JP2013104422A - Reciprocating engine using assembling type center planetarium gear double eccentric disk two cylinder one crank pin type hypocycloid planetarium gear mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,直線運動を創成するハイポサイクロイド遊星歯車機構を用いた往復動機関の実用性を高める目的をもつ,組立式中央遊星歯車複偏心盤を用いた2気筒1クランクピン型ハイポサイクロイド遊星歯車機構を伝動機構とした往復動機関であり,その製作性及び保守点検・整備性を向上させるものである.
以後,簡明とするため,直線運動を創成する中央遊星歯車複偏心盤2気筒1クランクピン型ハイポサイロイド遊星歯車機構を用いた往復動機関を2n気筒サイクロイド機関とし,この機関の機構を2n気筒サイクロイド機構とする.なお,nは自然数とする.The present invention is a two-cylinder one-crankpin type hypocycloid planetary gear using an assembling-type central planetary gear double eccentric disk for the purpose of enhancing the practicality of a reciprocating engine using a hypocycloid planetary gear mechanism that creates a linear motion. It is a reciprocating engine with a transmission mechanism as its mechanism, and improves its manufacturability, maintenance, inspection and maintenance.
For the sake of simplicity, a reciprocating engine using a central planetary gear double eccentric disk 2-cylinder 1-crankpin type hypocycloidal planetary gear mechanism that creates linear motion will be referred to as a 2n-cylinder cycloid engine. The cycloid mechanism is used. N is a natural number.
これまで、特許文献1において,2n気筒サイクロイド機関並びに往復動ポンプ装置(コンプレッサを含む。)が提案されている。
図1は,2n気筒サイクロイド機関の一例として,中央遊星歯車複偏心盤9に代えて,組立式中央遊星歯車複偏心盤を用いた2ストローク,気筒配置角γ=90の組立式4気筒サイクロイド機関を示している。簡明のため,シリンダヘッド3,シリンダ2及びピストンリング5は気筒1にのみ,クランクケースはクランクウェブ軸受の支持部のみを,図1(b)で示している.
なお,組立式中央遊星歯車複偏心盤は中央遊星歯車複偏心盤と同じ形状と機能をもつので,図1を背景技術である2n気筒サイクロイド機関の説明図として準用する.
図1を用いて,2n気筒サイクロイド機構の構造,運動及びつりあわせを述べる.
クランクケース1に固定した基準ピッチ円直径4eの静止内歯車10とクランクピン付クランクウェブ6bのクランクピン上にクランクピン軸受7で回転自在に支えられた基準ピッチ円直径2eの遊星歯車9bがかみあい、遊星歯車9bはクランクピン軸心O2周りに角速度ωで自転するとともに、クランク軸心O1周りに逆向きに角速度ωで公転する。このとき、遊星歯車9bの基準ピッチ円筒面上にある偏心盤9aの軸心O3は、シリンダ中心線C上をストローク4eの直線往復運動を行う。そして、この直線往復運動が,偏心盤9a上に偏心盤軸受11を介して回転自在に支えられシリンダ2に案内されたピストン4の運動となる。このように,ピストン4の直線往復運動は,互いに逆向きの2つの等速回転運動,即ち,偏心量eの偏心盤9aが,クランクピン軸心O2周りに自転すると同時に,クランク半径eのクランク軸6の回転によりクランク軸心O1周りに逆向きに同じ角速度で公転することにより創成される。したがって,2n気筒サイクロイド機構は,等速で自転と公転を行う回転体の場合と同様に,慣性による力及びモーメントを完全につりあわせることができる.(特許文献1及び非特許文献1〜3参照)So far,
FIG. 1 shows, as an example of a 2n-cylinder cycloid engine, an assembly-type four-cylinder cycloid engine having a two-stroke, cylinder arrangement angle γ = 90 using an assembly-type central planetary gear double eccentric disk instead of the central planetary gear double
Since the assembled central planetary gear double eccentric disc has the same shape and function as the central planetary gear double eccentric disc, FIG. 1 is applied mutatis mutandis as an explanatory diagram of the 2n cylinder cycloid engine which is the background art.
