JP2009236032A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダボア３内のピストン２を，クランクアーム８に設けたクランクピン７に，コンロッド６を介して連結し，前記クランクアームに，ピン軸９を，前記クランクピンと偏芯して設け，このピン軸を，出力軸５に，当該出力軸と偏芯して回転自在に軸支し，更に，前記ピン軸に回転不能に嵌着した遊星歯車１２を，咳出力軸と同心に配設した内歯車に噛合した内燃機関において，その出力の向上を図り，ローリング動を低減する。
【解決手段】前記シリンダボアの軸線３ａを，前記出力軸における軸線方向から見て，前記クランクピン７における上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとを前記出力軸の中心Ｏを通って結ぶ往復動軌跡直線１４に対して，前記遊星歯車が回転する方向Ａと反対の側に適宜寸法Ｓだけオフセットする。
【選択図】 図２

Description

本発明は，出力軸を，ピストンの往復動によって回転するように構成した内燃機関に関するものである。

従来の内燃機関においては，従来から良く知られているように，内燃機関における出力軸に，クランクアームを一体に設け，このクランクアームのうち前記出力軸の中心から偏芯する部位に設けたクランクピンに，シリンダボア内の往復動する前記ピストンを，コンロッドを介して連結することにより，前記ピストンの往復動により前記出力軸を回転するという構成であったが，この構成によると，前記クランクピンが，前記出力軸を中心としてその回りを回転（公転）するから，前記ピストンに，横向きの大きなスラスト荷重が発生するという欠点があった。

そこで，先行技術としての特許文献１及び２は，クランクピンを備えたクランクアームを，前記出力軸から切り離して，このクランクアームのうち前記クランクピンの中心からピストンの往復ストロークの１／４の寸法だけ偏芯する部位にピン軸を固着し，このピン軸を，前記出力軸により，その中心から前記往復ストロークの１／４の寸法だけ偏芯した部位において回転自在に軸支する一方，前記往復ストロークをピッチ円とする内歯車を，前記出力軸と同心位置に非回転にして配設し，更に，前記ピン軸に，前記往復動ストロークの半分をピッチ円とする遊星歯車を回転不能に嵌着し，この遊星歯車を前記内歯車に噛合するという構成にしたクランク機構を提案している。

この構成のクランク機構においては，非回転の内歯車に噛合する遊星歯車及びクランクピンが，ピストンの一回の往復動に連動して，ピン軸を中心として一回だけ回転（自転）しながら，出力軸を中心としてその回りを一回だけ回転（公転）することにより，クランクピンが，出力軸における軸線方向から見て，上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ直線に沿って，前記上死点と下死点との間を直線的に往復動するから，ピストンに対する横向きのスラスト荷重を無くすることができる。

なお，前記出力軸における軸線方向から見て，上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ直線を，以下，「クランクピンの往復動軌跡直線」と称する。
特開昭６２−１８２４４２号公報 特開平７−３０５６０１号公報

しかし，前記先行技術においては，ピストンが往復動するシリンダボアにおける軸線を，出力軸における軸線方向から見て，前記クランクピンの往復動軌跡直線に一致するというように，換言すると，前記シリンダボアの軸線における直線的な延長線が，前記クランクピンの往復動軌跡直線に重なるという構成にしている。

このために，ピストンが上死点にあって，前記クランクピン，ピン軸及び出力軸の三者が前記クランクピンの往復動軌跡直線上に位置する状態になっているとき，燃料の燃焼爆発に基づいて前記ピストンに発生する押し下げ力は，前記クランクピンに対して真っ直ぐ下向きに作用する。

これにより，遊星歯車が左右いずれの方向にも回転し得ることになるから，回転方向が一定の方向に定まらないばかりか，前記クランクピン，ピン軸及び出力軸に対する軸受け荷重が大きくなるから，これらの軸受け部における摩擦抵抗の増大，及び，軸受け部の耐久性の低下を招来するのであった。

