JP2003083101A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の混合気の燃焼時の等容度を高めて
熱効率の向上を図るとともに、そのシリンダの軸線方向
の寸法の小型化を図る。 【解決手段】 ピストン１４およびクランクシャフト２
０を接続するコネクティング手段２９は、両端がピスト
ンピン２１および中間ピン２３に枢支された第１コネク
ティングロッド２２と、両端が中間ピン２３およびクラ
ンクピン２５に枢支された第２コネクティングロッド２
４と、両端が中間ピン２３およびクランクシャフト２０
の下方に位置する固定部２７に枢支されたリンクアーム
２６とから構成される。ピストン１４が上死点にあると
きに、第１コネクティングロッド２２はシリンダ１３の
軸線Ｌ２にほぼ沿うとともに、第２コネクティングロッ
ド２４は前記軸線Ｌ２に対してほぼ直交する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダに摺動自
在に嵌合するピストンをコネクティング手段を介してク
ランクシャフトに連接した内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダの軸線上にクランクシャフトの
軸線を配置し、ピストンおよびクランクシャフトを連結
するコネクティングロッドを、ピストン側の第１コネク
ティングロッドとクランクシャフト側の第２コネクティ
ングロッドとに２分割して中間ピンで枢支し、この中間
ピンと固定部とをリンクアームで連結した内燃機関が、
特開２０００−５５１６４号公報、特開平７−１１９７
１号公報により公知である。

【０００３】上記特開２０００−５５１６４号公報に記
載されたものは、ピストンが上死点および下死点の中間
位置にあるときにピストン側の第１コネクティングロッ
ドがシリンダの軸線上に位置するようにし、ピストンお
よびシリンダ間の側圧を減少させて摩耗の低減を図って
いる。

【０００４】また上記特開平７−１１９７１号公報に記
載されたものはディーゼル内燃機関を前提とするもの
で、クランクシャフトに回転に伴ってピストンの上死点
が短い時間間隔で２回発生するようにし、最初の上死点
で燃料のパイロット噴射を行うとともに、２度目の上死
点で燃料の主噴射を行うようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで内燃機関の混
合気の燃焼時の等容度を高めて熱効率を向上させ、また
吸気効率の向上やポンピングロスの低減を図るために
は、膨張行程で上死点からピストンがゆっくりと下降す
ることが望ましい。一方、燃焼室内の混合気の攪拌を促
進して燃焼時間を短縮し、かつ圧縮時の熱損失を低減す
るためには、圧縮行程でピストンが速く上昇することが
望ましい。

【０００６】しかしながら上記従来のものは、シリンダ
の軸線上にクランクシャフトの軸線が配置されているた
め、膨張行程および吸気行程のクランク角変化と、圧縮
行程および排気行程のクランク角変化とが共に１８０°
になり、上記二つの要請を満たすことが困難である。

【０００７】また上記従来のものは、ピストンとクラン
クシャフトとを接続する第１、第２コネクティングロッ
ドがシリンダの軸線上に略直列に配置されているため、
内燃機関のシリンダの軸線方向の寸法が大型化する問題
がある。

【０００８】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、内燃機関の混合気の燃焼時の等容度を高めて熱効率
の向上を図るとともに、そのシリンダの軸線方向の寸法
の小型化を図ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明によれば、シリンダに摺
動自在に嵌合するピストンをコネクティング手段を介し
てクランクシャフトに連接した内燃機関において、前記
コネクティング手段はピストンの下降時間に比べて上昇
時間が短くなるように構成されたことを特徴とする内燃
機関が提案される。

【００１０】上記構成によれば、ピストンをクランクシ
ャフトに連接するコネクティング手段によりピストンの
下降時間に比べて上昇時間が短くなるため、膨張行程に
おいてクランク角の増加量に対するピストンの移動量
（燃焼室の容積の増加量）が小さくなり、混合気の燃焼
時の等容度が高まって内燃機関の熱効率が向上する。し
かも吸気行程の期間が通常の内燃機関の１８０°に比べ
て長くなるために吸気の流速が下がり、吸気効率の向
上、ポンピングロスの低減および吸気弁の小径化を図る
ことができる。更に圧縮行程の期間が通常の内燃機関の
１８０°に比べて短くなるため、燃焼室内の混合気の攪
拌を促進して燃焼時間を短縮するとともに、圧縮時の熱
損失を低減することができる。

【００１１】また請求項２に記載された発明によれば、
請求項１の構成に加えて、前記コネクティング手段は、
一端がピストンピンに枢支されて他端に中間ピンを備え
た第１コネクティングロッドと、一端が中間ピンに枢支
されて他端がクランクピンに枢支された第２コネクティ
ングロッドと、一端が中間ピンに枢支されて他端が固定
部に枢支されたリンクアームとから構成され、ピストン
が上死点にあるときに、第１コネクティングロッドはシ
リンダの軸線にほぼ沿うとともに、第２コネクティング
ロッドはシリンダの軸線に対してほぼ直交し、かつリン
クアームの他端を枢支する固定部はクランクシャフトの
下方に位置することを特徴とする内燃機関が提案され
る。

【００１２】上記構成によれば、第２コネクティングロ
ッドがシリンダの軸線に対して直交する方向に配置され
るので、第１、第２コネクティングロッドの両方をシリ
ンダの軸線に沿って配置した従来のものに比べて、前記
軸線方向の内燃機関の寸法を小型化することができる。
また通常の内燃機関に比べて膨張行程の初期での第１コ
ネクティングロッドの揺動角が小さくなり、しかも膨張
行程の初期でピストンの下降速度が小さいので、ピスト
ンとシリンダとの間のフリクションロスを低減すること
ができる。更に第１コネクティングロッドはシリンダの
軸線に対して片側にしか揺動しないため、ピストンのス
ラップ音の発生を低減することができる。

