JP2016523752A - 大型トラック内の対向ピストンエンジンの配置 - Google Patents

Abstract

大型トラックのためのエンジン配置構成であって、前端と後端との間に、シャーシの長手方向に伸びる２つの相隔たるフレームレールを有するシャーシと、フレームレールに取り付けられる車軸を伴う前輪組立体とを含む。対向ピストンエンジンは、フレームレールで支持され、前端と車軸との間に位置づけられる。対向ピストンエンジンは、フレームレールの間に配置され、長手方向に対し垂直に配向された長手方向軸を有するシリンダ組立体を含む。あるいは、対向ピストンエンジンは、レールの間に配置され、長手方向に走る一列のシリンダを含む。【選択図】図６

Description

本分野は、２ストロークサイクル対向ピストンエンジンを備える車両に関する。具体的には、本分野は、車両構造における垂直配置されたマルチシリンダ対向ピストンエンジンの配置、特に、大型トラックの垂直配置されたマルチシリンダ対向ピストンエンジンの配置を含む。

２ストロークサイクルエンジンは、クランクシャフトが完全に１回転し、およびクランクシャフトに接続されたピストンが２ストロークするパワーサイクルを完了する内燃機関（エンジン）である。２ストロークサイクルエンジンの一例には、一対のピストンが、ボア内で相反滑り運動するためにシリンダのボア内に対向して配置される、対向ピストンエンジンがある。各シリンダは、排気ポートおよび吸気ポートを有する。各ポートは、シリンダの各端付近のシリンダ壁に周方向に配置された開口の１つまたは複数の配列または並びから構成されている。ピストンの相反運動は、ポートの動作を制御する。

対向ピストンエンジンは、他の２ストロークエンジンに対し、さまざまな望ましい特徴を有する。そのような利点には、体積比が低い燃焼室面、優れた掃気、マルチシリンダ設計における優れたエンジンバランス、および優れた動力／重量比がある。これらおよび他の利点は、対向ピストンエンジンを大型トラックに適合させる車両設計の開発に動機を与えている。

トラックは、エンジンを備えた車両であり、貨物を搬送および／または引っ張るよう設計されている。中型ならびに大型トラックおよび作業トラック（集合的に、「大型トラック」）は、通常、重量、容量、および／または目的の点から規定される。限定する意図はないが、有用な定義の１つが、４９Ｕ．Ｓ．Ｃ．３２９０１（ａ）（７）および（１９）で見られる。典型的な大型トラック構造は、いくつかの共通構造特性を共有する。車両の前部にエンジンを配置した場合（前端配置）、ラジエータおよび他の熱交換機が、トラックのエンジン室の前部に位置する。単一の固体前車軸が、板ばね式サスペンションとともに使用される。固体後車軸を使用して、しばしば連動して、車両を駆動する。パワートレインが、車両の長手方向軸に沿って配向され、トランスミッションが、エンジン後部に取り付けられ、ドライブシャフトが動力を後車軸に伝達する。大型トラックの主要な構造要素は、車輪のちょうど内側に、前部から後部に走るツインフレームレールを含む。

前端配置の大型トラックの構造は、フレームレールの間の、前車軸上に直接エンジンを取り付けるための設備を含むことができる。これは、典型的なＬ−４、Ｌ−５、Ｌ−６、Ｖ−６、およびＶ−８エンジン構造である。この種類のトラックは、異なる車軸セットバックと共にしばしば利用可能であるが、エンジンが前車軸上に搭載される場合も未だによくある。２つの典型的なキャブ構造が、大型トラックの前端配置のために使用される。１つは、キャブオーバ構成であり、運転手のキャブがエンジンの上部に取り付けられ、別の構成では、キャブが、エンジンをカバーするボンネット（フード）と共にエンジンの背後に取り付けられる。しかしながら、対向ピストンエンジンの細長いシリンダ特性により、これらの種類の大型トラック構造に配置することが困難であるエンジン形状が特殊となる場合があるが、それにもかかわらず、いくつかの試みがなされてきた。

