JP2016089705A - 補強部材、隔壁ユニット、架構、クロスヘッド式内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】補強部材、隔壁ユニット、架構、クロスヘッド式内燃機関において、ガイド板における補強部材の接合部に発生する応力を低減する。【解決手段】クロスヘッド２９を上下方向へ移動自在に支持するガイド板２８とガイド板２８の側部に接続される中間板４２とを補強する板形状をなす水平リブ６１であって、ガイド板２８に接合される第１端面６１ａと、第１端面６１ａと直角をなして中間板４２に接合される第２端面６１ｂと、第２端面６１ｂに対向する第３端面６１ｃと、第１端面６１ａに対向して第１端面６１ａより短い寸法の第４端面６１ｄとを備え、第１端面６１ａが下底となって第４端面６１ｄ辺が上底となる台形形状とし、テンションボルト１４が貫通する貫通部７２を第１端面６１ａと第２端面６１ｂとが交差する位置に設け、作用する応力を分散させる切欠部７１を第３端面６１ｃに沿って設ける。【選択図】図５

Description

本発明は、ディーゼルエンジンやガスエンジンなどの内燃機関にて、クロスヘッドを上下方向に移動自在に隔壁ユニットに用いられる補強部材、この水平リブを備えた隔壁ユニット、この隔壁ユニットを備えた架構、この架構が適用されるクロスヘッド式内燃機関に関するものである。

一般に、シリンダ内で燃料を燃焼させて動力を発生させるガスエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関は、複数のシリンダの下方にシリンダ配列方向に沿ってクランクシャフトが配置されており、このクランクシャフトは、軸受を介してクランクケースに回転自在に支持されている。

このディーゼルエンジンは、台板の上部に架構が配置され、この架構の上部に燃焼装置が設けられて構成されている。従来の架構としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された架構は、隔壁と、この隔壁の上部に連結される天板と、隔壁の下部に連結される底板と、隔壁の側部に連結される側板とを有している。そして、隔壁は、中央部分を形成する中央板と、燃料ポンプ側部分または排気側部分を形成する中間板と、中央板と中間板の間に配置されるガイド板とを有している。

特開２０１１−０７４７６５号公報

ところで、上述した架構は、クロスヘッドの上下方向の移動により内燃機関における幅方向に対して荷重を受ける。この応力は左右で非対称となっている。そのため、従来の架構では、中間板に補強材としての水平リブを左右で非対称に設けている。しかし、台板と架構と燃焼装置は、上下方向に延在する複数のタイボルトにより一体に締結されていることから、水平リブは、このタイボルトを回避した形状となってしまい、ガイド板と水平リブとの接合部（溶接部）の長さが制限される。ガイド板は、クロスヘッドの上下方向の移動によりサイドフォースを受け、このサイドフォースが水平リブを通して中間板に伝達される。しかし、ガイド板と水平リブとの接合部の長さが制限されていることから、ガイド板から水平リブにて伝達されるサイドフォースの流れが水平リブの外側に集中し、接合部を起点とした疲労による損傷が生じるおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ガイド板における補強部材との接合部に発生する応力を低減することが可能な補強部材、隔壁ユニット、架構、クロスヘッド式内燃機関を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の補強部材は、クロスヘッドを上下方向へ移動自在に支持するガイド板と前記ガイド板の側部に接続される支持板とを補強する板形状をなす補強部材において、前記ガイド板に接合される第１辺と、前記第１辺と直角をなして前記支持板に接合される第２辺と、前記第２辺に対向する第３辺と、前記第１辺に対向して前記第１辺より短い寸法の第４辺と、を備え、前記第１辺が下底となって前記第４辺が上底となる台形形状をなし、連結部材が貫通する貫通部が前記第１辺と前記第２辺とが交差する位置に設けられ、作用する応力を分散させる応力分散部が前記第３辺に沿って設けられる、ことを特徴とするものである。

従って、クロスヘッドがガイド板に支持されて上下方向に移動するとき、ガイド板に対してサイドフォースが作用する。このとき、補強部材の第１辺に対して応力が集中しやすいが、応力分散部が設けられていることから、ここに作用する応力が応力分散部により周囲に分散される。そのため、ガイド板における補強部材との接合部に発生する応力を低減することができる。

本発明の補強部材では、一定の厚さを有して水平方向に沿って配置される水平リブ形状をなすことを特徴としている。

従って、補強部材の構成を簡素化して低コスト化することができる。

本発明の補強部材では、前記第１辺と前記第２辺とが直角をなし、前記第２辺と前記第４辺とが直角をなし、前記第３辺が前記第２辺に対して所定の傾斜角度をなすことを特徴としている。

従って、第３辺が傾斜した台形形状とすることで、補強部材の形状を無駄のないものとして低コスト化することができる。

本発明の補強部材では、前記応力分散部は、前記貫通部より前記第３辺側に設けられることを特徴としている。

従って、応力分散部を貫通部より第３辺側に設けることで、応力がガイド板から第１辺を通って補強部材に伝達されるとき、貫通部により長さの短くなった第１辺における応力を領域内で効率良く分散することができ、第１辺に発生する応力を低減することができる。

本発明の補強部材では、前記応力分散部は、前記第３辺の長手方向における中間位置に設けられることを特徴としている。

従って、第１辺から補強部材に伝達された応力を領域内で効率良く分散することができる。

本発明の補強部材では、前記応力分散部は、前記第３辺に形成される切欠部であることを特徴としている。

従って、応力分散部を切欠部とすることで、簡単な構成で適正にガイド板と補強部材との接合部に作用する応力を分散し、ガイド板と補強部材との接合部への応力集中を抑制することができる。

本発明の補強部材では、前記切欠部は、円弧形状をなすことを特徴としている。

従って、切欠部を円弧形状とすることで、補強部材に角部がなくなり、切欠部における過大な応力集中を抑制し、切欠部を起点とする補強部材の損傷を抑制することができる。

本発明の補強部材では、前記応力分散部は、前記貫通部より前記第３辺側に設けられることを特徴としている。

従って、応力分散部が貫通部より第３辺側に設けられることで、応力がガイド板から第１辺を通って補強部材に伝達されるとき、第１辺における応力を領域内で効率良く分散することができ、第１辺に発生する応力を低減することができる。

