JP4440948B2 - エンジンフレーム構造 - Google Patents

Description

本発明は、溶接製造によるエンジンフレームを有するクロスヘッド型の２ストロークディーゼルエンジンに関し、特に、コンパクトでありながら頑丈なエンジンフレーム構造に関する。

デンマーク特許出願第１４０６／９２号公報には、台板に搭載された溶接製造によるエンジンフレームを有するクロスヘッド型の２ストロークディーゼルエンジンが開示されている。このエンジンフレームは、シリンダライナを受けるための穿孔が形成された天板と、エンジンフレームを上側のシリンダフレーム部と下側のクランクケースフレーム部に分ける中間底板を有している。２つの対向する縦外壁が、エンジンフレームの下部から天板まで延びている。エンジンフレームの縦方向に対向する２つの側面で各クロスヘッドと隣接する横補剛体が、縦外壁の間に横方向に延びてから、上方向に向って中間底板まで延びる。各クロスヘッドにつき、４つのガイド面が上方向に中間底板まで伸びる。４つのガイド面のうち２つは該当するクロスヘッドの片側の横補剛体によって支持され、残る２つのガイド面は該当するクロスヘッドの反対側の横補剛体によって支持される。このエンジンフレーム構造は、鋳造されたシリンダフレームがクランプされた溶接クランクケースフレームを有する通常の構造を改善したものである。
デンマーク特許出願第１４０６／９２号公報

以上の背景を踏まえて、本発明は、上述のようなエンジンであって、エンジンフレームがコンパクトでありながら、頑丈かつ強固であり、組立て易いエンジンを提供することを目的とする。この目的は、横補剛体とガイド面が天板まで延び、該当するクロスヘッドの片側の横補剛体によって支持されるガイド面の上部が、該当するクロスヘッドの反対側の横補剛体によって支持されるガイド面の上部に接続されているエンジンを提供することによって実現される。

ガイド面の上部を互いに接続することによって、エンジンフレームの強度や剛性が著しく改善される。このようにして形成された縦方向の補剛材は従来では知られていなかった。さらに、ガイド面および横補剛体を天板まで延ばすことによって、エンジンフレームが組立て易くなる上、強度も向上する。縦方向の補剛材によって、エンジンフレームの縦の剛性を著しく改善することができる。

隣接するガイド面の上部を、ガイド面の平面内に延長させて互いに接続することによって、隣接するガイド面を一枚板として形成することができる。これを、クロスヘッドの同一側に位置するすべてのガイド面に対して行うことによって、縦方向に延びる単一の板構造を形成することができる。

隣接するガイド面間の接続をアーチ型にすることで切欠効果を軽減することができる。

相互接続されたガイド面の縦方向に延びる板構造の上端を、実質的にエンジンの全長に亘って天板に接続することができる。

各シリンダに、ガイド面の上部の間に延びる底板を設けることもできる。底板には、ピストンロッドを収容するための貫通孔が設けてある。このようにして形成された空洞は、掃気口を有するシリンダライナの下部を収容するためのものである。

掃気受容器を、エンジンフレーム内に形成することができる。エンジンフレーム内に受け込んだ掃気を内臓することによって、エンジンの大きさ、特にエンジンの高さおよび幅を、著しくコンパクト化ことができる。さらに、全体的な構造が軽量となり、より強固になる。掃気受容器は、好ましくは、片側がガイド面の相互接続された上部によって画定される。掃気受容器の反対側は、好ましくは、１つの縦側壁によって画定される。下方向において、掃気受容器は好ましくは相互接続されたガイド面の上部とエンジンフレームの１つの縦外壁との間に延びる受容器底板によって画定される。エンジンの高さまたは幅を変えることなく掃気受容器に必要な容積を得るために、受容器の底板をできるだけ低く配置することが好ましい。

掃気を掃気受容器から逃し、掃気口を有するシリンダライナの下部が突出している空洞内に導入するために、各シリンダにつき、掃気受容器の壁を形成するガイド面の相互接続された上部に１つまたは複数の開口を設けることも可能である。

