JP2002540356A - 前後で同軸にかつ互いに横方向間隔をおいて配置された軸線平行な2本の軸を連結する連結要素 - Google Patents
前後で同軸にかつ互いに横方向間隔をおいて配置された軸線平行な2本の軸を連結する連結要素Info
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Abstract
Description
軸を連結するための連結要素に関する。互いに一定の横方向間隔をおいて配置さ
れた軸のためのこのような連結要素は基本的には、ドイツ連邦共和国特許第73
3932号公報によって知られている。
更し、基準平面に対して、他方の軸の所定の位置を保持する必要がある。この場
合の問題点は、両方の軸が基準平面に対して高さ位置を調節可能に変更するにも
かかわらず同じ回転方向に、特に同じ回転数で回転しなければならないことにあ
る。この場合、連結要素によって回転数の変動が駆動される軸に生じないように
すべきである。
のピストン式内燃機関では、燃焼室の変更が基準平面に対してクランク軸回転軸
線を昇降させることによって行われる。
トン式内燃機関が知られている。この内燃機関では、上記問題は、クランク軸の
高さ位置を変えるための調整偏心体に軸受ケーシングが固定され、この軸受ケー
シングの一端に、クランク軸に連結された駆動ピニオンが挿入され、他端に、出
力軸に連結された出力ピニオンが所定の横方向間隔をおいて挿入されていること
によって解決されている。調整偏心体の回転軸線は出力ピニオンの回転軸線と一
致している。クランク軸の駆動ピニオンと出力ピニオンとの間の動力伝達は対を
なした同軸の回転ホイールによって行われ、一方のホイールが駆動ピニオン上を
転動し、他方のホイールが出力ピニオン上を転動する。この配置構造では、出力
トレーンを回転不均一にしないで、あらゆる高さ調整が保証される。しかしなが
ら、小さな歯車直径のための空間しか供されないので、ピストン式内燃機関の全
体のトルクを小さな直径の歯車を介して伝達しなければならないという欠点があ
る。これにより、伝達可能なトルクの大きさが非常に早く制限される。更に、反
作用力としての歯の力を、支承部を介して直接的な伝動装置範囲で受け止めなけ
ればならない。この配置構造の他の欠点は構造長が比較的に長いことにある。
で伝達することができ、同時に短く形成され、そしてピストン式内燃機関のクラ
ンク軸を駆動軸に連結するために使用可能である、連結要素を提供することであ
る。
行に配置された2本の軸を連結するための連結要素において、固定された基準平
面に対する一方の軸の高さ位置が、円軌道に沿って軸線平行に動かすことによっ
て調節可能であり、この円軌道の直径が最大横方向間隔に一致し、平行な回転平
面内に配向された2個の回転体がそれぞれ、互いに付設された軸端部に連結可能
であり、回転体がそれぞれの回転軸線に対して同じ半径方向間隔で軸受孔を有し
、両回転体にクランク要素が連結され、このクランク要素のクランク半径が軸の
横方向間隔に一致し、クランク要素が周方向に見て互いに等しい間隔をおいて配
置されていることによって解決される。このような連結要素を用いて、所定の偏
心距離e内で、互いに軸平行に移動可能な軸の任意の高さ位置を調節することが
できる。その際、駆動回転体の回転数がいかなる回転数変動もなくクランク要素
を介して被駆動回転体に伝達されることが保証される。適当な採寸のほかに、1
つの部分円または異なる部分円上のクランク要素の数を増やすことにより、案内
可能な最大トルクを増大することができる。本発明による連結要素の特別な利点
は、回転体の支承部に反作用力が作用しないことにある。これは特に、エンジン
のクランク軸に使用するときに重要である。
けることが基本的に可能である。この場合、クランク要素はそれぞれ、異なる半
径上でそのクランク軸を所属の回転体に支承することができる。この場合、本発
明の有利な実施形では、それぞれ複数のクランク要素がグループをなして配置さ