【００１３】また請求項３に記載された発明によれば、
請求項２の構成に加えて、ピストンが上死点にあるとき
に、中間ピンの軸線を通ってシリンダの軸線に直交する
直線に対して、クランクシャフトの軸線が上方に位置す
ることを特徴とする内燃機関が提案される。

【００１４】上記構成によれば、ピストンの上死点にお
いて、クランクシャフトの軸線が、中間ピンの軸線を通
ってシリンダの軸線に直交する直線に対して上方に位置
するので、ピストンが上死点から下降する膨張行程の初
期に第２コネクティングロッドに引張荷重が発生するよ
うになり、第２コネクティングロッドが強度上有利にな
って小径化が可能になる。

【００１５】また請求項４に記載された発明によれば、
シリンダに摺動自在に嵌合するピストンをコネクティン
グ手段を介してクランクシャフトに連接し、ピストンの
往復動に応じて吸気弁および排気弁を開閉駆動する内燃
機関において、前記コネクティング手段はピストンの下
降時間に比べて上昇時間が短くなるように構成され、か
つ排気弁の実質開口面積が吸気弁の実質開口面積よりも
大きく設定されたことを特徴とする内燃機関が提案され
る。

【００１６】上記構成によれば、ピストンをクランクシ
ャフトに連接するコネクティング手段によりピストンの
下降時間に比べて上昇時間が短くなるため、膨張行程に
おいてクランク角の増加量に対するピストンの移動量
（燃焼室の容積の増加量）が小さくなり、混合気の燃焼
時の等容度が高まって内燃機関の熱効率が向上する。し
かも吸気行程の期間が通常の内燃機関の１８０°に比べ
て長くなるために吸気の流速が下がり、吸気効率の向
上、ポンピングロスの低減および吸気弁の小径化を図る
ことができる。更に圧縮行程の期間が通常の内燃機関の
１８０°に比べて短くなるため、燃焼室内の混合気の攪
拌を促進して燃焼時間を短縮するとともに、圧縮時の熱
損失を低減することができる。更にまた、排気弁の実質
開口面積を吸気弁の実質開口面積よりも大きく設定した
ので、ピストンの下降時間に比べて上昇時間を短くした
ために排気行程開始時におけるピストンの動きが従来よ
り速くなっても、排気ガスを燃焼室からスムーズに排出
して排気損失を最小限に抑えることができる。

【００１７】また請求項５に記載された発明によれば、
シリンダに摺動自在に嵌合するピストンをコネクティン
グロッドを介してクランクシャフトに連接し、ピストン
の上下動に応じて吸気弁および排気弁を開閉駆動する内
燃機関において、燃焼室が区画されるシリンダヘッドを
ピストンおよびクランクシャフト間に配置し、かつ排気
弁の実質開口面積が吸気弁の実質開口面積よりも大きく
設定されたことを特徴とする内燃機関が提案される。

【００１８】上記構成によれば、内燃機関において燃焼
室が区画されるシリンダヘッドをピストンおよびクラン
クシャフト間に配置したので、燃焼室がピストンを挟ん
でクランクシャフトの反対側に配置された従来の内燃機
関に比べて、ピストンの上死点を基準としたクランク角
の増加量に対する燃焼室の容積の増加量を小さく抑える
ことができ、これにより混合気の燃焼時の等容度を高め
て熱効率を高めることができる。しかも膨張行程におい
てコネクティングロッドに引張荷重が加わるため、圧縮
荷重が加わる従来の内燃機関に比べて座屈に対する配慮
が不要になり、コネクティングロッドの強度を下げて重
量を軽減することができる。更に下死点の近傍でのピス
トンの移動速度が従来の内燃機関よりも速くなるが、排
気弁の実質開口面積を吸気弁の実質開口面積よりも大き
く設定したことにより、排気ガスを燃焼室からスムーズ
に排出して排気損失を最小限に抑えることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００２０】図１〜図４は本発明の第１実施例を示すも
ので、図１は内燃機関の縦断面図（ピストンが上死点に
ある状態）、図２は内燃機関の縦断面図（ピストンが下
死点にある状態）、図３は図１の３−３線矢視図、図４
はクランク角に対するピストンのストロークの関係を示
すグラフである。尚、本明細書において、内燃機関Ｅの
ピストン１４の上死点の方向および下死点の方向を、そ
れぞれ上方および下方と定義する。

【００２１】図１に示すように、４サイクルの内燃機関
Ｅはシリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２を
備えており、シリンダブロック１１に設けたシリンダ１
３にピストン１４が摺動自在に嵌合する。シリンダヘッ
ド１２には、ピストン１４の上面に臨む燃焼室１５と、
燃焼室１５に連なる吸気ポート１６と、燃焼室１５に連
なる排気ポート１７と、吸気弁孔を開閉する吸気弁１８
と、排気弁孔を開閉する排気弁１９とが設けられる。

【００２２】クランクシャフト２０は、その軸線Ｌ１が
シリンダ１３の軸線Ｌ２に対して一側方に偏倚するよう
に配置される。一端がピストンピン２１に枢支されて下
方に延びる第１コネクティングロッド２２の他端に中間
ピン２３を介して第２コネクティングロッド２４の一端
が枢支されており、中間ピン２３から一側方に延びる第
２コネクティングロッド２４の他端がクランクピン２５
に枢支される。中間ピン２３に一端を枢支されたリンク
アーム２６は、その他端がクランクシャフト２０の下方
に位置する固定部２７に支点ピン２８を介して枢支され
る。