横補剛体の掃気受容器内に延びる部分に、あるシリンダから次のシリンダへ掃気の通過を可能にする開口を設けることができる。

エンジンフレーム内にカム軸を配置することができ、横補剛体にこのカム軸のための開口および支持部を設けることが好ましい。

シリンダライナからの圧縮力を天板に伝達するための支持板を、シリンダライナと天板との間に配置することが可能である。

本発明は、控えボルトに関するデザインを改善した上述のようなエンジンを提供することをさらなる目的とする。この目的は、クランク軸のための主軸受を有する台板と、台板に取り付けられた天板を有する溶接製造によるエンジンフレームと、縦外壁の間に横方向に延び、さらに天板まで上方に延びる２つの対向する縦外壁およびクロスヘッドの間の横補剛体とを具備するクロスヘッド型の２ストローク内燃機関エンジンを提供することによって実現できる。横補剛体は、クロスヘッドのためのガイド面を支持する。台板とエンジンフレームは複数の控えボルトによってクランプされており、控えボルトが横補剛体の平面内に配置され、控えボルトを横補剛体の平面内に収容するための空洞が、横補剛体を、該当するガイド面の裏側に接続される２つの枝状の補強壁に分岐させることによって形成される。

従って、控えボルトを収容するための安定した空洞を有する、頑丈でありながらコンパクトで組立て易いエンジンフレームを提供する。本発明によるエンジンフレームは、デンマーク特許出願第１４０６／９２号公報に開示されたエンジンフレームに比べて、必要な控えボルトが半分であり、よって控えボルトを製造し、天板に孔を設け、台板にねじを有する孔を設けるために必要なコストを削減できる。さらに、ガイド面に溶接された補強壁の端部を、横補剛体の平面の近くに配置することができる。デンマーク特許出願第１４０６／９２号公報による補強壁では、主軸受のためのスタッド／ボルトを収容する凹部のためにエンジンフレームの底部に複雑な溶接処理を行う必要があることを考慮すると、本発明の特徴には大きな利点がある。本発明によって、この凹部とそれによって必要となる複雑な溶接処理を避けることができる。

控えボルトの前で横補剛体の横板を中断し、Ｕ字型の板の曲面部を該中断端に接合し、Ｕ字型の板の端部を該当するガイド面の裏側に接合することによって、横補剛体を分岐させることができる。

また、控えボルトの前で横補剛体の横板を中断し、２つの彎曲したまたは平坦な補強壁を、それぞれの端部が拡がるように、好ましくは上記中断端で横補剛体に接合し、補強壁の反対側を該当するガイド面の裏側に接合することによって、横補剛体を分岐させることもできる。

該当する横補剛体をその平面から折り曲げ彎曲したまたは平坦な補強壁を、片方の端部を横補剛体の平面から拡がるようにして横補剛体の折り曲げ部に接続し、補強壁の反対側と、横補剛体の自由端を両方とも該当するガイド面の裏側に接続することも可能である。

スペースを節約し、ガイド面と横補剛体との間の溶接処理を容易化するために、横補剛体の分岐部の２つの補強壁が、該当する控えボルトの周辺を廻る板によって形成されるものであってもよい。

控えボルトの一部が、ガイド面と、横補剛体の分岐部の２つの補強壁との間に形成された空洞内に延びることが好ましい。

本発明によるエンジンのさらなる目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明によって明らかとなろう。

次の詳細な説明において、好ましい実施形態によって本発明をより具体的に説明する。

図１および２には、主軸受３を介してクランク軸４が設置された台板２から構築された大型のマルチシリンダ２ストロークターボ過給ディーゼルエンジン１が示してある。この種のエンジンのシリンダの数は、通常は４〜１２である。便宜上、１つのシリンダの断面図しか示していない。台板２は、溶接された縦桁と、鋳鋼の軸受支持体を有する溶接された横桁とからなっている。

エンジン１のピストン５は、クロスヘッド８によって接続ロッド７に連結されたピストンロッド６を介してクランク軸４に接続されている。

台板２に、溶接設計されたエンジンフレーム９が取り付けられている。エンジンフレーム９に、縦に延びる外側壁１０とシリンダライナ１２を保持する天板１１が設けてある。ここで、天板１１に、エンジンのシリンダ数に等しい数の貫通穿孔が一列に設けてあり、各穿孔にシリンダライナ１２が収容されている。掃気口が設けてあるシリンダライナ１２の下部は、エンジンフレーム９まで延びている。

エンジンフレーム９は、各シリンダの間に、外側壁１０を相互接続し、エンジンフレーム９の下部から天板１１まで延びる横板からなる横補剛体１３を有している。横補剛体１３と外側壁１０は、天板１１との接触部の全長に亘って溶接によって接合されている。横補剛体１３が対向する外側壁１０の間に延在しているため、エンジンフレームボックスに高い横方向の剛性を付与している。

