JPH0621565B2 - 並列クランク軸配置機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は１個のシリンダーブロック内に２本のクランク
軸を互いに反対方向に回転するように配置し、両クラン
ク軸を１対に駆動ギヤで互いに連動連結する並列クラン
ク軸配置機関に関する。

（従来技術及びその問題点） この種の従来機関としては、例えば特開昭６０−４５７
２７や特公昭４７−４０２０４等がある。それらの従来
機関では特定のシリンダーの燃料噴射カット及び動弁系
停止によりいわゆる減筒運転が可能であるが、両クラン
ク軸は常時連結されているため、減筒時でも両クランク
軸が一緒に回転すると共に、燃料噴射カットされている
シリンダーのピストンも従動し、クランクピンのメタル
部も摺動している。従って減筒されている側の各摺動部
分の摩擦による回転力のロスが多く、機械効率に問題が
ある。

（問題を解決するための手段） 上記問題を解決するために本発明は、１個のシリンダー
ブロック内に２本の第１，第２クランク軸を互いに反対
方向に回転するように配置し、各クランク軸を１対の第
１、第２駆動歯車により連動連結している舶用の並列ク
ランク軸配置機関において、第２クランク軸の後部に
は、第２クランク軸と同軸芯の分離軸部を配置し、該分
離軸部と第２クランク軸の間にこれらを断続する嵌脱ク
ラッチを配置し、第１クランク軸の後部には前進クラッ
チを介して第１ピニオンギヤを嵌合し、第２クランク軸
の分離軸部には第１クランク軸の第１駆動歯車に噛み合
う第２駆動歯車を固着すると共に後進クラッチを介して
第２ピニオンギヤを嵌合し、両ピニオンギヤ間にプロペ
ラ軸の出力歯車を噛み合わせ、嵌脱クラッチ及び前進ク
ラッチを切り、後進クラッチを入れることによりプロペ
ラ軸を逆転可能とするとともに、燃料噴射系及び動弁系
を、各クランク軸に対応するシリンダー毎に独立に制御
するようにして第２クランク軸を停止した減速運転可能
としている。

（実施例） 第１図は本発明を適用し６気筒機関の水平断面略図を示
しており、この第１図において、１個のシリンダーブロ
ック３に２列のシリンダー列Ｌ１、Ｌ２が配置されてお
り、各シリンダー列、即ち第１、第２シリンダー列Ｌ
１、Ｌ２はそれぞれ３個のシリンダー部（シリンダーラ
イナー）Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４、Ｃ５、Ｃ６を有し
ている。各シリンダー列Ｌ１、Ｌ２の下側にはそれぞれ
第１、第２クランク軸１、２が互いに平行に配置され、
またシリンダーブロック３のクランク軸長さ方向の一端
面には減速逆転機ケース５が固着されている。

第１クランク軸１の一端部には第１駆動歯車６が固着さ
れ、第１クランク軸１はさらに減速逆転機ケース５内へ
と延び、ケース５内の第１クランク軸１部分には第１ピ
ニオンギヤ７が嵌合し、第１ピニオンギヤ７は前進クラ
ッチ８を介して第１クランク軸１に断続自在となってい
る。第１クランク軸１の他端部はシリンダーブロック１
外へと延出し、その先端部にははずみ車１０が固着され
ている。

第２クランク軸２の逆転機ケース５側の端部には第２ク
ランク軸２と同軸芯の分離軸部２ａが配置されており、
該軸部２ａと第２クランク軸２の間には本発明の要部で
ある嵌脱同期クラッチ１５が配置され、嵌脱クラッチ１
５により第２クランク軸２と分離軸部２ａが断続される
ようになっている。分離軸部２ａには前記第１駆動歯車
６と同一径の第２駆動歯車１６が固着されており、第２
駆動歯車１６は第１駆動歯車６に常時噛合い、それによ
り第１クランク軸１と第２クランク軸２（分離軸部２
ａ）が互いに逆方向、即ちＲ方向とＲ′方向に回転する
ようになっている。分離軸部２ａはさらに逆転機ケース
５内へと延び、ケース５内部分には前記第１ピニオンギ
ヤ７と同一径の第２ピニオンギヤ１７が嵌合し、第２ピ
ニオンギヤ１７は後進クラッチ１８介して分離軸部２ａ
に断続自在となっている。

