JP2002519601A - 往復動機構、及び往復動機構を含むエンジン - Google Patents

往復動機構、及び往復動機構を含むエンジン

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JP2002519601A JP2000557091A JP2000557091A JP2002519601A JP 2002519601 A JP2002519601 A JP 2002519601A JP 2000557091 A JP2000557091 A JP 2000557091A JP 2000557091 A JP2000557091 A JP 2000557091A JP 2002519601 A JP2002519601 A JP 2002519601A
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ロジャー バビントン，アラン
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ロジャー バビントン，アラン
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Abstract

(57)【要約】 エンジンで使用される往復動機構は、行程（２１）の二端間を概ね直線の往復動方向に移動可能な往復動部材（１）と、往復動部材に接線方向に接続されて行程の各方向における往復動部材の直線運動を交互に（３２，３３）、概ね一定の回転動作に変換する二つのギアホイール（３１）と、その行程の二端において往復動部材（１）の動きを反転させる反転クランク機構（４１，４４）とを具備する。エンジンで使用される、代替的なギアなし往復動機構において、往復動部材（１）は定幅カム及び従動子（５１，５２）に接線方向に直接接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は往復動機構に関し、特に、この往復動機構を含む内燃エンジンのよう
なエンジンに関する。
【０００２】 公知の往復動機構はクランク機構及びカム機構を含む。内燃エンジンは専ら、
クランク機構を用いてシリンダ内を上下に摺動するピストンの直線動作を出力シ
ャフトの回転運動に変換する。
【０００３】 本発明の一観点によれば、行程の二端間を概ね直線の往復動方向に移動可能な
往復動部材と、往復動部材に接線方向に接続されて往復動部材の直線運動を回転
運動に変換する回転手段と、回転手段の回転に応じ、行程の二端において往復動
部材の動きを反転させる反転手段とを具備した往復動機構が提供される。
【０００４】 本発明の第２の観点によれば、本発明の第１の観点の往復動機構を含むエンジ
ンにおいて、エンジンのピストンに往復動部材を設けたエンジンが提供される。 好ましくは、回転運動の回転方向が往復動方向両方と同じである。 回転手段は少なくとも一つのギアホイールを具備してもよく、この又は各ギア
ホイールは往復動方向の一方に対してのみ、往復動部材に係合可能になっている
。
【０００５】 回転手段は少なくとも一つの一定半径のギアホールを具備してもよい。 回転手段は互いに対向する二つのギアホイールを具備してもよく、これらギア
ホイールは往復動部材にかつ互いに係合可能に接続されて同じ方向に回転するよ
うになっている。 変更可能には、回転手段は往復動部材に直接接続された定幅カム及び従動子を
具備してもよい。
【０００６】 定幅カム及び従動子部材を振り子式カウンタバランスに接続してもよい。 反転手段は往復動部材と回転手段間に接続されたクランク機構を具備してもよ
い。 反転手段はカムと従動子機構とを含んでもよい。 カムを回転手段に接続し、従動子機構をクランク機構のラック及びピニオンに
接続してもよい。
【０００７】 クランク機構が二つの連結ロッドを具備し、これら連結ロッドを互いに離間さ
せつつ往復動部材が回転手段と係合する領域の両側において往復動部材に接続し
てもよい。 クランク機構と回転手段とを更に別のクランク機構によって接続してもよい。 往復動部材の各端にピストンを設けてもよい。 この又は各ピストンを往復動部材に強固に取り付けてもよい。
【０００８】 一例として添付図面を参照する。 図１、２、及び３は本発明の第１の観点を内燃エンジンにおいて具現化する往
