JP3867064B2 - Crosshead type large two-stroke internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク軸のための主軸受を伴う台板と、クロスヘッドのための案内面を支持する横補剛材を有する、台板上に取り付けられているA形状のクランクケースのフレームと、控えボルトにより台板に留められているA形状のクランクケースのフレーム上に取り付けられているシリンダフレームとを備えるクロスヘッド型の大型2行程内燃機関に関し、ここで、シリンダフレームは、シリンダライナを受け支えるための少なくとも1つの円形の穴を備えるほぼ平坦な上板と、クランク軸にほぼ平行な2つの外側壁と、該外側壁を互いに連結する少なくとも2つの横壁とを備える溶接された構造体からなる。シリンダフレームは、シリンダライナ、カム軸および掃気タンクを支えるための支持体を形成する。
【0002】
【従来の技術】
「K98MC Project Guide Two-Stroke Engines」第2版(1999年、エムエーエヌ・ビー・アンド・ダブリュ・ディーゼル・エーエス)で周知のように、大型2行程機関のシリンダフレームは、複数のシリンダのための一体鋳造物として、または超大型の機関の場合シリンダ毎の複数のユニットを有する一体鋳造物として、もっぱら鉄鋳造によって製造される。カム軸ハウジングは、シリンダフレームとともに1つのユニットとして鋳造される。シリンダライナを受け支えるための少なくとも1つの円形の穴を備えるほぼ平坦な上板は、シリンダフレーム上に取り付けられる。
【0003】
50cm以下のシリンダを備える機関の場合、シリンダフレームとカム軸ハウジングは1つのユニットとして鋳造される。60ないし70cmのシリンダを備える機関の場合、一般的にシリンダフレームとカム軸ハウジングは2つのシリンダを収容する複数のブロックに鋳造される。80cm以上のシリンダを備える超大型の機関の場合、一般的に、シリンダフレームは、シリンダを1つだけ収容する複数のブロックに鋳造される。大型機関のシリンダフレームは、小さなユニットに分割しなければ、全体重量では、機関組み立て施設のクレーンの最大運搬荷重を超えてしまう。さらに、今日の鋳造技術では、鋳造できる物体の最大サイズに限界がある。鋳造によるシリンダフレームの製造は、比較的安価で成熟した技術であるが、大型機関のシリンダフレームを分割することによって余分な製造費が発生してしまう。
【0004】
例えばシリンダフレームの上面を平坦に機械加工するために、ユニットを1つずつ平坦なミラー上に持ち上げる。次いで、それらをボルトで留め、シリンダフレームを機械加工する。しかし、該製造工程では、シリンダフレーム自体を機械加工する前と後、機関を試運転する前と後、および、船舶または発電所など機関が作動する場所に設置する際に、シリンダフレームの組み立ておよび解体を行う必要が出てくる。このように、こういったシリンダフレームは、これら各ステップにおいて複数のユニットからの組み立ておよび調整、およびその逆を行わねばならないため、超大型機関には、大量の資源が余分に費やされる。さらに、シリンダフレームの各ユニット間の連結は、組み立て時に、強力且つ精密にしなければならない。したがって、ここで採用されるボルト留めによる連結には、費用も手間もかかる。
【0005】
特許出願DK1405/92から、溶接された板からなるシリンダフレームを備えたクロスヘッド型の大型2行程内燃機関が周知である。控えボルトによってフレームボックスおよびシリンダフレームに伝えられる変化する大きな圧縮力に耐えられるシリンダフレームの厚い側壁が、クランクケースフレームの外壁の真上に配置される。よって、クランクケースフレームの外壁も、上述した控えボルトによって伝えられる大きな力に耐えることができなければならず、その厚さは側壁の厚さに相当する厚さとなる。この結果、クランクケースフレームの重量が大幅に増加し、ひいては機関全体の重量が増加する。さらに、シリンダフレームは、クランクケースフレームの上面の全体幅を超えていなくてはならない。これによって、シリンダフレームは比較的大きくなり、長手方向に伸びる付加的な壁が、シリンダフレームの上板を支えるのに必要となる。したがって、こういったシリンダフレームは比較的重くなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
こういった背景のもと、本発明は、上述の問題が克服された、最初に述べた種類のクロスヘッド型の大型2行程内燃機関を提供することを目的とする。この目的は、請求項1の、クランク軸のための主軸受を伴う台板と、クロスヘッドのための案内面を支持する横補剛材を有する、台板上に取り付けられているA形状のクランクケースのフレームと、控えボルトにより台板に留められているA形状のクランクケースのフレーム上に取り付けられているシリンダフレームとを備えるクロスヘッド型の2行程内燃機関によって達成され、ここで、シリンダフレームは、シリンダライナを受容し支えるための少なくとも1つの円形の穴を備えるほぼ平坦な上板と、クランク軸にほぼ平行な2つの外側壁と、該側壁を互いに連結する少なくとも2つの横壁とを備える溶接された構造体からなり、該側壁は、案内面上に載るように、案内面のほぼ真上に配置される。
【0007】
板を、鉄鋳造された構造ではなく、溶接された構造とすることによって、シリンダフレームを軽量化することができる。超大型機関の複数のシリンダライナを支持するための、本発明による一体鋳造型シリンダフレームは、現在のクレーンの荷重能力でも持ち上げることができる。さらに、シリンダフレームの厚い側壁がクランクケースフレームの案内面上に載るように、該側壁を該案内面のほぼ真上に配置することによって、機関の作動中に控えボルトによってフレームボックスおよびシリンダフレームに伝えられる変化する大きな圧縮力に耐えるのに必要な圧縮剛性を維持したまま、機関構造全体を軽量化できる。
【0008】
側壁と支持用案内面が、控えボルトによって機関構造に及ぼされる力の大部分を負担するようにしてよく、よって残りの構造部分を軽量化できる。
