JP2899419B2 - 内サイクロイド式クランク機構を備えた往復ピストン機械、特に内燃機関 - Google Patents

内サイクロイド式クランク機構を備えた往復ピストン機械、特に内燃機関

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は米国特許第2271766号明細書の特許請求の範
囲の上位概念から出発している。
この文献により、内サイクロイド式クランク機構を備
えた往復ピストン機械が知られている。このクランク機
構は両端が対向配置されたシリンダ内のピストンに連結
された連接棒を備えている。この連接棒は内サイクロイ
ド式クランク機構の往復偏心体に支承された、一方のピ
ストンのための主連接部材と、この主連接部材の軸受カ
バーに枢着された、他方のピストンのための短い副連接
部材とからなっている。両ピストンは更に、各々の連接
部材に枢着連結されているので、この公知の連接棒は折
り曲げ可能であり、それによって特にクランク機構の可
動部品の許容誤差によって生じる応力を低減するために
役立つ。
この公知の構造の場合には特に、不等長の連接部材に
よって異なるピストン摩耗が生じるという欠点がある。
本発明の根底をなす課題は、運動学に所望されるよう
に折り曲げることができる連接棒を提供することであ
る。
この課題は請求項1によって解決される。この請求項
1は、連接棒が(往復偏心体のための)支承穴の中心軸
線の回りに角運動(角移動)可能に配置された棒部分に
よって形成され、棒部分の角運動が、各棒部分に固定連
結されたピストンの許容傾動運動に依存して、弾性的的
に制限されていることを特徴とする。
ピストンの幾何に依存して決定可能な折り曲げ寸法と
関連して本発明に従って連接棒を中央で折り曲げること
により、ピストンの摩耗が均一でかつ大幅に低減される
ので有利である。本発明による連接棒は更に、中央で折
り曲げ可能な連接棒の棒部分の角運動が特に累進的に硬
直化する弾力性に依存して制限されることにより、内サ
イクロイド式クランク機構が中心位置を通過する際に上
死点または下死点にあるピストンによってクランク機構
を運動力学的に確実に支持することができる。
更に、ワット式直線ガイドを備えた内サイクロイド式
クランク機構において、本発明に従って形成された折り
曲げ連接棒を使用すると有利である。連接棒の支承穴の
中心軸線に対して同軸のワット式連結部材の中心は公知
のごとく、理想的な直線案内線に沿って移動する代わり
に、やや蛇行した案内線に沿って移動する。理想的な直
線案内線に対するこの蛇行した案内線のずれは、折り曲
げ連接棒によってその作用が低減される。
本発明の有利な実施形は従属請求項に記載されてい
る。本発明の実施形は、3個の部品によって形成された
連接棒を含む。この連接棒はそれぞれピストンに連結さ
れた2個の連接棒部分を備えている。この連接棒部分の
互いに向き合った端範囲は往復偏心体用の支承穴を有す
る環状の中央部分内に回転角運動可能に案内されて設け
られている。中央部分には好ましくは連接棒部分が固定
可能である。それによって、連接棒部分を備えた各ピス
トンがそれぞれのシリンダ内にシリンダヘッド側から簡
単に取付け可能である。これによって、一体のピストン
ロッドに設けられたダブルピストンの一方を、一方のシ
リンダから反対側のシリンダに通過させる必要がないの
で、機械ケーシングは本発明による連接棒の方向に突出
する構造的に一体化された、クランク軸軸受部のための
軸受環を備えることができる。従って、機械ケーシング
の強度が高まる。
本発明による連接棒部分は曲げ剛性を高めるために、
ピストン直径を考慮して最大間隔をおいて設けられた突
張り部材を含んでいる。この突張り部材は一方では、比
較的に短いピストンに、他方では軸受側で折り曲げ運動
用案内面を有する接続湾曲部材に一体的に連結されてい
る。この実施形は特に軽金属で鋳物部品として形成され
る連接棒部分の製作を大幅に容易にする。
リング状中央部分の支承穴に係合する往復偏心体が鋼
部品であるので、運転温度範囲全体にわたって最適な軸
受遊びを達成するために、中央部分は好ましくは同様に
鋼で作られている。
本発明に従って弾性的な抵抗に抗して制御して得られ
る連接棒の内側または外側への折り曲げは、連接棒の運
動方向に対して横方向に作用する弾性体によって可能で
