排气阀气门机构、柴油机及排气阀气门机构的排气阀冷却方法

摘要

本发明提供一种冷却排气阀而能够提高可靠性或耐久性的排气阀气门机构、柴油机及排气阀气门机构的排气阀冷却方法。本发明的排气阀气门机构具备利用通过压缩工作油从下部气门机构传递到上部气门机构(20)的驱动力而开启的排气阀，所述排气阀气门机构具备：制冷剂循环流路(30)，形成于排气阀的阀体内部并导入工作油的一部分；排油流路，贯穿上部气门机构(20)的框体(25)而设置，在排气阀进行开闭动作时，制冷剂循环流路(30)的出口开口与排油流路的入口开口连通，从而使工作油的一部分产生流动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种排气阀气门机构、柴油机及排气阀气门机构的排气阀冷却 方法。

背景技术

近年来，船舶用柴油机伴随输出的提高，燃烧室的壁面温度趋于上升。尤 其，通常无冷却式排气阀因底面部与高温的燃烧气体接触而温度上升，因此得 到通过磨损使排气阀损耗的报告。越是排气阀较大且难以冷却的大口径发动机 (活塞直径为60cm以上)，这种排气阀的损耗越构成大问题。

在现有的舶用柴油机中，通过排气阀的材质变更等而实现损耗的减少。

并且，在下述专利文献1中公开了一种冷却机构，该冷却机构例如对配置 于二冲程大型柴油机的一个气体通路中的阀门的内部送入气体状制冷剂或者至 少由部分以气体状的状态可迁移的多种成分构成的制冷剂。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公表2013-522513号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

如上所述，近年来，在船舶主机用柴油机中，伴随高输出化而排气阀的损 耗成为问题。然而，为了提高船舶主机用柴油机的可靠性或耐久性而也希望有 效地冷却排气阀。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种冷却排气阀而 能够提高可靠性或耐久性的排气阀气门机构、柴油机及排气阀气门机构的排气 阀冷却方法。

用于解决技术课题的手段

本发明为了解决上述课题而采用了下述方法。

本发明所涉及的排气阀气门机构，具备利用通过压缩工作油从下部气门机 构传递到上部气门机构的驱动力而开启的排气阀，所述排气阀气门机构的特征 在于，具备：制冷剂循环流路，形成于所述排气阀的阀体内部并导入所述工作 油的一部分；及排油流路，贯穿所述上部气门机构的框体而设置，在所述排气 阀进行开闭动作时，所述制冷剂循环流路的出口开口与所述排油流路的入口开 口连通，从而使所述工作油的一部分产生流动。

根据这种排气阀气门机构，具备：制冷剂循环流路，形成于排气阀的阀体 内部并导入工作油的一部分；及排油流路，贯穿上部气门机构的框体而设置， 在排气阀进行开闭动作时，制冷剂循环流路的出口开口与排油流路的入口开口 连通，从而使工作油的一部分产生流动，因此能够有效地利用使用于排气阀气 门机构的工作油的一部分而可靠地冷却排气阀。

在上述发明中，优选在所述排油流路中设置流量控制部，由此能够适当地 控制在冷却中使用的工作油的流量。另外，作为适合的流量控制部，除了节流 孔之外，能够例示根据负载而能够优化流路截面积的伺服阀等。

在上述发明中，优选所述下部气门机构的活塞冲程被设定为，对所述排气 阀的开闭动作所需的值追加与所述工作油的排油量对应的值，由此，能够补充 因排气阀的冷却而一部分工作油流出到排油流路的排油量。即，下部气门机构 的活塞冲程设定为与不进行通过工作油的排气阀冷却的情况相比长相当于排油 量的工作油供给量分量的值。

在上述发明中，所述制冷剂循环流路的出口开口与所述排油流路的入口开 口连通的位置优选设定为，使排气阀升程L成为将阀座部面积和通路最小面积 设为相等的排气阀升程量(L1)以上(L≥L1)，由此，不影响发动机性能而 能够利用工作油的一部分进行排气阀冷却。

