JP2866740B2 - クロスヘッド型式のｖ型エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンの中央面に関して傾斜して位置し
互いに２列となって並んで配置されたシリンダを有する
クロスヘッド型式のＶ型エンジンに関し、このエンジン
においては、各シリンダは、関連するシリンダの軸線に
平行に延びるピストンロッドを介してクロスヘッドに連
結されたピストンを有し、該クロスヘッドはエンジンの
横方向に案内され、コネクティングロッドを介してクラ
ンクシャフト上のクランクピンジャーナルに直接連結さ
れ、それぞれの列内の２つの隣接するシリンダに関連す
るコネクティングロッドの下端は共通のクランクピンジ
ャーナルに支承されている。

長年にわたって、シリンダ内に位置したピストンをコ
ネクティングロッドの頂部に支承し、コネクティングロ
ッドの下端をクランクシャフトのクランクスロー内のジ
ャーナルに支承するようにしてトランク型式のＶ型エン
ジンを製造することが知られている。ピストンとクラン
クシャフトとの間のこの型式の連結は比較的複雑である
が、エンジンの長手軸のまわりでのシリンダの角度回転
がコネクティングロッドとピストンとの間のジャーナル
連結により直接可能となるので、クランクシャフトに関
して種々の方法でシリンダを配列するための多数の自由
度を与える。

例えばシュミット・ボルネス社（Schmidt−Bolness C
ompany）により製造された上述の型式の従来のクロスヘ
ッド型式のＶ型エンジンにおいては、クロスヘッドとし
て作用する部材は、作動シリンダより大きな直径を有し
その延長部に存在するシリンダ内に位置した空気ポンプ
ピストンである。ピストン及び空気ポンプピストンは比
較的短いピストンロッドを介して相互連結され、空気ポ
ンプピストンは更に、コネクティングロッドを介してク
ランクシャフトに連結される。クロスヘッドの機能はピ
ストン内で生じるので、クロスヘッドの機能はピストン
機能に必要な要求により制限され、これは、ピストンと
シリンダ壁との間の潤滑油の被膜が従来のクロスヘッド
とこれに関連するガイド面との間の潤滑油の被膜より薄
く、横方向の荷重を支えるピストンの能力が制限される
ことを意味する。上記シュミット・ボルネス社製のエン
ジンは周知のトランク型式のＶ型エンジンと同じ欠点を
有する。すなわち、コネクティングロッドの上端がシリ
ンダ内のピストンに締結されているので、エンジンサイ
クル中のコネクティングロッドの角度変化が下方のシリ
ンダリムにより制限されてしまう。コネクティングロッ
ドの角度変化が制限されると、エンジンのストロークが
比較的短くなったり、ストロークに対してコネクティン
グロッドが極めて長くなったりし、エンジンの高さが著
しく大きくなってしまう。上記シュミット・ボルネス社
製のエンジンの空気ポンプピストンはクランクハウジン
グを上方で閉じる水平に延びた壁に連結される。この構
造体は大きな横方向の力を吸収するのに適さない。

上述のように、既知のＶ型エンジンにおけるストロー
クとシリンダ直径との間の比は、コネクテイングロッド
を関連するシリンダから離間させねばならないので、制
限される。単一の列となって配列されたシリンダを有す
る大型長ストローククロスヘッドエンジンから、ピスト
ンロッドをシリンダの外部に完全に延出させ、エンジン
のフレームボックスに取り付けたガイド面により横方向
に案内されるクロスヘッドまでピストンロッドを下方へ
延ばすことにより、シリンダの直径に比して大きなスト
ロークを得ることが知られている。このようなエンジン
の基本的な特徴は、ガイド面が垂直に延びていることで
ある。

