁時期と同一時期（図８のＥ）になるように、前記回動式掃気管制弁１を開閉制御する。
前記回動式掃気管制弁１の開閉時期は、前記回転数検出器５３にて検出される機関回転数及び負荷検出器５４にて検出される機関負荷（機関出力）によって変化せしめることが可能である。
【００３４】
かかる第１実施例によれば、前記弁開閉制御装置５１によって前記回動式掃気管制弁１の開度を制御することにより、下死点Ｃ後の掃気通路の閉時期を排気弁１６の閉弁時期と同一時期（図８のＥ）になるようにしたので、前記掃気通路の閉止と同時に排気弁１６も閉じることとなり、従来技術のように掃気孔１２が閉じた後も排気弁１６が開いて燃焼室１４内の新気が排気管２０側に吹き抜けて新気の流出損失が発生することがない。更にピストン１１の下降ストロークで掃気孔１２群を閉じておく事で排気弁１６の開弁を極限まで遅らせ最大の有効仕事を得ることが出来、これにより、図９のＫ部に示される面積に相当する量の、シリンダ内ガスの有効仕事を増大することが可能となる。
尚、図９におけるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの符号は図８の符号に対応している。
また、機関回転数、機関負荷（機関出力）等の機関運転状態を検出して前記弁開閉制御装置５１に入力し、該弁開閉制御装置５１により、機関運転状態によって前記回動式掃気管制弁１を駆動するので、機関の運転状態に最適な掃気通路の開口面積変化を得ることが可能となり、ＮＯｘの発生を抑制しつつ機関の熱効率を高く維持する運転が可能となる。
【００３５】
また、前記のように、掃気通路の閉止と同時に排気弁１６も閉じることにより、燃焼室１４内の新気が排気管２０側に吹き抜けることがなくなるので、過給機１９及び図示しない排気ガス熱回収システムに高排気温度の排気ガスを供給することができる。これにより、前記過給機１９を駆動する排気ガスエネルギーが増大するとともに、前記排気ガス熱回収システムにおける廃熱回収効率が向上する。
【００３６】
また、前記弁開閉制御装置５１は、前記回動式掃気管制弁１を介して前記掃気通路の開口始め時期を下死点Ｃ後のＤに設定するように構成されているので、下死点Ｃ後のピストン１１の上昇とともに掃気作用が開始され、掃気の流入速度とピストン１１の上昇運動との相乗作用によって燃焼室１４内の掃気作用が助長、強化されることとなる。これにより、少ない掃気流量で掃気効率を高く維持できる。
【００３７】
また、前記回動式掃気管制弁１をシリンダライナ１０の内面１０ａ側に、該シリンダライナ１０の周方向に所定弧状角度往復回動可能に嵌合して掃気孔１２を開閉し、前記掃気通路の開口面積を変化せしめるようにしたので、該回動式掃気管制弁１をシリンダライナ１０の内面１０ａに沿って円周方向に移動させることにより、該回動式掃気管制弁１とシリンダライナ１０との摺接部１ｆのシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を全閉状態から全開状態まで自在に変化させることができ、掃気通路の開口面積変化を目標とする開口面積パターンに正確に制御することが可能となる。
また、前記のように回動式掃気管制弁１とシリンダライナ１０との摺接部１ｆのシール性を良好に保持して掃気通路を完全に閉塞することが可能となるので、掃気通路側からの作動ガスの吹き返しをゼロとすることができ、これによりピストンリング１３、シリンダライナ１０の耐久性が向上する。
【００３８】
また、前記回動式掃気管制弁１の各管制弁開口部１ａの開口幅を変化させることにより同一掃気通路開口面積を変化させるので、該管制弁開口部１ａの軸方向長さを長くすることにより、掃気孔１２の高さを従来のものよりも高くして、従来のものと同一掃気通路開口面積を保持することが可能となる。これにより、ピストンストロークに対する掃気孔１２の高さの割合を大きく採って掃気効率を向上させることが可能となる。
【００３９】
図３〜４に示す第２実施例においては、掃気管制弁を前記シリンダライナ１０の内面において該シリンダライナ１０の軸方向に往復動せしめられる往復式掃気管制弁５により構成している。
即ち、図３〜４において、５は往復式掃気管制弁で、前記シリンダライナ１０の内面１０ａ側に、該シリンダライナ１０の軸方向に往復動可能に嵌合されている。該往復式掃気管制弁５の内面、即ち前記ピストンリング１３と摺接する管制弁内面５ｂは前記シリンダライナ１０の内面１０ａと同一面（同一径）に形成される。
【００４０】
図４に示されるように、前記往復式掃気管制弁５は、その円周方向に沿って管制弁制御部５ａが前記掃気孔１２と同数形成されている。各管制弁制御部５ａは、最上部ストローク時に前記掃気孔１２を全閉可能なように、該掃気孔１２よりも若干幅広に形成され、該管制弁制御部５ａが図４のように最上部位置にあるときに各掃気孔１２が全閉となり、この位置から該往復式掃気管制弁５が下降するに従い掃気孔１２の開口面積が増大し、往復式掃気管制弁５が最下部にきたとき各掃気孔１２が全開となって掃気孔開口面積が最大となるように構成されている。
【００４１】
６は前記シリンダライナ１０の下部外周面に図示しない複数のボルトによって固定された管制弁サポートであり、前記往復式掃気管制弁５はその下端つば部５ｃと該管制弁サポート６の下端支持部６ａとの間に後述する油圧シリンダ７及びスプリング８を介して、シリンダライナ１０との摺接部１ｆを往復摺動可能に採り付けられている。
【００４２】
７は油圧シリンダで、前記往復式掃気管制弁５の下端つば部５ｃと前記管制弁サポート６の下端支持部６ａとの間に介装され、該油圧シリンダ７の伸縮により前記往復式掃気管制弁５がシリンダライナ１０の軸方向に往復動して、前記各掃気孔１２を開閉するようになっている。該油圧シリンダ７の駆動系を構成する電磁弁５０、弁開閉制御装置５１等の構成は前記第１実施例と同様である。
８は圧縮ばね或いは圧縮空気からなるスプリングで、前記往復式掃気管制弁５の下端つば部５ｃと前記管制弁サポート６の下端支持部６ａとの間に介装されて、前記往復式掃気管制弁５を上方に押し上げ、前記各掃気孔１２を閉じる方向に付勢されている。
前記油圧シリンダ７及びスプリング８、シリンダライナ１０の円周方向に沿って複数個設置されている。
【００４３】
かかる第２実施例において、前記往復式掃気管制弁５が最下部に位置して各掃気孔１２が全開とされているときには、前記掃気室２３と燃焼室１４との間の掃気通路の開口面積は、図８のＡ１のようになっている。
従って、往復式掃気管制弁５が各掃気孔１２を全開としているときには、燃焼行程においてピストン１１が下降し、図８のＡにおいてピストンの肩部が掃気孔１２群を開口した後、ピストン１１が下死点Ｃから上昇し、Ｅにおいてピストンの肩部が各掃気孔１２を閉じるまでは、掃気通路の開口面積は図８のＡ１のように変化する。
【００４４】
図４に示されるように、前記スプリング８によって前記往復式掃気管制弁５が最上部に位置せしめられているときには、該往復式掃気管制弁５の管制弁制御部５ａによって各掃気孔１２が閉じられ、前記掃気通路の開口面積はゼロ（全閉）となっている。
かかる掃気通路の開口面積が全閉の状態において、前記クランク角の検出信号により、第１段のピストンリング１３の位置が下死点Ｃ後のＤにきたことが前記弁開閉制御装置５１に入力されると、該弁開閉制御装置５１は、前記電磁弁５０及び弁開閉制御装置５１を介して前記往復式掃気管制弁５を前記全閉の状態から軸方向下方（図３のＹ矢方向）に移動させ、該往復式掃気管制弁５を開き始める。
【００４５】
かかる往復式掃気管制弁５の開口面積は、前記ピストン肩部により各掃気孔１２群が閉じられていない場合には、該往復式掃気管制弁５軸方向の移動に従い図８のＡ２のように変化し、下死点Ｃ後のＤにて該往復式掃気管制弁５が開き始め、Ｆにて閉じる。
