CN102149914B - 内燃引擎 - Google Patents

Abstract

一种内燃引擎，其中与往复移动于缸内径B1、B3内的四个活塞连结的连接构件(4)是连结于曲柄轴(1)的曲柄销(1a)，与曲柄轴部(1d)一体旋转的小齿轮构件(20)是具有内齿轮构件(19)的内径L1的1/2的外径L2且可沿着内齿轮构件(19)的内周转动，经由小齿轮构件(20)的自转与公转将曲柄销(1a)的运动轨迹设成往复直线运动，轴颈支撑构件(17a)具有将位于小齿轮构件(20)与曲柄臂(1c)之间的曲柄轴颈(1b)以可旋转的方式支撑的轴承部(b3)，并以可与上述输出构件(17)呈同心状一体旋转的方式支撑于壳构件(H)，藉轴承部(b3)支撑接近曲柄销(1a)的曲柄轴颈(1b)。

Description

内燃引擎

技术领域

本发明是关于将活塞的往复直线运动转换成曲柄轴的旋转运动而从输出轴取出旋转动力的内燃引擎，特别是关于以使曲柄销经由连结于曲柄轴的小齿轮构件与内齿轮构件进行往复直线运动的方式构成的内燃引擎。 

背景技术

以往，已知的往复式内燃引擎具备：燃烧室，由缸内径(cylinderbore)和活塞形成；曲柄轴，具有从输出轴的轴心偏心的曲柄销；以及连杆，以可旋转的方式外嵌于曲柄销且因应活塞的往复直线运动而摆动。 

在上述的引擎中，由于曲柄销是形成于从输出轴的轴心偏心曲柄臂的长度量的偏心位置，故连杆会因应活塞的往复直线运动而一边以既定角度摆动一边进行上下运动，以将活塞的往复直线运动转换成曲柄轴的旋转运动，而对输出轴赋予旋转运动。 

由于连杆为左右摆动且上下运动的构造，所以连杆与活塞的连结部形成旋转滑动部，连杆与曲柄销的连结部亦形成旋转滑动部，在四汽缸的内燃引擎中，设有安置部位的旋转滑动部。而且，由于连杆会摆动，所以也在四个活塞作用侧压。 

在此，一般来说，引擎的效率低是根据热效率理论所得的认知。然而，若进行将膨张力乘以活塞的微小移动距离来进行积分的源头(source)输出与轴输出的比较测量结果，则可容易判断不仅是理论热效率的问题。 

在以往的内燃引擎的问题点方面，有因排气耗损等而导致热效率降低的问题，也有因摩擦或振动而导致损耗较大的问题，然而多数的技术人员认为难以更大幅度地改善。 

若旋转体的角速度没有变化，则不需从外部供给能量，然而一般的汽车用内燃引擎中，需要较大的能量。也就是说，在包含无负荷运转 (idling)的空转时会消耗大量的燃料。以下，表示在排气量1700mL的引擎中，关闭空调机，于P模式下测得的燃料消耗量。 

1000rpm时，相当于10.4kW的燃料消耗量 

2000rpm时，相当于17.6kW燃料消耗量 

3000rpm时，相当于26.4kW的燃料消耗量 

4000rpm时，相当于35.2kW的燃料消耗量 

5000rpm时，相当于47.2kW的燃料消耗量 

储存汽车在进行一般运转时其瞬时的燃料消耗量与旋转数的资料。 

具体而言，例如，在行驶中瞬间的燃料消耗量相当于17.6kW，旋转数为2000rpm的情况下，引擎没有完全输出，可以说是在空转状态。同样地，该旋转数的燃料消耗量相当于30kW，差量(difference)12.4kW略有助于行驶能量。在此情况下，仅仅30kW中的12.4kW(约41％)有助于行驶。然而，实际的轴输出因热效率的问题而更大幅度地降低。 

此种资料收集实施了3个月，结果，燃料消耗量中有45％是消耗在维持引擎的旋转，剩余的55％是消耗在行驶。假定理论效率为30％，则燃料消耗量中仅有16％对行驶有帮助。此外，若加上变速器效率，则对行驶有帮助的值变更低。 

关于上述原因方面，可列举：摩擦与振动。关于上述摩擦方面，可列举因作用于活塞与汽缸间的侧压所导致的摩擦；作用于活塞销与连杆间的摩擦；作用于连杆与曲柄销间的摩擦；以及作用于曲柄轴与外罩间的摩擦等。由于在往复滑动部或旋转滑动部，无法确保充分的油膜，所以认为摩擦损耗必然会变大。 

在振动方面，虽伴随膨胀冲程的转矩变动产生的振动不能避免，但是旋转系的振动无法忽视，最后变成热而散失。旋转系以外的问题是能量振动。在四汽缸引擎的情况，全部的活塞与连杆同时反复进行加速与减速。于上死点与下死点的活塞与连杆的动能为零，但在其它时候则具有与其速度的平方成比例的动能。而且，在一般的四汽缸引擎中，四个活塞会同时失去速度，同时加速。 

上述的加速是在一旋转反复进行两次，其动能是经由包含连杆的连结机构，在曲柄轴与活塞间接收而始终移动。因此，对曲柄轴的角速度 产生影响而成为振动，同时每次在往复移动时动能会在四组连结机构中形成摩擦而失去较多的能量。 