図３を参照すると、ガイドシュー１５を介してクロスヘッド８に作用する横方向の力を受けるための、垂直に延設されるガイド面１４は、例えば溶接等によって横補剛体１３に設置される。横補剛体１３の途中に、２つのガイド面１４が横方向に対向して配置され、その間にクロスヘッドのガイドシュー１５が設けてある。クロスヘッド８の各側に１つの横補剛体１３が設けてあるため、各クロスヘッドに尽きガイド面１４が４つある。４つのガイド面１４のうち２つは該当するクロスヘッド８の片側の横補剛体１３に設置され、残る２つのガイド面１４はクロスヘッド８の反対側の横補剛体１３に設置される。ガイド面１４は上方に延び、天板１１まで到達する。エンジンフレームの上方の領域でガイド面１４同士を接続するために上部１６が設けてある。よって、クロスヘッドの片側の横補剛体１３に設置されたガイド面１４の上部は、クロスヘッド８の反対側の横補剛体に設置されたガイド面１４に接続される。好ましい実施形態によれば、上部１６は、エンジンの全長に渡る単一の貫通板である。

図示するとおり、各ガイド面１４の上部間の接続は、２つのガイド面１４を一枚の板から形成することで達成できる。ただし、縦方向に対向する２つのガイド面１４を相互接続するための方法は他にも考えられる。

図４に最も明確に示しているとおり、すべてのシリンダのガイド面１４の上部１６が相互接続されているので、ガイド面１４の上部１６は、エンジンフレーム９の縦方向の剛性を高める貫通板壁を形成している。

各ガイド面１４の裏側は、ガイド面１４を横補剛体１３に接続する垂直に延びる補強壁１７によって支持されている。図示のとおり、補強壁１７は横補剛体１３と鋭角をなす平板材からなるものであってもよいが、平板状の補強壁１７の代わりに水平の半円形または四半楕円形を用いることも可能であり、その場合、補強壁１７'は横補剛体１３に対して実質的に直角に延びる。ガイド面１４、補強壁１７および横補剛体１３は、ねじり剛性の高い空洞１８を形成する。

エンジンフレーム９と台板２は、複数対の近接して配置された控えボルト１９によって互いにクランプされている。控えボルト１９の下端は、台板２の上側のねじ穴に固定されており、天板１１上のナット２０によって引張られている。天板１１とエンジンフレーム９の底部の間に、控えボルトは空洞１８内に延びるので、これらは控えボルト用の筒体として機能する。中空輪郭は、エンジンフレームボックスに、エンジン１が稼動中にピストン５によってフレームボックスに伝達される大きな可変の力を耐えるために必要な剛性を付与する。

シリンダライナ１２と天板１１の間に、シリンダライナ１２から天板１１へ圧縮力を伝達する支持板２１が設けてあり、天板１１に掛かる曲げモーメントを軽減している。支持板２１を使用することによって、天板１１をより軽く設計することが可能になる。

実質的に正方形の底板２２が、横方向に対向した相互接続されたガイド面１４の上部１６の間と、隣り合う２つの横補剛体１３の間に、水平方向に溶接されている。ピストンロッド６を誘導し、密封するためのパッキン箱（図示せず）を収容する円形フランジ２３が、底板２２の中央の対応する開口に溶接されている。底板に溜まった液体の廃液を容易化するために、底板２２に若干の傾斜（図示せず）を設けることができる。また、底板２２の剛性を高めるために曲面（図示せず）とすることができ、上部１６への接合を溶接の代わりにボルト締めによって行うことができる。このようにして底板２２と天板１１との間に形成された空洞内に、掃気口を有するシリンダライナ１２の下部が突出している。

エンジンフレーム９内に、掃気受容器２４が形成されている。掃気受容器を画定する壁は、１つの外側壁１０とガイド面１４の相互接続された上部１６のうちの１つである。掃気受容器の底部は、ガイド面１４の相互接続された上部１６と１つの外側壁１０との間に溶接された受容器底板２５によって形成される。底板に溜まった液体の廃液を容易化するために、底板２２に若干の傾斜（図示せず）を設けることができる。掃気受容器の上部は、外側壁１０と天板１１との間に溶接された曲面を有する上板２６によって形成される。掃気受容器２４を画定する壁を形成するガイド面１４の相互接続された上部１６の部分には、掃気を掃気受容器２４から逃せ、シリンダライナ１２の下部が突出する空洞に導入させるための開口２７が設けてある。横補剛体１３の掃気受容器２４の中に延びる部分には、あるシリンダから他のシリンダへと掃気を通すための開口２８が設けてある。

エンジンフレーム９の幅または高さを変えずに掃気受容器２４に必要な容積を得るために、受容器の底板２５はできるだけ低く設置してある。図２の鎖線１０'に示すように、受容器の容積を大きくするために、外側壁１０が掃気受容器２４の周辺で膨出するようになっていてもよい。