ある。この弾性体はクラク機構内およびクランク機構と
機械ケーシングの間の比較的に大きな誤差や遅延を許容
する。それによって製作コストと摩擦が低減されるので
有利である。
連接棒の折り曲げ度合いによって累進的に硬直化する
弾性体が選択されると有利である。この場合、最初は小
さな弾性抵抗によって、棒部分の角運動時にピストンス
トロークの半分の範囲内で小さなピストン横方向力が得
られると有利であり、更に大きく累進的に増大する弾性
抵抗により、連接棒のピストン上死点/下死点位置で、
内サイクロイド式クランク機構の直線案内要素の、一方
の案内側から他方の案内側への明瞭な交替を生じると有
利である。更に、累進的に増大する抵抗は、予め定めた
最大抵抗値でストッパーの作用が生じるように選択また
は調節可能である。この弾性的な角度ストッパーの特に
簡単な実施形は、同軸に貫通するピンによって付勢され
た弾性材料からなるブッシュによって達成される。
図に示した好ましい実施の形態に基づいて本発明を説
明する。
図1は本発明による連接棒の正面図と背面図、 図2は図1の連接棒の分解図、そして 図3は変形した中央部分を備えた連接棒の組み立て位
置での分解図、 図4は折り曲げ度に対して累進的に増大する弾性的な
硬直化を示すグラフである。
連接棒(押し棒)1は両端に、内サイクロイド式クラ
ンク機構を備えた図示していない往復ピストン機械の対
向させて配置されたシリンダのためのピストン2,2′を
備えている。連接棒1はクランク軸回転軸線3に対して
平行に配置された支承穴4を備えている。この支承穴
は、内サイクロイド式クランク機構の図示していない往
復偏心体を回転運動可能に収容する。特にクランク機構
の可動部品の誤差によって生じる応力を低減するため
に、連接棒1は矢印“A"の往復運動方向に対して横方向
に折り曲げ可能に形成されている。
本発明では、連接棒1はクランク軸回転軸線3に対し
て平行な支承穴4の軸線4′回りに角運動(角移動)可
能に設けられた棒部分5,5′によって形成されている。
この場合、連接棒1を中央で内側にまたは外側に折り曲
げるための棒部分5,5′の角運動は、それぞれの棒部分
5,5′に固定連結されたピストン2,2′の許容傾動運動に
依存して、弾性的な構造によって達成される。
図2から明らかなように、連接棒1は本発明に従い、
3個の部品によって形成されている。連接棒は両棒部分
5,5′のほかに、支承穴4を有する別個の中央部分6を
備えている。この中央部分6はつば−支承リング7と、
支承リング7′の自由外周範囲にセンタリングされた環
状フランジ8によって形成されている。この場合、棒部
分5,5′は接続湾曲部材9,9′内に設けられた押圧側の案
内面10,10′を介して支承リング7の外周に連結されて
いる。つば−支承リング7のつば7″と環状フランジ8
上に、支承穴4に対して同心的に設けられたストッパー
11が、棒部分5,5′の接続湾曲部材9,9′に設けられた引
張り側の案内面12と協働する。
環状フランジ8とつば7″は更に、支承穴4の中心軸
線回りの棒部分5,5′の角運動を可能にしながら、次の
ように互いに連結されている。すなわち、棒部分5,5′
またはその接続湾曲部材9,9′が穴13を貫通するボルト1
4を介して環状フランジ8またはつば7″に支持されて
配置されるように互いに連結されている。この場合、穴
13内のボルト14には、弾性的なストッパーとしての働き
をする弾性材料製のブッシュ15が付設されている。
ボルト14が貫通するこの弾性的なブッシュ15は、ブッ
シュの変形によって生じる累進的な不撓性(硬直化)に
よって、棒部分5,5′の角運動を制限する。この不撓性
は図4に従って所定の折り曲げ時にストッパーとしての
働きをする。
更に、特に図2に示すように、案内面10,12または1
0′,12を有する接続湾曲部材9,9′はそれぞれ、各ピス
トン2,2′の外側輪郭近くでその下側16,16′に一体的に
接続された2本の突張り部材17,17′に連結されてい
る。この場合、各接続湾曲部材9,9′は各ピストン2,2′
の直結よりも小さな弦寸法“h"を有する。それによっ
て、各ピストン2,2′を棒部分5,5′と共にシリンダヘッ
ド側からシリンダ内に組み立てることができる。
図3は中央部分6を示している。この場合、つば−支
