JP4017206B2 - 多シリンダ往復ピストン機関のための、特に内燃機関のための内サイクロイド式クランク装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＷＯ９２／１７６９４（＝ＰＣＴ／ＧＲ９１／００００４）記載のクランク装置を前提とした、往復ピストン機関のための、特に内燃機関のための内サイクロイド式クランク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この文献から、内サイクロイド式クランク装置が知られている。この場合、往復動軸と案内軸とを組み合わせた往復動案内軸の回転制御のために役立つ軸固定の要素が、往復動案内軸のつりあい質量の間に設けられた歯車として形成されている。この歯車は機関ケーシング内に配置された内歯リムと共に、直交する直線的な案内運動を生じるための公知の対のカルダン円としての働きをする。
【０００３】
少なくとも一方のつりあい質量に面一に当接する端面を備えた歯車のこの公知の配置構造は、往復動案内軸から分離して歯車を製作する必要がある。これは製作コストが高くつくので不利である。特に、往復動案内軸を必ず組み込む必要がある多シリンダ型往復ピストン機械の場合に、この製作コストは一層高くなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の根底をなす課題は、上記種類の内サイクロイド式クランク装置の組み合わせられた往復動案内軸のために、往復動案内軸の一体形成を可能にする、内サイクロイド式直線案内装置の軸固定の要素を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１によれば、互いに間隔を持って対を成して配置されるシリンダとそれぞれのシリンダ内で往復直線運動を実施するピストンとを備えた多シリンダ往復ピストン機関のための内サイクロイド式クランク装置であって、互いに回転可能に協働する部材から形成されるクランク軸を備え、クランク軸が、機関ケーシング内にピストンの往復直線運動方向に垂直な水平方向に互いに間隔を持って配置されるクランクアームと、これらクランクアームを互いに同期回転するように連結する伝動軸とを有し、クランクアームが、クランクアーム軸ジャーナル部の回転軸線に対し偏心するように且つピストンの往復直線運動方向に垂直な水平方向において互いに整列するように配置された穴を備え、これらの穴で、該穴に嵌合するジャーナルピンを介して、往復動案内軸が回転可能に支持され、往復動案内軸に相対回転不能に連結された２つのクランクピンと該クランクピンに連結されているピストン連接棒とを介してクランク軸の回転をピストンの往復直線運動へ変換させる、またはその逆へ変換させる内サイクロイド式ピストン直線案内装置が設けられている、前記内サイクロイド式クランク装置において、往復動案内軸が、２つのクランクピンの間に、該クランクピンを互いに相対回転不能に連結させるように往復動案内軸に固定される案内偏心体を有し、内サイクロイド式ピストン直線案内装置が、ピストンの往復直線運動方向に垂直な鉛直方向に往復運動可能に機関ケーシングで支持される直線案内要素を有し、内サイクロイド式ピストン直線案内装置の直線案内要素と往復動案内軸の案内偏心体とは、クランク軸の回転に伴なう、ピストンの往復直線運動方向に垂直な鉛直方向での内サイクロイド式ピストン直線案内装置の直線案内要素の往復運動が、内サイクロイドの原理にしたがって前記直線案内要素と協働することによりピストンの往復直線運動方向において水平方向に往復運動する案内偏心体と、該案内偏心体に連結されている２つのクランクピンと、該クランクピンに連結されているピストン連接棒とを介して、ピストンの往復直線運動へ変換されるように、またはその逆へ変換されるように、連動することによって解決される。
【０００６】
公知の案内歯車の代わりに使用される、例えば上記種類の内サイクロイド式クランク装置に関するフランス国特許第１００３２２２号明細書からそれ自体知られている案内偏心体は、組み合わせられた往復動案内軸の一体形成を可能にするので有利である。
