JP3854637B2 - 往復ピストン機械用、特に対向位置するシリンダ列を具備する内燃機関用の内サイクロイド式クランク装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分の構成による、往復ピストン機械用、特に対向位置するシリンダ列を具備する内燃機関用の内サイクロイド式クランク装置に関する。
直径上に配置されたシリンダ対を具備する内燃機関にとって、前記の形式のクランク装置は既に提案されている（ドイツ特許出願第１９５０４８９０．３号明細書を参照）。この装置では、内サイクロイド式クランク装置または往復駆動装置をできるだけ簡素化するために、１つの面内で同方向に往復運動しかつ両端にピストンを担持する２つのピストン棒に対し、これらピストン棒の間に直角に指向された唯一の直線案内装置が設けられている。この直線案内装置は、ピストン棒側の往復偏心体の間に配置された唯一の案内偏心体を含み、この案内偏心体は、機械ケーシング側で案内される直線案内要素と協働する。
直線案内装置の第１の例によれば、案内要素として、一体形で形成されたカプラーを具備するワット連接機構(Wattscher Lenker)が設けられ、カプラーにおいて周囲を閉止された軸受開口には軸方向で半分ずつの部分から構成された案内偏心体が配置されている。直線案内装置の別の例によれば、案内要素として、軸受開口の軸線の面内で半分ずつに分割されたスライド部材が設けられ、このスライド部材が、釣合い質量と一体に結合された一体形の案内偏心体と協働する。両例において、それぞれ３つの偏心体からなる多部品の組合せが、補助要素により１つの構成ユニットに合体される。
本発明の課題は、３偏心体の組合せの構成を避け、それにもかかわらず、それぞれの直線案内要素が、周囲を閉止された軸受開口を用い、案内偏心体上に配置可能であるように、上述した形式の内サイクロイド式クランク装置を改良することである。
この課題は、本発明により、請求項１に記載した措置をもって解決される。すなわち、３つの偏心体が、往復偏心体と隣接する案内偏心体との間に設けられた少なくとも１つの連結肩部を具備する一体構成部品を形成し、この連結肩部がクランクピン方向に次のような延設範囲を有していること、すなわち、案内偏心体上における直線案内要素の回転可能な位置決めのために、直線案内要素が、周囲を閉止された軸受開口を用い、連結肩部側の往復偏心体を越えて導かれ、連結肩部の範囲で案内偏心体に対し横方向に変位可能であるようなクランクピン方向の延設範囲であること。
本発明の特長は、一体の３偏心体の組合せが、周囲を閉止された開口を有する負荷可能性の高い直線案内要素とともに、特に高い強度と運転確実性を有することである。この場合、クランク装置部品のペアリングは簡単な組立により傑出し、つまり、直線案内要素を先ず往復偏心体を越えて直線移動させ、引き続き連結肩部の範囲で案内偏心体に対し横方向に移動させ、そして最後に案内偏心体の方向に直線移動させ、それによって直線案内要素が案内偏心体に結合される。
本発明は、１つの往復偏心体と案内偏心体との間に唯一の連結肩部が適宜の長さで構成されている場合、例えば、ワット連接機構のカプラー、スライド部材のカプラー、又は案内のために用いられる外側の走行リングを具備するころ軸受のカプラーのような、一体形に構成された直線案内要素の配置を可能にする。
本発明の有利な構成では、クランク装置の負荷を対称的にするために、案内偏心体が連結肩部を介して各往復偏心体と一体結合しており、この際、案内要素は、本発明により、連結肩部の延設範囲に適合して寸法決定されかつ軸受開口の軸線に対し横方向で分割された部品からなっている。
一体の３偏心体構成部品の本発明による上述の構成は、本発明により構成された連結肩部を含め、有利にはアンダーカットを伴わずに成されていて、従って３偏心体構成部品においてそれぞれの負荷に適合されたコスト安の製作が、重金属鋳造品、非鉄金属鋳造品、または軽金属鋳造品として、または焼結部品として有利に達成可能である。
