特開 2023-181120 改良されたピストン冷却手段を有する大型ターボ過給式２ストローク内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023181120

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】改良されたピストン冷却手段を有する大型ターボ過給式２ストローク内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F01P 3/10 20060101AFI20231214BHJP

   F01M 1/06 20060101ALI20231214BHJP

   F16K 15/04 20060101ALN20231214BHJP

【ＦＩ】

F01P3/10 B

F01M1/06 Z

F01M1/06 B

F01M1/06 C

F16K15/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023092024

(22)【出願日】2023-06-05

(31)【優先権主張番号】PA202270305

(32)【優先日】2022-06-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DK

(71)【出願人】

【識別番号】597061332

【氏名又は名称】エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・エスイー・ティスクランド

(74)【代理人】

【識別番号】100127188

【弁理士】

【氏名又は名称】川守田 光紀

(72)【発明者】

【氏名】モレノ ブラスケス ハビエル

【テーマコード（参考）】

3G313

3H058

【Ｆターム（参考）】

3G313AA12

3G313AA16

3G313AB11

3G313AB16

3G313BB14

3G313BD31

3G313BD32

3G313BD37

3G313CA01

3G313CA25

3G313FA05

3H058AA04

3H058CD08

3H058EE15

(57)【要約】      （修正有）

【課題】クロスヘッド型の大型ターボ過給式２ストロークユニフロー内燃機関のピストン冷却を改善する。
【解決手段】クロスヘッド型の大型ターボ過給式２ストロークユニフロー内燃機関（１００）において、シリンダフレーム（２３）とクロスヘッド（９）とに機械的に接続される伸縮管（３０）を備える。ピストン（１０）を冷却すべく、この伸縮管（３０）は、加圧された潤滑・冷却媒体の供給源（４０）を、クロスヘッド、ピストンロッド（１５）及びピストン（１０）に設けられた導管に流体的に接続する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

クロスヘッド型の大型ターボ過給式２ストロークユニフロー内燃機関であって、
下端部に掃気ポートを有すると共に上端部に排気弁を有する少なくとも１つのシリンダライナと；
前記少なくとも１つのシリンダライナ内の往復ピストンであって、ピストンロッドによって往復クロスヘッドに連結される往復ピストンと；
加圧された冷却・潤滑媒体の供給源と；
前記供給源を前記クロスヘッドの入口ポートに流体的に接続する伸縮管と；
前記入口ポートから前記ピストンへと延設される導管であって、好ましくは前記クロスヘッド及び前記ピストンロッドを通る導管と；
前記供給源から前記伸縮管へと前記冷却・潤滑媒体が流れることを許容し、前記伸縮管から前記供給源へと前記冷却・潤滑媒体が流れることを阻止又は制限するように構成されるバルブと；
を備え、
前記バルブは、第１弁座上の閉位置又は制限位置と第２弁座上の開位置との間を移動しうるように配される可動弁部材を有し、
前記可動弁部材は重力のみによって、前記開位置の方へ付勢される、
機関。

【請求項2】

前記少なくとも１つのシリンダライナはシリンダフレームによって支持され、
前記伸縮管は、前記シリンダフレームに物理的に結合される固定管と、前記クロスヘッドに物理的に結合される可動管とを備え、
前記可動管は、好ましくは前記クロスヘッドのガイドシューに物理的に結合される、
請求項１に記載の機関。

【請求項3】

前記バルブは、前記固定管の上流側又は前記固定管の入口に配される、請求項２に記載の機関。

【請求項4】

前記可動弁部材は、前記バルブの胴体内の空洞に受容され、前記可動弁部材の形状は、前記空洞の形状との組み合わせにより、前記可動弁部材の第１弁座及び／又は第２弁座への移動に対して減衰を提供する、請求項１から３のいずれかに記載の機関。

【請求項5】

前記バルブは逆止弁である、請求項１から４のいずれかに記載の機関。

【請求項6】

前記バルブは電子制御バルブであり、コントローラからの信号に応じて開閉や制限を行う、請求項１から５のいずれかに記載の機関。

【請求項7】

前記コントローラは前記可動管の位置を知らされると共に、前記可動管の位置の関数として、前記電子制御バルブの開閉又は制限のタイミングを調整するように構成され、
前記コントローラは、好ましくは、前記伸縮管が収縮するときに前記電子制御バルブを閉じるか制限し、前記伸縮管が伸長するときに前記電子制御バルブを開くように構成される、
請求項６に記載の機関。

