JPH10510348A - 内サイクロイド式クランク機構を備えた往復ピストン機械、特に内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内サイクロイド式クランク機構を備え、このクランク機構が連接棒（１）と協働し、この連接棒の両端が対向配置されたシリンダ内のピストン（２，２′）に連結され、誤差を補正するために連接棒が折り曲げ可能に形成されている、往復ピストン機械、特に内燃機関において、運動学的に望ましい連接棒（１）の折り曲げを達成するために、連接棒（１）が支承穴（４）の中心軸線回りに角運動可能に設けられた複数の棒部分によって形成され、この棒部分の角運動がそれぞれの棒部分（５，５′）に固定連結されたピストン（２，２′）の許容傾動運動に依存して弾性的に制限されている。

Description

【発明の詳細な説明】 内サイクロイド式クランク機構を備えた往復ピストン機械、特に内燃機関 本発明は米国特許第２２７１７６６号明細書の特許請求の範囲の上位概念から 出発している。 この文献により、内サイクロイド式クランク機構を備えた往復ピストン機械が 知られている。このクランク機構は両端が対向配置されたシリンダ内のピストン に連結された連接棒を備えている。この連接棒は内サイクロイド式クランク機構 の往復偏心体に支承された、一方のピストンのための主連接部材と、この主連接 部材の軸受カバーに枢着された、他方のピストンのための短い副連接部材とから なっている。両ピストンは更に、各々の連接部材に枢着連結されているので、こ の公知の連接棒は折り曲げ可能であり、それによって特にクランク機構の可動部 品の許容誤差によって生じる応力を低減するために役立つ。 この公知の構造の場合には特に、不等長の連接部材によって異なるピストン摩 耗が生じるという欠点がある。 本発明の根底をなす課題は、運動学に所望されるように折り曲げることができ る連接棒を提供することである。 この課題は請求項１によって解決される。この請求項１は、連接棒が（往復偏 心体のための）支承穴の中心軸線の回りに角運動（角移動）可能に配置された棒 部分によって形成され、棒部分の角運動が、各棒部分に固定連結されたピストン の許容傾動運動に依存して、弾性的的に制限されていることを特徴とする。 ピストンの幾何に依存して決定可能な折り曲げ寸法と関連して本発明に従って 連接棒を中央で折り曲げることにより、ピストンの摩耗が均一でかつ大幅に低減 されるので有利である。本発明による連接棒は更に、中央で折り曲げ可能な連接 棒の棒部分の角運動が特に累進的に硬直化する弾力性に依存して制限されること により、内サイクロイド式クランク機構が中心位置を通過する際に上死点または 下死点にあるピストンによってクランク機構を運動力学的に確実に支持すること ができる。 更に、ワット式直線ガイドを備えた内サイクロイド式クランク機構において、 本発明に従って形成された折り曲げ連接棒を使用すると有利てある。連接棒の支 承穴の中心軸線に対して同軸のワット式連結部材の中心は公知のごとく、理想的 な直線案内線に沿って移動する代わりに、やや蛇行した案内線に沿って移動する 。理想的な直線案内線に対するこの蛇行した案内線のずれは、折り曲げ連接棒に よってその作用が低減される。 本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されている。本発明の実施形は、３ 個の部品によって形成された連接棒を含む。この連接棒はそれぞれピストンに連 結された２個の連接棒部分を備えている。この連接棒部分の互いに向き合った端 範囲は往復偏心体用の支承穴を有する環状の中央部分内に回転角運動可能に案内 されて設けられている。中央部分には好ましくは連接棒部分が固定可能である。 それによって、連接棒部分を備えた各ピストンがそれぞれのシリンダ内にシリン ダヘッド側から簡単に取付け可能である。これによって、一体のピストンロッド に設けられたダブルピストンの一方を、一方のシリンダから反対側のシリンダに 通過させる必要がないので、機械ケーシングは本発明による連接棒の方向に突出 する構造的に一体化された、クランク軸軸受部のための軸受環を備えることがで きる。