JP2011127536A - ディーゼルエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】側板の板厚を増大させることなく、サイドスラスト圧荷重等の増加に耐え得る架構を備えた。
【解決手段】ディーゼルエンジン２２は、クランク軸を収容する台板部と、クランク軸を連動させるコネクティングロッド及びクロスヘッドを上下動させるガイド部を備えた架構部２３と、クロスヘッドに連接されたピストンをシリンダに収容したジャケット部とを備えた。架構部２３は、シリンダを仕切る二重隔壁１５，１６に断面I字状の鋼材からなる梁部材２４を間隔を開けてスポット溶接で固定する。構造材を構成する梁部材２４、２４間には板厚の薄い側板２５を梁部材２４のフランジ部上に載せて溶接等で固定した。シリンダの内圧荷重やサイドスラスト圧荷重を梁部材２４で受ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば舶用ディーゼルエンジン等の大型のディーゼルエンジンに関する。

一般的に、舶用のディーゼルエンジンとして、例えば特許文献１及び２に記載されたものが提案されている。特に特許文献２に記載されたディーゼルエンジンは、その本体架構が、燃焼時のシリンダ筒内圧荷重やこれに伴うサイドスラスト等の外力を受ける構成を有している。
例えば、図６乃至図１１に記載されたディーゼルエンジン１において、図６はディーゼルエンジン１の要部構成を模式的に示す図であり、ディーゼルエンジン１はジャケット２と架構３と台板４とがタイボルト等で一体に固定されている。
ジャケット２は上部に図示しない燃焼室を有するシリンダ６内にピストン７が上下動可能に設けられ、ピストン７は架構３内のガイド部８に設けられたクロスヘッド９に連結されている。架構２内のガイド部８内にはクロスヘッド９にコネクティングロッド１１が連接されており、クロスヘッド９とコネクティングロッド１１はガイド部８内を上下動させられる。コネクティングロッド１１の下端部には、台板４内に回転可能に支持されたクランク軸１２が連接されている。

ディーゼルエンジン１の架構３は、図７乃至図９に示すように、シリンダ６、６間を仕切る中央仕切り板１４と、その両側に配設されたカム側の二重隔壁１５及び排気側の二重隔壁１６とを有している。各二重隔壁１５，１６は、図８に示すように、中央仕切り板１４とは反対側の端部１５ａ，１６ａが台板４に向けてテーパ状で幅広に広がる略台形状とされている。そして、複数の二重隔壁１５のカム側の端部１５ａ同士にはシート状の側板１７が溶接等によって傾斜状態で固定され、複数の二重隔壁１６の排気側の端部１６ａ同士にはシート状の側板１８が溶接等によって傾斜状態で固定されている（図９参照）。
各側板１７，１８は、二重隔壁１５または１６、架構３の底部に設けた底板１９，二重隔壁１５，１６の上部に形成した天板２０に例えば溶接によって固定されている。

このような構成を備えたディーゼルエンジン１は、図１０に示すように、燃焼室での燃焼によって生じる筒内圧により、ピストン７はシリンダ６内を往復昇降運動し、クロスヘッド９もガイド部８の内壁にガイドされて往復昇降運動すると、コネクティングロッド１１が連動してクランク軸１２回りに旋回運動することによってクランク軸１２の回転運動に変換させる。
そのため、ディーゼルエンジン１の架構３は、燃焼室での爆発によって、シリンダ６の内圧荷重やこれに伴うクロスヘッド９からのサイドスラスト圧ＦＬ、ＦＲを受ける（図１０参照）。このようなサイドスラスト圧ＦＬ、ＦＲ等の外力を二重隔壁１５，１６に溶接した側板７、８で受けており、側板１７，１８はこのような荷重に耐え得る剛性や強度を有している。