1982年以来、英国特許第292772号明細書から、クロス
ヘッドエンジンが平行な２列の垂直シリンダを有し、そ
のピストンがロッドを介して対をなして共通のクランク
ピンジャーナルに連結され、このロッドがクロスヘッド
を二股コネクティングロッドの別のジャーナルに接続
し、このコネクティングロッドの上端が水平に延びた連
結リンクを介してエンジンのフレームボックスに支承さ
れているようなエンジンも既知である。この型式のクロ
スヘッドは、クロスヘッドピンの中央部分から横方向に
延び、ガイド面の片側に位置した複動溝穴（スロット）
に係合する補強部材を有し、このガイド面は、ピストン
ロッド、コネクティングロッド及びガイド面が同じ横方
向の面内に位置するように、エンジンのフレームボック
スの長手方向に延びる側壁に取り付けられている。ガイ
ド面はエンジン内で垂直に延び、ピストンロッドとクラ
ンクピンジャーナルとの間に連結構造は極めて複雑であ
る。エンジンはそのストロークに関して大きな幅を有す
る。その理由は、コネクティングロッドと同じ面内に位
置したガイド面の内側でコネクティングロッドの角運動
を行わねばならないからである。

本発明の目的は、出力パワーの割りには良好な燃費及
び小さな直径を有するハイパワーＶ型エンジンを提供す
ることである。

上記目的を達成するため、本発明のＶ型エンジンの特
徴とするところは、エンジンが、少なくとも２以上のス
トロークとシリンダ直径との間の比（S/B）を有する大
型２ストロークエンジンであり、エンジンのフレームボ
ックスが（好ましくは板壁の形をした）内側の横方向垂
直補強子により補強されており、クロスヘッドが垂直補
強子に取り付けられた細長いガイド面により横方向にお
いて案内され、ガイド面に関連するクロスヘッドの運動
方向がクランクシャフトの回転軸に関してエンジンの横
方向において外方にオフセットする（偏る）ような距離
だけ、エンジンの中央面から離れてガイド面の下端が位
置していることである。

本発明によれば、ガイド面がエンジンの中央面に対し
て傾斜して延びているにも拘わらず、大型２ストローク
インラインエンジンから知られるクロスヘッドの上記案
内方法をＶ型エンジンに使用できることが判明した。

シリンダ直径に比してストロークが長いので、エンジ
ンに対して良好な燃費を提供するが、エンジンサイクル
中のコネクティングロッドの角度変化のためのスペース
が必要となるので、クロスヘッドの案内について特殊な
要求が生じる。エンジンのフレームボックスの内側横方
向補強子上でガイド面を位置決めすると、エンジンの長
手方向においてコネクティングロッドとガイド面との分
離が生じ、コネクティングロッドはガイド面により妨げ
られない所望の方法でエンジンの横方向において振動で
きる。垂直方向に延びた横方向補強子はエンジンの高さ
方向においてガイド面の全範囲にわたってガイド面を支
持包囲し、これにより、ガイド面の望ましくない変形を
発生させずに、ガイド面を介してクロスヘッドからエン
ジンのフレームボックスの横壁へ大きな横方向の力を伝
達できる。

ピストンがその下死点に近づいたときにコネクティン
グロッドの上端が衝突するのを避けねばならないので、
傾斜したシリンダ、及び、エンジンの中央面に関するガ
イド面の関連する角度位置決めは、ガイド面の下方区分
において新たなスペースの問題を生じさせる。コネクテ
ィングロッドの最下方位置において、クロスヘッドが互
いに十分に離れるような長さを有するようにコネクティ
ングロッドを構成することができるが、このようにする
と、エンジンの高さが大きくなってしまう。シリンダの
長手軸がクランクシャフトの回転軸と交差するような位
置に関してガイド面の下方区分を外方にオフセットさせ
ると、下死点近傍でコネクティングロッドの上端が互い
に離間し、そのため、ガイド面はクランクシャフトから
上方に短い距離だけ離れて終端することができ、エンジ
ンの高さを有効に小さくすることができる。後述する
が、上述の横方向オフセットは、エンジンのストローク
を主軸受ジャーナルとクランクシャフトのクランクピン
ジャーナルとの間の中心間距離の２倍の値より大きくで
き、エンジンをコンパクトにできるという更なる利点を
与える。また、外方向へのオフセットにより、シリンダ
の長手軸を一層垂直に近い位置に位置させることがで
き、ピストン、シリンダ、排気弁等のオーバーホールが
容易になる。その理由は、上記のオフセットがない場合
とは異なり、これらの素子を傾斜させながら昇降させる
必要がないからである。更に、上記オフセットにより、
エンジンの全体幅を小さくできる。