本発明の補強部材では、前記応力分散部は、前記第３辺に沿って形成される厚肉部であることを特徴としている。

従って、応力分散部を厚肉部とすることで、簡単な構成で適正にガイド板と補強部材との接合部に集中する応力を分散し、ガイド板と補強部材との接合部に発生する応力を低減することができる。

本発明の補強部材では、前記厚肉部は、前記第１辺に向けて厚くなることを特徴としている。

従って、補強部材に段差部がなくなり、厚肉部における過大な応力集中を抑制し、厚肉部を起点とする補強部材の損傷を抑制することができる。

また、本発明の隔壁ユニットは、クロスヘッドを上下方向へ移動自在に支持する一対のガイド板と、前記一対のガイド板を連結する中央板と、前記一対のガイド板の両側に設けられる一対の支持板と、前記ガイド板と前記支持板とを接続する前記補強部材と、を備えることを特徴とするものである。

従って、ガイド板と補強部材との接合部に応力分散部が設けられていることから、ガイド板と補強部材との接合部に集中する応力がこの応力分散部により分散され、ガイド板における補強部材との接合部に発生する応力を低減することができる。

また、本発明の架構は、頂部に配置されて燃焼装置に接続される天板と、底部に配置されて台板に接続される底板と、側部に配置されて上端部が前記天板に接続されると共に下端部が前記底板に接続される側板と、前記天板と前記底板と前記側板に接続される前記隔壁ユニットと、を備えることを特徴とするものである。

従って、ガイド板と補強部材との接合部に応力分散部が設けられていることから、ガイド板と補強部材との接合部に集中する応力がこの応力分散部により分散され、ガイド板における補強部材との接合部に発生する応力を低減することができる。

また、本発明のクロスヘッド式内燃機関は、台板と、前記台板上に設けられる前記架構と、前記架構上に設けられる燃焼装置と、前記台板と前記架構と前記燃焼装置とを連結する連結部材と、を備えることを特徴とするものである。

従って、ガイド板と補強部材との接合部に応力分散部が設けられていることから、ガイド板と補強部材との接合部に集中する応力がこの応力分散部により分散され、ガイド板における補強部材との接合部に発生する応力を低減することができ、その結果、信頼性が高い内燃機関を提供することができる。

本発明の補強部材、隔壁ユニット、架構、クロスヘッド式内燃機関によれば、クロスヘッドを上下方向へ移動自在に支持するガイド板と中間板とを補強部材により接続し、ガイド板と補強部材との接合部に作用する応力を分散させる応力分散部を設けるので、ガイド板における補強部材との接合部に発生する応力を低減することができる。

図１は、ディーゼルエンジンを表す概略図である。 図２は、第１実施形態の架構を表す斜視図である。 図３は、架構の要部を表す斜視図である。 図４は、隔壁ユニットを表す正面図である。 図５は、ガイド板と中間板と水平リブとの接合関係を表す図４のＶ−Ｖ断面図である。 図６は、水平リブの詳細形状を表す概略図である。 図７は、第２実施形態の架構におけるガイド板と中間位置と水平リブとの接合関係を表す水平断面図である。 図８は、水平リブを表す正面図である。 図９は、水平リブの詳細形状を表す概略図である。 図１０は、第３実施形態の架構におけるガイド板と中間位置と水平リブとの接合関係を表す水平断面図である。 図１１は、第４実施形態の架構におけるガイド板と中間位置と水平リブとの接合関係を表す水平断面図である。 図１２は、水平リブを表す正面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る補強部材、隔壁ユニット、架構、クロスヘッド式内燃機関の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、ディーゼルエンジンを表す概略図である。

第１実施形態にて、図１に示すように、ディーゼルエンジン１０は、例えば、船舶推進用の主機として用いられ、２ストローク１サイクルのユニフロー掃気方式のクロスヘッド式内燃機関である。このディーゼルエンジン１０は、下方に位置する台板１１と、台板１１上に設けられる架構１２と、架構１２上に設けられる燃焼装置１３とを有している。この台板１１と架構１２と燃焼装置１３は、上下方向に延在する複数のテンションボルト（タイボルト／連結部材）１４及びナット１５により一体に締結されて固定されている。

燃焼装置１３は、シリンダライナ１６が設けられており、このシリンダライナ１６の上端にシリンダカバー１７が設けられている。シリンダライナ１６とシリンダカバー１７は、空間部１８を区画しており、この空間部１８内にピストン１９が上下に往復動自在に設けられることで、燃焼室２０が形成される。また、シリンダカバー１７は、排ガス弁２１が設けられている。この排ガス弁２１は、燃焼室２０と排ガス管２２とを開閉するものである。なお、排ガス弁２１は、燃焼室２０と排ガス管２２とを開閉する機能を有していればよく、必ずしもシリンダカバー１７の中央部に設ける必要はない。

そのため、燃焼室２０に対して、図示しない燃料噴射ポンプから供給された燃料（例えば、低質油、天然ガス、またはその混合燃料）と、図示しない圧縮機により圧縮された燃焼用ガス（例えば、空気、ＥＧＲガス、またはその混合ガス）が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼で発生したエネルギによりピストン１９が上下動する。また、このとき、排ガス弁２１により燃焼室２０が開放されると、燃焼によって生じた排ガスが排ガス管２２に押し出される一方、図示しない掃気ポートから燃焼用ガスが燃焼室２０に導入される。

ピストン１９は、下端部にピストン棒２３の上端部が回動可能に連結されている。台板１１は、クランクケースとされており、クランクシャフト２４を回転自在に支持する軸受２５が設けられている。また、クランクシャフト２４は、クランク２６を介して連接棒２７の下端部が回動自在に連結されている。架構１２は、上下方向に延在する一対のガイド板２８が所定間隔を空けて固定されており、一対のガイド板２８の間にクロスヘッド２９が上下に移動自在に支持されている。クロスヘッド２９は、ピストン棒２３の下端部と連接棒２７の上端部がそれぞれ回動自在に連結されている。

