JPH06504347A - 往復動ピストン機械のためのピストン懸架装置 - 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】 往復動ピストン機械のためのピストン懸架装置往復動ピストン機械、例えば４サ イクル・ピストン機関におけるピストンの傾倒遊びは、以前から知られていて、 研究されている。これについて例えば、Ｃａｒｌ　Ｒｉｅｄｅｌ著 ｒＫｏｎｓｔｒｕｋｔｉｏｎ　ｕｎｄ　Ｂｒｅｃｈｎｕｎｇ　ｍｏｄｅｒｎｅｒ 　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌ−ｕｎｄ　ＫｒａｆｔｒａｄｗｏｔｏｒｅｎＪ　第２版、 ベルリン　１９３１年、第１４１頁、第１４４図参照。

往復動ピストンにおける傾倒遊びによって生ぜしめられる力を補償するためには 、潤滑剤を使用するのみならず、構造的な措置を講する必要がある。

４サイクル・往復動ピストン機関ではピストンは、上下方向に運動するのみなら ず、連接棒平面において横方向にも運動する。この場合ピストンは、作業サイク ル毎につまりクランク軸の２回転毎に、６回も、該ピストンが押圧するシリンダ 側を取り替える。この際に生じる摩擦は、機械的な摩擦損失の約５０〜７５％で ある。この際に生じる力と材料に対する該力の作用とを和らげるために、機関構 造においては、特に、横方向にずらされた軸が提案されている。この場合クラン ク軸は、正確にピストンの真下に位置しているのではなく、幾分横方向にずらさ れている。

同様にまた、ピストンピンの軸線をずらすことも公知であり（ドイツ連邦共和国 特許出願公開第２７５１９３２号明細書）、このように構成されていると、サイ ド交番時における衝撃は弱（なり、ピストンはローリングする。そしてこれによ り、ピストンの横方向力を和らげることができる。しかしながらこの場合、残っ た横方向力は、シリンダ里におけるピストンの食いつきを回避する潤滑膜によっ て吸収されねばならないピストンの横方向力を和らげる別の公知の手段は、特に 複動式に作用する蒸気機関ピストンにおいて使用されるクロスヘッドを用いたピ ストン懸架装置である案内される複数のロッドにピストンが懸架されているよう な構造もまた公知であり、この場合ロッドは、直線軸受において運動しかつ片側 においてクロスヘッドで終わっている。このような構造は、特に蒸気機関車にお いて使用された。

上に述べたこの構造では、作業室又は該作業室に接続する室において、潤滑が行 われている。

上に述べたすべての構造は、実際には潤滑剤なしには機能することができない。

Ｒ，Ｊ、　ＭＥＩＪＥＲによってｒ　Ｐｈｉｌｉｐｓ−Ｒｈｏｍｂｅｎｇｅｔｒ ｉｅｂｅＪという名称で公知になった構造（ドイツ連邦共和国特許出願公告第１ ０８０３５１号明細書）は、ピストンの作業室においてほとんど潤滑を必要とし ない。しかしながら、歯車によって生ぜしめられる、菱形伝動装置の著しく大き な摩擦を和らげるために、歯車は潤滑されるか又はグリスを塗られる。そこで、 潤滑剤のない作業室の使用が望まれている場合には、ピストンはクランクケーシ ングを作業室に対してシールする必要がある。

同様なことは、クランクループを備えたＦ　Ｉ　ＣＨＴによる連接棒装置に対し ても言える。ピストン懸架装置もＰｈｉｌｉｐｓ−Ｒｈｏｍｂｅｎｇｅｔｒｉｅ ｂｅもＦ　Ｉ　ＣＨＴによる連接棒装置も、１つのポイントにおいてしか可動で ない連接棒を用いた伝動機構に基づいて、ピストンの小さな傾倒遊びしか有して いない。