【００２３】ピストン１４が上死点にあるとき、第１コ
ネクティングロッド２２の軸線Ｌ３（つまりピストンピ
ン２１の軸線Ｌ４と中間ピン２３の軸線Ｌ５とを結ぶ線
分）はシリンダ１３の軸線Ｌ２にほぼ一致しており、第
２コネクティングロッド２４の軸線Ｌ６（つまり中間ピ
ン２３の軸線Ｌ５とクランクピン２５の軸線Ｌ７とを結
ぶ線分）は、第１コネクティングロッド２２の軸線Ｌ３
にほぼ直交している。リンクアーム２６の軸線Ｌ８（つ
まり中間ピン２３の軸線Ｌ５と支点ピン２８の軸線Ｌ９
とを結ぶ線分）は、第１コネクティングロッド２２の軸
線Ｌ３に対して図中右下がりに傾斜している。

【００２４】上記第１コネクティングロッド２２、第２
コネクティングロッド２４およびリンクアーム２６は、
本発明のコネクティング手段２９を構成する。

【００２５】クランクシャフト２０の回転方向は、ピス
トン１４が上死点から下死点に下降する間に、クランク
ピン２５が上昇した後に下降する方向に設定される。

【００２６】図３から明らかなように、吸気弁１８の直
径Ｄ１と排気弁１９の直径Ｄ２との関係は従来の内燃機
関の逆であり、排気弁１９の直径Ｄ２を吸気弁１８の直
径Ｄ１よりも大きくすることで、つまり排気弁１９の周
長を吸気弁１８の周長よりも大きくすることで、排気弁
１９の実質開口面積を吸気弁１８の実質開口面積より大
きく設定している。本実施例では、燃焼室１５の直径線
上に吸気弁１８および排気弁１９が配置されており、前
記直径線を挟むように２個の点火プラグ３０，３１が配
置される。

【００２７】尚、排気弁１９の実質開口面積を吸気弁１
８の実質開口面積よりも大きくするには、図５の変形例
に示すように、例えば１個の吸気弁１８に対して２個の
排気弁１９，１９を配置し、２個の排気弁１９の周長の
和を１個の吸気弁１８の周長よりも大きくしても良い。
この変形例では、燃焼室１５の直径線の一側に吸気弁１
８を配置するとともに他側に２個の排気弁１９，１９を
配置し、前記直径線上に２個の点火プラグ３０，３１を
配置している。

【００２８】図２にはピストン１４が下死点にあるとき
の状態が示される。ピストン１４が上死点および下死点
間を移動するとき、第１コネクティングロッド２２の下
端の中間ピン２３の軸線Ｌ５は、リンクアーム２６に拘
束されて支点ピン２８の軸線Ｌ９を中心とする円弧Ａ上
を移動する。その間、中間ピン２３の軸線Ｌ５はシリン
ダ１３の軸線Ｌ２よりも図中右側に出ることはない。

【００２９】そしてピストン１４が上死点から下死点に
移動する間にクランクシャフト２０は２１６°回転し、
ピストン１４が下死点から上死点に移動する間にクラン
クシャフト２０は１４４°回転する。つまり、本実施例
の内燃機関Ｅは、膨張行程および吸気行程の期間（クラ
ンク角）が、圧縮行程および排気行程の期間（クランク
角）よりも長くなる。

【００３０】図４はクランク角に対するピストンのスト
ロークの関係を示すもので、そのうちの鎖線は、シリン
ダ軸線上にクランクシャフトの軸線を配置してピストン
ピンとクランクピンとを１本のコネクティングロッドで
連接した従来の内燃機関の特性を示している。上記鎖線
の特性はサインカーブと類似のもので、上死点を中心に
して遅れ側（圧縮行程および排気行程）と進み側（膨張
行程および吸気行程）とが対称である。それに対して実
線で示す本実施例の特性は、上述したように膨張行程お
よび吸気行程の期間が圧縮行程および排気行程の期間よ
りも長くなるため、上死点を中心にして遅れ側と進み側
とが非対称になる。

【００３１】上記特性により、本実施例の内燃機関Ｅ
は、従来の内燃機関に対して以下のような効果を発揮す
ることができる。

【００３２】 内燃機関Ｅの熱効率を高めるには混合
気の燃焼時の等容度を高めることが望ましく、そのため
には膨張行程で上死点からピストン１４が下降するとき
に、クランク角の増加量に対する燃焼室１５の容積の増
加量が小さいほど前記等容度が高められて熱効率が向上
する。図４のグラフの膨張行程部分から明らかなよう
に、実線で示す本実施例の内燃機関Ｅの上死点からのピ
ストン１４の下向きの変位は、鎖線で示す従来の内燃機
関のピストンの下向きの変位に比べて小さくなってお
り、従って膨張行程における等容度が高められて熱効率
が向上する。

【００３３】 図４のグラフの吸気行程部分から明ら
かなように、実線で示す本実施例の内燃機関Ｅは吸気行
程の期間が従来例の１８０°に比べて２１６°と長くな
っているため、吸気の流速を下げて吸気効率の向上、ポ
ンピングロスの低減および吸気弁１８の小径化を図るこ
とができる。