专利文献1的水平相对向二汽缸引擎(参照图8)具备包含旋转输出用主轴的曲柄轴、与水平相对向的一对活塞一体连结的共享连杆、以及设置于该共享连杆和一对曲柄销之间的一对行星机构，各行星机构具备与曲柄轴的旋转中心呈同心状的太阳齿轮(固定内齿轮)及具有太阳齿轮的内齿的直径的1/2的外径的行星齿轮，行星齿轮以可旋转的方式枢支于上述曲柄轴的曲柄销，在各行星机构中齿轮销朝共享连杆侧延伸而一体形成于一对行星齿轮的侧部外周部，一对齿轮销是一体形成并连结于共享连杆。 

在上述引擎中，当活塞进行往复直线运动时，与共享连杆连结的齿轮销会因应行星齿轮的转动，而在包含曲柄轴的旋转轴心的水平面上进行往复直线运动，所以连杆不会进行摆动动作，不会对活塞作用侧压力。 

[专利文献1]日本专利第2683218号公报 

发明内容

专利文献1的水平相对向二汽缸引擎中，不是藉轴承部支撑共享齿轮销的两端部的构造，而是藉一对行星齿轮支撑而成为以曲柄轴的曲柄销分别支撑此等行星齿轮的构造。因此，当作用自活塞的大负载作用于齿轮销时，曲柄销会弹性变形，行星齿轮与太阳齿轮的啮合变不良，磨擦阻力增大，无法获得动作确实性，无法确保行星机构的耐久性。而且，由于上述齿轮销朝向与活塞的轴心平行的方向进行往复直线运动，故难以藉轴承部来支撑上述齿轮销。 

本发明的目的在于提供一种在曲柄销进行往复直线运动的内燃引擎中，可确保曲柄轴与其周边的支撑刚性与耐久性的内燃引擎，以及提供一种可小型化且可显着降低耗油量的高效率的内燃引擎。 

本发明的内燃引擎，是具备可滑动于缸内径内的活塞、及经由连接构件与该活塞连动连结的曲柄轴，并可将上述活塞的往复运动转换成曲柄轴的旋转运动而从输出轴输出的内燃引擎，其中上述曲柄轴具备连结于上述连接构件的曲柄销、一对曲柄臂及配重(counter weight)、一对 曲柄轴颈、以及从至少一个曲柄轴颈延伸成同轴状的至少一个曲柄轴部。 

再者，该内燃引擎具备：至少一个输出构件，支撑上述曲柄轴部，使其可绕着与上述输出轴的轴心偏心的旋转轴心旋转，并使其以可与上述输出轴进行同心旋转的方式支撑于壳构件；至少一个内齿轮构件，具有与上述输出构件形成同心状的多个内齿且固定于上述壳构件；至少一个小齿轮构件，具有上述内齿轮构件的内径的1/2的外径且构成可沿着上述内齿轮构件的内周转动，并在邻接于上述曲柄轴颈的位置以可与上述曲柄轴部一体旋转的方式外嵌于上述曲柄轴部；以及一对轴颈支撑构件，分别具有以可绕着与上述输出轴的轴心偏心的轴心转动的方式支撑上述一对曲柄轴颈的轴承部，且以可与上述输出构件进行同心旋转的方式支撑于壳构件。 

根据本发明的内燃引擎，由于小齿轮构件具有内齿轮构件的内径的1/2的外径且可沿着内齿轮构件的内周转动，并以可与曲柄轴部一体旋转的方式外嵌于曲柄轴部，故藉由活塞构件的往复直线运动使曲柄轴进行旋转运动时，经由小齿轮构件与内齿轮构件可使曲柄销进行往复直线运动。如此地，可将活塞的往复运动经由曲柄轴与内齿轮构件转换成小齿轮构件的自转与公转，将小齿轮构件的公转转换成输出构件的自转旋转，将输出构件的自转旋转输出为输出轴的旋转。 

由于连结曲柄销与连接构件的构造得以简单化，且连接构件与活塞的连结部或连接构件与曲柄销的连结部没有旋转滑动部，所以不会对活塞作用侧压，因此可进一步降低摩擦损耗，可使内燃引擎的输出特性或振动特性提升。 

由于设有一对轴颈支撑构件，其分别具有将一对曲柄轴颈以可绕着与输出轴的轴心偏心的轴心旋转的方式支撑该一对曲柄轴颈的轴承部，且以可与输出构件进行同心旋转的方式支撑于壳构件，又因可通过一对轴承部及轴颈支撑构件支撑曲柄销两端的一对曲柄轴颈的两端，所以可确保支撑曲柄销的构造的刚性、强度、耐久性。 

而且，可缩小上述轴承部与曲柄销之间的距离，以包含上述轴承部的小型轴颈支撑构件有效地支撑曲柄轴颈。再者，由于可藉曲柄轴颈与曲柄轴部在两端支撑小齿轮构件，所以可确保支撑小齿轮构件的构造的 刚性、强度，耐久性。 

除了上述构成外，也可适当采用以下构成。 

(1)构成当活塞在上述缸内径内进行往复运动时，上述曲柄销朝向与缸内径的轴心平行的方向进行往复直线运动。 

(2)上述内燃引擎具有呈相对向状配置于曲柄轴的两侧的多个缸内径及活塞，且与上述多个活塞分别连动连结的多个连接构件是形成一体。 

(3)上述连接构件具有以可旋转的方式外嵌于曲柄销的环状连接部、及连结于多个活塞的多个直式连接构件，多个直式连接构件中的至少一部分的直式连接构件是接着于上述环状连接部。 

