JP6314063B2 - エンジン台板 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンやガスエンジンなどの内燃機関のクランクケースとして適用されるエンジン台板に関するものである。

一般に、シリンダ内で燃料を燃焼させて動力を発生させるディーゼルエンジンやガスエンジンなどの内燃機関は、複数のシリンダの下方にシリンダ配列方向に沿ってクランクシャフトが配置されており、このクランクシャフトは、軸受を介してクランクケースに回転自在に支持されている。

従来のエンジン台板としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたものは、クランクシャフトのクランク軸受を下方から支持する軸受台と、軸受台に連結される隔壁を側方から囲む側板と、軸受台に連結される隔壁を下方から囲む底板とが一体に固定された台板を備えるものである。

特開２０１２−２０２２９６号公報

エンジン台板は、軸受を介して回転するクランクシャフトを回転自在に支持するものであり、作用する各種の荷重を受け止めることができる十分な強度と剛性が必要となる。一方で、エンジン台板は、軽量化を図る目的で構造の簡素化が要求される。従来のエンジン台板にて、台板は、軸受台に連結される隔壁と、この隔壁を側方から囲む側板と、隔壁を下方から囲む底板とが一体に固定されて構成されている。そのため、台板は、クランクシャフトの回転時に隔壁に作用する荷重が側板側に流れ、この側板が面外変形し、隔壁と側板との溶接部の応力が高くなってしまう。この場合、隔壁や側板の板厚を上げたり、二重構造にしたりすることが考えられるが、重量が増加すると共に、製造コストが増加してしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、重量や製造コストの増加を抑制しながら強度の向上を可能とするエンジン台板を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のエンジン台板は、隔壁と、前記隔壁の上部に連結されてクランク軸受を下方から支持する軸受台と、前記隔壁の両側部に交差するように連結される一対の側板と、前記隔壁の下部に交差するように連結される底板と、前記側板の外側にクランク軸方向に沿って固定される補強部材と、を備えることを特徴とするものである。

従って、隔壁の両側部に一対の側板が連結され、この側板の外側に補強部材が固定されることで、隔壁と側板が補強部材により効果的に補強される。クランク軸の回転時に、隔壁に作用する荷重が側板側に流れ、この側板が面外変形する。しかし、側板に補強部材が固定されることで、この側板に作用する面外変形量が低減する。そのため、隔壁と側板との連結部に作用する応力が軽減され、隔壁や側板の板厚増加などの対策が不要となる。その結果、重量や製造コストの増加を抑制しながら強度を向上することができる。

本発明のエンジン台板では、前記補強部材は、水平リブであることを特徴としている。

従って、補強部材を水平リブとすることで、簡単な構造で容易に側板に作用する面外変形量を低減することができ、製造コストの増加を抑制することができる。

本発明のエンジン台板では、前記側板は、鉛直方向に沿う上部側板と、台板中央に向かって傾斜する下部側板と備え、前記補強部材は、前記上部側板に固定されることを特徴としている。

