JP4704921B2 - クロスヘッド型エンジン - Google Patents

Description

本発明はクロスヘッド型エンジン、特に２サイクル大型ディーゼルエンジンに関するものであって、ピストンロッドによりクロスヘッドピンに接続された少なくとも一つのピストンを備え、このピストンには、クロスヘッドピンおよびピストンロッド内に設けられたダクトシステムを介して冷却フルードを供給でき、該ピストンロッドには連通用リセスが設けられており、この下端部には、これと平行に延びるクロスヘッドピンのラジアルボアから突き出したセンタリングブッシュが嵌め込まれており、それより上に位置する領域においては、その下端にインサートパイプが取り付けられており、その直径は、連通用リセスの割り当てられた直径より小さく、また、それぞれ一つのクロスヘッドピン側のフローダクトとつながっている、冷却フルードに割り当てられた内側および外側のフローダクトに分岐している。

この種の装置の既知のものが図６に示されている。ピストンロッドのスルーホールはここではピストンロッドの下のフランジ部分で斜めになっているステップボアとして構成されており、その細くなった下の領域においては、内側と外側のフローダクトを互いに隔てるインサートパイプが上から、また、同じ外径を持つセンタリングブッシュが下から、かみ合っている。該ステップボアを形成するには、直径の異なるドリルを用いて互いに向き合う側から２つのボアを開ける必要がある。これでは製造法が複雑になる。またもう一つの短所としては、外側フローダクトの下端から下流方向に向かうボアが、ピストンロッドのフランジの高さを超えてピストンロッドの下の領域に達する長さが比較的長いことが挙げられる。このため運転中に不都合な圧力分散が起こり、既知の装置の耐久性を縮めたり、非常に大きな寸法が必要になったりすることが経験から知られている。

そのため、本発明の課題は、先に述べた種類の装置を、簡単でコストのかからない方法を用いて、製造方法を簡単にしても、良好な運転条件が得られるよう改善することである。

本発明ではこの課題は、ピストンロッドの連通用リセスが少なくとも上端領域の下側でステップレススルーホールとして構成されており、この中にセットしたインサートパイプの下端領域がセンタリングブッシュとかみ合い、その外径がインサートパイプの外径より大きく、スルーホールの直径と等しいようにすることにより解決することができる。

この方法により、先に説明した短所を信頼性の高い形で解決できる。ステップレススルーホールの穴あけは、一つの工程として行えるので有利である。その際、長さ全体にわたって直径が同じであるため、穴あけ工程の終わりには削りくずを規定どおりに下に向かって落とすことができ、そのため、ボアからドリルを後方に引き抜いたり、または前方に押し出したりする際に、表面を傷つける危険性をなくすことができる。内側および外側のフローダクトを形成するために設けられたインサートパイプの下端はセンタリングブッシュ内に取り付けられているため、外側フローダクトはセンタリングブッシュの領域まで届くので、クロスヘッドピン側の割り当てられたフローダクトと接続するためにピストンロッドの下のフランジとかみ合うことはわずかであるか、あるいはまったくない。そのため、運転中に最適な圧力分配が達成されるので、耐久性が高まり、それにより比較的薄い寸法を実現することができる。

有利な実施形態および、上位の方法を合目的的に発展させた発展形態は下位請求項に述べられている。

合目的的にセンタリングブッシュにはカラーが備わっており、インサートパイプの下端領域がこのカラーとかみ合っている。このようにしてセンタリングブッシュ側のショルダが形成され、ここにインサートパイプの下端を当接させることができる。合目的的にショルダの幅は該インサートパイプの壁厚に等しいため、インサートパイプのインナスリーブとセンタリングブッシュのインナスリーブがステップレスで接続され、フローの条件を最適にすることができる。