【請求項8】

前記コントローラは、伸縮管内の圧力を知らされると共に、前記圧力が閾値を超える場合に前記電子制御バルブを閉じるか制限するように構成され、又は、
前記コントローラは、前記伸縮管内の圧力と、前記供給源から供給される圧力とを知らされると共に、前記伸縮管内の圧力が、前記供給源から供給される圧力若しくは目標圧力と同等又は高い場合に前記電子制御バルブを閉じるか制限し、前記伸縮管内の圧力が、前記供給源から供給される圧力若しくは目標圧力よりも低い場合に、前記電子制御バルブを開くように構成される、
請求項７に記載の機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願の開示事項は、クロスヘッドを有する大型ターボ過給式２ストローク内燃機関であって、往復ピストンを受容する少なくとも１つのシリンダを有し、前記往復ピストンが、シリンダフレームをクロスヘッドに接続する伸縮管を通じて供給される冷却媒体の流れによって冷却される、機関に関する。

【背景】

【0002】

大型ターボ過給式２ストローク内燃機関は、大型船舶の推進システムや、発電プラントの原動機としてしばしば用いられる。その大きさや重量、出力は、このタイプの圧縮内燃機関を他の燃焼機関からかけ離れたものとしており、このタイプの圧縮内燃機関を独特の分類に位置づけている。これらの機関は、高さが増すことがあまり問題にならないので、ピストンに側圧がかからないようにクロスヘッドを用いて構成される。通常、このような機関は天然ガスや石油ガス、メタノール、エタン、燃料油で運転される。

【0003】

大型ターボ過給式２ストローク内燃機関は、圧縮着火、すなわちディーゼル原理により動作させられる場合と、ピストンの下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）までのストローク中に掃気ガスを燃料と混合させる予混合機関として、すなわちオットー原理により、動作させられる場合とがある。

【0004】

ピストンは通常、燃焼室内の高温に耐えられるように、耐熱鋼で作られている。また、機関の運転中にピストンが過熱しないように、ピストンは冷却媒体、例えば潤滑油で冷却される。

【0005】

機関潤滑システムは、機関の様々な構成部品に潤滑媒体を供給する。潤滑媒体は、ピストンを冷却するためにも使用される。一般的に、使用される媒体は潤滑油である。

【0006】

潤滑システムの分岐の１つは伸縮管によってクロスヘッドに接続される。そこから潤滑・冷却媒体は、ピストンロッドを上行してピストンを冷却し、次いで下行して、クロスヘッド軸受を潤滑し、また垂直ガイドプレート間でクロスヘッドを案内するガイドシューを潤滑するなどの、いくつかの機能を果たす。伸縮管の一部分はクロスヘッドに接続され、伸縮管の別の部分はシリンダフレームを横断してシリンダフレーム又はインレットマニホールドに接続される。そして伸縮管の内腔は、シリンダフレームの接続点からクロスヘッド及びピストンロッド内の導管を経てピストンへと冷却媒体を輸送するために用いられる。伸縮管は、外管と、外管の内腔に少なくとも部分的に受容された内管とを有する。内管は、シリンダフレームに対するクロスヘッドの往復運動に追従して並進移動することができる。

【0007】

実開昭５７－１７６６１６号公報は、冷却・潤滑液の供給源とクロスヘッドの入口ポートとを流体的に接続する伸縮管を備え、バルブが供給源から伸縮管への冷却・潤滑液の流れは許容し、伸縮管から冷却・潤滑液供給源に向かう冷却・潤滑液の流れは阻止する、クロスヘッド式大型ターボ過給式２ストロークユニフロー内燃機関を開示している。このバルブは、弁部材を弁座に向かって付勢するバネを有している。

【摘要】

【0008】

本発明の目的は、ピストン冷却を改善したクロスヘッド式の大型ターボ過給式２ストロークユニフロー内燃機関を提供することである。

【0009】

本願の発明者が行った試験とシミュレーションにより、ピストンの冷却は機関サイクル中に大きく変動し、冷却の大部分は機関サイクルの比較的小さな部分で発生することが判明した。発明者は、更なる試験とシミュレーションを通じて、この変動は、ピストンへの冷却媒体の圧力と流量の変動によって引き起こされるとの洞察に到達した。更に、解析と洞察により、これらの圧力及び流量の変動は、機関サイクル中の伸縮管の伸縮によって引き起こされることが判明した。

