JPH022883Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の技術分野］ この考案は排気弁内に封入した熱媒体の気化熱
により排気弁を冷却するようにした内燃機関の排
気弁冷却装置に係り、特に漏洩による熱媒体の減
少を検出し、チヤンバより自動的に熱媒体を補給
するようにしたものに関する。

［考案の技術的背景］ 第１図は本考案者が提案している内燃機関の排
気弁冷却装置の一例を示したものである。これを
説明すると、１は排気弁であり、その内部には一
次熱媒体２を封入するための中空室３が形成さ
れ、この中空室３の上端開放口４から熱交換器５
に連通している熱媒体案内管６が挿入されてい
る。高温雰囲気に晒された弁傘部７は中空室３内
の一次熱媒体が気化するときに奪う気化熱によつ
て冷却されるのであり、この気化熱媒体たる蒸気
は中空室３から案内管６を経て熱交換器５に導入
され、ここで二次熱媒体８との熱交換により凝縮
液化されて再び中空室３に戻るようになつてお
り、上記中空室３、案内管６及び熱交換器５にて
一次熱媒体の熱媒体循環系を構成している。

上記熱交換器５は内燃機関の熱負荷の変動に応
じて弁傘部７の温度を最適状態に維持すべく熱交
換器５の熱交換面積を迅速に制御できる機構とし
てある。すなわち、熱交換器５内に導入された蒸
気と間接熱交換する二次熱媒体たる冷却水８は、
これを収容している調圧室９内で水冷層１０を形
成し、その上部に形成される加圧空気層１１によ
つて高さ調節自在になつおり、水冷層１０の高さ
調節を行なうことによつて蒸気と二次熱媒体との
間の接触面積（熱交換面積）を増減させることが
できるようになつている。

この熱交換面積の増減は圧力調整弁１２、絞り
弁１３、流量制御弁１４から成る圧力調節手段に
より二次熱媒体と加圧空気との圧力バランスを調
節することによつて行い、圧力調節手段は内燃機
関の熱負荷の変動によつて制御されるようになつ
ている。内燃機関の熱負荷の変動を検出するため
に排気弁１をはじめとする冷却装置の各部に各種
センサが設けてある。排気弁１にはその弁軸部１
５から弁傘部７の表面に沿つて排気弁温度を検出
するための弁温度センサ１６、例えば熱電対が設
けられている。案内管６には中空室３の上記温度
を検出するための蒸気温度センサ１７、例えば熱
電対と、同室３の上記圧力を検出するための圧力
センサ１８、例えば抵抗圧力計とが設けられてい
る。また熱交換器５には冷水槽水位を検出するた
めの水位センサ１９が設けられている。この水位
センサ１９は調圧室９の外にこれの上部と下部と
で連通して調圧室９と同じく加圧空気層１１と水
冷層１０との二重層が内部に形成される起立した
水位管２０と、この水位管２０にシールリング２
１を介して上部から差し込まれ下端に設けたフロ
ート２２により水冷層１０の水位に応じて昇降移
動するスケール２３と、このスケール２３の目盛
を読み取る光電ランプ２４とから成り、水冷層１
０の高さを常時検出できるようになつている。な
お、２５は安全用の熱可溶栓である。

そして、これら弁温度センサ１６、蒸気温度セ
ンサ１７、圧力センサ１８、水位センサ１９によ
り排気弁温度を直接又は間接的に検出して、この
検出値に基づいて蒸気圧力調節手段を制御するこ
とによつて排気弁１の温度制御が可能となり、こ
れにより熱負荷の変動にかかわらず排気弁温度を
適正冷却できるようにし、排気弁が過冷却となつ
て低温腐食を起したり、温度上昇に起因する噛み
込み現象が排気弁に生じないようにしたものであ
る。