【００３４】 図４のグラフの圧縮行程部分から明ら
かなように、実線で示す本実施例の内燃機関Ｅは圧縮行
程の期間が従来例の１８０°に比べて１４４°と短くな
っているため、燃焼室１５内の混合気の攪拌を促進して
燃焼時間を短縮するとともに、圧縮時の熱損失（冷却損
失）を低減することができる。

【００３５】また本実施例の内燃機関Ｅは、そのコネク
ティング手段２９の構造により以下のような効果を発揮
することができる。

【００３６】 第２コネクティングロッド２４がシリ
ンダ１３の軸線Ｌ２に対して直交する方向に配置される
ので、第１コネクティングロッド２２および第２コネク
ティングロッド２４を共にシリンダ１３の軸線Ｌ２に沿
って配置する場合に比べて、シリンダ１３の軸線Ｌ２方
向の内燃機関Ｅの寸法を小型化することができる。

【００３７】 単一のコネクティングロッドを備えた
通常の内燃機関に比べて、特に燃焼室１５の圧力が高い
状態（つまり膨張行程の初期）での第１コネクティング
ロッド２２の揺動角が大幅に小さくなり、しかも燃焼室
１５の圧力が高い膨張行程の初期にピストン１４の下降
速度が小さいので、ピストン１４の側圧によるフリクシ
ョンロスを低減することができる。

【００３８】 第１コネクティングロッド２２はシリ
ンダ１３の軸線Ｌ２に対して片側にしか揺動しないた
め、ピストン１４がシリンダ１３に衝突するスラップ音
を低減することができる。

【００３９】一般に従来の内燃機関は、排気弁の実質開
口面積が吸気弁の実質開口面積よりも小さく設定されて
いる。その第１の理由は、排気ガスは高温であるために
チョーキング限界マッハ数が高いことであり、第２の理
由は、上死点側に比べて下死点側でのピストンの動きが
遅いために排気ガスの排出に時間的余裕があることであ
る。

【００４０】図４で説明したように、本実施例の内燃機
関Ｅは排気行程の期間が従来よりも短くなり、下死点付
近でのピストン１４の動きが速くなるため、そのままで
は排気損失が増加する可能性がある。特に、排気弁は下
死点の手前位置で開弁するのが一般的であるが、膨張行
程を有効に利用するために排気弁を開くタイミングを下
死点付近まで遅らせた場合には、排気ガスのスムーズな
排出が阻害されて排気損失が一層増加する懸念がある。
しかしながら、本実施例では排気弁１９の実質開口面積
を吸気弁１８の実質開口面積よりも大きく設定したこと
により、排気弁を開くタイミングを可能な限り下死点に
近づけて膨張行程を有効に利用しながら、排気ガスのス
ムーズな排出を可能にして排気損失の増加を最小限に抑
えることができる。

【００４１】ところで、上記第１実施例では、ピストン
１４が上死点にあるとき、第２コネクティングロッド２
４がシリンダ１３の軸線Ｌ２に対して直交する方向に延
びているが、図６に示す第２実施例では第２コネクティ
ングロッド２４の軸線Ｌ６がシリンダ１３の軸線Ｌ２に
直交する方向に対して僅かに斜め上方に延びており、ま
た図７に示す第３実施例では第２コネクティングロッド
２４の軸線Ｌ６がシリンダ１３の軸線Ｌ２に直交する方
向に対して僅かに斜め下方に延びている。

【００４２】より具体的には、図６の第２実施例ではピ
ストン１４が上死点にあるとき、シリンダ１３の軸線Ｌ
２上にある中間ピン２３の軸線Ｌ５の位置をＱとし、ク
ランクシャフト２０の軸線Ｌ１からシリンダ１３の軸線
Ｌ２に下ろした垂線の足をＳとしたとき、ＳはＱの上側
にある。一方、図７の第２実施例では、ＳはＱの下側に
ある。

【００４３】図６および図７の実施例は、ピストン１４
が上死点にあるときに第１コネクティングロッド２２お
よび第２コネクティングロッド２４が殆ど直角に配置さ
れているため、上記第１実施例の作用効果をそのまま達
成することができる。しかしながら、厳密に言うとＳお
よびＱの上下関係から、膨張行程でピストン１４が図示
した上死点から下降するときに、図６に示す第２実施例
では第２コネクティングロッド２４に引張荷重が作用す
るが、図７に示す第３実施例では第２コネクティングロ
ッド２４に一瞬だけ圧縮荷重が作用する。従って、第２
コネクティングロッド２４の強度上の観点からは、それ
に圧縮荷重が作用しない第２実施例（図６参照）の配置
の方が有利であり、第２実施例の配置を採用することで
第２コネクティングロッド２４を小径化して重量の軽減
に寄与することができる。

【００４４】次に、図８〜図１１に基づいて本発明の第
４実施例を説明する。

【００４５】第４実施例の構造は、図６で説明した第２
実施例の構造に類似しているが、クランクシャフト２０
の軸線Ｌ１および支点ピン２８の軸線Ｌ９が第２実施例
よりも僅かに高くなっている。ピストン１４が上死点に
あるとき、第２コネクティングロッド２４は中間ピン２
３の軸線Ｌ５に対してクランクシャフト２０の軸線Ｌ１
側が高くなり、またリンクアーム２６は中間ピン２３の
軸線Ｌ５に対して支点ピン２８の軸線Ｌ９側が低くなっ
ている。

