JPH08504496A - クロスヘッド型式のｖ型エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 大型２ストローククロスヘッドＶ型エンジンは、コネクティングロッド（７）、クロスヘッド（６）及びピストンロッド（５）を介して、シリンダ区分内に装着されたシリンダ（４）内のピストンに連結されたクランクシャフト（９）を有する。クロスヘッドはエンジンフレームボックス内で内側の横板壁（１２）に固定されたガイド面（１２）によりエンジンの横方向に案内される。ガイド面は、クロスヘッドの中心の運動方向がクランクシャフトの回転軸（１６）に関してエンジンの横方向に距離ｄだけオフセットするように配置され、これにより、コネクティングロッドの上端が下死点の近傍で互いに接触するのを阻止すると共に、エンジンの全体高さに比べて大きなストロークをエンジンに与える。

Description

【発明の詳細な説明】 クロスヘッド型式のＶ型エンジン 本発明は、エンジンの中央面に関して傾斜して位置し互いに２列となって並ん で配置されたシリンダを有するクロスヘッド型式のＶ型エンジンに関し、このエ ンジンにおいては、各シリンダは、関連するシリンダの軸線に平行に延びるピス トンロッドを介してクロスヘッドに連結されたピストンを有し、該クロスヘッド はエンジンの横方向に案内され、コネクティングロッドを介してクランクシャフ ト上のクランクピンジャーナルに直接連結され、それぞれの列内の２つの隣接す るシリンダに関連するコネクティングロッドの下端は共通のクランクピンジャー ナルに支承されている。 長年にわたって、シリンダ内に位置したピストンをコネクティングロッドの頂 部に支承し、コネクティングロッドの下端をクランクシャフトのクランクスロー 内のジャーナルに支承するようにしてトランク型式のＶ型エンジンを製造するこ とが知られている。ピストンとクランクシャフトとの間のこの型式の連結は比較 的複雑であるが、エンジンの長手軸のまわりでのシリンダの角度回転がコネクテ ィングロッドとピストンとの間のジャーナル連結により直接可能となるので、ク ランクシャフトに関して種々の方法でシリンダを配列するための多数の自由度を 与える。 例えばシュミット・ボルネス社（Schmidt-Bolness Company）により製造され た上述の型式の従来のクロスヘッド型式のＶ型エンジンにおいては、クロスヘッ ドとして作用する部材は、作動シリンダより大きな直径を有しその延長部に存在 するシリンダ内に位置した空気ポンプピストンである。ピストン及び空気ポンプ ピストンは比較的短いピストンロッドを介して相互連結され、空気ポンプピスト ンは更に、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結される。クロ スヘッドの機能はピストン内で生じるので、クロスヘッドの機能はピストン機能 に必要な要求により制限され、これは、ピストンとシリンダ壁との間の潤滑油の 被膜が従来のクロスヘッドとこれに関連するガイド面との間の潤滑油の被膜より 薄 く、横方向の荷重を支えるピストンの能力が制限されることを意味する。上記シ ュミット・ボルネス社製のエンジンは周知のトランク型式のＶ型エンジンと同じ 欠点を有する。すなわち、コネクティングロッドの上端がシリンダ内のピストン に締結されているので、エンジンサイクル中のコネクティングロッドの角度変化 が下方のシリンダリムにより制限されてしまう。コネクティングロッドの角度変 化が制限されると、エンジンのストロークが比較的短くなったり、ストロークに 対してコネクティングロッドが極めて長くなったりし、エンジンの高さが著しく 大きくなってしまう。上記シュミット・ボルネス社製のエンジンの空気ポンプピ ストンはクランクハウジングを上方で閉じる水平に延びた壁に連結される。この 構造体は大きな横方向の力を吸収するのに適さない。 上述のように、既知のＶ型エンジンにおけるストロークとシリンダ直径との間 の比は、コネクテイングロッドを関連するシリンダから離間させねばならないの で、制限される。