JPH08510810A - ピストン／連接棒組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ピストン／連接棒（１０）は、ピストン（１４）を支持する連接棒（１１）を含む。連接棒（１１）は、ピストン端部（１３）を有する。ピストン（１４）は、連接棒（１１）のクランク端部（１２）の所定の角移動に応じて連接棒（１１）が旋回する間、ピストン端部（１３）から離れる方向にピストンが移動するように、連接棒（１１）上に支持される。これにより、燃焼相中の圧縮比を維持すると共に、ピストンの降下に先立つピストン（１４）のドエル期間を増大させる。

Description

【発明の詳細な説明】 ピストン／連接棒組立体 発明の分野 本発明は、内燃機関に関し、特に、ピストンと連接棒との間の新規な相互接続 手段を採り入れた、ピストン組立体に関する。 発明の背景 内燃機関における点火は、ピストンが「上死点」に達する直前に行われる。ま た、燃焼時には、燃焼室内の混合気が相当に膨張する。 従って、燃焼は、できるだけ高圧で起こることが有利である。機関は、通常、 圧縮比を８：１乃至９：１に設計される。しかしながら、ピストンが降下してい るときでも燃焼はなお続いているので、燃焼室内の圧力は、最適値から低下する 。この結果、燃料の不完全燃焼が生じ、出力損失や環境汚染を招く。 上述した問題に取り組んだピストン／連接棒組立体は、国際出願ＰＣＴ／ＣＡ ９２／００５２２号に開示されている。ここでは、ピストン棒の上端部には、ピ ストン頭部の下側に係合する突出部が形成される。連接棒が角回転すると、ピス トンは、連接捧の他端から離れる方向に移動する。 同様のかかる機構は、米国特許第１４３１６１７号、同第４５１５４４１号、 同第２２６０２４０号、及び同第２５７４９３４号に開示されている。 発明の目的 本発明の目的は、従来技術のピストン組立体に係る欠点を実質的に改善すると 共に、従来のピストン／連接棒組立体の構造に対して意義のある代替物を提供す ることにある。 発明の概要 ここに、内燃機関用のピストン／連接棒組立体が開示され、該組立体は、 ピストン頭部を有するピストンと、 ピストン端部とクランク端部とを有する連接棒と、 前記ピストン端部に対して前記ピストンが所定の角度相対的に回動する間、前 記頭部を前記ピストン端部から離れる方向に長手方向に移動させる当接面と、 を備えている。 図面の簡単な説明 図１は、連接棒及びピストンの概略側面図、 図２は、図１の連接棒及びピストンの概略断面端面図、 図３は、連接棒のピストン端部とピストンカム面に軸受を取り付けた、ピスト ン及び連接棒の横断面図、 図４は、図３に示した装置の、線１−１に沿った横断面図、 図５は、本発明の教示に係るピストン保持手段を採り入れた、ピストン及び連 接棒の横断面図、 図６は、図５に示した装置の、線３−３に沿った横断面図、 図７は、ピストン内に鉤状保持器を採り入れた、本発明の教示に係るピストン 及び連接棒の横断面図、 図８は、図６に示した装置の、線５−５に沿った横断面図、 図９は、図５及び図６に示した保持器の側面図、 図１０は、連接棒及びピストンの概略側面図、 図１１は、図１０の連接棒の概略断面端面図、 図１２は、連接棒及びピストンの概略断面側面図、 図１３は、図１２の連接棒及びピストンの概略断面端面図、 図１４は、連接棒及びピストンの概略断面側面図、 図１５は、図１４の連接棒及びピストンの概略断面端面図、 図１６は、図１４の連接棒及びピストンの概略部分分解組立図、 図１７は、連接棒及びピストンの概略側面図、 図１８は、図１７の連接棒及びピストンの概略端面図、 図１９は、図１７及び図１８の連接棒の概略部分分解斜視図、及び 図２０は、図１７及び図１８の連接棒及びピストンの概略断面側面図である。 本発明の最良の形態及び他の実施例 添付各図面において、ピストン／連接棒組立体１０の概略が示されている。組 立体１０は連接棒１１を含み、連接棒１１は、クランク軸に係合するクランク端 部１２と、ピストン端部１３とを有する。連接棒１１は、ピストンピン１５を介 して、ピストン１４に取り付けられている。