【００４６】この第４実施例によれば、前記第１実施例
および第２実施例の効果に加えて、以下のような格別の
効果を達成することができる。

【００４７】即ち、ピストン１４が上死点にある膨張行
程の初期に、燃焼室１５での混合気の爆発による荷重は
ピストン１４を介して第１コネクティングロッド２２に
伝達され、第１コネクティングロッド２２の下端の中間
ピン２３に下向きの爆発荷重Ｆが作用する。前記爆発荷
重Ｆは、第２コネクティングロッド２４を左下方向に引
っ張る引張荷重Ｆ１と、リンクアーム２６を右下方向に
圧縮する圧縮荷重Ｆ２とに分解され、前記引張荷重Ｆ１
により第２コネクティングロッド２４はΔＬ１だけ引き
伸ばされ、また前記圧縮荷重Ｆ２によりリンクアーム２
６はΔＬ２だけ押し縮められる。第２コネクティングロ
ッド２４およびリンクアーム２６が水平線と成す角度が
小さいことにより、爆発荷重Ｆに対して第２コネクティ
ングロッド２４の引張荷重Ｆ１およびリンクアーム２６
の圧縮荷重Ｆ２は拡大される。

【００４８】図１０において、第２コネクティングロッ
ド２４がΔＬ１だけ引き伸ばされ、リンクアーム２６は
長さが変化しないと仮定した場合、第１コネクティング
ロッド２２の下端の中間ピン２３の位置はΔＬ′だけ低
くなる。実際には、図１１に示すように、第２コネクテ
ィングロッド２４がΔＬ１だけ引き伸ばされ、かつリン
クアーム２６がΔＬ２だけ押し縮められるため、第１コ
ネクティングロッド２２の下端の中間ピン２３の位置
は、前記ΔＬ′よりも更に大きいΔＬだけ低くなる。

【００４９】このようにして、膨張行程の初期に中間ピ
ン２３の位置がΔＬだけ低くなるとピストン１４の位置
もΔＬだけ低くなり、その分だけ燃焼室１５の容積が増
加して圧縮比が減少する。ΔＬの大きさは爆発荷重Ｆが
大きいほど大きくなるため、内燃機関Ｅの負荷が大きい
ほど圧縮比が減少率が大きくなり、その結果として、部
分負荷時の広い運転領域で高圧縮比による熱効率の高い
運転を可能にして燃料消費量を削減しながら、高負荷時
に圧縮比を下げてノッキングを防止することができる。
しかも、かかる可変圧縮比制御を、特別のアクチュエー
タや制御装置を必要とせずに、第１コネクティングロッ
ド２２、第２コネクティングロッド２４およびリンクア
ーム２６のレイアウトだけで実現することができるの
で、極めて低コストである。

【００５０】尚、爆発荷重Ｆによって第１コネクティン
グロッド２２自体も圧縮されて長さが押し縮められれ、
その分だけピストン１４の位置が下がって圧縮比が減少
するが、第２コネクティングロッド２４およびリンクア
ーム２６の伸縮に伴う圧縮比の減少は、それよりも遥か
に大きなものとなる。その理由は、上下方向に配置され
た第１コネクティングロッド２２の収縮に伴うピストン
１４の下降距離は、前記収縮量そのものであるが、略水
平方向に配置された第２コネクティングロッド２４およ
びリンクアーム２６の伸縮に伴うピストン１４の下降距
離は、前記伸縮量を拡大したものとなるからである。

【００５１】図１２〜図１６は本発明の第５実施例を示
すもので、図１２は内燃機関の縦断面図（ピストンが上
死点にある状態）、図１３は内燃機関の縦断面図（ピス
トンが下死点にある状態）、図１４は図１２の１４−１
４線矢視図、図１５は内燃機関の作用の説明図、図１６
はクランク角θとピストン変位ｘとの関係を示すグラフ
である。

【００５２】図１２〜図１５に示すように、内燃機関Ｅ
を備えた自動二輪車用のパワーユニットＰの外郭はミッ
ションケース１１１と、ミッションケース１１１の前面
に締結されたシリンダヘッド１１２と、シリンダヘッド
１１２の前面に締結されたシリンダブロック１１３と、
シリンダブロック１１３の前面に締結されたカバー１１
４とから構成される。シリンダブロック１１３の内部に
支持されたシリンダ１１５にピストン１１１６が摺動自
在に嵌合しており、このピストン１１６から前方に向け
て一体に突出する脚部１１６ａ，１１６ａの前端にピス
トンピン１１７が支持される。ピストン１１６が図１２
に示す上死点にあるとき、ピストンピン１１７との干渉
を回避するためのＵ字状の切欠１１５ａ，１１５ａがシ
リンダ１１５の前端に形成される。

【００５３】シリンダヘッド１１２およびミッションケ
ース１１１の合わせ面に支持されたクランクシャフト１
１９は一対のクランクピン１１９ａ，１１９ａを備えて
おり、これらクランクピン１１９ａ，１１９ａに大端部
をニードルベアリング１２０，１２０で支持された一対
のコネクティングロッド１２１，１２１は、シリンダヘ
ッド１１２の開口１１２ａ，１１２ａおよびシリンダブ
ロック１１３の開口（図示せず）を通って前記ピストン
ピン１１７の両端に連接される。

【００５４】ピストン１１６の頂面に対向するようにシ
リンダヘッド１１２に燃焼室１２２が形成されており、
この燃焼室１２２から上方に延びる吸気ポート１２３お
よび下方に延びる排気ポート１２４は、Ｖ字状に配置さ
れた吸気弁１２５および排気弁１２６でそれぞれ開閉さ
れる。図１４から明らかなように、排気弁１２６の実質
開口面積は吸気弁１２５の実質開口面積よりも大きく設
定される。燃焼室１２２には吸気弁１２５および排気弁
１２６と干渉しないように点火プラグ１０８が装着され
る。