【0010】

第１の捉え方によれば、次のような、クロスヘッド式大型ターボ過給式２ストロークユニフロー内燃機関が提供される。この機関は、
下端部に掃気ポートを有すると共に上端部に排気弁を有する少なくとも１つのシリンダライナと；
前記少なくとも１つのシリンダライナ内の往復ピストンであって、ピストンロッドによって往復クロスヘッドに連結される往復ピストンと；
加圧された冷却・潤滑媒体の供給源と；
前記供給源を前記クロスヘッドの入口ポートに流体的に接続する伸縮管と；
前記入口ポートから前記ピストンへと延設される導管であって、好ましくは前記クロスヘッド及び前記ピストンロッドを通る導管と；
前記供給源から前記伸縮管へと前記冷却・潤滑媒体が流れることを許容し、前記伸縮管から前記供給源へと前記冷却・潤滑媒体が流れることを阻止又は制限するように構成されるバルブ（弁）と；
を備え、
前記バルブは、第１弁座上の閉位置又は制限位置と第２弁座上の開位置との間を移動しうるように構成される可動弁部材を有し、
前記可動弁部材は重力のみによって、前記開位置の方へ付勢される。

【0011】

伸縮管の上流又は伸縮管の入口に、逆止弁又は逆止弁のように機能するバルブを設けることにより、ピストンの圧縮ストローク（ＢＤＣからＴＤＣへのストローク）のときの、すなわち伸縮管が収縮するときの、冷却媒体の逆流を回避又は少なくとも低減できる。それによって、機関サイクルを通じてピストンへの冷却媒体の流れをより一定とする。本発明者は、伸縮管から供給源への戻り流が阻止又は制限されていれば、伸縮管が収縮しているとき（即ちピストンの圧縮ストロークの間）、伸縮管が容積式ポンプとして機能するので、逆止弁の閉鎖又は弁の制限によって、冷却媒体の流量が増加するという洞察に到達した。その結果、機関サイクル全体を通して冷却媒体の流れが実質的に増加し、活発に冷却する時間が延長されることにより、冷却能力の増加が図られピストン冷却が改善される。前記バルブは、第１弁座上の閉位置又は制限位置と第２弁座上の開位置との間を移動しうるように配される可動弁部材を有し、前記可動弁部材は重力のみによって、前記開位置の方へ付勢される。

【0012】

ピストン冷却の改善により、ピストン温度の低下が得られ、ピストンに耐熱性の低い鋼種を使用することで低コスト化を実現しうる。またピストン冷却の改善は、ピストン燃焼のマージンの増大を実現するために役立つことができる。更に、燃料弁アトマイザーのレイアウトの自由度（特にピストン方向の自由度）を高めるために役立つことができる。

【0013】

バルブ部材の閉位置に関連する第１弁座とバルブ部材の開位置に関連する第２弁座を有するバルブとを使用することと、バルブ部材が重力によってのみ第２弁座即ち開位置に向かって付勢されることにより、バネにより付勢される先行技術の故障しやすいバルブ部材と比較して、著しく信頼性の高いバルブが得られる。

【0014】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記少なくとも１つのシリンダライナはシリンダフレームによって支持され、前記伸縮管は、前記シリンダフレームに物理的に結合される固定管と、前記クロスヘッドに物理的に結合される可動管とを備える。前記可動管は、好ましくは前記クロスヘッドのガイドシューに物理的に結合される。

【0015】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記伸縮管は、前記往復クロスヘッドの動きに追従して伸縮するように構成される。

【0016】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記バルブは、前記固定管の上流側又は前記固定管の入口に配される。

【0017】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記可動弁部材は、前記バルブの胴体の空洞に受容され、前記可動弁部材の形状は、前記空洞の形状との組み合わせにより、前記可動弁部材の第１弁座及び／又は第２弁座への移動に対して減衰を提供する。

【0018】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記バルブは電子制御バルブであり、コントローラー（電子制御装置）からの信号に応じて開閉や制限を行う。

