JP3790435B2 - ディーゼル型イン・ライン形エンジン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２つのセクション内にカム軸系及びクランク軸を有し、該セクションがボルト止めしたフランジ継手により端部同士を合わせて相互に固定され、少なくとも６０ｃｍのシリンダ穴（６０ｃｍのシリンダ穴径）が形成された、少なくとも８本のシリンダを有するディーゼル型のイン・ライン形エンジン（直列型エンジン）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるイン・ライン形エンジンは、高出力で、軸の全体を単一体として主ベアリング内の所定位置に持ち上げることができないような寸法としたクランク軸を有する大型のエンジンである。単一の軸部分は、例えば、重量が１００ｔ以上となることもある。このため、クランク軸は、少なくとも２つの独立的な部分に分けて製造し、その２つの部分を別個に所定の位置に持ち上げ且つフランジ継手により端部同士を合わせて固定の接続状態で組み立てられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
典型的には自動車にて使用される非常に小型のエンジンから知られているように、エンジンが走行する間、作動可能なシリンダの数をエンジンの現在の負荷に適応させ得るように、相互に接続し又は非接続状態とすることのできる２つのセクション（部分）にクランク軸を分割することがある。自動車のエンジンは多くの異なる負荷にて作動し、エンジンが低負荷にて長時間運転しなければならないときにクランク軸を分割することが採用可能である。作動中、クランク軸を非接続状態とし、また接続状態とするときにおいても、クランク軸を分割することが必要である。ドイツ特許第ＤＥ ２８ ２８ ２９８ Ａ１号には、クランク軸が分割クラッチを有し、カム軸部品には、軸部品が相互に接続される正しい角度位置となるときを表示する信号発生装置が設けられた、エンジンが記載されている。米国特許第４，３６８，７０１号には、クランク軸部品間の別型式の継手が記載されている。
【０００４】
エンジンを組み立てた後、冒頭記載のイン・ライン形エンジンにおけるクランク軸は単一の全軸であり、作動中、クランク軸の部分を非接続状態にしたり、接続したりすることはできない。冒頭記載のイン・ライン形エンジンは、船の推進用、又は据え置き型発電用の大型エンジンプラントの主要な構成要素である。自動車におけるエンジンの負荷が変動する場合と相違し、冒頭記載のイン・ライン形エンジンは、作動時間の殆んどの間、全負荷又は略全負荷にて作動される。
【０００５】
エンジンプラントでは、多くの場合、単一のイン・ライン形エンジンしか備えないことがあり、その理由のため、エンジンは、高い作動信頼性を有すべき極めて重要な構成要素である。船の推進プラントにおいて、イン・ライン形エンジンの故障が長引くことは、作動上の損失に加えて、船が難破する危険を招来する可能性があり、またそのプラントが島への電力の供給を行う据え置き型発電に使用されるならば、長時間の停電は極めて望ましくない。
【０００６】
本発明の目的は、高い作動信頼性の状態において極めて大きい出力を発生することのできるイン・ライン形エンジンを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的に鑑みて、本発明によるイン・ライン形エンジンは、シリンダ穴が１４０ｃｍ以内であり（シリンダ穴径が１４０ｃｍ以内であり）、３０本までのシリンダを有し、カム軸の負荷を少なくするため、イン・ライン形エンジンの長手方向に順次に配置された少なくとも２つのカム軸を有し、これら２つのカム軸は、相互に相違するシリンダと関連し、またクランク軸によって駆動されるそれぞれのカム軸駆動装置を有することを特徴とする。
【０００８】
シリンダの構成要素がより大型になるに伴って、カム軸系への負荷が増大し、従って、故障の危険性が増す。排気弁を作動させる力は、弁の直径の二乗で且つシリンダ圧力と比例して増大し、更に、燃料ポンプがカム軸被駆動型のピストンポンプであるとき、所定の時間の間に噴射すべき燃料の量が多くなればなる程、ポンプを駆動するためには、より大きい力が必要となる。更に、カム軸系への負荷は、カム軸の長さと共に増大する。所望のシリンダ構成要素、すなわち２行程エンジンの場合にあっては、典型的に、少なくとも排気弁と個々の弁に燃料を供給する弁又はポンプ、或いは排気弁又は個々の弁に燃料を供給する弁若しくはポンプであり、４行程エンジンの場合にあっては、吸気弁でもある、これらシリンダ構成要素を作動させるため、個別に駆動される２つ又はそれ以上のカム軸を使用する結果、各カム軸の長さは著しく短くなり、且つカム軸におけるカムの数は実質的により少なくなる。これら双方の要因の結果、カム軸及びカム軸駆動装置に加わる負荷が小さくなり、従って、個々のカム軸及びエンジン全体の作動上の信頼性がより高くなる。