［背景技術の問題点］ しかしながら、排気弁１と案内管６との連結部
は排気弁１に軸方向の昇降動と軸回りの回転とを
許容しつつシールすることが要請されることか
ら、案内管６を挿入した中空室３の上端開放口４
の内壁にシールリング２５を介設せざるを得ない
ため、長期間の使用によつてシールリング２５が
摩耗し、その摩耗によつて生じる漏洩による蒸気
の減少が構造上回避できない。このため、たとえ
内燃機関の熱負荷の変動に応じて排気弁の温度制
御をしようとしても熱媒体の存在が前提である以
上、漏洩に気付かずこれを放置すると熱媒体の不
足により排気弁１の弁傘部７の十分な冷却ができ
なくなり、弁傘部７が高温となつて強度低下が起
ることは勿論バナジウム等による高温腐食などに
より損壊する危険性が大きかつた。

［考案の目的］ この考案は上記問題点に鑑みなされたもので、
その目的は漏洩による熱媒体の不足からくる排気
弁の冷却不能を有効に防止し、排気弁の信頼性及
び寿命を可及的に向上させることができる内燃機
関の排気弁冷却装置を得ることである。

［考案の概要］ 上記目的を達成すべくこの考案は昇降移動する
排気弁内に封入されここで蒸発気化した熱媒体を
排気弁と摺動自在に連結した熱交換器において凝
縮させ再び排気弁内に戻して排気弁を冷却するよ
うにした熱媒体循環系を有する内燃機関の排気弁
冷却装置において、上記循環系に上記連結部から
の漏洩による系内の熱媒体の減少を検出する検出
手段と、この検出手段の検出結果に基づきチヤン
バ内に溜めた熱媒体を系内に補給するための熱媒
体補給手段とを備えたことを特徴とする。これに
より排気弁と熱交換器との連結部から漏洩した減
少分の熱媒体を自動的に補給できるようにし、熱
媒体不足による冷却不足で高温腐食が生じたり、
冷却不能が生じないようにしたものである。

［考案の実施例］ 以下、この考案に係る内燃機関の排気弁冷却装
置の好適一実施例を添付図面に従つて説明する。

第２図はこの考案の第１実施例を示す要部の一
部破断概略構造図である。

同図に示す如く、熱交換器５に熱媒体２を熱交
換器５内に補給するための熱媒体補給手段３０が
設けられている。この熱媒体補給手段３０は熱交
換器５の下部ヘツダ３１に連通し、これに熱媒体
を送給する送給管３２を備え、その途中に熱媒体
を所定量溜めるためのチヤンバ３３が介設されて
いる。このチヤンバ３３は密閉構造となつてお
り、このチヤンバ３３内に強制的に熱媒体を圧送
するとチヤンバ３３内の非凝縮性ガス、例えば空
気又は空気入りゴム風船３４が圧縮され、この圧
縮により発生する非凝縮性ガスの反発力が上記熱
媒体の圧送解除によりチヤンバ３３内の熱媒体を
自動的に押し下げるようになつている。またチヤ
ンバ３３の外周には、チヤンバ３３内の熱媒体２
を空冷するための冷却フイン３５が設けられてい
る。そして、チヤンバ３３の上流及び下流の送給
管３２にはこの管路を開閉するための第１、第２
の開閉弁３６，３７がそれぞれ介設され、後述す
る制御器３８により相次いで開閉するようになつ
ている。

第３図に示す如く、制御器３８の入力には既存
の弁温度センサ１６、蒸気温度センサ１７、圧力
センサ１８及び水位センサ１９がそれぞれ電気的
に接続され、弁温度信号、蒸気温度信号、蒸気圧
力信号及び水位信号を制御器３８に入力する。制
御器３８の出力側は上記第１、第２の開閉弁３
６，３７に接続され、開閉信号を出すことで第
１、第２の開閉弁３６，３７を開閉制御する。

