JP2015508470A

JP2015508470A - 往復動ピストン機構

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Publication number: JP2015508470A
Application number: JP2014552664A
Authority: JP
Inventors: ランベルタス・ヘンドリク・デ・グーイャー
Original assignee: ゴメクシス・ベーフェー
Priority date: 2012-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: US20140360292A1; CA2861277C; KR102074649B1; CN104204455A; BR112014017873A8; KR20140113737A; US10234006B2; JP6305347B2; EP2620614B1; WO2013110700A1; CA2861277A1; RU2014129394A; EP2620614A1; BR112014017873B1; BR112014017873A2; CN104204455B; EP2828501A1; RU2623136C2

Abstract

往復動ピストン機構(1)はクランクケース(15)とクランクピン(4)を有するクランクシャフト(2)を備える。シャフト(2)はケース(15)で支持され、軸線(5)を中心に回転可能である。本機構はさらに大小端部(8,10)を含むコネクティングロッド(9)と、小端部(10)に連結されたピストン(11)と、クランクピン(4)に設けられたクランク部材(6)を備える。クランク部材(6)はロッド(9)が大端部(8)を介してクランク部材(6)のベアリング部分(7)に回動可能に装着されるようロッド(9)の大端部(7)を受ける外周壁を有するベアリング部分(7)を備える。クランク部材(6)はクランク部材ギヤ(12)を備える。このギヤ(12)は外歯車であり、中間ギヤ(13)と噛み合う。ギヤ(13)は外歯車であり、補助ギヤ(14)と噛み合う。ギヤ(14)は外歯車であり、シャフト(2)を通って同心状に延在する補助シャフト(16)に対して固定される。シャフト(2)および補助シャフト(16)は互いに回転可能である。

Description

本発明は往復動ピストン機構に関する。

往復動ピストン機構は、本出願人の以前の出願ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０５９０４０において説明されている。

本発明は、さらに改良された往復動ピストン機構を提供することを目的とする。

この目的のために、往復動ピストン機構は請求項１に記載された特徴を備える。

この機構の利点はギヤの数が最小化されることである。本出願人は、本発明に係る往復動ピストン機構を備えたエンジンは、クランク部材およびギヤトランスミッションを持たない従来のエンジンよりも摩擦損失が低いことを見出した。

実用的な実施形態では、ベアリング部分はクランクピンに対して偏心的に配置される。これは、ピストンの下死点および上死点に影響を与える機会を提供する。特に、本機構が内燃機関に適用される場合、それは、効率に関して、圧縮比を調整することを可能とするために有利である。

クランク部材ギヤと補助ギヤとのギヤ比は２であってもよい。この場合、補助ギヤがクランクケースに対して固定された角位置を有するならば、クランク部材は、クランクシャフトと同じ方向に、そしてその半分の速度で回転する。ベアリング部分がクランクピンに対して偏心的に配置される場合、これは、補助ギヤの角位置を調整するときに、圧縮比を変更するための機会を提供する。

本機構は、クランクシャフト軸線を中心としてクランクケースに対して補助ギヤを回動させるための駆動手段を備えてもよい。

上記駆動手段は、クランクケースに対して異なる角位置で補助シャフトを固定するよう構成された停止ブロックを備えていてもよい。

さらに詳しく言うと、停止ブロックは、補助シャフトに固定されかつ複数のリセスを備えたコントロールリングと、各リングのそれぞれに嵌る制御される変位可能なピンを含むアクチュエータを備えてもよい。好ましくは、駆動手段は、補助シャフトおよびクランクケースに対して固定されたスプリングを備える。本機構が内燃エンジンに適用される場合、燃焼ストロークで生じる実際の燃焼力は、ピンが対応するリセスから後退させられるとき、スプリング力に抗して角方向に補助シャフトを強制的に回転させてもよい。補助シャフトの所望の角位置において、ピンは、このピンが別のリセスに嵌るようにコントロールリングへと戻るように移動させることができる。コントロールリングは、スプリング力がスプリングへの補助シャフトの実際の回転力よりも大きいエンジン負荷を選択することによって、反対方向に回転させることができる。

上記駆動手段は、補助シャフトの角位置を固定するためのロッキング部材を伴わずに補助シャフトおよびクランクケースに対して固定されたスプリングを備えることもまた可能である。このような場合、補助シャフトの角位置は、スプリングへの補助シャフトの実際の力および補助シャフトへの実際のスプリング力に基づいて自動的にバランスされる。

停止ブロックは、その回転方向に補助シャフトに対して固定されたコントロールリングを備えていてもよく、電磁石が、クランクケースに対してコントロールリングを固定するために存在してもよく、本機構は、好ましくは、補助シャフトおよびクランクケースに対して固定されたスプリングを備える。この実施形態の利点は、補助シャフトが連続的にさまざまな角位置でクランクケースに対してロックできるということである。内燃エンジンに、スプリングを含む本機構を適用した場合、これは、以下のように機能し得る。異なる圧縮比が望まれる場合、電磁石は、補助シャフトがクランクケースに対して回転可能であるようにスイッチオフされる。エンジンが、より低い圧縮比が望まれる高いエンジン負荷で作動している場合、スプリングへの補助シャフトの相対的に大きな回転力は、そのスプリング力を上回り、コントロールリングを含む補助シャフトは合力の方向に回転させられる。電磁石をスイッチングオンすると、補助シャフトを含むコントロールリングはクランクケースに対してロックされる。エンジンが、高い圧縮比が望まれる低いエンジン負荷で運転される場合、電磁石はスイッチオフされ、コントロールリングは反対方向に回転させられる。と言うのは、対応する相対的に低いエンジン負荷でのスプリングへの補助シャフトの回転力はスプリング力よりも小さいからである。コントロールリングは、続いて、電磁石をスイッチオンすることによって、その新しい位置にロックできる。