もう一つの有利な方法として、クロスヘッドピンのラジアルボアに、センタリングブッシュを支えるショルダを設けることが挙げられる。これによりセンタリングブッシュを確実に取り付け、しっかりと固定しておくことができる。合目的的にショルダの幅はセンタリングブッシュの壁厚と等しい。このようにして、センタリングブッシュのインナスリーブを、その下にあるクロスヘッドピン側のラジアルボア付近の壁にステップレスで接続することができるが、これは上記方法と同様に、フローの条件を最適にすることが期待できる。

本発明の第１の有利な実施形態にしたがって実施すると、ピストンロッドの外側フローダクトと、これに割り当てられた、クロスヘッドピン側のフローダクトとの間の連結路にはピストンロッドのフランジの領域に設けられた、少なくとも一つのフロントスリットを含めることができるが、このスリットは半径方向においてスルーホールの直径より長く、軸方向においてはセンタリングブッシュの上端より長い。望ましくは、直径方向に互いに向き合う２つのスリットを設けることができる。これらのスリットは有利な方法で、円盤型の、ピストンロッドの軸に交差して延びる軸に配置された工具を使って単純な方法でフライスまたは鋸で形成される。このようなカット部の半径方向外側の構成は円弧形になっており、そのために運転中に特に有利な圧力分散が達成できる。

もう一つの有利な実施例としては、上記連結路に、ピストンロッドのフランジの少なくとも一つの領域に設けられた、直角のボアシステムが含まれる。この場合には製造が特に簡単になる。

上位の方法の、特に望ましいもう一つの有利な発展形として、センタリングブッシュに、軸方向に延びる、少なくとも一つの外側の溝が設けられており、この溝を介してインサートパイプの外側を半径方向に延びるフローダクトが、クロスヘッドピン側に設けられたフローダクトと連絡する。センタリングブッシュの外側溝はここでは、有利な方法で、インサートパイプの外側に設けられたピストンロッドのフローダクトから、割り当てられたクロスヘッドピンのフローダクトに通じる連絡路を形成する。これにより、上記の接続を理由とするピストンロッドのあらゆる種類の弱体化を確実に防ぐことができる。そのために、運転中の負荷条件を特に有利にできる。

その他の有利な実施形態および上位の方法の合目的的な発展形態は残りの下位請求項に記述されており、以下の実施例と図からさらに詳しく見て取れる。

たとえば船の動力または同様の使用法における２サイクル大型ディーゼルエンジンの基本構造と作動方法自体は既知である。このようなエンジンは、図１に示すように、通常はクロスヘッド型エンジンとして構成されている。各ピストン１はこのとき、ピストンロッド２によりクロスヘッド３に接続されている。該クロスヘッド３は、ピストン軸に平行なエンジンフレームのガイド内を上下にスライドできるキャリッジを実際に構成している。クロスヘッド３にはピストンロッド２の軸に交差する方向に配置されたクロスヘッドピン４が含まれており、これにピストンロッド２が連結され、コンロッド５が取り付けられており、このコンロッドは、クロスヘッド３を、エンジンフレームの下の領域に配置されたクランクシャフト６に接続している。

ピストンロッド２は、図２ないし図４から分かるように、その下端にフランジ７が備わっており、このフランジの下の前面は、クロスヘッドピン４の割り当てられた接触面に接している。該フランジ７にはボルトを差し込むための穴があり、これらのボルトを使ってピストンロッド２をクロスヘッドピン４に固定する。

該２サイクル大型ディーゼルエンジンのピストン１は、図１に示した冷却ダクト８が備わっており、このダクト内にはオイルまたは水または同様のものが冷却フルードとして流れている。この冷却フルードはクロスヘッドピン４内およびピストンロッド２内に設けられたダクトシステムを介して送り込まれたり送り出されたりしており、このダクトシステムは、クロスヘッドピン４の付近において外側の供給管または排出管９に既知の方法で接続されている。

