JP4057368B2 - 往復機関 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、往復機関、特に船舶を駆動するための2サイクル式大型ディーゼルエンジンに関するものである。この往復機関はクランクシャフトを有し、クランクシャフトは、主ジャーナル部分で対応する複数の主軸受によってラジアル方向に軸受けされると共に、少なくとも1つのスラスト軸受フランジを有し、スラスト軸受フランジは、少なくとも一方の側で対応するスラスト軸受セグメントと協働し、スラスト軸受セグメントは、対応する主軸受に支持されると共に円周方向において拘束され、主軸受の各々は、エンジンフレームに組み込まれて固定された下部と、下部にネジ止めされかつ取り外し可能とされた上部と、を有している。
【0002】
【従来の技術】
同種の装置は、本出願人による独国特許文献4390622T1から公知である。この公知の装置においては主軸受の上部はネジのみによって対応する下部と連結されているが、主軸受構造に組み込まれてはいない。従って、上部は取り外し可能な被覆キャップとしての機能を有するのみである。ゆえにこの場合、スラスト軸受セグメントは、主にそれぞれ対応する主軸受の下部のみに支持されるので、360°の円周全体にわたって均等に支持することができない。このため、スラスト力はスラスト軸受フランジの円周の一部にしか伝わらない。従って、スラスト軸受フランジの円周が比較的大きくなければならないと共に、軸方向の不安定さを避けるためにスラスト軸受フランジの厚みも比較的大きくしなければならない。その結果、比較的重量がかさみ、場所を取る構成になる。さらに、円周の一部にしか配設されていないスラスト軸受セグメントに均等に負荷がかからないおそれがあり、それによって摩耗が増大する可能性がある。公知の装置のさらなる不利点は、スラスト軸受セグメントを円周方向に拘束するために、さらなる拘束部材が必要とされることである。これらの点から公知の装置は、簡単で確実な構成を有しているとは言い難い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
以上の点から本発明の課題は、前記のものと同種の往復機関を簡単で廉価な手段によって、比較的軽くコンパクトな構成と運転の高度な確実性が保証されるように改善することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
このような課題は本発明により以下のように解決される。スラスト軸受セグメントは360°の円周にわたって配分され、対応する主軸受の下部と上部とによって支持され、スラスト軸受セグメントが配設される主軸受の各々の面には、360°にわたって周回する受け溝が形成され、受け溝の上部領域には、上方が開放された挿入溝が形成され、挿入溝の入り口は対応するスラスト軸受セグメントと協働し、上部に固定可能な固定装置によって閉鎖可能とされ、スラスト軸受セグメントが配設される個々の主軸受の上部の側面には、それぞれに対応する下部のフレームに固定された側部が当接し、垂直方向に形成された溝と凸条による連結によって係合している。
【0005】
スラスト軸受セグメントは挿入溝を介して対応する受け溝に挿入され、その後受け溝内で円周全体にわたって配分される。このとき最後にガイドされるスラスト軸受セグメントは好ましくは好適な突起によって挿入溝の側部に好適に支持され、これにより全てのスラスト軸受セグメントは円周方向において拘束される。スラスト軸受セグメントが360°の円周全体に配分されているために、外径が比較的小さくても軸受面は比較的大きくなり、その結果、外径が比較的小さくても、許容される面圧を超過することはない。従ってスラスト軸受フランジの直径を比較的小さくすることも可能であり、それによってスラスト軸受フランジは比較的厚みが小さくても目立ったたわみなどを見せない。このように本発明による手段によって半径方向と軸方向に非常にコンパクトな構成が実現される。さらに、スラスト軸受セグメントが360°にわたって配分されているために、スラスト軸受フランジとスラスト軸受セグメントの円周全体に均一に負荷がかかり、この点は摩耗を局部的に増大させないようにするために有利である。主軸受上部と、エンジンフレームに組み込まれた対応する下部とを溝−凸条形態で連結することによって、実際に上部が好適に主軸受構造に組み込まれ、それによってスラスト力が負荷される上部を軸方向に正確に配置し、上部に作用するスラスト力を確実にエンジンフレームに伝達することができる。しかも上部を容易に取り外すことができ、かつ、軸直角方向の所望の柔軟性は保たれるので、燃焼圧力、およびクランクシャフトの回転および振動によって許容できない拘束力が発生することはない。従って、本発明による手段によって、同種の従来技術に見られる上記の不利点は完全に解消することができる。