そのため、燃焼装置１３からエネルギが伝達されたピストン１９は、ピストン棒２３と共に、ディーゼルエンジン１０の設置面の方向（台板１１側の方向、即ち、鉛直方向における下向き）に押し下げる。すると、ピストン棒２３は、クロスヘッド２９を同方向に押し下げ、連接棒２７及びクランク２６を介してクランクシャフト２４を回転させる。

ここで、ディーゼルエンジン１０を構成する架構１２について詳細に説明する。図２は、第１実施形態の架構を表す斜視図、図３は、架構の要部を表す斜視図、図４は、隔壁ユニットを表す正面図、図５は、ガイド板と中間位置と水平リブとの接合関係を表す図４のＶ−Ｖ断面図、図６は、水平リブの詳細形状を表す概略図である。

図２及び図３に示すように、架構１２は、天板３１と、底板３２と、側板３３と、複数（本実施形態では、７個）の隔壁ユニット３４とを有している。天板３１は、頂部に配置されて燃焼装置１３（図１参照）に接続される。底板３２は、底部に配置されて台板１１（図１参照）に接続される。側板３３は、左右の側部に配置されてピストン動作方向（上下方向）における一端部（下端部）が底板３２に接続され、他端部（上端部）が天板３１に接続される。複数の隔壁ユニット３４は、クランク軸方向に沿って一定間隔を空けて平行に配置される。

この架構１２は、天板３１と底板３２と側板３３と各隔壁ユニット３４により空間部Ｓが形成されている。この空間部Ｓは、クロスヘッド２９（図１参照）がガイド板２８に支持されて移動することができる空間部であり、クロスヘッド２９は、この空間部Ｓに収容され、ピストン動作方向（上下方向）を往復移動することができる。

なお、ディーゼルエンジン１０にて、この空間部Ｓの数（Ｓｎ）は、燃焼装置１３における気筒（燃焼室２０）の数（Ｃｎ）と一致するように設けられるため、隔壁ユニット３４は、Ｃｎ＋１の数のユニットが必要となる。即ち、本実施形態のように、６気筒のディーゼルエンジン１０であれば、７個の隔壁ユニット３４が設けられることとなる。

天板３１は、架構１２におけるピストン動作方向の頂部を構成する板材である。この天板３１は、テンションボルト１４（図１参照）が貫通する貫通孔３１ａが複数形成されており、この各貫通孔３１ａを通るテンションボルト１４により燃焼装置１３に固定される。底板３２は、架構１２におけるピストン動作方向の底部を構成する板材である。この底板３２は、天板３１と同様に、テンションボルト１４（図１参照）が貫通する貫通孔３２ａが複数形成されており、この各貫通孔３２ａを通るテンションボルト１４により台板１１に固定される。

側板３３は、矩形状をなす平面板であり、側板３３におけるピストン動作方向の上端部が天板３１に接続され、側板３３におけるピストン動作方向の下端部が底板３２に接続される。また、側板３３は、矩形状をなす平面部が隔壁ユニット３４におけるピストン動作方向及びクランク軸方向に直交する方向（内燃機関幅方向）の両側部に接続される。

図４に示すように、隔壁ユニット３４は、中央板４１と、中間板４２と、ガイド板２８とを有している。中央板４１は、隔壁ユニット３４における内燃機関幅方向の中央部分を形成するものである。各中間板４２は、隔壁ユニット３４における内燃機関幅方向の両端部分を形成するものである。ガイド板２８は、隔壁ユニット３４における中央板４１と各中間板４２との間に配置され、溶接により接続されている。

中央板４１は、一辺に切欠部４１ａが形成された矩形状をなす平面板であり、切欠部４１ａが隔壁ユニット３４の下部に位置するように配置される。中央板４１は、内燃機関幅方向における両端部がガイド板２８に溶接により接続されている。

各中間板４２は、上辺が下辺よりも短い寸法に設定され、且つ、上辺と下辺に垂直な一辺を有する台形状をなす平面板であり、隔壁ユニット３４に２個設けられている。この各中間板４２は、上辺側端部が天板３１に接続され、下辺側端部が底板３２に接続される。また、各中間板４２は、上辺と下辺に垂直な一辺側端部がガイド板２８に接続され、他辺側端部がそれぞれ側板３３に接続される。

ガイド板２８は、クロスヘッド２９をピストン動作方向（上下方向）に移動自在に支持できるような左右一対の平面板であり、それぞれが第１矩形部５１と、第２矩形部５２と、くびれ部５３とを有している。第１矩形部５１は、クランク軸方向での所定幅を有し、第２矩形部５２は、第１矩形部５１の幅より小さいクランク軸方向での所定幅を有している。くびれ部５３は、第１矩形部５１と第２矩形部５２との間に位置し、両者の端面を連続させる湾曲形状となっている。この場合、第１矩形部５１と第２矩形部５２とくびれ部５３は、中央板４１（中間板４２）に対して、左右対称形状となっている。

そして、ガイド板２８にて、第１矩形部５１と第２矩形部５２とくびれ部５３を有する平面部のうち、対向する一方の平面部が中央板４１の内燃機関幅方向における端部に接続され、対向しない他方の平面部が中間板４２の一辺側端部に接続されている。また、第１矩形部５１は、上端部が天板３１に接続され、第２矩形部５２は、下端部が底板３２に接続されている。この一対のガイド板２８は、中央板４１の内燃機関幅方向における端部が接続された一面にクロスヘッド２９を移動自在に支持する摺動面２８ａが形成され、この対向する一対の摺動面２８ａによりクロスヘッド２９を上下方向に移動自在に支持することができる。

