JP2009036030A - 高膨張比エンジンのクランクシャフト構造 - Google Patents
高膨張比エンジンのクランクシャフト構造 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009036030A JP2009036030A JP2007198570A JP2007198570A JP2009036030A JP 2009036030 A JP2009036030 A JP 2009036030A JP 2007198570 A JP2007198570 A JP 2007198570A JP 2007198570 A JP2007198570 A JP 2007198570A JP 2009036030 A JP2009036030 A JP 2009036030A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gear
- crankshaft
- center
- piston
- sun gear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
【課題】簡素な構造で吸気下死点と膨張下死点とを異ならせ、水平対向型多気筒エンジンにおいては遊星歯車機構の数を削除し、比較的容易に多気筒エンジンにも適用でき、エンジン設計の自由度が高くできる高膨張比エンジンのクランクシャフト構造を提供する。
【解決手段】クランクシャフト12の左右端部をクランクケース17に左右一対の偏心軸受13,14を介して偏心回転可能に支持させ、一方の偏心軸受14にエンジン動力を変速装置に伝達する出力軸18を連ねる。他方の偏心軸受13に軸支されたクランクシャフト12のクランクジャーナル120を出力軸18から遠ざかる方向に向かって延設すると共に遊星歯車機構15のサンギヤ150を結合し、ギヤ比1:1のインターナルギヤ151とサンギヤ150を互いに非同軸上に配置し、サンギヤ150をインターナルギヤ151の中心位置を回転中心としてピニオンギヤ152のギヤ径状に応じて偏心回転させる。
【選択図】図1
【解決手段】クランクシャフト12の左右端部をクランクケース17に左右一対の偏心軸受13,14を介して偏心回転可能に支持させ、一方の偏心軸受14にエンジン動力を変速装置に伝達する出力軸18を連ねる。他方の偏心軸受13に軸支されたクランクシャフト12のクランクジャーナル120を出力軸18から遠ざかる方向に向かって延設すると共に遊星歯車機構15のサンギヤ150を結合し、ギヤ比1:1のインターナルギヤ151とサンギヤ150を互いに非同軸上に配置し、サンギヤ150をインターナルギヤ151の中心位置を回転中心としてピニオンギヤ152のギヤ径状に応じて偏心回転させる。
【選択図】図1
Description
この発明は、高膨張比エンジンのクランクシャフト構造に関し、特に、吸気行程のBDC(下死点)と膨張行程のBDCとを異ならせて圧縮比に対して膨張比を高めた高膨張比エンジンのクランクシャフト構造に関する。
従来、吸気行程のBDC(以下、吸気下死点)と膨張行程のBDC(以下、膨張下死点)とを異ならせて圧縮比に対して膨張比を高めることにより、燃焼効率の向上を図った4ストロークの高膨張比エンジンが知られている。
このような高膨張比エンジンとしては、図7に示されるように、クランクケースに軸支されたクランク軸(28)の回転中心に固定歯車(26)を軸支させると共に、この固定歯車(26)の外周に沿って自転しつつ回転する遊星歯車(30)を配設し、さらに、この固定歯車(26)の回転中心と遊星歯車(30)の回転中心とを主クランクアーム(32)によって連接すると共に、遊星歯車(30)の回転中心と、ピストン(22)に連なったコンロッド(24)とをクランクピン(c')で連接することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このような高膨張比エンジンとしては、図7に示されるように、クランクケースに軸支されたクランク軸(28)の回転中心に固定歯車(26)を軸支させると共に、この固定歯車(26)の外周に沿って自転しつつ回転する遊星歯車(30)を配設し、さらに、この固定歯車(26)の回転中心と遊星歯車(30)の回転中心とを主クランクアーム(32)によって連接すると共に、遊星歯車(30)の回転中心と、ピストン(22)に連なったコンロッド(24)とをクランクピン(c')で連接することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、図8(a),(b)に示されるように、クランクケース(7)に軸支されたクランク軸(1)の2つのジャーナル部(2),(2)間に左右一対の遊星歯車(5),(5)を偏心させた状態で軸支させ、この左右の遊星歯車(5),(5)の対向面内で、遊星歯車(5),(5)の回転中心(5a)から偏心した位置に、シリンダ(12)内を往復移動するピストン(11)に連なったコンロッド(9)をクランクピン(6)を介して摺動可能に連接すると共に、遊星歯車(5),(5)が噛み合う内歯歯車(10)をクランクケース(7)内に形成することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
さらには、図9に示されるように、クランク軸(1)の第1クランク(2),(2)間に偏心して設けられたクランクピン(3)に、図示しないクランクケースに固定された左右一対のリングギヤ(9),(9)に噛み合う遊星ギヤ(8),(8)を軸支させると共に、これら遊星ギヤ(8),(8)の回転中心から偏心した位置に、ピストン(13)に連なったコンロッド(12)を連ねることが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
