JP2007303476A

JP2007303476A - ピストンリングの回転位置の強制的な変化を生じさせる方法及びクロスヘッド型の２−ストローク内燃機関

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Publication number: JP2007303476A
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Inventors: Jesper Weis Fogh; イェスパー・ヴァイス・フォー
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Abstract

【課題】クロスヘッド型２−ストローク内燃機関におけるピストンリングの回転位置の強制的な変化を生じさせる方法。
【解決手段】クロスヘッド型の２−ストローク内燃機関におけるピストンリングの当該ピストンリングに関連するピストンに対する回転位置の強制的な変化を生じさせる方法であって、エンジンが所望の一定負荷又は所望の一定スピードで連続的に作動するように設定されている間に、シリンダ内でのピストンリングの回転位置の強制的な変化によって、前記シリンダ内の平均有効圧力が少なくとも０．５バールだけ変化するように少なくとも前記シリンダにかかる負荷を変化させ且つ前記変化せしめられた負荷を一定期間に亘って前記シリンダ内に維持することによってなされることを特徴とする方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、クロスヘッド型の２−ストローク内燃機関内の関係するピストンに対するピストンリングの回転位置の強制的な変化を生じさせる方法及びこのような２−ストローク内燃機関に関する。

英国特許第１５０３２５５号は、ピストンリングと、エンジンの作動中における関係するピストンに対するピストンリングの回転位置の変化を監視するためのセンサーとを備えたクロスヘッド型の２−ストローク内燃機関を記載している。このピストンリングは、シリンダライナー上の走行面に面している外側リング面に凹部が設けられた特別なタイプである。この凹部は、ピストンリングの上側と下側との間を螺旋状に延びている。このセンサーは、シリンダライナーに取り付けられた電気近接センサー（誘導型センサー）である。前記凹部が螺旋状に延びていることにより、ピストンリングの現在の概略の回転位置を検知することができる。回転位置の監視は、ピストンリングの摩耗を評価してピストンリングの交換のためにピストンをシリンダから取り外さなければならないときを決定するために使用される。

ピストンリングの回転位置の強制的な変化を生じさせるための幾つかの異なる手段が知られている。英国特許第１３２７１８０号においては、ピストンリングは分割されており、一方向走行装置がリングの両端間に配置されている。この一方向走行装置は、リング溝の上側と係合している吹き出しボールを含んでいる。英国特許第１５０４４７８号においては、ピストンリングの外側面に比較的深い斜めの溝が設けられており、これらの溝はピストンリングの基材とは異なる摩擦係数の固体材料で充填されている。これは、ピストンリングの回転を生じさせるといわれている。ＤＥ３０２０７７４Ａ１は、リングを横切る圧力の低下が溝の通過中に等しくなるように走行面内に大きな螺旋状の溝が設けられたシリンダライナーを開示している。ドイツ特許第３４２０４０４号においては、ピストンリングに非対称形にその背面に切り欠きが設けられている。この切り欠きは、ピストンリングを非対称に加圧してリングを回転させる。

これらの種々の手段は、複雑な構造であり且つピストンリング又はシリンダライナー上に付加的な加工を必要とし、これらは、不所望な方法でシリンダ内の摩擦状態に影響を及ぼし得る。

２−ストローク内燃機関内のピストンリングの回転を確保する必要がある。これらのエンジンは、典型的には極めて大きな構造であり、これらは、船舶主機関として又は発電装置内の原動機として作動し、これらのタイプの装置の両方において、エンジンは停止されることなく長時間又は長い日数に亘って作動している。１つ又は幾つかのピストンリングがピストンに対して回転するのを停止すると、長い作動期間によって、過剰加熱によるリングのランド部及びピストンの側面の焼け、スカッフィング又はシリンダライナーの亀裂若しくは破壊されたピストンリングのような深刻な故障状態が発達する時間を許容する。

これらの故障状態の最少化又は回避の観点から、関連ピストンに対するピストンリングの回転位置の強制的な変化を生じさせる本発明による方法は、エンジンが所望の一定負荷又は所望の一定スピードで連続的に作動するように設定されている間に、前記シリンダ内のピストンリングの回転位置の強制的変化が前記シリンダ内の平均有効圧力が少なくとも０．５バールだけ変化するように少なくとも前記シリンダ上の負荷を変化させること及び前記シリンダ内の変化せしめられた負荷を所定期間維持することによって行われる。

驚くべきことには、シリンダにかかる負荷のある種の変化はピストンリングの位置を変化させるように強制することが判明した。これに含まれるメカニズムは、現在のところ十分に理解されていないけれども、この強制的な変化は、シリンダにかかる負荷が変化せしめられたときのシリンダライナーの形状又はピストンの形状の変化によって起こると想定されている。シリンダライナーは円形断面を有する走行面によって製造されるけれども、シリンダライナー上の熱の影響に応じて若干非円形に形状が変わり得る。同じことがピストンについても当てはまる。この熱の影響の分布は、シリンダライナー及び／又はピストンの円周方向において変化し得る。

