JP7265080B1

JP7265080B1 - 大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関

Info

Publication number: JP7265080B1
Application number: JP2022159180A
Authority: JP
Inventors: パーヘンリクニルソン
Original assignee: エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・エナジー・ソリューションズ・エスイー・ティスクランド
Priority date: 2021-10-12
Filing date: 2022-10-03
Publication date: 2023-04-25
Anticipated expiration: 2042-10-03
Also published as: JP2023062676A; DK181012B1; KR20230052233A; DK202100975A1; KR102581797B1; CN115962027A

Abstract

【課題】剛性調整孔の位置と連接棒内部の潤滑液路が干渉しない連接棒を提供する。【解決手段】大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関が開示される。この機関は潤滑流体供給部及び連接棒（３）を備える。連接棒は、クロスヘッドに接続される第１軸受（５）を有する第１端部（４）、クランクピンに接続される第２軸受（８）を有する第２端部（７）、第１端部と第２端部との間のロッド部分（１０）を備える。この連接棒は板状である。連接棒は更に、第１軸受から第２軸受に潤滑流体を供給する潤滑流体路（１１）と、剛性調整孔（１２）とを備える。潤滑流体路は連接棒の軸心線（Ｌ）に対して中心がずれるようにされており、剛性調整孔と干渉しない。このため、潤滑流体路とは無関係に剛性調整孔の位置や形状を選択することが可能となり、連接棒の応力、油膜圧力分布、油膜厚、軸受の応力を十分に最適化することが可能となり得る。【選択図】図２

Description

本発明は、大型２ストロークユニフロー掃気ターボ付クロスヘッド内燃機関に関する。この機関は、
潤滑流体を供給する潤滑流体供給部と；
クロスヘッドに接続されるように構成される第１の軸受を有する第１の端部と、クランクピンに接続されるように構成される第２の軸受を有する第２の端部と、前記第１の軸受と前記第２の軸受との間のロッド部分とを有する少なくとも１つの連接棒と；
を備え、
前記連接棒は、軸心線を有する軸方向エクステンションを有し；
前記連接棒は、前記第１の軸受から前記第２の軸受に潤滑流体を供給するように構成される流体路と、前記連接棒に設けられる少なくとも１つの剛性調整孔とをさらに有する。

背景

船舶用大型２ストロークディーゼル機関のような内燃機関では、機関のコストを削減し、より多くのコンテナを積むため等の目的で船内のスペースを確保するために、機関の重量と体積を最小限に抑える試みが重要性を増しており、これは常に開発が行われている領域である。特に、連接棒軸受のような大型部品をできるだけ小さくしながら、軸受に潤滑流体を供給し、同じ荷重を伝達することができ、連接棒や軸受、そして機関の寿命を短くしないことが重視されている。

油膜圧分布、油膜厚さ、及び軸受と連接棒の応力を最適化するために、連接棒の１つ以上の剛性調整孔を使用して、軸受周りの剛性を調整できることは、よく知られている。また、ＤＫ１７８６１７により既知となっているが、クロスヘッドに設けられた第１の軸受から、剛性調整孔を通って、クランクピン軸受に設けられた第２の軸受に潤滑流体を導くことも可能である。しかし、連接棒の潤滑流体経路に干渉してしまう。

ＤＫ１７８６１７には更に、潤滑流体流路の周囲に複数の剛性調整孔を使用する方法、または、大きな剛性調整孔を伸縮連結ピースと共に使用し、その孔を通って潤滑流体を導く方法が記載されている。伸縮連結ピース付きの大きな剛性調整孔の場合、孔の内部に応力フリーのプラトーが使用され、ダブルノッチ応力の問題やボルト用ネジ山の応力の問題を解決できることもＤＫ１７８６１７から知られている。大型２ストロークディーゼル機関のクランクピン軸受とクロスヘッド軸受の寸法を決める際には、最大油膜圧、軸受コーティング材、軸受クリアランス、油膜厚、軸受の応力と歪みが主な判断材料とされている。

