(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロペラ軸を駆動し、その最後方の主軸受にスラスト軸受を有する内燃機関であって、該主軸受が、クランク軸の軸方向においてクランク軸（６）のスローとスラスト軸受のスラストカラーとの間に配置され、該スラストカラーがクランク軸と共に回転可能であり、スラストカラー上の軸方向前方を向いた摺動面と内燃機関のベッドプレート（８）内の主軸受の固定ハウジング上の軸方向後方を向いた支持面（１８）との間にスラストセグメント（２０）が配置された内燃機関において、前記スラストカラーが、最大限でも、前記スラストセグメント（２０）の中間部分と同一高さとなる位置まで半径方向内方に伸びる回転対称な円弧状の凹部（２８、２８´）を有することを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
請求項１による内燃機関において、前記円弧状形状の凹部（２８´）が、最大限でも、スラストセグメント（２０）の半径方向最外側の３０パーセント部分と同一高さとなる位置まで内方に伸びることを特徴とする、内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は２による内燃機関において、前記円弧状形状の凹部（２８）がスラストカラーの外面に配置されることを特徴とする、内燃機関。
【請求項４】
請求項３による内燃機関において、前記円弧状形状の凹部（２８）が、冷却剤を供給し得るように少なくとも１つの管と関係することを特徴とする、内燃機関。
【請求項５】
請求項３又は４による内燃機関において、前記スラストカラーが、半径方向に突き出すカラーを有しており、円弧状形状の凹部（２８、２８´）の半径方向外側の位置にてスプロケットホイール（２９）が該カラーに固定されることを特徴とする、内燃機関。
【請求項６】
請求項３又は４による内燃機関において、前記スラストカラーが、円弧状形状の凹部（２８）のそれぞれの側部にて軸方向に２つの円筒状面を有しており、１つのスプロケットホイールの２つの環状部材（３２）が該円筒状面のそれぞれ一方に固定されることを特徴とする、内燃機関。
【請求項７】
請求項６による内燃機関において、前記スプロケットホイールの２つの環状部材が、軸方向に向けて相互に可撓性であることを特徴とする、内燃機関。
【請求項８】
請求項１又は２による内燃機関において、前記円弧状形状の凹部（２８´）が、軸方向前方を向いたスラストカラーの摺動面（２２）上に配置されることを特徴とする、内燃機関。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１つの請求項による内燃機関において、少なくとも４０，０００ｋＷの最大連続定格値を有するディーゼル型の２行程クロスヘッドエンジンであることを特徴とする、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロペラ軸を駆動し、その最後方の主軸受（メインベアリング）にスラスト軸受（スラストベアリング）を有する内燃機関であって、該主軸受が、クランク軸の軸方向においてクランク軸のスローとスラスト軸受のスラストカラーとの間に配置され、該スラストカラーがクランク軸と共に回転可能であり、スラストカラー上の軸方向前方を向いた摺動面と内燃機関のベッドプレート内の主軸受の固定（据え付け型）ハウジング上の軸方向後方を向いた支持面との間にスラストセグメントが配置された、内燃機関に関する。
【従来の技術】
エンジンの最後方主軸受にてベッドプレート内に一体化された、かかるスラスト軸受を有する内燃機関では、そのエンジンの長さは有利な程に短くなる結果になる。この内燃機関は、典型的に、極めて大きいトルクをエンジンからプロペラ軸を通じてプロペラに伝達しなければならない、コンテナ船のような大型船の主機である。プロペラが船を前方に推進させるとき、該プロペラはプロペラ軸に対し前進力を付与し、この力はスラスト軸受内でベッドプレートを介してエンジン基礎に伝達される。
回転軸からベッドプレートへの力の伝達は、主軸受ハウジング上の支持面に対して実質的に静止したスラストセグメントを介して行われる。スラストカラーにおける摺動面は、スラストセグメントの支持面の上を摺動し、スラスト軸受の潤滑系によって軸受面と摺動面との間に潤滑油膜が維持される。
