JP3676812B2 - 機械ケーシング内でクランク軸方向に隣接する複数のシリンダを備えた往復ピストン機械 - Google Patents

Description

本発明はＧＢ−Ａ１０６０３７２の請求項１の上位概念から出発している。
この文献は対向させて配置された対のシリンダを備えた往復ピストン記載の実施形を図示し記載している。このシリンダの平行な軸線はクランク軸回転軸線と直交している。この往復ピストン機械はピストン式圧縮機と組み合わせられた内燃機関である。この公知の機械は内サイクロイド式直線ガイドを備えた往復運動機構を備えている。直線カイドはクランク軸に組み合わせられ、互いに相対回転しないように連結された偏心体を含んでいる。対向するシリンダ内で向き合った両ピストンを連結するピストンロッドは、２つの部分によって形成された管状の往復偏心体に一緒に駆動連結され、往復偏心体の両端範囲に各々１個の案内偏心体が設けられ、この案内偏心体は機械ケーシング側で直線的に滑動可能に案内された案内要素を備えている。
この公知の往復運動機構は、往復ピストンを直線的に案内するために役立ちこの往復ピストンに対して同軸に機械ケーシング内で案内されたシリンダ管が必要であるという欠点がある。このシリンダ管は摺動可能に案内するために同様に、管状の往復偏心体に駆動連結されている。この構造はクランク軸の長手方向に往復ピストン機械を長く形成する必要があり、機械ケーシング内でのクランク軸の軸受間隔が長いという欠点がある。
内サイクロイド式直線ガイドを備えたこの往復運動機構は更に、複雑でコストがかかる構造であるという欠点がある。
ドイツ連邦共和国特許第２７１７５５号公報は対向させて設けられた対のシリンダ内に往復ピストンを備えた内燃機関の実施形を図示し記載している。このシリンダの平行な軸線はクランク軸回転軸線に対して横方向の平面内で延びている。この構造は、内サイクロイド式直線ガイドを備えた往復運動機構において、対のカルダン円のピニオンの間の中央に相対回転しないように配置された往復偏心体の１個の案内リングに、平行なピストンロッドを連結することを可能にする。
冒頭に述べた技術水準と異なり、内サイクロイド式直線ガイドを備えたこの公知の構造により、クランク軸の長手方向における往復ピストン機械の長さが短く、クランク軸の軸受間隔が比較的に短いがしかし、この往復運動機構はその歯状部によって強度が弱いという欠点がある。
更に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２５１９９０８号公報から、内サイクロイド式往復ピストン機械が知られている。この往復ピストン機械はクランク軸回転軸線の平面内でクランク軸の方向に隣接して設けられた対のシリンダを備えている。このシリンダの連接棒の間に内サイクロイド式直線ガイドとして、直交配置された他の対のシリンダが設けられている。この対のシリンダの場合、往復ピストン機械の他のシリンダ内で往復運動するそのピストンが案内要素としての働きをするので、対のシリンダのこの交叉配置によって、内燃機関が大きくなるという欠点がある。
本発明の根底をなす課題は、当該の往復ピストン機械のために特に、内サイクロイド式直線ガイドを備えた往復運動機構をできるだけ簡単化し、比較的に軽量でコンパクトな構造にすることである。
この課題は請求項１に従って、一部材または多部材で形成された案内偏心体が往復偏心体と直接的に互いに相対回転しないように連結されてクランク軸のクランクピン上に回転可能に設けられていること、及び、各直線ガイドが機械ケーシングと往復運動機構の間の寸法誤差を静的およびまたは動的に補正するための手段を備えていることによって解決される。
対のシリンダのピストンあるいは対向させて配置された２対のシリンダ（４シリンダフラットエンジン）のための、クランク軸回転軸線の平面内で往復運動するピストンロッドを備えた往復ピストン機械のために、本発明では、ピストンロッドの間の内サイクロイド式直線ガイドの一部が省スペース的に配置され、それによって特に構造が簡単になる。この構造は、ケーシング側に設けられた案内面と協働する１個の案内要素によって低コストで達成され、それによって直線ガイド部品および案内面が最少となる。
