JPH02500379A - 動力又は作業機械、特に内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 動力又は作業機械、特に内燃機関 本発明は、動力又は作業綴械、特に内燃機関であって、少なくとも１つのシリン ダと該シリンダ内を軸方向摺動するピストンとが設けられていて、該ピストンが 上方の連接棒区分と、回転ジヨイントを用いてこの上方の連接棒区分に結合され た下方の連接棒区分とを介してクランク軸と連結されておシ、両連接棒区分が、 回転ジヨイントに係合する旋回レバーによって、機関に対して不動に調節可能な 軸に支持されている形式のものに関する。

内燃機関（ＤＥ−ＰＳ３０３０６１５）において、ピストンとクランク軸とを、 互いに枢着結合された２つの連接棒区分によって互いに連結することは公知であ る。さらにこの内燃機関では、両連接棒区分のための共通な回転ジヨイントに係 合する旋回レバーが用いられておシ、この旋回レバーは他端で可変に調節可能な 偏心体に支持されている。この内燃機関では両連接棒区分と旋回レバーとの動力 学によって、上死点におけるピストンの滞在時間が延長され、ひいてはトルク経 過が改善されている。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の内燃機関において異なった燃料への適合の ため並びに出力上昇のための手段を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、上方の連接棒区分がピストンとは 反対側の端部に、両連接棒区分の共通の回転ジヨイントを越えて延びた軸方向の 延長部を有しておシ、旋回レバーが連接棒区分側の端部で延長部に枢着結合して いるようにした。機関ブロックにおける旋回レバーのための支持軸が偏心的に構 成されていて、半径方向ないし半径方向及び軸方向に調節可能であると有利であ る。このように構成されていることによって、両連接棒区分のための共通の回転 ジヨイント及び上方の連接棒区分と旋回レバーとの回転ジヨイントが、分割され た２つの運動軌道に位置するようになシ、この結果、等しいピストン運動距離に おけるピストン加速が減じられ、かつ大きなレバーアームの構成によってトルク が高められる。連接棒区分及び旋回レバーのこの運動力学によって、最も有効な りランク軸位置にその都度最も有効なトルクをシフトさせることができ、これに よって短い点火過程、少ない燃料消費、ひいては内燃機関の静かな運転を伴う柔 かい燃焼が生せしめられる。これに加えてピストン側圧の低下、機関加熱の低減 及び摩耗の減少も達成される。連接棒区分及び旋回レバーの本発明による構成は もちろん同様にオツトー機関及びディーゼル機関においても、ピストン駆動され る任意の作業機械例えばコンプレッサ又はポンプにおいても使用することができ る。

下方の連接棒区分の長さが上方の連接棒区分の長さの約１．３倍であシ、両連接 棒区分の全長が、ピストンの上死点における、上方の連接棒区分のピストン側の 連接棒軸受と、下方の連接棒区分のクランク軸側の連接棒軸受によって描かれる 円との間の間隔よりも約３チ長く設定されておシ、旋回レバーの長さが、上方の 連接棒区分のほぼ１．２倍の長さで構成されておシ、シリンダ軸線からの旋回レ バーの枢着部位の半径方向間隔が、上方の連接棒区分の長さの約１．０倍に設定 されておシ、シリンダ軸線への軸受の投影図の基点がクランク軸軸線から、ピス トンの上死点におけるクランク軸軸線と上方の連接棒区分のピストン側の連接棒 軸受との間の間隔の約１／３に相当する間隔を有していると、動力及び作業機械 の特に有利な構成を得ることができる。これによって保証される、上死点におけ るピストンの比較的長い滞在時間によシ、燃料の燃焼とピストン運動とを互いに 最適に調和させることができ、この場合燃焼は上死点において始まる。噴射間隔 を遅い時点に向かってこのようにシフトさせることは、ピストンがその上死点位 置の範囲に比較的長く滞在することによって可能になる。これによってまた、点 火遅れが機関のための温度及び圧力負荷と共に減じられる。

