JPH08504495A - クロスヘッド型式のピストンエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２ストローククロスヘッドエンジンはＶ型エンジンとして設計され、２つの平行な列となって配置されたシリンダを有する。各列内に位置した２つの隣接するシリンダのコネクティングロッド（９）は、共通のピン（１０）上に並置状態で支承されている。クロスヘッド（８）は、クロスヘッドピン（１３）に支承されガイド面（１８）に沿って摺動するガイドシュー（１５）によりエンジンの横方向に案内される。ガイド面はベッドプレート（２）とシリンダ区分（４）との間の高さの大半にわたって延び、フレームボックスの横壁（１９）により支持される。２つの隣接するシリンダのクロスヘッド軸受（１２）はエンジンの長手方向において相互に変位しており、その変位はクロスヘッドピン、ガイド面又は横壁において吸収される。

Description

【発明の詳細な説明】 クロスヘッド型式のピストンエンジン 本発明は、クロスヘッド型式のピストンエンジン、特に、大型２ストロークエ ンジンに関する。このエンジンは、ピストンロッド、クロスヘッド及びコネクテ ィングロッドを介してクランクシャフト上の関連するクランクピンジャーナルに 接続された複数のピストンを備え、クロスヘッドはクロスヘッドピンを有し、該 クロスヘッドピンは、その両側に位置し、エンジンのフレームボックス内の直立 の横補強体により支持されたガイド面に沿って運動できる２つのガイドシューを 備える。 このようなエンジンはインラインエンジンとして周知であり、典型的には、船 舶の推進用エンジン又は固定の発電エンジンとして使用される。エンジンの横方 向において、クロスヘッドは、エンジンのフレームボックスの横補強体に固定さ れしかもエンジンのフレームボックスの高さの大半にわたって延びるガイド面に より案内され、エンジンの全ストロークにわたって効力を発揮する。クロスヘッ ドに影響を及ぼす比較的大きな横方向の力を吸収するため、ガイド面を補強体に 堅固に固定しなければならない。横補強体を多層板構造又は単層板壁として構成 することが知られている。従来のエンジンは、その寸法が長いという欠点を有す る。 複数のシリンダを有するトランク型式のエンジンにおいては、対応するクラン クシャフトに関連するように又は駆動パワーを共通のクランクシャフトへ供給で きるように、シリンダを２つの平行な列として配置することによりエンジンの長 さを減少できることが知られている。後者の場合（駆動パワーを共通のクランク シャフトへ供給できるようにシリンダを２つの平行な列として配置した場合）の 例は、共通のクランクピンジャーナル上でコネクティングロッドを並置したトラ ンク型式の４ストロークエンジンである。 各作動シリンダの下方に配置された空気ポンプピストンを有し、ポンプピスト ンがシリンダのピストンロッドとコネクティングロッドとの間の連結部を構成す るような小型のＶ型エンジンも知られている。この空気ポンプピストンはクロス ヘッドと同様に作用するが、ポンプシリンダがエンジンブロックの水平方向の補 強体に取り付けてあるので、限られた横方向の力だけしか吸収できない。このポ ンプシリンダに大きな横方向の力が作用した場合又はエンジンのストロークが増 大した場合、エンジンの運転中、ポンプシリンダは横補強体に関して捩りを生じ 、２つのシリンダの同軸性が失われてしまう。 本発明の目的は、大きな出力を発生させる場合でもクロスヘッドを確実に制御 し、シリンダの数の割りには長さが小さい、上述の型式のピストンエンジンを提 供することである。 上記目的に鑑み、本発明に係るエンジンの特徴とするところは、シリンダが平 行な２列として配列され、それぞれの列の隣接する２つのシリンダのコネクティ ングロッドが並置した状態で共通のクランクピンジャーナルに支承されており、 関連する対の隣接するシリンダにおけるクロスヘッド軸受がエンジンの長手方向 において相互に変位していて同一のシリンダに関連するピストンロッド及びコネ クティングロッドの中心軸を実質上共通面内に位置させるように、クロスヘッド ピン及びガイド面を構成したことである。 シリンダを２列に配置すると、エンジンはその出力の割りには長さが短くなる という効果が得られる。コネクティングロッドの構成は簡単化され、共通のジャ ーナル上に並置状態にて支承される。