(4)包含上述多个活塞的中心线的平面是相对于上述曲柄销配置成正交状。 

(5)包含上述多个活塞的中心线的平面是相对于上述曲柄销配置成平行。 

(6)在上述输出构件一体地设有平衡配重(balance weight)。 

(7)上述曲柄销相对于上述曲柄轴部的偏心量是设定成上述小齿轮构件的外径的1/2。 

附图说明

图1是本发明实施例1的引擎(省略外罩的状态)的示意立体图； 

图2是引擎的主要部分的剖视图； 

图3是曲柄轴、小齿轮构件、内齿轮构件、输出构件、输出轴、轴颈支撑构件与外罩的剖视图； 

图4是曲柄轴的立体图； 

图5是曲柄轴的侧视图； 

图6是曲柄轴的前视图； 

图7是曲柄轴、内齿轮构件、小齿轮构件与输出构件的分解立体图； 

图8是输出构件的前视图； 

图9是输出构件的侧视图； 

图10是活塞与连接构件的前视图； 

图11是曲柄轴、小齿轮构件与内齿轮构件的动作说明图； 

图12是实施例2相当于图3的图； 

图13是活塞与连接构件的立体图； 

图14是实施例3曲柄轴的分解立体图；以及 

图15是实施例4曲柄轴的分解立体图。 

具体实施方式

以下，依据实施例，说明用以实施本发明的形态。 

[实施例1] 

以下，依据图1-图11，说明实施例1的引擎E。 

如图1-图3所示，引擎E是上下相对向式四汽缸的四循环往复移动式内燃引擎。该引擎E具有：作为壳构件的外罩H；形成于外罩H上部的一对缸内径B1及形成于外罩H下部的一对缸内径B2；塞住缸内径B1上端的上侧汽缸头CH及塞住缸内径B2下端的下侧汽缸头CH；可滑动地装设于一对缸内径B1的一对活塞2；可滑动地装设于一对缸内径B2的一对活塞2；动阀机构VD；连结于四个活塞2的X型连接构件4；以及包含连动连结于该连接构件4的曲柄轴1的输出取出机构T等 

包含曲柄轴1、输出轴16的输出构件17等是经由轴承以可旋转的方式支撑于外罩H。上侧的一对缸内径B1与下侧的一对缸内径B2是呈上下相对向，而上下相对向的缸内径B1、B2的轴心是成为同心状。上侧的1对缸内径B1是形成邻接状，下侧的一对缸内径B2是形成邻接状。包含四个缸内径B1、B2的轴心的共同平面，即包含四个活塞2的轴心的共同平面是与曲柄轴1的轴心及输出轴16的轴心正交。在该引擎E中，例如：活塞2的直径设定为60mm、冲程设定为125mm、总排气量设定为约1400ml。 

活塞2是以可往复直线运动的方式分别装设于各个缸内径B1、B2，藉由缸内径B1、B2、汽缸头CH、CH与活塞2、2分别形成有燃烧室。活塞2是以其长度比其直径短的方式形成。四个活塞2是经由X型的连接构件4连结于曲柄轴1的曲柄销1a。 

由于上述连接构件4是成为沿垂直方向直线运动的构造，故不会对活塞2作用侧压。因此，可将活塞2的裙部形成极短，也可省略裙部。 

由于该引擎E的上半侧的构造与下半侧的构造，除了曲柄轴1以外，呈上下大致对称，故以下的说明主要针对上半侧的构造、与包含曲柄轴1的输出取出机构T的构造作说明。如图2所示，在外罩H的燃烧室3周围的壁部内，形成有将从水泵(省略图示)输送来的冷却水导入的水套5。 

在汽缸头CH，与各缸内径的燃烧室3连接的吸气口12及吸气阀6、及与燃烧室3连接的排气口13及排气阀7是排列配置在与曲柄轴1的轴心平行的方向。吸气阀6与排气阀7是以分别藉阀导可移动于阀轴方向的方式支撑，且藉由介设于弹簧扣件与弹簧座部之间的阀弹簧6a、7a朝闭阀方向推弹。 

在汽缸头CH设有：可将燃料喷射至一对燃烧室3的一对喷射器(省略图示)一1对火星塞11、与一对吸气口12连接的一对吸气通路、与一对排气口13连接的排气通路、以及导入冷却水的水套14等。 

其次，针对将上述吸气阀6和排气阀7以与曲柄轴1同步并在预设的时序开闭的方式进行驱动的动阀机构VD作说明。 

于汽缸头CH设有：凸轮轴8，配设于一对缸内径B1的中间位置的上方且与曲柄轴1的轴心平行延伸；以及一对摇臂轴9。 

于凸轮轴8的中途部形成有一对进气凸轮8a及1对排气凸轮8b。对应于一燃烧室3的进气凸轮8a和排气凸轮8b是以在其等之间挟持对应于另一燃烧室3的进气凸轮8a和排气凸轮8的方式形成于凸轮轴8。凸轮轴8是以可旋转的方式支撑于汽缸头CH。 