本发明所涉及的柴油机具备上述排气阀气门机构。

本发明所涉及的排气阀气门机构的排气阀冷却方法为具备排气阀的排气阀 气门机构的排气阀冷却方法，该排气阀利用通过压缩工作油从下部气门机构传 递到上部气门机构的驱动力而开启，所述排气阀气门机构的排气阀冷却方法的 特征在于，在排气阀进行开闭动作时，将工作油的一部分作为冷却介质导入到 阀体内部并使其循环。

根据这种排气阀气门机构的排气阀冷却方法，在排气阀进行开闭动作时， 将工作油的一部分作为冷却介质而导入到阀体内部并使其循环，因此能够有效 地利用使用于排气阀的气门机构的工作油的一部分而可靠地冷却排气阀。

发明效果

根据上述本发明，能够有效地利用使用于排气阀的气门机构中的工作油的 一部分而可靠地冷却排气阀，并能够提高排气阀的可靠性或耐久性。并且，由 于有效地利用工作油的一部分，因此与设置新的制冷剂及制冷剂供给系统的情 况相比，容易变更结构。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的排气阀气门机构、柴油机及排气阀气门机构的 排气阀冷却方法的一实施方式的图，是表示将导入到上部气门机构中的工作油 的一部分引导至阀体内部的制冷剂循环流路的分支部的主要部分剖视图。

图2是表示设置于排气阀的阀体内部的制冷剂循环流路的主要部分剖视 图。

图3A是表示伴随排气阀的开闭动作的制冷剂循环流路及排油流路的连通 (流动)状态的主要部分剖视图，且表示因两个流路未连通而工作油非流动的 状态。

图3B是表示伴随排气阀的开闭动作的制冷剂循环流路及排油流路的连通 (流动)状态的主要部分剖视图，且表示两个流路连通而工作油流动的状态。

图4A是表示下部气门机构的活塞冲程的剖视图，且表示现有结构。

图4B是表示下部气门机构的活塞冲程的剖视图，且表示将工作油的一部 分利用于排气阀冷却时的结构。

图5是表示排气阀升程、阀座部面积及阀座最小面积的说明图。

图6是关于制冷剂循环流路及排油流路的连通位置的优选设定的说明图， 图6(a)表示相对于曲柄角的排气阀升程的关系，图6(b)表示相对于曲柄 角的开口面积的关系。

图7是关于制冷剂循环流路及排油流路的连通位置的不优选设定的说明 图，图7(a)表示相对于曲柄角的排气阀升程的关系，图7(b)表示相对于 曲柄角的开口面积的关系。

图8是具备利用通过压缩工作油从下部气门机构传递到上部气门机构的驱 动力而开启的排气阀的排气阀气门机构的概略结构图，且表示采用电子控制式 作为下部气门机构的排气阀的结构例。

图9是具备利用通过压缩工作油从下部气门机构传递到上部气门机构的驱 动力而开启的排气阀的排气阀气门机构的概略结构图，且表示采用凸轮式作为 下部气门机构的排气阀的结构例。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明所涉及的排气阀气门机构、柴油机及排气阀气门 机构的排气阀冷却方法的一实施方式进行说明。

本实施方式的柴油机例如为船舶主机用柴油机，且具备排气阀气门机构 4，该排气阀气门机构4具备利用通过压缩工作油从下部气门机构10传递到上 部气门机构20的驱动力而开启的排气阀5。

在图8所示的排气阀结构中，与形成于汽缸1内的燃烧室2的上部连通而 设置有排气流路3，并以开闭该排气流路3的方式设置有具备排气阀气门机构 4的排气阀5。

图8所示的排气阀气门机构4具备下部气门机构10及上部气门机构20。 该排气阀气门机构4利用通过将由下部气门机构10压缩的工作油供给到上部 气门机构20而被传递的驱动力，将被上部气门机构20的空气弹簧21上推而 处于关闭状态的排气阀5通过工作油的压力进行下压而开启。另外，图中的符 号6为连接下部气门机构10与上部气门机构20之间的工作油流路。

