JP3801213B2 - ワット型ガイドを備えた内転サイクロイド式ピストン往復型伝動装置を有する往復ピストン機関 - Google Patents

Description

本発明は、ドイツ特許公開第４１０８３１１号公報の特許請求の範囲第１項の前提概念に記載の構成を前提としている。
公知のように、ワット型ガイドの連結器中心点は連結器の連結棒が無限長である場合にのみ正確な直線案内軌道を描き、他方、例えば往復ピストン機関の連結棒のように特に短い長さの実際の連結棒の場合には、振動する連結器の全ストロークにわたって連結器中心点の描く軌道曲線は、仮想の理想的な案内直線に対して何度も湾曲してこの案内直線を変化させるような軌道曲線である。
旧東ドイツの雑誌「機械工学」１９８０年第１巻に掲載の論文「ワット型直線案内伝動装置の考察」は、特に第２７頁に示されたノモグラムを用いて、この種の軌道曲線のずれ及び変化をワット型ガイドの使用目的に応じてその伝動装置パラメータに依存して所望の直線案内特性に適合させることができることを示している。この場合の主要な目的は、仮想の理想的な案内直線からの連結器中心点の軌道曲線の横ずれを最小にし、この横ずれを一様にすることである。
すでに明らかにされたように、内転サイクロイド式ピストン往復型伝動装置に使用されるワット型ガイドのこの種の構成は、ピストン連接棒に駆動連結されている往復偏心体を異なる大きさで横方向に変位させることになり、いかなるピストン案内にも不都合に影響する。
本発明の課題は、ワット型ガイドを備えた内転サイクロイド式ピストン往復型伝動装置を有するこの種の往復ピストン機関において、往復偏心体及びこれに結合されているピストンの量的にほぼ等しい大きさの横変位がピストンのストローク全体にわたって得られるように往復偏心体の運動軌道に対して横方向において該往復偏心体の運動経過を改善することである。
この課題は請求項１によって解決される。
本発明によれば、ワット型ガイドのパラメータは次のように選定されており、即ち往復偏心体の軌道またはピストンの軌道に対して直交するように振動する案内偏心体のそれぞれの転向点付近における案内偏心体の運動範囲において、理想的な直交案内軌道から漸進的にずれるような運動軌道がワット型連結器を用いて案内偏心体に強制的に与えられ、しかもこの漸進的にずれる運動軌道は、往復偏心体が案内軌道と往復偏心体の軌道またはピストンの軌道との交点を通過するたびに案内偏心体が理想的な案内軌道から最大ずれΔｑ_Fを有するような運動軌道であるようにワット型ガイドのパラメータが選定され、パラメータとして連結棒の長さが選定され、連結棒の長さは、ワット型連結器がゼロ位置にあって、しかも案内偏心体の中心点が案内軌道と往復偏心体の軌道またはピストンの軌道との交点にあるとき、及び連結棒が往復偏心体の軌道に対してほぼ平行に向いているときに、
L _L =h+0.17765×s×（4×h/s） ^-1.0035
であり、ここでｓはピストンストローク、ｈはケース側の連結棒の回転中心点と案内軌道との距離であり、さらに定義範囲として
3.5＜（4×h/s）＜15
が適用されている。
本発明によれば、ピストン連接棒と駆動結合されている往復偏心体の、量的に非常にまちまちの横ずれは、選択可能な横ずれ量へ一様化され、これによりそれぞれのシリンダ内でのピストンの横変位、傾斜位置に対する影響を著しく減少させることができる。これは、連結器のそれぞれの転向点において連結器中心点及び案内偏心体中心点の軌道経過を最大限のずれでずらすことにより達成され、しかもワット型ガイドの個々のパラメータを従来の方法とは異なるように同調させるだけで達成される。
ワット型連結器の連結棒の長さに対する、本発明による上記式により、ワット型ガイドを内転サイクロイド式ピストン往復型伝動装置に使用するに際し、この種の往復ピストン機関に関し予め与えることができるわずか二つの構成データだけでワット型ガイドを本発明にしたがって構成することが可能になる。本発明による構成の特徴は、ピストン連接棒と駆動連結されている往復偏心体の横ずれを量的に小さくしかも一様化した、可能な限り直線的な軌道変化が得られることである。これは、クランク軸のクランクピンのまわりに相対回転不能に往復偏心体と結合されている案内偏心体の転向点近傍領域において、理想的な仮想の案内軌道からの横ずれをワット型連結器により極端に大きくさせることにより得られる（図３）。