これに代えて、駆動手段は、補助シャフトに固定されたウォームギヤと噛み合う駆動可能なウォームを備えていてもよい。これは、連続的に、補助ギヤの各位置を変化させる機会を提供する。さらに、本機構のこの実施形態は、ウォームに燃焼圧力の指標であるの圧力センサーを備えてもよい。圧力センサーと組み合わせたウォームは、必ずしも、上述したような機構と関連付けられないことに留意されたい。それはまた、例えば、中心ギヤの角位置が例えばＰＣＴ／ＥＰ２００９／０５９０４０に記載された機構において圧縮比を適合させるためにウォームによって駆動される、その他の往復動ピストン機構に適用することができる。

本発明はまた、請求項１１に記載の往復動ピストン機構に関連する。本機構は、クランクケースに対して補助シャフトの角位置を調整することにより、ピストンの上死点を変化させる機会を提供する。実際には、クランク部材および補助ホイールハウジング、ギヤ、チェーン、ベルト等により形成される伝達機構により相互に駆動可能に結合される。クランク部材およびクランクシャフトの回転速度は、クランクケースに対して規定されることに留意されたい。

好ましい実施形態では、クランク部材ギヤは少なくともさらなる中間ギヤと噛合し、このさらなる中間ギヤはまた補助ギヤと噛合する。というには、これによって機構内で力が分配されるからである。

クランク部材の内径は、その端部において拡大することができる。これは、端部における内径は、クランクシャフトの回転時にそれがクランクピンの円筒形部分と接触する、その中央円筒形部分におけるよりも大きいことを意味する。これは、クランクピンの円筒形部分に隣接して、クランクシャフトの径を拡大する機会を提供する。このような場合、クランク部材ギヤは、クランクピンの円筒形部分を越えて、その軸方向に部分的に突出していてもよい。これは、クランクシャフトの剛性およびクランクシャフト軸線に沿って見たときにコンパクトな様式での形成の点で有利である。

クランクピンがプレスフィットにより隣接するクランクアームに対して装着されるならば、クランク部材の突出する端部はまた有利である。なぜなら、それは、クランクピンの軸方向に見たとき、クランクピンとクランクアームとの間の相対的に長いプレスフィット接続を形成する機会を提供するからである。クランクピンの軸方向におけるプレスフィットの長さは、クランクピンの直径の３０％より大きくてもよく、好ましくは、その４０％よりも大きいものである。

クランク部材は、さらなるクランク部材ギヤを含む、少なくともさらなるクランク部材を駆動するための第２のクランク部材ギヤを備えてもよく、このさらなるクランク部材は、さらなるクランクピンに対して回動可能に装着され、クランク部材ギヤおよび第２のクランク部材ギヤは、クランク部材の反対側端部に配置され、第２のクランク部材ギヤは、隣接するクランクアームを通って延在するシャフトに対して固定された、さらなる補助ギヤと噛み合い、かつ、このシャフトには、さらなるクランク部材ギヤと噛み合う別な補助ギヤが固定され、クランク部材ギヤにおけるクランクピンの直径は、さらなるクランク部材ギヤにおける、さらなるクランクピンの直径よりも小さなものである。これは、相対的に小さな直径を有するクランク部材ギヤを適用する機会を提供する。実用的な実施形態では、クランクピンの直径は、さらなるクランクピンの直径よりも小さい。その結果、協働するコネクティングロッドの大端部はまた、さらなるクランクピンと協働するコネクティングロッドのそれよりも小さなものであってもよい。

代替的にまたは追加的に、クランク部材ギヤの直径は、第２のクランク部材ギヤの直径より小さくてもよく、かつ／またはクランク部材ギヤの幅は第２のクランク部材ギヤの幅より小さくてもよい。

以下、実例として本発明の実施形態を示す概略図を参照して、本発明について説明する。

本発明に係る往復動ピストン機構の一実施形態の斜視図である。拡大スケールでの異なる側から見た図１の実施形態の一部の斜視図である。拡大スケールでの異なる側から見た図１の実施形態の一部の斜視図である。図２および図３と同様の図であるが、クランクシャフトを含む部分を示している。図２および図３と同様の図であるが、クランクシャフトを含む部分を示している。図２および図３に示す部分の代替実施形態の一部の斜視図である。本発明に基づく機構の実施形態を備えた内燃エンジンの一部の斜視図である。図７と類似の図であるが、異なる側から見た代替実施形態を示している。図４および図５に示す実施形態の側面図である。図７に示す実施形態の側面図である。図１と類似の図であるが、代替実施形態を示している。拡大スケールでの図１１の実施形態の一部の斜視図である。本発明に係る往復動ピストン機構の一実施形態を備えたマルチシリンダー内燃エンジンの斜視図である。図１３と類似の図であるが、クランクシャフトが省略されている。図１４に示す実施形態の側面図である。図１３に示す実施形態の一部の斜視図である。図４と類似の図であり、運転条件のもとで異なる部品のポジションを示すためにブラケットが省略されている。図４と類似の図であり、運転条件のもとで異なる部品のポジションを示すためにブラケットが省略されている。図４と類似の図であり、運転条件のもとで異なる部品のポジションを示すためにブラケットが省略されている。図４と類似の図であり、運転条件のもとで異なる部品のポジションを示すためにブラケットが省略されている。クランク部材の代替実施形態の斜視図であり、これはＶ型往復動ピストン機構に適している。アクチュエータの代替実施形態の斜視図である。本発明に係る往復動ピストン機構の代替実施形態を備えた３気筒内燃エンジンの斜視図である。図２３に示す実施形態の一部の拡大図である。拡大スケールでの図１５に示す代替実施形態の一部の側面図および部分断面図である。図２５と類似の図であるが、クランクピンと、協働するクランクアームとの間のプレスフィット結合を示している。