图8所示的下部气门机构10为对具备主阀11a、11b的电磁阀单元11进 行操作，并上推液压缸12内的活塞13的电子控制式，但并不限定于此。例 如，如图9所示的排气阀气门机构4A，作为下部气门机构10A而可以采用由凸 轮15上推活塞13的凸轮式。在图9中，图中的符号16为朝下方对活塞13施 力的弹簧。

另外，电子控制式排气阀气门机构4及凸轮式排气阀气门机构4A不管采 用哪一种结构，后述上部气门机构20侧的结构及动作相同。

上部气门机构20为开闭动作支承部件，其将轴部5a支承为可以进行上下 方向的移动，以便排气阀5向上下方向移动而可以开闭排气流路3的动作。该 上部气门机构20除了上述空气弹簧21之外，还具备在接收从下部气门机构10 供给的工作油的缸体部22内设置的活塞23。该活塞23安装于轴部5a的上端 部而一体动作。

并且，轴部5a在空气弹簧21与伞部5b之间由轴承部24支承为可以进行 上下方向的滑动。

如此，在本实施方式中，如图1、图2、图3A及图3B所示，具备利用通 过压缩工作油从下部气门机构10、10A传递到上部气门机构20的驱动力而开 启的排气阀5的船舶主机用柴油机的排气阀气门机构4具备：制冷剂循环流路 30，形成于排气阀5的阀体内部并导入工作油的一部分；及排油流路40，贯穿 上部气门机构20的框体25而设置。而且，制冷剂循环流路30及排油流路40 在排气阀5进行开闭动作时，制冷剂循环流路30的出口开口31与排油流路40 的入口开口41连通，使导入到制冷剂循环流路30的工作油的一部分产生流 动。

制冷剂循环流路30在活塞23上进行开口，以便工作油的入口32与缸体 部22内部连通，并穿过活塞23及轴部5a的内部而到达伞部5b。设置于伞部 5b的内部的制冷剂循环流路30遍及整周穿过尽可能接近于底面的位置，并再 次穿过轴部5a而到达出口开口31。即，关于在容易温度上升的排气阀5的伞 部5b，优选设置遍及整周穿过尽可能接近于表面的位置的制冷剂循环流路 30。

并且，在排气阀5关闭的状态下，出口开口31在空气弹簧21的内部开 口，但为了防止来自出口开口31的工作油流出，在凸缘26的上表面固定设置 有环壁27。其结果，出口开口31在排气阀5的开闭动作范围内，除了与排油 流路40的入口开口41连通的位置之外，成为从轴承部24至环壁27处于被壁 面闭塞的状态。

排油流路40贯穿上部气门机构20的框体25而设置，其入口开口41位于 排气阀5开启且与制冷剂循环流路30的入口开口31连通的位置。而且，排油 流路40的另一端连接于省略图示的工作油罐。

并且，在排油流路40的适当的位置，例如在框体25的外壁面附近等设置 有节流孔42作为控制工作油的流出流量的流量控制部。该节流孔42防止工作 油的流出量过大。另外，也可以采用根据负载能够优化流路截面积的伺服阀等 来代替节流孔42。

根据上述本实施方式，在排气阀5为全闭状态下，不会从下部气门机构10 供给工作油，从而，排气阀5从空气弹簧21受到朝上方的施力而紧贴于阀座 面。此时，由于不供给工作油，而且出口开口31被闭塞，因此制冷剂循环流 路30内的工作油不流动而滞留在流路内。