The structure, motion and balancing of the 2n cylinder cycloid mechanism will be described with reference to FIG.
A stationary internal gear 10 having a reference pitch circle diameter 4e fixed to the
ピストンクランク機構との比較において、直線運動を創成するハイポサイクロイド遊星歯車機構の基本的な特長は以下のように整理できる。
ピストンの直線往復運動は、静止内歯車10と遊星歯車9bの歯数比が2:1の等速運動機構である遊星歯車機構により創成され,ピストンクランク機構ではシリンダによるピストンの強制案内と不等速運動機構であるリンク機構により創成される。このため、2n気筒サイクロイド機構では,ピストンクランク機構で不可避のシリンダ側圧(ピストン側圧)及び慣性不つりあいを除去できる。
この特長に拠り、シリンダ及びクランクケースの剛性、摩擦損失、ピストンスラップ,振動および燃焼ガス漏れの低減、上下死点近傍の低ピストン速度,適切なロングストロークと燃焼室形状の最適化などに拠る燃焼状態の改善、さらなる高圧・ロングストローク化による高トルク化と低速化を期待できるなど、2n気筒サイクロイド機関の実用可能性は高く評価できる。また,クランク半径がピストンストロークの1/4と小さいことを利用して,図1に示すように,クランクウェブ軸受8及び13を採用して,機構の重量・寸法の低減及び剛性の向上を諮ることができる.
これまでに,2n気筒サイクロイド機関が提案されているが,中央遊星歯車複偏心盤とクランク軸系の製作性などが課題として残されている.(特許文献1参照)In comparison with the piston crank mechanism, the basic features of the hypocycloid planetary gear mechanism that creates linear motion can be summarized as follows.
The linear reciprocating motion of the piston is created by a planetary gear mechanism that is a constant speed motion mechanism in which the gear ratio between the stationary internal gear 10 and the planetary gear 9b is 2: 1. It is created by a link mechanism that is a fast motion mechanism. Therefore, in the 2n cylinder cycloid mechanism, it is possible to remove cylinder side pressure (piston side pressure) and inertia imbalance that are unavoidable by the piston crank mechanism.
Based on this feature, combustion based on cylinder and crankcase rigidity, friction loss, piston slap, vibration and combustion gas leakage reduction, low piston speed near top and bottom dead center, appropriate long stroke and optimization of combustion chamber shape, etc. The feasibility of the 2n-cylinder cycloid engine can be highly evaluated, such as the improvement of the state and the expectation of higher torque and lower speed due to higher pressure and longer stroke. In addition, by utilizing the fact that the crank radius is as small as 1/4 of the piston stroke, as shown in FIG. 1, the
So far, a 2n cylinder cycloid engine has been proposed, but the manufacturability of the central planetary gear double eccentric disc and the crankshaft system remains a problem. (See Patent Document 1)
2n気筒サイクロイド機関における中央遊星歯車複偏心盤とクランク軸系の製作性及び保守点検・整備性の向上が目的である(特許文献1及び非特許文献3参照).
本発明は,この課題を解決して、高圧、低速,ロングストローク及び多気筒の高品質な往復動機関の実用可能性を高めるものである。The purpose is to improve the manufacturability and maintenance / inspection / maintenance of the central planetary gear double eccentric disc and crankshaft system in the 2n cylinder cycloid engine (see
The present invention solves this problem and increases the practicality of a high-pressure, low-speed, long-stroke and multi-cylinder high-quality reciprocating engine.
本発明では,中央遊星歯車複偏心盤及びクランク軸系の製作性及び保守点検・整備性を高めるため,中央遊星歯車複偏心盤に代えて用いる図1の組立式中央遊星歯車複偏心盤を,つぎのように考案している.
