JP2004204777A - 内燃機関の運動方向変換構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの上死点が２度発生したり、有効に作動する機関回転速度が限られたりすることなく、機関の燃焼圧力をトルクとして有効に取出す。
【解決手段】運動方向変換構造１９は中間軸２２，２３、入力側傘歯車２４，２５、出力側傘歯車２６，２７を備える。中間軸２２，２３には、ピストン１４，１５の連結部材３３，３４に連結されるリンク３１，３２と入力側傘歯車２４，２５とが設けられる。出力側傘歯車２６，２７は出力軸１７にワンウェイクラッチ２９，３０を介して相対回転可能に設けられ、かつ両入力側傘歯車２４，２５に噛合わされる。運動方向変換構造１９では、ピストン１４，１５の下降に伴うリンク３１，３２の揺動を通じて同ピストンの運動が出力軸１７の回転運動に変換され、リンク３１，３２の揺動によりピストン１５，１４が上昇される。出力側傘歯車２６，２７がピストン１４，１５の上昇時に出力軸１７に対して相対回転する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関におけるピストンの運動を出力軸の回転運動に変換する内燃機関の運動方向変換構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には、ピストンの運動を出力軸であるクランクシャフトの回転運動に変換するための運動方向変換構造が採用されている。この運動方向変換構造としては、ピストンとクランクシャフトをリンク（コネクティングロッド）によって連結する、いわゆるクランク構造が一般的である。このクランク構造では、コネクティングロッドとクランクシャフトの連結点（クランクピン）が、クランクシャフトの回転中心から偏心した箇所に設けられていて、ピストンが１往復する間にクランクシャフトが１回転する。そして、ピストンが上死点付近へ移動して、燃料及び空気の混合気が燃焼されるときに、コネクティングロッドの軸線、クランクシャフトの回転中心及びクランクピンが略同一直線上に位置する。このため、燃焼に伴う燃焼圧力をクランクシャフトの回転力（トルク）として有効に取出すことが困難である。これは、一般にトルクは力（この場合、燃焼圧力）とモーメントアーム長との積で表されるところ、上死点ではモーメントアーム長が「０」となるからである。
【０００３】
そこで、クランクシャフトの回転中心をシリンダの中心線から離れた箇所に設ける（偏心させる）技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この偏心のために、特許文献１では、コネクティングロッドの上端部をフリーリンクを介してピストンに連結している。また、フリーリンク及びコネクティングロッドの連結点とクランクケースとをクロスリンクによって連結している。この技術によれば、ピストン上死点でクランクシャフトの回転中心、クランクピンが略同一直線上に位置しないようにすることができる。上死点付近のモーメントアーム長を、前述した一般的なクランク構造のモーメントアーム長よりも長くし、もって、前記燃焼圧力をクランクシャフトのトルクとして取出すことが可能となる。
【０００４】
また、上記のようにクランクシャフトを偏心させることに加えて、コネクティングロッドにばね機構を追加し、クランクシャフト及びピストンを連結したり切り離したりする技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−５０３６２号公報
【特許文献２】
特表２００１−５００９４４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、クランクシャフトのトルクを大きくするには、そのクランクシャフトの回転中心の偏心量を大きく設定して、上死点付近のモーメントアーム長を長くすることが有効である。しかしながら、特許文献１に記載された技術では、ピストンとクランクシャフトとがフリーリンク及びコネクティングロッドによって連結されている。このため、偏心量を過度に大きくすると、クランクシャフトの回転やピストンの往復動が滑らかに行われなくなるおそれがある。また、ピストンが１往復する間に上死点が２度発生して燃焼に悪影響を及ぼすおそれもある。従って、偏心量を大きく設定するにも限度があり、結果として燃焼圧力をトルクとして有効に取出すには十分でない。
【０００７】
また、特許文献２に記載された技術では、前述したようにばね機構によりクランクシャフト及びピストンを連結したり切り離したりする。このため、偏心量を大きくしても、ピストンを滑らかに往復動させることが可能となり、また、ピストンが１往復する間に上死点が２度発生する不具合を回避することが可能となる。反面、ばね機構の追加に伴う新たな問題が発生する。それは、ばね機構にはばねに加わる慣性質量により固有共振周波数が存在することから、その周波数での共振を回避しようとすると、有効に作動する機関回転速度域が限られることである。従って、広範囲な機関回転速度域において、ばね機構を確実に作動させることが困難である。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ピストンの上死点が２度発生したり、有効に作動する機関回転速度が限られたりすることなく、機関の燃焼圧力をトルクとして有効に取出すことのできる内燃機関の運動方向変換構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、シリンダ内に収容されたピストンの運動を出力軸の回転運動に変換する内燃機関の運動方向変換構造において、前記ピストンの連結部材に連結されるリンクが設けられる中間軸と、前記中間軸に設けられる入力側傘歯車と、前記出力軸にワンウェイクラッチを介して相対回転可能に設けられ、かつ前記入力側傘歯車に噛合わされる出力側傘歯車とを備え、前記ピストンの下降に伴う前記リンクの揺動を通じて前記ピストンの運動を前記出力軸の回転運動に変換するとともに、前記リンクの揺動により前記ピストンを上昇させ、前記出力側傘歯車は、前記ピストンを上昇させるときに前記出力軸に対して相対回転するものとする。
【００１０】
上記の構成によれば、内燃機関での燃焼に伴う圧力（燃焼圧力）によりピストンが下降すると、その運動が連結部材を介してリンクに伝達され、同リンクが中間軸を支点として揺動する。この揺動に伴い入力側傘歯車が中間軸を中心として回転する。この回転は、入力側傘歯車に噛合わされた出力側傘歯車にも伝達される。そして、出力側傘歯車の回転によりワンウェイクラッチが係合し、出力軸がワンウェイクラッチ及び出力側傘歯車と一体となって回転する。このように、ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて、ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。
【００１１】
また、リンクの中間軸を支点とした揺動により、連結部材及びピストンが上昇する。このときには、入力側傘歯車が前述したピストン下降時とは逆方向へ回転する。そして、ワンウェイクラッチが非係合状態となり、出力側傘歯車の回転が出力軸に伝達されず、同出力側傘歯車が出力軸に対して相対回転する。
【００１２】
ここで、請求項１に記載の発明では、ピストンに対し連結部材を介してリンクを設け、ピストンの下降に伴うリンクの揺動により出力軸を回転させるようにしている。このことから、ピストンが上死点に位置するとき（燃焼圧力が最大となるとき）、リンクの軸線はシリンダの中心線に交差する。そのため、上死点付近であってもモーメントアーム長が「０」とならず、燃焼圧力が中間軸の回転力（トルク）として取出される。この回転力は、入力側傘歯車、出力側傘歯車及びワンウェイクラッチを介して出力軸に伝達されるため、結果として、燃焼圧力を出力軸のトルクとして取出すことができる。また、例えばリンクとして長いものを用いることにより、シリンダの中心線に対する中間軸の偏心量を大きく設定し、モーメントアーム長を長くして、燃焼圧力を中間軸ひいては出力軸からトルクとして有効に取出すことができる。
【００１３】
加えて、中間軸の回転のためにリンクを回転させなくてもよいため、前記のように偏心量を大きく設定しても、ピストンの滑らかな往復動が損なわれるおそれがなく、また、ピストンが１往復する間に上死点が２度発生するおそれもない。さらに、ばね機構を用いていないため、ばねを用いることによる不具合、すなわち共振を回避するために有効に作動する機関回転速度が限定される不具合の心配もない。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、下降及び上昇について互いに逆の動きをする第１ピストン及び第２ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、前記第１ピストンの連結部材に連結されるリンクが設けられる第１中間軸、及び前記第２ピストンの連結部材に連結されるリンクが設けられる第２中間軸を前記中間軸として備え、前記第１中間軸に設けられる第１入力側傘歯車、及び前記第２中間軸に設けられる第２入力側傘歯車を前記入力側傘歯車として備え、前記出力軸に第１ワンウェイクラッチを介して相対回転可能に設けられ、かつ前記第１入力側傘歯車に噛合わされる第１出力側傘歯車、及び前記出力軸に第２ワンウェイクラッチを介して相対回転可能に設けられ、かつ前記第２入力側傘歯車に噛合わされる第２出力側傘歯車を前記出力側傘歯車として備え、前記第１入力側傘歯車には前記第２出力側傘歯車が噛合わされる一方、前記第２入力側傘歯車には前記第１出力側傘歯車が噛合わされるものとする。
【００１５】
上記の構成によれば、燃焼圧力により第１ピストンが下降すると、その下降が連結部材を介してリンクに伝達され、同リンクが第１中間軸を支点として揺動する。この揺動に伴い第１入力側傘歯車が第１中間軸を中心として回転する。この回転は、第１出力側傘歯車及び第２出力側傘歯車を介して第２入力側傘歯車に伝達され、同第２入力側傘歯車が第２中間軸を中心として第１入力側傘歯車とは逆方向へ回転する。この回転に伴い第２ピストン側のリンクが第２中間軸を支点として揺動する。この揺動が連結部材を介して第２ピストンに伝達され、同第２ピストンが第１ピストンとは逆の動き（上昇）をする。
【００１６】
また、第２ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて、第２入力側傘歯車が前記第１ピストン下降時の第１入力側傘歯車の回転方向と同一方向へ回転すると、その回転が第１出力側傘歯車及び第２出力側傘歯車を介して第１入力側傘歯車に伝達され、同第１入力側傘歯車が第２入力側傘歯車とは逆方向へ回転する。この回転に伴うリンクの揺動を通じて第１ピストンが第２ピストンとは逆の動き（上昇）をする。
【００１７】
このように、第１ピストン又は第２ピストンが下降するときには、その下降に伴う両リンクの揺動により他方のピストンが上昇されるため、下降したピストンを上昇させるための機構を別途設けなくてもすむ。
【００１８】
また、第１ピストンの下降に伴い第１出力側傘歯車が回転して第１ワンウェイクラッチが係合すると、出力軸が第１ワンウェイクラッチ及び第１出力側傘歯車と一体となって回転する。このようにして、第１ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第１ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。このときには、第２出力側傘歯車の回転方向が第２ワンウェイクラッチの係合方向と逆になり、同第２ワンウェイクラッチが非係合状態となる。このことから、第２出力側傘歯車の回転が出力軸に伝達されず、同第２出力側傘歯車が出力軸に対して相対回転する。従って、第２出力側傘歯車の回転が出力軸の回転の妨げとなることはない。
【００１９】