【０００７】
本発明に従って設けられた案内偏心体は、機関ケーシング内または機関ケーシング上で移動可能に案内された直線案内要素（連結部材；揺動体またはころがり軸受）と協働して、例えば往復ピストン式内燃機関におけるガスの力のような、案内偏心体に作用する力を、機関ケーシングに形成または配置された案内面に対して直接的に有利に支持することを可能にする。
【０００８】
機関ケーシングに対する力の有利な支持は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４１０８３１１号公報から知られている、内サイクロイド式クランク装置の直線案内装置としてのワットリンクによって達成され、案内偏心体に軸承配置された連結部材によってクランク装置の構造空間内の必要スペースが狭くて済むという構造的な利点をもたらす。この連結部材は機関ケーシングの外側に枢着された揺動アームを介して案内されている。
【０００９】
ワットリンクによるこの有利な力支持は、軸方向に互いに間隔をおいて往復動案内軸に配置された連接棒／往復偏心体を備えた多シリンダ型往復ピストン機械において、ドイツ連邦共和国特許出願第１９５０４８９０号明細書および同第１９５０９１５５号明細書で種類の異なる内サイクロイド式伝動装置についてそれ自体提案されているように、往復偏心体の間のほぼ中央に配置された案内偏心体と協働するよう１個のワットリンクを設けることにより、内サイクロイド式クランク装置の構造的コストを少なくするという利点がある。
【００１０】
ワットリンクの上記の中央配置は、クランク軸の両側に配置された対のシリンダ内のピストンの同じ方向に往復運動するピストン連接棒のための、往復動案内軸上に設けられた往復偏心体を備えた多シリンダ型往復ピストン機械にとって特に有利である。この場合、ピストン連接棒に対して直交するよう案内されたワットリンクの連結部材の締付けを案内ストローク全体にわたって確実に回避するために、上述のドイツ連邦共和国特許出願第１９５０４８９０号明細書で提案および詳しく説明されているように、揺動アームは少なくとも機関ケーシング側の枢着個所で、寸法誤差を補正するための手段としての、回転および固定可能に形成された調節偏心体に連結されている。
【００１１】
強度および質量つりあいに関して有利な往復動案内軸は、数個所で曲げられた副クランク軸として形成されている。この場合、往復偏心体と案内偏心体はそれぞれ、強度上出力に関連する直径のピンとして形成されている。同期回転連結された主クランク軸のクランクアームの穴に、端側の軸承ピンを介して回転軸承されたこの副クランク軸は、一体に形成または製作されていると有利である。このように形成され、両端を支持した曲げ梁と見なされるこの副クランク軸は、最大曲げモーメントの範囲に、ピンとして形成された案内偏心体を備えている。この案内偏心体はこの採寸によるその質量と関与するアーム質量とによって、直径方向に配置され関与するアーム質量を有する小さな寸法の往復偏心体ピンに対して、副クランク軸の回転軸線回りにほぼ質量つり合いを生じる。
【００１２】
クランクアームの外周に設けられた歯と協働する伝動軸は、高速回転するよう変速するために適している。主クランク軸のクランクアーム軸ジャーナル部上の別個の伝動歯車と協働する伝動軸は、低速回転するよう変速するために有利である。各々の場合、それぞれの伝動軸は更に、機関固有の機器およびまたは機関から離れた機器を駆動する働きをする。
【００１３】
各々の伝動軸は好ましくは機関ケーシング内においてワットリンクの揺動アームが設けられていない範囲に、特に連結部材の運動軌道の側方に配置されている。それによって、伝動軸はケーシング輪郭内にとどまる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図において透視画法で示した実施の形態に基づいて本発明を説明する。
図に一部を略示した、特に内燃機関としての働きをする往復ピストン機関１は、内サイクロイド式クランク装置２を備えている。このクランク装置２はクランク軸ジャーナル部４を介して機関ケーシング３に軸承された第１の（主）クランク軸５を備えている。このクランク軸は伝動軸６を介して同期回転するよう連結されたクランクアーム７を備えている。