下記壁ユニット３４は、ガイド板２８と中間板４２とを接続する水平リブ（補強部材）６１，６２が設けられている。水平リブ６１は、一方（図４にて、左側）の中間板４２とガイド板２８を接続するように固定され、水平リブ６２は、他方（図４にて、右側）の中間板４２とガイド板２８を接続するように固定されている。各水平リブ６１，６２は、同形状であって、同じ長さで同じ厚さの板形状をなしている。そして、各水平リブ６１，６２は、ガイド板２８及び中間板４２に対して直交するように固定されている。

即ち、各水平リブ６１，６２は、内燃機関幅方向に長手方向が沿うように中間板４２及びガイド板２８に接続される。各水平リブ６１，６２は、クロスヘッド２９が上下方向に沿って移動するときに、発生したサイドフォースによりガイド板２８の損傷を防止するものであり、サイドフォースによる応力が大きく加わる位置に配置される。本実施形態では、より強いサイドフォースを受ける側（図４にて、左側）のガイド板２８に対して、より多くの水平リブ６１を配置している。つまり、一方（図４にて、左側）の中間板４２とガイド板２８に対して所定の位置に複数（本実施形態では、４個）の水平リブ６１が鉛直方向（ピストン動作方向）に所定間隔を空けて配置されている。また、他方（図４にて、右側）の中間板４２とガイド板２８に対して所定の位置に１個の水平リブ６２が配置されている。また、水平リブ６１，６２は、図５に示すように、中間板４２における両方の各平面部に対称に配置されている。

このように構成された本実施形態の隔壁ユニット３４は、図４及び図５に示すように、ガイド板２８と水平リブ６１との第１接合部Ｊ１に作用する応力を分散させる応力分散部としての切欠部（リセス加工、ヌスミ加工）７１が水平リブ６１に設けられている。この切欠部７１は、複数の水平リブ６１のうちの少なくとも１個の水平リブ６１に設けられている。この場合、切欠部７１は、複数の水平リブ６１のうちの強いサイドフォースを受ける位置に配置される水平リブ６１に設けることが望ましい。但し、複数の水平リブ６１のうちの１個または複数または全ての水平リブ６１に設けてもよい。また、ガイド板２８と水平リブ６１との第１接合部Ｊ１に作用する応力を分散させる応力分散部としての切欠部を設けてもよい。

図５及び図６に示すように、水平リブ６１は、平面視が台形状（図６の二点鎖線形状）をなす板材であり、所定の一定厚さに設定されている。水平リブ６１は、第１端面（第１辺）６１ａと、第２端面（第２辺）６１ｂと、第３端面（３１辺）６１ｃと、第４端面（第４辺）６１ｄが設けられている。ここで、第１端面６１ａがガイド板２８に接合されるものであり、第２端面６１ｂが中間板４２に接合されるものであり、第１端面６１ａと第２端面６１ｂは、直角をなしている。第３端面６１ｃは、第１端面６１ａに対向する位置に設けられている。第４端面６１ｄは、第１端面６１ａに対向する位置に設けられ、且つ、第４端面６１ｄと第１端面６１ａは、平行をなしている。第４端面６１ｄと第２端面６１ｂは、直角をなしている。

また、水平リブ６１は、平面視が台形状をなすことから、図６の二点鎖線を含む第１端面６１ａの長さが、図６の二点鎖線を含む第４端面６１ｄの長さより長く設定されている。即ち、図６の二点鎖線で表す水平リブ６１は、第１端面６１ａが下底となって第４端面６１ｄが上底となる台形形状をなし、第３端面６１ｃが第２端面６１ｂに対して傾斜している。

そして、水平リブ６１は、第１端面６１ａと第２端面６１ｂが交差（直交）する位置に、テンションボルト１４が上下方向に貫通する貫通部７２が切り欠かれて設けられている。そのため、水平リブ６１は、第１端面６１ａがガイド板２８の接合面２８ｂに密着して溶接されることで第１接合部Ｊ１が形成され、第２端面６１ｂが中間板４２の平面部４２ａ（４２ｂ）に密着して溶接されることで第２接合部Ｊ２が形成されている。

また、水平リブ６１は、第３端面６１ｃに沿って作用する応力を分散させる応力分散部としての切欠部７１が形成されている。この場合、水平リブ６１にて、切欠部７１は、貫通部７２より第４端面６１ｄ側に設けられており、第１接合部Ｊ１に集中する応力を分散させる。また、水平リブ６１にて、切欠部７１は、第３端面６１ｃの長手方向における中間位置に設けられ、この第３端面６１ｃに形成される切欠部である。

更に、水平リブ６１は、第３端面６１ｃと第４端面６１ｄが交差する位置に、切欠部７３が形成されている。

このように水平リブ６１は、図６に二点鎖線で示すように、台形状をなしているものの、周囲に切欠部７１と貫通部７２と切欠部７３が形成されたものとなっている。なお、水平リブ６１は、切欠部７１と貫通部７２に加えて切欠部７３を設けたが、切欠部７３はなくてもよいし、また、別の形状であってもよい。即ち、水平リブ６１は、第４端面６１ｄの端部の形状が、先細となる台形状または三角形状であってもよい。つまり、本発明の水平リブは、本実施形態のように、台形の角部に切欠部７３を設けた形状であってもよいし、図６に二点鎖線に示した台形状であってもよい。また、本発明の水平リブは、切欠部７３の一端を第２端面６１ｂと第４端面６１ｄ交差部まで延ばした先端三角形状であってもよいし、切欠部７３を設けずに第３端面６１ｃの一端を第２端面６１ｂと第４端面６１ｄ交差部まで延ばした全体を三角形状であってもよい。水平リブの先端部を三角形状とした場合、図６に点線で示した６１ｅが第４端面となり、６１ｄが第５端面（第５辺）となる。そして、水平リブ６１の台形状は、第１端面６１ａと第４端面６１ｄが平行である必要はなく、第１端面６１ａに対して第４端面６１ｄが傾斜していてもよい。