２−ストローク内燃機関はディーゼルエンジンであり、このようなエンジンにおいては、燃料は、シリンダの上方部分に取り付けられた燃料噴射器によって噴射され、燃焼中のシリンダ内の熱の分布は、噴射される燃料の量、従って、シリンダにかかる負荷によって変化する。

エンジン内のシリンダは、典型的には、シリンダの上方部分に設けられた排気弁とシリンダライナーの下方部分に設けられた掃気口とを含んでいる。すなわち、シリンダは典型的には均一な流れの掃気シリンダである。掃気はシリンダライナー内で渦運動で流れており、渦の回転軸線は、シリンダライナーの中心線に関して非対称とすることができる。渦の回転軸線は、掃気圧力が変化せしめられたときに位置を変えることができ、エンジン負荷が増大したときに掃気圧力は増大し、逆の場合には減少する。しかしながら、エンジン負荷が変化しないことにより掃気圧力が一定である場合でさえ、別のシリンダ上の負荷の変化によって均衡が崩れるシリンダの負荷の変化は、シリンダ内の燃焼プロセスの変化をもたらし、このことは、渦の回転軸線の位置に影響を及ぼすかも知れない。渦の回転軸線がシリンダライナーの中心線に関して非対称である場合には、シリンダライナー上の熱負荷は幾分不均一であり、このことは、走行面の若干の非円形形状につながり得る。燃焼プロセスの変化はまた、ピストンにも影響を及ぼし且つピストンリングを回転させ得る。

ピストンリングは外方へ押されてシリンダライナーの走行面上の潤滑油と接触状態となり、従って、シリンダライナーの走行面の断面形状が変化すると、ピストンリングはこの変化に追従するであろう。シリンダライナーの特別な形状に対しては、ピストンリングは回転を停止する傾向がある回転位置（平衡位置）を有することができ、走行面及びピストンリングの幾何学的構造の若干の変化がピストンリングに新しい回転位置を見つけさせるであろう。

シリンダにかかる負荷が少なくとも０．５バールのシリンダ内の平均有効圧力の変化を生じさせ且つシリンダライナーの材料の温度変化を生じさせる熱的状態の対応する変化を許容する期間に亘ってこの変化を維持するのに十分なだけ変化せしめられたときに、走行面及びピストンリングの幾何学的構造の変化はリングを刺激して新しい回転位置へと変化させる。すなわち、シリンダ内のピストン上のピストンリングは回転位置を強制的に変化せしめられる。

ピストンリングの回転位置の変化を生じさせるのに必要とされる時間は、状況毎に変化することができ、ほとんどの状況においては、連続的な動作のための設定に対応する最適なシリンダ負荷に関してわかるように、シリンダに付加的な負荷がかけられた状態又は低い負荷がかけられた状態でエンジンを作動させることは望ましくない。結局のところ、ピストンリングの回転位置が監視されること及びピストンリングの回転動作が検知されるまで変化せしめられた負荷が維持されることが好ましい。この監視は、一方では、シリンダがピストンリングの回転を実際に生じさせるのに十分な時間に亘って変化せしめられた負荷で作動させることを確保し、他方では、監視によって、変化が出来るだけその元の設定された負荷に戻される。

エンジン内のシリンダ上にセンサーが取り付けられることを必要とする監視に対する代替手段として、変化された負荷を２乃至６分の範囲の所定の期間に亘って維持することができる。実験によって、２分未満の維持期間は強制的なリングの回転を生じさせるには不十分となり得ることが示され、６分間以上の期間ももちろん使用することもでき、これは強制的なリングの回転を生じさせるであろう。しかしながら、この回転は６分経過したときに起こるので６分間以上に亘って負荷を変化させる必要はない。

エンジン負荷の強制的な変化は、前記シリンダにかかる負荷の変化が負荷の増大であり、エンジン内の別のシリンダに対する負荷の変化が前記負荷の増大に対応してこれと同時に起こる負荷の減少であるエンジンのシリンダに対しては対をなして適用することができ、それによって所望の一定のエンジン負荷が維持される。一回に２つのシリンダにおける負荷を変更することによって、両方のシリンダのシリンダ条件は明らかにこの方法から利益を得、強制的な変化は、エンジンの負荷を変えることなく適用されてエンジンは所望の性能を付与し続ける。

エンジン内の１つのシリンダのみ又はエンジン内のシリンダの幾つかのみにこの方法を適用することができる。これは、例えば、エンジンのあるシリンダがピストンリングの回転を停止させる傾向を示している一方でその他のシリンダはかかる傾向を示していない場合に相当し得る。しかしながら、シリンダに対する負荷を変えることによるシリンダ内のピストンリングの回転位置の強制的な変化がエンジンの全てのシリンダに適用されることが好ましい。この方法を、一日又は半日のような長い期間に亘っておそらくは連続的にエンジンの全てのシリンダに適用することによって、全てのシリンダが受け入れ可能なピストンリングの状態での作動状態に維持されることが確保される。