単一の列となって配列されたシリンダを有する大型長ストロー ククロスヘッドエンジンから、ピストンロッドをシリンダの外部に完全に延出さ せ、エンジンのフレームボックスに取り付けたガイド面により横方向に案内され るクロスヘッドまでピストンロッドを下方へ延ばすことにより、シリンダの直径 に比して大きなストロークを得ることが知られている。このようなエンジンの基 本的な特徴は、ガイド面が垂直に延びていることである。 １９８２年以来、英国特許第２９２７７２号明細書から、クロスヘッドエンジ ンが平行な２列の垂直シリンダを有し、そのピストンがロッドを介して対をなし て共通のクランクピンジャーナルに連結され、このロッドがクロスヘッドを二股 コネクティングロッドの別のジャーナルに接続し、このコネクティングロッドの 上端が水平に延びた連結リンクを介してエンジンのフレームボックスに支承され ているようなエンジンも既知である。この型式のクロスヘッドは、クロスヘッド ピンの中央部分から横方向に延び、ガイド面の片側に位置した複動溝穴（スロッ ト）に係合する補強部材を有し、このガイド面は、ピストンロッド、コネクティ ングロッド及びガイド面が同じ横方向の面内に位置するように、エンジンのフレ ームボックスの長手方向に延びる側壁に取り付けられている。ガイド面はエンジ ン内で垂直に延び、ピストンロッドとクランクピンジャーナルとの間の連結構造 は極めて複雑である。エンジンはそのストロークに関して大きな幅を有する。そ の理由は、コネクティングロッドと同じ面内に位置したガイド面の内側でコネク ティングロッドの角運動を行わねばならないからである。 本発明の目的は、出力パワーの割りには良好な燃費及び小さな直径を有するハ イパワーＶ型エンジンを提供することである。 上記目的を達成するため、本発明のＶ型エンジンの特徴とするところは、エン ジンが、少なくとも２以上のストロークとシリンダ直径との間の比（Ｓ／Ｂ）を 有する大型２ストロークエンジンであり、エンジンのフレームボックスが（好ま しくは板壁の形をした）内側の横方向垂直補強子により補強されており、クロス ヘッドが垂直補強子に取り付けられた細長いガイド面により横方向において案内 され、ガイド面に関連するクロスヘッドの運動方向がクランクシャフトの回転軸 に関してエンジンの横方向において外方にオフセットする（偏る）ような距離だ け、エンジンの中央面から離れてガイド面の下端が位置していることである。 本発明によれば、ガイド面がエンジンの中央面に対して傾斜して延びているに も拘わらず、大型２ストロークインラインエンジンから知られるクロスヘッドの 上記案内方法をＶ型エンジンに使用できることが判明した。 シリンダ直径に比してストロークが長いので、エンジンに対して良好な燃費を 提供するが、エンジンサイクル中のコネクティングロッドの角度変化のためのス ペースが必要となるので、クロスヘッドの案内について特殊な要求が生じる。エ ンジンのフレームボックスの内側横方向補強子上でガイド面を位置決めすると、 エンジンの長手方向においてコネクティングロッドとガイド面との分離が生じ、 コネクティングロッドはガイド面により妨げられない所望の方法でエンジンの横 方向において振動できる。垂直方向に延びた横方向補強子はエンジンの高さ方向 においてガイド面の全範囲にわたってガイド面を支持包囲し、これにより、ガイ ド面の望ましくない変形を発生させずに、ガイド面を介してクロスヘッドからエ ンジンのフレームボックスの横壁へ大きな横方向の力を伝達できる。 ピストンがその下死点に近づいたときにコネクティングロッドの上端が衝突す るのを避けねばならないので、傾斜したシリンダ、及び、エンジンの中央面に関 するガイド面の関連する角度位置決めは、ガイド面の下方区分において新たなス ペースの問題を生じさせる。コネクティングロッドの最下方位置において、クロ スヘッドが互いに十分に離れるような長さを有するようにコネクティングロッド を構成することができるが、このようにすると、エンジンの高さが大きくなって しまう。