さらには、図9に示されるように、クランク軸(1)の第1クランク(2),(2)間に偏心して設けられたクランクピン(3)に、図示しないクランクケースに固定された左右一対のリングギヤ(9),(9)に噛み合う遊星ギヤ(8),(8)を軸支させると共に、これら遊星ギヤ(8),(8)の回転中心から偏心した位置に、ピストン(13)に連なったコンロッド(12)を連ねることが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、上記特許文献1に記載のものにあっては、図7に示されるように、クランク軸(28)に固定された固定歯車(26)の外周に沿って、コンロッド(24)に連なった遊星歯車(30)が自転しつつ公転するため、クランクシャフト構造が複雑化するという問題がある。しかも、このようなクランクシャフト構造は気筒毎に必要なので、多気筒エンジンに適用することは困難である。
また、上記特許文献2に記載のものにあっても、図8に示されるように、コンロッド(9)が連なる遊星歯車(5),(5)は、クランク軸(1)の2つのジャーナル部(2),(2)に軸支された状態で、クランクケース(7)内に形成された内歯歯車(10)に噛み合いながら回転するため、クランクシャフト構造が複雑化するという問題がある。しかも、このようなクランクシャフト構造は気筒毎に必要なので、多気筒エンジンに適用することは困難である。
また、上記特許文献3に記載のものにあっては、図9に示されるように、図示しないクランクケースに固定されたリングギヤ(9),(9)に係合する遊星ギヤ(8),(8)によってクランク軸(1)を軸支する構造なので、クランク軸(1)の回転周期と遊星ギヤ(8),(8)の回転周期との設定や、これに伴うピストンストロークの変化量の設定を考えた場合に、各ギヤの歯数や歯車径等の設定に制限があり、エンジン設計が困難となってしまうという問題がある。
また、上記特許文献3に記載のものにあっては、図9に示されるように、図示しないクランクケースに固定されたリングギヤ(9),(9)に係合する遊星ギヤ(8),(8)によってクランク軸(1)を軸支する構造なので、クランク軸(1)の回転周期と遊星ギヤ(8),(8)の回転周期との設定や、これに伴うピストンストロークの変化量の設定を考えた場合に、各ギヤの歯数や歯車径等の設定に制限があり、エンジン設計が困難となってしまうという問題がある。
そこで、この発明は、上記した従来技術が有している問題点を解決するためになされたものであって、簡素な構造で吸気下死点と膨張下死点とを異ならせること、水平対向型多気筒エンジンにおいては遊星歯車機構の数を削除すること、比較的容易に多気筒エンジンにも適用できること、エンジン設計の自由度が高いこと、等が可能な高膨張比エンジンのクランクシャフト構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、吸気行程の下死点におけるピストンの位置と膨張行程の下死点におけるピストンの位置とを異ならせて圧縮比に対して膨張比を高めた高膨張比エンジンのクランクシャフト構造において、
前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトの左右端部をクランクケースに左右一対の偏心軸受を介して偏心回転可能に支持させ、前記一方の偏心軸受にエンジン動力を変速装置に伝達する出力軸を連ね、前記他方の偏心軸受に軸支されたクランクシャフトの主軸受部を前記出力軸から遠ざかる方向に向かって延設すると共に遊星歯車機構のサンギヤを結合し、かつ前記サンギヤとインターナルギヤとのギヤ比を1:1とすると共に、前記インターナルギヤを前記サンギヤと非同軸上に配置し、さらに、前記インターナルギヤの中心位置を前記出力軸の回転中心上に配置した状態で前記クランクケースに固定支持させ、かつピニオンギヤを前記サンギヤと前記インターナルギヤとの間に介設し、前記サンギヤを前記インターナルギヤの中心位置を回転中心として前記ピニオンギヤのギヤ径状に応じて偏心回転させることを特徴とする。
前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトの左右端部をクランクケースに左右一対の偏心軸受を介して偏心回転可能に支持させ、前記一方の偏心軸受にエンジン動力を変速装置に伝達する出力軸を連ね、前記他方の偏心軸受に軸支されたクランクシャフトの主軸受部を前記出力軸から遠ざかる方向に向かって延設すると共に遊星歯車機構のサンギヤを結合し、かつ前記サンギヤとインターナルギヤとのギヤ比を1:1とすると共に、前記インターナルギヤを前記サンギヤと非同軸上に配置し、さらに、前記インターナルギヤの中心位置を前記出力軸の回転中心上に配置した状態で前記クランクケースに固定支持させ、かつピニオンギヤを前記サンギヤと前記インターナルギヤとの間に介設し、前記サンギヤを前記インターナルギヤの中心位置を回転中心として前記ピニオンギヤのギヤ径状に応じて偏心回転させることを特徴とする。
上記目的を達成するため請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明の構成において、前記クランク軸の偏心量は、前記ピニオンギヤの歯元円直径+(前記ピニオンギヤの歯先円直径−前記ピニオンギヤの歯元円直径)/2、であることを特徴とする。
上記目的を達成するため請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明の構成において、前記サンギヤは、2回自転する間に前記インターナルギヤの中心位置を回転中心として1回公転することを特徴とする。
上記目的を達成するため請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れか1項に記載の発明の構成において、水平対向多気筒エンジンに適用されることを特徴とする。
上記目的を達成するため請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れか1項に記載の発明の構成において、前記ピストンの軸をピストンが圧縮上死点にある時のクランクシャフトの中心方向にオフセットさせたことを特徴とする。
請求項1乃至5に記載の発明によれば、クランク軸が一体的に連なっているサンギヤが自転しながらインターナルギヤの中心位置を回転中心として公転する際に、サンギヤとピニオンギヤとの自転中心を結んだ線分が、シリンダ中心軸に対して直交している場合にあってはピストンの高さ位置は変わらないのに対し、シリンダ中心軸上に位置している場合はピストンの高さ位置が交互に高低となるように変化する。すなわち、クランク軸が2回転してピストンがシリンダ内を2往復する間に、排気上死点と圧縮上死点とにおけるピストンの高さ位置を変えることなく、吸気下死点と膨張下死点とにおけるピストンの高さ位置を変化させることができる。これにより、高膨張比エンジンを簡素なクランクシャフト構造で達成することができるようになる。しかも、このような遊星歯車機構は、特に水平対向型の多気筒エンジンに適用することで気筒毎に設ける必要はなく、2気筒毎に設ければよい。また、クランク軸の偏心量は、ピニオンギヤのギヤ径状に基づいて設定されることとなるので、エンジン設計の自由度を高めることができる。
