(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に平行な長手方向軸線（３）と、ピストンロッドによりクロスヘッド（１６）に接続されたピストン（１４）とを有する２列のシリンダを備え、該クロスヘッド（１６）が、エンジン横断方向位置において、案内のために、外方に面する案内面及び内方に面する案内面を保持する、クロスヘッドエンジン（１）において、前記２列（Ａ、Ｂ）の隣接するシリンダ（２）のシリンダ対における、前記内方に面する案内面（３０）が、互いに当接することを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【請求項２】
請求項１によるクロスヘッドエンジンにおいて、前記内方に面する案内面（３０）が、エンジンの長手方向中心面（３３）上に配置されることを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【請求項３】
請求項１によるクロスヘッドエンジンにおいて、前記内方に面する案内面（３０）が、クロスヘッドピン（２７）の両端部付近に配置され、エンジン横断方向において、クロスヘッドピンの一端にて、内方に面する一方の案内面（３０）が、一方のクロスヘッドピンに最も近く、クロスヘッドピンの他端にて、該内方に面する他方の案内面（３０）が他方のクロスヘッドピンに最も近いことを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つによるクロスヘッドエンジンにおいて、前記シリンダ対のうちの、一方のクロスヘッドが、鋼製の内方に面する案内面（３０）を有し、他方のクロスヘッドが、ホワイト・メタルのような軸受材料製の内方に面する案内面（３０）を有することを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つによるクロスヘッドエンジンにおいて、内方に面する案内面（３０）の長さが、クランク軸が１回転する間、エンジンの高さ方向に、シリンダ対のクロスヘッド（１６）内の中心線間の高さの最大差の少なくとも２倍であることを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つによるクロスヘッドエンジンにおいて、シリンダ対の連接ロッド（１７）が連結クランクピン（１８）上に軸支されることを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つによるクロスヘッドエンジンにおいて、シリンダ対のクロスヘッド（１６）が、クランクピン（１８）がその最上方位置にあるとき、同一の高さに配置されることを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１つによるクロスヘッドエンジンにおいて、前記シリンダ対の内方に面する案内面（３０）が、エンジン・フレーム・ボックス（２１´）内にて移動しないように取り付けられた案内面（２４）に沿って摺動する外方に面する案内面（３１）よりも実質的に小さい面積を有することを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【請求項９】
請求項８によるクロスヘッドエンジンにおいて、外方に面する案内面（３１）の各々が、関係した案内面（２４）とその内側に配置された支えボルト（２２）との間に一部分、配置されることを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１つによるクロスヘッドエンジンにおいて、シリンダ対が、連結シリンダフレーム（７）を有することを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１つによるクロスヘッドエンジン（１）において、発電機（３４）と駆動接続状態にあることを特徴とする、クロスヘッドエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相互に平行な長手方向軸線と、ピストンロッドによりクロスヘッドに接続されたピストンとを有する２列のシリンダを備え、該クロスヘッドが、エンジン横断方向位置において、案内のために、外方に面する（外側に向いた）案内面及び内方に面する（内側に向いた）案内面を保持する、クロスヘッドエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるエンジンは、エンジン・フレーム・ボックス内にて固定状態に締結された平行な案内面対の色々な配置を記載する、デンマーク国特許第１６９８２６号から公知であり、シリンダ対のクロスヘッド上の外方に面する案内面及び内方に面する案内面が、クロスヘッドの各々の外側及び内側の双方における案内面によって案内される。