本発明は、エンジンの寸法を実質上増大させることな
く、既知の最大のエンジンの出力パワーを越えるパワー
を提供するＶ型エンジンの製造を可能にする。例えば、
約50,000kWの出力を提供する既存の最大インラインエン
ジンの高さ、長さ及び幅と実質上同じ寸法で、約100,00
0kWの出力を提供する内燃機関（エンジン）を製造する
ことができる。

好ましい実施例においては、２つの隣接するシリンダ
に関連するガイド面の中心線はエンジンの中央面に関し
て同じ角度で延び、これらの中心線はクランクシャフト
の回転軸の下方における同じレベルでエンジン中央面と
交差する。エンジンの中央面に対して対称的な構造を有
するため、製造が簡単になり、中央面に関してシリンダ
が均一に並んでいるため、エンジン構成要素に均一の負
荷を加えることができる。

以下、添付図面の実施例を参照して本発明を詳細に説
明する。

第１図及び第２図は、それぞれ上死点及び下死点の近
傍における状態を示すエンジンの部分縦断面図、 第３図は第２図と同様の図で、本発明の別の実施例を
示す図、 第４図はエンジンのストロークとクロスヘッドのガイ
ド面との間の関係を示す図である。

第１図はＶ型の２ストローククロスヘッドエンジン１
を示し、このエンジンは、ベッドプレート２に装着さ
れ、２列のシリンダ４をその上面に担持したエンジンフ
レームボックス３を有し、これらのシリンダはＶ字を構
成する対となってエンジンフレームボックスに装着され
ている。各シリンダ対におけるピストンは対応するピス
トンロッド５を介してコネクティングロッド７の頂部に
おける関連するクロスヘッド６に支承され、コネクティ
ングロッドの下端は、シリンダ対に対して共通でクラン
クシャフト９上に位置したクランクピンジャーナル８に
支承されている。クロスヘッドはエンジンフレームボッ
クスの直立の横方向の壁12に取り付けられた関連するガ
イド面11上で摺動するクロスヘッドシュー10によりエン
ジンの横方向に案内される。ガイド面11の裏面は横方向
の壁に溶着した板区分13により補強されている。エンジ
ンのストロークＳとシリンダ直径Ｂ（図示せず；ただ
し、直径Ｂはシリンダのボアの直径に等しい）との間の
比は少なくとも２であり（S/B＝２）、図示の例では、
この比S/Bは2.7である。ストロークを長くすれば、エン
ジンの良好な燃費が得られるが、ピストン及びピストン
ロッドを正確に案内する必要がある。この案内は、関連
するシリンダの長手軸に実質上平行に延びストロークよ
り大きな長さを有するガイド面により行われる。

