JP2017096493A

JP2017096493A - ２つのコンロッド用の旋回軸受

Info

Publication number: JP2017096493A
Application number: JP2016206777A
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: 2015-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2017-06-01
Also published as: US9869342B2; EP3163014A1; ES2722434T3; DE102015013631A1; EP3163014B1; US20170114827A1

Abstract

【課題】旋回軸受は、２つのクランク軸を有する内燃機関の少なくとも１つの往復動ピストン内において２つのコンロッド用として好適であり、高強度及び低摩耗でありながら、旋回軸受の好適な軽量構造を達成する材料からなる。
【解決手段】旋回軸受の軸受領域２３は、ポット状の断面Ｑｓを有する円筒体として形成されており、円筒体の各々は、底壁３３、３４及び軸受レース周壁３５、３６を有し、両円筒体の底壁は、互いに間隔を置いて延在し、底壁を取り巻く軸受レース周壁は、互いに逆向きに底壁から延びており、底壁間には、単数又は複数の結合支柱３７、３８、３９が延びており、軸受レース周壁は、ピストン孔と回転可動に協働し、底壁は、旋回軸受の軸方向に配向された軸受ブシュ４０、４１、４２、４３に結合されており、軸受ブシュ内にピン孔４４、４５４６、４７が設けられている。
【選択図】図６

Description

本発明は、２つのクランク軸を有する内燃機関の少なくとも１つの往復動ピストン内に設けられる、２つのコンロッド用の旋回軸受（Ｓｃｈｗｅｎｋｌａｇｅｒ）であって、クランク軸は、往復動ピストンとコンロッドとを介して駆動されるようになっている旋回軸受に関する。

２つのコンロッドを受けるように形成されている、内燃機関の往復動ピストン用の旋回軸受は、欧州特許出願公開第２４２６３３６号明細書において公知である。往復動ピストンのコンロッドは、内燃機関の２つのクランク軸と協働し、コンロッドアイにより、コンロッドアイの孔内に挿入されたコンロッドジャーナルを介して相対可動に配置されている。コンロッド軸受間には、コンロッドアイ用の空間が設けられている。この旋回軸受により、両クランク軸の回転時に当該システムに起因して生じる非対称は、相殺される。

ＪＰ６１−１４９７４５では、往復動ピストンを有する内燃機関が取り扱われている。往復動ピストンは、２つのコンロッドを介して２つのクランク軸に結合されている。コンロッドは、ピストンピン状の軸受ジャーナルを有するコンロッドアイと作用結合しており、軸受ジャーナルは、間隔を置いた円筒状の軸受ディスクの孔により収容される。軸受ディスクは、他方、往復動ピストンの孔内に、ピストンの孔内に設けられた軸方向のストッパに当接するように挿入されている。軸受ディスク及び軸受ジャーナルの軸方向固定のために、ラジアルのリテーナリングが用いられる。

本発明の課題は、内燃機関の往復動ピストン用の、２つのコンロッドを枢支する旋回軸受であって、往復動ピストン及びコンロッドは、２つのクランク軸を駆動するように形成されている旋回軸受を、高い荷重に耐え得るが、それでも比較的軽量であるように設計することである。ただし、その際、旋回軸受は、強度及び摩耗に関しても最適化されていることが望ましい。

本発明により上記課題は、請求項１の特徴により解決される。本発明を発展させる別の特徴は、従属請求項に記載されている。

本発明により主に達成される利点は、２つのコンロッドを介して内燃機関の２つのクランク軸を駆動する往復動ピストンの旋回軸受が、構造的な構成及び材料の選択に基づいて、この内燃機関のクランク機構における、軽量であって、引き起こす慣性力の小さい構成部材をなしている点に認められる。上述の構成及び材料の選択は、動的なエンジン特性及びクランク機構内の機械的負荷に肯定的に作用する。軸受レース周壁と、底壁と、軸受壁とを有する両ポット状の円筒体は、容易に実現可能な模範的な構成要素をなしている。この関連において強調すべきは、結合支柱を介した両円筒体の結合であり、結合支柱は、適当に形成することで、軽量化を目的に対策を講じたときに、発生する負荷に対して必要な安定性を付与することを可能にする。旋回軸受が、高強度及び低摩耗でありながら、旋回軸受の好適な軽量構造を実現する材料からなっていると、有利である。このためには、高い静荷重及び動荷重に耐え、強い摩耗に曝される構成部材用の鋳鋼が特に好適であるが、超高炭素含有の軽量構造用鋼（ＵＨＣ）も好適である。