れ、このグループが周方向に見て互いに等しい周方向角度をおいて配置されてい
る。このようなグループ毎の配置により、クランク軸がエンジンケース内で定置
支承された出力軸に対して変位可能であるピストン式内燃機関で使用する場合に
、その都度の内燃機関の点火間隔を考慮することができる。それによって、クラ
ンク要素の最適な支持が達成される。伝達力の作用線が偏心体中心線の接続方向
において平行であるので、連結個所の回転につれて有効でこ長さが変化する。従
って、クランクの有効てこ長さは、0からr、すなわちクランク半径に周期的に
変化し、その都度トルクの伝達に部分的に寄与する。
形成され、この円筒体が互いに軸線をずらして配置されている。これによって、
クランク要素が非常に短くなる。この場合、円筒体が同じ直径を有するように配
置される。しかし、クランク要素が第1の円筒体を備え、この第1の円筒体が第
2の円筒体よりも大きな直径を有し、第2の円筒体が第1の円筒体の外周内で延
び、かつ少なくとも片側でこの第1の円筒体から軸方向に突出していると合目的
である。この場合、第1の円筒体が第2の円筒体によって覆われていないその範
囲に、不釣合いを小さくする凹部を備えていると合目的である。この場合、凹部
は、それによって第1の円筒体から“欠ける”質量が第2の円筒体の質量にほぼ
等しくなるように採寸することが可能である。
に伝達するために、本発明の有利な実施形では、一方の回転体、特に駆動される
回転体が互いに間隔をおいて配置され互いに固定連結された2つの円板部分を備
え、他方の回転体が円板状に形成され、かつ両円板部分の間に配置され、クラン
ク要素がそれぞれ、一方の回転体の両円板部分と回転体に支承されている。これ
は上記の本発明の種類のクランク要素によって可能である。このクランク要素の
場合、大きな直径を有する第1の円筒体が小さな直径を有する円筒体から両側に
突出している。このように形成されたクランク要素の第1の円筒体は、両円板部
分の間に位置する回転体に支承され、大きな直径を有する第1の円筒体の回転軸
線に対して偏心させて配置された小さな直径を有する第2の円筒体は、他方の回
転体の両円板部分に支承されている。このように2個所で支承されたクランク要
素によって、案内されるトルクが、傾動しないように伝達される。
方の円板部分がこの軸と同軸に配置された定置の支持部に回転可能に支承され、
それによってこの第1の回転体が2個所に支承され、傾動を生じないトルク案内
が可能であると特に合目的である。
はそのクランク軸軸受2によって偏心リング3に軸受されている。この偏心リン
グ自体は示唆的に示したエンジンブロック4の支持軸受4に回転可能に支承され
ている。ここでは概略的に示したピストン6はそれぞれ、連接棒5を介してクラ
ンク軸1に連結されている。クランク軸は、ピストン61 ,62 が上死点位置に
あり、ピストン63 ,64 が下死点位置にある状態が示してある。少なくとも1
個の偏心リング3は揺動レバーとして形成された回転装置7に固定されている。
この回転装置7はそれぞれ、クランク軸1の軌道円から外に案内されている。揺
動レバー7が連結棒8を介して互いに固定連結されているので、すべての偏心リ
ング3の同期回転が可能である。連結棒8は引張り要素9を介して概略的に示し
た駆動装置10に連結されている。引張り要素が両方向矢印11の方向に運動す
ると、それに相応して揺動レバー7が往復揺動する(両方向矢印12)ので、定
置された揺動軸線14回りの偏心リング3の回転によって、クランク軸2の回転
軸線13の高さ位置aが基準平面としての水平平面Bに対して変化する。参照符
号13は以下において、クランク軸1に所属する軸延長部のためにも用いられる
。
軸線14に対して偏心距離eをおいて配置され、高さ位置aを変更するために揺
動レバー7を介して仮りの中心位置(この場合揺動レバー7は垂直方向下方に向
いている)から上方または下方に移動する。それによって、クランク軸の回転軸
線13は定置された水平基準平面Bに対しておよび定置された偏心リング3の揺