ピストンの両側における直線的に案内されるピストンロッドを用いたピストン支 承形式を除いて、公知のすべてのピストン懸架装置には、１つの回転中心におい て支承された可動の固定によって生せしめられるピストンの傾倒遊びが存在して いる。すなわち、ピストンはシリンダ壁に対して遊びを有していて、シリンダ壁 に向かって運動することができる。この運動は多くの場合回転運動であり、この 回転運動は、ピストン懸架装置自体における、力を取り出す部分の回転可能な支 承部によって生ぜしめられる。菱形伝動装置を備えた構成では、傾倒遊びは、歯 車の歯列における遊びに制限されており、この場合この遊びは、レバー効果によ って、歯車の係合ポイントからピストンにおける三角ポイントに至るまで、相応 に増幅される。

ピストンの両側にピストンロッドを備えた構成では、この遊びはピストンロッド の支承遊びに制限される。しかしながらこのピストンロッド支承装置は、作業室 に向かってシールすることが困難であり、比較的高い摩擦損失を有している。

上に述べたすべての構成では、ピストンもしくはピストンロッドの食いつきを回 避するために、これらの部材の潤滑が不可欠である。

例えばフランス国のＤｕｐｏｎｔ社のｒＶｅｓｐｅｌＪという名前で使用される 、例えばポリイミドによる乾式の滑り支承装置を、潤滑の代わりに用いることは 、実地において今のところ良好でないことが判明している。この場合には傾倒遊 びによって、大きな摩耗が生ぜしめれ、この結果、ある程度の時間経過後にシー ル性が失われてしまう。

つまり、潤滑剤なしに機関として長時間にわたって作動することのできるピスト ン機械は、今まで存在していない。乾式運転方式のピストンポンプにおいても同 様にこのような問題は存在しており、この場合、機関における圧力ピークに比べ て著しく小さな圧力しか発生せず、このような小さな圧力は摩耗に対して有利で あるにもかかわらずである。

ゆえに本発明の課題は、従来公知の、機関又はポンプとして働く往復動ピストン 機械のためのピストン懸架装置を改良して、ピストンとシリンダとの間における 遊びを小さくすることができ、この結果ピストンとシリンダとの間における潤滑 が不要であり、乾式のシールリングにはもはや問題になるような摩耗が発生せず 、しかもピストンケーシング又はピストンガイドロッドのシールを省くことがで きるような、往復動ピストン機械のためのピストン懸架装置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、往復動ピストン機械のためのピス トン懸架装置、特に、内燃機関又はポンプのためのピストン懸架装置であって、 シリンダ毎に１つ又は２つのピストンを備えており、各ピストンのために、それ ぞれ連接棒又は菱形部材とクランクとから成っている１つ又は２つの力伝達装置 を備えている形式のものにおいて、連接棒とクランクとから成っている少な（と も１つの第３の力伝達装置が設けられており、この場合付加的なりランク軸の軸 線が、第１及び第２の力伝達装置のためのクランク軸の軸線と合致していないよ うにした。

本発明の有利な構成では、円板形状のピストン・支承リングが設けられており、 該ピストン・支承リングに、ピストンが一端で支承され、かつ連接棒が支承され ている。

本発明の別の有利な構成では、ピストン・支承リングに、ピストン形状に相当す る切欠きが設けられており、該切欠きの直径が、ピストンの直径よりも幾分大き く設定されていて、この結果ピストンがピストン・支承リングを通して取付は可 能及び取外し可能である本発明のさらに別の構成では、クランク軸を備えていて いわば三脚を形成する３つの連接棒が設けられている。