【００１５】
対をなして対向に配置されたシリンダ１０，１０′内のピストン９のための同じ方向に往復運動するピストン連接棒８と、第１のクランク軸５との駆動連結は、組み合わせられた往復動案内軸１２の往復偏心体すなわちクランクピン１１を介して行われる。この往復動案内軸１２は第１のクランク軸５のクランクアーム７に回転するよう軸承されている。
【００１６】
往復動案内軸１２の両往復偏心体すなわちクランクピン１１は本発明に従って、内サイクロイド式直線案内装置１３と協働する案内偏心体すなわち案内ピン１４を介して互いに相対回転しないよう連結されている。直線案内装置１３は特に、往復運動するピストン連接棒８に対して直交して機関ケーシング３に可動に案内された直線案内要素１５を備えている。この直線案内要素１５は機関ケーシング３に枢着された揺動アーム１６を介して案内されたワットリンク１７の連結部材として形成されている。好ましくは、軸方向に離れている往復偏心体すなわちクランクピン１１の間において、往復動案内軸１２はピストン連接棒８の間に１個のワットリンク１７のための案内偏心体すなわち案内ピン１４を中央に備えている。それによって、必要スペースが狭くて強度的に有利な直線案内装置１３が得られる。この直線案内装置１３は更に、組み立てが簡単で外部から調節しやすい。
【００１７】
この調節は本発明の実施形によれば例えば、ピストン連接棒８の間の中央に設けられたワットリンク１７の揺動アーム１６の少なくとも機関ケーシング側の枢着個所１８が、寸法誤差を補正するための手段として、回転可能および固定可能に形成された調節偏心体１９を備えていることによって達成される。
【００１８】
曲げに対して強い往復動案内軸１２を得るために、クランクピン１１と案内偏心体１４はそれぞれ、複数回曲げられた一体の副クランク軸２０のピンとして形成されている。この副クランク軸は一体に形成されたジャーナルピン２１を介して、主クランク軸５のクランクアーム７のクランクアーム軸ジャーナル部４の回転軸線４’に対し偏心配置された穴２２に回転するよう軸承されている。
【００１９】
図から更に判るように、主クランク軸５のクランクアーム７は、伝動軸６上の伝動歯車２４にかみ合わせるために、それぞれの外周に歯２３を備えている。連結部材１５の直交運動軌道の側方において機関ケーシング３に配置された伝動軸６は、上述の構造では変速されて高速回転する。伝動軸は機械外部または機械内部の補助機器を駆動するために役立つ。
【００２０】
変速されて減速またはゆっくり回転する、大きな直径の伝動歯車を有する伝動軸は図示していない。この伝動歯車は主クランク軸５のクランクアーム軸ジャーナル部４上の比較的に小さな伝動歯車にかみ合っている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 往復ピストン機関のクランク装置の概略的な斜視図である。
【符号の説明】
３ 機関ケーシング
４ クランクアーム軸ジャーナル部
５ （主）クランク軸
６ 伝動軸
７ クランクアーム
８ ピストン連接棒
９ ピストン
１０，１０′ シリンダ
１１ クランクピン
１２ 往復動案内軸
１３ 直線案内装置
１４ 案内偏心体
１５ 直線案内要素
１６ 揺動アーム
１７ ワットリンク
１８ 枢着個所
１９ 調節偏心体
２０ 副クランク軸
２１ ジャーナルピン
２２ 穴
２３ 歯
２４ 伝動歯車

Claims (8)

1. 互いに間隔を持って対を成して配置されるシリンダ（１０，１０’）とそれぞれのシリンダ（１０，１０’）内で往復直線運動を実施するピストン（９）とを備えた多シリンダ往復ピストン機関のための内サイクロイド式クランク装置であって、
   −互いに回転可能に協働する部材（７，７，６，１２）から形成されるクランク軸（５）を備え、
   −クランク軸（５）が、機関ケーシング（３）内にピストン（９）の往復直線運動方向に垂直な水平方向に互いに間隔を持って配置されるクランクアーム（７）と、これらクランクアーム（７）を互いに同期回転するように連結する伝動軸（６）とを有し、