従って、補強部材を上部側板に固定することで、クランク軸受に近い領域を補強することとなり、側板を効率的に補強することができる。

本発明のエンジン台板では、前記補強部材は、前記上部側板における上下方向の中間位置に固定されることを特徴としている。

従って、補強部材を上部側板における中間位置に固定することで、上部側板を効率的に補強することができる。

本発明のエンジン台板では、前記補強部材は、前記上部側板における上下方向の中間位置より下方に固定されることを特徴としている。

従って、補強部材を上部側板における中間位置より下方に固定することで、上部側板と下部側板とを効率的に補強することができる。

本発明のエンジン台板では、前記補強部材の長さが前記側板の長さと同じに設定されることを特徴としている。

従って、補強部材の長さを側板の長さと同じにすることで、側板を効率的に補強して側板に作用する面外変形量を低減することができる。

本発明のエンジン台板では、前記補強部材の長さが前記側板の長さより短く設定されることを特徴としている。

従って、補強部材の長さを側板の長さより短くすることで、材料コストを低減することができる。

本発明のエンジン台板では、前記補強部材は、台形状をなし、長い辺が前記側板に固定されることを特徴としている。

従って、補強部材を台形状として長い辺を側板に固定することで、補強部材と側板との連結部にて、長手方向における端部の応力集中を低減することができる。

本発明のエンジン台板によれば、側板の外側にクランク軸方向に沿って補強部材を固定するので、重量や製造コストの増加を抑制しながら強度を向上することができる。

図１は、ディーゼルエンジンを表す概略図である。 図２は、第１実施形態のエンジン台板を表す正面図である。 図３は、隔壁と側板と水平リブの接合部を表す図２のIII−III断面図である。 図４は、エンジン台板を表す斜視図である。 図５は、第２実施形態のエンジン台板を表す正面図である。 図６は、第３実施形態のエンジン台板を表す斜視図である。 図７は、第４実施形態のエンジン台板を表す斜視図である。 図８は、隔壁と側板と水平リブの接合部を表す水平断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るエンジン台板の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、ディーゼルエンジンを表す概略図である。

第１実施形態にて、図１に示すように、ディーゼルエンジン１０は、例えば、船舶推進用の主機として用いられるクロスヘッド型のディーゼルエンジンである。ディーゼルエンジン１０は、下方に位置する台板（エンジン台板）１１と、台板１１上に設けられる架構１２と、架構１２上に設けられるジャケット１３とを有している。この台板１１と架構１２とジャケット１３は、上下方向に延在する複数のタイロッド１４，１５により一体に締結されて固定されている。

ジャケット１３は、シリンダライナ１６が設けられており、このシリンダライナ１６の上端にシリンダカバー１７が設けられている。シリンダライナ１６とシリンダカバー１７は、空間部１８を区画しており、この空間部１８内にピストン１９が上下に往復動自在に設けられている。また、ピストン１９は、下端部にピストン棒２０の上端部が回動可能に連結されている。

台板１１は、クランクケースとされており、クランクシャフト（クランク軸）２１を回転自在に支持する軸受（クランク軸受）２２が設けられている。また、クランクシャフト２１は、クランク２３を介して連接棒２４の下端部が回動自在に連結されている。架構１２は、上下方向に延在する一対の摺動板２５が所定間隔を空けて固定されており、一対の摺動板２５の間にクロスヘッド２６が上下に移動自在に支持されている。クロスヘッド２６は、ピストン棒２０の下端部と連接棒２４の上端部がそれぞれ回動自在に連結されている。

ここで、ディーゼルエンジン１０を構成する台板１１について詳細に説明する。図２は、第１実施形態のエンジン台板を表す正面図、図３は、隔壁と側板と水平リブの接合部を表す図２のIII−III断面図、図４は、エンジン台板を表す斜視図である。

図２から図４に示すように、台板（エンジン台板）１１は、シャフト軸線Ｌ方向（クランク軸方向）に延在するクランクシャフト２１の軸受２２を下方から支持する軸受台３１と、軸受台３１の両側部に連結される左右一対の隔壁３２と、この左右一対の隔壁３２のそれぞれ両側に交差するように連結される左右一対の側板３３と、隔壁３２及び側板３３の下部に連結される左右一対の底板３４と、隔壁３２及び左右一対の側板３３の上部に連結される左右一対の天板３５とから構成とされている。なお、左右一対の隔壁３２は、一体に構成してもよい。

この場合、軸受台３１と隔壁３２と側板３３と底板３４と天板３５は、溶接により一体に固定されている。そのため、台板１１は、側板３３と底板３４と天板３５により隔壁３２に固定された軸受台３１を取り囲む構成となっている。また、底板３４は、下部にオイルパン３６が連結されている。そして、隔壁３２は、軸受台３１に対して台板１１の幅方向（内燃機関の幅方向）の両側にクランク軸方向に直行する方向に配置されている。側板３３は、隔壁３２に対して台板１１の幅方向（内燃機関の幅方向）の両側にクランク軸方向に沿うと共に、隔壁３２に直行する方向に沿って配置されている。底板３４は、隔壁３２及び側板３３におけるピストン動作方向の下端部に配置され、天板３５は、隔壁３２及び側板３３におけるピストン動作方向の上端部に配置されている。