【0009】
上板の平面に沿った断面がほぼ長方形である中空体を形成するように、側壁と横壁を溶接してよい。
【0010】
側壁を、互いの方に好ましくは0度から10度傾斜し、上板に対しては好ましくは2度から10度傾斜するように配置してよい。この結果、側壁の上面と円形の穴との間の距離が縮む。よって、控えボルトによって伝えられる力の影響を受けても、上板が曲がりにくくなる。結果として、上板と側壁との間の継ぎ目における応力レベルが低下する。
【0011】
各シリンダの間に横壁を設け、前記断面がほぼ長方形である中空体を分割し、各シリンダを収容する断面がほぼ正方形の中空体を形成してよい。よって、上板は、シリンダライナを受ける各凹部の周囲に支持される。
【0012】
各凹部周囲での上板の支持を改善するために、上板の平面に沿った断面がほぼ八角形である中空体が形成されるように、さらに別に4つの壁を、断面がほぼ正方形である中空体内に設けてもよい。
【0013】
シリンダフレームにはさらに、側壁からほぼ直交する方向に延びる拡張壁を、好ましくは横壁の平面に沿って設けてもよく、該拡張壁の少なくとも1つと、側壁の1つと補強壁とで、控えボルトの1つが通る第一の中空部分が形成される。
【0014】
A形状のクランクケースのフレームにも、控えボルトが通る中空部分を設けることができる。該第二の中空部分は、横補剛材と、案内面の1つと補強壁とによって形成される。
【0015】
好適には、第一の中空部分は、第二の中空部分上に載るように、該第二の中空部分のほぼ真上に位置する。よって、これらの中空部分は、控えボルトによってフレームボックスおよびシリンダフレームに伝えられる変化する大きな圧縮力に耐える、当該構造体にとって不可欠な部分をなす。
【0016】
第一の中空部分および第二の中空部分の断面は、実際上の理由で、ほぼ三角形である。
【0017】
控えボルトにより及ぼされた変化する力がシリンダライナから側壁に伝わることで上板が曲がるということは、上板と側壁との間の連結部の潜在的な疲労問題を提示する。上板と側壁との間の継ぎ目における応力を低減する方法の1つとして、溶接部付近に延びる横断面が好適にはアーク型、最も好適には半円形または半楕円形または同様の形状である切り欠き部を、上板の底面に設けることが挙げられる。これによって、疲労問題を増幅させるいわゆる切り欠き効果が概ね回避される。
【0018】
上板と側壁との間の連結部の疲労問題は、隅肉溶接により上板を側壁および/または横壁に連結することで緩和してもよい。ここで、上板と側壁との間の隅肉溶接による継ぎ目には機械加工を施し、溝を設ける。
【0019】
シリンダフレームは、パッキン箱を受けるための円筒形の穴を備えた鋼板からなる底板をさらに備えてよい。
【0020】
より一層剛性かつ強力なシリンダフレームを得るために、側壁および/または横壁を鋼板、好ましくは圧延鋼板で形成してもよい。
【0021】
本発明によるシリンダフレームのさらなる目的、特徴、利点および特性は詳細な記述により明らかになる。
【0022】
次の詳細な記述では、図面に示した例示的な実施形態を参照しながら、本発明の詳細を説明する。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下の詳細な説明では、好適な実施形態によって本発明を説明する。図1は、先行技術による機関を図示するものであって、本発明の機関よりも高さおよび幅共に大きい。
【0024】
図2は大型の12シリンダ2行程内燃機関1であって、クランク軸22の主軸受を有する台板7から構築されている。台板7は、利用可能な製作設備に合わせて適切な大きさの部分に分割されている。台板は、溶接した背の高い長さ方向のガーダと、それに交差する、鋳鋼軸受支持体を伴う溶接した横方向のガータからなり、鋳鋼軸受支持体を伴っている。溶接設計のA形状のクランクケースのフレーム2は台板7上に搭載されている。クランクケースのフレームは、各シリンダの間に通る横板9の形態の補剛材を有し、該補剛材が、A形状のクランクケースのフレーム2の先端部から底部にかけて、クランクケースのフレーム2の長さ方向に延びる外壁10を相互に連結しているために、クランクケース2の横方向の剛性が増加している。
【0025】
クロスヘッド21に働く横方向の力を受けるための鉛直方向の案内面13が、例えば溶接により板壁9に取り付けられている。内部板壁9の両側には、2枚の案内面13が互いに横方向に向かい合うように配設されている。各案内面13の後側は鉛直方向に延びる補助壁14により支えられており、補助壁14は該案内面を板壁9に連結している。図示したように、補助壁14は板壁と鋭角をなす平坦な板部材としてもよいが、水平方向に円の4分の1、または楕円の4分の1形状の断面を有する補助壁14を用いることもできる。すなわち、補助壁は板壁9に対してほぼ直角になるように延びていてもよい。案内面13、補助壁14および板壁9はねじり剛性が高い中空部分を形成し、該中空部分内に控えボルトを受容する。
【0026】
図7に最もよく示すように、2個のシリンダフレーム30、30’は、A形状のクランクケースのフレーム2の先端部に直列に並んで搭載される。各シリンダフレーム30、30’は、機関1の6本のシリンダライナ6を搭載している。3個のシリンダフレームを有する機関、または5本のシリンダを伴うシリンダフレームと6本のシリンダを伴うシリンダフレームを有する11本のシリンダを有する機関など、他の構成も当然可能である。
【0027】
シリンダライナ6は合金鋳鉄からなる。シリンダライナ6の頂部には冷却のための穴が開いており、短い冷却ジャケットを有する。シリンダライナ6は掃気ポートを有し、シリンダ潤滑装置のため穿孔されている。シリンダフレーム30、30’は片側にカム軸ハウジング3を搭載している。掃気タンク4はシリンダフレーム30、30’の他方の側に沿って延びる。掃気タンク4には、掃気を圧縮するターボ過給機ユニット8、および個々のシリンダからの変動する圧力を均等化する排気溜め11が搭載される。ターボ過給機8の圧縮機が機関室からエアフィルタを通して空気を吸い込み、圧縮空気は2つ以上のターボ過給機8に共有されうる掃気冷却器で冷却される。掃気冷却器は蒸気捕獲器を備え、該蒸気捕獲器により凝縮液が空気と共に掃気タンクおよび燃焼室へ運ばれることが防止される。