一对摇臂轴9是平行配置于凸轮轴8的上侧附近的左右两侧。在此等摇臂轴9设有：对应于一对进气凸轮8a的吸气用摇臂10a；以及对应于一对排气凸轮8b的一对排气用摇臂10b。吸气用摇臂10a的中途部是以可转动的方式支撑于摇臂轴9，其一端侧的下面抵接于进气凸轮8a，另一端侧的下面抵接于吸气阀6的阀轴端部。排气阀6是藉由与上述凸轮轴8一体旋转的进气凸轮8a经由吸气用摇臂10a而升降驱动。排气用摇臂10b也以同样的方式构成，吸气阀7是藉由与上述凸轮轴8一体旋转的排气凸轮8b经由排气用摇臂10b而升降驱动。 

如图1、图2所示，于凸轮轴8的一端部装设有凸轮皮带盘(cam pulley)8A。于凸轮皮带盘8A挂设有可藉曲柄轴1旋转驱动的正时皮带 (timing belt)15a。当正时皮带15a旋转驱动于凸轮皮带盘8A时，会使形成于凸轮轴8的进气凸轮8a与排气凸轮8b旋转驱动，吸气阀6藉进气凸轮8a与吸气用摇臂10a在预设的时序开闭，又，排气阀7藉排气凸轮8b与排气用摇臂10b在预设的时序开闭。在此，于图2所图示的状态下，在引擎E的上半部，例如左侧的汽缸为压缩上死点，右侧的汽缸为排气上死点。此时，在引擎E的下半部，例如左侧的汽缸为吸入下死点，右侧的汽缸为膨张下死点。 

该引擎E是对两个缸内径B1设有1根凸轮轴8与2根摇臂轴9的摇臂式引擎，也可构成为SOHC式引擎，又，也可构成DOHC式引擎，其分别设有对应于各缸内径B1、B2的凸轮轴，且在各凸轮轴设有进气凸轮和排气凸轮和凸轮皮带盘。 

接着，针对包含曲柄轴1的输出取出机构T进行说明。 

如图3所示，输出取出机构T具有：曲柄轴1；一对输出构件17，与输出轴16一体形成且可与输出轴16进行同心旋转；一对轴颈支撑构件17a；一对内齿轮构件19，形成与输出轴16呈同心状且固定于外罩H；及一对小齿轮构件20，啮合于内齿轮构件19且可沿内齿轮构件19的内周转动。 

如图4-图6所示，曲柄轴1具备：曲柄销1a，位于长度方向中央部且与连接构件4连结；一对曲柄轴颈1b，与曲柄销1a平行地形成且将曲柄轴1以可旋转的方式支撑于外罩H；一对曲柄臂1c，分别连接曲柄销1a的两侧端部与一对曲柄轴颈1b；一对曲柄轴部1d，从曲柄轴颈1b延伸于曲柄轴1的长度方向且比直径比曲柄轴颈1b还小；以及一对配重1e，与曲柄臂1c形成一体且对曲柄轴颈1b延伸于与曲柄销1a相反的方向。在图3中，曲柄轴1是对曲柄销1a形成左右对称。 

曲柄轴部1d的曲柄轴颈1b侧的基部是形成既定长度的花键轴1f，于小齿轮构件20的中心部形成有花键轴孔，小齿轮构件20是以与花键轴1f一体旋转的方式进行花键嵌合。花键轴1f的直径是形成为小于曲柄轴颈1b的直径且大于曲柄轴部1d的直径。 

如图3、图11所示，将内齿轮构件19的内径(间距圆直径)设成L1，将小齿轮构件20的外径(间距圆直径)设成L2时，L1＝2×L2，曲 柄轴颈1b及曲柄轴部1d的轴心是从输出轴16的轴心只偏心0.5×L2，曲柄销1a是从曲柄轴颈1b及曲柄轴部1d的轴心只偏心0.5×L2。如图6所示，配重1e的重心Gc是从曲柄轴颈1b及曲柄轴部1d的轴心只偏心L3(＝0.5×L2)。 

于各输出构件17的端部一体形成有输出轴16。各输出构件17经由轴承b2可旋转自如地支撑于外罩H。各输出构件17将曲柄轴支撑部17b与平衡配重17c一体形成。在各输出构件17的曲柄销1a侧的邻接于曲柄臂1c与配重1e的位置设有轴颈支撑构件17a，该轴颈支撑构件17a具有将位于曲柄臂1c和小齿轮构件20之间的曲柄轴颈1b可旋转自如地支撑的轴承部b3，且该轴颈支撑构件17a与输出构件17一体形成。 

在相位于各输出构件17中的内齿轮构件19位于与轴颈支撑构件17a相反侧的部位，形成有具有以可旋转的方式支撑曲柄轴部1d的轴承部b4的曲柄轴支撑部17b。在与各输出构件17中的内齿轮构件19对应的部位，形成有将轴颈支撑构件17a和曲柄轴支撑部17b一体连结的平衡配重17c。轴颈支撑构件17a与曲柄轴支撑部17b是形成以输出轴16的轴心为中心的圆形板状，轴颈支撑构件17a藉轴承b1支撑于外罩H，曲柄轴支撑部17b藉轴承b2可旋转自如地支撑于外罩H(壳构件)。 

上述平衡配重17c形成剖面半圆形的构件，其在内齿轮构件19的内侧空间中相对于输出轴16的轴心贯通小齿轮构件20相反侧的内侧空间。此外，即使在将轴颈支撑构件17a与输出构件17设成一体构造的情况，为了可进行组装，优选作成可在轴颈支撑构件17a与输出构件17交界面或平衡配重17c与曲柄轴支撑部17b的交界面分割的一体构造。例如，亦可将轴颈支撑构件17a作成与输出构件17分别形成的构件，而藉多个螺栓与平衡配重17c结合成一体 

