JP2016125501A

JP2016125501A - 少なくとも１つのピストンを備える内燃機関

Info

Publication number: JP2016125501A
Application number: JP2016001621A
Authority: JP
Inventors: ブリュストレクラウス; Bruestle Claus
Original assignee: Neander Motors AG
Current assignee: Neander Motors AG
Priority date: 2015-01-07
Filing date: 2016-01-07
Publication date: 2016-07-11
Also published as: US10047670B2; DE102015000122B3; US20160195009A1

Abstract

【課題】クランクシャフトの回転の非対称性を相殺する構成を備える往復ピストンユニットを設計する。【解決手段】ピストンは、２つのコネクティングロッドを介して、逆方向に同期的に回転する２つの平行なクランクシャフトと協働し、コネクティングロッドは、ピストンのピストンヘッド寄りの側に支持孔を有しており、支持孔は、ピストンピンを介して、互いに反対の側に位置するピストンの第１の側と第２の側とに設けられた第１の支持部と第２の支持部とに作用接続している。第１及び第２の支持部は、構成用に円筒状の支持ディスクを有しており、これらの支持ディスクは、ピストン孔内で回動可能に支持されており、且つ、ピストンピンの第１及び第２のピン部分を受容するためのディスク孔を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つのピストンを備える内燃機関であって、前記ピストンは、クランクケース内で往復運動を行い、且つ２つのコネクティングロッドを介して、逆方向に同期的に回転する２つの平行なクランクシャフトと協働するものに関する。

欧州特許出願公開第２４２６３３６号明細書から、往復ピストンを有する往復ピストンユニットが公知である。この往復ピストンは、２つのコネクティングロッドを介して、互いに平行に向けられた２つのクランクシャフトに接続されている。各クランクシャフトには同期歯車が設けられており、この場合、双方の同期歯車は、平歯車として形成されており、且つこれらの歯車がクランクシャフトと共に、互いに逆の方向に同期的に回転するように、互いに係合している。

このユニット構成形式では、製造誤差、運転中の熱による影響、又は同期歯車の歯の側面の摩耗の不都合な累積により、互いに噛み合っている前記同期歯車間に遊びが生じることがある。この遊びは、両クランクシャフトの回転時に非対称性を引き起こし、この非対称性は、往復ピストンユニットのシリンダ内のピストンの望ましくない傾動につながる恐れがある。このクランクシャフトの回転の非対称性に基づき、クランクシャフトはそれぞれ逆方向に、時間的には同期して回転するが、両クランクシャフトの回転に際して、一方のクランクシャフトが他方のクランクシャフトに対して先行するので、クランクシャフト側のコネクティングロッド軸線は、上死点に同時にではなく、相前後して順次に到達することになる。その結果、ピストン側の各コネクティングロッド支持部も、時間的に相前後して上死点を占めることになり、このことは、ピストンの傾動を招く。一方のクランクシャフトの、他方のクランクシャフトに対する先行は、同期化された各クランクシャフトが一緒に回転した場合に生じ、これにより、系に起因する前記非対称性が生じることになる。この非対称性により、ピストンの上死点では一方の側に向かう傾動モーメントがピストンに作用し、且つピストンの下死点では、ピストンの他方の側に向かう、相応する傾動モーメントが作用することになる。

両クランクシャフトの回転の非対称性を相殺するために、上で引用した欧州特許出願公開第２４２６３３６号明細書では、コネクティングロッドのピストン側の旋回支持部が、円筒状の支持部部材として形成された、ピストンの支持部孔内に旋回可能に枢着された装置に枢着されている。これにより、シリンダ長手方向軸線に対する、ピストンのピストン長手方向軸線の傾きに抗して作用するようになっている。