動軸線14に対して昇降させられる。これは、ピストン6がそれぞれ上死点位置
で同じ寸法だけシリンダの燃焼室ルーフに近づき、従ってそれに応じて圧縮比が
高まることを意味する。偏心リング3を反対向きに回転すると、この圧縮比は小
さくなる。
定置されて支承された偏心リング3の揺動軸線14と一直線上に並んでいる出力
軸15から行われる。偏心距離eにより生じる、回転軸線13と出力軸15の軸
線との間の横方向間隔に架橋するために、クランク軸1に連結された軸延長部1
3は、連結要素16を介して出力軸15に連結されている。この連結要素16は
実質的に、クランク軸1の軸延長部13に固定連結された第1の回転体17と、
出力軸15に固定連結された第2の回転体18によって形成されている。両回転
体17,18は平行な回転平面内に接近して並べて配置され、クランク要素19
を介して互いに連結されている。クランク要素19のクランク半径は偏心リング
3の定置された揺動軸線14に対するクランク軸1の回転軸線13の偏心距離e
に一致している。次に、図2,3に基づいて機能と構造を詳しく説明し、図7に
基づいて好都合な実施の形態を詳しく説明する。
の実施の形態を軸方向に見た図である。
れた回転体17に固定連結されている。この回転体の回転軸線はクランク軸の回
転軸線13と一致している。
ンク軸の揺動軸線14と一致している。両軸13,14の回転軸線13,15は
同軸に向き、かつ偏心距離eの横方向間隔をおいて軸線平行に配置されている。
されている。このクランク要素のクランクピン20,21は所属の回転体17,
18に自由に回転可能に支承されている。両クランクピン20,21の間隔は両
回転軸線13,14の間の偏心距離eに一致するクランク半径を形成する。この
場合、クランク本体は、そのクランクアームが両軸線13,14によって定めら
れた平面内にまたはこの平面に対して平行に延びるように方向づけられている。
図2に示すように、クランク要素は、大きな直径を有する第1の円筒体20.1
と、この第1の円筒体に対して間隔をおいて軸線を配置した、小さな直径を有す
る第2の円筒体21.1を備えている。円筒体20.1は駆動する回転体17内
に支承され、円筒体21.1は駆動される回転体18内に支承されている。クラ
ンクを形成する円筒体の、所属の回転体内での支承は、例えばころがり軸受、特
に針軸受の形をしたころがり軸受を介して行うことができる。この場合、少なく
とも1個の回転体に、ころがり軸受が回転体に対して弾性的に支持されていると
合目的である。
向に見て等間隔に支承されている。クランクピン20.1の軸線20.2の間隔
Rは、クランクピン21.1の軸線21.2の間隔Rに一致している。図3から
更に判るように、両回転軸線13,14の接続線と、軸線20.2,21.2の
接続線は同じ方向に向いている。図示した実施の形態の場合、図1にも示すよう
に、この接続線は水平に、すなわち基準平面Bに対して平行に向いている。
周方向に見て互いに等間隔に回転体17に支承されている。図3から更に判るよ
うに、両回転軸線13,14の接続線と、回転軸線20,21の接続線は同じ方
向に向いている。図示した実施の形態の場合、図1にも示すように、この接続線
は水平に、すなわち基準平面Bに対して平行に向いている。
グ3を回転させることによって移動すると、回転軸線13は円軌道22に沿って
移動し、それによりクランク軸全体が水平な基準平面Bに対して揺動角度に対応
する寸法だけ垂直方向に持上げられるかあるいは反対方向に回転させると、対応
する寸法だけ下降する。
を有するので、軸線21.2も円軌道22に対応する軌道に沿って移動する。そ
れによって、クランク要素19の軸線20.2,21.2は、基準平面Bに対し
て、軸線13,14と同じ方向に向く。
てはトルクが同じ方向にかつ回転数変動なしに回転体18に伝達される。なぜな
ら、両クランク軸線20.2,21.2の方向と両回転軸線13,14の方向が
回転運動中変わらないからである。クランク要素19だけが両回転体17,18