【0019】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記コントローラは前記可動管の位置を知らされると共に、前記可動管の位置の関数として、前記電子制御バルブの開閉又は制限のタイミングを調整するように構成される。前記コントローラは、好ましくは、前記伸縮管が収縮するとき（ピストンがＢＤＣからＴＤＣに移動するとき）に前記電子制御バルブを閉じるか制限し、前記伸縮管が伸長するときに前記電子制御バルブを開くように構成される。

【0020】

または、前記コントローラは伸縮管内の圧力を知らされると共に、前記圧力が閾値以上の場合に前記電子制御バルブを閉じるか制限し、前記圧力が閾値未満の場合に前記電子制御バルブを開くように構成される。

【0021】

または、前記コントローラは伸縮管内の圧力と、前記供給源から供給される圧力とを知らされると共に、前記伸縮管内の圧力が前記供給源から供給される圧力と同等又は高い場合に前記電子制御バルブを閉じるか制限し、前記伸縮管内の圧力が前記供給源から供給される圧力より低い場合に前記電子制御バルブを開くように構成される。

【0022】

前記コントローラは、可動管の位置を直接（例えば位置センサを使用して）知ることができる。または前記コントローラは、クランク軸の角度位置を知る手段により（例えばクランクシャフト用の角度位置センサを使用して）、可動管の位置を知ることができる。

【0023】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記バルブは逆止弁である。

【0024】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記入口ポートは、前記クロスヘッドのガイドシュー上に配置され、前記導管の少なくとも一部は、前記入口ポートから前記ガイドシューを通り、前記ガイドシューから前記ピストンロッドに、好ましくはクロスヘッドピンを通るように延設される。

【0025】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記可動管は前記固定管の内腔に少なくとも部分的に封止されており、又は、前記固定管が前記可動管の内腔に少なくとも部分的に封止されている。

【0026】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記可動管は、前記クロスヘッドの往復運動に追従して、前記固定管に対して並進移動可能である。

【0027】

前記第１の側面の実装形態の一例において、伸縮管を通じて前記ピストンに供給される冷却・潤滑媒体の流れにより、前記ピストンは冷却される。

【0028】

前記第１の側面の実装形態の一例において、前記伸縮管の内腔は、前記シリンダフレーム又は前記インレットマニホールドの連結部から、前記クロスヘッド、そして前記ピストンロッド内の導管を経由して、前記ピストンに前記冷却・潤滑媒体を輸送するために使用される。

【0029】

この目的や他の目的が、本願の開示事項の特徴により達成される。可能な様々な実装形態が、明細書及び図面から明らかになるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0030】

以下、図面に示される例示的な実施形態を参照しつつ、様々な捉え方や実施形態、実装例を詳細に説明する。

【図1】ある例示的実施形態に従う、複数のターボ過給機を備える大型２ストローク内燃機関を正面方向から俯瞰した図である。

【図2】図１の大型２ストローク内燃機関を背面方向から俯瞰した図である。

【図3】図１の大型２ストローク内燃機関の略図表現である。

【図4】図１の機関の機関フレーム、シリンダフレーム、シリンダライナの上部を通る断面図であり、クロスヘッドとピストンへの冷却・潤滑媒体の供給を示す図である。

【図5】冷却・潤滑媒体供給における逆止弁の一実施形態を示す断面図である。可動弁部材が閉位置にある。

【図6】図５の逆止弁において、可動弁部材が開位置にあるときの断面図である。

【図7】図５の逆止弁のハウジングの内側を示す断面図である。

【図8】図５の逆止弁の上面図である、

【図9】冷却・潤滑油供給部に配置される逆止弁の他の実施形態を示す断面図であり、弁部材が開位置にある状態を示している。

【図10】図９の逆止弁において、可動弁部材が閉位置にある状態の断面図である。

【図11】逆止弁が電子制御式一方向弁である他の実施形態の略図表現である。

【詳細説明】

【0031】

図１～図３は、ターボ過給式大型低速２ストロークディーゼル機関１００を描いている。この機関は、クランクシャフト８及びクロスヘッド９を有する。図３は、ターボ過給式大型低速２ストロークディーゼル機関を、その吸気システム及び排気システムと共に略図により表現したものである。この実施形態１００において、機関は直列に６本のシリンダを有する。各シリンダはシリンダライナ１から形成される。ターボ過給式大型低速２ストロークディーゼル機関は通常、直列に配される４本から１４本のシリンダを有する。これらのシリンダはシリンダフレーム２９に担持される。シリンダフレーム２３は機関フレーム２３に担持される。機関１００は、例えば、船舶の主機関や、発電所において発電機を動かすための固定型のエンジンとして用いられることができる。機関１００の全出力は、例えば、１０００ｋＷから１１００００ｋＷでありうる。