実験によればさらに、同じ出力を維持しながら燃料を著しく節減できることが判 明した。結局、ピストン速度が可変でかつその都度の燃料に適合可能であること に基づいて、種々異なった燃料を使用することも可能になった。実験によれば、 上述のような運動性を備えたディーゼル機関は切換え手段及び出力降下なしにベ ンジンによっても運転できることがわかった。さら、に、減じられたピストン負 荷に基づいて弱く構成された又は軽量のピストンを使用することも可能である。

動力又は作業機械の構成においてはさらに、上方の連接棒区分がフォーク状に構 成されていて、転受円板を回動不能にしつかシと保持しておシ、該軸受円板に、 下方の連接棒区分がクランク軸とは反対側の端部で枢着され、かつ旋回レバーが 支持軸とは反対側の端部で枢着されている。この場合上方の連接棒区分のフォー ク端部が凹面切除部を有していて、該凹面切除部から軸受円板が突出しておシ、 軸受円板の周面が下方の連接棒区分を同心的に支持していて、凹面切除部の範囲 を延びている軸受円板部分が、旋回レバーと偏心的に枢着結合されていると有右 である。これによって簡単に、上方の連接棒区分において必要な軸方向の延長部 と、連接棒区分によって形成された連接棒のためのスマートな構造形式とを得る ことができ、ひいては連接棒区分及び旋回レバーを多シリンダ機関においてもス ペースを節減して取り付けることができる。さらに、支持軸は機関ブロックに配 置されているか又は機関ブロックの外部に配置されている。後者の構成の場合に は旋回レバーは支持軸との結合のために、機関ブロック壁における切欠きを貫通 している。動力及び作業機械における改善された質量バランスのために有利な構 成によれば、上方の連接棒区分が縦中心平面において対称的に、条片状のウェブ と、該ウェブの、ピストンとは反対側の端部に配置された円筒区分とを不動に有 していて、該円筒区分の、両側においてウェブから突出している部分に、下方の 連接棒区分のり、ング部分が支承されておシ、ウェブ平面における円筒区分とリ ング部分の間における下方の連接棒区分とに切欠きが設けられていて、該切欠き が、円筒区分に円筒区分軸線から間隔をおいて偏心的に支承されたピンによって 横方向に貫通されておシ、該ピンに旋回レバーが一端で係合している。このよう に構成されていると、特に上方の連接棒区分、ピン及び旋回レバーの重量が上述 の構成における重量の約１／３に節減されるのみならず、ウェブは限度内におい て曲げ負荷を受容しかつ補償することができる。さらに連接棒のスマートな構造 が得られるので、クランク軸のいずれにせよ軽量のノＺランスウェイトをスペー スを節減して構成することができる。さらに、下方の連接棒区分が部分長さにわ たって、フランジ部材例えばねじを用いて互いに結合された半部によって形成さ れていて、両半部がピストン側の端部にそれぞれリング部分を有しておシ、両連 接棒区分半部の共通の幅が、円筒区分の軸方向長さと同じか又はそれよシも小さ い。下方の連接棒を分割することは連接棒区分及び旋回レバーのための前提条件 を与える。

また、下方の連接棒区分の両リング部分が、ニードル軸受を用いて上方の連接棒 区分の部分に支持されていると、特に有利である。ピンの不都合な軸方向運動を 防止するための保持部材を回避するために、ピンはプレス嵌めて旋回レバーによ って把持されていて、該旋回レバーを用いて摺動不能に円筒区分内に保持されて いる。さらにまた、旋回レバーが円筒区分とは反対側の端部で、回転可能な円板 に偏心的に構成された軸に支承されていることによって、旋回レバーの有効長さ を不変に構成することができる。

次に図面につき本発明の詳細な説明する。

第１図は動力又は作業機械を概略的に示す断・面図、第２図は動力又は作業機械 を示す断面図、第３図は連接棒区分及び旋回レバーを部分的に示す側面図、第４ 図及び第５図は特性を示す線図、第６図は別の実施例による連接棒区分及び旋回 レバーの断面図、第７図は第６図に示した連接棒区分及び旋回レバーの側面図、 第８図は上方の連接棒区分を示す断面図、第９図は下方の連接棒区分を示す正面 図、第１０図は旋回レバーを示す正面図である。