底板３４は、クランクシャフト２１の側へ凸状となるアーチ状の屈曲部３７を有している。この底板３４の屈曲部３７は、底板３４と平行に配置された水平部材３７ａと、２個の傾斜部材３７ｂとを有している。水平部材３７ａは、軸受台３１の下方に位置して底板３４よりも上方に位置し、軸受台３１の下部に連結されている。各傾斜部材３７ｂは、平板部材３７ａの両側に位置して底板３４と平板部材３７ａとを互いに連結するように傾斜状態で側板３３の下部に連結されている。そのため、屈曲部３７は、各傾斜部材３７ｂが平板部材３７ａを左右の斜め下方からそれぞれ支持しており、平板部材３７ａの近傍の剛性を高めることができる。なお、台板１１の剛性を十分確保していれば、底板１１は、アーチ状の屈曲部３７を備える必要はなく、平板で構成されてもよい。

また、側板３３の下端部と底板３４の上面が溶接により連結されており、側板３３と底板３４の連結部における外側に鉛直リブ３８が溶接により固定されている。鉛直リブ３８は、クランク軸方向において、隔壁３２と同じ位置に両側一対に設置され、台板１１の下部側の剛性を高め、運転時のクランク軸方向に対する直角方向の変形を抑えることができる。即ち、鉛直リブ３８は、台板１１の幅方向の剛性を高め、運転時における台板１１の幅方向の変形を抑えることができる。

そして、台板１１は、軸受台３１の上方に位置した架構１２が配置されている。この架構１２は、天板３５の上方から軸受２２を覆うように配置されている。軸受台３１と架構１２は、軸受２２を収容する空間部３９が設けられている。また、軸受台３１は、空間部３９の両側に厚肉部４０が設けられ、この厚肉部４０に上方に開口する複数のねじ穴４０ａが形成されている。そして、タイロッド１５が架構１２の底板を貫通してねじ穴４０ａにねじ込まれることで、架構１２が軸受台３１に結合される。

また、各側板３３は、外側にクランク軸方向に沿って補強部材としての水平リブ４１が固定されている。水平リブ４１は、厚さ一定の矩形状の板材で、水平リブ４１の長手方向がクランク軸方向に沿うように端面が側板３３の外面に接触し、溶接により固定されている。この場合、側板３３の一方側の面に隔壁３２が位置し、他方側の面に水平リブ４１が位置することで、隔壁３２と水平リブ４１が直交するように配置される。

側板３３は、鉛直方向に沿う上部側板３３ａと、台板１１の幅方向の中央部側に向かって傾斜する下部側板３３ｂとを有し、上部側板３３ａの下部に下部側板３３ｂが配置されている。なお、側板３３は、板材を折曲して上部側板３３ａと下部側板３３ｂを構成してもよいし、上部側板３３ａと下部側板３３ｂを別々に製作して溶接により固定してもよい。水平リブ４１は、上部側板３３ａに固定されている。この場合、水平リブ４１は、上部側板３３ａにおける上下方向の中間位置に固定されている。つまり、上部側板３３ａの高さをｈとすると、水平リブ４１は、上部側板３３ａにおける上端及び下端から高さｈ／２の位置に固定されている。

水平リブ４１におけるクランク軸方向の長さは、側板３３におけるクランク軸方向の長さと同じに設定されている。実際は、台板１１と架構１２とから構成されるエンジンフレームがシリンダの数だけ並列に配置されており、水平リブ４１は、複数のエンジンフレームにおける各台板１１の側板３３に連続して固定されている。