図面には本発明の複数の実施例が示されている。

第１図は、３つの連接棒とクランク軸とによって支承された往復動ピストンを示 す斜視図である。

第１Ａ図は、ただ１つの連接棒に支承されているピストンを、この場合に作用す る力ベクトルと共に示す図である。

第２図は、第１図に示されたピストン支承装置だけを取り出して示す斜視図であ る。

第３図は、８つの連接棒とクランク軸とによって支承された往復動ピストンを示 す斜視図である。

第４図は、第３図に示されたピストン支承装置だけを取り出して示す斜視図であ る。

第１図及び第２図に示された第１実施例では、往復動ピストン機械のピストン１ の懸架装置が示されており、この場合ピストン１は３つの連接棒２１．２２゜２ ３に支承されている。連接棒２１．２２．２３はこの実施例ではすべて等しい長 さを有していて、３つのクランク３１．３２．３３に使用されている。クランク ３１．３２．３３のクランク軸３４．３５．３６は、同一直線上に位置している のではなく、例えば菱形伝動装置におけるように、互いに結合されている必要は ない。これによって往復動ピストン１は、昇降運動の各ポイントにおいて、ピス トン１とシリンダ壁との間における摩擦に関して、はぼ遊びなしに支承されてい る。そしてこの場合遊びは軸受誤差に制限されている。クランク軸３４，３５． ３６は、同一平面に位置している必要も、互いに対して平行に位置している必要 もない。また、少なくとも３つのクランク３１．３２．３３のクランクスローは 異なっていてもよい。

第１Ａ図に示されているように、ピストン１の下降運動時にピストン１に作用す る力Ａから、連接棒２１によってカモーメントＤがクランク３１に伝達される。

ピストン１の運動方向に対して垂直な、クランク３１に作用するカモーメントＣ に対しては、ピストン１に反力Ｂが生じており、この反力Ｂは、ピストン１を同 様にその運動方向に対して垂直に、しかしながら反対の方向に変向させるように 、作用する。これらの力は第１Ａ図に示されている。この反力Ｂに基づいて、汎 用のピストン懸架装置では摩擦が生ぜしめられる。

本発明ではこの力は、２つの連接棒３２．３３の反力によって捕捉されて完全に 相殺される。横方向に作用する力及びピストン１の運動方向に対して垂直に作用 する力は、ピストン１においては発生しない。これらの力はいまやクランク軸３ ４，３５．３６に伝達され、もはやピストン１とシリンダとの間における摩擦を 生ぜしめない。さらに付言すると、従来の１つのクランク軸に対して３つのクラ ンク軸３４，３５．３６を設けることによるコストの増大という欠点は、クラン ク３１，３２．３３のクランクスローを、ストロークよりも小さく保つことがで きるという利点によってカバーされる。また、個々のクランク軸３４．３５．３ ６が受ける負荷も比較的小さい。これにより、クランク軸３４，３５．３６及び その支承部を簡単化することができる。

第２図には、第１図に示されたピストン保持装置が、ピストン１を外した状態で 示されている。この第２図から分かるように、ピストン１はその下端部において 支承リング３７によって取り囲まれて、緊定されている。支承リング３７が開放 された状態で、ピストン１はこの支承リング３７を通して下方に向かって引き抜 かれ、そして交換することができる。

より簡単な機関構造を得るためには、互いに平行に延びているクランク軸を選択 すると有利である。そこで第３図に示された第２実施例では、４つのクランク軸 ５１．５２，５３．５４と４つに分割された連接棒６１〜６８とを備えたピスト ン懸架装置が示されている。

この実施例では４つのクランク軸５１．５２．５３．５４はすべて同一平面に位 置している。８つのクランク４１〜４８のクランクスローは、ストロークのほぼ １／３である。連接棒６１〜６８は分割されていて、２つの平面に位置している 支承リング７１．７２は、付加的な安定性を得るために、ピストン１の外側に離 れて該ピストン１に固定されている。

クランク軸５１，５２．５３．５４は、ピストン中心軸線に対して横方向にずら されていること及び力が分散されていることに基づいて、より小さな寸法を有す ることができる。クランク軸５１．５２．５３．５４が横方向にずらされている ことによって、さらにまた、クランク４１〜４８のクランクスローも小さくなる 。ピストン中心軸線に対して横方向に位置しているクランク軸５１．５２．５３ ．５４によって、クランク軸５１．５２．５３．５４に対して作用する力はより 有利なものになる。連接棒６１〜６８は汎用の往復動ピストン機械ではピストン １の上死点と下死点とにおいては最大部分が半径方向でクランク軸に作用する場 合、このことは本発明では振れの大きさに応じて明らかに有利である。接線方向 の力は、クランク軸に対して半径方向に作用する力を明らかに上回っている。