前記とは逆に、第２ピストンの下降に伴い第２出力側傘歯車が回転して第２ワンウェイクラッチが係合すると、出力軸が第２ワンウェイクラッチ及び第２出力側傘歯車と一体となって回転する。このようにして、第２ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第２ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。このときには、第１出力側傘歯車の回転方向が第１ワンウェイクラッチの係合方向と逆になり、同第１ワンウェイクラッチが非係合状態となる。このことから、第１出力側傘歯車の回転が出力軸に伝達されず、同第１出力側傘歯車が出力軸に対して相対回転する。従って、第１出力側傘歯車の回転が出力軸の回転の妨げとなることはない。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、下降及び上昇について、前記第１ピストンと同じ動きをする第３ピストン及び前記第２ピストンと同じ動きをする第４ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、前記第１中間軸に設けられるリンクには、前記第１ピストン及び前記第３ピストンの各連結部材が前記第１中間軸について点対称となる箇所にそれぞれ連結される一方、前記第２中間軸に設けられるリンクには、前記第２ピストン及び前記第４ピストンの各連結部材が前記第２中間軸について点対称となる箇所にそれぞれ連結されるものとする。
【００２１】
上記の構成によれば、第１ピストン又は第３ピストンが下降すると、その運動が同ピストン側の連結部材を介してリンクに伝達され、同リンクが第１中間軸を支点として揺動する。この揺動に伴う第１中間軸の回転により、他方のピストン側のリンクが揺動する。この揺動は連結部材を介して他方のピストンに伝達される。ここで、第１ピストン及び第３ピストンの各連結部材が第１中間軸について点対称の関係にあることから、両ピストンはともに下降する。
【００２２】
また、第２ピストン又は第４ピストンが下降すると、その運動が同ピストン側の連結部材を介してリンクに伝達され、同リンクが第２中間軸を支点として揺動する。この揺動に伴う第２中間軸の回転により、他方のピストン側のリンクが揺動する。この揺動は連結部材を介して他方のピストンに伝達される。ここで、第２ピストン及び第４ピストンの各連結部材が第２中間軸について点対称の関係にあることから、両ピストンはともに下降する。
【００２３】
従って、第３ピストンが下降する場合には、請求項２に記載の発明において第１ピストンが下降する場合と同様の作用がなされる。すなわち、第３ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第３ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。また、リンクの揺動により第２ピストン及び第４ピストンが上昇される。この上昇の際には、第２出力側傘歯車は出力軸に対して相対回転する。一方、第４ピストンが下降する場合には、請求項２に記載の発明において第２ピストンが下降する場合と同様の作用がなされる。すなわち、第４ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第４ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。また、リンクの揺動により第１ピストン及び第３ピストンが上昇される。この上昇の際には、第１出力側傘歯車が出力軸に対して相対回転する。
【００２４】
このように、請求項３に記載の発明では、第１中間軸及び第１入力側傘歯車が、第１ピストン及び第３ピストンについて、共通の中間軸及び共通の入力側傘歯車として機能する、また、第２中間軸及び第２入力側傘歯車が、第２ピストン及び第４ピストンについて、共通の中間軸及び共通の入力側傘歯車として機能する。従って、請求項２に記載の発明の構成を単に２組設けて、４つのピストンについてピストン毎に中間軸及び入力側傘歯車を用いる場合に比べ、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００２５】
請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、下降及び上昇について、前記第１ピストンと同じ動きをする第３ピストン及び前記第２ピストンと同じ動きをする第４ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、前記第３ピストンの連結部材に連結されるリンクが設けられる第３中間軸、及び前記第４ピストンの連結部材に連結されるリンクが設けられる第４中間軸を前記中間軸として備え、前記第３中間軸に設けられる第３入力側傘歯車及び前記第４中間軸に設けられる第４入力側傘歯車を前記入力側傘歯車として備え、前記第２出力側傘歯車に結合され、かつ前記第３入力側傘歯車及び前記第４入力側傘歯車に噛合わされる第３出力側傘歯車を前記出力側傘歯車として備えるものとする。
【００２６】
上記の構成によれば、第１ピストン又は第２ピストンの下降に伴い第２出力側傘歯車が回転すると、同傘歯車に結合された第３出力側傘歯車も一体となって同方向へ回転する。この第３出力側傘歯車の回転に伴い、同傘歯車に噛合わされた第３入力側傘歯車及び第４入力側傘歯車が互いに逆方向に回転する。第３入力側傘歯車の回転方向は第１入力側傘歯車の回転方向と逆であり、第４入力側傘歯車の回転方向は第２入力側傘歯車の回転方向と逆である。そして、第３入力側傘歯車の回転に伴い、第３中間軸を支点としてリンクが第１ピストン側のリンクと逆方向へ揺動し、第３ピストンが第１ピストンと同様に下降する。また、第４入力側傘歯車の回転に伴い、第４中間軸を支点としてリンクが第２ピストン側のリンクと逆方向へ揺動し、第４ピストンが第２ピストンと同様に下降する。
【００２７】
一方、第３ピストン又は第４ピストンが下降すると、前記とは逆の動作が行われて第３出力側傘歯車が回転する。そして、この回転が、第２出力側傘歯車を介して第１入力側傘歯車、第２入力側傘歯車等に伝達され、運動方向の変換が行われる。すなわち、第３ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第３ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。また、第４ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第４ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。そして、第３出力側傘歯車は第４ピストンの上昇時に出力軸に対して相対回転する。
【００２８】
このように、請求項４に記載の発明では、第４出力側傘歯車、第３ワンウェイクラッチ、第４ワンウェイクラッチにそれぞれ相当するものがなくても、前述したように第３ピストン及び第４ピストンがそれぞれ下降及び上昇する。従って、これらの部材を省略することにより、請求項２に記載の発明の構成を単に２組設けて、４つのピストンについてピストン毎に出力側傘歯車及びワンウェイクラッチを用いる場合に比べ、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００２９】
請求項５に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、下降及び上昇について互いに逆の動きをする第１ピストン及び第２ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、前記第１ピストン及び前記第２ピストンの各連結部材に連結されるリンクが設けられる第１共通中間軸を前記中間軸として備え、前記第１共通中間軸に設けられる第１共通入力側傘歯車を前記入力側傘歯車として備え、前記出力軸に第１ワンウェイクラッチを介して相対回転可能に設けられ、かつ前記第１共通入力側傘歯車に噛合わされる第１出力側傘歯車と、前記出力軸に第２ワンウェイクラッチを介して相対回転可能に設けられ、かつ前記第１共通入力側傘歯車に噛合わされる第２出力側傘歯車とを前記出力側傘歯車として備えるものとする。
【００３０】
上記の構成によれば、第１ピストン又は第２ピストンが燃焼圧力によって下降すると、その運動が、同ピストンに対応する連結部材を介してリンクに伝達され、同リンクが第１共通中間軸を支点として揺動する。この際、第１共通中間軸が回転するが、その回転はリンク及び連結部材を介して他方のピストンに伝達され、同ピストンが上昇される。このように、一方のピストンが下降するときには、第１共通中間軸を支点とするリンクの揺動により他方のピストンが上昇されるため、下降したピストンを上昇させるための機構を別途設けなくてもすむ。
【００３１】
また、前記ピストンの下降に伴う第１共通中間軸の回転は、第１共通入力側傘歯車に噛合わされた第１出力側傘歯車及び第２出力側傘歯車にそれぞれ伝達され、両出力側傘歯車が互いに逆方向へ回転する。
【００３２】
第１ピストンの下降時には、その下降に伴う第１出力側傘歯車の回転により第１ワンウェイクラッチが係合し、出力軸が第１ワンウェイクラッチ及び第１出力側傘歯車と一体となって回転する。このときには、第２出力側傘歯車の回転方向が第２ワンウェイクラッチの係合方向に対し逆となり、同第２ワンウェイクラッチが非係合状態となる。このことから、第２出力側傘歯車の回転が出力軸に伝達されず、同傘歯車が出力軸に対して相対回転する。従って、第２出力側傘歯車の回転が出力軸の回転の妨げとなることはない。
【００３３】
また、第２ピストンの下降時には、その下降に伴う第２出力側傘歯車の回転により第２ワンウェイクラッチが係合し、出力軸が第２ワンウェイクラッチ及び第２出力側傘歯車と一体となって回転する。このときには、第１出力側傘歯車の回転方向が第１ワンウェイクラッチの係合方向に対し逆となり、同第１ワンウェイクラッチが非係合状態となる。このことから、第１出力側傘歯車の回転が出力軸に伝達されず、同傘歯車が出力軸に対して相対回転する。従って、第１出力側傘歯車の回転が出力軸の回転の妨げとなることはない。
【００３４】
このように、第１ピストン又は第２ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。
さらに、請求項５に記載の発明では、出力軸を挟んで第１共通中間軸及び第１共通入力側傘歯車とは反対側に、中間軸及び入力側傘歯車がなくても、前述したようにリンクが第１共通中間軸を支点として揺動し、第１ピストン及び第２ピストンが交互に上昇及び下降する。従って、ピストン毎に中間軸及び入力側傘歯車を用いた請求項２に記載の発明に比べ、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００３５】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、下降及び上昇について、前記第１ピストンと同じ動きをする第３ピストン及び前記第２ピストンと同じ動きをする第４ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、前記第３ピストン及び前記第４ピストンの各連結部材に連結されるリンクが設けられる第２共通中間軸を前記中間軸として備え、前記第２共通中間軸に設けられる第２共通入力側傘歯車を前記入力側傘歯車として備え、前記第２共通入力側傘歯車には前記第１出力側傘歯車及び前記第２出力側傘歯車が噛合わされるものとする。
【００３６】
上記の構成によれば、第１ピストン又は第２ピストンの下降に伴い第１出力側傘歯車及び第２出力側傘歯車が回転すると、それらの出力側傘歯車に噛合わされた第２共通入力側傘歯車が第１共通入力側傘歯車とは逆方向へ回転する。そして、第２共通入力側傘歯車の回転に伴い、第２共通中間軸を支点としてリンクが第１ピストン及び第２ピストン側のリンクとは逆方へ揺動する。その結果、第３ピストンが第１ピストンと同様に下降し、第４ピストンが第２ピストンと同様に下降する。
【００３７】
一方、第３ピストン又は第４ピストンが下降すると、その運動が、同ピストンに対応する連結部材を介してリンクに伝達され、同リンクが第２共通中間軸を支点として揺動する。この際、第２共通中間軸が回転するが、その回転はリンク及び連結部材を介して他方のピストンに伝達され、同ピストンが上昇される。このように、一方のピストンが下降するときには、第２共通中間軸を共通の支点としたリンクの揺動により他方のピストンが上昇されるため、下降したピストンを上昇させるための機構を別途設けなくてもすむ。