復動機構を示している。この往復動機構はピストン２が各端に連結された往復動
部材１と、回転手段３と、反転手段４とを含む。
【０００９】 往復動部材１はギア１１，１２のラックを具現化するシャフトであり、これら
ギアは互いに対向する長手方向の両側においてその長さ部分に沿いつつ部分的に
設けられる。ギア歯の各組には、ギア歯を備えていない領域１３が設けられる。
往復動部材１はまた、往復動部材１にギアラック１１，１２を取り付けるための
、かつ隣接配置されたクランク機構の連結ロッドを取り付けるための手段１５、
例えば横断方向の孔又は車軸を含む。ギア１１，１２の両側にはベアリングブロ
ック１６が設けられて往復動部材１が固定直線軌道において行程の二端間を移動
すべく摺動可能に取り付けられる。好ましくは往復動部材１は軽量合金材料から
形成され、ラック１１，１２は高強度材料から形成され、往復動部材１はできる
だけ軽量に形成される。各ピストン２は好ましくは往復動部材１の各端に強固に
連結され、これは例えばネジ式、又はピン及びクリップ式でありうる。
【００１０】 回転手段３は、互いに接続されてほぼ同じ速度即ちほぼ同じ角速度で同じ方向
に回転する二つのギアホイール３１を具備する。これらギアは一方向に回転しか
つ自由ホイールが逆方向に回転するスプラグクラッチ、ランプ、及びローラ型ギ
アでよく、又は図示されるように区分化されたギアでもよい。区分化されたギア
ホイール３１はそれぞれ、ギア付部分３２とギアなし部分３３とを有する。ギア
付部分３２は往復動部材１のギア歯１１，１２と接続すべく係合可能に配置され
、ギアなし部分３３はこれらギア歯１１，１２と常時係合しないように配置され
る。各ギアホイールはベアリング１６１を備えていてもよい。図４に示されるよ
うに、各ギアホイール３１と同軸で、各部分３２，３３の後ろ又は前に、ギア３
４が設けられる。これらギア３４はこれらの間に配置された中間ギアを介して互
いに係合している。
【００１１】 各ギアホイール３１のギア付部分３２及びギアなし部分３３は行程の二方向の
うち一方において一方のギアホイール３が一方の往復動部材１と係合できるよう
にし、逆方向において他方のギアホイール３１が往復動部材１と係合できるよう
にし、両方のギアホイールは同じように一緒に回転する。
【００１２】 従って、その歯３２が例えば往復動部材１の歯１１と係合するように一方のギ
アホイール３１が配置されるのに対し、他方のギアホイール３１は係合すること
なく回転し、このときギアなし部分３２は歯１２上を通過する。往復動部材の行
程の二端において、両方のギアホイール３１は歯１１，１２から離脱する。ギア
ホイール３１を一定の角速度で回転可能にすべきときには、このような離脱は必
要であり、往復動部材１は行程の各端においてほとんど瞬時に停止して反転する
。スプラグクラッチ及びランプ及びローラ型ギア３１は、これらが行程の一方向
に回転し自由ホイールが行程の戻り側の逆方向にそれらの軸線回りに回転するの
で、ギア歯１１，１２と係合し続けてもよい。
【００１３】 中間ギアホイール３５は往復動機構のための出力を提供し、これはギアボック
ス（図示しない）に到るようにすることができる。また、ギアホイール３１か、
アイドル接続ギアホイールとして作用するギアホイール３５から駆動出力を取り
出すのが好ましい。好ましくは、中間ギアホイール３５及びギアホイール３１は
概ね一定の角速度で回転する。このためには、往復動部材１が行程の概ね両端間
を一定速度で移動しながら、各端において行程の方向及び速度を極めて急激に変
更することが必要になる。往復動部材１を数多く停止させかつ行程の各端におい
て逆方向に更に低速で加速して回転しているギアホイール３１の速度を互いに一
致させるようにするために、各端において往復動部材１の行程の短い距離だけ、
ギアホイール３１が両方とも歯１１，１２から離脱するようにしてもよい。ギア
ホイール３５で一定角速度の出力を与えながら、往復動部材１の速度が一定でな
いのを可能にするために、対応して形成されている歯１１，１２と協働するギア
ホイール３１の半径が変化するようにしてもよい。ギアホイールの角速度を一定
にしつつ、半径をより大きくすることにより、ギアホイールに接するよう配置さ
れた往復動部材１がより高速に移動することが可能になる。これは各ストローク