デンマーク国特許公告第１４７６／９２Ｌ号には、２列の垂直シリンダを有する同様のクロスヘッドエンジンが記載されており、このエンジンのクロスヘッドは、クロスヘッドの外側に面する案内面及び内側における案内面に沿って摺動する外方に面する案内面及び内方に面する案内面を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在の型式のクロスヘッドエンジンは、典型的に極めて大型のディーゼル型の２行程エンジンであり、エンジン高さが４乃至１５ｍ、長さが数ｍ、幅が２乃至７ｍのものは珍しくない。
【０００４】
かかるエンジンについて必要とされる大きい空間は、エンジンの外寸法が小さいことが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的に鑑みて、本発明は、２列の隣接するシリンダの内、１対のシリンダにおける、内方に面する（内側に向いた）案内面が、互いに当接することを特徴とするものである。
【０００６】
驚くべきことに、クロスヘッドが互いに支持するようにし、これにより、内側案内面が完全に省略され、また、横断方向でのシリンダの距離を短くすることが可能であることが分かった。このことは、対応する出力の従来技術のエンジンよりも実質的に小さいエンジン幅とすることを可能にする。更に、関連した強化材を有する案内面の半分が省略されるため、エンジン・フレーム・ボックスの製造が実質的に簡略なものとなる。
【０００７】
内方に面する案内面は、エンジンの長手方向中央面に配置されて、対称に構成されたエンジンを提供することができる。しかしながら、好ましくは、内方に面する案内面の位置は、横断方向において、エンジン長手方向の垂直中央面の一側部及び反対側部に対して交互にずらしてある。このため、内方に面する案内面はクロスヘッドピンの端部付近に配置される。また、エンジン横断方向において、クロスヘッドピンの一端にて、内方に面する一方の案内面は、一方のクロスヘッドピンに最も近く、クロスヘッドの他端にて、内方に面する他方の案内面は、他方のクロスヘッドピンに最も近い。
【０００８】
１つの実施の形態において、シリンダ対の一方のクロスヘッドは、鋼製の内方に面する案内面を有する一方、他方のクロスヘッドは、スズ・アルミニウム、青銅・アルミニウム又はＰＴＦＥのようなホワイト・メタル又は別の適当な軸受材料にて、金属マトリックス内に形成された、内方に面する案内面を有している点で、エンジンの製造は更に簡単となる。一方のクロスヘッドにより支持された鋼表面は、他方のクロスヘッドにより支持された、ホワイト・メタル表面に対して支持され且つ該ホワイト・メタル表面に沿って摺動する。
【０００９】
エンジン高さ方向での内方に面する案内面の伸長距離を極めて短くし、案内面がクロスヘッドの各位置にて相互に当接した状態のままにすることができるが、内方に面する案内面の長さを、クランク軸が１回転する間にシリンダ対のクロスヘッド内にてセンターライン間で生じるエンジン高さ方向における高さの最大差の少なくとも２倍であるようにする。エンジン面のこの比較的長い距離は、他のクロスヘッド対と関係した案内面とクロスヘッドのセンターラインの高さが常に等しいことを保証する。このことは、クロスヘッドが傾動して、これと同時に、傾斜したクロスヘッドにおける案内面の上方端縁又は下方端縁と他方のクロスヘッドの案内面との間にて強く線状に接触することを防止する。
【００１０】
シリンダ対の２本の連接ロッドがそれぞれのクランクピン上にて軸支されるように、シリンダをエンジンの長手方向にずらすことが可能でるが、シリンダ対の連接ロッドにとって、エンジンの長さを短くする点で、連結クランクピン上に軸支されることがより適している。
【００１１】
