(57)【要約】      （修正有）【課題】特に高価な工具なしでもピストンの取付け/取外しが可能になるようにし、さらにコネクティングロッドの質量を減少させる。【解決手段】ロッドヘッド２でのピストン３の軸受けを改良して、特に高価な工具なしでもピストンの取付け/取外しが可能になるように改良するため、形状ロックを形成しつつピストン３をロッドヘッド２に連結するためのベアリング機構は、カップ状部分１１が、一方では潤滑剤を注入されたベアリング面としての球形の外面１２を備え、他方では対応して球形に形成された軸方向のブレス用支持部としての鉢状のベアリングブラケット１３によって囲まれるように球形/カップ状ベアリング１１、１３として形成され、さらに球形/カップ状ベアリング１１、１３は形状ロックを保持するために、ロック解除した状態で軸を支点にピストン３を回転させることで形状ロックの解除をも可能にする解除可能な回転防止手段を含むようにされる。【選択図】  図５
2005164030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン(3)とコネクティングロッド(1)とを有し、前記コネクティングロッド(1)は一方ではロッドヘッド(2)の部位の2つの端部ベアリング機構を介して前記ピストン(3)を、また他方では端部ベアリング(8)を形成しつつクランクシャフトの対応するクランクピンを互いに包括的に連結する構成の、内燃機関の駆動機構であって、
形状ロックを形成しつつ前記ピストン(3)を前記ロッドヘッド(2)に連結するための前記ベアリング機構は、カップ状部分(11)が、一方では潤滑剤を注入されたベアリング面としての球形の外面(12)を備え、他方では対応して球形に形成された軸方向のブレス用支持部としての鉢状のベアリングブラケット(13)によって囲まれるように球形/カップ状ベアリング(11,13)として形成され、さらに球形/カップ状ベアリング(11,13)は前記形状ロックを保持するために、ロック解除した状態で軸を支点に前記ピストン(3)を回転させることで形状ロックの解除をも可能にする解除可能な回転防止手段(16a,16b;17a,17b;23a,23b)を含むことを特徴とする駆動機構。
【請求項２】
前記ロッドヘッド(2)は球形のカップ状部分(11)として形成され、前記ピストン(3)のピストンヘッド(15)は前記ベアリングブラケット(13)の形式の前記カップ状部分(11)の軸受け面として形成されることを特徴とする請求項1に記載の駆動機構。
【請求項３】
回転防止手段を形成するために、前記ピストン(3)は、前記ロッドヘッド(2)を格納するための内室、すなわち周囲方向の軸受け面(13)内に特に直径方向で対向する、それぞれ1個の回転防止部材(23a,23b)で塞がれた少なくとも2つの切欠き部(17a,17b)をさらに備え、前記球形のカップ状部(11)は、組立て状態で回転防止部材(23a,23b)に支承される、前記切欠き部(17a,17b)に対応して平坦化された壁部分(16a,16b)を備えて実施されることを特徴とする請求項2に記載の駆動機構。
【請求項４】
前記球形/カップ状ベアリング(11,13)を継続的に注油するために、ロッドシャフトは、前記カップ状部分(11)を軸方向に配置するために画成された球形のベアリング面(18)の前の前記ベアリングブラケット(13)の前端に備えられた潤滑油貯蔵室(19)につながるオイル穴(9)を設けていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項1の前文に記載のピストンおよびコネクティングロッドを有するエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
コネクティングロッドは基本的にロッドシャフトと、ピストンおよびクランクシャフトの対応するクランクピンを1つの駆動機構に連結する2個の端部ベアリングとからなっている。一端は振動運動を行い、他端はクランクピンと共にクランク円内を移動することによって、いわゆる「ロッドバイオリン」、すなわちコネクティングロッドのバイオリン状の運動曲線が生ずる。
【０００３】