シリンダの長手軸がクランクシャフトの回転軸と交差するような位置に 関してガイド面の下方区分を外方にオフセットさせると、下死点近傍でコネクテ ィングロッドの上端が互いに離間し、そのため、ガイド面はクランクシャフトか ら上方に短い距離だけ離れて終端することができ、エンジンの高さを有効に小さ くすることができる。後述するが、上述の横方向オフセットは、エンジンのスト ロークを主軸受ジャーナルとクランクシャフトのクランクピンジャーナルとの間 の中心間距離の２倍の値より大きくでき、エンジンをコンパクトにできるという 更なる利点を与える。また、外方向へのオフセットにより、シリンダの長手軸を 一層垂直に近い位置に位置させることができ、ピストン、シリンダ、排気弁等の オーバーホールが容易になる。その理由は、上記のオフセットがない場合とは異 なり、これらの素子を傾斜させながら昇降させる必要がないからである。更に、 上記オフセットにより、エンジンの全体幅を小さくできる。 本発明は、エンジンの寸法を実質上増大させることなく、既知の最大のエンジ ンの出力パワーを越えるパワーを提供するＶ型エンジンの製造を可能にする。例 えば、約５０，０００ｋＷの出力を提供する既存の最大インラインエンジンの高 さ、長さ及び幅と実質上同じ寸法で、約１００，０００ｋＷの出力を提供する内 燃機関（エンジン）を製造することができる。 好ましい実施例においては、２つの隣接するシリンダに関連するガイド面の中 心線はエンジンの中央面に関して同じ角度で延び、これらの中心線はクランクシ ャフトの回転軸の下方における同じレベルでエンジン中央面と交差する。エンジ ンの中央面に対して対称的な構造を有するため、製造が簡単になり、中央面に関 してシリンダが均一に並んでいるため、エンジン構成要素に均一の負荷を加える ことができる。 以下、添付図面の実施例を参照して本発明を詳細に説明する。 第１図及び第２図は、それぞれ上死点及び下死点の近傍における状態を示すエ ンジンの部分縦断面図、 第３図は第２図と同様の図で、本発明の別の実施例を示す図、 第４図はエンジンのストロークとクロスヘッドのガイド面との間の関係を示す 図である。 第１図はＶ型の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、２列のシリンダ４をその上面に担持したエンジ ンフレームボックス３を有し、これらのシリンダはＶ字を構成する対となってエ ンジンフレームボックスに装着されている。各シリンダ対におけるピストンは対 応するピストンロッド５を介してコネクティングロッド７の頂部における関連す るクロスヘッド６に支承され、コネクティングロッドの下端は、シリンダ対に対 して共通でクランクシャフト９上に位置したクランクピンジャーナル８に支承さ れている。クロスヘッドはエンジンフレームボックスの直立の横方向の壁１２に 取り付けられた関連するガイド面１１上で摺動するクロスヘッドシュー１０によ りエンジンの横方向に案内される。ガイド面１１の裏面は横方向の壁に溶着した 板区分１３により補強されている。エンジンのストロークＳとシリンダ直径Ｂ（ 図示せず；ただし、直径Ｂはシリンダのボアの直径に等しい）との間の比は少な くとも２であり（Ｓ／Ｂ＝２）、図示の例では、この比Ｓ／Ｂは２．７である。 ストロークを長くすれば、エンジンの良好な燃費が得られるが、ピストン及びピ ストンロッドを正確に案内する必要がある。この案内は、関連するシリンダの長 手軸に実質上平行に延びストロークより大きな長さを有するガイド面により行わ れる。 コネクティングロッド７の上端は、ピストンロッドに剛直に連結されたクロス ヘッドピンに支承され、このクロスヘッドピンはエンジンの長手方向に延び、コ ネクティングロッドの両側で１つのクロスヘッドシュー１０をそれぞれ担持する 。このコネクティングロッドはガイド面に邪魔されることなくクロスヘッドピン に関して横方向に振動可能である。