好ましい実施形で設けられた、往復運動するピストンロッドに対して横方向においてこのピストンロッドの間に可動に配置された１個の案内要素により、誤差を有する部品の数が低減される。更に、本発明による直線ガイドは、機械ケーシングと往復運動機構の間の寸法誤差を静的およびまたは動的に補正するための手段を備えることができる。それによって、クランク軸回転軸線からずれた、案内要素用直線ガイドの位置は有利に補正可能である。それによって、きわめて高い製作精度による高い製作コストが回避される。
本発明による往復ピストン機械では、対向させて設けられた対のシリンダ内で向き合う往復ピストンが、ピストンロッドを介して同じ方向に駆動されるように連結され、ピストンロッドの間の中央においてクランク軸のクランクピン上に、内サイクロイド式直線ガイドの１個の案内要素と協働する案内偏心体が回転可能に設けられ、この案内偏心体がその両側に隣接してクランクピン上に回転可能に設けられかつピストンロッドに回転可能に係合する直線ガイドの往復偏心体に相対回転しないように連結されている。本発明によるこの３ディスク−偏心体−組み合わせは、冒頭に述べたドイツ連邦共和国特許第２７１７５５号公報によって知られている偏心体−ダブルピニオン−組み合わせと比べて、歯状部が省略されるので、構造が簡単になり、更に流体動力学的潤滑が確実になると共に大きなピストン力の伝達を保証する。
本発明によるこの構造は更に、同期作動するよう設けられた２対のピストンのためのクランク軸のクランクピン自由長さが、シリンダ間隔とピストンロッド太さを合計した最小寸法に短縮される。それによって、クランク軸の側壁はそれぞれのピストンロッドに密に隣接配置され、前述のドイツ連邦共和国特許第２７１７５５号公報によって知られている所望な実施形と類似して、クランク軸回転軸線に関連づけられた、往復ピストンとピストンロッド用のつり合い質量を備えている。
本発明の他の実施形では、内サイクロイド式直線ガイドの案内要素として、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１０８３１１号公報で既に提案されたワットリンクが設けられている。このワットリンクの連結部材はピストンロッドの間で１個の案内偏心体上に支承されて設けられている。この場合、ワットリンクの揺動アームは少なくとも１つのその枢着個所に、寸法誤差を補正するための手段として調節偏心体を備えている。この調節偏心体は連結部材およびまたは機械ケーシングと相対的に回転可能におよび固定可能に設けられている。この調節偏心体は連結部材を中央に配置して往復運動機構を組み立てた後、先ず最初に抵抗が発生するまで一方向に回転させられ、続いて次の抵抗まで反対方向に回転させられ、最後に両抵抗位置の間のほぼ中央で固定される。機械ケーシングで包囲されたワットリンクの連結部材の場合には、機械ケーシング側の揺動アームの枢着個所が調節偏心体を備えていると有利である。それによって、例えば往復ピストン機械の大量生産において自動調節のために、この調節偏心体を取扱い操作可能である。
案内要素としての働きをするワットリンクの連結部材内で案内偏心体を簡単に組み立てるために、案内偏心体はクランクピン軸方向に連結可能な部分によって形成されている。この場合、一層簡単な構造とするために、各々の部分に、ピストンロッド側において往復偏心体と、クランク軸クランクピンの軸線に関連づけられたつり合い質量が設けられている。
本発明の他の実施形では、内サイクロイド式直線ガイドの案内偏心体がピストンロッドの間において機械ケーシング側で直線的に滑動可能に案内された案内要素と組み合わせられている。この案内要素は一実施形では、平行な案内面を備えたスライダ、特にころがり軸受されたスライダであり、他の実施形では案内遠心体に設けられたころがり軸受である。ころがり軸受の実施形は例えば冒頭に述べたＧＢ−Ａ１０６０３７２によって知られている。