第１シリンダー列Ｌ１の燃料噴射系及び吸排気弁用の動
弁系と、第２シリンダー列Ｌ２の燃料噴射系及び吸排気
弁用の動弁系とは特に図示しないがそれぞれ独立して制
御される。しかも燃料噴射量については回転数と連動し
て独立に電子制御されるようにすることにより、両クラ
ンク軸１、２の負荷バランスが最良に設定できるように
なっている。

第１シリンダー列Ｌ１と第２シリンダー列Ｌ２とは圧縮
比、吸排気弁開閉タイミング、過給度及び最大許容出力
が異なるように設定されている。即ち第１シリンダー列
Ｌ１は圧縮比が高く、吸排気弁開閉タイミングが低負荷
時の最適タイミングに設定され、過給度は無過給あるい
は普通の過給であり、最大許容出力は小さく設定されて
いる。一方第２シリンダー列Ｌ２は圧縮比が低く、吸排
気弁開閉タイミングが高負荷時の最適タイミングに設定
され、過給度は過給機付きの高過給であり、最大許容出
力は大きく設定されている。

第１図のIV−IV断面図を示す第４図において、各クラン
ク軸１、２はそれぞれ軸受メタル１９、２０によりシリ
ンダーブロック３に回転自在に支持されており、クラン
クピンＰ１、Ｐ４等及びコンロツド２１を介してピスト
ン２２にそれぞれ連結している。２３はシリンダーヘッ
ド、２４、２４はそれぞれ吸、排気弁である。

第５図において、減速逆転機ケース５内の下部には出力
軸２６が軸受２７を介して回転自在に支持されており、
出力軸２６には第１ピニオンギヤ７より大径の出力軸歯
車２８が固着されている。出力軸２６はケース５外へと
延出し、例えば舶用プロペラ軸２９に連結している。

第６図において、出力軸歯車２８は両ピニオンギヤ７、
１７に常時噛合っている。

第８ａ、第８ｂ図はバランスが良くかつ機関振動が少な
くなるような各クランクピンＰ１〜Ｐ６の配置（位相）
例を示しており、各シリンダー部Ｃ１〜Ｃ６（第１図）
に対してそれぞれ各クランクピンＰ１〜Ｐ６が対応する
ように記載している。第１クランク軸１の最も第１駆動
歯車６側のクランクピンＰ１（下死点位置で表示）に対
し、第１クランク軸１の中央部のクランクピン２は回転
方向Ｒの逆方向側へと１２０度の位相差で配置され、第
１クランク軸１の残りのクランクピンＰ３は上記クラン
クピン２からさらに回転方向Ｒの逆方向側へと１２０度
の位相差で配置されている。第２クランク軸２の最も第
２駆動歯車１６側のクランクピンＰ４は第１クランク軸
１のクランクピンＰ１に対して１８０度の位相差（上死
点位置）に配置され、中央部のクランクピンＰ５は上記
クランクピン４に対して回転方向Ｒ′側へと１２０度の
位相差で配置され、残りのクランクピンＰ６は上記中央
部のクランクピンＰ５からさらに回転方向Ｒ′側へと１
２０度の位相差で配置されている。

第７図は嵌脱同期クラッチ用作動装置のブロック線図を
示しており、この第７図において、嵌脱同期クラッチ１
５は油圧切換弁３０を介して油圧ユニット３１に接続
し、切換弁３０にはコントローラ３３を介して第１角度
センサー３５及び第２角度センサー３６がそれぞれ接続
されている。第１角度センサー３５は第１クランク軸１
（中心線のみで示す）の回転角度を検知し、第２角度セ
ンサー３６は第２クランク軸２の回転角度を検知する。
コントローラ３３は両クランク軸１、２の回転角度を比
較し、クラッチ入り動作の時に半嵌入状態ですべらせて
運転し、両軸１、２が第８ａ、第８ｂ図のような位相関
係になった状態でクラッチ１５が同期嵌入するように制
御する。