ここで、切欠部７１は、円弧形状をなしている。そして、水平リブ６１の幅（クランク軸方向の長さ）をＷ、水平リブ６１における第１接合部Ｊ１（第１端面６１ａ）の幅（クランク軸方向の長さ）をＷ１、水平リブ６１における切欠部７１の幅（クランク軸方向の長さ）をＷ２とすると、Ｗ１≦Ｗ２＜Ｗに設定することが望ましい。また、切欠部７１と貫通部７２との最少幅をＷ３とすると、Ｗ３＝（１．０〜１．５）Ｗ１に設定することが望ましい。更に、水平リブ６１における貫通部７２の長さ（内燃機関幅軸方向の長さ）をＬ１、水平リブ６１における第１端面６１ａから切欠部７１までの長さ（内燃機関幅軸方向の長さ）をＬ２とすると、Ｌ１≦Ｌ２に設定することが望ましい。

そのため、図５に示すように、一対のガイド板２８に対してクロスヘッド２９が上下方向へ沿って移動するとき、このガイド板２８に対してサイドフォースが作用する。このサイドフォースは、ガイド板２８から中間板４２に入力されるが、その間で水平リブ６１が一部を受け止める。つまり、サイドフォースは、ガイド板２８から第１接合部Ｊ１を通って水平リブ６１に伝達され、この水平リブ６１から第２接合部Ｊ２を通って中間板４２に伝達される。このとき、水平リブ６１は、ガイド板２８との第１接合部（溶接部）Ｊ１に応力が集中しやすく、特に、第１接合部Ｊ１における第３端面６１ｃ側に過大な応力が集中する。

しかし、本実施形態にて、水平リブ６１の第３端面６１ｃに切欠部（応力分散部）７１が設けられていることから、ガイド板２８から第１接合部Ｊ１を通って水平リブ６１に伝達され応力は、図５に一点鎖線の矢印で表すように、第１接合部Ｊ１における第３端面６１ｃ側から貫通部７２側に向けて水平リブ６１の面内方向（クランク軸方向）に分散される。すると、水平リブ６１は、第１接合部Ｊ１の第３端面６１ｃ側に作用する応力が低減される。なお、水平リブ６１の第３端面６１ｃに切欠部７１を設けたことで、水平リブ６１の第１接合部Ｊ１に作用する応力が低減される一方、切欠部７１に作用する応力が増加するが、切欠部７１が溶接部ではないことから、この応力により損傷することはない。

なお、上述の説明では、切欠部７１を円弧形状としたが、この形状に限定されるものではない。例えば、直線形状、三角形状などの多角形形状などとしてもよい。また、水平リブ６１に１個の切欠部７１を設けたが、複数設けてもよい。

このように第１実施形態の補強部材にあっては、クロスヘッド２９を上下方向へ移動自在に支持するガイド板２８とガイド板２８の側部に接続される中間板４２とを補強する板形状をなす水平リブ６１であって、ガイド板２８に接合される第１端面６１ａと、第１端面６１ａと直角をなして中間板４２に接合される第２端面６１ｂと、第２端面６１ｂに対向する第３端面６１ｃと、第１端面６１ａに対向して第１端面６１ａより短い寸法の第４端面６１ｄとを備え、第１端面６１ａが下底となって第４端面６１ｄ辺が上底となる台形形状とし、テンションボルト１４が貫通する貫通部７２を第１端面６１ａと第２端面６１ｂとが交差する位置に設け、作用する応力を分散させる切欠部７１を第３端面６１ｃに沿って設けている。

従って、クロスヘッド２９がガイド板２８に支持されて上下方向に移動するとき、ガイド板２８に対してサイドフォースが作用する。このとき、水平リブ６１の第１端面６１ａに対して応力が集中しやすいが、切欠部７１が設けられていることから、ここに作用する応力が切欠部７１により周囲に分散される。そのため、ガイド板２８における水平リブ６１との第１接合部Ｊ１に発生する応力を低減することができる。

この場合、補強部材を水平リブ６１とし、応力分散部として水平リブ６１に切欠部７１を設けている。従って、簡単な構成で適正にガイド板２８と水平リブ６１との第１接合部Ｊ１に作用する応力を分散し、この第１接合部Ｊ１への応力集中を抑制することができる。また、補強部材の構成を簡素化して低コスト化することができる。

そして、水平リブ６１は、貫通部７２が設けられていることから第１接合部Ｊ１の領域（面積）が小さくなり、応力がガイド板２８から第１接合部Ｊ１を通って水平リブ６１に伝達されるとき、第１接合部Ｊ１における第３端面６１ｃ側に応力が集中しやすい。そのため、水平リブ６１に切欠部７１を設けることで、ガイド板２８から第１接合部Ｊ１を通って水平リブ６１に伝達される応力は、第１接合部Ｊ１を通るときに第３端面６１ｃ側から貫通部７２側に広がって分散されることとなり、この第１接合部Ｊ１に発生する応力を低減することができる。

第１実施形態の補強部材では、水平リブ６１を貫通部７２より第３端面６１ｃ及び第４端面６１ｄ側に設けている。従って、応力がガイド板２８から第１接合部Ｊ１を通って水平リブ６１に伝達されるとき、第１接合部Ｊ１における応力を領域内で効率良く分散することができ、第１接合部Ｊ１に発生する応力を低減することができる。

第１実施形態の補強部材では、第３端面６１ｃの長手方向の中間位置に切欠部７１を形成している。従って、応力が第１接合部Ｊ１を通るときに、この応力が水平リブ６１の面内方向に分散されることとなり、第１接合部Ｊ１における応力を領域内で効率良く分散することができ、また、水平リブ６１における十分な剛性を確保した上で、ガイド板２８との第１接合部Ｊ１に発生する応力を低減することができる。

第１実施形態の補強部材では、切欠部７１を円弧形状に形成している。従って、水平リブ６１に角部がなくなり、切欠部７１における過大な応力集中を抑制し、切欠部７１を起点とする水平リブ６１の損傷を抑制することができる。