【発明が解決しようとする課題】
個々のスラストセグメントは、スラストカラーに対して個々に調節され、スラスト軸受の全荷重能力は、個々のスラストセグメントの荷重能力の合計値に相応する。このため、スラストセグメントの荷重能力は、運転中、妥当な程度に均一であることが望ましいが、こうすることは、主軸受の取り外し可能な上側部分と反対側の上側セクター部分内にスラストセグメントが何ら存在しないため、主軸受内に一体化されたスラスト軸受の場合、困難なことである。このため、そのときスラストカラーの上側となる部分は、スラストセグメントによって軸方向に支持されていない。
本発明の目的は、内燃機関におけるスラスト軸受の荷重能力を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
このことに鑑みて、内燃機関は、周縁領域内において、スラストカラーが最大限でもスラストセグメントの中間部分と同一高さとなる位置まで半径方向内方に伸びる回転対称な円弧状の凹部を有することを特徴としている。
スラスト軸受（スラストベアリング）の荷重能力が最大限、発揮される全負荷運転のとき、周縁領域内に円弧状の凹部があることは、周縁領域内で、スラストカラーがスラストセグメントの半径方向最外側領域に対し押し付けられる程度が僅かに弱いことを意味する。
第一に、このことは、スラストの中心が半径方向に向けて多少内方に移動することを意味する。主軸受（メインベアリング）の固定（据え付け）部分は、ベッドプレート内の横断壁に対して一体的な全体物として形成され、この横断壁は重い材料で出来ており且つリブ形状の補剛材が設けられている。その結果、支持面は、主軸受の軸穴に隣接するその半径方向最内側領域よりもその半径方向最外側領域においてより剛性となる。運転負荷を受けるとき、支持面のより剛性な領域は、軸方向に変形する程度が小さく、このため、その半径方向最外側領域内でスラストセグメントに加わる荷重が最大となり易い。スラストカラーに円弧状形状の凹部が存在することは、半径方向最外側領域内でスラストカラーからの軸方向圧力を減少させ、そのため、この領域内の支持面のより大きい剛さを補償することになる。
第二に、この円弧状形状の凹部は、スラストカラーが非支持状態から支持状態に変化する、スラスト軸受の領域内での圧力分配状態をより均一にする。スラストカラーの非支持領域内において、その周縁領域は撓み易くなり、周縁領域が支持領域内で連続的に回転すると、この撓み程度が減少し、その結果、配置されたスラストセグメントに対し最初に余剰な荷重が加わる。この余剰な荷重を部分的に補償することは、セグメントに加わるスラスト荷重を減少させる、円弧状形状の凹部により達成され、特に、スラストカラーの撓みが最大となる半径方向最外側領域内でその荷重を減少させる。
凹部がスラストセグメントの中間よりも半径方向に更に内方に伸びるならば、セグメントにより伝導可能である最大のスラスト力が望ましくない程に減少する可能性がある。
好ましくは、円弧状形状の凹部を、最大限でも、スラストセグメントの半径方向最外側の３０パーセント部分と同一高さとなる位置まで内方に伸びるようにする。それは、最大の可能なスラスト力の影響を受ける可能性のある半径方向最内方領域が、好ましい程に大きいスラストセグメント領域を備えることができるからである。
１つの好ましい実施の形態において、円弧状形状の凹部はスラストカラーの外面に配置される。該凹部は、スラストカラーに対し半径方向最外側領域内でより大きい撓み自由度を提供する。スラスト軸受に加わる力が小さいとき、スラストカラーに加わる圧力は過度に低く、スラストカラーを変形させず、摺動面が支持面に対して実質的に平行に伸びることになる。スラストカラーに加わる圧力が高いとき、凹部と対向した半径方向最外側領域は、該凹部により提供されるより大きい可撓性のため凹部に向けて軸方向に撓む。この撓みは、スラスト荷重のより大きい比率がスラストセグメントの半径方向内側領域によって吸収されることを意味する。このように、この実施の形態は、荷重に依存して、摺動面がそれ自体、スラストセグメントと摺動面との間に十分で且つ適宜に厚い潤滑油膜が維持されることを許容するような形状に調節するという有利な点をもたらす。