図１は、内燃エンジンに適した、本発明に係る往復動ピストン機構１の一実施形態の一部を示している。往復動ピストン機構１はクランクケース１５を備えており、これは、クランクシャフトベアリング３によってクランクシャフト２を支持する（図４および５参照）。クランクシャフト２はクランクピン４を含み、かつ、クランクシャフト軸線５を中心としてクランクケース１５に対して回転可能である。

往復動ピストン機構１は、回転可能にクランクピン４にマウントされたクランク部材６を備える。クランク部材６は、クランクピン４に対して偏心的に配置されたベアリング部分７を備える（図２参照）。ベアリング部分７は、コネクティングロッド９の大端部８を受ける外周壁を有する。したがって、コネクティングロッド９は、その大端部８を介して、回転可能にクランク部材６に取り付けられている。コネクティングロッド９はまた、それに対してピストン１１が回転可能に連結される小端部１０を含む。

図２および図３は、図１の実施形態の一部を異なる側から見て示している。クランクシャフト２およびコネクティングロッド９は、分かりやすさのために図示していない。図４および図５は同じ部分を示すが、クランクシャフト２を含んでいない。

クランク部材６は、二つの中間ギヤ１３と噛み合うクランク部材ギヤ１２を備える。クランク部材６およびクランク部材ギヤ１２は一体部品から形成されてもよいが、クランク部材ギヤ１２は、同様に、クランク部材６の筒状ベース部に押し付けられてもよい。中間ギヤ１３は回転可能にクランクシャフト２にマウントされ、かつ、その回転軸線はクランクシャフト軸線５と平行に延びる。中間ギヤ１３のそれぞれはまた、補助ギヤ１４と噛み合う。補助ギヤ１４は補助シャフト１６に固定される。補助シャフト１６は、クランクシャフト２を通って同心状に延在し、かつ、クランクシャフト軸線５を中心としてクランクシャフト２に対して回転可能である。したがって、補助シャフト１６は、実質的にクランクシャフト軸線５と一致する補助シャフト軸線を中心に回転可能である。結果として、補助ギヤ１４の中心線はクランクシャフト軸線５と一致する。

図１、図４および図５は、補助ギヤ１４、中間ギヤ１３およびクランク部材ギヤ１２がクランクシャフト２のクランクアーム１７の同じ側にマウントされることを示している。これはまた、図９の側面図からも分かる。クランクアーム１７と隣接するクランクシャフトベアリング３は、補助シャフト１６が両方を通って延びるように一体化されている。したがって、補助シャフト１６は、クランクシャフトベアリング３の外周内で延びる。中間ギヤ１３が、カウンターウェイトが置かれるクランクシャフト２の側に配置され、これがコンパクトな構造を実現していることが図１から分かる。

図１ないし図５に示す実施形態では、クランク部材ギヤ１２、中間ギヤ１３および補助ギヤ１４は外歯車である。この構成により、往復動ピストン機構１は、コンパクトな様式で構築でき、そして従来のものよりも簡素である。

ギヤの寸法は、運転条件下で、クランク部材６が、クランクシャフト２と同じ方向にかつその半分の速度で回転するように選択できる。回転方向は、クランクケースに対して規定される。この回転方向および速度は、クランク部材ギヤ１２と補助ギヤ１４とのギヤ比が２であり、かつ、補助シャフト１６がクランクケース１５に対して一定の角位置で保持する場合に達成される。所望のギヤ比を達成するためには、特に補助ギヤ１４の直径が比較的小さいので、中間ギヤ１３および補助ギヤ１４はクランクアーム１７の同じ側に配置されることが重要であり、これは、クランクアーム１７の反対側で、それがクランクシャフト２に回転可能にマウントされた場合に補助ギヤ１４の位置でのクランクシャフト２の小さな直径をもたらすであろう。

中間ギヤ１３の機能は、クランク部材６と補助シャフト１６との間でギヤ伝達を適用した場合に、正確な回転方向に補助ギヤ１４を回動させることである点に留意されたい。中間ギヤ１３の歯の数は、クランク部材ギヤ１２と補助ギヤ１４との間の伝達比には関係がない。

運転条件の下で本機構の機能を説明するために、図１７〜２０は、クランクケース１５に対するクランクシャフト２の四つの異なる位置を示している。例示のために、クランク部材６および補助ギヤ１４はマークＡ，Ｂを備える（図１７参照）。クランクケース１５に対するクランクシャフト２およびクランク部材６の回転方向は、それぞれの矢印で示されている。図１７は上死点の位置を示している。図１８に示す位置では、クランクシャフト２は、クランクケースに対して１８０度だけ反時計回りに回転してしまっている。補助ギヤ１４はその角位置で維持されるのに対して、クランク部材ギヤ１２はまた、クランクケース１５に対して反時計回りに、ただし９０°の角度だけ回転させられていることが分かる。図１９および図２０は、１８０°のステップだけ、クランクシャフト２の回転のさらなるステップを示している。図１７〜２０は、クランクケース２に対して規定されるように、クランクシャフト２の２回の完全な回転がクランク部材６の１回の完全な回転に対応することを示している。