更に、ピストン軸をピストンが圧縮上死点にある時のクランクシャフトの中心方向にオフセットすることで、圧縮上死点と排気上死点のピストン位置を相違させることが可能となり、排気時のバルブとの干渉を避ける為のバルブリセスを不要とすることで、より良好な燃焼室形状を得ることができる。
更に、ピストン軸をピストンが圧縮上死点にある時のクランクシャフトの中心方向にオフセットすることで、圧縮上死点と排気上死点のピストン位置を相違させることが可能となり、排気時のバルブとの干渉を避ける為のバルブリセスを不要とすることで、より良好な燃焼室形状を得ることができる。
本発明の高膨張比エンジンのクランクシャフト構造によれば、クランク軸を偏心回転可能にクランクケースに支持させると共に、クランク軸の左右両端部のいずれか一方に、クランク軸を偏心回転させる遊星歯車機構を設けたので、簡素な構造で吸気下死点と膨張下死点とを異ならせること、水平対向型多気筒エンジンにおいては遊星歯車機構の数を削除可能であり、比較的容易に多気筒エンジンにも適用できること、エンジン設計の自由度が高いこと、等が可能となる。
本発明の実施の形態に係る高膨張比エンジンのクランクシャフト構造を図面を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る高膨張比エンジンのクランクシャフト構造を示したスケルトン図である。
図1に示されるように、本発明の一実施形態に係る高膨張比エンジンのクランクシャフト構造は、4ストロークエンジンに適用されるものであって、ピストン10、コネクティングロッド(以下、コンロッド)11、クランクシャフト(以下、クランク軸)12、偏心軸受13,14、遊星歯車機構15を備えて構成されている。
ピストン10は、シリンダブロック(図示せず)に形成されたシリンダ16内を往復運動する部材である。ピストン10は、コンロッド11によってクランク軸12と連接されており、シリンダブロックとシリンダヘッド(図示せず)とによって形成された燃焼室内において燃焼ガスが発生した力をコンロッド11を介してクランク軸12に伝達する。
コンロッド11は、ピストン10とクランク軸12とを連接する連接棒である。このコンロッド11の小端部110は、ピストン10の内部に挿嵌されるピストンピン100に摺動可能に連接されている。また、コンロッド11の大端部111は、クランク軸12のクランクピン122に薄板のコンロッドベアリング(図示せず)を介して摺動可能に連接されている。
クランク軸12は、コンロッド11により伝達されたピストン10の往復運動を回転運動に変換して動力を取り出す動力伝達軸であって、シリンダブロック下側のクランクケース17に回転可能に支持されている。クランク軸12は、クランク軸12の主軸受部としての2つのクランクジャーナル120,121、コンロッド11の大端部111が連接される偏心軸受部としてのクランクピン122、振動を防止するためのカウンタウェイト123及びアーム124(いずれも図3に図示)を備えている。
通常、圧縮と膨張との容積変化が同じエンジンにあっては、ピストンがシリンダ内の最上端にきたときの位置が上死点、最下端にきたときの位置が下死点である。これに対し、本発明が適用された高膨張比エンジンのクランクシャフト構造にあっては、遊星歯車機構によって吸気/圧縮行程と膨張/排気行程とのピストンストロークを変化させて吸気下死点と膨張下死点とを異ならせている。
具体的には、2つのクランクジャーナル120,121は、クランクケース17にそれぞれ偏心軸受13,14を介して偏心回転可能に支持されている。一方(図中右側)の偏心軸受14には、エンジン動力を変速装置(図示せず)に伝達するための出力軸18が一体的に連なっている。この出力軸18の回転中心は、偏心軸受13,14の回転中心と一致し、かつ遊星歯車機構15のインターナルギヤ151の中心位置上に位置するように設定されている。他方(図中左側)の偏心軸受13に軸支されたクランクジャーナル120は、偏心軸受13に支持された状態で、出力軸18から遠ざかる方向(図中左方向)に向かって延設されていると共に、延設されたクランクジャーナル120とクランクケース17との間には遊星歯車機構15が設けられている。そして、これら偏心軸受13,14に軸支されたクランク軸12の偏心量は、遊星歯車機構15のピニオンギヤ152のギヤ径状(ギヤ歯元円直径と歯先円直径)に応じて設定されている。
遊星歯車機構15は、吸気/圧縮行程と膨張/排気行程とのピストンストロークを変化させて吸気下死点と膨張下死点とを異ならせるようにクランク軸12を偏心回転動作させるための機構である。この遊星歯車機構15は、サンギヤ150、インターナルギヤ151、ピニオンギヤ152、プラネタリキャリア153を備えている。
サンギヤ150は、クランクジャーナル120の軸端部に一体的に設けられている共に、このサンギヤ150の図中左側方にオフセットした位置には、クランクケース17に固定支持されたインターナルギヤ151が配置されている。インターナルギヤ151の中心位置は、出力軸18の軸心上に位置するように設定されているが、サンギヤ150の軸心とはずれている。また、サンギヤ150とインターナルギヤ151との間には、出力軸18を回転中心としてクランク軸12自体を偏心回転させるための1つのピニオンギヤ152が、サンギヤ150に噛み合いながらインターナルギヤ151の内周歯面に沿って転動するように設けられている。このピニオンギヤ152を支持するクランク状のプラネタリキャリア153は、その基部がクランクケース17に回転可能に片持ち支持されている。
なお、同図中、ギヤ同士の噛み合っている箇所はハッチングで示してある。
なお、同図中、ギヤ同士の噛み合っている箇所はハッチングで示してある。