同じジャーナル上に配置されたコネクティ ングロッドに関連するクロスヘッドの相対変位は、コネクティングロッドの並置 配列にも拘わらず、クランクシャフトの回転軸に垂直な平面内でピストンからク ランクシャフトへの力の伝達を行うことができるという効果を与え、これは、エ ンジンの長手方向に作用するモーメントの発生を阻止するために極めて重要であ る。 第１の好ましい実施例においては、クロスヘッド軸受はクロスヘッドピン上で エンジンの長手方向において非対称的に配置される。クロスヘッド軸受のこの非 対称的な配置により、軸受の相対変位を補償し、直立の横補強体にガイド面を取 り付けるに際して特別な注意を払う必要がない。 好ましくは、ピン上での軸受の非対称的な配置はエンジンフレームボックスの 設計に利用され、好ましくは単一層の板壁として構成された横補強体を支持する ガイド面をエンジンの全幅に沿って同じ横方向の面内に位置させる。従って、補 強体は横方向においてエンジンフレームボックスに大きな剛性を与え、フレーム ボックスの振動を抑えると共に、個々のフレームボックス素子の変形を減少させ る。横補強体の剛性が大きいので、摺動表面が相互に平行となるような位置でガ イド面を固定位置決めでき、これにより、ガイド面及びクロスヘッドシューの摩 耗を減少させる。 ピン上でのクロスヘッド軸受の非対称的な配置により、２つの関連するクロス ヘッドシューは等しい大きさの負荷を吸収する必要がなく、これにより、一方の ガイドシューの寸法を小さくでき、従って、クロスヘッド軸受から最も遠いガイ ドシューの軸受面の幅、及び、好ましくは、関連するガイド面の軸受面の幅が、 ピンの他端におけるガイドシューの軸受面の幅、及び、好ましくは、ガイド面の 軸受面の幅より小さくなる。 クロスヘッドピンの両端に位置した軸受面の幅間の比率がクロスヘッド軸受の 中心からの距離に反比例するようにガイドシューを相対的に配置することにより 、軸受面に均一な荷重を作用させることが可能となり、これら軸受面を均一に摩 耗させる。関連する支持体を備えたクロスヘッドにおけるこのような最適な材料 の使用により、エンジンを有効に軽量化できる。 別の好ましい実施例はクロスヘッド軸受の相対変位を補償するもので、関連す るピン及びガイドシューを備えたクロスヘッド軸受は、クロスヘッド軸受を通る 横方向中央面のまわりで実質上対称的に配置され、関連する対の隣接するシリン ダのためのガイド面はエンジンの長手方向において相互に変位している。このよ うな構成のため、相互にオフセットした（片寄った）クロスヘッドを備えたエン ジンに普通の構成のクロスヘッドを使用できる。それと同時に、ガイド面に実質 上均一な荷重を作用させることができる。この普通の構成のクロスヘッドを使用 することにより、エンジンフレームボックスの直立補強体にガイド面を装着する 際に２つの異なる方法が存在する。第１の方法では、エンジンフレームボックス の横補強体（好ましくは、単一層の板壁で構成される）を支持するガイド面がエ ンジンの全幅にわたって同じ横方向の面内に位置するので、フレームボックスに 大なる剛性を与える。この場合、クロスヘッドの相対変位は、関連する横補強体 から（他の組よりも）一層離れて位置したクロスヘッドピンのための一組のガイ ド面により吸収される。 代わりに、関連する対における２つの隣接するシリンダのうちの一方のシリン ダに関連する横補強体を支持するガイド面が他方のシリンダに関連する横補強体 に関してエンジンの長手方向に変位していて、好ましくは、クロスヘッドピンの ための２組のガイド面がクロスヘッド軸受を通る横方向中央面のまわりで相互に 対称的に位置するように、エンジンを構成することもできる。この場合、横補強 体がクロスヘッド間の変位を吸収するので、関連するガイド面を備えたクロスヘ ッドは全く普通の（従来の）方法で構成することができる。 好ましくは、関連する組の隣接するシリンダにおけるクロスヘッド間の変位量 はクロスヘッドピンの長さの５ないし２０％であり、好ましくは１５％である。 この変位量を下限に設定すれば、エンジンの長さを減少させることができるが、 クランクピンジャーナルの直径を大きくするか、コネクティングロッドの駆動力 をクランクシャフトへ伝達できるような特殊な軸受材料でクランクピンジャーナ ルを形成するか、あるいはクランクピンジャーナルの直径を大きくしかつコネク ティングロッドの駆動力をクランクシャフトへ伝達できるような特殊な軸受材料 でクランクピンジャーナルを形成しなければならない。