技術 高圧接続部及び接続構成

0001

本発明は、それぞれの範疇の独立請求項の前文に従った圧力貯槽を有する高圧接続部並びに接続構成に関する。さらに、本発明は、そのような高圧接続部及び／又はそのような接続構成を有する大型ディーゼルエンジンに関する。

0002

流体、特に、液体が高圧下で案内されなければならない装置では、高圧に耐えなければならず且つ漏れ止めもされなければならない個々の構成部品の間の接続が要求される。一例として、ここでは、２サイクルエンジン又は４サイクルエンジンとして作製され得る、並びに、船舶用の駆動装置として頻繁に使用され、或いは、例えば、電気エネルギの生成のために大型発電機を駆動するために定置運転においても使用される、大型ディーゼルエンジンが述べられなければならない。

0003

現代の大型ディーゼルエンジンには、具体的には、極めて高い圧力下で運搬される２つの媒体があり、これらの媒体は、一方では、１０００バールよりも高い圧力で噴射ノズルに運搬される燃料であり、他方では、典型的にはサーボオイルと呼ばれる油圧媒体である。油圧媒体は、例えば、排気弁の油圧作動のために働く。これらの媒体は、ポンプによって圧力貯槽内に運搬され、圧力貯槽は圧力パイプとして作製され、全シリンダ領域に沿って延在する。これらの圧力貯槽（蓄圧室とも呼ばれる）から、媒体は噴射部材に、或いは、油圧式構成部品のための制御装置及び／又は運転装置に移動する。

0004

媒体を必要とする圧力貯槽と装置との間の接続は、ネジ接続に基づくことが多く、その場合には、装置は、圧力貯槽の壁の上に或いは圧力貯槽の対応する出口孔内にネジ山を介して封止的に押圧される高圧管路の上に直接的にネジ留めされる。溶接又は鑞接も既知である。

0005

本発明の目的は、構造が異なり、構造的に単純であり、且つ、信頼性のある、加圧液体を圧力貯槽から装置に運搬し得る高圧接続部を提供することである。更に、そのような接続構成が提供されなければならない。具体的には、高圧接続は大型ディーゼルエンジンにおける使用に適さなければならない。

0006

これらの目的を満足する本発明の主題は、それぞれの範疇の独立請求項の機能によって特徴付けられる。

0007

よって、本発明によれば、加圧される流体を用いて運転される装置を流体のための圧力貯槽に接続するための高圧接続部が提供され、圧力貯槽は、着座表面に開口する少なくとも１つの接続孔を有し、高圧接続部は、第一端面から第二端面に長手軸の方向に延在する本体を含み、第一端面は、着座表面と封止的に協働するよう構成され、且つ、入口開口を有し、第二端面は、装置によって受け入れられるよう構成され、且つ、通路孔を介して入口開口に接続される出口開口を有する。第二端面は、第一端面の活性表面よりも大きい、流体のための活性表面を有する。

0008

この点に関して、活性表面は、長手軸に対して直交して位置する平面、即ち、流体の故に端面に対して作用する力にとって決定的な表面上でのそれぞれの端面の垂直方向の突出を意味する。第二端面のための活性表面は、第一端面のための活性表面よりも大きいが、流体によって加えられる圧力は、両方の端面上で本質的に同じであるので、高圧接続部がその第一端面で着座表面に封止的に押し込まれるよう、運転状態における流体の故に、第一端面に対するよりも大きな力が第二端面に対して作用する。よって、加圧流体によって封止される高圧で漏れのない接続を実現し得る。原理的には、この封止機能のために、ネジも溶接も不要である。

0009

好ましくは、第一端面は、円錐表面又は切頭円錐表面として作製される。第一端面のこの幾何を用いて、特に良好な接続を圧力貯槽との接続部で達成し得る。

0010

有利に、第二端面は、円形表面として作製される。一方では、これは構造的に簡単であり、第二端面の所定直径で第二端面の活性表面を最大限化する。

0011

さらに、加圧される流体のための圧力貯槽と、流体を用いて運転される装置と、高圧接続部とを有し、流体は高圧接続部を通じて圧力貯槽から装置に達し得る、接続構成であって、圧力貯槽は、着座表面に開口する少なくとも１つの接続孔を有し、高圧接続部は、第一端面から第二端面に長手軸の方向に延在する本体を含み、第一端面は、着座表面と封止的に協働するよう構成され、且つ、入口開口を有し、第二端面は、装置によって受け入れられるよう構成され、且つ、通路孔を介して入口開口に接続される出口開口を有し、高圧接続部は、流体が圧力貯槽から高圧接続部の通路孔を介して装置内に流れ得るよう、その第一端面で着座表面と接触し、その第二端面で装置と接触する。第二端面は、第一端面の活性表面よりも大きい、流体のための活性表面を有する。