ピストンピン１５は、ピストン１４ と連接棒１１の間の角旋回移動のみならず、連接棒１１の長手方向におけるピス トン１４の長手方向移動も許容する。この長手方向移動は、ピン１５とピストン との間の、或いは、ピン１５と連接棒との間の、径方向隙間により可能となる。 連接棒１１のピストン端には、凹部１７を有するソケット１６が設けられ、凹 部１７内は、環状の軸受素子１８を受容する。素子１８は球形でも円筒形でもよ い。ピストン１４は頭部１９を有し、頭部１９の下側にはカム面２１を有するカ ム２０が位置している。カム面２１は、第一の部分２２と、これに続く第二の部 分２３とから成る。カム面２２及び２３は、軸受素子と係合し、連接棒１１に対 して長手方向にピストン１４を移動させる。特に、軸受素子１８が面２３に係合 すると、ピストン１４は連接棒１１に対して移動する。 カム面２２及び２３は、連接棒１１が所定の角度を旋回移動する間、ピストン １４が連接棒１１の端部１２から離間する方向に移動する、ように形成される。 組立体１０を内燃機関に使用する場合、特に燃焼が行われる場合、クランク軸 により連接棒１１が旋回移動すると、素子１８は表面２２に沿って移動し、表面 ２３と係合する。この相互作用により、ピストン１４は端部１２から離れる方向 に移動する。 連接棒１１の初期旋回中にピストン１４は端部１２から離れる方向に移動して いるので、連接棒１１の角移動にも拘らず、燃焼室の容積は一定のままである。 これは二つの効果を呈する。第一に、（燃焼室の容積が一定のまま或いは実質的 に一定のままであるので）燃焼が高圧で行われるということ、第二に、クランク 軸が連接棒１１から動力を受け取るのに適した位置に来るまで燃焼ガスが膨張す ることができないということ、である。即ち、燃焼室内で生成される圧力に応じ て、ピストンが遅延移動する。 ピストン１４が連接棒１１に対して長手方向に移動するのを防ぐために、かか る移動が望ましくない場合には、一対のカム従動子２４が設けられる。これらの カム従動子は、ピストンピン２７内の通路２６内に受容された軸２５により支持 される。カム従動子２４は、連接棒１１と共に旋回するように、連接棒１１に対 して取り付けられる。カム従動子２４は、カム面２８と係合する。かム面２８に 隣接して、凹部２９が設けられる。凹部２９内で、カム従動子２４は、ピストン １４が連接棒１１に対して移動し得るときに、突出する。例えば、ピストンが「 上死点」にあるとき、カム従動子２９は、ピストン１４を解放し始めて移動させ る。これにより、排気行程の終わりに、連接棒１１に対して正しい位置にピスト ンを維持することができる。また、動力行程中、ピストン１４は上述したように 解放され、連接棒１１に対して移動する。 カム従動子２４は、各圧縮又は排気行程中、カム面２８と係合したままであり 、各動力及び吸気行程の少なくとも初期の間、凹部２９内に位置決めされる。こ れは、４行程ピストン機関に利用可能である。 カム面２８は、ピストンスカート３０の一部であるか、或いはそれに固定され ている。 上述した好適な実施例は、燃料の大部分が燃焼するので動力出力が増加すると いう利点を有し、また、燃焼ガスは、クランク軸が連接棒１１により角度的に好 ましく位置決め駆動されたときに膨張することができる。本実施例の更に別の利 点は、不燃燃料を最少にすることであり、それに伴い環境汚染も減少させ得る。 図３及び図４には、ピストン／連接棒組立体４０が概略的に示されている。組 立体１０は連接棒４１を含み、連接棒４１は、クランク軸に係合するクランク端 部４２と、ピストン端部４３とを有する。連接棒４１は、ピストンピン４５を介 して、ピストン４４に取り付けられている。ピストンピン４５は、ピストン４４ と連接棒４１の間の角旋回移動のみならず、少なくとも連接棒の長手方向軸線４ ６に沿ったピストン１４の長手方向移動も許容する。この長手方向移動は、ピン １５とピストンとの間の、或いはピン１５と連接棒との間の、径方向隙間により 可能となる。 