また、第１実施形態の隔壁ユニットにあっては、クロスヘッド２９を上下方向へ移動自在に支持する一対のガイド板２８と、ガイド板２８を連結する中央板４１と、ガイド板２８の両側に設けられる一対の中間板４２と、ガイド板２８と中間板４２とを接続する水平リブ６１とを設けている。従って、水平リブ６１に切欠部６１を設けていることから、水平リブ６１に作用する応力が切欠部７１により周囲に分散される。そのため、ガイド板２８における水平リブ６１との第１接合部Ｊ１に発生する応力を低減することができる。

また、第１実施形態の架構にあっては、頂部に配置されて燃焼装置１３に接続される天板３１と、底部に配置されて台板１１に接続される底板３２と、側部に配置されて上端部が天板３１に接続されると共に下端部が底板３２に接続される側板３３と、天板３１と底板３２と側板３３に接続される隔壁ユニット３４とを設けている。従って、水平リブ６１に切欠部６１を設けていることから、水平リブ６１に作用する応力が切欠部７１により周囲に分散される。そのため、ガイド板２８における水平リブ６１との第１接合部Ｊ１に発生する応力を低減することができる。

また、第１実施形態のクロスヘッド式内燃機関にあっては、台板１１と、台板１１上に設けられる架構１２と、架構１２上に設けられる燃焼装置１３とを設けている。従って、水平リブ６１に切欠部６１を設けていることから、水平リブ６１に作用する応力が切欠部７１により周囲に分散される。そのため、ガイド板２８における水平リブ６１との第１接合部Ｊ１に発生する応力を低減することができる。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の架構におけるガイド板と中間位置と水平リブとの接合関係を表す水平断面図、図８は、水平リブを表す正面図、図９は、水平リブの詳細形状を表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態の補強部材において、図７及び図８に示すように、ガイド板２８は、クロスヘッド２９をピストン動作方向（上下方向）に移動自在に支持するものであり、一方の平面部が中央板４１の内燃機関幅方向における端部に接続され、他方の平面部が中間板４２の一辺側端部に接続されている。ガイド板２８は、中央板４１の内燃機関幅方向における端部が接続された一面にクロスヘッド２９を移動自在に支持する摺動面２８ａが形成されている。

架構は、ガイド板２８と中間板４２とを接続する水平リブ（補強部材）８１が設けられている。水平リブ８１は、クロスヘッド２９が上下方向に沿って移動するときに、発生したサイドフォースによりガイド板２８の損傷を防止するものであり、サイドフォースによる応力が大きく加わる位置に配置される。そして、架構は、ガイド板２８と水平リブ８１との第１接合部Ｊ１１に作用する応力を分散させる応力分散部としての厚肉部８２が水平リブ８１に設けられている。

水平リブ８１は、平面視が三角形状をなす板材であり、所定の厚さに設定され、第１端面８１ａと第２端面８１ｂと第３端面８１ｃが設けられている。また、水平リブ８１は、三角形状の角部、つまり、第１端面８１ａと第２端面８１ｂが直交する位置に、テンションボルト１４が上下方向に貫通する貫通部８３が切り欠かれて設けられている。そして、水平リブ８１は、第１端面８１ａがガイド板２８の接合面２８ｂに密着して溶接されることで第１接合部Ｊ１１が形成され、第２端面８１ｂが中間板４２の平面部４２ａ（４２ｂ）に密着して溶接されることで第２接合部Ｊ１２が形成されている。

そして、厚肉部８２は、貫通部８３より第１接合部Ｊ１１側に設けられ、第１接合部Ｊ１１に向けて漸次厚くなるように設けられている。即ち、水平リブ８１は、貫通部８３より第３端面８３ｃ側に上面部及び下面部に肉盛り部８４，８５が設けられている。この肉盛り部８４，８５は、一端部が水平リブ８１の平面部に滑らかに連続し、他端部が水平リブ８１の第１端面８１ａに向けて厚くなる傾斜面を形成している。水平リブ８１及び厚肉部８２は、第１端面８１ａと肉盛り部８４，８５が第１接合部Ｊ１１によりガイド板２８に接合される。

ここで、図９に示すように、水平リブ８１における貫通部８３の長さ（内燃機関幅軸方向の長さ）をＬ１１、水平リブ８１における厚肉部８２の長さ（内燃機関幅軸方向の長さ）をＬ１２とすると、Ｌ１１≦Ｌ１２に設定することが望ましい。また、クロスヘッドピン２９ａの外径をＲ、水平リブ８１における厚肉部８２の傾斜面の延長線と摺動面２８ａとの交点における高さ（ピストン動作方向の長さ）をＨとすると、水平リブＲ≦Ｈに設定することが望ましい。

そのため、図８に示すように、一対のガイド板２８に対してクロスヘッド２９が上下方向へ沿って移動するとき、このガイド板２８に対してサイドフォースが作用する。このサイドフォースは、ガイド板２８から中間板４２に入力されるが、その間で水平リブ８１が一部を受け止める。つまり、サイドフォースは、ガイド板２８から第１接合部Ｊ１１を通って水平リブ８１に伝達され、この水平リブ８１から第２接合部Ｊ１２を通って中間板４２に伝達される。このとき、水平リブ８１は、ガイド板２８との第１接合部（溶接部）Ｊ１１に応力が集中しやすく、特に、第１接合部Ｊ１１における第３端面８１ｃ側に過大な応力が集中する。

しかし、本実施形態にて、水平リブ８１の貫通部８３に隣接して厚肉部（応力分散部）８２が設けられていることから、ガイド板２８から第１接合部Ｊ１１を通って水平リブ８１に伝達され応力は、図８に一点鎖線の矢印で表すように、第１接合部Ｊ１１における第３端面８１ｃ側から水平リブ８１及び厚肉部８２の厚さ方向に向けて水平リブ８１の面外方向（ピストン動作方向）に分散される。すると、水平リブ８１は、第１接合部Ｊ１１の第３端面８１ｃ側に作用する応力が低減される。