本実施形態の台板１１は、クランクシャフト２１の回転時、各種の荷重が軸受台３１を介して隔壁３２に作用し、隔壁３２に作用した荷重が側板３３側に流れ、この側板３３が面外変形する。しかし、本実施形態では、図３に示すように、隔壁３２に側版３３が溶接部Ｗ１により固定され、側板３３に水平リブ４１が溶接部Ｗ２により固定されている。そのため、側板３３に対して矢印で表す面外変形荷重が作用したとき、側板３３は、水平リブ４１により自身の変形が抑制される。すると、側板３３の面外変形が抑制され、隔壁３２と側板３３との溶接部Ｗ１の応力が軽減される。

このように第１実施形態のエンジン台板にあっては、隔壁３２と、隔壁３２の上部に連結されて軸受２２を下方から支持する軸受台３１と、隔壁３２の両側部に交差するように連結される一対の側板３３と、隔壁３２の下部に交差するように連結される底板３４と、一対の側板３３の外側にクランク軸方向に沿って固定される一対の補強部材としてのリブ４１とを設けている。

従って、隔壁３２の側部に側板３３が連結され、側板３３の外側に水平リブ４１が固定されることで、隔壁３２と側板３３が水平リブ４１により効果的に補強される。クランクシャフト２１の回転時に、隔壁３２に作用する荷重が側板３３側に流れ、この側板３３が面外変形する。しかし、側板３３に水平リブ４１が固定されることで、この側板３３に作用する面外変形量が低減する。そのため、隔壁３２と側板３３との連結部に作用する応力が軽減され、隔壁３２や側板３３の板厚増加などの対策が不要となり、逆に、板厚を薄くすることが可能となる。その結果、重量や製造コストの増加を抑制しながら、強度を向上することができる。

第１実施形態のエンジン台板では、補強部材を水平リブ４１とすることで、簡単な構造で容易に側板３３に作用する面外変形量を低減することができ、製造コストの増加を抑制することができる。

第１実施形態のエンジン台板では、側板３３を、鉛直方向に沿う上部側板３３ａと、台板１１の幅方向の中央部側（内側）に向かって傾斜する下部側板３３ｂとで構成し、水平リブ４１を上部側板３３ａに固定している。従って、水平リブ４１を上部側板３３ａに固定することで、軸受２２に近い領域を補強することとなり、側板３３を効率的に補強することができる。この場合、水平リブ４１を上部側板３３ａにおける中間位置に固定することで、上部側板３３ａを効率的に補強することができる。

第１実施形態のエンジン台板では、水平リブ４１の長さを側板３３の長さと同じに設定している。従って、水平リブ４１により側板３３を効率的に補強して側板３３に作用する面外変形量を低減することができる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態のエンジン台板を表す正面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態にて、図５に示すように、側板３３は、外側にクランク軸方向に沿って補強部材としての水平リブ４２が固定されている。水平リブ４２は、厚さ一定の矩形状の板材で、水平リブ４２の長手方向がクランク軸方向に沿うように端面が側板３３の外面に接触し、溶接により固定されている。この場合、側板３３の一方側の面に隔壁３２が位置し、他方側の面に水平リブ４２が位置することで、隔壁３２と水平リブ４２が直交するように配置される。

水平リブ４２は、上部側板３３ａにおける上下方向の中間位置より下方に固定されている。つまり、上部側板３３ａの高さをｈとすると、水平リブ４２は、上部側板３３ａにおける下端から高さｈ／２より小さい高さｈ_１の位置に固定されている。この場合、水平リブ４２を上部側板３３ａと下部側板３３ｂの連結部（折曲部）に設けることが望ましい。

そのため、台板１１は、クランクシャフト２１の回転時、各種の荷重が軸受台３１を介して隔壁３２に作用し、隔壁３２に作用した荷重が側板３３側に流れ、この側板３３が面外変形する。このとき、上部側板３３ａと下部側板３３ｂの連結部に作用する面外変形が最も大きい。しかし、本実施形態では、側板３３に水平リブ４２が固定されているため、側板３３は、水平リブ４２により自身の変形が抑制され、側板３３の面外変形が抑制されることで、隔壁３２と側板３３との連結部の応力が軽減される。