そこで例えば特許文献1から、基本的にロッドヘッド、すなわち上端部ベアリングの形式の一端のベアリング、ロッドシャフト、およびコネクティングロッドベアリング、すなわち下端部ベアリングの形式の他端のベアリングを含み、それによってクランク駆動部の真直な部分、すなわちピストンとクランクシャフトとの連結リンクを形成するコネクティングロッドを有する駆動機構が公知である。ロッドヘッドは一体形でも分割形でもよい。分割されたコネクティングロッドベアリング、すなわち下端部ベアリングのベアリングキャップは、適合する少なくとも2個の締めねじによってロッド脚部に連結されている。ロッド脚部とロッドキャップとによって形成されており、完全なベアリングスリーブヘと補完するベアリングボックスが嵌め込まれ、かつクランクピンを受けるために備えられたコネクティングロッドベアリングは、圧力変化時に衝撃的な応力を受け、その際に高いベアリング負荷が生ずる。
【０００４】
ピストンの組付け時、もしくは引抜き時に、コネクティングロッドは部分的にエンジンシリンダ内を案内されなければならないので、少なくともクランクピンが太い場合は、従来は通常、下端部ベアリングの分割、またはロッドシャフトの分割が必要である。
【０００５】
ピストンは大きな機械的負荷、および熱負荷のもとで動作する。その際に、ピストンは例えば圧力エネルギの機械動作ヘの転換、クランクケースに対するシリンダ室のシーリング、いわゆるトランク形ピストンエンジンの場合に、コネクティングロッドの上端を真直に案内することなど、複数の役割を果たさなければならない。ロッドヘッドでのピストンの軸受けは、従来は公知の方法でピストンとコネクティングロッドとの間に力を均等に伝達する端部ベアリング内のピストンピンによって実現される。従来はピストンピンの状態は2つの要因によって規定される。ピストンの傾倒運動を避けるため、ピストンの重心はピストンピンの軸線上になければならない。他方では、法線力が均等にシリンダ壁に伝達されるように、ピストンピンはピストンシャフトの中心に固定されなければならない。双方の要件を同時に満たすことができないので、従来、ピストンピンはシャフトの中心のやや上に取り付けられる。
【０００６】
大型のピストンは公知のように2つ以上の部品からなっている。そこで例えばスチールまたは鋳鉄からなるピストンヘッドは、例えば特殊鋳鉄またはアルミニウム合金からなるシャフトとねじ止めされる。
【０００７】
さらに特許文献2から、一体のロッドシャフト(これは組立て上の理由から分割されたロッドシャフトと比較して重さとコストの軽減を意味する)を有するマリンヘッドの形式のコネクティングロッドが導入された駆動機構が公知であり、これはクランクピンを受けるためのコネクティングロッドベアリングの特殊な構成、ひいてはコンパクトな構造を可能にし、それによってさらにエンジンの高さを低くすることが可能になり、エンジンシリンダを通るピストンの引抜きが著しく簡単になる。
【０００８】
さらに、従来はピストンとコネクティングロッドとの間で力を伝達するピストンピンと端部ベアリングとによって実現されるロッドヘッドでのピストンの軸受けを最適化し、特にこのピストン/コネクティングロッドの連結部をコンパクトに形成し、ピストンの組立てをさらに容易にする必要がある。
【特許文献１】ドイツ特許第35 05 964 C1号
【特許文献２】ドイツ特許第100 46 214 C1号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記に鑑みて本発明の目的は、従来の機能を全て保持しつつ、ロッドヘッドでのピストンの軸受けを改良し、特に高価な工具なしでもピストンの取付け/取外しが可能になるようにし、さらにコネクティングロッドの質量を明確に減少させ、その製造費用を低減するように包括的な駆動機構を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題は請求項1の特徴によって解決される。
【００１１】
本発明による球形/カップ状ベアリングはピストンとコネクティングロッドとを連結するための従来技術で一般的なピストンピンを代替部品なしで省き、それによって振動質量を著しく低減する。
【００１２】
回転防止手段のロックを解除した状態で軸を支点にピストンを回転させることで形状ロックの解除を可能にし、ひいてはコネクティングロッドなしでピストンをエンジンブロックから引き抜くことが可能であることによって、ドイツ特許第100  46  214  C1号の特殊なコネクティングロッドベアリングの構成に依存する必要なく、ロッドシャフトの分割も必要なくなるので、重さとコストの軽減、ならびに動的な力の低減を達成可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１４】