然るに、かかる実施例においては、前記往復式掃気管制弁１の全閉状態から弁開度の増大と同時に、ピストン１１が下死点Ｃから上昇して前記第１段のピストンリング１３により掃気孔１２群を閉じて行き、該掃気孔１２の軸方向における開口高さが減少するため、前記掃気通路の実際の開口面積は図８のＡ３のように小さくなり、前記Ｆよりも早期のＥにて閉じることとなる。
【００４６】
一方、前記排気弁１６（図５参照）の開口面積は、図８のＡ４のように、前記下死点Ｃ前のＢにて開きはじめとなる。
そして、かかる第２実施例においては前記第１実施例と同様に、前記弁開閉制御装置５１は、前記掃気通路の実際の開口面積Ａ３と前記排気弁の開口面積Ａ４とが同一クランク角においてゼロになる、即ち下死点Ｃ後の掃気通路の閉時期を排気弁１６の閉弁時期と同一時期（図８のＥ）になるように、前記回動式掃気管制弁１を開閉制御する。
従って前記掃気通路の閉止と同時に排気弁１６も閉じることとなり、従来技術のように掃気孔が閉じた後も排気弁が開いて燃焼室１４内の新気が排気管１８側に吹き抜けて該ガスの流出損失が発生することはない。
【００４７】
かかる第２実施例において、前記以外の作用、効果は、前記第１実施例と同様である。また前記以外の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００４８】
図６に示す第３実施例においては、掃気管制弁１Ａを前記シリンダライナ１０の内面において該シリンダライナ１０の円周方向に所定弧状角度往復動せしめられる回動式（ロータリスライド式）掃気管制弁により構成するとともに、該掃気管制弁１Ａの開口部６５を掃気孔群１２と略同じ形状で且つ同一ピッチの開口群を持ち、シリンダライナ１０の円周方向に所定弧状角度往復動せしめられることで掃気孔を管制するもので、該管制弁１Ａの駆動リンク７２Ａを、シリンダライナ１０に駆動リンク取出開口部７３Ａを設けて該駆動リンク７２Ａをライナ外周側に延在させる事で、排気管制弁１Ａの高さと重量を最小にしている。
即ち図６において、１Ａは回動式掃気管制弁で、前記シリンダライナ１０の内面１０ａに、該シリンダライナ１０の周方向に所定弧状角度往復回動可能に嵌合されている。
前記回動式掃気管制弁１Ａは、その円周方向に沿って管制弁開口部６５が前記掃気孔１２と同一形状かつ同一ピッチで形成され、図６（Ｂ）に示すように、該管制弁開口群６５が各掃気孔１２群の間にあるときに各掃気孔１２が全閉となり、この位置から該管制弁開口部６５が円周方向に移動するに従い掃気孔１２群の開口面積が増大し、各管制弁開口部６５と各掃気孔１２とが重なったとき各掃気孔１２が全開となって掃気孔開口面積が最大となるように構成されている。
また前記掃気管制弁１Ａは前記駆動リンク取出開口部７３Ａを気密シール可能に塞ぐように該開口部７３Ａ下端側より僅かに下方に延在させて蓋部１Ａｂとなすとともに、該蓋部下端と掃気管制弁１Ａ上端がライナ周方向に摺動可能に平行に形成するとともに、該摺動域のシリンダライナ１０側を凹設し、その凹設端面を摺動ガイド１０ｃとなす。
【００４９】
７１Ａは駆動油圧シリンダで、前記駆動リンク取出開口部７３Ａ近傍のシリンダライナ１０の外面に図示しない複数のボルトによって固定されている。７２Ａは該油圧シリンダ７１Ａの出力軸であるピストンロッド７１Ａｅと前記回動式掃気管制弁１Ａの下部とを連結する駆動リンクで、前記油圧シリンダ７１Ａのピストンロッド７１Ａｅがシリンダライナ１０の周方向に往復動すると、前記回動式掃気管制弁１Ａがシリンダライナ１０の内周面をスライドすることにより、円周方向に往復動して前記各掃気孔１２を開閉するようになっている。
尚、前記油圧シリンダ７１Ａの駆動系を構成する電磁弁５０、弁開閉制御装置５１等の構成は前記第１実施例と同様である。
【００５０】
かかる第３実施例における作用は第１実施例と同様であるが、管制弁１Ａの駆動リンク７２Ａを、シリンダライナ１０に駆動リンク取出開口部７３Ａを設けて該駆動リンク７２Ａをライナ外周側に延在させる事で、排気管制弁１Ａの高さと重量を最小にしているために運動部である管制弁１Ａの質量が最小となり制御性が向上するとともに、これにより高強度材料によって作られる管制弁１Ａの重量が最小となりコストを下げる事が出来更にこれにより全体をコンパクトに出来る。
【００５１】
図７に示す第４実施例においては、掃気管制弁を前記シリンダライナ１０の内面において該シリンダライナ１０の軸方向に往復動せしめられる往復式掃気管制弁５Ａにより構成している点は、第１実施例と同様であるが、シリンダライナの管制弁駆動リンクを、シリンダライナの掃気孔下方にリンクストローク長さに対応する縦長帯状でリンクストロークに対応する長さの開口部を設けて該開口部を介してリンクをシリンダライナ外周に延在させて駆動油圧シリンダに取り付ける。
即ち、５Ａは往復式掃気管制弁で、前記シリンダライナ１０の内面１０ａ側に、該シリンダライナ１０の軸方向に往復動可能に嵌合されている。該往復式掃気管制弁５Ａの内面、即ち前記ピストンリング１３と摺接する管制弁内面５ｂは前記シリンダライナ１０の内面１０ａと同一面（同一径）に形成される。
【００５２】
図７（Ｂ）に示されるように、前記往復式掃気管制弁５Ａは、その円周方向に沿って櫛歯状の管制弁制御部５Ａａが前記掃気孔１２群と同数形成されている。各管制弁制御部５Ａａは、最上部ストローク時に前記各掃気孔１２を全閉可能なように、該掃気孔１２よりも若干幅広に形成され、該管制弁制御部５Ａａが図７のように最上部位置にあるときに各掃気孔１２が全閉となり、この位置から該往復式掃気管制弁５Ａが下降するに従い掃気孔１２の開口面積が増大し、往復式掃気管制弁５Ａが最下部にきたとき各掃気孔１２が全開となって掃気孔開口面積が最大となるように構成されている。
そして前記管制弁制御部５Ａａの下側５Ａｂは櫛歯状に垂下されており、該櫛歯部５Ａｂはシリンダライナに設けた凹設したスライド溝１０１と軸方向に摺動自在に嵌合し、管制弁５Ａが軸方向に往復動する際の揺動を防止している。
尚、櫛歯部の歯幅は管制弁制御部５Ａａの幅と同等か僅かに小に設定するとともに、シリンダライナ１０側のスライド溝１０１に容易に侵入できるように、先端Ｕ字状に形成する。
シリンダライナ１０側のスライド溝１０１を形成する岸部１０２も先端Ｕ字状に形成するとともに、往復式掃気管制弁がシリンダライナ１０の内面に沿って軸方向に往復動可能なストローク位置に形成する。
【００５３】
また駆動リンク取出開口部７３Ｂは掃気孔下方の前記櫛歯部５Ａｂの櫛幅より小に設定し、その部分より漏れがないように開口する。
【００５４】
７１Ｂは駆動油圧シリンダで、前記駆動リンク取出開口部の下側に固定配置され、該油圧シリンダ７１Ｂの伸縮により前記往復式掃気管制弁５Ａがシリンダライナ１０の軸方向に往復動して、前記各掃気孔１２を開閉するようになっている。
【００５５】
かかる実施例によれば掃気管制弁を軸方向に往復動させる管制弁駆動リンク７２Ｂを、掃気孔下方のシリンダライナ１０に駆動リンク取出開口部７３Ｂを設けて該リンク７２Ｂをシリンダライナ１０外周に取り出す事で、管制弁高さと重量を最小とすることができ、これにより運動部である管制弁５Ａの質量が最小となり制御性が向上するとともに、高強度材料によって作られる管制弁５Ａの重量が最小となりコストを下げる事が出来且つ全体をコンパクトに出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
２サイクル大型ディーゼル機関に適用され、シリンダカバーに排気弁を備えるとともに燃焼室内に掃気を供給する掃気孔がシリンダライナの下部に周方向に沿って複数開設され、さらに該掃気孔を開閉するとともに燃焼室内への掃気通路の開口面積を変化せしめる掃気管制弁を備えた内燃機関において、掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を目標開口面積に正確に制御可能とするとともに、掃気通路の完全な閉塞を可能として掃気通路を通しての作動ガスの吹き返しを阻止してピストンリング、シリンダライナの耐久性を向上し、かつシリンダ注油用の潤滑油消費率を低減できる。