シリンダ内でのピストンリングの回転位置の強制的な変化がエンジンの全てのシリンダに対する負荷を同時に変えることによって行われるようにこの方法を使用することも可能である。これは、幾つかの異なる方法で行うことができる。全シリンダのうちの半分に対する負荷を増大させ且つ残り半分のシリンダに対する負荷を減少させて、エンジン負荷が変わらないままとすることも一つの可能な方法である。もう一つ別の可能な方法は、全てのシリンダに対する負荷を増大させて（又は、減少させて）エンジン負荷を増大させる（又は減少させる）結果を得ることである。このようにする利点は最も簡単な制御方法であることである。なぜならば、全てのシリンダはエンジン負荷制御によって負荷が変わるからである。この方法の不利な点は、エンジンが一時的に所望の連続動作で作動せず、これは、所望の一定負荷又は一定スピードを有利に達成するためにより遅い時間での補正負荷変化を必要とし且つより高い燃料消費をもたらす。

この方法はまた、シリンダ内のピストンリングの回転位置の強制的な変化が一時に単一のシリンダに又は一時に２つのシリンダに同時に又は一時に３つ以上のシリンダに同時に又は全てのシリンダをカバーする連続的な方法で適用されるような形態でエンジン内の全てのシリンダに適用することもできる。強制的な変化が一時に単一のシリンダに適用される場合には、一つの選択肢として、複数の他のシリンダ内のより小さな反作用負荷の変化に単一のシリンダに適用された負荷変化を分配することによってエンジン負荷の変化を避けることが可能である。単一のシリンダにかかる負荷が減少される場合には、対応する負荷の増大は、単一のシリンダに対する全負荷の減少の２０％にあたる負荷の増大によって、例えば５つの他のシリンダに対する負荷を増大させることによって得ることができる。シリンダ上の負荷の変化を制御するこの方法は、エンジンが１００％の負荷又はこれに近い負荷で作動しているときに特に有利である。なぜならば、負荷は幾つかのシリンダに対して分布せしめられるときにはより小さくなるからである。ピストンリングの回転位置の強制的な変化が２以上のシリンダに一時に適用されるときにも同じ原理が当てはまる。

好ましい方法においては、前記少なくとも１つのシリンダ内のピストンリングの回転位置の強制的な変化が、ときどき好ましくは前記所望の一定負荷又は前記所望の一定スピードによる４時間に亘る作動当たり少なくとも１回繰り返される。この方法は、回転位置の強制的な変化が特別なシリンダでのリングの回転の実際の停止を検知するセンサーによって起動されないが、その代わりにリングの回転の停止に対する予防措置として使用されている場合に特に有利である。シリンダ上のリング位置の強制的な変化を行う予め規定された計画は、停止されたリングの回転によって、シリンダライナー、ピストン及び／又はピストンリング上の永久的な機械的損傷を生じさせるときに費用のかかる故障に対する安全装置として使用することができる。更に、このような計画においては、少なくともエンジンが予め設定された連続的な状態で作動し続ける限り、ときどき繰り返すことが必要とされる。その間隔は、４時間である必要はなく、８時間、１６時間、２４時間又は数日のようにより長くすることができる。しかしながら、信頼性の理由から、間隔は、２時間以下又は約３０分以下のような４時間よりも短いのが好ましい。他の期間もまた可能である。前記少なくとも１つのシリンダ内のピストンリングの回転位置の強制的な変化は、前記所望の一定負荷又は前記所望の一定スピードにおいて、１時間の作動当たり１回又は２回繰り返される。

上記したように、ピストンリングが回転しているか否かを監視することが可能である。ピストンリングの回転位置が少なくとも１つのシリンダ上で監視されるときに、シリンダ上の負荷を変更することによるピストンリングの回転位置の強制的な変化は、監視によってシリンダ内のピストンリングの不十分な回転が指示されるときにシリンダに適用される。この方法は、ピストンリングが動いている状態に保たれていることによって、動かなくなったピストンリングによる深刻な故障状態に対する大きな安全性を提供する。

一つの実施形態においては、エンジンは、船舶内の推進エンジンであり、エンジンが設定された平均スピードで船舶を推進させるように制御されている間、エンジンの負荷は、エンジンのシリンダ内の平均有効圧力が前記少なくとも０．５バールだけ変えられるようにときどき変えられる。この実施形態は、全てのエンジンシリンダに対するピストンリングの回転位置の強制的な変化を実行するためにエンジン全体に共通の機械的なガバナーを使用することができるという利点を有し、この実施形態は、エンジン負荷が、設定された平均スピードで船舶を推進させるエンジン負荷から離れるように変化されるときに、船の後流領域内で最適に作動しないという不利な点を有している。規則的な間隔で数分間エンジンを異なる負荷で作動させるコストは燃料消費の増大となり、このコストは、ピストン、ライナー及びピストンリングの交換を省くことによって補償される。更に、シリンダライナー、ピストン及びピストンリングにおける予想できない故障の数が減少されるので、エンジンの信頼性は改良される。大きなコンテナ船に対しては、信頼性の問題は極めて重要であり、結局、本発明は、エンジン負荷を変化させる必要性によって生じる燃料消費の増大にもかかわらず、カムシャフト及びカム作動燃料ポンプを備えた２−ストロークのクロスヘッド型エンジンに適用することもできる。