ここで、本発明が適用された高膨張比エンジンの動作について図2を用いて説明する。図2(a)〜(d)は、本発明が適用された高膨張比エンジンの動作を説明するための図である。
サンギヤ150とインターナルギヤ151とは、歯数比が1:1に設定されている。つまり、サンギヤ150の歯先円(図中破線で示す)の大きさとインターナルギヤ151の歯元円(図中実線で示す)の大きさとがほぼ一致すると共に、サンギヤ150の歯元円(図中実線で示す)の大きさとインターナルギヤ151の歯先円(図中破線で示す)の大きさとがほぼ一致するように設定されている。さらに、ピニオンギヤ152の歯先円の直径は、インターナルギヤ151の歯元円の直径のほぼ1/2に設定されている。
サンギヤ150とピニオンギヤ152とは、見かけ上、インターナルギヤ151の中心位置を回転中心として互いに逆方向(サンギヤ150は図中時計回り方向、ピニオンギヤ152は図中反時計回り方向)に自転しながら同一方向(図中時計回り方向)に公転する。また、サンギヤ150及びピニオンギヤ152がインターナルギヤ151の中心位置を回転中心として1回公転する間に、サンギヤ150は2回自転するように設定されている。そして、これら各ギヤが公転している状態にあっては、サンギヤ150の歯元円とピニオンギヤ152の歯先円とが、常にインターナルギヤ151の中心位置を挟んで対向するようになっている。また、インターナルギヤ151の中心位置を回転中心としてクランク軸12が偏心回転する際の偏心量は、ピニオンギヤ152のギヤ径状としての歯元円直径と歯先円直径とを次式に代入することによって求められる。
クランク軸12の偏心量=ピニオンギヤ152の歯元円直径+(ピニオンギヤ152の歯先円直径−ピニオンギヤ152の歯元円直径)/2
そして、図2(a)の状態からクランク軸が1回転すると図2(c)の状態となり、図2(b)の状態からクランク軸が1回転すると図2(d)の状態となる。すなわち、サンギヤ150とピニオンギヤ152との自転中心を結んだ線分が、シリンダ中心軸Z−Zに直交している場合(図中左右方向)にあっては、ピストン10は排気行程または圧縮行程における上死点に位置するようになっている。特に、図2(a)に示されるように、サンギヤ150の自転中心がピニオンギヤ152の自転中心よりも図中左側に位置する状態にあっては排気行程における上死点である。また、図2(c)に示されるように、サンギヤ150の自転中心がピニオンギヤ152の自転中心よりも図中右側に位置する状態にあっては、圧縮行程における上死点である。図2(a),(c)に示されるように、これら上死点におけるピストン10の位置は変わらない。
また、サンギヤ150とピニオンギヤ152との自転中心を結んだ線分が、シリンダ中心軸Z−Z上に位置している場合にあっては、ピストン10は吸気下死点または膨張下死点の何れかに位置するようになっている。特に、図2(b)に示されるように、サンギヤ150の自転中心がピニオンギヤ152の自転中心よりも図中上側(ピストン側)に位置する状態にあっては吸気下死点である。また、図2(d)に示されるように、サンギヤ150の自転中心がピニオンギヤ152の自転中心よりも図中下側(反ピストン側)に位置する状態にあっては膨張下死点である。図2(b),(d)に示されるように、これら下死点におけるピストン10の位置は異なっており、膨張下死点におけるピストン10の位置が吸気下死点におけるピストン10の位置よりも低くなるように設定されている。すなわち、クランク軸12が自転すると、下死点におけるピストン10の高さ位置が交互に高低となるように変化する。
詳述すると、図2(a)に示されるように、排気行程での上死点位置にあっては、サンギヤ150とピニオンギヤ152との自転中心を結んだ線分は、シリンダ中心軸Z−Zに対して直交していると共に、サンギヤ150はインターナルギヤ151の中心位置よりも図中左側、ピニオンギヤ152はインターナルギヤ151の中心位置よりも図中右側に位置している。すなわち、クランク軸12は、ピニオンギヤ152の歯元円直径と歯先円直径とに基づいて算出される偏心量分だけ、インターナルギヤ151の中心位置よりも図中左側に向かって偏心している状態でクランクケース17に支持されている。そして、この状態から、クランク軸12が図中時計回り方向に偏心回転すると、ピストン10が下降して吸気行程を開始する。すると、サンギヤ150は、ピニオンギヤ152に噛み合いながら図中時計回り方向に自転しつつ、インターナルギヤ151の中心位置を回転中心として図中時計回り方向に公転する。また、ピニオンギヤ152は、サンギヤ150とインターナルギヤ151とに噛み合いながら図中反時計回り方向に自転しつつ、インターナルギヤ151の内周歯面に沿って図中時計回り方向に公転する。
そして、図2(a)の状態からクランク軸12が1/2回転すると、図2(b)に示されるように、ピストン10が吸気下死点に達すると共に、ギヤ比の関係上、サンギヤ150とピニオンギヤ152との自転中心を結んだ線分は、シリンダ中心軸Z−Z上に位置していると共に、サンギヤ150の自転中心がピニオンギヤ152の自転中心よりもピストン側に位置する。すなわち、クランク軸12は、ピニオンギヤ152の歯元円直径と歯先円直径とに基づいて算出される偏心量分だけ、インターナルギヤ151の中心位置よりもピストン側に向かって偏心している状態でクランクケース17に支持されている。これにより、吸気下死点におけるピストン10の位置が高めに設定されることとなる。そして、この状態から、クランク軸12が図中時計回り方向に回転すると、ピストン10が上昇して圧縮行程を開始する。
図2(b)の状態からクランク軸12が1/2回転すると、図2(c)に示されるように、ピストン10が圧縮行程での上死点位置に到達する。この状態にあっては、サンギヤ150とピニオンギヤ152との自転中心を結んだ線分は、シリンダ中心軸Z−Zに直交していると共に、サンギヤ150はインターナルギヤ151の中心位置よりも図中右側、ピニオンギヤ152はインターナルギヤ151の中心位置よりも図中左側に位置している。このため、クランク軸12は、ピニオンギヤ152の歯元円直径と歯先円直径とに基づいて算出される偏心量分だけインターナルギヤ151の中心位置よりも図中右側に向かって偏心している状態でクランクケース17に支持されているので、排気行程での上死点位置と同じ高さにピストン10が位置することとなる。