【符号の説明】
【００５７】
１、１Ａ、３０ 回動式掃気管制弁
１ａ 管制弁開口部
２ 駆動リンク
３、７、４１ 油圧シリンダ
５Ａ、４０ 往復式掃気管制弁
８ スプリング
１０ シリンダライナ
１０ａ シリンダライナの内面
１１ ピストン
１２ 掃気孔
１３ ピストンリング
１４ 燃焼室
１６ 排気弁
１９ 過給機
２３ 掃気室
５０ 電磁弁
５１ 弁開閉制御装置
５２ クランク角検出器
５３ 回転数検出器
５４ 負荷検出器
６０ 注油装置
７２Ａ、７２Ｂ 駆動リンク
７３Ａ、７３Ｂ 駆動リンク取出開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２サイクル大型ディーゼル機関に適用され、シリンダカバーに排気弁を備えるとともに燃焼室内に掃気を供給する掃気孔がシリンダライナの下部に周方向に沿って複数開設され、さらに該掃気孔を開閉するとともに燃焼室内への掃気通路の開口面積を変化せしめる掃気管制弁装置を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
２サイクル大型ディーゼル機関は、通常、ユニフロー掃気方式が採用されており、ピストンの下死点前に、シリンダライナの下部に周方向に沿って複数開設された掃気孔を該ピストンの上縁によって開き、該掃気孔から掃気（空気）をシリンダ内に供給し、該シリンダ内の残留燃焼ガスを、シリンダカバーに設けられた排気弁を通して押し出すように構成されている。
図１４は、かかるユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関における、掃気孔の開口面積Ａ１、排気弁の開口面積Ａ４及び該掃気孔及び排気弁の合成通路面積即ち有効換算面積Ａ５をクランク角に対応して示す掃、排気面積線図である。
【０００３】
かかるユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関において、図１４に示される掃気孔及び排気弁の有効換算通路面積を調整するため、掃気孔を開閉する掃気管制弁を設けたものが、特許文献１（特開平７−３２４６２６号公報）等により提案されている。
前記特許文献１の技術は、ユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関において、掃気孔の上側に周方向にそって複数の副掃気孔を開設するとともに、シリンダライナの外側に、該シリンダライナの外面に沿って軸方向に移動可能にされて、前記副掃気孔を開閉する掃気管制弁を設け、該掃気管制弁を軸方向に移動させることにより、燃焼室内への掃気通路開口面積を変化せしめるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３２４６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載されたディーゼル機関においては、シリンダライナの外側に設けた掃気管制弁を軸方向に移動させることにより副掃気孔を開閉し、燃焼室内への掃気通路開口面積を変化せしめるように構成されており、副掃気孔の開口面積を変化させることにより掃気孔開口面積を変化させ、掃気孔及び排気弁の有効換算通路面積を調整しているが、掃気孔及び排気弁の開閉時期は基本的には、図１０のような開閉タイミングとなっている。
【０００６】
即ち、かかる従来技術にあっては、ピストンの下降工程で掃気孔が開口する為、高圧高温の作動ガスが、掃気孔から掃気室内に逆流して掃気室火災等の不具合を発生させる事を防ぐ為、排気弁からの高圧排気が掃気孔開口前に完了する様、図９中のＡ点で排気弁を開き始める事に因り作動ガスが排気弁から流出し、Ｋに示す有効仕事を喪失していた。更に掃気孔が閉じた後においても排気弁が開いており、この期間中は掃気孔からの掃気でシリンダ内の残留燃焼ガスを排気弁を通して過給機側に押し出すようになっているため、シリンダ内の新気が排気側に吹き抜けて該新気の流出損失が発生し、これらの流出損失により機関の熱効率が抑えられ燃料消費率の低減も抑制されている。
また、かかる従来技術にあっては、掃気孔がピストンの下降中である下死点前に開口しているため、掃気孔の開口から下死点までは、ピストンの下降運動が燃焼室の上部側に向かう掃気の流入運動に対して逆方向に作用し、燃焼室内の掃気作用が阻害され易く、高い掃気効率を維持でき難い。
【０００７】
また、かかる従来技術にあっては、掃気孔の上側に周方向にそって複数開設された副掃気孔を開閉する掃気管制弁をシリンダライナの外側に設け、該掃気管制弁をシリンダライナの外側において軸方向に移動させることにより掃気通路開口面積を変化せしめるように構成されているため、該掃気管制弁で副掃気孔を全閉し第１ピストンリングによって掃気孔を閉じても、ピストンリングのリング隙間からガスが通流することとなり、掃気通路を完全に閉塞することは実質的に不可能となる。
このため、かかる従来技術にあっては、掃気通路の開口面積変化を目標とする開口面積パターンに正確に制御するのは困難となるとともに、掃気通路を通しての作動ガスの吹き返しが発生して、ピストンリング、シリンダライナの耐久性が低下するとともに、シリンダ注油用の潤滑油消費率も増大し易い、等の問題点を有している。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を目標開口面積に正確に制御可能とするとともに、掃気通路の完全な閉塞を可能として掃気通路を通しての作動ガスの吹き返しを阻止してピストンリング、シリンダライナの耐久性を向上し、かつシリンダ注油用の潤滑油消費率を低減できる掃気管制弁装置を備えた内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はかかる目的を達成するもので、燃焼室内に掃気を供給する掃気孔がシリンダライナの下部に周方向に沿って複数開設されるとともに、シリンダカバーに排気弁を備えた内燃機関において、前記シリンダライナの内側に、該シリンダライナの内面に沿って移動可能に設けられて前記掃気孔を開閉し前記燃焼室内への掃気通路の開口面積を変化せしめる掃気管制弁と、機関のクランク角に対応して前記掃気管制弁を駆動する弁作動装置とを備え、前記クランク角の変化に対応して前記掃気管制弁を移動させることにより、前記掃気通路の開口面積を変化せしめるように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
前記掃気管制弁は、具体的には次のように構成する。
即ち第１の構成は、前記掃気管制弁は前記弁作動装置により前記シリンダライナの内面において該シリンダライナの周方向に往復回動せしめられる回動式掃気管制弁からなる。
かかる回動式掃気管制弁において、好ましくは、シリンダライナ軸方向高さ（Ｈ２）を、第１段ピストンリング上面から最下段ピストンリング下面までの高さ（Ｈ１）よりも小さく形成する。
【００１１】
また、前記掃気管制弁の第２の構成は、前記掃気管制弁は前記弁作動装置により前記シリンダライナの内面において該シリンダライナの軸方向に往復動せしめられる往復式掃気管制弁からなる。
【００１２】
かかる発明によれば、掃気管制弁をシリンダライナの内側に該ライナの内面に沿って移動可能に設けて掃気孔を開閉し、燃焼室内への掃気通路の開口面積を変化せしめるように構成したので、該掃気管制弁を前記回動式掃気管制弁に構成してシリンダライナの内面に沿って周方向に移動させ、あるいは往復式掃気管制弁に構成してシリンダライナの内面に沿って軸方向に移動させることにより、掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を掃気孔の全閉状態から掃気孔の全開状態まで自在に変化させることができる。これにより、掃気通路の開口面積変化を目標とする開口面積パターンに正確に制御することができる。
【００１３】
