JP6305488B2

JP6305488B2 - 大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関

Info

Publication number: JP6305488B2
Application number: JP2016198804A
Authority: JP
Inventors: ペル・ニルソン
Original assignee: エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・アンド・ターボ・エスイー・ティスクランド
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2036-10-07
Also published as: JP2017078419A; KR102144407B1; KR20170132106A; KR20170044030A; CN106567758B; DK201570649A1; CN106567758A; DK178617B1

Description

本発明は、潤滑流体の潤滑供給部と、少なくとも１つのコネクティングロッドと、を備えるクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関に関する。

海洋船舶の大型２ストロークディーゼルエンジンのような、例えば特許文献１から公知の内燃機関では、エンジンコストを減少させるため且つ船舶上により大きな空間、例えばより大きなコンテナを作り出すために、エンジンの重量及び体積を最小化させる試みが、ますます重要になっており、常に発展する領域である。特に、コネクティングロッド、軸受及びエンジンの寿命を短縮させることなく、大型構成要素、例えばコネクティングロッド軸受を最小化させる一方で、それでも軸受に潤滑剤を供給することができ且つ同じ荷重を伝達することが、重点を置く領域になっている。

米国特許第４５１５１１０号明細書

本発明の目的は、従来技術における上記のデメリット及び欠点を完全に又は部分的に克服することである。より具体的に、本目的は、改良されたクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関であって、構成要素及びそれら構成要素の接続部により大きな応力を導くことなく、又は軸受もしくは運動学的不安定性にネガティブな影響とエンジンの振動とをもたらすことなく、エンジンの重量及び体積が最小化された、クロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関を提供することである。

上記の目的、並びに以下の説明から明らかになるであろう多数の他の目的、利点及び特徴は、
クロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関であって、
− 潤滑流体の潤滑供給部と、
− 第１の軸受を介してクロスヘッドに接続されるように構成された第１の孔を有する第１の端部と、第２の軸受を介してクランクピンに接続されるように構成された第２の孔を有する第２の端部と、第１の孔と第２の孔との間のロッド部分と、を備える少なくとも１つのコネクティングロッドであって、コネクティングロッドが、軸方向延長線を有し、コネクティングロッドが、第１の孔及び第２の孔の少なくとも一方に潤滑流体を供給するように構成された流体チャネルをさらに備える、コネクティングロッドと、
を備え、
コネクティングロッドが、中央部分及び第３の孔を備え、第３の孔が、中央部分よりも第１の軸受及び第２の軸受の一方に近くロッド部分に配置されており、第３の孔が、少なくとも軸方向延長線におけるコネクティングロッドの剛性を変更するように構成されている、クロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関により、本発明に従う解決法によって達成される。

中央部分よりも第１の軸受及び第２の軸受の一方に近くロッド部分に第３の孔を有することによって、剛性は、コネクティングロッドが実質的により薄く且つ第１の孔及び第２の孔が実質的により小さく形成されるように、コネクティングロッドにおいて分配され、これにより、クランクシャフトの全長を縮小させ、従って、大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関全体のサイズを縮小させる。

加えて、流体チャネルが、第１の孔から第２の孔へ延在してもよい。

さらに、流体チャネルが、第２の孔を通じて第２の孔内の軸受に潤滑流体を供給するように構成されてもよい。

さらに、第３の孔が、軸方向延長線と垂直に延在してもよい。

中央部分が、第１の孔と第２の孔との間のコネクティングロッドの中間に配置されてもよい。

加えて、第３の孔が流体チャネルを横切って延在し、これにより、流体チャネルの中間出口及び中間入口を規定し、中間出口及び中間入口双方が第３の孔に面していてもよい。

さらに、コネクティングロッドが、流体チャネルの反対側に追加的な第３の孔を備えてもよい。

さらに、追加的な第３の孔が、第１の端部により近くてもよい。

また、第３の孔が、第１の端部よりも第２の端部に近くてもよい。

さらに、第３の孔が、第２の端部よりも第１の端部に近くてもよい。

コネクティングロッドが、中間出口及び中間入口を流体接続させるために、ボアを有し且つ第３の孔内に配置された接続要素をさらに備えていてもよい。

さらに、ボアが流体チャネルの一部分を形成してもよい。

加えて、接続要素が、中間入口内に延在するチューブ状部分を備えていてもよい。

さらに、接続要素が、第１の孔から中間入口内に延在するチューブ状部分であってもよい。

さらに、チューブ状部分が、部分的にロッド部分を通って延在してもよい。

また、接続要素のチューブ状部分が、中間出口内に延在してもよい。

チューブ状部分が、可撓性チューブであってもよい。

さらに、接続要素が、ボアの第１のセクションを備える第１の部分と、ボアの第２のセクションを備える第２の部分と、を備え、第１の部分が、第２の部分に対してスライド可能であり、ボアの第１のセクション及び第２のセクションを流体接続してもよい。