特開昭６３−３１３３号公報 特開２００１−２８９１１４号公報

しかしながら、カム側と排気側に作用するサイドスラスト圧を二重隔壁１５，１６に溶接された側板１７，１８によって受ける構造では、ディーゼルエンジン１の高出力化が進むとシリンダ内圧荷重やサイドスラスト圧荷重も増大するため、各側板１７，１８の板厚を増大させて強度や剛性を向上させている。そのため、ディーゼルエンジン１のエンジン性能の向上に対して側板１７，１８の厚みを増大させるとエンジン本体の重量が過大になるという不具合がある。
また、サイドスラスト圧荷重等の増大によって側板１７，１８に発生する応力は底板１９、二重隔壁１５，１６，天板２０との溶接部に集中し、それ以外の部位への応力は比較的小さいため、側板１７，１８の厚みの一様な増大は無駄が多く、しかも側板１７，１８を二重隔壁１５，１６等に溶接する際、施工面積が広いため板厚が増加すると溶接施工に手間がかかる等の影響も大きかった。

本発明は、このような実情に鑑みて、側板の板厚を増大させることなく、サイドスラスト圧荷重等の増加に耐え得る架構を備えたディーゼルエンジンを提供することを目的とする。

本発明によるディーゼルエンジンは、クランク軸を収容する台板部と、クランク軸に連接されたクロスヘッドを上下動させるガイド部を備えた架構部と、クロスヘッドを連動させるピストンをシリンダに収容したジャケット部とを備えたディーゼルエンジンにおいて、架構部は、シリンダを仕切る隔壁の側面に梁部材を溶接し、該梁部材と梁部材の間には側板が固定されていることを特徴とする。
本発明によるディーゼルエンジンは、架構部において、シリンダの内圧荷重やこれに伴うサイドスラスト圧荷重等の外力が隔壁を介して架構部の側面にかかるが、この荷重は構造材として隔壁に固定された梁部材によって受けることができる。そのため、梁部材の間に設けた側板には上述した外力がかからないから板厚の極めて薄い側板を取り付ければよい。そのため、従来のように架構部の側面で荷重を受けるために板厚の大きい側板を固定する必要はなく、荷重を受ける梁部材と内部を被覆する板厚の薄い側板を設ければよく、梁部材と側板の合計重量を比較的小さいものに設定できる。

また、梁部材は略棒状の鋼材であることが好ましく、梁部材として棒状の鋼材を隔壁に溶接等で固定することでシリンダの内圧荷重やこれに伴うサイドスラスト圧荷重等の外力を受けることができる。

本発明によるディーゼルエンジンによれば、架構部における各隔壁の外側端部に間隔を開けて梁部材を連結すると共に、梁部材と梁部材との間隙を側板によって接続するようにしたから、サイドスラスト圧荷重等の外力は構造材として機能する梁部材によって引き受け、側板は梁部材の間隙を被覆するものにすぎず板厚を極めて薄く形成できる。そのため、サイドスラスト圧荷重等に対する支持強度が高く、サイドスラスト圧荷重等の外力に起因する局所的な高応力部発生を抑制して側板や架構部の変形を防止できると共に、全体として重量を低減させて低コストにできる。

本発明の第一実施形態によるディーゼルエンジンにおける架構の要部斜視図である。 図１に示す架構の側面におけるＡ部分の縦断面図である。 本発明の第二実施形態によるディーゼルエンジンにおける架構の要部斜視図である。 図３に示す架構の側面におけるＢ部分の縦断面図である。 本発明の第三実施形態によるディーゼルエンジンにおける架構の要部斜視図である。 一般的なディーゼルエンジンの要部構成を示す模式図である。 （ａ）は図６におけるディーゼルエンジンのＡ−Ａ線水平断面図、（ｂ）は図６におけるディーゼル部分のＢ−Ｂ線水平断面図であってサイドスラスト圧荷重のかかる方向を示す図である。である。 従来の架構の中央要部縦断面図である。 従来の架構の部分斜視図である。 図６に示すディーゼルエンジンの作動状態の説明図である。