如图3所示，构成一输出构件17的输出轴16输出驱动力，另一输出构件17的输出轴16出输用以驱动动阀机构VD的驱动力或用以驱动辅助类的驱动力。因此，在另一输出构件17的输出轴16的前端侧部分装设有：可分别与正时皮带15a、15b啮合且被设定成凸轮皮带盘8A直径的1/2的链轮21a、21b或补机驱动用滑轮(省略图示)。 

如图3所示，圆环状的内齿轮构件19是在轴承b1与轴承b2之间固 定于外罩H。内齿轮构件19具有可与小齿轮构件20的外齿20t啮合的多个内齿19t，该多个内齿19t是与输出构件17的轴心呈同心状地配置成环状。小齿轮构件20的外齿20t是设成在保持啮合于内齿轮构件19的内齿19t的情况下可沿着内齿19t公转。 

如图1、图10所示，连接构件4具有：环状连接部4a，以可旋转的方式外嵌于曲柄销1a；一对外侧直式连接构件4b，以将对应于上下方向的活塞2彼此连结且夹着环状连接部4a而配置成平行；四条内侧直式连接构件4c，在被一对外侧直式连接构件4b包夹的区域，将各外侧直式连接构件4b的上端部及下端部与环状连接部4a连结；以及三角形的一对薄壁部4d，是为了增加连接构件4的刚性而设置于由环状连接部4a和外侧直式连接构件4b和内侧直式连接构件4c包围的区域等。 

外侧直式连接构件4b与内侧直式连接构件4c的上端侧的连接部，是以刚性或可动的方式连结于上侧缸内径B1内的活塞2的中心部下端部。外侧直式连接构件4b与内侧直式连接构件4c的下端侧的连接部，是以刚性或可动的方式连结于下侧缸内径B2内的活塞2的中心部上端部。上下相对向的活塞2藉外侧直式连接构件4b直接连结，上下方向未相对向的活塞2藉环状连接部4a与两根内侧直式连接构件4c连结。此外，于活塞2的外周装设有例如三个活塞环2a。 

构成当四个活塞2于上下方向往复运动时，小齿轮构件20因应曲柄轴1的旋转而自转一圈并在内齿轮构件19的内齿19t上公转一圈，曲柄销1a伴随小齿轮构件20的转动而沿着包含输出轴16的旋转轴心的垂直面进行往复直线运动。 

藉由上述构成，当上侧的活塞2的一位于压缩上死点时，如图11所示，小齿轮构件20位于对应于内齿19t上端的位置20a，曲柄销1a的轴心位于上端位置Va。当利用火星塞11点火成压缩混合气体时，即开始进行燃烧气体的膨胀冲程。在膨胀冲程中当曲柄销1a被往下推时，小齿轮构件20会在图中朝右方转动于内齿19t上而移动至位置20b。此时，曲柄销1a的轴心配合绕着轴心的自转运动与利用小齿轮构件20所进行的于内齿19t上的转动运动而进行运动的结果，而位于垂直线V上的中间位置Vb。 

当小齿轮构件20自转180度而位于位置20c时，曲柄销1a的轴心会沿着垂直线V进一步进行下降运动而位于中间位置Vc。当活塞2到达下死点，小齿轮构件20自转360度时，小齿轮构件20会位于对应于内齿19t下端位置的位置20d，曲柄销1a的轴心会位于下端位置Vd。 

在排气冲程中，小齿轮构件20是沿着内齿19t从下端位置20d转动至上端位置20a，曲柄销1a的轴心是以与膨胀冲程(燃烧行程)逆向的轨迹移动于垂直线V上。在上述说明中，是以一汽缸内的活塞2依上死点、下死点、上死点的顺序进行上下运动的情况为例来说明，另一活塞2依上死点、下死点、上死点的顺序进行上下运动时亦与上述情况同样。由于该引擎E是四循环的四汽缸引擎，因此是以进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程、排气冲程的四冲程在四个汽缸中同时实施，且在各汽缸中依序进行进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程(爆炸冲程)、排气冲程的四冲程的方式构成。 

在该引擎E中，构成使以小齿轮构件20的旋转中心(曲柄轴部1d的轴心)为中心的质量分配(力矩不平衡)平衡，同时使以输出轴16的旋转中心(输出构件17的轴心)为中心的质量分配(力矩不平衡)平衡。 

在此，如图6、图8所示，设曲柄轴部1d的轴心至配重1e的重心Gc为距离L3、输出轴16的轴心至平衡配重17c的重心Gs为距离L4时，以下述关系式成立的方式设定距离L3、距离L4、配重1e的质量W1e及平衡配重17c的质量W17c。 

(W2+W4)×0.5×(L2)＝W1c×L3(1) 

((W2+W4)+W1e+W20)×0.5×(L1-L2)＝W17c×L4(2) 

此外，W2为四个活塞2的质量，W4为连接构件4的质量，W20为1对小齿轮构件20的质量。由于是以满足式(1)及式(2)的方式设定各构件的质量或距离，所以可将包含活塞2与连接构件4的往复运动部，以及包含往复运动部和配重1e和小齿轮构件20的旋转运动部的质量平衡加以平衡化。 