図１〜５に示す往復動ピストン機構は、クランクケース１５に対して補助シャフト１６の角位置を変更することにより、ピストン１１の上死点を、したがって、その圧縮比を調整する機会を提供する。図１〜５、より具体的には図３において、本機構１は、一方で補助シャフト１６に、そして他方でクランクケース１５に対して固定されたトーションスプリング１８を備えることが分かる。コントロールリング１９は、例えば押し込みにより補助シャフト１６に取り付けられており、かつ、クランクシャフト軸線５を中心として相互角度間隔で配置されたリセス２０を備える。本機構１はまた、リセス２０のそれぞれに嵌るピン（図示せず）をコントロールするアクチュエータ２１を備える。安定した走行条件下では、ピンは、クランクケース１５に対して固定された位置でコントロールリングを保持し、機構１は固定された圧縮比で動作する。

ピンを含むアクチュエータ２１を除去することが考えられるが、これは、補助シャフト１６がクランクケース１５に対してロック可能ではないことを意味する。この場合、運転条件下で、補助シャフト１６は、捩じれスプリング１８の存在に起因して回転方向に振動し得るが、この振動は内燃エンジンの場合には燃焼力が変化することで引き起こされる。補助シャフト１６の平均的角位置は、この場合、捩じれスプリング１８への補助シャフト１６の実際の負荷と、補助シャフト１６への捻じれスプリング１８の実際のスプリング力との間の自然なバランスによって決定される。増大した燃焼力による、より大きな負荷では、補助シャフト１６と捩じれスプリング１８との間の作用・反作用力、すなわち自然なバランスは、より高いレベルにある。これは、捩じれスプリング１８が圧縮され、補助シャフト１６はクランクケース１５に対してある角度だけ回転させられることを意味する。低負荷時には、逆の作用が実現される。この結果、補助シャフト１６の角位置の自動調整が実現される。

内燃エンジンに機構１を適用した場合、図３に示す実施形態は次のように機能する。異なる圧縮比が望まれる場合、ピンが、所定のエンジン負荷においてアクチュエータ２１によって対応するリセス２０から後退させられる。例えば、低い圧縮比が望まれる場合、すなわち高荷エンジン負荷へ切り替える場合、捩じれスプリング１８への補助シャフト１６の実際の相対的に大きな回転力は、捩じれスプリング１８のスプリング力を上回り、コントロールリング１９を含む補助シャフト１６を合力方向に回転させる。ピンがコントロールリング１９に向かって戻るように変位する場合、このピンは別のリセス２０に嵌合する。高い圧縮比を得るために、すなわち低いエンジン負荷へと切り替えるためにコントロールリング１９を反対方向に回転させるべき場合、対応する相対的に低いエンジン負荷でのスプリング１８への補助シャフト１６の実際の回転力は、捩じれスプリング１８のスプリング力よりも小さく、したがって反対方向にコントロールリング１９が回転する。コントロールリング１９は、続いて、対応するリセス２０内にピンを挿入することにより、クランクケース１５に対して固定することができる。

アクチュエータ２１は、電気式、油圧式等で制御されてもよいことに留意されたい。さらに、コントロールリング１９の周面は、クランクケース１５によってコントロールリング１９を支持するためにベアリングの一部であってもよい。クランクケース１５は、ボールベアリング１９ａによってコントロールリング１９を支持していてもよい（図１０参照）が、代替ベアリングも考えられる。

補助シャフト１６の角位置は、単純なポテンショメータであってもよいセンサー２２によって監視される。このセンサーはクランクケース１５に搭載される。センサー２２からの信号は、実際の圧縮比の指標である。

図２２は、機構１が固定された圧縮比で作動するように、クランクケース１５に対して固定された位置でコントロールリング１９をロックするためのアクチュエータ３８の別の実施形態を示している。この実施形態では、コントロールリング１９は、その回転方向に補助シャフト１６に対して固定される。捻じれスプリング１８は、図２２に示す位置Ｐにおいて補助シャフト１６に対して、そしてセンサー２２に近接してクランクケース１５に対して固定される。アクチュエータ３８は電磁石を備え、これは、クランクケース１５に対して取り付けられ、かつ、マグネットカバー４０によって覆われている。電磁石を流れる電流を立ち上げたとき、コントロールリング１９は、補助シャフト１６を含むこのコントロールリング１９がクランクケース１５に対して固定された位置で保持されるように、マグネットカバー４０に対して引っ張られる。マグネットカバー４０およびコントロールリング１９の協働接触面が摩擦物質を備えてもよい。電磁石が作動しない場合の協働接触面間の軸方向距離は非常に小さく、例えば０．２ｍｍ未満であり、したがって補助シャフト１６に対するコントロールリング１９の、あるいはクランクケース１５に対する補助シャフト１６を含むコントロールリング１９の軸方向変位は非常に小さなものである。捩じれスプリング１８による高および低負荷ならびに高および低圧縮比間の切り替えは、図１〜５に係る実施形態に関連して先に説明したものと同じ方式で実施できることに留意されたい。

図１〜５に示す実施形態では、クランク部材ギヤ１２および補助ギヤ１４は、同一平面内で互いに隣接して配置される。ほとんどのピストン機構はピストンのストロークを有し、これは図１〜５に示すような形態を許可しないであろう。そうした場合、中間ギヤ１３は、その少なくとも一方向にクランク部材ギヤ１２を越えて延びるよう延長することができ、一方、補助ギヤ１４は、補助ギヤ１４が部分的にクランク部材ギヤ１２とオーバーラップするように、その延長部分において中間ギヤ１３に噛合する。これは図６に示されており、ここで、補助ギヤ１４はクランク部材ギヤ１２の前方に配置されている。この実施形態では、クランク部材ギヤ１２および補助ギヤの外径の総和はピストンストロークよりも大きく、一方、ギヤ１２〜１４はクランクアーム１７の同じ側に配置される。