コネクティングロッド７の上端は、ピストンロッドに
剛直に連結されたクロスヘッドピンに支承され、このク
ロスヘッドピンはエンジンの長手方向に延び、コネクテ
ィングロッドの両側で１つのクロヘッドシュー10をそれ
ぞれ担持する。このコネクティングロッドはガイド面に
邪魔されることなくクロスヘッドピンに関して横方向に
振動可能である。各クロスヘッドシュー10は対応するガ
イド面11との接触により横方向に案内される２つの軸受
面14を有する。ガイド面11は横壁12から突出するが、こ
の突出距離は、軸受面（支持面）14が十分に支持される
が、コネクティングロッド７がガイド面から完全に離れ
るようなものとする。各シューのための２つのガイド面
は平行に延び、２つのガイド面間の中心線15はクロスヘ
ッドの中心の運動方向を決定する。第１図から分かるよ
うに、中心線15、従ってクロスヘッドの運動方向はクラ
ンクシャフトの回転軸16と交わらないが、エンジンの横
方向において回転軸16から距離ｄだけ離れた位置を通過
する。このため、ガイド面の下方区分間に水平方向の距
離が確保され、この距離は、第２図に示すように、ピス
トンがその下死点に到達したときに、コネクティングロ
ッドが互いに適当な距離だけ離れることができるような
ものとする。回転軸16に対するクロスヘッドの運動方向
の外方へオフセット（その偏り量はｄ）により、中心線
15は回転軸16より下方のレベルに位置した地点18でエン
ジンの中央面と交差する。２つの隣接するシリンダのガ
イド面、及び、同じジャーナル８に直接支承されたその
シリンダのコネクティングロッド７は、中央面17につい
て対称的に位置し、このため、両方の中心線15は回転軸
の下方の同じレベルにおいて中央面と交差する。第４図
を参照しての説明から明らかとなるが、ガイド面11のこ
の位置により、エンジンのストロークが一層長くなる。

クロスヘッドからの横方向の力を吸収するためには、
ガイド面をその全長にわたって剛直に固定することが必
要である。この固定は横壁12へのガイド面の上述の取り
付けにより行われる。エンジンの長手方向において、エ
ンジンフレームボックス３は、各対の隣接するシリンダ
間で垂直に延びる全通（through−going）横壁12を有す
る。各横壁の下方で、クランクシャフトはベッドプレー
ト２に装着された同軸の主軸受により支持される。横壁
は、クロスヘッドからの横方向の力を吸収するに必要な
剛性をフレームボックス３に与える。好ましくは、簡単
に製造できる横壁12は単一層の全通板壁から成るが、二
重壁フレーム輪郭部材（プロフィール）の形をした横方
向の補強子を使用することもできる。なお、輪郭部材は
横方向において必ずしも全通する必要はない。しかし、
輪郭部材はガイド面11の良好な固定を達成するのに十分
な長さを有さねばならない。

第２図において、クランクシャフトは、図の左側のピ
ストンがその下死点に近づくような位置へ回転せしめら
れている。この位置において、コネクティングロッドの
上端間には適当なクリアランスすなわち間隔が存在す
る。ガイド面11及びシュー10上の関連する軸受面14の幅
をエンジンの長手方向において一層大きくすることによ
り、クロスヘッドからの大きな横方向の力を横壁へ伝達
するための十分に大きな軸受領域（支持領域）を提供で
きる。第３図に示すように、コネクティングロッドの上
端が下死点の近傍で互いにほぼ接触する程度にコネクテ
ィングロッドを短くすることができる。これにより、ガ
イド面11の端部をクランクシャフトの回転軸16から極め
て短い距離に位置させ、ストロークに比べて極端に高さ
の低いエンジンを提供する。それと同時に、傾斜したシ
リンダが低いレベルで終端しているため、エンジンの幅
も僅かに減少する。第３図に示す第２実施例において
は、第１図及び第２図のものと同じ機能を果たす素子は
同じ符号で示す。

第４図において、記号Ａは、クロスヘッドの運動方向
がクランクシャフトの回転軸216と交差している場合の
クロスヘッドエンジン内のガイド面の位置を示し、記号
Ｂは、クロスヘッドの運動方向が回転軸216に関して偏
っているような例を示す。