また、回動式掃気管制弁あるいは往復式掃気管制弁に構成された掃気管制弁を、シリンダライナの内側に該ライナの内面に沿って移動可能に設けて掃気孔を開閉するので、掃気通路の閉時には、掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路を完全に閉塞することが可能となり、これによって掃気通路側からの作動ガスの吹き返しをゼロとすることができ、ピストンリング、シリンダライナの耐久性が向上するとともに、シリンダ注油用の潤滑油消費率を低減することができる。
【００１４】
また、回動式掃気管制弁あるいは往復式掃気管制弁に構成された掃気管制弁の軸方向長さを長くすることにより、掃気孔高さを従来のものよりも高くして同一掃気通路開口面積を保持することが可能となって、ピストンストロークに対する掃気孔高さの割合を大きく採って掃気効率を向上させることができる。
【００１５】
また、かかる発明において好ましくは、前記掃気管制弁とシリンダライナとの摺動面に潤滑油を強制注油する注油装置を設けてなる。
このように構成すれば、シリンダ内のガスが侵入し易い掃気管制弁とシリンダライナの摺動部の潤滑が十分になされ、掃気管制弁の作動性を良好に保持するとともに、焼き付きの発生を防止できる。
【００１６】
また、かかる発明において好ましくは、前記掃気管制弁は、前記シリンダライナよりも高い強度を有する母材の該シリンダライナとの摺接面に窒化等の表面硬化処理を施した材料からなる。
このように構成すれば、掃気管制弁の耐摩耗性を高く保持して耐久性を向上できる。
また、かかる発明において好ましくは、前記シリンダライナの内側に位置する掃気管制弁が、シリンダライナ外側に配設された駆動系により、該シリンダライナの内面に沿って周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成された内燃機関の場合に、前記駆動系と掃気管制弁とを連結する伝導機構が、掃気管制弁により封止可能な位置に開口されたシリンダライナ開口部より駆動系側に延在されているように構成してもよく、また前記掃気管制弁を周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成するガイド部が、シリンダライナ内面側に設けられているのもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上記載のごとく本発明によれば、掃気管制弁をシリンダライナの内面に沿って軸方向に移動させることにより、該掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を掃気孔の全閉状態から掃気孔の全開状態まで自在に変化させることができる。
これにより、掃気通路の開口面積変化を目標とする開口面積パターンに正確に制御することができる。
【００１８】
また、前記シリンダライナの内側に位置する掃気管制弁が、シリンダライナ外側に配設された駆動系により、該シリンダライナの内面に沿って周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成された内燃機関の場合に、
前記駆動系と掃気管制弁とを連結する伝導機構が、掃気管制弁により封止可能な位置に開口されたシリンダライナ開口部より駆動系側に延在されているように構成すれば、掃気孔下方のシリンダラィナに駆動リンク取出開口部を設けて該リンクをシリンダライナ外周に取り出す事で、管制弁高さと重量を最小とすることができ、これにより運動部である管制弁の質量が最小と成り制御性が向上するとともに、高強度材料によって作られる管制弁の重量が最小となりコストを下げる事が出来且つ全体をコンパクトに出来る。
また前記掃気管制弁を周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成するガイド部が、シリンダライナ内面側に設けられることにより、精度よく掃気管制弁を往復動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例に係るユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の掃気管制弁装置の構成を示すシリンダ中心線に沿う要部断面図である。
【図２】図１のＡ―Ａ矢視図である。
【図３】第２実施例を示す図１対応図（シリンダ中心線に沿う要部断面図）である。
【図４】図３のＢ―Ｂ矢視図である。
【図５】本発明が適用されるユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の構成を示すシリンダ中心線に沿う概略断面図である。
【図６】本発明の第３実施例に係るユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の掃気管制弁装置の構成を示し、（Ａ）はシリンダ中心線に沿う要部断面図、（Ｂ）はそのＡ―Ａ矢視図である。
【図７】本発明の第４実施例に係るユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の掃気管制弁装置の構成を示し、（Ａ）はシリンダ中心線に沿う要部断面図、（Ｂ）はそのＡ―Ａ矢視図である。
【図８】前記各実施例における掃気通路の開口面積線図である。
【図９】前記各実施例におけるシリンダ内圧力線図である。
【図１０】従来技術における掃気通路の開口面積線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１は本発明の第１実施例に係るユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の掃気管制弁装置の構成を示すシリンダ中心線に沿う要部断面図、図２は図１のＡ―Ａ矢視図である。図３は第２実施例を示す図１対応図（シリンダ中心線に沿う要部断面図）、図４は図３のＢ―Ｂ矢視図である。図５は本発明が適用されるユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の構成を示すシリンダ中心線に沿う概略断面図である。図６、図７は本発明の第３及び第４実施例に係るユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の掃気管制弁装置の構成を示し、（Ａ）はシリンダ中心線に沿う要部断面図、（Ｂ）はそのＡ―Ａ矢視図である。図８は前記各実施例における掃気通路の開口面積線図、図９はシリンダ内圧力線図である。
【００２２】
本発明が適用されるユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関の構成を示す図５において、１０はシリンダライナ、１１はピストン、１３はピストンリング、１５はピストンロッド、１０ａは該ピストン１１及びピストンリング１３が摺動するシリンダライナの内面（摺動面）、１４は燃焼室、１７はシリンダカバー、１６は排気弁、１８は排気ポートである。また２３は掃気室、２４はシールパッキンである。
１２は前記シリンダライナ１０の下部に複数開設された掃気孔で、前記掃気室２３内の掃気（空気）が該掃気孔１２群を通って前記燃焼室１４内に供給されるようになっている。
【００２３】
１９は過給機で、前記燃焼室１４内の排気ガスは、前記排気弁１６の開弁により排気ポート１８及び排気管２０を通って該過給機１９のタービン１９ａを駆動した後、図示しない廃熱回収装置に送られて廃熱回収がなされる。
一方、該過給機１９のタービン１９ａと同軸駆動されるコンプレッサ１９ｂにより圧縮された空気（掃気）は給気管２２を通って空気冷却器２１に入り、該空気冷却器２１において冷却、降温された後、掃気室２３に溜められ、前記掃気孔１２群の開孔により燃焼室１４内に流入して、該燃焼室１４内の残留燃焼ガスを排気弁１６側へ押し出す。
以上の基本構成は、従来のユニフロー掃気式２サイクル大型ディーゼル機関と同様である。