燃焼室内で混合気を燃焼させるとピストン10が押し下げられて、図2(c)の状態からクランク軸12が1/2回転すると、図2(d)に示されるように、ピストン10が膨張下死点に到達する。サンギヤ150とピニオンギヤ152との自転中心は、シリンダ中心軸Z−Z上に位置していると共に、サンギヤ150の自転中心がピニオンギヤ152の自転中心よりも反ピストン側(クランクピン側)に位置する。すなわち、クランク軸12は、ピニオンギヤ152の歯元円直径と歯先円直径とに基づいて算出される偏心量分だけインターナルギヤ151の中心位置から反ピストン側に向かって偏心している状態でクランクケース17に支持されているので、膨張下死点におけるピストン10の位置が吸気下死点におけるピストン10の位置よりも低くなる。このように、圧縮比に対して膨張比を高めると、燃焼室で燃焼したガスが十分に膨張するようになるので燃焼効率が向上することとなる。
以上述べたように本発明の高膨張比エンジンのクランクシャフト構造によれば、クランク軸12が一体的に連なっているサンギヤ150が自転しながらインターナルギヤ151の中心位置を回転中心として公転する際に、サンギヤ150とピニオンギヤ152との自転中心を結んだ線分が、シリンダ中心軸Z−Zに対して直交している場合にあってはピストン10の高さ位置は変わらないのに対し、シリンダ中心軸Z−Z上に位置している場合はピストン10の高さ位置が交互に高低となるように変化する。すなわち、クランク軸12が2回転してピストン10がシリンダ内を2往復する間に、排気上死点と圧縮上死点とにおけるピストン10の高さ位置を変えることなく、吸気下死点と膨張下死点とにおけるピストン10の高さ位置を変化させることができる。これにより、高膨張比エンジンを簡素なクランクシャフト構造で達成することができるようになる。図3は、本発明が適用された水平対向2気筒エンジンのクランクシャフト構造を示した図である。このように、多気筒エンジンの高膨張比エンジン化が容易、かつ簡素な構成で達成することができる。また、2気筒エンジンを1ユニットとして、2つ繋げて4気筒エンジン、3つ繋げて6気筒エンジンを容易に構成することができる。
また、クランク軸12の偏心量は、ピニオンギヤ152のギヤ径状に基づいて設定されるので、エンジン設計の自由度を高めることができる。
なお、上述した構成にあっては、遊星歯車機構15のピニオンギヤは1つとしたが、これに限定されるものではなく、ピニオンギヤを複数備えるようにしてもよい。
なお、上述した構成にあっては、遊星歯車機構15のピニオンギヤは1つとしたが、これに限定されるものではなく、ピニオンギヤを複数備えるようにしてもよい。
ここで、複数のピニオンギヤを備えた遊星歯車機構について図4を用いて説明する。図4(a)は、本発明の他の実施形態に係る高膨張比エンジンのクランクシャフト構造を示したスケルトン図、(b)は、同例における各ギヤの噛み合い状態を示したスケルトン図である。
図4(a)に示されるように、本発明の他の実施形態に係る高膨張比エンジンのクランクシャフト構造は、ピストン10、コンロッド11、クランク軸12、偏心軸受13,14、遊星歯車機構15を備えて構成されている。なお、以下にあっては、上述した本発明の一実施形態に係る高膨張比エンジンのクランクシャフト構造との違いのみを説明することとする。
すなわち、クランク軸12の2つのクランクジャーナル120,121は、クランクケース17にそれぞれ偏心軸受13,14を介して偏心回転可能に支持されている。これら偏心軸受13,14に軸支されたクランク軸12の偏心量は、遊星歯車機構15の第1〜第3のピニオンギヤ1521〜1523のギヤ径状(歯元円直径と歯先円直径)に応じて設定されている。一方(図中右側)のクランクジャーナル121には、サンギヤ190が一体的に結合固定されていると共に、このサンギヤ190と噛み合うようにクランクケース17に回転可能に軸支されたインターナルギヤ191の回転中心に、エンジン動力を変速装置(図示せず)に伝達するための出力軸18が一体的に連なっている。この出力軸18の回転中心は、偏心軸受13,14の回転中心と一致し、かつ遊星歯車機構15のインターナルギヤ151の中心位置上に位置するように設定されている。また、他方(図中左側)の偏心軸受13に軸支されたクランクジャーナル120は、偏心軸受13に支持された状態で、出力軸18から遠ざかる方向(図中左方向)に向かって延設されていると共に、延設されたクランクジャーナル120とクランクケース17との間に遊星歯車機構15が設けられている。
遊星歯車機構15は、サンギヤ150、インターナルギヤ151、第1〜第3のピニオンギヤ1521〜1523、プラネタリキャリア153を備えている。
サンギヤ150は、クランクジャーナル120の軸端部に一体的に設けられている共に、このサンギヤ150の図中左側方にオフセットした位置には、クランクケース17に固定支持されたインターナルギヤ151が配置されている。インターナルギヤ151の中心位置は、出力軸18の軸心上に位置するように設定されているが、サンギヤ150とは軸心がずれている。また、サンギヤ150とインターナルギヤ151とは歯数比1:1に設定されている。つまり、図4(b)に示されるように、サンギヤ150の歯先円(図中破線で示す)の大きさとインターナルギヤ151の歯元円(図中実線で示す)の大きさとがほぼ一致すると共に、サンギヤ150(図中実線で示す)の歯元円の大きさとインターナルギヤ151の歯先円(図中破線で示す)の大きさとがほぼ一致するように設定されている。また、サンギヤ150とインターナルギヤ151との間には、出力軸18を回転中心としてクランク軸12自体を偏心回転させるための第1〜第3のピニオンギヤ1521〜1523が設けられている。
