(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸（１）と、該クランク軸に付設された軸受け装置とを有して構成され、該軸受け装置には、比較的薄肉の内側軸受シェル（９）と該軸受シェルに付設された外側支持リング（７）とが設けられている、特に大型ディーゼルエンジン用の往復ピストン機関において、
前記支持リング（７）が、少なくとも軸受力が最大に達する角度領域において、少なくとも一方の側で、前記軸受シェル（９）の端面側の縁部に対応して設けられた弾性領域（１４）を有し、該弾性領域が、前記支持リング（７）の少なくとも１つの弾性付与凹部（１０、１１、１２、１３）の半径方向内側に配置されていることを特徴とする往復ピストン機関。
【請求項２】
前記支持リング（７）の両側の端面領域に、前記弾性領域（１４）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の往復ピストン機関。
【請求項３】
前記支持リング（７）の両側の端面領域に、前記弾性付与凹部（１０、１１）が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の往復ピストン機関。
【請求項４】
前記支持リング（７）を貫通する少なくとも１つの弾性付与凹部（１２、１３）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の往復ピストン機関。
【請求項５】
多数の同一または異なる前記弾性付与凹部（１０、１１、１２、１３）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の往復ピストン機関。
【請求項６】
１つないしは複数の前記弾性付与凹部（１０、１１、１２、１３）が、軸受軸に対して偏心し、および／または機械中央縦平面および／または横平面に対して非対称である凹部形状を有していることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の往復ピストン機関。
【請求項７】
少なくとも１つの前記弾性付与凹部（１０）が、弾性付与溝部として形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載の往復ピストン機関。
【請求項８】
溝状の前記弾性付与凹部（１０）の深さおよび／または横断面形状が、線形的に変化することを特徴とする請求項７に記載の往復ピストン機関。
【請求項９】
少なくとも１つの前記弾性付与凹部（１１）が、弾性付与孔部として形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載の往復ピストン機関。
【請求項１０】
互いに反対側に位置する２つの弾性付与凹部（１０）が、これらの弾性付与凹部間に設けられるブリッジ（１５）を貫通する少なくとも１つの弾性付与凹部（１２、１３）によって連結されていることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかに記載の往復ピストン機関。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記貫通する弾性付与凹部（１２）が貫通スリットとして形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の往復ピストン機関。
【請求項１２】
好ましくは貫通スリットの脇に配置された多数の弾性付与孔部である、前記ブリッジ（１５）を貫通する少なくとも１つの弾性付与孔部（１３）が設けられていることを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の往復ピストン機関。
【請求項１３】
前記弾性付与凹部（１０、１１、１２、１３）に、少なくとも部分的に弾性的な材料が充填されていることを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれかに記載の往復ピストン機関。
【請求項１４】
分割されている軸受において、少なくとも軸受下方部（４）の領域に、少なくとも１つの弾性領域（１４）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１３までのいずれかに記載の往復ピストン機関。
【請求項１５】
１つまたは複数の弾性付与凹部（１０、１１、１２、１３）により形成される弾性領域（１４）の弾性が、該弾性領域の所定の角度範囲における軸受力の変化に適合する変化を有するように、前記弾性付与凹部が形成されおよび／または配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１４までのいずれかに記載の往復ピストン機関。