コマー（商用）・トラックは、キャブオーバ構造に設置される、前部端に搭載されたＲｏｏｔｅｓ−Ｌｉｓｔｅｒ ＴＳ２ストロークという対向ピストンディーゼルエンジンを備える。エンジンは、トラックのドライブトレインの上部に水平に配置された１列の３つのシリンダを含む。ピストンは、ロッカーアーム連結によって、単一のクランクシャフトに結合される。ＴＳエンジンは当初、比較的低動力の用途のために設計された。動力要件が増加すると、より大型のシリンダが必要とされた。しかしながら、シリンダ長は、トラックのサイドレール間の空間によって制限される。したがって、シリンダの水平配向は、標準的な大型トラックのシャーシに適合させる場合、これらのエンジンによって実現可能な動力レベルを根本的に限定する。さらに、単一クランクシャフトアーキテクチャによって必要とされるロッカーアーム連結構成が、摩擦のために失われるエンジン動力の量を増加させ、それにより、ＴＳエンジンによって実現可能な効率を制限する。

ＴＳ対向エンジン設計に伴う配向および構造の問題は、大型トラックにおける対向ピストンエンジンの使用により得られる利点に制限をもたらす。

したがって、大型トラックなどの車両が、そのような車両に共通の構造特性を保持しながら、効果的な大変位対向ピストンエンジンと適合することが可能となることが望ましい。

ロッカー型ＴＳ対向ピストンエンジンの摩擦問題に対する解決策は、ロッカーアーム連結を無くすデュアルクランクシャフト対向ピストン構成を使用することである。さらに、水平の代わりに垂直にシリンダの列を配置することで、シリンダの延長を可能にし、エンジンが、ＴＳエンジンによって実現可能な動力を超えることを可能にする。キャブオーバ大型トラックに従来のエンジンを設置するために使用される典型的な手法は、固体ビーム前車軸より上にエンジンを設置することであるが、垂直配置のデュアルクランクシャフト対向ピストンエンジンが、大型トラックのための従来のエンジンより縦長になる傾向があり、そのため、この配置は不利といえる。垂直配置対向ピストンエンジンは、車軸の上部に設置することができるが、キャブのフロアを、エンジンの高さに対応するよう相当に引き上げなければならず、またはエンジン設計を、トラックの長手方向により長く、垂直方向により短くなるよう妥協することになるであろう。

本明細書に記載する原理による大型トラックにおける垂直配置デュアルクランクシャフト対向ピストンエンジンの配置の問題を解決するために、エンジンは、前車軸の前部に配置され、トランスミッションは、前車軸の背後に配置され、それにより、エンジンとトランスミッションとの間にギャップを形成する。クランクシャフトは、垂直配置シリンダによって分けられ、トラックの長手方向に整列され、対向ピストンエンジンの動力取出点が、トラックのドライブトレインに対し有利な位置に設置されることを可能にする。動力取出点とトランスミッションとの間の結合は、ギャップにわたって、車軸上部に達し、サスペンションが路面のでこぼこを吸収する必要があるように、トラックに対して車軸が移動することを可能にする。

したがって、一列のシリンダを有する前方搭載対向ピストンエンジンを大型トラックと適合させる問題への解決策は、フレームレールの間の空間内に、トラックの前車軸の前方へ、垂直の向きにシリンダ特性を配置するようエンジンを位置づけることである。垂直配向シリンダ特性は高さのあるエンジン構造を必要とするが、前車軸の前方への配置により、エンジン室内に十分な垂直の間隙をもたらすため、前車軸およびキャブの内部に対してエンジンが低くなる。いくつかの態様において、エンジン構成は、一列のシリンダおよび２つのクランクシャフトを含み、その１つが、列の各端に取り付けられる。

大型トラック内に対向ピストンエンジンを配置するための構成は、前端および後端の間に、シャーシの長手方向に伸びる２つの相隔たるフレームレールを有するシャーシと、フレームレールに取り付けられる車軸を伴う前輪組立体とを含む。対向ピストンエンジンは、フレームレールで支持され、前端と車軸との間に位置づけられている。いくつかの態様において、対向ピストンエンジンは、フレームレールの間に配置され、長手方向に対し垂直に配向された長手方向軸を有するシリンダ組立体を含む。他の態様において、対向ピストンエンジンは、レールの間に配置され、長手方向に走る一列のシリンダを含む。