さらに、図６は、クランク部材６が、マルチシリンダー往復動ピストン機構の場合に、さらなるクランク部材を駆動するための第２もクランク部材ギヤ１２’を備えることを示している。クランク部材ギヤ１２および第２のクランク部材ギヤ１２’は、クランク部材６の両端部に配置されている。コネクティングロッド９の大端部８は、クランク部材ギヤ１２と第２のクランク部材ギヤ１２’との間に配置されている。図１３〜１６は、第２のクランク部材ギヤ１２’が、別なクランクピンに設けられたクランク部材ギヤを駆動するマルチシリンダー内燃エンジンの実施形態を示している。第２のクランク部材ギヤ１２’は、隣接するクランクアーム１７’ および／またはクランクアームおよび／またはメインベアリングを通って延びるシャフト３５に固定された、さらなる補助ギヤ３４と噛み合い、かつ、このシャフト３５には、隣接するクランクピンのさらなるクランク部材ギヤ３７を駆動する別な補助ギヤ３６が固定される。図６および図１３〜１６は、クランク部材ギヤ１２の幅が第２のクランク部材ギヤ１２’のそれよりも小さいことを示している。これは、クランク部材ギヤ１２が二つの中間ギヤ１３と噛み合い、一方、第２のクランク部材ギヤ１２’がただ一つの補助ギヤ３４と噛み合うために可能である。

中間ギヤ１３と噛合するクランク部材ギヤ１２の直径は、第２のクランク部材ギヤ１２’および、さらなるクランク部材ギヤ３７の直径と異なっていてもよい。これは、クランクアーム１７におけるパッケージングの理由のために望ましいであろう。そのような場合、相対的に小さなクランク部材ギヤ１２は、クランク部材６の円筒形ベース部分に対して押し付けられてもよい。第２のクランク部材ギヤ１２’と、さらなるクランク部材ギヤ３７と、その他の補助ギヤ３６に関して、同一の伝達比が適用されることが重要である。

図７および図８は、図３および図５に示す実施形態に関連して説明した離散的なステップによる代わりに、連続的に機構１の圧縮比を調整するための補助ギヤ１４の駆動手段を示す。この代替駆動手段は、電気モーターの形態のアクチュエータ２３を具備し、これは、ウォーム２４および補助シャフト１６に固定されたとウォームギヤ２５を介して、補助ギヤ１４を駆動することができるが、他の代替駆動手段も考えられる。ウォーム２４の回転時、ピストン１１の上死点および下死点に影響を与えることができる。図７および図８に示す実施形態において、捩じれスプリング１８は省略することができる。だが、捩じれスプリング１８は、ウォーム２４へのウォームギヤ２５の実際の力をバランスさせ、これによってウォーム２４を駆動するための比較的限定された電力しか必要としないようにするために適切であろう。ウォーム２４へのウォームギヤ２５の実際の力は、内燃エンジンの場合、燃焼力によって発生させられてもよい。

ウォーム２４を含む駆動手段を適用する利点は、それが、ウォーム２４への補助シャフト１６の実回転力を特定する機会を提供することである。内燃エンジンの場合、この力は、ピストン１１への燃焼圧力に直接関連付けられる。この力は、ウォーム２４における力または圧力センサー、例えば圧電素子等によって測定することができる。センサーはウォーム２４のベアリング内に組み込まれてもよい。信号は、例えば、失火検出のために使用することができる。

補助シャフト１６は、代替方式で、例えば補助シャフト１６のトルクを測定することによって、燃焼力を測定する機会を提供することに留意されたい。

図７および図８はまた、内燃エンジンの場合に、補助部品を駆動するための伝達部材を示している。図７および図８に示す両実施形態は、クランクシャフト２に取り付けられたパワーテイクオフギヤ２６を有する。パワーテイクオフギヤ２６は、例えばオイルポンプを駆動するための第１の駆動ギヤ２７と、そして例えばカムシャフトを駆動するための第２の駆動ギヤ２８と噛み合う。図７の実施形態は、第２の駆動ギヤ２８が、チェーンを駆動するためのスプロケットホイール２９と共通の軸上に取り付けられていることを示している。図８の実施形態は、第２の駆動ギヤ２８が、ベルトを駆動するプーリー３０と共通の軸上に取り付けられていることを示している。代替的な実施形態では、プーリー３０またはスプロケットホイール２９は、歯付きベルトを駆動するためのホイールによって置き換えられてもよい。プーリー３０およびスプロケット２９はクランクシャフト２と平行に延びるシャフト上に配置されているので、本機構１は、クランクシャフト２の端部に補助ギヤ１４を回転させるための駆動手段の一部が存在するにもかかわらず、クランクシャフト２の長手方向のコンパクトに形成することができる。

そのような構造はまた、図２３に示す３気筒内燃エンジンの機構１の実施形態に示されている。この場合、パワーテイクオフギヤ２６は、プーリー３０と共に、バランスシャフト４１に取り付けられている第１の駆動ギヤ２７と噛み合う。この構造は、さまざまな数のシリンダーを有するエンジンにも適用可能であることに留意されたい。