サンギヤ150は、クランクジャーナル120の軸端部に一体的に設けられている共に、このサンギヤ150の図中左側方にオフセットした位置には、クランクケース17に固定支持されたインターナルギヤ151が配置されている。インターナルギヤ151の中心位置は、出力軸18の軸心上に位置するように設定されているが、サンギヤ150とは軸心がずれている。また、サンギヤ150とインターナルギヤ151とは歯数比1:1に設定されている。つまり、図4(b)に示されるように、サンギヤ150の歯先円(図中破線で示す)の大きさとインターナルギヤ151の歯元円(図中実線で示す)の大きさとがほぼ一致すると共に、サンギヤ150(図中実線で示す)の歯元円の大きさとインターナルギヤ151の歯先円(図中破線で示す)の大きさとがほぼ一致するように設定されている。また、サンギヤ150とインターナルギヤ151との間には、出力軸18を回転中心としてクランク軸12自体を偏心回転させるための第1〜第3のピニオンギヤ1521〜1523が設けられている。
同図に示されるように、サンギヤ150と第1のピニオンギヤ1521とが噛み合い、第1のピニオンギヤ1521と第2のピニオンギヤ1522とが噛み合い、かつ第2のピニオンギヤ1522と第3のピニオンギヤ1523とが噛み合い、かつ第3のピニオンギヤ1523とインターナルギヤ151とが噛み合うように設定されている。これら第1〜第3のピニオンギヤ1521〜1523は、図4(b)に示されるように、ほぼ同じ歯元円直径及び歯先円直径であると共に、第1〜第3のピニオンギヤ1521〜1523の各回転中心が直角二等辺三角形の各頂点に位置した状態で一塊になって自転しながらインターナルギヤ151の内周歯面に沿って公転するようになっている。また、サンギヤ150及び第1〜第3のピニオンギヤ1521〜1523がインターナルギヤ151の中心位置を回転中心として1回公転する間に、サンギヤ150は2回自転するように各ギヤ比が設定されていると共に、これら第1〜第3のピニオンギヤ1521〜1523の組合せによってクランク軸12の偏心量を変えることができるようになっている。なお、第1〜第3のピニオンギヤ1521〜1523を回転可能に支持するプラネタリキャリア153は、その基端部がクランクケース17に回転可能に支持されている。また、同図中、ギヤ同士の噛み合っている箇所はハッチングで示した。
かかる構成によれば、クランク軸12が2回転してピストン10がシリンダ内を2往復する間に、上死点におけるピストン10の高さ位置を変えることなく、吸気下死点と膨張下死点におけるピストン10の高さ位置を変化させることが、簡素なクランクシャフト構造で達成できるようになる。さらには、3つのピニオンギヤ1521〜1523を組み合わせることでクランク軸12の偏心量の設定を容易化することができる。しかも、このような遊星歯車機構15は、水平対向型多気筒エンジンにおいては、気筒毎に設ける必要はなく、2気筒毎に設けらればよいので比較的容易に適用することができる。
本実施形態を水平対向型多気筒エンジンに適用した場合について図5を用いて説明する。図5は、本発明が適用された水平対向4気筒エンジンのクランクシャフト構造を示した図である。
同図に示されるように、この水平対向4気筒エンジンは、ユニット化された水平対向2気筒エンジンを2つ直列に連結することによって構成されている。ユニット化された水平対向2気筒エンジンは、クランク軸12の左右両端部がクランクケース17に偏心軸受13,14を介して偏心回転可能に軸支されていると共に、左右のクランク軸12,12は、連結部を挟んで位相が90度ずらされている。また、図中左側のクランク軸12の右端部にはサンギヤ200が一体的に結合固定されていると共に、図中右側のクランク軸12の左端部にもサンギヤ201が一体的に結合固定されている。そして、これら2つのサンギヤ200,201が噛み合うインターナルギヤ202を連結部に回転可能に設けることによって、2つのクランク軸12,12の回転同期をとるようになっている。
さらに、図中右側のクランク軸12の右端部にはサンギヤ210が一体的に結合固定されていると共に、このサンギヤ210に噛み合うインターナルギヤ211に出力軸18が一体的に結合固定されている。
かかる構成によれば、高膨張比エンジンの多気筒化が容易、かつ簡素な構成で達成することができる。
かかる構成によれば、高膨張比エンジンの多気筒化が容易、かつ簡素な構成で達成することができる。
本発明の他の実施形態について図6を用いて説明する。図6(a)〜(d)は、先の実施形態の図2に対応する図であり、本実施形態は先の実施形態に対してピストン軸をピストン10が圧縮状態にある時のクランク軸12の中心方向にオフセットさせたものである。なお、先の実施形態とほぼ同様な構成部材については、同一の符号を付している。
すなわち、ピストン軸の代わりにシリンダ軸Z−Zを用いて説明すると、図2に記載のクランクシャフト構造において、ピストン10が圧縮上死点にある時のサンギヤ150の回転中心及びコンロッド11が、クランク軸12の軸端部からみてシリンダ軸Z−Z上に位置するように(図6(c)参照)、クランク軸12及び遊星歯車機構15をオフセットさせたものである。オフセット量は、サンギヤ150の歯元円直径の1/2である。つまり、図2(a)〜(d)に示された排気、吸入、圧縮、膨張におけるシリンダ軸Z−Z軸を、ピストン10が圧縮上死点にある時のサンギヤ150(クランク軸12)の回転中心側となる図中右側に向かってサンギヤ150の歯元円直径の1/2をオフセットさせたのが図6(a)〜(d)である。
すなわち、ピストン軸の代わりにシリンダ軸Z−Zを用いて説明すると、図2に記載のクランクシャフト構造において、ピストン10が圧縮上死点にある時のサンギヤ150の回転中心及びコンロッド11が、クランク軸12の軸端部からみてシリンダ軸Z−Z上に位置するように(図6(c)参照)、クランク軸12及び遊星歯車機構15をオフセットさせたものである。オフセット量は、サンギヤ150の歯元円直径の1/2である。つまり、図2(a)〜(d)に示された排気、吸入、圧縮、膨張におけるシリンダ軸Z−Z軸を、ピストン10が圧縮上死点にある時のサンギヤ150(クランク軸12)の回転中心側となる図中右側に向かってサンギヤ150の歯元円直径の1/2をオフセットさせたのが図6(a)〜(d)である。
このピストン軸をオフセットすることで、排気上死点ではクランク中心がピストン軸から離れることとなり、排気上死点のピストン位置が圧縮上死点のピストン位置より低くなる。このように構成することで、圧縮上死点と排気上死点のピストン位置を相違させることが可能となり、排気時のバルブとの干渉を避ける為のバルブリセスが不要となるため、より良好な燃焼室形状を得ることが可能となる。
10…ピストン