图11中，如上所述，在引擎E的运转中，曲柄销1a是沿着上端位置Va与下端位置Vd之间的线段Vcp进行往复直线运动，四个活塞2及 连接构件4的速度及动能在上端位置Va与下端位置Vd为最少，在中间位置Vc为最大。另一方面，配重1e的重心Gc(参照图6)，是沿着与线段Vcp正交的线段Hcw进行往复直线运动，两个配重1e的速度及动能在左端位置Vm与右端位置Vn为最少，在中间位置Vc为最大。而且，当曲柄销1a位于上端位置Va或下端位置Vd时，配重1e的重心Gc会位于中间位置Vc，又，当曲柄销1a位于中间位置Vc时，配重1e的重心Gc会位于左端位置Vm或右端位置Vn。 

因此，在该引擎E中，若去除燃烧气压所产生的力来考虑时，四个活塞2及连接构件4在垂直方向上的往复直线运动的动能、与两个配重1e的重心Gc在水平方向上的往复直线运动的动能的总计大致固定，在垂直方向的往复直线运动的动能与水平方向的往复直线运动的动能之间进行动能的移转或交换。因此，耗散为引擎振动或热能的能量得以进一步减少，可显着改善输出特性。 

其次，针对平衡配重17c的动态平衡功能作说明。 

如图7所示，由于在引擎E的运转中，曲柄轴1与小齿轮构件20等是绕着输出轴16的轴心作旋转运动，故会产生如图所示的离心力Fr。另一方面，由于平衡配重17c亦会绕着输出轴16的轴心作旋转运动，故会产生如图所示的离心力Fb。在此，由于相对于输出轴16的轴心，平衡配重17c是位于小齿轮构件20的相反侧，所以离心力Fb会抵销离心力Fr而使引擎振动显着降低。此外，可以离心力Fb抵销离心力Fr的方式预先设定平衡配重17c的大小。 

接着，针对本引擎E的作用效果作说明。 

在该引擎E中，输出构件17是支撑曲柄轴部1d，使所述曲柄轴部1d可绕着与输出轴16的轴心偏心的旋转轴心旋转，并和与输出构件17形成一体的输出轴16进行同心旋转(即，输出构件17与输出轴16同心旋转)的方式支撑于外罩H，所以可将曲柄轴部1d的旋转运动从输出轴16输出。 

由于内齿轮构件19是与输出构件17形成同心状且固定于外罩H，故可依据曲柄轴部1d的旋转运动而使小齿轮构件20旋转。由于小齿轮构件20具有内齿轮构件19的内径L1的1/2的外径L2且可沿着内齿轮 构件19的内周转动，并以可曲柄轴部1d一体旋转的方式外嵌于曲柄轴部1d而配设在与曲柄轴颈1b邻接的位置，所以可一面使曲柄销1a的运动轨迹进行往复直线运动，一面使小齿轮构件20沿着内齿轮构件19的内周转动。依此方式，可将活塞2的往复运动经由曲柄轴1与内齿轮构件19转换成小齿轮构件20的自转与公转，将小齿轮构件20的公转转换成输出构件17及轴颈支撑构件17a的自转旋转，将输出构件17及轴颈支撑构件17a的自转旋转输出作为输出轴16的旋转。 

由于轴颈支撑构件17a具有可将位于小齿轮构件20与曲柄臂1之间的曲柄轴颈1b以可旋转的方式支撑的轴承部b3，并以可与曲柄轴支撑部17b呈同心状地一体旋转的方式支撑于外罩H，所以可藉轴承部b3支撑接近曲柄销1a的曲柄轴颈1b，可将曲柄轴颈1b经由轴颈支撑构件17a藉轴承b1支撑于外罩H。因此，可确保支撑曲柄轴颈1b的支撑刚性、强度，并可确保耐久性。 

由于可藉内齿轮构件19与小齿轮构件20，将曲柄销1a的运动轨迹限制于往复直线运动，所以不会从连接构件4对活塞2作用侧压，可显着降低作用于活塞2的磨擦阻力。而且，连结曲柄销1a与连接构件4的构造得以简单化，不论是连接构件4与活塞2的连结部，或是连接构件4与曲柄销1a的连结部，皆可不须旋转滑动部，所以可显着降低此等连结部的磨擦阻力，进一步减少燃料消耗率，进一步减少燃料消耗量，可使引擎E的输出特性或振动特性提升。 

由于在与输出构件17一体的轴颈支撑构件17a，设有将位于小齿轮构件20与曲柄臂1c之间的曲柄轴颈1b以可旋转的方式支撑的轴承部b3，所以可藉1对曲柄轴颈1b与上述的轴承部b3在两端支撑曲柄销1a，所以可确保支撑曲柄销1a的构造的刚性、强度、耐久性。而且，可缩小上述轴承部b3与曲柄销1a之间的距离，即便是包含上述轴承部b3的小型构造，也可有效地支撑曲柄轴颈1b。而且，因为可藉曲柄轴颈1b与曲柄轴部1d在两端支撑各小齿轮构件20，故可确保支撑小齿轮构件20构造的刚性、强度、耐久性。 