【0028】
図4および図5には、シリンダフレーム30が示されている。(シリンダフレーム30’はシリンダフレーム30と同一である。)シリンダフレーム30は、長さ方向に延びてシリンダフレーム30、30’の側壁を形成する2枚の鋼板32、33を備える。側壁32、33は、横方向に延びてシリンダフレーム30の前壁および後壁34、35を形成する鋼板により互いに連結されている。側壁32、33および前壁と後壁34、35を溶接することにより、ほぼ長方形の断面を有する中空の構造が形成される。後壁および前壁34、35は、構造の重量を低減するために互いの方へ傾斜していてもよい(図示せず)。横方向に延びる補助の鋼板36が各シリンダの間に配設されており、よってシリンダフレームの長方形の断面が正方形の部分に分割されている。横方向の補助の鋼板36は、シリンダフレームの側壁32、33に溶接されている。図6(a)に示す別の好ましい実施形態によると、さらに、側壁と補助壁のそれぞれに対して概ね45度の角度で鋼板37がシリンダ毎に4枚設けられており、これによりシリンダフレームの内側の断面は概ね八角形となっている。
【0029】
シリンダフレームは通常の鋼板またはインゴットで作ることができる。好ましい実施形態によると、シリンダフレームを構成する鋼板は圧延鋼板である。しかし、上板は、例えば鋳鋼などその他任意の溶接可能な材料で構成してよい。
【0030】
上板31はシリンダライナ6を受容し支持するための円形の穴39を有し、側壁32、33および前壁、後壁34、35を形成する鋼板、ならびに横方向に延びる補助の鋼板36に溶接されている。側壁32には穴38が開いており、各シリンダについてシリンダフレーム30内に掃気が送りこめるようになっている。さらに、上板31の長さ方向の縁には互いに近接して配置された2個1組の穴40が開いており、これに控えボルト16を受容する。
【0031】
図5に最もよく示すように、好ましい実施形態において、側壁32、33は互いの方へ傾斜している。したがって、シリンダフレーム30の上面における側壁32、33間の距離は、底面における壁32、33間の距離より小さい。上板31と側壁32、33との傾斜角度は、好ましくは約2度から約10度の間であるが、0度から20度の間のいかなる角度でもよい。側壁32、33を互いの方向へ傾くように配置することによって、機関の作動中にシリンダライナ6および控えボルト16により上板31にかかる変化する大きな力に反応して上板が曲がることにより生じる機械的な応力は、上板31と側壁32、33の間の溶接により形成された継ぎ目において低減する。
【0032】
別の好ましい実施形態では、図8および図9(a)に示すように、側壁32、33を上板31との角度が90度になるように配置する。溶接部41、42に形成されている側壁間の継ぎ目における機械的な応力は、溶接部にそって延びる切り欠き部43、44を形成することにより低減する。切り欠き部43、44の断面は半円形である。断面は半楕円形などでもよい。
【0033】
別の好ましい実施形態によると、図9(b)に最もよく示すように、上板31は隅肉溶接部48により側壁32、33に連結される。隅肉溶接部48と側壁32、33の間の継ぎ目、および隅肉溶接部48と上板31の間の継ぎ目には、例えば研削などの機械加工により好ましくはほぼ半円の溝49、49’が形成され、各板と隅肉溶接部48の間の機械的応力を低減する。
【0034】
側壁32、33の底部からフランジ45が水平方向に延びている。垂直に延びるリブ46が、カム軸ハウジング3に面する側壁33に溶接されている。カム軸ハウジングを搭載するためのフランジ47はリブ46に溶接されている。支持板53はフランジ47の端部と側壁33に溶接されており、控えボルト16を受容する三角形の部分を形成している。カム軸なしに構成される機関の場合、支持板53は壁33およびリブ46に溶接される。
【0035】
横断方向に延びる拡張板50が掃気タンク4に面する側壁32に溶接されている。拡張板50には穴51が開いており、掃気が通過できるようになっている。掃気タンク4の上板を形成する板52は拡張板50と上板31に溶接されている。各拡張板50の両側から側壁32に向かって鋭角をなして補強板53が延び、各拡張板50のそれぞれの側に断面が概ね三角形の中空部分を形成している。拡張板50、補強板53、および側壁32はねじり剛性および圧縮剛性の高い中空部分を形成しており、該中空部分が控えボルト16を受容する。
【0036】
実質的に正方形の底板54がシリンダフレーム30の内側の表面に溶接されている。ピストン棒のパッキン箱を受容するための円形のフランジ55が底板54の中心にある対応する穴に溶接されている。
【0037】
シリンダフレーム30、30’および台板7は、シリンダフレーム内の中空部分およびA形状のクランクケースのフレーム2の中空部分の内部にあって、シリンダフレーム30、30’の上板31からA形状のクランクケースのフレーム2の底部まで延びる、互いに近接して配置された2個1組の控えボルト16により固定されている。したがって、これらの中空部分は控えボルトの経路として機能し、機関1が作動しているとき、控えボルトによりフレームボックス2およびシリンダフレーム30、30’に伝わる変化する大きな圧縮力に耐えるのに必要な圧縮剛性を、シリンダフレーム30、30’およびA形状のフレームボックス2に提供する。控えボルト16の下端は、台板7の上部にあるねじ穴に適切に固定される。シリンダフレーム30、30’の中空部分、およびクランクケースのフレーム2の中空部分の断面は同じで、クランクケースのフレーム2の中空部分の真上にシリンダフレーム30、30’の中空部分が配置されているのが好ましい。図5に最もよく示すように、シリンダフレーム30、30’上のカム軸ハウジング側にある中空部分は、カム軸ハウジング3を取り付けるためのフランジ47で「遮断」されていてもよい。