11…コンロッド(コネクティングロッド)
12…クランク軸(クランクシャフト)
120,121…クランクジャーナル(主軸受部)
122…クランクピン
13,14…偏心軸受
15…遊星歯車機構
150…サンギヤ
151…インターナルギヤ
152…ピニオンギヤ
17…クランクケース
11…コンロッド(コネクティングロッド)
12…クランク軸(クランクシャフト)
120,121…クランクジャーナル(主軸受部)
122…クランクピン
13,14…偏心軸受
15…遊星歯車機構
150…サンギヤ
151…インターナルギヤ
152…ピニオンギヤ
17…クランクケース
Claims (5)
- 吸気行程の下死点におけるピストンの位置と膨張行程の下死点におけるピストンの位置とを異ならせて圧縮比に対して膨張比を高めた高膨張比エンジンのクランクシャフト構造において、
前記ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランクシャフトの左右端部をクランクケースに左右一対の偏心軸受を介して偏心回転可能に支持させ、前記一方の偏心軸受にエンジン動力を変速装置に伝達する出力軸を連ね、前記他方の偏心軸受に軸支されたクランクシャフトの主軸受部を前記出力軸から遠ざかる方向に向かって延設すると共に遊星歯車機構のサンギヤを結合し、かつ前記サンギヤとインターナルギヤとのギヤ比を1:1とすると共に、前記インターナルギヤを前記サンギヤと非同軸上に配置し、さらに、前記インターナルギヤの中心位置を前記出力軸の回転中心上に配置した状態で前記クランクケースに固定支持させ、かつピニオンギヤを前記サンギヤと前記インターナルギヤとの間に介設し、前記サンギヤを前記インターナルギヤの中心位置を回転中心として前記ピニオンギヤのギヤ径状に応じて偏心回転させることを特徴とする高膨張比エンジンのクランクシャフト構造。 - 前記サンギヤの偏心量は、前記ピニオンギヤの歯元円直径+(前記ピニオンギヤの歯先円直径−前記ピニオンギヤの歯元円直径)/2、であることを特徴とする請求項1に記載の高膨張比エンジンのクランクシャフト構造。
- 前記サンギヤは、2回自転する間に前記インターナルギヤの中心位置を回転中心として1回公転することを特徴とする請求項1または2に記載の高膨張比エンジンのクランクシャフト構造。
- 水平対向多気筒エンジンに適用されることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の高膨張比エンジンのクランクシャフト構造。
- 前記ピストンの軸をピストンが圧縮上死点にある時のクランクシャフトの中心方向にオフセットさせたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の高膨張比エンジンのクランクシャフト構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007198570A JP2009036030A (ja) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | 高膨張比エンジンのクランクシャフト構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007198570A JP2009036030A (ja) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | 高膨張比エンジンのクランクシャフト構造 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009036030A true JP2009036030A (ja) | 2009-02-19 |
Family
ID=40438176
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007198570A Pending JP2009036030A (ja) | 2007-07-31 | 2007-07-31 | 高膨張比エンジンのクランクシャフト構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009036030A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009119643A1 (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-01 | ダイハツ工業株式会社 | 内燃機関 |
JP2010007495A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Fuji Heavy Ind Ltd | エンジンのクランクシャフト構造 |
JP2011069300A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Daihatsu Motor Co Ltd | 内燃機関 |
JP2012533021A (ja) * | 2009-07-15 | 2012-12-20 | ヨハネス・ヤーコブス・ヨセフス・スレパー | 往復動ピストン機構 |
FR2984957A1 (fr) * | 2011-12-22 | 2013-06-28 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Groupe moteur |
US20140360292A1 (en) | 2012-01-24 | 2014-12-11 | Joannes Jacobus Josephus SLEPER | Reciprocating piston mechanism |
JP2015532963A (ja) * | 2012-09-25 | 2015-11-16 | − グスタフ ライサー、ハインツ | 軌道周回プラネタリギアリングシステム及びそれを採用した内燃機関 |
US10145299B2 (en) | 2014-04-08 | 2018-12-04 | Gomecsys B.V. | Internal combustion engine including variable compression ratio |