一つの特徴においては、本発明は、ピストンリングを備えたピストンと、エンジンの作動中に関係するピストンに対するピストンリングの回転位置の変化を監視するための少なくとも１つのセンサーとを有する幾つかのシリンダを備えたクロスヘッド型の２−ストローク内燃機関に関する。本発明に従って、エンジンは、シリンダ負荷制御ユニットが、リングの回転を確保するための所定の計画に従って及び／又はピストンリングの不十分な回転を示す前記少なくとも１つのセンサーからの信号に応答してシリンダ上の所定の一時的な負荷の変化をもたらすことによって、少なくとも１つのシリンダ内のピストンリングの回転位置の変化を惹き起こすようになされていることを特徴としている。前記所定の計画に従って又は前記少なくとも１つのセンサーからの信号に応答してシリンダの負荷を変えるという利点に関しては上記の説明が参考にできる。

好ましい実施形態においては、シリンダの負荷の制御ユニットは、前記１つのシリンダにおける所定の一時的な負荷の変化が負荷の減少である場合には少なくとも１つの他のシリンダにおける負荷を増大させることによってエンジンの負荷を一定に保ち、前記１つのシリンダにおける前記所定の一時的な負荷の変化が負荷の増大である場合には少なくとも１つの他のシリンダにおける負荷を減少させることによってエンジンの負荷を一定に保つ。このようにして、エンジンのシリンダの負荷を変化させている際にエンジンの全負荷を一定に保つことができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参考にして更に詳細に説明する。
図１の実施形態においては、２−ストローク内燃機関１は、一列に配列された６個のシリンダ２を備えている（直列型エンジン）。このエンジンは、４個乃至１５個のシリンダのような別の数のシリンダを備えることができる。このエンジンは、例えば、製造元がＭＡＮＢ＆ＷＤｉｅｓｅｌのＭＣ又はＭＥタイプ、製造元ＷaｒｔｓｉｌaのＳｕｌｚｅｒＲＴ−ｆｌｅｘ又はＳｕｌｚｅｒＲＴＡのタイプ、又は製造元Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉのものとすることができる。シリンダは、例えば２５ないし１２０ｃｍ、好ましくは３５乃至１２０ｃｍ、より好ましくは５０乃至１１０ｃｍの範囲内のボアを有することができる。このエンジンは、例えば、シリンダ当たり２７０乃至８５００ｋＷ好ましくは１０００乃至７０００ｋＷの範囲内の出力を有することができる。

個々のシリンダ２は、下方端部に掃気口４の列を備え、上方端部にシリンダカバー５及び排気弁６を備えているシリンダライナー３を備えている。ピストン７がピストンロッド８上に取り付けられている。ピストンリングは、クロスヘッド９及び結合ロッド１０を介してクランクシャフト（図示せず）上のクランクピンに伝統的な方法で結合されている。クロスヘッドは、ガイド面１２に沿って摺動するガイドシュー１１によって横をガイドされる。ピストン７は、エンジンが作動しているときにシリンダライナー３内を上下に摺動する。図１においては、ピストンは下死点（ＢＤＣ）位置にあり、この位置ではピストンの頂部が掃気口４の下方に配置されている。吸気は、エンジン負荷が５０乃至１００％の範囲内であるときに、ターボチャージャー１３によって、例えば１．５乃至５バール（ａｂｓ）の範囲内例えば２乃至４バール（ａｂｓ）の範囲内とすることができる掃気圧力Ｐｓｃまで加圧される。電気的に駆動される補助送風機もまた、例えば始動時及び低エンジン負荷において吸気を加圧するために使用することができる。エンジン負荷がより高いときには、掃気圧力もより高くすることができ、逆の場合にはより低くすることができる。例えば、５０％のエンジン負荷においてはＰｓｃ＝２．１バールであり、７５％エンジン負荷ではＰｓｃ＝２．７５バールであり、１００％エンジン負荷ではＰｓｃ＝３．６バールである。

掃気は、シリンダライナー内を渦運動の形態で流れており、渦の回転軸線は、シリンダライナーの中心線に関して非対称とすることができる。すなわち、渦運動の回転軸線は、シリンダライナーの中心線に平行に延びることができるが、径方向にずれることもでき又はこれら２つの軸線は同軸とすることもできる。