上述したように本発明により、案内偏心体のための周囲を閉止された軸受開口に対し横方向に案内要素を分割することは、特に有利にはワット連接機構のカプラーに適用され得る。カプラーを中実に構成する代わりに、実際の負荷を考慮し、カプラーを比較的薄い従って特に軽量の２つの部品から構成することが可能であり、この場合、これら部品は必要な強度を皿状構成から得ている。
２部品式で構成されたカプラーは、好ましくは同じ部品から形成されていて、この場合、第２の部品は、第１の部品の本体軸線の周りに第１の部品を反転させることにより達成されている。唯一の工具から製造される部品のこの同一部品構成は、板金プレス部品として有利な製造と結びついている。しかし、カプラー部品を、精密鋳造部品、軽金属圧力鋳造部品、または焼結部品として構成することも可能である。
中実に実施されたカプラーを具備する内サイクロイド式クランク装置におけるワット連接機構に対しては、揺動アームをカプラーのフォーク状の端部分に装着することが知られている。カプラーが２つの同一部品から構成されている場合、揺動アームの前述の枢着態様を維持してカプラー部品を軸方向に間隔を置いて配置することが可能で、それによってクランクピン方向におけるそれらの寸法は半分ずつの構成に比べて小さく、それに応じ、有利には、連結肩部は対応的により短い延設範囲を有している。これにより、一方において曲げ剛性のある３偏心体構成部品となり、他方において間隔を置いて平行に隣接するシリンダの選択が一層自由となる。２つのカプラー部品の軸方向間隔は、好ましくは、案内偏心体とカプラー部品の案内軸受突部との間に配置された２部品式の滑り軸受シェルの外周を周回するフランジを介して決定され得る。カプラー部品を案内軸受突部を介してプレス嵌合により滑り軸受シェル上に配置することは、さらに軸間隔のロックの手助けとなり、この場合、カプラー部品の枢着ブッシュ内に配置された軸受ピンが特にカプラー部品の相対回転防止のために用いられる。
カプラー部品は、共通の滑り軸受シェルと協働する他に、別個の滑り軸受リングを介して案内偏心体と回転可能に協働することもできる。さらに、両方のカプラー部品に対し１つの共通のころ軸受を設けることが考えられ、また、各カプラー部品に対し別個のころ軸受を設けることも考えられる。
以下に、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明する。
図１は、往復ピストン内燃機関の内サイクロイド式クランク装置において本発明により構成された部分の分解斜視図である。
図２は、図１に示すクランク装置の部分を部分的に組み立てた状態で示す分解斜視図である。
図３は、組み立ての完了したクランク装置の斜視図である。
図１において、ここでは非図示の往復ピストン内燃機関は対向位置するシリンダ列を備え、これらのシリンダ列で対をなして配置されたシリンダの軸線は、クランク軸線２に対し直角に指向されている。この往復ピストン内燃機関の内サイクロイド式クランク装置１において、単に線により表されたクランク軸には符号３が付けられている。
鎖線４で表されたクランク軸３のクランクピンには３つの偏心体５、５’、６が回転可能に配置されていて、案内偏心体６とこれに対し直径上に対向配置された２つの往復偏心体５、５’は、同方向に往復運動するように制御される非図示のピストン棒のために設けられている。案内偏心体６は、ピストン棒の往復方向に対し直交する直線案内装置の直線案内要素７と協働し、この場合、直線案内要素７は案内偏心体６を軸受開口８内に収納する。
本発明において往復偏心体５、５’および案内偏心体６は、各往復偏心体５、５’とそれらに隣接する案内偏心体６との間にそれぞれ連結肩部９、９’が設けられているように一体構成部品を形成し、連結肩部９、９’は、それぞれ、軸受開口８の軸線に対し横方向で分割された直線案内要素７における部品１０、１０’が、それぞれ周囲を閉止された開口８’、８”を用いて案内偏心体６上に配置可能であるように、クランクピン方向の延設範囲をもって設けられている。特に図１に示す矢印が表すように、各案内要素部品１０、１０’はそれぞれの往復偏心体５、５’を越えてそれぞれの連結肩部９、９’の範囲に導かれ、引き続きこの範囲でそれぞれの開口８’、８”が案内偏心体６と整合するまで案内偏心体６に対し横方向にずらされ、引き続き各案内要素部品１０、１０’が案内偏心体６上に位置決めされる。