【0032】

この実施形態における機関１００は、２ストロークユニフロー式圧縮着火型機関であり、各シリンダライナ１には、その下部領域に掃気ポート１８が設けられ、その頂部中央には排気弁が配される。しかし、機関１００は必ずしも圧縮着火式（ディーゼル原理）である必要はなく、実施形態によっては予混合機関（オットー原理）であってもよい。ここで紹介する実施形態において、機関１００の圧縮圧力は圧縮着火を行うために十分高い。しかし機関１００は、それより低い圧縮圧力で動作し、火花又は同様の手段で点火される予混合機関であってもよい。

【0033】

掃気は、吸気系を通じてシリンダ１に導入される。吸気系は、掃気ポート１８を介してシリンダ１に接続される掃気受け２を備える。

【0034】

シリンダで生成された排気は排気系を通じて排気される。排気系は、排気弁４を介してシリンダ１に接続される排気受け３を備える。

【0035】

機関１の吸気系は掃気受け２を備える。排気再循環（ＥＧＲ）が使用される場合、掃気受けは掃気空気と排気ガスの混合物を受け取る。掃気空気は、掃気受け２を通じて、各シリンダ１の掃気ポート１８へと導かれる。ピストン１０は、シリンダライナ１中で下死点（ＢＤＣ）と上死点（ＴＤＣ）の間を往復し、掃気空気を圧縮する。燃料は、シリンダカバー２８に配される燃料弁５５から噴射される。その後に燃焼が続き、排ガスが生成される。あるいは、燃料弁５５はシリンダライナに配置され、燃料はＢＤＣからＴＤＣまでのピストンストローク中に導入される。掃気空気と燃料の混合物はピストン１０により圧縮され、ピストン１０がＴＤＣ又はその近くにあるときに点火が誘発され、燃焼が続き、排気ガスが生成される。

【0036】

シリンダカバー２８の中央開口部には、中央排気弁４が配置される。またシリンダカバー２８には、中央開口部又は中央排気弁４の周囲において複数（好ましくは３つか４つ）の燃料弁５５が配置される。排気弁４は、電気油圧式排気弁作動システム（図示されていない）によって作動し、コントローラ（電子制御ユニット）５０によって制御される。燃料弁５５には、燃料供給系（図示されていない）によって燃料が供給される。

【0037】

排気弁４が開かれると、排気ガスは、シリンダカバー２８の中央開口部から、（各シリンダ１に設けられる）排気ダクトを有する排気系を通って排気受け３に流入し、第１排気管路１９を通ってターボ過給機５のタービン８に向かう。そこから排気ガスは、第２排気管路を通り、エコノマイザ２０を経由して出口２１へと向かい、大気中に放出される。機関１００は１つ又は複数のターボ過給機５を備える。

【0038】

ターボ過給機５のタービン８は、ターボ過給機５シャフトを介してコンプレッサ７を駆動する。コンプレッサ７には、空気取り入れ口１２を通じて外気が供給される。コンプレッサ７は、圧縮された掃気空気を、掃気受け２に繋がる掃気管１３へと送り込む。掃気管１３の掃気は、掃気空気の冷却と水滴の除去のために、インタークーラー１４及びウォーターミストキャッチャー６３を通過する。

【0039】

機関は、加圧された潤滑媒体を機関の様々な構成要素に供給する潤滑システムを備えている。潤滑媒体は、ピストン１０を含む機関構成部品を冷却するためにも使用される。したがって、潤滑媒体は冷却及び潤滑媒体（本明細書中では冷却・潤滑媒体とも表記されている）であり、潤滑システムは加圧された冷却・潤滑媒体の供給源４０を形成する。