【０００９】
関連する軸のシリンダを作動不能とするなるならば、カム軸又はカム軸駆動装置が損傷したエンジンを緊急に修理することができ、この結果、カム軸系の故障に起因して長時間、作動が中断することを更に回避することができる。このことは、例えば、シリンダの接続ロッドをクランク軸から手動で取り外し、又はピストンロッドをクロスへッドから取り外してピストンをシリンダ内にて固定することにより行うことができ、そのとき、関係したカム軸駆動装置を有する他のカム軸により残りのシリンダを駆動して、イン・ライン形エンジンを非常作動状態にて作動させる。このイン・ライン形エンジンは、予備部品及び人員が用意され、作動状況がその故障したカム軸を修理することを許容する迄、残りのシリンダによる非常作動状態を続行することができる。
【００１０】
エンジンのカム軸の数がクランク軸のセクション（部分）の数に相応するエンジンに関して有利である１つの実施の形態において、該イン・ライン形エンジンは、第一のカム軸と第二のカム軸とを備え、第一のカム軸のカム軸駆動装置が、カム軸端部で且つ２つのクランク軸のセクション間のフランジ継手に取り付けられ、また第二のカム軸のカム軸駆動装置が、カム軸端部で且つクランク軸端部に取り付けられる。カム軸駆動装置をカム軸の端部に取り付けることは、第二のカム軸をクランク軸の端部から駆動することを可能にし、これにより、エンジンの全長が増大する結果となるのを回避することを可能にし、これは、クランク軸のセクション（部分）間のフランジ継手（隣接するシリンダ間の距離を増すことを必要とするフランジ継手）からこの軸を駆動することを保障する。
【００１１】
１つの代替的な実施の形態において、イン・ライン形エンジンは、少なくとも１つの第一のカム軸と、第二のカム軸とを備え、第一のカム軸のカム軸駆動装置がカム軸の端部からある距離で且つクランク軸部分間の第一のフランジ継手に取り付けられ、また第二のカム軸のカム軸駆動装置がカム軸端部からある距離で且つクランク軸のセクション間の第二のフランジ継手に取り付けられる。カム軸の両端部からある距離離れた位置にカム軸駆動装置を配置することは、カム軸駆動装置からカム軸上の最も離れたカムまでの距離が好ましいほどに短くなり、これは、駆動装置とカムとの間の回転角度（軸の捩れに起因するねじり角）の程度を小さくする。このように、この実施の形態は、より正確に機能するカム軸系を提供する。この実施の形態は、そのクランク軸がカム軸と少なくとも等しい数のフランジ継手を有するエンジンの全長を増すことなく実施可能である。
【００１２】
上記の実施の形態は、シリンダ当たり少なくとも７，０００ｋＷの出力を有するカム軸被駆動イン・ライン形エンジンを設計することを可能にし、かかる設計は、大きい推進出力を必要とする極めて大型のコンテナ船（７，０００乃至１４，０００ＴＥＵ）において特に有利である。本発明により実現される作動上の信頼性は、その貴重な貨物のためこれらの船において特に有利である。１つの実施の形態において、該イン・ライン形エンジンは総出力が少なくとも９０ＭＷである。１つの更なる実施の形態において、該イン・ライン形エンジンは全長が少なくとも２８ｍであり、カム軸の少なくとも１つの長さがこのイン・ライン形エンジンの全長の４８％以下であり、このことは、カム軸系が極めて高度の作動上の信頼性を有する一方、極めて大きい出力のイン・ライン形エンジンを製造することを許容する。
【００１３】
【実施の形態】
以下に、極く概略図的な図面を参照しつつ、本発明をより詳細に説明する。
図１に概略的に図示したイン・ライン形エンジン１は、該エンジンの長手方向に順次に配置された１５本のシリンダ２を有する単一群のシリンダを備えている。シリンダの各々は、クランク軸４に対する複数の主軸受を有するベッド・プレート、エンジンＡフレーム及びシリンダ部品のような幾つかの構成要素にて典型的に形成されたエンジンハウジング３内に搭載され、これら複数のシリンダは、カバー・スタッドによりシリンダ部分にクランプ止めされ、またシリンダ部品、エンジンＡフレーム及びベッド・プレートは、支えボルトにより組み立てられている。個々のシリンダは、６０乃至１４０ｃｍ、好ましくは、９０乃至１２０ｃｍの範囲の穴（穴径）を有することができ、エンジンは、８本乃至３０本のシリンダ、好ましくは、１０本乃至２０本のシリンダの多数本のシリンダを有することができる。１５本のシリンダを有する、図１に図示した実施例において、シリンダ穴（シリンダ穴径）は１０８ｃｍであり、エンジンの全出力は１１０，４００ｋＷである。