排気ガスダクト１４は、排気弁６から複数のシリンダに共通である排気ガスレシーバ１５まで延びている。排気ガスレシーバは、ターボチャージャ１３がより大きな排気ガス圧力によって駆動されるように、排気ガスダクトから噴射される排気ガスのパルスによって引き起こされる圧力変動を等しくする圧力容器である。図２において白抜きの矢印によって示されているように、吸気は、ターボチャージャ１３からエアークーラ１６内を通って掃気口の領域においてシリンダライナーを包囲しているシリンダ部分１８に結合されている掃気レシーバ１７へと流れる。

ピストン７は、図３において圧縮ストロークの終了時の上死点位置（ＴＤＣ）にある状態でより詳細に図示されている。燃焼室１９はピストンの上方にあり、２又は３個のような多数の燃料噴射器２０が燃料噴霧機２１が燃焼室内へ延びるようにシリンダに取り付けられている。

ピストンには、２乃至６好ましくは４個又は５個のピストンリングのような多数のピストンリング２２が設けられている。個々のピストンリング２２は、ピストンの外壁に設けられたピストンリング溝２３内に挿入されている。ピストンリング溝２３は、ピストンリングが溝内で幾分上下に動くことができるようにピストンリングの高さよりも大きい高いＨを有している。ピストンリングは、リング全体を径方向に貫通している斜めに切断されたリングギャップ２４を備えた伝統的なタイプとすることができる。さもなければ、ピストンリングは、リングの２つの端部がリングキャップの少なくとも主要部分を塞ぎ且つ燃焼ガスがリングギャップ内を流れるのを制限するか若しくは阻止する気密型とすることができ、又はピストンリングはＥＰ０７４２８７５又はＷＯ０２／０７０９２６に開示されているようなリングの端部及びリングの側面に設けられたガス漏れチャネルにおいて重なっている舌状部を備えた一定圧力タイプとすることができる。気密若しくは一定圧力タイプの頂部ピストンリング及び伝統的なタイプの残りのピストンリングのような１以上のタイプのピストンリングを使用することができる。もう一つ別の例は、２つの最も上方のピストンリング（ピストンリングＮｏ．１及び２）のために一定圧力タイプのピストンリングを使用し、２つの最も下方のピストンリング（ピストンリングＮｏ．３及び４）のために伝統的なタイプのピストンリングを使用することである。

ピストン７がシリンダ２内で上下に押されるので、ピストンリングはシリンダライナー３の内側走行面上を摺動する。図３に図示された実施形態においては、シリンダライナーには、ピストンリングの回転位置の変化を監視するための１つのセンサー２５が設けられている。センサー２５は、シリンダライナーの壁のボア内に取り付けられて固定されており且つピストンリングの通過を検知することができる。センサー２５は、例えば、誘導センサー、熱センサー又は圧力センサーとすることができる。

関係するリング溝でのピストンリングの回転位置の変化は、３０分に１回転のようにゆっくりと起こり、結局、リングギャップは、何回かのピストンストローク中にセンサーの近くを通過するであろう。リングギャップがセンサーの近くにあるときにセンサーによって検知される信号は、リングギャップがセンサーから遠く離れている場合に検知される信号とは異なる。結局、リングギャップの通過は、ピストンリングの回転位置の変化を測定するのに好適である。しかしながら、ピストンリングにセンサー２５が検知することができるマーキングを設けることも可能である。このようなマーキングは、センサー又はセンサーに隣接しているピストンリングの外側を向いている領域を通過する材料の量がピストンリングが回転するときに変化するように、例えば、ピストンリング内に設けられた磁性材料からなるインサート又はピストンリングに設けられた凹部若しくは切り欠きとすることができる。センサーがリング材料の導電率のようなリング材料の別の特性を検知することができる場合に、これは別の方法として検知された特性とすることができる。

シリンダライナーには、当該シリンダライナーの周方向に分布せしめられる幾つかのセンサー２５を設けることができる。幾つかのセンサーの使用は特に、ピストンリングにマーカーが設けられておらず且つセンサーを通過するリングギャップの通過がリングの回転を検知するための唯一の基礎となる場合に有利である。ピストンリングが単一のリングギャップを備えている場合には、唯一のセンサーの使用は、ピストンリングの一回転当たり１回の回転の登録をもたらす。例えば３つのセンサー２５が使用されている場合には、リングギャップの通過は、リングが３６０°よりも小さい角度だけ回転したときに検知されるであろう。

センサー２５は、測定された値の信号をシリンダ負荷制御ユニット２６に送り、シリンダ負荷制御ユニット２６は、信号ライン２７を介して、シリンダ負荷に対応する負荷設定信号を受け取り、エンジンの所望の一定負荷又はエンジンによって駆動されるエンジン又は船舶又は発電機の所望の一定スピードをもたらす。受け取った信号に基づいて、シリンダ負荷制御ユニット２６は、燃料適用信号を燃料ユニット２８に送り、燃料ユニット２８は、機関サイクル毎にシリンダ上の前記の数の燃料噴射器２０に必要とされる量の燃料を投与する。燃料ユニット２８は燃料供給源２９に結合されている。シリンダ負荷制御ユニット２６は、別の方法として、カムシャフトによって作動せしめられる燃料ポンプのための指標アームに作用するアクチュエータを制御するための別個の電子制御ユニットとすることもできるし、又は、シリンダが少なくとも１つのエンジン制御ユニットに結合された別個のシリンダ制御ユニットを有する場合には、エンジン上のシリンダのための電子制御ユニットの一部分とすることができる。