コネクティングロッド1は図2に示すようにピストン3を受けるための分割されていないロッドヘッド2、ロッドヘッド2に接合された分割されていないロッドシャフト4、ならびに図4および図5に示すように、ロッドシャフトに接合されたロッド脚部5からなっており、このロッド脚部は複数個の引張りねじもしくは締めねじ6a,6bを介してロッド脚部に固定されたロッドキャップ7と共にコネクティングロッドベアリング、もしくは下端部ベアリング8を形成している。ロッドヘッド2を潤滑するため、またはピストンを冷却するためにも、ロッドシャフト4には公知の態様で注油の穴が長手方向に穿設されている。すなわち、軸方向の注油穴9が分配システム22を経てロッドヘッド2につながっている。
【００１５】
コネクティングロッドベアリングの端部ベアリング8(図4および図5)内には完全なベアリングスリーブヘと補完する2つのベアリングボックス10a,10bが据付けられ、これは通常は滑り接点内の残りのスリットを残してクランクピン(ここには図示せず)を囲んでいる。
【００１６】
ロッドヘッド2でのピストン3の軸受けは、部分球形の表面上に配置されたベアリング面を外周12に備えたカップ状部分11を含んでいる。このベアリング面の球形の表面領域と対向する側には、ベアリングブラケット13、または支持部の形式のリング状の、かつ対応して球形に形成された軸受け面が備えられているので、カップ状部分11はベアリングブラケット13または支持部に対してカップ中点を支点に回転可能に軸受け面内に保持される。したがって図2からもよく分かるように、カップ状部分11はその外周12に部分球形の表面上に配置されたベアリング面を備え、これはカップ状部11の直径がほぼ最大である箇所を貫いて延びるカップ中心面14の両側に延在している。
【００１７】
図示した好適な構成では、ロッドヘッド2は球形のカップ状部分11として形成され、ピストンヘッド15はベアリングブラケットの形式の軸受け面を有する支持部13として形成されているが、逆の構成も考えられよう。
【００１８】
実施例(特に図2を参照)では、ピストン上部、ピストンヘッド15、およびピストン下部、ピストンシャフト20からなる2体構造のピストンが使用されている。同様に、ピストンクラウン、ピストンスカート、およびピストン下部からなる3体構造のピストンを使用することも可能である。ピストンヘッド15とピストンシャフト20とは適宜の複数のねじ21によって互いに連結可能である。
【００１９】
ピストン3の下部20はほぼ半球形の皿状部内にカップ状部分11の下部を含んでいる。4ストロークのイグニションOTとオーバーラップOTとの交代(この位相ではすべてのバルブが開いている)では、ピストンに起因する慣性力および点火力はピストン下部20またはピストンヘッド15で支持されるので、(この実施例にはない)ピストンピンの従来の機能は完全に本発明によるベアリングに併合される。
【００２０】
したがって、一方ではコネクティングロッド、特に一体のマリンヘッドおよびピストンのコンパクトな構造が得られ、また他方では同時にカップ状部も周囲でベアリングブラケットに支持される。
【００２１】
本発明によって球形/ カップ状ベアリング11,13は形状ロックを保持するために解除可能な回転防止手段を含んでおり、これによってさらに、ロック解除した状態で軸を支点にピストン3 を回転させることで形状ロックの解除も可能になる。
【００２２】
特に図1に見られるように(全ての図面で対応する参照符号が保たれている)、ピストン3(この場合はピストン下部20)は、ロッドヘッド2を格納するための内室、すなわち周囲方向の軸受け面13内に補足的に好適には直径方向で対向する、それぞれ1個の回転防止部材23a,23b(図6をも参照)で塞がれた少なくとも2つの切欠き部17a,17bを設け、これらの回転防止部材はさらに、わずかなねじ24でピストン内に、すなわちこの場合はピストン下部20内に固定されている。
【００２３】
球形のカップ状部11、すなわち球形のロッドヘッド2は、組立て状態で回転防止部材23a,23bに支承され、それによってロッドヘッド2に対するピストン3の相対的な回転を確実に防止する、切欠き部17a,17bに対応して平坦化された壁部分16a,16bを備えて実施される。