【請求項１６】
前記クランク軸（１）に付設された前記軸受装置の前記支持リング（７）には、少なくとも１つの弾性付与凹部（１０、１１、１２、１３）である剛性を減少させるための手段が設けられ、
これによりもたらされる所定の角度範囲内の剛性の減少における変化が、回転する前記クランク軸（１）により生じさせられる軸受負荷の変化に適合した変化を有するように、前記弾性付与凹部が、偏心してかつ非対称的に配置および形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１５までのいずれかに記載の往復ピストン機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク軸と、このクランク軸に付設された軸受装置とを有して構成され、軸受装置には、比較的薄肉の内側軸受シェルとこの軸受けシェルに付設された外側支持リングとが設けられている、特に大型ディーゼルエンジン用である往復ピストン機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
駆動時にはクランク軸に大きな力が作用するので、この力により、軸受の領域において大きな反力の他にクランク軸に曲げと捻りが生じさせられる。これにより、軸受シェルのエッジ領域に大きな負荷がもたらされるのが経験的に判明している。これに対処するために、大型ディーゼルエンジンのクランク軸の主軸受に対して、軸受シェルを揺動軸受装置上に収容する装置が設けられている。この揺動軸受装置は、軸受軸に対して横方向に延びる揺動軸を中心とする回転自由度を有する。しかし、この種の装置は、本来の軸受面の他にさらに揺動軸受装置の軸受面も形成しなければならないので、極めて複雑でありかつ製造コストがかかることが判明している。このことを別にしても、この公知の装置は、揺動軸受装置の領域における相対移動に対して、極めて影響を受けやすくかつ故障が発生しやすいので、高い保守コストを必要とする。
【０００３】
他の公知の手段においては、軸受シェルが支持リングを越えて張り出している。しかし、この種の装置も極めて感度が高い（故障が発生しやすい）ことが判明しており、さらに比較的大きな設置空間を必要とするので望ましくない。
従って公知の装置は、簡単でなく十分に信頼できるものでないことが判明している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、簡単かつ安価な手段を用いて、上述の欠点を解消するように冒頭で述べた種類の装置を改良し、これにより薄肉の軸受シェルのエッジ領域の過負荷を防止して、それとともに簡単かつ安価な製造およびコンパクトで丈夫な構造を実現することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、本発明によれば、支持リングが、少なくとも軸受力が最大に達する角度範囲において、少なくとも一方の側で、軸受シェルの端面側縁部に対応して設けられた弾性領域を有し、この弾性領域が支持リングの少なくとも１つの弾性付与凹部の半径方向内側に配置されることにより、解決される。
【０００６】
１つまたは複数の弾性付与凹部により形成される１つまたは複数の弾性領域によって、大きな軸力が生じる領域において支持リングが容易に弾性変形するので、支持リング装置と支持リング上に設置されている軸受シェルとが、クランク軸の変形に追従可能となる。これにより、軸受シェルの負荷も、全体にわたってほぼ均一化される。またエッジ領域の局部的な過負荷も防止される。これにより、弾性運動のみが生じ、相対移動可能な軸受面を必要としないので、本発明による装置は、保守を必要とせず、故障が少なくなる。弾性的な可撓性によって実現される自由度により、好適な方法で、軸受シェルは軸方向全体にわたって支持されるから、使用可能スペースが完全に利用されて、支持する軸受面が最大化される。また、これにより、軸受ハウジングを比較的スリムで軽量の構造にすることが可能になる。本発明による手段の他の利点は、１つまたは複数の弾性領域に所望の弾性を付与する弾性付与凹部が、軸受面と比較して簡単かつ安価に形成できることである。従って本発明による手段は、優れた経済性を保証する。
【０００７】
上記の手段の好適な構造と効果的な実施の形態が、従属請求項に記載されている。１つまたは複数の弾性付与凹部が軸受軸に対して偏心し、および／または機械中央縦平面に対しておよび／または横平面に対して非対称の凹部形状を有するのが効果的である。これにより、好適な方法で、１つまたは複数の弾性付与凹部によって得られる弾性特性を、通常縦方向並びに横方向において対称とはならない実際の負荷分布に対して、良好に適合させることができる。