さらに、接続要素が、軸方向延長線に沿う第３の孔の変形を吸収するように構成されてもよい。

また、接続要素の第１の部分が、部分的に接続要素の第２の部分内でスライドしてもよい。

さらに、接続要素の第１の部分が、例えば第３の孔の変形中に第２の部分内に延在する雄型部分であってもよい。

雄型部分がチューブ状部分であってもよい。

また、コネクティングロッドが、雄型部分と第２の部分との間に０．０５ｍｍ−１．０ｍｍの径方向クリアランス、好ましくは０．０５ｍｍ−０．５ｍｍの径方向クリアランスを有してもよい。

さらに、第１の部分及び第２の部分がロッド部分に留められてもよい。

さらに、第１の部分が、ベース部分及びチューブ状部分を備えてもよい。

さらに、第２の部分が、ボアの第２のセクションを有するベース部分を備えてもよい。

また、第１の部分のチューブ状部分が、部分的に第２の部分のボア内に延在してもよい。

さらに、ベース部分が、例えばネジ又はボルトによりロッド部分に留められてもよい。

加えて、コネクティングロッドが、軸方向延長線に沿って第３の孔内に延在する、第１の突出部分及び第２の突出部分を有し、第１の突出部分が中間出口を形成し、第２の突出部分が中間入口を形成してもよい。

さらに、第３の孔が、略Ｈ字状又は略Ｉ字状であってもよい。

追加的に、流体チャネルが所定の直径を有し、直径が第２の孔において減少してもよい。

さらに、軸受リングが第２の孔内に配置されてもよく、流体チャネルの出口が軸受リングに隣接してもよい。

また、流体チャネルが、第２の孔に沿って軸方向延長線から所定の周方向距離で配置された２つの出口で終端してもよい。

さらに、コネクティングロッドの第１の端部が、ロッド部分に接続されたクロスヘッド部分を備え、これにより第１の孔を形成してもよい。

加えて、コネクティングロッドの第２の端部が、ロッド部分に接続されたクランクピン部分を備え、これにより第２の孔を形成してもよい。

本発明は、上述した大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関を備える船舶にも関する。

本発明及びその多くの利点が、添付の概略的な図を参照して以下でより詳細に説明され、図は、説明のために、非限定的ないくつかの実施形態を示している。

大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関の部分的な断面図を示す。コネクティングロッドを斜視図で示す。コネクティングロッドの一部分の断面図を示す。別のコネクティングロッドの一部分の断面図を示す。２つの第３の孔を有するコネクティングロッドを示す。２つの第３の孔を有する別のコネクティングロッドを示す。別のコネクティングロッドを示す。

全ての図は、極めて概略的であり、且つ必ずしも縮尺通りではなく、それらの図は、本発明を説明するために必要なこれらのパーツのみを示し、他のパーツは省略されるか又は単に示唆される。

図１は、潤滑流体の潤滑供給部２と、コネクティングロッド３と、を備えるクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関１を示している。コネクティングロッド３は、クロスヘッド６に接続されるように構成された第１の孔５を有する第１の端部４と、クランクピン９に接続されるように構成された第２の孔８を有する第２の端部７と、を備えている。コネクティングロッド３は、第１の端部４と第２の端部７との間にロッド部分１０をさらに備えている。コネクティングロッド３は、（図２に示す）中央部分１３よりも軸受の１つに近くロッド部分１０に配置された第３の孔１２を備え、第３の孔は、（図２に示す）軸方向延長線Ｌにおけるコネクティングロッド３の剛性を変更するように構成されている。

第３の孔１２を有することによって、コネクティングロッド３は、より小さい堅さを有するか又はより小さい剛性を有し、コネクティングロッド３によってクランクピン９に付与される力は、第３の孔のないコネクティングロッドを開示する従来技術のものよりも大きい第２の孔８の接触面にわたって分配され、そして、コネクティングロッド３は実質的により薄く形成され、第１の孔５及び第２の孔８は実質的により小さく形成され、従ってクランクピン９及びクロスヘッド６内の軸受は、軸受性能を低下させることなく、より小さく形成することもできる。コネクティングロッド３の（図２に示す）厚さｔを減少させることによって、（図１に示す）クランクシャフト３５は、実質的により短く形成することもでき、これにより、実質的にエンジンの全長を減少させる一方で、運動学的不安定性及びエンジンの振動にポジティブな影響をもたらす。従って、第３の孔１２を付与することによって、エンジンの全体積は大幅に減少され、且つより大きなスペースが貨物に与えられる。さらに、コネクティングロッド３及びひいてはエンジンのサイズを縮小することによって、エンジンの総重量も実質的に減少され、これは、船舶の総重量と、上記積載物の輸送に関連するコストと、を減少することをもたらす。