前述の案内要素はそれぞれ別個の案内レールと協働し、この案内レールは、寸法誤差を補正するために、案内方向に対して横方向に機械ケーシング内または機械ケーシング上に位置をずらすことができるように設けられている。案内レールの位置をずらすために好ましくは、油圧式ピストンが機械ケーシング内に設けられている。このピストンは案内レールに付加的に傾動運動可能に連結されている。
スライダを備えたこの第２の実施形において組み立てを容易にするために、スライダは案内方向に対してその案内面に対して横方向に半分ずつ分割されている。従って、案内偏心体はその両端範囲に設けられたつり合い質量と共に一体的に形成可能である。それによって、上記の案内偏心体が頑丈に形成される。
一部だけを図示した例に基づいて本発明を説明する。
図１は内サイクロイド式直線ガイド内にワットリンクを備えた、図示していない往復ピストン機械の往復運動機構の一部を示す図、
図２はピストンロッドの間の中央で１個の案内偏心体と協働する内サイクロイド式直線ガイドのスライダを備えた、図示していない往復ピストン機械の他の往復運動機構を示す図、
図３は図示していない往復ピストン機械の対向させて設けられた２個のシリンダケーシングのうちの１個と共に上記のスライダガイドを示す図である。
１で示したクランク軸回転軸線を通る垂直平面内で分割された、図示していない往復ピストン機械の機械ケーシングは、図３に従って対向させて配置された対のシリンダ２，３を備えている。このシリンダのシリンダ中心軸線２′，３′はクランク軸回転軸線１と直交している。対向させて配置された対のシリンダ２，３内で互いに向き合った図２の往復ピストン４，４′と５，５′はピストンロッド６，７を介して互いに連結されている。ピストンロッド６，７によって対のピストン４，４′と５，５′を往復運動できるように配置するために、内サイクロイド式直線ガイド９を備えた往復運動機構８が設けられている。図１と図２の両実施の形態にとって原理的に同じように形成された往復伝運動機構８は、段付きの実線１０によって象徴的に示したクランク軸を備えている。シリンダ中心軸線２′，３′に沿って同じ方向に往復運動するピストンロッド６，７は、内サイクロイド式直線ガイド９の各々１個の往復偏心体１３，１４を回転可能に収容するために、中央に配置された切欠き１１，１２を備えている。
クランク軸回転軸線１に対して平行なクランク軸１０の実線１５は、クランクピンを象徴的に示している。このクランクピン１５にはその外側端部範囲に、互いに平行なピストンロッド６，７に軸承された往復偏心体１３，１４が回転運動可能に配置されている。同じ方向に往復運動する対のピストン４，４′と５，５′に基づいて、往復偏心体１３，１４は共通のクランクピン１５上に同じ方向に配置されている。
この往復偏心体１３，１４の間の中央において、内サイクロイド式直線ガイド９は更に、案内偏心体１６を備えている。この案内偏心体はクランクピン１５に回転可能に軸承され、往復偏心体１３，１４に対して対向させて配置されている。案内偏心体は往復偏心体１３，１４に相対回転しないように連結されている。この案内偏心体１６は対の往復ピストン４，４′と５，５′のためのピストンロッド６，７の間に配置された直線ガイド９の案内要素１７と協働する。この場合、ピストンロッド６，７の運動方向に対して横方向にほぼ真っ直ぐに案内された案内要素１７は、機械ケーシングに配置された案内面と協働する。
図１の第１の実施の形態の場合には、往復運動機構８の内サイクロイド式直線ガイド９はワットリンク１８に組み合わせられている。このワットリンクの連結部材１９は案内要素１７としてピストンロッド６，７の間で案内偏心体１６上に支承されて設けられている。連結部材１９は略示した揺動アーム２０を介して図示していない機械ケーシングに枢着されている。揺動アーム２０は好ましくはそのケーシング側の枢着個所２１にそれぞれ、寸法誤差を補正する手段としての調節偏心体２２を備えている。この調節偏心体は機械ケーシングと相対的に回転可能にかつ固定可能に設けられている。