中央遊星歯車複偏心盤9を,図2に示すように,遊星歯車の歯を軸方向に延長した嵌合歯を遊星歯車の両端に備えた中央遊星歯車9b(以後,嵌合歯付き中央遊星歯車という)とそれに嵌め合わせる2つの嵌合歯溝付き偏心盤9a(以後,嵌合歯溝付き偏心盤という)の3部品に分けて製作する.そして,これらを組み付けて中央遊星歯車複偏心盤9と同じ形状と機能を与え,これを組立式中央遊星歯車複偏心盤という.嵌合歯は歯先を落とした低歯とし,嵌合歯溝はこの嵌合歯に適合させる.
なお,図2では,2n気筒サイクロイド機関の一例として,2ストローク,気筒配置角γ=90の組立式4気筒サイクロイド機関を採り上げ,気筒1及び2に対応する組立式中央遊星歯車複偏心盤を例示している.この手段は,組立式2n気筒サイクロイド機関の全ての気筒に対して,同様に適用できる.これは自明なので,以後,この言及を割愛する.In the present invention, in order to improve the manufacturability and maintenance / maintenance / maintenance of the central planetary gear double eccentric disc and the crankshaft system, the assembly type central planetary gear double eccentric disc shown in FIG. It is devised as follows.
As shown in FIG. 2, the central planetary gear double
In FIG. 2, as an example of a 2n cylinder cycloid engine, an assembly type four cylinder cycloid engine with two strokes and cylinder arrangement angle γ = 90 is taken as an example, and an assembly type central planetary gear double eccentric disk corresponding to
前項の組立式中央遊星歯車複偏心盤を,図3に示すように,基本的に遊星歯車の軸心を含む平面Sで,偏心盤中心を含む上部と偏心盤中心を含まない下部に2分割した割型嵌合歯溝付き偏心盤9aU,9aL,と割型嵌合歯付き中央遊星歯車9bα,9bβとを製作して,これらを組み付けた割型中央遊星歯車複偏心盤の嵌合歯溝付き偏心盤9aUと9aLをねじ12で一体結合して,中央遊星歯車複偏心盤9と同じ形状と機能を与える方法を考案し,中央遊星歯車複偏心盤9に代えて用いる.これを組立式割型中央遊星歯車複偏心盤という.As shown in Fig. 3, the assembly type central planetary gear double eccentric disk of the previous section is basically divided into a plane S including the axis of the planetary gear and an upper part including the eccentric disk center and a lower part not including the eccentric disk center. Of the split-type center planetary gear double eccentric disc manufactured by manufacturing the split-
[0007]項の組立式中央遊星歯車複偏心盤において,図4に示すように,基本的にその軸心を含む平面Sで偏心盤中心を含む上部と偏心盤中心を含まない下部に2分割された嵌合歯溝付き偏心盤9aUと9aLを,嵌合歯付き中央遊星歯車9bにそれぞれ組み付け,ついで偏心盤9aUと9aLをねじで一体結合して.中央遊星歯車複偏心盤9と同じ形状と機能を与える組立式半割型中央遊星歯車複偏心盤を考案し,中央遊星歯車複偏心盤9に代えて用いる.
なお,嵌合歯及び嵌合歯溝は,分割した偏心盤9aUと9aLを半径方向移動により中央遊星歯車9bに組み付け出来るような小歯数とする.As shown in FIG. 4, the assembled central planetary gear double eccentric disk of item [0007] is basically divided into a plane S including its axis and an upper part including the eccentric disk center and a lower part not including the eccentric disk center. The fitted
The fitting teeth and the fitting tooth grooves have a small number of teeth so that the divided
請求項1記載の組立式中央遊星歯車複偏心盤に拠れば,2n気筒サイクロイド機構の中央遊星歯車複偏心盤9の製作が容易となり,また,これらの相対角位置を精度良く製作でき,一体性も高いので,実用性が向上する. According to the assembly type central planetary gear double eccentric disk according to
請求項2記載の組立式割型中央遊星歯車複偏心盤に拠れば,組立式クランク軸6に代わる一体型クランク軸の使用,組立の容易化とクランクピン軸受7及び中央遊星歯車の保守点検と整備交換が可能になり,請求項1に記載した本発明の実用性向上に寄与できる. According to the assembly type split central planetary gear double eccentric disk according to
請求3記載の組立式半割型中央遊星歯車偏心盤に拠れば,クランク軸系の組立が容易で,中央遊星歯車の保守点検が容易になり,請求項1に記載した本発明の実用性向上に寄与できる. According to the assembling-type half-type central planetary gear eccentric according to
請求項1,2及び3記載の発明に拠れば,小型軽量,高圧,低速,低剛性構造,低摩擦損失,低振動で,滑らかな動きの優れた往復動ポンプを期待できる。 According to the first, second, and third aspects of the invention, it is possible to expect a reciprocating pump excellent in smooth motion with a small and light weight, high pressure, low speed, low rigidity structure, low friction loss, and low vibration.