【0038】
図7に最もよく示すように、掃気タンク4の各区画を形成するC形状の板56が、拡張板50の間に溶接されている。したがって掃気タンク4の内部空間は密閉されている。よってシリンダフレーム30、30’の側壁32は掃気タンク4の側壁も形成する。側壁32を掃気タンク4およびシリンダフレーム30、30’双方の側壁として利用することで、掃気タンク4とシリンダフレーム30、30’は非常に小型の1つの装置になる。これにより、ターボ過給機8を低い位置に配置することができ、したがって排気溜め11を低い位置に配置してエンジン1全体の高さを低減できるので、特に有利である。排気溜め11は、拡張板50上に直接置かれるブラケット63に搭載される。ターボ過給機8と排気溜め11が相対的に低い位置にあることにより、排気溜め装置全体の固有振動数が増加する。排気溜め11の剛性が増加すると、排気溜め11をより少ないユニットに分割することが可能になるので、製作コストを低減できる。
【0039】
掃気タンク4は複数の異なる区画から構築される。各シリンダフレームは、ターボ過給機8および冷却器ハウジング58を取り付けるための1つまたは2つの専用区画57を備える。ターボ過給機を備える区画57は溶接設計で、平坦な上板と、冷却器から出る空気を受容する穴を下部に備える。冷却器ハウジングは、ターボ過給機を出た圧縮空気を受容するための穴が設けられた上板を備え、拡張板にボルトまたは溶接により取り付けられている。ターボ過給機8のフランジは、冷却器ハウジング58の上板にボルトで取り付けられる。熱交換機の形態の中間冷却器が冷却器ハウジングの内部に配設される。冷却器ハウジングは掃気タンクの複数の区画に亘って延びていてよく、1つ以上のターボ過給機(図示せず)を備え、またそのために機能することができる。掃気タンク4の別の専用区画60は補助ブロワ61の吸入口を備える。冷却器ハウジング58はディフューザ部分を有するような形状とすることができ、よってディフューザ部分にターボ過給機8と並列または直列に挿入される、羽根車を伴う電気モータとして補助ブロワを設置できる。
【0040】
掃気タンク4は12の区画から構築されている。標準C形状区画56が6つ、ターボ過給機を備える区画57が3つ、補助ブロワ区画60が3つである。掃気タンク4は、2つのシリンダフレーム30、30’の外側の拡張板50の間に直列に配置された単一の円形連絡区画62により、2つのシリンダフレーム30、30’を連結している。拡張板間の区画を溶接することにより、シリンダフレームと掃気タンクは、剛性が高く安定した一体的構造を形成することができる。
【0041】
掃気タンク4に基準寸法設計を用いることにより、個々の区画は比較的小さい作業場で製作できる。
【0042】
機関を機関室の側壁(図示せず)に連結する上部ブレーシング71は(図2参照)拡張板50に連結されている。拡張板50は、拡張板の鉛直方向の拡張部分に沿う任意の位置で上部ブレーシングに取り付けることができる。したがって上部ブレーシングの高さは、例えば機関室のデッキの高さなどに合わせて容易に調節することができる。
【0043】
図11に最もよく示すように、掃気タンク4を搭載するシリンダフレーム30、30’の横断面は概ね長方形で、この形状は、製造時にユニットとして取り扱い、機械加工を施すのに実用的である。
【0044】
説明のために本発明の詳細を述べたが、そのような詳細は単に説明のためであり、当業者は本発明の範囲を逸脱することなく変更を加えることができる。
【0045】
したがって、開発された環境に関連させながら装置および方法の好ましい実施形態を述べたが、それらは単に本発明の原理を説明するためのものである。本発明の精神および添付の請求項の範囲を逸脱することなく、その他の実施形態および構成を考えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の機関の断面図である。
【図2】 機関の断面図である。
【図3】 部分拡大図であり、図1の線Ib―Ibにおける機関の断面図である。
【図4】 シリンダフレームの斜視図である。
【図5】 シリンダフレーム上部の部分的断面図である。
【図6】 図6(a)および図6(b)はシリンダフレームの別の構成の断面図である。
【図7】 シリンダフレームに搭載されている掃気タンクの斜視図である。
【図8】 シリンダフレームと掃気タンクの詳細を示す断面図である。
【図9】 図9(a)は応力を低減する切り欠きを伴う溶接部の詳細を示す。図9(b)は応力を低減する溝を伴う溶接部の詳細を示す。
【図10】 シリンダフレームおよび掃気タンクの別の構成のさらに詳細な断面図である。
【図11】 結合されたユニットの外形を表す、シリンダフレームおよび掃気タンクの斜視図である。
【符号の簡単な説明】
1 大型の12シリンダ2行程内燃機関
2 クランクケース、クランクケースのフレーム、フレームボックス
3 カム軸ハウジング
4 掃気タンク
6 シリンダライナ
7 台板
8 ターボ過給機
9 横板、板壁
10 クランクケースのフレーム2の長さ方向に延びている外壁
11 排気溜め
13 案内面
14 補助壁
16 控えボルト
21 クロスヘッド
22 クランク軸
30、30’ シリンダフレーム
31 上板
32 側壁
33 側壁
34 前壁
35 後壁
36 横方向に延びる補助の鋼板
37 鋼板
38 側壁32の穴
39 円形の穴
40 2個1組の穴
41、42 溶接部
43、44 切り欠き部
45 フランジ
46 リブ
47 フランジ
48 隅肉溶接部
49、49’ 半円の溝
50 拡張板
51 拡張板50の穴
52 掃気タンク4の上板を形成する板
53 補強板
54 底板
55 円形のフランジ
56 C型形状の板
57 ターボ過給機を受容する専用区画
58 冷却器ハウジング
60 補助ブロワを受容する専用区画
61 補助ブロワ
62 円形連絡区画
63 ブラケット