調節偏心体２２は往復運動機構８を組み立てた後で、図示していない機械ケーシング内で、先ず最初に回転抵抗を生じるまで一方向に回転させられ、続いてその次の抵抗まで反対方向に回転させられ、最後に両抵抗位置のほぼ中央で固定される。この調節の間、連結部材１９はその中央位置に配置されている。この場合、案内偏心体１６を収容する穴２３の中心はクランク軸回転軸線１とほぼ一致しているかあるいは寸法誤差に基づいてこのクランク軸回転軸線から少しだけ平行に離れている。往復運動機構８内に存在する軸受遊びを介して調節偏心体２２により連結部材１９を調節することができる。この連結部材の調節により、調節部材の極端な位置の間の連結部材１９の案内ストローク全体にわたって、往復運動機構内での締付けロックが確実に回避される。
案内偏心体１６上に連結部材１９を組み立てるために、案内偏心体はクランクピンの方へ軸方向に連結可能な部材２４，２４′によって形成されている。この場合、各々の部材２４，２４′の組み立てを簡単にするために、ピストンロッド側にそれぞれ１個の往復偏心体１３または１４と、クランク軸のクランクピン１５の軸線に関連づけられたつり合い質量２５とが設けられている。
図２，３に示した他の実施の形態の場合には、内サイクロイドガイド９の案内偏心体１６がピストンロッド６，７の間でかつ機械ケーシング側で直線的に滑動可能に案内された案内要素１７と組み合わせられている。この案内要素は図２，３から判るように、平行な案内面によって形成されたスライダ２６として形成されている。このスライダ２６は特別な案内レール２７，２７′と協働する。この案内レールは寸法誤差を補正するために案内方向に対して横方向に機械ケーシング内または機械ケーシング上で位置をずらすことができるように配置されている。案内レール２７，２７′は好ましくは、機械ケーシング内に設けられ油圧付勢されたピストン２８，２８′を介して位置をずらすことができるように配置されている。この場合、案内レール２７，２７′は更に、ピストン２８，２８′と相対的に傾動可能に支承されている。本発明によるこの構造により、スライダ２６の穴の中心をクランク軸の回転軸線１と相対的に自動調節することができる。往復ピストン機械の圧力潤滑系に支持ピストン２８，２８′を接続する場合には、自動的な遊び調節および補正調節が行われる。スライダ２６は図示していないころがり軸受装置または転動体を介在して、案内レール２７，２７′と協働してもよい。それによって、単独であるいは位置をずらすことができる案内レール２７，２７′と関連して、特に低温始動時のピストン上死点範囲における直線ガイド９の締付けロックまたはセルフロッキングが回避される。
案内レール２７，２７′に沿ったスライダ２６の直線ガイドを本発明に従って油圧で補助したことにより、スライダ２６の組み立ておよび案内偏心体１６の形成の観点から、スライダ２６をその案内方向においてその案内面２９，２９′に対して平行に半分ずつ分割形成することができる。それによって、案内偏心体１６はその両端面範囲に設けられたつり合い質量３０を含めて一体に形成可能であり、それによって往復偏心体１３，１４に組み立てて連結されて頑丈な３ディスク−偏心体−組み合わせが得られる。
本発明の範囲内で、スライダ２６の代わりに、他の案内要素１７として、案内偏心体１６上に配置されたころがり軸受を設けることができる。このころがり軸受はその外側の軸受リングを介して例えば位置をずらすことができるように配置された案内レール２７，２７′と滑動可能に連結されている。

Claims (9)

1. 機械ケーシング内でクランク軸方向に列をなして対向させて配置された対のシリンダ（２、３）を備えた往復ピストン機械であって、この往復ピストン機械が、同じ方向に往復運動する往復ピストン（４，４′；５，５′）用の往復運動機構（８）を備え、それらの往復ピストンが各々ピストンロッド（６，７）を介してかつ内サイクロイド式直線ガイド（９）を介在してクランク軸（１０）と駆動連結されていて、更に、隣接するピストンロッド（６，７）の間の中央でクランク軸（１０）のクランクピン（１５）上に、機械ケーシング側で案内された案内要素（１７）内で回転可能に支承された案内偏心体（１６）が設けられ、この案内偏心体が、その両側に隣接してクランクピン（１５）上に設けられかつピストンロッド（６，７）内で回転可能に支承された直線ガイド（９）の往復偏心体（１３，１４）と相対回転しないように連結されている、前記往復ピストン機械において、