第１図には例えば、内燃機関のシリンダが符号１で示されておシ、このシリンダ はピストン２を摺動可能に受容している。シリンダ１は実施例では上端部におい てプレート状のシリンダヘッド３によって閉鎖されている。燃料及び空気ないし 混合気を供給するため並びに燃焼ガスを排出するための装置は、図面を見易くす るために図示されていない。

ピストン２はピストンピン４を受容し、このピストンピンには上方の連接棒区分 ５がその上方の軸受６で旋回運動可能に係合している。連接棒区分５はフォーク 状に構成されていて、この連接棒区分５の脚７は自由端部の範囲においてピン８ を用いて軸受円板９を保持している。この軸受円板には下方の連接棒区分１０の 上端部が枢着されていて、この連接棒区分はその下方の軸受１８でクランク軸１ １に係合している。脚７は凹面切除部１２を有していて、軸受円板９はこの凹面 切除部から突出している。軸受円板９にはピン１３を用いて旋回レバー１４の一 方の端部１４“が枢着結合しておシ、旋回レバー１４はその他方の端部１４′で 、支持軸１５に偏心的に配置された軸受１６において旋回可能に支持されている 。特に第１図及び算３図かられかるように、上方の連接棒区分５における旋回レ バー１４のための枢着部位は、両連接棒区分５．１０の共通の枢着部位を越えて 延長分２７だけ外に延ばされている。従って支持軸１５の回動によって軸受１６ の位置ひいては旋回レバー１４の有効長さを変えることができる。

第１図ではピストン２は上死点に位置している。ピストン２の下降運動時にピス トン側の連接棒軸受６はシリンダ軸線２２に沿って運動し、軸受円板９は円弧１ ７の形の運動軌動に沿って運動する。この番台ピン１３は別の円弧軌道２１に沿 って運動する。同時にクランク軸及びクランク軸側の軸受１８は矢印１９の方向 に回転する。ピストン２の下死点における連接棒区分５．１０及び旋回レバー１ ４の位置変化は、破線に相当している。クランク記り１」の転受１８の対応する 位置は符号ＵＴで示されている。図面かられかるように、上死点からのピストン ２の下降運動時に軸受円板９のための運動軌道１７はシリンダ＠線２２に接近し 、ピストン２の下降”Ａ−Ｇ２がさら１・こ続くとこのシリンダ軸線２２と交差 する。これてよって、ピストン２が上死点からの運動時にまず初めゆつ〈シとし か上死点から離されないのに対して、クランク軸側の連接棒軸受１８はこの際に 既に比較的大きなりランク軸角を実行し、下方の連接棒区分１０は、大きなトル クを伝達できる位置に達する。この関係は第３図及び８４図に示された特性曲縁 から知ることができる。第４図には、本発明による構成の内燃機関におけるトル ク経過が実線２３で示されている。この場合横軸にはクランク軸の３６０°にわ たる回転角が、そして縦軸には一定のピストン上昇圧力のために算出されたトル ク値がとられている。破線２４は汎用の比較５関におけるトルク経過を示してい る。この場合最大トルクは実線２３ではクランク軸回転角が約４５°の場合に、 そして破線２４ではクランク軸回転角が約６５°の場合に得られる。実線２５が 本発明による内燃機関に相当しかつ破線２６が汎用の比較機関に相当する、クラ ンク軸回転角とピストン移動距離との関係を示す第３図に、上記の値を当て嵌め ると、比較機関（線２６）においてはピストン２は早く上死点を去シ、そして遅 く再び上死点に達するということ、つまシ本発明による構成のピストン２（線２ ５）に比べて全体として極めて短い間しか上死点位置の範囲に滞在しないという ことがわかった。

連接棒及び旋回レバーに関して請求されたような運動形式を有する機関運転時の 測定から、本発明による機関では燃料消費を４０チ節減できる、つまり相応に高 い出力が得られるということが示された。これに加えて排ガスは有害成分をよシ 少なくしか含有していない。排ガスにおいて酸化窒素分は約５５％、そしてすす 粒子分は約７５％減る。既に述べたように、ピーク圧も比較的わずかなものが生 じ、短い点火遅れによって柔らかい燃焼つまシはぼ定容燃焼が得られる。これに よって内燃機関の運転は静かになる。内燃機関の運転はディーゼル燃料、ベンジ ン又はその他の、植物油のような劣等の燃料によっても行うことができる。さら に機関は全体としてあまシ熱くならないので、小型化された冷却系を使用するこ とができる。実験によれば、場合によっては水冷なしに機関を運転できることが わかった。増大された機関オイル量及び非常用のオイル冷却装置は、減じられた 熱量を連行するのに十分であると思われる。これによって冬期運転時における凍 結防止に関する利点も得られる。

