JP2000506244A - モジュラエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数のパワーモジュール、たとえばシリンダブロックモジュール（１０）を含む、パワーユニット、特定的には内燃機関。シリンダブロックモジュール（１０）は、結合ユニット（１４）によって相互接続される。結合ユニット（１４）は、選択可能なギア等によって、たとえばクランク軸のようなパワーモジュール出力部を、共通の出力軸に選択的に相互接続するように適合される。

Description

【発明の詳細な説明】 モジュラエンジン 本発明は、モジュラエンジンに関する。 先行技術においては、陸上輸送用または水上輸送用の車両に、選択的に使用す ることの可能な２以上のエンジンを装備するために、種々の提案がなされてきて いる。 本発明の一つの目的は、複数の相互接続が可能なパワーモジュールを有する、 静止または可動の用途のための、単一のパワーユニットを提供することである。 本発明の一つの局面に従えば、２以上のパワーモジュールと、それらモジュー ルを所定の位置関係でボルトで連結するための手段とを含む、エンジンが提供さ れる。ここで上記手段は、１または複数のパワーモジュールを共通の出力軸へと 結合するための、閉じられた結合装置を含む。 最も一般的には、各パワーモジュールは、少なくとも１つのシリンダおよびク ランク軸を含み、上記結合装置はいずれか、複数またはすべてのクランク軸を共 通の出力軸に結合し、よって、モジュラ内燃機関を提供する。 しかし、上記結合装置は代替的に、たとえば２以上のガスタービンまたは電動 機を結合するのに使用されてもよい。 本発明の別の局面に従えば、複数の動力出力部、たとえば複数のクランク軸を 出力軸と選択的に相互接続するためのギアを組込む、ギアケーシングの形をした 、たとえば上述の閉じられた結合装置等の結合ユニットが、提供される。代替的 に、それぞれのクランク軸によって駆動されかつ調節弁によって連結される液圧 ポンプを組込む、ケーシングを提供することも可能である。閉じられたギアが用 いられる場合、実際の使用におけるパワーユニットの選択およびその数を制御す ることができるように、クラッチが組込まれてもよい。好適なクラッチとは、ト ルクコンバータ、流体フライホイル、遠心クラッチ、液圧式クラッチ、またはば ねおよび圧力プレート等である。 内燃機関の場合、シリンダブロックモジュールは好ましくは鋳造または成形さ れ、かつ、クランクケースに締付けられて、冷却管によって連結される。シリン ダブロックモジュールおよびクランクケースは、代替的に、一体型ユニットとし て鋳造または成形されてもよい。湿式または乾式のライナを嵌め込んでもよい。 シリンダブロックモジュールは、シリンダブロックヘッドおよび関連の従来技術 によるバルブを嵌め込むためにその頂部が開いていてもよいが、好ましくは、シ リンダブロックモジュールは頂部が閉じられていて、バルブハウジングを嵌め込 むために穿孔されている。これについては後に記載する。 クランクケースは好ましくは開いたウェブ型構造として成形または鋳造され、 オイルの通路および帰路のために孔があけられた完全な主要ハウジングを有する 。シリンダブロックモジュールをボルトで互いに連結するために、自在きりもみ が好ましくは提供される。サイドプレートおよびサンプが好ましくは組込まれ、 また望ましくはクランクシャフトのスイングは分離プレートを通過してケーシン グのカッタウェイ部内へと部分的に延在する。 特にサイドプレートは、シリンダブロックモジュールの数および、異なるエン ジンのために必要とされるそれらの相対的な位置付けに適合できるよう、異なる サイズおよび形状で製造され得る。したがって、種々の車両モデルおよびそれら の用途のために必要とされるいかなる数のエンジンも、すべて同じシリンダブロ ックモジュールに基づいて製造することが可能となる。 先に延べたように、シリンダブロックモジュールは従来のシリンダヘッドおよ び従来のカムシャフトによって動作するバルブを受けるために頂部が開放されて いる代わりに、頂部が閉じられたシリンダブロックモジュールを使用することが 最も好ましい。 したがって、本発明の別の局面に従えば、少なくとも１つのシリンダを組込む シリンダブロックを含む、内燃機関が提供される。ここで、上記シリンダヘッド は設けられることはなく、代わりに、少なくとも１つの機械加工されたバルブハ ウジングがシリンダブロックにボルトで連結され、そのまたは各々のバルブハウ ジングは、シリンダブロックの壁部にあけられた孔を通じた燃料または燃料と空 気との混合物の取入れを制御する、１または複数のスライドバルブを組込む。 好ましいバルブは、スライドバルブハウジング、バルブスライド、バルブスラ イドのための駆動カム、およびバルブスライドのための付勢ばねまたは液圧式ダ ンパを含む。これにより、保全作業は、燃料噴射器のそれと同様に行なうことが 可能である。