   一部材または多部材で形成された案内偏心体（１６）が往復偏心体（１３，１４）と直接的に互いに相対回転しないように連結されてクランク軸（１０）のクランクピン（１５）上に回転可能に設けられていること、及び、
   各直線ガイド（９）が機械ケーシングと往復運動機構（８）の間の寸法誤差を静的およびまたは動的に補正するための手段を備えていることを特徴とする往復ピストン機械。
2. 内サイクロイド式直線ガイド（９）がワットリンク（１８）と組み合わせられ、このワットリンクの連結部材（１９）がピストンロッド（６，７）の間で案内偏心体（１６）上に支承され、このワットリンクの揺動アーム（２０）が、少なくともその枢着個所（２１）の一つにおいて、連結部材（１９）およびまたは機械ケーシングと相対的に回転および固定可能に設けられ寸法誤差を補正する手段としての調節偏心体（２２）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の往復ピストン機械。
3. 機械ケーシング側における揺動アーム（２０）の各枢着個所（２１）に調節偏心体（２２）が設けられ、自動的に調節するよう形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の往復ピストン機械。
4. 案内偏心体（１６）がクランクピン軸方向に連結可能な部分（２４，２４′）によって形成され、この各部分（２４，２４′）においてピストンロッド側に、往復偏心体（１３，１４）と、クランク軸のクランクピン（１５）の軸線上に関連づけられたつり合い質量（２５）とが設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の往復ピストン機械。
5. 内サイクロイド式直線ガイド（９）の案内偏心体（１６）が、ピストンロッド（６，７）の間において機械ケーシング側で直線的に滑動可能に案内された案内要素（１７）と組み合わせられていて、この案内要素が、平行な案内面（２９，２９′）により形成されたスライダ（２６）であることを特徴とする、請求項１に記載の往復ピストン機械。
6. 案内偏心体（１６）上に配置されたころがり軸受が、滑動可能に案内された案内要素（１７）として設けられていることを特徴とする、請求項５に記載の往復ピストン機械。
7. それぞれの案内要素（１７）が別個の案内レール（２７，２７′）と協働し、これらの案内レールが、寸法誤差を補正するために、案内方向に対して横方向に機械ケーシング内または機械ケーシング上に位置をずらすことができるように設けられていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の往復ピストン機械。
8. 案内レール（２７，２７′）が、機械ケーシング内に設けられ油圧付勢されたピストン（２８，２８′）を介して位置をずらすことができるように設けられ、更に案内レール（２７，２７′）がピストン（２８，２８′）と相対的に傾動可能に支承されていることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一項に記載の往復ピストン機械。
9. 案内偏心体（１６）が、その両端範囲に設けられたつり合い質量（３０）を含めて一体的に形成されていること、及び、スライダ（２６）が案内方向においてその案内面（２９，２９′）に対して平行に半分に分割されて形成されていることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか一項に記載の往復ピストン機械。

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