第６図〜第１０図に示された実施例では、上方の連接棒区分３０はその上方の軸 受３１でピストンピン３２に支承されていて、ピストンとは反対側の端部に円筒 区分３３を有している。転受３１と円筒区分３３とは、上方の連接棒区分の縦中 心軸線に対して対称的に延びたウェブ３４によって互いに結合されている。円筒 区分３３の部分３３’、３３“には、軸受３４でクランク軸１１と結合された下 方の連接棒区分３５のリング部分３６　、３６’が支承されている。軸受３１、 部分３３’、３３“及び軸受３４はニードル軸受４３を受容している。円筒区分 ３３及び部分３３′と３３“との間には切欠き３８　、３８’が設けられておシ 、との切欠きを貫いて旋回レバー３９が係合している。旋回レバー３９は、部分 ３３’、３３“内において回転可能に案内されたピン４０をプレス嵌めによって 把持し、他方の端部３９′で機関ケーシングに対して不動な支持、例えば回転調 節可能な円板４４に偏心的に配置されたピン４１に支持されている。上方の連接 棒区分３０において延長分２７を形成するために、ピン４０の中心軸線は第６図 〜第１０図の実施例では円筒区分３３の中心軸線に対してずらされている。連接 棒区分３０．３５の構成によって、重量を軽減された特に細い連接棒区分３０． ３５を得ることができ、この結果連接棒に対するクランり祁１１の有利な案内及 び好都合な質量補償を達成することができる。そして上方の連接棒区分３０のウ ェブ３４は両側に空間４５を生ぜしめ、雨空間を利用して、例１えばバランスウ ェイトのようなりランク軸部分を通すことができる。さらに旋回レバー３９は縦 中心平面の範囲において連接棒区分３０．３５に係合しておシ、これによって旋 回レバー３９及び連接棒区分３０．３５における旋回モーメントが防止されてい る。

もちろん、旋回レバー３９を支持するピン４１の代わシに、旋回レバー３９のた めの支持部材として回転する軸を使用することもできる。

下方の連接棒区分３５は実施例では、クランプ部材例えばねじ４４によって互い に合わされて保持された半部３５’、３５“によって形成されている。突出した 端部を回避するために、ねじヘッド４７及びクランプ部材のナツト４８を受容す るための凹所４３が設けられている。