【0040】

次に図４に参照すると、供給源４０は、供給管４１を介して伸縮管３２の固定管３１に接続されている。固定管３１は、シリンダフレーム２９に物理的に連結されており、好ましくは、固定管３１の上端がシリンダフレーム２９の天板２８に固定され、その下端は機関フレームの天板２４に固定される。伸縮管３２は可動管３２を備える。図示される実施形態では、可動管３２は固定管３１の内腔に少なくとも部分的に封止されている。（しかし実施形態によっては、固定管３１が可動管３２の内腔に少なくとも部分的に封止されることも同様にあり得る。）そして可動管３２は、クロスヘッド９の往復運動に追従して、固定管３１に対して並進移動することができ、可動管３２はクロスヘッド９と一緒に移動する。。本実施形態では、可動管３２は、その下端部がクロスヘッド９のガイドシュー２７に固定され、そこでクロスヘッド９の入口ポートに流体的に接続されている。クランクケースフレーム２３には、クロスヘッド９に作用する横力を受ける垂直ガイド面２６が設けられており、ガイドシュー２７は垂直ガイド板２６に案内される。クロスヘッド９は更にクロスヘッドピン１６を備える。クロスヘッドピン１６は、クランク軸８に連結する大端部にガイドシュー２７を連結する

【0041】

伸縮管３０は、冷却及び潤滑媒体の供給源（これはコモンレール４０により形成されるうる）から発し、シリンダフレーム２９内を下降し、クランクケースフレーム２３内に進み、その下端はクロスヘッド９に取り付けられる。伸縮管３０は、コモンレール４０に連結される固定管３１と、クロスヘッド９に連結される可動管３２とからなる。可動管３２は固定管３１に同心状に配されている。クロスヘッド９内には導管３６が設けられる。導管３６はピストンロッド１５を通ってピストン１０内に達し、再びピストンロッド１５に戻っていく。伸縮管３０は、ピストン１０を冷却すべく、この導管３６に冷却媒体・潤滑媒体を届ける。機関１００のこの実施形態では、各シリンダは１つの伸縮管３０を備えるが、冗長性の理由から、各シリンダに対して複数の伸縮管３０を設けてもよい。

【0042】

この実施形態では、導管３６は、ガイドシュー２７の上側に配置されている入口ポートを起点とし、ガイドシュー２７を通り、クロスヘッドピン１６を通ってピストンロッド１５に入る。

【0043】

伸縮管３０と供給源４０との間の流路には、逆止弁３３が設置されている。本実施形態では、逆止弁３３は、固定管３１の上端、すなわち固定管３１の入口に配置されている。しかし逆止弁３３は、クロスヘッド９内、又はクロスヘッド９と供給源４０との間の任意の場所に配置することができることに留意する必要がある。逆止弁３０は、シリンダフレーム２９のトッププレート２８によって、又はインテーク・マニホールドによって、支持されることができる。逆止弁３０は、供給源４０から伸縮管３０への流れを許容し、伸縮管３０から供給源４０への流れを阻止するように構成される。戻り流を阻止することにより、冷却・潤滑媒体のピストン１０への流れが実質的に増加することが保証され、それによってピストン１０の冷却が改善される。特に、ピストンへの冷却媒体の流れは、先行技術に比べて、クランク軸８の回転のずっと大きな部分の間、生じる。すなわち、先行技術の機関では、クランク軸の回転中のかなりの期間、ピストン１０への冷却媒体の流れがないかほとんどない。戻り流を阻止することによって、クランク軸８の回転中ほとんどずっと、冷却媒体がピストン１０を流れ、それによってピストン１０への冷却媒体の平均流速が増加し、ピストン１０の冷却が改善される。

【0044】

図５～図８は、逆止弁３３の実施形態を示す種々の概略図である。図５及び図６は逆止弁３３のある実施形態の断面図であり、それぞれ、弁部材３５が閉位置、開位置にある状態を示している。この実施形態において、逆止弁３３は、逆止弁３３のハウジングの空洞に受容されるボール（球体）の形態の可動弁部材３５を有している。本実施形態において、逆止弁３３のハウジングは、外側ハウジング部３９と、外側ハウジング部３９に挿入される内側ハウジング部３７とによって形成されている。図示のように、弁ハウジングはシリンダフレーム２３のトッププレート２８に取り付けられているが、逆止弁３３は、他の方法で機関１００に固定されてもよい。本実施形態では、固定管３１の上端がトッププレート２８の反対側に固定され、供給管４１が直接逆止弁３３に接続しているが、逆止弁３３を他の方法で冷却・潤滑液源４０や伸縮管３０に接続できることも理解されたい。