承リング7と環状フランジ8は1個の部品で形成された
あるいは固定連結によって一体的に形成された組み立て
部品18を形成している。同心的なストッパー11はほぼ、
接続湾曲部材9,9′の引張り側の案内面12の長さにわた
って延びている。つば7″とフランジ8は周方向におい
て対向するストッパー11の間に形成され、かつ軸方向に
おいて接続湾曲部材9,9′の太さすなわち厚さに対応し
て離隔されて形成されている。この構造は、環状の組み
立て部品18に関して、棒部分の同心的な押圧側の案内面
10,10′がつば7″と環状フランジ8の間で支承リング
7′の外周に当接するまで、ピストン2,2′を支持する
棒部分5,5′を半径方向から供給することを可能にす
る。支承穴4に係合する図示していない往復偏心体上で
組み立て部品18を約90゜回転させることにより、フラン
ジ8とつば7″のストッパー11は、棒部分5,5′の引張
り側の案内面12と重なる。穴13内の弾性的なブッシュ15
と共に回転角度ストッパーとして作用するボルト14は更
に、棒部分5,5′と相対的に中央部分6または組み立て
部品18を保持する。
本発明による複数の部材からなる連接棒1の構造は、
支承穴4内の支承遊びを小さくするために、中央部分6
を鋼で製作し、質量低減のためにピストン2,2′と付設
の棒部分5,5′を軽金属で製作することを可能にする。
本発明に従って累進的に増大する弾性抵抗に抗して中
央で折れ曲がることができかつ両端にピストンを支持す
る連接棒(弾性ピストン)はピストン行程運動方向でそ
の誤差が補正されるので、ドイツ連邦共和国特許出願第
19509155号(PCT/EP/96/00867、WO96/28669)で提案さ
れた往復ピストン機械に有利に使用可能である。この往
復ピストン機械の場合には、内サイクロイド式クランク
機構が2本の連接棒を介して2対のピストンを対向した
シリンダ内で同じ方向に向けて駆動する。この往復ピス
トン機械のために、特に構造的な理由から、両連接棒の
間に設けられた、好ましくはワットリンクとしての1個
の直線ガイドを備えたクランク機構が提案される。この
公知のワットリングが理想的な直線ガイドの代わりに、
ピストンの上死点と下死点に対する極端な振れの間に、
やや蛇行した案内線を有するので、理想的な直線ガイド
からのずれの作用が折り曲げ連接部材によって有利に低
減される。
本発明の範囲内において、中央での折り曲げのために
弾性的に撓むように形成された部分を備えた、両ピスト
ン2,2′を連結する一体に形成された連接棒を設けるこ
ともできる。

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対向させて配置されたシリンダ内のピスト
    ン(2,2′)に両端を連結した連接棒(1)を備え、 この連接棒が、内サイクロイド式クランク機構の往復偏
    心体を回転可能に収容するために、クランク軸回転軸線
    (3)に対して平行に配置された支承穴(4)を備え、 クランク機構と機械ケーシングの許容誤差によって生じ
    る応力を低減するために、連接棒がストローク方向に対
    して横方向に折れ曲がることができる、 内サイクロイド式クランク機構を備えた往復ピストン機
    構、特に内燃機関において、 連接棒が支承穴(4)の中心軸線(4″)の回りに角運
    動可能に配置された棒部分(5,5′)によって形成さ
    れ、 棒部分(5,5′)の角運動が、各棒部分(5,5′)に固定
    連結されたピストン(2,2′)の許容傾動運動に依存し
    て、弾性的な構造体(弾性的な連接棒、弾性的なブッシ
    ュ15)によって達成されることを特徴とする往復ピスト
    ン機械。
  2. 【請求項2】連接棒(1)が支承穴(4)を有する別体
    の中央部分(6)を備え、 棒部分(5,5′)が、支承穴(4)の中心軸線(4′)
    に対して同心的に引張り側と押圧側に設けられたガイド
    (10,12;10′,12)を介して、中央部分に設けられた対
    応する装置によって、角運動可能に中央部分に連結可能
    であり、 各々の棒部分(5,5′)が弾性的なストッパー(ブッシ
    ュ15)を介して中央部分(6)に対する角度を弾性的に
    制限されていることを特徴とする請求項1記載の往復ピ