制御器３８の機能について説明すると、弁温度
信号、蒸気温度信号、蒸気圧力信号又は水位信号
から系内の蒸気が不足していることを間接的に判
断して、先ずチヤンバ３３内に所定量の熱媒体が
溜まるに必要な時間だけ開いた後に再び閉じる開
閉信号を出力し、次にチヤンバ３３内の熱媒体が
非凝縮性ガスの反発力により押し下げられすべて
が排出されるに十分な時間だけ開いた後に再び閉
じる開閉信号を出力する。

次に上記実施例の作用について説明する。

排気弁１と案内管６との間に介設したシールリ
ング２５の摩耗により系内の蒸気が減少すると、
弁温度センサ１６、蒸気温度センサ１７、蒸気圧
力センサ１８及び水位センサ１９からの各種信号
をうけた制御器３８が作動する。すなわち、水位
センサ１９により熱交換器５内の水冷層１０の水
位を検出して水位が充分高く、且つ冷却水が流れ
ているにも拘わらず弁傘部７に装着した弁温度セ
ンサ１６の示す弁温度及び中空室３内の蒸気温度
センサ１７の示す蒸気温度が初期の正常時の温度
より異常に高い場合は、実験結果等から系内の二
次熱媒体が極く少なくなつていると考えられる。
このような場合は、熱媒体不足により冷却能力が
低下し、弁傘部７が所定温度を超えることになる
ので、制御器３８は第１及び第２の開閉弁３６，
３７を次のように開閉する。

まず、第１の開閉弁３６を開いて補給液たる熱
媒体をチヤンバ３３に圧送し、第１の開閉弁３６
を閉じる。次に第２の開閉弁３７を開くとチヤン
バ３３内の熱媒体は非凝縮性ガス圧に押し出され
るようにして熱交換器５の下部ヘツダ３１内に入
り、漏洩により減少した熱媒体分を補給する。し
たがつて、熱媒体を直接熱交換器５内に補給する
場合には、熱媒体を低圧で送給したとしても熱交
換器５内の圧力変動の影響により定量補給するこ
とができないが、第２の開閉弁３７を閉じて熱交
換器５との連通を断つた状態でチヤンバ３３内に
補給すべき一定量を溜め、その後、チヤンバ３３
と熱交換器５とを連通させてチヤンバ３３内の熱
媒体を補給するようにしたので、熱交換器５内の
圧力変動にかかわらず熱媒体を定量補給すること
ができる。また蒸気熱媒体の補給は、各種センサ
からの信号を常時受けてこれを判断する制御器３
８により制御されるので運転中であつても自動的
に行なうことができる。その結果、熱媒体漏洩に
よる冷却不能等の事態が回避され、熱負荷の変動
に応じた適切な排気弁の温度制御が確保できるの
で、排気弁の寿命を著しく向上することができ
る。また、排気弁１と案内管６との間のシールリ
ング２５が破損したとしても熱媒体の補給は継続
して行なわれるから、冷却に必要な系内の熱媒体
量を確保でき、直ちに運転を中止する必要はなく
なり、他の構成機器、装置、製品などに二次被害
が発生するのを防止でき、もつて信頼性を可及的
に向上することができる。更に、既存の制御器や
センサをそのまま利用できるとともに僅かに熱媒
体補給手段を追加するだけで熱媒体の自動補給が
行なえるのでコストパーフオーマンスが非常に高
い一方、メンテナンスコストは非常に低いという
利点がある。