71 上部ブレーシング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a base plate with a main bearing for a crankshaft, a frame of an A-shaped crankcase mounted on the base plate, having a lateral stiffener that supports a guide surface for a crosshead. , A crosshead type large two-stroke internal combustion engine comprising a cylinder frame mounted on a frame of an A-shaped crankcase fastened to a base plate by a retaining bolt, wherein the cylinder frame includes a cylinder liner A welded structure comprising a substantially flat top plate with at least one circular hole for receiving and supporting, two outer walls substantially parallel to the crankshaft, and at least two lateral walls connecting the outer walls together. Consists of. The cylinder frame forms a support for supporting the cylinder liner, camshaft and scavenging tank.
[0002]
[Prior art]
As is well known in “K98MC Project Guide Two-Stroke Engines”, 2nd edition (1999, MBN and WV Diesel AES), the cylinder frame of a large two-stroke engine is a single unit for multiple cylinders. It is produced exclusively by iron casting as a casting or as an integral casting with a plurality of units per cylinder in the case of very large engines. The camshaft housing is cast as a unit with the cylinder frame. A substantially flat top plate with at least one circular hole for receiving and supporting the cylinder liner is mounted on the cylinder frame.
[0003]
In the case of an engine having a cylinder of 50 cm or less, the cylinder frame and the camshaft housing are cast as one unit. For engines with 60 to 70 cm cylinders, the cylinder frame and camshaft housing are typically cast into a plurality of blocks containing two cylinders. In the case of a very large engine having a cylinder of 80 cm or more, generally, the cylinder frame is cast into a plurality of blocks that accommodate only one cylinder. If the cylinder frame of a large engine is not divided into smaller units, the total weight will exceed the maximum carrying load of the crane of the engine assembly facility. Furthermore, today's casting technology has a limit on the maximum size of an object that can be cast. Manufacturing a cylinder frame by casting is a relatively inexpensive and mature technology, but dividing the cylinder frame of a large engine causes extra manufacturing costs.
[0004]