独国特許第１０２００６０３６８２７号明細書からは、単一の往復ピストンと、互いに平行に間隔を置いて延在する２つのクランクシャフトとを備える動力機械又は作業機械が明らかである。同期歯車を介して係合し合う、反対方向に回転するクランクシャフトと、往復ピストンとの間では、２つのコネクティングロッドが作用している。両クランクシャフトの回転時の非対称性により惹起されるシリンダ内のピストンの傾きが、前記往復ピストンの機能に応じた往復運動にネガティブな影響を及ぼさないようにするために、往復ピストンは、次のように形成されている。即ち：往復ピストンは、クランクシャフトの回転軸線に対して垂直に位置する横断面内に、ピストン軸線に沿って変化する半径を有している。つまりピストンは、シリンダ内壁に隣接する所定の領域を有しており、この領域は、その上下のピストン領域よりも大きな直径を有している。ピストンが僅かに傾いた場合でも、ピストン壁には最大直径を有するピストンの比較的短い部分しか接触しない。これにより、ピストンが挟み込まれてロックするリスクは大幅に低下されている。

欧州特許出願公開第２４２６３３６号明細書独国特許第１０２００６０３６８２７号明細書

本発明の課題は、１つの往復ピストンと、互いに平行に配置され、コネクティングロッドにより往復ピストンと結合された２つのクランクシャフトと、クランクシャフトの回転の非対称性を相殺する構成とを備える上位の往復ピストンユニットを設計することにある。この場合、前記構成は容易に実現され且つ往復ピストンユニットの１つの優れた機能に寄与する、ということが保証されることが望ましい。

この課題は本発明に基づき、請求項１の特徴により解決される。本発明を構成する別の特徴は、従属請求項に含まれている。

本発明によって主に得られる利点は、場合により生じるクランクシャフトの延在方向の非対称性を相殺する構成が、内燃機関の効率的な運転に模範的に寄与する、という点にある。このことは、構造的な構成に関して簡単に有利な条件で製造可能な、２つの基準を規定する円筒状の支持ディスクとピストンピンとによって支援される。支持ディスクはピストン孔によって申し分なく収容される。同様に、ピストンピンの第１及び第２のピン部分も、ディスク孔内に収容される。強調すべきは、各ピン部分の異なる直径に基づき、各ピストンピンに、ストッパとして形成された、対応する支持ディスクの内面に支持されるカラーを備えた段部が設けられる点である。ピストンピンの反転配置は、ピストンからコネクティングロッドに対する適切な力伝達に役立つ。支持ディスクの軸方向固定には、市販の安価な固定リングが適しており、これらの固定リングは、ピストン孔と支持ディスクとの間で作用する。同様の固定リングは、ピストンピンと支持ディスクとの間でも使用可能である。十分に検討されたピストンピンの構造的手段、即ちストッパとして形成されたカラーを備えた段部に基づき、ピン孔におけるピストンピンの軸方向固定には、それぞれ１つの固定リングしか必要とされない。最後に、支持ディスクの第１及び第２のピン部分の領域には、有利な支持部基部を得るために、ディスク肉厚部が設けられている。

内燃機関１の概略的な部分横断面図である。ＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。

例えば船外機として使用可能な内燃機関１（図１）は、少なくとも１つのピストン２を有しており、ピストン２は、クランクケース４のピストン孔３内で、ＨＲｈとＨＲｎの方向に往復運動を行う。内燃機関１は、直接噴射を伴うディーゼル方式の４サイクル機関として作動し、且つターボチャージャ（図示せず）を備えている。クランクケース４はシリンダヘッド５を支持しており、シリンダヘッド５は、ピストン孔３の１部分領域と共に、燃焼室６を画成している。燃焼室６内の燃料空気混合物及び排ガスの制御用に、少なくとも１つの吸気弁７と排気弁８とが設けられており、吸気弁７と排気弁８とはそれぞれ、上方に位置するカムシャフト９，１０によって作動させられる。