従って、機械ケーシングの強度が高まる。 本発明による連接棒部分は曲げ剛性を高めるために、ピストン直径を考慮して 最大間隔をおいて設けられた突張り部材を含んでいる。この突張り部材は一方で は、比較的に短いピストンに、他方では軸受側で折り曲げ運動用案内面を有する 接続湾曲部材に一体的に連結されている。この実施形は特に軽金属で鋳物部品と して形成される連接棒部分の製作を大幅に容易にする。 リング状中央部分の支承穴に係合する往復偏心体が鋼部品であるので、運転温 度範囲全体にわたって最適な軸受遊びを達成するために、中央部分は好ましくは 同様に鋼で作られている。 本発明に従って弾性的な抵抗に抗して制御して得られる連接棒の内側または外 側への折り曲げは、連接棒の運動方向に対して横方向に作用する弾性体によって 可能である。この弾性体はクラク機構内およびクランク機構と機械ケーシングの 間の比較的に大きな誤差や遅延を許容する。それによって製作コストと摩擦が低 減されるので有利である。 連接棒の折り曲げ度合いによって累進的に硬直化する弾性体が選択されると有 利である。この場合、最初は小さな弾性抵抗によって、棒部分の角運動時にピス トンストロークの半分の範囲内で小さなピストン横方向力が得られると有利であ り、更に大きく累進的に増大する弾性抵抗により、連接棒のピストン上死点／下 死点位置で、内サイクロイド式クランク機構の直線案内要素の、一方の案内側か ら他方の案内側への明瞭な交替を生じると有利である。更に、累進的に増大する 抵抗は、予め定めた最大抵抗値でストッパーの作用が生じるように選択または調 節可能である。この弾性的な角度ストッパーの特に簡単な実施形は、同軸に貫通 するピンによって付勢された弾性材料からなるブッシュによって達成される。 図に示した好ましい実施の形態に基づいて本発明を説明する。 図１は本発明による連接棒の正面図と背面図、 図２は図１の連接棒の分解図、そして 図３は変形した中央部分を備えた連接棒の組み立て位置での分解図、 図４は折り曲げ度に対して累進的に増大する弾性的な硬直化を示すグラフであ る。 連接棒（押し棒）１は両端に、内サイクロイド式クランク機構を備えた図示し ていない往復ピストン機械の対向させて配置されたシリンダのためのピストン２ ，２′を備えている。連接棒１はクランク軸回転軸線３に対して平行に配置され た支承穴４を備えている。この支承穴は、内サイクロイド式クランク機構の図示 していない往復偏心体を回転運動可能に収容する。特にクランク機構の可動部品 の誤差によって生じる応力を低減するために、連接棒１は矢印“Ａ”の往復運動 方向に対して横方向に折り曲げ可能に形成されている。 本発明では、連接棒１はクランク軸回転軸線３に対して平行な支承穴４の軸線 ４′回りに角運動（角移動）可能に設けられた棒部分５，５′によって形成され ている。この場合、連接棒１を中央で内側にまたは外側に折り曲げるための棒部 分５，５′の角運動は、それぞれの棒部分５，５′に固定連結されたピストン２ ，２′の許容傾動運動に依存して、弾性的な構造によって達成される。 図２から明らかなように、連接棒１は本発明に従い、３個の部品によって形成 されている。連接棒は両棒部分５，５′のほかに、支承穴４を有する別個の中央 部分６を備えている。この中央部分６はつば−支承リング７と、支承リング７′ の自由外周範囲にセンタリングされた環状フランジ８によって形成されている。 この場合、棒部分５，５′は接続湾曲部材９，９′内に設けられた押圧側の案内 面１０，１０′を介して支承リング７の外周に連結されている。つば−支承リン グ７のつば７″と環状フランジ８上に、支承穴４に対して同心的に設けられたス トッパー１１が、棒部分５，５′の接続湾曲部材９，９′に設けられた引張り側 の案内面１２と協働する。 環状フランジ８とつば７″は更に、支承穴４の中心軸線回りの棒部分５，５′ の角運動を可能にしながら、次のように互いに連結されている。すなわち、棒部 分５，５′またはその接続湾曲部材９，９′が穴１３を貫通するボルト１４を介 して環状フランジ８またはつば７″に支持されて配置されるように互いに連結さ れている。この場合、穴１３内のボルト１４には、弾性的なストッパーとしての 働きをする弾性材料製のブッシュ１５が付設されている。 