【0006】
主請求項に記載された手段の有利な実施形態および目的に適ったさらなる構成は下位請求項に記載されている。
【0007】
溝−凸条形態による連結を実現するために、上部の側方に設けられる下部の側部には、それぞれ上部に対向し上方が開放された垂直方向の溝が少なくとも1つ設けられ、この溝に上部の側方に突出する相応の帯状突起が係合する。このような手段により、簡単に高度な確実性が実現される。
【0008】
前記の手段を展開させたさらなる構成は、帯状突起を上部から分離した構成部材として形成し、上部の対応する溝の中に設けるというものである。このような手段により取り外し可能な帯状突起が実現され、その結果、上部の取り付けおよび取り外しを行うための取り付け空間が比較的小さなもので間に合う点が確実となる。取り外し可能な帯状突起は、上部と下部とを連結している少なくとも1つの垂直なネジによって好適に貫通される。この結果、取り外し可能な帯状突起は確実に固定され、固定のためにさらなる構成部材を必要とすることもない。
【0009】
さらなる好適な手段は、挿入溝を介して受け溝に最後に挿入されるスラスト軸受セグメントに、挿入溝内に突出する突起を設け、この突起に固定装置を当接させるというものである。挿入溝内に突出する突起によって、全てのスラスト軸受セグメントを所望のように円周方向において拘束することができる。このような固定装置によって、同時に半径方向においても確実な固定が実現される。挿入溝内に突出する突起は、放射方向においてスラスト軸受フランジよりも高く設けられているので、固定装置がスラスト軸受フランジに衝突するおそれはない。
【0010】
固定装置は、スラスト軸受フランジの側方に設けられた少なくとも2つの主軸受の上部を連結する補強装置として好適に形成される。このように構成すれば、上部に作用するスラスト力が好適に複数の上部に配分されるので、溝−凸条係合部の負担が軽減され、それにより軸方向の配置を特に正確に行うことができる。
【0011】
主請求項に記載された手段のさらなる好適な形成や目的に適った形成は残りの下位請求項に記載されると共に、図面に基づいて以下の実施形態の説明に記載されている。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1〜3または図4〜6に示す2つの実施形態の基本構造は等しい。従って、以下の説明は、断りがなければ双方の実施形態にあてはまる。
【0013】
船舶のエンジンなどに使用されている2サイクル大型ディーゼルエンジンの基本的な構成は周知であるので、本発明との関連において、より詳しく説明する必要はない。
【0014】
図1では部分的にしか示されていないクランクシャフト1は、ピストンの上下運動を回転運動に変換するためにエンジン下部領域に設けられ、エンジンの全長にわたって貫通している。船舶エンジンにおいては、クランクシャフトはスラスト力を生み出す船舶スクリューを有する駆動軸に連結されている。クランクシャフト1は、全ての半径方向の力と軸方向の力がエンジンフレーム2に伝達されるように、エンジンフレーム2に軸受けされている。そのために、エンジンフレーム2には図1に示すような主軸受装置が設けられている。
【0015】
図1に示す主軸受装置は、軸方向に距離をおいて互いに並べて設けられた2つの主軸受3を有している。これらの主軸受は、クランクシャフト1のクランクウェブ4によって境界が定められたクランクシャフト1の主ジャーナル5によって貫通されている。図に示す実施形態は、クランクシャフト1の後方の主ジャーナル5を含み、後方の主ジャーナル5の外側端部には駆動歯車6が設けられている。クランクシャフト1は、この駆動歯車を介して、取り付けや保守整備を行う目的で図に詳しく示されていない補助モータによって回転駆動される。主ジャーナル5には、側方に2つの主軸受3が設けられたスラスト軸受フランジ7が配設されている。主軸受3の互いに対向する面、すなわち、それぞれスラスト軸受フランジ7を向く面には、スラスト軸受セグメント8が設けられ、スラスト軸受セグメント8は、それぞれ、スラスト軸受フランジ7の周回する軸受面と対向して、該軸受面と協働する。このようにして、船舶の前後方向に作用するスラスト力、すなわち図1では、左右方向に作用し、船舶スクリューなどによって作られるスラスト力がエンジンフレーム2に伝達される。