本発明は,図1,図2,図3及び図4に示す実施例により開示されている。なお,図1は,特許文献1で示されている2n気筒サイクロイド機関の一例として,2ストローク,気筒配置角 γ=90の組立式4気筒サイクロイド機関において,中央遊星歯車複偏心盤を組立式中央遊星歯車複偏心盤に代えた構造である.
また,図1(b)では,シリンダヘッド3,シリンダ2及びピストンリング5は気筒1のみを簡単に示し,クランクケース1はクランクウェブ軸受の支持部のみを示している.また,機関の仕様に応じたシリンダヘッド部の吸排気弁,シリンダ部の掃排気ポート,点火プラグ,燃料噴射ノズル並びにオイルシール,油道,潤滑ポンプ及びシリンダヘッドとシリンダのねじ締結なども周知であり,発明の本質に直接関わらないので説明を省略している。The present invention is disclosed by the embodiments shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. FIG. 1 shows an example of a 2n-cylinder cycloid engine disclosed in
In FIG. 1B, the
機構の基本構造と運動については,[0002]及び[0003]項で述べた通りである.
図2は,2ストローク,γ=90の4気筒サイクロイド機関の嵌合歯付き中央遊星歯車9bと2つの嵌合歯溝付き偏心盤9aを組み付けた組立式中央遊星歯車複偏心盤を例示している.この嵌合歯付き中央遊星歯車9bは,一般的な方法で歯切りできる.また,このような嵌合組立のため,組立式中央遊星歯車複偏心盤は,高精度で高い機能をもっている.The basic structure and motion of the mechanism are as described in [0002] and [0003].
FIG. 2 exemplifies an assembling-type central planetary gear double eccentric disk in which a central planetary gear 9b with a fitting tooth and an
図3は,前項の組立式中央遊星歯車複偏心盤に代えて使用する組立式割型中央遊星歯車複偏心盤として,2ストローク,γ=90の4気筒サイクロイド機関の組立式割型中央遊星歯車複偏心盤を例示している.分割された部分として,嵌合歯溝付き複偏心盤の偏心盤中心を含まない部分9aL及び含む部分9aU,と嵌合歯付き中央遊星歯車の部分9bα,9bβを示している.基本的に遊星歯車の軸心を含む平面で2分割した面を接合面Sとして,この割型嵌合歯溝付偏心盤9aをねじ12により一体的に結合する.これを使用すれば,組立式クランク軸に代えて一体型クランク軸を使用でき,組立の容易化,クランクピン軸受及び遊星歯車の保守点検と交換整備が可能になる.FIG. 3 shows an assembly type split type central planetary gear of a 4-cylinder cycloid engine with two strokes, γ = 90, as an assembly type split type central planetary gear double eccentric disc used in place of the assembly type central planetary gear double eccentric disc in the previous section. A double eccentric disc is illustrated. As the divided parts, there are shown a
図4は,使途などに応じて,前項の組立式割型中央遊星歯車複偏心盤に代えて使用する組立式半割型中央遊星歯車複偏心盤として,2ストローク,γ=90の4気筒サイクロイド機関の組立式半割型中央遊星歯車複偏心盤を例示している.上添字は部品の上下2分割に伴う表示であり,上添字L及びUはそれぞれ組立式中央遊星歯車複偏心盤の偏心盤中心を含まない部分及び含む部分を示している.この割型嵌合歯溝付偏心盤9aを半径方向に移動して嵌合歯付き遊星歯車9bと組み付けてねじ12により一体的に結合する.これを使用すれば,クランク軸系の組立の容易化,クランクピン軸受及び遊星歯車の保守点検が容易になる. FIG. 4 shows a four-cylinder cycloid with two strokes and γ = 90 as an assembled half-split central planetary gear double eccentric disc used instead of the assembled split central planetary gear double eccentric disc in the previous section. An example of an assembly type half-split central planetary gear double eccentric disc is shown. The superscript is a display associated with the upper and lower parts of the part, and the superscripts L and U indicate the part not including the center of the eccentric disk and the part including the center of the assembled central planetary gear double eccentric disk, respectively. This split-type fitting tooth grooved