このように第２実施形態の補強部材にあっては、クロスヘッド２９を上下方向へ移動自在に支持する一対のガイド板２８と、一対のガイド板２８を連結する中央板４１と、一対のガイド板２８の両側に設けられる一対の中間板４２と、ガイド板２８と中間板４２とを接続する補強部材としての水平リブ８１と、ガイド板２８と水平リブ８１との第１接合部Ｊ１に作用する応力を分散させる応力分散部としての厚肉部８２とを設けている。

従って、クロスヘッド２９がガイド板２８に支持されて上下方向に移動するとき、ガイド板２８に対してサイドフォースが作用する。このとき、ガイド板２８と水平リブ８１との第１接合部Ｊ１１に対して応力が集中しやすいが、水平リブ８１に厚肉部８２が設けられていることから、ガイド板２８と水平リブ８１との第１接合部Ｊ１１に作用する応力がこの厚肉部８２により周囲に分散される。そのため、ガイド板２８と水平リブ８１との第１接合部Ｊ１１に発生する応力を低減することができる。

この場合、応力分散部として水平リブ８１に厚肉部８２を設けることで、簡単な構成で適正にガイド板２８と水平リブ８１との第１接合部Ｊ１１に作用する応力を分散し、この第１接合部Ｊ１１への応力集中を抑制することができる。

第２実施形態の補強部材では、厚肉部８２を貫通部８３より第１接合部Ｊ１１側に設けている。従って、応力がガイド板２８から第１接合部Ｊ１１を通って厚肉部８２に伝達されるとき、第１接合部Ｊ１１における応力を領域内で効率良く分散することができ、第１接合部Ｊ１１に発生する応力を低減することができる。

第２実施形態の補強部材では、水平リブ８１における貫通部８３に隣接して厚肉部８２を形成している。従って、応力が第１接合部Ｊ１１を通るときに面外方向に分散されることとなり、第１接合部Ｊ１１における応力を領域内で効率良く分散することができ、また、厚肉部８２における十分な剛性を確保した上で、ガイド板２８との第１接合部Ｊ１１に発生する応力を低減することができる。

第２実施形態の補強部材では、厚肉部８２を第１接合部Ｊ１１に向けて厚くなるように形成している。従って、厚肉部８２に段差部がなくなり、厚肉部８２における過大な応力集中を抑制し、厚肉部８２を起点とする水平リブ８１の損傷を抑制することができる。

［第３実施形態］
図１０は、第３実施形態の架構におけるガイド板と中間位置と水平リブとの接合関係を表す水平断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態の補強部材は、図１０に示すように、ガイド板２８と中間板４２とを接続する水平リブ（補強部材）９１が設けられている。水平リブ９１は、クロスヘッド２９が上下方向に沿って移動するときに、発生したサイドフォースによりガイド板２８の損傷を防止するものであり、サイドフォースによる応力が大きく加わる位置に配置される。そして、架構は、ガイド板２８と水平リブ９１との第１接合部Ｊ２１に作用する応力を分散させる応力分散部としての複数の貫通孔９２，９３，９４が水平リブ９１に設けられている。

水平リブ９１は、平面視が三角形状をなす板材であり、所定の厚さに設定され、三角形状の角部にテンションボルト１４が上下方向に貫通する貫通部９５が切り欠かれて設けられている。そして、水平リブ９１は、一端部がガイド板２８の接合面２８ｂに密着して溶接されることで第１接合部Ｊ２１が形成され、他端部が中間板４２の平面部４２ａ（４２ｂ）に密着して溶接されることで第２接合部Ｊ２２が形成されている。

そして、各貫通孔９２，９３，９４は、貫通部９５より第２接合部Ｊ２２側に設けられている。なお、各貫通孔９２，９３，９４の数は、１つでもよいし、複数でもよい。また、各貫通孔９２，９３，９４の形状は、円形、楕円形、多角形などのいずれであってもよく、異なるものを組み合わせてもよい。更に、各貫通孔９２，９３，９４の大きさは、同じでもよいし、相違していてもよい。

なお、本実施形態の作用効果は、第１実施形態とほぼ同様であることから、説明は省略する。

このように第３実施形態の補強部材にあっては、ガイド板２８と中間板４２とを接続する補強部材としての水平リブ９１に、ガイド板２８と水平リブ９１との第１接合部Ｊ２１に作用する応力を分散させる応力分散部としての貫通孔９２，９３，９４を設けている。

従って、ガイド板２８と水平リブ９１との第１接合部Ｊ２１に対して応力が集中しやすいが、水平リブ９１に貫通孔９２，９３，９４が設けられていることから、ガイド板２８と水平リブ９１との第１接合部Ｊ２１に作用する応力がこの貫通孔９２，９３，９４により周囲に分散される。そのため、ガイド板２８と水平リブ９１との第１接合部Ｊ２１に発生する応力を低減することができる。

［第４実施形態］
図１１は、第４実施形態の架構におけるガイド板と中間位置と水平リブとの接合関係を表す水平断面図、図１２は、水平リブを表す正面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第４実施形態の補強部材は、図１１及び図１２に示すように、ガイド板２８と中間板４２とを接続する水平リブ（補強部材）１０１が設けられている。水平リブ１０１は、クロスヘッド２９が上下方向に沿って移動するときに、発生したサイドフォースによりガイド板２８の損傷を防止するものであり、サイドフォースによる応力が大きく加わる位置に配置される。そして、架構は、ガイド板２８と水平リブ１０１との第１接合部Ｊ３１に作用する応力を分散させる応力分散部としての薄肉部１０２が水平リブ１０１に設けられている。

水平リブ１０１は、平面視が三角形状をなす板材であり、所定の厚さに設定され、三角形状の角部にテンションボルト１４が上下方向に貫通する貫通部１０３が切り欠かれて設けられている。そして、水平リブ１０１は、一端部がガイド板２８の接合面２８ｂに密着して溶接されることで第１接合部Ｊ３１が形成され、他端部が中間板４２の平面部４２ａ（４２ｂ）に密着して溶接されることで第２接合部Ｊ３２が形成されている。そして、薄肉部１０２は、貫通部１０３より第２接合部Ｊ３２側に設けられている。