【0016】
主軸受3は、それぞれ、エンジンフレームに組み込まれて固定された下部9と、図2〜5に示される水平な部材継ぎ目に沿ってこの継ぎ目に載置された上部10とから成り、上部は側方のネジ11によって対応する下部9に固定可能とされている。図2〜5にはネジ11に対応する穴のみが示されている。
【0017】
エンジンフレーム2の構造に組み込まれた個々の主軸受3の下部9には、図2〜5に明らかな通り、対応する上部10の側方に設けられ、同様にフレーム構造の一部である側部13が設けられている。図に示す実施形態では、ロッド15を収容するために、これらの側部の各々には垂直な溝が設けられている。取り外し可能な上部10を固定された下部9に対して軸方向に正確な位置に設けるために、上部10には、図2〜5に示す通り、側方に突出した帯状突起17が設けられ、これらの帯状突起は、溝と凸条の形態で隣接して設けられ、フレーム構造に組み込まれた側部13にそれぞれ設けられた垂直方向の溝16に係合する。側部13の溝16の上方端部は開放されているので、上部10を上方に取り外すこともできる。前記のようにフレーム側の下部9と上部10を双方の側に設けられた溝と凸条による係合によって連結させることにより、軸方向において正確な配置が可能となり、軸直角方向にはある程度の自由が生じる結果、クランクシャフトの燃焼圧力や振動などによって望ましくない拘束力が発生することはない。
【0018】
両側に設けられる帯状突起17は対応する上部10に適合するように形成される。図に示す実施形態で帯状突起17は、図2および図5にさらに示される通り、対応する上部10から分離された構成部材として形成され、対応する上部10の溝18に係合し、上部10にネジ止めされる。このために好適な緊締ネジが設けられる。図に示す実施形態では、帯状突起17は、上部10と下部9とを連結する緊締ネジ11のための前記の刳り穴12をそれぞれ1つ有している。1つの側についてそれぞれ2つの緊締ネジ11が設けられ、そのうちの1つがそれぞれ対応する帯状突起17にネジ込まれる。
【0019】
図2および図4に示す通り、スラスト軸受セグメント8は360°にわたって周回する環体を形成し、個々の主軸受3の下部9とそれに対応する上部10の上に設けられ、このようなスラスト軸受セグメントの環体を介して、導かれたスラスト力は対応する主軸受3の下部にも上部にも伝達される。主軸受3には対応するスラスト軸受セグメント8を収容するために、スラスト軸受セグメントが設けられる側に、図2〜4、及び特に図5から明らかな通り、軸受の穴を取り囲むように周囲に配設される受け溝19が設けられる。スラスト軸受セグメント8の背面領域がこれらの受け溝に係合する。受け溝19の深さはスラスト軸受セグメント8の厚みよりも浅い。
【0020】
受け溝19は360°にわたって周回し、そのため下部とそれに対応する上部10にわたって形成されている。クランクシャフト1がすでに取り付けられている場合にスラスト軸受セグメント8を配置することができるように、上部10の中央には、上部10の上方端部から受け溝19に至る挿入溝20が設けられている。挿入溝20の内のり幅は、スラスト軸受セグメント8の半径方向外側の幅に対応するか、またはこれに対して好適にわずかに遊びを有している。スラスト軸受セグメント8は挿入溝20を介して受け溝19に導かれ、続いて側方に押され、その結果、後続のスラスト軸受セグメント8を挿入することができる。
【0021】
このような工程が連続して行われ、図2〜4に明らかに示すようなスラスト軸受セグメントの環体が完成する。受け溝19に挿入される最後のスラスト軸受セグメント8aには、図2および図4に特に明らかに示す通り、挿入溝20に突出する突起21が設けられ、この突起の幅は挿入溝20の内のり幅に対応する。このようにしてスラスト軸受セグメント8aは円周方向において固定され、それと共に側面によって互いに並んで支持し合うスラスト軸受セグメントの環体の全てのスラスト軸受セグメント8が固定される。