【０００８】
多くの場合に、多数の同一または異なる弾性付与凹部を設けることが、効果的であることが判明している。これにより、特定の負荷分布に対して、弾性領域の弾性を最適に適合させることが可能になる。
【０００９】
好適な実施の形態においては、少なくとも１つの弾性付与凹部が、弾性付与溝部として形成されていることにある。これにより、広い周囲領域にわたって良好な弾性が得られる。
【００１０】
上記の手段の他の実施の形態においては、少なくとも１つの弾性付与凹部が貫通孔部または袋状孔部として形成される。それによって、溝部を設けた場合と比較して、高い剛性が得られる。また、孔部等は非常に簡単に形成することができる。
【００１１】
上記の手段の他の実施の形態においては、支持リングを貫通する少なくとも１つの弾性付与凹部が設けられる。これにより、好適な方法で、大きな圧力に対する軸受の良好な反応が可能となり、これは軸受シェルの負荷の均一化のためにも好ましいことである。これに関連して、互いに反対側に位置する２つの弾性付与凹部が少なくとも１つの貫通凹部によって連結されることが望ましく、これにより特に良好な結果が得られる。
【００１２】
上記の手段の他の好ましい構造と効果的な実施の形態は、残りの従属請求項に記載され、また、以下の実施の形態の説明から明らかとなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて説明する。
図１は、本発明による大型ディーゼルエンジンのクランク軸の主軸受の第１の実施の形態を概略的に示す側面図である。
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
図３は、本発明によるクランク軸の主軸受の他の実施の形態を、図１におけるのと同様に示す側面図である。
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
２つの実施の形態の基本構造は一致している。従って以下の説明は、特に異なると説明していない限り、２つの実施の形態に関するものである。
【００１４】
大型のツーストローク・ディーゼルエンジンの構造と動作作用はそれ自体公知であって、従って本明細書においては、さらに詳しくは説明しない。往復ピストン運動を回転運動に変換するために、下方のエンジン領域には、全エンジン長さにわたって延びるクランク軸１が設けられている。このクランク軸は互いに一直線上にあるジャーナル２を有し、このジャーナルによって基台側に軸支されている。
【００１５】
このためにいわゆる主軸受が設けられており、その主軸受は水平の分離継目３によって下方部４と上方部５とに分割されている。下方部４は固定されており、基台構造内に統合されている。上方部５は取り外し可能な蓋部として形成されており、これに応じて図１と図３においては単に破線で示されている。図２と図４においては、上方部５は完全に省略されている。
【００１６】
基台は、主軸受の領域において、図１と図３に示すように、２つの側方のケース部６を有する門形状を有するように形成されており、これらのケース部を通して図示されないタイロッドが差込まれている。側方のケース部６は、主軸受の下方部４を支持している。この下方部は中実の支持リング７からなり、この支持リングは両方のケース部６を互いに連結する壁部８に対して、半リング形状のカラーとしてＴ字状に連結されている。従って、壁部８は支持リング７に対して、フィン形状の補強部材として機能する。下方部４と上方部５に対する軸受孔部には、薄肉の軸受シェル９が挿入され、この軸受シェルは、下方部４と上方部５とにそれぞれ対応する薄肉の軸受ハーフシェルから構成されている。図２と図４に示されるように、軸受シェル９の下側は、軸方向全体にわたって、支持リング７の対応する構成要素によって支持されている。上方部５の軸受孔部内へ挿入された、軸受シェル９の薄肉のハーフシェルも、同様に支持することができる。
【００１７】
クランク軸１は、負荷を受けて変形する。変形とこれに伴って生じる軸受負荷は、クランク角度に応じて変動する。薄肉の、そして薄肉であるために極めて硬くて強い材料からなる軸受シェル９の過負荷を防止するために、軸受シェルの少なくとも最大軸受力が発生する箇所に、回転するクランク軸１の変動する変位に追従することができるだけの移動自由度が与えられ、それによって軸受負荷が均一化される。このために、主軸受の軸受シェル９に連接し、かつ軸受シェルを支持している領域は、回転するクランク軸１の変形に追従する弾性運動を実施できるように、弾性的に形成されている。これにより、軸受シェル９は回転するクランク軸１の変形に合わせて変形することができ、軸受シェル９に対する負荷におけるピーク値の発生が防止される。軸受力の最大値を含む角度範囲内において、軸受力が大きくなるのに応じて、弾性付与手段によって高められた弾性の変化が軸受力の変化に追従するのが好適である。