【００３８】
また、前記ピストンの下降に伴う第２共通中間軸の回転は、第２共通入力側傘歯車を介して第１出力側傘歯車、第２出力側傘歯車等に伝達され、運動方向の変換が行われる。すなわち、第３ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第３ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。また、第４ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて第４ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。そして、第１出力側傘歯車は、第３ピストンの上昇時に出力軸に対して相対回転する。また、第２出力側傘歯車は、第４ピストンの上昇時に出力軸に対して相対回転する。
【００３９】
ここで、第１ワンウェイクラッチ及び第２ワンウェイクラッチは第１共通入力側傘歯車の回転を出力軸に伝達又は遮断するだけでなく、第２共通入力側傘歯車の回転を出力軸に伝達又は遮断する。従って、２つの出力側傘歯車及び２つのワンウェイクラッチを省略することにより、請求項５に記載の発明の構成を単に２組設ける場合に比べて、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００４０】
請求項７に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、下降及び上昇について、前記第１ピストンと同じ動きをする第３ピストン及び前記第２ピストンと同じ動きをする第４ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、前記第１共通中間軸に設けられるリンクには、前記第１ピストン及び前記第３ピストンの各連結部材が前記第１共通中間軸について点対称となる箇所にそれぞれ連結されるとともに、前記第２ピストン及び前記第４ピストンの各連結部材が前記第１共通中間軸について点対称となる箇所にそれぞれ連結されるものとする。
【００４１】
上記の構成によれば、第１ピストン又は第２ピストンの下降により、それらに対応したリンクが揺動して第１共通中間軸が回転すると、その回転は、第１共通中間軸を共通の中間軸とするリンク及び連結部材を介して第３ピストン及び第４ピストンに伝達される。ここで、第１ピストン及び第３ピストンの各連結部材は、第１共通中間軸について点対称となる箇所にそれぞれ配置されている。また、第２ピストン及び第４ピストンの各連結部材は、第１共通中間軸について点対称となる箇所にそれぞれ配置されている。このことから、前記第１共通中間軸の回転の第３ピストン及び第４ピストンへの伝達により、第３ピストンが第１ピストンと同様に下降し、第４ピストンが第２ピストンと同様に下降する。
【００４２】
また、第３ピストン又は第４ピストンが燃焼圧力によって下降すると、その運動が、同ピストンに対応する連結部材を介してリンクに伝達され、同リンクが第１共通中間軸を支点として揺動する。この際、第１共通中間軸が回転するが、その回転はリンク及び連結部材を介して他方のピストンに伝達され、同ピストンが上昇される。このように、一方のピストンが下降するときには、第１共通中間軸を共通の中間軸とするリンクの揺動により他方のピストンが上昇されるため、下降したピストンを上昇させるための機構を別途設けなくてもすむ。
【００４３】
また、第３ピストン又は第４ピストンの下降に伴う第１共通中間軸の回転は、第１共通入力側傘歯車を介して第１出力側傘歯車、第２出力側傘歯車等に伝達され、運動方向の変換が行われる。すなわち、第３ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第３ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。また、第４ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第４ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。そして、第１出力側傘歯車は、第３ピストンの上昇時に出力軸に対して相対回転する。また、第２出力側傘歯車は、第４ピストンの上昇時に出力軸に対して相対回転する。
【００４４】
さらに、請求項７に記載の発明では、第１共通中間軸、第１共通入力側傘歯車、第１出力側傘歯車及び第２出力側傘歯車からなる傘歯車機構が、第１ピストン及び第２ピストンだけでなく、第３ピストン及び第４ピストン用の傘歯車機構を兼ねている。従って、請求項５に記載の発明の構成を単に２組設ける場合に比べて、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００４５】
また、一般的なクランク構造を用いた内燃機関では、ピストンの往復行程長（ストローク）が、クランクピンのクランク軸中心からのオフセット量によって決定される。このことから、ピストンのストロークが大きくなる程、クランクピンのオフセット量、すなわちクランク軸の回転半径が大きくなる。これに伴い、内燃機関においてクランク軸の周囲の箇所は、クランク軸との干渉を避けるためにクランク軸の径方向に大きくなって、内燃機関の幅が大きくなってしまう。
【００４６】
この点、請求項７に記載の発明では、第１共通中間軸について点対称となる箇所に第１及び第３の両ピストンの各連結部材が配置されるとともに、点対称となる箇所に第２及び第４の両ピストンの各連結部材が配置される。このことから、第１〜第４の４つのピストンが出力軸の軸心に沿って配列されることとなる。加えて、各ピストンの連結部材に連結されるリンクが出力軸に略平行に揺動する。一方、各ピストンのストロークは各リンクの揺動量によって決定される。このため、各ピストンのストロークを大きくしても、内燃機関の幅（出力軸の径方向の長さ）には影響しない。このように、請求項７に記載の発明では、ピストンの運動を出力軸の回転運動に変換する機能を確保しつつ内燃機関の薄型化を図ることができる。
【００４７】
請求項８に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、下降及び上昇について、前記第１ピストンと同じ動きをする第３ピストン及び前記第２ピストンと同じ動きをする第４ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、前記第３ピストン及び前記第４ピストンの各連結部材に連結されるリンクが設けられる第２共通中間軸を前記中間軸として備え、前記第２共通中間軸に設けられる第２共通入力側傘歯車を前記入力側傘歯車として備え、前記第２出力側傘歯車に結合され、かつ前記第２共通入力側傘歯車に噛合わされる第３出力側傘歯車を前記出力側傘歯車として備えるものとする。
【００４８】
上記の構成によれば、第１ピストン又は第２ピストンの下降に伴い第２出力側傘歯車が回転すると、同傘歯車に結合された第３出力側傘歯車も一体となって同方向へ回転する。この第３出力側傘歯車の回転に伴い、同傘歯車に噛合わされた第２共通入力側傘歯車が回転する。第２共通入力側傘歯車の回転方向は第１共通入力側傘歯車の回転方向と逆である。そして、第２共通入力側傘歯車の回転に伴い、第２共通中間軸を支点としてリンクが第１ピストン及び第２ピストン側のリンクとは逆方向へ揺動する。その結果、第３ピストンが第１ピストンと同様に下降し、第４ピストンが第２ピストンと同様に下降する。
【００４９】
一方、第３ピストン又は第４ピストンが下降すると、その運動が、同ピストンに対応する連結部材を介してリンクに伝達され、同リンクが第２共通中間軸を支点として揺動する。この際、第２共通中間軸が回転するが、その回転はリンク及び連結部材を介して他方のピストンに伝達され、同ピストンが上昇される。このように、一方のピストンが下降するときにはリンクの揺動により他方のピストンが上昇されるため、下降したピストンを上昇させるための機構を別途設けなくてもすむ。
【００５０】
また、第３ピストン又は第４ピストンの下降に伴い第２共通入力側傘歯車が回転され、その回転が第３出力側傘歯車、第２出力側傘歯車、第１共通入力側傘歯車、第１出力側傘歯車等に伝達され、運動方向の変換が行われる。すなわち、第３ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第３ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。また、第４ピストンの下降に伴うリンクの揺動を通じて同第４ピストンの運動が出力軸の回転運動に変換される。そして、第３出力側傘歯車は第４ピストンの上昇時に出力軸に対して相対回転する。
【００５１】
また、請求項８に記載の発明では、第１及び第２の両共通入力側傘歯車を出力軸について同じ側に配置することが可能となる。この配置により、第１〜第４の４つのピストンが出力軸の軸心に沿って配列される。加えて、第１ピストン及び第２ピストンの各連結部材に連結されるリンクと、第３ピストン及び第４ピストンの各連結部材に連結されるリンクとが出力軸に略平行に揺動する。このため、各ピストンのストロークを大きくしても、内燃機関の幅には影響しない。このように、請求項８に記載の発明では、ピストンの運動を出力軸の回転運動に変換する機能を確保しつつ内燃機関の薄型化を図ることができる。
【００５２】
請求項９に記載の発明では、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、さらに、前記リンクの揺動運動を規制する規制部材を含んで構成され、前記規制部材により規制される揺動運動領域を変更する可変機構を備えるものとする。
【００５３】
上記の構成によれば、可変機構の規制部材によってリンクの揺動運動が規制されると、ピストンの上死点及び下死点が決定され、もってピストンの往復行程長及び往復行程位置が決定される。また、規制部材によって規制される揺動運動領域が可変機構によって変更されると、ピストンの上死点及び下死点が変化し、それに伴いピストンの往復行程長及び往復行程位置の少なくとも一方が変化する。従って、揺動運動領域を変更することで、圧縮比及び排気量の少なくとも一方を調整することが可能となる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を２気筒内燃機関に具体化した第１実施形態について、図１及び図２に従って説明する。
【００５５】
内燃機関の機関本体１１はシリンダ（気筒）１２を２つ有しており、各シリンダ１２内に第１ピストン１４及び第２ピストン１５がそれぞれ往復動可能に収容されている。各シリンダ１２においてピストン１４，１５の頂部側（図１の上側）には、燃料及び空気の混合気を燃焼するための燃焼室１６が設けられている。このように両燃焼室１６は、ピストン１４，１５の往復動方向について互いに同じ側に位置する。
【００５６】
ここでの内燃機関は、各ピストン１４，１５が１往復する間に燃焼サイクルを１回行うようにした、いわゆる２サイクル内燃機関である。この燃焼サイクルは、各ピストン１４，１５が上昇して混合気を圧縮する圧縮行程と、燃焼室１６での燃焼に伴い発生する圧力（燃焼圧力）を受けた各ピストン１４，１５が下降して有効な仕事を取出す爆発（膨張）行程とからなる。前記燃焼サイクルには吸入と排気のための独立した行程がなく、混合気の吸入及び燃焼ガスの排気は圧縮行程及び膨張行程の一部で行われる。各シリンダ１２においては、圧縮行程と膨張行程とが交互に行われ、さらに両シリンダ１２については、互いに異なる行程が行われる。例えば、一方のシリンダ１２で圧縮行程が行われるときには他方のシリンダ１２で膨張行程が行われる。
【００５７】