本発明は、前記シリンダライナ１０の掃気孔及び該掃気孔を開閉する掃気管制弁装置に関するものである。
【００２４】
本発明の第１実施例を示す図１〜２において、１は回動式掃気管制弁で、前記シリンダライナ１０の内面１０ａ側に、該シリンダライナ１０の周方向に所定弧状角度往復回動可能に嵌合されている。該回動式掃気管制弁１の内面、即ち前記ピストンリング１３と摺接する管制弁内面１ｂは前記シリンダライナ１０の内面１０ａと同一面（同一径）に形成される。
図２に示されるように、前記回動式掃気管制弁１は、その円周方向に沿って管制弁開口部１ａが開口されている。該管制弁開口部１ａは前記掃気孔１２と同一形状かつ同一ピッチで形成され、図２のように、該管制弁開口部１ａが各掃気孔１２の間にあるときに各掃気孔１２が全閉となり、この位置から該管制弁開口部１ａが円周方向に移動するに従い掃気孔１２の開口面積が増大し、各管制弁開口部１ａと各掃気孔１２とが重なったとき各掃気孔１２が全開となって掃気孔開口面積が最大となるように構成されている。
【００２５】
また、前記各管制弁開口部１ａは、シリンダライナ１０軸方向高さＨ２を、前記ピストンリング１３の第１段ピストンリング上面から最下段ピストンリング下面までの高さＨ１よりも小さく形成している。このように構成することによって、該回動式掃気管制弁１の全閉時に、ピストンリング１３から外れた部位からガスの漏洩を確実に回避できる。
さらに、該回動式掃気管制弁１は、ステンレス系鋼材等の前記シリンダライナ１０よりも高い強度を有する母材の前記管制弁内面１ｂつまり該シリンダライナ１０との摺接面に窒化、浸炭等の表面硬化処理を施した材料を用いて、耐摩耗性を高く保持している。
【００２６】
４は前記シリンダライナ１０の下部外周面に図示しない複数のボルトによって固定された管制弁サポートで、前記回動式掃気管制弁１はその下端つば部１ｃを該管制弁サポート４とシリンダライナ１０の下面との間に相対摺動可能に支持されている。
３は油圧シリンダで、前記管制弁サポート４の外面に図示しない複数のボルトによって固定されている。２は該油圧シリンダ３の出力軸であるピストンロッド３ｅと前記回動式掃気管制弁１の下部（前記下端つば部１ｃ）とを連結する駆動リンクで、前記油圧シリンダ３のピストンロッド３ｅが図２のＸ矢方向に往復動すると、前記回動式掃気管制弁１が前記下端つば部１ｃにおいてスライドすることにより、円周方向（Ｘ１矢方向）に往復動するようになっている。
【００２７】
６２は前記回動式掃気管制弁１と摺接するシリンダライナ１０の内面に円周方向に沿って刻設された油溝である。６１は該シリンダライナ１０の円周方向複数箇所に穿孔された油孔で、前記油溝６２とシリンダライナ１０の外面１０ｂとを連通している。
６０は注油装置で、前記シリンダライナ１０の外面１０ｂに図示しない複数のボルトによって固定された環状のケース６３の内周に前記油孔６１に連通される油溝６４が刻設され、該ケース６３に穿孔された油孔６５が該油溝６４に連通するように構成されている。
６６は注油管であり、図示しないシリンダ注油装置からの潤滑油（他の系統からの潤滑油でもよい）が該注油管６６を通して供給され、前記油孔６５から油溝６４を経て前記シリンダライナ１０の各油孔６１に入り、各油孔６１から前記油溝６２を通して前記回動式掃気管制弁１とシリンダライナ１０との摺接部１ｆを潤滑するようになっている。
前記注油装置６０を設けたことにより、燃焼室１４内のガスが侵入し易い回動式掃気管制弁１とシリンダライナ１０との摺接部１ｆの潤滑が十分になされ、該回動式掃気管制弁１の作動性を良好に保持するとともに、前記摺接部１ｆ焼き付きの発生を防止できる。
【００２８】
５２は機関のクランク角を検出するクランク角検出器、５３は機関回転数を検出する回転数検出器、５４は機関負荷（機関出力）を検出する負荷検出器である。５０は前記油圧シリンダ３への作動油の供給、遮断を行う電磁弁、５１は該電磁弁５０を開閉制御する弁開閉制御装置である。５０ａは図示しない油圧源からの作動油を前記電磁弁５０の入口に供給する作動油供給管、５０ｂ、５０ｃは前記電磁弁５０と前記油圧シリンダ３の油室（図示省略）とを接続する作動油管である。
前記クランク角検出器５２からのクランク角の検出信号、前記回転数検出器５３からの機関回転数の検出信号、及び前記負荷検出器５４からの機関負荷（機関出力）の検出信号は前記弁開閉制御装置５１に入力されるようになっている。
【００２９】
次に、図１〜２及び図８〜９に基づき、かかる第１実施例の動作を説明する。
前記弁開閉制御装置５１は、前記クランク角検出器５２からのクランク角の検出信号、回転数検出器５３からの機関回転数の検出信号、及び負荷検出器５４からの機関負荷（機関出力）の検出信号に基づき、前記電磁弁５０の開閉時期及び開弁期間を制御し、該電磁弁５０は前記油圧シリンダ３への作動油管５０ｂ、５０ｃと作動油供給管５０ａとの接続、遮断を行う。
【００３０】
しかして、前記回動式掃気管制弁１が、これの各管制弁開口部１ａと各掃気孔１２とが重なり各掃気孔１２が全開とされているときには、前記掃気室２３と燃焼室１４との間の掃気通路の開口面積は、図８のＡ１のようになっている。
従って、前記のように回動式掃気管制弁１が各掃気孔１２を全開としているときには、燃焼行程においてピストン１１が下降し、図８のＡにおいてピストンの肩部が前記回動式掃気管制弁１の各管制弁開口部１ａを開口した後、ピストン１１が下死点Ｃから上昇し、Ｅにおいてピストンの肩部が各管制弁開口部１ａを閉じるまでは、掃気通路の開口面積は図８のＡ１のように変化する。
【００３１】
図２に示されるように、前記回動式掃気管制弁１の各管制弁開口部１ａが各掃気孔１２の間に位置しているときには、該回動式掃気管制弁１によって各掃気孔１２が閉じられ、前記掃気通路の開口面積はゼロ（全閉）となっている。
かかる掃気通路の開口面積が全閉の状態において、前記クランク角の検出信号により、ピストンの位置が下死点Ｃ後のＤにきたことが前記弁開閉制御装置５１に入力されると、該弁開閉制御装置５１は、電磁弁５０を切り換えて前記油圧シリンダ３への作動油管５０ｂ、５０ｃと作動油供給管５０ａとの接続を切り換え、該油圧シリンダ３によって前記回動式掃気管制弁１を前記全閉の状態から円周方向（図２のＸ１矢方向）に移動させ、該回動式掃気管制弁１を開き始める。
【００３２】
かかる回動式掃気管制弁１の開口面積は、前記ピストンの肩部により該回動式掃気管制弁１の各管制弁開口部１ａの一部あるいは全部が閉じられていない場合には、該回動式掃気管制弁１の円周方向の移動に従い図８のＡ２のように変化し、下死点Ｃ後のＤにて該回動式掃気管制弁１が開き始め、Ｆにて閉じる。
然るに、かかる実施例においては、前記回動式掃気管制弁１の全閉状態から弁開度の増大と同時に、ピストン１１が下死点Ｃから上昇して前記ピストンの肩部により該各管制弁開口部１ａを軸方向において閉じて行き、該管制弁開口部１ａの軸方向における開口高さが減少していくため、前記掃気通路の実際の開口面積は図８のＡ３のようになり、後述するように、前記Ｆよりも早期のＥにて前記排気弁１６と同時に閉じることとなる。
【００３３】
一方、前記排気弁１６（図５参照）の開口面積は、図８のＡ４のように、前記下死点Ｃ前のＢにて開きはじめる。
そして、かかる実施例においては、前記弁開閉制御装置５１は、前記掃気通路の実際の開口面積Ａ３と前記排気弁の開口面積Ａ４とが同一クランク角においてゼロになる、即ち下死点Ｃ後の掃気通路の閉時期を排気弁１６の閉弁時期と同一時期（図８のＥ）になるように、前記回動式掃気管制弁１を開閉制御する。
前記回動式掃気管制弁１の開閉時期は、前記回転数検出器５３にて検出される機関回転数及び負荷検出器５４にて検出される機関負荷（機関出力）によって変化せしめることが可能である。
【００３４】