ＤＫ１７８６１７から知られている既存の技術的ソリューションは、１つ又は複数の剛性調整孔の位置が連接棒内部の潤滑流体チャネルと干渉しないようにしなければならないか、または連結ピース解決策を使用しなければならないため、最適とは言えない。連接棒内部の潤滑流体流路は、クランクピン軸受に潤滑油を供給するために必要である。潤滑流体通路と干渉しないように剛性調整孔の位置や設計を決めると、連接棒の応力、油膜圧力分布、油膜厚、軸受の応力を十分かつ自由に最適化できないため不利になる。ＤＫ１７８６１７で提案されているように、潤滑流体流路の周囲に複数の小さな剛性調整孔を設けると良い効果が得られる。しかし、最大の効果を得るには、中央部に大きな剛性調整孔を１つの配置した方がよい。しかしながら、この中央部は、潤滑液流路の最適な位置と干渉してしまう。代替案として、連接棒内部の潤滑流体流路を完全に除去し、完全に外部にあるパイプシステムを使用してクランクピン軸受を潤滑するというものがあるが、複雑であるため望ましくない。さらに、クランク軸からの潤滑流体供給は、その複雑さとクランク軸の応力のためにも好ましくない。また、既存の連接棒の設計では、剛性調整孔と干渉しないように潤滑流体流路の位置を変更するには、連接棒に高い応力がかかるか、連接棒が大きすぎて重いという問題が発生する。

本発明の目的は、クロスヘッド軸受からクランクピン軸受へと延伸する潤滑液路を有する連接棒を備える、冒頭に述べた種類の内燃機関であって、１つ又は複数の剛性調整孔の位置と連接棒内部の潤滑液路との干渉に関する上述の課題が少なくとも著しく低減された内燃機関を提供することである。

上述の課題やその他の課題が、独立請求項に記載の特徴により解決される。より具体的な実装形態は、従属請求項や発明の詳細な説明、図面から明らかになるだろう。

第１の捉え方によれば、次のような、大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関が提供される。この機関は、
潤滑流体を供給する潤滑流体供給部と；
クロスヘッドに接続されるように構成される第１の軸受を有する第１の端部と、クランクピンに接続されるように構成される第２の軸受を有する第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間のロッド部分とを有する少なくとも１つの連接棒と；
を備え、
前記連接棒は、軸心線を有する軸方向エクステンションを有し；
前記連接棒は、前記第１の軸受から前記第２の軸受に潤滑流体を供給するように構成される潤滑流体路と、前記連接棒に設けられる少なくとも１つの剛性調整孔とをさらに有し；
前記連接棒は板状であり、前記潤滑流体路は前記軸心線に対して中心がずれるようにされており、前記剛性調整孔と干渉しないことを特徴とする。

この文脈において、「板状」という表現は、連接棒のロッド部分が、長手方向よりも機関横断方向（engine transverse direction）に著しく広いことを意味している。従って、前記ロッド部は、機関横断方向において、長手方向よりも少なくとも１．５倍広くなっている。

このため、潤滑流体路とは無関係に剛性調整孔の位置や形状を選択することが可能となり、連接棒の応力、油膜圧力分布、油膜厚、軸受の応力を十分に最適化することが可能となり得る。

既存技術と比較した本発明の利点は、軸受性能や軸受寿命、連接棒安全係数を悪化させることなく、軸受シェル背面の滑り特性を変更することもなく、クランクピン軸受のための高価で複雑な潤滑ソリューションも要せずに、クランクピンおよびクロスヘッド軸受の寸法を縮小できることである。軸受寿命の延長、軸受の出力損失の低減、機関効率の向上が即座に得られる。従って、幅と直径の点で軸受の寸法を縮小し、機関の全高、全長、全幅を縮小することができる。これは、既存の技術的ソリューションと比較して、機関の総質量及び製造コストを削減することになる。また本発明は、機関の運動学的アンバランスと振動に好影響を与え得る。更に、板状の連接棒は、クランク軸スロー間の距離を短くすることができるため、クランク軸及び機関全体に好影響を与える。

前記潤滑流体路は、前記連接棒の前記軸心線に対して傾斜した方向に沿って前記第１の軸受から前記第２の軸受まで延びていてもよい。このようにすれば、連接棒内部の潤滑流体路が、連接棒の軸心線に対して対称に配置される剛性調整孔に干渉することがなく、剛性調整孔の形状を最適化することができる。