【００１４】
このエンジンは、典型的に、２行程クロスヘッドエンジンであり、この場合、全く従来通りに、ピストンは、クロスヘッドを介して接続ロッドに接続されたピストンロッド上に取り付けられ、該接続ロッドの下端は、クランク軸のクランク（図示せず）内にてクランクピンに取り付けられている。このエンジンは、また、ピストンが接続ロッドに直接接続された型式の４行程エンジンとすることもできる。図１の縦破線は、クランク軸に対する関連する接続部材を有する各シリンダと関係したピストンを示す。
【００１５】
該クランク軸は、少なくとも３つのクランクのような、幾つかのクランクを各々が保持する幾つかのセクションに分けて製造される。エンジンを組み立てるとき、これらのセクションは個別にベッド・プレートまで持ち上げられ、且つ主軸受の下側軸受上に配置することができ、そのとき、これらのセクションは、そのセクション上の接合フランジ部品を、ボルトを使用する等によりフランジ継手５内でクランプ止めすることにより、一体の軸となるように組み立てられる。簡単な設計において、フランジ部品は、各セクションにおける突出しフランジから成るものとし、一方のフランジは、完全に従来通りにねじ付き穴を有し、他方のフランジは、接合ボルト穴を有し、また、その双方のフランジが、接合ボルト穴を有するようにし、その場合、ナットと共に通しボルトを使用する。フランジを周方向に正確に案内するため、フランジには、案内ピン及び案内穴をそれぞれ設けることができる。これと代替的に、一方のフランジ部品をクランクの側面に形成し、他方のクランク部分上における通常の半径方向突出しフランジをこのクランクの側面にクランプ止めすることができる。更に、フランジ継手を相互に係合する２つの部分として設計し、その一方の部分が他方の部分に半径方向に重なり合うようにすることも可能である。
【００１６】
図１の左側部に図示したクランク軸セクション４ａは、フランジ継手５の左側に配置された８つのシリンダ２と関連しており、図１の右側に図示したクランク軸セクション４ｂは、フランジ継手の右側に配置された残りの７つのシリンダ２と関連している。その右端部において、クランク軸４には、スラスト軸受（スラスト・ベアリング）６が設けられており、該クランク軸４は、中間軸７を介してプロペラ軸（図示せず）と接続されている。クランク軸の左端部にはフライホイール８が設けられている。
【００１７】
該エンジンは、相互に分離しているが、順次に配置された第一のカム軸９及び第二のカム軸１０を有している。カム軸の各々は、該カム軸上に締結された多数のカムディスクにより相互に異なるシリンダに作用し、そのカムディスクは、シリンダ当たり２つのカムディスクとし、その一方のカムディスクが燃料ポンプを作動させ、その他方のカムディスクが従来の且つ周知の方法で排気弁１１を作動させるものとする。
【００１８】
カム軸９、１０は、各カム軸に対するカム軸駆動装置１２によりクランク軸によって駆動される。カム軸駆動装置は、１つ又は２つ以上のチェーンがスプロケット歯車により駆動されるチェーン駆動装置として形成され、該スプロケット歯車は、歯付きリングにより形成することができる。該歯付きリングは、その一方が第一のカム軸９に対しフランジ継手５に取り付けられ、他方が第二のカム軸１０に対しクランク軸の端部にあるスラスト軸受６のスラストカラー周面に取り付けられる。該チェーンは、図１の関係したカム軸の右端部に取り付けられた駆動歯車１３を引っ張る。該カム軸駆動装置は、また、例えば、スプロケット歯車接続部、１つ又は２つ以上の中間歯車を駆動するクランク軸におけるスプロケット歯車のようなその他の設計とすることも可能であり、この中間歯車は、また、クランク軸の駆動歯車１３を駆動する。カム軸駆動装置の型式に関係なく、クランク軸におけるスプロケット歯車とカム軸における駆動歯車との間の接続部は参照番号１３で示してある。
【００１９】
その他の実施形態の以下の説明において、簡略化のため、同一型式の部品に対し上記と同一の参照番号を使用する。
図２には、クランク軸が３つのセクション４ａ、４ｂ、４ｃから組み立てられた１つの実施の形態が図示されており、２つのカム軸９、１０を駆動するために使用されるスプロケット歯車を各々保持する第一及び第二のフランジ継手５の双方が配置される。カム軸上において、カム軸駆動装置は、カム軸の両端からある距離離れて取り付けられる。