US10233966B2 (en) | 2013-11-13 | 2019-03-19 | Gomecsys B.V. | Method of assembling and an assembly of a crankshaft and a crank member |
CN112065570A (zh) * | 2019-06-11 | 2020-12-11 | 张龙兆 | 柱塞均质压燃发动机 |
-
2007
- 2007-07-31 JP JP2007198570A patent/JP2009036030A/ja active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009119643A1 (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-01 | ダイハツ工業株式会社 | 内燃機関 |
JP2010007495A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Fuji Heavy Ind Ltd | エンジンのクランクシャフト構造 |
JP2012533021A (ja) * | 2009-07-15 | 2012-12-20 | ヨハネス・ヤーコブス・ヨセフス・スレパー | 往復動ピストン機構 |
US9279363B2 (en) | 2009-07-15 | 2016-03-08 | Gomecsys B.V. | Reciprocating piston mechanism |
JP2011069300A (ja) * | 2009-09-25 | 2011-04-07 | Daihatsu Motor Co Ltd | 内燃機関 |
FR2984957A1 (fr) * | 2011-12-22 | 2013-06-28 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Groupe moteur |
US20140360292A1 (en) | 2012-01-24 | 2014-12-11 | Joannes Jacobus Josephus SLEPER | Reciprocating piston mechanism |
US10234006B2 (en) | 2012-01-24 | 2019-03-19 | Gomecsys B.V. | Reciprocating piston mechanism |
JP2015532963A (ja) * | 2012-09-25 | 2015-11-16 | − グスタフ ライサー、ハインツ | 軌道周回プラネタリギアリングシステム及びそれを採用した内燃機関 |
US10233966B2 (en) | 2013-11-13 | 2019-03-19 | Gomecsys B.V. | Method of assembling and an assembly of a crankshaft and a crank member |
US10145299B2 (en) | 2014-04-08 | 2018-12-04 | Gomecsys B.V. | Internal combustion engine including variable compression ratio |
CN112065570A (zh) * | 2019-06-11 | 2020-12-11 | 张龙兆 | 柱塞均质压燃发动机 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2009036030A (ja) | 高膨張比エンジンのクランクシャフト構造 | |
KR100476362B1 (ko) | 실린더모듈을구비한내연기관 | |
JP5266228B2 (ja) | 改良された対向ピストン燃焼エンジン | |
JPWO2008010490A1 (ja) | サイクロイド往復動機関並びにこのクランク機構を用いたポンプ装置 | |
WO2009100759A1 (en) | A reciprocating piston mechanism and a method of increasing internal egr in an internal combustion engine | |
JP4961397B2 (ja) | エンジンのクランクシャフト構造 | |
JP5753343B2 (ja) | 遊星歯車複偏心盤を用いた2気筒1クランクピン型多気筒サイクロイド往復動機関 | |
JP2013532800A (ja) | デュアルクランク軸内燃機関 | |
CN101205812A (zh) | 四活塞缸体旋转发动机 | |
JP2013520612A (ja) | クランク構造の動力伝達装置 | |
JP2008045516A (ja) | 低振動の内燃機関又は圧縮装置 | |
JP2019027362A (ja) | 4サイクルエンジン | |
JP2010523885A (ja) | ロータリーエンジン | |
JP2010169045A (ja) | 多気筒内燃機関におけるバランス装置 | |
JP4845989B2 (ja) | エンジン | |
JP2004239182A (ja) | エンジンのピストン駆動装置 | |
JP2011069301A (ja) | 内燃機関 | |
JP2010144857A (ja) | 内燃機関におけるバランス装置 | |
JP5552198B1 (ja) | 内燃機関 | |
JP6384115B2 (ja) | エンジン | |
RU2341668C2 (ru) | Кривошипно-шатунный механизм двигателя внутреннего сгорания с регулируемой длиной кривошипа | |
JP3172366B2 (ja) | カム式エンジン | |
JP2011069300A (ja) | 内燃機関 | |
JP2004162590A (ja) | ダブルアクティングピストンエンジン | |
RU2525342C1 (ru) | Бесшатунный кривошипный механизм двигателя |