図２３に示す実施形態において、クランク部材ギヤ１２の直径は、第２のクランク部材ギヤ１２’およびさらなるクランク部材ギヤ３７のそれよりも小さなものである。これは、共通の平面内にギヤ１２〜１４を配置する機会を提供する（これは図２４に示す）。だが、クランク部材ギヤ１２の幅は、第２のクランク部材ギヤ１２’および、さらなるクランク部材ギヤ３７のそれよりも大きい。さらに、クランク部材ギヤ１２におけるクランクピン４の一部の直径は、第２のクランク部材ギヤ１２’におけるクランクピン４の一部におけるよりも、そしてさらなるクランク部材ギヤ３７におけるクランクピン４の直径よりも小さい。クランク部材ギヤ１２および第２のクランク部材ギヤ１２’の両方におけるクランクピン４の直径は同じであるが、さらなるクランク部材ギヤ３７におけるクランクピン４のそれよりも小さいことも考えられる。クランク部材６のベアリング部分７の直径がまた相対的に小さい場合、その協働するコネクティングロッドの大端部はまた、その他のコネクティングロッドのそれより小さくてもよい。

クランク部材ギヤ１２におけるクランクピン４の比較的小さな直径のために、クランクピン４とクランクアーム１７との間の接続は、相対的に強度が不足することがあり、これが問題を引き起こすことがある。というのは、接続はプレスフィットであることが意図されているからである。だが、実際には、これは以下の理由で問題にはならない。

図２３に示すクランクシャフト２は、３回のプレスフィット（圧力嵌め）によって製造される。その二つは図２３に見ることができ、それぞれＸおよびＹで示されており、ここで、各クランクピン４は、対応するクランクアーム１７のそれぞれの孔内に圧入される。プレスフィットＸおよびＹ間のクランクシャフト２の部分は、一体部品から形成することができる。図２３は、プレスフィットＸにおけるクランクピン４の直径が、プレスフィットＹにおけるクランクピン４よりも小さな直径を有することを示している。実際、プレスフィットＸにおいてクランクシャフト２を経て案内される力は、プレスフィットＹにおけるよりも小さなものである。というのは、内燃エンジンの負荷テイクオフ、あるいはフライホイールは、プーリー３０と反対側で、クランクシャフト２の端部に配置されるからである。プレスフィットＸは、バランスシャフト４１へと、そして任意選択で補助デバイスを含むプーリー３０へと力を案内する。したがって、クランク部材６におけるクランクピン４が他のクランクピン４よりも小さな直径を有することは許容できる。

図９は、図４および図５に示す実施形態の側面図である。ギヤ１２〜１４は部分的にクランクアーム１７のリセス内に配置されていることが分かる。これは、クランクシャフト２に沿って見たとき、機構１の長さを最小化にする機会を提供する。

図１０は、図７に示す実施形態の側面図である。この実施形態では、ギヤ１２〜１４は、図６および図２４の実施形態に関連して説明したように共通平面内には配置されないことが分かる。補助ギヤ１４は、その中心線に沿った方向から見たとき、クランク部材ギヤ１２と部分的にオーバーラップする。

図４に示す実施形態を参照すると、中間ギヤ１３がクランクシャフト２のクランクアーム１７に回転可能に装着されていることが分かる。この場合、中間ギヤ１３は、プレーンベアリング、ニードルベアリング等（図示せず）によって、それぞれの中間シャフト１３ａに対して回転可能であり、この中間シャフト１３ａはブラケット３１内で押圧される。中間シャフト１３ａは、クランクアーム１７の各孔内に嵌り、クランクシャフト２に対して固定される。機構１の組み立て時、中間シャフト１３ａはクランクシャフト２内に圧入され、次いで、中間ギヤ１３は中間シャフト１３ａに対して装着され、その後、ブラケット３１は、中間シャフト１３ａに対して押し付けられ、ボルト３２を用いてクランクアーム１７に対して固定される。ブラケット３１はまた、クランクアーム１７から離れる方向に、補助ギヤ１４の変位を阻止する。図２４に示す実施形態では、ブラケット３１が異なる形状を有することが分かる。これは、２本のボルト３２を用いてクランクアーム１７に対して固定される。

図１１および図１２は、本発明に係る機構１の代替的な実施形態を示している。上述した実施形態におけるものと類似の部品は対応する参照数字によって示している。この場合、クランク部材ギヤ１２および補助ギヤ１４は、歯付きベルト３３を駆動するための各ホイール１２ａおよび１４ａによって置き換えられている。この伝達機構はまた、代替ベルトあるいはスプロケットホイールおよびチェーンの組み合わせであってもよい。

図２１は、Ｖ構造を有する往復動ピストン機構、例えばＶ型エンジンにとって好適な代替クランク部材６を示している。クランク部材６は二つのクランク部材ギヤ１２を備える。さらに、二つのベアリング部分７を備えるが、これはクランク部材６の中心線に関して互いに整列させられている。この構成により、対応するピストンは、クランクシャフトの異なる角度で、そのそれぞれの上死点に到達する。

図２５は、図１５に示す本実施形態に類似のマルチシリンダーエンジンのクランクシャフトの一部を示している。二つの他の補助ギヤ１３６は、対応するクランクピン１０４に回動可能に装着された対応するクランク部材１０６のそれぞれのさらなるクランク部材ギヤ１３７と噛合する。可能な限り頑強なクランクシャフト２を維持し、そしてコンパクトな方法で形成するために、クランク部材１０６の内径は、その端部において拡大される。これは、さらなるクランク部材ギヤ１３７が部分的に、その軸方向に、協働するコネクティングロッドの大端部に接触するクランクピン１０４の円筒部を越えて突出することを意味する。実際には、クランク部材１０６は、各クランクアーム１７とクランクピン１０４の円筒部との間に配置されるクランクシャフト２の移行部を受けるために、その端部に中央キャビティ１４０を備えるが、この移行部は、クランクピン１０４の円筒部よりも大きな直径を有する。

上記実施形態では、クランク部材４の内径はその端部において拡大されてもよく、これによってクランク部材ギヤ１２の外周部分は少なくとも部分的に、その軸方向にクランクピン４の円柱部分を越えて突出することに留意されたい。