なお角度センサー３５、３６の代りに機関振動を検知し
て振動状態から回転角度を調べるセンサーを用いても良
い。

船の全速前進航行時あるいは通常前進航行時には、第１
図に示すように嵌脱同期クラッチ１５を及び前進クラッ
チ８を入れ、後進クラッチ１８を切る。第１クランク軸
１の回転力は第１ピニオンギヤ７、前進クラッチ８、出
力軸歯車２８及び出力軸２６を介してプロペラ軸２９に
伝わる。一方第２クランク軸２の回転力は嵌脱同期クラ
ッチ１５、分離軸部２ａ、第２駆動歯車１６及び第１駆
動歯車６を介して第１クランク軸に１伝わり、第１クラ
ンク軸１の回転力と共に上述のようにプロペラ軸２９に
伝わる。

なお嵌脱同期クラッチ１５の嵌入時には、第７図のセン
サー３５、３６及びコントローラ３３の作用により、両
クランク軸、２は第８ａ、第８ｂ図に示す位相関係で接
続される。

船の全速あるいは通常後進航行時には、第１図において
嵌脱同期クラッチ１５及び後進クラッチ１８を入れ、前
進クラッチ８を切る。第２クランク軸２の回転力は嵌脱
クラッチ１５、分離軸部２ａ、第２ピニオンギヤ１７、
後進クラッチ１８、出力軸歯車２８及び出力軸２６を介
してプロペラ９２９に伝わる。一方第１クランク軸１の
回転力は第１、第２駆動歯車６、１６を介して分離軸部
２ａに伝わり、第２クランク軸２２の回転力と共に上述
のようにプロペラ軸２９に伝わる。

第１図のような全速航行時（全負荷時）には、第１クラ
ンク軸１は低負荷時の開閉弁最適タイミング、高い圧縮
比及び小さな許容出力で回転するが、高負荷時の開閉弁
最適タイミング、低い圧縮比及び大きな許容出力を有す
る第２クランク軸２の回転力が付加されることにより、
高出力を得る。

前進回転状態における軽負荷作業時には、第２図に示す
ように嵌脱同期クラッチ１５を切り、前進クラッチ８を
入れ、後進クラッチ１８を切る。しかも第２シリンダー
列Ｌ２用の噴射系及び動弁系を停止する。従って第１ク
ランク軸１の回転力のみが第１ピニオンギヤ７、前進ク
ラッチ８、出力軸歯車２８及び出力軸２６を介してプロ
ペラ軸２９に伝わる。一方第２クランク軸２は燃料系等
の停止により停止している。なお分離軸部２ａは第１、
第２駆動歯車６、１６を介して空転している。

第１クランク軸１及び第１シリンダー列Ｌ１はその性
能、即ち圧縮比、吸排気弁開閉タイミング許容出力及び
過給度等を低負荷時用にマッチングしてあるので、第１
クランク軸１のみの運転により良好な低負荷運転性能が
得られる。しかも第２クランク軸２は停止しているの
で、第２クランク軸２の軸受メタル２０部分等の摩擦ロ
スを防ぐことができる。

後進回転状態における低負荷作業時には、第２図におい
て嵌脱同時クラッチ１５を切り、後進クラッチ１８を入
れ、前進クラッチ８を切る。しかも第２シリンダー列Ｌ
２用の噴射系及び動弁系を停止する。従って第１クラン
ク軸１の回転力のみが第１、第２駆動歯車６、１６、分
離軸部２ａ、後進クラッチ１８、第２ピニオンギヤ１
７、出力軸歯車２８及び出力軸２６を介してプロペラ軸
２９に伝わる。一方第２クランク軸２は燃料系等の停止
により停止している。

アイドリング時には第２図において、嵌脱同期クラッチ
１５、前進クラッチ８及び後進クラッチ１８を切り、し
かも第２シリンダー列Ｌ２用の噴射系及び動弁系を停止
する。従って第１クランク軸１のみが回転し、第２クラ
ンク軸２は停止している。なおその場合、両駆動歯車
６、１６及び分離軸部２ａは空転している。

（別の実施例） （１）第３図に示すクランク軸並列機関は、第１図と同
様の構造に加え、第２クランク軸２の他端部に、作業機
用クラッチ４０を介して作業機用出力軸４１を断続自在
に接続した例である。作業機用出力軸４１は例えば集魚
灯あるいは冷凍用の発電機４４に接続し、１つの機関に
より発電機４４とプロペラ軸２９を同時に作動させるこ
とができるようにしている。

即ち嵌脱同期クラッチ１５を切り、作業機用クラッチ４
０を入れた状態で両クランク軸１、２をそれぞれ独立し
て回転させ、それにより第１クランク軸１によりプロペ
ラ軸２９を回転させ、第２クランク軸２により発電機４
４を回転させる。