各クロスヘッドシュー１０は対応するガイド 面１１との接触により横方向に案内される２つの軸受面１４を有する。ガイド面 １１は横壁１２から突出するが、この突出距離は、軸受面（支持面）１４が十分 に支持されるが、コネクティングロッド７がガイド面から完全に離れるようなも のとする。各シューのための２つのガイド面は平行に延び、２つのガイド面間の 中 心線１５はクロスヘッドの中心の運動方向を決定する。第１図から分かるように 、中心線１５、従ってクロスヘッドの運動方向はクランクシャフトの回転軸１６ と交わらないが、エンジンの横方向において回転軸１６から距離ｄだけ離れた位 置を通過する。このため、ガイド面の下方区分間に水平方向の距離が確保され、 この距離は、第２図に示すように、ピストンがその下死点に到達したときに、コ ネクティングロッドが互いに適当な距離だけ離れることができるようなものとす る。回転軸１６に対するクロスヘッドの運動方向の外方へのオフセット（その偏 り量はｄ）により、中心線１５は回転軸１６より下方のレベルに位置した地点１ ８でエンジンの中央面と交差する。２つの隣接するシリンダのガイド面、及び、 同じジャーナル８に直接支承されたそのシリンダのコネクティングロッド７は、 中央面１７について対称的に位置し、このため、両方の中心線１５は回転軸の下 方の同じレベルにおいて中央面と交差する。第４図を参照しての説明から明らか となるが、ガイド面１１のこの位置により、エンジンのストロークが一層長くな る。 クロスヘッドからの横方向の力を吸収するためには、ガイド面をその全長にわ たって剛直に固定することが必要である。この固定は横壁１２へのガイド面の上 述の取り付けにより行われる。エンジンの長手方向において、エンジンフレーム ボックス３は、各対の隣接するシリンダ間で垂直に延びる全通（through-going ）横壁１２を有する。各横壁の下方で、クランクシャフトはベッドプレート２に 装着された同軸の主軸受により支持される。横壁は、クロスヘッドからの横方向 の力を吸収するに必要な剛性をフレームボックス３に与える。好ましくは、簡単 に製造できる横壁１２は単一層の全通板壁から成るが、二重壁フレーム輪郭部材 （プロフィール）の形をした横方向の補強子を使用することもできる。なお、輪 郭部材は横方向において必ずしも全通する必要はない。しかし、輪郭部材はガイ ド面１１の良好な固定を達成するのに十分な長さを有さねばならない。 第２図において、クランクシャフトは、図の左側のピストンがその下死点に近 づくような位置へ回転せしめられている。この位置において、コネクティングロ ッドの上端間には適当なクリアランスすなわち間隔が存在する。ガイド面１１及 びシュー１０上の関連する軸受面１４の幅をエンジンの長手方向において一層大 きくすることにより、クロスヘッドからの大きな横方向の力を横壁へ伝達するた め の十分に大きな軸受領域（支持領域）を提供できる。第３図に示すように、コネ クティングロッドの上端が下死点の近傍で互いにほぼ接触する程度にコネクティ ングロッドを短くすることができる。これにより、ガイド面１１の端部をクラン クシャフトの回転軸１６から極めて短い距離に位置させ、ストロークに比べて極 端に高さの低いエンジンを提供する。それと同時に、傾斜したシリンダが低いレ ベルで終端しているため、エンジンの幅も僅かに減少する。第３図に示す第２実 施例においては、第１図及び第２図のものと同じ機能を果たす素子は同じ符号で 示す。 第４図において、記号Ａは、クロスヘッドの運動方向がクランクシャフトの回 転軸２１６と交差している場合のクロスヘッドエンジン内のガイド面の位置を示 し、記号Ｂは、クロスヘッドの運動方向が回転軸２１６に関して偏っているよう な例を示す。 記号ＡはエンジンのストロークＳが回転軸２１６とクランクピンジャーナルの 対称軸線２１８との間の距離の２倍の値に相当する例を示す。これら２つの例（ Ａ、Ｂ）において、同じ長さの同形のクランクシャフト及びコネクティングロッ ドを使用する。