以下、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの架構構造について説明する。なお、上述した従来技術と同一または同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略する。
図１は本発明の第一実施形態によるディーゼルエンジン２２の架構部２３の部分を示すものである。
本実施形態によるディーゼルエンジン２２は、その架構部２３について、ガイド部８、カム側の二重隔壁１５，排気側の二重隔壁１６、シリンダ６毎にこれら二重隔壁１５，１６を連結する中央仕切り板１４を備えており、これらは従来技術と同一の構成である。
そして、架構部２３のカム側と排気側の両側面２３ａ、２３ｂにおいて（図では一方の側面のみを示す）、縦方向に延びる二重隔壁１５、１６のテーパ形状をなす外側端部１５ａ、１６ａには、二重隔壁１５、１６に略直交する方向即ち水平方向に例えば断面Ｉ字形状で棒状の梁部材２４が溶接、例えばスポット溶接によって固定されている。梁部材２４は鋼材であればどのような材質であってもよいが、例えばＳＳ材で構成されている。

図１に示す架構部２３のカム側と排気側の両側面２３ａ、２３ｂにおいて、梁部材２４は例えば水平方向に所定間隔で複数本、例えば各３本固定されており、最上部の梁部材２４は複数の二重隔壁１５、１６と架構部２３の上面に設けた天板２０と梁部材２４の一方のフランジ部２４ａとが例えばスポット溶接で固定されている（図２参照）。
そして、更に両側面２３ａ、２３ｂにおいて、最上部の梁部材２４の下方向には或る間隔を以て他の２本の梁部材２４、２４がスポット溶接等で複数の二重隔壁１５、１６の端部１５ａ，１６ａに固定されている。なお、図１に示す例では底板１９と二重隔壁１５，１６の端部１５ａ，１６ａとの接合部には、底板１９の面積が大きく高強度なので、梁部材２４は固定されていない。しかし、この部分にも梁部材２４を溶接等で固定してもよい。

そして、架構部２３の各側面２３ａ、２３ｂにおいて、溶接された隣接する梁部材２４、２４の間には、各フランジ部２４ａ、２４ａに載置させて薄板状の側板２５が例えばスポット溶接等で固定されている。最も下側の梁部材２４と底板１９との間にも側板２５が溶接で固定されている。
側板２５は梁部材２４，２４間の間隙を被覆する外装材であり、シリンダ内圧やサイドスラスト圧荷重等の外圧は梁部材２４で受ける。側板２５は外圧を受けないから、その板厚を小さくできる。例えば、シリンダ内圧やサイドスラスト圧荷重等の外圧を受ける従来の側板の板厚を２０〜５０ｍｍ程度とした場合、２０ｍｍよりかなり小さい板厚に設定できる。

本実施形態によるディーゼルエンジン２２の架構部２３は上述の構成を備えているから、架構部２３の側面２３ａ、２３ｂに所定間隔で固定した複数の梁部材２４は構造材としての機能を有しており剛性と強度が高く、シリンダ内圧やサイドスラスト圧荷重を引き受けて支持できる。そのため、側板２５は単に梁部材２４，２４間の間隙を被覆する外装材として機能し、シリンダ内圧やサイドスラスト圧荷重等の外圧を受けないから、その板厚を２０ｍｍ未満の極めて小さく形成できる。

そのため、これら梁部材２４と側板２５の荷重を足した全体荷重は、同様なシリンダ内圧やサイドスラスト圧荷重を受ける従来の板厚の大きい側板よりも荷重が小さくてすみ、しかも外力に対する耐圧力が大きいという利点がある。そして、梁部材２４はサイドスラスト圧荷重等の外力に対する支持強度が高く、サイドスラスト圧荷重等の外力に起因する局所的な高応力部発生を抑制して側板２５や架構部２３の変形を防止できると共に、全体として重量を低減させつつ低コストに製造できる。更に、架構部２３を製造する際、各梁部材２４と側板２５はそれぞれ従来の側板と比較して小面積であり、重量も小さいから組立が容易である。