【００２４】
図6には、切欠き部17a,17bの領域でピストン3内の3個のねじ24によってそれぞれ切欠き部17a,17bを塞ぐために固定可能であり、もしくはピストン3を外向きに回転させるために緩めることが可能である双方の回転防止部材23a,23bがさらに詳細に示されている。
【００２５】
したがって本発明の本質は、球形の外面12を備え、潤滑油が注入されるベアリングボデー11が、これを軸方向に配置する役割を果たし、ベアリングブラケット13の鉢状の切欠き部内にあるリング状もしくは部分球状の面内に受けられ、コネクティングロッド1のピストン3からの分離は回転防止部材23a,23bが離されることによって簡単に可能であり、(2つの切欠き部17a,17bが直径方向に対向している場合、図1を参照)ピストン3のコネクティングロッド1に対する90°の相対回転でロッドヘッド2の球形の表面の一部が切欠き部17a,17b内に案内され、ロッドヘッド2の平坦化された壁部分16a,16bがベアリングブラケット13の球形面と対向することによって、球形/カップ状ベアリング11,13の形状ロックの分離が行われ、ピストン3をロッドヘッド2から簡単に取り外すことができる球形/カップ状ベアリング11,13にある。
【００２６】
記載の球形/カップ状ベアリング11,13を確実な継続潤滑を保証するため、カップ状部分11を軸方向に配置するために画成された球形のベアリング面18の前のベアリングブラケット13の前端に潤滑油貯蔵室19を備え、そのエンジン側のシーリングは通常どおり保証される。
【００２７】
本発明による球形/カップ状ベアリング11,13の構成によってさらに、ロッドシャフト4内ヘの直接のガス力誘導が改良され、従来のピストンピンを代替部品なしで省くことができる。それによって振動質量が明らかに(約20%)低減する。さらに全体的な摩擦力も少なくなる。
【００２８】
エンジンシリンダを通るピストン3の引抜きは、今度はコネクティングロッドを完全に取り外した状態で簡単に行うことができるので、ロッドシャフトの分割は基本的になくなることを再度述べておく。それは重さおよびコストの軽減に結びつく。したがって高価な工具(油圧工具)を使用せずにピストンの分解が可能であり、ピストンの分解コストを低くすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による球形/カップ状ベアリングの平面図である。
【図２】分割されないロッドシャフトと、本発明によって形成されたピストンの球形/カップ状ベアリングとを有するマリンヘッドの図1のA-A線に沿った部分縦断面図である。
【図３】図1のB-B線に沿ったマリンヘッドの90°回転した、ピストンを有する図2に対応する部分横断面図である。
【図４】組立て状態でのピストンの本発明によるコネクティングロッドでのベアリング機構を有する駆動機構の斜視図である。
【図５】ピストンシャフトをピストンヘッドから離した場合の、ロッドヘッド、すなわちカップ状部分がピストンヘッドから、すなわちベアリングブラケットから取り外された状態を示す、図3に基づく別の斜視図である。
【図６】本発明による球形/カップ状ベアリングの形状ロックを保持するための回転防止手段の詳細図である。
【符号の説明】
【００３０】
1  コネクティングロッド
2  ロッドヘッド
3  ピストン
4  ロッドシャフト
5  ロッド脚部
6a,6b  引張りねじ、もしくは締めねじ
7  ロッドキャップ
8  下端部ベアリング
9  注油穴
10a,10b  ベアリングボックス
11  カップ状部分
12  カップ状部分の外周
13  ベアリングブラケット
14  カップの中心面
15  ピストンヘッド
16a,16b  平坦化された壁部分
17a,17b  切欠き部
18  球面
19  潤滑剤貯蔵室
20  ピストンシャフト
21  ねじ
22  配分システム
23a,23b  回転防止部材
24  ねじ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005164030.tif 000006
【図５】
2005164030.tif 000007
【図６】
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