かかる第１実施例によれば、前記弁開閉制御装置５１によって前記回動式掃気管制弁１の開度を制御することにより、下死点Ｃ後の掃気通路の閉時期を排気弁１６の閉弁時期と同一時期（図８のＥ）になるようにしたので、前記掃気通路の閉止と同時に排気弁１６も閉じることとなり、従来技術のように掃気孔１２が閉じた後も排気弁１６が開いて燃焼室１４内の新気が排気管２０側に吹き抜けて新気の流出損失が発生することがない。更にピストン１１の下降ストロークで掃気孔１２群を閉じておく事で排気弁１６の開弁を極限まで遅らせ最大の有効仕事を得ることが出来、これにより、図９のＫ部に示される面積に相当する量の、シリンダ内ガスの有効仕事を増大することが可能となる。
尚、図９におけるＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの符号は図８の符号に対応している。
また、機関回転数、機関負荷（機関出力）等の機関運転状態を検出して前記弁開閉制御装置５１に入力し、該弁開閉制御装置５１により、機関運転状態によって前記回動式掃気管制弁１を駆動するので、機関の運転状態に最適な掃気通路の開口面積変化を得ることが可能となり、ＮＯｘの発生を抑制しつつ機関の熱効率を高く維持する運転が可能となる。
【００３５】
また、前記のように、掃気通路の閉止と同時に排気弁１６も閉じることにより、燃焼室１４内の新気が排気管２０側に吹き抜けることがなくなるので、過給機１９及び図示しない排気ガス熱回収システムに高排気温度の排気ガスを供給することができる。これにより、前記過給機１９を駆動する排気ガスエネルギーが増大するとともに、前記排気ガス熱回収システムにおける廃熱回収効率が向上する。
【００３６】
また、前記弁開閉制御装置５１は、前記回動式掃気管制弁１を介して前記掃気通路の開口始め時期を下死点Ｃ後のＤに設定するように構成されているので、下死点Ｃ後のピストン１１の上昇とともに掃気作用が開始され、掃気の流入速度とピストン１１の上昇運動との相乗作用によって燃焼室１４内の掃気作用が助長、強化されることとなる。これにより、少ない掃気流量で掃気効率を高く維持できる。
【００３７】
また、前記回動式掃気管制弁１をシリンダライナ１０の内面１０ａ側に、該シリンダライナ１０の周方向に所定弧状角度往復回動可能に嵌合して掃気孔１２を開閉し、前記掃気通路の開口面積を変化せしめるようにしたので、該回動式掃気管制弁１をシリンダライナ１０の内面１０ａに沿って円周方向に移動させることにより、該回動式掃気管制弁１とシリンダライナ１０との摺接部１ｆのシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を全閉状態から全開状態まで自在に変化させることができ、掃気通路の開口面積変化を目標とする開口面積パターンに正確に制御することが可能となる。
また、前記のように回動式掃気管制弁１とシリンダライナ１０との摺接部１ｆのシール性を良好に保持して掃気通路を完全に閉塞することが可能となるので、掃気通路側からの作動ガスの吹き返しをゼロとすることができ、これによりピストンリング１３、シリンダライナ１０の耐久性が向上する。
【００３８】
また、前記回動式掃気管制弁１の各管制弁開口部１ａの開口幅を変化させることにより同一掃気通路開口面積を変化させるので、該管制弁開口部１ａの軸方向長さを長くすることにより、掃気孔１２の高さを従来のものよりも高くして、従来のものと同一掃気通路開口面積を保持することが可能となる。これにより、ピストンストロークに対する掃気孔１２の高さの割合を大きく採って掃気効率を向上させることが可能となる。
【００３９】
図３〜４に示す第２実施例においては、掃気管制弁を前記シリンダライナ１０の内面において該シリンダライナ１０の軸方向に往復動せしめられる往復式掃気管制弁５により構成している。
即ち、図３〜４において、５は往復式掃気管制弁で、前記シリンダライナ１０の内面１０ａ側に、該シリンダライナ１０の軸方向に往復動可能に嵌合されている。該往復式掃気管制弁５の内面、即ち前記ピストンリング１３と摺接する管制弁内面５ｂは前記シリンダライナ１０の内面１０ａと同一面（同一径）に形成される。
【００４０】
図４に示されるように、前記往復式掃気管制弁５は、その円周方向に沿って管制弁制御部５ａが前記掃気孔１２と同数形成されている。各管制弁制御部５ａは、最上部ストローク時に前記掃気孔１２を全閉可能なように、該掃気孔１２よりも若干幅広に形成され、該管制弁制御部５ａが図４のように最上部位置にあるときに各掃気孔１２が全閉となり、この位置から該往復式掃気管制弁５が下降するに従い掃気孔１２の開口面積が増大し、往復式掃気管制弁５が最下部にきたとき各掃気孔１２が全開となって掃気孔開口面積が最大となるように構成されている。
【００４１】
６は前記シリンダライナ１０の下部外周面に図示しない複数のボルトによって固定された管制弁サポートであり、前記往復式掃気管制弁５はその下端つば部５ｃと該管制弁サポート６の下端支持部６ａとの間に後述する油圧シリンダ７及びスプリング８を介して、シリンダライナ１０との摺接部１ｆを往復摺動可能に採り付けられている。
【００４２】
７は油圧シリンダで、前記往復式掃気管制弁５の下端つば部５ｃと前記管制弁サポート６の下端支持部６ａとの間に介装され、該油圧シリンダ７の伸縮により前記往復式掃気管制弁５がシリンダライナ１０の軸方向に往復動して、前記各掃気孔１２を開閉するようになっている。該油圧シリンダ７の駆動系を構成する電磁弁５０、弁開閉制御装置５１等の構成は前記第１実施例と同様である。
８は圧縮ばね或いは圧縮空気からなるスプリングで、前記往復式掃気管制弁５の下端つば部５ｃと前記管制弁サポート６の下端支持部６ａとの間に介装されて、前記往復式掃気管制弁５を上方に押し上げ、前記各掃気孔１２を閉じる方向に付勢されている。
前記油圧シリンダ７及びスプリング８、シリンダライナ１０の円周方向に沿って複数個設置されている。
【００４３】
かかる第２実施例において、前記往復式掃気管制弁５が最下部に位置して各掃気孔１２が全開とされているときには、前記掃気室２３と燃焼室１４との間の掃気通路の開口面積は、図８のＡ１のようになっている。
従って、往復式掃気管制弁５が各掃気孔１２を全開としているときには、燃焼行程においてピストン１１が下降し、図８のＡにおいてピストンの肩部が掃気孔１２群を開口した後、ピストン１１が下死点Ｃから上昇し、Ｅにおいてピストンの肩部が各掃気孔１２を閉じるまでは、掃気通路の開口面積は図８のＡ１のように変化する。
【００４４】
図４に示されるように、前記スプリング８によって前記往復式掃気管制弁５が最上部に位置せしめられているときには、該往復式掃気管制弁５の管制弁制御部５ａによって各掃気孔１２が閉じられ、前記掃気通路の開口面積はゼロ（全閉）となっている。
かかる掃気通路の開口面積が全閉の状態において、前記クランク角の検出信号により、第１段のピストンリング１３の位置が下死点Ｃ後のＤにきたことが前記弁開閉制御装置５１に入力されると、該弁開閉制御装置５１は、前記電磁弁５０及び弁開閉制御装置５１を介して前記往復式掃気管制弁５を前記全閉の状態から軸方向下方（図３のＹ矢方向）に移動させ、該往復式掃気管制弁５を開き始める。
【００４５】
かかる往復式掃気管制弁５の開口面積は、前記ピストン肩部により各掃気孔１２群が閉じられていない場合には、該往復式掃気管制弁５軸方向の移動に従い図８のＡ２のように変化し、下死点Ｃ後のＤにて該往復式掃気管制弁５が開き始め、Ｆにて閉じる。
然るに、かかる実施例においては、前記往復式掃気管制弁１の全閉状態から弁開度の増大と同時に、ピストン１１が下死点Ｃから上昇して前記第１段のピストンリング１３により掃気孔１２群を閉じて行き、該掃気孔１２の軸方向における開口高さが減少するため、前記掃気通路の実際の開口面積は図８のＡ３のように小さくなり、前記Ｆよりも早期のＥにて閉じることとなる。
【００４６】
一方、前記排気弁１６（図５参照）の開口面積は、図８のＡ４のように、前記下死点Ｃ前のＢにて開きはじめとなる。