カム軸２９は、掃気受容器２４の反対側にエンジンフレーム９内に配置される。エンジンフレーム９のこちら側では、横補剛体１３が、カム軸２９用の開口および支持部を有している。

図５は、控えボルトを受けるための輪郭の構造が異なる本発明の第２の実施形態を示す部分断面図である。この実施形態において、エンジンフレームは別個のシリンダフレーム（図示せず）を有するクランクケースフレームであってもよく、掃気受容器やカム軸はエンジンフレーム内に形成する必要がない。

溶接製造によるエンジンフレームは、２つの対向する外側壁１０と、縦方向に対向する各側のクロスヘッド８に隣接する横補剛体１３を有する。横補剛体１３は上方には天板（図示せず）まで延びている。また横補剛体１３は、横方向には一方の外側壁１０から他方の外側壁１０まで延在するが、その途中にガイド面１４が横補剛体１３を分断するように設置される。各クロスヘッド８は、４つのガイド面１４によって支持されている。ガイド面１４はエンジンフレーム９の底部から天板まで延びる。４つのガイド面１４のうち２つは該当するクロスヘッド８の片側の横補剛体１３によって指示され、残る２つのガイド面１４は該当するクロスヘッド８の反対側の横補剛体１３によって支持される。

エンジンフレーム９と台板２は控えボルト１９によってクランプされている。控えボルト１９は、横補剛体１３の平面内に配置されている。横補剛体１３を控えボルト１９の直前に２つの補強壁１７'に分岐させることによって、控えボルト１９を収容するための空洞１８'が形成される。横補剛体の末端に、例えば溶接によって、Ｕ字型の板の曲面部を接合する。Ｕ字板の補強壁１７'の自由端を該当するガイド面１４の裏側に溶接する。よって、控えボルト１９を収容することができる安定した空洞１８'が形成される。分岐部の２つの補強壁１７'を、対応する従来技術による補強壁より横補剛体１３の平面部に近く配置することができる。従って、主軸受スタッド／ボルトのための間隔を空けるための補強壁の最下部の凹部を設ける必要がなくなる。

図６に、本発明の第２の実施形態の第１の変形を示す。横補剛体１３は、控えボルト１９の前に当該横補剛体を折り曲げることで分岐させる。横補剛体１３の曲面部に、補強壁１７'の一端が、横補剛体１３の平面から反対に分岐する方向に溶接されている。補強壁１７'の反対側と横補剛体１３の自由端は、いずれも該当するガイド面１４の裏側に溶接されている。控えボルト１９は、このように形成された空洞１８'の中に挿入される。

図７に、本発明の第２の実施形態の第２の変形を示す。横補剛体１３は、控えボルト１９の前に中断することで分岐させる。２枚の補強壁１７'の各一端を、分岐する方向に横補剛体１３に、好ましくは横補剛体１３の中断部に溶接する。補強壁１７'の反対側は、該当するガイド面１４の裏側に溶接される。控えボルト１９は、このように形成された空洞１８'の中に挿入される。

横補剛体１３の分岐部の２つの補強壁１７'を、該当する控えボルト１９の周辺に曲がる板（図示しないが、図５の形状に類似）によって形成することができる。

図８には、本発明のさらなる実施形態によるガイド面１４およびその相互接続された上部１６の側面図を示す。上部１６およびガイド面１４は、単一の鋼板から作成されている。ガイド面１４と上部１６との間の転移によって、上述のアーチ型の実施形態に比べて構造の高さが全体的に低い。ガイド面と相互接続された上部１６との間の丸みのある転移によって、切欠効果を軽減し、転移におけるピーク応力を低めることができる。

図９に、本発明のさらなる実施形態によるガイド面１４およびその相互接続された上部１６を示す。この実施形態では、ガイド面１４と相互接続された上部は、溶接によって接合された異なる鋼板から作成される。

図１０は、本発明のさらなる実施形態によるガイド面１４およびその相互接続された上部１６を示す側面図である。この実施形態では、ガイド面１４と相互接続された上部は、溶接によって接合された個別の鋼板によって形成される。上部１６のアーチ型凹部は、上述のように応力を軽減するためのガイド面１４と相互接続された上部１６との間の丸みを有する転移部を形成している。

図１１は、本発明のさらなる実施形態によるガイド面１４とその相互接続された上部１６を示す側面図である。この実施形態では、ガイド面１４と各上部１６は、溶接によって接合された異なる鋼板によって形成される。

ここで、本発明を実施するための形態を例として挙げているが、その詳細はあくまで例示的なものであり、当業者であれば本発明の技術範囲から逸脱しない程度の変更を行うことが可能であることを理解されたい。