次に、本発明を図面に簡略に図示した往復ピストン機関に関し説明する。
図１は ワット型ガイドを備えた内転サイクロイド式ピストン往復型伝動装置を有し、フラット構造に構成された往復ピストン機関を示す図である。
図２は 従来の構成における往復偏心体の軌道変化を示すグラフである。
図３は 本発明の構成における往復偏心体の軌道変化を示すグラフである。
図４は 設計データを記載したワット型直線ガイドの模式構成図である。
好ましくはフラット構造に構成される往復ピストン機関１、特に内燃機関は、共通の連接棒２を介して結合されているピストン３，３'を、対向配置されるシリンダ４，４'内に有している。簡略に図示した内転サイクロイド式往復型伝動装置５は、クランク軸７のクランクピン６に、それぞれ回転変位可能に配置される往復偏心体８と案内偏心体９とを有している。往復偏心体８と案内偏心体９とは互いに相対回転不能に結合されている。往復偏心体８は連接棒２の中に回転変位可能に支持されて配置されており、連接棒２を直線１０に沿って往復運動させる。直線１０は往復偏心体またはピストンの理想的な軌道でもある。
往復偏心体またはピストンの軌道１０に対して直交するように、内転サイクロイド式往復型伝動装置５固有の直線案内軌道１１が延びている。この直線案内軌道１１に沿って案内偏心体９が転向点１２，１２'の間で往復動する。案内偏心体９を直線案内する直線案内装置としてワット型ガイド１３が設けられている。ワット型ガイド１３は、案内偏心体９を回転運動可能に収容している連結器１４を備えている。連結器１４は、機関ケース１５に回動可能に支持されている連結棒１６，１６'を介して案内されている。連結棒１６，１６'はケース側の回転点１７，１７'で回動運動可能に支持されている。
従来の技術にしたがって構成されたワット型ガイド１３は、図２に示すように、理想的な直線案内軌道１１に最適に適合した軌道変化１８を備えている。連結器の中心点または案内偏心体９の中心点Ｍ_FEの変化量はΔｑ'_FEである。この図２によれば、往復偏心体８の中心点Ｍ_HEの軌道変化１９は、特に量的に非常に異なる横変位量Δｑ'_HEを含んでいる。この横変位量は、シリンダ４，４'内のピストン３，３'の案内に影響を及ぼすので不具合である。
そこで、図３の軌道変化２０で示すように、往復偏心体８に対して量的にほぼ等しい大きさでしかも所望の小規模の横変位量Δｑ_Hが得られるようにするため、ワット型ガイド１３のパラメータは、次のように選定されている。即ち、往復偏心体の軌道またはピストンの軌道１０に対して直交するように振動する案内偏心体９のそれぞれの転向点１２，１２'付近における案内偏心体９の運動範囲において、理想的な直交案内軌道１１から漸進的にずれるような運動軌道２１がワット型連結器１４を用いて案内偏心体９に強制的に与えられるように前記パラメータを選定する。しかもこの漸進的にずれる運動軌道２１は、往復偏心体８が案内軌道１１と往復偏心体の軌道またはピストンの軌道１０との交点２２を通過するたびに案内偏心体９が理想的な案内軌道１１から最大でΔｑ_Fずれるような運動軌道である。
このようにして得られる転向点付近のずれは、本発明によれば、連結棒１６，１６'の長さＬ_Lをパラメータとして選定することにより達成される。連結棒１６，１６'の長さＬ_Lは、図４に示すようにワット型連結器１４がゼロ位置にあって、しかも案内偏心体９の中心点Ｍ_FEが案内軌道と往復偏心体の軌道またはピストンの軌道１０との交点２２にあるとき、及び連結棒１６，１６'が往復偏心体の軌道１０に対してほぼ平行に向いているときに得られる。
L_L=h+0.17765×s×（4×h／s）^-1.0035
ここでｓはピストンストローク、ｈはケース側の連結棒の回転中心点１７，１７'と案内軌道１１との距離で、図４の模式図から明らかである。本発明による連結棒の長さＬ_Lを表わす上記の式に対しては次の定義範囲