これらのエンジン配置構成は、大型車両用マルチシリンダ対向ピストンエンジンの利点を、多くの異なる製造元によって使用され、多くの異なる世界市場で販売される、一般的な種類の大型トラック構造と融合させるための解決策を提供する。

大型トラックのキャブ部分の側面図である。

図１のキャブ部分の前方部分に配置される対向ピストンエンジンの分解図である。

図２の対向ピストンエンジンを組み立てた場合の側面図である。

図３の組み立てた対向ピストンエンジンの前面図である。 図３の組み立てた対向ピストンエンジンの後面図である。

大型トラックにおける対向ピストンエンジンの配置を示す、平面の部分模式図である。

図５の構成による、本明細書におけるパワートレインを有する図１の大型トラックのシャドウレンダリングである。

図５の構成による大型トラックのフレームレール、前車軸、およびエンジントンネル組立体に対する対向ピストンエンジンの配置を示す側面図である。

図５の構成による大型トラックのフレームレール、前車軸、およびフロアトンネル組立体に対する対向ピストンエンジンの配置を示す図である。

本明細書は、大型トラック内に対向ピストンエンジンを配置することに関し、前端および後端の間に、トラックの長手方向に伸びる２つの相隔たるフレームレールを有するシャーシと、フレームレールに取り付けられる車軸を有する前輪組立体とを含む。対向ピストンエンジンは、フレームレールで支持され、前端と車軸との間に位置づけられている。一実施形態において、対向ピストンエンジンは、フレームレールの間に配置され、長手方向に対し垂直に配向された長手方向軸を有するシリンダ組立体を含む。別の実施形態において、対向ピストンエンジンは、フレームレールの間の空間内に配置され、トラックの長手方向に走る一列のシリンダを含む。

図１および図５を参照すると、大型トラック１０の前方（前部）部分は、シャーシの前方部分１７および後方部分１８との間に、トラックの長手方向に走るフレームレール１６を有するシャーシ１４を有するキャブ１２を含む。前方部分１７は、トラックの前端部１９に向けて伸びる。キャブ１２は、シャーシの前方部分１７において、フレームレール１６に取り付けられる少なくとも１つの車軸２２を有する前輪組立体２０の上方に設置される。１つまたは複数の車輪２４が、車軸２２の各端に取り付けられる。

シャーシ１４の構造および組立体は、従来通りである。シャーシは、何らかの特定用途によって要求されるような形状および寸法を有する鋼組成要素から組み立てられるラダーフレーム型のものとすることができる。フレームの寸法は、対向ピストンエンジンを配置するうえで、またフレームレール１６の間の空間内に少なくとも部分的に関連ドライブトレイン要素を配置するうえで必要とされる寸法にすることができる。フレームレール１６にトラックのドライブトレインおよび他の要素を取り付け、連結することは、従来の要素および材料によることが好ましい。

図５のように、トラック１０のドライブトレイン（「パワートレイン」とも呼ばれる）は、対向ピストンエンジン３０、トランスミッション組立体３２、およびドライブシャフト３４を含む。図２を参照すると、対向ピストンエンジンは、エンジンブロック４２に取り付けられた複数のシリンダ４１から構成されるシリンダ組立体４０を含む。２つのピストン４４および４５は、各シリンダ４１のボア内に対向して配置される。ブロックは、シリンダ４１を一列に保持し、インライン式（または、直線式）エンジン構成を画定する。連鎖クランクシャフトシステムは、並列離間構成で配置される２つの回転自在設置型クランクシャフト５０および５２と、クランクシャフトにリンクしてクランクシャフトをトランスミッション組立体に結合するギヤトレイン組立体５６とを含む。エンジン３０の垂直配向のため、クランクシャフト５０は、クランクシャフト５２より上に位置する。クランクシャフト５０は、シリンダ４１の列の第１の端に沿って縦方向に位置づけられて、ピストン４４に結合され、クランクシャフト５２は、シリンダ４１の列の第２の端に沿って縦方向に位置して配置され、ピストン４５に結合される。短いシャフト５７を備えるパワートレイン部材は、ギヤトレイン組立体５６に一方の端が、フライホイール５８などのトランスミッション組立体部材に他方の端が取り付けられ、エンジンの動力取出点をトランスミッション組立体に直接結合する。