0012

高圧接続部と圧力貯槽との間の封止は、この接続構成内の第二端面に対する流体の圧力によって主に達成される。その活性表面は、第一端面の活性表面よりも大きいので、第一端面を圧力貯槽の封止表面に対して封止的に押圧する力が生じる。

0013

実施のために重要な適用において、圧力貯槽は圧力パイプとして作製される。

0014

装置が通常運転位置に関して圧力貯槽に横方向に締結されるときには、構造的に有利である。よって、例えば、弁の開放、閉塞、又は、切換えによって、装置の運転状態に起こる圧力ビートが、圧力管路内への力の導入を引き起こすことは、回避され得る。

0015

取付け部が設けられ、取付け部が圧力貯槽を取り囲み、高圧接続部が取付け部に取り付けられるときに、更に有利な手段である。それによって、高圧接続部が圧力貯槽の壁に直接的にボルト締めされなければならないことを回避し得る。

0016

有利に、高圧接続部の第二端面は、装置の孔内に配置される。この手段を通じて、流体が特に良好な圧力を第二端面に加え得ることが可能になる。

0017

有利に、力が第二端面から第一端面に理想的に移転されるよう、高圧接続部はネジ山を用いずに装置によって受け入れられる。

0018

好適実施態様において、圧力貯槽は、大型ディーゼルエンジンにおける油圧媒体又は燃料のための圧力パイプである。

0019

更に、本発明に従った高圧接続部を有する或いは本発明に従った接続構成を有する大型ディーゼルエンジンが、本発明によって提供される。

0020

好ましくは、圧力貯槽は、大型ディーゼルエンジン用の油圧媒体又は燃料のための圧力パイプであり、圧力パイプは装置を介して支持され、圧力パイプは、通常運転位置に関して装置に横方向に締結される。即ち、これによって、装置内の圧力ビートが取り除かれ、その支持構成内に伝達されること、並びに、それらが圧力パイプ内への力の有意な導入を引き起こさないことが達成される。

0021

実施に特に関連する適用は、装置が排気弁の油圧式作動のための弁制御装置であるときである。

0022

本発明の更なる有利な手段及び好適な実施態様は、従属請求項に由来する。

0023

以下において、本発明は実施態様及び図面を参照してより詳細に説明される。原寸通りに描写されていない概略図において、それらは部分的に断面で示されている。

0024

本発明に従った高圧接続部の実施態様を備える本発明に従った接続構成の第一実施態様を示す断面図である。
本発明に従った接続構成の第二実施態様を備える本発明に従った大型ディーゼルエンジンの実施態様を示す概略図である。
図２の断面線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って第二実施態様を示す断面図である。

0025

図１は、本発明に従った接続構成の第一実施態様を断面で示しており、接続構成は、全体的に参照番号１０を備え、本発明に従った高圧接続部の実施態様を含み、高圧接続部は、全体的に参照番号１を備える。さらに、接続構成１０は、流体用の圧力貯槽２と、唯一表示されている装置３とを含み、この装置は、加圧流体の助けを受けて運転される。

0026

流体は、圧力下の作業プロセスで利用し得る如何なる気体媒体又は液体媒体であってもよく、例えば、ピストン、弁、又は、類似物の油圧運転又は作動のための油圧オイル又はサーボオイル、内燃機関（エンジン）のシリンダ内への噴射のための燃料、又は、圧力下で運搬されるべき水である。

0027

装置３は、加圧液体を用いて運転し得る如何なる所望の装置であってもよく、例えば、制御弁、油圧式に運転されるピストン、ポンプ、又は、液体を運搬する圧力管路である。

0028

圧力貯槽２は、例えば、今日のコモンレールシステムにおいて使用される圧力貯槽のような、パイプ形状の、具体的には、円筒形の、シリンダ軸Ｌを備える圧力パイプとして作製され得る。圧力貯槽２は、壁２１を含み、その内部側は、加圧液体用の貯蔵空間２２を有する。圧力貯槽２は、少なくとも１つの接続孔２３を含み、接続孔２３は、貯蔵空間２２から壁２１を通じて径方向に外向きに延び、着座表面２４に開口している。着座表面２４は円錐形に作製される。