【００５５】ミッションケース１１１には吸気ロッカー
シャフト１３０および排気ロッカーシャフト１３１が支
持されており、吸気ロッカーシャフト１３０に揺動自在
に支持された吸気ロッカーアーム１３２が、カムシャフ
ト１２８に固定した吸気カム１３３および吸気弁１２５
のステムエンドに当接する。排気ロッカーシャフト１３
１にはＬ字状の従動排気ロッカーアーム１３４の中間部
が揺動自在に支持されており、この従動排気ロッカーア
ーム１３４の一端部は排気弁１２６のステムエンドに当
接し、他端部は連結ロッド１３５の一端に連結される。
吸気ロッカーシャフト１３０には、前記吸気ロッカーア
ーム１３２に対して独立した駆動排気ロッカーアーム１
３６が揺動自在に支持されており、この駆動排気ロッカ
ーアーム１３６にカムシャフト１２８に固定した排気カ
ム１３７が当接するとともに、前記連結ロッド１３５の
他端が連結される。

【００５６】カムシャフト１２８の回転は、吸気カム１
３３および吸気ロッカーアーム１３２を介して吸気弁１
２５に伝達され、クランクシャフト１１９の２回転につ
き１回の割合で吸気弁１２５を開弁駆動する。またカム
シャフト１２８の回転は、排気カム１３７、駆動排気ロ
ッカーアーム１３６、連結ロッド１３５および従動排気
ロッカーアーム１３４を介して排気弁１２６に伝達さ
れ、クランクシャフト１１９の２回転につき１回の割合
で排気弁１２６を開弁駆動する。

【００５７】次に、第５実施例の作用について説明す
る。

【００５８】図１５は本実施例の内燃機関Ｅを模式的に
示したもので、シリンダ１１５と、シリンダ１１５に摺
動自在に嵌合するピストン１１６と、シリンダ１１５に
結合されたシリンダヘッド１１２と、ピストン１１６に
臨むシリンダヘッド１１２の上面に形成された燃焼室１
２２と、クランクシャフト１１９と、ピストン１１６を
クランクシャフト１１９に連接するコネクティングロッ
ド１２１，１２１とを備える。そしてシリンダヘッド１
１２はピストン１１６とクランクシャフト１１９とに挟
まれた位置に配置される。

【００５９】図１５（Ａ）はピストン１１６が上死点に
ある状態を示しており、このときのクランク角θは０°
である。図１５（Ｃ）はピストン１１６が下死点にある
状態を示しており、このときのクランク角θは１８０°
である。図１５（Ｂ）はピストン１１６が上死点および
下死点の中点にある状態を示しており、このときのクラ
ンク角θは９０°にならず、９０°よりも大きい角度θ
ｂとなる。その理由は、上死点および下死点ではコネク
ティングロッド１２１，１２１がシリンダ軸線Ｌ上にあ
るのに対し、前記中点ではシリンダ軸線Ｌに対してコネ
クティングロッド１２１，１２１が角度φだけ傾斜する
からである。

【００６０】図１６には上記内燃機関Ｅの上死点を基準
としたクランク角θと、上死点を基準としたピストン１
１６の変位ｘとの関係が破線で示される。ここでピスト
ン１１６の上死点および下死点間のストロークは６０ｍ
ｍである。図１５（Ｂ）で説明したように、ピストン１
１６が上死点および下死点の中点（変位が−３０ｍｍの
点）にあるとき、クランク角θは９０°よりも大きい角
度θｂとなる。それに対して実線で示す余弦カーブで
は、ピストン１１６が上死点および下死点の中点にある
とき、クランク角θは９０°となる。

【００６１】このように、本実施例の内燃機関Ｅでは、
クランク角θに対するピストン１１６の変位ｘの関係を
示すライン（破線参照）が、実線で示す余弦カーブより
も上側に位置していることが分かる。このことは、膨張
行程においてピストンが上死点から下降するとき、クラ
ンク角θの増加量に対するピストン１１６の変位ｘの増
加量が余弦カーブの特性に比べて小さいことを意味して
いる。

【００６２】内燃機関Ｅの熱効率を高めるには混合気の
燃焼時の等容度を高めることが望ましく、そのためには
膨張行程で上死点からピストン１１６が下降するとき
に、クランク角θの増加量に対する燃焼室１２２の容積
の増加量が小さいほど前記等容度が高められて熱効率が
向上する。図１６のグラフのクランク角θが０°から１
８０°までの膨張行程部分から明らかなように、破線で
示す本実施例の内燃機関Ｅの上死点からのピストン１１
６の変位ｘは、鎖線で示す従来の内燃機関のピストンの
変位ｘに比べて小さくなっており、従って膨張行程にお
ける等容度が高められて熱効率が向上する。

【００６３】また本実施例の内燃機関Ｅでは、クランク
角θに対するピストン１１６の変位ｘの関係を示すライ
ン（破線参照）が、実線で示す余弦カーブよりも上側に
位置していることで、排気行程においてピストンが下死
点から上昇するとき、クランク角θの増加量に対するピ
ストン１１６の変位ｘの増加量が余弦カーブの特性に比
べて大きくなり、単位時間当たりの排気ガスの排出量が
従来の内燃機関よりも増加する。しかしながら、排気弁
１２６の実質開口面積を吸気弁１２５の実質開口面積よ
りも大きく設定したことにより、排気ガスを燃焼室１２
２からスムーズに排出して排気損失を最小限に抑えるこ
とができる。