従って、本発明による装置および方法の好ましい実施形態を、開発された背景を考慮して説明したが、本発明の原理を例示するだけのものである。添付の請求項の範囲から逸脱せずに、他の実施形態や構成が考えられる。

図１は、本発明によるエンジンの好ましい実施形態を示す一部切取斜視図である。 図２は、図１のエンジンを示す断面図である。 図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ったエンジンの断面図である。 図４は、図２の線ＩＶ−ＩＶに沿ったエンジンの断面図である。 図５は、本発明によるエンジンの第２の実施形態を示す図３に対応する断面図である。 図６は、本発明によるエンジンの第２の実施形態の第１の変形を示す図５に対応する断面図である。 図７は、本発明によるエンジンの第２の実施形態の第２の変形を示す図６に対応する断面図である。 図８は、さらなる実施形態による接続支持面を示す側面図である。 図９は、さらなる実施形態による接続支持面を示す側面図である。 図１０は、さらなる実施形態による接続支持面を示す側面図である。 図１１は、さらなる実施形態による接続支持面を示す側面図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 台板
３ 主軸受
４ クランク軸
５ ピストン
６ ピストンロッド
７ 接続ロッド
８ クロスヘッド
９ エンジンフレーム
１０ 外壁
１１ 天板
１２ シリンダライナ
１３ 横補剛材
１４ ガイド面
１５ ガイドシュー
１６ ガイド面の上部
１７ 補強板
１７' 補強板（枝）
１８ 空洞
１８' 空洞
１９ 控えボルト
２０ ナット
２１ 支持板
２２ 底板
２３ 円形フランジ（貫通孔）
２４ 掃気受容器
２５ 受容器の底板
２６ 上板
２７ 開口
２８ 開口
２９ カム軸

Claims (6)

1. クランク軸（４）のための主軸受（３）を有する台板（２）、および、前記台板（２）に取り付けられた溶接製造によるエンジンフレーム（９）を具備するクロスヘッド型の２ストローク内燃機関エンジンであって、
   前記エンジンフレームは、
   ・ 天板（１１）と、
   ・ ２つの対向する外側壁（１０）と、
   ・ 各々のクロスヘッド（８）の間で、前記外側壁（１０）の間に横方向に延びかつ天板（１１）まで上方に延びる横補剛体（１３）であって、前記クロスヘッド（８）のガイド面（１４）を支持する横補剛体（１３）と、
   ・ 前記台板（２）と前記エンジンフレーム（９）をクランプするための複数の控えボルト（１９）とを有し、
   前記控えボルト（１９）が、前記横補剛体（１３）の平面内に配置され、前記横補剛体（１３）が、前記ガイド面（１４）の裏側に接続される２つの枝状の補強壁（１７'）に分岐する構造を備えることによって、前記横補剛体（１３）の平面内に前記控えボルトを収容するための空洞（１８'）が形成されることを特徴とする、２ストローク内燃機関エンジン。
2. 前記控えボルト（１９）の手前で前記横補剛体（１３）の横板を中断し、Ｕ字型の板の曲面部を前記中断端に接続し、前記Ｕ字型の板の端部を前記ガイド面（１４）の裏側に接続することによって、前記横補剛体（１３）を分岐させることを特徴とする請求項１に記載の２ストローク内燃機関エンジン。
3. 前記控えボルト（１９）の手前で前記横補剛体（１３）の横板を中断し、２つの彎曲したまたは平坦な補強壁（１７'）の各々の一端部を前記中断部に接合すると共に、前記２つの補強壁が互いに拡がるように前記２つの補強壁の各々の他端部を各々前記ガイド面に接合することによって、前記横補剛体（１３）を分岐させることを特徴とする請求項１に記載の２ストローク内燃機関エンジン。
4. 前記横補剛材（１３）をその平面から折り曲げ、彎曲したまたは平坦な補強壁（１７'）の片方の端部を、前記横補剛材（１３）の平面から拡がるようにして前記横補剛材（１３）の前記折り曲げ部に接続し、前記補強壁（１７'）の反対側と、前記横補剛材（１３）の自由端を両方とも前記ガイド面（１４）の裏側に接続することを特徴とする請求項１に記載の２ストローク内燃機関エンジン。
5. 前記横補剛体（１３）の分岐部の２つの前記補強壁（１７'）が、前記控えボルト（１９）の周辺を廻る板によって形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関エンジン。
6. 前記控えボルト（１９）の一部が、前記ガイド面（１４）と、前記横補剛体（１３）の分岐部の２つの前記補強壁（１７'）との間に形成された空洞（１８'）内に延びていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の２ストローク内燃機関エンジン。

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