しかも，前記上死点及び下死点，並びにこれら上死点及び下死点の前後付近においては，前記ピストンの往復動に関連して前記遊星歯車を回転することの回転力が小さいから，この分だけ内燃機関の出力の低下を招来する。

その上，前記遊星歯車が噛合する非回転の内歯車には，前記遊星歯車が回転するときの反力が，前記遊星歯車が回転するときの回転方向と同じ方向に作用するから，内燃機関の全体が，前記非回転の内歯車に作用する反力により，前記出力軸の回りにローリング動するという問題があった。

本発明は，これらの問題を解消することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は，
「シリンダボア内を往復動するピストンを，クランクアームに設けたクランクピンに，コンロッドを介して連結し，前記クランクアームに，ピン軸を，前記クランクピンと偏芯して設け，このピン軸を，出力軸に，当該出力軸と偏芯して回転自在に軸支し，更に，前記ピン軸に回転不能に嵌着した遊星歯車を，前記出力軸と同心に配設した内歯車に噛合することにより，前記遊星歯車及びクランクピンが前記ピストンの往復動に連動して前記ピン軸を中心として回転しながら前記出力軸の回りを回転するように構成にした内燃機関において，
前記シリンダボアにおける軸線を，前記出力軸における軸線方向から見て，前記クランクピンにおける上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ往復動軌跡直線に対して，当該往復動軌跡直線と平行にしたままで，前記遊星歯車が回転する方向と反対の側にオフセットする。」
ことを特徴としている。

また，本発明の請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記コンロッドを，前記出力軸における軸線方向から見て，前記シリンダボアにおける軸線と傾斜して，前記ピストンに一体に固着する構成にした。」
ことを特徴としている。

前記請求項１によると，ピストンが上死点にあって，クランクピン，ピン軸及び出力軸の三者が，前記クランクピンにおける上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ往復動軌跡直線上に位置する状態になっているとき，燃料の燃焼爆発に基づいて前記ピストンに発生する押し下げ力は，前記先行技術のように，クランクピンに対して真っ直ぐ下向きに作用することなく，シリンダボアの軸線を前記往復動軌跡直線から遊星歯車の回転方向と反対の方向にオフセットした分だけ，遊星歯車の回転方向に傾斜して作用することになる。

これにより，回転の方向を常に一定の方向に定めることができるとともに，前記クランクピン，ピン軸及び出力軸に対する軸受け荷重が小さくなるから，これらの軸受け部における摩擦抵抗の低減，及び，軸受け部の耐久性の向上を図ることができる。

しかも，前記ピストンによる押し下げ力が，前記クランクピンに対して遊星歯車の回転方向に傾斜して作用することで，前記遊星歯車及びクランクピンの回転を促進できることにより，前記上死点及び下死点，並びにこれら上死点及び下死点の前後付近においては，前記ピストンの往復動に関連して前記遊星歯車及びクランクピンを回転することの回転力を，前記先行技術のように，真っ直ぐ下向きに作用する場合よりも増大できるから，内燃機関における出力を向上できる。

一方，前記ピストンには，前記シリンダボアの軸線をオフセットしたことによって，横向きのスラスト荷重が発生することになるが，このピストンにおける横向きのスラスト荷重は，内燃機関を前記遊星歯車の公転方向とは逆の方向に回転する方向であることにより，このスラスト荷重が，前記遊星歯車が噛合する内歯車に作用する反力を打ち消す働きの作用をするから，内燃機関が，ローリング動することを確実に低減できる。

また，請求項２によると，コンロッドの長さを短くできて，軽量化を図ることができることに加えて，前記ピストンの首振り運動がないために，当該ピストンの長さ短くすることができるとともに，前記ピストンにおける動力損失を低減できる。

以下，本発明の実施の形態を，図１及び図２の図面について説明する。

これらの図において，符号１は，内燃機関におけるシリンダブロックを示し，このシリンダブロック１には，往復動するピストン２を内蔵するシリンダボア３が設けられており，その上部には，前記シリンダボア３の頂部を塞ぐためのシリンダヘッド４が設けられ，その下部には，前記シリンダボア３の軸線３ａと直角の方向に延びるように構成した左右一対の出力軸５が回転自在に軸支されている。