の中間近くで好ましい。これに対し、半径をより小さくすることにより、往復動
部材１がより低速で移動することが可能になる。これは各ストロークの両端近く
で好ましい。全ての場合に採用されるギアホイールは当然のことながら、噛み合
い率が高いヘリカルギアでもよい。
【００１４】 反転手段４の一構成が図１から３に、別構成が図１，４，５に示される。各場
合において、反転手段４二つの連結ロッド４１と、二つのクランクアームを含む
中央クランク４４と、中央クランク４４に接続された往復動機構３８又は３９と
を含む。図６及び７を更に参照すると、連結ロッド４１はそれらの一端４２にお
いて、往復動部材１に前記二つの箇所１５において回転可能に取り付けられ、そ
れらの他端４３においてクランク４４に回転可能に取り付けられる。好ましくは
、図１に示されるように往復動部材１がその行程のいずれかの端にあるときに、
対応する連結ロッド４１がクランク軸線の中心と往復動部材１上の箇所１５との
間を延びるように、クランクアームが配置される。このようにして、クランク４
４及び連結ロッド４１はピストン２及び往復動部材１が所望の端を越え移動して
各ピストン用のシリンダヘッド２１（一つのみが図示される）と衝突するのを阻
止する。反転手段４は行程の各端において、往復動部材１を停止させかつ反転さ
せるべく作動可能である。これは、クランク４４を図１に示される位置から時計
回りに回転させて往復動部材１を左に引き、それにより、往復動部材１が行程の
限界に達するのと同時に連結ロッドとクランク軸線との間の距離が減少せしめら
れるようにすることにより、達成される。
【００１５】 図３は往復動部材１がその行程の両端に近づいたときにクランク４４を回転さ
せる機構３８を示している。この機構３８は変位カム４５（定幅カムが図示され
ている）と、ラック及びピニオン式ジョイント４４，４６を介しクランク４４に
接続されたラック及び従動子部材４６とを具備する。連結されているギアホイー
ル３１により駆動されるカム４５の表面は、ラック及び定幅従動子部材４６を変
位するよう作用し、この変位動作はクランクピニオン４４を回転させて往復動部
材１の行程の各端でクランクの所望の同期回転が得られるようにする。カム４５
の表面とラック及び従動子部材４６との間の接触点にローラベアリングを設けて
もよい。
【００１６】 図４及び５は変更可能な往復動機構３９を示している。この機構３９はギアホ
イール３１をクランク４４に接続する更に別のクランク機構を含む。ギアホイー
ル３１が回転すると、ギア歯５０が設けられている連結ロッド部材４７に往復動
作が付与される。このようにして発生される往復動作は往復動部材１の行程の各
端におけるクランクの所望の回転と同期している。連結ロッド部材４７はラック
及びピニオン式ジョイント４４，４７を介しクランクに接続される。
【００１７】 上述した往復動機構のうちの一つを採用する内燃エンジンは２ストローク又は
４ストロークのエンジン技術と共に機能しうる。開始位置として図１を参照する
と、エンジンの２ストロークの実施形態は次のように機能する。
【００１８】 （Ｉ）両方のギアホイール３１は時計回りに回転し、クランク４４の時計回り
回転と、右側にある連結ロッド４１の上死点位置からの反時計回り回転とにより
助成されつつ、混合気の燃焼及び爆発はピストン２及び往復動部材１を左向きに
加速し、両方の組のギア３１，１１，１２が互いに離脱される。
【００１９】 （ＩＩ）下側のギアホイール３１は、左向きに移動している往復動部材１の歯
１２の下でそのギアなし部分が移動しながら、回転し、往復動部材１が上側のギ
アホイール３１のギア付部分３２の接線方向速度に一致するので今度は上側のギ
アホイール３１が往復動部材１の歯１１と係合し、クランク機構４１，４４は自
由に移動して往復動機構１が変位できるようにすると共に、歯１１が上側のギア
ホイール３１のギア歯３２と噛み合うのを確保する。
【００２０】 （ＩＩＩ）混合気が燃焼して排気口を介し逃げると、右側のピストンが左側に
、シリンダ内を下方に駆動され、上側のギアホイールが歯１１により駆動される
と、左側のシリンダ内の混合気が圧縮され始める。
【００２１】 （ＩＶ）左側の混合気は更に圧縮され、対応する連結ロッド４１及びクランク
４４は上死点に近づき、上側のギアホイール３１のギア付部分３２は歯１１から