記号ＡはエンジンのストロークＳが回転軸216とクラ
ンクピンジャーナルの対称軸線218との間の距離の２倍
の値に相当する例を示す。これら２つの例（Ａ、Ｂ）に
おいて、同じ長さの同形のクランクシャフト及びコネク
ティングロッドを使用する。従って、クランクシャフト
の最も近いクロスヘッドの位置はガイド面211の位置に
関係なく円弧219上に位置しなければならず、クランク
シャフトから最も遠いロスヘッドの位置は円弧220上に
位置しなければならず、この円弧220の半径はコネクテ
ィングロッドの長さに軸216、218間の距離を加えた値に
相当する。円弧219の半径はコネクティングロッドの長
さから軸216、218間の距離を引いた値に相当する。例Ａ
のエンジンにおいては、クロスヘッドは回転軸216を通
る半径に従って運動する。クロスヘッドが回転軸216を
通る半径に従って運動しないようにガイド面211の位置
を変更することにより、２つの同心円弧間の最小距離が
これら円弧の半径に沿って位置するので、エンジンのス
トロークは増大する。

例Ｂは、クロスヘッドの上死点が例Ａのエンジンの中
央面217から同じ距離だけ離れて位置する場合を示す
が、例Ｂにおいては、ガイド面の下方区分はエンジンの
横方向において外方へ変位していて、クロスヘッドの中
心の運動方向が回転軸216に関して距離ｃだけオフセッ
トしている。この構成では、ストロークは元のストロー
クの14.5％の増加に相当する距離ΔS₁だけ増大する。例
Ａに関してはクロスヘッドの上死点が不変なので、これ
ら２つの例におけるエンジンの高さは実質上同じであ
る。ただし、例Ｂにおけるストロークは15％弱だけ増大
している。

第４図から分かるように、エンジンの幅と高さ及びス
トロークは、クロスヘッドの上死点及び下死点を適当に
選定し、これに応じてガイド面211をエンジンフレーム
ボックスに装着することにより、必要に応じて大幅に変
更できる。エンジンの横方向におけるクロスヘッドの下
死点のオフセット量を増大させることにより、ストロー
クを実質的に増大させることができることが分かる。こ
れとは別に、オフセットを採用すると、ガイド面を回転
軸216の上方の下方レベルで終端させることができる。
その理由は、外方へのオフセットがコネクティングロッ
ドのための有効なスペースを提供するからである。この
ため、ストロークに比べてエンジンの高さを更に減少さ
せることができる。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】クロスヘッド型式のＶ型エンジンであっ
   て、エンジンの中央面（17）に関して傾斜して位置し互
   いに２列となって並んで配置されたシリンダ（４）を有
   し、上記各シリンダが、関連するシリンダの軸線（15）
   に平行に延びるピストンロッド（５）を介してクロスヘ
   ッド（10）に連結されたピストンを有し、このクロスヘ
   ッドがエンジンの横方向に案内され、コネクティングロ
   ッド（７）を介してクランクシャフト（９）上のクラン
   クピンジャーナル（８）に直接連結され、それぞれの列
   内の２つの隣接するシリンダに関連する上記コネクティ
   ングロッドの下端が共通のクランクピンジャーナル
   （８）に支承されているようなＶ型エンジンにおいて、 エンジンが、少なくとも２以上のストローク（Ｓ）とシ
   リンダ直径（Ｂ）との間の比（S/B）を有する大型２ス
   トロークエンジンであり、エンジンのフレームボックス
   が好ましくは板壁（12）の形をした内側の横方向垂直補
   強子により補強されており、上記クロスヘッドが上記垂
   直補強子に取り付けられた細長いガイド面（11）により
   横方向において案内され、上記ガイド面に関連する当該
   クロスヘッド（10）の運動方向が上記クランクシャフト
   の回転軸（16）に関してエンジンの横方向において外方
   にオフセットするような距離だけ、エンジンの上記中央
   面（17）から離れて当該ガイド面（11）の下端が位置し
   ていることを特徴とするＶ型エンジン。
2. 【請求項２】請求の範囲第１項に記載のＶ型エンジンに
   おいて、２つの隣接する上記シリンダに関連する上記ガ
   イド面（11;211）の中心線（15;215）が、エンジンの上
   記中央面に関して同じ角度だけ傾斜して延び、上記クラ
   ンクシャフトの回転軸（16;216）の下方に位置した同一
   レベルにおいて当該中央面と交差していることを特徴と
   するＶ型エンジン。