由于连接构件4具备以可旋转的方式外嵌于曲柄销1a的环状连结部4a，且分别连动连结于多个活塞2的多个内侧直式连接构件4c的端部是 固定于环状连结部4a，故可将连结于多个活塞2的多个直式连接构件4c经由其环状连结部4a连结于曲柄销1a。由于包含多个活塞2的中心线的平面是相对于曲柄销1a配置成正交状，故可将曲柄销1a构成较短。由于四个活塞2是配置成相对于输出轴16呈180度对称，故可达成引擎E的小型化。 

由于轴承部b3是配置于从输出轴16的轴心偏心的位置，轴颈支撑构件17a和曲柄轴轴支撑部17b和平衡配重17c是一体形成，且在输出构件17设有用以取得绕着输出轴16轴心的力矩的平衡的平衡配重17c，故可显著降低引擎E的振动、噪音等。由于可将曲柄销1a相对于曲柄轴部1d的偏心量设定成小齿轮构件20的外径L2的1/2，故可将曲柄销1a的运动轨迹确实地设定成往复直线运动。 

[实施例2] 

接着，依据图12、图13，说明实施例2的引擎EA。此外，仅说明与上述实施例1的引擎E不同的构成，与实施例1相同的构件是标注相同的符号并省略说明。 

该引擎EA为例如水平相对向式引擎。在该引擎EA中，包含四个活塞2的轴心的共用水平面是构成为与包含输出轴16的轴心的水平面为共同水平面。曲柄轴1A具有：曲柄销1Aa，形成于长度方向的中央部分且与连接构件4A连结；一对曲柄轴颈1b；一对曲柄臂1c；一对曲柄轴部1d，其直径小于曲柄轴颈1b的直径；以及一对配重1e，与曲柄臂1c形成一体且相对于曲柄轴颈1b延伸设置于曲柄销1Aa的相反方向。在图12中，成为相对于曲柄销1Aa呈左右对称的构造。 

如图13所示，连接构件4A的构成包含：环状连接部4Aa，以可旋转的方式外嵌于曲柄销1Aa；左右2对外侧直式连接构件4Ab，连接沿图13的左右方向相对向的活塞2彼此且夹着环状连接部4Aa配置成直线状；四条内侧直式连接构件4Ac，连接各外侧直式连接构件4Ab的端部与环状连接部4Aa；以及三角形薄壁部4Ad，是为了增加连接构件4A的刚性而设置于由环状连接部4Aa和外侧直式连接构件4Ab和内侧直式连接构件4Ac包围的区域。 

接着，说明该引擎EA的作用效果。 

根据该引擎EA，具有与实施例1同样的效果。而且，由于包含四个活塞2的中心线的平面是配置成与曲柄销1Aa的轴心平行，所以可将引擎EA整体的高度尺寸缩小。成为适合作为汽车用引擎的引擎EA。 

[实施例3] 

实施例3的引擎中，由于仅有将实施例1引擎E的曲柄轴1分割成两部分的构造方面与实施例1不同，所以仅针对该不同的构成作说明。如图14所示，曲柄轴1B是由分割体1X与分割体1Y构成。一分割体1X是由曲柄销1a、曲柄轴颈1b、曲柄臂1c、曲柄轴部1d、配重1e、花键轴部1f、以及从曲柄销1a的分割端面突出且具有四角形剖面的突出部1g等构成。 

另一分割体1Y是由曲柄轴颈1b、曲柄臂1c、曲柄轴部1d、配重1e、花键轴部1f、形成于曲柄臂1c且可供上述突出部1g嵌合的凹部1h等构成。使突出部1g嵌合于凹部1h，用图示以外的螺栓或销予以固定，藉此曲柄轴1B可结合成一体。分割体1X、1Y可藉由锻造成形，也可藉由以延性铸铁构成的铸造品构成。 

[实施例4] 

在实施例4的引擎中，由于仅有将实施例1引擎E的曲柄轴1分割成两部分的构造方面与实施例1不同，故仅针对该不同的构成作说明。如图15所示，曲柄轴1C是由分割体1P与分割体1Q构成。一分割体1P是由曲柄轴颈1b、曲柄臂1c、曲柄轴部1d、配重1e、花键轴部1f、从曲柄臂1c的内侧端面突出的圆锥状突出部1i、设置于突出部1i中途部的沟部1j、以及形成于突出部1i前端的螺丝部1k等构成。 

另一分割体1Q是由曲柄销1a、曲柄轴颈1b、曲柄臂1c、曲柄轴部1d、配重1e、花键轴部1f、形成于曲柄销部1a的内部且可供突出部1i嵌设的凹部11、从凹部11的内周面突出且可与沟部1j嵌合的突起部1m、从曲柄臂1c的外侧端面突出且可供螺丝部1k贯通的螺帽安装部部1n、及螺帽1p等构成。以突起部1m与沟部1j嵌合的方式将分割体1P和分割体1Q结合，将螺帽1p锁紧于贯通螺帽安装部部1n的螺丝部1k，藉此使曲柄轴1C构成一体。 

接着，说明部分变更上述实施例的变化例。 

[1]上述实施例1中，是以直立式上下相对向型引擎为例作说明，上述引擎E适合构成作为使缸内径B1、B2朝向水平方向且使输出轴16朝向垂直方向的水平相对向式引擎，或，使缸内径B1、B2朝向水平方向且使输出轴16朝向水平方向的水平相对向式引擎。 