１つの実施の形態において、シリンダ対のクロスヘッドは、クランクピンがその頂部位置にあるとき、同一の高さにある。シリンダの長手方向軸線が、エンジンの長手方向中央面に対して横断方向にずらしてあるため（該中央面は、クランク軸の長手方向軸線を含む）、シリンダ対内の複数のピストンは、クランクピンがその頂部位置にあるとき、その上死点になく、一方のシリンダのピストンは、その上死点を通過して、他方のピストンが未だその上死点に向かう途中にある間にその下降動作を開始する。このため、対の２つのシリンダは、点火時期に関してずらされており、また、点火時期の間、点火力（点火によって生じた力）を分散させることになる。その効果は、クランクピン及び主軸受の面積は、単一のシリンダのみから力を吸収するクランクピン及び主軸受の場合の２倍の面積を有する必要はないようにすることである。このことは、また、クランクアームの寸法にも当て嵌まることである。エンジンの総出力に基づいて判断するならば、この実施の形態は、軸受面積がより小さく且つアームの寸法が小さく、従って、エンジンの長さがより短い、より小型のクランク軸とすることを可能にする。
【００１２】
横断方向に作用して、内方に面する案内面によってクロスヘッド間にて伝達された力は、エンジン・フレーム・ボックス内に据え付けられた案内面まで更に外方に伝達される。この据え付けられた案内面は、双方のクロスヘッドに起因する力を吸収し、このため、シリンダ対の内方に面する案内面が、エンジン・フレーム・ボックス内にて移動しないように取り付けられた案内面に沿って摺動する、外方に面する案内面よりも実質的に小さい面積を有するように、エンジンが設計されることが好ましい。
【００１３】
エンジンの極めてコンパクトな設計において、外方に面する案内面の各々は、関係した案内面とその内側に配置された支えボルトとの間にて部分的に配置されている。上述したように、外方に面する案内面は、比較的大きく、また、高さ方向への空間は制限されているため、支えボルトと案内面との間を伸長することにより、案内面のより大きい面積に対する空間が得られることは好都合である。同時の更なる有利な点は、支えボルトが案内シューの内側にて自立すること、及び各シリンダ対について、シリンダ部分、エンジンフレーム箱及びベット・プレートを共に締め付けるために４本の支えボルトのみを使用すればよいことである。
【００１４】
本発明により提供される１対のシリンダ間にて横断方向での離間距離が短いことは、エンジンの設計を更に簡略化するために利用することができる。ここで、シリンダ対は連結シリンダフレームを有し、このため、加圧された掃気及び給気が供給される連結チャンバを有する。
【００１５】
本発明によるエンジンは、所定の総出力及び所定の最大の外側寸法とするために、従来型式の単一列のクロスヘッドエンジンよりもより小さいボア寸法を有するより多くのシリンダを備える設計とすることができるから、据え付け型とすることのできる発電プラントの発電機を駆動するのに特に適している。このことはエンジンが同一の総出力に対してより高速の回転速度（ｒｐｍ）を得ることを可能にするが、発電機の設計及び作動にとって有利なことである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、極めて概略図的な図面を参照して、以下により詳細に説明する。
図１には、二列Ａ、Ｂ（図３）に配置され、相互に平行な長手方向軸線３を有するシリンダ２を備えたクロスヘッドエンジン１が図示されている。シリンダの各々は、カバースタッドによりシリンダフレーム７の頂部板６に締結されたシリンダライナー４と、例えば、カム軸により機械的に作動され又は液圧的に駆動され且つ電子的に作動されるアクチュエータ装置１０により制御される排気弁９を有するシリンダカバー８とを備えている。排気弁の各々からの排気通路１１は排気ガスを連結排気受け部１２内に通し、排気受け部から最も離れて配置されたシリンダ列からの排気通路は、最も近い列中のシリンダから排気通路の間を伸長する。排気ガスは、ターボ過給機を駆動して、掃気受け部１３に対し加圧された掃気及び給気を供給する。当然に、エンジンの両側部に排気受け部のような他の排気装置の機構を使用することも可能である。
【００１７】
シリンダの各々は、ピストンロッド１５を介してクロスヘッド１６に接続されたピストン１４を更に備え、連接ロッド１７は、また、このクロスヘッド１６に接続されている。シリンダ列Ａ、Ｂは、連接ロッドの下端の幅に相当するエンジン（図２）の長手方向への短い相互の離間距離Ｌにて互いに並べて配置されており、これにより、各列からの１つのシリンダから成るシリンダ対が連結クランクピン１８を備え、この連結クランクピン１８の上にて、連接ロッドが並んで取り付けられるようにすることを可能にする。これと代替的に、シリンダは、何ら長手方向に分離せずに配置し、一方の連接ロッドは、他方の連接ロッドの下端周辺を把持するフォーク状の下端を備える設計としてもよい。しかしながら、その結果、エンジンが２つの異なる型式の連接ロッドを備えるという不利益が生じる。クランク軸のジャーナル１９は、ベット・プレート２０の主軸受に軸支されている。