このような好ましいバルブシステムは、気体燃料を使用する車両に 特に好適である。 シリンダブロックモジュールには、単一カムまたはツインカムの１シリンダに つき、このようなバルブを２、３または４つ据付けることが可能である。 以下に、添付の図面を参照して本発明をさらに説明する。図中： 図１は、シリンダブロックモジュール、クランクケースおよび結合ユニットを 含む、エンジンの斜視図である。 図２は、２つのシリンダブロックモジュールを有するエンジンに関する、結合 ユニットの内部を示す平面図である。 図３は、上記結合ユニットの内部の概観図である。 図４は、２つのシリンダモジュールを含むエンジンを示す。 図４ａは、図４のエンジンの修正案を示す。 図５は、図４のエンジンの側面図である。 図６は、好ましいバルブ制御システムを有するエンジンの一部を示す。 図７ａから図７ｄは、好ましい調節弁の詳細図である。 図１に、３つのシリンダブロックモジュール１０を示す。その各々は、各シリ ンダモジュールにつき１つの、クランクケースユニット１２を介して互いにボル トで締付けられた１または複数のシリンダ、および、結合ユニット１４を含む。 図２および図３は、２つのシリンダブロックモジュールを有するエンジンのた めの、結合ユニットの内部を示す。このような結合ユニットは、図１に示すよう な３つのシリンダブロックモジュールを有するエンジンに、または、４またはそ れ以上のシリンダブロックモジュールを有するエンジンに適合するよう、容易に 修正することが可能である。 図２および図３の結合ユニットにおいては、２つのシリンダブロックモジュー ルのクランク軸１６が示される。これらクランク軸１６は、クラッチ１８および 同軸の内部および外部軸２０を介して歯車列２２に結合され、歯車列２２は出力 駆動軸２４に結合される。参照符号２６は、結合ユニットの背面プレートを示す 。 クラッチは、エンジン管理システムによって自動的に制御することが可能であ り、それにより、使用時におけるエンジンの変化する動力要件に応じて、いずれ か一方または両方のシリンダブロックモジュールが出力軸に結合される。 図４は、３０においてボルトで互いに連結された、２つのシリンダブロックモ ジュール２８を有する、エンジンを示す。これらシリンダブロックモジュールは 、各々がクランクケースとともに、一体として形成することが可能である。シリ ンダブロックモジュール２８は、必要に応じて、結合ユニットを適切に再構成す ることで、いかなる所望の位置関係にも相互接続することが可能であるが、図４ ａは、この装置の多様性を示すものである。 図５は、図４のエンジンを側面図で示す。結合ユニット１４は右側に配置され ている。 図６は、シリンダブロックモジュールの一部分を示し、より特定的には、その 好ましいバルブ制御システムを示す。このモジュールの頂部は、シリンダヘッド および従来のカム軸で制御されるバルブを受取るために開放されているのではな く、閉じられており、エンジン内への燃料の注入を制御するスライドバルブ３２ が嵌め込まれている。この構成は、気体燃料を使用するエンジンに特に好適であ る。 図７ａから図７ｄは、スライドバルブのうち１つの細部を示す。スライドバル ブは、バルブハウジング３４を含み、バルブハウジング３４内にはテーパされた バルブスライド３６が組込まれている。バルブスライド３６は、カムシャフト上 のカム４０によって駆動されかつばねまたは液圧式ダンパ４２に対して作用する 、カム従節３８によって制御される。バルブスライド３６は、シリンダブロック モジュールの上壁部にあけられた孔４４を開閉する（図６もまた参照）。 より一般的には、基本的な円筒形ブロックモジュールは、シリンダ１つ当り、 ２つ、３つ、または４つのバルブを有して構築することが可能であり、その頂部 には単一または２つのカムが嵌め込まれるか、または、側部を横断して２つのカ ムが据付けられる。しかしながら、従来のカムシャフトドライブによって駆動さ れる従来のバルブを、代わりに用いることも可能である。カム軸受、カム従節お よびバルブスライド等はすべて、すべてのエンジン装着位置に好適な帰路チャネ ルを有する、バルブハウジング、シリンダブロックおよびクランクケース内に予 めあけられた、オイルラインによってオイルが供給される。図７に示す構成にお いては、バルブはシリンダブロックの機械加工された表面に設けられており、そ れには機械加工されたバルブハウジングがボルト連結されている。だぼ接ぎオイ ルフィードが、ホールの配置を調整する。バルブは硬化されており、２つのテー パ部を有する。これによりバルブは、プレートをテーパ部に対して保持する液圧 またはばねにより、密閉される。バルブスライドはその正面に、調節可能なカム 従節を有し、これが、カムによって押された際に、バルブプレート、ハウジング およびシリンダポート内のホールを位置合せすることによってポートを開くよう 、バルブを調節および操作する。