燃料が燃焼室１９内で燃焼されると、圧力は上昇しピストンを下方へ付勢する。燃焼室内の圧力は機関サイクル中に変化し、機関サイクル中の燃焼室内の平均有効圧力は、シリンダによって発生される出力を示している。シリンダ内の平均有効出力を得る方法は公知である。以前は、インジケータ線図（圧力対体積）が測定され且つこれに基づいてインジケータ線図内の閉曲線の領域に基づいて平均有効圧力が計算された。今日では、シリンダ圧力は、典型的には連続的に監視され且つ機関サイクルに関する情報と共に制御ユニットに供給され、これらのデータに基づいて、制御ユニットは平均有効圧力を計算する。平均有効圧力はシリンダの出力に直接関係付けられているので、これは、機関サイクル中にシリンダ内に投与される燃料の量によって制御される。平均有効圧力が減じられると、シリンダに投与される燃料の量は減じられ、逆の場合には増大される。

以下、図１の２−ストロークエンジン内のピストンリングの回転位置の強制的な変化を生じさせるための種々の方法の幾つかの例を更に詳細に説明する。このエンジンは６個のシリンダ２を備えており、図５は第一の例を示している。この例及び図６乃至９に図示された他の例においては、エンジン内の個々のシリンダの出力は、時間ｔ（分）の関数として、各々、線Ｐｃ１乃至Ｐｃ６によって示されており、エンジンの全出力は、最も上の線Ｐｔｏｔによって示されている。図５においては、エンジンの全出力は、行程を通して一定であることがわかる。このエンジンは、この全出力に対応する一定の負荷で連続的に作動するように設定されている。最初は、全てのシリンダは、全負荷の１／６に対応する同じ一定の負荷で作動している。ｔ＝１０分においては、シリンダＣ１の負荷が増大せしめられ、シリンダＣ３の負荷は同じ出力量だけ減じられて少なくとも０．５バールのシリンダ内の平均有効圧力の変化を生じさせている。この変化せしめられた負荷は、４分間維持され、次いで、シリンダの元の平坦な負荷が再開される。ｔ＝２０分においては、シリンダＣ２及びシリンダＣ５に４分間に亘って同様の負荷変化がなされる。ｔ＝３０分においては、シリンダＣ４及びＣ６に対して４分間亘って同様の負荷変化がなされる。シリンダに対する一時的な負荷変化を行うためのここに記載された計画は、予め決定され且つ規則的な間隔すなわち１時間に１回繰り返される。

ピストンリングの回転を確保するために、他の負荷変化計画も可能である。図６においては、負荷は、一回に単一のシリンダすなわちシリンダＣ１，Ｃ３，Ｃ２，Ｃ５，Ｃ４及びＣ６に対して連続的に変化せしめられる。この結果、エンジンの全負荷は、最も上方の線Ｐｔｏｔによって示されているように変化する。この変化は、４分間の負荷の低減であること等がわかり、この結果、全エンジン負荷は、平均して、所望の一定のエンジン負荷に等しいように保たれる。

図７においては、エンジンの全てのシリンダが負荷を同時に変化させ、半分は負荷の増大（Ｃ１，Ｃ２及びＣ３）の形態であり、残りの半分は負荷の減少（Ｃ４，Ｃ５及びＣ６）の形態であり、変化せしめられたシリンダの負荷は４分間維持され、その後に、シリンダ上の元の均一な負荷が再開される。エンジンの全負荷は、シリンダの負荷の変化によって影響を受けない。所定の負荷の変化は、１３０分に亘る連続的なエンジン動作の後に繰り返される。

図８は、ピストンリングの回転のための更に別の所定の計画を示しており、この結果によって、シリンダの負荷は、少なくとも０．５バールのシリンダの平均有効圧力の変化を生じさせるのに十分な量だけ一時に１つのシリンダにおいて減少せしめられ、これと同時に、他の５個のシリンダのシリンダ負荷は、前記１つのシリンダにおける負荷の減少の１／５だけ増大され、その結果、全エンジン負荷が一定に保たれる。変化された負荷によって６分が経過した後にシリンダの負荷が６分間で元の値に戻され、次いで、次のシリンダに対するシリンダ負荷が６分間同じ方法で変化せしめられる。このような方法が、シリンダを変化させることによってピストンリングの回転位置の強制的な変化が６個のシリンダ全てに適用されまで続けられる。行程全体は、規則的な間隔で繰り返すことができる。