【００１８】
シリンダフレーム７は、シリンダ対に共通であり、掃気受け部からの空気が供給される状態を保つ。ピストンがシリンダライナーの下端にて列の掃気ポート２１を露出させたとき、空気はシリンダ２内に流入することができる。クロスヘッドエンジンは、例えば、６０乃至４００ｒｐｍの範囲の比較的低速度の２行程ユニフロー掃気エンジンである。シリンダボアは、例えば、２５乃至１００ｃｍの範囲とすることができる。
【００１９】
シリンダ・フレームは、エンジン・フレーム・ボックス２１´の頂部に配置されて、支えボルト２２によってベット・プレート２０の上にエンジン・フレームと共に取り付けられている。図２から最も明確に理解し得るように、フレーム箱２１´は、各対のシリンダの間にて横断方向強化材すなわち、壁２３により仕切られている。垂直の案内面２４はこの壁に取り付けられて、垂直ストラッツ２５によりその外方に面する後部にて強化されている。関係したストラッツを有する案内面は、エンジンフレーム箱の高さの全体に沿って伸長している。
【００２０】
図２には、ピストンロッド１５上における底部フランジに対するクロスヘッドの取り付け面２６が図示されている。図示した実施の形態において、取り付け面２６は、クロスヘッドピン２７の上に配置され、該クロスヘッドピンは、連接ロッドの上端２８にてクロスヘッド軸受内に配置されている。これと代替的に、ピストンロッド上に軸受部分を有し、連接ロッド上にピンを有するクロスヘッドを形成することも可能である。
【００２１】
クロスヘッドピン２７は、その両端にクロスヘッドシュー２９を有し、該クロスヘッドシュー２９は、エンジン横断方向に位置にそれぞれ内方に面する案内面３０及び外方に面する案内面３１を支持している。外方に面する案内面３１は、案内面２４の上に位置して、クロスヘッドエンジンにとって全く従来通りの方法にて該案内面に沿って摺動することができる。案内面３１は、案内面と支えボルトとの間にて関係した空間３２内に伸長する。
【００２２】
内方に面する案内面３０は、互いに当接して、エンジンの回転中、クロスヘッドがエンジンの高さ方向に相互に変位されたとき、互いに沿って摺動することができる。クロスヘッド間の高さの差は、図１に図示したクランク軸の角度位置にあるときに最大である。案内面３０、３１は、垂直な長手方向面内に配置され、該垂直な長手方向面は、内方に面する案内面の場合、線３３で示すように、エンジンの長手方向中央面であることが好ましい。
【００２３】
図３には、エンジンの外形と共に描いた２つのシリンダ列Ａ、Ｂが図示されている。該シリンダ２は、例えば、ボア５０ｃｍとすることができ、エンジンは、例えば、１６のシリンダにより、グリッドに対する動力を発生させることのできる発電機装置３４に対し約２６，０００ｋＷの出力を供給することができる。寸法の比較のため、点線は、同等の出力を有する、シリンダボアが７０ｃｍの８シリンダクロスヘッドエンジンの外形を示す。
【００２４】
簡略化のため、図４に図示した別の実施の形態の以下の説明は、同一型式の細部について、上述したものと同一の参照番号を使用する。クロスヘッドシュー２９は、非対称に設計されており、このため、案内面３０は、エンジンの長手方向中心面から横断方向距離ｓを有し、クロスヘッドピンの両端にて中央面の両側部に対してずらしてある。このように、クロスヘッドピンの一端及び他端における案内面３０の中心と、連接ロッドの上端２８におけるクロスヘッド軸受の中心との間の距離ｃ１、ｃ２は、それぞれ、所望通りに対応させることができる。案内面３０は、クロスヘッド軸受がクロスヘッドピン上に非対称に配置された場合でさえ、例えば、距離ｃ１、ｃ２が等しくなるように配置することができる。その結果、クロスヘッドピンの両端にて案内面に内方横断方向への力が均一に分配されることになる。
【００２５】