【００６４】またコネクティングロッド１２１，１２１
に最も大きな荷重が加わる膨張行程において、ピストン
１１６はクランクシャフト１１９から遠ざかる方向に移
動するため、コネクティングロッド１２１，１２１には
従来の内燃機関Ｅとは逆の引張荷重が作用する。このよ
うにコネクティングロッド１２１，１２１に引張荷重が
加わることにより、圧縮荷重が加わる場合に比べて強度
上有利になり、これによりコネクティングロッド１２
１，１２１を細くして軽量化を図ることができる。

【００６５】またコネクティングロッド１２１，１２１
を２本に分割し、ピストン１１６の両側を通してクラン
クシャフト１１９の軸方向両端側に連接したので、ピス
トン１１６に偏荷重が加わるのを防止して磨耗に対する
耐久性を高めることができる。しかもピストン１１６に
クランクシャフト１１９から遠ざかる方向に脚部１１６
ａ，１１６ａを突出させ、この脚部１１６ａ，１１６ａ
に先端にピストンピン１１７を設けたので、コネクティ
ングロッド１２１，１２１の全長が従来の内燃機関Ｅに
比べて長くなる。その結果、シリンダ軸線Ｌに対するコ
ネクティングロッド１２１，１２１の揺動角φが小さく
なり、ピストン１１６が受けるサイドスラストが減少し
て磨耗に対する耐久性を高めることができる。

【００６６】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱することなく種々の設計変更を行う
ことが可能である。

【００６７】例えば、実施例では４サイクルの内燃機関
Ｅを例示したが、本発明は２サイクルの内燃機関に対し
ても適用することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、ピストンをクランクシャフトに連接するコネ
クティング手段によりピストンの下降時間に比べて上昇
時間が短くなるため、膨張行程においてクランク角の増
加量に対するピストンの移動量（燃焼室の容積の増加
量）が小さくなり、混合気の燃焼時の等容度が高まって
内燃機関の熱効率が向上する。しかも吸気行程の期間が
通常の内燃機関の１８０°に比べて長くなるために吸気
の流速が下がり、吸気効率の向上、ポンピングロスの低
減および吸気弁の小径化を図ることができる。更に圧縮
行程の期間が通常の内燃機関の１８０°に比べて短くな
るため、燃焼室内の混合気の攪拌を促進して燃焼時間を
短縮するとともに、圧縮時の熱損失を低減することがで
きる。

【００６９】また請求項２に記載された発明によれば、
第２コネクティングロッドがシリンダの軸線に対して直
交する方向に配置されるので、第１、第２コネクティン
グロッドの両方をシリンダの軸線に沿って配置した従来
のものに比べて、前記軸線方向の内燃機関の寸法を小型
化することができる。また通常の内燃機関に比べて膨張
行程の初期での第１コネクティングロッドの揺動角が小
さくなり、しかも膨張行程の初期でピストンの下降速度
が小さいので、ピストンとシリンダとの間のフリクショ
ンロスを低減することができる。更に第１コネクティン
グロッドはシリンダの軸線に対して片側にしか揺動しな
いため、ピストンのスラップ音の発生を低減することが
できる。

【００７０】また請求項３に記載された発明によれば、
ピストンの上死点において、クランクシャフトの軸線
が、中間ピンの軸線を通ってシリンダの軸線に直交する
直線に対して上方に位置するので、ピストンが上死点か
ら下降する膨張行程の初期に第２コネクティングロッド
に引張荷重が発生するようになり、第２コネクティング
ロッドが強度上有利になって小径化が可能になる。

【００７１】また請求項４に記載された発明によれば、
ピストンをクランクシャフトに連接するコネクティング
手段によりピストンの下降時間に比べて上昇時間が短く
なるため、膨張行程においてクランク角の増加量に対す
るピストンの移動量（燃焼室の容積の増加量）が小さく
なり、混合気の燃焼時の等容度が高まって内燃機関の熱
効率が向上する。しかも吸気行程の期間が通常の内燃機
関の１８０°に比べて長くなるために吸気の流速が下が
り、吸気効率の向上、ポンピングロスの低減および吸気
弁の小径化を図ることができる。更に圧縮行程の期間が
通常の内燃機関の１８０°に比べて短くなるため、燃焼
室内の混合気の攪拌を促進して燃焼時間を短縮するとと
もに、圧縮時の熱損失を低減することができる。更にま
た、排気弁の実質開口面積を吸気弁の実質開口面積より
も大きく設定したので、ピストンの下降時間に比べて上
昇時間を短くしたために排気行程開始時におけるピスト
ンの動きが従来より速くなっても、排気ガスを燃焼室か
らスムーズに排出して排気損失を最小限に抑えることが
できる。

【００７２】また請求項５に記載された発明によれば、
内燃機関において燃焼室が区画されるシリンダヘッドを
ピストンおよびクランクシャフト間に配置したので、燃
焼室がピストンを挟んでクランクシャフトの反対側に配
置された従来の内燃機関に比べて、ピストンの上死点を
基準としたクランク角の増加量に対する燃焼室の容積の
増加量を小さく抑えることができ、これにより混合気の
燃焼時の等容度を高めて熱効率を高めることができる。
しかも膨張行程においてコネクティングロッドに引張荷
重が加わるため、圧縮荷重が加わる従来の内燃機関に比
べて座屈に対する配慮が不要になり、コネクティングロ
ッドの強度を下げて重量を軽減することができる。更に
下死点の近傍でのピストンの移動速度が従来の内燃機関
よりも速くなるが、排気弁の実質開口面積を吸気弁の実
質開口面積よりも大きく設定したことにより、排気ガス
を燃焼室からスムーズに排出して排気損失を最小限に抑
えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る内燃機関の縦断面図（ピスト
ンが上死点にある状態）