ピストンロッド２には、その他の図からわかるように、互いに逆方向に流れるフローダクト１０,１１を形成するために軸方向のスルーホール１２が備わっており、その内部には、挿入されたパイプ(以下インサートパイプ１３と呼ぶ)があり、このパイプの外径はスルーホール１２のボア直径より小さく、インサートパイプ１３の内部に存在して、フローダクト１０を形成するシリンダ空間、およびインサートパイプ１３の外側に存在してフローダクト１１を形成するリング空間に分かれている。内側のフローダクト１０と外側のフローダクト１１は、それぞれ割り当てられた、クロスヘッドピン側の一つの流路により連絡している。内側フローダクト１０は、中央の、スルーホール１２と同軸のクロスヘッドピン４のラジアルボア１４に接続されている。該ラジアルボア１４の横には外側フローダクト１１と接続している流路を形成するボア１５がある。

インサートパイプ１３は、上の固定フランジによりピストンロッド２に固定されており、これより下は合目的的に半径方向の支持手段により半径方向に安定している。そのためにインサートパイプ１３には、スルーホールの壁をスライドする形で、縦方向のリブまたは星型リングまたは連通用リセスを持つリングを備えることができる。このようにスライドする形で配置することにより、熱膨張が可能になる。インサートパイプの長さは、最大でもフランジ７を含めたピストンロッド２の長さと同じであるか、これより少し短いほうが望ましい。それにより、インサートパイプが取り付けられた状態でもピストンロッド２から飛び出さないようにすることができる。これにより、予め取り付けられたコンポーネントとしてのピストンロッドの取り扱いが簡単になる。この方法は特にここで述べる大型エンジンにとって長所である。

ピストンロッド２は、クロスヘッドピン４に対して、運転中に発生した力がクロスヘッドピン４の正確な中心に伝わるように構成されている。そのために、センタリングブッシュ１６が使われており、これは、一方ではクロスヘッドピン４の中心ラジアルボア１４に、他方ではピストンロッド２のスルーホール１２とかみ合っている。合目的的にセンタリングブッシュ１６は少なくとも一方において焼嵌めなどの固着方法により固定されている。ここで述べる大型エンジンにおいては、センタリングブッシュ１６は合目的的にクロスヘッドピン４に圧着される。センタリングブッシュ１６はピストンロッド２のスルーホール１２にも圧着させることができる。これは望ましくは小さめのエンジンに設けられている。

センタリングブッシュ１６の外径はスルーホール１２の直径と等しく、このスルーホールは少なくとも上端領域の下、望ましくは長さ全体にわたってステップレスである。そのためスルーホール１２はステップレスのスルーホールとして構成されており、その直径は上から下まで一定である。ただピストンロッド上端付近のみは、インサートパイプ１３の上の取付フランジ用に小さな凹みが設けられている。クロスヘッドピン４の中央ラジアルボア１４にはセンタリングブッシュ１６に割り当てられたステップが備わっており、これは半径方向のショルダ１７となっている。ラジアルボア１４に内にしっかりと挿入されたセンタリングブッシュ１６においては、これは、適切な支持面によりショルダ１７に接している。図２および図３に示された実施例においては、センタリングブッシュ１６の下の前面がこの支持面となっている。ここではステップ１７の半径方向の幅はセンタリングブッシュ１６の壁厚に等しい。したがってセンタリングブッシュ１６の内径はクロスヘッドピン４の中央ラジアルボア１４の直径に等しく、それにより、流れを妨げるエッジを避けることができる。