の間で相対的に回転させられる。
使用する場合、図3に示唆的に示すようにクランク要素19を周囲にわたって均
一に分配して配置しないで、シリンダの数と、個々のシリンダの点火間隔によっ
て生じるガス力とを考慮して、グループをなしていわゆる“星形連結体”にまと
めると特に合目的である。図4には、180°の点火間隔を有する4シリンダ直
列エンジンのためのこのような星形連結体が示してある。
ンのための星形連結体を示している。
を示している。図4,5,6は4サイクルピストン式内燃機関の一般的な点火間
隔と一般的なシリンダ数のための星形連結体を示している。他のシリンダ数およ
び他の点火間隔の場合には、星形連結体をクランク軸または点火間隔に合わせな
ければならない。
4シリンダ直列エンジンのためのクランク軸の構造に相応して、180°だけず
らした2つのグループ23をなして回転体17または18に配置されている。各
々のグループは少なくとも2つのサブグループに分割されている。この場合、サ
ググループのクランク要素19はそれぞれ所属の回転体の回転軸線、例えば回転
体17の回転軸線13に対して等しい間隔をおいて配置されている。サブグルー
プ自体は所属の回転体の回転軸線に対して異なる間隔をおいて配置されている。
両グループ23によって形成された星形連結体の方向は、クランク軸のクランク
の方向に一致している。すなわち、図4には、図1において死点位置を示した4
シリンダクランク軸の位置のための回転体17が示してある。それによって、図
1に相応して、クランク要素が常に、4シリンダ機関のシリンダ軸線によって定
められた垂直平面に対して90°をなしている。しかし、クランク軸の“星形連
結体”に対して回転した星形連結体の配置構造が合目的であり、しかもシリンダ
がそれぞれ点火されるとき、すなわちピストンがそれぞれ点火上死点に位置する
ときに、星形連結体がシリンダ軸線に対して平行に配向されると合目的である。
変化がクランク角度に対して示してある。この場合、点火時点の領域でその都度
最大トルクが発生することが判る。4シリンダ直列機関について図4に示すよう
に、クランク要素がその都度のピストン式内燃機関に調和させてグループをなし
てまとめられていると、最大トルクがクランク軸に作用するときに、グループは
上死点の範囲に位置するように配置される。クランク軸のトルクを出力軸に伝達
できるようにするために回転点でのクランク要素19の作用半径が重要であるの
で、クランク要素は、最大力の場合に最大作用半径が働くように配置可能である
。これは、最大負荷のクランク角度に連結要素が集積することを意味する。測定
の結果、このような配置構造の場合クランク要素が負荷に一致して位置決めされ
、クランク要素に作用する軸受の力が、クランク要素を周囲に均一に分配配置し
た図2,3の実施の形態と比べて、約3分の1に低下することが判った。
成要素として使用可能である。しかし、このように簡単に構成された幅の狭い連
結要素を、図1に示した構造のピストン式内燃機関の駆動側と反対の側のクラン
ク軸の自由端部に配置することもできる。それによって、圧縮比を変更するため
にクランク軸が図示のように移動可能であるときにも、エンジンケース4に固定
された動力取り出し装置またはカム軸を駆動することができる。この簡単な構造
は、必要なトルクを伝達するために充分である。
トン式内燃機関の駆動トルク全部を伝達可能でなければならないので、連結要素
では非常に大きなトルクを案内しなければならない。図7はピストン式内燃機関
のための駆動側の連結要素のための特別な実施の形態を示している。
。この偏心リング自体は図1に基づいて説明したように、エンジンケース4に回
転可能に支承されている。円板状の回転体17は軸延長部13に固定連結されて
いる。
形態の場合、互いに固定連結された2個の円板部分18.1,18.2を備えて
いる。この円板部分の間には、同様に円板状に形成された回転体17が配置され
ている。両回転体17,18はクランク要素19を介して互いに連結されている