【００２０】
図３の実施の形態において、クランク軸４は、同様に、３つのセクションに分けて製造され、関係したカム軸駆動装置に対し第一及び第二のフランジ継手が使用され、該クランク軸の右端部には、同様に、カム軸駆動装置用のスプロケット歯車が設けられたスラスト軸受（スラスト・ベアリング）６が更に設けられている。図３のエンジンは、相互に分離しているが、順次に配置された３つのカム軸９、１０、１４を有している。
【００２１】
該エンジンは、また、上述した数以外のその他の数のシリンダを備えることができる。例えば、全出力が９１，６１７ｋＷ、シリンダ穴径が９８ｃｍの１６シリンダイン・ライン形エンジンとし、クランク軸をそれぞれ長さ１２．１ｍ、１１．７ｍ及び９．８ｍの３つのセクションに分けて製造し且つそれぞれのクランク軸が６本、６本及び４本のシリンダと関係するようにすることができるが、カム軸の長さは過度に長くないことが好ましいが、１つ又は２つ以上の軸は、エンジンの全長の２分の１以上の長さであるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるイン・ライン形エンジンの側面図である。
【図２】本発明によるイン・ライン形エンジンにおけるカム軸系の１つの実施の形態の概略図である。
【図３】図２のカム軸系の別の実施の形態の概略図である。
【符号の説明】
１ イン・ライン形エンジン ２ シリンダ
４ クランク軸 ４ａ、４ｂ、４ｃ セクション
５ フランジ継手 ６ ベアリング
７ 中間軸 ８ フライホイール
９ 第一のカム軸 １０ 第二のカム軸
１１ 排気弁 １２ カム軸駆動装置
１３ 駆動歯車 １４ カム軸

Claims (6)

1. カム軸系と、ボルト止めしたフランジ継手（５）により端部同士を合わせて相互に固定された少なくとも２つのセクションからなるクランク軸（４）と、少なくとも６０ｃｍのシリンダ穴が形成された少なくとも８本のシリンダ（２）とを有する、単一のディーゼル型イン・ライン形エンジンにおいて、シリンダ穴が１４０ｃｍ以内であり、最大で３０本のシリンダ（２）を有し、前記イン・ライン形エンジンの長手方向に順次に配置された少なくとも２つのカム軸（９、１０）を有し、前記少なくとも２つのカム軸は、互いに別々のシリンダに連係し、前記クランク軸（４）により駆動される対応のカム軸駆動装置（１２）を有し、これにより、前記カム軸及び前記カム軸駆動装置にかかる負荷を小さくして、個々の前記カム軸及びエンジン全体の作動の信頼性を高めたことを特徴とする、単一のディーゼル型イン・ライン形エンジン。
2. 請求項１による単一のイン・ライン形エンジンにおいて、第一のカム軸（９）と第二のカム軸（１０）とを備え、第一のカム軸のカム軸駆動装置（１２）が、カム軸の端部で且つ２つのクランク軸セクション間のフランジ継手（５）に取り付けられ、第二のカム軸のカム軸駆動装置（１２）がカム軸の端部で且つクランク軸の端部に取り付けられることを特徴とする、単一のイン・ライン形エンジン。
3. 請求項１による単一のイン・ライン形エンジンにおいて、第一のカム軸（９）と第二のカム軸（１０）とを備え、第一のカム軸のカム軸駆動装置（１２）が該カム軸の両端部からある距離離れ且つクランク軸のセクション間の第一のフランジ継手（５）に取り付けられ、第二のカム軸のカム軸駆動装置（１２）が該カム軸端部からある距離離れ且つクランク軸のセクション間の別のフランジ継手（５）に取り付けられることを特徴とする、単一のイン・ライン形エンジン。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載の単一のイン・ライン形エンジンにおいて、個々のシリンダ（２）の出力が少なくとも７，０００ｋＷであることを特徴とする、単一のイン・ライン形エンジン。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の単一のイン・ライン形エンジンにおいて、全出力が少なくとも９０ＭＷであることを特徴とする、単一のイン・ライン形エンジン。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の単一のイン・ライン形エンジンにおいて、全長が少なくとも２８ｍであり、カム軸（９、１０）の少なくとも１つの長さが該イン・ライン形エンジンの全長の４８％以下であることを特徴とする、単一のイン・ライン形エンジン。

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