インサートパイプ１３は上端および下端の付近で固定されている。上端は、すでに述べたように、取付フランジによりピストンロッド２に取り付けられている。インサートパイプ１３の下端は、図２ないし図４に示すように、センタリングブッシュ１６内に嵌まっている。センタリングブッシュ１６の外径はスルーホール１２の直径に等しく、インサートパイプ１３の外径より大きいため、これがセンタリングブッシュ１６にかみ合っている。センタリングブッシュ１６には上向きのカラー１８があり、ここに、かみ合っているインサートパイプ１３の下端が嵌まっている。カラー１８は、センタリングブッシュ１６を適切に削ることにより形成される。削りやすくするためにカラー１８の根元にアンダカット１９が設けられている。カラー１８の根元に半径方向のショルダ２０が生じる。ショルダ２０の半径方向の幅はインサートパイプ１３の壁厚に等しい。そのためインサートパイプ１３の内径はセンタリングブッシュ１６の内径に等しく、その内径はまたステップ１４の下のクロスヘッドピン４の中央ラジアルボア１４の直径と等しい。

すでに述べたように、インサートパイプ１３には、温度変化による長さの変化に対応できるよう、軸方向にある程度の移動の自由がある。クロスヘッド側またはピストンロッド側に固定されたセンタリングブッシュ１６を備える実施例においては、クロスヘッドピン側のラジアルボア１４またはスルーホール１２に焼嵌めされたセンタリングブッシュ１６を備える実施例の場合と同様に、インサートパイプ１３はセンタリングブッシュ１６に対して軸方向に同程度の移動の自由がある。インサートパイプ１３はそのため滑り嵌めでカラー１８に嵌め込まれ、その分、ステップ２０から離れている。もちろん、インサートパイプ１３の下端を、ステップ２０に接している前面とともにセンタリングブッシュ１６のカラー１８内に焼嵌めなどで固定することも考えられる。この場合、必要な軸方向の移動自由度を実現するには、センタリングブッシュ１６をピストンロッド２およびクロスヘッドピン４に対して軸方向にスライド可能にし、クロスヘッドピン４のラジアルボア１４のステップ１７からの軸方向の距離が出るようにする。

インサートパイプ１３内を延びる内側フローダクト１０は、これと同軸のセンタリングブッシュ１６のボアを介して、これと同軸のクロスヘッドピン４のラジアルボア１４と連絡している。外側フローダクト１１を形成する、インサートパイプ１３の外面とスルーホール１２の壁との間のリング状空間は、下でセンタリングブッシュ１６の上部前面により隔てられている。割り当てられたクロスヘッドピン側のボア１５を接続するために、ピストンロッド２の下端付近において適切な連結路が設けられている。

これまでの図の説明は、図２ないし図４で示した、本発明の３つの実施例について当てはまる。これら実施例の違いについて以下に詳しく述べる。

図２に示した実施例においては、ピストンロッド側のフローダクト１１と割り当てられたクロスヘッドピン側のフローダクトとの間を、フランジ１７の下の領域においてボア１５の形で接続する、先に述べた連結路を形成するためのピストンロッド２には、クロスヘッドピン側の接触面に接している、フランジ７の下の前面から設けられた少なくとも一つのスリット２１が備わっており、このスリットは、スルーホールから出発して半径方向にフランジ７とかみ合っており、軸方向においては、センタリングブッシュ１６がスルーホール１２に嵌め込まれた深さより少し長い。スリット２１の軸方向の長さは、いずれの場合もフランジ７の高さより小さい。示された実施例においては、直径方向に互いに向き合う２つのスリット２１が設けられている。これらは、円盤状の、ピストンロッドの軸に交差するように延びる軸に配置されたフライスおよび／または鋸工具により形成される。スルーホール１３の円周上におけるスリット２１の配置と、ラジアルボア１３と同心の部分円の一つにおけるボア１５の位置は同じであるため、流路を接続できる。

図３に示された実施例においては、外側の、ピストンロッド側のフローダクト１１とクロスヘッドピン側のボアl５との間の連結路には、少なくとも一つの、ここでは直径方向に互いに向き合う２つの直角ボアシステム２２が含まれている。水平方向のボア分岐はこのとき、それぞれ一つのプラグにより外側に対して閉じられている。ここでもまた、軸方向の深さはフランジ７の高さより小さい。