【００１８】
取り外し可能な上方部５は、比較的弾性的な構成部材である。従って、この上方部５の領域においては、この領域に大きな力が発生した場合でも、通常は他の弾性付与手段を必要としないか、あるいはわずかしか必要としない。図に示された種類の装置においては、最大負荷は、下方部４内の角度範囲に発生する。基台構造内に統合されている下方部４は、比較的硬い領域である。しかし、適切な弾性付与手段を用いることで、軸受シェル９に連接して軸受シェルを支持する支持リング７の領域に所望の弾性が与えられる。
【００１９】
少なくとも軸受シェル９の軸方向におけるエッジ領域を支持する支持リング７の領域は、大きな弾性を有する弾性領域として形成されている。これを実現するために、支持リング７には、軸受シェル９との接合面に対して半径方向外側でありかつ端面領域に位置する弾性付与凹部が形成されている。この凹部は溝部１０、袋状孔部１１、貫通スリット１２または貫通孔部１３などとして形成することができる。これらの形状が多様に組合わせて設けられる。弾性付与凹部のそれぞれの配置と形状、すなわち凹部の構成は、クランク軸１の回転に伴って変動するクランク軸１において予測される変形並びにこれによってもたらされる軸受負荷分布に基づいて決定される。負荷が高く、かつそれに伴って多くの弾性が必要とされる角度領域においては、弾性付与凹部を適切に形成することで多くの弾性が与えられ、また、負荷が小さい領域には少ない弾性が与えられる。
【００２０】
図１と図２に示される実施の形態においては、図１に示される支持リング７の端面の領域に、１つの弾性付与溝部１０と２つの弾性付与袋状孔部１１が形成されている。この実施の形態では、凹部形状が中心軸および対称平面を有さず、従って軸線に対して偏心するとともに、機械中央縦平面と他の縦平面に対しても非対称となるように、弾性付与凹部が形成されている。この場合、弾性付与溝部１０は、図１の左の象限に設けられている。また、弾性付与袋状孔部１１は、図１の右の象限に設けられている。その長さ方向に沿って湾曲して延びる弾性付与溝部１０は、軸受軸に対して偏心して配置されている。このように非対称で偏心した凹部形状を用いることで、大型ディーゼルエンジンのような往復ピストンを有する燃焼機械のクランク軸が回転する場合の駆動特性が最も良好に確保される。
【００２１】
弾性付与溝部１０の深さおよび横断面形状は、溝部の長さ方向に沿って可変にすることができる。この際、徐々に変化させるのが好適である。図１に示される実施の形態においては、弾性付与溝部１０は、軸受の下方頂部領域において、平坦かつ細くなって閉じており、これは長さ方向に沿った線形的な変化に対応する。同様に、弾性付与袋状孔部１１の直径、軸受シェル９からの距離、および弾性付与袋状孔部１１の深さを異なるようにすることができる。図示の実施の形態においては、下方頂部領域に最も近い弾性付与袋状孔部１１が最大の直径を有し、その直径は弾性付与溝部１０の内側幅よりも大きい。
【００２２】
支持リング７の反対側の端面領域においては、図２から明らかなように、同様に弾性付与凹部が形成されている。この凹部の形状および配置は、反対側の端面に設けられている弾性付与凹部とは無関係であり、その領域に予測されるクランク軸の変形に基づいて決定される。図示の実施の形態においては、支持リング７の図２の右に示す端面の領域にも、同様に弾性付与溝部１０が設けられている。しかし、この溝部は、反対側の弾性付与溝部１０よりも深さが浅く、内側幅も小さい。軸受シェル９からの半径方向距離は、反対側におけるよりも大きい。同様なことが、場合によっては設けられる弾性付与袋状孔部に対しても当てはまる。この弾性付与袋状孔部も、反対側の孔部に関連づける必要はない。ところで、図示の実施の形態においては、弾性付与袋状孔部１１が設けられている。しかし、貫通孔部を形成することも考えられる。同様に、互いに反対方向に位置する弾性付与溝部１０の間に弾性付与スリットを設けて、それにより、溝部１０の長さ全体または長さの一部にわたって延びる、一方側から他方側への貫通部を形成することも考えられる。
【００２３】