また作業機用クラッチ４０を切った場合における全速航
行時及び低負荷運転時には、前述の第１、第２図の場合
と同様に作用する。

（２）第９ａ、第９ｂ図は２気筒機関に本発明を利用し
た場合におけるバランスの良いクランクピンＰ１、Ｐ４
の配置（位相）例を示している。即ち第１クランク軸１
のクランクピンＰ１と第２クランク軸２のクランクピン
Ｐ４は鏡面対称位置に配置されている。

（３）第１０ａ、第１０ｂ、第１１ａ、第１１ｂ、第１
２ａ、第１２ｂ、第１３ａ、第１３ｂ図はそれぞれ４気
筒機関に本発明を利用した場合におけるバランスの良い
クランクピンＰ１、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５の配置（位相）例
を示している。

即ち第１０ａ、第１０ｂ図では第１クランク軸１のクラ
ンクピンＰ１、Ｐ２は互いに１８０度の位相差で配置さ
れ、第２クランク軸２のクランクピンＰ４、Ｐ５は互い
に１８０度の位相差で配置され、駆動歯車６、１６側の
クランクピンＰ１、Ｐ４同志は鏡面対称位置より１８０
度の位相差で配置されている。

第１１ａ、第１１ｂ図では第１クランク軸１のクランク
ピンＰ１、Ｐ２同志は互いに１８０度の位相差で配置さ
れ、第２クランク軸２のクランクピンＰ４、Ｐ５も互い
に１８０度の位相差で配置されているが、駆動歯車６、
１６側のクランクピンＰ１、Ｐ４同志は鏡面対称位置よ
り９０度の位相差で配置されている。

第１２ａ、第１２ｂ図では第１クランク軸１のクランク
ピンＰ２は第１駆動歯車６側のクランクピンＰ１に対し
回転方向Ｒの逆方向側に２７０度の位相差で配置され、
第２クランク軸２のクランクピンＰ５は第２駆動歯車１
６側のクランクピンＰ４に対し、回転方向Ｒ′の逆方向
側に９０度の位相差で配置されている。また駆動歯車
６、１６側のクランクピンＰ１、Ｐ４同志は互いに鏡面
対称位置より１８０度の位相差で配置されている。第１
３ａ、第１３ｂ図では第１クランク軸１のクランクピン
Ｐ２は第１駆動歯車６側のクランクピンＰ１に対し回転
方向Ｒの逆方向側に９０度の位相差で配置され、第２ク
ランク軸２のクランクピンＰ５は第２駆動歯車１６側の
クランクピンＰ４に対し、回転方向Ｒ′の逆方向側に９
０度の位相差で配置されている。また駆動歯車６、１６
側のクランクピンＰ１、Ｐ４同志は互いに鏡面対称位置
より１８０度の位相差で配置されている。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、１個のシリンダーブロッ
ク３内に２本のクランク軸１、２を互いに反対方向に回
転するように配置し、両クランク軸１、２を１対の駆動
ギヤ６、１６で互いに連動連結する並列クランク軸配置
機関において、一方のクランク軸２と駆動ギヤ１６の間
に嵌脱クラッチ１５を設けて両クランク軸１、２を独立
に回転可能に構成し、燃料噴射系及び動弁系を、各クラ
ンク軸１、２に対応するシリンダー毎に独立に制御する
ようにして一方のクランク軸２を停止した状態で減筒運
転可能としているので、次のような利点がある。

（１）嵌脱クラッチ１５を切って一方のクランク軸２を
停止させた状態で、他方のクランク軸１によりアイドリ
ング時及び低負荷時に減筒運転できるので、アイドリン
グ時及び低負荷時の減筒運転において、減筒している側
のクランク軸２に係わる軸受メタル２０やピストン等に
よる摩擦ロスを防ぐことができ、機関効率が向上する。

（２）嵌脱クラッチ１５を切って各クランク軸１、２を
独立に運転できるので、各クランク軸１、２を別々の異
なる種類の動力源として多用途に利用できる。勿論各ク
ランク軸１、２の負荷分担を電子制御するようにして、
総合性能を最良のところに容易にセットするようにする
こともできる。