機関本体１１において、両シリンダ１２間の下方には出力軸１７が配置されており、この出力軸１７が軸受１８により機関本体１１に回転自在に支持されている。また、機関本体１１には、両ピストン１４，１５の運動を出力軸１７の矢印Ａ方向への回転運動に変換するために、以下の傘歯車機構２１を用いた運動方向変換構造１９が設けられている。傘歯車機構２１は、中間軸、入力側傘歯車及び出力側傘歯車を備えている。中間軸は、その軸心が出力軸１７の軸心に対して交差するように配置された第１中間軸２２及び第２中間軸２３からなる。両中間軸２２，２３は、それぞれ軸受２８により機関本体１１に回転自在に支持されている。入力側傘歯車は、第１中間軸２２に一体回転可能に設けられた第１入力側傘歯車２４と、第２中間軸２３に一体回転可能に設けられた第２入力側傘歯車２５とからなる。
【００５８】
出力側傘歯車は、第１出力側傘歯車２６及び第２出力側傘歯車２７からなる。第１出力側傘歯車２６は、第１ワンウェイクラッチ２９を介して出力軸１７に相対回転可能に設けられており、前述した両入力側傘歯車２４，２５に噛合わされている。第２出力側傘歯車２７は第１出力側傘歯車２６に対向した状態で、第２ワンウェイクラッチ３０を介して出力軸１７に相対回転可能に設けられており、両入力側傘歯車２４，２５に噛合わされている。表現を変えると、４つの傘歯車２４〜２７は四角環状に配置され、隣合う傘歯車に噛合っている。なお、運動方向変換構造１９の部分平面図である図２では、傘歯車２４〜２７におけるギヤの図示が省略されている（第２実施形態以降の実施形態における運動方向変換構造１９の部分平面図についても同様）。
【００５９】
各ワンウェイクラッチ２９，３０は、一定方向にのみ動力を伝達するクラッチであり、例えばスプラグ式、ローラ式、さらにエンゲージ式等と呼ばれる一般的なものを用いることができる。いずれのタイプでも、各ワンウェイクラッチ２９，３０は、インナレース、アウタレース及び係合部材を備えている。そして、インナレースが出力軸１７に固定され、アウタレースが各出力側傘歯車２６，２７に固定されている。
【００６０】
係合部材は、アウタレース及びインナレース間に配置されている。係合部材は、各出力側傘歯車２６，２７の回転が出力軸１７に対する回転よりも速くなろうとする場合にのみインナレース及びアウタレースに噛合って係合（ロック）状態となり、各出力側傘歯車２６，２７の回転を出力軸１７に伝達する。このときの各出力側傘歯車２６，２７の出力軸１７に対する回転についての関係を、相対回転速度が正（プラス）側にあると表現する。また、係合部材は、各出力側傘歯車２６，２７の回転が出力軸１７に対する回転よりも遅くなる場合に、インナレース及びアウタレースに噛合わなくなって非係合（フリー）状態となり、各出力側傘歯車２６，２７の回転を出力軸１７に伝達しない。このときの各出力側傘歯車２６，２７の出力軸１７に対する回転についての関係を、相対回転速度が負（マイナス）側にあると表現する。
【００６１】
第１中間軸２２には、リンク３１の基端部（図１の右端部）が一体に設けられている。リンク３１は、第１中間軸２２を支点として図１の上下方向へ揺動可能である。リンク３１及び第１ピストン１４は連結部材３３によって連結されている。連結部材３３は、一般的なクランク構造におけるコネクティングロッドに相当するものであり、上端部においてピン３５により第１ピストン１４に連結され、下端部においてピン３６によりリンク３１の先端部（図１の左端部）に連結されている。
【００６２】
同様に、第２中間軸２３には、リンク３２の基端部（図１の右端部）が一体に設けられており、第２中間軸２３を支点としたリンク３２の上下方向への揺動が可能である。リンク３２及び第２ピストン１５は連結部材３４によって連結されている。連結部材３４は、上端部においてピン３５により第２ピストン１５に連結され、下端部においてピン３６によりリンク３２の先端部（図１の左端部）に連結されている。
【００６３】
ところで、前述した各入力側傘歯車２４，２５は、各ピストン１４，１５の位置（位相）関係が次の条件を満たすように、両出力側傘歯車２６，２７に噛合わせられている。上記条件は、両ピストン１４，１５が、下降及び上昇について互いに逆の動きをすることである。
【００６４】
上記構成の第１実施形態によると、例えば図１に示すように第１ピストン１４が上死点に位置し、第２ピストン１５が下死点に位置する状態から、混合気の爆発・燃焼に伴う燃焼圧力が第１ピストン１４に加わると、同第１ピストン１４が下降する。この下降は、連結部材３３を介してリンク３１に伝達され、同リンク３１が第１中間軸２２を支点として下方へ揺動する。この揺動に伴い傘歯車機構２１では、第１入力側傘歯車２４が第１中間軸２２を中心として反時計回り方向へ回転し、第１出力側傘歯車２６が矢印Ａ方向（出力軸１７の回転と同一方向）へ回転する。第１出力側傘歯車２６の回転が出力軸１７に対する回転よりも速くなろうとすると、すなわち、第１出力側傘歯車２６の出力軸１７に対する相対回転速度が正（プラス）側になろうとすると、第１ワンウェイクラッチ２９が係合する。この係合により、第１出力側傘歯車２６の回転が出力軸１７に伝達され、同出力軸１７が第１出力側傘歯車２６及び第１ワンウェイクラッチ２９と一体となって回転する。こうして、第１ピストン１４の下降に伴うリンク３１の揺動を通じて、同第１ピストン１４の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。
【００６５】
また、第１入力側傘歯車２４の前記回転に伴い第２出力側傘歯車２７が反矢印Ａ方向（出力軸１７の回転とは逆方向）へ回転する。このとき、第２出力側傘歯車２７の出力軸１７に対する相対回転速度が負（マイナス）側となる。従って、第２ワンウェイクラッチ３０は非係合（フリー）状態となって、第２出力側傘歯車２７の回転が出力軸１７に伝達されず、同第２出力側傘歯車２７は出力軸１７に対して相対回転する。このため、第２出力側傘歯車２７の回転が出力軸１７の回転の妨げとなることはない。
【００６６】
両出力側傘歯車２６，２７の回転により、第２入力側傘歯車２５及び第２中間軸２３が第１入力側傘歯車２４及び第１中間軸２２とは逆方向（時計回り方向）へ回転する。この回転に伴いリンク３２が第２中間軸２３を支点として上方へ揺動する。この揺動が連結部材３４を介して第２ピストン１５に伝達され、同第２ピストン１５が第１ピストン１４とは逆の動き（上昇）をする。
【００６７】
前記とは逆に、第２ピストン１５が上死点に位置し、第１ピストン１４が下死点に位置する状態から、燃焼圧力が第２ピストン１５に加わると、同第２ピストン１５が下降する。この下降は、連結部材３４を介してリンク３２に伝達され、同リンク３２が第２中間軸２３を支点として下方へ揺動する。この揺動に伴い傘歯車機構２１では、第２入力側傘歯車２５が第２中間軸２３を中心として反時計回り方向へ回転し、第２出力側傘歯車２７が矢印Ａ方向（出力軸１７の回転と同一方向）へ回転する。この回転に伴い第２出力側傘歯車２７の回転が出力軸１７に対する回転よりも速くなろうとすると、すなわち、第２出力側傘歯車２７の出力軸１７に対する相対回転速度が正（プラス）側になろうとすると、第２ワンウェイクラッチ３０が係合する。この係合により、第２出力側傘歯車２７の回転が出力軸１７に伝達され、同出力軸１７が第２出力側傘歯車２７及び第２ワンウェイクラッチ３０と一体となって回転する。こうして、第２ピストン１５の下降に伴うリンク３２の揺動を通じて、同第２ピストン１５の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。
【００６８】
また、第２入力側傘歯車２５の前記回転に伴い第１出力側傘歯車２６が反矢印Ａ方向（出力軸１７の回転と逆方向）へ回転する。このとき、第１出力側傘歯車２６の出力軸１７に対する相対回転速度が負（マイナス）側となる。従って、第１ワンウェイクラッチ２９は非係合（フリー）状態となって、第１出力側傘歯車２６の回転は出力軸１７に伝達されず、同第１出力側傘歯車２６は出力軸１７に対して相対回転する。このため、第１出力側傘歯車２６の回転が出力軸１７の回転の妨げとなることはない。
【００６９】
前記両出力側傘歯車２６，２７の回転により、第１入力側傘歯車２４及び第１中間軸２２が第２入力側傘歯車２５とは逆方向（時計回り方向）へ回転する。この回転に伴いリンク３１が第１中間軸２２を支点として上方へ揺動する。この揺動が連結部材３３を介して第１ピストン１４に伝達され、同第１ピストン１４が第２ピストン１５とは逆の動き（上昇）をする。
【００７０】
このように、一方のシリンダ１２での燃焼により発生するエネルギーが、第１ピストン１４又は第２ピストン１５の下降動作に伴うリンク３１，３２の揺動により、他方のシリンダ１２での第２ピストン１５又は第１ピストン１４の上昇用エネルギーとして利用される。
【００７１】
そして、前述した第１出力側傘歯車２６から出力軸１７への回転伝達、第２出力側傘歯車２７から出力軸１７への回転伝達により、出力軸１７は各ピストン１４，１５が１往復する間に矢印Ａ方向へ所定角度（３６０度未満）ずつ回転する。このようにして、燃焼に伴う燃焼圧力が出力軸１７の回転力（トルク）として取出される。このトルクは、一般には力（この場合、燃焼圧力）とモーメントアーム長との積で表される。モーメントアーム長は、出力軸１７（ここでは中間軸２２，２３）に入力される力の方向に対し直交する腕の長さであり、例えば図１においてはＭＡで表される。
【００７２】
上記第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）ピストン１４，１５に対し連結部材３３，３４を介してリンク３１，３２を設け、ピストン１４，１５の下降に伴うリンク３１，３２の揺動により出力軸１７を回転させるようにしている。このことから、ピストン１４，１５が上死点に位置するとき、すなわち燃焼圧力が最大となるとき、リンク３１，３２の軸線Ｌ１はシリンダ１２の中心線ＣＬに交差する（図１参照）。そのため、上死点付近であってもモーメントアーム長ＭＡが「０」とならず、燃焼圧力が中間軸２２，２３の回転力（トルク）として取出される。この回転力は、入力側傘歯車２４，２５、出力側傘歯車２６，２７及びワンウェイクラッチ２９，３０を介して出力軸１７に伝達されるため、結果として、燃焼圧力を出力軸１７のトルクとして取出すことができる。
【００７３】
（２）上記（１）に関連するが、リンク３１，３２として長いものを用いることにより、シリンダ１２の中心線ＣＬに対する中間軸２２，２３の偏心量を大きく設定し、モーメントアーム長ＭＡを長くして、燃焼圧力を中間軸２２，２３ひいては出力軸１７からトルクとして有効に取出すことができる。
【００７４】
（３）出力軸１７の回転のために、リンク３１，３２を回転させるのではなく揺動させている。このため、前記のように偏心量を大きく設定しても、特許文献１とは異なり両ピストン１４，１５の滑らかな往復動が損なわれるおそれがない。また、特許文献１とは異なり、両ピストン１４，１５が１往復する間に上死点が２度発生するおそれもない。さらに、特許文献２とは異なりばね機構を用いていないため、ばねを用いることによる不具合、すなわち共振を回避するために有効に作動する機関回転速度が限定される不具合の心配もない。
【００７５】
（４）第１ピストン１４及び第２ピストン１５間に傘歯車機構２１を設け、両ピストン１４，１５の一方の下降に伴う両リンク３１，３２の揺動により他方のピストンを上昇させるようにしている。従って、下降した第１ピストン１４又は第２ピストン１５を上昇させるための専用の機構を別途設けなくてもすむ。
【００７６】
（５）出力軸１７を中心として両中間軸２２，２３のなす角度を適宜に変更することで、ピストン１４，１５を並列（図１参照）に配置する以外にも、Ｖ字型に配置することができる。並列の配置は、各ピストン１４，１５の運動の方向が互いに平行となる配置である。また、Ｖ字型の配置は、各ピストン１４，１５の運動の方向がＶ字状に交わる配置である。例えば、図１の状態から、出力軸１７を中心として、第１中間軸２２を矢印Ａ方向へ所定角度（例えば４５°）回転し、第２中間軸２３を反矢印Ａ方向へ所定角度（例えば４５°）回転させる。こうすると、第１ピストン１４及び第２ピストン１５の運動の方向が９０°でＶ字型に交わる。
【００７７】
なお、前述したＶ字型のピストン配置に際しては、出力軸１７を中心として両中間軸２２，２３のなす角度を変更するだけでよく、運動方向変換構造１９に部品を追加したり変更したりしなくてもすむ。
【００７８】
（第２実施形態）