なお，前記シリンダヘッド４には，図示していないが，前記シリンダボア３に対する吸気排気弁，点火栓及び燃料噴射弁等が設けられていることはいうまでもない。

前記ピストン２には，コンロッド６の上端がピストンピン２ａを介して連結され，前記コンロッド６の下端は，前記出力軸５と平行にしたクランクピン７に回転自在に被嵌されており，このクランクピン７の両端は，左右一対のクランクアーム８に一体に固着され，この両クランクアーム８の外側面には，前記出力軸５と平行にしたピン軸９が，前記クランクピン７の中心から前記ピストン２における往復ストロークＬの１／４の寸法Ｅ１だけ偏芯する部位に外向きの突出するように一体に設けられている。

前記両ピン軸９は，前記両出力軸５と一体のアーム１０のうち前記出力軸５の中心から前記ピストン２における往復ストロークＬの１／４の寸法Ｅ２だけ偏芯する部位に穿設した軸受け孔１１内に回転自在に挿入することにより，前記出力軸５にて回転自在に軸支されている。

また，前記両ピン軸９には，前記ピストン２における往復ストロークＬの半分をピッチ円Ｄ１とする遊星歯車１２が回転不能に嵌着されている一方，前記両クランクアーム８の外側の部位には，前記ピストン２における往復ストロークＬをピッチ円Ｄ２とする内歯車１３が，前記出力軸５が同心にして配設され，前記シリンダブロック１に回転しないように支持されており，この内歯車１３に，前記遊星歯車１２を噛合することにより，前記ピストン２における一回の往復動に連動して，前記遊星歯車１２及び前記クランクピン７が，図２に矢印Ａで示すように，前記ピン軸９を中心として一回だけ回転（自転）しながら，前記出力軸５を中心としてその回りを一回だけ回転（公転）するという構成にしている。

そして，前記シリンダボア３における軸線３ａを，前記出力軸５における軸線方向から見て，図２に示すように，前記クランクピン７における上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとの間を前記出力軸５の中心Ｏを通って結ぶ往復動軌跡直線１４に対して，当該往復動軌跡直線１４と平行にしたままで，前記遊星歯車１２が図２に矢印Ａで示すように出力軸５の回りを回転（公転）する方向と反対の側に適宜寸法Ｓだけオフセットするという構成にしている。

この構成において，非回転の内歯車１３に噛合する遊星歯車１２及びクランクピン７は，ピストン２の一回の往復動に連動して，図２に矢印Ａで示すように，ピン軸９を中心として一回だけ回転（自転）しながら，出力軸５を中心としてその回りを一回だけ回転（公転）することにより，クランクピン７は，出力軸５における軸線方向から見て，前記往復動軌跡直線１４に沿って，前記上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとの間を直線的に往復動する。

この場合，前記遊星歯車１２が噛合する前記内歯車１３には，図２に矢印Ｂで示す方向の反力が作用することにより，この内歯車１３を支持する前記シリンダブロック１は，この反力により，その矢印Ｂの方向にローリング動されることになる。

そして，前記シリンダボア３における軸線３ａを，前記往復動軌跡直線１４に対して，当該往復動軌跡直線１４と平行にしたままで，前記遊星歯車１２の回転（公転）方向Ａと反対の側に適宜寸法Ｓだけオフセットしたことにより，爆発行程において，燃料の燃焼爆発に基づいて前記ピストン２に発生する押し下げ力Ｗは，図２に示すように，前記ピストンピン２ａと前記クランクピン７とを結ぶ斜め方向の分力Ｗ１と，前記シリンダボア３の軸線３ａと直角方向の分力Ｗ２とに分解される。

前記ピストン２が上死点にあって，クランクピン７，ピン軸９及び出力軸５の三者が，前記往復動軌跡直線１４上に位置する状態になっているとき，前記クランクピン７には，前記した斜め方向の分力Ｗ１が傾斜して下向きに作用するから，前記出力軸５が回転する方向を一定に定めることができるとともに，前記クランクピン７，ピン軸９及び出力軸５に対する軸受け荷重を小さくできる。