ピストン２は、２つのコネクティングロッド１１，１２と連結されており、これらのコネクティングロッド１１，１２は、２つの平行なクランクシャフト１３，１４と作用接続状態にある。クランクシャフト１３，１４の間では、２つの同期歯車１５，１６が機能しており、これらの同期歯車１５，１６は、平歯車伝動装置１７を介して互いに係合している。これにより、同期歯車１５，１６は、それぞれ逆の方向Ｄｒ１，Ｄｒ２に同期的に回転するようになっている。同期歯車１５，１６の間には、長手方向中心平面Ａ−Ａが延在しており、この長手方向中心平面Ａ−Ａは、ピストン２若しくはピストン孔３の長手方向中心平面を含んでいる。コネクティングロッド１１，１２は、ピストン２のピストンヘッド１８寄りの側に、支持孔１９，２０を有している。支持孔１９，２０はピストンピン２１，２２を介して、互いに反対の側に位置するピストン２の第１の外面２３と第２の外面２４（図２）にそれぞれ設けられた、第１の支持部２５と第２の支持部２６とに作用接続している。

第１の支持部２５と第２の支持部２６とは、同一部材として図示したピストンピン２１，２２と、コネクティングロッド１１，１２の支持孔１９，２０と共に、それぞれクランクシャフト１３，１４の延在方向の非対称性を相殺する構成２７を形成している。この構成２７は、ピストン２の支持部２５，２６に、実質的に同一の２つの円筒状の支持ディスク２８，２９を有しており、これらの支持ディスク２８，２９は、一方ではピストン孔３０，３１内で回動可能に支持されており、且つ他方では、ピストンピン２１，２２の第１及び第２のピン部分３６，３８及び３７，３９を受容するためのディスク孔３２，３３及び３４，３５を有している。

例えばピストンピン２１のピン部分３６，３７は、ピストンピン２１の第１のピン部分３６の直径Ｄｕ１が、第２のピン部分３７の直径Ｄｕ２よりも大きくなるように、形成されている。第１のピン部分３６と第２のピン部分３７との間には、ストッパ４１として形成されたカラー４２を備える段部４０が設けられており、カラー４２は、第２のピン部分３７に隣接するように、対応する支持ディスク２９の内面４３に近づけられている。カラー４２はスペーサリング４４を介して、長手方向中心平面Ａ−Ａに面した支持ディスク２９の内面４３に支持されている。

ピストンピン２１とピストンピン２２とは、互いに逆向きにして、ディスク孔３２，３３及び３４，３５に挿入されている。つまり、ピストンピン２１の第１のピン部分３６は、第１の支持ディスク２８のディスク孔３２内で運動するようになっている。これに対してピストンピン２２の第１のピン部分３８は、第２の支持ディスク２９のディスク孔３５により受容される。

ピストン孔３０，３１における支持ディスク２８，２９の軸方向固定用には、ピストン２の第１及び第２の外面２３，２４から第１のピン部分３６，３８の端部領域４８，４９に隣接して設けられた溝５０，５１により保持される、第１の固定リング４６，４７が用いられる。溝５０，５１は、ピストン孔３０，３１内に形成されており、固定リング４６，４７は、支持ディスク２８，２９のカラー５４，５５のストッパ５２，５３に支持されている。ディスク孔３２，３３，３４，３５においてピストンピン２１，２２を軸方向で固定するためには、第２の固定リング５６，５７が設けられている。第２の固定リング５６，５７は、第１のピン部分３６，３８の端部領域５８，５９付近から、ディスク孔３２，３５の溝６０，６１若しくはピン部分３６，３８の対応する溝に挿入されている。

最後に、支持ディスク２８，２９の、第１及び第２のピン部分３６，３８及び３７，３９の領域には、ディスク肉厚部６２，６３が設けられており、これにより、ピン部分３６，３８及び３７，３９のための適切な支持部基部が得られるようになっている。