次に、本発明を４気筒内燃機関に具体化した第２実施形態について、図３及び図４に従って説明する。第２実施形態では、第１及び第２の両ピストン１４，１５に加え、下降及び上昇について第１ピストン１４と同じ動きをする第３ピストン４１と、第２ピストン１５と同じ動きをする第４ピストン４２とがピストンとしてシリンダ１２内にそれぞれ収容されている。
【００７９】
リンク３１は、その中間部において第１中間軸２２に一体に設けられている。このリンク３１には、第１ピストン１４及び第３ピストン４１の各連結部材３３，４８が、第１中間軸２２について点対称となる箇所にそれぞれ連結されている。この配置により、両ピストン１４，４１及び燃焼室１６の位置関係がリンク３１を挟んで反対向きとなっている。図４では、第３ピストン４１に対応する燃焼室１６が同第３ピストン４１の下側に位置し、第１ピストン１４に対応する燃焼室１６が同第１ピストン１４の上側に位置している。
【００８０】
また、リンク３２は、その中間部において第２中間軸２３に一体に設けられている。このリンク３２には、第２ピストン１５及び第４ピストン４２の各連結部材３４，４９が第２中間軸２３について点対称となる箇所にそれぞれ連結されている。この配置により、両ピストン１５，４２及び燃焼室１６の位置関係がリンク３２を挟んで反対向きとなっている。図４では、第２ピストン１５に対応する燃焼室１６が同第２ピストン１５の上側に位置し、第４ピストン４２に対応する燃焼室１６が同第４ピストン４２の下側に位置している。
【００８１】
前述した以外の構成は第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同様の部材等については同一の符号を付して説明を省略する。
上記のように構成された運動方向変換構造１９では、第１ピストン１４又は第３ピストン４１が下降すると、その運動が連結部材３３，４８を介してリンク３１に伝達され、同リンク３１が第１中間軸２２を支点として揺動する。この揺動は連結部材４８，３３を介して他方のピストン４１，１４に伝達される。ここで、第１ピストン１４及び第３ピストン４１の各連結部材３３，４８が第１中間軸２２について点対称の関係にあることから、両ピストン１４，４１はともに下降する。
【００８２】
また、第２ピストン１５又は第４ピストン４２が下降すると、その運動が連結部材３４，４９を介してリンク３２に伝達され、同リンク３２が第２中間軸２３を支点として揺動する。この揺動は連結部材４９，３４を介して他方のピストン４２，１５に伝達される。ここで、第２ピストン１５及び第４ピストン４２の各連結部材３４，４９が第２中間軸２３について点対称の関係にあることから、両ピストン１５，４２はともに下降する。
【００８３】
従って、第３ピストン４１が下降する場合には、第１実施形態において第１ピストン１４が下降する場合と同様の作用がなされる。すなわち、第３ピストン４１の下降に伴うリンク３１の揺動、傘歯車２４〜２７の回転等を通じて同第３ピストン４１の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。また、リンク３１，３２の揺動により第２ピストン１５及び第４ピストン４２が上昇される。この上昇の際には、第２出力側傘歯車２７は出力軸１７に対して相対回転する。
【００８４】
一方、第４ピストン４２が下降する場合には、第１実施形態において第２ピストン１５が下降する場合と同様の作用がなされる。すなわち、第４ピストン４２の下降に伴うリンク３２の揺動、傘歯車２４〜２７の回転等を通じて同第４ピストン４２の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。また、リンク３２，３１の揺動により第１ピストン１４及び第３ピストン４１が上昇される。この上昇の際には、第１出力側傘歯車２６が出力軸１７に対して相対回転する。
【００８５】
上記第２実施形態によれば、前述した（１）〜（４）に加え、次の効果が得られる。
（６）第１中間軸２２及び第１入力側傘歯車２４が、第１ピストン１４及び第３ピストン４１について、共通の中間軸及び共通の入力側傘歯車として機能する。また、第２中間軸２３及び第２入力側傘歯車２５が、第２ピストン１５及び第４ピストン４２について、共通の中間軸及び共通の入力側傘歯車として機能する。従って、第１実施形態の構成を単に２組設けて、４つのピストン１４，１５，４１，４２についてピストン毎に中間軸及び入力側傘歯車を用いる場合に比べ、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００８６】
（７）下降及び上昇について、第１ピストン１４及び第３ピストン４１に互いに同じ動きをさせ、第２ピストン１５及び第４ピストン４２に互いに同じ動き（ピストン１４，４１とは逆の動き）をさせるようにしている。このため、運動方向変換構造１９は２サイクル内燃機関に限らず、１燃焼サイクルが行われる期間に、上昇及び下降がそれぞれ２回行われる、いわゆる４サイクル内燃機関にも適用可能である。
【００８７】
ここで、４サイクル内燃機関は、混合気が燃焼室内に吸入されて燃焼ガスが排出されるまでの期間、すなわち１燃焼サイクルの間にピストンが２往復して４つの行程を行うタイプの内燃機関である。４つの行程は、周知のように、吸入行程、圧縮行程、爆発行程（膨張行程）及び排気行程である。この４サイクル内燃機関では、膨張行程が４つのピストンについて順に行われるところ、第２実施形態では、ピストン１４，１５，４１，４２のいずれかを膨張行程とすることができる。そのため、膨張行程での燃焼圧力を、他のピストンにおける吸入行程、圧縮行程、排気行程のためのエネルギーとして利用することで、全てのピストン１４，１５，４１，４２を作動させることができる。
【００８８】
（８）上記（４）に関連して次の効果が得られる。ピストン１４，４１毎の中間軸を共通化している。そして、ピストン１４，４１の一方の下降を、第１中間軸２２を支点とするリンク３１の揺動を通じて他方に直接伝達して上昇させるようにしている。同様に、ピストン１５，４２毎の中間軸を共通化している。そして、ピストン１５，４２の一方の下降を、第２中間軸２３を支点とするリンク３２の揺動を通じて他方に直接伝達して上昇させるようにしている。このため、下降したピストン１４，１５，４１，４２をそれぞれ上昇させるための機構を別途設けなくてもすむ。また、第１実施形態とは異なり、ピストン１４，４１又は１５，４２の運動を傘歯車機構２１を介さずにピストン４１，１４又は４２，１５に伝達するため、ピストン上昇用のエネルギーを効率よく抽出することができる。
【００８９】
（第３実施形態）
次に、本発明を４気筒内燃機関に具体化した第３実施形態について、図５に従って説明する。第３実施形態では、第１及び第２の両ピストン１４，１５に加え、下降及び上昇について第１ピストン１４と同じ動きをする第３ピストン４１と、第２ピストン１５と同じ動きをする第４ピストン４２とがピストンとしてシリンダ１２内にそれぞれ収容されている。第３及び第４の両ピストン４１，４２は、その往復動方向について、燃焼室１６が第１及び第２の両ピストン１４，１５の燃焼室１６と同じ側に位置するように配置されている。
【００９０】
傘歯車機構２１は、前述した第１中間軸２２及び第２中間軸２３に加え、第３中間軸４６及び第４中間軸４７を中間軸として備えている。第３中間軸４６は、第３ピストン４１の連結部材４８に連結されるリンク５１が設けられる中間軸である。第４中間軸４７は、第４ピストン４２の連結部材４９に連結されるリンク５２が設けられる中間軸である。各中間軸４６，４７は、その軸心が出力軸１７の軸心に対して交差するように配置されており、軸受４５により機関本体１１に対し回転自在に支持されている。そして、リンク５１は第３中間軸４６を支点として揺動可能であり、リンク５２は第４中間軸４７を支点として揺動可能である。
【００９１】
また、傘歯車機構２１は、入力側傘歯車として、前述した第１入力側傘歯車２４及び第２入力側傘歯車２５に加え、第３中間軸４６に設けられる第３入力側傘歯車５３と、第４中間軸４７に設けられる第４入力側傘歯車５４とを備えている。
【００９２】
さらに、傘歯車機構２１は、出力側傘歯車として、前述した第１出力側傘歯車２６及び第２出力側傘歯車２７に加え第３出力側傘歯車５５を備えている。第３出力側傘歯車５５は、出力軸１７上において第２出力側傘歯車２７に背中合せの状態で一体回転可能に結合されており、第３入力側傘歯車５３及び第４入力側傘歯車５４に噛合わされている。なお、第３出力側傘歯車５５と出力軸１７との間には、他の出力側傘歯車２６，２７とは異なりワンウェイクラッチが設けられていない。
【００９３】
前述した以外の構成は第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同様の部材等については同一の符号を付して説明を省略する。
上記のように構成された運動方向変換構造１９では、第１ピストン１４又は第２ピストン１５の下降に伴い第２出力側傘歯車２７が回転すると、同傘歯車２７に結合された第３出力側傘歯車５５も一体となって同方向へ回転する。この第３出力側傘歯車５５の回転に伴い、同傘歯車５５に噛合わされた第３入力側傘歯車５３及び第４入力側傘歯車５４が互いに逆方向に回転する。第３入力側傘歯車５３の回転方向は第１入力側傘歯車２４の回転方向と逆であり、第４入力側傘歯車５４の回転方向は第２入力側傘歯車２５の回転方向と逆である。そして、第３入力側傘歯車５３の回転に伴い、第３中間軸４６を支点としてリンク５１がリンク３１と逆方向へ揺動し、第３ピストン４１が第１ピストン１４と同様に下降する。また、第４入力側傘歯車５４の回転に伴い、第４中間軸４７を支点としてリンク５２がリンク３２と逆方向へ揺動し、第４ピストン４２が第２ピストン１５と同様に下降する。
【００９４】
一方、第３ピストン４１又は第４ピストン４２が下降すると、前記とは逆の動作が行われて第３出力側傘歯車５５が回転する。そして、この回転が、第２出力側傘歯車２７を介して第１入力側傘歯車２４、第２入力側傘歯車２５等に伝達され、運動方向の変換が行われる。すなわち、第３ピストン４１の下降に伴うリンク５１の揺動、傘歯車５３，５５，２４〜２７の回転等を通じて、同第３ピストン４１の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。また、第４ピストン４２の下降に伴うリンク５２の揺動、傘歯車５４，５５，２４〜２７の回転等を通じて同第４ピストン４２の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。そして、第３出力側傘歯車５５は第４ピストン４２の上昇時に出力軸１７に対して相対回転する。
【００９５】
上記第３実施形態によれば、前述した（１）〜（７）と同様の効果が得られる。ただし、上記（６）の部品点数の削減効果は、次のようにして第３ワンウェイクラッチ、第４出力側傘歯車及び第４ワンウェイクラッチに相当するものを省略することで得られる。
【００９６】
第３ワンウェイクラッチは、本来ならば第３出力側傘歯車５５と出力軸１７との間に設けられるものである。これの省略が可能となるのは、第３出力側傘歯車５５が結合された第２出力側傘歯車２７の第２ワンウェイクラッチ３０が、第３出力側傘歯車５５のワンウェイクラッチとしても機能するからである。
【００９７】
また、第４出力側傘歯車及び第４ワンウェイクラッチは、本来ならば第３出力側傘歯車５５に対向する位置に設けられるものである。これらの省略が可能となるのは、第１出力側傘歯車２６及び第１ワンウェイクラッチ２９が、第４出力側傘歯車及び第４ワンウェイクラッチの各機能を発揮するからである。
【００９８】
そして、上記の省略により、第１実施形態の運動方向変換構造１９を２組用いて単純に並べたものに比べ、両ピストン４１，４２の追加に伴う第３ワンウェイクラッチ、第４出力側傘歯車及び第４ワンウェイクラッチの増加を抑制して部品点数の削減を図ることができる。
【００９９】
（第４実施形態）
次に、本発明を、２気筒内燃機関に具体化した第４実施形態について、図６及び図７に従って説明する。
【０１００】