ピストンリングの位置の変化を惹き起こすために個々のシリンダに対してなされる負荷の変更は、全てのシリンダに対して同じである必要はない。１以上のシリンダ又はシリンダの対は、例えば、シリンダＣ５及びＣ６に対して図９に図示されているように、他のシリンダよりもより大きな負荷の変化を受け得る。これは、例えば、ピストン又はピストンリングが使用されている場合に異なる期間を有している場合に有利である。特別なシリンダ（Ｃ５又はＣ６）上のピストンリングは、他のシリンダよりも回転状態に維持することが困難であることが経験により示された。個々のシリンダにおける負荷の変化は、機関サイクル毎にシリンダに投与される燃料の量を変えることによって行われる。カムシャフトによって作動せしめられる燃料ポンプを有するエンジンにおいては、燃料の量は、典型的には、燃料ポンプのプランジャに結合されている指標アームを動かすことによって調整される。この装置においては、個々の燃料ポンプに対する指標アームは、エンジンの調速機上の所望の全エンジン負荷の設定に依存して全てのシリンダに共通している全体の設定に関する指標アームの個々の調整を生じさせる空気圧ピストンのようなアクチュエータに関連付けることができる。個々の燃料ポンプに対する指標アームがアクチュエータに関連付けられているときには、シリンダ負荷制御ユニット２６を、予め設定された間隔でアクチュエータの作動を生じさせるタイマーとして設計することも可能である。エンジンが中央の調速機を有しているときには、調速機は、エンジンの実際の全負荷を前記の予め設定された負荷に自動的に調整するであろう。従って、個々のシリンダ上のアクチュエータがそのシリンダ上の負荷を一時的に変化させるように作動せしめられたときに、調速機は、全負荷が予め設定された全負荷において一定のままであるように他のシリンダにかかる負荷を自動的に調整する。

カムシャフトを有しない電子的に制御されるエンジンにおいては、個々のシリンダにおける燃料噴射装置は、図１０に示されたポンプタイプであっても良く又は図１１に示されたコモンレール型であっても良い。

図１０においては、燃料ポンプ３０は、供給ライン３１を介して例えば４バールの低圧力で燃料を受け取り且つライン３２を介して例えば８００バールの高圧で燃料をシリンダの噴射器２０へ給送する。この燃料ポンプは、プランジャ３３と、これに関連するアクチュエータピストン３４とを有しており、アクチュエータピストン３４は、高圧油圧流体のための供給源３７かドレン３８にアクチュエータチャンバ３６を結合している制御弁３５によって液圧的に駆動され且つ制御されている。

図１１に示したコモンレール装置においては、燃料ユニット２８は燃料噴射制御ユニット４０を含んでおり、当該燃料噴射制御ユニット４０は、８００乃至１１００バールの範囲内の圧力のような噴射器に必要とされる噴射圧力よりも高い圧力で高圧の燃料供給源として実施化された燃料供給源２９に結合されている。燃料噴射制御ユニット４０はまた、加圧された液圧流体４１の供給源にも接続されている。シリンダ負荷制御ユニット２６は、燃料噴射制御ユニット４０上の各噴射器２０のための制御弁に結合されて、噴射器が、噴射シーケンス中に個々に制御することができる。シリンダ負荷制御ユニット２６は、クランクシャフトの角度センサー４２から信号を受け取る。一つの選択肢として、シリンダ負荷制御ユニット２６が排気弁作動ユニット４４を介して排気弁６のためのアクチュエータ４３を制御することも更に可能である。

ここに記載された種々の実施形態の細部を組み合わせて特許請求の範囲内で更に別の実施形態にすることができる。もちろん、シリンダ負荷の変化時間は４分である必要はなく、より長く又はより短くすることができ、２乃至６分の範囲内の時間のようにより短くすることができ又は１５分のように６分より長くすることができる。１２個のシリンダのようなより多くのシリンダを備えたエンジンにおいては、行程を繰り返すための所望の間隔内でエンジン上の全てのシリンダに対して負荷変更行程を完了するために、一時に２以上のシリンダの負荷を変えることが必要であり得る。

シリンダ負荷を変えるために所定の計画の使用を避け、その代わりに、少なくとも１つのセンサー２５によってピストンリングの実際の回転を監視することも可能である。この監視が不十分なピストンリングの回転を示している場合には、ピストンリングの回転位置の変化を惹き起こす過程が惹き起こされ得る。このような実施は、エンジンのピストンリングのうちの幾つかのみに対して行うことができるが、この実施はエンジンの全てのシリンダに対して行われる。この実施は、上記した計画のうちの一つに従うことができる。この場合には、所定の方法として記載した方法間の違い及び不十分なピストンリングの回転を検知することに応答して追従される過程は、主として、過程を繰り返す間の時間の遅れに見いだされる。所定の過程においては、この繰り返しは、予防的な基準の規則正しい間隔であり、センサーからの信号に基づく過程においては、この繰り返しは検知された必要度に基づいてなされる。