１つの構成要素から別の構成要素へ力を伝達するときに、力の伝達で付与される圧力が潤滑剤を力の伝達ポイントから離させるので、十分な潤滑を得ることは極めて困難な場合がある。特に、コネクティングロッドとクランクピンとの間で力を伝達する場合、強い力が、潤滑流体、例えばオイルを伝達ポイントから離すように押し、さらなる潤滑剤の注入が、伝達中にはほとんど不可能になる。最適な油膜圧力、軸受クリアランス、油膜厚さ並びに軸受における応力及びひずみは、大型２ストロークエンジンのためのクランクピン軸受及びクロスヘッド軸受を寸法決めするときのメインの基準として見られる。従って、コネクティングロッドとクランクピン／クロスヘッドとの間の軸受に潤滑流体を供給することができ、これにより、最適な油膜厚さ及び油膜圧力を得るためにこれら接続部での応力を減少させることができることが重要である。

より大きい範囲にわたって圧力を分散する場合、油膜、すなわち潤滑流体は、コネクティングロッドとクランクピンとの間の接続部により容易に塗布され、潤滑流体は、同様に大きな表面積にわたって分配され、これにより、第２の孔８において潤滑層を一様にする。

図２では、コネクティングロッド３は、第１の孔５と第２の孔８との間のコネクティングロッド３の中間に配置された中央部分１３を備えている。コネクティングロッド３は、コネクティングロッド３の軸方向延長線Ｌに沿って第１の孔５から第２の孔８へ延在する流体チャネル１１をさらに備えている。流体チャネル１１は、第１の孔５から第２の孔８へ潤滑流体を供給するように構成されている。潤滑流体は、第１の孔５内の第１の軸受１４に潤滑流体を供給するためにクロスヘッド６を通じて運ばれる。潤滑流体は、第２の孔８内の第２の軸受１５に潤滑流体を供給するために流体チャネル１１内を流れる。第３の孔１２は、軸方向延長線Ｌと垂直に延在しており、第３の孔１２は、貫通孔である。第３の孔１２は、第１の端部４よりも第２の端部７に近い。

図３における第３の孔１２は、流体チャネル１１を横切って延在し、これにより、流体チャネル１１の中間出口１６及び中間入口１７を規定し、中間出口１６及び中間入口１７双方は、第３の孔１２に面している。コネクティングロッド３は、中間出口１６及び中間入口１７を流体接続するために、ボア１９を有し且つ第３の孔１２内に配置された接続要素１８をさらに備えている。ボア１９は、流体チャネル１１の一部分を形成している。接続要素１８は、チューブ状部分２０を備え、チューブ状部分２０は、中間入口１７内に延在し、且つチューブ状部分２０内のボア１９を流体チャネル１１と流体接続している。コネクティングロッド３がクロスヘッド６からクランクピン９へ力を伝達する場合、第３の孔１２の小さな変形が生じ、チューブ状部分２０が中間入口１７内にスライドし、これにより、この変形を吸収させる。接続要素１８は、例えばネジ又はボルト２５によりロッド部分１０に留められている。接続要素１８は、ベース部分２６を備え、チューブ状部分２０及びボルト２５はベース部分２６内に延在している。従って、接続要素１８は、軸方向延長線Ｌに沿うコネクティングロッド３の第３の孔１２の変形を吸収するように構成されている。

図４における接続要素１８は、ボア１９の第１のセクション２２を備える第１の部分２１と、ボア１９の第２のセクション２４を備える第２の部分２３と、を備えている。接続要素１８の第１の部分２１は、接続要素１８の第２の部分２３に対してスライド可能であり、ボア１９の第１のセクション２２及び第２のセクション２４を流体接続する。第１の部分２１は、チューブ状部分２０を備えており、チューブ状部分２０は、ボア１９の第２のセクション２４内に延在し且つ第２のセクション２４内でスライドしてひいては軸方向延長線Ｌに沿うコネクティングロッド３の第３の孔１２の変形を吸収する雄型部分である。コネクティングロッド３は、チューブ状部分２０と第２の部分２３との間に０．０５ｍｍから１．０ｍｍの径方向クリアランスを有しており、これにより、第３の孔１２の変形を吸収する。第１の部分２１及び第２の部分２３は、例えばネジ又はボルト２５によりロッド部分１０に留められている。第１の部分２１は、ベース部分２６Ａを備え、チューブ状部分２０及びボルト２５は、ベース部分２６Ａ内に延在している。また、第２の部分２３は、ボア１９の第２のセクション２４を有するベース部分２６Ｂを備えている。