連接棒４１のピストン端には、ソケット又は凹部４７が設けられ、凹部４７内 には、球形又は円筒形の軸受素子１８が受容される。 ピストン４４は頭部４９を有し、頭部４９の下側にはカム面５１を有するカム ５０が位置している。先の実施例で説明したように、カム面５１は、軸受素子４ ７と係合し、連接棒４１に対して長手方向にピストン４４を移動させる。図３及 び図４に示したように、用途によっては、カム５０及びカム面５１上に或いはそ の一部として第二の軸受６０を設けることが望ましい。このように、軸受４７と ６０の間には軸受−軸受接触が形成される。これにより、接触しているピストン 表面と連接棒表面との間の摩擦及び磨耗が減少するという効果が得られる。 図５乃至図９には、連接棒に対するピストンの不要な長手方向移動を規制する 手段が、示されている。４行程機関の動力行程中、シリンダ内の膨張力が長手方 向に摺動可能なピストンと連接棒との間の接触を助長する、ことは理解されよう 。しかしながら、吸気行程中は、軸受４８とカム５０とは、接触しない。カム５ ０と軸受４８との間の隙間を埋めるために、ピストンピン４５の下側には、保持 器７０が固定して取り付けられている。これは、一連の固定支柱又は板７１と共 働して達成してもよい。保持器７０は、好ましくは、連接棒に跨がる一本のレー ル又は一対の平行なレールである。図９に一層明瞭に示したように、保持器７０ は、二つの特有の弓状表面７７、７２を備えている。表面７７、７２は、カム５ ０の接触面５２、５３と共働し、例えば、動力行程の間はピストンの長手方向変 移を許容する一方、吸気行程中はピストンの長手方向移動を規制することにより ピストンと連接棒との間の接触を維持する。このため、円筒状軸受８０がピスト ンピン４５の下側で連接棒に取り付けられ、保持器７０と連接棒４１との間の接 触を軸受８０の表面上で行うようにしている。 図７及び図８は、ピストンの不要な長手方向移動を規制する別の方法を示す。 この規制手段の代替例では、第二の軸受９０が、ピストンピン４５の上側で連接 棒４１のピストン端部に設けられている。ピストン４４の内側表面には、鉤状の 保持器１００が形成されるか或いは取り付けられる。鉤状保持器は、カム５０の 一部として形成してもよい。また、鉤状保持器を、連接棒に跨がる一対の鉤状素 子として構成してもよい。吸気行程中、円筒状軸受４６は鉤状保持器８１の内側 表面８２と係合し、連接棒４１とピストン棒４４との間に過渡の遊動即ち長手方 向移動が生じないようにしている。 図１０及び図１１は、ピストン／連接棒組立体１００を概略的に示す。組立体 １００は連接棒１０１を含み、連接棒１０１は、クランク軸に係合するクランク 端部１０２と、ピストン端部１０３とを有する。連接棒１０１は、ピストンピン １０５を介して、ピストン１０４に取り付けられている。ピストンピン１０５は 、ピストン１０４と連接棒１０１の間の角旋回移動のみならず、連接棒１０１の 長手方向におけるピストン１０４の長手方向移動も許容する。 ピストン１０４は、略円筒状のスカート部１３１と、頭部１３２と、を有して いる。 連接棒１０１のピストン端には、表面１０７を有するソケット１０６が設けら れ、表面１０７内には、該表面１０７に摺動可能に係合する外側表面１０９を有 する軸受素子１０８が受容されている。軸受素子１０８は、第二の軸受素子１１ １と係合する上側の平坦な表面１１０を有する。軸受素子１１１は、該素子と相 補的な表面１１３を有するソケット１１２内に係合される。表面１０７及び１０ ９は、円筒表面の一部である。軸受素子１１１は、上側表面１１４を有し、該表 面は、共働する表面１１３と共にやはり円筒の一部である。軸受素子１１１は、 表面１１０と係合する略平坦な表面１１５を有する。軸受素子１１１は、ソケッ ト１１２内で摺動可能である。 ソケット１１２は、頭部１３２の下側に在り、軸受素子１０８と１１１は、連 接棒１０１が一定の角位置に在る間、共働して頭部１３２を持ち上げる。クラン ク軸の動作の結果連接棒１０１が回転すると、ソケット１０６は長手方向軸線１ １６に対して横方向に移動し、更にソケット１０６が中心１１７からずれている ので、ソケット１０６は軸受素子１０８を持ち上げる。