第４実施形態では、下降及び上昇について互いに逆の動きをする第１ピストン１４及び第２ピストン１５がピストンとして出力軸１７に沿って配列され、シリンダ１２内にそれぞれ収容されている。両ピストン１４，１５は、その往復動方向について燃焼室１６が互いに同じ側（図７では上側）に位置するように配置されている。
【０１０１】
傘歯車機構２１は、中間軸として第１共通中間軸５６を備えている。第１共通中間軸５６は、その軸心が出力軸１７の軸心に対して交差するように配置され、軸受５７により機関本体１１に回転自在に支持されている。第１共通中間軸５６には、リンク５８が、その中間部分において一体回転可能に設けられており、同リンク５８が第１共通中間軸５６を支点として揺動可能である。リンク５８の一方（図７の右方）の端部には連結部材３３を介して第１ピストン１４が連結され、他方（図７の左方）の端部には連結部材３４を介して第２ピストン１５が連結されている。また、第１共通中間軸５６には、第１共通入力側傘歯車５９が入力側傘歯車として設けられている。
【０１０２】
さらに、傘歯車機構２１は、出力側傘歯車として、互いに対向した状態で配置された第１出力側傘歯車２６及び第２出力側傘歯車２７を備えている。第１出力側傘歯車２６は、出力軸１７に第１ワンウェイクラッチ２９を介して相対回転可能に設けられており、第１共通入力側傘歯車５９に噛合わされている。第１ワンウェイクラッチ２９は、第１出力側傘歯車２６の回転が出力軸１７に対する回転よりも速くなろうとするときに係合して、第１出力側傘歯車２６の回転を出力軸１７に伝達する。また、第２出力側傘歯車２７は出力軸１７に第２ワンウェイクラッチ３０を介して相対回転可能に設けられており、第１共通入力側傘歯車５９に噛合わされている。第２ワンウェイクラッチ３０は、第２出力側傘歯車２７の回転が出力軸１７に対する回転よりも速くなろうとするときに係合して、第２出力側傘歯車２７の回転を出力軸１７に伝達する。
【０１０３】
前述した以外の構成は第１実施形態と同様である。このため、第１実施形態と同様の部材等については同一の符号を付して説明を省略する。
上記のように構成された運動方向変換構造１９では、第１ピストン１４又は第２ピストン１５が燃焼圧力によって下降すると、その運動が連結部材３３，３４を介してリンク５８に伝達され、同リンク５８が第１共通中間軸５６を支点として揺動する。この揺動は、連結部材３４，３３を介して第２ピストン１５又は第１ピストン１４に伝達される。この伝達により、ピストン１５，１４はピストン１４，１５とは逆の動き（上昇）をする。
【０１０４】
また、ピストン１４，１５の下降に伴う第１共通中間軸５６の回転は、第１共通入力側傘歯車５９に噛合わされた第１出力側傘歯車２６及び第２出力側傘歯車２７にそれぞれ伝達され、両出力側傘歯車２６，２７が互いに逆方向へ回転する。
【０１０５】
第１ピストン１４の下降時において、その下降に伴う第１出力側傘歯車２６の回転により第１ワンウェイクラッチ２９が係合すると、出力軸１７が第１ワンウェイクラッチ２９及び第１出力側傘歯車２６と一体となって回転する。このときには、第２出力側傘歯車２７の回転方向が出力軸１７の回転方向とは逆になり、第２ワンウェイクラッチ３０が非係合状態となる。このことから、第２出力側傘歯車２７の回転が出力軸１７に伝達されず、同傘歯車２７が出力軸１７に対して相対回転する。従って、第２出力側傘歯車２７の回転が出力軸１７の回転の妨げとなることはない。
【０１０６】
また、第２ピストン１５の下降時において、その下降に伴う第２出力側傘歯車２７の回転により第２ワンウェイクラッチ３０が係合すると、出力軸１７が第２ワンウェイクラッチ３０及び第２出力側傘歯車２７と一体となって回転する。このときには、第１出力側傘歯車２６の回転方向が出力軸１７の回転方向と逆になり、同第１ワンウェイクラッチ２９が非係合状態となる。このことから、第１出力側傘歯車２６の回転が出力軸１７に伝達されず、同傘歯車２６が出力軸１７に対して相対回転する。従って、第１出力側傘歯車２６の回転が出力軸１７の回転の妨げとなることはない。
【０１０７】
このように、第１ピストン１４又は第２ピストン１５の下降に伴うリンク５８の揺動を通じて同ピストン１４，１５の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。
【０１０８】
従って、上記第４実施形態によれば、前述した（１）〜（４），（６），（８）と同様の効果が得られる。ただし、上記（６）の部品点数の削減効果は、次のようにして得られる。
【０１０９】
両ピストン１４，１５に共通の第１共通中間軸５６を支点としてリンク５８を交互に揺動させる構造としている。このため、リンク５８に対し連結部材３３，３４によって両ピストン１４，１５をそれぞれ連結することで、両ピストン１４，１５を交互に上昇及び下降させることができる。従って、傘歯車機構２１において第１共通中間軸５６及び第１共通入力側傘歯車５９に対向する側（図６の下側）に、中間軸及び入力側傘歯車を用いなくてすむ。その結果、入力側傘歯車２４，２５、中間軸２２，２３及び出力側傘歯車２６，２７によって傘歯車機構２１を構成した第１実施形態に比べ、傘歯車機構２１、ひいては運動方向変換構造１９の部品点数削減を図ることが可能となる。
【０１１０】
（第５実施形態）
次に、本発明を４気筒内燃機関に具体化した第５実施形態について、図８及び図９に従って説明する。第５実施形態では、第１及び第２の両ピストン１４，１５に加え、下降及び上昇について第１ピストン１４と同じ動きをする第３ピストン４１と、第２ピストン１５と同じ動きをする第４ピストン４２とがピストンとしてシリンダ１２内にそれぞれ収容されている。第３及び第４の両ピストン４１，４２は、出力軸１７を挟んで両ピストン１４，１５とは反対側（図８の下側）において、出力軸１７に沿って配列されている。第３及び第４の両ピストン４１，４２は、その往復動方向について、燃焼室１６が第１及び第２の両ピストン１４，１５の燃焼室１６と同じ側（図９では上側）に位置するように配置されている。
【０１１１】
傘歯車機構２１は、前記第１共通中間軸５６に加え第２共通中間軸６１を中間軸として備えている。第２共通中間軸６１は、その軸心が出力軸１７の軸心に対して交差し、かつ第１共通中間軸５６に対向するように配置され、軸受６２により機関本体１１に回転自在に支持されている。第２共通中間軸６１には、リンク６３が、その中間部分において一体回転可能に設けられており、そのリンク６３が第２共通中間軸６１を支点として揺動可能である。リンク６３の一方の端部（図９の左方）には連結部材４８を介して第３ピストン４１が連結され、他方（図９の右方）の端部には連結部材４９を介して第４ピストン４２が連結されている。また、傘歯車機構２１は、第１共通入力側傘歯車５９に加え、第２共通中間軸６１に設けられた第２共通入力側傘歯車６４を入力側傘歯車として備えている。そして、この第２共通入力側傘歯車６４に前記第１出力側傘歯車２６及び第２出力側傘歯車２７がそれぞれ噛合わされている。
【０１１２】
前述した以外の構成は第４実施形態と同様である。このため、第４実施形態と同様の部材等については同一の符号を付して説明を省略する。
上記のように構成された運動方向変換構造１９では、第１ピストン１４又は第２ピストン１５の下降に伴い第１出力側傘歯車２６及び第２出力側傘歯車２７が回転すると、それらの出力側傘歯車２６，２７に噛合わされた第２共通入力側傘歯車６４が第１共通入力側傘歯車５９とは逆方向へ回転する。そして、第２共通入力側傘歯車６４の回転に伴い、第２共通中間軸６１を支点としてリンク６３が前記リンク５８とは逆方へ揺動する。その結果、第３ピストン４１が第１ピストン１４と同様に下降し、第４ピストン４２が第２ピストン１５と同様に下降する。
【０１１３】
一方、第３ピストン４１又は第４ピストン４２が下降すると、その運動が、連結部材４８，４９を介してリンク６３に伝達され、同リンク６３が第２共通中間軸６１を支点として揺動する。この揺動が連結部材４９，４８を介して他方のピストン４２，４１に伝達され、同ピストン４２，４１が上昇される。
【０１１４】
また、前記ピストン４１，４２の下降に伴う第２共通中間軸６１の回転は、第２共通入力側傘歯車６４を介して第１出力側傘歯車２６、第２出力側傘歯車２７等に伝達され、運動方向の変換が行われる。すなわち、第３ピストン４１の下降に伴うリンク６３の揺動、出力側傘歯車２６，２７の回転等を通じて、同第３ピストン４１の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。また、第４ピストン４２の下降に伴うリンク６３の揺動、出力側傘歯車２６，２７の回転等を通じて、同第４ピストン４２の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。そして、第１出力側傘歯車２６は、第３ピストン４１の上昇時に出力軸１７に対して相対回転する。また、第２出力側傘歯車２７は、第４ピストン４２の上昇時に出力軸１７に対して相対回転する。
【０１１５】
上記第５実施形態によれば、前述した（１）〜（８）と同様の効果が得られる。ただし、上記（６）の部品点数の削減効果は、次のようにして得られる。
第２共通入力側傘歯車６４を両出力側傘歯車２６，２７に噛合わせることで、傘歯車機構２１の構成部品を、共通入力側傘歯車５９，６４及び出力側傘歯車２６，２７の４つとしている。こうすることで、傘歯車機構２１では、第１出力側傘歯車２６及び第１ワンウェイクラッチ２９が、第１共通入力側傘歯車５９の回転を出力軸１７に伝達又は遮断するだけでなく、第２共通入力側傘歯車６４の回転を出力軸１７に伝達又は遮断する。また、第２出力側傘歯車２７及び第２ワンウェイクラッチ３０が、第１共通入力側傘歯車５９の回転を出力軸１７に伝達又は遮断するだけでなく、第２共通入力側傘歯車６４の回転を出力軸１７に伝達又は遮断する。
【０１１６】
このため、２つのピストン１４，１５を用いた第４実施形態の傘歯車機構２１を単純に２組設ける場合に比べて、２つの出力側傘歯車が不要になり、その分、部品点数を少なくすることができる。ただし、両出力側傘歯車２６，２７及び両ワンウェイクラッチ２９，３０に加わる負荷が増加するため、前記のように単純に２組設ける場合に比べ、より耐久性の高い部品を用いる等、耐久性に配慮することが望ましい。
【０１１７】
（第６実施形態）
次に、本発明を具体化した第６実施形態について、図１０及び図１１に従って説明する。第６実施形態では、第１及び第２の両ピストン１４，１５に加え、下降及び上昇について第１ピストン１４と同じ動きをする第３ピストン４１と、第２ピストン１５と同じ動きをする第４ピストン４２とがピストンとしてシリンダ１２内にそれぞれ収容されている。両ピストン４１，４２は、リンク５８を挟んで両ピストン１４，１５に対向する箇所に配置されている。両ピストン４１，４２は、その往復動方向について、燃焼室１６が両ピストン１４，１５の燃焼室１６とは反対側（図１１では下側）に位置するように配置されている。
【０１１８】
第１共通中間軸５６に設けられるリンク５８には、第１ピストン１４の連結部材３３と第３ピストン４１の連結部材４８とが、第１共通中間軸５６について点対称となる箇所にそれぞれ連結されている。また、第２ピストン１５の連結部材３４と第４ピストン４２の連結部材４９とが第１共通中間軸５６について点対称となる箇所にそれぞれ連結されている。
【０１１９】
なお、上記の構成により、第３ピストン４１は往復動における下降及び上昇について第２ピストン１５と逆の動きをする。例えば、第２ピストン１５が上昇（図１１の上方へ移動）するときには第３ピストン４１は下降する（図１１の上方へ移動する）。また、第４ピストン４２は下降及び上昇について第１ピストン１４と逆の動きをする。従って、第４ピストン４２は、上昇及び下降について第２ピストン１５と同一の動きをし、第１ピストン１４及び第３ピストン４１は、第２ピストン１５と逆の動きをすることとなる。
【０１２０】
前述した以外の構成は第４実施形態と同様である。このため、第４実施形態と同様の部材等については同一の符号を付して説明を省略する。