。このクランク要素は図示した実施の形態の場合には、第1の大きな円筒体20
.1と、大きな円筒体の両側面から突出する2個の円筒体21.1を備えている
ので、クランク要素19は両側で、従って傾動モーメントを生じないように回転
体17,18に支承されている。
ング3の突出部に支承されているので、ここでも連結範囲の申し分のない支持が
達成される。
合、軸受は更に、回転体17または18に対してゴム弾性的に支持可能である。
これは、クランク軸自体がすべり軸受に支承されているときに有利である。この
場合、クランク要素のころがり軸受のゴム弾性的な支承部を介して、クランク軸
支承部の比較的に大きな半径方向遊びを補償することができる。しかし、クラン
ク軸をすべり軸受で軸受する場合、クランク要素19が同様にすべり軸受で軸受
されていると合目的である。円板部分18.2を介してころがり軸受によって回
転体18を偏心リング3に軸受することにより、偏心リングの軸受遊びが回転体
18の支承部に影響を与えることがない。
構造である。この場合、クランク要素は両側で非常に強固に支承されている。偏
心リング3における回転体18の支承は、回転体18に歯付きリム18.3を備
え付けることを可能にする。この歯付きリムはスタータピニオンに係合可能であ
る。
2によって画成された内室を油室として形成することを可能にする。この油室は
エンジンオイル回路に接続されている。運転中、この内室は遠心力の作用を受け
て全周にわたって油が充填されるので、クランク要素の個々の軸受に付設された
潤滑通路25を経て油が供給される。遠心力によって生じる回転数に依存した油
圧力により、いかなる場合で油がクランク要素の軸受個所に達する。
支承された偏心リング3が同様に示してある。偏心リング3が矢印12の方向に
回転すると、クランク軸1の回転軸線13はクランク軸軸受2と共に円軌道に沿
って移動し、それに応じてクランク軸全体が水平な基準平面に対して揺動角度に
対応する寸法だけ持上げられ、反対向きに回転する際には対応する寸法だけ下降
する。
13,14と同じ横方向間隔を有するので、軸受部分19の回転軸線21は、ク
ランク軸の回転軸線13と同じ円軌道に沿って移動する。それによって、回転体
17と回転体18の間の連結要素23の基準平面Bに対して、軸線13,14の
方向と同じように両軸線21,22が方向づけられる。
を介して同じ方向にかつ回転数の変動なしに回転体18に伝達される。なぜなら
、両回転軸線21,23の方向と両回転軸線13,14の方向が回転運動中変わ
らないからである。連結要素23だけが回転体17,18内で相対的に回転する
。
18に固定配置されるように変形可能である。このクランクピンはその自由端が
円筒体20.1の支承穴に支承されている。この実施の形態は傾動モーメントを
生じない。
は同様に、クランク軸の変位によって運転条件を変えるために、個々のシリンダ
の“アクティブな”行程容積を調節することができるすべてのピストン機械、例
えばピストン圧縮機に適用可能である。このために本発明による連結要素では、
クランク軸を駆動軸と相対的に変位させたときでも、出力軸、すなわちクランク
軸が回転数の変動なしに駆動されるので、連結要素によって回転不釣合いが発生
するときに生じる得る駆動装置への不利な反作用が発生しなくなる。
クを伝達するためのクランク要素の数が何倍にも増加すること)に基づいて、お
よび運転上の利点(互いに軸の位置を変化させたときに回転数が一定であること
)に基づいて、互いに連結される2本の軸の類似の変位を行わなければならない
すべての用途について使用可能である。
ンダピストン式内燃機関の概略的な斜視図である。
。
な図である。
な図である。
である。
変化を示すグラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 前後で同軸にかつ偏心距離(e)をおいて互いに軸線平行に
配置された2本の軸(13;15)を連結するための連結要素において、固定さ