【0045】

逆止弁３３の胴体内の空洞は、可動弁部材３５が、弁部材３５が第１の弁座に着座する図５に示す閉位置と、弁部材３５が第２の弁座に着座する図６に示す開位置との間で動くことを可能にする。従って、機関に搭載された状態や使用時には、重力が弁部材３５に作用して第２弁座側に付勢する。本実施形態では、第１弁座と第２弁座は、空洞の対向する端部に配置され、第１弁座は地球の重力場に対して上側の弁座であり、第２弁座は地球の重力場に対して下側の弁座である。第１弁座は逆止弁の入口ポートに関連し、第２弁座は逆止弁の出口ポートに関連する。空洞はまた、可動弁部材３５の周りに流体接続を確立する１つ以上の横側通路３６を有する。横側通路３６は、冷却及び潤滑液が入口ポートから出口ポートへと流れるために、可動弁部材３５の周りを通過することを可能にする。第１弁座は、可動弁部材３５が第１弁座に着座したときに可動弁部材３５と共に気密シールを形成して、出口から入口への方向への冷却・潤滑媒体の流れを阻止するように形成されている。第２弁座は、図６に示すように、可動弁部材３５が第２弁座に着座したときに可動弁部材３５と第２弁座との間を冷却・潤滑媒体が通過しうるように、第２弁座と可動弁部材３５との間に１つ又は複数の隙間が形成される形状を有する。この実施形態では、これらの隙間は、内側ハウジング部分３７に設けられる、軸方向を向き周方向に分布する複数のボアと、これらのボアと会合する、同じく内側ハウジング部分によって形成される実質的に円錐形の第２弁座とによって形成される。

【0046】

本実施形態では、地球の重力場が可動弁部材３５を第２弁座・開位置の方へ引き寄せる以外に、可動弁部材３５を開位置又は閉位置に付勢する手段は存在しない。機関１００の運転中、可動弁部材３５の位置は、逆止弁３３の入口側と出口側に印加される圧力の差によって決まる。このため、重力の影響により可動弁部材３５にかかる力の何倍もの力が可動弁部材３５にかかり、重力は、機関運転中の可動弁部材３５の移動には僅かな影響しか与えない。逆止弁３３の入口における圧力すなわち供給管４１内の圧力が、逆止弁３３の出口における圧力（すなわち固定管３１内の圧力）よりも高いとき、可動弁部材３５は、図６に示すように、可動弁部材３５に作用する圧力差によって開弁方向へ移動するように働きかけられ、冷却・潤滑媒体は、逆止弁３３の入口から逆止弁３３の出口へと流れることが可能となる。また、逆止弁３３の入口の圧力が逆止弁の出口の圧力より低い場合には、可動弁部材３５に作用する圧力差により可動弁部材３５が閉弁側に移動するように働きかけられ、逆止弁３３の出口から逆止弁３３の入口に向かって冷却・潤滑媒体が流れることが阻止される。

【0047】

図９及び図１０は、逆止弁３３の別の実施形態を示している。この実施形態において、既に説明又は図示した構成や特徴と同様の構成及び特徴については、以前に使用したものと同じ符号を付している。本実施形態では、可動弁部材３５は、直径が段階的に変化する円筒体であり、空洞は、それに適合するように形成されている。逆止弁３３は、図９において可動弁部材３５が開位置にあり、図１０において可動弁部材３５が閉位置にある状態で描かれている。重力場は可動弁部材３５を図９の開位置に付勢する。

【0048】

直径の段階的な変化は、可動弁部材３５と空洞との間の相互作用を生じさせ、可動弁部材３５の第１弁座への移動及び第２弁座への移動に対する減衰手段を形成する。それよって、可動弁部材３５が各弁座へ穏やかに着座することを可能にする。第１の減衰室３８は、可動弁部材３５が第１弁座部に向かって移動するときに冷却・潤滑媒体を捕捉し、捕捉した冷却・潤滑媒体を、可動弁部材３５とバルブハウジングの面（空洞を形成している面）との間のクリアランスを通じて第１の減衰室３８から絞り出すようにする。第２の減衰室３９は、可動弁部材３５が第２弁座部に向かって移動するときに冷却・潤滑媒体を捕捉し、捕捉した冷却・潤滑媒体を、可動弁部材３５とバルブハウジングの面（空洞を形成している面）との間のクリアランスを通じて第２の減衰室３９から絞り出すようにする。この実施形態では、横側通路３６の先端が逆止弁３３の出口ポートを形成している。減衰機能以外、本実施形態による逆止弁３３の動作は、図５～図８の実施形態に係るものと同じである。この減衰機能により、逆止弁３３の要素にかかる機械的ストレスが軽減されるため、信頼性が更に向上する。