図３と図４に示す実施の形態においては、図１と図２に示される実施の形態とは異なり、支持リング７の両方の端面の領域に、軸受軸に対して同心状で、機械中心縦平面に対して対称である弾性付与溝部１０がそれぞれ形成されている。この弾性付与溝部は、この実施の形態においては、約１６０°の大きな角度範囲にわたって延びており、その端部は分離継目３の近傍へ達している。さらに、弾性付与溝部１０の他に、機械中心縦平面に対して対称で、約３０°の角度範囲にわたって延び、２つの端面領域にある弾性付与溝部１０を互いに連結する貫通した弾性付与スリット１２、および、弾性付与スリットの脇に形成され、同様に貫通する弾性付与孔部１３が設けられており、弾性付与孔部の直径は、貫通した弾性付与スリット１２の内側幅よりも小さくなっている。
【００２４】
上述したように、弾性付与凹部は、軸受シェル９との接合面のほぼ外側に位置しているので、図２および図４から明らかなように、軸受シェル９を支持する薄肉の支持領域１４が形成される。この支持領域は弾性付与溝部１０に対するフランジとして形成されている。図示の実施の形態においては、弾性付与溝部１０の内側幅は外方へ向かうにつれて増加する。それに伴って前述のフランジの厚みは外方へ向かうにつれて減少する。このように形成された支持領域１４の弾性変形量は、支持リング７の端面側に向かうにつれて増加する。
【００２５】
互いに対向する弾性付与溝部１０の領域には、その両者間に位置するブリッジ１５が形成され、このブリッジは、図２に示されるように中心を外れて、あるいは図４に示されるように中央に、配置される。ブリッジ１５の端面の構造は、溝部の底部の構造に相当する。図４に示す実施の形態においては、端面領域の２つの弾性付与溝部の内側は丸く形成されている。これに伴って、ブリッジ１５は内方へ向かって凹となる端面を有する。図２に示す実施の形態においては、一方の弾性付与溝部１０は平坦な溝底部を有し、反対側の弾性付与溝部１０は湾曲した溝底部を有する。ブリッジ１５は、これに伴って、平坦な端面と内方へ向かって凹となる端面を有する。支持領域１４の端面側領域は、対応する弾性付与凹部によって半径方向に弾性的に変位可能であり、これに伴って、軸受シェル９を弾性的に支持する弾性領域として機能する。また、ブリッジ１５は、端面方向へ変位可能であって、これに伴って、弾性ヒンジとして機能する。これにより、全体として軸受シェル９の支持部に対して、良好な弾性変位を与えることができる。従って、軸受シェルをその軸方向全体にわたって支持リング７により支持することが可能となる。
【００２６】
この実施の形態においては、弾性付与スリット１２および弾性付与孔部１３の形状を有する貫通した弾性付与凹部により、軸受シェル９を支持する支持領域１４の端面側領域の変位量、およびブリッジ１５の弾性がさらに増加され、また、半径方向に適切な弾性が生じるので、軸受シェル９を負荷に対して適合させることができる。従って、軸受シェル９の局所的な過負荷を心配する必要はない。むしろ、上述の手段によって、軸受シェル９ないしは下方部４に対応する軸受シェル９の下方部分における長さ方向および幅方向の全体にわたって、すなわち軸受面全体にわたってのほぼ均一な負荷分布が得られる。これに伴って、軸受面全体が最適に利用されるので、比較的小さい軸方向長さを有し、それに応じて全体としてスリムである軸受構造を実現することができる。
【００２７】
上方部５の領域においては、上述のような弾性付与手段は、通常は必要とされない。これは、上方部５が、下方部４と異なり、中実ではないからである。しかし、上方部５の領域においても、弾性付与凹部を設けて、上述したような弾性領域を形成することも考えられる。
【００２８】
図示の例においては、設けられている弾性付与凹部は空である。しかし、例えば弾性付与溝部１０または弾性付与袋状孔部１１または弾性付与スリット１２または弾性付与孔部１３の形状を有する弾性付与凹部を充填するか、あるいは弾性的な補強部材を支持リング７に対して一体的に挿入することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による大型ディーゼルエンジンのクランク軸の主軸受の第１の実施の形態を概略的に示す側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】本発明によるクランク軸の主軸受の他の実施の形態を、図１におけるのと同様に示す側面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１  クランク軸
７  支持リング
９  軸受シェル
１０、１１、１２、１３  弾性付与凹部
１４  弾性領域
１５  ブリッジ
【図１】
0003586065.tif 000002
【図２】
0003586065.tif 000003
【図３】
0003586065.tif 000004
【図４】
0003586065.tif 000005