   −クランクアーム（７）が、クランクアーム軸ジャーナル部（４）の回転軸線（４’）に対し偏心するように且つピストン（９）の往復直線運動方向に垂直な水平方向において互いに整列するように配置された穴（２２）を備え、
   −これらの穴（２２）で、該穴（２２）に嵌合するジャーナルピン（２１）を介して、往復動案内軸（１２）が回転可能に支持され、
   −往復動案内軸（１２）に相対回転不能に連結された２つのクランクピン（１１）と該クランクピン（１１）に連結されているピストン連接棒（８）とを介してクランク軸（５）の回転をピストン（９）の往復直線運動へ変換させる、またはその逆へ変換させる内サイクロイド式ピストン直線案内装置（１３）が設けられている、
   前記内サイクロイド式クランク装置において、
   −往復動案内軸（１２）が、２つのクランクピン（１１）の間に、該クランクピン（１１）を互いに相対回転不能に連結させるように往復動案内軸（１２）に固定される案内偏心体（１４）を有し、
   −内サイクロイド式ピストン直線案内装置（１３）が、ピストン（９）の往復直線運動方向に垂直な鉛直方向に往復運動可能に機関ケーシング（３）で支持される直線案内要素（１５）を有し、
   −内サイクロイド式ピストン直線案内装置（１３）の直線案内要素（１５）と往復動案内軸（１２）の案内偏心体（１４）とは、
   クランク軸（５）の回転に伴なう、ピストン（９）の往復直線運動方向に垂直な鉛直方向での内サイクロイド式ピストン直線案内装置（１３）の直線案内要素（１５）の往復運動が、内サイクロイドの原理にしたがって前記直線案内要素（１５）と協働することによりピストン（９）の往復直線運動方向において水平方向に往復運動する案内偏心体（１４）と、該案内偏心体（１４）に連結されている２つのクランクピン（１１）と、該クランクピン（１１）に連結されているピストン連接棒（８）とを介して、ピストン（９）の往復直線運動へ変換されるように、またはその逆へ変換されるように、
   連動する、
   ことを特徴とする前記クランク装置。
2. 内サイクロイド式ピストン直線案内装置（１３）がワットリンク（１７）であり、このワットリンク（１７）が、機関ケーシング（３）に枢着された揺動アーム（１６）を介して案内され且つ案内偏心体（１４）に軸承された前記直線案内要素（１５）を備えていることを特徴とする請求項１記載のクランク装置。
3. 直線案内要素（１５）として、機関ケーシングで案内される揺動体、または機関ケーシングで案内されるころがり軸受が用いられることを特徴とする、請求項１に記載のクランク装置。
4. ワットリンク（１７）の揺動アーム（１６）がピストン連接棒（８）の間に設けられ、揺動アーム（１６）の少なくとも機関ケーシング（３）側の枢着個所（１８）が、寸法誤差を補正するための手段として、回転可能および固定可能に形成された調節偏心体（１９）を備えていることを特徴とする請求項２に記載のクランク装置。
5. 前記２つのクランクピン（１１）と案内偏心体（１４）とが、それぞれ、複数回曲げられた往復動案内軸（１２）のピンとして形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のクランク装置。
6. 往復動案内軸（１２）が一体に形成されていることを特徴とする請求項５記載のクランク装置。
7. 前記伝動軸（６）が伝動歯車（２４）を有し、クランク軸（５）のクランクアーム（７）が、伝動軸（６）上の伝動歯車（２４）にかみ合うために、それぞれの外周に歯（２３）を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のクランク装置。
8. 前記伝動軸（６）が第２の伝動歯車を有し、伝動軸（６）の第２の伝動歯車にかみ合うために、クランク軸（５）の各々のクランクアーム軸ジャーナル部（４）に第１の伝動歯車が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のクランク装置。

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