【0022】
突起21および突起に連結されたスラスト軸受セグメント8aは、半径方向外側に向かう運動が生じないように固定装置によって固定されている。このような固定装置は好適なボルトなどで形成可能である。図に示す実施形態において、固定装置は、それぞれスラスト軸受フランジ7の側方に設けられている主軸受3、特に主軸受の上部10を連結する補強装置として形成されている。従って、このような補強装置により、上部10に作用するスラスト力が二つの主軸受3に配分される。
【0023】
図1〜3に基づく実施形態においては、前記の補強装置に関して図3に示すようにスラスト軸受フランジ7の側方に設けられた2つの主軸受3の上部10に載置された大きなプレート22が設けられている。図3からさらに明らかな通り、このプレートは、プレートによって橋絡された主軸受3の少なくとも1つの領域において、この主軸受3の下部の側部13にネジ止めされる。本図のような種類の主軸受装置においては通常、上方のエンジン領域まで至る長いロッド15が貫通するのは1つの主軸受3の側部13のみである。対向する主軸受3領域には短縮されたロッド15aが設けられ、補強プレート22を対応する側部13に固定する。補強プレート22は側部13にネジ止めされている場所でネジ止めされずに、対応する上部10の上に設けられ、対向する上部10とだけネジ止めすればよい場合が多い。図3に示す実施形態では、この点に関して補強プレートに、左に示された上部10の上に設けられ、ネジ24によって連結された突起が設けられている。
【0024】
補強プレート22によって2つの主軸受3は相互に補強される。従って、プレート22は上部10をフレーム構造に組み込むことを支援し、特に堅固な構成を作り出す。プレートは同時に、スラスト軸受セグメント8aが半径方向にずれないように固定するための固定装置として作用する。そのために図1に示す通り、突起21の上側はプレート22の下側に当接している。さらに図1から明らかなように、プレート22を補強リブ23によってさらに補強することもできる。
【0025】
スラスト軸受フランジ7を覆うプレート22によって、スラスト軸受フランジ7には上方からアクセスできないようになっている。従って、このような構成は、上方からスラスト軸受フランジ7にアクセスする必要がないところに用いられる。上方からスラスト軸受フランジにアクセスしなければならない場合には、プレート22に相応の穴が設けられる。
【0026】
図4〜6に示す実施形態においては、スラスト軸受セグメント8aを固定するため、また互いに隣接する主軸受3の上部10を堅固に連結するために、クランクシャフト1の軸線に平行なボルト25が設けられている。ボルト25を収容するために、上部10にはそれぞれ中央キャップ26が設けられ、中央キャップとボルト25はネジ止めされる。このとき挿入溝20はキャップ26の上側まで延在する。ボルト25は挿入溝20の領域に設けられている。従ってボルト25は、後から、すなわちスラスト軸受セグメント8が設置されて初めて配設される。最後のスラスト軸受セグメント8aの上方に突出した突起21は、本実施形態では、この突起の上側がボルト25の下側に当接し、それによって半径方向における固定がなされる。
【0027】
スラスト軸受フランジ7にはボルト25が重畳しているが、スラスト軸受フランジ7に対するアクセスは確保される。そのためには、図6に示すように、スラスト軸受フランジ7の外周部に歯27が設けられ、これらの歯27が対応する駆動機構と歯合するように構成されている。図に示す実施形態では、歯27はチェーン歯車の歯として形成され、詳しく示されていないカム軸を駆動するためのチェーンと歯合可能である。
【0028】
スラスト軸受セグメント8を360°の円周全体に配置すると共にそれぞれに対応する主軸受上部10を正確に軸方向に配置することによって、スラスト軸受セグメント8が全面においてほぼ均一な負荷を受ける。
【0029】
スラスト軸受セグメント8の座面は、主軸受3の他の座面のように潤滑剤を供給される。そのため座面には、エンジンの潤滑機構に接続された潤滑経路が設けられている。スラスト軸受セグメント8に配設された潤滑経路28は図4に示す通り、スラスト軸受セグメント8に配設された周回する受け溝19に出口を有する。スラスト軸受セグメント8の受け溝19に係合する背面側領域には、側端部領域に設けられ、潤滑経路28に対応する半径方向の縁溝29が設けられている。これらの縁溝はスラスト軸受セグメント8の半径方向外側の円周領域に設けられ、少なくともこの領域において受け溝19よりも深くなっているために、図2および図4から明らかな通り、スラスト軸受セグメント8の外部円周に半径方向外側に向かって開放された排出溝30が作られる。