変位量を上限（２０％） に設定すれば、コネクティングロッドの軸受を大きな幅に構成できて、大きな軸 受面積が得られ、従って、軸受の荷重を小さくできるが、エンジンの長さが多少 長くなり、それと同時に、クロスヘッドピン及び（又は）横補強体及びガイド面 が比較的大きな変位を吸収しなければならない。１５％の変量では、コネクティ ングロッドの軸受に対する荷重とクロスヘッドのまわりのエンジン構造との間で 最適の関係が得られる。 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 第１図は本発明に係るエンジンを通る部分縦断面図、 第２図及び第３図は第１の好ましい実施例に係る２つの異なる構成を示す平面 図、 第４図は第２の好ましい実施例を示す平面図である。 第１図は長ストロークの２ストローククロスヘッドエンジン１を示し、このエ ンジンは、ベッドプレート２に装着され、シリンダ区分４内の２列の隣接するシ リンダ５、６を上面で担持したフレームボックス３を有し、これらのシリンダは エンジンフレームボックス上でＶ字形状に対をなして装着されている。関連する クロスヘッド８を備えたピストンロッド７及びコネクティングロッド９を介して 、各対の隣接するシリンダのピストンはクランクシャフト１１上の共通のクラン クピンジャーナル１０に接続される。２つのコネクティングロッド９は図示のよ うに共通のジャーナル上に並置状態で支承されている。 クロスヘッド８は、コネクティングロッドに剛直に連結されたクロスヘッド軸 受１２と、軸受内に支承されたクロスヘッドピン１３とを有し、ピストンロッド はピンの上側に設けたネジ穴１４に螺合したボルトによりクロスヘッドピンに取 り付けられている。 それ自体既知の方法で、クロスヘッドピンは２つのガイドシュー１５内に支承 され、各ガイドシューは、エンジンを通る横方向の面に対して直角に延び、関連 するガイド面１８（第２図）上の軸受面１７によりエンジンの横方向に案内され る２つの平行な軸受面１６を有する。 ガイド面はベッドプレート２とシリンダ区分４との間の距離の大半にわたって 延びる。関連する軸受面１６、１７が不均一に摩耗するようなガイド面の変形を 生じさせずに比較的大きな横方向の力をエンジンフレームボックスへ伝達できる ようにするため、ガイド面はその全長にわたって関連する横壁１９に溶着され、 また、背面において、ガイド面はガイド面に良好な安定性を与える板区分２０に より所定の間隔で補強される。第２図に示す実施例においては、横壁１９、ガイ ド面１８、板区分２０及び関連するガイドシュー１５を備えたクロスヘッドピン は、２つの横壁間の中央線に関して鏡面対称となっている。エンジンフレームボ ックスの横補強体を構成する横壁１９は同一面内でフレームボックスの全幅にわ たって連続的に延びる。クロスヘッドピン１２は、コネクティングロッドの軸受 が共通のジャーナル上で並置できるように、対応するピン１３上で非対称的に支 承される。 第３図に示す別の構成においては、第１図のものと同じ機能を果たす部材には 同じ符号を付し、その後にダッシュ「′」を付加する。エンジンの長手方向にお いて、クロスヘッド軸受１２′から最も遠く離れたガイドシュー及びガイド面の 軸受面１６′、１７′はピンの他端での対応する軸受面より小さな幅を有してい て、２つのガイドシュー１５′上の荷重の差を補償し、軸受面１６′、１７′上 の荷重を一層均一にする。 第４図に示す第２の好ましい実施例においては、第１図のものと同じ機能を果 たす部材には同じ符号（ただし、１００を加えた数字）を付す。各対の隣接する シリンダに関連する横壁１１９は、２つの普通の構成のクロスヘッド１０８間の オフセット量が横補強体により吸収されるように、エンジンの長手方向において 相互にオフセットしている。エンジンのほぼ中央において、連結部分１２１は横 壁の２つの半部分を相互連結し、エンジンフレームボックスの横方向の剛性を増 大させる。必要なら、反対側の横壁１１９の方向へ適当な距離だけ突出するよう な高さを有する連続的な板区分として連結部分１２１へ延びる板区分１２０ａ、 １２０ｂを形成することにより、横方向の剛性を更に増大させることができる。 図には示さないが、第２の実施例の変形例においては、第２図に示した型式の 横壁を有する。各クロスヘッドピンのための一組のガイド面は他の組のガイド面 よりも横壁から一層離れた位置に位置する。関連する補強板区分を備えていてオ フセットした組のガイド面はエンジンの長手方向において一層大なる幅を有し、 普通の方法で横壁に溶着できる。 