0029

コモンレールシステムのパイプ形状圧力貯槽２のために、典型的には、複数の接続孔２３が提供され、それらは、例証（図１）に従って、シリンダ軸Ｌを基準にして互いに後に配置される。以下の説明は、１つの接続孔２３にのみ限定される。何故ならば、理解のためには、それで十分だからである。

0030

高圧接続部１は、第一端面１２から第二端面１３に長手軸Ａに延在する本体１１を含む。第一端面１２は、着座表面２４と封止的に協働するよう構成される。以下の実施態様において、第一端面１２は円錐表面及び／又は切頭円錐表面として作製される。この観点において、第一端面１２の関連する円錐角は、着座表面２４と関連する円錐角と同じ大きさであり得るし、或いは、材料に依存して、もう少しより小さくもあり得る。

0031

より良好な理解のために、図１は、圧力貯槽２から離れた高圧接続部１を示している。運転状態では、圧力貯槽２と高圧接続部１との間の高圧で漏れのない接続を達成するために、高圧接続部１は、その第一端面１２で着座表面２４に押し込まれることが理解されるべきである。第一端面１２の円錐角が着座表面２４に比べて小さ目の大きさを有するならば、存在する圧力によって、第一端面１２は運転状態において変形され、着座表面２４と一致する。

0032

第一端面１２は、入口開口１４を有し、流体は、入口開口１４を通じて、圧力貯槽２の貯蔵空間２２から高圧接続部１内に流れ得る。中心配置される通路孔１５が、入口開口１４から出口開口１６に至るまで長手軸Ａの方向に延在し、出口開口１６は、第二端面１３に設けられている。第二端面１３は、この実施態様において、円形表面及び／又はリング表面として作製される。

0033

第二端面１３は、装置３によって受け入れられ得るよう構成される。装置３は、空洞又は孔３１を有し、空洞又は孔３１は、壁３２によって境界付けられ、第二端面１３を受け入れる。例証によれば、高圧接続部１の本体１１は、第二端面１３の下に溝を有し、溝は全周に亘って延在し、封止素子１７、例えば、Ｏリングが溝内に配置され、壁３２と本体１１との間を封止する。

0034

第一端面１２及び第二端面１３は、それぞれ活性表面を有する。これによって有効表面が意図され、それぞれの端面１２、１３に対して作用する圧力は、有効表面を介して、長手軸の方向に、即ち、例証に従って上向きに或いは下向きに力を生成し得る。故に、活性表面は、長手軸Ａに対して直交して位置する平面に対するそれぞれの端面１２、１３の直交方向の突出である。第一端面１２に関して、活性表面は、図１に矢印によって示される位置Ｗ１における断面表面と同じ大きさである。第二端面１３に関して、活性表面は、第二端面１３と同じ大きさである。

0035

本発明によれば、第二端面１３の活性表面は、第一端面１２の活性表面よりも大きい。

0036

運転状態において、加圧流体は、圧力貯槽２の貯蔵空間２２から、接続孔２３及び通路孔１５を通じて、例証に従って第二端面１３より上に位置する装置３の孔３１の一部に流れる。そこから、流体は、装置３において利用可能であるよう、例えば、通路３３を通じて流れ得る。

0037

流体の故に、第二端面１３は、貯蔵空間２２内に存在する圧力と本質的に同じ、第二端面に対して作用する圧力を有する。第二端面１３は、第一端面１２の活性表面よりも大きい活性表面を有するので、長手軸の方向に、例証に従えば、下向きに向けられ、第一端面を着座表面に対して封止的に押圧する力が生じる。よって、流体の圧力によって引き起こされる封止機能を達成し得る。

0038

原理的に、ネジ接続はなく、例えば、溶接又は鑞接による、他の種類の取付けも、この封止のために要求されない。しかしながら、例えば、高圧接続部１を長手軸Ａの方向に案内するために、或いは、高圧接続部の傾斜を回避するために、或いは、主封止を達成するために、ボルト又は他の取付け手段又は案内手段を追加的に提供し得ることが理解されるべきである。これは第二実施態様に従った実施例によって説明される。

0039

第二実施態様では、実施すべき重要な用途である大型ディーゼルエンジンが参照される。現代の大型ディーゼルエンジンでは、燃料噴射、ガス交換、及び、選択的に、水噴射及び補助システムが、コモンレールシステムによって運転される。この点に関して、それぞれの流体、例えば、噴射用の燃料、排気弁の運転のためのサーボオイルのような油圧媒体、又は、噴射の制御のための作動媒体は、高圧下でポンプを用いて、蓄圧室としても既知の圧力貯槽内に運搬される。その場合には、内燃機関の全シリンダは、それぞれの蓄圧室及び／又は弁からの加圧流体を備え、燃料噴射装置は、加圧液体によって制御される。典型的に、圧力貯槽は、パイプ状構成部品としてそれぞれ作製され、パイプ状構成部品は、両端で閉塞され、ほぼシリンダヘッドのレベルでエンジンに沿って延在する。