なお、本実施形態の作用効果は、第１実施形態とほぼ同様であることから、説明は省略する。

このように第４実施形態の補強部材にあっては、ガイド板２８と中間板４２とを接続する補強部材としての水平リブ１０１に、ガイド板２８と水平リブ１０１との第１接合部Ｊ３１に作用する応力を分散させる応力分散部としての薄肉部１０２を設けている。

従って、ガイド板２８と水平リブ１０１との第１接合部Ｊ３１に対して応力が集中しやすいが、水平リブ１０１に薄肉部１０２が設けられていることから、ガイド板２８と水平リブ１０１との第１接合部Ｊ３１に作用する応力がこの薄肉部１０２により周囲に分散される。そのため、ガイド板２８と水平リブ１０１との第１接合部Ｊ３１に発生する応力を低減することができる。

なお、上述した各実施形態では、補強部材を水平リブ６１，６２，８１，９１，１０１としたが、この構成に限定されるものでなく、ガイド板２８と中間板４２とを接続するものであればよい。例えば、傾斜リブや連結ロッドなどでもよい。

また、上述した各実施形態では、ガイド板２８を左右一対の平面板としたが、この形状に限定されるものではない。例えば、ガイド板をその摺動面が矩形状の平面板となるように形成してもよく、この場合、ガイド板の製造が容易となる。

また、ガイド板２８と各構成部品との接続は、溶接等の冶金学的接合が好ましいが、ボルト止め等の機械的接合によって接続されてもよい。この場合、溶接欠陥等の冶金学的接合に伴う欠陥による接合部の強度不足を考慮する必要がないため、応力集中緩和部を比較的容易に設計することができる。

１０ ディーゼルエンジン（クロスヘッド式内燃機関）
１１ 台板
１２ 架構
１３ 燃焼装置
１４ テンションボルト（連結部材）
１５ ナット
１６ シリンダライナ
１７ シリンダカバー
１８ 空間部
１９ ピストン
２０ 燃焼室
２１ 排ガス弁
２２ 排ガス管
２３ ピストン棒
２４ クランクシャフト
２５ 軸受
２６ クランク
２７ 連接棒
２８ ガイド板
２８ａ 摺動面
２８ｂ 接合面
２９ クロスヘッド
３１ 天板
３２ 底板
３３ 側板
３４ 隔壁ユニット
４１ 中央板
４２ 中間板（支持板）
４２ａ，４２ｂ 平面部
５１ 第１矩形部
５２ 第２矩形部
５３ くびれ部
６１，６２，８１，９１，１０１ 水平リブ（補強部材）
６１ａ，８１ａ 第１端面（第１辺）
６１ｂ，８１ｂ 第２端面（第２辺）
６１ｃ，８１ｃ 第３端面（第３辺）
６１ｄ 第４端面（第４辺）
７１ 切欠部（応力分散部）
７２，８３，９５，１０３ 貫通部
８２ 厚肉部（応力分散部）
８４，８５ 肉盛り部
９２，９３，９４ 貫通孔（応力分散部）
１０２ 薄肉部（応力分散部）
Ｊ１，Ｊ１１，Ｊ２１，Ｊ３１ 第１接合部
Ｊ２，Ｊ１２，Ｊ２２，Ｊ３２ 第２接合部

Claims (13)

1. クロスヘッドを上下方向へ移動自在に支持するガイド板と前記ガイド板の側部に接続される支持板とを補強する板形状をなす補強部材において、
   前記ガイド板に接合される第１辺と、
   前記第１辺と直角をなして前記支持板に接合される第２辺と、
   前記第２辺に対向する第３辺と、
   前記第１辺に対向して前記第１辺より短い寸法の第４辺と、
   を備え、
   前記第１辺が下底となって前記第４辺が上底となる台形形状をなし、
   連結部材が貫通する貫通部が前記第１辺と前記第２辺とが交差する位置に設けられ、
   作用する応力を分散させる応力分散部が前記第３辺に沿って設けられる、
   ことを特徴とする補強部材。
2. 一定の厚さを有して水平方向に沿って配置される水平リブ形状をなすことを特徴とする請求項１に記載の補強部材。
3. 前記第１辺と前記第２辺とが直角をなし、前記第２辺と前記第４辺とが直角をなし、前記第３辺が前記第２辺に対して所定の傾斜角度をなすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の補強部材。
4. 前記応力分散部は、前記貫通部より前記第３辺側に設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の補強部材。
5. 前記応力分散部は、前記第３辺の長手方向における中間位置に設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の補強部材。
6. 前記応力分散部は、前記第３辺に形成される切欠部であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の補強部材。
7. 前記切欠部は、円弧形状をなすことを特徴とする請求項６に記載の補強部材。
8. 前記応力分散部は、前記貫通部より前記第３辺側に設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の補強部材。
9. 前記応力分散部は、前記第３辺に沿って形成される厚肉部であることを特徴とする請求項８に記載の補強部材。
10. 前記厚肉部は、前記第１辺に向けて厚くなることを特徴とする請求項９に記載の補強部材。
11. クロスヘッドを上下方向へ移動自在に支持する一対のガイド板と、
    前記一対のガイド板を連結する中央板と、
    前記一対のガイド板の両側に設けられる一対の支持板と、
    前記ガイド板と前記支持板とを接続する請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の補強部材と、
    を備えることを特徴とする隔壁ユニット。
12. 頂部に配置されて燃焼装置に接続される天板と、
    底部に配置されて台板に接続される底板と、
    側部に配置されて上端部が前記天板に接続されると共に下端部が前記底板に接続される側板と、
    前記天板と前記底板と前記側板に接続される請求項１１に記載の隔壁ユニットと、
    を備えることを特徴とする架構。
13. 台板と、
    前記台板上に設けられる請求項１２に記載の架構と、
    前記架構上に設けられる燃焼装置と、
    前記台板と前記架構と前記燃焼装置とを連結する連結部材と、
    を備えることを特徴とするクロスヘッド式内燃機関。

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