【0030】
スラスト軸受セグメント8の側端部領域に設けられた溝29と、互いに隣接するスラスト軸受セグメント8の排出溝30は、それぞれの互いに隣接するスラスト軸受セグメント8の間の当接継ぎ目31を連結する共通の溝または共通の排出溝を形成する。スラスト軸受セグメント8の当接継ぎ目31の半径方向外端部領域は斜面として形成されているので、排出溝30を起点として溝31が設けられ、この溝を介して潤滑油は座面に導かれる。座面の領域においては、スラスト軸受セグメント8の半径方向側縁部が斜面として形成されているので、潤滑油は座面の半径方向の幅全体に良好に配分される。潤滑油のわずかな部分は直接当接継ぎ目31を貫通することもあるが、主たる部分は排出溝30を介して到達する。
【0031】
座面から排出される潤滑油は図1に示す排出管33を通って、エンジン下部領域にオイル溜などとして形成された収集空間に排出される。
【0032】
本発明の実施形態においては、スラスト軸受フランジ7の側方に2つの主軸受3が設けられ、主軸受の互いに対向するスラスト軸受フランジ側にそれぞれスラスト軸受セグメント8が設けられている。しかしながら、主軸受の側方に2つのスラスト軸受フランジを設け、主軸受の両側にスラスト軸受セグメントを設けることも考えられる。第2のスラスト軸受フランジの代わりに隣接する主軸受に対向する側に、対向するスラスト軸受セグメントと協働する摺動面を有するクランクウェブ4を設けることもできる。
【0033】
前記の構成が示す通り、本発明は図に示す実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 2サイクル大型ディーゼルエンジンの半径方向の力およびスラスト力を受容するクランクシャフト主軸受装置の垂直方向断面図である。
【図2】 図1に示すクランクシャフト主軸受装置から補強プレートを取り外した状態の部分斜視図である。
【図3】 図2に示す装置に補強プレートを取り付けたものを示す図である。
【図4】 第2の実施形態による固定装置を有する本発明によるクランクシャフト主軸受装置の部分斜視図である。
【図5】 図4に示す主軸受のスラスト軸受セグメントのない斜視図である。
【図6】 歯付きスラスト軸受フランジを有する2サイクル大型ディーゼルエンジンの部分斜視図である。
【符号の説明】
1 クランクシャフト
2 エンジンフレーム
3 主軸受
5 主ジャーナル
7 スラスト軸受フランジ
8,8a スラスト軸受セグメント
9 下部
10 上部
11 緊締ネジ
13 側部
16 溝
17 帯状突起
19 受け溝
20 挿入溝
21 突起
22 補強プレート(固定装置)
25 ボルト(固定装置)
28 潤滑経路
29 縁溝(凹所)
30 排出溝(凹所)
Claims (14)
- クランクシャフト(1)を有する往復機関であって、前記クランクシャフトは主ジャーナル(5)部分で対応する複数の主軸受(3)によってラジアル方向に軸受けされると共に、少なくとも1つのスラスト軸受フランジ(7)を有し、該スラスト軸受フランジは、少なくとも一方の側で対応するスラスト軸受セグメント(8)と協働し、該スラスト軸受セグメントは、対応する前記主軸受(3)に支持されると共に円周方向において拘束され、前記主軸受(3)の各々は、エンジンフレーム(2)に組み込まれて固定された下部(9)と、下部にネジ止めされかつ取り外し可能とされた上部(10)と、を有している往復機関において、
前記スラスト軸受セグメント(8)は360°の円周にわたって配分され、対応する前記主軸受(3)の下部(9)と上部(10)とによって支持され、前記スラスト軸受セグメント(8)が配設される前記主軸受の各々の面には、360°にわたって周回する受け溝(19)が形成され、該受け溝の上部(10)領域には、上方が開放された挿入溝(20)が形成され、該挿入溝の入り口は対応するスラスト軸受セグメント(8a)と協働し、前記上部に固定可能な固定装置(22;25)によって閉鎖可能とされ、前記スラスト軸受セグメント(8)が配設される個々の前記主軸受(3)の前記上部(10)の側面には、それぞれに対応する前記下部(9)のフレームに固定された側部(13)が当接し、垂直方向に形成された溝と凸条による連結によって係合していることを特徴とする往復機関。 - 前記往復機関が船舶を駆動するための2サイクル式大型ディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項1に記載の往復機関。