１つの実施の形態において、円弧状形状の凹部は、冷却剤を供給し得るように少なくとも１つの管と関係している。通常、潤滑油である冷却剤を円弧状形状の凹部に供給することにより、その冷却はスラストカラーの半径方向最外側領域の前面及び背面の双方に作用し、このため温度を低く保つことができ、このことは、より低温の潤滑油が圧縮されて除去されることなく、より大きいスラスト力を伝導することが可能であるから、荷重能力を向上させることに寄与する。冷却剤は円弧状形状の凹部内で潤滑機能を果たす必要がないから、供給量は、専ら、必要な冷却効果に合ったものとすることができる。
１つの実施の形態において、内燃機関内のスラストカラーは、半径方向に突き出すカラーを有しており、円弧状形状凹部の半径方向外側の位置にてスプロケットホイールがこのカラーに固定される。幾つかの場合、例えば、エンジンの後端にてカム軸を駆動するため、チェーン駆動装置にスラスト軸受が設けられ、また、その場合、スプロケットホイールは、円弧状形状の凹部により提供されるスラストカラーの半径方向最外側領域の可撓性を制限することになる。スプロケットホイールをカラーに固定することにより、スプロケットホイールが円弧状形状の凹部の一側部にてスラストカラーにのみ固定されており、このため、凹部の反対側部は所望の可撓性を完全に保持する。
１つの代替的な設計において、スラストカラーは、円弧状形状の凹部のそれぞれの側部にて軸方向に２つの円筒状面を有しており、１つのスプロケットホイールの２つの環状部材が該円筒状面のそれぞれ一方に固定される。軸方向に適宜に相互に可撓性である２つの部材となるようにスプロケットホイールを分割することは、また、スプロケットホイールがスラストカラーの半径方向最外側領域の可撓性を打ち消すのを防止することにもなる。
これと代替的に、スラストカラーの軸方向前方を向いた摺動面に円弧状形状の凹部を設けてもよい。しかし、この結果、非荷重状態のスラスト軸受内で摺動面と支持面との間の半径方向最内側領域よりも半径方向最外側領域内での距離の方がより長くなり、このことは、低荷重のとき、半径方向最外側領域の油膜の厚さをかなり厚くすることになる。但し、このことは何ら運転上の問題点を生じない。スラスト軸受が全荷重を受け、半径方向最外側領域が半径方向最内側領域よりも大きく撓むとき、摺動面と支持面との間の距離はより均一となり、このことは、スラストセグメントに加わる荷重を均一にすることを促進し、また、荷重能力を増大させることになる。
その半径方向伸長部を亙ってスラストセグメントにより均一な荷重が加わる結果、本発明は、少なくとも４０，０００ｋＷの最大連続定格値を有するディーゼル型の極めて大型の２行程クロスヘッドエンジンにて特に有益である。典型的には、例えば、７０乃至２００ｒｐｍの範囲の低ｒｐｍにて供給される極めて大きい出力のため、軸方向に向けたスラスト力が極めて大きく、スラスト軸受は、これに相応して大きいスラストセグメントの面積を有する。このため、セグメントと摺動面との間の油膜の厚さは、スラストセグメントの寸法に比して薄く、セグメントを亙るスラスト力の分配状態の不規則性が荷重能力に与える影響を無視可能な程度なものとすることができる。
次に、極く概略図の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態の例に関して以下により詳細に説明する。
【発明の実施の形態】
図１には、プロペラ４を担持するプロペラ軸３に中間軸２を介して接続された内燃機関１が図示されている。このエンジンは、４行程エンジンとし、又は当該技術分野の当業者に周知である当該出願人のＭＥ型又はＭＣ型の２行程クロスヘッドエンジンのような２行程エンジンとすることができる。このエンジンは、例えば、３０ｃｍ乃至１２０ｃｍの範囲のボアと、５個乃至２０個の範囲の多数のシリンダとを備え、また、クロスヘッドエンジンの場合に見られるように、このエンジンは６０乃至３００ｒｐｍの範囲のｒｐｍとすることができる。このエンジンの出力は、例えば、３，０００ｋＷ乃至１３０，０００ｋＷの範囲とすることができる。このエンジンは、３０，０００ｋＷのような比較的大きい出力を有することが好ましく、また、シリンダ数が少なくとも８個であり、ボア寸法が少なくとも７０ｃｍであるようにする。