For example, to machine the top surface of the cylinder frame flat, the units are lifted one by one on a flat mirror. They are then bolted and the cylinder frame is machined. However, in the manufacturing process, the cylinder frame is assembled and disassembled before and after machining the cylinder frame itself, before and after the engine is commissioned, and when installed in a place where the engine operates, such as a ship or a power plant. Need to do. In this way, such a cylinder frame must be assembled and adjusted from a plurality of units in each of these steps, and vice versa, so that a large amount of resources is consumed in the super-large engine. Furthermore, the connections between the units of the cylinder frame must be strong and precise when assembled. Therefore, the bolted connection employed here is expensive and troublesome.
[0005]
From patent application DK1405 / 92, a crosshead type large two-stroke internal combustion engine with a cylinder frame made of welded plates is known. A thick side wall of the cylinder frame that can withstand the changing large compressive forces transmitted to the frame box and the cylinder frame by the retaining bolt is arranged directly above the outer wall of the crankcase frame. Therefore, the outer wall of the crankcase frame must also be able to withstand the large force transmitted by the above-described retaining bolt, and the thickness thereof corresponds to the thickness of the side wall. As a result, the weight of the crankcase frame is greatly increased, and consequently the weight of the entire engine is increased. Furthermore, the cylinder frame must exceed the overall width of the upper surface of the crankcase frame. This makes the cylinder frame relatively large, and additional walls extending in the longitudinal direction are required to support the top plate of the cylinder frame. Therefore, these cylinder frames are relatively heavy.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of this background, the present invention aims to provide a crosshead type large two-stroke internal combustion engine of the type mentioned at the outset in which the above-mentioned problems have been overcome. The object is that of the A-shape mounted on the base plate according to claim 1, comprising a base plate with a main bearing for the crankshaft and a lateral stiffener supporting a guide surface for the crosshead. Achieved by a crosshead type two-stroke internal combustion engine comprising a crankcase frame and a cylinder frame mounted on a frame of an A-shaped crankcase fastened to a base plate by a retaining bolt, wherein the cylinder The frame includes a generally flat top plate having at least one circular hole for receiving and supporting a cylinder liner, two outer walls substantially parallel to the crankshaft, and at least two lateral walls connecting the side walls to each other. Comprising a welded structure with a side wall disposed substantially directly above the guide surface so as to rest on the guide surface.