そして、かかる第２実施例においては前記第１実施例と同様に、前記弁開閉制御装置５１は、前記掃気通路の実際の開口面積Ａ３と前記排気弁の開口面積Ａ４とが同一クランク角においてゼロになる、即ち下死点Ｃ後の掃気通路の閉時期を排気弁１６の閉弁時期と同一時期（図８のＥ）になるように、前記回動式掃気管制弁１を開閉制御する。
従って前記掃気通路の閉止と同時に排気弁１６も閉じることとなり、従来技術のように掃気孔が閉じた後も排気弁が開いて燃焼室１４内の新気が排気管１８側に吹き抜けて該ガスの流出損失が発生することはない。
【００４７】
かかる第２実施例において、前記以外の作用、効果は、前記第１実施例と同様である。また前記以外の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００４８】
図６に示す第３実施例においては、掃気管制弁１Ａを前記シリンダライナ１０の内面において該シリンダライナ１０の円周方向に所定弧状角度往復動せしめられる回動式（ロータリスライド式）掃気管制弁により構成するとともに、該掃気管制弁１Ａの開口部６５を掃気孔群１２と略同じ形状で且つ同一ピッチの開口群を持ち、シリンダライナ１０の円周方向に所定弧状角度往復動せしめられることで掃気孔を管制するもので、該管制弁１Ａの駆動リンク７２Ａを、シリンダライナ１０に駆動リンク取出開口部７３Ａを設けて該駆動リンク７２Ａをライナ外周側に延在させる事で、排気管制弁１Ａの高さと重量を最小にしている。
即ち図６において、１Ａは回動式掃気管制弁で、前記シリンダライナ１０の内面１０ａに、該シリンダライナ１０の周方向に所定弧状角度往復回動可能に嵌合されている。
前記回動式掃気管制弁１Ａは、その円周方向に沿って管制弁開口部６５が前記掃気孔１２と同一形状かつ同一ピッチで形成され、図６（Ｂ）に示すように、該管制弁開口群６５が各掃気孔１２群の間にあるときに各掃気孔１２が全閉となり、この位置から該管制弁開口部６５が円周方向に移動するに従い掃気孔１２群の開口面積が増大し、各管制弁開口部６５と各掃気孔１２とが重なったとき各掃気孔１２が全開となって掃気孔開口面積が最大となるように構成されている。
また前記掃気管制弁１Ａは前記駆動リンク取出開口部７３Ａを気密シール可能に塞ぐように該開口部７３Ａ下端側より僅かに下方に延在させて蓋部１Ａｂとなすとともに、該蓋部下端と掃気管制弁１Ａ上端がライナ周方向に摺動可能に平行に形成するとともに、該摺動域のシリンダライナ１０側を凹設し、その凹設端面を摺動ガイド１０ｃとなす。
【００４９】
７１Ａは駆動油圧シリンダで、前記駆動リンク取出開口部７３Ａ近傍のシリンダライナ１０の外面に図示しない複数のボルトによって固定されている。７２Ａは該油圧シリンダ７１Ａの出力軸であるピストンロッド７１Ａｅと前記回動式掃気管制弁１Ａの下部とを連結する駆動リンクで、前記油圧シリンダ７１Ａのピストンロッド７１Ａｅがシリンダライナ１０の周方向に往復動すると、前記回動式掃気管制弁１Ａがシリンダライナ１０の内周面をスライドすることにより、円周方向に往復動して前記各掃気孔１２を開閉するようになっている。
尚、前記油圧シリンダ７１Ａの駆動系を構成する電磁弁５０、弁開閉制御装置５１等の構成は前記第１実施例と同様である。
【００５０】
かかる第３実施例における作用は第１実施例と同様であるが、管制弁１Ａの駆動リンク７２Ａを、シリンダライナ１０に駆動リンク取出開口部７３Ａを設けて該駆動リンク７２Ａをライナ外周側に延在させる事で、排気管制弁１Ａの高さと重量を最小にしているために運動部である管制弁１Ａの質量が最小となり制御性が向上するとともに、これにより高強度材料によって作られる管制弁１Ａの重量が最小となりコストを下げる事が出来更にこれにより全体をコンパクトに出来る。
【００５１】
図７に示す第４実施例においては、掃気管制弁を前記シリンダライナ１０の内面において該シリンダライナ１０の軸方向に往復動せしめられる往復式掃気管制弁５Ａにより構成している点は、第１実施例と同様であるが、シリンダライナの管制弁駆動リンクを、シリンダライナの掃気孔下方にリンクストローク長さに対応する縦長帯状でリンクストロークに対応する長さの開口部を設けて該開口部を介してリンクをシリンダライナ外周に延在させて駆動油圧シリンダに取り付ける。
即ち、５Ａは往復式掃気管制弁で、前記シリンダライナ１０の内面１０ａ側に、該シリンダライナ１０の軸方向に往復動可能に嵌合されている。該往復式掃気管制弁５Ａの内面、即ち前記ピストンリング１３と摺接する管制弁内面５ｂは前記シリンダライナ１０の内面１０ａと同一面（同一径）に形成される。
【００５２】
図７（Ｂ）に示されるように、前記往復式掃気管制弁５Ａは、その円周方向に沿って櫛歯状の管制弁制御部５Ａａが前記掃気孔１２群と同数形成されている。各管制弁制御部５Ａａは、最上部ストローク時に前記各掃気孔１２を全閉可能なように、該掃気孔１２よりも若干幅広に形成され、該管制弁制御部５Ａａが図７のように最上部位置にあるときに各掃気孔１２が全閉となり、この位置から該往復式掃気管制弁５Ａが下降するに従い掃気孔１２の開口面積が増大し、往復式掃気管制弁５Ａが最下部にきたとき各掃気孔１２が全開となって掃気孔開口面積が最大となるように構成されている。
そして前記管制弁制御部５Ａａの下側５Ａｂは櫛歯状に垂下されており、該櫛歯部５Ａｂはシリンダライナに設けた凹設したスライド溝１０１と軸方向に摺動自在に嵌合し、管制弁５Ａが軸方向に往復動する際の揺動を防止している。
尚、櫛歯部の歯幅は管制弁制御部５Ａａの幅と同等か僅かに小に設定するとともに、シリンダライナ１０側のスライド溝１０１に容易に侵入できるように、先端Ｕ字状に形成する。
シリンダライナ１０側のスライド溝１０１を形成する岸部１０２も先端Ｕ字状に形成するとともに、往復式掃気管制弁がシリンダライナ１０の内面に沿って軸方向に往復動可能なストローク位置に形成する。
【００５３】
また駆動リンク取出開口部７３Ｂは掃気孔下方の前記櫛歯部５Ａｂの櫛幅より小に設定し、その部分より漏れがないように開口する。
【００５４】
７１Ｂは駆動油圧シリンダで、前記駆動リンク取出開口部の下側に固定配置され、該油圧シリンダ７１Ｂの伸縮により前記往復式掃気管制弁５Ａがシリンダライナ１０の軸方向に往復動して、前記各掃気孔１２を開閉するようになっている。
【００５５】
かかる実施例によれば掃気管制弁を軸方向に往復動させる管制弁駆動リンク７２Ｂを、掃気孔下方のシリンダライナ１０に駆動リンク取出開口部７３Ｂを設けて該リンク７２Ｂをシリンダライナ１０外周に取り出す事で、管制弁高さと重量を最小とすることができ、これにより運動部である管制弁５Ａの質量が最小となり制御性が向上するとともに、高強度材料によって作られる管制弁５Ａの重量が最小となりコストを下げる事が出来且つ全体をコンパクトに出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
２サイクル大型ディーゼル機関に適用され、シリンダカバーに排気弁を備えるとともに燃焼室内に掃気を供給する掃気孔がシリンダライナの下部に周方向に沿って複数開設され、さらに該掃気孔を開閉するとともに燃焼室内への掃気通路の開口面積を変化せしめる掃気管制弁を備えた内燃機関において、掃気管制弁とシリンダライナとの摺接部のシール性を良好に保持して掃気通路の開口面積を目標開口面積に正確に制御可能とするとともに、掃気通路の完全な閉塞を可能として掃気通路を通しての作動ガスの吹き返しを阻止してピストンリング、シリンダライナの耐久性を向上し、かつシリンダ注油用の潤滑油消費率を低減できる。
【符号の説明】
【００５７】
１、１Ａ、３０ 回動式掃気管制弁
１ａ 管制弁開口部
２ 駆動リンク
３、７、４１ 油圧シリンダ
５Ａ、４０ 往復式掃気管制弁
８ スプリング
１０ シリンダライナ
１０ａ シリンダライナの内面
１１ ピストン
１２ 掃気孔
１３ ピストンリング
１４ 燃焼室
１６ 排気弁
１９ 過給機
２３ 掃気室
５０ 電磁弁
５１ 弁開閉制御装置
５２ クランク角検出器
５３ 回転数検出器