    ストン機械。
  3. 【請求項3】中央部分(6)がつば−支承リング(7)
    と、支承リング(7″)の自由外周範囲にセンタリング
    されて配置された環状フランジ(8)によって形成さ
    れ、 連接棒(5,5′)が押圧側の案内面(10,10′)を介して
    つば−支承リング(7)の支承リング(7′)の外周部
    に連結され、 つば−支承リング(7)のつば(7″)と環状フランジ
    (8)に支承穴(4)の中心軸線(3)に対して同心的
    に配置されたストッパー(11)が、棒部分(5,5′)の
    引張り側の案内面(12)と協働することを特徴とする請
    求項1と2に記載の往復ピストン機械。
  4. 【請求項4】環状フランジ(8)とつば(7″)が棒部
    分(5,5′)の角運動を行いながら棒部分(5,5′)を互
    いに連結し、 棒部分(5,5′)が穴(13)を貫通するピン(ボルト1
    4)を介してこの環状フランジとつばに支持され、 貫通穴(13)内で弾性的な角度ストッパーとしての働き
    をする弾性材料からなるブッシュ(15)がピンに付設さ
    れていることを特徴とすることを特徴とする請求項1〜
    3に記載の往復ピストン機械。
  5. 【請求項5】ピンがボルト(14)の一部であることを特
    徴とする請求項1〜4に記載の往復ピストン機械。
  6. 【請求項6】棒部分(5,5′)がそれぞれ接続湾曲部材
    (9,9′)に設けられた案内面(10,12;10′12)を備
    え、 接続湾曲部材がピストン(2,2′)の外側輪郭の近くで
    ピストンの下側(16,16′)に一体的に接続する2本の
    突張り部材(17,17′)に連結され、 各々の接続湾曲部材(9,9′)がそれぞれのピストン
    (2,2′)の直径よりも小さな弦寸法“h"を有すること
    を特徴とする請求項1〜5に記載の往復ピストン機械。
  7. 【請求項7】つば−支承リング(7)と環状フランジ
    (8)が1つの部材で形成されているかあるいは固定連
    結部によって一体的に形成された1個の組み立て部品を
    形成し、 同心的なストッパー(11)がほぼ、接続湾曲部材の引張
    り側の案内面(12)の長さにわたって延び、 つば(7″)と環状フランジ(8)が周方向において対
    向するストッパー(11)の間にかつ接続湾曲部材(9,
    9′)の厚さに対応して軸方向において離隔されて形成
    されていることを特徴とする請求項1〜6に記載の往復
    ピストン機械。
  8. 【請求項8】中央部分(6)または組み立て部品(18)
    が鋼で作られ、 棒部分(5,5′)を備えたピストン(2,2″)が軽金属か
    らなっていることを特徴とする請求項1〜7に記載の往
    復ピストン機械。
  9. 【請求項9】組み立て部品(18)が金属薄板プレス部品
    として製作されていることを特徴とする請求項1〜8に
    記載の往復ピストン機械。
  10. 【請求項10】中央で折り曲げ可能な連接棒(1)の棒
    部分(5,5′)の角運動が、累進的に硬くなる弾性体
    (ブッシュ15)に依存して制限され、この弾性体が場合
    によってはストッパーとしての働きをすることを特徴と
    する請求項1〜9とに記載の往復ピストン機械。
  11. 【請求項11】内サイクロイド式クランク機構を介して
    同じ方向に駆動される、対向配置されたシリンダ内の2
    対のピストンのために、中央で折り曲げ可能な2本の連
    接棒(1)が使用され、 クランク機構が連接棒(1)の間に設けられた調節可能
    な直線案内装置を備えていることを特徴とする請求項1
    〜10に記載の往復ピストン機械。
  12. 【請求項12】直線案内装置がワットリンクであること
    を特徴とする請求項1〜11に記載の往復ピストン機械。
  13. 【請求項13】一体的に形成されたダブルピストンの連
    接棒が弾性的に撓むことができるように形成された部分
    を有することを特徴とする請求項1記載の往復ピストン
    機械。
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