また，前記クランクピン７には，前記した斜め方向の分力Ｗ１が傾斜して下向きに作用することで，前記遊星歯車１２及びクランクピン７の回転を促進できることにより，前記上死点ＴＤＣ及び下死点ＢＤＣ，並びにこれら上死点及び下死点の前後付近においては，前記ピストン２の往復動に関連して前記遊星歯車１２及び前記クランクピン７を回転することの回転力を，前記先行技術のように，真っ直ぐ下向きに作用する場合よりも増大できる。

一方，前記シリンダボア３の軸線３ａと直角方向の分力Ｗ２は，前記ピストン２に，横向きのスラスト荷重として作用するが，この分力Ｗ２によるスラスト荷重は，前記シリンダブロック１に，矢印Ｃで示すように，当該シリンダブロック１に，当該シリンダブロック１を矢印Ｃで示す方向に回転するように作用するから，このピストン２に作用する横向きのスラスト荷重によって，前記内歯車１２における矢印Ｂで示す方向の反力を打ち消すことができて，シリンダブロック１におけるローリング動を低減できる。

なお，前記シリンダボア３の軸線３ａにおける前記往復動軌跡直線１４からのオフセット寸法Ｓを大きくすることにより，前記した効果を助長できるのであるが，前記オフセット寸法Ｓを大きくすると，前記ピストン２に対する横向きのスラスト荷重が必要以上に増大することになるから，このオフセット寸法Ｓには，所定の範囲が存在し，このオフセット寸法Ｓを，前記シリンダボア３における内径の５〜１５％の範囲に設定することが好ましく，最も好ましいのは，前記シリンダボア３における内径の１０％前後にした場合である。

また，前記図示の実施の形態においては，前記ピストン２と前記クランクピン７とを連結するコンロッド６の上端を，前記ピストン２に対してピストンピン２ａにて連結するという構成であったが，本発明における別の実施の形態としては，前記コンロッド６を，前記シリンダボア３の軸線３ａに傾斜して真っ直ぐにしたうえで，その上端を前記ピストン２に固着するという構成にすることができる。

この構成によると，前記コンロッド６の長さを短くできるとともに，前記ピストン２の首振り運動を無くすることができる。

本発明の実施の形態を示す縦断正面図である。 図１のII−II視断面図である。

符号の説明

１ シリンダブロック
２ ピストン
３ シリンダボア
３ａ シリンダボアの軸線
４ シリンダヘッド
５ 出力軸
６ コンロッド
７ クランクピン
８ クランクアーム
９ ピン軸
１０ アーム
１１ 軸受け孔
１２ 遊星歯車
１３ 内歯車
ＴＤＣ 上死点
ＢＤＣ 下死点
Ｏ 出力軸の中心
１４ 往復動軌跡直線

Claims (2)

1. シリンダボア内を往復動するピストンを，クランクアームに設けたクランクピンに，コンロッドを介して連結し，前記クランクアームに，ピン軸を，前記クランクピンと偏芯して設け，このピン軸を，出力軸に，当該出力軸と偏芯して回転自在に軸支し，更に，前記ピン軸に回転不能に嵌着した遊星歯車を，前記出力軸と同心に配設した内歯車に噛合することにより，前記遊星歯車及びクランクピンが前記ピストンの往復動に連動して前記ピン軸を中心として回転しながら前記出力軸の回りを回転するように構成にした内燃機関において，
   前記シリンダボアにおける軸線を，前記出力軸における軸線方向から見て，前記クランクピンにおける上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ往復動軌跡直線に対して，当該往復動軌跡直線と平行にしたままで，前記遊星歯車が回転する方向と反対の側にオフセットすることを特徴とする内燃機関。
2. 前記請求項１の記載において，前記コンロッドを，前記出力軸における軸線方向から見て，前記シリンダボアにおける軸線と傾斜して，前記ピストンに一体に固着する構成にしたことを特徴とする内燃機関。

Images