クランク軸６に対するその最後方の主軸受５において、内燃機関１は、図２の後方の図に且つ図３の長手方向断面図に図示したスラスト軸受７を有している。主軸受５は、エンジンのベッドプレート８内で横断壁と一体に鋳造された固定（据え付け型）ハウジングを有している。この壁は、大きい剛性が得られるように比較的大きいリブ９にて強化されている。主軸受ハウジングは、取り外し可能な上側部分１０を更に備えている。主軸受ハウジングの表面には、軸穴を画成するその内面に軸受金属１１が設けられており、この軸穴内には、ジャーナル１２が配置され、該ジャーナルがクランク軸の最後方のスロー内でクランクアーム１３と接続され且つスラスト軸受内でスラストカラー１４と一体に形成されている。スラストカラーの後側部にて、同一の軸部分が最後方の軸ベアリング１６内に軸支されたジャーナル１５内で連続している。このジャーナル１５は、エンジンの後端と船体の船尾管との間の距離に依存して、中間軸２と又はプロペラ軸３と直接にクランプ止めし得るようにフランジ１７にて終わっている。
固定（据え付け型）の主軸受ハウジングの後側部には、主軸受の長手方向中心線１９に対して直角で、実質的に垂直な面内で主軸受の下側部分の周りを環状に伸びる支持面１８がある。図示した実施の形態において、該支持面は軸の外周の２２／３６の距離だけ伸びている。支持面上にて、ミッチェル（Ｍｉｃｈｅｌｌ）型の幾つか、例えば、８つのスラストセグメント２０が配置されている。これらのセグメントは、２つの最頂部スラストセグメントの側面を越えて軸方向に伸びるヨーク２１により所要位置に保持されており、このため、これらのセグメントはスラストカラーと共に回転することはできない。該ヨーク２１は、取り外し可能とし、このことは、軸をスラストカラーと共にスラスト軸受から取り外さずにスラストセグメントを取り外すことを可能にする。ヨークに代えて、主軸受ハウジングの取り外し可能部分に２つの突出しカラーを使用することができ又はベアリングハウジングに２つの別個の端部ストッパを取り外し可能に固定することができる。
支持面に面した側において、スラストセグメント２０は、半径方向に伸びる端縁を有し、セグメントはこの端縁の周りで傾動し、これによりスラストカラーからの荷重に対して調節することができる。スラストセグメントは、スラストカラーの方向に面したその両軸受面にて平坦である。
スラストカラーは、回転対称であり且つ支持面１８に対して実質的に平行に伸びる前方を向いた摺動面２２を有する。プロペラの推進力に相応する前進軸方向力により、摺動面は、スラストセグメントに向けて押し付けられる一方、摺動面とスラストセグメントの軸受面との間に潤滑油膜が連続的に形成される。潤滑油はＵ字形の分配管２４に対し潤滑油を供給する吐出管２３から供給される。分配管は、図２の右側部のセグメント内に示すように、スラストセグメントの半径方向最内側部分を経て下方に伸びている。分配管から幾つかの噴霧管２５が分岐しており、例えば、別個の噴霧管がスラストセグメントの各々に配置されるような仕方にて潤滑油をスラストセグメントに供給する。
上述したスラストセグメントは、船舶がエンジン１によって前進駆動されるときにのみ効果的である。エンジンが定ピッチプロペラによりプロペラ軸に固定されるならば、船舶を逆進させるためには、エンジンの回転方向を逆にする必要がある。
逆進時に生ずる軸方向後方に向けた軸の力を吸収するためには、スラスト軸受は、複動スラスト軸受として設計し、スラストカラーが軸ベアリング１６の前側の軸方向前方を向いた支持面上に配置された関係した二次的スラストセグメント２７に対する二次的な環状摺動面２６を更に有するようにすることができる。
その半径方向外方を向いた外周にて、図３に図示したスラストカラーはスラストカラーの全周の周りを回転対称に伸びる円弧状形状の凹部２８を有している。この円弧状の形状は、エンジンにて一般的なスラストカラーにおける応力に従って各場合に選ばれる。この円弧状の形状は、例えば、放物線状、楕円形又は任意のその他の適当な湾曲した形状とすることができる。
図３に図示した距離ａは、凹部２８の開始点と同一高さのスラストカラーの外周から半径方向に向けてスラストセグメントの伸長部の中間部と同一高さの一点まで半径方向に伸びる。図３の実施の形態において、凹部は半径方向へのスラストセグメントの伸長距離の約２５パーセントに相応する半径方向距離に亙って伸びている。大きいスラスト力を伝導するためには、スラストセグメントの一部分が可能な限りスラストカラー内の中実な非可撓性の材料によって支持されることが好ましい。この凹部は、スラストカラーの軸方向剛さを低下させ、これにより、スラストカラーの半径方向最外側領域は軸方向に弾性的に延伸する。