然而，若下部气门机构10动作，则产生流过工作油流路6的工作油的流 动(箭头F)，并流入到上部气门机构20的缸体部22内。因此，工作油的压 力作用于活塞23，产生朝下方下压轴部5a的力，因此通过该力克服空气弹簧 的施力，从而活塞23及排气阀5被下压，排气流路3成为开启状态。

并且，流入到缸体部23的工作油的一部分从入口32流入到制冷剂循环流 路30。而且，如图3B所示，若出口开口31及入口开口41的位置成为一致或 大致一致且彼此连通状态，制冷剂循环流路30内的工作油如图中用箭头f所 示流动而冷却排气阀5。此时，冷却排气阀5的工作油被节流孔42控制流量而 从排油流路40流出，为了补充该流出量，新的工作油从入口32流入。因此， 制冷剂循环流路30内的工作油仅在排气阀5工作而与工作油的排油流路40连 通的时刻在流路内循环流动，并通过温度较低的工作油更有效且可靠地冷却排 气阀5。

然而，优选下部气门机构10、10A的活塞冲程即赋予液压缸12内的活塞 13的活塞冲程，设定为对排气阀开闭动作所需的值追加与工作油的排油量对应 的值，以便补偿因排气阀5的冷却而一部分工作油(箭头f)向排油流路40流 出的排油量。

具体而言，如图4B所示，设定为对图4A所示的现有的活塞冲程H追加用 于补充排油量的活塞冲程ΔH的活塞冲程(H＜H+ΔH)。即，设定于下部气门 机构10的本实施方式的活塞冲程设定为与不进行排气阀冷却的情况(现有结 构)相比长相当于排油量的工作油供给量分量的值。

另外，图4A、图4B表示电子控制式排气阀气门机构4，关于凸轮式排气 阀气门机构4A也相同。

并且，优选制冷剂循环流路30的出口开口31与排油流路40的入口开口 41连通的位置(冷却油流路的连通位置)设定为不影响发动机性能而可以进行 利用工作油的一部分的排气阀冷却。因此，如图5所示，通过用实线表示的全 闭位置和用虚线表示的排气阀5的开启位置而确定的排气阀升程L设定为，将 形成于排气阀5与阀座部之间的阀座部面积Sa和设定于排气流路3的通路最 小面积Sb相等的排气阀升程量设为L1，排气阀升程L成为L1以上 (L≥L1)。

图6是关于制冷剂循环流路30及排油流路40的连通位置的优选设定的说 明图。图6(a)表示相对于曲柄角的排气阀升程的关系，图6(b)表示相对 于曲柄角的开口面积(阀座部面积Sa)的关系。

排气阀5的排气阀升程及开口面积随着曲柄角的前进而变大，并在规定的 曲柄角范围内维持恒定值之后变小而关闭。另外，图中的实线是表示不进行排 气阀冷却的情况，虚线是表示通过排气阀冷却而发生变化的部分。

另一方面，使用于排气的有效面积为图6(b)中施加阴影的区域，成为阀 座部面积(开口面积)Sa小于通路最小面积Sb的区域的面积。

而且，如图6(a)所示，对应于通路最小面积Sb的曲柄角的排气阀升程 L成为“阀座部面积Sa＝通路最小面积Sb”的排气阀升程量L1。

从而，关于冷却油通路的连通位置，若设定于排气阀升程L成为比对应于 通路最小面积Sb的排气阀升程L1大的值的区域，则通过排气阀冷却而产生的 面积的减少成为使用于排气的有效面积的阴影之外的区域，因此不影响发动机 性能而能够进行排气阀冷却。