国際調査報告 国際調査報告 Ｅρε８００３６７ ＳＡ　２２６２９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．動力又は作業機械、特に内燃機関であつて、少なくとも１つのシリンダと該 シリンダ内を軸方向摺動するピストンとが設けられていて、該ピストンが上方の 連接棒区分と、回転ジョイントを用いてこの上方の連接棒区分に結合された下方 の連接棒区分とを介してクランク軸と連結されており、両連接棒区分が、回転ジ ョイントに係合する旋回レバーによつて、機関に対して不動に調節可能な軸に支 持されている形式のものにおいて、上方の連接棒区分（５，３０）がピストン（ ２）とは反対側の端部に、両連接棒区分（５，１０；３０，３５）の共通の回転 ジョイント（９，３３）を越えて延びた軸方向の延長部（２７）を有しており、 旋回レバー（１４，３９）が連接棒区分（５，１０；３０，３５）側の端部（１ ４′′，３６，３６′）で延長部（２７）に枢着結合していることを特徴とする 、動力又は作業機械、特に内燃機関。 ２．機関ブロックにおける旋回レバー（１４，３９）のための支持軸（１５，４ １）が偏心的に調節可能に構成されている、請求項１記載の動力又は作業機械。 ３．支持軸（１５，４１）が半径方向に調節可能である、請求項２記載の動力又 は作業機械。 ４．支持軸（１５，４１）が半径方向及び軸方向に調節可能である、請求項２又 は３記載の動力又は作業機械。 ５．下方の連接棒区分（１０）の長さが上方の連接棒区分（５）の長さの約１． ３倍であり、両連接棒区分（５，１０）の全長が、ピストン（２）の上死点にお ける、上方の連接棒区分（５）のピストン側の連接棒軸受（６）と、下方の連接 棒区分（１０）のクランク軸側の連接棒軸受（１８）によつて描かれる円との間 の間隔よりも約３％長く設定されており、旋回レバー（１４）の長さが、上方の 連接棒区分（５）のほぼ１．２倍の長さで構成されており、シリンダ軸線（２２ ）からの旋回レバ−（１４）の枢着部位の半径方向間隔が、上方の連接棒区分（ ５）の長さの約１．０倍に設定されており、シリンダ軸線ヘの軸受（１６）の投 影図の基点がクランク軸軸線から、ピストン（２）の上死点におけるクランク軸 軸線と上方の連接棒区分（５）のピストン側の連接棒軸受（６）との間の間隔の 約１／３に相当する間隔を有している、請求項１記載の動力又は作業機械。 ６．上方の連接棒区分（５）がフォーク状に構成されていて、軸受円板（９）を 回動不能にしつかりと保持しており、該軸受円板に、下方の連接棒区分（１０） がクランク軸（１１）とは反対側の端部で同心的にかつ旋回レバ−（１４）が支 持軸（１５）とは反対側の端部で偏心的に枢着されている、請求項１記載の動力 又は作業機械。 ７．連接棒区分のフォーク端部が凹面切除部（１２）を有していて、該凹面切除 部から軸受円板（９）が突出しており、軸受円板（９）の周面が下方の連接棒区 分（１０）を支持していて、凹面切除部（１２）の範囲において旋回レバ−（１ ４）が軸受円板（９）と枢着結合されている、請末項６記載の動力又は作業機械 。 ８．支持軸（１５）が機関ブロックに配置されている、請求項１記載の動力又は 作業機械。 ９．支持軸（１５）が機関ブロックの外部に配置されている、請求項１記載の動 力又は作業機械。 １０．上方の連接棒区分（３０）が縦中心平面において対称的に、条片状のウエ ブ（３，４）と、該ウエブの、ピストンとは反対側の端部に配置された円筒区分 （３３）とを不動に有していて、該円筒区分の、両側においてウエブ（３４）か ら突出している部分（３３′，３３′′）に、下方の連接棒区分（３５）のリン グ部分（３６，３６′）が支承されており、ウエブ平面における円筒区分（３３ ）とりング部分（３６，３６′）の間における下方の連接棒区分（３５）とに切 欠き（３８，３８′）が設けられていて、該切欠きが、円筒区分（３３）に円筒 区分軸線から間隔をおいて偏心的に支承されたピン（４０）によつて横方向に貫 通されており、該ピンに旋回レバー（３９）が一端で係合している、請求項１記 載の動力又は作業機械。 １１．下方の連接棒区分（３５）が部分長さにわたつて、クランプ部材（４４） を用いて互いに結合された半部（３５′，３５′′）によつて形成されていて、 両半部がピストン側の端部にそれぞれリング部分（３６，３６′）を有しており 、両連接棒区分半部（３５′，３５′′）の共通の幅が、円筒区分（３３）の軸 方向長さと同じか又はそれよりも小さい、請求項１０記載の動力又は作業機械。 １２．下方の連接棒区分（３５）の両リング部分（３６，３６′）が、ニードル 軸受（４３）を用いて上方の連接棒区分（３０）の部分（３３′，３３′′）に 支持されている、請求項１０記載の動力又は作業機械。 １３．ピン（４０）がプレス嵌めで旋回レバー（３９）によつて把持されていて 、該旋回レバーを用いて摺動不能に円筒区分（３３）内に保持されている、請求 項１０記載の動力又は作業機械。 １４．旋回レバー（３９）が円筒区分とは反対側の端部で、回転可能な円板（４ ４）に偏心的に構成された軸（４１）に支承されている、請求項１記載の動力又 は作業機械。