ボルト１４が貫通するこの弾性的なブッシュ１５は、ブッシュの変形によって 生じる累進的な不撓性（硬直化）によって、棒部分５，５′の角運動を制限する 。この不撓性は図４に従って所定の折り曲げ時にストッパーとしての働きをする 。 更に、特に図２に示すように、案内面１０，１２または１０′，１２を有する 接続湾曲部材９，９′はそれぞれ、各ピストン２，２′の外側輪郭近くでその下 側１６，１６′に一体的に接続された２本の突張り部材１７，１７′に連結され ている。この場合、各接続湾曲部材９，９′は各ピストン２，２′の直径よりも 小さな弦寸法“ｈ”を有する。それによって、各ピストン２，２′を棒部分５， ５′と共にシリンダヘッド側からシリンダ内に組み立てることができる。 図３は中央部分６を示している。この場合、つば−支承リング７と環状フラン ジ８は１個の部品で形成されたあるいは固定連結によって一体的に形成された組 み立て部品１８を形成している。同心的なストッパー１１はほぼ、接続湾曲部材 ９，９′の引張り側の案内面１２の長さにわたって延びている。つば７″とフラ ンジ８は周方向において対向するストッパー１１の間に形成され、かつ軸方向に おいて接続湾曲部材９，９′の太さすなわち厚さに対応して離隔されて形成され ている。この構造は、環状の組み立て部品１８に関して、棒部分の同心的な押圧 側の案内面１０，１０′がつば７″と環状フランジ８の間で支承リング７′の外 周に当接するまで、ピストン２，２′を支持する棒部分５，５′を半径方向から 供給することを可能にする。支承穴４に係合する図示していない往復偏心体上で 組み立て部品１８を約９０°回転させることにより、フランジ８とつば７″のス トッパー１１は、棒部分５，５′の引張り側の案内面１２と重なる。穴１３内の 弾性的なブッシュ１５と共に回転角度ストッパーとして作用するボルト１４は更 に、棒部分５，５′と相対的に中央部分６または組み立て部品１８を保持する。 本発明による複数の部材からなる連接棒１の構造は、支承穴４内の支承遊びを 小さくするために、中央部分６を鋼で製作し、質量低減のためにピストン２，２ ′と付設の棒部分５，５′を軽金属で製作することを可能にする。 本発明に従って累進的に増大する弾性抵抗に抗して中央で折れ曲がることがで きかつ両端にピストンを支持する連接棒（弾性ピストン）はピストン行程運動方 向でその誤差が補正されるので、ドイツ連邦共和国特許出願第１９５０９１５５ 号（ＰＣＴ／ＥＰ／９６／００８６７、ＷＯ９６／２８６６９）で提案された往 復ピストン機械に有利に使用可能である。この往復ピストン機械の場合には、内 サイクロイド式クランク機構が２本の連接棒を介して２対のピストンを対向した シリンダ内で同じ方向に向けて駆動する。この往復ピストン機械のために、特に 構造的な理由から、両連接棒の間に設けられた、好ましくはワットリンクとして の１個の直線ガイドを備えたクランク機構が提案される。この公知のワットリン グが理想的な直線ガイドの代わりに、ピストンの上死点と下死点に対応する極端 な振れの間に、やや蛇行した案内線を有するので、理想的な直線ガイドからのず れの作用が折り曲げ連接部材によって有利に低減される。 本発明の範囲内において、中央での折り曲げのために弾性的に撓むように形成 された部分を備えた、両ピストン２，２′を連結する一体に形成された連接棒を 設けることもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．対向させて配置されたシリンダ内のピストン（２，２′）に両端を連結した 連接棒（１）を備え、 この連接棒が、内サイクロイド式クランク機構の往復偏心体を回転可能に収 容するために、クランク軸回転軸線（３）に対して平行に配置された支承穴（４ ）を備え、 クランク機構と機械ケーシングの許容誤差によって生じる応力を低減するた めに、連接棒がストローク方向に対して横方向に折れ曲がることができる、 内サイクロイド式クランク機構を備えた往復ピストン機械、特に内燃機関に おいて、 連接棒が支承穴（４）の中心軸線（４″）の回りに角運動可能に配置された 棒部分（５，５′）によって形成され、 棒部分（５，５′）の角運動が、各棒部分（５，５′）に固定連結されたピ ストン（２，２′）の許容傾動運動に依存して、弾性的な構造体（弾性的な連接 棒、弾性的なブッシュ１５）によって達成されることを特徴とする往復ピストン 機械。 ２．連接棒（１）が支承穴（４）を有する別体の中央部分（６）を備え、 棒部分（５，５′）が、支承穴（４）の中心軸線（４′）に対して同心的に 引張り側と押圧側に設けられたガイド（１０，１２；１０′，１２）を介して、 中央部分に設けられた対応する装置によって、角運動可能に中央部分に連結可能 であり、 各々の棒部分（５，５′）が弾性的なストッパー（ブッシュ１５）を介して 中央部分（６）に対する角度を弾性的に制限されていることを特徴とする請求項 １記載の往復ピストン機械。 ３．中央部分（６）がつば−支承リング（７）と、支承リング（７″）の自由外 周範囲にセンタリングされて配置された環状フランジ（８）によって形成され、 連接棒（５，５′）が押圧側の案内面（１０，１０′）を介してつば−支承 リング（７）の支承リング（７′）の外周部に連結され、 つば−支承リング（７）のつば（７″）と環状フランジ（８）に支承穴（４ ）の中心軸線（３）に対して同心的に配置されたストッパー（１１）が、棒部分 （５，５′）の引張り側の案内面（１２）と協働することを特徴とする請求項１ と２に記載の往復ピストン機械。 ４．環状フランジ（８）とつば（７″）が棒部分（５，５′）の角運動を行いな がら棒部分（５，５′）を互いに連結し、 棒部分（５，５′）が穴（１３）を貫通するピン（ボルト１４）を介してこ の環状フランジとつばに支持され、 貫通穴（１３）内で弾性的な角度ストッパーとしての働きをする弾性材料か らなるブッシュ（１５）がピンに付設されていることを特徴とすることを特徴と する請求項１〜３に記載の往復ピストン機械。 ５．ピンがボルト（１４）の一部であることを特徴とする請求項１〜４に記載の 往復ピストン機械。 ６．棒部分（５，５′）がそれぞれ接続湾曲部材（９，９′）に設けられた案内 面（１０，１２；１０′１２）を備え、 接続湾曲部材がピストン（２，２′）の外側輪郭の近くでピストンの下側（ １６，１６′）に一体的に接続する２本の突張り部材（１７，１７′）に連結さ れ、 各々の接続湾曲部材（９，９′）がそれぞれのピストン（２，２′）の直径 よりも小さな弦寸法“ｈ”を有することを特徴とする請求項１〜５に記載の往復 ピストン機械。 ７．つば−支承リング（７）と環状フランジ（８）が１つの部材で形成されてい るかあるいは固定連結部によって一体的に形成された１個の組み立て部品を形成 し、 同心的なストッパー（１１）がほぼ、接続湾曲部材の引張り側の案内面（１ ２）の長さにわたって延び、 つば（７″）と環状フランジ（８）が周方向において対向するストッパー（ １１）の間にかつ接続湾曲部材（９，９′）の厚さに対応して軸方向において離 隔されて形成されていることを特徴とする請求項１〜６に記載の往復ピス トン機械。 ８．中央部分（６）または組み立て部品（１８）が鋼で作られ、 棒部分（５，５′）を備えたピストン（２，２″）が軽金属からなっているこ とを特徴とする請求項１〜７に記載の往復ピストン機械。 ９．組み立て部品（１８）が金属薄板プレス部品として製作されていることを特 徴とする請求項１〜８に記載の往復ピストン機械。 10．中央で折り曲げ可能な連接棒（１）の棒部分（５，５′）の角運動が、累進 的に硬くなる弾性体（ブッシュ１５）に依存して制限され、この弾性体が場合に よってはストッパーとしての働きをすることを特徴とする請求項１〜９とに記載 の往復ピストン機械。 11．内サイクロイド式クランク機構を介して同じ方向に駆動される、対向配置さ れたシリンダ内の２対のピストンのために、中央で折り曲げ可能な２本の連接棒 （１）が使用され、 クランク機構が連接棒（１）の間に設けられた調節可能な直線案内装置を備 えていることを特徴とする請求項１〜１０に記載の往復ピストン機械。 12．直線案内装置がワットリンクであることを特徴とする請求項１〜１１に記載 の往復ピストン機械。 13．一体的に形成されたダブルピストンの連接棒が弾性的に撓むことができるよ うに形成された部分を有することを特徴とする請求項１記載の往復ピストン機械 。