図５の概略図には、エンジンサイクル間におけるの横断方向案内力間の相対的な大きさが示されている。概略図の左側にある、−１８０°ＣＡは、クランク軸がクランクピン１８がその最下方位置となる角度位置にあることを示し、また、クランクピンがその頂部位置に回転される位置である、約０°の角度範囲にて、ピストン１４は、圧縮行程を行う。実線で描いた曲線は、Ａ列シリンダと関係したクロスヘッドに作用する横断方向力を示し、プラスの値は、外方に向けた力を示す。一方、破線の曲線ｂはＢ列シリンダと関係したクロスヘッド上に作用する対応する力を示し、マイナスの値は、外方に向けた力を示す。一点鎖点の曲線ｃは、エンジンフレーム箱に作用する発生力、すなわち、案内面２４により吸収される力を示す。圧縮行程中、Ａ列内のクロスヘッドに作用する力は比較的小さいが、Ｂ列のクロスヘッドに作用する力は比較的大きいことが分かる。膨張行程の間は、これと逆の状態となる。発生する力は、クロスヘッドがクランク軸から大きく離れて該力が大きなトルク・アームで作用する、上死点付近（−６０°乃至＋６０°）の領域内にて比較的小さく、クロスヘッドがクランク軸により接近するためにエンジン・フレーム・ボックスへの該力が比較的大きい場合には僅かなトルク・アームで作用する、有利な方向にあることが分かる。
【００２６】
概略図から曲線ａは、小さいマイナスの値のみを示し、曲線ｂは、小さいプラスの値のみを示し、このことは、内方に面する案内面３０を介して一方のクロスヘッドから他方のクロスヘッドに伝達される力は比較的小さいことを意味する。このように、内方に面する案内面３０は、外方に面する案内面３１よりも実質的に小さい面積を有することができる。
【００２７】
内方に面する案内面は、上述した以外の形態にて設計することができる。一方の面は、例えば、上述したように平坦面とし、他方のクロスヘッドの面は、平坦面の上を転がるローラにより構成することができる。これらの面は、クロスヘッドピン上におけるクロスヘッド軸受の偏心状の位置に起因する力の差を補償し得るようにクロスヘッドピンの両端にて異なる面積を有するようにすることが更に可能である。関係した案内シューを有するクロスヘッドピンの質量を調節し、質量重心がクロスヘッド軸受の中心と一致するようにすることが更に可能である。支えボルトは、案内面の外側、又は支えボルト管内のような、図示した以外の位置とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるクロスヘッドエンジンの断面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った横断面図である。
【図３】図１のエンジンのシリンダの概略図的な平面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態の図２に対応する断面図である。
【図５】エンジンサイクル中の計算した案内力を示す線図である。
【符号の説明】
１  エンジン                    ２  シリンダ
３  平行な長手方向軸線          ４  シリンダライナー
５  カバースタッド              ６  シリンダフレームの頂部板
７  シリンダフレーム            ８  シリンダカバー
９  排気弁                      １０  アクチュエータ装置
１１  排気通路                    １２  連結排気受け部
１３  掃気受け具                  １４  ピストン
１５  ピストンロッド              １６  クロスヘッド
１７  連接ロッド                  １８  連結クランクピン
１９  ジャーナル                  ２０  ベット・プレート
２１´エンジンフレーム箱          ２２  支えボルト
２３  横断方向強化材／壁          ２４  垂直案内面
２５  垂直ストラッツ              ２６  取り付け面
２７  クロスヘッドピン            ２８  連接ロッドの上端
２９  クロスヘッドシュー          ３０  内方に面する案内面
３１  外方に面する案内面          ３２  空間
３３  線３３
Ｃ１、Ｃ２  案内面の中心とクロスヘッド軸受の中心との間の距離
Ａ、Ｂ  シリンダ列
【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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