軸受素子１０８は軸受素 子１１１を持ち上げ、更に、素子１１１が頭部１３２を持ち上げる。軸受素子１ １１に対する軸受素子１０８の横方向移動は、共働する摺動表面１１０及び１１ ５を介して行われる。この点で、ピストンピン１０５が連接棒１０１のピストン 端部１０３に対して径方向隙間１１８を有する、ことを理解されたい。 軸受素子１０８及び１１３は、それらの相対移動中、当接面１１３及び１０６ に対して回転及び摺動する。 図１２及び図１３は、組立体１００の変形例を示す。この実施例では、ソケッ ト１０６は、軸線１１６から一層ずれている。従って、連接棒１０１が回転する と、ソケット１０６は梃子として機能し、軸受素子１１９を介して頭部１３２を 持ち上げる。軸受素子１１９は、二つの湾曲した端部１２０及び１２１を有する ように、楕円形である。端部１２０はソケット１０２内に受容され、端部２１１ はピストン１０４に形成されたソケット１２２内に受容される。連接棒１０７自 体が角振動すると、軸受素子１１９も角振動する。 図１４乃至図１６は、組立体１００の別の変形例を示す。この実施例では、軸 受素子１３０が示されている。素子１３０は連接棒１０１のソケット１３１内に 受容されているが、この場合、ソケットは長手方向軸線１１６を中心に実質的に 位置決めされている。軸受素子１３０は、連接棒端部１３２と、ピストン端部１ ３３とを有する。端部１３３は、ピストン頭部の下側に形成されたソケット１３ ４内に受容される。端部１３２及び１３３は、弓状であり湾曲表面１３５及び１ ３６と共働する。 軸受素子１３０は中央開口部１３６を有し、該開口部に保持器１３７が貫入し て軸受素子１３０を連接棒１０１に対して確実に位置決めしている。 連接棒１０１が角振動すると、軸受素子１３０も角振動してピストン頭部を連 接棒から離れる方向に移動させる。 図１７、図１８、及び図１９は、ピストン／連接棒組立体１４０を概略的に示 す。組立体１４０は、ピストン１４２を内燃往復機関のクランク軸に接続する、 連接棒１４１を含む。連接棒１４１は、円形の軸受素子１４４内に受容される一 対のガイドブロック１４３を含む。より詳しく言えば、軸受素子１４４はそれぞ れ、長尺の矩形スロット１４５を備える。各スロットは、ブロック１４３の長尺 の側面１４７と摺動可能に係合する、長手方向側面１４６を有する。しかしなが ら、ガイド１４３は、側面１４６の長さより短い全長（連接棒１４１の延伸長手 方向に延びる）を有する。従って、ブロック１４３は、側面１４６に係合した状 態で、スロット１４５に沿って長手方向に移動することができる。ピン１４８は 、ブロック１４７から横方向外側に延びている。 連接棒１４１の端部は、円筒の表面に一致する表面１５０を有する、凹部１４ ９を備える。凹部１４９内には、表面１５０と整合する外側表面を有する軸受素 子１５１が位置決めされている。軸受素子１５１は、凹部１４９内で回転自在で ある。軸受素子１５１は、平坦な軸受面１５２を有する。 ピストン１４２は、一対のピストンスカート部１５３と、ピストン頭部１５４ と、を有する。頭部１５４は、略平坦な表面１５７を有する傾斜軸受素子１５６ を備えた、内側表面１５５を有する。素子１５６は、頭部１５４に対して固定さ れている。軸受素子１５０の表面１５２は、表面１５７と摺動可能に係合する。 頭部１５４は、一対のねじ山付き留め具１６０と係合する、一対のねじ山付き 通路１５９を備える。留め具１６０は、一対のカム部材１６１を頭部１５４に取 り付ける。カム部材１６１は、それぞれ、突出部１４８と係合する二つのカムセ グメント１６３、１６４を含む、カム面１６２を有する。突出部１４８は、カム 部材１６１と共働してピストン１４２を所定の位置に保持することにより、ピス トン１４２がそれに係るシリンダヘッドに衝突しないようにすると共に、ピスト ン１４２が「上死点」を通過後ピストン１４２をクランク軸から離れる方向に移 動させる。 上述した好適な実施例において、表面１５２と１５７との間では実質的な面接 触が行われて、磨耗を最小にしている。