再者，也可构成为二汽缸的水平相对向引擎、仅在曲柄轴的单侧配置有缸内径的单汽缸引擎或多汽缸引擎。 

[2]上述实施例1引擎E的输出取出机构T中，是构成相对于曲柄轴1的曲柄销1a在图3中呈左右对称的构造，也可构成左右非对称的构造。即，例如，也可构成为省略图3左侧一半的曲柄轴部1d、小齿轮构件20、内齿轮构件19、输出构件17等，而在左侧一半设置具有轴承部b3的轴颈支撑构件17a、轴承b1等构造的引擎。 

[3]上述实施例1中，是说明藉平衡配重17c连结轴颈支撑构件17a与输出构件17的例子，也可省略平衡配重17c，而作成将轴颈支撑构件17a与曲柄轴支撑部17b分开的构造，又，也可将平衡配重17c一体设置于轴颈支撑构件17a及输出构件17中的一个。 

[4]上述实施例1的动阀机构VD为一例，可采用各种动阀机构。 

[5]此外，只要是熟悉本领域的技术人员，在不悖离本发明的要旨的情况下，都可透过对上述实施例附加各种变更的形态来实施，本发明也包含此种变更形态。 

产业上利用的可能性 

本发明提供一种在将活塞的往复直线运动转换成曲柄轴的旋转运动而从输出轴输出旋转动力的内燃引擎中，特别是以经由小齿轮构件与内齿轮构件将曲柄轴的曲柄销的运动轨迹限制为与活塞同样的往复直线运动的方式构成内燃引擎。 

Claims (10)

1.一种内燃引擎，是具备可滑动于缸内径内的活塞、及经由连接构件与该活塞连动连结的曲柄轴，并可将上述活塞的往复运动转换成曲柄轴的旋转运动而从支撑在壳构件的输出轴输出旋转动力的内燃引擎，其特征在于，

在上述曲柄轴设置有连结于上述连接构件的曲柄销、一对曲柄臂及配重、一对曲柄轴颈、以及从至少一个曲柄轴颈延伸成同轴状的至少一个曲柄轴部，

该内燃引擎具备：

至少一个输出构件，支撑上述曲柄轴部，使所述曲柄轴部可绕着从上述输出轴的轴心偏心的旋转轴心旋转，并且与上述输出轴一体形成且以可与输出轴同心状地旋转的方式支撑于前述壳构件；

至少一个内齿轮构件，具有与上述输出构件形成同心状的内齿轮且固定于上述壳构件；

至少一个小齿轮构件，具有上述内齿轮构件的内径的1/2的外径且啮合呈可沿着上述内齿轮构件的内周转动，并在邻接于上述曲柄轴颈的位置以可与上述曲柄轴部以同心状且不能相对旋转的方式外嵌于上述曲柄轴部；以及

一对轴颈支撑构件，分别具有以可绕着与上述输出轴的轴心偏心的轴心转动的方式支撑上述一对曲柄轴颈的轴承部，且以可与上述输出构件进行同心状旋转的方式支撑于壳构件；

在前述曲柄销的两侧端部上各连接曲柄臂的单侧端部，且在一对的曲柄臂的另侧端部上，各连接一对曲柄轴颈的单侧端部而将曲柄销、一对曲柄臂及一对曲柄轴颈一体形成；

且将前述活塞的往复运动变换为前述小齿轮构件的自转旋转与公转旋转，且将此小齿轮构件的公转旋转变换为前述输出构件的自转旋转而作为输出轴的旋转动力来输出。

2.根据权利要求1所述的内燃引擎，其特征在于，构成当活塞在所述缸内径内进行往复运动时，所述曲柄销朝向与缸内径的轴心平行的方向进行往复直线运动。

3.根据权利要求1所述的内燃引擎，其特征在于，所述输出构件具备轴承部，该轴承部在相对于前述内齿轮构件的与前述轴颈支撑构件相反侧的部位上，以可旋转方式支撑前述曲柄轴部，

前述轴颈支撑构件具备有轴承部，前述轴颈支撑构件的轴承部以可旋转方式支撑位于前述曲柄臂和前述小齿轮构件之间的前述曲柄轴颈上。

4.根据权利要求2所述的内燃引擎，其特征在于，所述内燃引擎具有呈相对向状配置于曲柄轴的两侧的多个缸内径及活塞，且与所述多个活塞分别连动连结的多个连接构件是形成一体。

5.根据权利要求4所述的内燃引擎，其特征在于，所述连接构件具有以可旋转的方式外嵌于曲柄销的环状连接部、及连结于多个活塞的多个直式连接构件，

多个直式连接构件中的至少一部分的直式连接构件是接着于所述环状连接部。

6.根据权利要求4所述的内燃引擎，其特征在于，包含所述多个活塞的中心线的平面是相对于上述曲柄销配置成正交状。

7.根据权利要求4所述的内燃引擎，其特征在于，包含所述多个活塞的中心线的平面是相对于上述曲柄销配置成平行。

8.根据权利要求4至7任一项所述的内燃引擎，其特征在于，在所述输出构件一体地设有平衡配重。

9.根据权利要求8所述的内燃引擎，其特征在于，所述曲柄销相对于上述曲柄轴部的偏心量是设定成所述小齿轮构件的外径的1/2。

10.根据权利要求8所述的内燃引擎，其特征在于，前述平衡配重为形成在内齿轮构件的内侧空间中、而位于相对于前述输出轴的轴心的前述小齿轮构件相反侧的内侧空间中。

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