図４に示した実施例は特に望ましいものであり、ここでは外側フローダクト１１を形成するリング状空間と、割り当てられたクロスヘッドピン側のボア１５との接続は、センタリングブッシュ１６の外周付近に設けられた溝２３により行われる。図５から分かるように、ここでは合目的的にこのセンタリングブッシュ１６には、円周側の溝２３が複数備わっており、これらは、ミッドウェブ２４により隔てられており、その半径方向外側はセンタリングブッシュ１６のジャケット面を形成しており、このジャケット面によりこのセンタリングブッシュがスルーホール１２またはラジアルボア１４の割り当てられた壁に接している。ウェブ２４はしたがって、センタリングブッシュ１６を確実に安定させる役割を担っている。

図５から分かるように、センタリングブッシュにはここでは、溝２３とウェブ２４を含む領域の下で、外側の、半径方向の段差がつけられているため、上述した、ラジアルボア１４付近に設けられたショルダの上に当接できる支持面２５、およびこれを超えて下に延びるカラー２６が生じ、このカラーは、クロスヘッドピン４の中央ラジアルボア１４とかみ合う。これにより、半径方向のガイドができ、それを使ってウェブ２４の負荷を軽減できる。ここでクロスヘッドピン側のボア１５は、センタリングブッシュ１６に向かって傾斜する斜めのボアとして構成され、それぞれが少なくとも一つの割り当てられた溝２３と連絡している。ここでは、ボア１５に隣接する、ピストンロッド２のフランジ７のリセスは必要ない。

２サイクル大型ディーゼルエンジンの垂直断面図である。 ピストンロッドのフロントスリットのついた第１実施例である。 ピストンロッドの直角ボアシステムを備える第２実施例である。 外側に溝のついたセンタリングブッシュを備える第３実施例である。 図４のセンタリングブッシュの図である。 既知の装置の図である。

符号の説明

１ ピストン
２ ピストンロッド
３ クロスヘッド
４ クロスヘッドピン
５ コンロッド
６ クランクシャフト
７ フランジ
８ 冷却ダクト
９ 供給管または排出管
１０,１１ フローダクト
１２ スルーホール
１３ インサートパイプ
１４ ラジアルボア
１５ ボア
１６ センタリングブッシュ
１７ ショルダ
１８ カラー
１９ アンダカット
２０ ショルダ
２１ スリット
２２ 直角ボアシステム
２３ 溝
２４ ミッドウェブ
２５ 支持面
２６ カラー

Claims (19)