が適用される。
一例として往復ピストン機関１のクランクピン６に対するクランクの半径ｒをｒ＝２０長さ単位（ＬＥ）、これによって決定される往復偏心体８及び案内偏心体９に対する偏心率ｅをｅ＝２０（ＬＥ）、その結果得られるピストンのストロークｓをｓ＝４×ｅ＝８０ＬＥとすると、ケース側の連結棒の回転中心点１７，１７'と案内軌道１１との距離ｈは

である。これを本発明による連結棒の長さを表わす式Ｌ_Lに挿入すると、往復偏心体の軌道またはピストンの軌道１０からの往復偏心体８の横ずれ

の値が得られる。この場合、ワット型連結器１４の他のパラメータとしてワット型連結器１４の長さ

が選定されている。

Claims (2)

1. ワット型ガイドを備えた内転サイクロイド式ピストン往復型伝動装置を有する往復ピストン機関であって、
   クランク軸（７）のクランクピン（６）に、シリンダ（４，４'）内で案内されるピストン（３，３'）の連接棒（２）と駆動連結される往復偏心体（８）と、ワット型ガイド（１３）により往復偏心体の軌道またはピストンの軌道（１０）に対して直交するように案内される案内偏心体（９）とが配置され、
   往復偏心体（８）に相対回転不能に結合される案内偏心体（９）が、機関ケース（１５）に回動可能に支持された連結棒（１６，１６'）を介して制御されるワット型連結器（１４）内で回転可能に支持されている、
   前記往復ピストン機関において、
   ワット型ガイド（１３）のパラメータが次のように選定されていること、即ち
   往復偏心体の軌道またはピストンの軌道（１０）に対して直交するように振動する案内偏心体（９）のそれぞれの転向点（１２，１２'）付近における案内偏心体（９）の運動範囲において、理想的な直交案内軌道（１１）から漸進的にずれるような運動軌道（２１）がワット型連結器（１４）を用いて案内偏心体（９）に強制的に与えられ、
   しかもこの漸進的にずれる運動軌道（２１）は、往復偏心体（８）が案内軌道（１１）と往復偏心体の軌道またはピストンの軌道（１０）との交点（２２）を通過するたびに案内偏心体（９）が理想的な案内軌道（１１）から最大ずれ（Δｑ_F）を有するような運動軌道である
   ようにワット型ガイド（１３）のパラメータが選定されていること、
   パラメータとして連結棒（１６，１６'）の長さ（Ｌ _L ）が選定され、連結棒（１６，１６'）の長さ（Ｌ _L ）は、ワット型連結器（１４）がゼロ位置にあって、しかも案内偏心体（９）の中心点（Ｍ _FE ）が案内軌道と往復偏心体の軌道またはピストンの軌道（１０）との交点（２２）にあるとき、及び連結棒（１６，１６'）が往復偏心体の軌道（１０）に対してほぼ平行に向いているときに、
   L _L =h+0.17765×s×（4×h/s） ^-1.0035
   であり、ここでｓはピストンストローク、ｈはケース側の連結棒の回転中心点（１７，１７'）と案内軌道（１１）との距離であり、さらに定義範囲として
   3.5＜（4×h/s）＜15
   が適用されていることを特徴とする往復ピストン機関。
2. 選定された偏心率ｅをｅ＝２０（ＬＥ）、これから得られるピストンのストロークｓをｓ＝４×ｅ＝８０（ＬＥ）とし、ケース側の連結棒の回転中心点（１７，１７'）と案内軌道（１１）との距離ｈを
   

   

   として連結棒の長さを表わす式Ｌ_Lに挿入したとき、往復偏心体の軌道またはピストンの軌道（１０）からの往復偏心体（８）の横ずれが
   

   

   であり、この場合、ワット型連結器（１４）の長さ
   

   

   が選定され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関。

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