図３及び図４におけるコネクティングロッド３は、軸方向延長線Ｌに沿って第３の孔１２内に延在する、第１の突出部分２７及び第２の突出部分２８を有している。第１の突出部分２７は中間出口１６を形成し、第２の突出部分２８は中間入口１７を形成している。従って、第３の孔は、略Ｈ字状である。図３では、流体チャネル１１は、直径Ｄ_１，Ｄ_２を有し、直径は、第１の孔５での第１の直径Ｄ_１から第２の孔８での第２の直径Ｄ_２へ減少している。軸受リング２９が第２の孔８内に配置され、流体チャネル１１の出口３０が軸受リング２９に隣接している。

図４では、流体チャネル１１は、第２の孔８まで第１の直径Ｄ_１を有し、第２の孔８では、潤滑流体が、図５に示すように第２の孔８の周囲に沿って周囲チャネル３６内に分配され、従って、流体チャネル１１は、２つの出口３２で終端する。

図５では、コネクティングロッド３は、追加的な第３の孔１２Ｂを備えており、追加的な第３の孔１２Ｂは、第２の端部７よりも第１の端部４に近い。接続要素１８は、中間入口１７内に延在するチューブ状部分２０を備え、流体チャネル１１は、第２の孔８に沿って軸方向延長線Ｌから所定の周方向距離に配置された２つの出口３２で終端している。

図１から図７におけるコネクティングロッド３の第１の端部４は、ロッド部分１０に接続されたクロスヘッド部分３３を有し、これにより第１の孔５を形成する。同じ方式で、コネクティングロッド３の第２の端部７は、ロッド部分１０に接続されたクランクピン部分３４を備え、これにより、第２の孔８を形成する。

図６におけるコネクティングロッド３は、流体チャネル１１のそれぞれ反対側に配置された、最初の第３の孔１２，１２Ａ及び追加的な第３の孔１２，１２Ｂを備え、このため、２つの第３の孔１２，１２Ａ，１２Ｂは、流体チャネル１１の両側に配置されている。従って、ロッド部分１０は、クランクピン９に付与される力を一様にするために、第２の孔８の上方でより可撓性を有して形成されている。

図７では、チューブ状部分２０は、部分的に流体チャネル１１内でロッド部分１０を通って延在し、従って、チューブ状部分２０は、第１の孔５から第３の孔１２を通って第２の孔８に延在している。チューブ状部分２０と第１の孔５及び／又は第２の孔８との間にはクリアランスが存在してもよい。チューブ状部分２０は、中間出口１６内及び中間入口１７内に延在し、且つ第３の孔１２の変形を吸収するために流体チャネル１１内でスライドする。チューブ状部分は、別の実施形態では可撓性チューブであってもよい。

本発明が、上記において本発明の好ましい実施形態に関連して説明されたが、当業者には、以下の特許請求の範囲によって規定されるように本発明から逸脱することなくいくらかの修正が想起可能であることは明らかである。

１大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関、２潤滑供給部、３コネクティングロッド、４第１の端部、５第１の孔、６クロスヘッド、７第２の端部、８第２の孔、９クランクピン、１０ロッド部分、１１流体チャネル、１２第３の孔、１３中央部分、１４第１の軸受、１５第２の軸受、１６中間出口、１７中間入口、１８接続要素、１９ボア、２０チューブ状部分、２１第１の部分、２２第１のセクション、２３第２の部分、２４第２のセクション、２７第１の突出部分、２８第２の突出部分、Ｌ軸方向延長線