れた基準平面(B)に対する一方の軸(13)の高さ位置(a)が、円軌道(2
2)に沿って軸線平行に動かすことによって調節可能であり、この円軌道の直径
が偏心距離(e)に一致し、平行な回転平面内に配向された2個の回転体(17
;18)がそれぞれ、互いに付設された軸端部(13;15)に連結可能であり
、回転体がそれぞれの回転軸線に対して同じ半径方向間隔(R)で軸受孔を有し
、両回転体(17;18)にクランク要素(19)が連結され、このクランク要
素のクランク半径が偏心距離(e)に一致し、クランク要素(19)が周方向に
見て互いに間隔をおいて配置されていることを特徴とする連結要素。 - 【請求項2】 それぞれ複数のクランク要素(19)がグループ(23)を
なして配置され、このグループ(23)が周方向に見て互いに等しい周方向角度
をおいて配置されていることを特徴とする請求項1記載の連結要素。 - 【請求項3】 1個のグループのクランク要素が少なくとも2個のサブグル
ープに配置され、1個のサブグループのクランク要素(19)がそれぞれ、付設
の回転体(17;18)のそれぞれの回転軸線(13;15)に対して等しい角
度で配置され、サブグループ自体が付設の回転体(17;18)の所属の回転軸
線(13;15)に対して異なる角度で配置されていることを特徴とする請求項
1または2記載の連結要素。 - 【請求項4】 クランク要素(19)が第1と第2の円筒体(20.1,2
1.1)によって形成され、この円筒体が互いに軸線をずらして配置されている
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の連結要素。 - 【請求項5】 円筒体が同じ直径を有することを特徴とする請求項4記載の
連結要素。 - 【請求項6】 クランク要素(19)が第1の円筒体(20.1)を備え、
この第1の円筒体が第2の円筒体(21.1)よりも大きな直径を有し、第2の
円筒体(21.1)が第1の円筒体(20.1)の外周内で延び、かつ少なくと
も片側でこの第1の円筒体から軸方向に突出していることを特徴とする請求項1
〜4のいずれか一つに記載の連結要素。 - 【請求項7】 第1の円筒体が第2の円筒体によって覆われていないその範
囲に、不釣合いを小さくする凹部(20.3)を備えていることを特徴とする請
求項1〜6のいずれか一つに記載の連結要素。 - 【請求項8】 一方の回転体(18)が互いに間隔をおいて配置され互いに
固定連結された2つの円板部分(18.1,18.2)を備え、他方の回転体(
17)が円板状に形成され、かつ両円板部分(18.1,18.2)の間に配置
され、クランク要素(19)がそれぞれ、一方の回転体(18)の両円板部分と
回転体(17)に支承されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つ
に記載の連結要素。 - 【請求項9】 2個の円板部分(18.1,18.2)からなる回転体(1
8)の一方の円板部分(18.1)が定置支承された軸(15)に固定連結可能
であり、他方の円板部分(18.2)が軸(3)に対して同軸に配置された定置
の支持部(3)に回転可能に支承されていることを特徴とする請求項8記載の連
結要素。 - 【請求項10】 ケーシング(4)内に配置されたシリンダと、このシリン
ダ内を案内されるピストン(6)を備え、このピストンが連接棒(5)を介して
クランク軸(1)に連結され、このクランク軸が偏心リング(3)に支承され、
偏心リング自体がケーシング(4)に回転可能に支承され、この偏心リングの少
なくとも一部が回転装置(7)を備え、この回転装置が操作装置に連結され、ク
ランク軸(1)が連結要素(16)を介して出力軸(15)に連結されている、
ピストン機械において、請求項1〜9のいずれか一つまたは複数に記載の特徴を
有する連結要素(16)が使用されていることを特徴とするピストン機械。
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