従って、クランクシャフトの最も近いクロスヘッドの位置はガイ ド面２１１の位置に関係なく円弧２１９上に位置しなければならず、クランクシ ャフトから最も遠いロスヘッドの位置は円弧２２０上に位置しなければならず、 この円弧２２０の半径はコネクティングロッドの長さに軸２１６、２１８間の距 離を加えた値に相当する。円弧２１９の半径はコネクティングロッドの長さから 軸２１６、２１８間の距離を引いた値に相当する。例Ａのエンジンにおいては、 クロスヘッドは回転軸２１６を通る半径に従って運動する。クロスヘッドが回転 軸２１６を通る半径に従って運動しないようにガイド面２１１の位置を変更する ことにより、２つの同心円弧間の最小距離がこれら円弧の半径に沿って位置する ので、エンジンのストロークは増大する。 例Ｂは、クロスヘッドの上死点が例Ａのエンジンの中央面２１７から同じ距離 だけ離れて位置する場合を示すが、例Ｂにおいては、ガイド面の下方区分はエン ジンの横方向において外方へ変位していて、クロスヘッドの中心の運動方向が回 転軸２１６に関して距離ｃだけオフセットしている。この構成では、ストローク は元のストロークの１４．５％の増加に相当する距離ΔＳ₁だけ増大する。例Ａ に関してはクロスヘッドの上死点が不変なので、これら２つの例におけるエンジ ンの高さは実質上同じである。ただし、例Ｂにおけるストロークは１５％弱だけ 増大している。 第４図から分かるように、エンジンの幅と高さ及びストロークは、クロスヘッ ドの上死点及び下死点を適当に選定し、これに応じてガイド面２１１をエンジン フレームボックスに装着することにより、必要に応じて大幅に変更できる。エン ジンの横方向におけるクロスヘッドの下死点のオフセット量を増大させることに より、ストロークを実質的に増大させることができることが分かる。これとは別 に、オフセットを採用すると、ガイド面を回転軸２１６の上方の下方レベルで終 端させることができる。その理由は、外方へのオフセットがコネクティングロッ ドのための有効なスペースを提供するからである。このため、ストロークに比べ てエンジンの高さを更に減少させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．クロスヘッド型式のＶ型エンジンであって、エンジンの中央面（１７）に関 して傾斜して位置し互いに２列となって並んで配置されたシリンダ（４）を有し 、上記各シリンダが、関連するシリンダの軸線（１５）に平行に延びるピストン ロッド（５）を介してクロスヘッド（１０）に連結されたピストンを有し、この クロスヘッドがエンジンの横方向に案内され、コネクティングロッド（７）を介 してクランクシャフト（９）上のクランクピンジャーナル（８）に直接連結され 、それぞれの列内の２つの隣接するシリンダに関連する上記コネクティングロッ ドの下端が共通のクランクピンジャーナル（８）に支承されているようなＶ型エ ンジンにおいて、 エンジンが、少なくとも２以上のストローク（Ｓ）とシリンダ直径（Ｂ）との 間の比（Ｓ／Ｂ）を有する大型２ストロークエンジンであり、エンジンのフレー ムボックスが好ましくは板壁（１２）の形をした内側の横方向垂直補強子により 補強されており、上記クロスヘッドが上記垂直補強子に取り付けられた細長いガ イド面（１１）により横方向において案内され、上記ガイド面に関連する当該ク ロスヘッド（１０）の運動方向が上記クランクシャフトの回転軸（１６）に関し てエンジンの横方向において外方にオフセットするような距離だけ、エンジンの 上記中央面（１７）から離れて当該ガイド面（１１）の下端が位置していること を特徴とするＶ型エンジン。 ２．請求の範囲第１項に記載のＶ型エンジンにおいて、２つの隣接する上記シリ ンダに関連する上記ガイド面（１１；２１１）の中心線（１５；２１５）が、エ ンジンの上記中央面に関して同じ角度だけ傾斜して延び、上記クランクシャフト の回転軸（１６；２１６）の下方に位置した同一レベルにおいて当該中央面と交 差していることを特徴とするＶ型エンジン。