図１は、本発明によるエンジンの一実施形態を上方から見た図である。図２は、図１のエンジン内のシリンダ内を流れる空気及びガスの流れを示している図である。図３は、図２におけるシリンダの上方部分のより詳細な垂直断面図である。図４は、ピストンリングを備えたピストンの詳細図である。図５は、本発明の方法によるシリンダ上の負荷の変化を示しているグラフである。図６は、本発明の方法によるシリンダ上の負荷の変化を示しているグラフである。図７は、本発明の方法によるシリンダ上の負荷の変化を示しているグラフである。図８は、本発明の方法によるシリンダ上の負荷の変化を示しているグラフである。図９は、本発明の方法によるシリンダ上の負荷の変化を示しているグラフである。図１０は、シリンダのための燃料噴射装置の２つの異なる実施形態のうちの１つを示した図である。図１１は、シリンダのための燃料噴射装置の２つの異なる実施形態のうちの１つを示した図である。

Claims

クロスヘッド型の２−ストローク内燃機関におけるピストンリングの当該ピストンリングに関連するピストンに対する回転位置の強制的な変化を生じさせる方法であって、エンジンが所望の一定負荷又は所望の一定スピードで連続的に作動するように設定されている間に、シリンダ内でのピストンリングの回転位置の強制的な変化によって、前記シリンダ内の平均有効圧力が少なくとも０．５バールだけ変化するように少なくとも前記シリンダにかかる負荷を変化させ且つ前記変化せしめられた負荷を一定期間に亘って前記シリンダ内に維持することによってなされることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記ピストンリングの回転方向位置が監視され、前記ピストンリングの回転動作が検知されるまで前記変化せしめられた負荷が維持されることを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記変化せしめられた負荷が、２乃至６分の範囲内の所定の期間に亘って維持されることを特徴とする方法。
請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の方法であって、
前記シリンダ内の変化せしめられた負荷が負荷の増大であり、これと同時にエンジン内の別のシリンダにかかる負荷が前記負荷の増大に対応した負荷の減少であり、それによって、所望の一定のエンジン負荷が維持されるようになされることを特徴とする方法。
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法であって、
シリンダにかかる負荷を変化させることによってなされるシリンダ内のピストンリングの回転位置の強制的な変化が、エンジン内の全てのシリンダに適用されることを特徴とする方法。
請求項５に記載の方法であって、
シリンダ内のピストンリングの回転位置の強制的な変化が、エンジン内の全てのシリンダにかかる負荷を同時に変化させることによってなされることを特徴とする方法。
請求項５に記載の方法であって、
前記シリンダ内のピストンリングの回転位置の強制的な変化が、一回に単一のシリンダに、又は一回に２つのシリンダに同時に、又は一回に３つ以上のシリンダに同時になされて、全てのシリンダをカバーする連続的な方法で適用されることを特徴とする方法。
請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法であって、
前記少なくとも１つのシリンダ内のピストンリングの回転位置の強制的な変化がときどき好ましくは前記所望の一定負荷又は前記所望の一定スピードでの４時間の作動当たり少なくとも１回繰り返されることを特徴とする方法。
請求項８に記載の方法であって、
前記少なくとも１つのシリンダ内のピストンリングの回転位置の強制的な変化が、前記所望の一定負荷又は前記所望の一定スピードでの１時間の作動毎に少なくとも１回繰り返されることを特徴とする方法。
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の方法であって、
前記ピストンリングの回転位置が少なくとも１つのシリンダ上で監視され、前記シリンダにかかる負荷を変化させることによるピストンリングの回転位置の強制的な変化が、前記監視によってシリンダ内のピストンリングの不十分な回転が指示されたときにシリンダに適用されることを特徴とする方法。
請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載の方法であって、
エンジンが船舶内の推進エンジンであり、前記エンジンは設定された平均速度で推進するように制御される間に、前記エンジンの負荷は、当該エンジンのシリンダ内の平均有効圧力が前記少なくとも０．５バールだけ変化せしめられるように、ときどき変化せしめられることを特徴とする方法。
ピストンリングを備えたピストンと、エンジンの作動中における関連するピストンに対するピストンリングの回転位置の変化を監視するための少なくとも１つのセンサーとを備えている幾つかのシリンダを備えたクロスヘッド型の２−ストローク内燃機関であって、
シリンダ負荷制御ユニットが、リングの回転を確保するための所定の計画に従って且つ／又は不十分なピストンリングの回転を示す前記少なくとも１つのセンサーからの信号に応答して、前記シリンダ上に所定の一時的な負荷変化を生じさせることによって、少なくとも１つのシリンダ内のピストンリングの回転位置の変化を惹き起こすようになされていることを特徴とする２−ストローク内燃機関。
請求項１２に記載の２−ストローク内燃機関であって、
前記シリンダ負荷制御ユニットは、前記一のシリンダにかかる所定の一時的な負荷変化が負荷の減少であるときに少なくとも１つの他のシリンダにかかる負荷を増大させ、前記一のシリンダにおける所定の一時的な負荷変化が負荷の増大であるときに前記少なくとも１つの他のシリンダの負荷を減少させることによって、エンジンの負荷を一定に保つことを特徴とする２−ストローク内燃機関。