0040

コモンレールシステムにおいて、最高圧力は、典型的には、燃料噴射のために起こる。関連する圧力貯槽内で、圧力は、例えば、２０００バールまで達し得る。油圧媒体（例えば、サーボオイル）の圧力は、排気弁の作動のためにコモンレールシステムの圧力貯槽内で３００バールまで達し得る。

0041

部分的に概略的な例証において、図２は、本発明に従った大型ディーゼルエンジンの実施態様の本発明の理解に関連する部分を示しており、該エンジンは、全体的に参照番号１００を備える。具体的には、本実施態様は、クロスヘッド駆動装置を備える低速単流掃気２サイクル大型ディーゼルエンジン１００である。大型ディーゼルエンジン１００は、図３中に断面例証で見られ得る本発明に従った接続構成１０の第二実施態様を含む。断面は、図２の断面線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って取られている。

0042

同一の又は比較可能な機能を有する部分が設けられ、図１におけると同じ参照番号を図２及び図３中に備える。図１及び第一実施態様に関連して行われた全ての説明は、類似的又は相応的に同じ方法で第二実施態様のためにも有効である。

0043

大型ディーゼルエンジン１００は、典型的には、複数のシリンダ１０１を含み、図２には、その１つだけを見ることができる。各シリンダ１０１内には、ピストン１０２が前後に移動可能に配置されている。ピストン１０２は、ピストンロッド１０３によって、クロスヘッド（図示せず）に接続され、次に、クロスヘッドは、プッシュロッドを介して、クランクシャフト（図示せず）に接続される。

0044

排気弁１０４が各シリンダに設けられ、既知の方法で油圧式に作動される。この作動は、本発明に従った接続構成１０の第二実施態様中に含まれるコモンレールシステムを介して起こる。排気弁１０４の制御のためのコモンレールシステムは、油圧媒体用の圧力パイプとして作製される圧力貯槽２を含む。

0045

ここで、装置３は、高圧接続部１（図３を参照）を介して圧力貯槽２の接続孔２３に接続される弁制御装置３である。高圧接続部１の第二端面１３は、図１に例証されるのと類似の方法で、弁制御装置３の孔３１内に配置される。この点に関して、高圧接続部１は、ネジ山なしに弁制御装置によって受け入れられる。弁制御装置３は、電気的に事前制御される主パイロット弁３５、並びに、信号管路１０６を介して制御装置１０５によって作動される電磁パイロット弁３６を含む。パイロット弁３６が主パイロット弁３５を開放するや否や、油圧媒体は、排気弁１０４を開放するために、圧力貯槽２から圧力配管１０７を通じて排気弁１０４に流れ得る。

0046

さらに、油圧媒体を貯蔵容器（図示せず）から配管１０９を介して圧力貯槽２内に運搬するポンプ１０８が設けられる。

0047

図２には、１つだけの弁制御装置３が例証されている。しかしながら、それぞれの弁制御装置３は、各シリンダのために設けられ、各シリンダは、各場合において、高圧接続部１を介して圧力貯槽２の別個の接続孔２３に接続されている。

0048

圧力貯槽２は、取付け部４を介して、弁制御装置３に接続されている（図３も参照）。取付け部４は、パイプクランプの方法において圧力貯槽２を取り囲む。高圧接続部１の取付けのために、その本体１１上にフランジ１８が設けられ、フランジ１８は、第一ボルト４１の受入れのために２つのネジ山なし孔を備える。高圧接続部１は、第一ボルト４１を用いて取付け部４に取り付けられ、ここでは、即ち、ボルト締めされ、第一ボルト４１は、取付け部４のネジ山孔に係入する。この点に関して、封止が高圧接続部１と圧力貯槽２との間に既に達成されるよう、第一端面１２は着座表面２４に押し込まれる。これによって、少なくとも主封止が達成される。

0049

高圧接続部１を弁制御装置３に接続するために、孔３１の壁３２と高圧接続部１の本体１１との間を封止するＯリングとして適合される封止素子１７を用いて、第二端面１３はボア３１に導入される。次に、弁制御装置３が取り付けられ、取付け部４で第二ボルト４２を用いてボルト締めされる。