このように第２実施形態のエンジン台板にあっては、側板３３の外側にクランク軸方向に沿って水平リブ４２を固定し、この水平リブ４２を上部側板３３ａにおける上下方向の中間位置より下方に固定している。

従って、隔壁３２の側部に側板３３が連結され、側板３３の外側に水平リブ４２が固定されることで、隔壁３２と側板３３が水平リブ４２により効果的に補強され、この側板３３に作用する面外変形量が低減する。そのため、隔壁３２と側板３３との連結部に作用する応力が軽減され、重量や製造コストの増加を抑制しながら、強度を向上することができる。

また、水平リブ４２を上部側板３３ａにおける中間位置より下方に固定することで、上部側板３３ａと下部側板３３ｂとを効率的に補強することができる。この場合、側板３３は、上部側板３３ａと下部側板３３ｂとの連結部（折曲部）の強度が不十分であることから、水平リブ４２を上部側板３３ａと下部側板３３ｂとの連結部（折曲部）に近い位置に固定することが望ましい。

［第３実施形態］
図６は、第３実施形態のエンジン台板を表す斜視図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態にて、図６に示すように、側板３３は、外側にクランク軸方向に沿って補強部材としての水平リブ４３が固定されている。水平リブ４３は、厚さ一定の矩形状の板材で、水平リブ４３の長手方向がクランク軸方向に沿うように端面が側板３３の外面に接触し、溶接により固定されている。この場合、側板３３の一方側の面に隔壁３２が位置し、他方側の面に水平リブ４３が位置することで、隔壁３２と水平リブ４３が直交するように配置される。

水平リブ４３におけるクランク軸方向の長さは、側板３３におけるクランク軸方向の長さより短く設定されている。実際は、台板１１と架構１２とから構成されるエンジンフレームがシリンダの数だけ並列に配置されており、水平リブ４３は、複数のエンジンフレームにおける各台板１１の側板３３に個別に独立して固定されている。この場合、水平リブ４３は、長さ方向の中間位置に隔壁３２が位置することとなる。

そのため、台板１１は、クランクシャフト２１の回転時、各種の荷重が軸受台３１を介して隔壁３２に作用し、隔壁３２に作用した荷重が側板３３側に流れ、この側板３３が面外変形する。しかし、本実施形態では、側板３３に水平リブ４３が固定されているため、側板３３は、水平リブ４３により自身の変形が抑制され、側板３３の面外変形が抑制されることで、隔壁３２と側板３３との連結部の応力が軽減される。

このように第３実施形態のエンジン台板にあっては、側板３３の外側にクランク軸方向に沿って水平リブ４３を固定し、水平リブ４３の長さを側板３３の長さより短く設定している。従って、材料コストを低減することができる。

［第４実施形態］
図７は、第４実施形態のエンジン台板を表す斜視図、図８は、隔壁と側板と水平リブの接合部を表す水平断面図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態にて、図７及び図８に示すように、側板３３は、外側にクランク軸方向に沿って補強部材としての水平リブ４４が固定されている。水平リブ４４は、厚さ一定の台形状の板材で、水平リブ４３の長手方向（上辺４４ａと下辺４４ｂ）がクランク軸方向に沿うように端面が側板３３の外面に接触し、溶接により固定されている。この場合、側板３３の一方側の面に隔壁３２が位置し、他方側の面に水平リブ４４が位置することで、隔壁３２と水平リブ４４が直交するように配置される。

水平リブ４４におけるクランク軸方向の長さ（上辺４４ａ及び下辺４４ｂの両辺それぞれの長さ）は、側板３３におけるクランク軸方向の長さより短く設定されている。水平リブ４４は、上辺４４ａと、下辺４４ｂと、２個の側辺４４ｃからなる台形状をなし、最も長い下辺４４ｂが側板３３に固定されている。水平リブ４４は、長さ方向の中間位置に隔壁３２が位置することとなる。