[0007]
The cylinder frame can be reduced in weight by making the plate a welded structure rather than an iron-cast structure. The integrally cast cylinder frame according to the present invention for supporting a plurality of cylinder liners of a very large engine can be lifted even with the load capacity of current cranes. Further, by placing the side wall substantially directly above the guide surface so that the thick side wall of the cylinder frame rests on the guide surface of the crankcase frame, the frame box and cylinder frame are attached to the frame box and the cylinder frame by operating bolts during engine operation. The entire engine structure can be reduced in weight while maintaining the compression rigidity necessary to withstand the large changing compressive force transmitted.
[0008]
The side walls and the supporting guide surfaces may bear most of the force exerted on the engine structure by the retaining bolts, thus reducing the remaining structural parts.
[0009]
The side wall and the side wall may be welded so as to form a hollow body having a substantially rectangular cross section along the plane of the upper plate.
[0010]
The side walls may be arranged so as to incline towards each other, preferably from 0 to 10 degrees, and preferably from 2 to 10 degrees with respect to the upper plate. As a result, the distance between the upper surface of the side wall and the circular hole is reduced. Therefore, even if it receives the influence of the force transmitted with a reserve bolt, an upper board becomes difficult to bend. As a result, the stress level at the seam between the top plate and the sidewall is reduced.
[0011]
A horizontal wall may be provided between the cylinders, the hollow body having a substantially rectangular cross section may be divided, and a hollow body having a substantially square cross section for accommodating each cylinder may be formed. Thus, the upper plate is supported around each recess that receives the cylinder liner.
[0012]
In order to improve the support of the top plate around each recess, four additional walls, with a substantially square cross section, are formed so that a hollow body is formed whose cross section along the plane of the top plate is approximately octagonal. You may provide in a certain hollow body.
[0013]
The cylinder frame may further be provided with an extension wall extending in a direction substantially orthogonal from the side wall, preferably along the plane of the lateral wall, and at least one of the extension wall, one of the side walls and the reinforcing wall, A first hollow portion through which one of the two passes is formed.
[0014]
The frame of the A-shaped crankcase can also be provided with a hollow portion through which the retaining bolt passes. The second hollow part is formed by a lateral stiffener, one of the guide surfaces and a reinforcing wall.
[0015]
Suitably, the first hollow portion is positioned substantially directly above the second hollow portion so as to rest on the second hollow portion. Thus, these hollow portions are an integral part of the structure that withstands the changing large compressive forces transmitted by the retaining bolts to the frame box and cylinder frame.
[0016]
The cross sections of the first hollow part and the second hollow part are substantially triangular for practical reasons.
[0017]
The fact that the upper plate bends when the changing force exerted by the retaining bolt is transmitted from the cylinder liner to the side wall presents a potential fatigue problem of the connection between the upper plate and the side wall. One way to reduce the stress at the seam between the top plate and the side wall is that the cross section extending near the weld is preferably arc-shaped, most preferably semi-circular or semi-elliptical or similar. For example, the notch may be provided on the bottom surface of the upper plate. This largely avoids the so-called notch effect that amplifies the fatigue problem.
[0018]
The problem of fatigue of the connection between the upper plate and the side wall may be alleviated by connecting the upper plate to the side wall and / or the side wall by fillet welding. Here, the joint by fillet welding between the upper plate and the side wall is machined to provide a groove.
[0019]
The cylinder frame may further include a bottom plate made of a steel plate having a cylindrical hole for receiving the packing box.
[0020]
In order to obtain a more rigid and strong cylinder frame, the side walls and / or the side walls may be formed of steel plates, preferably rolled steel plates.
[0021]
Further objects, features, advantages and characteristics of the cylinder frame according to the invention will become apparent from the detailed description.
[0022]
In the following detailed description, details of the present invention are described with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following detailed description, the present invention will be described by means of preferred embodiments. FIG. 1 illustrates an engine according to the prior art, both larger and wider than the engine of the present invention.