図２〜図５を参照すると、いくつかの態様において、対向ピストンエンジン３０が組み立てられた場合（図３、図４Ａ、図４Ｂ）、エンジンは、シリンダ組立体４０（図２、図３、図５）の長手方向軸Ａと整列させられる垂直寸法Ｖを有する。長手方向軸Ａ（図３）は、シリンダ４１（図２および図５）の長手方向軸を含む面内にあることが好ましく、例えば、長手方向軸は、シリンダ４１の１つの長手方向軸と一致させることができる。図３、図４Ａ、および図４Ｂに示した例において、エンジン３０の高さＨは、垂直寸法に沿う。

対向ピストンエンジンの本構成は、大型トラックなどの車両に共通の構造特性を保持する方式で、そのような車両内の効率的な大変位対向ピストンエンジンとしての配置に良好に適合される。この点に関して、本エンジンは、シリンダ組立体が、トラックの長手方向に対して垂直に配向され、シリンダ組立体の長手方向軸がフレームレールの間の空間を走るように設置される。別の態様から理解されるように、対向ピストンエンジンは、レールの間の空間内に配置され、トラックの長手方向に走る一列に配置されたシリンダを含む。

図５、図６および図７で最もよく見られるように、エンジン３０は、前端部１９と車軸２２との間の位置で、フレームレール１６に支持される。エンジン３０は、例えば、エンジン３０の側面に取り付けられるネジ付き固定部材５９（図４Ａおよび図４Ｂで最もよく見られる）によって、フレームレール１６に取り付けられるサポートブラケット（図示せず）に取り付けてもよい。図５、図６、および図７で示される位置において、シリンダ４１の列は、トラックの長手方向に整列され、フレームレール１６の間に画定される空間を通って延在する。この配置は、トラックの長手方向に対して垂直の向きにシリンダ組立体４０を配置し、フレームレール１６の間の空間を通って走る平面にシリンダの長手方向軸を配置する。シリンダ４１の列は、フレームレール１６の間の空間内に、シャーシフレーム内に、トラックの長手方向に整列して位置づけられる。エンジン３０の上部は、フレームレール１６の上部に延在し、エンジン３０の底部は、フレームレール１６の下部に延在する。

図３で最もよく見られるように、エンジン３０が組み立てられた場合、エンジン３０とトランスミッション組立体５８との間にギャップ６０ができる。エンジンの動力取出点にフライホイール５８を結合するパワートレイン駆動部材（シャフト５７）が、ギャップの端から端まで達する。図５、図６、および図７のように、対向ピストンエンジン３０は、前車軸２２の前部に配置され、トラック１０内で従来よりも低く位置づけられることが可能になる。さらに、フライホイール５８が、トラックの後端に面して前車軸２２の背後に設置され、トランスミッション組立体３２の他の要素に結合されるために位置づけられる。ギャップ６０によって、サスペンション６２が路面のでこぼこを吸収しなければならないように、軸２２が、トラック１０に対して伸び、シャフト５７が、ギャップ６０および軸２２の上方に位置づけられる。