往復偏心体５、５’および案内偏心体６がほぼ同じ大きさの直径の場合、直線案内装置部品１０、１０’の前述のような組み立てを容易にするために、それぞれの軸受開口８’、８”は、直径に関し、例えば、案内偏心体６と、開口８’、８”を形成する部品１０、１０’の案内軸受突部１２、１２’との間の２部品式の軸受シェル１１（図２）の寸法だけ、より大きく選択される。他の可能性は、往復偏心体５、５’の直径を案内偏心体６の直径よりも小さく選択することである。
図１より判るように、両方の往復偏心体５、５’の間に案内偏心体６を中央に配置した本発明による一体３偏心体構成部品は、単に部分的に図示された内サイクロイド式クランク装置１の均一な負荷のために、同じ長さの連結肩部９、９’を有する。このクランク装置１とワット連接機構１３との組み合わせにおいて、揺動アーム１４を介して直線案内されかつ部品１０、１０’から形成される、ワット連接機構１３のカプラー１５は、直線案内要素７を形成する。カプラー１５を案内偏心体６上で軸方向に間隔を置いて取付けられた２つの部品１０、１０’から構成することにより、揺動アーム１４の枢着がこれら部品１０、１０’の間で有利に成される。さらに有利には、カプラー部品１０、１０’を軸方向に間隔を置いて配置したことにより、案内偏心体６の方向のそれらの寸法を小さくすることができ、このことは、連結肩部９、９’が比較的小さいという長所を追加的に導く。
連結肩部９、９’が短いと、特に剛性ある一体の３偏心体構成ユニットが得られ、この場合、さらに、連結肩部９、９’の横断面および表面形状は次のことにより剛性強化に寄与する。すなわち、これら連結肩部９、９’の周面が、往復偏心体５、５’の軸線の方向で部分的に延長された往復偏心体５、５’の滑り軸受１６の円筒状周面と、案内偏心体６の軸線の方向で部分的に延長された案内偏心体６の滑り軸受１７の円筒状周面とにより形成されていることである。
図１から見てとれるように、一体の３偏心体構成部品はアンダーカットのないように構成されており、それにより、クランク装置１の負荷に応じた鋳造品としての形成が、重金属、非鉄金属、または軽金属から可能である。焼結部品としての構成も有利である。
一体の３偏心体構成部品が大きな剛性を有することにより、カプラー部品１０、１０’が周囲を閉止された開口８’、８”を備えることと関連し、内サイクロイド式クランク装置１の負荷能力が高くなる。周囲を閉止されたこれらの開口８’、８”により、薄壁構成の各カプラー部品１０、１０’が、案内軸受突部１２、１２’と、揺動アーム１４の軸受ピン１９用にそれぞれ直径上に配置された２つの枢着ブッシュ１８、１８’とを一体に結合する支持壁２０、２０’を含み、この支持壁２０、２０’が、その周囲輪郭に沿い、好ましくは一体に配置された補強縁部２１、２１’を有する。この皿状構成は、各カプラー部品１０、１０’を、板金プレス部品として、精密鋳造部品として、軽金属圧力鋳造部品として、または焼結部品として構成するのに適している。カプラー部品１０、１０’を案内偏心体６上に対称的に配置することにより、形状および寸法が一致することと関連し、ワット連接機構１３の２部品式のカプラー１５のために、部品１０、１０’を唯一の工具から製作し、従って同部品構成の有利性を達成するという利点が得られる。
案内偏心体６上の両方のカプラー部品１０、１０’の軸方向間隔をロックする手間を避けるために、案内軸受突部１２、１２’に係合する滑り軸受シェル１１は、外周において、周回するフランジ２２をもって、カプラー部品１０、１０’用のストッパとして形成されている。軸方向間隔のロックは、さらに、案内偏心体６を包囲しかつ２部品式の滑り軸受シェル１１上に、カプラー部品１０、１０’が案内軸受突部１２、１２’を介してプレス嵌合で配置されていることにより支援されている。最後に、軸受ピン１９の端部分に設けられた固定手段２３が、往復偏心体５、５’の方向におけるカプラー部品１０、１０’の軸方向ロックのために用いられる。さらに、カプラー部品１０、１０’においてそれぞれ直径上にある枢着ブッシュ１８、１８’を貫き通りかつ揺動アーム１４のカプラー側の枢着のために用いられる軸受ピン１９を用い、滑り軸受シェル１１上における部品１０、１０’のプレス嵌合が僅かであっても、カプラー部品１０、１０’の相対回転に対する保護が達成されている。