第４図はこの考案の第２実施例を示すもので、
第１実施例と異なる点はチヤンバをシリンダ４０
としてその内部に圧縮空気４１圧またはばね４２
の復元力によりシリンダ４０内に圧送された熱媒
体２を押し下げ、これをシリンダ４０内から強制
的に排出するためのピストン４３を設けた点であ
る。圧縮空気４０を利用する場合には圧縮空気を
送給するための送気管４４と該送気管４４にこれ
を開閉するための第３の開閉弁４５を設ける必要
がある。この第３の開閉弁４５は既述の制御器３
８により制御する。この実施例の作用について説
明すると、熱媒体を一旦シリンダ４０に溜めるた
め第１の開閉弁３６を開く。ピストン４３は圧送
される熱媒体の圧力に押されて上方に移動する。
このときピストン４３背側の空気は第３の開閉弁
４５に併設した逃し孔４６より大気に放出され
る。熱媒体２が充分シリンダ４０内に溜まつた段
階で第１の開閉弁３６を閉じるとともに第３及び
第２の開閉弁４５，３７を順次開いていく。する
とシリンダ４０内の熱媒体は圧縮空気により下降
するピストン４３に押されてシリンダ４０から排
出され熱交換器５内に補給されていく。これによ
れば、第１実施例の場合と異なり、シリンダ４０
内の熱媒体を強制的に排出させることができるの
で、熱交換器５内の圧力が高く、シリンダ４０と
熱交換器５とを結ぶ送給管３２路長が長い場合、
或いは送給管３２の管路系が細い場合、さらには
管路内の熱媒体が流動しにくい場合等、熱媒体２
を熱交換器５内へ補給するのに自身に蓄圧された
圧力のみでは困難な場合に適用できるという利点
がある。

第５図はこの考案の第３実施例を示すもので、
第２実施例と異なる点はピストン４３を電動機５
０の駆動軸５１に螺着結合して駆動軸の回転によ
りピストン４３を昇降移動させるようにした点で
あり、これにより適当な圧縮空気源がない場合で
あつても、また熱交換器５内の蒸気圧が一定せず
かなり高い場合についても適用できるという利点
がある。なお、電動機５０の制御は勿論制御器に
より行なわれる。

なお、上述したいずれの実施例も熱媒体の補給
を熱交換器５に行なうようにしたが、中空室３又
は案内管６でもよく、要するに熱媒体循環系内で
あればどこに補給してもよい。

［考案の効果］ 以上要するにこの考案によれば次のような優れ
た効果を発揮する。

(1) 熱媒体循環系内の熱媒体の減少を検出し、チ
ヤンバより熱媒体を補給するようにしたので、
熱媒体不足による排気弁の冷却不能を有効に回
避できる。したがつて排気弁温度を適切に維持
でき排気弁の寿命を著しく向上することができ
る。

(2) 排気弁と熱交換器との連結部のシール性が損
なわれても、損なわれて漏洩した熱媒体分が補
給されるので、直ちに内燃機関の運転を中止す
る必要はなく、これがため他の構成機器、装
置、製品などに二次被害が発生するのを防止で
き信頼性が向上する。

(3) チヤンバを経由した後、熱媒体を系内に補給
するようにしたので、系内の圧力変動にかかわ
らず熱媒体を安定に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の前提となる内燃機関の排気
弁冷却装置全体の概略縦断面図、第２図はこの考
案に係る排気弁冷却装置の第１実施例を示す要部
の一部破断図、第３図は同じく制御部の入出力系
を説明るブロツク図、第４図は同じく第２実施例
を示す要部の一部破断図、第５図は同じく第３実
施例を示す要部の一部破断図である。 尚、図中１は排気弁、２は熱媒体、３，５及び
６は熱媒体循環系を構成する中空室、熱交換器及
び熱媒体案内管、１６，１７，１８及び１９は熱
媒体の減少を検出する検出手段を構成する弁温度
センサ、蒸気温度センサ、蒸気圧力センサ及び水
位センサ、３０は熱媒体補給手段、３３及び４０
はチヤンバである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 昇降移動する排気弁内に封入されここで蒸発気
   化した熱媒体を排気弁と摺動自在に連結した熱交
   換器に導いて凝縮させ再び排気弁内に戻して排気
   弁を冷却するようにした熱媒体循環系を有する内
   燃機関の排気弁冷却装置において、上記循環系に
   上記連結部からの漏洩による系内の熱媒体の減少
   を検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に
   基づきチヤンバ内に溜めた熱媒体を系内に補給す
   るための熱媒体補給手段とを備えたことを特徴と
   する内燃機関の排気弁冷却装置。