５４ 負荷検出器
６０ 注油装置
７２Ａ、７２Ｂ 駆動リンク
７３Ａ、７３Ｂ 駆動リンク取出開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に掃気を供給する掃気孔がシリンダライナの下部に周方向に沿って複数開設されるとともに、シリンダカバーに排気弁を備えた内燃機関において、
前記シリンダライナの内側に、該シリンダライナの内面に沿って移動可能に設けられて前記掃気孔を開閉し前記燃焼室内への掃気通路の開口面積を変化せしめる掃気管制弁と、機関のクランク角に対応して前記掃気管制弁を駆動する弁作動装置とを備え、前記クランク角の変化に対応して前記掃気管制弁を移動させることにより、前記掃気通路の開口面積を変化せしめるように構成されたことを特徴とする掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項２】
前記掃気管制弁とシリンダライナとの摺動面に潤滑油を強制注油する注油装置を設けてなることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項３】
前記掃気管制弁は、前記シリンダライナよりも高い強度を有する母材の該シリンダライナとの摺接面に窒化等の表面硬化処理を施した材料からなることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項４】
前記掃気管制弁は、前記弁作動装置により前記シリンダライナの内面において該シリンダライナの周方向に往復回動せしめられる回動式掃気管制弁からなることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項５】
前記回動式掃気管制弁のシリンダライナ軸方向高さ（Ｈ２）を、第１段ピストンリング上面から最下段ピストンリング下面までの高さ（Ｈ１）よりも小さく形成したことを特徴とする請求項４記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項６】
前記掃気管制弁は、前記弁作動装置により前記シリンダライナの内面において該シリンダライナの軸方向に往復動せしめられる往復式掃気管制弁からなることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項７】
前記シリンダライナの内側に位置する掃気管制弁が、シリンダライナ外側に配設された駆動系により、該シリンダライナの内面に沿って周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成され、前記駆動系と掃気管制弁とを連結する伝導機構が、掃気管制弁により封止可能な位置に開口されたシリンダライナ開口部より駆動系側に延在されていることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項８】
前記シリンダライナの内側に位置する掃気管制弁が、シリンダライナ外側に配設された駆動系により、該シリンダライナの内面に沿って周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成され、前記掃気管制弁を周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成するガイド部が、シリンダライナ内面側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項１】
燃焼室内に掃気を供給する掃気孔がシリンダライナの下部に周方向に沿って複数開設されるとともに、シリンダカバーに排気弁を備えた内燃機関において、
前記シリンダライナの内側に、該シリンダライナの内面に沿って移動可能に設けられて前記掃気孔を開閉し前記燃焼室内への掃気通路の開口面積を変化せしめる掃気管制弁と、機関のクランク角に対応して前記掃気管制弁を駆動する弁作動装置とを備え、前記クランク角の変化に対応して前記掃気管制弁を移動させることにより、前記掃気通路の開口面積を変化せしめるように構成されたことを特徴とする掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項２】
前記掃気管制弁とシリンダライナとの摺動面に潤滑油を強制注油する注油装置を設けてなることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項３】
前記掃気管制弁は、前記シリンダライナよりも高い強度を有する母材の該シリンダライナとの摺接面に窒化等の表面硬化処理を施した材料からなることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項４】
前記掃気管制弁は、前記弁作動装置により前記シリンダライナの内面において該シリンダライナの周方向に往復回動せしめられる回動式掃気管制弁からなることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項５】
前記回動式掃気管制弁のシリンダライナ軸方向高さ（Ｈ２）を、第１段ピストンリング上面から最下段ピストンリング下面までの高さ（Ｈ１）よりも小さく形成したことを特徴とする請求項４記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項６】
前記掃気管制弁は、前記弁作動装置により前記シリンダライナの内面において該シリンダライナの軸方向に往復動せしめられる往復式掃気管制弁からなることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項７】
前記シリンダライナの内側に位置する掃気管制弁が、シリンダライナ外側に配設された駆動系により、該シリンダライナの内面に沿って周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成され、前記駆動系と掃気管制弁とを連結する伝導機構が、掃気管制弁により封止可能な位置に開口されたシリンダライナ開口部より駆動系側に延在されていることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【請求項８】
前記シリンダライナの内側に位置する掃気管制弁が、シリンダライナ外側に配設された駆動系により、該シリンダライナの内面に沿って周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成され、前記掃気管制弁を周方向若しくは軸方向に往復移動可能に構成するガイド部が、シリンダライナ内面側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の掃気管制弁装置を備えた内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１１５０９９（Ｐ２００９−１１５０９９Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５７４５（Ｐ２００９−１５７４５）
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【分割の表示】特願２００３−３８５６５３（Ｐ２００３−３８５６５３）の分割
【原出願日】平成１５年１１月１４日（２００３．１１．１４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２７日（２００９．１．２７）
【分割の表示】特願２００３−３８５６５３（Ｐ２００３−３８５６５３）の分割
【原出願日】平成１５年１１月１４日（２００３．１１．１４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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