更に、実施形態によっては、前記連接棒は、前記第１の軸受と前記第２の軸受のうち小さい方の直径の少なくとも１／２の幅を有するようにされ、好ましくは、前記第１の軸受と前記第２の軸受のうち小さい方の直径と少なくとも同じである幅を有するようにされる。このような実施形態では、前記潤滑流体路が、連接棒の前記軸心線に対して平行的に、前記第１の軸受から前記第２の軸受まで延びるようにすることが可能であろう。このようにすれば、連接棒内部の潤滑流体路が、連接棒の軸心線に対して対称に配置される剛性調整孔に干渉することがなく、剛性調整孔の形状を最適化することができる。

本発明の更なる実施形態では、前記潤滑流体路は、第１の部分に亘って、前記連接棒の前記軸心線に対して第１の角度で傾いている第１の方向を走行し、第２の部分に亘って、前記連接棒の前記軸心線に対して第２の角度で傾いている第２の方向を走行することにより、前記第１の軸受から前記第２の軸受へと達してもよい。

前記剛性調整孔は、連接棒の応力、油膜の圧力分布、油膜の厚み、軸受の応力を最適にする形状であればよく、円形、楕円形、多角形などであってもよい。しかし、バレル形であること、すなわち、底部は長方形で側壁は外側に湾曲した形状であることが好ましい。

最適な軸受性能と剛性調整孔周辺の張力を得るために、剛性調整孔の幅とクランクピンの直径の比は、１／１０－３／１０の範囲、好ましくは約２／１０であることが好ましい。

最適な軸受性能と剛性調整孔周辺の張力を得るために、剛性調整孔の距離とクランクピンの直径の比は、１／１０－４／１０の範囲であることが好ましく、３／２０－３／１０であることがより好ましく、２／１０程度であることが最も好ましい。

機関を運転するとき、負荷は連接棒に均一に分散されず、その分布はクランクピンの回転方向によって影響を受ける。従って、正反両方の回転方向に駆動される可能性のある機関では、少なくとも１つの剛性調整孔が、連接棒の軸心線に関して対称に配置されていることが好ましい。

以下、図面に示される例示的な実施形態を参照しつつ、本願発明をより詳細に説明する。
大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関の部分断面図を示す。本発明による連接棒を示す。傾斜した潤滑流体路を有する。本発明による別の連接棒を示す。平行な潤滑流体路を有する。

詳細説明

以下の詳細説明において、本発明を、大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関を参照しつつ説明する。ただし実施形態によっては、内燃機関は別のタイプの機関で有り得ることに注意されたい。

図１は、潤滑流体の潤滑供給装置２と連接棒３とを備える大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関１を示している。連接棒３は、クロスヘッド６に連結されるように構成される第１の軸受５を有する第１の端部４と、クランクピン９に連結されるように構成される第２の軸受８を有する第２の端部７とを備える。連接棒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を更に備えている。連接棒３は、ロッド部分１０に剛性調整孔１２を有する。剛性調整孔１２は、ロッド部分１０において軸受８に近い位置に設けられる。剛性調整孔１２は、連接棒３の両端間の長手方向の剛性を変更するように構成される。

剛性調整孔１２を有することにより、連接棒３は硬さ又は剛性が低く、連接棒３によってクランクピン９に加えられる力は、剛性調整孔を有しない古い型の連接棒に比べて、第２の軸受８の大きな接触面に亘って分配される。そして連接棒３をかなり薄くすることができ、第１の軸受５及び第２の軸受８も、軸受性能を低下させることなく小さくすることができる。連接棒３の厚さを薄くすることにより、クランク軸３５も短くすることができ、機関の全長及び体積を大幅に削減することができる。

図２に見られるように、連接棒３は軸方向エクステンション、すなわち軸方向に延びる部分を有し、軸心線Ｌを有する。連接棒３は、第１の軸受５と第２の軸受８の間の中間部にロッド部１０を有する。連接棒３は更に、連接棒３の内部において、第１の軸受５から第２の軸受８へと延びる潤滑流体路１１を備える。潤滑流体路１１は、第１の軸受５から第２の軸受８へ潤滑流体を供給するように構成される。潤滑流体は、第１の軸受５に潤滑流体を供給するクロスヘッド６を介して供給される。潤滑流体は潤滑流体路１１内を流れ、第２の軸受８に潤滑流体を供給する。剛性調整孔１２は、軸心線Ｌに対して垂直方向尾の貫通孔である。