0050

運転状態において、油圧媒体は、弁制御装置３の孔３１内に配置される、高圧接続部の第二端面１３も加圧する（図１も参照）。第二端面１３の活性表面は、第一端面１２の活性表面よりも大きいので、高圧接続部１は、その第一端面１２で圧力貯槽２の着座表面２４に封止的に押し込まれる。

0051

圧力貯槽２、高圧接続部１、弁制御装置３、及び、取付け部４を含む、接続構成１０の全体的な支持構成は、好ましくは、弁制御装置３を介してのみ達成される。既述の通り、複数の弁制御装置３が提供されるので、接続構成１０は複数の場所を介して支持される。弁制御装置３は、図３に示されるように、大型ディーゼルエンジン１００及び／又はそのために提供される支持体５に固定的に取り付けられる。圧力貯槽２は、図２及び図３に示される例証に対応する通常運転位置に関して、取付け部４を介して弁制御装置３の隣に横方向に締め付けられる。圧力パイプとして作製される圧力貯槽２は、エンジン及び／又はエンジンハウジングに直接的な支持を有さず、弁制御装置３を介して支持されているだけである。

0052

弁制御装置３の隣での及び／又は装置３の概ね横方向隣での圧力貯槽２のこの横方向配置は、大型ディーゼルエンジン１００における新しい手段であり、それは本発明に従った高圧接続部１と無関係に及び／又は本発明に従った接続構成１０と無関係に使用され得る。

0053

接続孔が通常運転位置を基準にして垂直に上向きに面するよう、圧力貯槽をエンジンに、例えば、支持体上に固定的に取り付けることは、最新技術である。その場合には、装置３及び／又は弁制御装置３は、圧力貯槽の上に配置される。この目的のために、圧力貯槽は、弁制御装置を取り付けるために、その上方側に平面的な表面を有さなければならず、弁制御装置は、ボルトを介して、この平面的な表面に固定的に取り付けられる。この場合には、これらのボルトは、圧力貯槽の壁に係入し、これは圧力貯槽の壁がネジ山付き孔を備えなければならないことを意味する。この垂直配置において、例えば、弁制御装置の切換え直後に起こる動的な力は、圧力貯槽を通じて支持体内に進む。構成全体は、圧力貯槽を介して支持される。

0054

この最新技術とは対照的に、装置３及び／又は弁制御装置３の横方向にある圧力貯槽２の配置は、幾つかの利点を有する。

0055

例えば、弁制御装置３の切換え直後に起こる動的な力は、圧力貯槽２内に本質的に導入されず、弁制御装置３から支持体５に直接的に移転される。これは圧力貯槽２の機械的負荷を有意に低減する。

0056

更なる利点は、取付け部４の故に、圧力貯槽２がその外側に平面的な表面を有する必要がもはやないことであり、それは、一方では、機械的安定性を増大し、他方では、製造を単純にする。

0057

さらに、圧力貯槽２の壁２１は孔がなく、ネジ山付き孔がない。何故ならば、第一取付けボルト４１のみならず、第二取付けボルト４２も、取付け部４に係入するが、圧力貯槽２の壁２１に係入しないからである。これによって、圧力貯槽２の機械的安定性は、極めて有意に増大され、それは、同じ動作圧力にも拘わらず、より薄い壁２１で製造される圧力貯槽２をもたらす。

0058

１高圧接続部 (high pressure connection)
２圧力貯槽(pressure reservoir)
３ 装置 (apparatus)／弁制御装置(valve control unit)
４取付け部 (mounting)
５支持体(support)
１０接続構成(connection arrangement)
１１ 本体 (body)
１２ 第一端面 (first end face)
１３ 第二端面 (second end face)
１４入口開口(inlet opening)
１５通路孔(passage bore)
１６出口開口(outlet opening)
１７封止素子(sealing element)
２１ 壁 (wall)
２２貯蔵空間(storage space)
２３接続孔(connection bore)
２４着座表面(seating surface)
３１ 空洞 (cavity)／孔 (bore)
３２ 壁 (wall)
４１ 第一ボルト(first bolt)
４２ 第二ボルト (second bolt)
１００大型ディーゼルエンジン(large diesel engine)
１０１シリンダ(cylinder)
１０２ピストン(piston)
１０３ピストンロッド(piston rod)
１０４排気弁(outlet valve)
Ａ長手軸(longitudinal axis)
Ｌシリンダ軸(cylinder axis)