円筒体の底壁間に３つの結合支柱が設けられており、結合支柱のうちの２つの結合支柱は、往復動ピストンのピストンヘッド寄りに、一方では、コンロッドアイのコンロッドピンの中心を通るコンロッドアイ平面に対して間隔を置いて、他方では、往復動ピストンの中心長手方向軸線に対して間隔を置いて設けられており、第３の結合支柱は、クランク軸寄りに往復動ピストンの中心長手方向軸線の上に上述のコンロッドアイ平面に対して間隔を置いて位置しているという解決手段。

コンロッドの組み付けは、円筒体の底壁が、円筒体の、ピストンヘッドに向かって方向付けられた第１のレース区分から、円筒体の、クランク軸に向かって方向付けられた反対側の第２のレース区分まで、コンロッドアイ用の空間を所定通り形成すべくＶ字形に拡開するように延びていることで容易になる。一方では、軸受ブシュが、所定の間隔Ａｓだけ、軸受レース周壁の半径方向の画定平面から突出しており、他方では、各軸受レース周壁の内面に、軸受ブシュの領域において、局所的な第１の肉厚化区分が設けられており、さらに軸受ブシュが、クランク軸側の、コンロッドアイ平面に対して間隔を置いて、第１の肉厚化区分と軸受ブシュのピン孔との間に位置する領域内に、第２の肉厚化区分を有すると、構成部材にとって最適である。

第１のレース区分の内面から軸受ブシュに向かって、単数又は複数の補強リブが設けられている技術的設計をベースとし、このことは、一方では、補強リブの少なくとも１つが、ピストンの中心長手方向軸線に沿った半径方向で、内面と、軸受ブシュを結合するとともにコンロッドアイ平面上に位置する横方向ウェブとの間を延びており、他方では、複数の別の補強リブが割線状に、内面を軸受ブシュに結合していることで補助される。

最後に、底壁が、コンロッドアイ平面と第２のレース区分との間に単数又は複数の貫通開口を軽量化のために有すると、旋回軸受の最適化に貢献する。

図面に本発明の一実施の形態を示し、以下に詳細に説明する。

２つのコンロッド用の旋回軸受を有する内燃機関の概略部分断面図である。図１に示した旋回軸受の要部Ｗを示す図である。図２の矢印方向Ｘで見た図である。図２の矢印方向Ｙで見た概略図である。図２に示した旋回軸受の図である。例えば図２に基づく旋回軸受の、一部に原理断面図を含む斜視図である。図２の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。

例えばアウトボードエンジンとして使用可能な内燃機関１（図１）は、少なくとも１つの往復動ピストン２を有している。往復動ピストン２は、シリンダクランクケース４のシリンダボア３内で方向ＨＲｈ及びＨＲｎの往復運動を実施する。内燃機関１は、ディーゼル法にて直接噴射を行う４サイクル機関として作動し、排気ターボ過給を装備している（図示せず）。シリンダクランクケース４は、シリンダヘッド５を支持している。シリンダヘッド５は、シリンダボア３の一部領域と相俟って燃焼室６を画定している。燃焼室６内の混合気及び排気を制御すべく、少なくとも１つの吸気弁７及び排気弁８が設けられている。両弁７，８は、上部に位置するカム軸９及び１０により操作される。

往復動ピストン２は、２つのコンロッド１１及び１２に連結されている。両コンロッド１１及び１２は、２つの平行なクランク軸１３及び１４と作用結合している。クランク軸１３及び１４間には、２つの同期歯車１５及び１６が機能している。同期歯車１５及び１６は、円筒歯車機構１７を介して互いに係合している。これにより同期歯車１５及び１６は、逆方向Ｄｒ１及びＤｒ２に同期回転する。