1. クロスヘッド型エンジン、特に２サイクル大型ディーゼルエンジンであって、ピストンロッド(２)によりクロスヘッドピン(４)と接続されている少なくとも一つのピストン(１)を備え、このピストンには、クロスヘッドピン(４)内とピストンロッド(２)内に設けられた一つのダクトシステムを介して冷却フルードを供給でき、該ピストンロッド(２)には連通用リセス(１２)が設けられており、この下端領域内には、これと平行に延びる、クロスヘッドピン(４)のラジアルボア(１４)から突き出しているセンタリングブッシュ(１６)がかみ合っており、そこから上に位置する領域においては、割り当てられた連通用リセス(１２)の直径より小さい外径を持つインサートパイプ(１３)がこの領域下端に取り付けられており、そのために、内側および外側においてそれぞれ一つのクロスヘッドピン側のフローダクトと連絡する冷却フルードに割り当てられたフローダクト(１０,１１)に分岐しており、
   ピストンロッド(２)の連通用リセス(１２)は、少なくともその上端領域の下においてステップレスのスルーホールとして構成されており、この中に設置されたインサートパイプ(１３)の下端領域がセンタリングブッシュ(１６)とかみ合い、その外径はインサートパイプの外径より大きく、スルーホールの直径と等しいことを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
2. 請求項１に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、センタリングブッシュ(１６)に一つのカラー(１８)が備わっており、その中にインサートパイプ(１３)の下端領域が嵌め込まれることを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
3. 請求項２に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、センタリングブッシュ(１６)がカラー(１８)の半径方向の内側においてインサートパイプ(１３)の下端を受け止める一つのショルダ(２０)を備え、その半径方向の幅はインサートパイプ(１３)の壁厚と等しいことを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
4. 請求項２または請求項３に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、カラーの脚部に、ショルダ(２０)から始まるアンダカット(１９)が設けられていることを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一つの請求項に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、センタリングブッシュ(１６)の内径がインサートパイプ(１３)の内径と等しいことを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一つの請求項に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、クロスヘッドピン(４)のラジアルボア(１４)にセンタリングブッシュ(１６)を支える一つのショルダ(１７)が備わっていることを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
7. 請求項６に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、ショルダ(１７)の半径方向の幅がセンタリングブッシュ(１６)の壁厚と等しいことを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
8. 請求項６または請求項７に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、クロスヘッドピン(４)のラジアルボア(１４)の直径が、ショルダ(１７)より下においてセンタリングブッシュ(１６)の内径およびインサートパイプ(１３)の内径と等しいことを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一つの請求項に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、インサートパイプ(１３)の半径方向外側で延びるフローダクト(１１)が、ピストンロッド(２)の下端に設けられたフランジ(７)に割り当てられた少なくとも一つの連結路を介して、割り当てられたクロスヘッドピン側のフローダクトと連絡しており、該連絡路の軸方向の長さはフランジ(７)の高さより短いことを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
10. 請求項９に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、該連結路は、フランジ(７)付近に設けられた少なくとも一つのフロントスリット(２１)を備え、該スリットは半径方向においては連通用リセス(１２)の直径を超え、軸方向においてはシリンダブッシュ(１６)の上端を越えていることを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
11. 請求項１０に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、直径方向に互いに向き合う２つのスリット(２１)が設けられていることを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
12. 請求項９に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、該連結路に、フランジ(７)付近に設けられた、少なくとも一つの直角ボアシステム(２２)、望ましくは直径方向に向き合って配置された２つのボアシステム(２２)があることを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
13. 請求項９に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、センタリングブッシュ(１６)には外側の軸方向に延びる少なくとも一つの溝(２３)があり、これを通じてピストンロッド(２)の半径方向外側のフローダクト(１１)が、割り当てられたクロスヘッドピン側のフローダクトに連絡していることを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
14. 請求項１３に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、センタリングブッシュ(１６)には円周上に複数の溝(２３)、望ましくは直径方向に互いに向き合う溝(２３)が備わっていることを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
15. 請求項１３または請求項１４に記載のクロスヘッド型エンジンにおいて、センタリングブッシュ(１６)の、溝(２３)がつけられた円周部分の下端には、ラジアルボア(１４)のショルダ(１７)の上に載せられたショルダ(２５)およびこれを超えて下向きに突き出している一つのカラー(２６)が備わっていることを特徴とするクロスヘッド型エンジン。
16. 請求項１ないし請求項１５のいずれか一つの請求項に記載の装置において、インサートパイプ(１３)が軸方向に自由に動くことを特徴とする装置。
17. 請求項１ないし請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の装置において、インサートパイプ(１３)がスルーホール(１２)内においてボア壁に対して軸方向に移動可能な放射状の支持手段により固定されていることを特徴とする装置。
18. 請求項１７に記載の装置において、センタリングブッシュ(１６)が、割り当てられたクロスヘッドピン(４)のラジアルボア(１４)内に圧力嵌めされており、かつインサートパイプ(１３)が軸方向にスライド可能なようにセンタリングブッシュ(１６)にかみ合っていることを特徴とする装置。
19. 請求項１ないし請求項１８のいずれか一つの請求項に記載の装置において、インサートパイプ(１３)の下端が、ピストンロッド(２)のフランジ(７)の前面下部と重ならないことを特徴とする装置。

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