[0024]
FIG. 2 shows a large 12-cylinder 2-stroke internal combustion engine 1 constructed from a
[0025]
A
[0026]
As best shown in FIG. 7, the two cylinder frames 30 and 30 ′ are mounted side by side in series at the tip of the
[0027]
The
[0028]
4 and 5 show the
[0029]
The cylinder frame can be made of ordinary steel plate or ingot. According to a preferred embodiment, the steel plate constituting the cylinder frame is a rolled steel plate. However, the upper plate may be made of any other weldable material such as cast steel.
[0030]
The
[0031]
As best shown in FIG. 5, in a preferred embodiment, the
[0032]
In another preferred embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9A, the
[0033]
According to another preferred embodiment, the
[0034]
A
[0035]
An
[0036]
A substantially square
[0037]
The cylinder frames 30, 30 ′ and the
[0038]
As best shown in FIG. 7, a C-shaped
[0039]
The scavenging tank 4 is constructed from a plurality of different compartments. Each cylinder frame comprises one or two
[0040]
The scavenging tank 4 is constructed from 12 sections. There are six standard C-shaped
[0041]
By using a reference dimensional design for the scavenging tank 4, the individual compartments can be produced in a relatively small work area.
[0042]
An upper bracing 71 that connects the engine to the side wall (not shown) of the engine room is connected to the expansion plate 50 (see FIG. 2). The
[0043]
As best shown in FIG. 11, the cylinder frames 30 and 30 ′ on which the scavenging tank 4 is mounted have a generally rectangular cross section, which is practical for handling and machining as a unit at the time of manufacture.
[0044]
While details of the present invention have been set forth for purposes of explanation, such details are merely illustrative and one skilled in the art can make modifications without departing from the scope of the invention.
[0045]
Accordingly, while preferred embodiments of the apparatus and method have been described in connection with the developed environment, they are merely illustrative of the principles of the present invention. Other embodiments and configurations can be envisaged without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional engine.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the engine.
3 is a partially enlarged view, and is a cross-sectional view of the engine taken along line Ib-Ib in FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a perspective view of a cylinder frame.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of an upper portion of a cylinder frame.
FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views of another configuration of the cylinder frame.
FIG. 7 is a perspective view of a scavenging tank mounted on a cylinder frame.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing details of a cylinder frame and a scavenging tank.
FIG. 9 (a) shows details of a weld with a notch that reduces stress. FIG. 9 (b) shows details of the weld with a groove that reduces stress.
FIG. 10 is a more detailed cross-sectional view of another configuration of the cylinder frame and scavenging tank.
FIG. 11 is a perspective view of a cylinder frame and a scavenging tank, showing the outer shape of the combined unit.
[Brief description of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Large 12-cylinder 2-stroke
Claims (13)
前記シリンダフレーム(30)は、シリンダライナ(6)を受容し支えるための少なくとも1つの円形の穴(39)を備えるほぼ平坦な上板(31)と、クランク軸(22)にほぼ平行な2つの外側壁(32、33)と、前記側壁(32、33)を互いに連結する少なくとも2つの横壁(34、35、36)とを備える溶接された構造体からなり、
前記控えボルト(16)によって前記シリンダフレーム(30、30’)および前記A形状のクランクケースのフレーム(2)に及ぼされる力の大部分を、前記側壁(32、33)及び前記案内板(13)が負担しうるように、前記側壁(32、33)を前記案内板(13)に乗り掛かるように前記案内板のほぼ真上に配置した
ことを特徴とする2行程内燃機関。A base plate (7) with a main bearing for the crankshaft (22) and a lateral stiffener mounted on the base plate (7) and supporting a guide plate (13) for the crosshead (21) A frame (2) of an A-shaped crankcase having (9) and a cylinder mounted on the frame (2) of the A-shaped crankcase and fixed to the base plate (7) by a retaining bolt (16) A crosshead type two-stroke internal combustion engine comprising a frame (30, 30 '),
The cylinder frame (30) includes a substantially flat top plate (31) having at least one circular hole (39) for receiving and supporting a cylinder liner (6), and two substantially parallel to the crankshaft (22). Consisting of a welded structure comprising two outer walls (32, 33) and at least two lateral walls (34, 35, 36) connecting said side walls (32, 33) to each other;
Most of the force exerted on the cylinder frame (30, 30 ′) and the frame (2) of the A-shaped crankcase by the retaining bolt (16) is used for the side walls (32, 33) and the guide plate (13). The two-stroke internal combustion engine is characterized in that the side walls (32, 33) are arranged almost directly above the guide plate so as to ride over the guide plate (13).
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