スラストカラー１４の外周にスプロケットホイール２９を配置することが可能である。該スプロケットホイールは、その歯の列３０の数がチェーン駆動装置のチェーンの数に相応する歯付きリムの形状とされている。図４には、スプロケットホイール２９がスラストカラーの外面から半径方向に突き出すカラー３１に固定された１つ実施の形態が図示されている。この固定はボルト止めによって行なわれている。関係したカラー３１を有するスプロケットホイールは軸方向に自由に調節可能である。図４の実施の形態において、最後方の歯の列３０は固定カラー３１に対して軸方向に変位した位置に配置されている。これと代替的に、歯の列３０がカラー３１の両側部にて軸方向に左右対称に配置された状態でスプロケットホイールを取り付けいもよい。この場合、スプロケットホイールは、カラーにシュリンク嵌めするか又は半径方向に伸び且つ／又は軸方向に伸びるボルトによりボルト止めすることができる。
図５には、スプロケットホイールが２つの環状部材３２に分割され、その環状部材の各々がスラストカラーの外面における円筒状面３３にシュリンク嵌めされた１つの代替的な実施の形態が図示されている。これら２つの環状部材３２は、軸方向に向けて相互に弾性的である。
図６には、円弧状形状の凹部２８´がスラストセグメント２０に対向する摺動面２２上に配置された別の実施の形態が図示されている。この凹部２８´は、放物線状の輪郭とし又は材料内で適宜な応力の分配状態を実現する任意のその他の輪郭とすることができる。軸受が非荷重状態にあるとき、半径方向最外側端縁はスラストセグメント２０における軸受面から更に離れた距離ｂに配置される。ベアリングが完全に荷重状態にあるとき、スラストカラーの半径方向最外側領域には荷重が加えられ、この領域はスラストセグメントに向けて軸方向に変形される。この変形は、摺動面及び支持面が全荷重時、実質的に平行となるような程度である。
色々な実施の形態の詳細を組み合わせて、新たな実施の形態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による内燃機関の側面図である。
【図２】  図１の内燃機関のスラスト軸受の後方図である。
【図３】  図２のスラスト軸受の断面図である。
【図４】  本発明のその他の実施の形態の図２に相応するセグメント部分の図である。
【図５】  本発明の更に他の実施の形態の図２に相応するセグメント部分の図である。
【図６】  更なる実施の形態のスラストカラー及びスラストセグメントの断面図である。
【符号の説明】
１  内燃機関                        ２  中間軸
３  プロペラ軸                      ４  プロペラ
５  主軸受                          ６  クランク軸
７  スラスト軸受                    ８  エンジンのベッドプレート
９  リブ                            １０  主軸受ハウジングの上側部分
１１  軸受金属                      １２  ジャーナル
１３  クランクアーム                １４  スラストカラー
１５  ジャーナル                    １６  軸ベアリング
１７  フランジ                      １８  支持面
１９  主軸受の長手方向中心線        ２０  スラストセグメント
２１  ヨーク                        ２２  摺動面
２３  突出管                        ２５  噴霧
２６  二次的な環状摺動面            ２７  スラストセグメント
２８、２８´  円弧状形状の凹部      ２９  スプロケットホイール
３０  スプロケットホイールの歯の列  ３１  カラー
３２  環状部材                      ３３  円筒状面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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