なお、本発明によるディーゼルエンジン２２の架構部２３は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない限り適宜の変更等が可能である。
例えば、梁部材２４の断面形状はＩ字状に限定されることはなく、Ｔ字状鋼材、Ｌ字状鋼材、コ字状鋼材、Ｈ鋼、小径の丸棒鋼や角鋼など適宜の断面形状を有する鋼材を使用できる。梁部材２４は側板２５との溶接部分にフランジ部２４ａがなくてもよく、この場合、二重隔壁１５，１６の端部１５ａ，１６ａに側板２５をスポット溶接等で固定すればよい。
例えば図３，図４に示す第二実施形態による架構部２３において、架構部２３の両側面２３ａ、２３ｂにおける二重隔壁１５、１６の各端部１５ａ、１６ａに取り付ける梁部材２６は断面略Ｔ字形状の鋼材に形成した。しかも、各梁部材２６は各側面２３ａ、２３ｂの上端角部から斜め下方に向けて略平行に複数本（図では３本）例えばスポット溶接によって二重隔壁１５、１６の端部１５ａ、１６ａに固定されている。また、両側面２３ａ、２３ｂにおいて梁部材２６，２６の傾斜方向は互いに逆方向であることが好ましい。

そして、隣接する梁部材２６，２６間にはフランジ部２６ａ、２６ａに重ねて略平行四辺形状の薄い側板２７，２７が溶接等で固定され、上下端の梁部材２６、２６の上側と下側には略三角形状の側板２７ａ，２７ａがスポット溶接等で固定されている。
或いは、架構部２３の変形例として、各側面２３ａ、２３ｂに取り付ける梁部材が、各側面２３ａ、２３ｂの対角線方向に筋交い形状（略Ｘ字状）に配設して固定され、Ｘ字状の梁部材で四つに仕切られた側面２３ａ、２３ｂにそれぞれ略三角形の側板を溶接等で固定してもよい。

更に、図５において、第三実施形態による架構部２３では、各側面２３ａ、２３ｂに取り付ける梁部材２８を各側面２３ａ、２３ｂに略Ｖ字状に配設して固定し、Ｖ字状の梁部材２８で３つに仕切られた側面２３ａ、２３ｂにそれぞれ略三角形の側板２９を溶接等で固定してもよい。
また、梁部材２８は略Ｖ字状に代えてＷ字状でもよく、シリンダ内圧やサイドスラスト圧荷重等の外圧を受けて支持するものであればよく、梁部材の形状は任意である。また、複数の梁部材は互いに接合されていてもよく、フレーム形状等でもよい。

なお、上述の各実施形態では架構部２３の隔壁として二重隔壁１５，１６を設けたが、必ずしも二重隔壁である必要はない。

２ ジャケット部
４ 台板部
６ シリンダ
７ ピストン
９ クロスヘッド
１２ クランク軸
１５、１６ 二重隔壁
１９ 底板
２２ ディーゼルエンジン
２３ 架構
２３ａ、２３ｂ 側板
２４、２６，２８ 梁部材
２４ａ、２６ａ フランジ部
２５、２７、２９ 側板

Claims (2)

1. クランク軸を収容する台板部と、クランク軸に連接されたクロスヘッドを上下動させるガイド部を備えた架構部と、クロスヘッドに連動させるピストンをシリンダに収容したジャケット部とを備えたディーゼルエンジンにおいて、
   架構部は、シリンダを仕切る隔壁の側面に梁部材を溶接し、該梁部材と梁部材の間には側板が固定されていることを特徴とするディーゼルエンジン。
2. 前記梁部材は略棒状の鋼材である請求項１に記載されたディーゼルエンジン。

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