- 前記上部(10)の側面に当接する前記下部(9)の前記側部(13)は、それぞれ前記上部(10)に対向しかつ上方が開放された少なくとも1つの垂直な溝(16)を有し、該溝(16)には、前記上部(10)の側方に突出する帯状突起(17)が係合することを特徴とする請求項1または2に記載の往復機関。
- 前記帯状突起(17)が前記上部(10)から分離された構成部材として形成され、前記上部(10)の対応する溝(18)に係合していることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の往復機関。
- 対応する前記上部(10)によって拘束された前記帯状突起(17)には、前記上部(10)を対応する前記下部(9)と連結するための少なくとも1つのネジ(11)が貫通していることを特徴とする請求項4に記載の往復機関。
- 前記挿入溝(20)を介して前記受け溝(19)に挿入可能な最後の前記スラスト軸受セグメント(8a)が前記挿入溝(20)に突出する突起(21)を有し、前記固定装置(22;25)が前記突起(21)に当接されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の往復機関。
- 前記固定装置(22;25)は、互いに隣接する少なくとも2つの主軸受(3)を橋絡する補強装置の上部(10)として形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の往復機関。
- 前記固定装置(22)は、互いに隣接する少なくとも2つの主軸受(3)の前記上部(10)に載置され、少なくとも前記上部と緊締されるプレートとして形成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の往復機関。
- 前記固定装置(22)は、前記エンジンフレーム(2)とも緊締されることを特徴とする請求項8に記載の往復機関。
- 前記固定装置(25)は、互いに隣接する主軸受(3)の前記上部(10)を連結するために軸線に平行に配置された少なくとも1つのボルトを含むことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の往復機関。
- 前記上部(10)は、前記挿入溝(20)を包含するキャップ(26)を有し、該キャップには、前記固定装置(25)を形成するために設けられた個々のボルトが係合することを特徴とする請求項10に記載の往復機関。
- 前記スラスト軸受セグメント(8)の背面側には潤滑剤を供給可能な凹所(29,30)が設けられ、該凹所の深さは、少なくとも半径方向外周領域において対応する前記主軸受(3)の受け溝(19)の深さよりも大きく、前記主軸受(3)には、前記受け溝(19)に出口を有する潤滑経路(28)が設けられていることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の往復機関。
- 前記スラスト軸受フランジ(7)の両側に座面が設けられ、前記スラスト軸受フランジ(7)の側方に設けられた2つの前記主軸受(3)の互いに対向する面には、360°にわたって配分されかつ前記下部(9)と上部(10)とに支持されたスラスト軸受セグメント(8)が設けられていることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の往復機関。
- 前記主軸受(3)の両側に360°にわたって配分され、前記下部(9)と上部(10)とに支持されたスラスト軸受セグメント(8)が設けられ、該スラスト軸受セグメント(8)は、前記クランクシャフト(1)の対応する軸方向の支持面と協働することを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の往復機関。
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