【図２】上記内燃機関の縦断面図（ピストンが下死点に
ある状態）

【図３】図１の３−３線断面図

【図４】内燃機関のクランク角に対するピストンのスト
ロークの関係を示すグラフ

【図５】第１実施例の変形例に係る、前記図３に対応す
る図

【図６】第２実施例に係る内燃機関の縦断面図（ピスト
ンが上死点にある状態）

【図７】第３実施例に係る内燃機関の縦断面図（ピスト
ンが上死点にある状態）

【図８】第４実施例に係る内燃機関の縦断面図（ピスト
ンが上死点にある状態）

【図９】第４実施例に係る内燃機関の縦断面図（ピスト
ンが下死点にある状態）

【図１０】上死点において第２コネクティングロッドが
伸びた場合の中間ピンの位置変化を説明する図

【図１１】上死点において第２コネクティングロッドが
伸びてリンクアームが縮んだ場合の中間ピンの位置変化
を説明する図

【図１２】第５実施例に係る内燃機関の縦断面図（ピス
トンが上死点にある状態）

【図１３】第４実施例に係る内燃機関の縦断面図（ピス
トンが下死点にある状態）

【図１４】図１２の１４−１４線矢視図

【図１５】内燃機関の作用の説明図

【図１６】クランク角θとピストン変位ｘとの関係を示
すグラフ

【符号の説明】

１３ シリンダ １４ ピストン １８ 吸気弁 １９ 排気弁 ２０ クランクシャフト ２１ ピストンピン ２２ 第１コネクティングロッド ２３ 中間ピン ２４ 第２コネクティングロッド ２５ クランクピン ２６ リンクアーム ２７ 固定部 ２９ コネクティング手段 １１２ シリンダヘッド １１５ シリンダ １１６ ピストン １１９ クランクシャフト １２１ コネクティングロッド １２２ 燃焼室 １２５ 吸気弁 １２６ 排気弁 Ｌ１ クランクシャフトの軸線 Ｌ２ シリンダの軸線 Ｌ５ 中間ピンの軸線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 一紀 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 鈴木 正剛 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 飯嶌 智司 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3G092 AA12 BA02 DD06 EA25 FA00 FA01 FA14 FA25 FA50

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ（１３）に摺動自在に嵌合する
   ピストン（１４）をコネクティング手段（２９）を介し
   てクランクシャフト（２０）に連接した内燃機関におい
   て、 前記コネクティング手段（２９）はピストン（１４）の
   下降時間に比べて上昇時間が短くなるように構成された
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 【請求項２】 前記コネクティング手段（２９）は、一
   端がピストンピン（２１）に枢支されて他端に中間ピン
   （２３）を備えた第１コネクティングロッド（２２）
   と、一端が中間ピン（２３）に枢支されて他端がクラン
   クピン（２５）に枢支された第２コネクティングロッド
   （２４）と、一端が中間ピン（２３）に枢支されて他端
   が固定部（２７）に枢支されたリンクアーム（２６）と
   から構成され、 ピストン（１４）が上死点にあるときに、第１コネクテ
   ィングロッド（２２）はシリンダ（１３）の軸線（Ｌ
   ２）にほぼ沿うとともに、第２コネクティングロッド
   （２４）はシリンダ（１３）の軸線（Ｌ２）に対してほ
   ぼ直交し、かつリンクアーム（２６）の他端を枢支する
   固定部（２７）はクランクシャフト（２０）の下方に位
   置することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
3. 【請求項３】 ピストン（１４）が上死点にあるとき
   に、中間ピン（２３）の軸線（Ｌ５）を通ってシリンダ
   （１３）の軸線（Ｌ２）に直交する直線に対して、クラ
   ンクシャフト（２０）の軸線（Ｌ１）が上方に位置する
   ことを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関。
4. 【請求項４】 シリンダ（１３）に摺動自在に嵌合する
   ピストン（１４）をコネクティング手段（２９）を介し
   てクランクシャフト（２０）に連接し、ピストン（１
   ４）の往復動に応じて吸気弁（１８）および排気弁（１
   ９）を開閉駆動する内燃機関において、 前記コネクティング手段（２９）はピストン（１４）の
   下降時間に比べて上昇時間が短くなるように構成され、
   かつ排気弁（１９）の実質開口面積が吸気弁（１８）の
   実質開口面積よりも大きく設定されたことを特徴とする
   内燃機関。
5. 【請求項５】 シリンダ（１１５）に摺動自在に嵌合す
   るピストン（１１６）をコネクティングロッド（１２
   １）を介してクランクシャフト（１１９）に連接し、ピ
   ストン（１１６）の上下動に応じて吸気弁（１２５）お
   よび排気弁（１２６）を開閉駆動する内燃機関におい
   て、 燃焼室（１２２）が区画されるシリンダヘッド（１１
   ２）をピストン（１１６）およびクランクシャフト（１
   １９）間に配置し、かつ排気弁（１２６）の実質開口面
   積が吸気弁（１２５）の実質開口面積よりも大きく設定
   されたことを特徴とする内燃機関。