（３）２本のクランク軸１、２を並列配置しているの
で、クランク軸長さを短くでき、それによりクランク軸
１、２のねじり振動を軽減でき、クランク軸径も細くす
ることができる。

（４）１つのシリンダーブロック３内に２本のクランク
軸１、２を並列配置しているので、シリンダーブロック
３の内部モーメントが小さくなり、バランスが良くな
る。それにより振動の低減及び騒音の低減を達成でき
る。

（５）機関の前長及び全幅をＶ型機関並にコンパクトに
でき、しかも加工設備としては直列用機関のものが可能
となる。

（６）舶用の並列クランク軸配置機関において、嵌脱ク
ラッチ１５及び前後進用クラッチ８，１８を設けること
により、簡単に減筒運転と逆転運転（後進）を可能とし
ており、また前進時には第２駆動歯車１６を第２クラン
ク軸２の動力伝達用に利用し、逆転後進時には上記第２
駆動歯車１６を第１クランク軸１の逆転用歯車として利
用でき、駆動歯車を有効に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した６気筒クランク軸並列機関の
全速運転（あるいは通常運転）時の状態を示す水平断面
略図、第２図は減筒運転時の状態を示す水平断面略図、
第３図は別の実施例の水平断面略図、第４図は第１図の
IV−IV断面拡大図、第５図は第４図のＶ−Ｖ断面図、第
６図は各歯車の噛合い状態を示す第５図のVI矢視正面略
図、第７図は嵌脱同期クラッチの作動装置を示すブロッ
ク線図、第８ａ図は両クランク軸の位相例を示してお
り、第５図のVI矢視図に相当する正面略図、第８ｂ図は
第８ａ図の斜視図、第９ａ図は２気筒機関に本発明を適
用した場合の両クランク軸の位相例を示しており、第８
ａ図に相当する正面略図、第９ｂ図は第９ａ図の斜視
図、第１０ａ、第１１ａ、第１２ａ、第１３ａ図はそれ
ぞれ４気筒機関に本発明を利用した場合におけるクラン
ク軸の位相例を示しており、第８ａ図に相当する正面略
図、第１０ｂ図は第１０ａ図と同じ位相のクランク軸の
斜視図、第１１ｂ図は第１１ａ図と同じ位相のクランク
軸の斜視図、第１２ｂ図は第１２ａ図と同じ位相のクラ
ンク軸の斜視図、第１３ｂ図は第１３ａ図と同じ位相の
クランク軸の斜視図である。１、２……クランク軸、３
……シリンダーブロック、６、１６……駆動歯車、１５
……嵌脱同期クラッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１個のシリンダーブロック内に２本の第
   １，第２クランク軸を互いに反対方向に回転するように
   配置し、各クランク軸を１対の第１、第２駆動歯車によ
   り連動連結している舶用の並列クランク軸配置機関にお
   いて、第２クランク軸の後部には、第２クランク軸と同
   軸芯の分離軸部を配置し、該分離軸部と第２クランク軸
   の間にこれらを断続する嵌脱クラッチを配置し、第１ク
   ランク軸の後部には前進クラッチを介して第１ピニオン
   ギヤを嵌合し、第２クランク軸の分離軸部には第１クラ
   ンク軸の第１駆動歯車に噛み合う第２駆動歯車を固着す
   ると共に後進クラッチを介して第２ピニオンギヤを嵌合
   し、両ピニオンギヤ間にプロペラ軸の出力歯車を噛み合
   わせ、嵌脱クラッチ及び前進クラッチを切り、後進クラ
   ッチを入れることによりプロペラ軸を逆転可能とすると
   ともに、燃料噴射系及び動弁系を、各クランク軸に対応
   するシリンダー毎に独立に制御するようにして第２クラ
   ンク軸を停止した状態で減速運転可能としたことを特徴
   とする舶用の並列クランク軸配置機関。
2. 【請求項２】機関振動あるいは各クランク軸角度を検知
   するセンサーと、該センサーと連動して機関全体のバラ
   ンスが最良となる回転角度で嵌脱クラッチを貫入する油
   圧作動装置を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の並列クランク軸配置機関。
3. 【請求項３】各クランク軸に対応するシリンダー列の吸
   気弁の開閉タイミング、圧縮比、出力あるいは過給度の
   仕様をそれぞれ異なるように設定したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の並列クランク軸配置機
   関。