Claims

クロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）であって、
− クロスヘッド（６）と、
− 潤滑流体の潤滑供給部（２）と、
− 第１の軸受（１４）を介して前記クロスヘッド（６）に接続されるように構成された第１の孔（５）を有する第１の端部（４）と、第２の軸受（１５）を介してクランクピン（９）に接続されるように構成された第２の孔（８）を有する第２の端部（７）と、前記第１の孔（５）と前記第２の孔（８）との間のロッド部分（１０）と、を備える少なくとも１つのコネクティングロッド（３）であって、前記コネクティングロッド（３）が、軸方向延長線（Ｌ）を有し、前記コネクティングロッド（３）が、前記第１の孔（５）及び前記第２の孔（８）の少なくとも一方に前記潤滑流体を供給するように構成された流体チャネル（１１）をさらに備える、コネクティングロッド（３）と、
を備える、クロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）において、
前記コネクティングロッド（３）が、中央部分（１３）及び１つ目の第３の孔（１２，１２Ａ）を備え、前記１つ目の第３の孔（１２，１２Ａ）が、前記中央部分よりも前記第１の軸受及び前記第２の軸受の一方に近く前記ロッド部分（１０）に配置された貫通孔であり、前記１つ目の第３の孔（１２，１２Ａ）が、少なくとも前記軸方向延長線（Ｌ）における前記コネクティングロッド（３）の剛性を変更するように構成されており、前記コネクティングロッドが、２つ目の第３の孔（１２，１２Ｂ）を備え、前記１つ目の第３の孔（１２，１２Ａ）及び前記２つ目の第３の孔（１２，１２Ｂ）が、前記流体チャネル（１１）のそれぞれ反対側に配置されていることを特徴とするクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）。
前記１つ目の第３の孔及び前記２つ目の第３の孔（１２）が、前記軸方向延長線（Ｌ）と垂直に延在していることを特徴とする請求項１に記載のクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）。
前記流体チャネル（１１）が、前記第１の孔（５）から前記第２の孔（８）へ延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載のクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）。
クロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）であって、
− クロスヘッド（６）と、
− 潤滑流体の潤滑供給部（２）と、
− 第１の軸受（１４）を介して前記クロスヘッド（６）に接続されるように構成された第１の孔（５）を有する第１の端部（４）と、第２の軸受（１５）を介してクランクピン（９）に接続されるように構成された第２の孔（８）を有する第２の端部（７）と、前記第１の孔（５）と前記第２の孔（８）との間のロッド部分（１０）と、を備える少なくとも１つのコネクティングロッド（３）であって、前記コネクティングロッド（３）が、軸方向延長線（Ｌ）を有し、前記コネクティングロッド（３）が、前記第１の孔（５）及び前記第２の孔（８）の少なくとも一方に前記潤滑流体を供給するように構成された流体チャネル（１１）をさらに備える、コネクティングロッド（３）と、
を備える、クロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）において、
前記コネクティングロッド（３）が、中央部分（１３）及び第３の孔（１２）を備え、前記第３の孔（１２）が、前記中央部分よりも前記第１の軸受及び前記第２の軸受の一方に近く前記ロッド部分（１０）に配置された貫通孔であり、前記第３の孔（１２）が、少なくとも前記軸方向延長線（Ｌ）における前記コネクティングロッド（３）の剛性を変更するように構成されており、前記第３の孔（１２）が、前記流体チャネル（１１）を横切って延在し、これにより、前記流体チャネル（１１）の中間出口（１６）及び中間入口（１７）を規定し、前記中間出口（１６）及び前記中間入口（１７）双方が、前記第３の孔（１２）に面していることを特徴とするクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）。
前記コネクティングロッド（３）が、前記中間出口（１６）及び前記中間入口（１７）を流体接続させるために、ボア（１９）を有し且つ前記第３の孔（１２）内に配置された接続要素（１８）をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載のクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）。
前記接続要素（１８）が、前記中間入口（１７）内に延在するチューブ状部分（２０）を備えていることを特徴とする請求項５に記載のクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）。
前記接続要素（１８）が、前記ボアの第１のセクション（２２）を備える第１の部分（２１）と、前記ボアの第２のセクション（２４）を備える第２の部分（２３）と、を備え、前記第１の部分（２１）が、前記第２の部分（２３）に対してスライド可能であり、前記ボアの前記第１のセクション（２２）及び前記第２のセクション（２４）を流体接続することを特徴とする請求項５又は６に記載のクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）。
前記接続要素（１８）の前記第１の部分（２１）が、部分的に前記接続要素（１８）の前記第２の部分（２３）内でスライドすることを特徴とする請求項７に記載のクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）。
前記接続要素（１８）が、前記軸方向延長線（Ｌ）に沿う前記第３の孔（１２）の変形を吸収するように構成されていることを特徴とする請求項５から８のいずれか一項に記載のクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）。
前記コネクティングロッド（３）が、前記軸方向延長線（Ｌ）に沿って前記第３の孔（１２）内に延在する、第１の突出部分（２７）及び第２の突出部分（２８）を有し、前記第１の突出部分（２７）が前記中間出口（１６）を形成し、前記第２の突出部分（２８）が前記中間入口（１７）を形成していることを特徴とする請求項４から９のいずれか一項に記載のクロスヘッドタイプの大型ターボチャージャー付き２ストローク内燃機関（１）。