そのため、台板１１は、クランクシャフト２１の回転時、各種の荷重が軸受台３１を介して隔壁３２に作用し、隔壁３２に作用した荷重が側板３３側に流れ、この側板３３が面外変形する。しかし、本実施形態では、隔壁３２に側版３３が溶接部Ｗ１により固定され、側板３３に水平リブ４４が溶接部Ｗ３により固定されている。そのため、側板３３に対して面外変形荷重が作用したとき、側板３３は、水平リブ４４により自身の変形が抑制される。すると、側板３３の面外変形が抑制され、隔壁３２と側板３３との溶接部Ｗ１の応力が軽減される。

また、水平リブ４４は、台形状をなして最も長い下辺４４ｂが側板３３に固定されている。そのため、側板３３が面外変形するとき、水平リブ４４の溶接部Ｗ３における端部に作用する応力が軽減される。

このように第４実施形態のエンジン台板にあっては、側板３３の外側にクランク軸方向に沿って水平リブ４４を固定し、水平リブ４４を台形状とし、長い下辺４４ｂを側板３３に固定している。

従って、水平リブ４４を台形状として長い下辺４４ｂを側板３３に固定することで、水平リブ４４と側板３３との連結部（溶接部Ｗ３）にて、長手方向における端部の応力集中を低減することができる。

なお、上述した実施形態では、補強部材を水平リブ４１，４２，４３，４４としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、補強部材として板厚が一定でない傾斜したリブであってもよい。また、水平リブ４１の形状も、矩形や台形に限らず、多角形や半円としてもよい。更に、補強部材の数も１個に限らず、複数設けてもよい。

また、上述した実施形態では、左右一対の側板３３の外側に補強部材としてのリブ４１，４２，４３，４４を設けたが、一方の側板３３の外側にのみ補強部材としてのリブ４１，４２，４３，４４を設けてもよい。

１０ ディーゼルエンジン
１１ 台板
１２ 架構
１３ ジャケット
１４，１５ タイロッド
１６ シリンダライナ
１７ シリンダカバー
１８ 空間部
１９ ピストン
２０ ピストン棒
２１ クランクシャフト
２２ 軸受（クランク軸受）
２３ クランク
２４ 連接棒
２５ 摺動板
２６ クロスヘッド
３１ 軸受台
３２ 隔壁
３３ 側板
３４ 底板
３５ 天板
３６ オイルパン
３７ 屈曲部
３７ａ 水平部材
３７ｂ 傾斜部材
３８ 鉛直リブ
３９ 空間部
４０ 厚肉部
４０ａ ねじ穴
４１，４２，４３，４４ 水平リブ（補強部材）
４４ａ 上辺
４４ｂ 下辺
４４ｃ 側辺
Ｌ シャフト軸線
ｈ 高さ
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 溶接部

Claims (8)

1. 隔壁と、
   前記隔壁の上部に連結されてクランク軸受を下方から支持する軸受台と、
   前記隔壁の両側部に交差するように連結される一対の側板と、
   前記隔壁の下部に交差するように連結される底板と、
   前記側板の外側にクランク軸方向に沿うと共に前記隔壁と直交するように固定される補強部材と、
   を備えることを特徴とするエンジン台板。
2. 前記補強部材は、水平リブであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン台板。
3. 前記側板は、鉛直方向に沿う上部側板と、台板中央に向かって傾斜する下部側板とを備え、前記補強部材は、前記上部側板に固定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン台板。
4. 前記補強部材は、前記上部側板における上下方向の中間位置に固定されることを特徴とする請求項３に記載のエンジン台板。
5. 前記補強部材は、前記上部側板における上下方向の中間位置より下方に固定されることを特徴とする請求項３に記載のエンジン台板。
6. 前記補強部材の長さが前記側板の長さと同じに設定されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエンジン台板。
7. 前記補強部材の長さが前記側板の長さより短く設定されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエンジン台板。
8. 前記補強部材は、台形状をなし、長い辺が前記側板に固定されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のエンジン台板。

Images