同期歯車１５及び１６間には、ピストン２あるいはシリンダボア３の中心長手方向軸線Ａ−Ａが延在している。コンロッド１１及び１２は、往復動ピストン２のピストンヘッド１８側に、中心長手方向軸線Ａ−Ａの両側に置かれたコンロッドアイ１９及び２０を有している。コンロッドアイ１９及び２０は、中心Ｚ１及びＺ２を有するコンロッドピン２１及び２２を介在させて、旋回軸受２３と作用結合している。旋回軸受２３は、往復動ピストン２のピストン孔２４及び２５により収容される。換言すれば、旋回軸受２３の摺動面２６及び２７は、回転可能にピストン孔２４及び２５内に挿入されている。

旋回軸受２３には、往復動ピストン２のピストン孔２４及び２５の領域に、ラジアルの軸受領域２８及び２９が設けられている。軸受領域２８及び２９は、中心長手方向軸線Ａ−Ａの両側に延在し、空間３０を形成しつつコンロッドアイ１９及び２０を画定している。空間３０は、平面Ｅ１及びＥ２を有している。軸受領域２８及び２９は、ポット状の断面Ｑｓ（図６）を有する円筒体３１及び３２として形成されている。その際、円筒体３１及び３２は、中心長手方向軸線Ａ−Ａに対して間隔を置いて延びる略半径方向の底壁３３及び３４と、底壁３３，３４を取り巻く軸受レース周壁３５及び３６とを有している。軸受レース周壁３５，３６は、摺動面２６及び２７を支持している。軸受レース周壁３５及び３６は、中心長手方向軸線Ａ−Ａから見て互いに逆向きＲＩ及びＲＩＩに底壁３３及び３４から延びている。底壁３３及び３４間には、単数又は複数の結合支柱３７，３８及び３９が有効となっており、円筒体３１及び３２は、結合支柱３７，３８及び３９により結合されて、１つの鋳造構成部材複合体を形成している。

軸受レース周壁３５及び３６あるいは摺動面２６及び２７は、ピストン孔２４及び２５と回転可能に協働する。そして底壁３３及び３４は、旋回軸受２３の軸方向で見て軸受ブシュ４０，４１及び４２，４３に結合されている。軸受ブシュ４０，４１及び４２，４３内には、コンロッドアイ１９及び２０内に支持されるコンロッドピン２１及び２２のためのピン孔４４，４５及び４６，４７が設けられている。

旋回軸受２３は、高強度及び低摩耗でありながら、旋回軸受２３の好適な軽量構造を達成する材料から製造されている。このような材料は、比較的薄い壁厚を可能にする鋳鋼、具体的には、高い静荷重に耐え、強い摩耗に曝される構成部材用の鋳鋼であってもよい。しかし、材料として、超高炭素含有の軽量構造用鋼（ＵＨＣ）を使用することも可能である（例えば独国特許発明第１０２０１００５１６８２号明細書参照）。

結合支柱３７，３８は、中心長手方向軸線Ａ−Ａに対して間隔を置いて底壁３３及び３４に付設されている。具体的には、２つの結合支柱３７及び３８が、往復動ピストン２のピストンヘッド１８寄りに、かつ一方では、コンロッドアイ１９及び２０のコンロッドピン２１及び２２の中心Ｚ１及びＺ２を通るコンロッドアイ横断平面５０に対して間隔を置いて、他方では、往復動ピストン２の中心長手方向軸線Ａ−Ａに対して間隔を置いて設けられている。第３の結合支柱３９は、クランク軸１３及び１４寄りにコンロッドアイ横断平面５０に対して間隔を置いてかつ中心長手方向軸線Ａ−Ａ上に配置されている。

円筒体３１及び３２の底壁３３及び３４は、平面Ｅ１及びＥ２でもって、この円筒体３１及び３２の軸受レース周壁３５及び３６の、ピストンヘッド１８に向かって方向付けられた第１のレース区分５１から、軸受レース周壁３５及び３６の、クランク軸１３及び１４に向かって方向付けられた反対側の第２のレース区分５２まで、空間３０を形成すべくＶ字形に拡開するように延びている。その際、平面Ｅ１及びＥ２は、鋭角αをなしている（図４）。