上記のように構成された運動方向変換構造１９では、第１ピストン１４又は第２ピストン１５の下降によりリンク５８が第１共通中間軸５６を支点として揺動すると、その揺動は、連結部材４８，４９を介して第３ピストン４１及び第４ピストン４２に伝達される。ここで、第１共通中間軸５６に設けられるリンク５８には、連結部材３３，４８が第１共通中間軸５６について点対称となる箇所にそれぞれ連結されている。また、連結部材３４，４９が第１共通中間軸５６について点対称となる箇所にそれぞれ連結されている。このことから、第１共通中間軸５６の回転の第３ピストン４１及び第４ピストン４２への伝達により、第３ピストン４１が第１ピストン１４と同様に下降し、第４ピストン４２が第２ピストン１５と同様に下降する。
【０１２１】
また、第３ピストン４１又は第４ピストン４２が燃焼圧力によって下降すると、その運動が、連結部材４８，４９を介してリンク５８に伝達され、同リンク５８が第１共通中間軸５６を支点として揺動する。この揺動により、第４ピストン４２又は第３ピストン４１が上昇される。
【０１２２】
また、第３ピストン４１又は第４ピストン４２の下降に伴う第１共通中間軸５６の回転は、第１共通入力側傘歯車５９を介して第１出力側傘歯車２６、第２出力側傘歯車２７等に伝達され、運動方向の変換が行われる。すなわち、第３ピストン４１の下降に伴うリンク５８の揺動、傘歯車５９，２６，２７の回転等を通じて同第３ピストン４１の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。また、第４ピストン４２の下降に伴うリンク５８の揺動、傘歯車５９，２６，２７の回転等を通じて同第４ピストン４２の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。そして、第１出力側傘歯車２６は、第３ピストン４１の上昇時に出力軸１７に対して相対回転する。また、第２出力側傘歯車２７は、第４ピストン４２の上昇時に出力軸１７に対して相対回転する。
【０１２３】
上記第６実施形態によれば、前述した（１）〜（４），（６）〜（８）に加え、次の効果が得られる。
（９）一般的なクランク構造を用いた内燃機関では、ピストンの往復行程長（ストローク）が、クランクピンのクランク軸中心からのオフセット量によって決定される。このことから、ピストンのストロークが大きくなる程、クランクピンのオフセット量、すなわちクランク軸の回転半径が大きくなる。これに伴い、内燃機関においてクランク軸の周囲の箇所は、クランク軸との干渉を避けるためにクランク軸の径方向に大きくなり、結果として内燃機関の幅が大きくなってしまう。
【０１２４】
この点、第６実施形態では、第１共通中間軸５６について点対称となる箇所に両連結部材３３，４８が配置されるとともに、同じく第１共通中間軸５６について点対称となる箇所に両連結部材３４，４９が配置されている。このことから、第１〜第４の４つのピストン１４，１５，４１，４２が出力軸１７の軸心に沿って配列されることとなる。加えて、各連結部材３３，３４，４８，４９に連結されるリンク５８が出力軸１７に略平行に揺動する。各ピストン１４，１５，４１，４２のストロークはリンク５８の揺動量によって決定される。このため、各ピストン１４，１５，４１，４２のストロークを大きくしても、内燃機関の幅（出力軸の径方向（図１０の上下方向）の長さ）には影響しない。このように、第６実施形態では、ピストン１４，１５，４１，４２の運動を出力軸１７の回転運動に変換する機能を確保しつつ内燃機関の薄型化を図ることができる。
【０１２５】
ところで、上記（６）の部品点数の削減効果は、次のようにして得られる。
第１共通中間軸５６、第１共通入力側傘歯車５９、第１出力側傘歯車２６及び第２出力側傘歯車２７からなる傘歯車機構２１が、第１ピストン１４及び第２ピストン１５だけでなく、第３ピストン４１及び第４ピストン４２用の傘歯車機構２１を兼ねている。従って、第４実施形態の構成を単に２組設ける場合に比べて、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【０１２６】
さらに、４つのピストン１４，１５，４１，４２をそれぞれ連結部材３３，３４，４８，４９によって共通のリンク５８に連結している。このため、第５実施形態における第２共通中間軸６１、第２共通入力側傘歯車６４及びリンク６３が不要になり、一層の部品点数削減を図ることができる。
【０１２７】
（第７実施形態）
次に、本発明を具体化した第７実施形態について、図１２及び図１３に従って説明する。第７実施形態では、第１及び第２の両ピストン１４，１５に加え、下降及び上昇について第１ピストン１４と同じ動きをする第３ピストン４１と、第２ピストン１５と同じ動きをする第４ピストン４２とがピストンとしてシリンダ１２内にそれぞれ収容されている。両ピストン４１，４２は出力軸１７について両ピストン１４，１５と同じ側（図１３の上側）において、同出力軸１７に沿って配列されている。従って、４つのピストン１４，１５，４２，４１は出力軸１７に沿って１列に配列されていることとなる。両ピストン４１，４２は、その往復動方向について、燃焼室１６が両ピストン１４，１５の燃焼室１６と同じ側（図１２では上側）に位置するように配置されている。
【０１２８】
傘歯車機構２１は、前記第１共通中間軸５６に加え、出力軸１７について同第１共通中間軸５６と同じ側（図１３の上側）に設けられた第２共通中間軸６１を中間軸として備えている。第２共通中間軸６１は、その軸心が出力軸１７の軸心に対して交差するように配置され、軸受６２により機関本体１１に回転自在に支持されている。第２共通中間軸６１には、リンク６３が、その中間部分において一体回転可能に設けられており、同リンク６３が第２共通中間軸６１を支点として揺動可能である。リンク６３の一方（図１２の左方）の端部には連結部材４８を介して第３ピストン４１が連結され、他方（図１２の右方）の端部には連結部材４９を介して第４ピストン４２が連結されている。また、傘歯車機構２１は第１共通入力側傘歯車５９に加え、第２共通中間軸６１に設けられた第２共通入力側傘歯車６４を入力側傘歯車として備えている。
【０１２９】
さらに、傘歯車機構２１は、前述した出力側傘歯車２６，２７に加え、第３出力側傘歯車５５を出力側傘歯車として備えている。第３出力側傘歯車５５は、第２出力側傘歯車２７に対し背中合せの状態で、筒状をなす結合部材６６によって一体回転可能に結合されている。そして、この第３出力側傘歯車５５は第２共通入力側傘歯車６４に噛合わされている。
【０１３０】
前述した以外の構成は第４実施形態と同様である。このため、第４実施形態と同様の部材等については同一の符号を付して説明を省略する。
上記のように構成された運動方向変換構造１９では、第１ピストン１４又は第２ピストン１５の下降に伴い第２出力側傘歯車２７が回転すると、結合部材６６を介して同傘歯車２７に結合された第３出力側傘歯車５５も一体となって同方向へ回転する。この第３出力側傘歯車５５の回転に伴い、同傘歯車５５に噛合わされた第２共通入力側傘歯車６４が、第１共通入力側傘歯車５９の回転方向とは逆方向へ回転する。そして、第２共通入力側傘歯車６４の回転に伴い、第２共通中間軸６１を支点としてリンク６３がリンク５８とは逆方向へ揺動する。その結果、第３ピストン４１が第１ピストン１４と同様に下降し、第４ピストン４２が第２ピストン１５と同様に下降する。
【０１３１】
一方、第３ピストン４１又は第４ピストン４２が下降すると、その運動が、連結部材４８，４９を介してリンク６３に伝達され、同リンク６３が第２共通中間軸６１を支点として揺動し、第４ピストン４２又は第３ピストン４１が上昇される。
【０１３２】
また、第３ピストン４１又は第４ピストン４２の下降に伴い第２共通入力側傘歯車６４が回転され、その回転が第３出力側傘歯車５５、結合部材６６、第２出力側傘歯車２７、第１共通入力側傘歯車５９、第１出力側傘歯車２６等に伝達され、運動方向の変換が行われる。すなわち、第３ピストン４１の下降に伴うリンク６３の揺動、傘歯車６４，５５，２７，５９，２６の回転等を通じて同第３ピストン４１の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。また、第４ピストン４２の下降に伴うリンク６３の揺動、傘歯車６４，５５，２７，５９，２６の回転等を通じて同第４ピストン４２の運動が出力軸１７の回転運動に変換される。そして、第３出力側傘歯車５５は第４ピストン４２の上昇時に出力軸１７に対して相対回転する。
【０１３３】
従って、第７実施形態によれば、前述した（１）〜（４），（６）〜（９）と同様の効果が得られる。ただし、上記（９）の薄型化の効果は、次のようにして得られる。
【０１３４】
第７実施形態の運動方向変換構造１９では、４つのピストン１４，１５，４１，４２が出力軸１７に沿って１列に配列されていて、リンク５８，６３が出力軸１７に略平行に揺動する。各ピストン１４，１５，４１，４２のストロークは両リンク５８，６３の揺動量によって決定される。このため、リンク５８，６３を大きく揺動させて、各ピストン１４，１５，４１，４２のストロークを大きくしても、内燃機関の幅（出力軸１７の径方向（図１３の上下方向）の長さ）には影響しない。従って、第７実施形態によっても、ピストン１４，１５，４１，４２の運動を出力軸１７の回転運動に変換する機能を確保しつつ、内燃機関の薄型化を図ることができる。
【０１３５】
（第８実施形態）
次に、本発明を具体化した第８実施形態について、図１４及び図１５に従って説明する。第８実施形態では、さらに、リンク３２の揺動運動を規制する規制部材を含んで構成され、かつその規制部材により規制される揺動運動領域を変更する可変機構７１が設けられている。詳しくは、可変機構７１は、基台７２と、基台７２に対し軸７３により回転自在に支持されたローラ７４を備えている。ローラ７４の側面において軸７３から偏心した箇所からは、規制部材としてピン７５が突出しており、このピン７５がリンク３２に形成された長孔７６に係入されている。
【０１３６】
そのため、リンク３２が揺動すると、ローラ７４が回転して長孔７６内におけるピン７５の位置が変化し、リンク３２の揺動範囲がピン７５によって規制される。すなわち、ローラ７４の回転によりピン７５が最も高い位置へ移動すると、リンク３２の上方への揺動が規制される。反対に、ピン７５が最も低い位置へ移動すると、リンク３２の下方への揺動が規制される。
【０１３７】
さらに、基台７２にはスライド機構７７が駆動連結されている。スライド機構７７はモータ、油圧シリンダ等のアクチュエータを備えており、このアクチュエータの作動により基台７２を図１５において矢印で示すように、上下方向、水平方向等へ変位させることが可能である。
【０１３８】
前述した以外の構成は第２実施形態と同様である。このため、第２実施形態と同様の部材等については同一の符号を付して説明を省略する。
上記のように構成された運動方向変換構造１９では、スライド機構７７によって基台７２を例えば上方又は下方へ変位させると、リンク３２の揺動角度範囲が上方又は下方へずれる。これに伴い両連結部材３４，４９の移動範囲及び両ピストン１５，４２の往復動範囲が上方又は下方へずれる。その結果、両ピストン１５，４２の上死点位置が同じ量ずつ変わって圧縮比が変化する。圧縮比は、内燃機関の圧縮行程で混合気がどれだけ圧縮されるかを示す指標であり、燃焼室１６の圧縮前の最大容積と、圧縮後の最小容積との比によって表される。また、傘歯車機構２１を介してリンク３２に駆動連結されたリンク３１の揺動角度範囲も同時に上方又は下方へずれる。これに伴い両連結部材３３，４８の移動範囲及び両ピストン１４，４１の往復動範囲が上方又は下方へずれる。その結果、両ピストン１４，４１の上死点位置が同じ量ずつ変わって圧縮比が変化する。
【０１３９】
一方、スライド機構７７によって基台７２を水平方向、例えば第２中間軸２３から離れる側（図１５の左側）へ変位させると、第２中間軸２３及び軸７３間の距離が大きくなり、リンク３２の揺動角度範囲が狭まる。そのため、両ピストン１５，４２のストロークが同じ長さずつ小さくなって、排気量が減少する。排気量は、ピストンが下死点から上死点に移動したときに排除する容積である。また、リンク３１の揺動角度範囲も同時に狭まるため、両ピストン１４，４１のストロークが同じ長さずつ小さくなって、排気量が減少する。
【０１４０】