さらに図から見られるように、案内偏心体６には、互いに対向位置する釣合い重錘２４、２４’が取外し可能に配置されており、この場合は、釣合い重錘２４、２４’は、部分的に、各カプラー部品１０、１０’の支持壁２０、２０’から軸方向に間隔を置いている。それにより、釣合い重錘２４、２４’が、支持壁２０、２０’を越えて突出する、軸受ピン１９のロック・保持手段、つまり固定手段２３を自由に通り過ぎて回転可能である。さらに、釣合い重錘２４、２４’はそれぞれねじ山２５、２５’を具備し、またねじボルト２６、２６’を備えている。
本発明の枠内では、図１から図３には示されていないカプラー１５の部品が、案内偏心体６上で、互いに向き合った案内軸受突部をもって面一に当接し、この場合、各軸受突部には滑り軸受またはころ軸受が設けられている。
案内偏心体の両側に２個の連結肩部を具備する本発明による一体の３偏心体構成ユニットでは、直線案内要素として、その軸受開口の軸線に対し横方向で分割されたスライド部材も考えられる。このような３偏心体ユニットの場合、スライド部材の代りに２個のころ軸受が設けられ得て、それらの外側の走行リングが直線案内のために用いられる。
しかし、本発明による３偏心体構成ユニットは、案内偏心体と往復偏心体の１つとの間に１つだけの連結肩部をもって形成され得て、それにより、ワット連接機構の一体形のカプラーの配置、または一体形のスライド部材の配置、または幅広のころ軸受の配置が可能である。

Claims (14)

1. 対向位置するシリンダ列を具備する往復ピストン機械用の内サイクロイド式クランク装置において、次の各構成を有すること、すなわち、
   クランク軸（３）のクランクピン（４）上に、一体構成部品を形成する回転可能に配置された３つの偏心体（５，６，５’）が装着されていて、ピストン棒および（または）案内棒を同方向に往復運動するように制御するために、前記偏心体のうち、中央の偏心体が案内偏心体（６）であり、隣接する両方の偏心体が案内偏心体に対し直径上に対向配置された往復偏心体（５，５’）であること、
   案内偏心体（６）が、ピストン棒および（または）案内棒の往復方向に対し垂直に配置された直線案内装置の直線案内要素（７）の、周囲に渡り閉止された軸受開口（８）内に、回転可能に備えられていること、
   偏心体構成部品が、少なくとも、往復偏心体の１つ（５または５’）と隣接する案内偏心体（６）との間に、連結肩部（９，９’）を有すること、
   直線案内要素（７）の軸受開口（８）が、連結肩部側の往復偏心体（５，５’）の直径よりも少なくとも僅かに大きい直径を有し、それによって直線案内要素（７）がこの往復偏心体（５，５’）を越えて導かれ得ること、及び、
   連結肩部（９，９’）が、直線案内要素（７）を案内偏心体（６）上で回転可能に位置決めするために、クランク軸線（２）の方向における範囲であって直線案内要素（７）が案内偏心体（６）の軸線に対し垂直方向に変位可能であるような延設範囲を有していること、
   を特徴とするクランク装置。
2. 案内偏心体（６）が、連結肩部（９，９’）を介して各往復偏心体（５、５’）と一体結合していること、及び、
   直線案内要素（７）が、連結肩部（９，９’）の延設範囲に適合して寸法決定されかつ軸受開口（８；８’，８”）の軸線に対し垂直方向で分割された部品（１０，１０’）からなること
   を特徴とする、請求項１に記載のクランク装置。
3. 一体の３偏心体構成部品の連結肩部（９，９’）の周面が、往復偏心体（５，５’）の軸線の方向で部分的に延長された往復偏心体（５，５’）の円筒状周面と、案内偏心体（６）の軸線の方向で部分的に延長された案内偏心体（６）の円筒状周面とにより形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のクランク装置。