1 クランクケース
2K シリンダ
3K シリンダヘッド
4K 気筒Kのピストン
4aK 気筒Kのピストンヘッド部
4bK 気筒Kのピストンロッド部
4cK 気筒Kのピストン大端部
5 ピストンリング
6 クランク軸
6a クランクウェブ
6b クランクピン付クランクウェブ
7 クランクピン軸受
8 クランクウェブ軸受
9K 中央遊星歯車複偏心盤
9bK 気筒Kの嵌合歯付き中央遊星歯車
9bK α/9bK β 気筒Kの割型嵌合歯付き中央遊星歯車
9aK 気筒Kの嵌合歯溝付き偏心盤
9aK U/9aK L 気筒Kの割型嵌合歯溝付き偏心盤
10K 気筒Kの静止内歯車
11K 気筒Kの偏心盤軸受
12 割型嵌合歯溝付き偏心盤の組付けねじ
13 中央クランクウェブ軸受
CK 気筒Kのシリンダ中心線
O1 クランク軸心
O2K 気筒Kのクランクピン軸心
O3K 気筒Kの偏心盤軸心
SK 組立式割型中央遊星歯車複偏心盤の上部と下部の接合面
γ 気筒配置角(deg)
ω クランク角速度
下添数字K 機関の点火順序を示す気筒番号
上添字L 割型嵌合歯溝付き偏心盤の下部
上添字U 割型嵌合歯溝付き偏心盤の上部
上添字α/β 割型嵌合歯付き中央遊星歯車の半割部
なお,気筒番号を示す下添数字Kについては,必要な場合のみ表示する.また,気筒2及び3のように,2気筒に係わる場合はKを23と表示する.1
ω Crank angular velocity subscript K Cylinder number indicating engine ignition sequence Upper subscript L Lower part of eccentric disc with split fitting tooth groove Upper subscript U Upper part of eccentric disc with split mating tooth groove Upper subscript α / β Split type Half of the central planetary gear with mating teeth Note that the subscript K indicating the cylinder number is displayed only when necessary. In addition, when
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DE102019122132A1 (en) * | 2019-08-16 | 2021-02-18 | DÜRR Technik GmbH & Co. KG | Reciprocating piston compressor or reciprocating piston pump for compressing and / or conveying a fluid, crankshafts therefor, crank pins and / or clamping cones for a crankshaft and method for producing a crankshaft |
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DE102019122132A1 (en) * | 2019-08-16 | 2021-02-18 | DÜRR Technik GmbH & Co. KG | Reciprocating piston compressor or reciprocating piston pump for compressing and / or conveying a fluid, crankshafts therefor, crank pins and / or clamping cones for a crankshaft and method for producing a crankshaft |
DE102019122132B4 (en) * | 2019-08-16 | 2021-03-18 | DÜRR Technik GmbH & Co. KG | Reciprocating piston compressor or reciprocating piston pump for compressing and / or conveying a fluid, crankshaft therefor, crank pin and / or clamping cone for a crankshaft and method for producing a crankshaft |
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