離脱し、下側のギアホイール３１のギアなし部分３３は歯１２と係合するように
なり、圧縮された混合気が点火される。
【００２２】 （Ｖ）クランク機構４１，４４は上死点に達し、往復動部材１は停止し、両方
のギアホイール３１は歯１１，１２から離脱し、往復動部材１を戻すべくクラン
ク４４が反時計回りに回転され始め、混合気の点火が燃焼及び爆発に発展する。
【００２３】 図８から１４は変更可能な往復動機構４０を示しており、この機構４０は図１
のものとは異なりギアを含まない。往復動機構４０は往復動部材１を含み、図１
に示される機構のギア部分は肩部５８（図８及び１３参照）により置換される。
これら肩部５８は定幅従動子部材５１（図８，１１，１３，１４参照）の部分５
７に対し連結、接続される。変更可能には（図示しない）、往復動部材１は定幅
従動子部材５１と一体ユニットとして形成されうる。それにより、往復動部材１
の直線動作は定幅従動子部材５１に伝達され、この定幅従動子部材５１内に、更
に別のベアリング５４（図１０）により支持される表面ベアリング５３が収容さ
れる。表面ベアリング５３は定幅カム５２に当接し、このカム５２は従って、変
位された表面ベアリング５３により回転され、それにより、カム５２に連結され
た駆動出力シャフト５９（全ては図示されない）を回転させる。往復動部材１／
ピストン２の所望の速度変化を得るために、カム５２のプロフィルを変更しても
よい。定幅従動子部材５１に、ベアリング取付具（図示しない）内を摺動可能な
ベアリング案内部５５（図１３）を設けてもよい。変更可能には、シャフト上を
摺動する円形状ベアリング５６（図１１）を取り付けてもよい。
【００２４】 好ましくは、バランスをとるために、エンジンに少なくとも四つの往復動機構
４０を設け（図示しない）、構成体の中央にある二つの機構のカム５２を同方向
に回転させ、中央の両側にあるカムを逆向きに回転させる。
【００２５】 変更可能には、図１２に示されるように、定幅従動子５１にカウンタバランス
用振り子６０を連結してもよい。振り子６０はその一端が従動子部材５１の表面
ベアリング５３に連結されたロッドと、ロッドの他端に設けられたピボット６２
と、ロッドの二端間に設けられたピボット６１と、ピボット６２に連結されたシ
ャフト６３と、シャフト６３上に摺動可能に取り付けられた質量体６４とを具備
する。質量体が５３から右に移動すると、ロッドがピボット６１回りに枢動し、
ピボット６２が左に移動し、それにより、質量体６４がシャフト６３に沿って移
動せしめられ、斯くしてカウンタバランスが形成される（ベアリング及び案内部
は図示しない）。
【００２６】 このような往復動機構４０を採用する内燃エンジンは２ストローク又は４スト
ロークのエンジン技術と共に機能しうる。開始位置として図８を参照すると、エ
ンジンの２ストロークの実施形態は次のように機能する。
【００２７】 （Ｉ）混合気の燃焼及び爆発は右側のピストン２、従って往復動部材１及び従
動子部材５１を左に加速する。
【００２８】 （ＩＩ）右側の表面ベアリング５３は従動子部材５１と共に移動し、それによ
り、カム５２に当接すると共に、カム５２を反時計回りに回転させる。
【００２９】 （ＩＩＩ）混合気が燃焼して排気口を介し逃げると、右側のピストンが左側に
、シリンダ内を下方に駆動され、左側のシリンダ内の混合気が圧縮され始める。
【００３０】 （ＩＶ）カムが回転し続けると、左側の混合気は更に圧縮され、圧縮された混
合気が点火される。
【００３１】 （Ｖ）混合気の点火が燃焼及び爆発に発展し、左側のピストン２が右側に加速
し、従って往復動部材１及び従動子部材５１の直線動作が反転され、それにより
、左側の表面ベアリング５３がカム５２に当接するようにすると共に、カム５２
が反時計回りに回転し続けるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１及び第２の観点を具現化する装置の部分断面前端図である。
【図２】 図１の平面図である。
【図３】 図１及び２に示されるギア機構及び戻し機構の後端を示す概略図である。
【図４】 図３の戻し機構の変更態様を示す図である。
【図５】 図４の戻し機構の詳細斜視図である。
【図６】 図１，２，３の装置に採用されるクランク機構の斜視図である。