【0049】

上記及び下記の実施形態の変形例では、閉位置が完全に閉じてはいないが、ほとんど閉じているため、冷却・潤滑媒体の流れに制限を与えることになる。

【0050】

図１１は、逆止弁３３の別の実施形態を示している。この実施形態において、既に説明又は図示した構成や特徴と同様の構成及び特徴については、以前に使用したものと同じ符号を付している。本実施形態において、逆止弁３３は、電子制御式２／２バルブである。この実施形態では、電子制御式２／２は、機械的に開位置に付勢され、電気アクチュエータによって閉位置又は制限位置に移動可能である。他のタイプの電子制御式２／２弁も、逆止弁３３として同様に適していることが理解されたい。電子制御式逆止弁３３は、コントローラ５０（電子制御ユニット）からの信号により制御される。実施形態によっては、コントローラ５０は、可動管３２の位置を知らされると共に、可動管３２の位置の関数として、電子制御バルブ３３の開閉又は制限のタイミングを調整するように構成される。すなわちコントローラ５０は、伸縮管３０が収縮するときに電子制御バルブ３３を閉じるか制限し、伸縮管３０が伸長するときに電子制御バルブ３３を開くように構成される。実施形態によっては、可動管３２の位置は、可動管３２に関連する位置センサ（図示せず）により決定され、コントローラ５０に送信される。あるいは、可動管の位置は、位置センサ７７を通じてクランク軸８の回転位置から間接的に決定され、コントローラ５０には、位置センサ７７からの信号が送信される。別の実施形態では、コントローラ５０は、伸縮管内の圧力を、例えば圧力センサから知らされると共に、コントローラ５０は、その圧力が閾値以上の場合に電子制御バルブ３３を閉じるか制限し、閾値未満の場合に電子制御バルブ３３を開くように構成される。別の実施形態では、コントローラ５０は、伸縮管内の圧力を、例えば圧力センサから知らされると共に、供給源４０から供給される圧力を、例えば供給管４１内の圧力を測定する別の圧力センサから知らされる。そしてコントローラ５０は、伸縮管内の圧力が供給源から供給される圧力と同等又は高い場合に電子制御バルブ３３を閉じるか制限し、伸縮管内の圧力が供給管４１内の圧力より低い場合に電子制御式逆止弁３３を開けるように構成される。従って、運転中、伸縮管３０から供給源４０に向かう冷却・潤滑液の戻り流が阻止又は低減される。

【0051】

全ての実施形態について、伸縮管３０は、収縮すると容積式ポンプとして機能し、同時に、伸縮管３０から供給源に向かう戻り流が阻止又は制限される。このため、ピストン１０への冷却・潤滑媒体の流れの変動が小さくなり、それによって、ピストン１０の冷却能力の向上が実現される。

【0052】

様々な実施例を用いて機関を説明してきた。しかし、本願の明細書や図面、特許請求の範囲を検討すれば、当業者は、特許請求の範囲に記載される発明を実施するにおいて、説明された実施例に加えて多くのバリエーションが存在することを理解し、また具現化することができるであろう。特許請求の範囲に記載される「備える」「有する」「含む」との語句は、記載されていない要素やステップが存在することを排除しない。特許請求の範囲において記載される要素の数が複数であると明示されていなくとも、当該要素が複数存在することを除外しない。特許請求の範囲に記載されるいくつかの要素の機能は、単一のコントローラやその他のユニットによって遂行されてもよい。いくつかの事項が別々の従属請求項に記載されていても、これらを組み合わせて実施することを排除するものではなく、組み合わせて実施して利益を得ることができる。

【0053】

特許請求の範囲で使用されている符号は発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。特に言及されない限り、図面は明細書と共に読まれることが意図されており、本願による開示の全体の一部である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【外国語明細書】