これとは逆に、スライド機構７７によって基台７２を第２中間軸２３に近づく側（図１５の右側）へ変位させると、第２中間軸２３及び軸７３間の距離が小さくなり、リンク３２の揺動角度範囲が拡大する。そのため、両ピストン１５，４２のストロークが同じ長さずつ大きくなって、排気量が増大する。また、リンク３１の揺動角度範囲も同時に拡大するため、両ピストン１４，４１のストロークが同じ長さずつ大きくなって、排気量が増大する。
【０１４１】
なお、スライド機構７７によって基台７２を斜め方向（斜め上方、斜め下方）へ変位させると、圧縮比と排気量の両方が同時に変化する。
上記第８実施形態によれば、前述した（１）〜（４），（６）〜（８）に加え、次の効果が得られる。
【０１４２】
（１０）運動方向変換構造１９に可変機構７１を追加している。このため、スライド機構７７によって基台７２を変位させることで、リンク３２，３１の両揺動角度範囲を上下方向へずらしたり、揺動角度範囲を変更したりすることができる。これに伴い全ピストン１４，１５，４１，４２の上死点位置やストロークを同じ量ずつ変化させ、圧縮比及び排気量の少なくとも一方を調整することが可能となる。
【０１４３】
（１１）４つのピストン１４，１５，４１，４２を、連結部材３３，３４，４８，４９、リンク３１，３２及び傘歯車機構２１を介して相互に動力伝達可能に連結している。これに加え、両ピストン１４，４１を第１中間軸２２について点対称となる箇所に配置し、両ピストン１５，４２を第２中間軸２３について点対称となる箇所に配置している。両ピストン１４，４１及び両ピストン１５，４２が下降及び上昇について互いに同じ動きをするように、入力側傘歯車２４，２５を両出力側傘歯車２６，２７に噛合わせている。このため、１組の可変機構７１を用いるだけで、４つのピストン１４，１５，４１，４２の圧縮比及び排気量の少なくとも一方を同量ずつ変化させることができる。
【０１４４】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・第２、第４〜第８実施形態では、リンク３１，３２，５８，６３を２つ以上のピストンに共通のものとしたが、これをピストン毎に分けてもよい。この場合には、ピストン毎のリンクを共通の中間軸２２，２３，５６，６１の互いに異なる箇所に設けることとなる。
【０１４５】
・本発明は１気筒を有する内燃機関にも適用可能である。この場合、例えば図１において、中間軸は、第１ピストン１４の連結部材３３に連結されるリンク３１が設けられる第１中間軸２２のみによって構成される。入力側傘歯車は、第１中間軸２２に設けられる第１入力側傘歯車２４のみによって構成される。出力側傘歯車は、出力軸１７に第１ワンウェイクラッチ２９を介して相対回転可能に設けられ、かつ第１入力側傘歯車２４に噛合わされる第１出力側傘歯車２６のみによって構成される。ただし、この場合には、下降した第１ピストン１４を上昇させるべくリンク３１をピストン下降時とは逆方向へ揺動させるための機構を別途設ける必要がある。
【０１４６】
・第６実施形態を２サイクル内燃機関に適用する場合には、第１共通中間軸５６を挟んで互いに対向するピストン１４，１５が圧縮行程及び膨張行程について異なる行程を行い、第１共通中間軸５６を挟んで互いに対向するピストン４１，４２が圧縮行程及び膨張行程について異なる行程を行うような関係にあればよい。従って、第６実施形態で説明したピストン１４，１５，４１，４２の配置のほかにも、例えば第３ピストン４１及び第４ピストン４２についても、リンク５８に対し、第１ピストン１４及び第２ピストン１５と同じ側（図１１の上側）に配置してもよい。
【０１４７】
・第７実施形態における結合部材６６としては、第２出力側傘歯車２７及び第３出力側傘歯車５５を剛結合できるものであればよい。従って、第７実施形態におけるような筒状をなすものに限らず、例えばシャフトを結合部材として用いる等、任意に変更可能である。
【０１４８】
・第８実施形態における可変機構７１を、他の実施形態（第１〜第７実施形態）に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態における運動方向変換構造の概略構成を示す部分斜視図
【図２】図１の運動方向変換構造の部分平面図。
【図３】本発明の第２実施形態における運動方向変換構造の概略構成を示す部分平面図。
【図４】図３の運動方向変換構造の部分正面図。
【図５】本発明の第３実施形態における運動方向変換構造の概略構成を示す部分平面図。
【図６】本発明の第４実施形態における運動方向変換構造の概略構成を示す部分平面図。
【図７】図６の運動方向変換構造の部分正面図。
【図８】本発明の第５実施形態における運動方向変換構造の概略構成を示す部分平面図。
【図９】図８の運動方向変換構造の部分正面図。
【図１０】本発明の第６実施形態における運動方向変換構造の概略構成を示す部分平面図。
【図１１】図１０の運動方向変換構造の部分正面図。
【図１２】本発明の第７実施形態における運動方向変換構造の概略構成を示す部分正面図。
【図１３】図１２の運動方向変換構造の部分平面図。
【図１４】本発明の第８実施形態における運動方向変換構造の概略構成を示す部分平面図。
【図１５】図１４の運動方向変換構造の部分正面図。
【符号の説明】
１２…シリンダ、１４…第１ピストン、１５…第２ピストン、１７…出力軸、１９…運動方向変換構造、２２…第１中間軸、２３…第２中間軸、２４…第１入力側傘歯車、２５…第２入力側傘歯車、２６…第１出力側傘歯車、２７…第２出力側傘歯車、２９…第１ワンウェイクラッチ、３０…第２ワンウェイクラッチ、３１，３２，５１，５２，５８，６３…リンク、３３，３４，４８，４９…連結部材、４１…第３ピストン、４２…第４ピストン、４６…第３中間軸、４７…第４中間軸、５３…第３入力側傘歯車、５４…第４入力側傘歯車、５５…第３出力側傘歯車、５６…第１共通中間軸、５９…第１共通入力側傘歯車、６１…第２共通中間軸、６４…第２共通入力側傘歯車、７１…可変機構、７５…ピン（規制部材）。

Claims (9)

1. シリンダ内に収容されたピストンの運動を出力軸の回転運動に変換する内燃機関の運動方向変換構造において、
   前記ピストンの連結部材に連結されるリンクが設けられる中間軸と、
   前記中間軸に設けられる入力側傘歯車と、
   前記出力軸にワンウェイクラッチを介して相対回転可能に設けられ、かつ前記入力側傘歯車に噛合わされる出力側傘歯車と
   を備え、前記ピストンの下降に伴う前記リンクの揺動を通じて前記ピストンの運動を前記出力軸の回転運動に変換するとともに、前記リンクの揺動により前記ピストンを上昇させ、前記出力側傘歯車は、前記ピストンを上昇させるときに前記出力軸に対して相対回転することを特徴とする内燃機関の運動方向変換構造。
2. 下降及び上昇について互いに逆の動きをする第１ピストン及び第２ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、
   前記第１ピストンの連結部材に連結されるリンクが設けられる第１中間軸、及び前記第２ピストンの連結部材に連結されるリンクが設けられる第２中間軸を前記中間軸として備え、
   前記第１中間軸に設けられる第１入力側傘歯車、及び前記第２中間軸に設けられる第２入力側傘歯車を前記入力側傘歯車として備え、
   前記出力軸に第１ワンウェイクラッチを介して相対回転可能に設けられ、かつ前記第１入力側傘歯車に噛合わされる第１出力側傘歯車、及び前記出力軸に第２ワンウェイクラッチを介して相対回転可能に設けられ、かつ前記第２入力側傘歯車に噛合わされる第２出力側傘歯車を前記出力側傘歯車として備え、
   前記第１入力側傘歯車には前記第２出力側傘歯車が噛合わされる一方、前記第２入力側傘歯車には前記第１出力側傘歯車が噛合わされる請求項１に記載の内燃機関の運動方向変換構造。
3. 下降及び上昇について、前記第１ピストンと同じ動きをする第３ピストン及び前記第２ピストンと同じ動きをする第４ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、
   前記第１中間軸に設けられるリンクには、前記第１ピストン及び前記第３ピストンの各連結部材が前記第１中間軸について点対称となる箇所にそれぞれ連結される一方、前記第２中間軸に設けられるリンクには、前記第２ピストン及び前記第４ピストンの各連結部材が前記第２中間軸について点対称となる箇所にそれぞれ連結される請求項２に記載の内燃機関の運動方向変換構造。
4. 下降及び上昇について、前記第１ピストンと同じ動きをする第３ピストン及び前記第２ピストンと同じ動きをする第４ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、
   前記第３ピストンの連結部材に連結されるリンクが設けられる第３中間軸、及び前記第４ピストンの連結部材に連結されるリンクが設けられる第４中間軸を前記中間軸として備え、
   前記第３中間軸に設けられる第３入力側傘歯車及び前記第４中間軸に設けられる第４入力側傘歯車を前記入力側傘歯車として備え、
   前記第２出力側傘歯車に結合され、かつ前記第３入力側傘歯車及び前記第４入力側傘歯車に噛合わされる第３出力側傘歯車を前記出力側傘歯車として備える請求項２に記載の内燃機関の運動方向変換構造。
5. 下降及び上昇について互いに逆の動きをする第１ピストン及び第２ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、
   前記第１ピストン及び前記第２ピストンの各連結部材に連結されるリンクが設けられる第１共通中間軸を前記中間軸として備え、
   前記第１共通中間軸に設けられる第１共通入力側傘歯車を前記入力側傘歯車として備え、
   前記出力軸に第１ワンウェイクラッチを介して相対回転可能に設けられ、かつ前記第１共通入力側傘歯車に噛合わされる第１出力側傘歯車と、前記出力軸に第２ワンウェイクラッチを介して相対回転可能に設けられ、かつ前記第１共通入力側傘歯車に噛合わされる第２出力側傘歯車とを前記出力側傘歯車として備える請求項１に記載の内燃機関の運動方向変換構造。
6. 下降及び上昇について、前記第１ピストンと同じ動きをする第３ピストン及び前記第２ピストンと同じ動きをする第４ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、
   前記第３ピストン及び前記第４ピストンの各連結部材に連結されるリンクが設けられる第２共通中間軸を前記中間軸として備え、
   前記第２共通中間軸に設けられる第２共通入力側傘歯車を前記入力側傘歯車として備え、
   前記第２共通入力側傘歯車には前記第１出力側傘歯車及び前記第２出力側傘歯車が噛合わされる請求項５に記載の内燃機関の運動方向変換構造。
7. 下降及び上昇について、前記第１ピストンと同じ動きをする第３ピストン及び前記第２ピストンと同じ動きをする第４ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、
   前記第１共通中間軸に設けられるリンクには、前記第１ピストン及び前記第３ピストンの各連結部材が前記第１共通中間軸について点対称となる箇所にそれぞれ連結されるとともに、前記第２ピストン及び前記第４ピストンの各連結部材が前記第１共通中間軸について点対称となる箇所にそれぞれ連結される請求項５に記載の内燃機関の運動方向変換構造。
8. 下降及び上昇について、前記第１ピストンと同じ動きをする第３ピストン及び前記第２ピストンと同じ動きをする第４ピストンが前記ピストンとして前記シリンダ内にそれぞれ収容され、
   前記第３ピストン及び前記第４ピストンの各連結部材に連結されるリンクが設けられる第２共通中間軸を前記中間軸として備え、
   前記第２共通中間軸に設けられる第２共通入力側傘歯車を前記入力側傘歯車として備え、
   前記第２出力側傘歯車に結合され、かつ前記第２共通入力側傘歯車に噛合わされる第３出力側傘歯車を前記出力側傘歯車として備える請求項５に記載の内燃機関の運動方向変換構造。
9. さらに、前記リンクの揺動運動を規制する規制部材を含んで構成され、前記規制部材により規制される揺動運動領域を変更する可変機構を備える請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の運動方向変換構造。

Images