図２を参照すると、いくつかの態様において、エンジン３０の動力取出点が、下方のクランクシャフト５２ではなく、クランクシャフト５２より上のギヤトレイン５６における他のいくつかの点であることが望ましい。いくつかの態様において、動力取出点は、上方クランクシャフト５０と下方クランクシャフト５２とを接続する一連のギヤ５６における、クランクシャフト５２より上の第１のギヤ６３としてもよい。いくつかの態様において、シャフト５７は、この動力取出ギヤ６３と共に回転するよう取り付けられる。この配置の利点の１つは、必要な車軸走行を妨げずに、それでもなお、トランスミッション入力シャフト（図示せず）と整列するように、シャフト５７を、車軸２２より上に十分高く位置づけることができる点である。エンジン３０とトランスミッション組立体３２との間の構造的接続は、必要に応じて追加のブレーシングと共に、ギヤカバー６４（図２で最もよく見られる）およびベルハウジング６５（図７で最もよく見られる）でなされ、その結果、エンジン３０およびトランスミッション組立体が、単一の構造単位として動作する。それにより得られるパワートレインは、トラック設計上の変更を最小にして、典型的なキャブオーバ型大型トラックに適合するという要求を満たすと同時に、高効率対向ピストンエンジンの設計を損なうこともない。

図６、図７および図８に示すように、キャブ１２は、キャブ１２の内部の底（フロア）を画定するフロアトンネル組立体７０より上の、またはフロアトンネル組立体７０上のフレームレールに取り付けられる。エンジン３０の配置は、フロアトンネル組立体７０の下にエンジンを配置する。

図４Ｂを参照すると、他の態様において、本明細書の上部で説明した実施形態によるトラック内に配置される場合、例えば、フライホイール５８を通って走る軸８２に向かう垂直軸ＶからＣＷまたはＣＣＷ方向８０に回転した向きでエンジン３０を配置することが望ましいであろう。これらの場合において、エンジン３０の向きは、依然として、「垂直」の向きの範囲内にあると考えられる。

エンジン配置の原理について、好適な実施形態を参照して説明してきたが、さまざまな変形を、説明した原理の主旨から逸脱することなく行うことができることを理解すべきである。したがって、これらの原理に与えられるどんな特許保護も、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (11)

1. 前端および後端の間に長手方向に走る２つの相隔たるフレームレールを有するシャーシと、
   前記フレームレールに取り付けられる車軸を有する前輪組立体と、
   前記フレームレールで支持され、前記前端と前記車軸との間に位置づけられる対向ピストンエンジンとを備え、
   前記対向ピストンエンジンが、前記レールの間の空間内に配置され、前記長手方向に走る一列のシリンダを含むことを特徴とするトラック。
2. 前記対向ピストンエンジンが、前記シリンダの排気端および吸気端にそれぞれ位置づけられる２つのクランクシャフトと、前記２つのクランクシャフトを結合するギヤ組立体と、前記ギヤ組立体に結合されるパワートレイン駆動部材とを含む、請求項１に記載のトラック。
3. 前記パワートレイン駆動部材が、前記車軸より上に位置づけられる、請求項２に記載のトラック。
4. 前記車軸と前記後端との間に位置づけられるフライホイールをさらに含み、前記パワートレイン駆動部材も、前記フライホイールに結合される、請求項３に記載のトラック。
5. 前記対向ピストンエンジンが、キャブオーバ位置で支持される、請求項１に記載のトラック。
6. 前記対向ピストンエンジンが、フロアトンネル組立体の下で支持される、請求項５に記載のトラック。
7. 前記対向ピストンエンジンが、前記シリンダの排気端および吸気端にそれぞれ位置づけられる２つのクランクシャフトと、前記２つのクランクシャフトを結合するギヤ組立体と、前記ギヤ組立体に結合される回転可能パワートレイン駆動部材とを含む、請求項６に記載のトラック。
8. 前記パワートレイン駆動部材が、前記車軸より上に位置づけられる、請求項７に記載のトラック。
9. 前記車軸と前記後端との間に位置づけられるフライホイールをさらに含み、前記パワートレイン駆動部材も、前記フライホイールに結合される、請求項８に記載のトラック。
10. 前記フロアトンネル組立体の上の前記フレームレールに取り付けられるキャブをさらに含む、請求項７に記載のトラック。
11. 前記シリンダ組立体が、前記レールの間の空間を通って走り、前記長手方向に対して垂直に配向される、長手方向軸を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のトラック。

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