表面１５２及び１５７は、機関内を循環 するオイルにより潤滑される。 連接棒１４１がピストン１４２に対して角変移すると、軸受素子１５０は回転 して、連接捧１４１に対するピストン１４２の角配置に対応する。軸受素子１５ ０は、また、表面１５７に沿って摺動する。 フランジ１６５に当接して、頭部１５４と係合するねじ山付き留め具１６７の 端部に係合したばね１６６が、支承されている。ばね１６６は、圧縮されており 、従ってピストン１４２をクランク軸に向かう方向に移動するように付勢する。 しかしながら、連接棒１４１が角移動すると、ピストン１４２は、クランク軸か ら離れる方向に移動して、ばね１６６に更に張力がかかる。 ばね１６６は、フランジ１６５及びねじ山付き留め具１６７と共働して、ピス トンが不適当な時機に連接棒１４１から離間してそれに係るシリンダヘッドに衝 突しないようにしている。 図１８乃至図２０の実施例において、ガイドブロック１４７は、開口部１４５ に対して、隙間１６８を備え、軸受素子１４４に対するガイドブロック１４３の 上述した動作を許容している。軸受素子１４４により、ピストン１４２は軸線１ ６９を中心として角移動可能となる。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関用のピストン／連接棒組立体であって、 ピストン頭部を有するピストンと、 ピストン端部とクランク端部とを有する連接棒と、 前記ピストン端部に対して前記ピストンが所定の角度相対的に回動する間、前 記頭部を前記ピストン端部から離れる方向に長手方向に移動させる当接面と、 を備えた、 ことを特徴とするピストン／連接棒組立体。 ２．前記ピストン／連接棒組立体がさらに、 前記ピストンと前記連接棒とを連結する軸受組立体、を備え、 前記軸受組立体が、前記連接棒に垂直な軸線を中心とした角移動に対して前記 ピストンを支持する第一の軸受素子、を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のピストン／連接棒組立体。 ３．前記軸受組立体が、前記頭部の長手方向移動を案内するためのガイド部材を 含む、 ことを特徴とする請求の範囲第２項記載のピストン／連接棒組立体。 ４．前記軸受素子が、前記連接棒に対して設けられる略円筒状の表面を含み、 前記ガイド部材が、前記表面に対して設けられ、 前記ピストンに設けられたガイド表面と係合する、 ことを特徴とする請求の範囲第３項記載のピストン／連接棒組立体。 ５．前記ガイド部材が、前記ガイド表面に摺動可能に係合して一対の略平行な同 一の広がりを持つガイド表面を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第４項記載のピストン／連接棒組立体。 ６．前記ピストン及び連接棒が、前記所定の角度に亘る前記ピストンの旋回移動 中を除いて前記長手方向移動を機能的に防止するための、共働部分を有する、 ことを特徴とする請求の範囲第５項記載のピストン／連接棒組立体。 ７．前記共働部分が、前記ピストンと連接棒との間に機能的に延びて前記ピスト ンを前記ピストン端部の方に移動するように付勢する弾性部材、を含む、 ことを特徴とする請求の範囲第６項記載のピストン／連接棒組立体。 ８．前記共働部が、カム面とカム従動子とを含む、 ことを特徴とする請求の範囲第６項記載のピストン／連接棒組立体。 ９．前記カム面が、前記ピストンに対して設けられ、 前記カム従動子が、前記案内部材に対して設けられた、 ことを特徴とする請求の範囲第８項記載のピストン／連接棒組立体。 １０．前記当接面の第一のものが、前記連接棒に略垂直な軸線を中心として旋回 可能な軸受素子により構成され、 前記表面の第二のものが、略平坦であり、前記第一の表面と当接する、 ことを特徴とする請求の範囲第１項記載のピストン／連接棒組立体。 １１．前記軸受素子が、前記連接棒上に取り付けられ、前記平坦な表面が、前記 ピストンに設けられる、 ことを特徴とする請求の範囲第１０項記載のピストン／連接棒組立体。 １２．添付図面を参照して先に実質的に記載した、ピストン／連接棒組立体。