解放時には、バルブスライドはそれを閉じた状 態に保つテーパ部上へと推し戻される。保全作業を行なう場合には、バルブユニ ット全体のボルトを外すか、または、バルブプレートを取外して、もとの場所で 、ばねのキャップを取除き、かつ必要な部品を取換えることにより、それを行な うことが可能である。 図示した結合ユニットは、互いに連結された、閉じられた歯車列であるが、中 間のギアの各々上で分断されたソレノイドが設けられてもよい。これは、いずれ かの区分が損傷を受けた場合にも動作することが可能である。各クランク軸には クラッチおよびスライディングギアが備えられるが、後者は使用されるクラッチ の種類に応じて、選択可能である。トルクコンバータ、流体フライホイルまたは 他のいかなる種類のクラッチを用いることも可能である。歯車列は要件を満たす よう変更可能であり、また、出力軸はさまざまな位置に嵌め込むことが可能であ る。たとえば、重心を低くするように高く位置付けることも可能であり、また、 船舶における用途においては、軸がキール内に嵌め込まれ得るように、低く位置 付けることも可能である。さらに、使用されるクランク軸の数に応じて、いかな る数の出力軸も使用することが可能である。 特に、エンジン管理システム内におそらくは組込まれるコンピュータ制御技術 により、多数のクランク軸が同じ速度で作動し、かつ、適宜、必要に応じて、停 止されるかまたは同期状態に戻されることが可能となる。 多くの利点のうちいくつかは以下のとおりである： エンジンを任意にレイアウトすることにより、設計者は重心を低くすることが 可能であり、それにより、安定性が高まりかつ安全性が増す。水力使用の場合に も、空間要件または利便性を改善するためにかつトルクの応力を排除するために 、エンジンはいかなる位置にも据付けることが可能である。 この鋳造物は、重量およびコストを節約するために、幾種類かのプラスチック を含む種々の材料で製造することが可能である。クランク軸は互いにボルトで連 結することの可能な単一ユニットとして格納されるため、製造および設計におい て、多大な節約が可能となり、さらに、ユニットまたはユニットの一部を取り換 える際の速度および簡易性が増し、また、在庫の節約にもつながる。 種々の装着位置を準備したことによって、ユニットを多数の応用および異なる 組合せに適合できるようにするために製造かつ据付けられねばならないのは、サ イドプレートおよびサンプのみである。 このエンジンは、液体であれ気体であれ、いかなる種類の燃料でも作動するこ とが可能であり、かつ、サンプまたは外部オイルリザーバおよびポンプによって 作動が可能である。また、好ましいバルブシステムは、ユニットの全体的な高さ において空間を大いに節約することができ、よって、多数の設計上の利点をもた らす。更に、このバルブシステムにおいてはヘッドが使用されないため、ヘッド ガスケットの問題が起きる危険はなく、バルブを単に交換すればよい。 概して、４ストロークサイクルで動作する内燃機関を図に示したが、本発明は また、２ストロークサイクルで動作するエンジンにも適用することが可能である 。図示したエンジンはまた、カムシャフトを組込むが、本発明はまた、ユニット バルブアクティベータを組込む、カムを有さないエンジンにも適用が可能であり 、かつ、カムがカムシャフトではなく電子装置によって作動されるエンジンにも 適用が可能である。 最後に、結合という概念はまた、ガスタービンモジュールまたは電力源、すな わち電動機を接続するのに使用するのにも好適である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年４月１４日（１９９８．４．１４） 【補正内容】 請求の範囲 １．各々がパワーモジュールを含む２以上のエンジン区分と、それらエンジン区 分を選択された位置関係で互いにボルトで連結するための手段とを含む、少なく とも１つの出力軸を有する単一のエンジンであって、前記手段はいずれか１つま たはいずれかの数のエンジン区分を１または複数の出力軸に選択的に結合して、 前記単一のエンジンがいずれか１つまたはいずれか複数のパワーモジュールから の動力を利用して１または複数のシャフトを駆動することができるようにする結 合装置を含む、エンジン。 ２．各パワーモジュールは少なくとも１つのシリンダおよび１つのクランク軸を 含み、前記結合装置はいずれか１つ、複数またはすべてのクランク軸を１または 複数の共通の出力軸に選択的に結合し、よって、内燃機関を提供する、請求項１ に記載のエンジン。 ３．前記結合装置は複数のクランク軸を前記１または複数の共通の出力軸と選択 的に相互接続するためのギアを組込むギアケーシングを含む、請求項２に記載の エンジン。 ４．各シリンダブロックモジュールは、クランクケースにボルトで連結されるか またはクランクケースと一体として形成される、請求項３に記載のエンジン。 ５．