図を明瞭にするため、第２−４図では一対のクロスヘッドのみを示したが、関 連する構造を有するクロスヘッドがエンジンフレームボックス内で内側の横壁の 両側に位置していることは明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 大型２ストロークエンジンの如きクロスヘッド型式のピストンエンジンで あって、ピストンロッド（７）、クロスヘッド（８；８′；１０８）及びコネク ティングロッド（９）を介してクランクシャフト（１）上の関連するクランクピ ンジャーナル（１０）に接続された複数のピストンを備え、上記クロスヘッドは クロスヘッドピン（１３；１３′；１１３）を有し、該クロスヘッドピンは、そ の両側に位置し、エンジンフレームボックス（３）内の直立の横補強体（１９； １９′；１１９）により支持されたガイド面（１８；１８′；１１８）に沿って 運動できる２つのガイドシュー（１５；１５′；１１５）を備えてなる、クロス ヘッド型式のピストンエンジンにおいて、 エンジンのシリンダが平行な２列として配列され、それぞれの列の隣接する２ つの上記シリンダ（５、６）の上記コネクティングロッドが並置した状態で共通 のクランクピンジャーナル（１０）に支承されており、関連する対の隣接する当 該シリンダにおけるクロスヘッド軸受がエンジンの長手方向において相互に変位 していて同一のシリンダに関連する上記ピストンロッド及びコネクティングロッ ドの中心軸を実質上共通面内に位置させるように、上記クロスヘッドピン（１３ ；１３′；１１３）及び上記ガイド面（１８；１８′；１１８）を構成したこと を特徴とするピストンエンジン。 ２． 請求の範囲第１項に記載のピストンエンジンにおいて、上記クロスヘッド 軸受（１２；１２′）が、上記クロスヘッドピン（１３；１３′）上でエンジン の長手方向において非対称的に配置されていることを特徴とするピストンエンジ ン。 ３． 請求の範囲第２項に記載のピストンエンジンにおいて、上記エンジンフレ ームボックスの単一層の板壁（１９；１９′）で構成された上記横補強体を支持 する上記ガイド面が、エンジンの全幅に沿って同一の横方向の面内に位置してい ることを特徴とするピストンエンジン。 ４． 請求の範囲第２項又は第３項に記載のピストンエンジンにおいて、上記ク ロスヘッド軸受（１２′）から最も遠く離れた上記ガイドシュー（１５′）上の 軸受面（１６′）の幅、及び、関連する上記ガイド面（１８′）上の軸受面（１ ７′）の幅が、上記ピンの他端におけるガイドシューの軸受面の幅、及び、ガイ ド面の軸受面の幅よりも小さいことを特徴とするピストンエンジン。 ５． 請求の範囲第４項に記載のピストンエンジンにおいて、上記クロスヘッド ピン（１３′）の両端に位置した上記軸受面（１６′、１７′）の幅間の比率が 上記クロスヘッド軸受の中心からの距離に反比例することを特徴とするピストン エンジン。 ６． 請求の範囲第１項に記載のピストンエンジンにおいて、関連する上記ピン （１１３）及び上記ガイドシュー（１１５）を備えた上記クロスヘッド軸受（１ １２）が、当該クロスヘッド軸受を通る横方向中央面に関して実質上対称的に配 置され、関連する対の隣接する上記シリンダのための上記ガイド面（１１８）が エンジンの長手方向において相互に変位していることを特徴とするピストンエン ジン。 ７． 請求の範囲第６項に記載のピストンエンジンにおいて、上記エンジンフレ ームボックスの単一層の板壁で構成された上記横補強体を支持する上記ガイド面 がエンジン（１）の全幅に沿って同一の横方向の面内に位置しており、クロスピ ンのための一組の上記ガイド面が、他の組のガイド面より、関連する上記横補強 体から一層離れた位置に位置していることを特徴とするピストンエンジン。 ８． 請求の範囲第６項に記載のピストンエンジンにおいて、関連する対におけ る２つの隣接する上記シリンダ（５、６）のうちの一方のシリンダに関連する上 記横補強体（１１９）を支持する上記ガイド面が他方のシリンダに関連する上記 横補強体（１１９）に関してエンジンの長手方向において変位していて、クロス ヘッドピン（１１３）のための２組のガイド面が上記クロスヘッド軸受を通る横 方向中央面に関して相互に対称的に位置できるようになっていることを特徴とす るピストンエンジン。 ９． 請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載のピストンエンジンにお いて、関連する対の隣接する上記シリンダにおける上記クロスヘッド間の変位量 が上記クロスヘッドピンの長さの５％ないし２０％、特に、１５％であることを 特徴とするピストンエンジン。