軸方向に突出するクランク部材ギヤ１２，１３７はまた、隣接するクランクアーム１７と、クランクピン４，１０４との間の圧入接続部の長さを最大にするために有利であり、これはクランクピン１０４の左側において図２６に示されている。概して、クランクピンの軸方向における圧入の長さは、好ましくは、協働するクランクピンの直径の４０％よりも大きなものである。

上述した実施形態の異なる特徴が組み合わされてもよいことに留意されたい。

以上の説明から、本発明は、機構のコンパクトな実施形態を設計する可能性を提供する比較的簡素な往復動ピストン機構を提供することは明らかである。

本発明は、図面に示されかつ本明細書で説明した実施形態に限定されるものではなく、それは、特許請求の範囲およびその技術的等価物の範囲内で異なる様式で変更することが可能である。例えば、往復動ピストン機構は、上述した実施形態よりも多くのピストンを有するより大きな機構に拡張することができる。代替実施形態では、クランク部材は、編式的であるかわりに円筒形であってもよく、これは、クランク部材およびクランク部材を駆動するためのギヤトランスミッションを持たない従来の機構よりも低い摩擦損失をもたらす。

１往復動ピストン機構
２クランクシャフト
３クランクシャフトベアリング
４クランクピン
５クランクシャフト軸線
６クランク部材
７ベアリング部分
８大端部
９コネクティングロッド
１０小端部
１１ピストン
１２クランク部材ギヤ
１２’ 第２のクランク部材ギヤ
１２ａホイール
１３中間ギヤ
１３ａ中間シャフト
１４補助ギヤ
１５クランクケース
１６補助シャフト
１７クランクアーム
１７’ クランクアーム
１８トーションスプリング
１９コントロールリング
１９ａボールベアリング
２０リセス
２１アクチュエータ
２２センサー
２３アクチュエータ
２４ウォーム
２５ウォームギヤ
２６パワーテイクオフギヤ
２７第１の駆動ギヤ
２８第２の駆動ギヤ
２９スプロケットホイール
３０プーリー
３１ブラケット
３２ボルト
３３ベルト
３４補助ギヤ
３５シャフト
３６補助ギヤ
３７クランク部材ギヤ
３８アクチュエータ
４０マグネットカバー
４１バランスシャフト
１０４クランクピン
１０６クランク部材
１３６補助ギヤ
１３７クランク部材ギヤ
１４０中央キャビティ