4. 一体の３偏心体構成部品が、重金属鋳造品、非鉄金属鋳造品、または軽金属鋳造品、または焼結部品として、アンダーカットを伴わずに形成されていることを特徴とする、請求項１ないし３の１つに記載のクランク装置。
5. 直線案内要素（７）としてワット連接機構（１３）のカプラー（１５）が用いられること、及び、
   前記カプラー（１５）が、軸受開口（８；８’，８”）の軸線に対し垂直方向で分割された２つの部品（１０，１０’）からなり、これらの部品がそれぞれ周囲を閉止された開口（８’，８”）を具備すること
   を特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載のクランク装置。
6. 薄壁構成の各カプラー部品（１０，１０’）が、軸受開口（８’，８”）を形成しかつ案内偏心体（６）上に位置する案内軸受突部（１２，１２’）と、ワット連接機構（１３）の揺動アーム（１４）の軸受ピン（１９）用に直径上に配置された２つの枢着ブッシュ（１８，１８’）とを結合する支持壁（２０，２０’）を含むこと、及び、
   この支持壁（２０，２０’）がその周囲輪郭に沿って補強縁部（２１，２１’）を有すること
   を特徴とする、請求項１ないし５の１つに記載のクランク装置。
7. ２部品式のカプラー（１５）が同部品（１０，１０’）から形成されていること、及び、
   各同部分（１０，１０’）が、板金プレス部品として、精密鋳造部品として、
   または軽金属圧力鋳造部品として、または焼結部品として形成されていること
   を特徴とする、請求項１ないし６の１つに記載のクランク装置。
8. カプラー（１５）の部品（１０，１０’）が、案内偏心体（６）上で軸方向に間隔を置いて配置されていること、及び、
   これらのカプラー部品（１０，１０’）間の軸方向間隔が、２部品式の滑り軸受シェル（１１）の外周を周回するフランジ（２２）を介して決定されていて、滑り軸受シェル（１１）が案内偏心体（６）を包囲していること
   を特徴とする、請求項１ないし７の１つに記載のクランク装置。
9. 案内偏心体（６）を包囲する滑り軸受シェル（１１）上に、カプラー部品（１０，１０’）が案内軸受突部（１２，１２’）を介してプレス嵌合で配置されていること、及び、
   カプラー部品（１０，１０’）が、枢着ブッシュ（１８，１８’）内に設けられた軸受ピン（１９）を介し、互いに相対回転しないようになっていること
   を特徴とする、請求項１ないし８の１つに記載のクランク装置。
10. 案内偏心体（６）と結合可能な釣合い重錘（２４，２４’）が、各カプラー部品（１０，１０’）の支持壁（２０，２０’）から軸方向に間隔を置いていて、それにより、釣合い重錘（２４，２４’）が、支持壁（２０，２０’）を越えて突出する、軸受ピン（１９）のロック／保持手段（２３）を自由に通り過ぎて回転可能であること
    を特徴とする、請求項１ないし９の１つに記載のクランク装置。
11. 案内偏心体（６）に互いに対向配置されるために、釣合い重錘（２４，２４’）がそれぞれねじ山（２５，２５’）を有し、またねじボルト（２６，２６’）を備えていることを特徴とする、請求項１ないし１０の１つに記載のクランク装置。
12. カプラー（１５）の部品が、案内偏心体（６）上で、互いに向き合った案内軸受突部をもって面一に当接すること、及び、
    各案内軸受突部には滑り軸受またはころ軸受が設けられていること
    を特徴とする、請求項１ないし１１の１つに記載のクランク装置。
13. 直線案内要素として、一体形のまたは軸受開口の軸線に対し垂直方向で分割されたスライド部材が用いられることを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載のクランク装置。
14. 直線案内要素として、案内偏心体（６）上に配置された１個または複数個のころ軸受が用いられることを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載のクランク装置。

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