軸受ブシュ４０，４１及び４２，４３は、所定の間隔Ａｓ分、軸受レース周壁３５及び３６の半径方向の画定平面５３及び５４から突出している。そして各軸受レース周壁、例えば軸受レース周壁３５の内面５５には、軸受ブシュ４０及び４１の領域に、局所的な第１の肉厚化区分５６及び５７が設けられている。さらに軸受ブシュ４０及び４１は、クランク軸１３及び１４側の領域に、コンロッドアイ横断平面５０に対して間隔を置いて、第１の肉厚化区分５６及び５７と軸受ブシュ４０及び４１のピン孔４４及び４５との間に第２の肉厚化区分５８及び５９を有している。

軸受レース周壁３５及び３６の第１のレース区分５１の内面５５から、軸受ブシュ４０及び４１に向かって、単数又は複数の補強リブ６０，６１，６２，６３，６４及び６５（図５）あるいは６０’，６１’及び６２’（図７）が延在している。その際、例えば少なくとも補強リブ、例えば６１’は、半径方向で往復動ピストン２の中心長手方向軸線Ａ−Ａ方向において、例えば軸受レース周壁３５及び３６の内面５５と、軸受ブシュ４０及び４１を結合するとともにコンロッドアイ平面５０上に位置する横方向ウェブ６６との間を延びている。その他の補強リブは、割線状に内面５５を軸受ブシュ４０及び４１に結合している。最後に円筒体３１及び３２の底壁３３及び３４は、コンロッドアイ横断平面５０と第２のレース区分５２との間に単数又は複数の貫通開口６７，６８（図５）及び６９，７０（図６）を軽量化のために有している。

旋回軸受２３の寸法設定は、主に内燃機関１の出力量による。ピン孔４４，４５及び４６，４７の直径が１８ｍｍ、円筒体３１及び３２の外側直径が５４ｍｍであるとき、軸受レース周壁３５及び３６、底壁３３及び３４並びに補強リブの壁厚は、約２ｍｍの大きさにあり、軸受ブシュの壁厚は、例えば負荷に応じてそれより大きくてもよい。所定の寸法設定のために反復法及び／又は計算法が好適である。同等の方法により結合支柱３７，３８及び３９の横断面積も設計される。