Claims

往復動ピストン機構（１）であって、
クランクケース（１５）と、
少なくともクランクピン（４）を有するクランクシャフト（２）であって、前記クランクケース（１５）によって支持され、かつ、クランクシャフト軸線（５）を中心として、それに対して回転可能なクランクシャフト（２）と、
少なくともコネクティングロッド（９）であって、大端部（８）および小端部（１０）を含むコネクティングロッド（９）と、
前記小端部（１０）に対して回動可能に連結されたピストン（１１）と、
前記クランクピン（４）に回動可能に設けられたクランク部材（６）であって、前記コネクティングロッド（９）が、前記大端部（８）を介して前記クランク部材（６）のベアリング部分（７）に回動可能に装着されるように前記コネクティングロッド（９）の前記大端部（７）を受ける外周壁を有するベアリング部分（７）を少なくとも備えるクランク部材（６）と、
を具備し、
前記クランク部材（６）は外歯車であるクランク部材ギヤ（１２）を備え、このクランク部材ギヤ（１２）は少なくとも、外歯車である中間ギヤ（１３）と噛み合い、この中間ギヤ（１３）はまた、外歯車である補助ギヤ（１４）と噛み合い、前記補助ギヤ（１４）は、前記クランクシャフト（２）を通って同心状に延在する補助シャフト（１６）に対して固定され、前記クランクシャフト（２）および前記補助シャフト（１６）は互いに回転可能であることを特徴とする往復動ピストン機構（１）。
前記クランク部材ギヤ（１２）と前記補助ギヤ（１４）との間のギヤ比は２であることを特徴とする請求項１に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記ベアリング部分（７）は、前記クランクピン（４）に対して偏心的に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記クランク部材ギヤ（１２）は、少なくともさらなる中間ギヤ（１３）と噛み合い、このさらなる中間ギヤ（１３）は前記補助ギヤ（１４）と噛み合うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記機構（１）は、前記クランクシャフト軸線（５）を中心として前記クランクケース（１５）に対して前記補助ギヤ（１４）を回転させるための駆動手段（１８〜２１，２３〜２５）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記駆動手段は停止ブロックを備え、この停止ブロックは、前記クランクケース（１５）に対する異なる角位置で、前記補助シャフト（１６）を固定するよう構成されることを特徴とする請求項５に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記停止ブロックは、前記補助シャフト（１６）に対して固定されかつ複数のリセス（２０）を備えたコントロールリング（１９）と、各リセス（２０）のそれぞれに嵌る制御された変位可能なピンを含むアクチュエータ（２１）と、を備え、前記機構（１）は、好ましくは、前記補助シャフト（１６）および前記クランクケース（１５）に対して固定されたスプリング（１８）を備えることを特徴とする請求項６に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記停止ブロックは、その回転方向に前記補助シャフト（１６）に対して固定されたコントロールリング（１９）を備え、かつ、電磁石が前記クランクケース（１５）に対して前記コントロールリング（１９）を固定するために存在し、前記機構（１）は、好ましくは、前記補助シャフト（１６）および前記クランクケース（１５）に対して固定されたスプリング（１８）を備えることを特徴とする請求項６に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記駆動手段は、前記補助シャフト（１６）に対して固定されたウォームギヤ（２５）と噛合するドライバブルウォーム（２４）を備えることを特徴とする請求項５に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記中間ギヤ（１３）は、少なくともその一つの軸方向に前記クランク部材ギヤ（１２）を越えて延在し、前記補助ギヤ（１４）は、前記補助ギヤ（１４）が前記クランク部材ギヤ（１２）と部分的にオーバーラップするように、前記中間ギヤ（１３）と噛み合うことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の往復動ピストン機構（１）。
往復動ピストン機構（１）であって、
クランクケース（１５）と、
少なくともクランクピン（４）を有するクランクシャフト（２）であって、前記クランクケース（１５）によって支持され、かつ、クランクシャフト軸線（５）を中心として、それに対して回転可能なクランクシャフト（２）と、
少なくともコネクティングロッド（９）であって、大端部（８）および小端部（１０）を含むコネクティングロッド（９）と、
前記小端部（１０）に対して回動可能に連結されたピストン（１１）と、
前記クランクピン（４）に回動可能に設けられたクランク部材（６）であって、前記コネクティングロッド（９）が、前記大端部（８）を介して前記クランク部材（６）のベアリング部分（７）に回動可能に装着されるように、前記コネクティングロッド（９）の前記大端部（７）を受ける外周壁を有するベアリング部分（７）を少なくとも備えるクランク部材（６）と、
を具備し、
前記クランク部材（６）は、前記クランクシャフト（２）を通って同心状に延在する補助シャフト（１６）に対して固定された補助ホイール（１４，１４ａ）に対して駆動可能に結合され、前記クランクシャフト（２）および前記補助シャフト（１６）は互いに回転可能であり、前記補助ホイール（１４，１４ａ）は、隣接するクランクアーム（１７）の、前記クランク部材（６）と同じ側に配置され、前記機構（１）は、運転条件のもとで、前記クランク部材（６）が前記クランクシャフト（２）と同じ方向にかつその半分の速度で回転するように構成され、これに対して、前記補助シャフト（１６）は、前記クランクケース（１５）に対して実質的に固定された角位置を有することを特徴とする往復動ピストン機構（１）。
前記クランク部材（６）は、歯付きベルト（３３）によって、前記補助ホイール（１４ａ）に駆動可能に結合されたクランク部材ホイール（１２ａ）を備えることを特徴とする請求項１１に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記クランク部材（６）は、クランク部材スプロケットを備え、かつ、前記補助ホイールは補助スプロケットによって形成され、前記クランク部材スプロケットはチェーンによって駆動可能であることを特徴とする請求項１１に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記クランク部材（６）はクランク部材ギヤ（１２）を備え、かつ、前記補助ホイールは、外歯車である補助ギヤ（１４）によって形成され、前記クランク部材ギヤ（１２）および前記補助ギヤ（１４）は、少なくとも外歯車である中間ギヤ（１３）によって互いに駆動可能に結合され、前記中間ギヤは、前記補助ギヤ（１４）および前記クランク部材ギヤ（１２）と噛み合うことを特徴とする請求項１１に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記駆動手段（１８〜２１，２３〜２５）は、前記補助シャフト（１６）および前記クランクケース（１５）に対して固定されたスプリング（１８）を備えることを特徴とする請求項５に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記クランク部材（６）の内径は、その端部において拡大されることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記クランク部材（６）は、さらなるクランク部材ギヤ（３７）を含む、少なくともさらなるクランク部材を駆動するための第２のクランク部材ギヤ（１２’）を備え、このさらなるクランク部材は、さらなるクランクピンに対して回動可能に装着され、前記クランク部材ギヤ（１２）および第２のクランク部材ギヤ（１２’）は、前記クランク部材（６）の反対側端部に配置され、前記第２のクランク部材ギヤ（１２’）は、隣接するクランクアーム（１７’）を通って延在するシャフト（３５）に対して固定された、さらなる補助ギヤ（３４）と噛み合い、かつ、このシャフト（３５）には、前記さらなるクランク部材ギヤ（３７）と噛み合う別な補助ギヤ（３６）が固定され、前記クランク部材ギヤ（１２）における前記クランクピン（４）の直径は、前記さらなるクランク部材ギヤ（３７）における前記さらなるクランクピンの直径よりも小さなものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記クランク部材（６）は、さらなるクランク部材ギヤ（３７）を含む、少なくともさらなるクランク部材を駆動するための第２のクランク部材ギヤ（１２‘）を備え、このさらなるクランク部材は、さらなるクランクピンに対して回動可能に装着され、前記クランク部材ギヤ（１２）および前記第２のクランク部材ギヤ（１２’）は、前記クランク部材（６）の反対側端部位置に配置され、前記第２のクランク部材ギヤ（１２’）は、隣接するクランクアーム（１７’）を通って延在するシャフト（３５）に対して固定された、さらなる補助ギヤ（３４）と噛み合い、かつ、このシャフト（３５）には、前記さらなるクランク部材ギヤ（３７）と噛み合う別な補助ギヤ（３６）が固定され、前記クランク部材ギヤ（１２）の直径は、前記第２のクランク部材ギヤ（１２）の直径よりも小さなものであり、かつ／または、前記クランク部材ギヤ（１２）の幅は前記第２のクランク部材ギヤ（１２’）の幅よりも小さなものであることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の往復動ピストン機構（１）。
前記クランクピン（１０４）は、圧入によって、隣接するクランクアーム（１７）に設けられ、前記クランクピン（１０４）の軸方向における前記圧入の長さは、前記クランクピン（１０４）の直径の３０％よりも大きく、好ましくは、その４０％よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか１項に記載の往復動ピストン機構（１）。