前記クランクケースは、シリンダブロックモジュールの数および、異なるエ ンジンに対して要求されるシリンダブロックモジュールの相対的な位置関係に適 するように、サイズおよび形状が設計されかつ構築される、請求項４に記載のエ ンジン。 ６．前記シリンダブロックモジュールは頂部が閉じられており、スライドバルブ ハウジングを嵌め込むための孔があけられている、請求項２から請求項５のいず れかに記載のエンジン。 ７．複数のパワーモジュールを相互接続するための結合ユニットであって、前記 結合ユニットはいずれか１つまたはいずれか複数の動力出力部を少なくとも１つ の共通の出力軸と選択的に相互接続するための手段を組込むケーシングの形状を 有する、結合ユニット。 ８．前記相互接続する手段は選択可能な歯車列を含む、請求項７に記載の結合ユ ニット。 ９．内燃機関モジュール内に含まれる複数のクランク軸を１または複数の共通の 出力軸に選択的に相互接続するための、請求項７または請求項８に記載の結合ユ ニット。 １０．前記ケーシングは、前記ギアとともに、少なくとも１つのクラッチを格納 して、使用されるパワーモジュールの数の選択を制御することが可能である、請 求項８に従属の請求項９に記載の結合ユニット。 １１．少なくとも１つのシリンダを組込むシリンダブロックを含み、前記シリン ダヘッドは取除かれ、代わりに、少なくとも１つの機械加工されたバルブハウジ ングが前記シリンダブロックにボルトで連結され、前記または各バルブハウジン グは、前記シリンダブロックの壁部にあけられた孔を通じて直接注入するための 空気および/または燃料または燃料と空気の混合物の取入れを制御する１または 複数のスライドバルブを組込む、請求項２に記載の内燃機関。 １２．各バルブはスライドバルブハウジング、バルブスライド、バルブスライド のための駆動カム、およびバルブスライドのための付勢ばねまたは液圧式ダンパ を含む、請求項１１に記載のエンジン。 １３．気体燃料の使用に適合される、請求項１１または請求項１２のいずれかに 記載のエンジン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．２以上のパワーモジュールと、それらモジュールを選択された位置関係に互 いにボルトで連結するための手段とを含むエンジンであって、前記手段はいずれ か１つまたは複数のパワーモジュールを共通の出力軸に結合するための閉じられ た結合装置を含む、エンジン。 ２．各パワーモジュールは少なくとも１つのシリンダおよび１つのクランク軸を 含み、前記結合装置はいずれか１つ、複数またはすべてのクランク軸を共通の出 力軸に結合し、よって、内燃機関を提供する、請求項１に記載のエンジン。 ３．前記結合装置は複数のクランク軸を前記出力軸と選択的に相互接続するため のギアを組込むギアケーシングを含む、請求項２に記載のエンジン。 ４．各シリンダブロックモジュールは、クランクケースにボルトで連結されるか またはクランクケースと一体として形成される、請求項３に記載のエンジン。 ５．前記クランクケースは、シリンダブロックモジュールの数および、異なるエ ンジンに対して要求されるシリンダブロックモジュールの相対的な位置関係に適 するように、サイズおよび形状を適合させることが可能である、請求項４に記載 のエンジン。 ６．前記シリンダブロックモジュールは頂部が閉じられており、スライドバルブ ハウジングを嵌め込むための孔があけられている、請求項２から請求項５のいず れかに記載のエンジン。 ７．複数のパワーモジュールを相互接続するための結合ユニットであって、前記 結合ユニットは複数の動力出力部を共通の出力軸と選択的に相互接続するための 手段を組込むケーシングの形状を有する、結合ユニット。 ８．前記相互接続する手段は選択可能な歯車列を含む、請求項７に記載の結合ユ ニット。 ９．内燃機関モジュール内に含まれる複数のクランク軸を共通の出力軸に相互接 続するための、請求項７または請求項８に記載の結合ユニット。 １０．前記ケーシングは、前記ギアとともに、少なくとも１つのクラッチを格納 して、使用されるパワーモジュールの数の選択を制御することが可能である、請 求項８に従属の請求項９に記載の結合ユニット。 １１．少なくとも１つのシリンダを組込むシリンダブロックを含む内燃機関であ って、前記シリンダヘッドは取除かれ、代わりに、少なくとも１つの機械加工さ れたバルブハウジングが前記シリンダブロックにボルトで連結され、前記または 各バルブハウジングは、前記シリンダブロックの壁部にあけられた孔を通じて直 接注入するための空気および/または燃料または燃料と空気の混合物の取入れを 制御する１または複数のスライドバルブを組込む、内燃機関。 １２．各バルブはスライドバルブハウジング、バルブスライド、バルブスライド のための駆動カム、およびバルブスライドのための付勢ばねまたは液圧式ダンパ を含む、請求項１１に記載のエンジン。 １３．気体燃料の使用に適合される、請求項１１または請求項１２のいずれかに 記載のエンジン。