然而，如图7(a)、(b)所示，若在使用于排气的有效面积内的区域进 行冷却油通路的连通，则工作油的一部分使用于冷却而能够使用于开阀操作的 量减少，因此在排气阀5开阀而排出燃烧室2内的燃烧废气时，产生排气阀升 程及开口面积的延迟。即，用虚线表示的排气阀升程及开口面积在使用于排气 的有效面积内与实线表示相比向曲柄角前进的方向移动，因此通过这种延迟， 图7(b)所示的阴影部的面积减少，其结果，由气体交换不良引起的发动机性 能下降。换言之，关于冷却油通路的连通位置，通过设定于排气阀升程L成为 比对应于通路最小面积Sb的排气阀升程L1大的值的区域，图7(b)的相当于 阴影部分的区域成为使用于排气的有效面积之外的区域，其结果，能够防止由 气体交换不良引起的发动机性能下降。

并且，在上述本实施方式的船舶主机用柴油机的排气阀气门机构4、4A 中，作为利用通过压缩工作油从下部气门机构10、10A传递到上部气门机构20 的驱动力而开启的排气阀5的排气阀冷却方法，在排气阀5进行开闭动作时可 以将在排气阀气门机构4、4A中使用的工作油的一部分作为冷却介质导入到阀 体内部并使其循环，其结果，能够有效地利用使用于排气阀气门机构4、4A中 的工作油的一部分并可靠地冷却排气阀5。

如此，根据上述本实施方式，通过能够有效地利用使用于排气阀气门机构 4、4A中的工作油的一部分而可靠地冷却排气阀，并能够使排气阀5的可靠性 或耐久性提高。并且，由于有效地利用工作油的一部分，因此与设置新的制冷 剂及制冷剂供给系统的情况相比，容易变更船舶主机用柴油机的结构。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，例如，也可以适用于类似的船舶 用主机以外的柴油机等，在不脱离其宗旨的范围内能够适当地进行变更。

符号说明

1-汽缸，2-燃烧室，3-排气流路，4、4A-排气阀气门机构，5-排气阀， 5a-轴部，5b-伞部，6-工作流路，10、10A-下部气门机构，11-电磁阀单元， 12-液压缸，13-活塞，15-凸轮，16-弹簧，20-上部气门机构，21-空气弹簧， 22-缸体部，23-活塞，24-轴承部，25-框体，26-凸缘，27-环壁，30-制冷剂 循环流路，31-出口开口，32-入口，40-排油流路，41-入口开口，42-节流孔 (流量控制部)。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.(补正后)一种排气阀气门机构，其具备利用通过被压缩的工作油传 递到上部气门机构的驱动力而开启的排气阀，所述排气阀气门机构的特征在 于，具备：

制冷剂循环流路，形成于所述排气阀的阀体内部并导入所述工作油的一部 分；及排油流路，贯穿所述上部气门机构的框体而设置，

在所述排气阀开启时，所述制冷剂循环流路的出口开口与所述排油流路的 入口开口连通，从而使所述工作油的一部分产生流动，当所述排气阀关闭时， 所述制冷剂循环流路的所述出口开口被闭塞，从而所述工作油的流动滞留。

2.根据权利要求1所述的排气阀气门机构，其特征在于，

在所述排油流路中设置流量控制部。

3.根据权利要求1或2所述的排气阀气门机构，其特征在于，

所述下部气门机构的活塞冲程设定为对所述排气阀的开闭动作所需的值追 加与所述工作油的排油量对应的值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的排气阀气门机构，其特征在于，

所述制冷剂循环流路的出口开口与所述排油流路的入口开口连通的位置设 定为，使排气阀升程L成为将阀座部面积和通路最小面积设为相等的排气阀升 程量L1以上，即L≥L1。

5.一种柴油机，其具备权利要求1至4中任一项所述的排气阀气门机 构。

6.(补正后)一种排气阀气门机构的排气阀冷却方法，其为具备排气阀 的排气阀气门机构的排气阀冷却方法，该排气阀利用通过被压缩的工作油传递 到上部气门机构的驱动力而开启，所述排气阀气门机构的排气阀冷却方法的特 征在于，

在所述排气阀开启时，将所述工作油的一部分作为冷却介质导入到阀体内 部并使其循环，当所述排气阀关闭时，不会将所述工作油导入到所述阀体内 部。