１内燃機関、２ピストン、３ピストン穴、４クランクケース、５シリンダヘッド、６燃焼室、７吸気弁、８排気弁、９，１０カムシャフト、１１コネクティングロッド、１３，１４クランクシャフト、１５，１６同期歯車、１７平歯車伝動装置、１８ピストンヘッド、１９，２０支持孔、２１，２２ピストンピン、２３，２４外面、２５，２６支持部、２７構成、２８，２９支持ディスク、３０，３１ピストン孔、３２，３３，３４，３５ディスク孔、３６，３７，３８，３９ピン部分、４１，５３ストッパ、４２カラー、４３内面、４４スペーサリング、４６，５６固定リング、５０，５１溝、６２ディスク肉厚部

Claims

少なくとも１つのピストンを備える内燃機関であって、前記ピストンは、クランクケース内で往復運動を行い、且つ２つのコネクティングロッドを介して、逆方向に同期的に回転する２つの平行なクランクシャフトと協働し、前記コネクティングロッドは、前記ピストンのピストンヘッド寄りの側に支持孔を有しており、該支持孔は、ピストンピンを介して、互いに反対の側に位置する前記ピストンの第１の側と第２の側とに設けられた第１の支持部と第２の支持部とに作用接続しており、前記支持部と前記ピストンピンとは、前記クランクシャフトの延在方向の非対称性を相殺する構成として働くものにおいて、
前記第１及び第２の支持部（２５及び２６）は、前記構成（２７）用に円筒状の支持ディスク（２８及び２９）を有しており、これらの支持ディスク（２８及び２９）は、ピストン孔（３０及び３１）内で回動可能に支持されており、且つ、前記ピストンピン（２１，２２）の第１及び第２のピン部分（３６，３８及び３７，３９）を受容するためのディスク孔（３２，３５及び３４，３３）を有していることを特徴とする、少なくとも１つのピストンを備える内燃機関。
前記各ピストンピン（２１，２２）の前記第１のピン部分（３６；３８）の直径（Ｄｕ１）は、前記第２のピン部分（３７；３９）の直径（Ｄｕ２）よりも大きい、請求項１記載の内燃機関。
前記第１のピン部分（３６；３８）と前記第２のピン部分（３７；３９）との間には、ストッパ（４１）として形成されたカラー（４２）を備える段部（４０）が設けられており、前記カラー（４２）は、両方の前記支持ディスク（２８，２９）の内の一方の内面（４３）に支持されている、請求項２記載の内燃機関。
前記カラー（４２）と前記支持ディスク（２８；２９）の間には、スペーサリング（４４）が設けられている、請求項３記載の内燃機関。
前記ピストンピン（２１；２２）は、互いに逆向きにされて、前記ディスク孔（３２；３３及び３４；３５）に挿入されており、一方の前記ピストンピン（２１，２２）の前記第１のピン部分（３６；３８）が第１の前記支持ディスク（例えば２８）に支持されているのに対して、他方の前記ピストンピン（２２；２１）の前記第１のピン部分（３８；３６）は、第２の前記支持ディスク（例えば２９）により支持されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関。
前記支持ディスク（２８；２９）内での前記ピストンピン（２１；２２）の軸方向固定には、前記ピストンピン（２１，２２）の前記第１のピン部分（３６，３８）の端部領域（５８，５９）に設けられた溝（６０，６１）に挿入される固定リング（５６，５７）が用いられる、請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関。
前記固定リング（５６及び５７）用の溝は、少なくとも、前記ピストンピン（２１及び２２）の前記第１のピン部分（３６；３８）に形成されている、請求項６記載の内燃機関。
前記ピストン孔（３０，３１）内での前記支持ディスク（２８；２９）の軸方向固定には、前記ピストン孔と前記支持ディスクとの間の固定リング（４６；４７）が有効である、請求項１記載の内燃機関。
前記支持ディスク用の前記固定リング（４６；４７）は、前記ピストン（２）の第１及び第２の外側（２３及び２４）に隣接して前記ピストン孔内に形成された溝に挿入されている、請求項１又は８記載の内燃機関。
前記支持ディスク（２８，２９）は、前記第１及び第２のピン部分（３６，３８及び３７，３９）の領域に、ディスク肉厚部（６２；６３）を備えている、請求項１から９までのいずれか１項記載の内燃機関。