【図７】 図１及び２に示されるギアラック１１，１２を具現化する往復動部材の斜視図
である。
【図８】 往復動部材に直接接続された定幅カム部材の平面図である。
【図９】 軽量化された定幅カム及びその表面ベアリングの平面図である。
【図１０】 カムの表面ベアリングを従動子部材に対し支持するベアリングを示す図である
。
【図１１】 ベアリング案内部のための変更構成における従動子部材の斜視図である。
【図１２】 振り子式カウンタバランスを示す図である。
【図１３】 往復動部材及び定幅カム部材の分解斜視図である。
【図１４Ａ】 組み合わされた往復動部材及び定幅カム部材の前面斜視図である。
【図１４Ｂ】 組み合わされた往復動部材及び定幅カム部材の後面斜視図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年８月２１日（２０００．８．２１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，Ｚ Ａ，ＺＷ

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 行程の二端間を概ね直線の往復動方向に移動可能な往復動部
    材と、往復動部材に接線方向に接続されて往復動部材の直線運動を回転運動に変
    換する回転手段と、回転手段の回転に応じ、行程の二端において往復動部材の動
    きを反転させる反転手段とを具備した往復動機構。
  2. 【請求項２】 回転運動の回転方向が往復動方向両方と同じである請求項１
    に記載の往復動機構。
  3. 【請求項３】 回転手段が少なくとも一つのギアホイールを具備し、該又は
    各ギアホイールは往復動方向の一方に対してのみ、往復動部材に係合可能になっ
    ている請求項１又は２に記載の往復動機構。
  4. 【請求項４】 回転手段が少なくとも一つの一定半径のギアホールを具備し
    た請求項１、２又は３に記載の往復動機構。
  5. 【請求項５】 回転手段が互いに対向する二つのギアホイールを具備し、こ
    れらギアホイールは往復動部材にかつ互いに係合可能に接続されて同じ方向に回
    転するようになっている請求項１から４までのいずれか一項に記載の往復動機構
    。
  6. 【請求項６】 反転手段が往復動部材と回転手段間に接続されたクランク機
    構を具備した請求項１から５までのいずれか一項に記載の往復動機構。
  7. 【請求項７】 反転手段がカムと従動子機構とを含む請求項１から６までの
    いずれか一項に記載の往復動機構。
  8. 【請求項８】 カムを回転手段に接続し、従動子機構をクランク機構のラッ
    ク及びピニオンに接続した請求項７に記載の往復動機構。
  9. 【請求項９】 クランク機構が二つの連結ロッドを具備し、これら連結ロッ
    ドを互いに離間させつつ往復動部材が回転手段と係合する領域の両側において往
    復動部材に接続した請求項６から８までのいずれか一項に記載の往復動機構。
  10. 【請求項１０】 クランク機構と回転手段とを更に別のクランク機構によっ
    て接続した請求項６又は９に記載の往復動機構。
  11. 【請求項１１】 回転手段及び反転手段が往復動部材に直接接続された定幅
    カム及び従動子を具備した請求項１又は２に記載の往復動機構。
  12. 【請求項１２】 定幅カム及び従動子を振り子式カウンタバランスに接続し
    た請求項１１に記載の往復動機構。
  13. 【請求項１３】 請求項１から１２までのいずれか一項に記載の往復動機構
    を含むエンジンにおいて、エンジンのピストンに往復動部材を設けたエンジン。
  14. 【請求項１４】 往復動部材の各端にピストンを設けた請求項１３に記載の
    エンジン。
  15. 【請求項１５】 該又は各ピストンを往復動部材に強固に取り付けた請求項
    １３又は１４に記載のエンジン。
  16. 【請求項１６】 添付した図１から１４までを参照して実質的に以下に説明
    される内燃エンジン。
  17. 【請求項１７】 添付した図１から６まで又は図８から１４までを参照して
    実質的に以下に説明される往復動機構。
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