Claims

２つのクランク軸を有する内燃機関の少なくとも１つの往復動ピストン内に設けられる、２つのコンロッド用の旋回軸受であって、前記クランク軸は、前記往復動ピストンと前記コンロッドとを介して駆動され、前記旋回軸受は、前記ピストンのピストン孔により収容され、前記コンロッドのコンロッドアイ用のコンロッドピンを支持するピン孔を有し、前記旋回軸受は、前記ピン孔が設けられたラジアルの軸受領域を有し、前記軸受領域は、前記往復動ピストンの中心長手方向軸線の両側に配置されており、空間を形成しつつ前記コンロッドアイを画定している旋回軸受において、前記旋回軸受（２３）の前記軸受領域（２８及び２９）は、ポット状の断面（Ｑｓ）を有する円筒体（３１及び３２）として形成されており、前記円筒体（３１及び３２）の各々は、底壁（３３及び３４）及び軸受レース周壁（３５及び３６）を有し、両前記円筒体の前記底壁は、互いに間隔を置いて延在し、前記底壁（３３及び３４）を取り巻く前記軸受レース周壁（３５及び３６）は、互いに逆向き（ＲＩ及びＲＩＩ）に前記底壁（３３及び３４）から延びており、前記底壁（３３及び３４）間には、単数又は複数の結合支柱（３７，３８及び３９）が延びており、前記軸受レース周壁（３５及び３６）は、前記ピストン孔（２４及び２５）と回転可能に協働し、前記底壁（３３及び３４）は、前記旋回軸受（２３）の軸方向（Ｂ−Ｂ）に配向された軸受ブシュ（４０，４１及び４２，４３）に結合されており、前記軸受ブシュ（４０，４１及び４２，４３）内に前記ピン孔（４４，４５及び４６，４７）が設けられており、さらに前記旋回軸受（２３）は、高強度及び低摩耗でありながら、前記旋回軸受（２３）の好適な軽量構造を達成する材料からなることを特徴とする旋回軸受。
前記材料は、高い静荷重及び動荷重に耐え、強い摩耗に曝される構成部材用の鋳鋼である、請求項１に記載の旋回軸受。
材料として超高炭素含有の軽量構造用鋼（ＵＨＣ）が用いられる、請求項１に記載の旋回軸受。
前記円筒体（３１及び３２）の前記底壁（３３及び３４）間に３つの結合支柱（３７，３８及び３９）が設けられており、前記結合支柱のうちの２つの結合支柱（例えば３７及び３８）は、前記往復動ピストン（２）のピストンヘッド（１８）寄りであって、一方では、前記コンロッドアイ（１９及び２０）の前記コンロッドピン（２１及び２２）の中心（Ｚ１及びＺ２）を通るコンロッドアイ平面（５０）に対して間隔を置いて、他方では、前記往復動ピストン（２）の前記中心長手方向軸線（Ａ−Ａ）に対して間隔を置いて設けられており、第３の結合支柱（３９）は、前記クランク軸（１３及び１４）寄りに前記コンロッドアイ平面（５０）に対して間隔を置いてかつ前記中心長手方向軸線（Ａ−Ａ）上に位置している、請求項１に記載の旋回軸受。
前記円筒体（３１及び３２）の前記底壁（３３及び３４）は、前記円筒体（３１及び３２）の、前記ピストンヘッド（１８）に向かって方向付けられた第１のレース区分（５１）から、前記円筒体（３１及び３２）の、クランク軸（１３及び１４）に向かって方向付けられた反対側の第２のレース区分（５２）まで、前記コンロッドアイ（１９及び２０）用の前記空間（３０）を所定通り形成すべくＶ字形に拡開するように延びている、請求項１に記載の旋回軸受。
前記軸受ブシュ（４０，４１及び４２，４３）は、所定の間隔だけ、前記軸受レース周壁（３５及び３６）の半径方向の画定平面（５３及び５４）から突出している、請求項１に記載の旋回軸受。
各軸受レース周壁（例えば３５）の内面（５５）に、前記軸受ブシュ（４０，４１及び４２，４３）の領域において、局所的な第１の肉厚化区分（５６及び５７）が設けられている、請求項１に記載の旋回軸受。
前記軸受ブシュ（４０，４１及び４２，４３）は、前記クランク軸（４３及び４４）側の領域に、前記コンロッドアイ平面（５０）に対して間隔を置いて、前記第１の肉厚化区分（５６及び５７）の間に、前記軸受ブシュ（４０，４１及び４２，４３）の前記ピン孔（４４，４５及び４６，４７）に隣接する領域内に、第２の肉厚化区分（５８及び５９）を有する、請求項１、５及び７に記載の旋回軸受。
前記第１のレース区分（５１）の前記内面（５５）から前記軸受ブシュ（４０，４１及び４２，４３）に向かって、単数又は複数の補強リブ（６０，６１，６２，６３，６４及び６５あるいは６０’，６１’及び６２’）が設けられている、請求項１及び４に記載の旋回軸受。
一方では、前記補強リブの少なくとも１つ（６１’）は、前記ピストン（２）の前記中心長手方向軸線（Ａ−Ａ）に沿った半径方向で、前記軸受レース周壁（３５及び３６）の前記内面（５５）と、前記軸受ブシュ（４０，４１及び４２，４３）を結合するとともに前記コンロッドアイ平面（５０）上に位置する横方向ウェブ（６６）との間を延びており、他方では、複数の別の補強リブ（６０乃至６５あるいは６０’及び６２’）が割線状に、前記第１のレース区分（５１）の前記内面（５５）を前記軸受ブシュ（４０，４１及び４２，４３）に結合している、請求項３、８及び９に記載の旋回軸受。
前記底壁（３３及び３４）は、前記コンロッドアイ平面（５０）と前記第２のレース区分（５２）との間に単数又は複数の貫通開口（６７，６８及び６９，７０）を軽量化のために有する、請求項１から１０までのいずれか１項又は複数項に記載の旋回軸受。