本発明によれば、連接棒３は板状であり、潤滑液路１１は軸心線Ｌに対して中心を合わせないように設けられる。このため、剛性調整孔１２の位置や形状を潤滑液路１１と独立して選択でき、連接棒３の応力、油膜圧分布、油膜厚、軸受の応力等を十分に最適化することが可能となる。

図２に示す実施形態では、潤滑流体路１１は、第１軸受５から第２軸受８に向かって、連接棒３の軸心線Ｌに対して傾斜した方向及び交差する方向に沿って延在している。このようにすると、連接棒内部の潤滑流体路１１は、連接棒の軸心線Ｌに対して対称に配置される剛性調整孔１２と干渉したり交差したりすることがない。これにより、剛性調整孔１２の形状を最適化することができる。

図３に示す実施形態では、連接棒３は、２つの軸受のうち小さい方の第１の軸受５の直径と基本的に同じ幅で作られる。連接棒３の幅をある程度大きくすることで、潤滑流体路１１が、連接棒３の軸心線Ｌに対して本質的に平行である方向に従って第１の軸受５から第２の軸受８まで走るようにすることが可能になる。また、この実施形態によれば、連接棒３内部の潤滑流体路１１が、連接棒３の軸心線Ｌに対して対称に配置される剛性調整孔１２に干渉又は交差することがなく、この実施形態の剛性調整孔１２の形状を最適化することができる。

図１－図３において、剛性変更孔１２は、上記で定義したように、その好ましい形状で示されている。更に、図３に示す実施形態では、連接棒３は、第１の端部４に近い反対側の端部に追加の剛性変更孔１２ｂを備えることもできる。また、図示しないが、連接棒３は、好ましくは軸心線Ｌに関して均等に分布する１つ以上の追加の剛性修正孔１２又は１２ｂを両端に備えてもよい。

Claims

大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関であって、
潤滑流体を供給する潤滑流体供給部と；
クロスヘッドに接続されるように構成される第１の軸受を有する第１の端部と、クランクピンに接続されるように構成される第２の軸受を有する第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間のロッド部分とを有する少なくとも１つの連接棒と；
を備え、
前記連接棒は、軸心線を有する軸方向エクステンションを有し；
前記連接棒は、前記第１の軸受から前記第２の軸受に潤滑流体を供給するように構成される潤滑流体路と、前記連接棒に設けられる少なくとも１つの剛性調整孔とをさらに有し；
前記連接棒は板状であり、前記潤滑流体路は、その中心線が前記軸心線に対して幅方向で一致しないようにされており、前記剛性調整孔と干渉しないことを特徴とする、機関。
請求項１に記載の大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関であって、
前記潤滑流体路は、前記連接棒の前記軸心線に対して傾斜した方向に沿って前記第１の軸受から前記第２の軸受へと延びる、機関。
請求項１に記載の大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関であって、
前記潤滑流体路は、前記連接棒の前記軸心線に対して平行的に、前記第１の軸受から前記第２の軸受へと延びる、機関。
請求項１に記載の大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関であって、
前記潤滑流体路は、第１の部分に亘って、前記連接棒の前記軸心線に対して第１の角度で傾いている第１の方向を走行し、第２の部分に亘って、前記連接棒の前記軸心線に対して第２の角度で傾いている第２の方向を走行することにより、前記第１の軸受から前記第２の軸受へと達する、機関。
請求項１に記載の大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関であって、
前記少なくとも１つの剛性調整孔のうちの少なくとも１つは前記連接棒の前記軸心線上に設けられる、機関。
請求項１に記載の大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関であって、
前記剛性調整孔を少なくとも２つ備え、該２つの剛性調整孔は前記連接棒の前記軸心線に対して対称的に配される、機関。
請求項１から６のいずれかに記載の大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関であって、
前記剛性調整孔は、円形、楕円形、多角形のいずれかであるか、バレル形、すなわち底部は長方形で側壁は外側に湾曲した形状である、機関。
請求項１から６のいずれかに記載の大型２ストロークユニフロー掃気ターボ過給式クロスヘッド内燃機関であって、
前記剛性調整孔の幅と前記クランクピンの直径の比は、１／１０－３／１０の範囲、好ましくは約２／１０である、機関。