力の分散とクランク軸の横方向におけるずれとによって、半径方向における作用 の代わりに、連接棒６１〜６８からクランク軸５１，５２，５３．５４に作用す る力は、接線方向に作用するようになる。このことに基づいて、連接棒支承部及 びクランク軸支承部にはころがり軸受を設けることができる。例えば、カプセル 化されたころがり軸受を使用する場合には、クランク軸複合体を潤滑することは もはや不要になる。従ってこのように構成された往復動ピストン機械は、いかな る強制潤滑をも必要としない。

ピストン１をこのように遊びなしに支承することによって、乾式運転が可能であ るシール部材を使用することが可能になる。そしてこのようなシール部材は、あ る程度の運転時間の後では、機関の故障又はシール性の欠如を生せしめるような 摩耗にはもはやさらされない。

このような形式のピストン懸架装置の別の利点としては、次のことがある。すな わちこの場合には、ピストン１をクランク軸のそばを通過させてクランク軸ケー シングの底部を貫いて、取付け・取外しを実施することが可能である。このこと を可能にするために、ピストン１は分割されている。この場合には連接棒６１〜 ６８が固定されているピストン部分が、本来のピストンの懸架部である。

第４図には、第３図に示されたピストン懸架装置が、ピストン１の取り外された 状態で□示されている。この第２実施例では、ピストン１はその下端部において 、２つの平面に位置している２つの支承リング７１゜７２によって、特に傾倒を 防止されて取り囲まれて緊定されている。支承リング７１．７２が開放されてい る状態において、この実施例においてもピストン１は下方に向かって支承リング ７１．７２を通して引き出され、そして交換することができる。

第１図〜第４図に示されている連接棒の配置形式によって、本来のピストン１を 極めて短時間のうちに、機関又はポンプから取り外し、そして再び取り付けるこ とが可能である。これによって、ピストンシールリングの交換は極めて簡単にな る。それというのはこの場合、ピストンを単独部品として簡単に取り出すことが できるからである。

ピストンはねじ山、差込み継ぎ手、ねじ又はその他の技術的に公知の方法を用い て、支承リング３７にもしくは支承リング７１．７２に又はピストン懸架装置に 固定することができる。

本発明ではまた、例えば、１つのシリンダ内において逆向きに又はずらされて運 動する２つのピストンが設けられている場合には、複数のピストンを１つのクラ ンク軸ユニットに取り付けることも可能である。同様にまた、連接棒の数を任意 に増すことも可能である国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．往復動ピストン機械のためのピストン懸架装置、特に、内燃機関又はポンプ のためのピストン懸架装置であって、シリンダ毎に１つ又は２つのピストンを備 えており、各ピストンのために、それぞれ連接棒又は菱形部材とクランクとから 成っている１つ又は２つの力伝達装置を備えている形式のものにおいて、連接棒 （２３）とクランク（３３）とから成っている少なくとも１つの第３の力伝達装 置が設けられており、この場合付加的なクランク軸（３３）の軸線が、第１及び 第２の力伝達装置のためのクランク軸（３１，３２）の軸線と合致していないこ とを特徴とする、往復動ピストン機械のためのピストン懸架装置。 ２．少なくとも１つのピストン・支承リング（３７，７１，７２）が設けられて おり、該ピストン・支承リング（３７，７１，７２）に、ピストン（１）が一端 で支承され、かつ連接棒（２１，２２，２３；６１〜６８）が支承されている、 請求項１記載のピストン懸架装置。 ３．ピストン・支承リング（３７，７１，７２）に、ピストン形状に相当する切 欠きが設けられており、該切欠きの直径が、ピストン（１）の直径よりも幾分大 きく設定されていて、この結果ピストン（１）がピストン・支承リング（３７， ７１，７２）を通して取付け可能及び取外し可能である、請求項２記載のピスト ン懸架装置。 ４．クランク軸（３１，３２，３３）を備えていて三脚を形成する３つの連接棒 （２１，２２，２３）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記 載のピストン懸架装置。